JP4304883B2 - Nitride semiconductor laser diode and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体レーザダイオード、及びその製造方法に関し、特に、埋め込み層を有するリッジ形状の窒化物半導体レーザダイオードに適用される。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子である窒化物半導体レーザダイオードは、大容量の情報を記憶するＤＶＤ等のメディアや通信用の光源、又は印刷機器等への利用が期待されている。またガリウムを含有する窒化物半導体は発光波長が４００ｎｍ帯の短波長領域であるため、紫外から緑色までの発光光源とすることができる。そのため、ガリウムを含有する窒化物半導体レーザダイオードとして用いた場合、従来の赤色レーザダイオードに比べて数倍の大容量メディアの再生装置、又は記憶装置として使用可能となる。さらに電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような電子デバイスへの応用も期待されている。
【０００３】
このような窒化物半導体レーザダイオードには、光導波路を形成し横方向の光閉じ込めを実現するために窒化物半導体にエッチングをすることによりリッジを備えたものがある。この窒化物半導体レーザダイオードはリッジを形成後に露出面となったリッジの側壁部からリッジ両側のｐ側窒化物半導体層の露出面上に絶縁性の埋め込み層を備えたものである。これは、リッジを形成し露出面となったリッジ両側のｐ側窒化物半導体層の露出面上に窒化物半導体と屈折率の違う、例えば屈折率の低い埋め込み層を有することで、リッジ両側にある窒化物半導体の屈折率をコア領域となる窒化物半導体の屈折率よりも低くするものである。これより、光をコア領域内に閉じ込めることで、横方向の光閉じ込めを可能とするものである。このようなレーザダイオードを実効屈折率型レーザダイオードと呼ぶ。また、窒化物半導体レーザダイオードにおいて、リッジ両側の埋め込み層を絶縁体とすることで電流狭窄ができる。この実効屈折率型レーザダイオードは、例えばJpn.J.Appl.Phys.vol.37(1988) pp.L309-L312、Part2,No.cB,15 March 1998に示している。
【０００４】
例えば、絶縁性を有する特性を満たした埋め込み層としてＳｉＯ２やＺｒＯ２が報告されている。ＺｒＯ２からなる埋め込み層を有する窒化物半導体レーザダイオードにおいては、出力が５ｍＷ程度では寿命特性が連続発振１万時間以上を達成した良好な窒化物半導体レーザダイオードを可能としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳｉＯ２やＺｒＯ２を埋め込み膜として用いた場合には、低出力時や高出力時に関わらずリップルが発生してしまう。これは、実効屈折率型レーザダイオードはコア領域だけでなく、このコア領域の両横側にも活性層が存在するからである。コア領域の両横側にある活性層から、発光があるため出力が不均一となる。また、コア領域からの発光漏れも考えられる。リップルが発生すればＦＦＰ（ファー・フィールド・パターン）は非ガウシアン分布となる。このような非ガウシアン分布を特性として示す窒化物半導体レーザダイオードは、光ディスクへの書き込み等には用いるのが困難である。つまり、リップルが発生すれば、ピークが複数発生するようなＦＦＰとなり、ピークの読み間違い等による歩留まり低下が問題となる。そこで、本発明の目的は、低出力や高出力に関わらずリップルの発生しない、窒化物半導体レーザダイオードを提供することである。
【０００６】
前記リップルとは、さざなみの意味を示す。図３（ａ）にはリップルのないＦＦＰ−Ｘを示す。また、図３（ｂ）にはリップルの発生したＦＦＰ−Ｘを示す。また前記コア領域とは、光閉じ込め領域を示す。縦方向の光閉じ込めはガイド層とクラッド層との屈折率差を利用したものである。また、横方向の光閉じ込めはリッジの両側に形成した埋め込み膜に屈折率が低いものを用いる。これにより、埋め込み膜の下部にある窒化物半導体の屈折率を低下させ実効屈折率を形成する。そのため、横方向の光閉じ込めが可能となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化物半導体レーザダイオードは、上記目的を達成するために、ｐ側窒化物半導体層上にリッジを有し、そのリッジ両側に埋め込み膜が形成された窒化物半導体レーザダイオードにおいて、前記埋め込み膜は吸収係数の異なる第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを順に形成した２層構造からなり、前記第１の絶縁膜は前記第２の絶縁膜よりも吸収係数が高いものであって、前記第１の絶縁膜は、前記リッジの側壁部を除いた領域であって、ｐ側窒化物半導体層の露出面に形成されており、前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜上及びリッジの側壁部に形成されている。
【０００８】
本発明の窒化物半導体レーザダイオードにおいて、前記第１の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜よりも吸収係数が高いことを特徴とする。
【０００９】
本発明の窒化物半導体レーザダイオードは、基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層とを形成したものであり、このｐ側窒化物半導体層は活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層とを有するものであって、前記窒化物半導体レーザダイオードは少なくともｐ側クラッド層までエッチングすることによりリッジを形成していることを特徴とする。
【００１０】
本発明の窒化物半導体レーザダイオードにおいて、前記第１の絶縁膜はリッジ形成後のｐ側窒化物半導体層の露出面上に形成され、かつリッジの側壁部には接触していないことを特徴とする。前記窒化物半導体レーザダイオードにおいて、前記第１の絶縁膜は光吸収機能を有し、前記第２の絶縁膜は電流狭窄及び横方向の光閉じ込め機能を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明における窒化物半導体レーザダイオードは、リッジ形状を有する実効屈折率型レーザダイオードであり、吸収係数の異なる第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との２層構造からなる埋め込み層を有する。この第１の絶縁膜には吸収係数が高いものを用いることとする。これより、第１の絶縁膜は光吸収膜としての効果を有し、コア領域からの発光漏れやコア領域以外での発光による光を吸収することでリップルをなくすことができる。ここで、吸収係数の高い埋め込み層としては、ＴｉＯ２（酸化チタン）やＮｂ２Ｏ３（酸化ニオブ）、ＲｈＯ等が挙げられる。また、前記第１の絶縁膜であるＴｉＯ２等はＳｉＯ２やＺｒＯ２に比べて熱伝導率が高く、放熱性に優れており高出力時の連続発振に用いる埋め込み膜としては好ましい。さらに、本発明は埋め込み膜を２層構造とすることで、逆耐圧が高くなる。これは、窒化物半導体レーザダイオードを形成するための電極と窒化物半導体との間の絶縁が強くなるからである。そのため、逆方向に電圧がかかった場合でも壊れにくく、品質の向上が期待できる。
【００１２】
また、前記窒化物半導体レーザダイオードは、少なくともｐ側クラッド層までエッチングすることでリッジを形成している。また、活性層までエッチングすれば活性層にダメージを与えるため寿命特性を低下させてしまう。さらに、このリッジ形成後に形成する第１の絶縁膜はリッジの側壁部には接触していないものとする。これは、第１の絶縁膜がリッジに接触していたら、閾値が上がり寿命特性を低下させるためである。これは、第１の絶縁膜が光吸収膜としての効果があるものの、レーザ発振に必要なレーザ光までこの第１の絶縁膜が吸収してしまうからである。
【００１３】
前記窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、ｐ側窒化物半導体層上にリッジを有し、そのリッジの両側に埋め込み層が形成された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、前記埋め込み膜は吸収係数の異なる第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを順に形成した２層構造からなり、前記第１の絶縁膜は前記第２の絶縁膜よりも吸収係数が高いものであって、前記リッジ形成後にリッジ上部、及びリッジの側壁部を除いた領域であり、ｐ側窒化物半導体層の露出面に第１の絶縁膜を形成する工程と、その後、前記第１の絶縁膜上、及びリッジの側壁部に第２の絶縁膜を形成する工程とを具備することにより前記埋め込み層を形成することを特徴とする。また、前記第１の絶縁膜、第２の絶縁膜の成膜方法としては、特に限定しないが、スパッタやＥＣＲスパッタ、蒸着を用いることができる。
【００１４】
前記窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、前記第１の絶縁膜の形成にはウェットエッチング法を用いることを特徴とする。このウェットエッチングには、熱硫酸やＢＨＦ、フッ酸が用いられる。第１の絶縁膜はウェットエッチングで形成することにより、リッジ両側の側壁と第１の絶縁膜との間隔を均一に制御することができる。また、リッジの端からの距離を数ミクロンの１／１０という狭い範囲でのエッチングが可能となる。そのため、リッジ両横側の閉じ込めを均一にすることができ、ＦＦＰのピークずれを抑制することができる。
【００１５】
本発明における埋め込み膜は上記に示す材料であれば、電気伝導度が低く、１０６〜１０１２Ωｃｍであるため絶縁体となり、埋め込み層からの電流のリークはない。さらに、熱伝導率が高く、放熱性に優れている。そのため、３０ｍＷ以上の高出力に連続発振をする窒化物半導体レーザダイオードにおいても、コア内で発生した熱を埋め込み層から外部に逃がし発熱による素子の劣化を抑制することができるため、寿命特性の向上が期待できる。また、フェイスダウン構造である窒化物半導体レーザダイオードにおいては窒化物半導体レーザダイオードと、ステムとの接合面積が広いため効率よく熱を逃がすことができ好ましい。その他として、第１の絶縁膜をリッジ両横側の範囲のみに形成するのであれば、絶縁膜に限らずメタルを使用することもできる。
【００１６】
以上に示すように、本発明における窒化物半導体レーザダイオードはリッジ形状を有する実効屈折率型レーザダイオードであり、２層構造から成る埋め込み層を用いるものである。これにより、低出力や高出力に関係なくリップルをなくした窒化物半導体レーザダイオードを提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態の半導体レーザダイオードは、リッジを有し、そのリッジの側壁部からリッジの両側表面に連続して埋め込み膜が形成された窒化物半導体レーザダイオードにおいて、前記埋め込み膜としては吸収係数の異なる第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを順に形成した２層構造からなるものである。前記第１の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜よりも吸収係数が高いものとする。この吸収係数の測定にはエリプソメーターを用い、０．００５〜０．１の範囲の第１の絶縁膜を成膜する。
【００１８】
前記窒化物半導体レーザダイオードは、基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層とを形成したものである。この基板は、窒化物半導体基板と異なるサファイア等の異種基板であってもよい。また、ｎ側窒化物半導体層は前記基板上にｎ側コンタクト層、クラック防止層、ｎ側クラッド層、ｎ側ガイド層とを有するものである。さらに、このｎ側窒化物半導体層上に形成する活性層は多重量子井戸構造からなる。この活性層上に形成するｐ側窒化物半導体層は、活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層とを有するものであって、本実施の形態では少なくともｐ側クラッド層までエッチングすることによりリッジを形成している。
【００１９】
前記窒化物半導体レーザダイオードにおいて、前記第１の絶縁膜はリッジ形成後のｐ側窒化物半導体層の露出面上に形成され、かつリッジの側壁部には接触していないものとする。
【００２０】
本発明に係る実施の形態の窒化物半導体レーザダイオードにおける埋め込み層は、吸収係数の異なる第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを順に形成した２層構造からなる。また、前記第１の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜よりも吸収係数が高いものとするため、以下の効果を有する。
【００２１】
効果１
上記に示すように、吸収係数の高い第１の絶縁膜を埋め込み膜に用いることで、ＦＦＰ−Ｘにおけるリップルの発生をなくすことができる。この第１の絶縁膜としては、ＴｉＯ２等の絶縁膜を用いる。このリップルの発生をなくす理由は、これらの絶縁膜の吸収係数が高いために、光を吸収することができるからである。具体的数値としては０．００５〜０．１である。吸収係数の高い絶縁膜を有することで、コア領域からの漏れ光、又はコア領域以外での発光を取り除き、単一なレーザ光とするこｔこができる。そのため、上記埋め込み膜を形成することで、リップルをなくすことができる。また、ＴｉＯ２の成膜方法としてはスパッタ法等が考えられる。
【００２２】
効果２
本発明では、埋め込み膜を２層構造としているために、逆耐圧が高くなる。その理由は、窒化物半導体レーザダイオードを形成時に電極と窒化物半導体との間の絶縁が２層構造とすることで強くなるからである。
【００２３】
また、リッジ形成時のエッチング深さは、活性層までエッチングしなければ、ｐ側キャップ層までエッチングしてもよく、好ましくはｐ側ガイド層やｐ側クラッド層までエッチングすることとする。これは、窒化物半導体はエッチングにより形成したエッチング表面が劣化することが考えられるからである。このエッチングによる劣化の影響が活性層に及ばない範囲とすることが好ましいからである。
【００２４】
以上より、本発明ではｐ側ガイド層までエッチングすれば、コア領域以外に電流が流れることなく電流狭窄が可能となる。その結果、リッジ形成後に露出面となるｐ側ガイド層上に埋め込み膜を２層構造で形成した窒化物半導体レーザダイオードであって５ｍＷ程度の低出力のみならず、３０ｍＷ以上、好ましくは５０ｍＷ程度の高出力時においてもリップルやキンクが発生することなく３０００時間以上の連続発振を行なうことが可能なリッジ形状の窒化物半導体レーザダイオードを提供することができる。
【００２５】
本発明に係る実施形態の半導体レーザダイオードにおける埋め込み膜の形成方法を以下に示す。まず、埋め込み膜を形成するために窒化物半導体レーザダイオードにリッジを形成する。図２（ａ）に示すように、リッジの最上面にレジスト、又はＳｉＯ２等を保護マスクとして形成した後、スパッタ等によりレジスト上部やリッジの側壁部、ｐ側窒化物半導体層の露出面上に第１の絶縁膜を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト上部、及びリッジの側壁部に形成した第１の絶縁膜を熱硫酸やＢＨＦ（バッファードフッ酸）を用いてウェットエッチング等により除去する。ここで、リッジ両側の側壁部と第１の絶縁膜とは接触していない状態とすることが好ましい。その後、図２（ｃ）に示すように、レジスト上部やリッジの側壁部、第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する。さらに、図２（ｄ）に示すように、リッジの上面に形成されているレジストやＳｉＯ２、第２の絶縁膜とを除去し、リッジ最上面を露出させる。この露出面には後工程において、ｐ側電極を形成する。
【００２６】
ここで、ＴｉＯ２の成膜条件を以下に示す。成膜装置としては、スパッタ装置を用いる。原料にはＴｉターゲットを使用し、成膜温度を窒化物半導体にダメージを与えない温度である６００℃以下である１５０℃とする。また、成膜温度が６００℃より高ければ、成膜時に窒化物半導体にダメージを与える恐れがある。以上より、本発明における埋め込み膜は、１００℃以上、好ましくは２００℃以上５００℃以下の範囲を成膜条件とする。埋め込み膜は２層構造とするため、組み合わせにより埋め込み膜の屈折率を２．０〜２．６５と広範囲で形成することができる。そのため、窒化物半導体レーザダイオードの窒化物半導体層をＧａＮ（屈折率＝約２．３）だけでなく一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で示した場合にも、この組成式内での屈折率に対して屈折率差を維持することが可能であり、上記組成の窒化物半導体に対して安定した光閉じ込めができる。また、埋め込み膜の膜厚は第１の絶縁膜が１００Å〜２５００Å、第２の絶縁膜が１００Å〜６０００Åとする。
【００２７】
また、埋め込み膜である第１の絶縁膜、第２の絶縁膜の成膜方法としては、スパッタ法、ＥＣＲスパッタ法等のスパッタリング法、又は電子ビーム蒸着法、イオンビーム蒸着法等の蒸着法、その他にマイクロ波プラズマＣＶＤ法やＤＣプラズマＣＶＤ法などのプラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、ＥＡＣＶＤ法、アークイオンプレーティング法、電子励起式イオンプレーティング法を使用した装置を用いることができる。
【００２８】
以下、本発明に係る実施の形態の半導体レーザダイオードの製造工程の一例をさらに詳細に説明するが、本発明は、これに限定されるものでない。
本発明における基板は、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができる基板であればよく、基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。この基板の具体例としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネルのような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合する酸化物基板が挙げられる。
また、サファイアを基板として用いる場合、サファイア基板は、Ａ面をオリフラとし、Ｃ面を成長面とする。その他、Ｒ面やＡ面でも成長面とすることができるが、好ましくはＣ軸配向の窒化物半導体層を成長させることである。この基板は、外周を面取り加工や裏面を研削加工したものであってもよい。
【００２９】
次に、前記基板上に成長させる窒化物半導体層としては、窒化物半導体であり、一般式としてＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で表される。また、窒化物半導体層を本発明では有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、やハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相成長法を用いて成長させる。
【００３０】
まずは、前記基板上に低温で窒化物半導体ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）から成る下地層を成長させる。これにより、基板と窒化物半導体との格子定数差により生じる欠陥や割れを抑制することができる。ここで、低温とは３００〜８００℃の温度範囲である。さらに、第２の下地層としてＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）を有機金属化学気相成長法により成長させる場合、成長原料にＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とアンモニアを使用して成長温度１１５０℃以下で１〜２０μｍ程度成長させ、窒化物半導体の表面を平坦な鏡面とする。
【００３１】
また、前記下地層上にＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法によりＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層を成長させてもよい。このＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法とは窒化物半導体を横方向成長させることで貫通転位を曲げて収束させることにより転位を低減させるものである。異種基板上に窒化物半導体を成長させる場合、この基板と窒化物半導体との格子定数の違いから成長界面に応力が発生する。この応力が貫通転位等を発生させることとなり、貫通転位が窒化物半導体の結晶性を低下させてしまう。そこで、このＥＬＯ法では縦方向に伸びる性質を有する貫通転位を横方向に曲げることで窒化物半導体の表面の貫通転位を低減させるものである。まず、下地層上に保護膜を成膜し、この保護膜に開口部を設ける。この保護膜の性質としては、保護膜上には窒化物半導体が成長しないものとする。さらに、保護膜の開口部には下地層が露出しており、この下地層を核として窒化物半導体を成長させるものである。核から成長した窒化物半導体は保護膜上で横方向成長する。この横方向成長した窒化物半導体と同様に貫通転位も横方向に伸びる。この横方向に伸びた貫通転位は保護膜上で接合し、収束する。また、開口部から縦方向に伸びる貫通転位も存在する。以上より、保護膜開口部から保護膜上に成長させた窒化物半導体は、保護膜の開口部上、及び保護膜上に横方向成長した同士の接合部以外の領域には低転位領域を形成することができる。
【００３２】
さらに、本発明者らは図４や図６に示す窒化物半導体基板上に形成した窒化物半導体レーザダイオードを提供することができる。この図４に示す窒化物半導体基板は、基板上に横方向成長させた窒化物半導体をＴ字形状とし、さらに窒化物半導体を再成長させるものである。この窒化物半導体基板は、Ｔ字柱上には転位が伸びるものの、Ｔ字両翼上部、及び隣り合うＴ字両翼の開口部上には転位が大幅に低減された結晶性の良好な窒化物半導体基板を得ることができる。この窒化物半導体基板は低欠陥領域がウェハー上に広範囲で存在するため、この上に形成した窒化物半導体レーザーダイオードは寿命特性の良好なものが期待できる。また、図６に示すように、基板上に窒化物半導体を成長後、部分的にエッチングを行い、さらに窒化物半導体を再成長させる方法により窒化物半導体基板を形成することができる。このエッチング深さは特に限定しないが、基板を露出させず、底面には空洞を有するものであればよい。基板を露出すれば、基板と窒化物半導体との成長界面を露出することになる。この成長界面は、基板と窒化物半導体との格子定数が違うため窒化物半導体の結晶性がよくない。この結晶性がよくない窒化物半導体を露出すれば、基板上の窒化物半導体へのダメージが大きく、上部の窒化物半導体まで転位がより多く伸びてしまう。そのため、基板は露出させない方が好ましい。しかしながら、エッチング深さが浅ければ、凹部の底面からの窒化物半導体の再成長が起こり、転位が伸びてしまう。そのため、基板を露出させず、かつ空洞を有する図６に示す窒化物半導体基板が好ましい。
【００３３】
また、窒化物半導体に生じる貫通転位を減少させるには、前記ＥＬＯ法の他に、ＨＶＰＥ法により厚膜成長させ、この厚膜成長時に貫通転位を収束させることで転位を 低減させる方法が挙げられる。
【００３４】
このＨＶＰＥ法で窒化物半導体を成長させる場合、例えばＧａＮであれば、ＨＣｌガスとＧａ金属が反応することでＧａＣｌやＧａＣｌ３を形成し、さらにこのＧａ塩化物がアンモニアと反応することでＧａＮを基板上に堆積させるものである。ＨＶＰＥ法による窒化物半導体の成長時に成長速度を変化させ、２段階成長させることで結晶欠陥を大幅に低減させることができる。これにより、保護膜を用いた横方向成長をする必要がなく、効率良く窒化物半導体基板を得ることができる。この２段階成長基板を図５に示す。
【００３５】
また、ＨＶＰＥ法により窒化物半導体と異なる異種基板上に窒化物半導体を厚膜成長させた場合には、この厚膜の窒化物半導体基板から異種基板を除去することにより窒化物半導体のみから成る単体基板を形成することができる。厚膜の窒化物半導体基板から異種基板を除去する方法としては、異種基板を研磨により除去する方法、その他には、異種基板と窒化物半導体との界面にエキシマレーザ照射することにより異種基板を除去する方法が挙げられる。そのため、サファイア基板のような絶縁体基板上に成長させた窒化物半導体基板であってもサファイア基板除去することで窒化物半導体から成る単体基板とし、裏面電極構造とすることが可能となる。
ここまでの工程で得られた基板上に窒化物半導体を成長させたもの、ＥＬＯ法で成長させたもの、及びＨＶＰＥ法により成長させたものを含めて以下、窒化物半導体基板という。
【００３６】
次に、前記窒化物半導体基板上に窒化物半導体素子を形成する。前記窒化物半導体基板上にｎ側コンタクト層３としてｎ型不純物をドープしたＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を５μｍ程度で成長させる。このｎ側コンタクト層上にクラック防止層（図示されていない）としてｎ型不純物ドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を０．２μｍ程度で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。続いて、クラック防止層上にｎ側クラッド層４を成長させる。このｎ側クラッド層としては、超格子構造であるのが好ましく、アンドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）よりなる層と、ｎ型不純物をドープしたｎ型ＧａＮよりなる層とを交互に積層して総膜厚１．２μｍ程度の超格子構造よりなるｎ側クラッド層を成長させる。続いて、アンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層５を０．１μｍ程度の膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層は、ｎ型不純物をドープしてもよい。
【００３７】
次に、障壁層にノンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）と井戸層にｎ型不純物ドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）とからなる単一量子井戸構造、又は多重量子井戸構造である活性層６を成長させる。多重量子井戸構造であれば、障壁層と井戸層とを同一温度で２〜５回程度で交互に積層し、最後に障壁層とし総膜厚を２００〜５００Åとする。
【００３８】
次に、活性層上にｐ側キャップ層（図示されていない）としてｐ型不純物をドープしたｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を成長させる。このｐ側キャップ層は膜厚を３００Å程度で成長させる。続いて、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を０．１μｍ程度の膜厚で成長させる。このｐ側光ガイド層７は、ｐ型不純物をドープしてもよい。次に、ｐ側光ガイド層上にｐ側クラッド層８を成長させる。このｐ側クラッド層としては、ｎ側クラッド層と同様に超格子構造であるのが好ましく、アンドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）よりなる層と、ｐ型不純物をドープしたｐ型ＧａＮよりなる層とを交互に積層して総膜厚０．６μｍ程度の超格子構造よりなるｐ側クラッド層を成長させる。最後に、ｐ側クラッド層の上に、ｐ型不純物をドープしたＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなるｐ側コンタクト層９を成長させる。
【００３９】
ここで、不純物濃度としては、特に限定する必要はないが、好ましくはｎ型不純物、及びｐ型不純物は１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３とする。また、前記ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、ｐ型不純物としてはＢｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げられる。
【００４０】
次に、前記窒化物半導体基板上に窒化物半導体素子を形成後、ｐ電極とｎ電極とを同一面側に形成する場合には、ｎ電極を形成するためにｎ側コンタクト層をエッチングにより露出させる。次に、ストライプ状の光導波路領域を形成するためにエッチングすることによりリッジを形成する。ここで、エッチングはリッジを形成するには異方性エッチングであるのが好ましく、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置等を使用する。ここで形成されるリッジ幅としては本発明においては後工程で形成する埋め込み層や出力にもよるが、リッジ幅は１．０〜３．０μｍと広くすることができる。また、エッチング深さとしては窒化物半導体素子内の少なくともｐ側クラッド層までエッチングするものとする。さらに、リッジ形状は、順メサ型、逆メサ型、垂直型から成り、これらの形状であれば横方向の光閉じ込めができ好ましい。
【００４１】
リッジを形成後、露出したリッジの側壁部からリッジの両側表面の窒化物半導体層上に絶縁体である埋め込み膜を２層構造でスパッタ法等により形成する。埋め込み膜の成膜方法、及び成膜条件は前記に示しており、ここでは省略する。
【００４２】
この埋め込み膜の効果としては第１の絶縁膜１１は光吸収である。また、第２の絶縁膜１２の効果としては、電流狭窄、及び横方向の光閉じ込めである。横方向の光閉じ込めをするためには窒化物半導体層との間に屈折率差を設ける必要があり、またコア領域内に光を閉じ込めるには窒化物半導体よりも屈折率の小さい材料を埋め込み層に用いる。また、縦方向の光閉じ込めは屈折率の高いコア領域と、屈折率の低いｐ、ｎ側クラッド層とで屈折率差をつけることでコア内に光を閉じ込めている。
【００４３】
その後、ｐ側電極１３を形成するためにリッジ最上面に成膜された埋め込み層をリフトオフ等により除去する。次に、除去後、露出したｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ側電極をストライプ状に形成し、ｐ側電極を形成後、ｎ側コンタクト層の表面にＴｉ／Ａｌよりなるｎ側電極１０をリッジストライプと平行に形成する。次に取り出し電極であるパッド電極１４をｐ電極、及びｎ電極上に形成する。
【００４４】
また、ｐ側電極をＮｉ／Ａｕ／ＲｈＯとし、ｐ側パッド電極をＲｈＯ／Ｐｔ／Ａｕとする組み合わせとすることもできる。パッド電極を形成する前に、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等から成る誘電体多層膜を共振器面（光出射端面側）に形成してもよい。この誘電体多層膜を有することにより高出力時における光出射端面の端面劣化を抑制することができる。
【００４５】
さらに、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状にヘキカイし、ヘキカイ面（（１１−００）面、六方晶系の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を形成する。この共振器面に誘電体多層膜を形成し、電極に平行な方向でバーを切断して窒化物半導体レーザ素子とする。この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、ワイヤーボンディングし、キャップで封止することで窒化物半導体レーザダイオードとする。
【００４６】
以上により得られた窒化物半導体レーザダイオードを用いて室温でレーザ発振を試みたところ、発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／ｃｍ２において連続発振を示し、５ｍＷ程度の低出力時だけでなく３０ｍＷ以上、好ましくは５０ｍＷ程度の光出力時でもリップルが発生せず、３０００時間以上の寿命特性を示す。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
［実施例１］
まず、基板１としてＣ面を主面、オリフラ面をＡ面とする２インチφで厚さ２ｍｍのサファイア基板を用い、ＭＯＣＶＤ装置にセットし、温度１０５０℃で１０分間のサーマルクリーニングを行い水分や表面の付着物を除去した。
【００４８】
次に、温度を５１０℃にして、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より成る下地層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００４９】
その後、第２の下地層であるＧａＮを成長温度１０５０℃、膜厚２．５μｍで成長する。この第２の下地層は、上記下地層と同様にキャリアガスには水素、原料ガスにはアンモニアを用いて成長させる。
【００５０】
第２の下地層を成長後、その上にＳｉＯ２よりなる保護膜を膜厚０．５μｍで成膜する。さらに、この保護膜に開口部を有するストライプパターンを形成する。この保護膜のストライプパターンは基板のオリフラ面に対して垂直方向に形成される。また、保護膜のストライプ幅は１４μｍ、開口部幅は６μｍである。この開口部は下地層であるＧａＮが露出している。次に、この開口部より露出したＧａＮを核としてＧａＮを横方向に成長させ、このＧａＮ同士が接合する前に成長を止める。この時のＧａＮの断面形状としてはＴ字状となる。その後、保護膜を除去し、Ｔ字状のＧａＮの両翼側面、及びＴ字上面よりＧａＮを再成長させることで、膜厚１５μｍのＧａＮ層２を形成する。このＧａＮ基板は、平坦でミラー形状を有する窒化物半導体基板であり、保護膜上の横方向成長させた領域は単位面積あたりの貫通転位が１×１０７個／ｃｍ２以下となる低欠陥である窒化物半導体基板とすることができる。
【００５１】
次に、前記窒化物半導体基板上に窒化物半導体素子を形成する。
［アンドープｎ型コンタクト層（図示されていない）］
前記窒化物半導体基板を形成したウェーハをＭＯＣＶＤ装置の反応容器内にセットし、１０５０℃で窒化物半導体に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮからなる窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとする半導体素子との間で、緩衝層としての機能を有する。
【００５２】
［ｎ型コンタクト層３］
次にアンドープｎ型コンタクト層上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層３を４μｍの膜厚で成長させる。
【００５３】
［クラック防止層］
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を９００℃にしてＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなるクラック防止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【００５４】
［ｎ型クラッド層４］
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Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ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。この操作を２００回繰り返しＡ層とＢ層との積層構造とし、総膜厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。
【００５５】
［ｎ型光ガイド層５］
次に、シランガスを止め、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型ガイド層５を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型光ガイド層５は、ｎ型不純物をドープしてもよい。
【００５６】
［活性層６］
次に、温度を９００℃にし、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、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Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる井戸層を２５Åの膜厚で成長させることにより、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層の順に積層し、最後に障壁層として、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎを成長させる。活性層６は、総膜厚５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００５７】
［ｐ型キャップ層（図示されていない）］
次に、活性層と同じ温度で、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Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層を１００Åの膜厚で成長させる。
【００５８】
［ｐ型光ガイド層７］
次に、Ｃｐ２Ｍｇ、ＴＭＡを止め、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型ガイド層７を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００５９】
［ｐ型クラッド層８］
次に、１０５０℃でアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層８を成長させる。ｐ型クラッド層は、ＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ型クラッド層８を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大きくなるので、しきい値を低下させる上で非常に有効である。
【００６０】
［ｐ型コンタクト層９］
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層１０９の上に、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層９を１５０Åの膜厚で成長させる。
反応終了後、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００６１】
アニーリング後、窒化物半導体を積層させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型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）法を用いＣｌ２ガスによりエッチングし、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層３の表面を露出させる。
【００６２】
次に、レジストをマスクとして形成し、ＲＩＥを用いＣｌ２ガス、及びＳｉＣｌ４ガスとによりエッチングすることにより、ストライプ状の導波路領域としてリッジストライプをリッジのストライプ幅を１．８μｍで形成する。このエッチングはｐ側ガイド層までエッチングして、ストライプ状の光導波路領域となるリッジを形成する。その後、スパッタ装置を用いて第１の絶縁膜であるＴｉＯ２を膜厚５００Åで形成する。その後、リッジ側壁部とレジスト上部の第１の絶縁膜を除去し、第２の絶縁膜であるＺｒＯ２を図２に示すように膜厚５５０Åで形成する。その後、剥離液により図２（ｄ）に示すようにリッジ上部を露出させる。
【００６３】
次に前記リッジ最上面の露出したｐ型コンタクト層上にｐ側電極をＮｉ／Ａｕで１００μｍのストライプ幅で形成し、また、エッチングにより露出したｎ型コンタクト層上にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ型電極を形成する。このｐ側電極は、リッジ上にストライプ形成されており、同じくストライプ形成されているｎ側電極とは平行な方向で形成する。
【００６４】
次に、光反射端面にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を設けた後、ｐ側電極、及びｎ側電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなるパット電極をそれぞれ形成する。
【００６５】
以上のようにして得られた窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれのパッド電極にワイヤーボンディングをすることで窒化物半導体レーザダイオードとする。本実施例におけるＦＦＰ−Ｘを図７に示す。また、埋め込み膜をＺｒＯ２のみとした他は実施例１と同様にして形成した窒化物半導体レーザーダイオードにおけるＦＦＰ−Ｘを図８にしめす。以上より、この窒化物半導体レーザダイオードを用いて、室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃｍ２、５〜３０ｍＷの出力においてリップルが発生せず、３０００時間以上の寿命特性を有する発振波長４０５ｎｍの連続発振の窒化物半導体レーザダイオードを得られた。
【００６６】
［実施例２］
実施例１と同様にサファイア基板１上に下地層２を成長させた後、ハイドライド気相エピタキシャル成長装置にセットし、Ｇａメタルを石英ボートに用意し、ハロゲンガスにＨＣｌガスを用いることによりＧａＣｌ３を生成し、次に、Ｎガスであるアンモニアガスと反応させ、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体２ａを成長させる。窒化物半導体２ａの成長温度としては１０００℃であり、成長速度を１ｍｍ／ｈｏｕｒとして、膜厚１００μｍで成長させる。次に、窒化物半導体２ａ上に、窒化物半導体２ｂをハイドライド気相エピタキシャル成長法装置において成長させる。この時の成長条件としては、成長温度を窒化物半導体２ａと同温とし、窒化物半導体２ｂの成長速度を５０μｍ／ｈｏｕｒで膜厚は５０μｍで成長させた。ここで得られた窒化物半導体基板は表面は平坦かつ鏡面となり、ＣＬ観察によると貫通転位密度は約１×１０６ｃｍ−２程度であり、低欠陥である図５に示す窒化物半導体基板を提供することができる。
【００６７】
以上により得られた窒化物半導体基板を用いる以外は実施例１と同様に窒化物半導体レーザダイオードを形成し、実施例１と同条件で埋め込み膜を第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との２層構造で形成する。ここで得られた窒化物半導体レーザダイオードは実施例１と同様にリップルが発生しない連続発振が３０００時間以上の寿命特性が期待できる。
【００６８】
［実施例３］
基板１にはＣ面を主面、オリフラ面をＡ面とする２インチφで厚さ２ｍｍのサファイア基板を用い、ＭＯＣＶＤ装置にセットし、温度１０５０℃で１０分間のサーマルクリーニングを行い水分や表面の付着物を除去する。 次に、温度を５１０℃にして、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より成る下地層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００６９】
その後、窒化物半導体２ａとしてＧａＮを成長温度１０５０℃、膜厚１０μｍで成長する。この窒化物半導体２ａは、上記下地層と同様にキャリアガスには水素、原料ガスにはアンモニアを用いて成長させる。
【００７０】
次に、窒化物半導体２ａを深さ８．５μｍの溝を形成する。この溝の幅は１４μｍであり、１４：６の比で溝を等間隔で形成している。さらに窒化物半導体２ｂを窒化物半導体２ａの側面、及び上面より成長させて、窒化物半導体のトータル膜厚が１５μｍである欠陥を低減させた窒化物半導体基板とする。この窒化物半導体２ｂの成長条件は窒化物半導体２ａと同様とする。
【００７１】
以上により得られた窒化物半導体基板を用いる以外は実施例１と同様に窒化物半導体レーザダイオードを形成し、実施例１と同条件で埋め込み膜を第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との２層構造で形成する。ここで得られた窒化物半導体レーザダイオードは実施例１と同様の効果が期待できる。
【００７２】
【発明の効果】
以上に示すように、本発明における埋め込み膜を窒化物半導体レーザダイオードに形成すれば、低出力、高出力に関係なくリップルが発生せず、寿命特性の安定な窒化物半導体レーザダイオードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を説明する模式断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を説明する工程図である。
【図３】ＦＦＰ−Ｘを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態を説明する窒化物半導体基板の模式断面図である。
【図５】本発明の一実施形態を説明する窒化物半導体基板の模式断面図である。
【図６】本発明の一実施形態を説明する窒化物半導体基板の模式断面図である。
【図７】本発明の一実施例におけるＦＦＰ−Ｘを示す図である。
【図８】比較例におけるＦＦＰ−Ｘを示す図である。
【符号の簡単な説明】
１・・・基板
２・・・下地層
３・・・ｎ側コンタクト層
４・・・ｎ側クラッド層
５・・・ｎ側光ガイド層
６・・・活性層
７・・・ｐ側光ガイド層
８・・・ｐ側クラッド層
９・・・ｐ側コンタクト層
１０・・・ｎ側電極
１１・・・埋め込み膜（第１の絶縁膜）
１２・・・埋め込み膜（第２の絶縁膜）
１３・・・ｐ側電極
１４・・・パッド電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitride semiconductor laser diode and a method for manufacturing the same, and particularly to a ridge-shaped nitride semiconductor laser diode having a buried layer.
[0002]
[Prior art]
Nitride semiconductor laser diodes, which are semiconductor light emitting devices, are expected to be used in media such as DVDs that store large amounts of information, light sources for communication, or printing equipment. In addition, since a nitride semiconductor containing gallium has a light emission wavelength in a short wavelength region of 400 nm, it can be used as a light emission source from ultraviolet to green. Therefore, when used as a nitride semiconductor laser diode containing gallium, it can be used as a reproducing device or a storage device for a large-capacity medium several times that of a conventional red laser diode. Furthermore, application to electronic devices such as field effect transistors (FETs) is also expected.
[0003]
Some nitride semiconductor laser diodes include a ridge formed by etching a nitride semiconductor in order to form an optical waveguide and realize lateral optical confinement. This nitride semiconductor laser diode is provided with an insulating buried layer on the exposed surface of the p-side nitride semiconductor layer on both sides of the ridge from the side wall of the ridge that became the exposed surface after forming the ridge. This is because a buried layer having a refractive index different from that of the nitride semiconductor is formed on the exposed surface of the p-side nitride semiconductor layer on both sides of the ridge which is formed by forming a ridge, for example, on both sides of the ridge. The refractive index of a certain nitride semiconductor is made lower than the refractive index of the nitride semiconductor used as the core region. Thus, light can be confined in the lateral direction by confining the light in the core region. Such a laser diode is called an effective refractive index type laser diode. Further, in the nitride semiconductor laser diode, current confinement can be achieved by using buried layers on both sides of the ridge as an insulator. This effective refractive index type laser diode is shown, for example, in Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 37 (1988) pp. L309-L312,
[0004]
For example, as a buried layer satisfying insulating properties, SiO2And ZrO2Has been reported. ZrO2In the nitride semiconductor laser diode having a buried layer made of the above, a good nitride semiconductor laser diode having a lifetime characteristic of 10,000 hours or more of continuous oscillation can be achieved at an output of about 5 mW.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, SiO2And ZrO2Is used as a buried film, ripples occur regardless of whether the output is low or high. This is because the effective refractive index type laser diode has active layers not only in the core region but also on both sides of the core region. Since the active layer on both sides of the core region emits light, the output becomes non-uniform. Further, light emission leakage from the core region is also conceivable. If ripples occur, the FFP (far field pattern) has a non-Gaussian distribution. A nitride semiconductor laser diode having such a non-Gaussian distribution as a characteristic is difficult to use for writing to an optical disk. That is, if a ripple occurs, the FFP causes a plurality of peaks to occur, resulting in a problem of yield reduction due to misreading of the peak. Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor laser diode which does not generate ripple regardless of low output or high output.
[0006]
The ripple means the meaning of ripples. FIG. 3A shows an FFP-X without ripple. FIG. 3B shows the FFP-X in which ripple has occurred. The core region is a light confinement region. The optical confinement in the vertical direction uses the difference in refractive index between the guide layer and the cladding layer. For lateral light confinement, a buried film formed on both sides of the ridge with a low refractive index is used. Thereby, the refractive index of the nitride semiconductor under the buried film is lowered to form an effective refractive index. As a result, lateral light confinement is possible.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the nitride semiconductor laser diode of the present invention isOn the p-side nitride semiconductor layerIn a nitride semiconductor laser diode having a ridge and a buried film formed on both sides of the ridge, the buried film has a two-layer structure in which a first insulating film and a second insulating film having different absorption coefficients are sequentially formed.The first insulating film has a higher absorption coefficient than the second insulating film, and the first insulating film is a region excluding the side wall portion of the ridge, and is p-side nitrided The second insulating film is formed on the first insulating film and on a side wall of the ridge..
[0008]
In the nitride semiconductor laser diode of the present invention, the first insulating film has an absorption coefficient higher than that of the second insulating film.
[0009]
In the nitride semiconductor laser diode of the present invention, an n-side nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-side nitride semiconductor layer are formed on a substrate, and the p-side nitride semiconductor layer is p on the active layer. The nitride semiconductor laser diode has a side cap layer, a p-side guide layer, a p-side cladding layer, and a p-side contact layer, and the ridge is formed by etching at least the p-side cladding layer. It is characterized by.
[0010]
In the nitride semiconductor laser diode of the present invention, the first insulating film is formed on the exposed surface of the p-side nitride semiconductor layer after the ridge is formed, and is not in contact with the side wall of the ridge. To do.In the nitride semiconductor laser diode, the first insulating film has a light absorption function, and the second insulating film has a current confinement function and a lateral light confinement function.
[0011]
The nitride semiconductor laser diode according to the present invention is an effective refractive index type laser diode having a ridge shape, and has a buried layer having a two-layer structure of a first insulating film and a second insulating film having different absorption coefficients. The first insulating film having a high absorption coefficient is used. Thus, the first insulating film has an effect as a light absorption film, and ripples can be eliminated by absorbing light emitted from the core region and light emitted from other than the core region. Here, as the buried layer having a high absorption coefficient, TiO2(Titanium oxide) and Nb2O3(Niobium oxide), RhO, etc. are mentioned. Further, TiO which is the first insulating film2Etc. is SiO2And ZrO2Compared with the above, it has a high thermal conductivity and excellent heat dissipation, and is preferable as a buried film used for continuous oscillation at high output. Furthermore, in the present invention, the reverse breakdown voltage is increased by providing the buried film with a two-layer structure. This is because the insulation between the electrode for forming the nitride semiconductor laser diode and the nitride semiconductor becomes strong. Therefore, even when a voltage is applied in the reverse direction, it is difficult to break and an improvement in quality can be expected.
[0012]
The nitride semiconductor laser diode forms a ridge by etching at least to the p-side cladding layer. In addition, if the active layer is etched, the active layer is damaged and the life characteristics are deteriorated. Further, it is assumed that the first insulating film formed after the formation of the ridge is not in contact with the side wall portion of the ridge. This is because if the first insulating film is in contact with the ridge, the threshold value increases and the life characteristics are deteriorated. This is because although the first insulating film has an effect as a light absorption film, the first insulating film absorbs laser light necessary for laser oscillation.
[0013]
The method of manufacturing the nitride semiconductor laser diode is as follows:On the p-side nitride semiconductor layerIn a method of manufacturing a nitride semiconductor laser diode having a ridge and a buried layer formed on both sides of the ridge,The buried film has a two-layer structure in which a first insulating film and a second insulating film having different absorption coefficients are sequentially formed, and the first insulating film has a higher absorption coefficient than the second insulating film. BecauseA step of forming a first insulating film on the exposed surface of the p-side nitride semiconductor layer, which is a region excluding the ridge upper portion and the side wall of the ridge after the ridge formation, and then on the first insulating film, And forming a second insulating film on the side wall of the ridge;The buried layer is formed by comprisingIt is characterized by that. Further, a method for forming the first insulating film and the second insulating film is not particularly limited, and sputtering, ECR sputtering, and vapor deposition can be used.
[0014]
In the method for manufacturing the nitride semiconductor laser diode, a wet etching method is used for forming the first insulating film. For this wet etching, hot sulfuric acid, BHF, or hydrofluoric acid is used. By forming the first insulating film by wet etching, the distance between the side walls on both sides of the ridge and the first insulating film can be controlled uniformly. In addition, etching can be performed in a narrow range of 1/10 of several microns from the edge of the ridge. Therefore, the confinement on both sides of the ridge can be made uniform, and the FFP peak shift can be suppressed.
[0015]
If the embedded film in the present invention is the material shown above, the electric conductivity is low, 106-1012Since it is Ωcm, it becomes an insulator and there is no leakage of current from the buried layer. Furthermore, it has high thermal conductivity and excellent heat dissipation. Therefore, even in a nitride semiconductor laser diode that continuously oscillates at a high output of 30 mW or more, the heat generated in the core can be released from the buried layer to the outside, and the deterioration of the element due to heat generation can be suppressed. Can be expected. In addition, a nitride semiconductor laser diode having a face-down structure is preferable because the junction area between the nitride semiconductor laser diode and the stem is wide so that heat can be efficiently released. In addition, if the first insulating film is formed only in the range on both lateral sides of the ridge, not only the insulating film but also metal can be used.
[0016]
As described above, the nitride semiconductor laser diode in the present invention is an effective refractive index type laser diode having a ridge shape, and uses a buried layer having a two-layer structure. Thereby, it is possible to provide a nitride semiconductor laser diode in which ripple is eliminated regardless of low output or high output.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention includes a ridge, and a nitride semiconductor laser diode in which a buried film is continuously formed from the side wall portion of the ridge to both side surfaces of the ridge. It has a two-layer structure in which a first insulating film and a second insulating film having different absorption coefficients are sequentially formed. The first insulating film has a higher absorption coefficient than the second insulating film. An ellipsometer is used to measure the absorption coefficient, and a first insulating film in the range of 0.005 to 0.1 is formed.
[0018]
The nitride semiconductor laser diode is formed by forming an n-side nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-side nitride semiconductor layer on a substrate. This substrate may be a different substrate such as sapphire different from the nitride semiconductor substrate. The n-side nitride semiconductor layer has an n-side contact layer, a crack prevention layer, an n-side cladding layer, and an n-side guide layer on the substrate. Further, the active layer formed on the n-side nitride semiconductor layer has a multiple quantum well structure. The p-side nitride semiconductor layer formed on the active layer has a p-side cap layer, a p-side guide layer, a p-side cladding layer, and a p-side contact layer on the active layer. Then, the ridge is formed by etching at least to the p-side cladding layer.
[0019]
In the nitride semiconductor laser diode, the first insulating film is formed on the exposed surface of the p-side nitride semiconductor layer after the ridge is formed, and is not in contact with the side wall of the ridge.
[0020]
The buried layer in the nitride semiconductor laser diode according to the embodiment of the present invention has a two-layer structure in which a first insulating film and a second insulating film having different absorption coefficients are sequentially formed. In addition, since the first insulating film has a higher absorption coefficient than the second insulating film, it has the following effects.
[0021]
As described above, the use of the first insulating film having a high absorption coefficient for the embedded film can eliminate the occurrence of ripple in the FFP-X. As this first insulating film, TiO2An insulating film such as is used. The reason for eliminating this ripple is that light can be absorbed because of the high absorption coefficient of these insulating films. As a specific numerical value, it is 0.005-0.1. By having an insulating film with a high absorption coefficient, leakage light from the core region or light emission outside the core region can be removed and a single laser beam can be obtained. Therefore, the ripple can be eliminated by forming the buried film. TiO2As the film forming method, a sputtering method or the like can be considered.
[0022]
In the present invention, since the buried film has a two-layer structure, the reverse breakdown voltage is increased. This is because the insulation between the electrode and the nitride semiconductor is strengthened by forming a two-layer structure when forming the nitride semiconductor laser diode.
[0023]
The etching depth at the time of forming the ridge may be etched up to the p-side cap layer unless etching is performed up to the active layer, and is preferably etched up to the p-side guide layer and the p-side cladding layer. This is because it is considered that the etched surface of nitride semiconductor deteriorates by etching. This is because it is preferable that the influence of the deterioration due to the etching does not reach the active layer.
[0024]
As described above, in the present invention, if the etching is performed up to the p-side guide layer, the current can be confined without any current flowing outside the core region. As a result, it is a nitride semiconductor laser diode in which a buried film is formed in a two-layer structure on the p-side guide layer that becomes an exposed surface after the ridge is formed. It is possible to provide a ridge-shaped nitride semiconductor laser diode capable of continuous oscillation for 3000 hours or more without generating ripples and kinks even at high output.
[0025]
A method for forming a buried film in the semiconductor laser diode according to the embodiment of the present invention will be described below. First, a ridge is formed in a nitride semiconductor laser diode to form a buried film. As shown in FIG. 2 (a), resist or SiO on the top surface of the ridge2And the like as a protective mask, a first insulating film is formed on the resist upper portion, the side wall of the ridge, and the exposed surface of the p-side nitride semiconductor layer by sputtering or the like. Next, as shown in FIG. 2B, the first insulating film formed on the resist and on the side wall of the ridge is removed by hot etching or the like using hot sulfuric acid or BHF (buffered hydrofluoric acid). Here, it is preferable that the side wall portions on both sides of the ridge are not in contact with the first insulating film. Thereafter, as shown in FIG. 2C, a second insulating film is formed on the resist, on the side wall of the ridge, and on the first insulating film. Further, as shown in FIG. 2 (d), the resist or SiO formed on the upper surface of the ridge.2The second insulating film is removed to expose the top surface of the ridge. A p-side electrode is formed on the exposed surface in a later step.
[0026]
Where TiO2The film forming conditions are shown below. A sputtering apparatus is used as the film forming apparatus. A Ti target is used as a raw material, and a film forming temperature is set to 150 ° C., which is 600 ° C. or less, which is a temperature that does not damage the nitride semiconductor. Further, if the film formation temperature is higher than 600 ° C., the nitride semiconductor may be damaged during the film formation. As described above, the buried film in the present invention has a film forming condition of 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. Since the buried film has a two-layer structure, the refractive index of the buried film can be formed in a wide range of 2.0 to 2.65 by combination. Therefore, the nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor laser diode is not limited to GaN (refractive index = about 2.3),xAlyGa1-xyEven in the case of N (0 ≦ X <1, 0 ≦ Y <1, 0 ≦ X + Y <1), it is possible to maintain the refractive index difference with respect to the refractive index in this composition formula, Stable light confinement can be achieved for the nitride semiconductor having the above composition. The thickness of the buried film is 100 to 2500 mm for the first insulating film and 100 to 6000 mm for the second insulating film.
[0027]
In addition, as a method for forming the first insulating film and the second insulating film which are embedded films, sputtering methods such as sputtering and ECR sputtering, or evaporation methods such as electron beam evaporation and ion beam evaporation, In addition, an apparatus using a plasma CVD method such as a microwave plasma CVD method or a DC plasma CVD method, a hot filament CVD method, an EACVD method, an arc ion plating method, or an electronic excitation ion plating method can be used.
[0028]
Hereinafter, although an example of the manufacturing process of the semiconductor laser diode of the embodiment according to the present invention will be described in more detail, the present invention is not limited to this.
The substrate in the present invention may be any substrate that can epitaxially grow a nitride semiconductor layer, and the size and thickness of the substrate are not particularly limited. Specific examples of this substrate include insulating substrates such as sapphire and spinel whose main surface is any one of the C-plane, R-plane, and A-plane, silicon carbide (6H, 4H, 3C), silicon, ZnS, Examples thereof include oxide substrates that lattice-bond with ZnO, GaAs, diamond, and nitride semiconductors.
Moreover, when using sapphire as a substrate, the sapphire substrate has an A-plane as an orientation flat and a C-plane as a growth surface. In addition, the R plane and the A plane can also be used as the growth plane, but preferably a C-axis oriented nitride semiconductor layer is grown. This substrate may be one whose outer periphery is chamfered or whose rear surface is ground.
[0029]
Next, the nitride semiconductor layer grown on the substrate is a nitride semiconductor, and the general formula is InxAlyGa1-xyN (0 ≦ X <1, 0 ≦ Y <1, 0 ≦ X + Y <1). In the present invention, the nitride semiconductor layer is grown using a vapor phase growth method such as a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, a halide vapor phase epitaxial growth (HVPE) method, or a molecular beam epitaxy (MBE) method.
[0030]
First, nitride semiconductor Al on the substrate at a low temperaturexGa1-xA base layer made of N (0 ≦ X ≦ 1) is grown. Thereby, defects and cracks caused by a difference in lattice constant between the substrate and the nitride semiconductor can be suppressed. Here, low temperature is a temperature range of 300-800 degreeC. Furthermore, as the second underlayer, AlxGa1-xWhen N (0 ≦ X ≦ 1) is grown by the metal organic chemical vapor deposition method, TMG (trimethylgallium), TMA (trimethylaluminum) and ammonia are used as growth raw materials at a growth temperature of 1150 ° C. or less and 1 to 20 μm. The surface of the nitride semiconductor is grown to a flat mirror surface.
[0031]
Further, Al is formed on the underlayer by ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth) method.xGa1-xN (0 ≦ X ≦ 1) layers may be grown. This ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth) method is to reduce dislocations by bending and converging threading dislocations by laterally growing a nitride semiconductor. When a nitride semiconductor is grown on a different substrate, stress is generated at the growth interface due to the difference in lattice constant between the substrate and the nitride semiconductor. This stress causes threading dislocations and the like, and the threading dislocations reduce the crystallinity of the nitride semiconductor. Therefore, in this ELO method, threading dislocations on the surface of the nitride semiconductor are reduced by bending threading dislocations having the property of extending in the longitudinal direction in the lateral direction. First, a protective film is formed on the base layer, and an opening is provided in the protective film. As a property of this protective film, a nitride semiconductor does not grow on the protective film. Furthermore, a base layer is exposed in the opening of the protective film, and a nitride semiconductor is grown using the base layer as a nucleus. The nitride semiconductor grown from the nucleus grows laterally on the protective film. Similar to this laterally grown nitride semiconductor, threading dislocations also extend in the lateral direction. The threading dislocations extending in the lateral direction are joined and converged on the protective film. There are also threading dislocations extending in the longitudinal direction from the opening. As described above, the nitride semiconductor grown on the protective film from the protective film opening forms a low dislocation region on the protective film opening and in the region other than the junction between the laterally grown on the protective film. can do.
[0032]
Furthermore, the present inventors can provide a nitride semiconductor laser diode formed on the nitride semiconductor substrate shown in FIGS. The nitride semiconductor substrate shown in FIG. 4 is obtained by forming a nitride semiconductor laterally grown on the substrate into a T shape, and re-growing the nitride semiconductor. In this nitride semiconductor substrate, dislocations extend on the T-shaped column, but dislocations are greatly reduced on the upper portions of the T-shaped blades and on the openings of the adjacent T-shaped blades. A substrate can be obtained. Since this nitride semiconductor substrate has a wide range of low defect areas on the wafer, the nitride semiconductor laser diode formed thereon can be expected to have good life characteristics. In addition, as shown in FIG. 6, a nitride semiconductor substrate can be formed by a method in which a nitride semiconductor is grown on the substrate, and then partially etched, and the nitride semiconductor is regrown. The etching depth is not particularly limited as long as the substrate is not exposed and the bottom surface has a cavity. If the substrate is exposed, the growth interface between the substrate and the nitride semiconductor is exposed. This growth interface has a poor crystallinity of the nitride semiconductor because the lattice constants of the substrate and the nitride semiconductor are different. If the nitride semiconductor having poor crystallinity is exposed, damage to the nitride semiconductor on the substrate is large, and dislocations extend more to the upper nitride semiconductor. Therefore, it is preferable not to expose the substrate. However, if the etching depth is shallow, nitridation semiconductor regrowth from the bottom surface of the recess occurs, and dislocations extend. Therefore, the nitride semiconductor substrate shown in FIG. 6 which does not expose the substrate and has a cavity is preferable.
[0033]
In addition to reducing the threading dislocations generated in the nitride semiconductor, in addition to the ELO method, there is a method of reducing the dislocations by growing a thick film by the HVPE method and converging the threading dislocations during the thick film growth. .
[0034]
When a nitride semiconductor is grown by this HVPE method, for example, if it is GaN, HCl gas and Ga metal react to react with GaCl or GaCl.3In addition, the Ga chloride reacts with ammonia to deposit GaN on the substrate. Crystal growth can be greatly reduced by changing the growth rate during the growth of a nitride semiconductor by the HVPE method and growing it in two stages. As a result, it is not necessary to perform lateral growth using a protective film, and a nitride semiconductor substrate can be obtained efficiently. This two-stage growth substrate is shown in FIG.
[0035]
In addition, when a nitride semiconductor is grown on a different type of substrate different from the nitride semiconductor by the HVPE method, the single type consisting only of the nitride semiconductor is removed by removing the different type of substrate from the thick nitride semiconductor substrate. A substrate can be formed. As a method of removing the heterogeneous substrate from the thick nitride semiconductor substrate, the method of removing the heterogeneous substrate by polishing, or in addition, removing the heterogeneous substrate by irradiating the interface between the heterogeneous substrate and the nitride semiconductor by excimer laser. The method of doing is mentioned. Therefore, even a nitride semiconductor substrate grown on an insulator substrate such as a sapphire substrate can be made into a single substrate made of a nitride semiconductor by removing the sapphire substrate, and a back electrode structure can be obtained.
Hereinafter, the nitride semiconductor substrate including the one obtained by growing the nitride semiconductor on the substrate obtained through the steps up to here, the one grown by the ELO method, and the one grown by the HVPE method is referred to as a nitride semiconductor substrate.
[0036]
Next, a nitride semiconductor element is formed on the nitride semiconductor substrate. Al doped with n-type impurities as the n-
[0037]
Next, the barrier layer is non-doped InxGa1-xN (0 ≦ X ≦ 1) and n-type impurity doped In in the well layerxGa1-xAn active layer 6 having a single quantum well structure or a multiple quantum well structure made of N (0 ≦ X ≦ 1) is grown. If it is a multiple quantum well structure, a barrier layer and a well layer are laminated | stacked alternately by the same temperature about 2-5 times, and it is set as a barrier layer at the end, and makes the total film thickness 200-500 mm.
[0038]
Next, p-type Al doped with a p-type impurity as a p-side cap layer (not shown) on the active layerxGa1-xN (0 ≦ X <1) is grown. The p-side cap layer is grown with a film thickness of about 300 mm. Subsequently, a p-side light guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of about 0.1 μm. The p-side
[0039]
Here, the impurity concentration is not particularly limited, but preferably n-type impurities and p-type impurities are 1 × 10.18/ Cm3~ 1x1020/ Cm3And Examples of the n-type impurity include Si, Ge, Sn, S, O, Ti, Zr, and Cd. Examples of the p-type impurity include Be, Zn, Mn, Mg, Ca, and Sr.
[0040]
Next, after forming the nitride semiconductor element on the nitride semiconductor substrate, when the p electrode and the n electrode are formed on the same surface side, the n side contact layer is exposed by etching to form the n electrode. Let Next, a ridge is formed by etching to form a stripe-shaped optical waveguide region. Here, the etching is preferably anisotropic etching to form a ridge. For example, an RIE (reactive ion etching) apparatus or the like is used. The width of the ridge formed here can be as wide as 1.0 to 3.0 [mu] m, although it depends on the buried layer and output formed in a later step in the present invention. In addition, as an etching depth, etching is performed up to at least the p-side cladding layer in the nitride semiconductor element. Furthermore, the ridge shape includes a forward mesa type, a reverse mesa type, and a vertical type, and these shapes are preferable because they can confine light in the lateral direction.
[0041]
After the ridge is formed, a buried film as an insulator is formed by a sputtering method or the like with a two-layer structure on the nitride semiconductor layer on both side surfaces of the ridge from the exposed side wall of the ridge. The method for forming the buried film and the film formation conditions are described above, and are omitted here.
[0042]
As an effect of this buried film, the first insulating
[0043]
Thereafter, the buried layer formed on the top surface of the ridge is removed by lift-off or the like in order to form the p-
[0044]
Further, the p-side electrode may be Ni / Au / RhO and the p-side pad electrode may be RhO / Pt / Au. Before forming the pad electrode, SiO2TiO2A dielectric multilayer film made of the same may be formed on the resonator surface (light emission end face side). By having this dielectric multilayer film, it is possible to suppress end face deterioration of the light emitting end face at the time of high output.
[0045]
Further, the substrate is crushed in a bar shape from the substrate side in a direction perpendicular to the stripe-shaped electrode, and a resonator is formed on a crushed surface ((11-00) plane, plane corresponding to a hexagonal side surface = M plane). . A dielectric multilayer film is formed on the resonator surface, and bars are cut in a direction parallel to the electrodes to obtain a nitride semiconductor laser element. The nitride semiconductor laser element is placed on a heat sink, wire-bonded, and sealed with a cap to obtain a nitride semiconductor laser diode.
[0046]
When laser oscillation was attempted at room temperature using the nitride semiconductor laser diode obtained as described above, the oscillation wavelength was 400 to 420 nm, the threshold current density was 2.9 kA / cm.2No ripple occurs even at a light output of 30 mW or more, preferably about 50 mW as well as at a low output of about 5 mW, and shows a life characteristic of 3000 hours or more.
[0047]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Example 1]
First, a sapphire substrate having a thickness of 2 inches and a thickness of 2 mm is used as the
[0048]
Next, the temperature is set to 510 ° C., hydrogen is used as the carrier gas, ammonia and TMG (trimethyl gallium) are used as the source gas, and a base layer made of GaN is grown to a thickness of 200 Å.
[0049]
Thereafter, GaN as the second underlayer is grown at a growth temperature of 1050 ° C. and a film thickness of 2.5 μm. This second underlayer is grown using hydrogen as the carrier gas and ammonia as the source gas, as with the above underlayer.
[0050]
After growing the second underlayer, SiO is deposited on it.2A protective film made of a film having a thickness of 0.5 μm is formed. Further, a stripe pattern having an opening is formed in the protective film. The stripe pattern of the protective film is formed in a direction perpendicular to the orientation flat surface of the substrate. The protective film has a stripe width of 14 μm and an opening width of 6 μm. In this opening, GaN as an underlayer is exposed. Next, GaN is grown laterally using GaN exposed from the opening as a nucleus, and the growth is stopped before the GaN joins each other. At this time, the cross-sectional shape of GaN is T-shaped. Thereafter, the protective film is removed, and GaN is regrown from the side surfaces of both sides of the T-shaped GaN and the upper surface of the T-shaped, thereby forming the
[0051]
Next, a nitride semiconductor element is formed on the nitride semiconductor substrate.
[Undoped n-type contact layer (not shown)]
The wafer on which the nitride semiconductor substrate is formed is set in a reaction vessel of a MOCVD apparatus, and TMG (trimethylgallium), TMA (trimethylaluminum), and ammonia are used as the nitride semiconductor at 1050 ° C., and Al.0.05Ga0.95An undoped n-type contact layer made of N is grown to a thickness of 1 μm. This layer functions as a buffer layer between the nitride semiconductor substrate made of GaN and the semiconductor element including the n-type contact layer.
[0052]
[N-type contact layer 3]
Next, Al doped with Si at 1050 ° C. using TMG, TMA, ammonia, silane gas as impurity gas on the undoped n-type contact layer0.05Ga0.95An n-
[0053]
[Crack prevention layer]
Next, using TMG, TMI (trimethylindium), and ammonia, the temperature is set to 900 ° C. and In0.07Ga0.93A crack prevention layer made of N is grown to a thickness of 0.15 μm. This crack prevention layer can be omitted.
[0054]
[N-type cladding layer 4]
Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, and undoped Al0.05Ga0.95An A layer made of N is grown to a thickness of 25 mm, then TMA is stopped, silane gas is used as an impurity gas, and Si is 5 × 10 5.18/ Cm3A B layer made of doped GaN is grown to a thickness of 25 mm. This operation is repeated 200 times to obtain a laminated structure of the A layer and the B layer, and an n-type cladding layer made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 1 μm is grown.
[0055]
[N-type light guide layer 5]
Next, the silane gas is stopped, and the n-
[0056]
[Active layer 6]
Next, the temperature is set to 900 ° C., TMI (trimethylindium), TMG, and ammonia are used as source gas, silane gas is used as impurity gas, and Si is 5 × 10 5.18/ Cm3Doped In0.05Ga0.95A barrier layer made of N is grown to a thickness of 140 mm, silane gas is stopped, and undoped In0.13Ga0.87A well layer made of N is grown to a thickness of 25 mm, thereby stacking in the order of barrier layer / well layer / barrier layer / well layer, and finally using TMI, TMG and ammonia as the barrier layer, and using undoped In0.05Ga0.95Grow N. The active layer 6 has a multiple quantum well structure (MQW) with a total film thickness of 500 mm.
[0057]
[P-type cap layer (not shown)]
Next, at the same temperature as the active layer, TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, and Cp is used as an impurity gas.2Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used and Mg is 1 × 1019/ Cm3Doped Al0.3Ga0.7A p-type electron confinement layer made of N is grown to a thickness of 100 mm.
[0058]
[P-type light guide layer 7]
Next, Cp2The Mg and TMA are stopped, the temperature is set to 1050 ° C., TMG and ammonia are used as source gases, and a p-
[0059]
[P-type cladding layer 8]
Next, undoped Al at 1050 ° C.0.05Ga0.95A layer of N is grown to a thickness of 25 mm, then TMA is stopped, Cp2Using Mg, Mg is 1 × 1020/ Cm3A B layer made of doped GaN is grown to a thickness of 25 mm, and this is repeated 90 times to grow a p-type cladding layer 8 made of a superlattice layer having a total thickness of 0.45 μm. The p-type cladding layer has a superlattice structure in which GaN and AlGaN are stacked. By making the p-type cladding layer 8 a superlattice structure, the Al mixed crystal ratio of the entire cladding layer can be increased, so that the refractive index of the cladding layer itself is reduced and the band gap energy is increased. It is very effective in reducing the value.
[0060]
[P-type contact layer 9]
Finally, at 1050 ° C., on the p-type cladding layer 109, TMG, ammonia, Cp2Mg is used, and Mg is 1 × 1020/ Cm3A p-
After the reaction is completed, 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.
[0061]
After the annealing, the nitride semiconductor laminated wafer is taken out of the reaction vessel, and the top surface of the p-type contact layer is made of SiO.2A protective film is formed, and Cl is used by RIE (reactive ion etching).2Etching with a gas exposes the surface of the n-
[0062]
Next, a resist is formed as a mask, and Cl is used using RIE.2Gas and SiCl4Etching with a gas forms a ridge stripe with a stripe width of 1.8 μm as a striped waveguide region. In this etching, the p-side guide layer is etched to form a ridge that becomes a striped optical waveguide region. Then, using a sputtering apparatus, TiO which is the first insulating film2Is formed with a film thickness of 500 mm. Thereafter, the first insulating film on the ridge side wall and on the resist is removed, and ZrO which is the second insulating film2Is formed with a film thickness of 550 mm as shown in FIG. Thereafter, the upper portion of the ridge is exposed with a stripping solution as shown in FIG.
[0063]
Next, a p-side electrode is formed of Ni / Au with a stripe width of 100 μm on the exposed p-type contact layer on the top surface of the ridge, and n / thickness made of Ti / Al is formed on the n-type contact layer exposed by etching. A mold electrode is formed. The p-side electrode is formed in stripes on the ridge, and is formed in a direction parallel to the n-side electrode that is also formed in stripes.
[0064]
Next, SiO2 is applied to the light reflection end face.2And TiO2After providing the dielectric multilayer film, a pad electrode made of Ni—Ti—Au (1000Å-1000Å-8000Å) is formed on the p-side electrode and the n-side electrode, respectively.
[0065]
The nitride semiconductor laser element obtained as described above is placed on a heat sink, and wire bonding is performed on each pad electrode to obtain a nitride semiconductor laser diode. FIG. 7 shows the FFP-X in this example. Also, the buried film is made of ZrO.2The FFP-X in the nitride semiconductor laser diode formed in the same manner as in Example 1 except for the above is shown in FIG. As described above, the threshold value of 2.8 kA / cm at room temperature is obtained using this nitride semiconductor laser diode.2No ripple was generated at an output of 5 to 30 mW, and a continuous oscillation nitride semiconductor laser diode having an oscillation wavelength of 405 nm having a life characteristic of 3000 hours or more was obtained.
[0066]
[Example 2]
As in Example 1, after the
[0067]
A nitride semiconductor laser diode is formed in the same manner as in Example 1 except that the nitride semiconductor substrate obtained as described above is used, and the buried film is formed under the same conditions as in Example 1 with the first insulating film and the second insulating film. The two-layer structure is used. The nitride semiconductor laser diode obtained here can be expected to have a life characteristic of 3000 hours or more of continuous oscillation without ripple as in the first embodiment.
[0068]
[Example 3]
The
[0069]
Thereafter, GaN is grown as the
[0070]
Next, a groove having a depth of 8.5 μm is formed in the
[0071]
A nitride semiconductor laser diode is formed in the same manner as in Example 1 except that the nitride semiconductor substrate obtained as described above is used, and the buried film is formed under the same conditions as in Example 1 with the first insulating film and the second insulating film. The two-layer structure is used. The nitride semiconductor laser diode obtained here can be expected to have the same effect as in the first embodiment.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, when the buried film according to the present invention is formed in a nitride semiconductor laser diode, a ripple semiconductor does not occur regardless of low output or high output, and a nitride semiconductor laser diode having stable life characteristics is provided. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing FFP-X.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor substrate for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor substrate for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor substrate for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing FFP-X in one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing FFP-X in a comparative example.
[Brief description of symbols]
1 ... Board
2 ... Underlayer
3 ... n-side contact layer
4 ... n-side cladding layer
5 ... n-side light guide layer
6 ... Active layer
7 ... p-side light guide layer
8 ... p-side cladding layer
9 ... p-side contact layer
10 ... n-side electrode
11 ... Embedded film (first insulating film)
12 ... Embedded film (second insulating film)
13 ... p-side electrode
14 ... Pad electrode
Claims (6)
前記埋め込み膜は吸収係数の異なる第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを順に形成した２層構造からなり、前記第１の絶縁膜は前記第２の絶縁膜よりも吸収係数が高いものであって、
前記第１の絶縁膜は、前記リッジの側壁部を除いた領域であって、ｐ側窒化物半導体層の露出面に形成されており、
前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜上及びリッジの側壁部に形成されていることを特徴とする窒化物半導体レーザダイオード。 In a nitride semiconductor laser diode having a ridge on the p-side nitride semiconductor layer and a buried film formed on both sides of the ridge,
The buried film has a two-layer structure in which a first insulating film and a second insulating film having different absorption coefficients are sequentially formed, and the first insulating film has a higher absorption coefficient than the second insulating film. Because
The first insulating film is a region excluding the sidewall of the ridge, and is formed on the exposed surface of the p-side nitride semiconductor layer,
The nitride semiconductor laser diode, wherein the second insulating film is formed on the first insulating film and on a sidewall of the ridge .
前記埋め込み膜は吸収係数の異なる第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを順に形成した２層構造からなり、前記第１の絶縁膜は前記第２の絶縁膜よりも吸収係数が高いものであって、
前記リッジ形成後にリッジ上部、及びリッジの側壁部を除いた領域であり、ｐ側窒化物半導体層の露出面に第１の絶縁膜を形成する工程と、
その後、前記第１の絶縁膜上、及びリッジの側壁部に第２の絶縁膜を形成する工程とを具備することにより前記埋め込み膜を形成することを特徴とする窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。 In a method of manufacturing a nitride semiconductor laser diode having a ridge on a p-side nitride semiconductor layer and a buried film formed on both sides of the ridge,
The buried film has a two-layer structure in which a first insulating film and a second insulating film having different absorption coefficients are sequentially formed, and the first insulating film has a higher absorption coefficient than the second insulating film. Because
Forming a first insulating film on the exposed surface of the p-side nitride semiconductor layer, which is a region excluding the ridge upper portion and the side wall of the ridge after the ridge formation;
Thereafter, production of the first insulating film, and a nitride semiconductor laser diode, characterized in that to form more the buried layer to and forming a second insulating film on the side wall of the ridge Method.
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