JP4812649B2 - Nitride-based semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に、電流ブロック層を備えた窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a nitride semiconductor light emitting device including a current blocking layer and a method for manufacturing the same.
近年、窒化物系半導体発光素子の一つである窒化物系半導体レーザ素子は、次世代の大容量ディスク用光源としての利用が期待され、その開発が盛んに行われている。従来の窒化物系半導体レーザ素子では、電流通路部となるリッジ部の側部に、リッジ部を構成する窒化物系半導体層とは逆の導電性を有する材料からなる電流ブロック層を有するものが知られている。このような窒化物系半導体レーザ素子は、たとえば、特開平１０−３２１９６２号公報に開示されている。 In recent years, a nitride-based semiconductor laser device, which is one of nitride-based semiconductor light-emitting devices, is expected to be used as a light source for next-generation large-capacity disks, and its development has been actively conducted. A conventional nitride semiconductor laser element has a current blocking layer made of a material having conductivity opposite to that of the nitride semiconductor layer constituting the ridge portion on the side of the ridge portion serving as a current passage portion. Are known. Such a nitride-based semiconductor laser device is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-319662.
図４５は、従来のリッジ部とは逆の導電性を有する電流ブロック層を備えた窒化物系半導体レーザ素子の構造の一例を示した断面図である。図４５を参照して、従来の窒化物系半導体レーザ素子では、サファイア基板２０１上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層２０２が形成されている。ｎ型コンタクト層２０２上には、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層２０３およびＩｎＧａＮからなる発光層２０４が形成されている。発光層２０４上には、電流通路部となるリッジ部を有するｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層２０５が形成されている。ｐ型クラッド層２０５のリッジ部の側面およびｐ型クラッド層２０５の平坦部上には、ｎ型ＡｌＧａＮからなる電流ブロック層２０６が形成されている。そして、電流ブロック層２０６の上面上およびｐ型クラッド層２０５のリッジ部の上面上には、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２０７が形成されている。ｐ型コンタクト層２０７の上面上には、ｐ側オーミック電極２０８が形成されている。
FIG. 45 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a nitride-based semiconductor laser device having a current blocking layer having conductivity opposite to that of a conventional ridge portion. Referring to FIG. 45, in a conventional nitride semiconductor laser element, an n-
また、ｐ型クラッド層２０５からｎ型コンタクト層２０２までの一部領域が除去されて、ｎ型コンタクト層２０２の表面の一部が露出されている。その露出されたｎ型コンタクト層２０２の表面に、ｎ側オーミック電極２０９が形成されている。
Further, a partial region from the p-
上記のような構造を有する従来の窒化物系半導体レーザ素子の電流経路としては、ｐ側オーミック電極２０８から、ｐ型コンタクト層２０７およびｐ型クラッド層２０５を経て、発光層２０４、ｎ型クラッド層２０３、ｎ型コンタクト層２０２およびｎ側オーミック電極２０９へと電流が流れる。これにより、電流通路部となるリッジ部の下方に位置する発光層２０４の領域において、レーザ光を発生させることができる。
As a current path of the conventional nitride semiconductor laser device having the above-described structure, the
上記した従来の窒化物系半導体レーザ素子において、電流ブロック層２０６は、２つの機能を有する。まず、電流ブロック層２０６は、電流通路部の側部に電流ブロック層２０６を設けることにより、素子のほぼ中央部に位置する電流通路部となるリッジ部にのみ電流を流す機能を有する。また、電流ブロック層２０６は、ｐ型クラッド層２０５と異なる屈折率を有する材料を用いて電流ブロック層２０６を形成することにより、その屈折率差を利用して、発光層２０４において横方向の光を閉じ込める機能も有する。
In the conventional nitride semiconductor laser element described above, the
この場合、発光層２０４への光の閉じ込めを強くするためには、発光層２０４上のｐ型クラッド層２０５と電流ブロック層２０６との屈折率差を大きくする必要がある。このように、屈折率差を大きくするためには、ｎ型ＡｌＧａＮからなる電流ブロック層２０６のＡｌ組成を大きくする方法がある。すなわち、電流ブロック層２０６を構成するｎ型ＡｌＧａＮのＡｌ組成を、ｐ型クラッド層２０５を構成するｐ型ＡｌＧａＮのＡｌ組成に比べて大きくすることによって、発光層２０４において横方向の光を閉じ込めることができる。このような構造を有する窒化物系半導体レーザ素子は、一般に、実屈折率導波型レーザと呼ばれる。
In this case, in order to increase the confinement of light in the
また、横方向の光を閉じ込めるために、電流ブロック層２０６を発光層２０４のバンドギャップに比べて小さいバンドギャップを有する材料によって構成することも可能である。たとえば、発光層および電流ブロック層をＩｎＧａＮを用いて形成するとともに、電流ブロック層を構成するＩｎＧａＮのＩｎ組成を、発光層を構成するＩｎＧａＮのＩｎ組成に比べて大きくすることによって、発光層で発生した光の一部を電流ブロック層により吸収させることができる。これにより、横方向の光を閉じ込めることができる。このような構造を有する窒化物系半導体レーザ素子は、一般に、複素屈折率導波型レーザと呼ばれる。
上記した従来の実屈折率導波型レーザでは、電流ブロック層２０６は、ｐ型クラッド層２０５と異なる材料により形成されているので、電流ブロック層２０６の格子定数は、ｐ型クラッド層２０５の格子定数と異なる。このため、ｎ型ＡｌＧａＮからなる電流ブロック層２０６のＡｌ組成を大きくすると、電流ブロック層２０６に歪みが加わるため、電流ブロック層２０６にクラックや転位などの結晶欠陥が発生しやすいという不都合が生じる。その結果、電流ブロック層２０６を厚く形成するのが困難になるので、横方向の光閉じ込めを安定化するのは困難であるという問題点があった。
In the above-described conventional actual refractive index guided laser, the
また、上記した従来の複素屈折率導波型レーザにおいても、従来の実屈折率型レーザと同様、電流ブロック層は、ｐ型クラッド層と異なる材料により形成されているので、電流ブロック層の格子定数は、ｐ型クラッド層の格子定数と異なる。このため、ＩｎＧａＮからなる電流ブロック層のＩｎ組成を大きくすると、電流ブロック層に歪みが加わるので、電流ブロック層に格子欠陥が発生しやすいという不都合が生じる。この場合にも、電流ブロック層を厚く形成するのが困難になるので、横方向の光閉じ込めを安定化するのは困難であるという問題点があった。 In the conventional complex refractive index guided laser described above, the current blocking layer is formed of a material different from that of the p-type cladding layer as in the case of the conventional real refractive index laser. The constant is different from the lattice constant of the p-type cladding layer. For this reason, when the In composition of the current blocking layer made of InGaN is increased, distortion is applied to the current blocking layer, which causes a disadvantage that lattice defects are likely to occur in the current blocking layer. Also in this case, since it is difficult to form a thick current blocking layer, there is a problem that it is difficult to stabilize the lateral light confinement.
また、従来の窒化物系半導体レーザ素子では、電流ブロック層２０６は、大きな厚みで形成されたＧａＮからなるｎ型コンタクト層２０２の上方に形成されている。この場合、電流ブロック層２０６と、下層の厚みの大きいＧａＮからなるｎ型コンタクト層２０２との格子定数の差に起因して、電流ブロック層２０６に歪みが加わるという不都合が生じる。
In the conventional nitride semiconductor laser element, the
また、従来の窒化物系半導体レーザ素子では、ｐ型クラッド層２０５からなるリッジ部をドライエッチングなどによりエッチングした後、電流ブロック層２０６を結晶成長させる。この場合、ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層２０５は活性であるので、エッチングにより露出されたｐ型クラッド層２０５の表面は、ＣやＯなどにより汚染されやすい。このため、ｐ型クラッド層２０５と電流ブロック層２０６との界面に上記汚染物が混入し、その結果、電流ブロック層２０６に転位などの結晶欠陥が発生しやすいという問題点もあった。
In the conventional nitride semiconductor laser device, the
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、横方向の光閉じ込めを安定化することが可能な窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a nitride-based semiconductor light-emitting device capable of stabilizing optical confinement in the lateral direction and its manufacture. Is to provide a method.
この発明のもう１つの目的は、クラッド層と電流ブロック層との界面の汚染物に起因した結晶欠陥が発生するのを抑制することが可能な窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a nitride-based semiconductor light-emitting device capable of suppressing the occurrence of crystal defects due to contaminants at the interface between the cladding layer and the current blocking layer, and a method for manufacturing the same. That is.
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による窒化物系半導体発光素子は、発光層と、発光層上に形成され、電流通路部を含むクラッド層と、電流通路部の側面を覆うように形成された電流ブロック層とを備え、電流ブロック層は、誘電体ブロック層と、誘電体ブロック層上に形成された半導体ブロック層とを含む。 In order to achieve the above object, a nitride-based semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention covers a light-emitting layer, a cladding layer formed on the light-emitting layer and including a current passage portion, and a side surface of the current passage portion. The current block layer includes a dielectric block layer and a semiconductor block layer formed on the dielectric block layer.
この一の局面による窒化物系半導体発光素子では、上記のように、電流ブロック層を、誘電体ブロック層と、誘電体ブロック層上に形成された半導体ブロック層とを含むように構成することによって、クラッド層と半導体ブロック層との間に誘電体ブロック層を介在させることができる。これにより、クラッド層と半導体ブロック層とが接触するのを抑制することができる。このため、クラッド層と半導体ブロック層との格子定数の差に起因して半導体ブロック層に加わる歪みを緩和することができるので、半導体ブロック層にクラックや転位などの結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。また、クラッド層と半導体ブロック層とが接触するのを抑制することができるので、クラッド層と半導体ブロック層との界面の汚染物に起因した結晶欠陥が発生するのも防止することができる。さらに、半導体ブロック層と下層との間に誘電体ブロック層を介在させることができるので、半導体ブロック層と下層の厚みの大きいたとえばＧａＮ層などの窒化物系半導体層との格子定数の差に起因して半導体ブロック層に加わる歪みを緩和することができる。これによっても、半導体ブロック層にクラックや転位などの結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。 In the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this one aspect, as described above, the current block layer is configured to include the dielectric block layer and the semiconductor block layer formed on the dielectric block layer. A dielectric block layer can be interposed between the cladding layer and the semiconductor block layer. Thereby, it can suppress that a clad layer and a semiconductor block layer contact. For this reason, distortion applied to the semiconductor block layer due to the difference in the lattice constant between the cladding layer and the semiconductor block layer can be alleviated, thereby suppressing the occurrence of crystal defects such as cracks and dislocations in the semiconductor block layer. can do. Further, since the contact between the clad layer and the semiconductor block layer can be suppressed, it is possible to prevent the occurrence of crystal defects due to contaminants at the interface between the clad layer and the semiconductor block layer. Furthermore, since a dielectric block layer can be interposed between the semiconductor block layer and the lower layer, it is caused by a difference in lattice constant between the semiconductor block layer and a nitride semiconductor layer such as a GaN layer having a large lower layer thickness. Thus, strain applied to the semiconductor block layer can be reduced. This can also suppress the occurrence of crystal defects such as cracks and dislocations in the semiconductor block layer.
この一の局面では、上記のように、半導体ブロック層にクラックや結晶欠陥が発生するのを抑制することができるので、電流ブロック層の厚みを大きくすることができ、その結果、横方向の光閉じ込めを安定化することが可能な窒化物系半導体発光素子を得ることができる。 In this one aspect, as described above, since the generation of cracks and crystal defects in the semiconductor block layer can be suppressed, the thickness of the current block layer can be increased, and as a result, the light in the lateral direction can be increased. A nitride-based semiconductor light emitting device capable of stabilizing confinement can be obtained.
上記一の局面による窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、誘電体ブロック層は、クラッド層の上面に達する開口部を含み、半導体ブロック層は、誘電体ブロック層の開口部を介して、クラッド層の上面に接触している。このように構成すれば、クラッド層と半導体ブロック層との接触面積を低減することができるので、クラッド層と半導体ブロック層との格子定数の差に起因した転位などの結晶欠陥およびクラックや、クラッド層と半導体ブロック層との界面の汚染物に起因した結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。 In the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the aforementioned aspect, preferably, the dielectric block layer includes an opening reaching the upper surface of the cladding layer, and the semiconductor block layer is clad through the opening of the dielectric block layer. In contact with the top surface of the layer. With this configuration, since the contact area between the cladding layer and the semiconductor block layer can be reduced, crystal defects such as dislocations and cracks due to the difference in lattice constant between the cladding layer and the semiconductor block layer, and the cladding It is possible to suppress the occurrence of crystal defects due to contaminants at the interface between the layer and the semiconductor block layer.
この場合、好ましくは、半導体ブロック層は、誘電体ブロック層の開口部内のクラッド層の上面から選択横方向成長させることによって形成されている。このように構成すれば、クラッド層上に、結晶性の良好な半導体ブロック層を容易に形成することができる。 In this case, preferably, the semiconductor block layer is formed by selective lateral growth from the upper surface of the cladding layer in the opening of the dielectric block layer. If comprised in this way, a semiconductor block layer with favorable crystallinity can be easily formed on a clad layer.
また、上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、誘電体ブロック層の厚みは、半導体ブロック層の厚みよりも小さい。このように構成すれば、半導体ブロック層は、誘電体ブロック層に比べて熱伝導率が高いため、発光層で発熱した熱を有効に放熱することができる。その結果、窒化物系半導体発光素子の高温動作時や高出力動作時においても、良好な特性を得ることができる。 In the nitride semiconductor light emitting device described above, preferably, the thickness of the dielectric block layer is smaller than the thickness of the semiconductor block layer. If comprised in this way, since the semiconductor block layer has a higher thermal conductivity than the dielectric block layer, the heat generated in the light emitting layer can be effectively dissipated. As a result, good characteristics can be obtained even when the nitride-based semiconductor light-emitting device is operated at a high temperature or a high output.
また、上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、クラッド層は、電流通路部を構成する凸部と、平坦部とを含み、電流ブロック層は、凸部の側面上および平坦部上に形成されている。このように構成すれば、結晶欠陥およびクラックなどの発生が抑制された電流ブロック層を含むリッジ型の窒化物系半導体発光素子を容易に得ることができる。 In the nitride-based semiconductor light-emitting device described above, preferably, the cladding layer includes a convex portion constituting a current passage portion and a flat portion, and the current blocking layer is formed on the side surface and the flat portion of the convex portion. Is formed. With this configuration, it is possible to easily obtain a ridge-type nitride-based semiconductor light-emitting element including a current blocking layer in which generation of crystal defects and cracks is suppressed.
この場合、好ましくは、誘電体ブロック層は、クラッド層の平坦部上に形成されており、半導体ブロック層は、クラッド層の凸部の側面上と、平坦部上に形成された誘電体ブロック層上とに形成されている。このように構成すれば、クラッド層と半導体ブロック層とが、クラッド層の凸部の側面上でのみ接触するので、クラッド層と半導体ブロック層との接触面積を低減することができる。この場合、好ましくは、半導体ブロック層は、クラッド層の側面から選択横方向成長させることによって形成されている。このように構成すれば、結晶性の良好な半導体ブロック層を容易に形成することができる。 In this case, preferably, the dielectric block layer is formed on the flat portion of the clad layer, and the semiconductor block layer is formed on the side surface of the convex portion of the clad layer and the dielectric block layer formed on the flat portion. It is formed on the top. If comprised in this way, since a clad layer and a semiconductor block layer will contact only on the side surface of the convex part of a clad layer, the contact area of a clad layer and a semiconductor block layer can be reduced. In this case, the semiconductor block layer is preferably formed by selective lateral growth from the side surface of the cladding layer. If comprised in this way, a semiconductor block layer with favorable crystallinity can be formed easily.
また、上記の窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、電流ブロック層は、開口部を含み、クラッド層は、実質的に平坦な上面を有する第１クラッド層と、電流ブロック層の開口部内で第１クラッド層上に形成され、電流通路部を有する第２クラッド層とを含む。このように構成すれば、結晶欠陥およびクラックなどの発生が抑制された電流ブロック層を含むセルフアライン型の窒化物系半導体発光素子を容易に得ることができる。 In the nitride semiconductor laser element, preferably, the current blocking layer includes an opening, and the cladding layer includes a first cladding layer having a substantially flat upper surface, and an opening of the current blocking layer. And a second cladding layer formed on the first cladding layer and having a current passage portion. With this configuration, a self-aligned nitride-based semiconductor light-emitting element including a current blocking layer in which generation of crystal defects and cracks is suppressed can be easily obtained.
この場合、好ましくは、第２クラッド層は、電流ブロック層の上面上にまで延びて形成されている。このように構成すれば、第２クラッド層の上面上の面積が大きくなるので、第２クラッド層とその上に形成されるコンタクト層とのコンタクト抵抗を低減することができる。 In this case, preferably, the second cladding layer is formed to extend to the upper surface of the current blocking layer. With this configuration, the area on the upper surface of the second cladding layer is increased, so that the contact resistance between the second cladding layer and the contact layer formed thereon can be reduced.
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、半導体ブロック層は、転位が横方向に曲がることによって縦方向の転位が低減されている。このように構成すれば、より結晶性の良好な半導体ブロック層を得ることができる。 In the nitride-based semiconductor light-emitting device described above, preferably, the semiconductor block layer has reduced dislocations in the vertical direction by bending the dislocations in the lateral direction. If comprised in this way, a semiconductor block layer with more favorable crystallinity can be obtained.
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、半導体ブロック層は、電流通路部近傍にのみ形成されている。このように構成すれば、半導体ブロック層の幅が小さくなるので、クラッド層と半導体ブロック層との格子定数の差に起因して半導体ブロック層に加わる歪みをより緩和することができる。これにより、半導体ブロック層にクラックや結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。その結果、半導体ブロック層の厚みを大きくすることができるので、横方向の光閉じ込めを安定化することができる。さらに、半導体ブロック層を電流通路部の近傍にのみ形成することによって、半導体ブロック層および誘電体ブロック層からなる電流ブロック層と、クラッド層との間の容量が低減される。これにより、素子をパルス駆動したときのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりを早くすることができるので、その結果、高速でのパルス駆動が可能な窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。 In the nitride semiconductor light emitting device described above, the semiconductor block layer is preferably formed only in the vicinity of the current path portion. With this configuration, the width of the semiconductor block layer is reduced, so that strain applied to the semiconductor block layer due to a difference in lattice constant between the cladding layer and the semiconductor block layer can be further alleviated. Thereby, it can suppress that a crack and a crystal defect generate | occur | produce in a semiconductor block layer. As a result, since the thickness of the semiconductor block layer can be increased, lateral light confinement can be stabilized. Furthermore, by forming the semiconductor block layer only in the vicinity of the current passage portion, the capacitance between the current block layer composed of the semiconductor block layer and the dielectric block layer and the cladding layer is reduced. Thereby, the rise and fall of the pulse when the element is pulse-driven can be accelerated, and as a result, a nitride-based semiconductor laser element capable of high-speed pulse drive can be obtained.
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、半導体ブロック層は、Ｂ、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＴｌからなるグループより選択される少なくとも１つの元素と、Ｎとを含む。このように構成すれば、結晶性の良好な半導体ブロック層を形成することができる。 In the nitride-based semiconductor light-emitting device, preferably, the semiconductor block layer includes N and at least one element selected from the group consisting of B, Ga, Al, In, and Tl. If comprised in this way, a semiconductor block layer with favorable crystallinity can be formed.
また、上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、誘電体ブロック層は、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒからなるグループより選択される少なくとも１つの元素を含有する酸化膜または窒化膜を含む。このように構成すれば、誘電体ブロック層によって、容易に、クラッド層または下層の厚みの大きい窒化物系半導体層と、半導体ブロック層との格子定数の差を緩和することができる。 In the above nitride-based semiconductor light-emitting device, the dielectric block layer preferably includes an oxide film or a nitride film containing at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, and Zr. If comprised in this way, the dielectric block layer can relieve | moderate easily the difference of the lattice constant of a nitride type semiconductor layer with a large thickness of a clad layer or a lower layer, and a semiconductor block layer.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。この第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子は、実屈折率導波型のリッジ型のレーザ素子である。図１を参照して、以下に、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a nitride-based semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. The nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment is a real refractive index guided ridge type laser device. With reference to FIG. 1, the structure of the nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention will be described below.
第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、サファイア基板１上に、約４μｍの膜厚を有するメサ状部を有するＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層２が形成されている。ｎ型コンタクト層２のメサ状部の上面上には、約１μｍの膜厚を有するＳｉドープＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３、および、ＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造を有するＭＱＷ発光層４が形成されている。このＭＱＷ発光層４は、約８ｎｍの厚みを有する３つのＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸層と、約１６ｎｍの厚みを有する４つのＩｎyＧａ1-yＮ量子障壁層とが交互に積層された構造を有する。このＭＱＷ発光層４において、ｘ＞ｙであり、本実施形態では、ｘ＝０．１３およびｙ＝０．０５を満たすように形成されている。なお、ＭＱＷ発光層４は、本発明の「発光層」の一例である。
As a structure of the nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment, an n-
ＭＱＷ発光層４上には、約１．５μｍの幅を有する凸部を有するＭｇドープＡｌvＧａ1-vＮ（Ａｌ組成：ｖ＝０．０８）からなるｐ型クラッド層５が形成されている。このｐ型クラッド層５の凸部の膜厚は、約０．４μｍであり、凸部以外の平坦部の膜厚は、約０．１μｍである。ｐ型クラッド層５の凸部の上面上には、約１．５μｍの幅と約０．０１μｍの膜厚とを有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第１コンタクト層６が形成されている。これらのｐ型クラッド層５の凸部およびｐ型第１コンタクト層６によって、約１．５μｍの幅Ｗ１を有する電流通路部（リッジ部）が構成されている。なお、ｐ型クラッド層５は、本発明の「クラッド層」の一例である。
A p-
また、電流通路部（リッジ部）の側面と、ｐ型クラッド層５の平坦部と、ＭＱＷ発光層４、ｎ型クラッド層３およびｎ型コンタクト層２の側面と、ｎ型コンタクト層２の上面の一部領域とを覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層７が形成されている。この誘電体ブロック層７は、ｐ型クラッド層５の平坦部の上面上の、電流通路部の近傍に、選択成長のための開口部７ａを有するように形成されている。
Further, the side surface of the current path portion (ridge portion), the flat portion of the p-
誘電体ブロック層７の上面上の電流通路部（リッジ部）の近傍には、電流通路部の側部を埋め込むように、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層８が形成されている。半導体ブロック層８は、半導体ブロック層８と電流通路部（リッジ部）との合計幅Ｗ２が約７．５μｍになるように、電流通路部の近傍にのみ形成されている。また、半導体ブロック層８は、誘電体ブロック層７に設けられた開口部７ａを介して、ｐ型クラッド層５と接触するように形成されている。なお、これらの誘電体ブロック層７および半導体ブロック層８によって、電流ブロック層が構成されている。
Al w Ga 1-w N (Al) having a film thickness of about 0.25 μm is embedded in the vicinity of the current path portion (ridge portion) on the upper surface of the
そして、電流通路部（リッジ部）上、半導体ブロック層８上および誘電体ブロック層７上には、電流通路部および半導体ブロック層８を埋め込むとともに、誘電体ブロック層７の上面上の一部領域を覆うように、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第２コンタクト層９が形成されている。
The current path portion and the
ｐ型第２コンタクト層９上には、約１ｎｍの膜厚を有するＰｔと、約３ｎｍの膜厚を有するＰｄとからなるｐ側オーミック電極１０が形成されている。ｐ側オーミック電極１０の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｐ側パッド電極１１が形成されている。また、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上には、約１０ｎｍの膜厚を有するＴｉと、約０．１μｍの膜厚を有するＡｌとからなるｎ側オーミック電極１２が形成されている。ｎ側オーミック電極１２の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｎ側パッド電極１３が形成されている。
A p-
第１実施形態では、上記のように、電流ブロック層を、誘電体ブロック層７と、誘電体ブロック層７上に形成された半導体ブロック層８とを用いて形成することによって、半導体ブロック層８は、誘電体ブロック層７の開口部７ａを介して、ｐ型クラッド層５の上面に接触するので、ｐ型クラッド層５と半導体ブロック層８との接触面積を低減することができる。このため、ｐ型クラッド層５と半導体ブロック層８との格子定数の差に起因して半導体ブロック層８に加わる歪みを緩和することができるので、半導体ブロック層８にクラックや転位などの結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。また、ｐ型クラッド層５と半導体ブロック層８との接触面積を低減することができるので、ｐ型クラッド層５と半導体ブロック層８との界面の汚染物に起因した結晶欠陥が発生するのも抑制することができる。さらに、半導体ブロック層８と下層との間に誘電体ブロック層７を介在させることができるので、半導体ブロック層８と、下層の厚みの大きいＧａＮからなるｎ型コンタクト層２との格子定数の差に起因して半導体ブロック層８に加わる歪みを緩和することができる。これによっても、半導体ブロック層８にクラックや転位などの結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。
In the first embodiment, as described above, the current block layer is formed using the
この第１実施形態では、上記のように、半導体ブロック層８にクラックや結晶欠陥が発生するのを抑制することができるので、電流ブロック層（半導体ブロック層８）の厚みを大きくすることができ、その結果、横方向の光閉じ込めを安定化することが可能な窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。
In the first embodiment, as described above, the occurrence of cracks and crystal defects in the
また、第１実施形態では、上記のように、半導体ブロック層８を電流通路部の近傍にのみ形成することによって、半導体ブロック層８の形成領域が小さくなるので、ｐ型クラッド層５と半導体ブロック層８との格子定数の差に起因して半導体ブロック層８に加わる歪みをより緩和することができる。これによっても、半導体ブロック層８にクラックや結晶欠陥が発生するのを抑制することができるので、横方向の光閉じ込めをより安定化することができるとともに、結晶性の良好な半導体ブロック層８を形成することができる。
In the first embodiment, as described above, by forming the
さらに、第１実施形態では、半導体ブロック層８を電流通路部の近傍にのみ形成することによって、半導体ブロック層８および誘電体ブロック層７からなる電流ブロック層と、ｐ型クラッド層５との間の容量が低減される。これにより、素子をパルス駆動したときのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりを早くすることができるので、その結果、高速でのパルス駆動が可能な窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。
Furthermore, in the first embodiment, the
また、第１実施形態では、上記のように、誘電体ブロック層７の厚み（約５０ｎｍ）が、半導体ブロック層８の厚み（約０．２５μｍ）よりも小さくなるように形成することによって、半導体ブロック層８は、誘電体ブロック層７に比べて熱伝導率が高いため、ＭＱＷ発光層４で発熱した熱を有効に放熱することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の高温動作時や高出力動作時においても、良好な特性を得ることができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、第１実施形態では、上記のように、ＡｌwＧａ1-wＮからなる半導体ブロック層８を用いることによって、半導体ブロック層８での光吸収がないため、窒化物系半導体レーザ素子の動作電流を低減することができる。
In the first embodiment, as described above, since the
図２〜図８は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。図１〜図８を参照して、以下に、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について説明する。 2 to 8 are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. With reference to FIGS. 1 to 8, a method of manufacturing a nitride semiconductor laser element according to the first embodiment will be described below.
まず、図２に示すように、サファイア基板１上に、ＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相堆積法）を用いて、約４μｍの膜厚を有するＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層２、および、約１μｍの膜厚を有するＳｉドープＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３を形成する。そのｎ型クラッド層３上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、３つのＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸層と、４つのＩｎyＧａ1-yＮ量子障壁層とを交互に積層することによって、ＭＱＷ発光層４を形成する。そして、ＭＱＷ発光層４上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約０．４μｍの膜厚を有するＭｇドープＡｌvＧａ1-vＮ（Ａｌ組成：ｖ＝０．０８）からなるｐ型クラッド層５、および、約０．０１μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第１コンタクト層６を順次形成する。
First, as shown in FIG. 2, an n-type contact made of Si-doped GaN having a film thickness of about 4 μm is formed on a sapphire substrate 1 by using MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). A
その後、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型第１コンタクト層６の上面上の全面を覆うように、約０．２μｍの膜厚を有するＳｉＯ2膜（図示せず）を形成した後、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とを用いて、図３に示されるような、ＳｉＯ2からなるマスク層１００を形成する。次に、このマスク層１００をマスクとして、Ｃｌ2からなるエッチングガスを用いて、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法などのドライエッチングにより、ｐ型第１コンタクト層６、ｐ型クラッド層５、ＭＱＷ発光層４、ｎ型クラッド層３およびｎ型コンタクト層２の所定領域をエッチングする。この後、ｐ型第１コンタクト層６上のマスク層１００を除去する。
Thereafter, a SiO 2 film (not shown) having a thickness of about 0.2 μm is formed by plasma CVD so as to cover the entire upper surface of the p-type
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型第１コンタクト層６の上面上の全面を覆うように、約０．２μｍの膜厚を有するＳｉＯ2膜（図示せず）を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、そのＳｉＯ2膜をパターニングすることによって、図４に示されるような、ＳｉＯ2からなるマスク層１０１を形成する。
Next, an SiO 2 film (not shown) having a thickness of about 0.2 μm is formed by plasma CVD so as to cover the entire upper surface of the p-type
その後、図５に示すように、マスク層１０１をマスクとして、Ｃｌ2からなるエッチングガスを用いて、ＲＩＥ法などのドライエッチングにより、ｐ型第１コンタクト層６およびｐ型クラッド層５の一部領域をエッチングする。これにより、ｐ型クラッド層５の凸状部およびｐ型第１コンタクト層６からなる約１．５μｍの幅Ｗ１を有する電流通路部（リッジ部）が形成される。その後、マスク層１０１を除去する。
After that, as shown in FIG. 5, a part of the p-type
次に、図６に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ウェハの上面側のほぼ全面を覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮ膜からなる誘電体ブロック層７を形成した後、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とを用いて、誘電体ブロック層７に開口部７ａを形成する。この開口部７ａは、電流通路部の近傍に、ｐ型クラッド層５の平坦部の上面上の一部領域が露出されるように形成する。
Next, as shown in FIG. 6, after forming a
次に、図７に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、開口部７ａにおいて露出されたｐ型クラッド層５の上面上に、電流通路部の側部に形成された誘電体ブロック層７を覆うように、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層８を選択成長させる。これにより、電流通路部の側部の近傍に、半導体ブロック層８と電流通路部との合計幅Ｗ２が約７．５μｍになるように、半導体ブロック層８が形成される。このような半導体ブロック層８は、選択成長させる時間を制御することにより、容易に形成可能である。その後、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層６）上の誘電体ブロック層７を除去する。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、図８に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、誘電体ブロック層７上に、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層６）の上面上および半導体ブロック層８を覆うように、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第２コンタクト層９を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the MOCVD method is used to cover the
最後に、図１に示したように、真空蒸着法を用いて、ｐ型第２コンタクト層９上に、約１ｎｍの膜厚を有するＰｔと、約３ｎｍの膜厚を有するＰｄとからなるｐ側オーミック電極１０を形成する。そして、ｐ側オーミック電極１０の上面上の一部領域に、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｐ側パッド電極１１を形成する。また、ｎ型コンタクト層２の上面上の誘電体ブロック層７の一部領域を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて除去する。そして、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上に、約１０ｎｍの膜厚を有するＴｉと、約０．１μｍの膜厚を有するＡｌとからなるｎ側オーミック電極１２を形成する。そして、ｎ側オーミック電極１２の上面上の一部領域に、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｎ側パッド電極１３を形成する。このようにして、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が製造される。
Finally, as shown in FIG. 1, a vacuum deposition method is used to form p on the p-type second contact layer 9 and comprising Pt having a thickness of about 1 nm and Pd having a thickness of about 3 nm. The side
第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、選択成長により半導体ブロック層８を形成することによって、半導体ブロック層８の結晶性を向上させることができる。また、電流通路部の近傍に設けられた開口部７ａから選択成長により半導体ブロック層８を形成することによって、電流通路部の近傍にのみ、半導体ブロック層８を形成することができる。これにより、半導体ブロック層８と、ｐ型クラッド層５との格子定数の差に起因して半導体ブロック層８に加わる歪みを緩和することができる。
In the nitride semiconductor laser device manufacturing method of the first embodiment, the crystallinity of the
図９は、本発明の第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。この第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子は、第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子と半導体ブロック層の材料のみが異なる、複素屈折率導波型のリッジ型のレーザ素子である。すなわち、この第１実施形態の変形例では、図９に示すように、誘電体ブロック層７の上面上の電流通路部の近傍に、電流通路部の側部を埋め込むように、約０．２５μｍの膜厚を有するとともに、半導体ブロック層１８と電流通路部との合計幅Ｗ２が約７．５μｍになるように、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎからなる半導体ブロック層１８が形成されている。
FIG. 9 is a perspective view showing a nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the first embodiment of the present invention. The nitride semiconductor laser element according to the modification of the first embodiment is different from the nitride semiconductor laser element of the first embodiment only in the material of the semiconductor block layer, and is a complex refractive index guided ridge type laser element. It is. That is, in the modification of the first embodiment, as shown in FIG. 9, about 0.25 μm so that the side portion of the current passage portion is embedded in the vicinity of the current passage portion on the upper surface of the
この第１実施形態の変形例では、上記のように、電流ブロック層を、誘電体ブロック層７と、誘電体ブロック層７上に形成されたＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層１８とを用いて形成することによって、半導体ブロック層１８において光を吸収させることにより横方向の光閉じ込めを行うことができる。これにより、ＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層を形成する場合に比べて薄い膜厚の半導体ブロック層１８を形成する場合にも、横方向の光閉じ込めを安定化することができる。なお、第１実施形態の変形例のその他の効果は、第１実施形態と同様である。
In the modification of the first embodiment, as described above, the current block layer is formed using the
なお、上記第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法としては、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層１８は、第１実施形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層８に比べて、低温で成長される。その他の工程は、第１実施形態と同様である。上記のように、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層１８を、第１実施形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層８に比べて低温で形成することができるので、ｐ型クラッド層５にドープされた不純物（Ｍｇ）が、ＭＱＷ発光層４に拡散するのを防止することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
As a method for manufacturing the nitride-based semiconductor laser device according to the modification of the first embodiment, the
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。図１０を参照して、この第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子は、実屈折率導波型のリッジ型のレーザ素子である。また、上記第１実施形態では、電流通路部（リッジ部）の近傍にのみ半導体ブロック層を形成する例を示したが、この第２実施形態では、ｐ型クラッド層５の上面上のほぼ全面に半導体ブロック層を形成する例を示す。以下、詳細に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a perspective view showing a nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment is a real refractive index waveguide type ridge type laser device. In the first embodiment, the semiconductor block layer is formed only in the vicinity of the current path portion (ridge portion). However, in the second embodiment, almost the entire surface on the upper surface of the p-
第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、サファイア基板１上に、第１実施形態と同様、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ＭＱＷ発光層４が形成されている。ＭＱＷ発光層４上には、凸部を有するｐ型クラッド層５およびｐ型第１コンタクト層６が形成されている。これらのｐ型クラッド層５の凸部およびｐ型第１コンタクト層６によって、電流通路部（リッジ部）が構成されている。なお、第２実施形態における各層２〜６の組成および膜厚は、第１実施形態と同様である。
As a structure of the nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment, an n-
また、電流通路部（リッジ部）の側面と、ｐ型クラッド層５の平坦部と、ＭＱＷ発光層４、ｎ型クラッド層３およびｎ型コンタクト層２の側面と、ｎ型コンタクト層２の上面の一部領域とを覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層２０が形成されている。ここで、この第２実施形態では、誘電体ブロック層２０は、ｐ型クラッド層５の平坦部の上面上に、選択成長のための４つの開口部２０ａを有するように形成されている。この開口部２０ａは、リッジ部の近傍領域のみならず、それ以外の領域にも形成されている。
Further, the side surface of the current path portion (ridge portion), the flat portion of the p-
また、ｐ型クラッド層５上に形成された誘電体ブロック層２０の上面上のほぼ全面には、電流通路部の側部を覆うように、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層２１が形成されている。すなわち、この第２実施形態では、半導体ブロック層２１は、リッジ部の近傍のみならず、ｐ型クラッド層５上のほぼ全面に形成されている。半導体ブロック層２１は、誘電体ブロック層２０に設けられた開口部２０ａを介して、ｐ型クラッド層５と接触するように形成されている。なお、これらの誘電体ブロック層２０および半導体ブロック層２１によって、電流ブロック層が構成されている。
Al W Ga 1 having a film thickness of about 0.25 μm is formed on almost the entire upper surface of the
そして、電流通路部（リッジ部）および半導体ブロック層２１の上面上のほぼ全面には、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第２コンタクト層２２が形成されている。
A p-type
ｐ型第２コンタクト層２２上には、約１ｎｍの膜厚を有するＰｔと、約３ｎｍの膜厚を有するＰｄとからなるｐ側オーミック電極２３が形成されている。ｐ側オーミック電極２３の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｐ側パッド電極２４が形成されている。また、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上には、約１０ｎｍの膜厚を有するＴｉと、約０．１μｍの膜厚を有するＡｌとからなるｎ側オーミック電極２５が形成されている。ｎ側オーミック電極２５の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｎ側パッド電極２６が形成されている。
A p-
第２実施形態では、上記のように、ｐ型クラッド層５上に形成された誘電体ブロック層２０の上面上のほぼ全面に半導体ブロック層２１を形成することによって、その半導体ブロック層２１上に形成されるｐ型第２コンタクト層２２を平坦化することができる。これにより、窒化物系半導体レーザ素子をサブマウント（ヒートシンク）にリッジ部側からｊ−ｄｏｗｎ方式で組み立てる際に、電流通路部（リッジ部）に加わる応力を低減することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
In the second embodiment, as described above, the
また、第２実施形態では、第１実施形態と同様、電流ブロック層を、誘電体ブロック層２０と、半導体ブロック層２１とを用いて形成することによって、半導体ブロック層２１は、誘電体ブロック層２０の開口部２０ａを介して、ｐ型クラッド層５の上面に接触するので、ｐ型クラッド層５と半導体ブロック層２１との接触面積を低減することができる。このため、ｐ型クラッド層５と半導体ブロック層２１との格子定数の差に起因して半導体ブロック層２１に加わる歪みを緩和することができるので、半導体ブロック層２１にクラックや転位などの結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。また、ｐ型クラッド層５と半導体ブロック層２１との接触面積を低減することができるので、ｐ型クラッド層５と半導体ブロック層２１との界面の汚染物に起因した結晶欠陥が発生するのも抑制することができる。さらに、半導体ブロック層２１と下層との間に誘電体ブロック層２０を介在させることができるので、半導体ブロック層２１と、下層の厚みの大きいＧａＮからなるｎ型コンタクト層２との格子定数の差に起因して半導体ブロック層２１に加わる歪みを緩和することができる。これによっても、半導体ブロック層２１にクラックや転位などの結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the current block layer is formed by using the
この第２実施形態では、上記のように、半導体ブロック層２１にクラックや結晶欠陥が発生するのを抑制することができるので、電流ブロック層（半導体ブロック層２１）の厚みを大きくすることができ、その結果、横方向の光閉じ込めを安定化することが可能な窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。
In the second embodiment, as described above, the occurrence of cracks and crystal defects in the
また、第２実施形態では、第１実施形態と同様、誘電体ブロック層２０の厚み（約５０ｎｍ）が、半導体ブロック層２１の厚み（約０．２５μｍ）よりも小さくなるように形成することによって、半導体ブロック層２１は、誘電体ブロック層２０に比べて熱伝導率が高いため、ＭＱＷ発光層４で発熱した熱を有効に放熱することができる。その結果、窒化物系半導体発光素子の高温動作時や高出力動作時においても、良好な特性を得ることができる。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the thickness (about 50 nm) of the
また、第２実施形態では、第１実施形態と同様、ＡｌwＧａ1-wＮからなる半導体ブロック層２１を用いることによって、半導体ブロック層２１での光吸収がないため、窒化物系半導体発光素子の動作電流を低減することができる。
Further, in the second embodiment, as in the first embodiment, since the
図１１〜図１３は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。図１０〜図１３を参照して、以下に、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について説明する。 11 to 13 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. A method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment will be described below with reference to FIGS.
まず、図２〜図５に示した第１実施形態の形成方法と同様の形成方法を用いて、図１１に示すように、サファイア基板１上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ＭＱＷ発光層４、ｐ型クラッド層５およびｐ型第１コンタクト層６を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ウェハの上面側のほぼ全面を覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮ膜からなる誘電体ブロック層２０を形成した後、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェ
ットエッチングとを用いて、誘電体ブロック層２０に４つの開口部２０ａを形成する。これらの開口部２０ａは、ｐ型クラッド層５の平坦部の上面上の一部領域が露出されるように形成する。
First, using a formation method similar to the formation method of the first embodiment shown in FIGS. 2 to 5, an n-
次に、図１２に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、開口部２０ａにおいて露出されたｐ型クラッド層５の上面上に、電流通路部の側部およびｐ型クラッド層５の上面上に形成された誘電体ブロック層２０を覆うように、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層２１を選択成長させる。その後、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたは
ＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層６）上の誘電体ブロック層２０を除去する。
Next, as shown in FIG. 12, the MOCVD method is used to form on the upper surface of the p-
次に、図１３に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層６）および半導体ブロック層２１の上面上のほぼ全面に、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第２コンタクト層２２を形成する。
Next, as shown in FIG. 13, a film thickness of about 0.07 μm is formed on the entire upper surface of the current path portion (p-type first contact layer 6) and the
最後に、図１０に示したように、真空蒸着法を用いて、ｐ側オーミック電極２３およびｐ側パッド電極２４を順次形成する。また、ｎ型コンタクト層２の上面上の誘電体ブロック層２０の一部領域を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて除去する。そして、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上に、ｎ側オーミック電極２５およびｎ側パッド電極２６を順次形成する。このようにして、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が製造される。
Finally, as shown in FIG. 10, the p-
第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、選択成長により半導体ブロック層２１を形成することによって、半導体ブロック層２１の結晶性を向上させることができる。
In the nitride semiconductor laser device manufacturing method of the second embodiment, the crystallinity of the
図１４は、本発明の第２実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。この第２実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子は、第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子と半導体ブロック層の材料のみが異なる、複素屈折率導波型のリッジ型のレーザ素子である。すなわち、この第２実施形態の変形例では、図１４に示すように、電流通路部の側部およびｐ型クラッド層５の上面上に形成された誘電体ブロック層２０を覆うように、約０．２５μｍの膜厚を有するＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎからなる半導体ブロック層２７が形成されている。
FIG. 14 is a perspective view showing a nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the second embodiment of the present invention. The nitride semiconductor laser element according to the modification of the second embodiment is different from the nitride semiconductor laser element of the second embodiment only in the material of the semiconductor block layer, and is a complex refractive index guided ridge type laser element. It is. That is, in the modification of the second embodiment, as shown in FIG. 14, about 0 to cover the
第２実施形態の変形例では、上記のように、電流ブロック層を、誘電体ブロック層２０と、誘電体ブロック層２０上に形成されたＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層２７とを用いて形成することによって、半導体ブロック層２７において光を吸収させることにより横方向の光閉じ込めを行うことができる。これにより、ＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層を形成する場合に比べて薄い膜厚の半導体ブロック層２７を形成する場合にも、横方向の光閉じ込めを安定化することができる。なお、第２実施形態の変形例のその他の効果は、第２実施形態と同様である。
In the modification of the second embodiment, as described above, the current block layer is formed using the
なお、上記第２実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法としては、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層２７は、第２実施形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層２１に比べて低温で成長される。その他の工程は、第２実施形態と同様である。上記のように、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層２７を、第２実施形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層２１に比べて低温で形成することができるので、ｐ型クラッド層５にドープされた不純物（Ｍｇ）が、ＭＱＷ発光層４に拡散するのを防止することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
As a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the modification of the second embodiment, the
（第３参考形態）
図１５は、本発明の第３参考形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。図１５を参照して、この第３参考形態では、実屈折率導波型のセルフアライン型の窒化物系半導体レーザ素子について説明する。
(3rd reference form)
Figure 15 is a third perspective view of a nitride-based semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15, in the third reference embodiment, an actual refractive index guided self-aligned nitride semiconductor laser element will be described.
第３参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、サファイア基板１上に、第１実施形態と同様、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３およびＭＱＷ発光層４が形成されている。ＭＱＷ発光層４上には、約０．１μｍの膜厚を有するＭｇドープＡｌv
Ｇａ1-vＮ（Ａｌ組成：ｖ＝０．０８）からなるｐ型第１クラッド層３０が形成されてい
る。なお、ｐ型第１クラッド層３０は、本発明の「第１クラッド層」の一例である。また、各層２〜４の組成および膜厚は、第１実施形態と同様である。
As a structure of the nitride semiconductor laser device according to the third reference embodiment, an n-
A p-type
ｐ型第１クラッド層３０の上面上と、ＭＱＷ発光層４、ｎ型クラッド層３およびｎ型コンタクト層２の側面と、ｎ型コンタクト層２の上面の一部領域とを覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層３１が形成されている。ここで、この第３参考形態では、誘電体ブロック層３１は、４つの開口部３１ａと、約１．５μｍの幅を有する電流通路部となる中央部の開口部３１ｂとを有するように形成されている。この開口部３１ａは、電流通路部の近傍領域のみならず、それ以外の領域にも形成されている。
About so as to cover the upper surface of the p-type
また、ｐ型第１クラッド層３０の上面上に形成された誘電体ブロック層３１上には、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層３２が、約１．５μｍの幅を有する電流通路部となる開口部を有するように形成されている。すなわち、この第３参考形態では、半導体ブロック層３２は、電流通路部の近傍のみならず、ｐ型第１クラッド層３０上のほぼ全面に形成されている。半導体ブロック層３２は、誘電体ブロック層３１に設けられた開口部３１ａを介して、ｐ型第１クラッド層３０と接触するように形成されている。なお、これらの誘電体ブロック層３１および半導体ブロック層３２によって、電流ブロック層が構成されている。
On the
そして、電流ブロック層（誘電体ブロック層３１および半導体ブロック層３２）の電流通路部となる開口部３１ｂ内のｐ型第１クラッド層３０上、および、半導体ブロック層３２上には、約０．３μｍの膜厚を有するＭｇドープＡｌvＧａ1-vＮ（Ａｌ組成：ｖ＝０．０８）からなるｐ型第２クラッド層３３が形成されている。なお、ｐ型第２クラッド層３３は、本発明の「第２クラッド層」の一例である。
On the p-type
また、ｐ型第２クラッド層３３の上面上のほぼ全面には、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層３４が形成されている。ｐ型コンタクト層３４上には、約１ｎｍの膜厚を有するＰｔと、約３ｎｍの膜厚を有するＰｄとからなるｐ側オーミック電極３６が形成されている。ｐ側オーミック電極３６の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｐ側パッド電極３７が形成されている。また、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上には、約１０ｎｍの膜厚を有するＴｉと、約０．１μｍの膜厚を有するＡｌとからなるｎ側オーミック電極３８が形成されている。ｎ側オーミック電極３８の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｎ側パッド電極３９が形成されている。
A p-
また、ｐ側オーミック電極３６、ｐ型コンタクト層３４、ｐ型第２クラッド層３３および半導体ブロック層３２の側部と、誘電体ブロック層３１上とを覆うように、約０．１μｍの膜厚を有するＳｉＮからなる保護膜３５が形成されている。
Further, the film thickness of about 0.1 μm is formed so as to cover the side portions of the p-
第３参考形態では、上記のように、ｐ型第２クラッド層３３を半導体ブロック層３２の上面上にまで延びて形成することによって、ｐ型第２クラッド層３３の上面上の面積を大きくすることができる。これにより、ｐ型第２クラッド層３３とその上に形成されるｐ型コンタクト層３４とのコンタクト抵抗を低減することができる。
In the third reference embodiment, as described above, the p-type
また、第３参考形態では、上記のように、結晶性の良好な半導体ブロック層３２上に、ｐ型第２クラッド層３３を形成することによって、結晶性の良好なｐ型第２クラッド層３３を得ることができる。その結果、ｐ型第２クラッド層３３の熱伝導性が向上されるので、窒化物系半導体発光素子の高温動作時や高出力動作時においても、良好な特性を得ることができる。
In the third reference embodiment, as described above, the p-type
また、第３参考形態では、上記のように、結晶性の良好な半導体ブロック層３２上に、ｐ型第２クラッド層３３を形成することによって、結晶性の良好なｐ型第２クラッド層３３を得ることができるので、ｐ型第２クラッド層３３のキャリア濃度を高くすることができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の動作電圧を低減することができる。なお、第３参考形態のその他の効果は、第２実施形態と同様である。
In the third reference embodiment, as described above, the p-type
図１６〜図２１は、本発明の第３参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。図１５〜図２１を参照して、以下に、第３参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について説明する。 16 to 21 are sectional views for explaining the manufacturing method of the third nitride semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention. With reference to FIGS. 15-21, the manufacturing method of the nitride-type semiconductor laser element by 3rd reference form is demonstrated below.
まず、第１実施形態の形成方法と同様の形成方法を用いて、図１６に示すように、サファイア基板１上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３およびＭＱＷ発光層４を形成する。なお、各層２〜４の組成および膜厚は、第１実施形態と同様である。そして、ＭＱＷ発光層４上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約０．１μｍの膜厚を有するＭｇドープＡｌvＧａ1-vＮ（Ａｌ組成：ｖ＝０．０８）からなるｐ型第１クラッド層３０を形成する。
First, as shown in FIG. 16, an n-
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型第１クラッド層３０の上面上の全面を覆うように、約０．２μｍの膜厚を有するＳｉＯ2膜（図示せず）を形成した後、フォトリソグラ
フィー技術とエッチング技術とを用いて、図１７に示されるような、パターニングされたＳｉＯ2からなるマスク層１００を形成する。次に、このマスク層１００をマスクとして、Ｃｌ2からなるエッチングガスを用いて、ＲＩＥ法などのドライエッチングにより、ｐ型第１クラッド層３０、ＭＱＷ発光層４、ｎ型クラッド層３およびｎ型コンタクト層２の所定領域をエッチングする。その後、ｐ型第１クラッド層３０上のマスク層１００を除去する。
Next, an SiO 2 film (not shown) having a thickness of about 0.2 μm is formed by plasma CVD so as to cover the entire upper surface of the p-type
次に、図１８に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ウェハの上面側のほぼ全面を覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層３１を形成した後、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、誘電体ブロック層３１に４つの開口部３１ａと、約１．５μｍの幅を有する電流通路部となる開口部３１ｂとを形成する。これらの開口部３１ａおよび３１ｂは、ｐ型第１クラッド層３０の上面上の一部領域が露出されるように形成する。
Next, as shown in FIG. 18, a
次に、図１９に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、開口部３１ａおよび３１ｂにおいて露出されたｐ型第１クラッド層３０の上面上のほぼ全面に、誘電体ブロック層３１を介して、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層３２を選択成長させる。その後、プラズマＣＶＤ法を用いて、半導体ブロック層３２の上面上の全面を覆うように、約０．２μｍの膜厚を有するＳｉＯ2膜（図示せず）を形成した後、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とを用いて、図１９に示されるような、パターニングされたＳｉＯ2からなるマスク層１０２を形成する。
Next, as shown in FIG. 19, the MOCVD method is used to form approximately the entire upper surface of the upper surface of the p-type
次に、図２０に示すように、マスク層１０２をマスクとして、Ｃｌ2からなるエッチングガスを用いて、ＲＩＥ法などのドライエッチングにより、開口部３１ｂ上に形成された半導体ブロック層３２をエッチングする。これにより、半導体ブロック層３２に、約１．５μｍの幅を有する電流通路部となる開口部が形成される。その後、半導体ブロック層３２上のマスク層１０２を除去する。
Next, as shown in FIG. 20, using the
次に、図２１に示すように、電流ブロック層（誘電体ブロック層３１および半導体ブロック層３２）の開口部内に露出されたｐ型第１クラッド層３０の上面上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＭｇドープＡｌvＧａ1-vＮ（Ａｌ組成：ｖ＝０．０８）からなるｐ型第２クラッド層３３を成長させる。これにより、電流ブロック層の開口部内において約１．５μｍの幅を有するｐ型第２クラッド層３３がセルフアライン的に形成される。なお、ｐ型第２クラッド層３３は、半導体ブロック層３２の上面上において、約０．３μｍの膜厚を有するように形成されている。そして、ｐ型第２クラッド層３３の上面上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層３４を形成する。
Next, as shown in FIG. 21, the MOCVD method is used on the upper surface of the p-type
最後に、ウェハの上面側のほぼ全面を覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮ膜（図示せず）を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、図１５に示したような形状のＳｉＮからなる保護膜３５を形成する。
Finally, an SiN film (not shown) having a thickness of about 50 nm is formed so as to cover almost the entire upper surface of the wafer. Thereafter, a
そして、図１５に示したように、真空蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層３４上に、ｐ側オーミック電極３６およびｐ側パッド電極３７を順次形成する。また、ｎ型コンタクト層２の上面上の誘電体ブロック層３１の一部領域を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて除去する。そして、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上に、ｎ側オーミック電極３８およびｎ側パッド電極３９を順次形成する。このようにして、第３参考形態による窒化物系半導体レーザ素子が製造される。
Then, as shown in FIG. 15, a p-
第３参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、選択成長により半導体ブロック層３２を形成することによって、半導体ブロック層３２の結晶性を向上させることができる。
In the method for manufacturing a nitride semiconductor laser element according to the third reference embodiment, the crystallinity of the
図２２は、本発明の第３参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。この第３参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子は、第３参考形態の窒化物系半導体レーザ素子と半導体ブロック層の材料のみが異なる、複素屈折率導波型のセルフアライン型の窒化物系半導体レーザ素子である。すなわち、この第３参考形態の変形例では、図２２に示すように、誘電体ブロック層３１上には、約０．２５μｍの膜厚を有するＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎからなる半導体ブロック層４２が、約１．５μｍの幅を有する電流通路部となる開口部を有するように形成されている。
FIG. 22 is a perspective view showing a nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the third reference embodiment of the present invention. The third nitride semiconductor laser device according to a modification of the reference embodiment, only the material of the third reference nitride forms-based semiconductor laser device and the semiconductor block layer are different, nitriding of self-aligned of the complex refractive index waveguide type This is a physical semiconductor laser element. That is, in the modification of the third reference embodiment, as shown in FIG. 22, the
第３参考形態の変形例では、上記のように、電流ブロック層を、誘電体ブロック層３１と、誘電体ブロック層３１上に形成されたＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層４２とを用いて形成することによって、半導体ブロック層４２において光を吸収させることにより横方向の光閉じ込めを行うことができる。これにより、ＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層を形成する場合に比べて薄い膜厚の半導体ブロック層４２を形成する場合にも、横方向の光閉じ込めを安定化することができる。なお、第３参考形態の変形例のその他の効果は、第３参考形態と同様である。
In the modification of the third reference embodiment, as described above, the current block layer is formed using the
なお、上記第３参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法としては、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層４２は、第３参考形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層３２に比べて低温で成長される。その他の工程は、第３参考形態と同様である。上記のように、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層４２を、第３参考形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層３２に比べて低温で形成することができるので、ｐ型第１クラッド層３０にドープされた不純物（Ｍｇ）が、ＭＱＷ発光層４に拡散するのを防止することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
As a method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the modification of the third reference embodiment, the
（第４参考形態）
図２３は、本発明の第４参考形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。図２３を参照して、この第４参考形態による窒化物系半導体レーザ素子は、実屈折率導波型のセルフアライン型の窒化物系半導体レーザ素子である。また、上記第３参考形態では、電流通路部の近傍以外の領域にまで半導体ブロック層を形成する例を示したが、この第４参考形態では、電流通路部の近傍にのみ半導体ブロック層を形成する例を示す。以下、詳細に説明する。
(4th reference form)
Figure 23 is a fourth perspective view showing a nitride semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 23, the fourth nitride semiconductor laser device according to Reference Embodiment is a nitride semiconductor laser device of a self-aligned real index-guided. In the third reference embodiment, the example in which the semiconductor block layer is formed in a region other than the vicinity of the current path portion is shown. However, in the fourth reference embodiment, the semiconductor block layer is formed only in the vicinity of the current path portion. An example is shown. Details will be described below.
第４参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、サファイア基板１上に、第３参考形態と同様、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ＭＱＷ発光層４およびｐ型第１クラッド層３０が形成されている。なお、各層２〜４および３０の組成および膜厚は、第３参考形態と同様である。
The structure of a nitride-based semiconductor laser device according to the fourth reference embodiment, on a sapphire substrate 1, the third reference embodiment similar, n-
ｐ型第１クラッド層３０の上面上と、ＭＱＷ発光層４、ｎ型クラッド層３およびｎ型コンタクト層２の側面と、ｎ型コンタクト層２の上面の一部領域とを覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層５０が形成されている。ここで、この第４参考形態では、誘電体ブロック層５０は、電流通路部の近傍に、選択成長のための２つの開口部５０ａと、約１．５μｍの幅Ｗ１を有する電流通路部となる中央部の開口部５０ｂとを有するように形成されている。
About so as to cover the upper surface of the p-type
また、誘電体ブロック層５０上の電流通路部の近傍には、約０．２５μｍの膜厚と約７．５μｍの幅Ｗ２とを有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層５１が、約１．５μｍの幅を有する電流通路部となる開口部を有するように形成されている。この半導体ブロック層５１は、誘電体ブロック層５０に設けられた開口部５０ａを介して、ｐ型第１クラッド層３０と接触するように形成されている。なお、これらの誘電体ブロック層５０および半導体ブロック層５１によって、電流ブロック層が構成されている。
Further, in the vicinity of the current path portion on the
そして、電流ブロック層（誘電体ブロック層５０および半導体ブロック層５１）の電流通路部となる開口部５０ｂ内のｐ型第１クラッド層３０上、半導体ブロック層５１上および誘電体ブロック層５０上には、約０．３μｍの膜厚を有するＭｇドープＡｌvＧａ1-vＮ（Ａｌ組成：ｖ＝０．０８）からなるｐ型第２クラッド層５２が形成されている。なお、ｐ型第２クラッド層５２は、本発明の「第２クラッド層」の一例である。
Then, on the p-type
また、ｐ型第２クラッド層５２の上面上のほぼ全面には、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層５３が形成されている。ｐ型コンタクト層５３上には、約１ｎｍの膜厚を有するＰｔと、約３ｎｍの膜厚を有するＰｄとからなるｐ側オーミック電極５５が形成されている。ｐ側オーミック電極５５の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｐ側パッド電極５６が形成されている。また、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上には、約１０ｎｍの膜厚を有するＴｉと、約０．１μｍの膜厚を有するＡｌとからなるｎ側オーミック電極５７が形成されている。ｎ側オーミック電極５７の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｎ側パッド電極５８が形成されている。
A p-
また、ｐ側オーミック電極５５、ｐ型コンタクト層５３、ｐ型第２クラッド層５２および半導体ブロック層５１の側部と、誘電体ブロック層５０上とを覆うように、約０．１μｍの膜厚を有するＳｉＮからなる保護膜５４が形成されている。
The p-
第４参考形態では、上記のように、ｐ型第２クラッド層５２を半導体ブロック層５１の上面上にまで延びて形成することによって、ｐ型第２クラッド層５２の上面上の面積を大きくすることができる。これにより、ｐ型第２クラッド層５２とその上に形成されるｐ型コンタクト層５３とのコンタクト抵抗を低減することができる。
In the fourth reference embodiment, as described above, the p-type
また、第４参考形態では、上記のように、結晶性の良好な半導体ブロック層５１上に、ｐ型第２クラッド層５２を形成することによって、結晶性の良好なｐ型第２クラッド層５２を得ることができる。その結果、ｐ型第２クラッド層５２の熱伝導性が向上されるので、窒化物系半導体発光素子の高温動作時や高出力動作時においても、良好な特性を得ることができる。
In the fourth reference embodiment, as described above, the p-type
また、第４参考形態では、上記のように、結晶性の良好な半導体ブロック層５１上に、ｐ型第２クラッド層５２を形成することによって、結晶性の良好なｐ型第２クラッド層５２を得ることができるので、ｐ型第２クラッド層５２のキャリア濃度を高くすることができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の動作電圧を低減することができる。なお、第４参考形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。
In the fourth reference embodiment, as described above, the p-type
図２４〜図２７は、本発明の第４参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。図２３〜図２７を参照して、以下に、第４参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について説明する。 24 to 27 are sectional views for explaining a manufacturing method of a fourth nitride-based semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 23 to 27, it will be described below a fourth manufacturing method for a nitride semiconductor laser device according to Reference Embodiment.
まず、第１実施形態の形成方法と同様の形成方法を用いて、図２４に示すように、サファイア基板１上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ＭＱＷ発光層４およびｐ型第１クラッド層３０を形成する。なお、各層２〜４および３０の組成および膜厚は、第３参考形態と同様である。
First, by using a formation method similar to the formation method of the first embodiment, as shown in FIG. 24, an n-
次に、図２４に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ウェハの上面側のほぼ全面を覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層５０を形成した後、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、２つの開口部５０ａを形成する。これらの開口部５０ａは、ｐ型第１クラッド層３０の上面上の一部領域が露出されるように形成する。
Next, as shown in FIG. 24, a
次に、図２５に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、開口部５０ａにおいて露出されたｐ型第１クラッド層３０の上面上に、誘電体ブロック層５０を覆うように、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層５１を選択成長させる。この半導体ブロック層５１は、約１．５μｍの幅Ｗ１を有する電流通路部となる開口部を有するとともに、電流通路部と半導体ブロック層５１との合計幅Ｗ２が約７．５μｍになるように、電流通路部の近傍にのみ形成する。このような半導体ブロック層５１は、選択成長させる時間を制御することにより、容易に形成可能である。
Next, as shown in FIG. 25, an MOCVD method is used to cover the
その後、プラズマＣＶＤ法を用いて、ウェハの上面上の全面を覆うように、約０．２μｍの膜厚を有するＳｉＯ2膜（図示せず）を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とを用いて、ＳｉＯ2膜および誘電体ブロック層５０をパターニングする。これにより、図２６に示すように、電流通路部となる開口部を有するＳｉＯ2からなるマスク層１０３下に、約１．５μｍの幅Ｗ１を有する電流通路部となる開口部５０ｂを有する誘電体ブロック層５０が形成される。
Thereafter, a SiO 2 film (not shown) having a thickness of about 0.2 μm is formed by plasma CVD so as to cover the entire upper surface of the wafer. Then, the SiO 2 film and the
次に、図２７に示すように、電流ブロック層（誘電体ブロック層５０および半導体ブロック層５１）の開口部内に露出されたｐ型第１クラッド層３０の上面上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＭｇドープＡｌvＧａ1-vＮ（Ａｌ組成：ｖ＝０．０８）からなるｐ型第２クラッド層５２を成長させる。これにより、電流ブロック層の開口部内において約１．５μｍの幅Ｗ１を有するｐ型第２クラッド層５２がセルフアライン的に形成される。なお、ｐ型第２クラッド層５２は、半導体ブロック層５１の上面上において、約０．３μｍの膜厚を有するように形成されている。そして、ｐ型第２クラッド層５２の上面上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層５３を形成する。
Next, as shown in FIG. 27, the MOCVD method is used on the upper surface of the p-type
最後に、ウェハの上面側のほぼ全面を覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮ膜（図示せず）を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、図２３に示したような形状のＳｉＮからなる保護膜５４を形成する。 Finally, an SiN film (not shown) having a thickness of about 50 nm is formed so as to cover almost the entire upper surface of the wafer. Thereafter, a protective film 54 made of SiN having a shape as shown in FIG. 23 is formed by photolithography and dry etching using CF 4 as an etching gas or wet etching using an HF-based etchant.
そして、図２３に示したように、真空蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層５３上に、ｐ側オーミック電極５５およびｐ側パッド電極５６を順次形成する。また、ｎ型コンタクト層２の上面上の誘電体ブロック層５０の一部領域を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて除去する。そして、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上に、ｎ側オーミック電極５７およびｎ側パッド電極５８を順次形成する。このようにして、第４参考形態による窒化物系半導体レーザ素子が製造される。
Then, as shown in FIG. 23, a p-
第４参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、選択成長により半導体ブロック層５１を形成することによって、半導体ブロック層５１の結晶性を向上させることができる。
In the nitride semiconductor laser device manufacturing method according to the fourth reference embodiment, the crystallinity of the
図２８は、本発明の第４参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。この第４参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子は、第４参考形態の窒化物系半導体レーザ素子と半導体ブロック層の材料のみが異なる、複素屈折率導波型のセルフアライン型の窒化物系半導体レーザ素子である。すなわち、この第４参考形態の変形例では、図２８に示すように、ｐ型第１クラッド層３０の上面上に形成された誘電体ブロック層５０上には、約０．２５μｍの膜厚と約３μｍの幅とを有するＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎからなる半導体ブロック層５９が、約１．５μｍの幅Ｗ１を有する電流通路部となる開口部を有するように、約７．５μｍの幅Ｗ２で形成されている。
FIG. 28 is a perspective view showing a nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the fourth reference embodiment of the present invention. The fourth nitride semiconductor laser device according to a modification of the reference embodiment, only the material of the fourth reference nitride forms-based semiconductor laser device and the semiconductor block layer are different, nitriding of self-aligned of the complex refractive index waveguide type This is a physical semiconductor laser element. That is, in the modification of the fourth reference embodiment, as shown in FIG. 28, the
第４参考形態の変形例では、上記のように、電流ブロック層を、誘電体ブロック層５０と、誘電体ブロック層５０上に形成されたＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層５９とを用いて形成することによって、半導体ブロック層５９において光を吸収させることにより横方向の光閉じ込めを行うことができる。これにより、ＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層を形成する場合に比べて薄い膜厚の半導体ブロック層５９を形成する場合にも、横方向の光閉じ込めを安定化することができる。
In the modification of the fourth reference embodiment, as described above, the current block layer is formed using the
なお、上記第４参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法としては、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層５９は、第４参考形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層５１に比べて低い温度で成長される。その他の工程は、第４参考形態と同様である。上記のように、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層５９を、第４参考形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層５１に比べて低温で形成することができるので、ｐ型第１クラッド層３０にドープされた不純物（Ｍｇ）が、ＭＱＷ発光層４に拡散するのを防止することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
As a method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the modification of the fourth reference embodiment, the
（第５参考形態）
図２９は、本発明の第５参考形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。図２９を参照して、この第５参考形態による窒化物系半導体レーザ素子は、実屈折率導波型のリッジ型のレーザ素子である。また、上記第１〜第２実施形態及び第３〜第４参考形態では、誘電体ブロック層の開口部内のｐ型クラッド層と接触するように半導体ブロック層を形成する例を示したが、この第５参考形態では、電流通路部の側面において、ｐ型クラッド層と接触するように半導体ブロック層を形成する例を示す。以下、詳細に説明する。
(5th reference form)
Figure 29 is a perspective view illustrating a nitride-based semiconductor laser device according to a fifth reference embodiment of the present invention. Referring to FIG. 29, the fifth nitride-based semiconductor laser device according to Reference Embodiment is a ridge-type laser device of the real index-guided. In the first to second embodiments and the third to fourth reference embodiments, the semiconductor block layer is formed so as to be in contact with the p-type cladding layer in the opening of the dielectric block layer. The fifth reference embodiment shows an example in which the semiconductor block layer is formed so as to be in contact with the p-type clad layer on the side surface of the current passage portion. Details will be described below.
第５参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、サファイア基板１上に、第１実施形態と同様、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ＭＱＷ発光層４が形成されている。ＭＱＷ発光層４上には、凸部を有するｐ型クラッド層５およびｐ型第１コンタクト層６が形成されている。これらのｐ型クラッド層５の凸部およびｐ型第１コンタクト層６によって、電流通路部（リッジ部）が構成されている。なお、第５参考形態における各層２〜６の組成および膜厚は、第１実施形態と同様である。
As the structure of the nitride semiconductor laser device according to the fifth reference embodiment, an n-
また、ｐ型クラッド層５の平坦部と、ＭＱＷ発光層４、ｎ型クラッド層３およびｎ型コンタクト層２の側面と、ｎ型コンタクト層２の上面の一部領域とを覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層６０が形成されている。
Further, the flat portion of the p-
ｐ型クラッド層５上に形成された誘電体ブロック層６０の上面上のほぼ全面には、電流通路部の側面を覆うように、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層６１が形成されている。なお、これらの誘電体ブロック層６０および半導体ブロック層６１によって、電流ブロック層が構成されている。
Al w Ga 1-w N having a film thickness of about 0.25 μm is formed on almost the entire upper surface of the
また、電流通路部（リッジ部）および半導体ブロック層６１の上面上のほぼ全面には、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第２コンタクト層６２が形成されている。
A p-type
ｐ型第２コンタクト層６２上には、約１ｎｍの膜厚を有するＰｔと、約３ｎｍの膜厚を有するＰｄとからなるｐ側オーミック電極６３が形成されている。ｐ側オーミック電極６３の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｐ側パッド電極６４が形成されている。また、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上には、約１０ｎｍの膜厚を有するＴｉと、約０．１μｍの膜厚を有するＡｌとからなるｎ側オーミック電極６５が形成されている。ｎ側オーミック電極６５の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｎ側パッド電極６６が形成されている。
On the p-type
第５参考形態では、上記のように、半導体ブロック層６１を、電流通路部（リッジ部）の側面と接触するように形成することによって、半導体ブロック層６１とｐ型クラッド層５との接触部分を電流通路部（リッジ部）の側面のみに低減することができる。これにより、半導体ブロック層６１に加わる歪みをより緩和することができる。
In the fifth reference embodiment, the contact portion between the
図３０〜図３２は、本発明の第５参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。なお、第５参考形態における各層２〜６の形成プロセスは、図２〜図５に示した第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法と同様である。図２９〜図３２を参照して、以下に、第５参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について説明する。 FIGS. 30 32 are sectional views for explaining the manufacturing method of the fifth nitride-based semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention. In addition, the formation process of each layer 2-6 in the 5th reference form is the same as that of the manufacturing method of the nitride-type semiconductor laser element of 1st Embodiment shown in FIGS. Referring to FIGS. 29 to 32, below, a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the fifth reference embodiment.
まず、第１実施形態の形成方法と同様の形成方法を用いて、図３０に示すように、サファイア基板１上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ＭＱＷ発光層４、ｐ型クラッド層５およびｐ型第１コンタクト層６を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ウェハの上面側のほぼ全面を覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層６０を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、電流通路部の側面上の誘電体ブロック層６０を除去する。
First, using a formation method similar to the formation method of the first embodiment, as shown in FIG. 30, an n-
次に、図３１に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、露出された電流通路部（リッジ部）の側面から、ｐ型クラッド層５の上面上に形成された誘電体ブロック層６０を覆うように、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層６１を選択成長させる。
Next, as shown in FIG. 31, the
その後、図３２に示すように、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層６）上の誘電体ブロック層６０を除去する。そして、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層６）および半導体ブロック層６１の上面上のほぼ全面に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第２コンタクト層６２を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 32, the photolithography technique and the dry etching using CF 4 as an etching gas or the wet etching using an HF-based etchant are used to form the current path portion (p-type first contact layer 6). The
最後に、図２９に示したように、真空蒸着法を用いて、ｐ型第２コンタクト層６２上に、ｐ側オーミック電極６３およびｐ側パッド電極６４を順次形成する。また、ｎ型コンタクト層２の上面上の誘電体ブロック層６０の一部領域を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて除去する。そして、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上に、ｎ側オーミック電極６５およびｎ側パッド電極６６を順次形成する。このようにして、第５参考形態による窒化物系半導体レーザ素子が製造される。
Finally, as shown in FIG. 29, a p-
第５参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、選択成長により半導体ブロック層６１を形成することによって、半導体ブロック層６１の結晶性を向上させることができる。
In the nitride semiconductor laser device manufacturing method of the fifth reference embodiment, the crystallinity of the
図３３は、本発明の第５参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。この第５参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子は、第５参考形態の窒化物系半導体レーザ素子と半導体ブロック層の材料のみが異なる、複素屈折率導波型のリッジ型のレーザ素子である。すなわち、この第５参考形態の変形例では、図３３に示すように、ｐ型クラッド層５上に形成された誘電体ブロック層６０の上面上のほぼ全面に、電流通路部の側面を覆うように、約０．２５μｍの膜厚を有するＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎからなる半導体ブロック層６７が形成されている。
FIG. 33 is a perspective view showing a nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the fifth reference embodiment of the present invention. The fifth nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the reference embodiment, fifth only material of the nitride semiconductor laser element and the semiconductor blocking layer reference embodiment is different, of the complex refractive index waveguide-type ridge type laser device It is. That is, in the modification of the fifth reference embodiment, as shown in FIG. 33, the side surface of the current passage portion is covered almost on the entire upper surface of the
第５参考形態の変形例では、上記のように、電流ブロック層を、誘電体ブロック層６０と、誘電体ブロック層６０上に形成されたＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層６７とを用いて形成することによって、半導体ブロック層６７において光を吸収させることにより横方向の光閉じ込めを行うことができる。これにより、ＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層を形成する場合に比べて薄い膜厚の半導体ブロック層６７を形成する場合にも、横方向の光閉じ込めを安定化することができる。なお、第５参考形態の変形例のその他の効果は、第５参考形態と同様である。
In the modification of the fifth reference embodiment, as described above, the current block layer is formed using the
なお、上記第５参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法としては、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層６７は、第５参考形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層６１に比べて低い温度で成長される。その他の工程は、第５参考形態と同様である。上記のように、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層６７を、第５参考形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層６１に比べて低温で形成することができるので、ｐ型クラッド層５にドープされた不純物（Ｍｇ）が、ＭＱＷ発光層４に拡散するのを防止することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
As a method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the modification of the fifth reference embodiment, the
（第６参考形態）
図３４は、本発明の第６参考形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。図３４を参照して、この第６参考形態による窒化物系半導体レーザ素子は、実屈折率導波型のリッジ型のレーザ素子である。また、上記第５参考形態では、電流通路部の近傍以外の領域にまで半導体ブロック層を形成する例を示したが、この第６参考形態では、電流通路部の近傍にのみ半導体ブロック層を形成する例を示す。以下、詳細に説明する。
(6th reference form)
FIG. 34 is a perspective view showing a nitride semiconductor laser element according to the sixth reference embodiment of the present invention. Referring to FIG. 34, the sixth nitride-based semiconductor laser device according to Reference Embodiment is a ridge-type laser device of the real index-guided. In the fifth reference embodiment, the example in which the semiconductor block layer is formed in a region other than the vicinity of the current path portion is shown. However, in the sixth reference embodiment, the semiconductor block layer is formed only in the vicinity of the current path portion. An example is shown. Details will be described below.
第６参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、サファイア基板１上に、第５参考形態と同様、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ＭＱＷ発光層４が形成されている。ＭＱＷ発光層４上には、凸部を有するｐ型クラッド層５およびｐ型第１コンタクト層６が形成されている。これらのｐ型クラッド層５の凸部およびｐ型第１コンタクト層６によって、約１．５μｍの幅Ｗ１を有する電流通路部（リッジ部）が構成されている。なお、第６参考形態における各層２〜６の組成および膜厚は、第１実施形態と同様である。
The structure of a nitride-based semiconductor laser device according to a sixth reference embodiment, on a sapphire substrate 1, similarly to the fifth reference embodiment, n-
また、ｐ型クラッド層５の平坦部と、ＭＱＷ発光層４、ｎ型クラッド層３およびｎ型コンタクト層２の側面と、ｎ型コンタクト層２の上面の一部領域とを覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層７０が形成されている。
Further, the flat portion of the p-
誘電体ブロック層７０の上面上の電流通路部（リッジ部）の近傍には、電流通路部の側面を覆うように、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層７１が形成されている。半導体ブロック層７１は、半導体ブロック層７１と電流通路部との合計幅Ｗ２が約７．５μｍになるように、電流通路部の近傍にのみ形成されている。なお、これらの誘電体ブロック層７０および半導体ブロック層７１によって、電流ブロック層が構成されている。
In the vicinity of the current path portion (ridge portion) on the upper surface of the
そして、ｐ型クラッド層５の平坦部上の誘電体ブロック層７０上には、電流通路部（リッジ部）の上面および半導体ブロック層７１を覆うように、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第２コンタクト層７２が形成されている。
On the
ｐ型第２コンタクト層７２上には、約１ｎｍの膜厚を有するＰｔと、約３ｎｍの膜厚を有するＰｄとからなるｐ側オーミック電極７３が形成されている。ｐ側オーミック電極７３の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｐ側パッド電極７４が形成されている。また、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上には、約１０ｎｍの膜厚を有するＴｉと、約０．１μｍの膜厚を有するＡｌとからなるｎ側オーミック電極７５が形成されている。ｎ側オーミック電極７５の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｎ側パッド電極７６が形成されている。
On the p-type
第６参考形態では、上記のように、半導体ブロック層７１を、電流通路部（ｐ型クラッド層５およびｐ型第１コンタクト層６）の側面と接触するように形成することによって、半導体ブロック層７１とｐ型クラッド層５との接触部分を電流通路部（リッジ部）の側面のみに低減することができる。これにより、半導体ブロック層７１に加わる歪みをより緩和することができる。さらに、半導体ブロック層７１を電流通路部の近傍にのみ形成することによって、半導体ブロック層７１および誘電体ブロック層７０からなる電流ブロック層と、ｐ型クラッド層５との間の容量が低減される。これにより、素子をパルス駆動したときのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりを早くすることができるので、その結果、高速でのパルス駆動が可能な窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。なお、第６参考形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。
In the sixth reference embodiment, as described above, the
図３５および図３６は、本発明の第６参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。図３４〜図３６を参照して、以下に、第６参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について説明する。 Figures 35 and 36 are sectional views for explaining the manufacturing method of the sixth nitride-based semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 34 to 36, below, a method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to a sixth reference embodiment.
まず、図２〜図５に示した第１実施形態の形成方法と同様の形成方法を用いて、図３５に示すように、サファイア基板１上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ＭＱＷ発光層４、ｐ型クラッド層５およびｐ型第１コンタクト層６を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ウェハの上面側のほぼ全面を覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層７０を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いる
ウェットエッチングとを用いて、電流通路部の側面上の誘電体ブロック層７０を除去する。
First, as shown in FIG. 35, an n-
そして、露出された電流通路部（リッジ部）の側面から、誘電体ブロック層７０の上面上の電流通路部の近傍に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層７１を選択成長させる
。この場合、半導体ブロック層７１は、半導体ブロック層７１と電流通路部との合計幅Ｗ２が約７．５μｍになるように、電流通路部の近傍にのみ形成する。このような半導体ブロック層７１は、選択成長させる時間を制御することにより、容易に形成可能である。
Then, Al w Ga having a film thickness of about 0.25 μm is formed from the side surface of the exposed current passage portion (ridge portion) in the vicinity of the current passage portion on the upper surface of the
その後、図３６に示すように、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層６）上の誘電体ブロック層７０を除去する。そして、誘電体ブロック層７０上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層６）の上面上および半導体ブロック層７１を覆うように、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第２コンタクト層７２を形成する。
After that, as shown in FIG. 36, the photolithography technique and the dry etching using CF 4 as the etching gas or the wet etching using the HF-based etchant are used on the current path portion (p-type first contact layer 6). The
最後に、図３４に示したように、真空蒸着法を用いて、ｐ型第２コンタクト層７２上に、ｐ側オーミック電極７３およびｐ側パッド電極７４を順次形成する。また、ｎ型コンタクト層２の上面上の誘電体ブロック層７０の一部領域を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて除去する。そして、ｎ型コンタクト層２の露出された表面上に、ｎ側オーミック電極７５およびｎ側パッド電極７６を順次形成する。このようにして、第６参考形態による窒化物系半導体レーザ素子が製造される。
Finally, as shown in FIG. 34, a p-
第６参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、選択成長により半導体ブロック層７１を形成することによって、半導体ブロック層７１の結晶性を向上させることができる。
In the nitride semiconductor laser device manufacturing method of the sixth reference embodiment, the crystallinity of the
図３７は、本発明の第６参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。この第６参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子は、第６参考形態の窒化物系半導体レーザ素子と半導体ブロック層の材料のみが異なる、複素屈折率導波型のリッジ型のレーザ素子である。すなわち、この第６参考形態の変形例では、図３７に示すように、誘電体ブロック層７０の上面上の電流通路部の近傍に、電流通路部の側面を覆うように、約０．２５μｍの膜厚と約７．５μｍの幅Ｗ２とを有するＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎからなる半導体ブロック層７７が形成されている。
FIG. 37 is a perspective view showing a nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the sixth reference embodiment of the present invention. The sixth nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the reference embodiment, the sixth only material of the nitride semiconductor laser element and the semiconductor blocking layer reference embodiment is different, of the complex refractive index waveguide-type ridge type laser device It is. That is, in the modified example of the sixth reference embodiment, as shown in FIG. 37, in the vicinity of the current path portion on the upper surface of the
この第６参考形態の変形例では、上記のように、電流ブロック層を、誘電体ブロック層７０と、誘電体ブロック層７０上に形成されたＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層７７とを用いて形成することによって、半導体ブロック層７７において光を吸収させることにより横方向の光閉じ込めを行うことができる。これにより、ＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層を形成する場合に比べて薄い膜厚の半導体ブロック層７７を形成する場合にも、横方向の光閉じ込めを安定化することができる。なお、第６参考形態の変形例のその他の効果は、第６参考形態と同様である。
In the modification of the sixth reference embodiment, as described above, the current block layer is formed using the
なお、上記第６参考形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法としては、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層７７は、第６参考形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層７１に比べて低温で成長される。その他の工程は、第６参考形態と同様である。上記のように、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層７７を、第６参考形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層７１に比べて低温で形成することができるので、ｐ型クラッド層５にドープされた不純物（Ｍｇ）が、ＭＱＷ発光層４に拡散するのを防止することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
As a method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the modification of the sixth reference embodiment, the
（第７実施形態）
図３８は、本発明の第７実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。図３８を参照して、この第７実施形態による窒化物系半導体レーザ素子は、実屈折率導波型のリッジ型のレーザ素子である。また、上記第１〜第２実施形態及び第３〜第６参考形態では、サファイア基板を用いた例を示したが、この第７実施形態では、導電性を有するＧａＮ基板を用いた例を示す。以下、詳細に説明する。
(Seventh embodiment)
FIG. 38 is a perspective view showing a nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment of the present invention. Referring to FIG. 38, the nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment is a real refractive index guided ridge type laser device. In the first to second embodiments and the third to sixth reference embodiments, an example using a sapphire substrate is shown. In the seventh embodiment, an example using a conductive GaN substrate is shown. . Details will be described below.
第７実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造としては、ＧａＮ基板８１上に、約４μｍの膜厚を有するＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層８２、約１μｍの膜厚を有するＳｉドープＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層８３、および、ＩｎＧａＮの多重量子井戸構造を有するＭＱＷ発光層８４が形成されている。このＭＱＷ発光層８４は、約８ｎｍの厚みを有する３つのＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸層と、約１６ｎｍの厚みを有する４つのＩｎyＧａ1-yＮ量子障壁層とが交互に積層された構造を有する。このＭＱＷ発光層８４において、ｘ＞ｙであり、本実施形態では、ｘ＝０．１３およびｙ＝０．０５を満たすように形成されている。なお、ＭＱＷ発光層８４は、本発明の「発光層」の一例である。
The structure of the nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment includes an n-
ＭＱＷ発光層８４上には、約１．５μｍの幅を有する凸部を有するＭｇドープＡｌvＧａ1-vＮ（Ａｌ組成：ｖ＝０．０８）からなるｐ型クラッド層８５が形成されている。このｐ型クラッド層８５の凸部の膜厚は、約０．４μｍであり、凸部以外の平坦部の膜厚は、約０．１μｍである。ｐ型クラッド層８５の凸部の上面上には、約１．５μｍの幅と約０．０１μｍの膜厚とを有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第１コンタクト層８６が形成されている。これらのｐ型クラッド層８５の凸部およびｐ型第１コンタクト層８６によって、約１．５μｍの幅Ｗ１を有する電流通路部（リッジ部）が構成されている。なお、ｐ型クラッド層８５は、本発明の「クラッド層」の一例である。
A p-
また、電流通路部（リッジ部）の側面と、ｐ型クラッド層８５の平坦部の上面上とを覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮからなる誘電体ブロック層８７が形成されている。この誘電体ブロック層８７は、ｐ型クラッド層８５の平坦部の上面上の、電流通路部の近傍に開口部８７ａを有するように形成されている。
Also, a
誘電体ブロック層８７の上面上の電流通路部（リッジ部）の近傍には、電流通路部の側部を埋め込むように、約０．２５μｍの膜厚と約７．５μｍの幅Ｗ２とを有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層８８が形成されている。半導体ブロック層８８は、半導体ブロック層８８と電流通路部との合計幅Ｗ２が約７．５μｍになるように、電流通路部の近傍にのみ形成されている。また、半導体ブロック層８８は、誘電体ブロック層８７に設けられた開口部８７ａを介して、ｐ型クラッド層８５と接触するように形成されている。なお、これらの誘電体ブロック層８７および半導体ブロック層８８によって、電流ブロック層が構成されている。
In the vicinity of the current path portion (ridge portion) on the upper surface of the
そして、誘電体ブロック層８７上には、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層８６）の上面上および半導体ブロック層８８を覆うように、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第２コンタクト層８９が形成されている。
The
ｐ型第２コンタクト層８９上には、約１ｎｍの膜厚を有するＰｔと、約３ｎｍの膜厚を有するＰｄとからなるｐ側オーミック電極９０が形成されている。ｐ側オーミック電極９０の上面上の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｐ側パッド電極９１が形成されている。また、導電性を有するＧａＮ基板８１の裏面には、約１０ｎｍの膜厚を有するＴｉと、約０．１μｍの膜厚を有するＡｌとからなるｎ側オーミック電極９２が形成されている。ｎ側オーミック電極９２の裏面の一部領域には、約０．１μｍの膜厚を有するＮｉと、約３μｍの膜厚を有するＡｕとからなるｎ側パッド電極９３が形成されている。
A p-
第７実施形態では、上記のように、導電性を有するＧａＮ基板８１上に、誘電体ブロック層８７および半導体ブロック層８８からなる電流ブロック層を形成する場合にも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the seventh embodiment, as described above, when the current blocking layer composed of the
図３９〜図４３は、本発明の第７実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。図３８〜図４３を参照して、以下に、第７実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について説明する。 39 to 43 are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment of the present invention. With reference to FIGS. 38 to 43, a method for manufacturing a nitride semiconductor laser element according to the seventh embodiment will be described below.
まず、図３９に示すように、ＧａＮ基板８１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約４μｍの膜厚を有するＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層８２、約１μｍの膜厚を有するＳｉドープＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層８３およびＭＱＷ発光層８４を形成する。そして、ＭＱＷ発光層８４上に、約０．４μｍの膜厚を有するＭｇドープＡｌvＧａ1-vＮ（Ａｌ組成：ｖ＝０．０８）からなるｐ型クラッド層８５、および、約０．０１μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第１コンタクト層８６を順次形成する。その後、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型第１コンタクト層８６の上面上の全面を覆うように、約０．２μｍの膜厚を有するＳｉＯ2膜（図示せず）を形成する。その後、フォトリソグ
ラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチ
ャントを用いるウェットエッチングとを用いて、そのＳｉＯ2膜をパターニングすること
によって、図３９に示されるような、ＳｉＯ2からなるマスク層１０４を形成する。
First, as shown in FIG. 39, an n-
その後、図４０に示すように、マスク層１０４をマスクとして、Ｃｌ2からなるエッチングガスを用いて、ＲＩＥ法などのドライエッチングにより、ｐ型第１コンタクト層８６およびｐ型クラッド層８５の一部領域をエッチングする。これにより、ｐ型クラッド層８５の凸状部およびｐ型第１コンタクト層８６からなる約１．５μｍの幅Ｗ１を有する電流通路部（リッジ部）が形成される。その後、マスク層１０４を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 40, a part of the p-type
次に、図４１に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ウェハの上面側のほぼ全面を覆うように、約５０ｎｍの膜厚を有するＳｉＮ膜からなる誘電体ブロック層８７を形成した後、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とを用いて、誘電体ブロック層８７に開口部８７ａを形成する。この開口部８７ａは、電流通路部の近傍に、ｐ型クラッド層８５の平坦部の上面上の一部領域が露出されるように形成する。
Next, as shown in FIG. 41, after forming a
次に、図４２に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、開口部８７ａにおいて露出されたｐ型クラッド層８５の上面上に、電流通路部の側部に形成された誘電体ブロック層８７を覆うように、電流通路部の近傍に、約０．２５μｍの膜厚を有するＡｌwＧａ1-wＮ（Ａｌ組成：ｗ＝０．１５）からなる半導体ブロック層８８を選択成長させる。この半導体ブロック層８８は、半導体ブロック層８８と電流通路部との合計幅Ｗ２が約７．５μｍになるように、電流通路部の近傍にのみ形成する。このような半導体ブロック層８８は、選択成長させる時間を制御することにより、容易に形成可能である。その後、図４３に示すように、フォトリソグラフィー技術と、ＣＦ4をエッチングガスとしたドライエッチングまたはＨＦ系のエッチャントを用いるウェットエッチングとを用いて、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層８６）上の誘電体ブロック層８７を除去する。
Next, as shown in FIG. 42, the
次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、誘電体ブロック層８７上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、電流通路部（ｐ型第１コンタクト層８６）の上面上および半導体ブロック層８８を覆うように、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇドープＧａＮからなるｐ型第２コンタクト層８９を形成する。
Next, about 0 on the upper surface of the current path portion (p-type first contact layer 86) and the
最後に、図３８に示したように、真空蒸着法を用いて、ｐ型第２コンタクト層８９上に、ｐ側オーミック電極９０およびｐ側パッド電極９１を順次形成する。また、導電性を有するＧａＮ基板８１の裏面に、ｎ側オーミック電極９２およびｎ側パッド電極９３を順次形成する。このようにして、第７実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が製造される。
Finally, as shown in FIG. 38, the p-
第７実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、選択成長により半導体ブロック層８８を形成することによって、半導体ブロック層８８の結晶性を向上させることができる。また、電流通路部の近傍に設けられた開口部８７ａから選択成長により半導体ブロック層８８を形成することによって、電流通路部の近傍にのみ、半導体ブロック層８８を形成することができる。これにより、半導体ブロック層８８と、ｐ型クラッド層８５との格子定数の差に起因して半導体ブロック層８８に加わる歪みを緩和することができる。
In the nitride semiconductor laser device manufacturing method according to the seventh embodiment, the crystallinity of the
図４４は、本発明の第７実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子を示した斜視図である。この第７実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子は、第７実施形態の窒化物系半導体レーザ素子と半導体ブロック層の材料のみが異なる、複素屈折率導波型のリッジ型のレーザ素子である。すなわち、この第７実施形態の変形例では、図４４に示すように、電流通路部（リッジ部）の側部およびｐ型クラッド層８５の上面上に形成された誘電体ブロック層８７を覆うように、約０．２５μｍの膜厚と約７．５μｍの幅Ｗ２とを有するＩｎ0.18Ｇａ0.82Ｎからなる半導体ブロック層９８が形成されている。
FIG. 44 is a perspective view showing a nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the seventh embodiment of the present invention. The nitride-based semiconductor laser device according to the modification of the seventh embodiment differs from the nitride-based semiconductor laser device of the seventh embodiment only in the material of the semiconductor block layer, and is a complex refractive index guided ridge type laser device. It is. That is, in the modified example of the seventh embodiment, as shown in FIG. 44, the
この第７実施形態の変形例では、上記のように、電流ブロック層を、誘電体ブロック層８７と、誘電体ブロック層８７上に形成されたＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層９８とを用いて形成することによって、半導体ブロック層９８において光を吸収させることにより横方向の光閉じ込めを行うことができる。これにより、ＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層を形成する場合に比べて薄い膜厚の半導体ブロック層９８を形成する場合にも、横方向の光閉じ込めを安定化することができる。なお、第７実施形態の変形例のその他の効果は、第７実施形態と同様である。
In the modification of the seventh embodiment, as described above, the current block layer is formed using the
なお、上記第７実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法としては、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層９８は、第７実施形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層８８に比べて低温で成長される。その他の工程は、第７実施形態と同様である。上記のように、ＩｎＧａＮからなる半導体ブロック層９８を、第７実施形態のＡｌＧａＮからなる半導体ブロック層８８に比べて低温で形成することができるので、ｐ型クラッド層８５にドープされた不純物（Ｍｇ）が、ＭＱＷ発光層８４に拡散するのを防止することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
As a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the modification of the seventh embodiment, the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第１、第２、第７実施形態及び第３〜第６参考形態では、誘電体ブロック層をの材料として、ＳｉＮを用いたが、本発明はこれに限らず、ＺｒＮまたはＴｉＮなどの他の窒化物や、または、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2またはＴｉＯ2などの酸化物などの材料を用いてもよい。 For example, in the first , second, seventh embodiment and third to sixth reference embodiments , SiN is used as the material of the dielectric block layer. However, the present invention is not limited to this, and ZrN, TiN, etc. Other nitrides or materials such as oxides such as SiO 2 , ZrO 2 or TiO 2 may be used.
また、上記第１、第２、第７実施形態及び第３〜第６参考形態では、誘電体ブロック層を約５０ｎｍの膜厚を有するように形成したが、本発明はこれに限らず、誘電体ブロック層を約２５０ｎｍ以内の膜厚を有するように形成してもよい。たとえば、誘電体ブロック層を約２５０ｎｍの膜厚を有するように形成する場合には、膜厚を大きくすることによって、窒化物系半導体レーザ素子の温度特性がやや低下するため、高温時の動作電流がやや増加する。 In the first , second, seventh, and third to sixth reference embodiments , the dielectric block layer is formed to have a film thickness of about 50 nm. However, the present invention is not limited to this, and the dielectric block layer is not limited to this. The body block layer may be formed to have a film thickness within about 250 nm. For example, when the dielectric block layer is formed to have a film thickness of about 250 nm, the temperature characteristic of the nitride semiconductor laser device is slightly lowered by increasing the film thickness. Slightly increases.
また、上記第４参考形態では、半導体ブロック層５１を、電流通路部となる開口部を有するように成長したが、本発明はこれに限らず、半導体ブロック層５１を、ｐ型第１クラッド層３０の上面上の電流通路部となる領域に一旦形成した後、ＲＩＥ法などを用いて、半導体ブロック層５１の電流通路部となる部分を除去しても良い。
In the fourth reference embodiment, the
以上のように、本発明によれば、横方向の光閉じ込めを安定化することが可能な窒化物系半導体発光素子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a nitride-based semiconductor light-emitting element capable of stabilizing lateral light confinement.
４、８４ ＭＱＷ発光層（発光層）
５、８５ ｐ型クラッド層（クラッド層）
７、２０、３１、５０、６０、７０、８７ 誘電体ブロック層（電流ブロック層）
７ａ、２０ａ、３１ａ、５０ａ、８７ａ 開口部
８、１８、２１、２７、３２、４２、５１、５９、６１、６７、７１、７７、８８、９８ 半導体ブロック層（電流ブロック層）
３０ ｐ型第１クラッド層（第１クラッド層）
３３、５２ ｐ型第２クラッド層（第２クラッド層）
4, 84 MQW light emitting layer (light emitting layer)
5, 85 p-type cladding layer (cladding layer)
7, 20, 31, 50, 60, 70, 87 Dielectric block layer (current block layer)
7a, 20a, 31a, 50a,
30 p-type first cladding layer (first cladding layer)
33, 52 p-type second cladding layer (second cladding layer)
Claims (5)
前記発光層上に形成された凸部と平坦部とを含むクラッド層と、
前記凸部の上面上に形成されたコンタクト層と前記凸部によって構成されるリッジ部と、
前記リッジ部の側面上と前記平坦部上とに形成された誘電体ブロック層と、
前記誘電体ブロック層上において、前記凸部の側部を埋め込むように形成された前記発光層の発光を吸収するための半導体層とを備え、
前記凸部および前記平坦部は、エッチングにより形成されており、
前記クラッド層は、ＭｇドープＡｌＧａＮからなり、
前記半導体層は、ＩｎＧａＮからなる、窒化物系半導体発光素子。 A light emitting layer;
A clad layer including a convex portion and a flat portion formed on the light emitting layer;
A contact layer formed on the upper surface of the convex portion and a ridge portion constituted by the convex portion;
A dielectric block layer formed on a side surface of the ridge portion and on the flat portion;
A semiconductor layer for absorbing light emitted from the light emitting layer formed on the dielectric block layer so as to embed a side portion of the convex portion;
The convex portion and the flat portion are formed by etching ,
The cladding layer is made of Mg-doped AlGaN,
The nitride semiconductor light emitting device , wherein the semiconductor layer is made of InGaN .
前記発光層上にＭｇドープＡｌＧａＮからなるクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層をエッチングすることにより前記クラッド層上に凸部と平坦部とを形成する工程と、
前記凸部の側面上と前記平坦部上とに誘電体ブロック層を形成する工程と、
前記凸部の側部を埋め込むように、前記誘電体ブロック層上にＩｎＧａＮからなる半導体層を形成する工程とを備える、窒化物系半導体発光素子の製造方法。
Forming a light emitting layer;
Forming a clad layer made of Mg-doped AlGaN on the light emitting layer;
Forming a convex portion and a flat portion on the cladding layer by etching the cladding layer;
Forming a dielectric block layer on the side surface of the convex portion and on the flat portion;
And a step of forming a semiconductor layer made of InGaN on the dielectric block layer so as to embed a side portion of the convex portion.
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