JP4126878B2 - Gallium nitride compound semiconductor laser - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いたリッジ導波路型半導体レーザの構造に関し、詳細には、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたリッジ導波路型物半導体レーザにおける横モードの安定性向上を目的とした導波路構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
窒化ガリウム系化合物半導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いた半導体レーザにおいて、水平横モードを制御するためにリッジ導波路型構造を採用する場合が多い。図4は、一般的なリッジ導波路型構造の一例を示す斜視図である。尚、図4において、基板、保護絶縁膜などは省略している。窒化ガリウム系化合物半導体を用いて、n型コンタクト層2、n型クラッド層4、n型光ガイド層6、活性層8、p型光ガイド層10、p型クラッド層12、及びp型コンタクト層14が順に積層されている。p型コンタクト層14及びp型クラッド層12は、ストライプ状の領域を残してp型クラッド層12が所定の膜厚となるまでエッチング除去され、ストライプ状の凸部(=リッジ部)20が形成されている。p型コンタクト層14の上にp電極16が形成され、エッチングにより露出したn型コンタクト層2の上にn電極18が形成されている。リッジ部20の下方にある光導波路の等価屈折率はその両側の領域の等価屈折率よりも高くなるため、横方向に光が閉じ込められる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般的なリッジ導波路構造を用いた窒化ガリウム系化合物半導体レーザでは、横モードの安定性が十分ではないためキンク現象が顕著に生じる問題がある。キンク現象の一例を図5に示す。レーザの電流値Iを大きくしていくと、まず発振閾値I0を超える電流領域で0次モードが発振するが、さらに電流値を高めていくと、ある電流値I1で1次モードが発振可能となって横モードに変化が起き、電流I−光出力P特性に折れ曲り(=キンク、kink)が生じる。キンク現象が生じると、レーザ出力特性のリニアリティが崩れてレーザ出力の正確な制御が困難となってしまう。
【0004】
また、横モードが不安定である結果、パルセーションが発生し易くなる問題もある。一般に、レーザ発振閾値を超えて電流を注入すると、レーザ発振によるキャリア密度の減少と電流の注入によるキャリア密度の上昇とが繰り返されてレーザ光の出力が周期的に強弱を繰り返す「緩和振動」が起きるが、横モードが不安定な場合には「緩和振動」が永続する「パルセーション」が起き易くなる。パルセーションが発生すると、レーザ光の出力が不安定となり、レーザ光がオン状態であるのかオフ状態であるのかの特定ができなくなる。電流注入時にキャリア密度分布の変化が生じ、これによって屈折率の変化が引き起こされて光の分布に変化をきたし、横モードの変化(高次モードが発振を開始)によってさらにキャリア分布密度の変化が生じてパルセーションを引き起こすと考えられる。
【0005】
そこで、本発明は、リッジ導波路構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、横モードを安定化することのできる新たなリッジ導波路構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、n型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体層からなる活性層、及びp型窒化ガリウム系化合物半導体層を順に積層し、前記p型窒化ガリウム系化合物半導体層の膜厚をストライプ状に部分的に厚くしてリッジ部とすることにより、前記リッジ部下方への光閉じ込めを行う窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記リッジ部下方を両側より挟む部分のp型窒化ガリウム系化合物半導体層の膜厚を、レーザの共振方向に周期的に変化させたことを特徴とする。
【0007】
これにより、リッジ導波路型の窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおける横モードを安定化し、キンク現象及びパルセーションを抑制することができる。リッジ脇のp型窒化ガリウム系化合物半導体層の膜厚を周期的に変化させることにより横モードが安定化するメカニズムは明らかではないが、リッジ下方の光閉じ込め領域を両側から挟む周辺領域における等価屈折率がレーザの共振方向に周期的に変化するためと推定される。
【0008】
リッジ脇のp型窒化ガリウム系化合物半導体層の膜厚をレーザの共振方向に周期的に変化させるには、例えば、リッジ部下方を両側より挟む部分のp型窒化ガリウム系化合物半導体層に、リッジ部の長手方向に沿って一定間隔毎に複数の凹部を形成すれば良い。
【0009】
また、活性層の上に、p型窒化ガリウム系化合物半導体層としてp型光ガイド層及びp型クラッド層が順に積層されている場合には、凹部をp型光ガイド層の一部を除く深さに形成することが好ましい。これにより、レーザ発光の中心である活性層に近い位置で周辺領域の等価屈折率を変化させることができるため、横モードを一層安定化することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1及び図2は、本発明に係るリッジ導波路型の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの一例を示す斜視図及び平面図である。尚、図1及び図2において、基板や保護絶縁膜は省略している。サファイア、SiC等の異種基板又はGaN基板の上に、AlxGa1- xN(0≦x<1)から成るn型コンタクト層2、AlxGa1- xN(0<x<1)を含む窒化物半導体層から成るn型クラッド層4、InxGa1 - xN(0≦x<1)から成るn型光ガイド層6、InxGa1 - xN(0<x<1)を含む活性層8、InxGa1 - xN(0≦x<1)から成るp型光ガイド層10、AlxGa1- xN(0<x<1)を含む窒化物半導体層から成るp型クラッド層12、GaNから成るp型コンタクト層14が順に積層されている。p型コンタクト層14の上にp電極16が形成され、エッチングにより露出されたn型コンタクト層2の上にn電極18が形成されており、p電極16及びn電極18を除く素子のほぼ全面にZrO2やSiO2等の保護絶縁膜(図示せず)が形成されている。
【0011】
本実施の形態におけるリッジ導波路の構造は次の通りである。まず、従来と同様のリッジ部20がp型クラッド層12に形成されている。即ち、p型クラッド層12及びp型コンタクト層14を、ストライプ状の領域を残してp型クラッド層12が所定の膜厚となるまでエッチング除去し、ストライプ状の凸部であるリッジ部20を形成している。そして、そのリッジ部20の両脇にリッジ長手方向に沿って一定の間隔ごとに複数の凹部22が形成されている。凹部22は、p型クラッド層12の上面からp型光ガイド層10が所定の膜厚だけ残る深さまでエッチングして形成する。凹部22内は、ZrO2やSiO2等の保護絶縁膜(図示せず)によって埋められている。
【0012】
図3(a)及び(b)は、図1及び2に示す半導体レーザ素子について、凹部22が形成されていない位置(図2のa−a’線の位置)及び凹部22が形成されている位置(図2のb−b’線の位置)の断面を示す模式図である。尚、図3(a)及び(b)では、保護膜19を省略せずに記載している。凹部22が形成されていない領域では、図3(a)に示すように、光導波路を形成している領域Aの両側を挟む周辺領域Bにおいてp型窒化ガリウム系化合物半導体層はp型クラッド層12が一定の膜厚だけ残るようにエッチングされ、その上を保護絶縁膜19が覆っている。一方、凹部22が形成されている領域では、図3(b)に示すように、周辺領域Bにおいてp型窒化ガリウム系化合物半導体層はp型クラッド層12が全て除去されてp型光ガイド層10が一定の膜厚(約400〜1500Åが好ましい)だけ残るようにエッチングされており、形成された凹部22は保護絶縁膜19によって埋められている。尚、相対的に凹凸が形成されれば、凹部22が形成されていない領域(図3(a)の領域)においてp型クラッド層12を越えてp型光ガイド層までエッチングすることもできる。
【0013】
本件発明のリッジ導波路構造によれば、リッジ部20の脇にあるp型窒化物半導体層(p型光ガイド層10及びp型クラッド層12)に凹凸を形成したことにより、窒化ガリウム系化合物半導体のレーザの横モードを安定化して、キンク現象やパルセーションの発生を抑制することができる。リッジ脇のp型窒化ガリウム系化合物半導体層への凹凸形成によって横モードが安定化するメカニズムは明らかではないが、凹凸形成の結果、光閉じ込め領域Aを両側から挟む周辺領域Bにおける等価屈折率がレーザの共振方向(ここではリッジ長手方向)の位置によって周期的に変化するためと推定される。
【0014】
即ち、図3に示すように、凹部の形成されていない位置(図3(a))と凹部22が形成された位置(図3(b))とでは、周辺領域Bにおけるp型窒化物半導体層(p型光ガイド層10及びp型クラッド層12)と保護絶縁膜22の膜厚比率が異なるが、保護絶縁膜であるZrO2やSiO2は窒化ガリウム系化合物半導体に比べて屈折率が約20〜40%小さいため、周辺領域Bに光導波路に沿って周期的な等価屈折率の変化ができる。このため、いわゆる分布帰還を活性領域の左右で行うような構造ができ、レーザの横モードが安定化すると考えられる。
【0015】
凹部22の深さは、活性層8が露出しない範囲で深い方が好ましい。レーザの横モードを安定化するためには、周辺領域Bの中でレーザ発光の中心である活性層8に近い位置で等価屈折率の周期的変化を起こす必要があるからである。特に、本実施の形態のように、活性層8とp型クラッド層12との間にp型光ガイド層10を設けている場合には、p型光ガイド層10が400〜1500Å残る程度の深さとすることが好ましい。
【0016】
凹部22のリッジ直交方向の幅waは、リッジ部20の下方への横方向の光閉じ込めに寄与している範囲よりも大きくなるように形成する。また、凹部22のリッジ長手方向の幅wb及び凹部22同士の間隔wcは特に限定されないが、リッジ長手方向に少なくとも数周期が繰り返される大きさとすることが好ましい。
【0017】
凹部22の平面形状は特に限定されず、円形、矩形又はリッジに直交するストライプ状等でも良い。但し、凹部22がリッジ部20の側面と接する境界部分は特に段差が大きいため、図2に示すように凹部22の外周がリッジ部20の側面と鈍角で接する形状とすると、保護絶縁膜による埋め込みが良好となって好ましい。
【0018】
尚、本実施の形態においてはp型窒化ガリウム系化合物半導体層に複数の凹部を形成することにより膜厚を周期的に変化させたが、他の適当な方法によって膜厚を変化させても良い。
【0019】
【実施例】
(実施例1)
以下の方法により、図1から図3に示される構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作製した。
サファイア基板の上に、温度510℃で、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)を用い、GaNよりバッファ層(図示せず)を約200Åの膜厚で成長させる。そして、1050℃で原料ガスにTMA(トリメチルアルミニウム)、TMG、アンモニアガスを用い、アンドープのAl0.05Ga0.95Nを1μmの膜厚で成長させ、さらに、同様の温度で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアガスを用い、不純物ガスにシランガス(SiH4)を用い、Siを3×1018/cm3ドープしたAl0.05Ga0.95Nを3μmの膜厚で成長させて、n型コンタクト層2を形成した。
【0020】
次に、温度を800℃にして、原料ガスにTMG、TMI(トリメチルインジウム)及びアンモニアを用い、不純物ガスにシランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたIn0.08Ga0.92Nよりなるクラック防止層(図示せず)を1500Åの膜厚で成長させた。
【0021】
次に、温度を1050℃にして、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、アンドープのAl0.14Ga0.86NよりなるA層を25Åの膜厚で成長させ、続いて、TMAを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたGaNよりなるB層を25Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ160回繰り返してA層とB層の積層し、総膜厚8000Åの多層膜(超格子構造)よりなるn型クラッド層4を成長させる。そして、同様の温度で、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるn型光ガイド層6を750Åの膜厚で成長させた。
【0022】
次に、温度を800℃にして、原料ガスにTMI、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたIn0.01Ga0.99Nよりなる障壁層を100Åの膜厚で成長させる。続いて、シランガスを止め、アンドープのIn0.11Ga0.89Nよりなる井戸層を50Åの膜厚で成長させる。この操作を3回繰り返し、最後に障壁層を積層した総膜厚550Åの多重量子井戸構造(MQW)の活性層8を成長させた。
【0023】
次に、同様の温度で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを1×1019/cm3ドープしたAl0.4Ga0.6Nよりなるp型電子閉じ込め層(図示せず)を100Åの膜厚で成長させた。
【0024】
次に、温度を1050℃にして、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるp型光ガイド層10を1500Åの膜厚で成長させた。このp型光ガイド層10は、アンドープとして成長させるが、p型電子閉じ込め層からのMgの拡散により、Mg濃度が5×1016/cm3となりp型を示す。
【0025】
次に、同様の温度で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、アンドープのAl0.1Ga0.9NよりなるA層を25Åの膜厚で成長させ、続いて、TMAを止め、不純物ガスとしてCp2Mgを用い、Mgを5×1018/cm3ドープしたGaNよりなるB層を25Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ90回繰り返してA層とB層の積層し、総膜厚4500Åの多層膜(超格子構造)よりなるp型クラッド層12を成長させた。そして、同様の温度で、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCp2Mgを用い、Mgを1×1020/cm3ドープしたGaNよりなるp型コンタクト層14を150Åの膜厚で成長させた。
【0026】
反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、700℃でアニーリングを行い、p型層を更に低抵抗化する。アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のp側コンタクト層の表面にSiO2よりなる保護膜を形成して、RIE(反応性イオンエッチング)を用いてSiCl4ガスによりエッチングし、n電極18を形成すべきn側コンタクト層2の表面を露出させた。
【0027】
次に、リッジ部20を以下のようにして形成した。最上層のp側コンタクト層14のほぼ全面に、CVD装置により、Si酸化物(主として、SiO2)よりなる第1の保護膜を0.5μmの膜厚で形成し、ストライプ幅1.8μmにパターニングする。そして、RIEによりCl2とSiCl4ガスを用いて、p側コンタクト層14、およびp型クラッド層12をエッチングして、ストライプ幅1.8μmのリッジ部20を形成する。エッチングは、p型ガイド層10の残し厚が1000Åとなるまで行った。
【0028】
次に、リッジ部20の両脇の凹部22を以下のようにして形成した。リッジ部20を形成後、リッジ部20下方を両側に挟む部分に共振方向に沿って一定間隔に複数の凹部を形成するようにレジストによる凹部パターンのパターニングを行う。そして、RIEによりCl2とSiCl4ガスを用いて、凹部パターンの開口した部分の半導体層をエッチングして、凹部22を形成する。その後、レジストを除去する。凹部22の深さは、500Åとし、凹部22の大きさは、リッジ直交方向の幅waを4μm、リッジ長手方向の幅wbを4μm、間隔wcを16μmとした。
【0029】
リッジストライプ形成後、ウェーハをPVD装置に移送し、エッチングにより露出させたn側コンタクト層2の表面をレジストで覆い、Zr酸化物(主としてZrO2)よりなる第2の保護膜を、第1の保護膜及びレジストの上と、エッチングにより露出されたp側クラッド層12の上とに0.2μmの膜厚で連続して形成した。このようにZr酸化物を形成すると、横モードの安定を図る上で好ましい。そして、第1の保護膜及びレジストをリフトオフ法により除去した。
【0030】
次に、第1の保護膜が除去されて露出したp側コンタクト層14の表面にNi/Auよりなるp電極16を100μmのストライプ幅で形成し、n側コンタクト層2の表面にはTi/Alよりなるn電極18をストライプと平行な方向で形成した。
【0031】
サファイア基板側からバー状に劈開し、劈開面に共振器を作製した。共振器面にSiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にp電極に平行な方向で、バーを切断して図1から3に示すようなレーザ素子とした。なお共振器長は600μmとした。
【0032】
(実施例2)
凹部の間隔wcを10μmとする他は、実施例1と同様にして半導体レーザを作製した。
(実施例3)
凹部の間隔Wcを6μmとする他は、実施例1と同様にして半導体レーザを作製した。
【0033】
(実施例4)
リッジ部20を形成するエッチングをp型クラッド層12が150Å残るように行い、凹部22の深さを1000Åとする他は、実施例1と同様にして半導体レーザを作製した。
【0034】
(実施例5)
凹部の間隔wcを10μmとする他は、実施例4と同様にして半導体レーザを作製した。
(実施例6)
凹部の間隔Wcを6μmとする他は、実施例4と同様にして半導体レーザを作製した。
【0035】
(比較例1)
リッジ部20の両脇に凹部22を形成しない他は、実施例1と同様にして半導体レーザを作製した。
(比較例2)
リッジ部20の両脇に凹部22を形成しない他は、実施例4と同様にして半導体レーザを作製した。
【0036】
実施例1から6及び比較例1から2の半導体レーザについて、立ちあがりキンク及びレーザ発振領域キンクを測定したところ、実施例1から6の半導体レーザは、立ちあがりキンク及びレーザ発振領域キンクの両方が比較例1及び2の半導体レーザよりも抑制されていた。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、リッジ導波路型の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子における横モードを安定化して、キンク現象及びパルセーションの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明に係るリッジ導波路型の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの一例を示す斜視図である。
【図2】 図2は、図1に示す窒化ガリウム系化合物半導体レーザの上面図である。
【図3】 図3(a)及び(b)は、図2に示す窒化ガリウム系化合物半導体レーザのa−a’線及びb−b’線における断面を示す断面図である。
【図4】 図4は、従来のリッジ導波路型の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの一例を示す斜視図である。
【図5】 図5は、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの電流−光出力特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
2 n型コンタクト層、4 n型クラッド層、6 n型光ガイド層、8 活性層、10 p型光ガイド層、12 p型クラッド層、14 p型コンタクト層、16 p電極、18 n電極、20 リッジ部、22 凹部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a ridge waveguide type semiconductor laser using a gallium nitride-based compound semiconductor (In X Al Y Ga 1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1). The present invention relates to an improvement of a waveguide structure for the purpose of improving the stability of a transverse mode in a ridge waveguide type semiconductor laser using a gallium compound semiconductor.
[0002]
[Prior art]
In semiconductor lasers using gallium nitride compound semiconductors (In X Al Y Ga 1-XY N, 0≤X, 0≤Y, X + Y≤1), a ridge waveguide structure is used to control the horizontal transverse mode. There are many cases to do. FIG. 4 is a perspective view showing an example of a general ridge waveguide structure. In FIG. 4, the substrate, the protective insulating film, etc. are omitted. Using a gallium nitride compound semiconductor, an n-
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, a gallium nitride compound semiconductor laser using a general ridge waveguide structure has a problem that the kink phenomenon is remarkably generated because the stability of the transverse mode is not sufficient. An example of the kink phenomenon is shown in FIG. When the current value I of the laser is increased, the zero-order mode first oscillates in a current region exceeding the oscillation threshold value I 0. However, when the current value is further increased, the first-order mode oscillates at a certain current value I 1. As a result, the transverse mode is changed, and the current I-light output P characteristic is bent (= kink). When the kink phenomenon occurs, the linearity of the laser output characteristics is lost, and accurate control of the laser output becomes difficult.
[0004]
There is also a problem that pulsation is likely to occur as a result of the unstable lateral mode. In general, when a current is injected beyond the laser oscillation threshold, a decrease in carrier density due to laser oscillation and an increase in carrier density due to current injection are repeated, resulting in a “relaxation oscillation” in which the output of the laser light periodically increases and decreases. However, when the transverse mode is unstable, “pulsation” in which “relaxation oscillation” persists is likely to occur. When pulsation occurs, the output of the laser beam becomes unstable, and it becomes impossible to specify whether the laser beam is in an on state or an off state. When the current is injected, a change in the carrier density distribution occurs, which causes a change in the refractive index and changes in the light distribution, and a change in the transverse mode (higher order mode starts oscillation) further changes the carrier distribution density. It is thought to cause pulsation.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a new ridge waveguide structure capable of stabilizing a transverse mode in a gallium nitride compound semiconductor laser having a ridge waveguide structure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a gallium nitride compound semiconductor laser according to the present invention includes an n-type gallium nitride compound semiconductor layer, an active layer made of a gallium nitride compound semiconductor layer, and a p-type gallium nitride compound semiconductor layer. In the gallium nitride compound semiconductor laser that performs light confinement below the ridge portion by sequentially stacking and partially increasing the thickness of the p-type gallium nitride compound semiconductor layer in a stripe shape to form a ridge portion The film thickness of the p-type gallium nitride compound semiconductor layer sandwiching the lower part of the ridge from both sides is periodically changed in the laser resonance direction.
[0007]
Thereby, the transverse mode in the ridge waveguide type gallium nitride compound semiconductor laser can be stabilized, and the kink phenomenon and pulsation can be suppressed. Although the mechanism by which the transverse mode is stabilized by periodically changing the film thickness of the p-type gallium nitride compound semiconductor layer beside the ridge is not clear, equivalent refraction in the peripheral region sandwiching the light confinement region below the ridge from both sides It is estimated that the rate periodically changes in the laser resonance direction.
[0008]
In order to periodically change the film thickness of the p-type gallium nitride compound semiconductor layer beside the ridge in the resonance direction of the laser, for example, the p-type gallium nitride compound semiconductor layer sandwiching the lower part of the ridge from both sides What is necessary is just to form a some recessed part for every fixed interval along the longitudinal direction of a part.
[0009]
In addition, when a p-type light guide layer and a p-type clad layer are sequentially stacked on the active layer as a p-type gallium nitride compound semiconductor layer, the recess is formed in a depth excluding a part of the p-type light guide layer. It is preferable to form it. Thereby, since the equivalent refractive index of the peripheral region can be changed at a position close to the active layer that is the center of laser emission, the transverse mode can be further stabilized.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 are a perspective view and a plan view showing an example of a ridge waveguide type gallium nitride compound semiconductor laser according to the present invention. In FIGS. 1 and 2, the substrate and the protective insulating film are omitted. On a heterogeneous substrate such as sapphire and SiC or a GaN substrate, an n-
[0011]
The structure of the ridge waveguide in the present embodiment is as follows. First, a
[0012]
3A and 3B, the semiconductor laser element shown in FIGS. 1 and 2 has a position where the
[0013]
According to the ridge waveguide structure of the present invention, the p-type nitride semiconductor layer (the p-type
[0014]
That is, as shown in FIG. 3, the p-type nitride semiconductor in the peripheral region B is located at the position where the recess is not formed (FIG. 3A) and the position where the
[0015]
The depth of the
[0016]
The width w a of the
[0017]
The planar shape of the
[0018]
In the present embodiment, the film thickness is periodically changed by forming a plurality of recesses in the p-type gallium nitride compound semiconductor layer. However, the film thickness may be changed by another appropriate method. .
[0019]
【Example】
(Example 1)
A gallium nitride compound semiconductor laser having the structure shown in FIGS. 1 to 3 was fabricated by the following method.
On a sapphire substrate, a buffer layer (not shown) is grown to a thickness of about 200 mm from GaN using hydrogen as a carrier gas, ammonia and TMG (trimethyl gallium) as a source gas at a temperature of 510 ° C. Then, at 1050 ° C., TMA (trimethylaluminum), TMG, and ammonia gas are used as source gases, and undoped Al 0.05 Ga 0.95 N is grown to a thickness of 1 μm. Then, TMA, TMG, and ammonia gas are used, silane gas (SiH 4 ) is used as impurity gas, and Al 0.05 Ga 0.95 N doped with Si 3 × 10 18 / cm 3 is grown to a thickness of 3 μm. The n-
[0020]
Then the temperature to 800 ° C., TMG as the raw material gas, TMI using (trimethyl indium) and ammonia, using a silane gas impurity gas, an In 0.08 Ga 0 was 5 × 10 18 / cm 3 doped with Si. A crack prevention layer (not shown) made of 92 N was grown to a thickness of 1500 mm.
[0021]
Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and an A layer made of undoped Al 0.14 Ga 0.86 N is grown to a thickness of 25 mm, and then TMA is grown. Then, a silane gas is used as an impurity gas, and a B layer made of GaN doped with Si at 5 × 10 18 / cm 3 is grown to a thickness of 25 mm. Then, this operation is repeated 160 times to laminate the A layer and the B layer, and the n-
[0022]
Next, the temperature is set to 800 ° C., TMI, TMG, and ammonia are used as the source gas, silane gas is used as the impurity gas, and Si is doped with In 0.01 Ga 0.99 N doped with 5 × 10 18 / cm 3. A barrier layer is grown to a thickness of 100 mm. Subsequently, the silane gas is stopped and a well layer made of undoped In 0.11 Ga 0.89 N is grown to a thickness of 50 mm. This operation was repeated three times, and finally, an active layer 8 having a multi-quantum well structure (MQW) having a total film thickness of 550 mm and having a barrier layer laminated thereon was grown.
[0023]
Next, at the same temperature, TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, Cp 2 Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used as an impurity gas, and Mg 1 × 10 19 / cm 3 doped Al 0.4 A p-type electron confinement layer (not shown) made of Ga 0.6 N was grown to a thickness of 100 mm.
[0024]
Next, the temperature was set to 1050 ° C., TMG and ammonia were used as the source gas, and the p-type
[0025]
Next, at the same temperature, TMA, TMG and ammonia are used as source gases, an A layer made of undoped Al 0.1 Ga 0.9 N is grown to a thickness of 25 mm, and then TMA is stopped. Cp 2 Mg is used as an impurity gas, and a B layer made of GaN doped with 5 × 10 18 / cm 3 of Mg is grown to a thickness of 25 mm. This operation was repeated 90 times, and the A layer and the B layer were laminated to grow the p-
[0026]
After the completion of the reaction, the wafer is annealed in a reaction vessel at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer. After annealing, the wafer is taken out of the reaction vessel, a protective film made of SiO 2 is formed on the surface of the uppermost p-side contact layer, etched with SiCl 4 gas using RIE (reactive ion etching), and n-electrode The surface of the n-
[0027]
Next, the
[0028]
Next,
[0029]
After forming the ridge stripe, the wafer is transferred to a PVD apparatus, the surface of the n-
[0030]
Next, a p-
[0031]
Cleaved in a bar shape from the sapphire substrate side, a resonator was fabricated on the cleavage plane. A dielectric multilayer film made of SiO 2 and TiO 2 was formed on the cavity surface, and finally a bar was cut in a direction parallel to the p-electrode to obtain a laser element as shown in FIGS. The resonator length was 600 μm.
[0032]
(Example 2)
A semiconductor laser was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the interval wc between the recesses was 10 μm.
(Example 3)
A semiconductor laser was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the interval Wc between the recesses was set to 6 μm.
[0033]
Example 4
Etching to form the
[0034]
(Example 5)
A semiconductor laser was fabricated in the same manner as in Example 4 except that the interval wc between the recesses was 10 μm.
(Example 6)
A semiconductor laser was fabricated in the same manner as in Example 4 except that the interval Wc between the recesses was set to 6 μm.
[0035]
(Comparative Example 1)
A semiconductor laser was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the
(Comparative Example 2)
A semiconductor laser was fabricated in the same manner as in Example 4 except that the
[0036]
As for the semiconductor lasers of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, the rising kinks and the lasing region kinks were measured. As for the semiconductor lasers of Examples 1 to 6, both the rising kinks and the lasing region kinks were comparative examples. It was suppressed more than the
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to stabilize the transverse mode in the ridge waveguide type gallium nitride compound semiconductor laser device and suppress the occurrence of the kink phenomenon and pulsation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a ridge waveguide type gallium nitride compound semiconductor laser according to the present invention.
FIG. 2 is a top view of the gallium nitride compound semiconductor laser shown in FIG.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing cross sections taken along lines aa ′ and bb ′ of the gallium nitride compound semiconductor laser shown in FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a conventional ridge waveguide type gallium nitride compound semiconductor laser.
FIG. 5 is a graph showing an example of current-light output characteristics of a gallium nitride-based compound semiconductor laser.
[Explanation of symbols]
2 n-type contact layer, 4 n-type cladding layer, 6 n-type light guide layer, 8 active layer, 10 p-type light guide layer, 12 p-type cladding layer, 14 p-type contact layer, 16 p-electrode, 18 n-electrode, 20 Ridge part, 22 concave part.
Claims (7)
前記リッジ部下方を両側より挟む部分のp型窒化ガリウム系化合物半導体層に、レーザの共振方向に沿って周期的に凹部が形成され、
前記凹部内を含む前記p型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に、前記窒化ガリウム系化合物半導体層よりも小さな屈折率を有する保護絶縁膜が形成されたことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。An n-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, an active layer composed of a gallium nitride-based compound semiconductor layer, and a p-type gallium nitride-based compound semiconductor layer are sequentially stacked, and the thickness of the p-type gallium nitride-based compound semiconductor layer is striped. In the gallium nitride compound semiconductor laser that performs light confinement below the ridge portion by partially thickening the ridge portion,
In the p-type gallium nitride compound semiconductor layer sandwiching the lower part of the ridge from both sides, recesses are periodically formed along the resonance direction of the laser,
A gallium nitride compound semiconductor laser, wherein a protective insulating film having a refractive index smaller than that of the gallium nitride compound semiconductor layer is formed on a surface of the p-type gallium nitride compound semiconductor layer including the inside of the recess. .
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JPH0632445U (en) * | 1992-05-18 | 1994-04-28 | ユニオンケミカー株式会社 | Transfer device |
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