JP5167940B2 - Nitride semiconductor laser - Google Patents

Nitride semiconductor laser Download PDF

Info

Publication number
JP5167940B2
JP5167940B2 JP2008125111A JP2008125111A JP5167940B2 JP 5167940 B2 JP5167940 B2 JP 5167940B2 JP 2008125111 A JP2008125111 A JP 2008125111A JP 2008125111 A JP2008125111 A JP 2008125111A JP 5167940 B2 JP5167940 B2 JP 5167940B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light
nitride semiconductor
band gap
semiconductor laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008125111A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009277724A (en
Inventor
勝史 秋田
孝史 京野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2008125111A priority Critical patent/JP5167940B2/en
Publication of JP2009277724A publication Critical patent/JP2009277724A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5167940B2 publication Critical patent/JP5167940B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

本発明は、窒化物半導体レーザに関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor laser.

非特許文献1には、m面GaN基板上に形成された窒化物半導体レーザが記載されている。発振波長は459nmである。また、非特許文献2〜4には、c面GaN基板上に形成された窒化物半導体レーザが記載されている。特許文献2〜4に記載の窒化物半導体レーザの発振波長はそれぞれ、470nm、460nm、及び422nmである。また、特許文献5には、2つの波長又は3つの波長で発光する半導体レーザダイオードが記載されている。この半導体レーザダイオードは、サファイア基板上に形成されている。
M. Kubota et. al.“Continuous-Wave Operation of Blue Laser Diodes Based on Nonpolarm-Plane Gallium Nitride”,Applied Physics Express 1 011102, 2008, p.011102-1-011102-3 K. Kojima, et. al. “Gain suppression phenomena observed in InXGa1-XNquantum well laser diodes emitting at 470 nm”, Applied Physics Letters 89, 241127, 2006,p.241127-1-241127-3 S. Nagahama et. al. “Characteristics of InGaN Laser diodes in the pure blue region”, Applied Physics Letters,Volume79, Number 13, 2001, p.1948-1950 S. Nagahama et. al. “Wavelength Dependence of InGaN Laser Diode Characteristics”, Japanese Journal ofApplied Physics, Vol.40, 2001, p.3075-3081 M. Yamada et. al. “Phosphor Free High-Luminous-Efficiency White Light-Emitting DiodesComposed of InGaN Multi-Quantum Well”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.41, 2002, p.246-248
Non-Patent Document 1 describes a nitride semiconductor laser formed on an m-plane GaN substrate. The oscillation wavelength is 459 nm. Non-Patent Documents 2 to 4 describe nitride semiconductor lasers formed on a c-plane GaN substrate. The oscillation wavelengths of the nitride semiconductor lasers described in Patent Documents 2 to 4 are 470 nm, 460 nm, and 422 nm, respectively. Patent Document 5 describes a semiconductor laser diode that emits light at two or three wavelengths. This semiconductor laser diode is formed on a sapphire substrate.
M. Kubota et. Al. “Continuous-Wave Operation of Blue Laser Diodes Based on Nonpolarm-Plane Gallium Nitride”, Applied Physics Express 1 011102, 2008, p.011102-1-011102-3 K. Kojima, et. Al. “Gain suppression phenomena observed in InXGa1-XNquantum well laser diodes emitting at 470 nm”, Applied Physics Letters 89, 241127, 2006, p.241127-1-241127-3 S. Nagahama et. Al. “Characteristics of InGaN Laser diodes in the pure blue region”, Applied Physics Letters, Volume 79, Number 13, 2001, p.1948-1950 S. Nagahama et. Al. “Wavelength Dependence of InGaN Laser Diode Characteristics”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.40, 2001, p.3075-3081 M. Yamada et. Al. “Phosphor Free High-Luminous-Efficiency White Light-Emitting Diodes Composed of InGaN Multi-Quantum Well”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.41, 2002, p.246-248

上述の各非特許文献に記載の窒化物半導体レーザは、量子井戸構造の発光層を有する。これらの窒化物半導体レーザは、量子井戸構造のバンド構造に対応した波長で、レーザ発振する。   The nitride semiconductor laser described in each of the above non-patent documents has a light emitting layer having a quantum well structure. These nitride semiconductor lasers oscillate at a wavelength corresponding to the band structure of the quantum well structure.

しかしながら、これらの窒化物半導体レーザにおいては、バンドフィリングによって、レーザ発振波長は井戸層のバンドギャップエネルギーに対応した波長より短い。このバンドフィリングは、長波長で発振する窒化物半導体レーザを得るために、低減されなければならない。   However, in these nitride semiconductor lasers, the lasing wavelength is shorter than the wavelength corresponding to the band gap energy of the well layer due to band filling. This band filling must be reduced in order to obtain a nitride semiconductor laser that oscillates at long wavelengths.

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、バンドフィリングによる影響を低減することが可能な窒化物半導体レーザを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a nitride semiconductor laser capable of reducing the influence of band filling.

本発明に係る窒化物半導体レーザは、第1導電型窒化ガリウム系半導体層と、第2導電型窒化ガリウム系半導体層と、第1導電型窒化ガリウム系半導体層と第2導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた発光層と、第1導電型窒化ガリウム系半導体層と発光層との間に設けられた第1光ガイド層と、第2導電型窒化ガリウム系半導体層と発光層との間に設けられた第2光ガイド層とを備え、発光層は、バンドギャップEを有する井戸層と、バンドギャップEを有する障壁層とを含む量子井戸構造を有し、第1光ガイド層、第2光ガイド層、及び障壁層の少なくともいずれかは、バンドギャップEを有する窒化ガリウム系半導体層からなる第1光吸収層を含み、第1光吸収層のバンドギャップEはバンドギャップEよりも大きく、バンドギャップEはバンドギャップEよりも小さく、バンドギャップEとバンドギャップEとの差は、0よりも大きく、0.3eVより小さいことを特徴とする。 The nitride semiconductor laser according to the present invention includes a first conductive gallium nitride semiconductor layer, a second conductive gallium nitride semiconductor layer, a first conductive gallium nitride semiconductor layer, and a second conductive gallium nitride semiconductor. A light emitting layer provided between the first conductive type gallium nitride based semiconductor layer and the light emitting layer, a second conductive type gallium nitride based semiconductor layer, and the light emitting layer. and a second optical guiding layer provided between the light-emitting layer includes a well layer having a band gap E W, a quantum well structure including a barrier layer having a band gap E B, first optical guide layer, the second light guide layer, and at least one barrier layer comprises a first light-absorbing layer composed of a gallium nitride-based semiconductor layer having a band gap E Y, the band gap E Y of the first light-absorbing layer than the band gap E W Large, the band gap E Y band smaller than the gap E B, the difference between the band gap E Y and the band gap E W, larger than 0, and is smaller than 0.3 eV.

本発明によれば、レーザ発振に先立つLEDモードにおける発光スペクトルは、レーザ発振における発光スペクトルよりに比べて広い。LEDモードにおける発光スペクトルは、そのピーク波長よりも波長の長い長波長領域の波長成分と、ピーク波長よりも波長の短い短波長領域の成分とを含む。第1光吸収層のバンドギャップEが上記の関係を満たすので、第1光吸収層は短波長領域の波長成分の光を吸収できる。このため、短波長領域の波長成分の光は、レーザ発振には寄与しない。一方、長波長領域の波長成分の光は、当該窒化物半導体レーザの共振器内を伝播する。その結果、長波長領域の波長成分の光によってレーザ発振が生じるので、バンドフィリングによる効果を低減できる。 According to the present invention, the emission spectrum in the LED mode prior to laser oscillation is wider than the emission spectrum in laser oscillation. The emission spectrum in the LED mode includes a wavelength component in a long wavelength region having a wavelength longer than the peak wavelength and a component in a short wavelength region having a wavelength shorter than the peak wavelength. Since the band gap E Y of the first light-absorbing layer satisfies the above relationship, the first light-absorbing layer is capable of absorbing light having a wavelength component of the short-wavelength region. For this reason, light having a wavelength component in the short wavelength region does not contribute to laser oscillation. On the other hand, light having a wavelength component in the long wavelength region propagates in the resonator of the nitride semiconductor laser. As a result, laser oscillation is generated by light having a wavelength component in the long wavelength region, so that the effect of band filling can be reduced.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、発光層は、エネルギーEに対応する波長で窒化物半導体レーザのLEDモードにおける発光スペクトルがピーク強度を有するように設けられており、第1光吸収層のバンドギャップEはエネルギーEよりも大きく、バンドギャップEとエネルギーEとの差は0よりも大きく、その差は0.09eVよりも小さいことができる。 The nitride semiconductor laser according to the present invention, the light emitting layer is a wavelength corresponding to the energy E X emission spectrum in the LED mode of the nitride semiconductor laser is provided so as to have a peak intensity of the first light-absorbing layer larger than the band gap E Y energy E X, the difference between the band gap E Y and energy E X greater than 0, the difference may be less than 0.09 eV.

これにより、第1光吸収層のバンドギャップEは井戸層のバンドギャップEよりも大きく、バンドギャップEとエネルギーEとの差は、0よりも大きく、0.09eVよりも小さいので、第1光吸収層は短波長領域の波長成分の光を吸収できる。 Thus, the band gap E Y of the first light-absorbing layer is larger than the band gap E W of the well layer, the difference between the band gap E Y and energy E X, greater than 0, is smaller than 0.09eV The first light absorption layer can absorb light having a wavelength component in a short wavelength region.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、第1光ガイド層、及び第2光ガイド層のうち少なくともいずれかには、第1光吸収層が設けられていることができる。これにより、第1光ガイド層や第2光ガイド層の第1光吸収層は、LEDモードにおいて井戸層で生成された短波長領域の成分の光を吸収することができる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, a first light absorbing layer may be provided in at least one of the first light guide layer and the second light guide layer. Thereby, the 1st light absorption layer of a 1st light guide layer or a 2nd light guide layer can absorb the light of the component of the short wavelength region produced | generated by the well layer in LED mode.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、発光層の井戸層はInGaNからなることができる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the well layer of the light emitting layer can be made of InGaN.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、第1光ガイド層は、第1光吸収層と、第1光吸収層と第1導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた第1InGaNガイド部とを含み、第1InGaNガイド部のバンドギャップは、第1光吸収層のバンドギャップEより大きいことができる。これにより、第1光ガイドの第1光吸収層は、LEDモードにおいて井戸層で生成された短波長領域の成分の光を吸収することができる。 In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the first light guide layer includes a first light absorption layer, and a first InGaN guide portion provided between the first light absorption layer and the first conductivity type gallium nitride semiconductor layer. wherein the door, the band gap of the 1InGaN guide portion may be larger than the band gap E Y of the first light-absorbing layer. Thereby, the 1st light absorption layer of a 1st light guide can absorb the light of the component of the short wavelength area | region produced | generated by the well layer in LED mode.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、第2光ガイド層は、第1光吸収層と、第1光吸収層と第2導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた第2InGaNガイド部とを含み、第2InGaNガイド部のバンドギャップは、第1光吸収層のバンドギャップEより大きいことができる。これにより、第2光ガイドの第1光吸収層は、LEDモードにおいて井戸層で生成された短波長領域の成分の光を吸収することができる。 In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the second light guide layer includes a first light absorption layer, and a second InGaN guide portion provided between the first light absorption layer and the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer. wherein the door, the band gap of the 2InGaN guide portion may be larger than the band gap E Y of the first light-absorbing layer. Thereby, the 1st light absorption layer of a 2nd light guide can absorb the light of the component of the short wavelength area | region produced | generated by the well layer in LED mode.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、障壁層には、第1光吸収層が設けられていることができる。これにより、障壁層の第1光吸収層は、LEDモードにおいて井戸層で生成された短波長領域の成分の光を吸収することができる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the barrier layer may be provided with a first light absorption layer. Thereby, the 1st light absorption layer of a barrier layer can absorb the light of the component of the short wavelength region produced | generated by the well layer in LED mode.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、発光層は、別の井戸層を更に含み、障壁層は、第1光吸収層と、第1及び第2InGaN障壁部とを含み、第1及び第2InGaN障壁部は、第1光吸収層と井戸層及び別の井戸層との間にそれぞれ設けられており、第1及び第2InGaN障壁部のバンドギャップEは、第1光吸収層のバンドギャップEより大きいことができる。これにより、障壁層の第1光吸収層は、LEDモードにおいて井戸層で生成された短波長領域の成分の光を吸収することができる。 In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the light emitting layer further includes another well layer, the barrier layer includes a first light absorption layer, first and second InGaN barrier portions, and the first and second InGaN barriers. parts are respectively provided between the first light-absorbing layer and the well layer and another well layer, the band gap E B of the first and second 2InGaN barrier portion, the band gap E Y of the first light-absorbing layer Can be bigger. Thereby, the 1st light absorption layer of a barrier layer can absorb the light of the component of the short wavelength region produced | generated by the well layer in LED mode.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、第1光ガイド層は、第2光吸収層と、第2光吸収層と第1導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた第3InGaNガイド部とを含み、第2光吸収層は、バンドギャップEY2を有する窒化ガリウム系半導体層からなり、第2光吸収層のバンドギャップEY2はバンドギャップEよりも大きく、第2光吸収層のバンドギャップEY2とバンドギャップEとの差は、0よりも大きく、0.3eVより小さく、第3InGaNガイド部のバンドギャップは、第2光吸収層の前記バンドギャップEY2より大きいことができる。これにより、第1光ガイド層の第2光吸収層は、LEDモードにおいて井戸層で生成された短波長領域の成分の光を吸収することができる。 In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the first light guide layer includes a second light absorption layer, and a third InGaN guide portion provided between the second light absorption layer and the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer. wherein the door, the second light-absorbing layer made of a gallium nitride-based semiconductor layer having a band gap E Y2, the band gap E Y2 of the second light absorbing layer is larger than the band gap E W, the second light-absorbing layer the difference between the band gap E Y2 and the band gap E W is greater than 0, less than 0.3 eV, the band gap of the 3InGaN guide portion may be larger than the band gap E Y2 of the second light absorbing layer . Thereby, the 2nd light absorption layer of a 1st light guide layer can absorb the light of the component of the short wavelength area | region produced | generated by the well layer in LED mode.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、第2光ガイド層は、第3光吸収層と、第3光吸収層と第2導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた第4InGaNガイド部とを含み、第3光吸収層は、バンドギャップEY3を有する窒化ガリウム系半導体層からなり、第3光吸収層のバンドギャップEY3はバンドギャップEよりも大きく、第3光吸収層のバンドギャップEY3とバンドギャップEとの差は、0よりも大きく、0.3eVより小さく、第4InGaNガイド部のバンドギャップは、第3光吸収層のバンドギャップEY3より大きいことができる。これにより、第2光ガイド層の第3光吸収層は、LEDモードにおいて井戸層で生成された短波長領域の成分の光を吸収することができる。 In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the second light guide layer includes a third light absorption layer, and a fourth InGaN guide portion provided between the third light absorption layer and the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer. wherein the door, the third light-absorbing layer made of a gallium nitride-based semiconductor layer having a band gap E Y3, band gap E Y3 of the third light-absorbing layer is larger than the band gap E W, the third light-absorbing layer the difference between the band gap E Y3 and the band gap E W is greater than 0, less than 0.3 eV, the band gap of the 4InGaN guide portion may be larger than the band gap E Y3 of the third light-absorbing layer. Thereby, the 3rd light absorption layer of a 2nd light guide layer can absorb the light of the component of the short wavelength area | region produced | generated by the well layer in LED mode.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、第1光吸収層はInGaNからなることができる。これにより、第1光吸収層は、第1光ガイド層、第2光ガイド層、及び井戸層と同様の材料で構成されるので、窒化物半導体レーザの半導体層の結晶品質が向上する。その結果、良好な発光特性の窒化物半導体レーザが得られる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the first light absorption layer can be made of InGaN. Thereby, since the first light absorption layer is made of the same material as the first light guide layer, the second light guide layer, and the well layer, the crystal quality of the semiconductor layer of the nitride semiconductor laser is improved. As a result, a nitride semiconductor laser with good emission characteristics can be obtained.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、第1光吸収層はInAlGaNからなることができる。これにより、第1光吸収層は、LEDモードにおいて井戸層で生成された短波長領域の成分の光を効率よく吸収する。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the first light absorption layer can be made of InAlGaN. Thereby, a 1st light absorption layer absorbs efficiently the light of the component of the short wavelength area | region produced | generated by the well layer in LED mode.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、第1導電型窒化ガリウム系半導体層は、AlGaNからなり、第2導電型窒化ガリウム系半導体層は、AlGaNからなることができる。第1及び第2導電型窒化ガリウム系半導体層はクラッド層として働く。これにより、井戸層で生成された光が有効に発光層及び光ガイド層に閉じ込められる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer can be made of AlGaN, and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer can be made of AlGaN. The first and second conductivity type gallium nitride based semiconductor layers function as cladding layers. Thereby, the light generated in the well layer is effectively confined in the light emitting layer and the light guide layer.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、光吸収層は、1×1018cm―3以上のn型又はp型のドーパントを含むことができる。これにより、光吸収層のn型又はp型ドーパントは、LEDモードにおいて井戸層で生成した短波長領域の成分の光の吸収に寄与する。 In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the light absorption layer may include an n-type or p-type dopant of 1 × 10 18 cm −3 or more. Thereby, the n-type or p-type dopant in the light absorption layer contributes to the absorption of light in the short wavelength region component generated in the well layer in the LED mode.

本発明に係る窒化物半導体レーザは、窒化物半導体基板をさらに備えることができる。第1導電型窒化ガリウム系半導体層、第2導電型窒化ガリウム系半導体層、発光層、第1光ガイド層、及び第2光ガイド層は、窒化物半導体基板の主面上に設けられていることができる。   The nitride semiconductor laser according to the present invention can further include a nitride semiconductor substrate. The first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer, the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer, the light emitting layer, the first light guide layer, and the second light guide layer are provided on the main surface of the nitride semiconductor substrate. be able to.

これにより、窒化物半導体レーザの半導体層の結晶品質が向上する。その結果、良好な発光特性の窒化物半導体レーザが得られる。   This improves the crystal quality of the semiconductor layer of the nitride semiconductor laser. As a result, a nitride semiconductor laser with good emission characteristics can be obtained.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、窒化物半導体基板は、所定の貫通転位密度よりも小さい貫通転位密度を有する第1領域と、所定の貫通転位密度よりも大きい貫通転位密度を有する第2領域とからなり、第1領域及び第2領域は、窒化物半導体基板の裏面から主面まで延びており、第1導電型窒化ガリウム系半導体層、第2導電型窒化ガリウム系半導体層、発光層、第1光ガイド層、及び第2光ガイド層は、主面の第1領域上に設けられており、第2領域は、第1領域に沿って延びており、窒化物半導体レーザの共振器は、第2領域に沿って延びていることができる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the nitride semiconductor substrate includes a first region having a threading dislocation density smaller than a predetermined threading dislocation density and a second region having a threading dislocation density larger than the predetermined threading dislocation density. The first region and the second region extend from the back surface to the main surface of the nitride semiconductor substrate, and include a first conductivity type gallium nitride semiconductor layer, a second conductivity type gallium nitride semiconductor layer, a light emitting layer, The first light guide layer and the second light guide layer are provided on the first region of the main surface, the second region extends along the first region, and the resonator of the nitride semiconductor laser is , And can extend along the second region.

これにより、共振器が容易に第2領域に沿って設けられることができる。このため、共振器が所定の結晶軸に沿って向き付けされた窒化物半導体レーザが得られる。   Thereby, the resonator can be easily provided along the second region. Therefore, a nitride semiconductor laser having a resonator oriented along a predetermined crystal axis can be obtained.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、共振器は、窒化物半導体基板の[10−10]方向に延びていることができる。これにより、窒化物半導体基板の(10−10)面の劈開面を窒化物半導体レーザの共振器として利用できる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the resonator can extend in the [10-10] direction of the nitride semiconductor substrate. Thereby, the cleavage plane of the (10-10) plane of the nitride semiconductor substrate can be used as a resonator of the nitride semiconductor laser.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、所定の貫通転位密度は、1×10cm―2未満であることができる。これにより、窒化物半導体レーザの半導体層の結晶品質が向上する。 In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the predetermined threading dislocation density can be less than 1 × 10 7 cm −2 . This improves the crystal quality of the semiconductor layer of the nitride semiconductor laser.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、窒化物半導体基板はGaN基板であることができる。これにより、大型のGaNウェハを用いて窒化物半導体レーザを作成できるので、窒化物半導体レーザの製造コストを低減できる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the nitride semiconductor substrate can be a GaN substrate. Thereby, since a nitride semiconductor laser can be created using a large GaN wafer, the manufacturing cost of the nitride semiconductor laser can be reduced.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、窒化物半導体基板はInGaN基板であることができる。これにより、第1光ガイド層と、第2光ガイド層、及び発光層がInGaNからなるとき、これらの層と窒化物半導体基板との格子不整合を小さくできる。そのため、第1光ガイド層、発光層、及び第2光ガイド層内のIn組成の制御が容易となる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the nitride semiconductor substrate can be an InGaN substrate. Thereby, when the first light guide layer, the second light guide layer, and the light emitting layer are made of InGaN, lattice mismatch between these layers and the nitride semiconductor substrate can be reduced. Therefore, it becomes easy to control the In composition in the first light guide layer, the light emitting layer, and the second light guide layer.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、窒化物半導体基板の主面は、半極性を有することができる。これにより、ピエゾ電界よる発振波長の短波長化の影響が低減された窒化物半導体レーザが得られる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the main surface of the nitride semiconductor substrate can be semipolar. Thereby, a nitride semiconductor laser can be obtained in which the influence of shortening the oscillation wavelength due to the piezoelectric field is reduced.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、窒化物半導体基板の主面は、無極性面であることができる。これにより、ピエゾ電界よる発振波長の短波長化の影響がより低減された窒化物半導体レーザが得られる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the main surface of the nitride semiconductor substrate can be a nonpolar surface. Thereby, a nitride semiconductor laser can be obtained in which the influence of shortening the oscillation wavelength due to the piezoelectric field is further reduced.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、窒化物半導体レーザのレーザ発振波長は、425nm以上であることができる。さらに、本発明に係る窒化物半導体レーザでは、レーザ発振波長は460nm以上であることができる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the lasing wavelength of the nitride semiconductor laser can be 425 nm or more. Furthermore, in the nitride semiconductor laser according to the present invention, the lasing wavelength can be 460 nm or more.

以上説明したように、本発明によれば、バンドフィリングによる影響を低減することが可能な窒化物半導体レーザが提供される。   As described above, according to the present invention, a nitride semiconductor laser capable of reducing the influence of band filling is provided.

以下、実施形態に係る窒化物半導体レーザについて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。可能な場合には、同一要素には同一符号を用いる。   Hereinafter, the nitride semiconductor laser according to the embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same symbols are used for the same elements.

図1は、本実施形態に係る窒化物半導体レーザの断面構造を示す模式図である。図1に示すように、本実施系形態に係る窒化物半導体レーザ40においては、窒化物半導体基板1の主面1x、及び裏面1y上に、半導体レーザのための半導体層がエピタキシャル成長している。エピタキシャル成長には、MOCVD(有機金属気相成長)法やMBE(分子線成長)法等を用いることができる。図1には直交座標系Sが示されている。窒化物半導体レーザ40の半導体層は、Z軸方向に配置されている。Z軸と直交する2方向に沿った方向をそれぞれX軸方向、Y軸方向としている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a nitride semiconductor laser according to this embodiment. As shown in FIG. 1, in the nitride semiconductor laser 40 according to the present embodiment, a semiconductor layer for the semiconductor laser is epitaxially grown on the main surface 1x and the back surface 1y of the nitride semiconductor substrate 1. For epitaxial growth, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, MBE (molecular beam growth) method, or the like can be used. In FIG. 1, an orthogonal coordinate system S is shown. The semiconductor layer of the nitride semiconductor laser 40 is disposed in the Z-axis direction. The directions along two directions orthogonal to the Z axis are taken as an X axis direction and a Y axis direction, respectively.

窒化物半導体レーザ40は、下部クラッド層2、下部光ガイド層3、第1光ガイド層5、発光層7、第2光ガイド層9、上部光ガイド層11、電子ブロック層12、上部クラッド層13、上部コンタクト層15、及びアノード電極層17とを含む。これらの層は、窒化物半導体基板1の主面1x上に搭載されている。また、窒化物半導体レーザ40は、カソード電極層21を含む。この層は、窒化物半導体基板1の裏面1y上に搭載されている。   The nitride semiconductor laser 40 includes a lower cladding layer 2, a lower light guide layer 3, a first light guide layer 5, a light emitting layer 7, a second light guide layer 9, an upper light guide layer 11, an electron blocking layer 12, and an upper cladding layer. 13, an upper contact layer 15, and an anode electrode layer 17. These layers are mounted on the main surface 1x of the nitride semiconductor substrate 1. The nitride semiconductor laser 40 includes the cathode electrode layer 21. This layer is mounted on the back surface 1 y of the nitride semiconductor substrate 1.

窒化物半導体レーザ40は、第1導電型窒化ガリウム系半導体層を含むことができる。この第1導電型窒化ガリウム系半導体層は、下部クラッド層2を含むことができる。   The nitride semiconductor laser 40 can include a first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer. The first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer can include a lower cladding layer 2.

下部クラッド層2は、n型の窒化ガリウム系半導体層からなる。下部クラッド層2は発光層7にキャリアである電子を供給する。また、下部クラッド層2は、発光層7、第1光ガイド層5、及び下部光ガイド層3を構成する材料よりも屈折率の低い材料で形成されているので、発光層7で生じた光を発光層7付近に閉じ込める働きをする。下部クラッド層2を形成する材料としては、AlZ1Ga1−Z1NやGaN等を用いることが好ましい。このAlZ1Ga1−Z1NのAlの組成Z1は0.01〜0.10であることが好ましい。また、下部クラッド層2の膜厚は、100〜5000nmであることが好ましい。 The lower cladding layer 2 is made of an n-type gallium nitride based semiconductor layer. The lower cladding layer 2 supplies electrons as carriers to the light emitting layer 7. Further, since the lower cladding layer 2 is formed of a material having a refractive index lower than that of the material constituting the light emitting layer 7, the first light guide layer 5, and the lower light guide layer 3, the light generated in the light emitting layer 7 In the vicinity of the light emitting layer 7. As a material for forming the lower cladding layer 2, it is preferable to use Al Z1 Ga 1 -Z1 N, GaN, or the like. The Al composition Z1 of the Al Z1 Ga 1 -Z1 N is preferably 0.01 to 0.10. Moreover, it is preferable that the film thickness of the lower clad layer 2 is 100-5000 nm.

下部光ガイド層3は、下部クラッド層2と第1光ガイド層5との間に設けられている。下部光ガイド層3は窒化ガリウム系半導体で形成されている。下部光ガイド層3の膜厚は、例えば、10〜300nmとすることができる。下部光ガイド層3としては、例えば、n型GaNを用いることができる。
第1光ガイド層5は、発光層7と下部クラッド層2との間に設けられている。また、第1光ガイド層5は、窒化ガリウム系半導体で形成されている。下部クラッド層2及び第1光ガイド層5は、発光層7で生じた光を発光層7付近に閉じ込めるために利用される。
The lower light guide layer 3 is provided between the lower cladding layer 2 and the first light guide layer 5. The lower light guide layer 3 is formed of a gallium nitride based semiconductor. The film thickness of the lower light guide layer 3 can be set to 10 to 300 nm, for example. As the lower light guide layer 3, for example, n-type GaN can be used.
The first light guide layer 5 is provided between the light emitting layer 7 and the lower cladding layer 2. The first light guide layer 5 is made of a gallium nitride based semiconductor. The lower cladding layer 2 and the first light guide layer 5 are used to confine light generated in the light emitting layer 7 in the vicinity of the light emitting layer 7.

発光層7は、下部クラッド層2と上部クラッド層13との間に設けられている。また、発光層7は、第1光ガイド層5と第2光ガイド層9との間に設けられている。発光層7は、井戸層と、障壁層とを含む量子井戸構造を有している。発光層7近傍の構成について図2を参照しながら説明する。図2は窒化物半導体レーザの発光層近傍の断面構造を示す模式図である。   The light emitting layer 7 is provided between the lower cladding layer 2 and the upper cladding layer 13. The light emitting layer 7 is provided between the first light guide layer 5 and the second light guide layer 9. The light emitting layer 7 has a quantum well structure including a well layer and a barrier layer. The configuration in the vicinity of the light emitting layer 7 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure in the vicinity of the light emitting layer of the nitride semiconductor laser.

図2に示すように、発光層7は、障壁層34a、34bと、井戸層35からなる。Z軸方向に沿って、井戸層35と障壁層34aとが交互に配列されている。最も第1光ガイド層5側の井戸層35及び第1光ガイド層5の間、及び、最も第2光ガイド層9側の井戸層35及び第2光ガイド層9の間には、障壁層34bが設けられている。
障壁層34aは、第1光吸収層31と、第1InGaN障壁部33xと、第2InGaN障壁部33yと、を含んでいる。第1InGaN障壁部33xと、第2InGaN障壁部33yは、互いに隣り合う2つの井戸層35間において、それぞれ第1光吸収層31と一方の井戸層35の間、及び第1光吸収層31と他方の井戸層35の間に設けられている。
即ち、第1InGaN障壁部33xは、第1光吸収層31と井戸層35との間に設けられている。また、第2InGaN障壁部33yは、第1光吸収層31と別の井戸層との間に設けられている。第1光吸収層31は窒化ガリウム系半導体で形成されている。第1InGaN障壁部33x、第2InGaN障壁部33yは窒化ガリウム系半導体で形成されている。井戸層35は、窒化ガリウム系半導体で形成されている。
As shown in FIG. 2, the light emitting layer 7 includes barrier layers 34 a and 34 b and a well layer 35. Well layers 35 and barrier layers 34a are alternately arranged along the Z-axis direction. Between the well layer 35 and the first light guide layer 5 closest to the first light guide layer 5 and between the well layer 35 and the second light guide layer 9 closest to the second light guide layer 9, there is a barrier layer. 34b is provided.
The barrier layer 34a includes a first light absorption layer 31, a first InGaN barrier portion 33x, and a second InGaN barrier portion 33y. The first InGaN barrier portion 33x and the second InGaN barrier portion 33y are arranged between two adjacent well layers 35, between the first light absorption layer 31 and one well layer 35, and between the first light absorption layer 31 and the other. Are provided between the well layers 35.
That is, the first InGaN barrier portion 33 x is provided between the first light absorption layer 31 and the well layer 35. In addition, the second InGaN barrier portion 33y is provided between the first light absorption layer 31 and another well layer. The first light absorption layer 31 is formed of a gallium nitride based semiconductor. The first InGaN barrier portion 33x and the second InGaN barrier portion 33y are formed of a gallium nitride based semiconductor. The well layer 35 is formed of a gallium nitride semiconductor.

第1光ガイド層5は、第3InGaNガイド部5aと、第2光吸収層5bとからなる。第2光吸収層5bは、発光層7と第3InGaNガイド部5aとの間に位置している。第3InGaNガイド部5aは窒化ガリウム系半導体で形成されている。第2光吸収層5bは窒化ガリウム系半導体で形成されている。第3InGaNガイド部5aの膜厚は、例えば、10〜300nmとすることができる。第3InGaNガイド部5aとしては、アンドープInX1Ga1−X1Nを用いることができる。第3InGaNガイド部5aのInの組成X1は0.01〜0.10であることが好ましい。Inの組成X1が0.01以下であると発光層7内への光閉じ込め効果が十分に得られなくなるからであり、Inの組成X1が0.10以上であるとInGaNの結晶品質が悪化するからである。 The first light guide layer 5 includes a third InGaN guide portion 5a and a second light absorption layer 5b. The second light absorption layer 5b is located between the light emitting layer 7 and the third InGaN guide portion 5a. The third InGaN guide part 5a is formed of a gallium nitride based semiconductor. The second light absorption layer 5b is formed of a gallium nitride based semiconductor. The film thickness of the third InGaN guide portion 5a can be set to 10 to 300 nm, for example. As the third InGaN guide portion 5a, undoped In X1 Ga 1-X1 N can be used. The In composition X1 of the third InGaN guide portion 5a is preferably 0.01 to 0.10. This is because if the In composition X1 is 0.01 or less, a sufficient light confinement effect in the light emitting layer 7 cannot be obtained. If the In composition X1 is 0.10 or more, the crystal quality of InGaN deteriorates. Because.

第2光ガイド層9は、窒化ガリウム系半導体で形成されている。第2光ガイド層9は、発光層7と上部クラッド層13との間に設けられている。第2光ガイド層9は、発光層7と上部光ガイド層11との間に設けられている。また、第2光ガイド層9は、第4InGaNガイド部9aと、第3光吸収層9bとからなる。第3光吸収層9bは、発光層7と第4InGaNガイド部9aとの間に位置している。第4InGaNガイド部9aは窒化ガリウム系半導体で形成されている。第3光吸収層9bは窒化ガリウム系半導体で形成されている。第4InGaNガイド部9aの膜厚は、例えば、10〜300nmとすることができる。第4InGaNガイド部9aとしては、アンドープInX1Ga1−X1Nを用いることができる。第4InGaNガイド部9aのInの組成X1は0.01〜0.10であることが好ましい。Inの組成X1が0.01以下であると発光層7内への光閉じ込め効果が十分に得られなくなるからであり、Inの組成X1が0.10以上であるとInGaNの結晶品質が悪化するからである。 The second light guide layer 9 is made of a gallium nitride based semiconductor. The second light guide layer 9 is provided between the light emitting layer 7 and the upper cladding layer 13. The second light guide layer 9 is provided between the light emitting layer 7 and the upper light guide layer 11. The second light guide layer 9 includes a fourth InGaN guide portion 9a and a third light absorption layer 9b. The third light absorption layer 9b is located between the light emitting layer 7 and the fourth InGaN guide portion 9a. The fourth InGaN guide portion 9a is formed of a gallium nitride based semiconductor. The third light absorption layer 9b is formed of a gallium nitride based semiconductor. The film thickness of the fourth InGaN guide portion 9a can be, for example, 10 to 300 nm. As the fourth InGaN guide portion 9a, undoped In X1 Ga 1-X1 N can be used. The In composition X1 of the fourth InGaN guide portion 9a is preferably 0.01 to 0.10. This is because if the In composition X1 is 0.01 or less, a sufficient light confinement effect in the light emitting layer 7 cannot be obtained. If the In composition X1 is 0.10 or more, the crystal quality of InGaN deteriorates. Because.

次に、窒化物半導体レーザ40の発光層7近傍の構成について、より詳細に説明する。図3は、本実施形態に係る窒化物半導体レーザの発光層近傍のバンド構造を示す図であり、バンド構造を窒化物半導体レーザの発光層近傍の断面構造と対応させる形で示している。   Next, the configuration in the vicinity of the light emitting layer 7 of the nitride semiconductor laser 40 will be described in more detail. FIG. 3 is a diagram showing a band structure in the vicinity of the light emitting layer of the nitride semiconductor laser according to the present embodiment, and shows the band structure corresponding to a cross-sectional structure in the vicinity of the light emitting layer of the nitride semiconductor laser.

図3に示すように、井戸層35はバンドギャップEを有する。第1、第2、及び第3光吸収層31、5b、9bは、それぞれバンドギャップE、EY2、及びEY3を有する。障壁層34aの第1InGaN障壁部33x及び第2InGaN障壁部33yはそれぞれバンドギャップEを有する。第1光ガイド層5の第3InGaNガイド部5a及び第2光ガイド層9の第4InGaNガイド部9aは、それぞれバンドギャップEを有する。 As shown in FIG. 3, the well layer 35 has a band gap E W. The first, second, and third light absorption layers 31, 5b, and 9b have band gaps E Y , E Y2 , and E Y3 , respectively. Each first 1InGaN barrier portion 33x and the 2InGaN barrier portion 33y of the barrier layer 34a having a band gap E B. The 4InGaN guide portion 9a of the 3InGaN guide portion 5a and the second optical guide layer 9 of the first optical guide layer 5 has a band gap E B, respectively.

そして、バンドギャップEよりもバンドギャップEY、Y2、Y3の方が大きく、また、バンドギャップEY、Y2、Y3よりもバンドギャップEの方が大きい(E<EY、Y2、Y3<E)。そのため、キャリアである電子及びホールは、発光層7内の井戸層35に閉じ込められ、電子とホールが再結合し、発光層7において光が生じる。 The band gaps E Y, E Y2, and E Y3 are larger than the band gap E W , and the band gaps E B are larger than the band gaps E Y, E Y2, and E Y3 (E W <E Y, E Y2, E Y3 < E B). Therefore, electrons and holes as carriers are confined in the well layer 35 in the light emitting layer 7, and the electrons and holes are recombined, and light is generated in the light emitting layer 7.

また、本実施形態に係る窒化物半導体レーザ40においては、バンドギャップEY、Y2、Y3とバンドギャップEの差は、0よりも大きく、0.3eV(4.8×10−20J)より小さい。より好ましくは、バンドギャップEY、Y2、Y3はエネルギーEよりも大きい(EY、Y2、Y3>E)。また、バンドギャップEY、Y2、Y3とエネルギーEの差は、0eVよりも大きく、0.09eVよりも小さい(0<EY、Y2、Y3−E<0.09eV)。ただし、エネルギーEは、窒化物半導体レーザ40のLEDモードにおける発光スペクトルがピーク強度を有する波長λに対応するエネルギーとする。 In the nitride semiconductor laser 40 according to this embodiment, the band gap E Y, the difference in E Y2, E Y3 and the band gap E W is larger than 0, 0.3eV (4.8 × 10 -20 J) is smaller. More preferably, the band gaps E Y, E Y2 and E Y3 are greater than the energy E X (E Y, E Y2, E Y3 > E X ). Further, the band gap E Y, the difference in E Y2, E Y3 and energy E X, larger than 0 eV, less than 0.09eV (0 <E Y, E Y2, E Y3 -E X <0.09eV) . However, the energy E X is energy corresponding to the wavelength λ X at which the emission spectrum of the nitride semiconductor laser 40 in the LED mode has the peak intensity.

上述のように井戸層35のバンドギャップE、第1、第2、第3光吸収層31、5b、9bのバンドギャップE、EY2、EY3、及び第1InGaN障壁部33x、第2InGaN障壁部33y、第3InGaNガイド部5a、及び第4InGaNガイド部9aのバンドギャップEにおいては、E<E、EY2、EY3<Eの関係がある。ここで、E、EY2、及びEY3とEとの差(E−E、EY2−E、EY3−E)は、それぞれ0.05eV以上であることが好ましい。井戸層35で生成された長波長領域Rの成分の光(図4参照)の第1、第2、第3光吸収層31、5b、9bによる吸収を小さくして、レーザの発振しきい値電流の上昇を小さくすることができるからである。また、EとE、EY2、EY3との差(E−E、E−EY2、E−EY3)は、それぞれ0.8eV以上であることが好ましい。井戸層35へのキャリア閉じ込め効果が十分に得られるからである。 As described above, the band gap E W of the well layer 35, the band gaps E Y , E Y2 , E Y3 of the first, second, and third light absorption layers 31, 5b, and 9b, the first InGaN barrier portion 33x, and the second InGaN barrier portion 33y, in the band gap E B of the 3InGaN guide portion 5a, and the 4InGaN guide portion 9a, E W <E Y, a relationship of E Y2, E Y3 <E B . Here, E Y, E Y2, and the difference between E Y3 and E W (E Y -E W, E Y2 -E W, E Y3 -E W) is preferably respectively 0.05eV or more. The absorption of the light of the long wavelength region RH component (see FIG. 4) generated in the well layer 35 by the first, second, and third light absorption layers 31, 5b, and 9b is reduced, and the oscillation threshold of the laser is reduced. This is because the increase in value current can be reduced. Also, E B and E Y, the difference between E Y2, E Y3 (E B -E Y, E B -E Y2, E B -E Y3) is preferably respectively 0.8eV or more. This is because the carrier confinement effect in the well layer 35 is sufficiently obtained.

エネルギーEについて、図4を参照しながら説明する。図4は、窒化物半導体レーザのLEDモードにおける発光スペクトルを示す図である。窒化物半導体レーザ40のLEDモードにおける発光スペクトルは、レーザ発振における発光スペクトルよりも広くなる。そのため、LEDモードにおける発光スペクトルは、発光スペクトルがピーク強度を有する波長λよりも波長の長い長波長領域Rと、波長λよりも波長の短い短波長領域Rとを有する。そして、波長λに対応するエネルギーが、エネルギーEとなる。 The energy E X, will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing an emission spectrum in the LED mode of the nitride semiconductor laser. The emission spectrum in the LED mode of the nitride semiconductor laser 40 is wider than the emission spectrum in laser oscillation. Therefore, the emission spectrum in the LED mode has a long wavelength region RH having a longer wavelength than the wavelength λ X where the emission spectrum has a peak intensity, and a short wavelength region RL having a shorter wavelength than the wavelength λ X. Then, the energy corresponding to the wavelength lambda X, the energy E X.

波長λは、バンドフィリング効果により、窒化物半導体レーザ40に流す電流の電流密度に応じて変化する。例えば、窒化物半導体レーザ40に流す電流の電流密度が高くなると、発光層7内の井戸層の底にキャリアが蓄積される。このキャリアの蓄積によりLEDモードの発光のピーク波長が短くなる。この発光は、井戸層35のバンドギャップEが実効的に大きくなったことを示している。そのため、ピーク波長は、例えば、窒化物半導体レーザ40に電流密度0.1kA/cmの電流を流した場合のLEDモードにおける発光スペクトルによって規定される。 The wavelength λ X changes according to the current density of the current flowing through the nitride semiconductor laser 40 due to the band filling effect. For example, when the current density of the current passed through the nitride semiconductor laser 40 increases, carriers are accumulated at the bottom of the well layer in the light emitting layer 7. This accumulation of carriers shortens the peak wavelength of light emission in the LED mode. This emission, shows that the band gap E W of the well layer 35 becomes effectively large. Therefore, for example, the peak wavelength is defined by the emission spectrum in the LED mode when a current density of 0.1 kA / cm 2 is passed through the nitride semiconductor laser 40.

上部光ガイド層11は、窒化ガリウム系半導体で形成されている。上部光ガイド層11は、上部クラッド層13と発光層7との間に設けられている。上部光ガイド層11及び第2光ガイド層9は、発光層7で生じた光を発光層7付近に閉じ込めるために利用される。上部光ガイド層11としては、例えばアンドープGaNを用いることができる。上部光ガイド層11の膜厚は、例えば10〜300nmとすることができる。   The upper light guide layer 11 is made of a gallium nitride based semiconductor. The upper light guide layer 11 is provided between the upper cladding layer 13 and the light emitting layer 7. The upper light guide layer 11 and the second light guide layer 9 are used to confine light generated in the light emitting layer 7 in the vicinity of the light emitting layer 7. As the upper light guide layer 11, for example, undoped GaN can be used. The film thickness of the upper light guide layer 11 can be set to, for example, 10 to 300 nm.

電子ブロック層12は、p型の窒化ガリウム系半導体で形成されている。電子ブロック層12は、第2光ガイド層9及び上部光ガイド層11よりもバンドギャップが大きい材料で形成されているので、キャリアである電子を発光層7付近に閉じ込める働きをする。電子ブロック層12としては、例えば、p型AlGa1−YNを用いることができる。また、電子ブロック層12の膜厚は、例えば、5〜100nmとすることができる。電子ブロック層12のAlの組成Yは0.05〜0.30であることが好ましい。何故なら、Alの組成Yが0.05以下であると発光層7内に十分に電子をブロックできなくなるからであり、Alの組成Yが0.30以上であるとクラックが発生してAlGaNの結晶品質が悪化するからである。 The electron block layer 12 is formed of a p-type gallium nitride semiconductor. Since the electron blocking layer 12 is formed of a material having a band gap larger than that of the second light guide layer 9 and the upper light guide layer 11, it functions to confine electrons serving as carriers in the vicinity of the light emitting layer 7. The electron blocking layer 12, for example, can be used p-type Al Y Ga 1-Y N. Moreover, the film thickness of the electronic block layer 12 can be 5-100 nm, for example. The Al composition Y of the electron block layer 12 is preferably 0.05 to 0.30. This is because if the Al composition Y is 0.05 or less, electrons cannot be sufficiently blocked in the light-emitting layer 7, and if the Al composition Y is 0.30 or more, cracks occur and the AlGaN This is because the crystal quality deteriorates.

窒化物半導体レーザ40は、第2導電型窒化ガリウム系半導体層を含むことができる。この第2導電型窒化ガリウム系半導体層は、上部クラッド層13を含むことができる。   The nitride semiconductor laser 40 can include a second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer. The second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer can include an upper cladding layer 13.

上部クラッド層13は、p型の窒化ガリウム系半導体で形成されている。上部クラッド層13は発光層7にキャリアであるホールを供給する。また、上部クラッド層13は、発光層7、第2光ガイド層9、及び上部光ガイド層11を構成する材料よりも屈折率の低い材料で形成されているので、発光層7で生じた光を発光層7付近に閉じ込める働きをする。上部クラッド層13を形成する材料としては、AlZ2Ga1−Z2Nを用いることが好ましい。上部クラッド層13のAlの組成Z2は0.01〜0.10であることが好ましい。Alの組成Z2が0.01以下であると発光層7内への光閉じ込め効果が十分に得られなくなるからであり、Alの組成Z2が0.10以上であるとクラックが発生してAlGaNの結晶品質が悪化するからである。また、上部クラッド層13の膜厚は、50〜1000nmとすることができる。 The upper cladding layer 13 is formed of a p-type gallium nitride semiconductor. The upper cladding layer 13 supplies holes serving as carriers to the light emitting layer 7. Further, since the upper cladding layer 13 is formed of a material having a refractive index lower than that of the material constituting the light emitting layer 7, the second light guide layer 9, and the upper light guide layer 11, the light generated in the light emitting layer 7 In the vicinity of the light emitting layer 7. As a material for forming the upper clad layer 13, Al Z2Ga1 -Z2N is preferably used. The Al composition Z2 of the upper cladding layer 13 is preferably 0.01 to 0.10. This is because if the Al composition Z2 is 0.01 or less, a sufficient light confinement effect in the light-emitting layer 7 cannot be obtained. If the Al composition Z2 is 0.10 or more, cracks occur and the AlGaN This is because the crystal quality deteriorates. The film thickness of the upper cladding layer 13 can be 50 to 1000 nm.

上部クラッド層13上には、上部コンタクト層15及びアノード電極層17が形成されている。   An upper contact layer 15 and an anode electrode layer 17 are formed on the upper cladding layer 13.

また、窒化物半導体レーザ40はX軸と交差する端面25、27を有する。端面25、27には、反射層が設けられている。端面25、27及び端面25、27間の光導波路は、窒化物半導体レーザ40の共振器を構成する。端面25、27は、窒化物半導体基板1を劈開することによって形成されている。この劈開は、窒化物半導体基板1の(10−10)面で行い、共振器を[10−10]方向に向き付けすることが好ましい。何故なら、良好な壁開面が得られやすいからである。   The nitride semiconductor laser 40 has end faces 25 and 27 that intersect the X axis. A reflection layer is provided on the end faces 25 and 27. The end faces 25 and 27 and the optical waveguide between the end faces 25 and 27 constitute a resonator of the nitride semiconductor laser 40. End faces 25 and 27 are formed by cleaving nitride semiconductor substrate 1. This cleavage is preferably performed on the (10-10) plane of the nitride semiconductor substrate 1 and the resonator is preferably oriented in the [10-10] direction. This is because a good wall opening is easily obtained.

窒化物半導体基板1は、例えば、GaN基板やInGaN基板を用いることができる。窒化物半導体基板1がGaN基板であるとき、大型のGaNウェハが入手できる。そのため、GaNウェハ上に多数の窒化物半導体レーザ素子を形成でき、窒化物半導体レーザ40の製造コストを低減できる。また、窒化物半導体基板1としてInGaN基板を用いた場合、第1光ガイド層5、発光層7、及び第2光ガイド層9がInGaNからなるとき、これらの層と窒化物半導体基板1との格子不整合を小さくできる。そのため、第1光ガイド層5と、発光層7、及び第2光ガイド層9内のIn組成の制御が容易となる。   As the nitride semiconductor substrate 1, for example, a GaN substrate or an InGaN substrate can be used. When the nitride semiconductor substrate 1 is a GaN substrate, a large GaN wafer can be obtained. Therefore, a large number of nitride semiconductor laser elements can be formed on the GaN wafer, and the manufacturing cost of the nitride semiconductor laser 40 can be reduced. When an InGaN substrate is used as the nitride semiconductor substrate 1, when the first light guide layer 5, the light emitting layer 7, and the second light guide layer 9 are made of InGaN, these layers and the nitride semiconductor substrate 1 The lattice mismatch can be reduced. Therefore, it becomes easy to control the In composition in the first light guide layer 5, the light emitting layer 7, and the second light guide layer 9.

窒化物半導体基板1の主面1xは、窒化物半導体基板1のc面や、窒化物半導体基板1のc面からm軸方向やa軸方向に所定の角度傾いた半極性面とすることができる。主面1xを半極性面とした場合、ピエゾ電界よる発振波長の短波長化の影響が低減される。また、窒化物半導体基板1の主面1xは、窒化物半導体基板1のm面やa面等の無極性面であってもよい。この場合、ピエゾ電界よる発振波長の短波長化の影響がさらに低減される。   The main surface 1x of the nitride semiconductor substrate 1 is a c-plane of the nitride semiconductor substrate 1 or a semipolar surface inclined by a predetermined angle from the c-plane of the nitride semiconductor substrate 1 in the m-axis direction or the a-axis direction. it can. When the main surface 1x is a semipolar surface, the effect of shortening the oscillation wavelength due to the piezoelectric field is reduced. Further, the main surface 1x of the nitride semiconductor substrate 1 may be a nonpolar surface such as an m-plane or a-plane of the nitride semiconductor substrate 1. In this case, the influence of shortening the oscillation wavelength due to the piezoelectric field is further reduced.

本実施形態に係る窒化物半導体レーザ40では、上記の条件を満たすので、バンドフィリングによる効果を低減することが可能な窒化物半導体レーザ40が得られる。第1、第2、及び第3光吸収層31、5b、9bは短波長領域Rの波長成分の光を吸収できるので、短波長領域Rの波長成分の光は、レーザ発振には寄与しない。一方、長波長領域Rの波長成分の光は、窒化物半導体レーザ40の共振器内を伝播する。その結果、長波長領域Rの波長成分の光によってレーザ発振が生じるので、バンドフィリングによる効果を低減することが可能な窒化物半導体レーザ40が得られる。 Since the nitride semiconductor laser 40 according to the present embodiment satisfies the above-described conditions, the nitride semiconductor laser 40 capable of reducing the effect of band filling can be obtained. First, second, and third light-absorbing layer 31,5B, since 9b is capable of absorbing light having a wavelength component of the short-wavelength region R L, light having a wavelength component in a short wavelength range R L is contribute to laser oscillation do not do. On the other hand, light having a wavelength component in the long wavelength region RH propagates in the resonator of the nitride semiconductor laser 40. As a result, since laser oscillation is generated by light having a wavelength component in the long wavelength region RH , the nitride semiconductor laser 40 capable of reducing the effect of band filling can be obtained.

井戸層35は、例えば、InGa1−RNで形成することができる。この場合、Inの組成Rは、0.13〜0.30であることが好ましい。Inの組成Rが0.13以下であると425nm以上の長波長の発振波長が得られなくなるからであり、Inの組成Rが0.30以上であるとInGaNの結晶品質が悪化してレーザ発振が得られなくなるからである。井戸層35の厚さt35は、2〜10nmであることが好ましい。井戸層35の厚さt35が2nm以上であると、所望の発振波長を得る際のIn組成を小さくすることができるからであり、また、井戸層35の厚さt35が10nm以下であるとInGaNの結晶品質が良好になるからである。なお、発光層7内の井戸層35の数は特に制限されず、1層、2層又は4層以上であってもよい。 The well layer 35 can be formed of, for example, In R Ga 1- RN. In this case, the In composition R is preferably 0.13 to 0.30. This is because if the In composition R is 0.13 or less, a long oscillation wavelength of 425 nm or more cannot be obtained. If the In composition R is 0.30 or more, the crystal quality of InGaN deteriorates and laser oscillation occurs. It is because it becomes impossible to obtain. The thickness t35 of the well layer 35 is preferably 2 to 10 nm. This is because if the thickness t35 of the well layer 35 is 2 nm or more, the In composition when obtaining a desired oscillation wavelength can be reduced, and if the thickness t35 of the well layer 35 is 10 nm or less, InGaN. This is because the crystal quality of the is improved. The number of well layers 35 in the light emitting layer 7 is not particularly limited, and may be one layer, two layers, or four or more layers.

第1、第2、及び第3光吸収層31、5b、9bは、InGa1−UNで形成することが好ましい。InGa1−UNは、窒化物半導体基板1上に高い結晶品質で成長させることが可能だからである。この場合、Inの組成Uは、0.10〜0.27であることが好ましい。Inの組成Uが0.10以下であると短波長領域Rの波長成分の光を吸収し難くなる傾向があるためであり、Inの組成Uが0.27以上であると長波長領域Rの波長成分の光も吸収してレーザ発振が得難くなるからである。 The first, second, and third light absorption layers 31, 5b, and 9b are preferably formed of In U Ga 1- UN. This is because In U Ga 1- UN can be grown on the nitride semiconductor substrate 1 with high crystal quality. In this case, the In composition U is preferably 0.10 to 0.27. This is because if the In composition U is 0.10 or less, it tends to be difficult to absorb light of the wavelength component of the short wavelength region RL , and if the In composition U is 0.27 or more, the long wavelength region R This is because it is difficult to obtain laser oscillation by absorbing light having a wavelength component of H.

また、第1、第2、及び第3光吸収層31、5b、9bは、InAlGaNで形成することが好ましい。InAlGaNは発光層7内で発生した光をInGaNよりも効率良く吸収するので、LEDモードにおいて井戸層で生成した短波長領域の成分の光を効率よく吸収することが可能になる。   The first, second, and third light absorption layers 31, 5b, 9b are preferably formed of InAlGaN. Since InAlGaN absorbs light generated in the light emitting layer 7 more efficiently than InGaN, it is possible to efficiently absorb light in the short wavelength region component generated in the well layer in the LED mode.

また、第1、第2、及び第3光吸収層31、5b、9bには、1×1018cm―3以上、5×1019cm―3以下のn型のドーパントが添加されていることが好ましい。何故なら、n型のドーパントの濃度が1×1018cm―3以上であると井戸層35で生成した短波長領域Rの成分の光の吸収効率が増加するからであり、また、n型のドーパントの濃度が5×1019cm―3以下であると、第1、第2、及び第3光吸収層31、5b、9bの結晶品質が良好となるからである。n型のドーパントとしては、例えばSi、Ge、Te等を用いることができる。 The first, second, and third light absorption layers 31, 5b, and 9b are added with an n-type dopant of 1 × 10 18 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less. Is preferred. This is because if the concentration of the n-type dopant is 1 × 10 18 cm −3 or more, the light absorption efficiency of the component of the short wavelength region RL generated in the well layer 35 increases, This is because the crystal quality of the first, second, and third light absorption layers 31, 5b, and 9b is improved when the concentration of the dopant is 5 × 10 19 cm −3 or less. As the n-type dopant, for example, Si, Ge, Te or the like can be used.

また、第1、第2、及び第3光吸収層31、5b、9bには、1×1018cm―3以上、5×1019cm―3以下のp型のドーパントが添加されていることが好ましい。p型のドーパントの濃度が1×1018cm―3以上であると井戸層35で生成された短波長領域Rの成分の光の吸収効率が増加するからであり、また、p型のドーパントの濃度が5×1019cm―3以下であると、第1、第2、及び第3光吸収層31、5b、9bの結晶品質が良好となるからである。p型のドーパントとしては、例えばMg、Zn、Be等を用いることができる。 The first, second, and third light absorption layers 31, 5b, and 9b are added with a p-type dopant of 1 × 10 18 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less. Is preferred. This is because if the concentration of the p-type dopant is 1 × 10 18 cm −3 or more, the light absorption efficiency of the component of the short wavelength region RL generated in the well layer 35 increases, and the p-type dopant This is because the crystal quality of the first, second, and third light absorption layers 31, 5b, and 9b is improved when the concentration of is less than 5 × 10 19 cm −3 . As the p-type dopant, for example, Mg, Zn, Be, or the like can be used.

光吸収層31、5b、9bの厚さt31、t5b、t9bは、井戸層35の厚さt35よりも薄いことが好ましい。例えば、光吸収層31、5b、9bの厚さt31、t5b、t9bは、1〜9nmであることが好ましい。光吸収層31、5b、9bの厚さt31、t5b、t9bが1nm以上であると、井戸層35で生成された短波長領域Rの成分の光を十分に吸収できるからであり、また、光吸収層31、5b、9bの厚さt31、t5b、t9bが9nm以下であると、光吸収層31、5b、9bの結晶品質が良好となるからである。なお、発光層7内の第1光吸収層31の数は特に制限されず、例えば、1層又は2層以上にすることができる。また、第1光ガイド層5内の第2光吸収層5b、及び、第2光ガイド層9b内の第3光吸収層9bの数も特に制限されず、2層以上とすることもできる。 The thicknesses t31, t5b and t9b of the light absorption layers 31, 5b and 9b are preferably thinner than the thickness t35 of the well layer 35. For example, the thicknesses t31, t5b, and t9b of the light absorption layers 31, 5b, and 9b are preferably 1 to 9 nm. This is because when the thickness t31, t5b, t9b of the light absorption layers 31, 5b, 9b is 1 nm or more, the light of the component of the short wavelength region RL generated by the well layer 35 can be sufficiently absorbed, This is because when the thicknesses t31, t5b, and t9b of the light absorption layers 31, 5b, and 9b are 9 nm or less, the crystal quality of the light absorption layers 31, 5b, and 9b is improved. In addition, the number of the 1st light absorption layers 31 in the light emitting layer 7 is not restrict | limited in particular, For example, it can be made into 1 layer or 2 layers or more. Further, the number of the second light absorption layer 5b in the first light guide layer 5 and the number of the third light absorption layers 9b in the second light guide layer 9b are not particularly limited, and may be two or more.

光吸収層31、5b、9bの厚さと、井戸層35の厚さt35の比(t31/t35、5b/t35、あるいは9b/t35)は、0.3〜0.7であることが好ましい。この比が0.3以上である場合、光吸収層31、5b、9bは井戸層35で生成された短波長領域Rの成分の光の吸収に十分に寄与できるからであり、また、この比が0.7以下である場合、井戸層35は主に注入されたキャリアの再結合による発光に寄与し、光吸収層31、5b、9bは主に井戸層35で生成された短波長領域Rの成分の光の吸収に寄与するからである。 The ratio (t31 / t35, 5b / t35, or 9b / t35) of the thickness of the light absorption layers 31, 5b, 9b and the thickness t35 of the well layer 35 is preferably 0.3 to 0.7. This is because when the ratio is 0.3 or more, the light absorption layers 31, 5b, 9b can sufficiently contribute to the absorption of light of the component of the short wavelength region RL generated by the well layer 35, and this When the ratio is 0.7 or less, the well layer 35 mainly contributes to light emission due to recombination of injected carriers, and the light absorption layers 31, 5 b, and 9 b are mainly short wavelength regions generated by the well layer 35. This is because it contributes to the absorption of light of the RL component.

第1InGaN障壁部33x、第2InGaN障壁部33y、及び障壁層34bは、例えば、InGa1−PNで形成することができる。この場合、Inの組成Pは、0.001〜0.05であることが好ましい。Inの組成Pが0.001以下であると結晶品質が悪化するからであり、Inの組成Pが0.05以上であると井戸層35内へのキャリア閉じ込め効果が十分に得られなくなるからである。第1InGaN障壁部33x及び第2InGaN障壁部33yの厚さt33x、t33yは、2〜10nmであることが好ましい。厚さt33x、t33yが2nm以上であると、井戸層35内へのキャリア閉じ込め効果が十分に得られるからである。また、厚さt33x、t33yが10nm以下であると、駆動電圧を低くすることができるからである。なお、第1InGaN障壁部33x及び第2InGaN障壁部33yの厚さt33x、t33yは、第1、第2、及び第3光吸収層31、5b、9bと井戸層35の離間距離となる。 The first InGaN barrier portion 33x, the second InGaN barrier portion 33y, and the barrier layer 34b can be formed of, for example, In P Ga 1-PN . In this case, the In composition P is preferably 0.001 to 0.05. This is because the crystal quality deteriorates when the In composition P is 0.001 or less, and the carrier confinement effect in the well layer 35 cannot be sufficiently obtained when the In composition P is 0.05 or more. is there. The thicknesses t33x and t33y of the first InGaN barrier part 33x and the second InGaN barrier part 33y are preferably 2 to 10 nm. This is because when the thicknesses t33x and t33y are 2 nm or more, a carrier confinement effect in the well layer 35 is sufficiently obtained. Further, when the thicknesses t33x and t33y are 10 nm or less, the driving voltage can be lowered. The thicknesses t33x and t33y of the first InGaN barrier portion 33x and the second InGaN barrier portion 33y are the distances between the first, second, and third light absorption layers 31, 5b, and 9b and the well layer 35.

本実施形態に係る窒化物半導体レーザ40のレーザ発振波長は、425nm以上であることが好ましい。レーザ発振波長が425nm未満であると、バンドフィリングによって発振波長が短波長化する傾向が特に弱いため、光吸収層の吸収対象である短波長領域Rの成分の光の量が減少する。そのため本実施形態の窒化物半導体レーザ40による発振波長の長波長化がほとんど期待できないからである。さらに、窒化物半導体レーザ40のレーザ発振波長は、460nm以上であることが好ましい。レーザ発振波長が460nm未満であると、バンドフィリングによって発振波長が短波長化する傾向が弱いため、光吸収層の吸収対象である短波長領域Rの成分の光の量が減少する。そのため本実施形態の窒化物半導体レーザ40による発振波長の長波長化があまり期待できないからである。 The laser oscillation wavelength of the nitride semiconductor laser 40 according to this embodiment is preferably 425 nm or more. When the laser oscillation wavelength is less than 425 nm, the tendency of the oscillation wavelength to be shortened by band filling is particularly weak, so the amount of light of the component in the short wavelength region RL that is the absorption target of the light absorption layer is reduced. For this reason, it is almost impossible to expect a longer oscillation wavelength by the nitride semiconductor laser 40 of the present embodiment. Further, the lasing wavelength of the nitride semiconductor laser 40 is preferably 460 nm or more. If the laser oscillation wavelength is less than 460 nm, the tendency of the oscillation wavelength to be shortened by band filling is weak, so the amount of light in the short wavelength region RL that is the absorption target of the light absorption layer is reduced. For this reason, it is not possible to expect much longer oscillation wavelength by the nitride semiconductor laser 40 of the present embodiment.

次に、本実施形態に係る窒化物半導体レーザの変形例について説明する。図5は、変形例に係る窒化物半導体レーザの発光層近傍のバンド構造を示す図であり、バンド構造を窒化物半導体レーザの発光層近傍の断面構造と対応させる形で示している。   Next, a modification of the nitride semiconductor laser according to this embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram showing a band structure in the vicinity of the light emitting layer of the nitride semiconductor laser according to the modification, and shows the band structure corresponding to a cross-sectional structure in the vicinity of the light emitting layer of the nitride semiconductor laser.

図5に示すように、発光層7は障壁層34と井戸層35を含むことができる。発光層7は光吸収層を含まない。障壁層34は、上述の第1InGaN障壁部33x及び第2InGaN障壁部33yと同様の材料で形成することができる。障壁層34の厚さt34は、5〜20nmであることが好ましい。厚さt34が5nm以上であると井戸層35内へのキャリア閉じ込め効果が十分に得られるからであり。また、厚さt34が20nm以下であると、駆動電圧を低くすることができるからである。   As shown in FIG. 5, the light emitting layer 7 may include a barrier layer 34 and a well layer 35. The light emitting layer 7 does not include a light absorbing layer. The barrier layer 34 can be formed of the same material as the first InGaN barrier 33x and the second InGaN barrier 33y described above. The thickness t34 of the barrier layer 34 is preferably 5 to 20 nm. This is because the carrier confinement effect in the well layer 35 is sufficiently obtained when the thickness t34 is 5 nm or more. Further, when the thickness t34 is 20 nm or less, the driving voltage can be lowered.

第1光ガイド層5は、第1光吸収層5bと第1InGaNガイド部5aを含む。第1光吸収層5bは、第1InGaNガイド部5aと発光層7との間に位置する。第2光ガイド層9は、第2光吸収層9bと第2InGaNガイド部9aを含む。第2光吸収層9bは、第2InGaNガイド部9aと発光層7との間に位置する。第1InGaNガイド部5aのバンドギャップEは、第1光吸収層5bのバンドギャップEよりも大きい(E>E)。また、第2InGaNガイド部9aのバンドギャップEは、第2光吸収層9bのバンドギャップEよりも大きい(E>E)。また、第1及び第2光吸収層5b、9bの厚さと、井戸層35の厚さt35の比(5b/t35、あるいは9b/t35)は、0.3〜0.7であることが好ましい。この比が0.3以上である場合、第1及び第2光吸収層5b、9bは井戸層35で生成された短波長領域Rの成分の光の吸収に十分に寄与できるからであり、また、この比が0.7以下である場合、井戸層35は主に注入されたキャリアの再結合による発光に寄与し、第1及び第2光吸収層5b、9bは主に井戸層35で生成された短波長領域Rの成分の光の吸収に寄与するからである。 The first light guide layer 5 includes a first light absorption layer 5b and a first InGaN guide portion 5a. The first light absorption layer 5 b is located between the first InGaN guide portion 5 a and the light emitting layer 7. The second light guide layer 9 includes a second light absorption layer 9b and a second InGaN guide portion 9a. The second light absorption layer 9 b is located between the second InGaN guide portion 9 a and the light emitting layer 7. Bandgap E B of the 1InGaN guide portion 5a is larger than the band gap E Y of the first light-absorbing layer 5b (E B> E Y) . Further, the band gap E B of the 2InGaN guide portion 9a is larger than the band gap E Y of the second light-absorbing layer 9b (E B> E Y) . The ratio of the thicknesses of the first and second light absorption layers 5b and 9b to the thickness t35 of the well layer 35 (5b / t35 or 9b / t35) is preferably 0.3 to 0.7. . This is because when the ratio is 0.3 or more, the first and second light absorption layers 5b and 9b can sufficiently contribute to the absorption of light of the component of the short wavelength region RL generated by the well layer 35, When this ratio is 0.7 or less, the well layer 35 mainly contributes to light emission by recombination of injected carriers, and the first and second light absorption layers 5b and 9b are mainly the well layer 35. This is because it contributes to the absorption of light of the component of the generated short wavelength region RL .

このような構成の窒化物半導体レーザ40であっても、バンドフィリングによる効果が低減される。第1光吸収層5b及び第2光吸収層9bは短波長領域Rの波長成分の光を吸収できるので、短波長領域Rの波長成分の光は、レーザ発振には寄与しない。一方、長波長領域Rの波長成分の光は、窒化物半導体レーザ40の共振器内を伝播する。その結果、長波長領域Rの波長成分の光によってレーザ発振が生じるので、バンドフィリングによる効果を低減することが可能な窒化物半導体レーザ40が得られる。 Even with the nitride semiconductor laser 40 having such a configuration, the effect of band filling is reduced. Since the first light-absorbing layer 5b and the second light-absorbing layer 9b is capable of absorbing light having a wavelength component of the short-wavelength region R L, light having a wavelength component in a short wavelength range R L does not contribute to laser oscillation. On the other hand, light having a wavelength component in the long wavelength region RL propagates in the resonator of the nitride semiconductor laser 40. As a result, since laser oscillation is generated by light having a wavelength component in the long wavelength region RH , the nitride semiconductor laser 40 capable of reducing the effect of band filling can be obtained.

以下、実施例1〜3及び比較例1を用いて説明する。   Hereinafter, description will be made using Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.

図6は、実施例1〜3に係る窒化物半導体レーザの製造方法の主要な工程のフローチャートを示す図である。フローチャート100に示すように、実施例1〜3に係る窒化物半導体レーザの製造方法は、半導体ウェハを準備する工程S101、半導体レーザのための半導体積層S103を形成する工程S103、アノード電極及びカソード電極を形成する工程S105、及びウェハを個々の半導体レーザ素子に分離する工程S107を備えている。   FIG. 6 is a flowchart of main steps of the method for manufacturing a nitride semiconductor laser according to the first to third embodiments. As shown in the flowchart 100, the nitride semiconductor laser manufacturing method according to the first to third embodiments includes a step S101 for preparing a semiconductor wafer, a step S103 for forming a semiconductor multilayer S103 for the semiconductor laser, an anode electrode, and a cathode electrode. And step S107 for separating the wafer into individual semiconductor laser elements.

(実施例1)
実施例1の窒化物半導体レーザの製造方法を説明する。図7は実施例1の窒化物半導体レーザ40aの断面構造を示す模式図である。まず、工程S101において、c面GaNのストライプコアウェハ1を準備した。
Example 1
A method for manufacturing the nitride semiconductor laser of Example 1 will be described. FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the nitride semiconductor laser 40a of the first embodiment. First, in step S101, a c-plane GaN stripe core wafer 1 was prepared.

ストライプコアウェハ1とは、1×10cm―2以下の貫通転移密度を有する第1領域1aと、1×10cm―2以上の貫通転移密度を有する第2領域1bとからなるウェハである。第1領域1a及び第2領域1bは、それぞれ低貫通転移領域及び高貫通転移領域と呼ばれる。第1領域1a及び第2領域1bは、ストライプコアウェハ1の裏面1yから主面1xまで延びている。また、第2領域1bは、第1領域1aに沿って延びており、また、ストライプコアウェハ1を構成する六方晶系GaN結晶のm軸方向に延びている。 The stripe core wafer 1, the wafer comprising a second region 1b having a first region 1a having a threading dislocation density of 1 × 10 7 cm -2 or less, the 1 × 10 7 cm -2 or more threading dislocation density is there. The first region 1a and the second region 1b are called a low threading transition region and a high threading transition region, respectively. The first region 1a and the second region 1b extend from the back surface 1y of the stripe core wafer 1 to the main surface 1x. The second region 1 b extends along the first region 1 a and extends in the m-axis direction of the hexagonal GaN crystal constituting the stripe core wafer 1.

次に、工程S103において、ストライプコアウェハ1の主面1x上に、下記のような条件で半導体層のエピタキシャル膜を順にMOCVD法によって成長した。
下部クラッド層2:n型Al0.04Ga0.96N、2300nm、成長温度摂氏1150度。
下部光ガイド層3:n型GaN、50nm、成長温度摂氏1150度。
第1光ガイド層5:第3InGaNガイド部5a、第2光吸収層5bを積層。
第3InGaNガイド部5a:アンドープIn0.05Ga0.95N、50nm、成長温度摂氏840度。
第2光吸収層5b:In0.20Ga0.80N、1.5nm、成長温度摂氏780度。
発光層7:障壁層34a、34bと井戸層35を交互に成長。
障壁層34b:In0.05Ga0.95N、7nm、成長温度摂氏840度。
井戸層35:In0.23Ga0.77N、3nm、成長温度摂氏780度。
障壁層34a:第1InGaN障壁部33x、第1光吸収層31、及び第2InGaN障壁部33yを順に積層。
第1InGaN障壁部33x:In0.05Ga0.95N、7nm、成長温度摂氏840度。
第1光吸収層31:In0.20Ga0.80N、1.5nm、成長温度摂氏780度。
第2InGaN障壁部33y:In0.05Ga0.95N、7nm、成長温度摂氏840度。
光ガイド層9:第3光吸収層9bと第4InGaNガイド部9aを順に積層。
第3光吸収層9b:In0.20Ga0.80N、1.5nm、成長温度摂氏780度。
第4InGaNガイド部9a:In0.20Ga0.80N、1.5nm、成長温度摂氏780度。
上部光ガイド層11:アンドープGaN、50nm、成長温度摂氏1100度。
電子ブロック層12:p型Al0.18Ga0.82N、20nm、成長温度摂氏1100度。
上部クラッド層13:p型Al0.06Ga0.94N、400nm、成長温度摂氏1100度。
上部コンタクト層15:p型GaN、50nm、成長温度摂氏1100度において成長。
Next, in step S103, an epitaxial film of a semiconductor layer was sequentially grown on the main surface 1x of the stripe core wafer 1 by the MOCVD method under the following conditions.
Lower cladding layer 2: n-type Al 0.04 Ga 0.96 N, 2300 nm, growth temperature 1150 degrees Celsius.
Lower light guide layer 3: n-type GaN, 50 nm, growth temperature 1150 degrees Celsius.
First light guide layer 5: a third InGaN guide portion 5a and a second light absorption layer 5b are stacked.
Third InGaN guide portion 5a: undoped In 0.05 Ga 0.95 N, 50 nm, growth temperature 840 degrees centigrade.
Second light absorption layer 5b: In 0.20 Ga 0.80 N, 1.5 nm, growth temperature 780 degrees Celsius.
Light emitting layer 7: Barrier layers 34a and 34b and well layers 35 are grown alternately.
Barrier layer 34b: In 0.05 Ga 0.95 N, 7 nm, growth temperature 840 degrees Celsius.
Well layer 35: In 0.23 Ga 0.77 N, 3 nm, growth temperature 780 degrees Celsius.
Barrier layer 34a: a first InGaN barrier portion 33x, a first light absorption layer 31, and a second InGaN barrier portion 33y are sequentially stacked.
First InGaN barrier portion 33x: In 0.05 Ga 0.95 N, 7 nm, growth temperature 840 degrees Celsius.
First light absorption layer 31: In 0.20 Ga 0.80 N, 1.5 nm, growth temperature 780 degrees Celsius.
Second InGaN barrier portion 33y: In 0.05 Ga 0.95 N, 7 nm, growth temperature 840 degrees centigrade.
Light guide layer 9: a third light absorption layer 9b and a fourth InGaN guide portion 9a are sequentially stacked.
Third light absorption layer 9b: In 0.20 Ga 0.80 N, 1.5 nm, growth temperature 780 degrees Celsius.
Fourth InGaN guide portion 9a: In 0.20 Ga 0.80 N, 1.5 nm, growth temperature 780 degrees Celsius.
Upper light guide layer 11: undoped GaN, 50 nm, growth temperature 1100 degrees Celsius.
Electron blocking layer 12: p-type Al 0.18 Ga 0.82 N, 20 nm, growth temperature 1100 degrees Celsius.
Upper cladding layer 13: p-type Al 0.06 Ga 0.94 N, 400 nm, growth temperature 1100 degrees Celsius.
Upper contact layer 15: p-type GaN, 50 nm, grown at a growth temperature of 1100 degrees Celsius.

このような半導体層を成長させると、ストライプコアウェハ1の第2領域1b(高転移領域)上に、下部クラッド層2から上部コンタクト層15まで、各層の積層方向に沿った高転移領域が形成された。また、ストライプコアウェハ1の第1領域1aの貫通転移密度は1×10cm―2以下であるため、第1領域1a上には良好な結晶品質の半導体膜がエピタキシャル成長した。 When such a semiconductor layer is grown, a high transition region is formed on the second region 1b (high transition region) of the stripe core wafer 1 from the lower cladding layer 2 to the upper contact layer 15 along the stacking direction of the layers. It was done. Further, since the threading transition density of the first region 1a of the stripe core wafer 1 is 1 × 10 7 cm −2 or less, a semiconductor film having a good crystal quality is epitaxially grown on the first region 1a.

工程S105においては、電極を形成した。まず、上部コンタクト層15上に、コンタクトウィンド23aを有する絶縁層23を形成した。この際、下部クラッド層2から上部コンタクト層15までの各層に形成された高転移領域にコンタクトウィンド23aが沿うようにした。これにより、後述のように窒化物半導体レーザの共振器をm軸方向に容易に向き付けさせることができた。コンタクトウィンド23aは、図7のX軸に沿った方向に延びている。コンタクトウィンド23aの幅は10μmであり、長さは600μmである。   In step S105, an electrode was formed. First, the insulating layer 23 having the contact window 23 a was formed on the upper contact layer 15. At this time, the contact window 23 a is set along the high transition region formed in each layer from the lower cladding layer 2 to the upper contact layer 15. As a result, the nitride semiconductor laser resonator can be easily oriented in the m-axis direction as described later. The contact window 23a extends in the direction along the X axis in FIG. The contact window 23a has a width of 10 μm and a length of 600 μm.

続いて、絶縁層23とコンタクトウィンド23a上に、Niを10nm、Auを300nm形成し、アノード17を形成した。   Subsequently, 10 nm of Ni and 300 nm of Au were formed on the insulating layer 23 and the contact window 23a, and the anode 17 was formed.

続いて、ストライプコアウェハ1の裏面1yを削ってウェハを薄くした。その後、ストライプコアウェハ1の裏面1yにTi30nm、Al100nm、Au300nmからなるカソード電極層21を形成した。   Subsequently, the back surface 1y of the stripe core wafer 1 was shaved to thin the wafer. Thereafter, a cathode electrode layer 21 made of Ti 30 nm, Al 100 nm, and Au 300 nm was formed on the back surface 1 y of the stripe core wafer 1.

次に、工程S107において、ストライプコアウェハ1の劈開及び切断を行い、ストライプコアウェハ1を個々の半導体レーザ素子に分離した。図7においては、窒化物半導体レーザ40aのX軸と交差する2つの面が劈開面となるように示している。この2つの面、及び2つの面間の光導波路は、窒化物半導体レーザ40aの共振器を構成する。
(実施例2)
Next, in step S107, the stripe core wafer 1 was cleaved and cut to separate the stripe core wafer 1 into individual semiconductor laser elements. In FIG. 7, two surfaces intersecting with the X axis of the nitride semiconductor laser 40a are shown as cleavage planes. The two surfaces and the optical waveguide between the two surfaces constitute a resonator of the nitride semiconductor laser 40a.
(Example 2)

図8は実施例2の窒化物半導体レーザ40bの断面構造を示す模式図である。実施例2は、発光層7の構造において、実施例1と異なる。実施例2は発光層7以外の構造は実施例1と同じである。実施例2の発光層を以下のような構造とした。
発光層7:障壁層34と井戸層35を交互に成長。
障壁層34:In0.05Ga0.95N、15nm、成長温度摂氏840度。
井戸層35:In0.23Ga0.77N、3nm、成長温度摂氏780度。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the nitride semiconductor laser 40b of the second embodiment. Example 2 is different from Example 1 in the structure of the light emitting layer 7. The structure of Example 2 is the same as that of Example 1 except for the light emitting layer 7. The light emitting layer of Example 2 has the following structure.
Light emitting layer 7: Barrier layers 34 and well layers 35 are alternately grown.
Barrier layer 34: In 0.05 Ga 0.95 N, 15 nm, growth temperature 840 degrees Celsius.
Well layer 35: In 0.23 Ga 0.77 N, 3 nm, growth temperature 780 degrees Celsius.

(実施例3)
図9は実施例3の窒化物半導体レーザ40cの断面構造を示す模式図である。実施例3では、半導体層が成長するウェハの構造が、実施例1と異なる。実施例3はウェハの構造以外は実施例1と同じである。工程S101において、ストライプコアのないc面In0.20Ga0.80Nウェハ1を準備した。
(Example 3)
FIG. 9 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the nitride semiconductor laser 40c of the third embodiment. In the third embodiment, the structure of the wafer on which the semiconductor layer is grown is different from the first embodiment. The third embodiment is the same as the first embodiment except for the wafer structure. In step S101, a c-plane In 0.20 Ga 0.80 N wafer 1 without a stripe core was prepared.

(比較例1)
図10は比較例1の窒化物半導体レーザ40dの断面構造を示す模式図である。比較例1は、発光層7、光ガイド層5、及び光ガイド層9の構造において、実施例1と異なる。比較例1は、これらの層以外の構造は実施例1と同じである。比較例1の発光層7、光ガイド層5、及び光ガイド層9を以下のような構造とした。
光ガイド層5:アンドープIn0.05Ga0.95N、50nm、成長温度摂氏840度。
発光層7:障壁層33と井戸層35を交互に成長。
障壁層33:In0.05Ga0.95N、15nm、成長温度摂氏840度。
井戸層35:In0.23Ga0.77N、3nm、成長温度摂氏780度。
光ガイド層9:アンドープIn0.05Ga0.95N、50nm、成長温度摂氏840度。
(Comparative Example 1)
FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the nitride semiconductor laser 40d of Comparative Example 1. Comparative Example 1 is different from Example 1 in the structure of the light emitting layer 7, the light guide layer 5, and the light guide layer 9. The structure of Comparative Example 1 is the same as that of Example 1 except for these layers. The light emitting layer 7, the light guide layer 5, and the light guide layer 9 of Comparative Example 1 have the following structure.
Optical guide layer 5: undoped In 0.05 Ga 0.95 N, 50 nm, growth temperature 840 degrees Celsius.
Light emitting layer 7: Barrier layers 33 and well layers 35 are grown alternately.
Barrier layer 33: In 0.05 Ga 0.95 N, 15 nm, growth temperature 840 degrees centigrade.
Well layer 35: In 0.23 Ga 0.77 N, 3 nm, growth temperature 780 degrees Celsius.
Optical guide layer 9: undoped In 0.05 Ga 0.95 N, 50 nm, growth temperature 840 degrees Celsius.

上述のように製造した実施例1〜3、及び比較例1の窒化物半導体レーザ40a、40b、40c、及び40dについて、電流密度0.1kA/cmの条件で、LEDモードにおける発光スペクトルがピーク強度を有する波長λ、レーザ発振波長、及びレーザ発振閾値電流を測定した。すると、以下のような結果が得られた。
実施例1:波長λ=480nm、レーザ発振波長=470nm、レーザ発振閾値電流=500mA
実施例2:波長λ=480nm、レーザ発振波長=470nm、レーザ発振閾値電流=500mA
実施例3:波長λ=530nm、レーザ発振波長=520nm、レーザ発振閾値電流=1000mA
比較例1:波長λ=480nm、レーザ発振波長=442nm、レーザ発振閾値電流=300mA
For the nitride semiconductor lasers 40a, 40b, 40c, and 40d of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 manufactured as described above, the emission spectrum in the LED mode peaks under the condition of a current density of 0.1 kA / cm 2. The wavelength λ X having the intensity, the lasing wavelength, and the lasing threshold current were measured. Then, the following results were obtained.
Example 1: Wavelength λ X = 480 nm, laser oscillation wavelength = 470 nm, laser oscillation threshold current = 500 mA
Example 2: Wavelength λ X = 480 nm, laser oscillation wavelength = 470 nm, laser oscillation threshold current = 500 mA
Example 3: wavelength λ X = 530 nm, laser oscillation wavelength = 520 nm, laser oscillation threshold current = 1000 mA
Comparative Example 1: Wavelength λ X = 480 nm, laser oscillation wavelength = 442 nm, laser oscillation threshold current = 300 mA

これらの結果より、本発明の実施例においては、比較例と比較して、波長λとレーザ発振波長の値が近くなった。これにより、本発明の実施例に係る窒化物半導体レーザ40a、40b、40cにおいては、第1、第2、第3光吸収層31、5b、9bがLEDモードにおける短波長領域R(図4参照)の波長成分の光を吸収したので、長波長領域Rの波長成分の光によってレーザ発振が生じたと考えられる。そのため、本発明の実施例に係る窒化物半導体レーザ40a、40b、40cにおいては、バンドフィリングによる効果が低減されることがわかった。 From these results, in the example of the present invention, the values of the wavelength λ X and the laser oscillation wavelength are close compared to the comparative example. As a result, in the nitride semiconductor lasers 40a, 40b, and 40c according to the embodiments of the present invention, the first, second, and third light absorption layers 31, 5b, and 9b have the short wavelength region R L in the LED mode (FIG. 4). It is considered that the laser oscillation was caused by the light having the wavelength component in the long wavelength region RH . Therefore, it has been found that the effects of band filling are reduced in the nitride semiconductor lasers 40a, 40b, and 40c according to the examples of the present invention.

実施形態に係る窒化物半導体レーザの断面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the nitride semiconductor laser according to the embodiment. 実施形態に係る窒化物半導体レーザの発光層近傍の断面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-section of the light emitting layer vicinity of the nitride semiconductor laser which concerns on embodiment. 実施形態に係る窒化物半導体レーザの発光層近傍のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of the light emitting layer vicinity of the nitride semiconductor laser which concerns on embodiment. 窒化物半導体レーザのLEDモードにおける発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum in LED mode of a nitride semiconductor laser. 変形例に係る窒化物半導体レーザの発光層近傍のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of the light emitting layer vicinity of the nitride semiconductor laser which concerns on a modification. 実施例及び比較例に係る窒化物半導体レーザの製造方法の主要な工程を示すフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart which shows the main processes of the manufacturing method of the nitride semiconductor laser which concerns on an Example and a comparative example. 実施例に係る窒化物半導体レーザの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the nitride semiconductor laser which concerns on an Example. 実施例に係る窒化物半導体レーザの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the nitride semiconductor laser which concerns on an Example. 実施例に係る窒化物半導体レーザの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the nitride semiconductor laser which concerns on an Example. 比較例に係る窒化物半導体レーザの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the nitride semiconductor laser which concerns on a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

2・・・下部クラッド層(第1導電型窒化ガリウム系半導体層)、5・・・第1光ガイド層、7・・・発光層、9・・・第2光ガイド層、13・・・上部クラッド層(第1導電型窒化ガリウム系半導体層)、31・・・第1光吸収層、34、34a、34b・・・障壁層、35・・・井戸層、40・・・窒化物半導体レーザ。
2 ... lower cladding layer (first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer), 5 ... first light guide layer, 7 ... light emitting layer, 9 ... second light guide layer, 13 ... Upper cladding layer (first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer), 31... First light absorption layer, 34, 34a, 34b... Barrier layer, 35. laser.

Claims (21)

窒化物半導体レーザであって、
第1導電型窒化ガリウム系半導体層と、
第2導電型窒化ガリウム系半導体層と、
前記第1導電型窒化ガリウム系半導体層と前記第2導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた発光層と、
前記第1導電型窒化ガリウム系半導体層と前記発光層との間に設けられた第1光ガイド層と、
前記第2導電型窒化ガリウム系半導体層と前記発光層との間に設けられた第2光ガイド層と、
を備え、
前記発光層は、バンドギャップEを有する井戸層と、バンドギャップEを有する障壁層と、を含む量子井戸構造を有し、
前記発光層の前記井戸層はInGaNからなり、
前記第1光ガイド層、前記第2光ガイド層、及び前記障壁層の少なくともいずれかは、バンドギャップEを有する窒化ガリウム系半導体層からなる第1光吸収層を含み、
前記第1光吸収層の前記バンドギャップEは前記バンドギャップEよりも大きく、前記バンドギャップEは前記バンドギャップEよりも小さく、
前記バンドギャップEと前記バンドギャップEとの差は、0よりも大きく、0.3eVより小さく、
当該窒化物半導体レーザのレーザ発振波長は、460nm以上であることを特徴とする窒化物半導体レーザ。
A nitride semiconductor laser comprising:
A first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer;
A second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer;
A light emitting layer provided between the first conductive type gallium nitride based semiconductor layer and the second conductive type gallium nitride based semiconductor layer;
A first light guide layer provided between the first conductive type gallium nitride based semiconductor layer and the light emitting layer;
A second light guide layer provided between the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer and the light emitting layer;
With
The emission layer includes a well layer having a band gap E W, and a barrier layer having a band gap E B, a quantum well structure including,
The well layer of the light emitting layer is made of InGaN,
It said first optical guide layer, the second optical guide layer, and at least one of said barrier layer includes a first light-absorbing layer composed of a gallium nitride-based semiconductor layer having a band gap E Y,
The band gap E Y of the first light-absorbing layer is larger than the band gap E W, the band gap E Y is smaller than the band gap E B,
The difference between the band gap E Y and the band gap E W is greater than 0, rather smaller than 0.3eV,
The nitride semiconductor laser has a laser oscillation wavelength of 460 nm or more .
前記発光層は、エネルギーEに対応する波長で当該窒化物半導体レーザのLEDモードにおける発光スペクトルがピーク強度を有するように設けられており、
前記第1光吸収層の前記バンドギャップEは前記エネルギーEよりも大きく、
前記バンドギャップEと前記エネルギーEとの差は0よりも大きく、
前記差は0.09eVよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体レーザ。
The light emitting layer is an emission spectrum at a wavelength corresponding to the energy E X in the LED mode of the nitride semiconductor laser is provided so as to have a peak intensity,
The band gap E Y of the first light-absorbing layer is greater than the energy E X,
Wherein the difference between the band gap E Y and the energy E X greater than 0,
The nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the difference is smaller than 0.09 eV.
前記第1光ガイド層、及び前記第2光ガイド層のうち少なくともいずれかには、前記第1光吸収層が設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の窒化物半導体レーザ。   3. The nitride according to claim 1, wherein at least one of the first light guide layer and the second light guide layer is provided with the first light absorption layer. 4. Semiconductor laser. 前記第1光ガイド層は、前記第1光吸収層と、前記第1光吸収層と前記第1導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた第1InGaNガイド部とを含み、
前記第1InGaNガイド部のバンドギャップは、前記第1光吸収層の前記バンドギャップEより大きいことを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。
The first light guide layer includes the first light absorption layer, and a first InGaN guide portion provided between the first light absorption layer and the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer,
The band gap of the 1InGaN guide portion, a nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 3, wherein greater than the band gap E Y of the first light-absorbing layer.
前記第2光ガイド層は、前記第1光吸収層と、前記第1光吸収層と前記第2導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた第2InGaNガイド部とを含み、
前記第2InGaNガイド部のバンドギャップは、前記第1光吸収層の前記バンドギャップEより大きいことを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。
The second light guide layer includes the first light absorption layer, and a second InGaN guide portion provided between the first light absorption layer and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer,
The band gap of the 2InGaN guide portion, a nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 4, wherein greater than the band gap E Y of the first light-absorbing layer.
前記障壁層には、前記第1光吸収層が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。 Wherein the barrier layer, a nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 3, wherein the first light-absorbing layer is provided. 前記発光層は、別の井戸層を更に含み、
前記障壁層は、前記第1光吸収層と、第1及び第2InGaN障壁部とを含み、
前記第1InGaN障壁部は、前記第1光吸収層と前記井戸層との間に設けられており、
前記第2InGaN障壁部は、前記第1光吸収層と前記別の井戸層との間に設けられており、
前記第1及び第2InGaN障壁部のバンドギャップEは、前記第1光吸収層の前記バンドギャップEより大きいことを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。
The light emitting layer further includes another well layer,
The barrier layer includes the first light absorption layer, first and second InGaN barrier portions,
The first InGaN barrier portion is provided between the first light absorption layer and the well layer,
The second InGaN barrier portion is provided between the first light absorption layer and the another well layer,
The band gap E B of the first and second 2InGaN barrier portion, nitride according to any one of claims 1 to 3, wherein greater than the band gap E Y of the first light-absorbing layer Semiconductor laser.
前記第1光ガイド層は、第2光吸収層と、前記第2光吸収層と前記第1導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた第3InGaNガイド部とを含み、
前記第2光吸収層は、バンドギャップEY2を有する窒化ガリウム系半導体層からなり、
前記第2光吸収層の前記バンドギャップEY2は前記バンドギャップEよりも大きく、
前記第2光吸収層の前記バンドギャップEY2と前記バンドギャップEとの差は、0よりも大きく、0.3eVより小さく、
前記第3InGaNガイド部のバンドギャップは、前記第2光吸収層の前記バンドギャップEY2より大きいことを特徴とする請求項に記載の窒化物半導体レーザ。
The first light guide layer includes a second light absorption layer, and a third InGaN guide portion provided between the second light absorption layer and the first conductivity type gallium nitride semiconductor layer,
The second light absorption layer includes a gallium nitride based semiconductor layer having a band gap EY2 .
The band gap E Y2 of the second light absorbing layer is larger than the band gap E W,
The difference between the band gap E W and the band gap E Y2 of the second light absorbing layer is greater than 0, less than 0.3 eV,
The band gap of the 3InGaN guide portion, a nitride semiconductor laser according to claim 7, wherein greater than the band gap E Y2 of the second light-absorbing layer.
前記第2光ガイド層は、第3光吸収層と、前記第3光吸収層と前記第2導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた第4InGaNガイド部とを含み、
前記第3光吸収層は、バンドギャップEY3を有する窒化ガリウム系半導体層からなり、
前記第3光吸収層の前記バンドギャップEY3は前記バンドギャップEよりも大きく、
前記第3光吸収層の前記バンドギャップEY3と前記バンドギャップEとの差は、0よりも大きく、0.3eVより小さく、
前記第4InGaNガイド部のバンドギャップは、前記第3光吸収層の前記バンドギャップEY3より大きいことを特徴とする請求項又は請求項に記載の窒化物半導体レーザ。
The second light guide layer includes a third light absorption layer, and a fourth InGaN guide portion provided between the third light absorption layer and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer,
The third light absorption layer includes a gallium nitride based semiconductor layer having a band gap EY3 .
The band gap E Y3 of the third light-absorbing layer is larger than the band gap E W,
The difference between the band gap E Y3 and the band gap E W of the third light-absorbing layer is greater than 0, less than 0.3 eV,
The band gap of the 4InGaN guide portion, a nitride semiconductor laser according to claim 7 or claim 8, characterized in that greater than the band gap E Y3 of the third light-absorbing layer.
前記第1光吸収層はInGaNからなることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。 The nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 9 wherein the first light-absorbing layer is characterized by comprising InGaN. 前記第1光吸収層はInAlGaNからなることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。 The nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 9 , wherein the first light absorption layer is made of InAlGaN. 前記第1導電型窒化ガリウム系半導体層は、AlGaNからなり、前記第2導電型窒化ガリウム系半導体層は、AlGaNからなることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。 The first conductive type gallium nitride-based semiconductor layer is made of AlGaN, the second conductive type gallium nitride based semiconductor layer, nitride according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it consists of AlGaN Semiconductor laser. 前記第1光吸収層は、1×1018cm―3以上のn型又はp型のドーパントを含むことを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。 The first light-absorbing layer, a nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 12, characterized in that it comprises a 1 × 10 18 cm -3 or more n-type or p-type dopant . 窒化物半導体基板をさらに備え、
前記第1導電型窒化ガリウム系半導体層、前記第2導電型窒化ガリウム系半導体層、前記発光層、前記第1光ガイド層、及び前記第2光ガイド層は、前記窒化物半導体基板の主面上に設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。
A nitride semiconductor substrate;
The first conductive type gallium nitride based semiconductor layer, the second conductive type gallium nitride based semiconductor layer, the light emitting layer, the first light guide layer, and the second light guide layer are formed on a main surface of the nitride semiconductor substrate. the nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 13, characterized in that provided above.
前記窒化物半導体基板は、所定の貫通転位密度よりも小さい貫通転位密度を有する第1領域と、前記所定の貫通転位密度よりも大きい貫通転位密度を有する第2領域と、からなり、前記第1領域及び前記第2領域は、前記窒化物半導体基板の裏面から前記主面まで延びており、
前記第1導電型窒化ガリウム系半導体層、前記第2導電型窒化ガリウム系半導体層、前記発光層、前記第1光ガイド層、及び前記第2光ガイド層は、前記主面の前記第1領域上に設けられており、
前記第2領域は、前記第1領域に沿って延びており、
当該窒化物半導体レーザの共振器は、前記第2領域に沿って延びていることを特徴とする請求項14に記載の窒化物半導体レーザ。
The nitride semiconductor substrate includes a first region having a threading dislocation density smaller than a predetermined threading dislocation density, and a second region having a threading dislocation density larger than the predetermined threading dislocation density. The region and the second region extend from the back surface of the nitride semiconductor substrate to the main surface,
The first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer, the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer, the light emitting layer, the first light guide layer, and the second light guide layer are formed in the first region of the main surface. Provided on the
The second region extends along the first region;
15. The nitride semiconductor laser according to claim 14 , wherein the resonator of the nitride semiconductor laser extends along the second region.
前記共振器は、前記窒化物半導体基板の[10−10]方向に延びていることを特徴とする請求項15に記載の窒化物半導体レーザ。 16. The nitride semiconductor laser according to claim 15 , wherein the resonator extends in a [10-10] direction of the nitride semiconductor substrate. 前記所定の貫通転位密度は、1×10cm―2未満であることを特徴とする請求項15又は請求項16に記載の窒化物半導体レーザ。 The predetermined threading dislocation density, a nitride semiconductor laser according to claim 15 or claim 16, characterized in that less than 1 × 10 7 cm -2. 前記窒化物半導体基板はGaN基板であることを特徴とする請求項14〜請求項17のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。 The nitride semiconductor laser according to any one of claims 14 to 17 , wherein the nitride semiconductor substrate is a GaN substrate. 前記窒化物半導体基板はInGaN基板であることを特徴とする請求項14〜請求項17のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。 The nitride semiconductor laser according to any one of claims 14 to 17 , wherein the nitride semiconductor substrate is an InGaN substrate. 前記窒化物半導体基板の前記主面は、半極性を有することを特徴とする請求項14〜請求項19のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。 The nitride semiconductor laser according to any one of claims 14 to 19 , wherein the main surface of the nitride semiconductor substrate has a semipolar property. 前記窒化物半導体基板の前記主面は、無極性面であることを特徴とする請求項1514〜請求項19のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。 Said main surface of said nitride semiconductor substrate, nitride semiconductor laser according to any one of claims 15 14 to claim 19, characterized in that the non-polar surface.
JP2008125111A 2008-05-12 2008-05-12 Nitride semiconductor laser Expired - Fee Related JP5167940B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008125111A JP5167940B2 (en) 2008-05-12 2008-05-12 Nitride semiconductor laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008125111A JP5167940B2 (en) 2008-05-12 2008-05-12 Nitride semiconductor laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009277724A JP2009277724A (en) 2009-11-26
JP5167940B2 true JP5167940B2 (en) 2013-03-21

Family

ID=41442912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008125111A Expired - Fee Related JP5167940B2 (en) 2008-05-12 2008-05-12 Nitride semiconductor laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5167940B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5044692B2 (en) * 2009-08-17 2012-10-10 株式会社東芝 Nitride semiconductor light emitting device
JP4971508B1 (en) 2011-01-21 2012-07-11 住友電気工業株式会社 Group III nitride semiconductor laser device and method of manufacturing group III nitride semiconductor laser device
JP2012156518A (en) * 2012-03-08 2012-08-16 Sumitomo Electric Ind Ltd Group iii nitride semiconductor laser element and method of manufacturing group iii nitride semiconductor laser element
CN103594573B (en) * 2013-11-12 2016-05-04 西安神光皓瑞光电科技有限公司 A kind of multi-quantum pit structure of high brightness LED

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3623713B2 (en) * 2000-03-24 2005-02-23 日本電気株式会社 Nitride semiconductor light emitting device
JP2007042837A (en) * 2005-08-03 2007-02-15 Nec Electronics Corp Non-embedding ridge semiconductor laser
JP2007080896A (en) * 2005-09-12 2007-03-29 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor element
JP2008109066A (en) * 2006-09-29 2008-05-08 Rohm Co Ltd Light emitting element

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009277724A (en) 2009-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Masui et al. 365 nm ultraviolet laser diodes composed of quaternary AlInGaN alloy
Nakamura et al. Blue InGaN-based laser diodes with an emission wavelength of 450 nm
US6764870B2 (en) Method for manufacturing a gallium nitride type semiconductor laser device
KR101854419B1 (en) Semi-polar III-nitride optoelectronic devices on m-plane substrates with miscuts less than +/- 15 degrees in the c-direction
US7949026B2 (en) Group III nitride semiconductor laser
EP2323180A1 (en) Nitride semiconductor optical device, epitaxial wafer for nitride semiconductor optical device, and method for manufacturing semiconductor light-emitting device
JP2003289176A (en) Semiconductor light emitting element and its manufacturing method
JP2005101542A (en) Semiconductor light-emitting element and method of manufacturing the same
US20120076165A1 (en) Asymmetrically cladded laser diode
US20050230695A1 (en) Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing the same
JP2007235107A (en) Semiconductor light-emitting device
JP2011187580A (en) Self-oscillation type semiconductor laser element and driving method of the same
JP5167940B2 (en) Nitride semiconductor laser
JP2011018784A (en) Semiconductor laser element, driving method thereof, and semiconductor laser device
JP2008172188A (en) Multi-wavelength quantum dot laser device
US8526477B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4449296B2 (en) GaN-based semiconductor light emitting device
JP5332955B2 (en) Group III nitride semiconductor laser
JP5229128B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2003298192A (en) Nitride based semiconductor laser element
JP2006324690A (en) Semiconductor laser, semiconductor light emitting element, and its manufacturing method
US20190067912A1 (en) Semiconductor laser diode with low threshold current
US11509117B2 (en) Light emitting element
JP2556270B2 (en) Strained quantum well semiconductor laser
JP2006140387A (en) Nitride semiconductor laser and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120207

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120406

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121127

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121210

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees