JP5079613B2 - Nitride-based semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a nitride-based semiconductor laser device and a method for manufacturing the same.
窒化物系半導体レーザ素子は、光ディスク用光源のみならず、ディスプレイ用光源など種々の用途への応用が期待されている。このような応用を実現するためには、窒化物系半導体レーザ素子の信頼性を更に向上させる必要があるとともに、更なる高出力化を図る必要がある。 Nitride-based semiconductor laser elements are expected to be applied not only to optical disk light sources but also to various uses such as display light sources. In order to realize such an application, it is necessary to further improve the reliability of the nitride-based semiconductor laser device and to further increase the output.
一方、半導体レーザ素子の高出力化には、COD(Catastrophic Optical Damage;光学損傷)の抑制が不可欠である。ここで、CODは、以下のようにして発生することが知られている。すなわち、高密度に表面準位が存在する光出射端面において、この表面準位などを介して非発光再結合が生じ、レーザ光の一部が光出射端面で吸収され熱に変わる。この発熱により、光出射端面の活性層のバンドギャップが縮小するので、さらに光吸収が増加する。これにより、さらに発熱が増大する。このようなサイクルによって、光出射端面の温度が上昇するので、半導体レーザ素子を構成する結晶が溶解し、その結果、光出射端面が破壊される。 On the other hand, in order to increase the output of a semiconductor laser element, it is indispensable to suppress COD (Catalytic Optical Damage). Here, COD is known to occur as follows. That is, non-radiative recombination occurs at the light emitting end face where surface states exist at high density, and part of the laser light is absorbed by the light emitting end face and converted to heat. Due to this heat generation, the band gap of the active layer at the light emitting end face is reduced, so that the light absorption is further increased. This further increases heat generation. Such a cycle raises the temperature of the light emitting end face, so that the crystals constituting the semiconductor laser element are dissolved, and as a result, the light emitting end face is destroyed.
このようなCODを抑制する方法として、従来、光出射端面(共振器端面)部分を工夫して、レーザ光が端面で吸収されないように構成した窓構造を半導体レーザ素子に設ける方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 As a method for suppressing such COD, there has been conventionally known a method in which a semiconductor laser element is provided with a window structure configured so that laser light is not absorbed by the end face by devising a light emitting end face (resonator end face). (For example, see Patent Document 1).
上記特許文献1には、光出射端面(共振器端面)近傍領域に不純物を拡散することによって、活性層の光出射端面(共振器端面)近傍領域の量子井戸構造が無秩序化されたAlGaAs系の半導体レーザ素子が開示されている。この半導体レーザ素子では、不純物の拡散による量子井戸構造の無秩序化によって、活性層の光出射端面(共振器端面)近傍のバンドギャップが他の領域よりも広がるので、光出射端面(共振器端面)における光吸収が低減される。すなわち、光出射端面(共振器端面)近傍に窓構造が形成される。これにより、光出射端面(共振器端面)の温度上昇が抑制されるのでCODが抑制される。
しかしながら、窒化物系半導体レーザ素子では、窒化物系以外の材料系(たとえば、上記特許文献1記載のAlGaAs系)の半導体レーザ素子と異なり、不純物が拡散し難いため、不純物拡散による窓構造の作製が困難であるという不都合がある。 However, unlike nitride-based semiconductor laser elements (for example, AlGaAs-based AlGaAs-based semiconductor laser elements described in Patent Document 1), nitride semiconductor laser elements are difficult to diffuse impurities, so that a window structure is formed by impurity diffusion. Is inconvenient.
そこで、従来、不純物拡散以外の手法を用いて光出射端面のCODを抑制することにより、信頼性を向上させながら、窒化物系半導体レーザ素子の高出力化を図る手法が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。 Therefore, conventionally, there has been proposed a technique for increasing the output of the nitride-based semiconductor laser device while improving the reliability by suppressing the COD of the light emitting end face using a technique other than impurity diffusion (for example, , See Patent Document 2).
上記特許文献2には、窒化物系半導体レーザ素子において、光出射端面部分における活性層を、これ以外の部分の活性層に対して傾斜させることにより、窓構造を実現する手法が開示されている。なお、上記特許文献2に開示された手法は、GaN基板の(0001)面に対して、活性層の傾斜角度が0.3°以上になると傾斜角度の増加に伴い発光波長が短波長化していく、すなわち、バンドギャップが大きくなるという知見に基づいている。
また、上記した従来の手法では、GaN基板の所定領域に溝部を形成した後、GaN基板上にGaN層を形成することによって、GaN層における上記溝部に対応する領域にV字溝が形成される。そして、GaN層上に順次半導体層を成長させることによって、V字溝の斜面により活性層の一部が傾斜される。その後、V字溝の中央部でGaN基板を劈開することにより、光出射端面部分における活性層が傾斜された窒化物系半導体レーザ素子が得られる。 In the conventional method described above, a groove is formed in a predetermined region of the GaN substrate, and then a GaN layer is formed on the GaN substrate, whereby a V-shaped groove is formed in a region corresponding to the groove in the GaN layer. . Then, by sequentially growing the semiconductor layer on the GaN layer, a part of the active layer is inclined by the inclined surface of the V-shaped groove. Thereafter, the GaN substrate is cleaved at the central portion of the V-shaped groove, whereby a nitride-based semiconductor laser device in which the active layer in the light emitting end face portion is inclined is obtained.
しかしながら、上記特許文献2で開示された手法では、光出射端面部分における活性層を傾斜させることによって窓構造を実現することが可能であるものの、更なる高出力化を図るためには、窓効果が不十分であると考えられる。このため、高出力で窒化物系半導体レーザ素子を駆動させた場合には、CODの発生を抑制することが困難になるという不都合が生じる。これにより、窒化物系半導体レーザ素子を高出力で駆動させることが困難になるとともに、信頼性の低下を抑制することが困難になるという問題点がある。
However, in the technique disclosed in
また、上記特許文献2で開示された手法では、上述したように、GaN基板に溝部を形成した後、GaN基板上にGaN層を形成することによってGaN層にV字溝を形成している。このため、GaN基板の溝部上では、様々な方向から成長が進んで成長の会合部に欠陥が生じるので、V字溝斜面の結晶性が低下する。これにより、V字溝斜面上に形成された活性層も、V字溝斜面の影響を受けて結晶性が低下する。その結果、光出射端面部分における活性層の結晶性が低下するので、光出射端面部分で光吸収が生じ、動作電流が上昇するなど素子特性が低下するという問題点もある。
In the method disclosed in
なお、光出射端面部分における活性層の結晶性が低下することによって、CODレベルが低下し易くなるという不都合もある。これにより、CODの発生を抑制することがより困難になるので、信頼性の低下を抑制することがより困難になる。 In addition, there is also a disadvantage that the COD level tends to be lowered due to a decrease in crystallinity of the active layer at the light emitting end face portion. Thereby, since it becomes more difficult to suppress generation | occurrence | production of COD, it becomes more difficult to suppress the fall of reliability.
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、この発明の目的は、高出力化を図ることが可能であるとともに、素子特性の低下を抑制することが可能であり、かつ、信頼性の高い窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to achieve high output and to suppress deterioration of element characteristics. And providing a highly reliable nitride-based semiconductor laser device and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子は、窒化物系半導体からなる基板と、基板上に形成された第1半導体層と、第1半導体層上に形成され、レーザ光を生成する活性層と、活性層で生成されたレーザ光が出射される光出射端面とを備えている。また、第1半導体層は、活性層よりもバンドギャップの大きい半導体材料から構成されているとともに、少なくとも第1半導体層において、光出射端面部分が盛り上がっている。そして、光出射端面部分の盛り上がりにより、基板表面に対する活性層の光出射端面側の高さが活性層の中央部の高さよりも高くなっており、これによりレーザ光が光出射端面部分で第1半導体層を介して出射されるように構成されている。 To achieve the above object, a nitride semiconductor laser device according to a first aspect of the present invention includes a substrate made of a nitride semiconductor, a first semiconductor layer formed on the substrate, and a first semiconductor layer. And an active layer for generating laser light and a light emitting end face from which the laser light generated in the active layer is emitted. The first semiconductor layer is made of a semiconductor material having a band gap larger than that of the active layer, and at least in the first semiconductor layer, the light emission end face portion is raised. Due to the rise of the light emitting end face part, the height of the light emitting end face side of the active layer with respect to the substrate surface is higher than the height of the central part of the active layer. The light is emitted through the semiconductor layer.
この第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、レーザ光が光出射端面部分で第1半導体層を介して出射されるように構成することによって、第1半導体層は活性層よりもバンドギャップが大きいことから、レーザ光が光出射端面部分で吸収されるのを抑制することができる。すなわち、上記のように構成することによって、窒化物系半導体レーザ素子の光出射端面部分に窓構造(窓領域)を形成することができる。これにより、窒化物系半導体レーザ素子のCODレベルを向上させることができるので、高出力で駆動させた場合でも、CODの発生を抑制することができる。また、CODの発生を抑制することによって、CODに起因する信頼性の低下を抑制することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子において、高出力化を図ることができるとともに、高い信頼性を得ることができる。 In the nitride-based semiconductor laser device according to the first aspect, as described above, the first semiconductor layer is activated by being configured such that the laser light is emitted through the first semiconductor layer at the light emitting end face portion. Since the band gap is larger than that of the layer, it is possible to suppress the laser light from being absorbed by the light emitting end face portion. That is, by configuring as described above, a window structure (window region) can be formed in the light emitting end face portion of the nitride-based semiconductor laser device. As a result, the COD level of the nitride-based semiconductor laser device can be improved, so that the generation of COD can be suppressed even when driven at a high output. Further, by suppressing the generation of COD, it is possible to suppress a decrease in reliability due to COD. As a result, in the nitride semiconductor laser element, high output can be achieved and high reliability can be obtained.
また、第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子では、以下のようにして、少なくとも第1半導体層に、盛り上がり部を形成することができる。すなわち、基板となる半導体ウェハ上面(主表面)の所定領域に溝部を形成した後、この半導体ウェハの上面(主表面)上に気相成長法を用いて第1半導体層を成長させる。このとき、溝部の大きさを所定の大きさ以上に形成することによって、上記特許文献2に開示された手法とは異なり、第1半導体層の溝部近傍領域に盛り上がり部を形成することができる。この盛り上がり部が窒化物系半導体レーザ素子の光出射端面部分に位置するように、半導体ウェハに溝部を形成することにより、光出射端面部分が盛り上がった第1半導体層を有する窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。
In the nitride-based semiconductor laser device according to the first aspect, the raised portion can be formed at least in the first semiconductor layer as follows. That is, after a groove is formed in a predetermined region on the upper surface (main surface) of a semiconductor wafer to be a substrate, a first semiconductor layer is grown on the upper surface (main surface) of the semiconductor wafer by using a vapor phase growth method. At this time, by forming the size of the groove portion to a predetermined size or more, unlike the technique disclosed in
また、上記のようにして第1半導体層に盛り上がり部を形成した場合には、半導体層を成長させる際に、半導体ウェハの溝部上については様々な方向から成長が進んで成長の会合部に欠陥が生じる一方、溝部以外の領域上では規則正しく成長が進行して、欠陥を伴う成長の会合が抑えられる。このため、溝部近傍領域では、新たな欠陥の生成が抑制されるので、欠陥の少ない結晶が得られる。これにより、光出射端面部分の結晶性を良好にすることができるので、窓領域の結晶性を良好にすることができる。したがって、光出射端面部分での光吸収を抑制することができるので、動作電流の上昇を抑制することができる。その結果、素子特性の低下を抑制することができる。 Further, when the raised portion is formed in the first semiconductor layer as described above, when the semiconductor layer is grown, the growth on the groove portion of the semiconductor wafer proceeds from various directions, and the growth meeting portion is defective. On the other hand, the growth proceeds regularly on the region other than the groove, and the growth association accompanied by defects is suppressed. For this reason, since the generation of new defects is suppressed in the region near the groove, a crystal with few defects can be obtained. Thereby, since the crystallinity of the light emission end face portion can be improved, the crystallinity of the window region can be improved. Therefore, since light absorption at the light emitting end face portion can be suppressed, an increase in operating current can be suppressed. As a result, deterioration of element characteristics can be suppressed.
また、第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、窓領域の結晶性を良好にすることができるので、CODレベルの経時変化を少なくすることができるとともに、CODレベルをより向上させることができる。これにより、窒化物系半導体レーザ素子の信頼性をより向上させることができる。 In the nitride-based semiconductor laser device according to the first aspect, as described above, the crystallinity of the window region can be improved, so that the change in COD level with time can be reduced and the COD level can be reduced. It can be improved further. Thereby, the reliability of the nitride-based semiconductor laser device can be further improved.
上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、光出射端面と対向する光反射端面をさらに備え、少なくとも第1半導体層において、光反射端面部分が盛り上がっているとともに、光反射端面部分の盛り上がりにより、基板表面に対する活性層の光反射端面側の高さが活性層の中央部の高さよりも高くなっている。このように構成すれば、光出射端面のみならず、光反射端面における光吸収も低減することができる。 The nitride-based semiconductor laser device according to the first aspect preferably further includes a light reflecting end face opposed to the light emitting end face, and at least in the first semiconductor layer, the light reflecting end face portion is raised, and the light reflecting end face Due to the rise of the portion, the height of the light reflection end face side of the active layer with respect to the substrate surface is higher than the height of the central portion of the active layer. If comprised in this way, the light absorption not only in a light-projection end surface but the light reflection end surface can also be reduced.
上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第1半導体層は、n型の半導体から構成されている。このように構成すれば、光吸収を起こすMg(マグネシウム)などのドーパントがドープされるp型の半導体から第1半導体層を構成する場合に比べて、ドーパントによる光吸収が低減されるので、窓領域での光吸収を効果的に抑制することができる。 In the nitride semiconductor laser element according to the first aspect, the first semiconductor layer is preferably made of an n-type semiconductor. With this configuration, light absorption by the dopant is reduced compared to the case where the first semiconductor layer is formed from a p-type semiconductor doped with a dopant such as Mg (magnesium) that causes light absorption. Light absorption in the region can be effectively suppressed.
上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、活性層上に形成され、光出射端面と交差する方向に延びるとともに、電流通路部として機能する凸状のリッジ部を含む第2半導体層をさらに備えているのが好ましい。 In the nitride semiconductor laser element according to the first aspect, the second semiconductor layer is formed on the active layer, extends in a direction intersecting with the light emitting end face, and includes a convex ridge portion functioning as a current passage portion. Furthermore, it is preferable to provide.
この場合において、好ましくは、基板の上面であって、平面的に見てリッジ部と交わらない領域に、溝部が形成されている。このように構成すれば、半導体ウェハを用いて窒化物系半導体レーザ素子を形成する際に、上記溝部により、隣接する窒化物系半導体レーザ素子の第1半導体層に盛り上がり部を形成することができる。これにより、半導体ウェハの溝部が形成された部分を除去せずに、窒化物系半導体レーザ素子を形成することが可能となるので、半導体ウェハを無駄なく(効率よく)利用することができる。その結果、1枚の半導体ウェハから得られる窒化物系半導体レーザ素子の数(取れ数)を増加させることができるので、製造歩留を向上させることができるとともに、高出力化に対応した窒化物系半導体レーザ素子を安価に製造することができる。 In this case, the groove is preferably formed in a region on the upper surface of the substrate that does not intersect with the ridge portion in plan view. With this configuration, when the nitride semiconductor laser element is formed using the semiconductor wafer, the raised portion can be formed in the first semiconductor layer of the adjacent nitride semiconductor laser element by the groove. . This makes it possible to form a nitride-based semiconductor laser element without removing the portion of the semiconductor wafer where the groove is formed, so that the semiconductor wafer can be used without waste (efficiently). As a result, the number of nitride-based semiconductor laser elements obtained from a single semiconductor wafer can be increased, so that the manufacturing yield can be improved and nitride corresponding to high output can be achieved. -Based semiconductor laser elements can be manufactured at low cost.
上記光出射端面および光反射端面を備えた構成において、溝部は、光出射端面近傍および光反射端面近傍の少なくとも一方に形成することができる。 In the configuration including the light emitting end face and the light reflecting end face, the groove can be formed in at least one of the vicinity of the light emitting end face and the vicinity of the light reflecting end face.
上記溝部を備えた構成において、好ましくは、溝部の深さは、1μm以上である。このように構成すれば、半導体ウェハを用いて窒化物系半導体レーザ素子を形成する際に、容易に隣接する窒化物系半導体レーザ素子の第1半導体層に盛り上がり部を形成することができる。これにより、容易に、窒化物系半導体レーザ素子の少なくとも光出射端面部分に窓構造(窓領域)を形成することができる。 In the configuration including the groove portion, preferably, the depth of the groove portion is 1 μm or more. If comprised in this way, when forming a nitride semiconductor laser element using a semiconductor wafer, a raised part can be easily formed in the first semiconductor layer of the adjacent nitride semiconductor laser element. Thereby, a window structure (window region) can be easily formed at least on the light emitting end face portion of the nitride-based semiconductor laser device.
上記溝部を備えた構成において、好ましくは、溝部の幅は、1μm以上である。このように構成した場合でも、半導体ウェハを用いて窒化物系半導体レーザ素子を形成する際に、容易に、隣接する窒化物系半導体レーザ素子の第1半導体層に盛り上がり部を形成することができる。なお、溝部の深さおよび溝部の幅の各々を1μm以上に構成すれば、より容易に、隣接する窒化物系半導体レーザ素子の第1半導体層に盛り上がり部を形成することができる。これにより、より容易に、窒化物系半導体レーザ素子の少なくとも光出射端面部分に窓構造(窓領域)を形成することができる。 In the configuration including the groove portion, preferably, the width of the groove portion is 1 μm or more. Even in such a configuration, when a nitride semiconductor laser element is formed using a semiconductor wafer, a raised portion can be easily formed in the first semiconductor layer of the adjacent nitride semiconductor laser element. . If each of the depth of the groove and the width of the groove is configured to be 1 μm or more, the raised portion can be more easily formed in the first semiconductor layer of the adjacent nitride semiconductor laser element. Thereby, the window structure (window region) can be more easily formed at least on the light emitting end face portion of the nitride-based semiconductor laser device.
上記活性層上に第2半導体層が形成された構成において、第2半導体層は、電流通路部として機能しないダミーリッジ部をさらに含み、ダミーリッジ部は、リッジ部に沿って延びるように形成されており、溝部は、平面的に見て、ダミーリッジ部と交わるように形成されているのが好ましい。 In the configuration in which the second semiconductor layer is formed on the active layer, the second semiconductor layer further includes a dummy ridge portion that does not function as a current passage portion, and the dummy ridge portion is formed to extend along the ridge portion. The groove portion is preferably formed so as to intersect with the dummy ridge portion in plan view.
上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、基板上に、基板側から、n型GaNバッファ層、n型AlGaNクラッド層、活性層、p型AlGaNクラッド層、および、p型GaNコンタクト層を形成するとともに、第1半導体層を、n型AlGaNクラッド層から構成することができる。 In the nitride semiconductor laser device according to the first aspect, an n-type GaN buffer layer, an n-type AlGaN cladding layer, an active layer, a p-type AlGaN cladding layer, and a p-type GaN contact layer are formed on the substrate from the substrate side. And the first semiconductor layer can be composed of an n-type AlGaN cladding layer.
この場合において、第2半導体層は、p型AlGaNクラッド層、および、p型GaNコンタクト層を含むように構成することができる。 In this case, the second semiconductor layer can be configured to include a p-type AlGaN cladding layer and a p-type GaN contact layer.
また、この場合において、リッジ部およびダミーリッジ部の各々は、p型AlGaNクラッド層およびp型GaNコンタクト層から構成することができる。 In this case, each of the ridge portion and the dummy ridge portion can be composed of a p-type AlGaN cladding layer and a p-type GaN contact layer.
上記基板上にn型AlGaNクラッド層が形成された構成において、n型AlGaNクラッド層のn型ドーパントは、Siである。このように構成すれば、窓領域での光吸収をより効果的に抑制することができる。 In the configuration in which the n-type AlGaN cladding layer is formed on the substrate, the n-type dopant of the n-type AlGaN cladding layer is Si. If comprised in this way, the light absorption in a window area | region can be suppressed more effectively.
この発明の第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法は、基板の主表面に、所定方向に延びる溝部を形成する工程と、基板の主表面上に、気相成長法を用いて、第1半導体層および活性層を含む複数の窒化物系半導体層を成長させる工程と、溝部に沿って基板の溝部近傍領域を分離する工程とを備えている。そして、窒化物系半導体層を成長させる工程は、活性層よりもバンドギャップの大きい半導体材料を用いて第1半導体層を成長させる工程と、第1半導体層上に活性層を配する工程とを含む。 A method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to a second aspect of the present invention includes a step of forming a groove extending in a predetermined direction on a main surface of a substrate, and a vapor phase growth method on the main surface of the substrate. And a step of growing a plurality of nitride-based semiconductor layers including a first semiconductor layer and an active layer, and a step of separating a region near the groove portion of the substrate along the groove portion. The step of growing the nitride-based semiconductor layer includes a step of growing the first semiconductor layer using a semiconductor material having a band gap larger than that of the active layer, and a step of arranging the active layer on the first semiconductor layer. Including.
この第2の局面による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、基板(半導体ウェハ)の主表面に、所定方向に延びる溝部を形成するとともに、基板(半導体ウェハ)の主表面上に気相成長法を用いて、第1半導体層を含む窒化物系半導体層を成長させることによって、窒化物系半導体層の溝部近傍領域に盛り上がり部を形成することができる。そして、溝部に沿って基板の溝部近傍領域を分離することにより、分離面部分に窒化物系半導体層(第1半導体層)の盛り上がり部を配することができる。また、第1半導体層上に活性層を配するとともに、上記分離面を光出射端面となるように構成することによって、基板表面に対する活性層の光出射端面側の高さが中央部の高さよりも高くなるように構成することができる。これにより、レーザ光が光出射端面部分で第1半導体層を介して出射される窒化物系半導体レーザ素子を形成することができる。また、第1半導体層を、活性層よりもバンドギャップの大きい半導体材料を用いて形成することによって、レーザ光が光出射端面で吸収されるのを抑制することができるので、光出射端面部分に窓構造(窓領域)が形成された窒化物系半導体レーザ素子を製造することができる。したがって、光出射端面部分に形成された窓構造(窓領域)により、CODレベルを向上させることができるので、高出力化を図ることができるとともに、信頼性の高い窒化物系半導体レーザ素子を製造することができる。 In the method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the second aspect, as described above, a groove extending in a predetermined direction is formed on the main surface of the substrate (semiconductor wafer), and the main surface of the substrate (semiconductor wafer). By growing a nitride-based semiconductor layer including the first semiconductor layer on the top using a vapor phase growth method, a raised portion can be formed in a region near the groove of the nitride-based semiconductor layer. Then, by separating the vicinity of the groove portion of the substrate along the groove portion, the raised portion of the nitride-based semiconductor layer (first semiconductor layer) can be disposed on the separation surface portion. In addition, the active layer is disposed on the first semiconductor layer, and the separation surface is configured to be a light emitting end surface, whereby the height of the light emitting end surface side of the active layer with respect to the substrate surface is higher than the height of the central portion. Can be configured to be higher. As a result, a nitride-based semiconductor laser element in which laser light is emitted through the first semiconductor layer at the light emitting end face portion can be formed. In addition, since the first semiconductor layer is formed using a semiconductor material having a band gap larger than that of the active layer, it is possible to suppress the laser light from being absorbed by the light emitting end face. A nitride-based semiconductor laser device in which a window structure (window region) is formed can be manufactured. Accordingly, the COD level can be improved by the window structure (window region) formed in the light emitting end face portion, so that high output can be achieved and a highly reliable nitride semiconductor laser device is manufactured. can do.
また、第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、溝部が形成された基板(半導体ウェハ)上に、気相成長法を用いて窒化物系半導体層を成長させることによって、基板の溝部上については様々な方向から成長が進んで成長の会合部に欠陥が生じる一方、溝部以外の領域上では規則正しく成長が進行して、欠陥を伴う成長の会合が抑えられる。このため、溝部近傍領域では、新たな欠陥の生成が抑制されるので、欠陥の少ない結晶が得られる。これにより、光出射端面部分の結晶性を良好にすることができるので、窓領域の結晶性を良好にすることができる。したがって、光出射端面部分での光吸収を抑制することができるので、動作電流の上昇を抑制することができる。その結果、素子特性の低下を抑制することができる。 In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, a nitride-based semiconductor layer is grown on a substrate (semiconductor wafer) on which a groove is formed by using a vapor phase growth method. On the other side of the groove, growth proceeds from various directions to cause defects at the growth meeting portion, while growth progresses regularly on regions other than the groove portion, and growth association with defects is suppressed. For this reason, since the generation of new defects is suppressed in the region near the groove, a crystal with few defects can be obtained. Thereby, since the crystallinity of the light emission end face portion can be improved, the crystallinity of the window region can be improved. Therefore, since light absorption at the light emitting end face portion can be suppressed, an increase in operating current can be suppressed. As a result, deterioration of element characteristics can be suppressed.
また、第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、結晶性の良好な窓領域を形成することができるので、CODレベルの経時変化を少なくすることができるとともに、CODレベルをより向上させることができる。これにより、信頼性の高い窒化物系半導体レーザ素子を容易に製造することができる。 Further, in the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, since a window region with good crystallinity can be formed, the change in COD level with time can be reduced, and the COD level can be further increased. Can be improved. Thereby, a highly reliable nitride-based semiconductor laser device can be easily manufactured.
上記第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、気相成長法は、有機金属気相成長法である。このように構成すれば、有機金属気相成長法(MOCVD法;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)では、他の気相成長法に比べて、基板表面(主表面)での分子のマイグレーションが強く起こるので、溝部近傍領域での盛り上がりの制御範囲を広くとることができるとともに、盛り上がり部を精度よく形成することができる。これにより、窓構造(窓領域)を容易に形成することができるので、高出力化を図ることが可能であるとともに、素子特性の低下を抑制することが可能であり、かつ、信頼性の高い窒化物系半導体レーザ素子を歩留よく製造することができる。 In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, preferably, the vapor phase growth method is a metal organic vapor phase growth method. With this configuration, in the metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), the migration of molecules on the substrate surface (main surface) occurs more strongly than in other vapor phase growth methods. In addition, the control range of the swell in the region near the groove can be widened, and the swell can be formed with high accuracy. As a result, since the window structure (window region) can be easily formed, it is possible to achieve high output, and it is possible to suppress deterioration of element characteristics and high reliability. A nitride-based semiconductor laser device can be manufactured with high yield.
上記第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、窒化物系半導体層を成長させる工程は、n型ドーパントを用いて、第1半導体層をn型に構成する工程を含む。このように構成すれば、光吸収を起こすMg(マグネシウム)などのドーパントがドープされるp型の半導体から第1半導体層を構成する場合に比べて、ドーパントによる光吸収が低減されるので、窓領域での光吸収を効果的に抑制することができる。 In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, preferably, the step of growing the nitride-based semiconductor layer includes the step of forming the first semiconductor layer into an n-type using an n-type dopant. Including. With this configuration, light absorption by the dopant is reduced compared to the case where the first semiconductor layer is formed from a p-type semiconductor doped with a dopant such as Mg (magnesium) that causes light absorption. Light absorption in the region can be effectively suppressed.
この場合において、好ましくは、n型ドーパントは、Siである。このように構成すれば、窓領域での光吸収をより効果的に抑制することができる。 In this case, preferably the n-type dopant is Si. If comprised in this way, the light absorption in a window area | region can be suppressed more effectively.
上記第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、溝部を形成する工程は、溝部の深さを1μm以上に構成する工程を含む。このように構成すれば、容易に、窒化物系半導体層(第1半導体層)の溝部近傍領域に、窓構造(窓領域)を形成可能な盛り上がり部を形成することができる。 In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, preferably, the step of forming the groove includes a step of configuring the depth of the groove to be 1 μm or more. If comprised in this way, the rising part which can form a window structure (window area | region) can be easily formed in the groove part vicinity area | region of a nitride-type semiconductor layer (1st semiconductor layer).
上記第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、溝部を形成する工程は、溝部の幅を1μm以上に構成する工程を含む。このように構成した場合でも、容易に、窒化物系半導体層(第1半導体層)の溝部近傍領域に、窓構造(窓領域)を形成可能な盛り上がり部を形成することができる。なお、溝部の深さおよび溝部の幅の各々を1μm以上に構成すれば、より容易に、窒化物系半導体層(第1半導体層)の溝部近傍領域に、窓構造(窓領域)を形成可能な盛り上がり部を形成することができる。 In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, preferably, the step of forming the groove includes a step of configuring the width of the groove to be 1 μm or more. Even in such a configuration, a raised portion capable of forming a window structure (window region) can be easily formed in a region near the groove of the nitride-based semiconductor layer (first semiconductor layer). In addition, if each of the depth of the groove and the width of the groove is 1 μm or more, a window structure (window region) can be easily formed in the region near the groove of the nitride-based semiconductor layer (first semiconductor layer). Can be formed.
上記第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、溝部を形成する工程は、同一方向に連続的に延びる複数の溝部を、互いに所定の距離を隔てて形成する工程を含む。このように構成すれば、既存の工程を大幅に増やすことなく、また、複雑な工程を導入せずに、上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子を製造することができる。 In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, preferably, the step of forming the groove portion includes a step of forming a plurality of groove portions extending continuously in the same direction at a predetermined distance from each other. Including. If comprised in this way, the nitride type semiconductor laser element by the said 1st aspect can be manufactured, without introduce | transducing a complicated process without significantly increasing an existing process.
上記第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、溝部を形成する工程は、溝部を断続的に形成することによって、基板の主表面の所定位置に、複数の溝部を配置する工程を含む。このように構成した場合でも、既存の工程を大幅に増やすことなく、また、複雑な工程を導入せずに、上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子を製造することができる。また、このように構成すれば、隣接する窒化物系半導体レーザ素子の窒化物系半導体層(第1半導体層)に盛り上がり部を形成可能に構成することができるので、基板(半導体ウェハ)の溝部が形成された部分を除去せずに、窒化物系半導体レーザ素子を製造することが可能となる。これにより、基板(半導体ウェハ)を無駄なく(効率よく)利用することができるので、1枚の基板(半導体ウェハ)から得られる窒化物系半導体レーザ素子の数(取れ数)を増加させることができる。その結果、製造歩留を向上させることができるとともに、窒化物系半導体レーザ素子の製造コストを低減することができる。 In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, preferably, in the step of forming the groove portion, a plurality of groove portions are formed at predetermined positions on the main surface of the substrate by intermittently forming the groove portion. Including the step of arranging. Even in such a configuration, the nitride-based semiconductor laser device according to the first aspect can be manufactured without greatly increasing the number of existing processes and without introducing complicated processes. Further, if configured in this manner, a raised portion can be formed in the nitride-based semiconductor layer (first semiconductor layer) of the adjacent nitride-based semiconductor laser device, so that a groove portion of the substrate (semiconductor wafer) can be formed. It is possible to manufacture a nitride-based semiconductor laser device without removing the portion where the is formed. As a result, the substrate (semiconductor wafer) can be used without waste (efficiently), and therefore the number of nitride-based semiconductor laser elements (number of available) obtained from one substrate (semiconductor wafer) can be increased. it can. As a result, the manufacturing yield can be improved and the manufacturing cost of the nitride-based semiconductor laser device can be reduced.
上記第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、窒化物系半導体層は、活性層上に形成される第2半導体層をさらに含み、第2半導体層に、溝部の延びる方向と交差する方向に延びるとともに、電流通路部として機能する凸状のリッジ部を形成する工程をさらに備えていてもよい。 In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, the nitride-based semiconductor layer further includes a second semiconductor layer formed on the active layer, and the second semiconductor layer has a direction in which the groove extends. A step of forming a convex ridge portion that extends in the intersecting direction and functions as a current passage portion may be further provided.
この場合において、好ましくは、リッジ部を形成する工程は、電流通路部として機能するリッジ部を形成する工程と、電流通路部として機能しないダミーリッジ部を形成する工程とを含む。このように構成すれば、容易に、1枚の基板(半導体ウェハ)から得られる窒化物系半導体レーザ素子の数(取れ数)を増加させることができるので、容易に、製造歩留を向上させることができるとともに、容易に、窒化物系半導体レーザ素子の製造コストを低減することができる。 In this case, preferably, the step of forming the ridge portion includes a step of forming a ridge portion that functions as a current path portion, and a step of forming a dummy ridge portion that does not function as a current path portion. With this configuration, it is possible to easily increase the number of nitride-based semiconductor laser elements obtained from a single substrate (semiconductor wafer) (the number that can be obtained), thereby easily improving the manufacturing yield. In addition, the manufacturing cost of the nitride-based semiconductor laser device can be easily reduced.
上記第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、第1半導体層は、n型AlGaNクラッド層であり、窒化物系半導体層を成長させる工程は、基板側から、n型GaNバッファ層、n型AlGaNクラッド層、活性層、p型AlGaNクラッド層、および、p型GaNコンタクト層を形成する工程を含んでいてもよい。 In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, the first semiconductor layer is an n-type AlGaN cladding layer, and the step of growing the nitride-based semiconductor layer includes an n-type GaN buffer from the substrate side. Forming a layer, an n-type AlGaN cladding layer, an active layer, a p-type AlGaN cladding layer, and a p-type GaN contact layer.
この場合において、第2半導体層は、p型AlGaNクラッド層およびp型GaNコンタクト層を含み、リッジ部を形成する工程は、p型AlGaNクラッド層およびp型GaNコンタクト層にリッジ部を形成する工程を含んでいるのが好ましい。 In this case, the second semiconductor layer includes a p-type AlGaN cladding layer and a p-type GaN contact layer, and the step of forming the ridge portion is a step of forming the ridge portion in the p-type AlGaN cladding layer and the p-type GaN contact layer. Is preferably included.
以上のように、本発明によれば、高出力化を図ることが可能であるとともに、素子特性の低下を抑制することが可能であり、かつ、信頼性の高い窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法を容易に得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to achieve high output, and it is possible to suppress deterioration of element characteristics, and a highly reliable nitride semiconductor laser element and its A manufacturing method can be obtained easily.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、各層の厚みは、平坦部(盛り上がり部以外)の厚みである。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the thickness of each layer is the thickness of the flat portion (other than the raised portion).
(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の構造を示した斜視図である。図2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平面図である。図3は、図2のA1−A1線に沿った断面図であり、図4は、図2のB1−B1線に沿った断面図である。図5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発光層の構造を示した断面図である。まず、図1〜図5を参照して、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100の構造について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along line A1-A1 in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B1-B1 in FIG. FIG. 5 is a sectional view showing the structure of the light emitting layer of the nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. First, the structure of the nitride-based
第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100は、図1および図2に示すように、劈開により形成され、互いに対向する一対の共振器端面20を有している。この一対の共振器端面20は、レーザ光が出射される光出射端面20aと、光出射端面20aと反対側の光反射端面20bとを含んでいる。また、第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100は、共振器端面20と直交する方向([1−100]方向)に、約600μm〜約1500の長さL(共振器長L)を有するとともに、共振器端面20に沿った方向([11−20]方向)に、約80μm〜約300μmの幅W(共振器幅W)を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the nitride-based
また、第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100は、図1、図3および図4に示すように、n型GaN基板1の(0001)面上(上面(主表面)上)に、約0.1μm〜約10μm(たとえば約4μm)の厚みを有するn型GaNからなるn型バッファ層2が形成されている。n型バッファ層2上には、約0.5μm〜約3.0μm(たとえば約2μm)の厚みを有するn型Al0.05Ga0.95Nからなるn型クラッド層3が形成されている。なお、n型GaN基板1は、本発明の「基板」の一例であり、n型バッファ層2は、本発明の「n型GaNバッファ層」の一例である。また、n型クラッド層3は、本発明の「第1半導体層」および「n型AlGaNクラッド層」の一例である。
Further, the nitride-based
また、n型クラッド層3上には、発光層4が形成されている。この発光層4は、図5に示すように、Inx1Ga1-x1Nからなる3つの量子井戸層4aと、Inx2Ga1-x2Nからなる4つの障壁層4b(但しx1>x2)とが交互に積層された多重量子井戸(MQW)構造を有する活性層4cを含んでいる。なお、量子井戸層4aは、たとえば、約4nmの厚みを有するInx1Ga1-x1N(x1=0.05〜0.1)から構成されており、障壁層4bは、たとえば、約8nmの厚みを有するInx2Ga1-x2N(x2=0〜0.05)から構成されている。また、活性層4c上には、0〜約0.02μm(たとえば約0.01μm)の厚みを有するp型Al0.3Ga0.7Nからなる蒸発防止層4dが形成されている。さらに、活性層4cおよび蒸発防止層4dを挟むように、0〜約0.2μm(たとえば約0.1μm)の厚みを有するn型GaNからなる下部ガイド層4e、および、0〜約0.2μm(たとえば約0.01μm)のp型GaNからなる上部ガイド層4fが設けられている。そして、活性層4c、蒸発防止層4d、下部ガイド層4eおよび上部ガイド層4fによって、発光層4が構成されている。
A
また、発光層4上には、図4に示すように、凸部と、凸部以外の平坦部とを有するp型Al0.05Ga0.95Nからなるp型クラッド層5が形成されている。p型クラッド層5の凸部上には、約0.01μm〜約1.0μm(たとえば約0.05μm)の厚みを有するp型GaNからなるp型コンタクト層6が形成されている。このp型コンタクト層6とp型クラッド層5の凸部とによって、約1μm〜約3μm(たとえば約1.5μm)の幅を有するストライプ状(細長状)のリッジ部7が構成されている。このリッジ部7は、図2に示すように、共振器端面20と直交する方向([1−100]方向)に延びるように形成されている。また、リッジ部7は、発光層4(活性層4c)への電流通路部として機能する。なお、p型クラッド層5は、本発明の「第2半導体層」および「p型AlGaNクラッド層」の一例であり、p型コンタクト層6は、本発明の「第2半導体層」および「p型GaNコンタクト層」の一例である。
Further, as shown in FIG. 4, a p-
ここで、第1実施形態では、図1および図3に示すように、少なくとも、n型GaN基板1上に形成されたn型バッファ層2の共振器端面部分、および、n型バッファ層2上に形成されたn型クラッド層3の共振器端面部分が、それぞれ、盛り上がっている。具体的には、n型バッファ層2およびn型クラッド層3において、光出射端面部分21と、光反射端面部分22とに、それぞれ、盛り上がり部25が形成されている。なお、図2および図3に示すように、光出射端面部分21は、光出射端面20aおよびその近傍領域(光出射端面20aから距離a1(たとえば約3μm〜約150μm)までの領域)からなる部分であり、光反射端面部分22は、光反射端面20bおよびその近傍領域(光反射端面20bから距離a1(たとえば約3μm〜約150μm)までの領域)からなる部分である。
Here, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, at least the resonator end surface portion of the n-
また、n型バッファ層2およびn型クラッド層3の盛り上がり部25は、図2に示すように、共振器端面20(光出射端面20a、光反射端面20b)に沿うように、共振器端面20の一方端から共振器端面20の他方端まで形成されている。このため、リッジ部7の下方に盛り上がり部25の一部が位置している。すなわち、平面的に見た場合に、リッジ部7と交差(直交)するように盛り上がり部25が配されている。
Further, as shown in FIG. 2, the raised
さらに、図3に示すように、n型クラッド層3の盛り上がり部25は、それぞれ、発光層4の厚み(たとえば、約0.16μm)以上の大きさで盛り上がっている。具体的には、n型クラッド層3の盛り上がり部25は、その上面が、盛り上がり部25以外の部分の上面に対して、0.3μm以上、上方に位置するように構成されている。これにより、n型クラッド層3上に発光層4(活性層4c)が形成されることによって、n型GaN基板1の(0001)面に対する共振器端面20側の高さ(光出射端面20a側の高さ、光反射端面20b側の高さ)が、発光層4(活性層4c)の中央部の高さよりも高くなっている。したがって、本来、発光層4(活性層4c)の光出射端面部となる部分、および、発光層4(活性層4c)の光反射端面部となる部分には、活性層4c(図5参照)よりもバンドギャップの大きいn型クラッド層3が形成されている。すなわち、第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100では、導波路の端面領域が、活性層4cよりもバンドギャップの大きいn型クラッド層3になっている。
Further, as shown in FIG. 3, the raised
また、第1実施形態では、上記のように、導波路の端面領域が、活性層4cよりもバンドギャップの大きいn型クラッド層3になっていることから、活性層4c中で増幅されたレーザ光は、光出射端面部分21でn型クラッド層3を介して出射される。これにより、光出射端面部分21(光出射端面20a)でのレーザ光の吸収が抑制される。したがって、上記構成により、光出射端面部分21(光出射端面20a)および光反射端面部分22(光反射端面20b)に、窓構造(窓領域30;図2の斜線部分)が形成される。
In the first embodiment, as described above, the end face region of the waveguide is the n-
なお、第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100では、n型ドーパントにSi(シリコン)が用いられており、p型ドーパントにMg(マグネシウム)が用いられている。
In the nitride
また、図4に示すように、リッジ部7を構成するp型コンタクト層6上には、厚みtを有するp側オーミック電極8がストライプ状(細長状)に形成されている。このp側オーミック電極8は、p型コンタクト層6と直接接触するように形成されている。なお、窒化物系半導体は、p型半導体の抵抗率が大きくp型キャリアが生じ難いため、オーミック接触が取り難いという不都合がある。このため、p側オーミック電極8は、p型コンタクト層6とオーミック接触を取るために、仕事関数の大きい金属材料であるPdから構成されている。また、p側オーミック電極8の厚みtは、5nm以上100nm以下の厚み(たとえば約15nm)に設定されている。
Also, as shown in FIG. 4, on the p-
リッジ部7の両脇には、電流狭窄を行うための埋め込み層9が形成されている。具体的には、p型クラッド層5上、p型コンタクト層6の側面上、およびp側オーミック電極8の側面上に、約0.1μm〜約0.3μm(たとえば約0.15μm)の厚みを有するとともにSiO2を主成分とする埋め込み層9が形成されている。このような構成により、水平および垂直横モードの光閉じ込めを行うことが可能となる。なお、埋め込み層9は、厚みが50nm未満では光吸収による導波ロスが生じる可能性があるため、その性質(光吸収)を積極的に利用する場合以外は、厚みが50nm以上に設定されているのが好ましい。
On both sides of the
また、埋め込み層9の上面上には、p側オーミック電極8よりも大きい平面積を有するp側パッド電極10が、p側オーミック電極8の一部を覆うように形成されている。このp側パッド電極10は、図1〜図4に示すように、p側オーミック電極8の一部を覆っている部分において、p側オーミック電極8と直接接触している。また、p側パッド電極10は、埋め込み層9側からTi層(図示せず)、Mo層(図示せず)、およびAu層(図示せず)が順次積層された多層構造からなる。また、p側パッド電極10は、外部からp側オーミック電極8に電流供給を行うため、電気抵抗(膜抵抗)が低くなるように構成されている。具体的には、p側パッド電極10は、上記したp側オーミック電極8の厚みtよりも大きい厚みに構成されている。より具体的には、p側パッド電極10は、約0.2μmの合計厚みに設定されている。これにより、電圧降下を生じさせることなく、p側オーミック電極8に実質的に均一に電流注入を行うことが可能となる。
On the upper surface of the buried
また、p側パッド電極10は、図2に示すように、平面的に見て、略矩形状に形成されている。そして、p側パッド電極10は、共振器端面20(光出射端面20a、光反射端面20b)からそれぞれ所定の距離を隔てた領域に配設されている。
Further, as shown in FIG. 2, the p-
また、図1、図3および図4に示すように、n型GaN基板1の裏面上には、n型GaN基板1の裏面側から順に、Hf層(図示せず)およびAl層(図示せず)が順次積層された多層構造からなるn側電極11が形成されている。また、n側電極11上には、n側電極11側から順に、Mo層(図示せず)、Pt層(図示せず)およびAu層(図示せず)が順次積層された多層構造からなるn側パッド電極12が形成されている。このn側パッド電極12は、サブマウント(図示せず)などへのマウントを容易にするために形成されている。
Further, as shown in FIGS. 1, 3 and 4, on the back surface of the n-
また、図2および図3に示すように、光出射端面20aには、光出射端面20a側から、たとえば、窒化アルミニウム層(図示せず)および酸化アルミニウム層(図示せず)が積層された2層からなるAR(Anti−Reflection)コーティング層40が形成されている。一方、光反射端面20bには、たとえば、酸化シリコン層(図示せず)と酸化チタン層(図示せず)とが交互に全9層積層されたHR(High−Reflection)コーティング層50が形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, for example, an aluminum nitride layer (not shown) and an aluminum oxide layer (not shown) are laminated on the light emitting
第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100では、上記のように、レーザ光が光出射端面部分21でn型クラッド層3を介して出射されるように構成することによって、n型クラッド層3は活性層4cよりもバンドギャップが大きいことから、レーザ光が光出射端面部分21(光出射端面20a)で吸収されるのを抑制することができる。すなわち、上記のように構成することによって、窒化物系半導体レーザ素子100の光出射端面部分21に窓構造(窓領域30)を形成することができる。これにより、窒化物系半導体レーザ素子100のCODレベルを向上させることができるので、高出力で駆動させた場合でも、CODの発生を抑制することができる。また、CODの発生を抑制することによって、CODに起因する信頼性の低下を抑制することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子100において、高出力化を図ることができるとともに、高い信頼性を得ることができる。
In the nitride-based
また、第1実施形態では、n型クラッド層3上に形成された発光層4(活性層4c)において、n型GaN基板1の(0001)面に対する光反射端面20b側の高さが、発光層4(活性層4c)の中央部の高さよりも高くなるように構成することによって、光出射端面20aのみならず、光反射端面20bにおける光吸収も低減することができる。すなわち、レーザ光が増幅される際に、光反射端面部分22で活性層4cよりもバンドギャップの大きいn型クラッド層3を介して光反射端面20bに達し、光反射端面20bでレーザ光が反射されるので、光反射端面20bでの光吸収が低減される。
In the first embodiment, in the light emitting layer 4 (
また、第1実施形態では、レーザ光がn型クラッド層3を介して出射されるように構成することによって、レーザ光がp型クラッド層5を介して出射されるように構成されている場合と比べて、窓領域30での光吸収を効果的に抑制することができる。すなわち、レーザ光がp型クラッド層5を介して出射されるように構成した場合には、p型ドーパントとして光吸収を起こすMgがドープされるため、窓領域30での光吸収を効果的に抑制することが困難になるという不都合がある。その一方、レーザ光がn型クラッド層3を介して出射されるように構成した場合には、上記不都合を解消することができる。
In the first embodiment, the laser light is emitted through the n-
図6〜図20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図である。次に、図1、図2、および図5〜図20を参照して、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100の製造方法について説明する。
6 to 20 are views for explaining a method of manufacturing the nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. A method for manufacturing the nitride-based
まず、n型GaN基板(半導体ウェハ)1の上面全面に、スパッタ法などを用いて約1μmの厚みを有するSiO2層(図示せず)を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、SiO2層上に、約650μm〜約1550μm(共振器長L+50μm)ピッチでレジストパターンとしてのストライプ状の開口部(図示せず)を形成する。次に、ドライエッチングにより、SiO2層の所定領域を除去することによって、SiO2層にストライプ状の開口部を形成する。その後、レジストパターンを除去する。そして、RIE(Reactive Ion Etching)などのドライエッチング技術を用いて、SiO2層をマスクとしてn型GaN基板1をエッチングすることにより、n型GaN基板1の所定領域を除去する。その後、HF(フッ酸)などのエッチャントを用いて、SiO2層を除去するとともに、表面の不純物を前処理で除去する。
First, an SiO 2 layer (not shown) having a thickness of about 1 μm is formed on the entire upper surface of the n-type GaN substrate (semiconductor wafer) 1 by using a sputtering method or the like. Next, stripe-like openings (not shown) as resist patterns are formed on the SiO 2 layer at a pitch of about 650 μm to about 1550 μm (resonator length L + 50 μm) by using a photolithography technique. Next, by removing a predetermined region of the SiO 2 layer by dry etching, a stripe-shaped opening is formed in the SiO 2 layer. Thereafter, the resist pattern is removed. Then, using a dry etching technique such as RIE (Reactive Ion Etching), the n-
これにより、図6に示すように、n型GaN基板1の上面に、互いに所定の距離を隔てるとともに、同一方向に延びる複数の溝部1aが形成される。この溝部1aは、[11−20]方向に連続的に延びるとともに、[1−100]方向に約650μm〜約1550μm(共振器長L+50μm)の距離(ピッチ)a2でストライプ状に形成される。なお、図7に示すように、複数の溝部1aは、それぞれ、n型GaN基板1の厚み方向の深さd1および幅wの少なくとも一方が1μm以上となるように形成する。具体的には、たとえば、n型GaN基板(半導体ウェハ)1に2インチ基板を用いた場合、その面内分布より、溝部1aは、n型GaN基板1の厚み方向の深さdが、約1.5μm〜約2μmとなるように形成するとともに、幅wが、約2μm〜約2.5μmとなるように形成する。
As a result, as shown in FIG. 6, a plurality of
次に、図8〜図10に示すように、MOCVD法を用いて、n型GaN基板1上に、窒化物系半導体層を成長させる。具体的には、n型GaN基板1の上面上((0001)面上)に、約0.1μm〜約10μm(たとえば約4μm)の厚みを有するn型GaNからなるn型バッファ層2、約0.5μm〜約3.0μm(たとえば約2μm)の厚みを有するn型Al0.05Ga0.95Nからなるn型クラッド層3、発光層4を順次成長させる。
Next, as shown in FIGS. 8 to 10, a nitride-based semiconductor layer is grown on the n-
なお、発光層4を成長させる際には、図5に示したように、まず、n型クラッド層3上に、0〜約0.2μm(たとえば約0.1μm)の厚みを有するn型GaNからなる下部ガイド層4eを成長させる。次に、下部ガイド層4e上に、約8nmの厚みを有するInx2Ga1-x2N(x2=0〜0.05)からなる4つの障壁層4bと、約4nmの厚みを有するInx1Ga1-x1N(x1=0.05〜0.1)からなる3つの量子井戸層4aとを交互に成長させる。これにより、下部ガイド層4e上に、3つの量子井戸層4aと4つの障壁層4bとからなるMQW構造を有する活性層4cが形成される。そして、活性層4c上に、0〜約0.02μm(たとえば約0.01μm)の厚みを有するp型Al0.3Ga0.7Nからなる蒸発防止層4d、0〜約0.2μm(たとえば約0.1μm)の厚みを有するp型GaNからなる上部ガイド層4fを順次成長させる。これにより、n型クラッド層3上に、活性層4c、蒸発防止層4d、下部ガイド層4eおよび上部ガイド層4fからなる発光層4が形成される。
When the
続いて、図9および図10に示すように、MOCVD法を用いて、発光層4上に、約0.1μm〜約1.0μm(たとえば約0.5μm)の厚みを有するp型Al0.05Ga0.95Nからなるp型クラッド層5、約0.01μm〜約1.0μm(たとえば約0.05μm)の厚みを有するp型GaNからなるp型コンタクト層6を順次成長させる。また、n型の窒化物系半導体層を成長させる際には、n型ドーパントとしてSiを用いるとともに、p型の窒化物系半導体層を成長させる際には、p型ドーパントとしてMgを用いる。なお、n型バッファ層2、n型クラッド層3、発光層4、p型クラッド層5およびp型コンタクト層6は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
Subsequently, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, p-type Al 0.05 Ga having a thickness of about 0.1 μm to about 1.0 μm (for example, about 0.5 μm) is formed on the
ここで、第1実施形態では、n型GaN基板1の上面に溝部1aを形成するとともに、溝部1aが形成されたn型GaN基板1の上面上に、MOCVD法を用いて窒化物系半導体層を成長させることによって、図8および図10に示すように、窒化物系半導体層の溝部近傍領域を盛り上げることができる。具体的には、溝部1aにおいて、深さdおよび幅wの少なくとも一方を1μm以上とすることによって、窒化物系半導体層の溝部近傍領域に盛り上がり部25が形成される。
Here, in the first embodiment, the
また、図8に示すように、n型GaN基板1の上面に溝部1aを形成することによって、n型クラッド層3における盛り上がり部25が発光層4の厚み以上の大きさで盛り上がるように構成する。具体的には、n型クラッド層3の盛り上がり部25の上面と、盛り上がり部25以外の部分の上面との差a3が、0.3μm以上となるように、n型クラッド層3の盛り上がり部25を形成する。なお、溝部1aの深さdおよび幅wの少なくとも一方を1μm以上とすることにより、n型クラッド層3の盛り上がり部25の上面と、盛り上がり部25以外の部分の上面との差a3を0.3μm以上にすることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 8, the
また、第1実施形態では、n型GaN基板1の上面に溝部1aを形成した後、MOCVD法を用いて、n型GaN基板1の上面に窒化物系半導体層を成長させることにより、n型GaN基板1の溝部1a上については様々な方向から成長が進んで成長の会合部に欠陥が生じる一方、溝部1a以外の領域上では規則正しく成長が進行して、欠陥を伴う成長の会合が抑えられる。このため、溝部近傍領域では、新たな欠陥の生成が抑制されるので、欠陥の少ない結晶が得られる。
In the first embodiment, after forming the
次に、図11に示すように、p型コンタクト層6上に、約1μm〜約3μm(たとえば約1.5μm)の幅を有するとともに、[1−100]方向に延びるストライプ状(細長状)のSiO2層60を形成する。そして、図12に示すように、SiCl4、Cl2などの塩素系ガスや、ArガスなどによるRIE(反応性イオンエッチング)法を用いて、SiO2層60をマスクとしてp型クラッド層5の途中の深さまでエッチングを行う。これにより、p型クラッド層5の凸部とp型コンタクト層6とによって構成されるとともに、[1−100]方向に延びるストライプ状(細長状)のリッジ部7が形成される。その後、SiO2層60を除去する。
Next, as shown in FIG. 11, a stripe shape (elongated shape) having a width of about 1 μm to about 3 μm (for example, about 1.5 μm) and extending in the [1-100] direction on the p-
続いて、図13に示すように、スパッタ法などにより、約0.1μm〜約0.3μm(たとえば約0.15μm)の厚みを有するSiO2層9aを全面に形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、SiO2層9aのリッジ部7上面部分を除去する。これにより、SiO2層9aに開口部9bが形成され、リッジ部7の上面(p型コンタクト層6)が露出されるとともに、リッジ部7の両脇に、SiO2からなる埋め込み層9が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 13, a SiO 2 layer 9a having a thickness of about 0.1 μm to about 0.3 μm (for example, about 0.15 μm) is formed on the entire surface by sputtering or the like. Then, the upper surface portion of the
その後、リッジ部7の上部以外の領域にレジスト(図示せず)を形成し、たとえば、EB蒸着法などを用いて、p型コンタクト層6上に、Pdからなるp側オーミック電極を形成する。この際、p側オーミック電極は、その厚みtが5nm以上100nm以下(たとえば15nm)となるように形成する。そして、リフトオフによりレジスト(図示せず)を除去する。このようにして形成されたp側オーミック電極8が図14に示されている。
Thereafter, a resist (not shown) is formed in a region other than the upper portion of the
なお、n型GaN基板1の上面全面にp側オーミック電極を形成した後、リッジ部7の上部以外をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて除去することにより、p型コンタクト層6上に、p側オーミック電極8を形成してもよい。
After forming the p-side ohmic electrode on the entire upper surface of the n-
次に、埋め込み層9が形成されたn型GaN基板1の上面全面にレジスト(図示せず)を形成するとともに、フォトリソグラフィ技術を用いて、リッジ部7(p側オーミック電極8)の一部を含む所定領域を露出させる開口部を複数形成する。そして、レジスト(図示せず)が形成されたn型GaN基板1上に、真空蒸着法などを用いて、基板側からTi層(図示せず)、Mo層(図示せず)、およびAu層(図示せず)を順次形成することにより、多層構造からなるp側パッド電極を形成する。その後、リフトオフによりレジストを除去する。これにより、図15に示すように、p側オーミック電極8の一部を覆うように(p側オーミック電極8の上面の一部と直接接触する)p側パッド電極10が形成される。なお、p側パッド電極10は、図2に示したように、平面的に見て略矩形上に形成する。
Next, a resist (not shown) is formed on the entire upper surface of the n-
続いて、基板(半導体ウェハ)を分離し易くするために、n型GaN基板1の裏面を研削または研磨することにより、n型GaN基板1を約80μm〜約150μm(たとえば約100μm)の厚みまで薄くする。そして、研削または研磨した面にドライエッチングなどを施して表面を調整する。
Subsequently, in order to facilitate separation of the substrate (semiconductor wafer), the back surface of the n-
次に、図16に示すように、n型GaN基板1の裏面上に、真空蒸着法などを用いて、n型GaN基板1の裏面側からHf層(図示せず)およびAl層(図示せず)を順次形成することにより、多層構造からなるn側電極11を形成する。そして、n側電極11上に、n側電極11側からMo層(図示せず)、Pt層(図示せず)およびAu層(図示せず)を順次形成することにより、多層構造からなるn側パッド電極12を形成する。また、n側パッド電極12は、n側電極11を覆うように形成する。なお、n側電極11の形成前に、n側の電気特性の調整などの目的で、ドライエッチングやウェットエッチングを行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 16, an Hf layer (not shown) and an Al layer (not shown) are formed on the back surface of the n-
上記した工程により、図17に示すように、基板(半導体ウェハ)に複数の素子(窒化物系半導体レーザ素子)が形成される。そして、n型GaN基板1上に成長された窒化物系半導体層の溝部近傍領域を盛り上げることによって、溝部1aの近傍領域に窓領域30(斜線部分)が形成される。
Through the above steps, as shown in FIG. 17, a plurality of elements (nitride semiconductor laser elements) are formed on the substrate (semiconductor wafer). A window region 30 (shaded portion) is formed in the region near the
次に、劈開により基板(半導体ウェハ)を分離して共振器端面20(図1および図2参照)を形成する。基板(半導体ウェハ)の劈開は、スクライブ/ブレーク法やレーザスクライブなどの手法を用いて、図17および図18に示すように、溝部1aから約5μmの距離a4(図18参照)だけ隔てた分離線(分離予定線)P1に沿って行う。これにより、図19に示すように、分離線P1の位置で基板(半導体ウェハ)が分離されて、[11−20]方向に沿った共振器端面20が形成される。また、基板(半導体ウェハ)の分離により、一方の素子(チップ)の光出射端面20aとなるべき共振器端面20と、隣接する他方の素子(チップ)の光反射端面20bとなるべき共振器端面20とが同時に形成される。また、共振器端面部分(光出射端面部分21、光反射端面部分22)には、窓構造(窓領域30)が形成される。なお、上記した分離工程により、図19に示すようなバー状の素子70が得られる。また、基板(半導体ウェハ)の溝部1aが形成された部分は、上記分離工程によって除去される。
Next, the substrate (semiconductor wafer) is separated by cleavage to form the resonator end face 20 (see FIGS. 1 and 2). As shown in FIGS. 17 and 18, the substrate (semiconductor wafer) is cleaved by a distance a4 (see FIG. 18) of about 5 μm from the
そして、図20に示すように、蒸着法やスパッタ法などの手法を用いて、バー状の素子70の端面(共振器端面20)にコーティングを施す。具体的には、光出射端面20aに、光出射端面20a側から、たとえば、窒化アルミニウム層(図示せず)および酸化アルミニウム層(図示せず)が積層された2層からなるARコーティング層40を形成する。また、光反射端面20bに、たとえば、酸化シリコン層(図示せず)と酸化チタン層(図示せず)とが交互に全9層積層されたHRコーティング層50を形成する。
Then, as shown in FIG. 20, a coating is applied to the end face (resonator end face 20) of the bar-
最後に、[1−100]方向に沿った分離線P2でバー状の素子70を分離することにより、個々のチップ(素子)に個片化する。このようにして、図1に示した本発明の第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100が製造される。
Finally, the bar-shaped
上記の製造方法により、実際に、第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100を作製し、この窒化物系半導体レーザ素子100を、サブマウントを介してレーザ用ステムに装着して特性を測定した。なお、n型GaN基板に溝部を形成せずに作製した窒化物系半導体レーザ素子を比較例として用いた。比較例による窒化物系半導体レーザ素子は、n型GaN基板に溝部を形成していない点以外は、上記第1実施形態による製造方法と同様の方法で作製した。
The nitride
その結果、比較例による窒化物系半導体レーザ素子のCODレベルは400mWであったのに対して、第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100のCODレベルは600mWであり、良好な結果が得られた。また、80℃,105mWの条件下でのエージング中において、500時間経過後のCODレベルは、比較例による窒化物系半導体レーザ素子では200mWであったのに対し、第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100では400mW以上であった。これより、第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100では、CODレベルの低下(経時変化)が小さくなることが確認された。
As a result, the nitride semiconductor laser device according to the comparative example had a COD level of 400 mW, whereas the nitride
また、MOCVD法以外の気相成長法を用いて窒化物系半導体レーザ素子を作製したところ、製造歩留は、約50%であったのに対して、気相成長法にMOCVD法を用いた第1実施形態による製造方法では、製造歩留は、約60%と、良好な結果が得られた。 Further, when a nitride-based semiconductor laser device was fabricated using a vapor phase growth method other than the MOCVD method, the manufacturing yield was about 50%, whereas the MOCVD method was used for the vapor phase growth method. In the manufacturing method according to the first embodiment, the manufacturing yield was about 60%, and a good result was obtained.
第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100の製造方法では、上記のように、n型GaN基板(半導体ウェハ)1の上面に、[11−20]方向に連続的に延びるストライプ状の溝部1aを形成するとともに、n型GaN基板(半導体ウェハ)1の上面上にMOCVD法を用いて、窒化物系半導体各層2〜6を成長させることによって、窒化物系半導体層の溝部近傍領域に盛り上がり部25を形成することができる。そして、溝部1aに沿ってn型GaN基板1の溝部近傍領域を劈開により分離することによって、分離面部分に窒化物系半導体層の盛り上がり部25を配することができる。また、n型クラッド層3上に発光層4(活性層4c)を配するとともに、上記分離面を共振器端面20(光出射端面20a、光反射端面20b)となるように構成することによって、n型GaN基板1の上面((0001)面)に対する発光層4(活性層4c)の共振器端面20側(光出射端面20a側、光反射端面20b側)の高さが中央部の高さよりも高くなるように構成することができる。これにより、レーザ光が光出射端面部分21で活性層4cよりもバンドギャップの大きいn型クラッド層3を介して出射される窒化物系半導体レーザ素子100を形成することができる。したがって、レーザ光が光出射端面20aで吸収されるのを抑制することができるので、光出射端面部分21に窓構造(窓領域30)が形成された窒化物系半導体レーザ素子100を製造することができる。その結果、光出射端面部分21に形成された窓構造(窓領域30)により、CODレベルを向上させることができるので、高出力化を図ることができるとともに、信頼性の高い窒化物系半導体レーザ素子100を製造することができる。
In the method of manufacturing the nitride-based
また、第1実施形態では、溝部1aが形成されたn型GaN基板(半導体ウェハ)1上に、MOCVD法を用いて窒化物系半導体各層2〜6を成長させることによって、n型GaN基板(半導体ウェハ)1の溝部1a上については様々な方向から成長が進んで成長の会合部に欠陥が生じる一方、溝部1a以外の領域上では規則正しく成長が進行して、欠陥を伴う成長の会合が抑えられる。このため、溝部近傍領域では、新たな欠陥の生成が抑制されるので、欠陥の少ない結晶が得られる。これにより、光出射端面部分21および光反射端面部分22の結晶性を良好にすることができるので、窓領域30の結晶性を良好にすることができる。したがって、光出射端面部分21および光反射端面部分22での光吸収を抑制することができるので、動作電流の上昇を抑制することができる。その結果、素子特性の低下を抑制することができる。
In the first embodiment, each of the nitride-based
また、第1実施形態では、上記のように、結晶性の良好な窓領域30を形成することができるので、CODレベルの経時変化を少なくすることができるとともに、CODレベルをより向上させることができる。これにより、信頼性の高い窒化物系半導体レーザ素子100を容易に製造することができる。
In the first embodiment, as described above, since the
また、第1実施形態では、MOCVD法を用いて窒化物系半導体各層2〜6を成長させることによって、MOCVD法では、他の気相成長法に比べて、基板表面(主表面)での分子のマイグレーションが強く起こるので、溝部近傍領域での盛り上がりの制御範囲を広くとることができるとともに、盛り上がり部25を精度よく形成することができる。これにより、窓構造(窓領域30)を容易に形成することができるので、高出力化を図ることが可能であるとともに、素子特性の低下を抑制することが可能であり、かつ、信頼性の高い窒化物系半導体レーザ素子100を歩留よく製造することができる。
In the first embodiment, the MOCVD method is used to grow the nitride-based
また、第1実施形態では、溝部1aの深さdを1μm以上(たとえば約1.5μm〜約2μm)に構成することによって、容易に、窒化物系半導体層(n型クラッド層3)の溝部近傍領域に、窓構造(窓領域30)を形成可能な盛り上がり部25を形成することができる。
In the first embodiment, the groove portion of the nitride-based semiconductor layer (n-type cladding layer 3) can be easily formed by configuring the depth d of the
また、第1実施形態では、溝部1aの幅wを1μm以上(たとえば約2μm〜約2.5μm)に構成することによって、容易に、窒化物系半導体層(n型クラッド層3)の溝部近傍領域に、窓構造(窓領域30)を形成可能な盛り上がり部25を形成することができる。なお、溝部1aの深さdおよび溝部1aの幅wの各々を1μm以上に構成すれば、より容易に、窒化物系半導体層(n型クラッド層3)の溝部近傍領域に、窓構造(窓領域30)を形成可能な盛り上がり部25を形成することができる。
Further, in the first embodiment, by configuring the width w of the
また、第1実施形態では、同一方向に連続的に延びる複数の溝部1aを、互いに距離a2を隔てて形成することによって、既存の工程を大幅に増やすことなく、また、複雑な工程を導入せずに、第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子100を製造することができる。
In the first embodiment, by forming the plurality of
(第2実施形態)
図21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平面図である。図22は、図21のB2−B2線に沿った断面図であり、図23は、図21のA2−A2線に沿った断面図である。次に、図5および図21〜図23を参照して、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200の構造について説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 21 is a plan view of a nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. 22 is a cross-sectional view taken along line B2-B2 in FIG. 21, and FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line A2-A2 in FIG. Next, the structure of the nitride-based
第2実施形態による窒化物系半導体レーザ素子200では、図21および図22に示すように、互いに平行に延びる2つのリッジストライプ207を備えている。このリッジストライプ207は、発光層4への電流通路部として機能するリッジ部207aと、発光層4への電流通路部として機能しないダミーリッジ部207bとを含んでいる。
The nitride
具体的には、図22に示すように、発光層4上に形成されたp型クラッド層5に、互いに所定の距離を隔てて配された2つの凸部が設けられている。この凸部上には、それぞれ、p型コンタクト層6(6aおよび6b)が形成されている。そして、p型クラッド層5の凸部と、凸部上に形成されたp型コンタクト層6とによって、約1μm〜約3μm(たとえば約1.5μm)の幅を有するストライプ状(細長状)のリッジ部207aおよびダミーリッジ部207bが構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 22, the p-
また、リッジ部207aを構成するp型コンタクト層6a(6)上には、p側オーミック電極8がストライプ状(細長状)に形成されている。また、リッジ部207aの両脇には、電流狭窄を行うための埋め込み層9が形成されている。具体的には、p型クラッド層5上、p型コンタクト層6の側面上、およびp側オーミック電極8の側面上に、約0.1μm〜約0.3μm(たとえば約0.15μm)の厚みを有するとともにSiO2を主成分とする埋め込み層9が形成されている。埋め込み層9の上面上には、p側オーミック電極8よりも大きい平面積を有するp側パッド電極10が、p側オーミック電極8の一部を覆うように形成されている。このp側パッド電極10は、p側オーミック電極8の一部を覆っている部分において、p側オーミック電極8と直接接触している。
On the p-
一方、ダミーリッジ部207bは、上記リッジ部207aとは異なり、ダミーリッジ部207bを構成するp型コンタクト層6b(6)上にp側オーミック電極8が形成されない構成となっている。また、上記埋め込み層9によって、ダミーリッジ部207bの側面および上面が覆われている。そして、ダミーリッジ部207b上に埋め込み層9を介して、上記p側パッド電極10が形成されている。これにより、ダミーリッジ部207bには、電流が供給されないように構成されている。
On the other hand, unlike the
したがって、上記した構成により、リッジ部207aは、発光層4(活性層)への電流通路部として機能する一方、ダミーリッジ部207bは、発光層4(活性層)への電流通路部として機能しない。
Therefore, with the above configuration, the
また、図21および図23に示すように、電流通路部として機能するリッジ部207aの光出射端面部分21には、窓構造(窓領域230;斜線部分)が形成されている。具体的には、少なくともn型バッファ層2およびn型クラッド層3において、光出射端面部分21の一部に、盛り上がり部25が形成されている。また、盛り上がり部25は、平面的に見た場合に、リッジ部207aと交差するように形成されている。そして、n型クラッド層3上に発光層4(活性層)が形成されることによって、n型GaN基板1の(0001)面に対する光出射端面20a側の高さが、発光層4(活性層)の中央部の高さよりも高くなっている。したがって、本来、発光層4(活性層)の光出射端面部となる部分には、活性層4c(図5参照)よりもバンドギャップの大きいn型クラッド層3が形成されている。これにより、活性層4c中で増幅されたレーザ光は、光出射端面部分21でn型クラッド層3を介して出射される。
As shown in FIGS. 21 and 23, a window structure (
また、n型GaN基板1の上面には、図21に示すように、溝部1bが形成されている。この溝部1bは、電流通路部として機能しないダミーリッジ部207bの光反射端面20b側に形成されている。また、溝部1bは、平面的に見て、ダミーリッジ部207bと交差する一方、電流通路部として機能するリッジ部207aとは交差しないように形成されている。この溝部1bは、後述する製造方法において、[1−100]方向に隣接する窒化物系半導体レーザ素子のn型バッファ層2およびn型クラッド層3の一部を盛り上げることによって、隣接する窒化物系半導体レーザ素子に窓領域230を形成するために設けられている。このため、溝部1bは、深さおよび幅の少なくとも一方が、1μm以上となるように形成されている。具体的には、溝部1bは、深さが、約1.5μm〜約2μmとなるように形成されているとともに、幅([1−100]方向の幅)が、約2μm〜約2.5μmとなるように形成されている。また、溝部1bの[11−20]方向の長さは、約5μm〜約7μmに構成されている。なお、溝部1bは、共振器端面20(光反射端面20b)から距離a4(約5μm)だけ隔てた領域に形成されている。
Further, as shown in FIG. 21, a
また、第2実施形態による窒化物系半導体レーザ素子200は、上記第1実施形態と同様、共振器端面20と直交する方向([1−100]方向)に、約600μm〜約1500の長さL(共振器長L)を有するとともに、共振器端面20に沿った方向([11−20]方向)に、約80μm〜約300μmの幅W(共振器幅W)を有している。
In addition, the nitride-based
第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。 Other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
図24〜図35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図である。次に、図21および図24〜図35を参照して、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200の製造方法について説明する。
24 to 35 are views for explaining a method of manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. Next, with reference to FIG. 21 and FIGS. 24-35, the manufacturing method of the nitride-type
まず、n型GaN基板(半導体ウェハ)1の上面全面に、スパッタ法などを用いて約1μmの厚みを有するSiO2層(図示せず)を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、SiO2層上に、約600μm〜約1500μm(共振器長L)のピッチでレジストパターンとしての開口部(図示せず)を形成する。次に、ドライエッチングにより、SiO2層の所定領域を除去することによって、SiO2層に開口部を形成する。その後、レジストパターンを除去する。そして、RIE(反応性イオンエッチング)法などのドライエッチング技術を用いて、SiO2層をマスクとしてn型GaN基板1をエッチングすることにより、n型GaN基板1の所定領域を除去する。その後、HF(フッ酸)などのエッチャントを用いて、SiO2層を除去するとともに、表面の不純物を前処理で除去する。
First, an SiO 2 layer (not shown) having a thickness of about 1 μm is formed on the entire upper surface of the n-type GaN substrate (semiconductor wafer) 1 by using a sputtering method or the like. Next, openings (not shown) as resist patterns are formed on the SiO 2 layer at a pitch of about 600 μm to about 1500 μm (resonator length L) using a photolithography technique. Next, an opening is formed in the SiO 2 layer by removing a predetermined region of the SiO 2 layer by dry etching. Thereafter, the resist pattern is removed. Then, using a dry etching technique such as RIE (reactive ion etching), the n-
これにより、図24に示すように、n型GaN基板1の上面に複数の溝部1bが形成される。この溝部1bは、[11−20]方向に、約80μm〜約300μm(共振器幅W)の距離(ピッチ)b1で断続的に形成される。また、溝部1bは、[1−100]方向に、直線距離で、約600μm〜約1500μm(共振器長L)の距離b2を隔てて形成される。なお、複数の溝部1bは、[11−20]方向の長さが約5μm〜約7μmとなるようにそれぞれ形成するとともに、深さおよび幅の少なくとも一方が、1μm以上となるように形成する。具体的には、溝部1bは、深さが、約1.5μm〜約2μmとなるように形成するとともに、[1−100]方向の幅が、約2μm〜約2.5μmとなるように形成する。
As a result, as shown in FIG. 24, a plurality of
また、図25に示すように、溝部1bは、分離線(分離予定線)P11から距離a4(約5μm)だけ隔てた領域に形成するとともに、図24に示すように、複数の溝部1bの一部(奇数行に属する溝部1bまたは偶数行に属する溝部1b)を[11−20]方向にずらして形成する。なお、図24に示すように、分離線P11(互いに隣り合う分離線P11)と分離線P2(互いに隣り合う分離線P2)とに囲まれた素子領域内に、上記溝部1bが1つずつ配置されるように、複数の溝部1bを形成する。
Further, as shown in FIG. 25, the
次に、上記第1実施形態と同様の方法を用いて、n型GaN基板1上に、窒化物系半導体各層を順次成長させる。具体的には、図26に示すように、n型GaN基板1上に、MOCVD法を用いて、n型バッファ層2、n型クラッド層3、発光層4、p型クラッド層5およびp型コンタクト層6を順次成長させる。
Next, using the same method as in the first embodiment, each nitride-based semiconductor layer is sequentially grown on the n-
そして、p型コンタクト層6上に、約1μm〜約3μm(たとえば約1.5μm)の幅を有するとともに、[1−100]方向に延びるストライプ状(細長状)のSiO2層260を形成する。
Then, a striped (elongated) SiO 2 layer 260 having a width of about 1 μm to about 3 μm (for example, about 1.5 μm) and extending in the [1-100] direction is formed on the p-
ここで、第2実施形態では、1つの素子上に2つのSiO2層260を互いに所定の距離を隔てて形成する。 Here, in the second embodiment, two SiO 2 layers 260 are formed on a single element at a predetermined distance from each other.
その後、SiCl4、Cl2などの塩素系ガスや、ArガスなどによるRIE(反応性イオンエッチング)法を用いて、SiO2層260をマスクとしてp型クラッド層5の途中の深さまでエッチングを行う。これにより、p型クラッド層5の凸部とp型コンタクト層6とによって構成されるとともに、[1−100]方向に延びるリッジストライプ207が、分離線P11と分離線P2とに囲まれた素子領域内に2つ形成される。そして、SiO2層260を除去する。このようにして形成されたリッジストライプ207が、図27に示されている。
Thereafter, etching is performed to a depth in the middle of the p-
また、上記のように形成されたリッジストライプ207は、図28に示すように、1つの素子領域内において、いずれかのリッジストライプ207と溝部1bとが平面的に見て交差するように構成される。これにより、[1−100]方向に隣接する素子において、窓領域230(斜線部分)が形成される。
Further, as shown in FIG. 28, the
続いて、図29に示すように、スパッタ法などにより、約0.1μm〜約0.3μm(たとえば約0.15μm)の厚みを有するSiO2層9aを全面に形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 29, a SiO 2 layer 9a having a thickness of about 0.1 μm to about 0.3 μm (for example, about 0.15 μm) is formed on the entire surface by sputtering or the like.
次に、図30に示すように、SiO2層9a上に、開口部270aを有するレジスト270を形成した後、レジスト270をマスクとしてSiO2層9aをエッチングすることによって、SiO2層9aのリッジストライプ207上面部分を除去する。このとき、図31に示すように、分離線P11と分離線P2とに囲まれた素子領域内において、平面的に見て溝部1bと交差しているリッジストライプ207の上面部分は除去しないようにする。これにより、図30および図31に示すように、SiO2層9aが除去されることによって、開口部9cが形成され、素子領域内において、いずれかのリッジストライプ207の上面(p型コンタクト層6)が露出される。
Next, as shown in FIG. 30, on the SiO 2 layer 9a, after forming a resist 270 having an
また、上面が露出されたリッジストライプ207の両脇に、SiO2からなる埋め込み層9(図31のハッチング部分)が形成される。なお、素子領域内において、上面が露出されたリッジストライプ207は、電流通路部として機能するリッジ部207aとなり、上面が露出されていないリッジストライプ207は、電流通路部として機能しないダミーリッジ部207bとなる。すなわち、複数のリッジストライプ207は、それぞれ、リッジ部207aおよびダミーリッジ部207bに構成される。また、図31に示すように、第2実施形態では、SiO2層9aの開口部9cは、互いに隣り合う分離線P11において、一方の分離線P11から他方の分離線P11まで形成される。
Further, buried layers 9 (hatched portions in FIG. 31) made of SiO 2 are formed on both sides of the
そして、図32に示すように、上記第1実施形態と同様の方法を用いて、リッジ部207aのp型コンタクト層6a(6)上に、Pdからなるp側オーミック電極8を形成する。
Then, as shown in FIG. 32, the p-
その後、図33に示すように、上記第1実施形態と同様の方法を用いて、p側オーミック電極8の一部を覆うように(p側オーミック電極8の上面の一部と直接接触する)p側パッド電極10を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 33, using the same method as in the first embodiment, a part of the p-
続いて、図34に示すように、上記第1実施形態と同様にして、n型GaN基板1の裏面を研削または研磨することにより、n型GaN基板1を約80μm〜約150μm(たとえば約100μm)の厚みまで薄くする。そして、研削または研磨した面にドライエッチングなどを施して表面を調整する。次に、上記第1実施形態と同様の方法を用いて、n型GaN基板1の裏面上に、n型GaN基板1側から、n側電極11およびn側パッド電極12を順次形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 34, the back surface of the n-
上記した工程により、図35に示すように、基板(半導体ウェハ)に複数の素子(窒化物系半導体レーザ素子)が形成される。また、複数の素子(窒化物系半導体レーザ素子)の各々には、溝部1bによって、窓領域230(斜線部分)が形成される。
Through the above steps, as shown in FIG. 35, a plurality of elements (nitride semiconductor laser elements) are formed on the substrate (semiconductor wafer). In each of the plurality of elements (nitride semiconductor laser elements), a window region 230 (shaded portion) is formed by the
その後、上記第1実施形態と同様の方法を用いて、溝部1bから距離a4(約5μm;図25参照)隔てた分離線P11で基板(半導体ウェハ)を劈開した後、劈開によって形成された共振器端面にARコーティング層(図示せず)およびHRコーティング層(図示せず)を形成する。
Thereafter, using the same method as in the first embodiment, the substrate (semiconductor wafer) is cleaved at the separation line P11 separated from the
最後に、分離線P2で[1−100]方向に沿って劈開(分離)することにより、個々のチップ(素子)に個片化する。このようにして、図21に示した本発明の第2実施形態による窒化物系半導体レーザ素子200が製造される。
Finally, the chip is separated into individual chips (elements) by cleaving (separating) along the [1-100] direction along the separation line P2. In this manner, the nitride-based
上記の製造方法により、実際に、第2実施形態による窒化物系半導体レーザ素子200を作製し、この窒化物系半導体レーザ素子200を、サブマウントを介してレーザ用ステムに装着して特性を測定した。
The nitride
その結果、第2実施形態による窒化物系半導体レーザ素子200のCODレベルは600mWであり、上記第1実施形態と同様、良好な結果が得られた。また、80℃,105mWの条件下でのエージング中において、500時間経過後のCODレベルも、400mW以上であり、上記第1実施形態と同様、第2実施形態による窒化物系半導体レーザ素子200でも、CODレベルの低下(経時変化)が小さくなることが確認された。
As a result, the COD level of the nitride-based
第2実施形態では、上記のように、溝部1bを断続的に形成することにより、n型GaN基板1の上面(主表面)の所定位置に、複数の溝部1bを配置することによって、この場合でも、既存の工程を大幅に増やすことなく、また、複雑な工程を導入せずに、窒化物系半導体レーザ素子200を製造することができる。
In the second embodiment, as described above, the
また、第2実施形態では、複数の溝部1bを所定位置に配置することによって、隣接する窒化物系半導体レーザ素子の窒化物系半導体層(n型クラッド層3)に盛り上がり部25を形成することができるので、上記第1実施形態とは異なり、基板(半導体ウェハ)の溝部1bが形成された部分を除去せずに、窒化物系半導体レーザ素子200を製造することができる。これにより、基板(半導体ウェハ)を無駄なく(効率よく)利用することができるので、1枚の基板(半導体ウェハ)から得られる窒化物系半導体レーザ素子200の数(取れ数)を増加させることができる。その結果、製造歩留を向上させることができるとともに、窒化物系半導体レーザ素子200の製造コストを低減することができる。なお、実際に、第2実施形態による方法を用いて窒化物系半導体レーザ素子200を製造したところ、上記第1実施形態に比べて、約20%のコスト低減が図れた。
In the second embodiment, the raised
また、第2実施形態では、電流通路部として機能するリッジ部207aと、電流通路部として機能しないダミーリッジ部207bとを形成することによって、容易に、1枚の基板(半導体ウェハ)から得られる窒化物系半導体レーザ素子200の数(取れ数)を増加させることができるので、容易に、製造歩留を向上させることができるとともに、容易に、窒化物系半導体レーザ素子200の製造コストを低減することができる。
In the second embodiment, by forming the
なお、第2実施形態による窒化物系半導体レーザ素子200では、窓領域230は、光出射端面20a側にのみ形成されることになるが、CODは通常、光出射端面20a側で生じるため、上記のように、光出射端面20a側にのみ窓領域230を形成した場合でも、CODの発生を抑制することができる。
In the nitride-based
第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
(第3実施形態)
図36は、本発明の第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の平面図である。次に、図36を参照して、本発明の第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子300の構造について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 36 is a plan view of a nitride-based semiconductor laser device according to the third embodiment of the invention. Next, the structure of the nitride-based
この第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子300では、上記第2実施形態と同様、電流通路部として機能するリッジ部207aと、電流通路部として機能しないダミーリッジ部207bとを備えている。そして、第3実施形態では、リッジ部207aの光出射端面部分21および光反射端面部分22の両方に、窓構造(窓領域230;斜線部分)が形成されている。また、n型GaN基板1の上面には、溝部1cが形成されている。この溝部1cは、上記第2実施形態と異なり、電流通路部として機能しないダミーリッジ部207bの光出射端面20a側および光反射端面20b側の両方に形成されている。上記溝部1cは、それぞれ、平面的に見て、ダミーリッジ部207bと交差する一方、電流通路部として機能するリッジ部207aとは交差しないように構成されている。
Similar to the second embodiment, the nitride-based
なお、上記溝部1cは、第2実施形態の溝部1bと同様の形状を有している。また、光出射端面20a側の溝部1cは、光出射端面20aから約5μm隔てた領域に形成されているとともに、光反射端面20b側の溝部1cは、光反射端面20bから約5μm隔てた領域に形成されている。
In addition, the said
第3実施形態のその他の構成は、上記第2実施形態と同様である。 Other configurations of the third embodiment are the same as those of the second embodiment.
図37〜図39は、本発明の第3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平面図である。次に、図29、図30、および、図36〜図39を参照して、本発明の第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子300の製造方法について説明する。
37 to 39 are plan views for explaining the method for manufacturing the nitride-based semiconductor laser device according to the third embodiment of the invention. Next, with reference to FIGS. 29, 30, and 36 to 39, a method of manufacturing the nitride-based
まず、上記第2実施形態と同様の方法を用いて、n型GaN基板(半導体ウェハ)1の上面に、複数の溝部1cを形成する。このとき、第3実施形態では、複数の溝部1cは、図37に示すように形成する。すなわち、第3実施形態では、分離線P11と分離線P2とに囲まれた素子領域内に、上記溝部1cが2つずつ配置されるように、複数の溝部1cを形成する。これにより、後の分離工程によって共振器端面が形成された際に、光出射端面側と光反射端面側との両方に溝部1cが配置される。なお、複数の溝部1cは、分離線P11から約5μmの距離を隔てるように形成する。また、複数の溝部1cの各々は、上記第2実施形態と同様の形状(幅、深さ、長さ)に形成する。
First, a plurality of
次に、上記第1および第2実施形態と同様の方法を用いて、n型GaN基板1上に、窒化物系半導体各層2〜6を順次成長させる。そして、上記第2実施形態と同様の方法を用いて、図38に示すように、[1−100]方向に延びるリッジストライプ207を形成する。これにより、1つの素子領域内において、いずれかのリッジストライプ207と溝部1cとが平面的に見て交差するように構成される。そして、この溝部1cによって、窒化物系半導体層(n型クラッド層3)の溝部近傍領域を盛り上げることができるので、[1−100]方向に隣接する素子において、光出射端面部分21および光反射端面部分22の両方に窓領域230(斜線部分)を形成することができる。
Next, the nitride-based
続いて、図29および図30に示した第2実施形態と同様の方法を用いて、素子領域内におけるいずれかのリッジストライプ207の上面(p型コンタクト層)を露出させる。これにより、上面を露出させたリッジストライプ207の両脇に、SiO2からなる埋め込み層9が形成される。このとき、図39に示すように、分離線P11と分離線P2とに囲まれた素子領域内において、平面的に見て溝部1cと交差しているリッジストライプ207の上面部分は除去しないようにする。
Subsequently, the upper surface (p-type contact layer) of any
その後、上記第1および第2実施形態と同様の方法を用いて、個々のチップ(素子)に個片化する工程まで行う。これにより、図36に示した本発明の第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子300が製造される。
Thereafter, using the same method as in the first and second embodiments, the process is performed up to the step of dividing into individual chips (elements). Thereby, the nitride-based
第3実施形態では、上記のように、電流通路部として機能するリッジ部207aの光出射端面部分21および光反射端面部分22の両方に窓領域230を形成することによって、光出射端面20aのみならず、光反射端面20bにおける光吸収も低減することができるので、より高い信頼性を得ることができる。また、光出射端面20aのみならず、光反射端面20bにおける光吸収も低減することによって、動作電流の上昇をより抑制することができるので、素子特性の低下をより抑制することができる。
In the third embodiment, as described above, by forming the
第3実施形態のその他の効果は、上記第1および第2実施形態と同様である。 Other effects of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments.
図40は、第3実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子を説明するための平面図である。この第3実施形態の変形例では、電流通路部として機能するリッジ部207aの共振器端面側の部分(分離線P11側の部分)が埋め込み層309(図40ハッチング部分)によって覆われている。このため、共振器端面部分(光出射端面部分、光反射端面部分)への不要な電流注入が抑制されるので、CODレベルをさらに向上させることが可能となる。
FIG. 40 is a plan view for explaining a nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the third embodiment. In the modification of the third embodiment, the portion on the resonator end face side (the portion on the separation line P11 side) of the
また、第3実施形態の変形例では、リッジ部207aの共振器端面側の部分(分離線P11側の部分)が埋め込み層309で覆われた構成にすることによって、リッジストライプ207上面を露出させる際に、隣接する素子領域において、電流通路部として機能しないダミーリッジ部207bとなるリッジストライプ207上面を露出させないように容易にすることができる。これにより、ダミーリッジ部207bの上面の一部が露出することに起因して、光出射端面部に発光点が二つ出来てしまうという不都合が生じるのを容易に抑制することができる。
In the modification of the third embodiment, the upper surface of the
なお、発光点が二つ出来てしまった場合には、光ピックアップなどの光源として窒化物系半導体レーザ素子を用いる際に、その位置合わせを出射光(EL(Electro−Luminescence)光)で行うことが困難になるという不都合が生じる。 When two light emitting points are produced, when using a nitride-based semiconductor laser element as a light source such as an optical pickup, the alignment is performed with emitted light (EL (Electro-Luminescence) light). Inconvenience occurs.
また、上記した構成は、リッジストライプ207の上面を露出させる開口部のパターニングを変えることによって得ることができる。すなわち、[1−100]方向の長さが互いに隣り合う分離線P11間の長さ(共振器長(約600μm〜約1500))以下の長さとなるように、開口部9dを形成することによって、上記構成を得ることができる。
The above-described configuration can be obtained by changing the patterning of the opening that exposes the upper surface of the
第3実施形態の変形例による埋め込み層309の厚みおよび組成は、上記第1〜第3実施形態の埋め込み層9と同様である。また、第3実施形態の変形例のその他の構成および効果は、上記第3実施形態と同様である。
The thickness and composition of the buried
(第4実施形態)
図41は、本発明の第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の平面図である。図42は、図41のB3−B3線に沿った断面図である。続いて、図36、図41および図42を参照して、本発明の第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子400の構造について説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 41 is a plan view of a nitride semiconductor laser element according to the fourth embodiment of the present invention. 42 is a cross-sectional view taken along line B3-B3 of FIG. Subsequently, the structure of the nitride-based
第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子400は、図41に示すように、図36に示した第3実施形態の構成において、ダミーリッジ部207bの一部が除去された構成を有している。具体的には、図41および図42に示すように、p側パッド電極10下の部分が除去されたダミーリッジ部407bが形成されている。これにより、ダミーリッジ部407bへの電流供給を確実に抑制することが可能となる。
As shown in FIG. 41, the nitride-based
なお、ダミーリッジ部407bのその他の構成は、上記第3実施形態と同様である。また、第4実施形態のその他の構成および効果も、上記第3実施形態と同様である。
The remaining configuration of the
図43および図44は、本発明の第4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平面図である。次に、図29、図30、図37、および、図41〜図44を参照して、本発明の第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子400の製造方法について説明する。
43 and 44 are plan views for explaining the method for manufacturing the nitride-based semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention. Next, with reference to FIGS. 29, 30, 37, and 41 to 44, a method of manufacturing the nitride-based
第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子400の製造方法では、まず、第3実施形態と同様の方法を用いて、図37に示した第3実施形態と同様の溝部1cをn型GaN基板(半導体ウェハ)1の上面に形成する。次に、溝部1cが形成されたn型GaN基板1上に、上記第1〜第3実施形態と同様の方法を用いて、窒化物系半導体各層2〜6(図42参照)を順次成長させる。
In the method of manufacturing the nitride-based
次に、上記第2および第3実施形態と同様の方法を用いて、図43に示すようなリッジストライプ407を形成する。
Next, a
ここで、第4実施形態では、上記第2および第3実施形態と異なり、リッジストライプ407は[1−100]方向に断続的に形成する。これにより、分離線P11と分離線P2とに囲まれた素子領域内において、p側パッド電極10(図41参照)の形成領域に、ダミーリッジ部407b(図41参照)が位置しないように構成することができる。
Here, in the fourth embodiment, unlike the second and third embodiments, the
なお、第4実施形態では、リッジストライプ407は、その端部において、平面的に見て溝部1cと交差するように形成される。また、上記断続的に形成されたリッジストライプ407は、マスクパターンを変えることによって得ることができる。
In the fourth embodiment, the
続いて、図29および図30に示した第2実施形態と同様の方法を用いて、素子領域内におけるリッジストライプ407の上面(p型コンタクト層)を露出させる。これにより、上面を露出させたリッジストライプ407の両脇に、SiO2からなる埋め込み層9が形成される。このとき、図44に示すように、分離線P11と分離線P2とに囲まれた素子領域内において、平面的に見て溝部1cと交差しているリッジストライプ407の上面部分は除去しないようにする。これにより、素子領域内において、上面が露出されたリッジストライプ407は、電流通路部として機能するリッジ部207aとなり、上面が露出されていないリッジストライプ407は、電流通路部として機能しないダミーリッジ部407bとなる。すなわち、複数のリッジストライプ407は、それぞれ、リッジ部207aおよびダミーリッジ部407bに構成される。
Subsequently, the upper surface (p-type contact layer) of the
その後、上記第1〜第3実施形態と同様の方法を用いて、個々のチップ(素子)に個片化する工程まで行う。これにより、図41に示した本発明の第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子400が製造される。
Thereafter, using the same method as in the first to third embodiments, the process up to the step of dividing into individual chips (elements) is performed. As a result, the nitride-based
第4実施形態の製造方法の効果は、上記第1〜第3実施形態と同様である。 The effect of the manufacturing method of 4th Embodiment is the same as that of the said 1st-3rd embodiment.
図45は、第4実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子を説明するための平面図である。この第4実施形態の変形例では、上記第3実施形態の変形例と同様、電流通路部として機能するリッジ部207aの共振器端面側の部分(分離線P11側の部分)が埋め込み層409(図45のハッチング部分)によって覆われている。このため、共振器端面部分(光出射端面部分、光反射端面部分)への不要な電流注入が抑制されるので、CODレベルをさらに向上させることが可能となる。
FIG. 45 is a plan view for explaining a nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the fourth embodiment. In the modified example of the fourth embodiment, as in the modified example of the third embodiment, the portion on the resonator end face side (the portion on the separation line P11 side) of the
また、第4実施形態の変形例では、リッジ部207aの共振器端面側の部分(分離線P11側の部分)が埋め込み層409で覆われた構成にすることによって、リッジストライプ407上面を露出させる際に、隣接する素子領域において、電流通路部として機能しないダミーリッジ部407bとなるリッジストライプ407上面を露出させないように容易にすることができる。これにより、ダミーリッジ部407bの上面の一部が露出することに起因して、光出射端面部に発光点が二つ出来てしまうという不都合が生じるのを容易に抑制することができる。
In the modification of the fourth embodiment, the upper surface of the
第4実施形態の変形例による埋め込み層409の厚みおよび組成は、上記第1〜第4実施形態の埋め込み層9と同様である。また、第4実施形態の変形例のその他の構成および効果は、上記第4実施形態と同様である。
The thickness and composition of the buried
(第5実施形態)
図46は、本発明の第5実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の平面図である。次に、図36および図46を参照して、本発明の第5実施形態による窒化物系半導体レーザ素子500の構造について説明する。
(Fifth embodiment)
FIG. 46 is a plan view of a nitride semiconductor laser element according to the fifth embodiment of the present invention. Next, with reference to FIGS. 36 and 46, the structure of the nitride-based
第5実施形態による窒化物系半導体レーザ素子500は、図36に示した第3実施形態の構成において、ダミーリッジ部207bが除去された構成を有している。すなわち、第5実施形態による窒化物系半導体レーザ素子500は、電流通路部として機能するリッジ部207aのみを備えている。なお、第5実施形態のその他の構成は、上記第3実施形態と同様である。
The nitride-based
また、第5実施形態による窒化物系半導体レーザ素子500の効果は、上記第1〜第4実施形態と同様である。
The effects of the nitride-based
図47および図48は、本発明の第5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平面図である。次に、図46〜図48を参照して、本発明の第5実施形態による窒化物系半導体レーザ素子500の製造方法について説明する。
47 and 48 are plan views illustrating the method for manufacturing the nitride-based semiconductor laser device according to the fifth embodiment of the invention. A method for manufacturing the nitride-based
第5実施形態による窒化物系半導体レーザ素子500の製造方法では、上記第4実施形態の製造方法において、平面的に見て溝部1cと交差しないようにリッジストライプを形成する。具体的には、図47に示すように、リッジストライプ507を[1−100]方向に断続的に形成することによって、リッジストライプ507が、平面的に見て溝部1cと交差しないように構成する。
In the method of manufacturing the nitride-based
続いて、上記第4実施形態と同様にして、分離線P11と分離線P2とに囲まれた素子領域内において、リッジストライプ507の上面(p型コンタクト層)を露出させる。これにより、上面が露出されたリッジストライプ507は、電流通路部として機能するリッジ部207aとなるので、素子領域内にリッジ部207aのみが形成される。
Subsequently, similarly to the fourth embodiment, the upper surface (p-type contact layer) of the
その後、上記第1〜第4実施形態と同様の方法を用いて、個々のチップ(素子)に個片化する工程まで行う。これにより、図46に示した本発明の第5実施形態による窒化物系半導体レーザ素子500が製造される。
Thereafter, using the same method as in the first to fourth embodiments, the process up to the step of dividing into individual chips (elements) is performed. Thereby, the nitride-based
第5実施形態の製造方法の効果は、上記第1〜第4実施形態と同様である。 The effect of the manufacturing method of 5th Embodiment is the same as that of the said 1st-4th embodiment.
図49は、第5実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子を説明するための平面図である。この第5実施形態の変形例では、上記第3および第4実施形態の変形例と同様、電流通路部として機能するリッジ部207aの共振器端面側の部分(分離線P11側の部分)が埋め込み層509(図49のハッチング部分)によって覆われている。このため、共振器端面部分(光出射端面部分、光反射端面部分)への不要な電流注入が抑制されるので、CODレベルをさらに向上させることが可能となる。
FIG. 49 is a plan view for explaining a nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the fifth embodiment. In the modification of the fifth embodiment, as in the modifications of the third and fourth embodiments, the portion on the resonator end face side (the portion on the separation line P11 side) of the
第5実施形態の変形例による埋め込み層509の厚みおよび組成は、上記第1〜第4実施形態の埋め込み層9と同様である。また、第5実施形態の変形例のその他の構成および効果は、上記第5実施形態と同様である。
The thickness and composition of the buried
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5実施形態では、n型クラッド層を介してレーザ光が出射されるように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、活性層よりもバンドギャップが大きい窒化物系半導体層であれば、n型クラッド層以外の層を介してレーザ光が出射されるように構成してもよい。 For example, in the first to fifth embodiments, the example in which the laser beam is emitted through the n-type cladding layer is shown. However, the present invention is not limited to this, and the band gap is larger than that of the active layer. If the nitride-based semiconductor layer is large, the laser light may be emitted through a layer other than the n-type cladding layer.
また、上記第1〜第5実施形態では、n型の基板を用いて窒化物系半導体レーザ素子を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、p型の基板を用いて窒化物系半導体レーザ素子を形成してもよい。すなわち、各導電型を、上記実施形態による窒化物系半導体レーザ素子とは逆の導電型にしてもよい。 In the first to fifth embodiments, an example in which a nitride semiconductor laser element is formed using an n-type substrate has been described. However, the present invention is not limited thereto, and nitridation is performed using a p-type substrate. A physical semiconductor laser element may be formed. That is, each conductivity type may be a conductivity type opposite to that of the nitride semiconductor laser element according to the above embodiment.
また、上記第1〜第5実施形態では、MOCVD法を用いて、窒化物系半導体各層を結晶成長させた例を示したが、本発明はこれに限らず、MOCVD法以外の気相成長法を用いて、窒化物系半導体各層を結晶成長させるようにしてもよい。たとえば、有機金属を用いた分子線結晶成長法や化学ビーム成長法などの方法で、窒化物系半導体各層を結晶成長させてもよい。このように構成した場合でも、上記第1〜第5実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。 In the first to fifth embodiments, the example in which the nitride semiconductor layers are crystal-grown using the MOCVD method has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the vapor phase growth method other than the MOCVD method is used. May be used for crystal growth of each nitride-based semiconductor layer. For example, the nitride semiconductor layers may be crystal-grown by a method such as a molecular beam crystal growth method or a chemical beam growth method using an organic metal. Even when configured in this manner, the same effects as those of the first to fifth embodiments can be obtained.
なお、上記第1〜第5実施形態において、基板上に結晶成長される窒化物系半導体層の各層は、その厚みや組成等は、所望の特性に合うものに適宜組み合わせたり、変更したりすることが可能である。たとえば、半導体層を追加または削除したり、半導体層の順序を一部入れ替えたりしてもよい。また、導電型を一部の半導体層について変更してもよい。すなわち、窒化物系半導体レーザ素子としての基本特性が得られる限り自由に変更可能である。 In the first to fifth embodiments, the thickness, composition, and the like of the nitride-based semiconductor layers that are crystal-grown on the substrate are appropriately combined or changed to those that meet desired characteristics. It is possible. For example, the semiconductor layers may be added or deleted, or the order of the semiconductor layers may be partially changed. Further, the conductivity type may be changed for some semiconductor layers. That is, it can be freely changed as long as the basic characteristics as a nitride semiconductor laser element are obtained.
また、上記第1〜第5実施形態では、埋め込み層をSiO2から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、SiO2以外の絶縁性材料から埋め込み層を構成してもよい。たとえば、SiN、Al2O3やZrO2などから埋め込み層を構成してもよい。 In the first to fifth embodiments, the example in which the buried layer is made of SiO 2 is shown. However, the present invention is not limited to this, and the buried layer may be made of an insulating material other than SiO 2. . For example, the buried layer may be made of SiN, Al 2 O 3 , ZrO 2 or the like.
また、上記第1〜第5実施形態では、p側オーミック電極をPdから構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、仕事関数の大きい材料であればPd以外の材料によってp側オーミック電極を構成してもよい。たとえば、Ni、PtまたはAuなどからp側オーミック電極を構成してもよい。 Moreover, in the said 1st-5th embodiment, although the example which comprised the p side ohmic electrode from Pd was shown, this invention is not restricted to this, If it is a material with a big work function, it will p side by materials other than Pd An ohmic electrode may be configured. For example, the p-side ohmic electrode may be made of Ni, Pt, Au, or the like.
また、上記第1〜第5実施形態では、p側パッド電極を約0.2μmの厚みに構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、0.2μmよりも大きい厚みに構成してもよい。また、p側パッド電極を、ミクロンオーダの厚い膜に構成してもよい。 Moreover, in the said 1st-5th embodiment, although the example which comprised the p side pad electrode to the thickness of about 0.2 micrometer was shown, this invention is comprised not only in this but in the thickness larger than 0.2 micrometer. May be. Further, the p-side pad electrode may be formed as a thick film on the order of microns.
また、上記第1〜第5実施形態では、p側パッド電極を、埋め込み層側からTi層、Mo層、およびAu層を順次積層することにより形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、埋め込み層側から、たとえば、Mo層およびAu層を順次積層することによりp側パッド電極を形成してもよい。 In the first to fifth embodiments, the p-side pad electrode is formed by sequentially laminating the Ti layer, the Mo layer, and the Au layer from the buried layer side. For example, the p-side pad electrode may be formed by sequentially laminating a Mo layer and an Au layer from the buried layer side.
また、上記第1〜第5実施形態では、n側電極を、n型GaN基板の裏面側からHf層およびAl層を順次積層することにより形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、n型GaN基板の裏面側から、たとえば、Ti層およびAl層を順次積層することによりn側電極を形成してもよい。 In the first to fifth embodiments, the n-side electrode is formed by sequentially stacking the Hf layer and the Al layer from the back side of the n-type GaN substrate. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the n-side electrode may be formed by sequentially laminating a Ti layer and an Al layer, for example, from the back side of the n-type GaN substrate.
また、上記第1〜第5実施形態では、劈開により共振器端面を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、劈開以外の方法を用いて、共振器端面(光出射端面、光反射端面)を形成してもよい。たとえば、ドライエッチングなどの手法を用いて、共振器端面を形成してもよい。 Moreover, although the example which formed the resonator end surface by cleavage was shown in the said 1st-5th embodiment, this invention is not restricted to this, Using methods other than cleavage, a resonator end surface (light emission end surface, A light reflection end face) may be formed. For example, the resonator end face may be formed using a technique such as dry etching.
また、上記第1〜第5実施形態では、本発明をリッジ型のレーザ構造に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、リッジ型以外のBH(Buried Heterostructure)型やRiS(Ridge by Selective re−growth)型などのレーザ構造に本発明を適用することもできる。 In the first to fifth embodiments, an example in which the present invention is applied to a ridge type laser structure has been described. However, the present invention is not limited to this, and a BH (Buried Heterostructure) type other than the ridge type, RiS ( The present invention can also be applied to a laser structure such as a Ridge by Selective re-growth type.
また、上記第1〜第5実施形態では、リッジ部を[1−100]方向に延びるように形成するとともに、共振器端面を[11−20]方向に沿った方向に形成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、これらの方向が結晶学的に等価な方向であればよい。すなわち、リッジ部は、<1−100>で表せる方向に延びるように形成すればよく、共振器端面は、<11−20>で表せる方向に沿って形成すればよい。 In the first to fifth embodiments, the case where the ridge portion is formed to extend in the [1-100] direction and the resonator end face is formed in the direction along the [11-20] direction has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is sufficient that these directions are crystallographically equivalent directions. That is, the ridge portion may be formed so as to extend in the direction represented by <1-100>, and the resonator end surface may be formed along the direction represented by <11-20>.
また、本発明は、光ピックアップの光源として用いられる窒化物系半導体レーザ素子以外に、たとえば、照明用に用いられるブロードエリア半導体レーザ素子や、通信用レーザ素子などの高い光出力を要し、動作電圧等が重要となる素子にも適用することができる。 In addition to the nitride-based semiconductor laser element used as the light source of the optical pickup, the present invention requires a high light output, such as a broad area semiconductor laser element used for illumination or a communication laser element, and operates. The present invention can also be applied to elements in which voltage or the like is important.
1 n型GaN基板(基板)
1a、1b、1c 溝部
2 n型バッファ層(n型GaNバッファ層、
窒化物系半導体層)
3 n型クラッド層(第1半導体層、
n型AlGaNクラッド層、窒化物系半導体層)
4 発光層(窒化物系半導体層)
4c 活性層
4e 下部ガイド層
4f 上部ガイド層
5 p型クラッド層(第2半導体層、
p型AlGaNクラッド層、窒化物系半導体層)
6 p型コンタクト層(第2半導体層、
p型GaNコンタクト層、窒化物系半導体層)
7、207a リッジ部
207b、407b ダミーリッジ部
8 p側オーミック電極
9、309、409 埋め込み層
10 p側パッド電極
11 n側電極
12 n側パッド電極
20 共振器端面
20a 光出射端面
20b 光反射端面
21 光出射端面部分
22 光反射端面部分
25 盛り上がり部
30、230 窓領域
40 ARコーティング層
50 HRコーティング層
100、200、300、400、500 窒化物系半導体レーザ素子
1 n-type GaN substrate (substrate)
1a, 1b, 1c groove 2 n-type buffer layer (n-type GaN buffer layer,
Nitride semiconductor layer)
3 n-type cladding layer (first semiconductor layer,
n-type AlGaN cladding layer, nitride semiconductor layer)
4 Light emitting layer (nitride semiconductor layer)
4c
p-type AlGaN cladding layer, nitride semiconductor layer)
6 p-type contact layer (second semiconductor layer,
p-type GaN contact layer, nitride semiconductor layer)
7, 207a
Claims (21)
前記基板上に形成された第1半導体層と、
前記第1半導体層上に形成され、レーザ光を生成する活性層と、
前記活性層で生成されたレーザ光が出射される光出射端面と、
前記活性層上に形成され、前記光出射端面と交差する方向に延びるとともに、電流通路部として機能する凸状のリッジ部を含む第2半導体層と、
を備え、前記基板の上面であって、平面的に見て前記リッジ部と交わらない領域に、溝部が形成され、
前記第1半導体層は、前記活性層よりもバンドギャップの大きい半導体材料から構成されているとともに、少なくとも前記第1半導体層において、前記光出射端面部分が盛り上がっており、
前記光出射端面部分の盛り上がりにより、前記基板表面に対する前記活性層の前記光出射端面側の高さが前記活性層の中央部の高さよりも高くなっており、これによりレーザ光が前記光出射端面部分で前記第1半導体層を介して出射されるように構成されていることを特徴とする、窒化物系半導体レーザ素子。 A substrate made of a nitride semiconductor;
A first semiconductor layer formed on the substrate;
An active layer formed on the first semiconductor layer and generating laser light;
A light emitting end face from which the laser light generated in the active layer is emitted ;
A second semiconductor layer formed on the active layer, extending in a direction intersecting with the light emitting end face, and including a convex ridge portion functioning as a current passage portion;
A groove portion is formed in a region of the upper surface of the substrate that does not intersect with the ridge portion in plan view,
The first semiconductor layer is made of a semiconductor material having a band gap larger than that of the active layer, and at least the first semiconductor layer has the light emitting end face portion raised,
Due to the rise of the light emitting end face portion, the height of the light emitting end face side of the active layer with respect to the substrate surface is higher than the height of the central portion of the active layer, whereby laser light is emitted from the light emitting end face. A nitride-based semiconductor laser device, wherein a portion of the nitride-based semiconductor laser device is configured to emit light through the first semiconductor layer.
少なくとも前記第1半導体層において、前記光反射端面部分が盛り上がっているとともに、前記光反射端面部分の盛り上がりにより、前記基板表面に対する前記活性層の前記光反射端面側の高さが前記活性層の中央部の高さよりも高くなっていることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物系半導体レーザ素子。 A light reflecting end face facing the light emitting end face;
At least in the first semiconductor layer, the light reflection end face portion is raised, and the height of the light reflection end face side of the active layer with respect to the substrate surface is raised in the center of the active layer due to the rise of the light reflection end face portion. The nitride-based semiconductor laser device according to claim 1, wherein the nitride-based semiconductor laser device is higher than a height of the portion.
前記ダミーリッジ部は、前記リッジ部に沿って延びるように形成されており、
前記溝部は、平面的に見て、前記ダミーリッジ部と交わるように形成されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。 The second semiconductor layer further includes a dummy ridge portion that does not function as a current passage portion,
The dummy ridge portion is formed to extend along the ridge portion,
The nitride-based semiconductor laser device according to claim 1, wherein the groove is formed so as to intersect with the dummy ridge when viewed in a plan view .
前記第1半導体層は、前記n型AlGaNクラッド層から構成されていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。 An n-type GaN buffer layer, an n-type AlGaN cladding layer, the active layer, a p-type AlGaN cladding layer, and a p-type GaN contact layer are formed on the substrate from the substrate side,
The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is composed of the n-type AlGaN cladding layer .
前記基板の主表面上に、気相成長法を用いて、第1半導体層および活性層を含む複数の窒化物系半導体層を成長させる工程と、
前記溝部に沿って前記基板の溝部近傍領域を分離する工程とを備え、
前記窒化物系半導体層を成長させる工程は、前記活性層よりもバンドギャップの大きい半導体材料を用いて前記第1半導体層を成長させる工程と、前記第1半導体層上に前記活性層を配する工程とを含み、
前記溝部を形成する工程は、前記溝部を断続的に形成することによって、前記基板の主表面の所定位置に、複数の溝部を配置する工程を含むことを特徴とする、窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。 Forming a groove extending in a predetermined direction on the main surface of the substrate;
Growing a plurality of nitride-based semiconductor layers including a first semiconductor layer and an active layer on the main surface of the substrate using a vapor phase growth method;
Separating the vicinity of the groove portion of the substrate along the groove portion,
The step of growing the nitride-based semiconductor layer includes the step of growing the first semiconductor layer using a semiconductor material having a band gap larger than that of the active layer, and disposing the active layer on the first semiconductor layer. Process,
The step of forming the groove portion includes a step of disposing the plurality of groove portions at predetermined positions on the main surface of the substrate by intermittently forming the groove portions. Manufacturing method .
前記第2半導体層に、前記溝部の延びる方向と交差する方向に延びるとともに、電流通路部として機能する凸状のリッジ部を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項12〜17のいずれか1項に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。 The nitride-based semiconductor layer further includes a second semiconductor layer formed on the active layer,
18. The method according to claim 12, further comprising a step of forming a convex ridge portion extending in a direction intersecting with a direction in which the groove portion extends in the second semiconductor layer and functioning as a current passage portion. A method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to any one of the preceding claims.
電流通路部として機能する前記リッジ部を形成する工程と、
電流通路部として機能しないダミーリッジ部を形成する工程とを含むことを特徴とする、請求項18に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。 The step of forming the ridge portion includes
Forming the ridge portion functioning as a current path portion;
19. The method of manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to claim 18, further comprising a step of forming a dummy ridge portion that does not function as a current passage portion .
前記窒化物系半導体層を成長させる工程は、前記基板側から、n型GaNバッファ層、前記n型AlGaNクラッド層、前記活性層、p型AlGaNクラッド層、および、p型GaNコンタクト層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項12〜19のいずれか1項に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。 The first semiconductor layer is an n-type AlGaN cladding layer;
The step of growing the nitride-based semiconductor layer includes forming an n-type GaN buffer layer, the n-type AlGaN cladding layer, the active layer, a p-type AlGaN cladding layer, and a p-type GaN contact layer from the substrate side. The method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to claim 12, further comprising a step .
前記リッジ部を形成する工程は、前記p型AlGaNクラッド層およびp型GaNコンタクト層に前記リッジ部を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項18または19に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。 The second semiconductor layer includes a p-type AlGaN cladding layer and a p-type GaN contact layer,
The nitride-based semiconductor laser according to claim 18 or 19, wherein the step of forming the ridge portion includes a step of forming the ridge portion in the p-type AlGaN cladding layer and the p-type GaN contact layer. Device manufacturing method.
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