JP6973077B2 - 窒化物面発光レーザ - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(基板側の誘電体多層膜の断面が矩形状である半導体レーザ)
1−1.全体構成
1−2.製造方法
1−3.作用・効果
2.第2の実施の形態(基板側の誘電体多層膜の断面が順テーパ形状を有する半導体レーザ)
2−1.要部構成
2−2.作用・効果
図1は、本技術の第1の実施の形態に係る窒化物面発光レーザ(半導体レーザ1)の断面構成の一例を表したものである。半導体レーザ1は、基板11と、基板11の面S1に接する複数の誘電体多層膜41とを有する。複数の誘電体多層膜41は間隔をあけて基板11上に設けられている。半導体レーザ1は、さらに、半導体層20、絶縁膜24、透明電極32、第2電極33および第2DBR層42がこの順に積層された構成を有する。複数の誘電体多層膜41のうち、第2DBR層42と対向する誘電体多層膜41を第1DBR層41Aとすると、一組の第1DBR層41Aおよび第2DBR層42が、共振器として機能する。半導体層20は、第1半導体層21、活性層22、第2半導体層23が基板11側からこの順に積層され積層された構成を有する。各誘電体多層膜41は、第1半導体層21によって埋め込まれており、第1DBR層41Aと、第1DBR層41Aと隣り合う誘電体多層膜41との間には、溝状の開口部41Hが形成されている。第1DBR層41Aの上面の端縁と、電流注入領域Rの端縁とを最短距離で結ぶ線分と、第1DBR層41Aの上面とのなす角が、所定の範囲内となっている。半導体レーザ1は、基板11の面S2(面S1と対向する面)に接する第1電極31を有する。なお、図1の半導体レーザ1は模式的に表したものであり、実際の寸法とは異なっている。
基板11は、半導体層20の製造に用いられた素子形成基板である。基板11は、半導体層20(第1半導体層21)に接して設けられている。基板11は、例えば、GaN基板、サファイア基板、GaAs基板、SiC基板、アルミナ基板、ZnS基板、ZnO基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、InP基板といった各種の基板を用いることができる。この他、AlN等からなる絶縁性基板、Si、SiC、Ge等からなる半導体基板、金属製基板や合金製基板を用いてもよい。基板11の積層方向の厚み(以下、単に厚みという)、例えば、0.05mm〜0.5mmであることが好ましい。
挙げられる。
本実施の形態の半導体レーザ1は、例えば、次のようにして製造することができる。
前述したように、活性層を含む半導体層の上下にDBR層を有する面発光レーザでは、DBR層の間で光を共振させてレーザ発振を生じさせるために、共振器長の制御およびDBR層の表面をサブ・ナノメートルオーダーで平滑にする必要がある。このため、DBR層を選択成長用マスクとして用いて半導体層を成長させ、このDBR層が半導体層に埋め込まれた面発光レーザが開発されているが、DBR層上に光取り出し部を形成する際のアライメントのばらつきを考慮してDBR層は光取り出し部よりも大きく設計されていた。
図7は、本技術の第2の実施の形態に係る窒化物面発光レーザ(半導体レーザ2)の断面構成の一例を表したものである。半導体レーザ2は、第1の実施の形態の半導体レーザ1において、誘電体多層膜41の代わりに、誘電体多層膜51を備えている点で、上記第1の実施の形態と相違する。誘電体多層膜51は、誘電体多層膜41と同様の積層構造となっており、誘電体多層膜51の側面が順テーパ状に傾斜されている点で、誘電体多層膜41の断面構成と相違している。複数の誘電体多層膜51のうち、第2DBR層42と対向する誘電体多層膜51を第1DBR層51Aとすると、一組の第1DBR層51Aおよび第2DBR層42が、共振器として機能する。半導体層20は、第1半導体層21、活性層22、第2半導体層23が基板11側からこの順に積層され積層された構成を有する。各誘電体多層膜51は、第1半導体層21によって埋め込まれており、第1DBR層51Aと、第1DBR層51Aと隣り合う誘電体多層膜51との間には、溝状の開口部51Hが形成されている。第1DBR層51Aの上面の端縁と、電流注入領域Rの端縁とを最短距離で結ぶ線分と、第1DBR層51Aの上面とのなす角が、所定の範囲内となっている。半導体レーザ2は、基板11の面S2(面S1と対向する面)に接する第1電極31を有する。なお、図7の半導体レーザ1は模式的に表したものであり、実際の寸法とは異なっている。
誘電体多層膜51は、基板11の面内に複数設けられており、第1半導体層21によって埋め込まれている。隣り合う誘電体多層膜51の間には溝状の開口部51Hが設けられており、開口部51Hには、第1半導体層21が埋設されている。誘電体多層膜51は、例えば、Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Ti等の酸化物、窒化物(例えば、SiNx、AlNx、AlGaN、GaNx、BNx等)あるいはフッ化物等によって形成されている。具体的には、SiOx、TiOx、NbOx、ZrOx、TaOx、ZnOx、AlOx、HfOx、SiNx、AlNx等が挙げられる。第1DBR層51Aは、上記誘電体材料のうち、屈折率が異なる誘電体材料から成る2種類以上の誘電体膜(例えば、高い屈折率を有するTaOxと、低い屈折率を有するSiOxと)が交互に積層された構成となっていることが好ましい。これにより、光反射効果が得られる。2種類の誘電体膜の組み合わせとしては、例えば、SiOx/TaOxのほか、SiOx/SiNx、SiOx/NbOx、SiOx/ZrOx、SiOx/AlNx等が挙げられる。所望の光反射率を得るために、各誘電体膜を構成する材料、膜厚および積層数等を、適宜選択すればよい。誘電体多層膜51は、例えば、[1120]方向に横方向成長するように配置または配列させることが好ましい。
本実施の形態では、第1DBR層51Aの上面の端縁と、電流注入領域Rの端縁とを最短距離で結ぶ線分LNと、第1DBR層51Aの上面とのなす角θが、arctan(H/(W+W'))以上90°以下となっている。
(1)
基板と、
前記基板の上に設けられた第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第2半導体層と、
前記基板の上において前記第1半導体層に埋め込み形成されると共に、前記射出窓と対向する位置に設けられた第1誘電体多層膜と、
前記基板の上において前記第1半導体層に埋め込み形成され、前記第1誘電体多層膜と隣り合い、且つ、前記射出窓とは対向しない位置に設けられた第2誘電体多層膜と、
前記第1半導体層、前記活性層および前記第2半導体層を間にして、1つの前記第1誘電体多層膜と対向し、且つ、前記第2誘電体多層膜とは対向しない位置に設けられた第3誘電体多層膜と、
前記第1誘電体多層膜と対向する位置に設けられた電流注入領域と、
前記第1誘電体多層膜と前記第2誘電体多層膜との間に設けられた開口部とを備え、
前記第1誘電体多層膜と前記第2誘電体多層膜との間の距離をW、前記第1誘電体多層膜の前記基板に対する法線方向の厚みをHとするとき、
前記第1誘電体多層膜、前記開口部および前記電流注入領域は、前記第1誘電体多層膜の上面の端縁と、前記電流注入領域の端縁とを最短距離で結ぶ線分と、前記第1誘電体多層膜の上面とのなす角θが、arctan(H/W)以上90°以下となるように形成されている
窒化物面発光レーザ。
(2)
前記第1誘電体多層膜の側面は、前記基板に対して垂直である、前記(1)に記載の窒化物面発光レーザ。
(3)
前記電流注入領域の面積は、前記第1誘電体多層膜の面積の半分以下である、前記(1)または(2)に記載の窒化物面発光レーザ。
(4)
前記第1半導体層、前記活性層および前記第2半導体層は、GaN系化合物半導体によって構成されている、前記(1)乃至(3)のうちのいずれか1つに記載の窒化物面発光レーザ。
(5)
基板と、
前記基板の上に設けられた第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第2半導体層と、
前記基板の上において前記第1半導体層に埋め込み形成されると共に、前記射出窓と対向する位置に設けられた第1誘電体多層膜と、
前記基板の上において前記第1半導体層に埋め込み形成され、前記第1誘電体多層膜と隣り合い、且つ、前記射出窓とは対向しない位置に設けられた第2誘電体多層膜と、
前記第1半導体層、前記活性層および前記第2半導体層を間にして、1つの前記第1誘電体多層膜と対向し、且つ、前記第2誘電体多層膜とは対向しない位置に設けられた第3誘電体多層膜と、
前記第1誘電体多層膜と対向する位置に設けられた電流注入領域と、
前記第1誘電体多層膜と前記第2誘電体多層膜との間に設けられた開口部とを備え、
前記第1誘電体多層膜と前記第2誘電体多層膜との間の距離をW、前記第1誘電体多層膜の上面の外縁から引いた垂線と前記第1誘電体多層膜の底辺との交点から前記開口部までの距離をW’、前記第1誘電体多層膜の前記基板に対する法線方向の厚みをHとするとき、
前記第1誘電体多層膜、前記開口部および前記電流注入領域は、前記第1誘電体多層膜の上面の端縁と、前記電流注入領域の端縁とを最短距離で結ぶ線分と、第1誘電体多層膜の上面とのなす角θが、arctan(H/(W+W’))以上90°以下となるように形成されている
窒化物面発光レーザ。
(6)
前記第1誘電体多層膜の側面の少なくとも一部は、順テーパ形状を有している、前記(6)に記載の窒化物面発光レーザ。
(7)
前記電流注入領域の面積は、前記第1誘電体多層膜の面積の半分以下である、前記(6)または(7)に記載の窒化物面発光レーザ。
(8)
前記第1半導体層、前記活性層および前記第2半導体層は、GaN系化合物半導体によって構成されている、前記(5)乃至(7)のうちのいずれか1つに記載の窒化物面発光レーザ。
Claims (8)
- 基板と、
前記基板の上に設けられた第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第2半導体層と、
前記基板の上において前記第1半導体層に埋め込み形成されると共に、前記射出窓と対向する位置に設けられた第1誘電体多層膜と、
前記基板の上において前記第1半導体層に埋め込み形成され、前記第1誘電体多層膜と隣り合い、且つ、前記射出窓とは対向しない位置に設けられた第2誘電体多層膜と、
前記第1半導体層、前記活性層および前記第2半導体層を間にして、1つの前記第1誘電体多層膜と対向し、且つ、前記第2誘電体多層膜とは対向しない位置に設けられた第3誘電体多層膜と、
前記第1誘電体多層膜と対向する位置に設けられた電流注入領域と、
前記第1誘電体多層膜と前記第2誘電体多層膜との間に設けられた開口部とを備え、
前記第1誘電体多層膜と前記第2誘電体多層膜との間の距離をW、前記第1誘電体多層膜の前記基板に対する法線方向の厚みをHとするとき、
前記第1誘電体多層膜、前記開口部および前記電流注入領域は、前記第1誘電体多層膜の上面の端縁と、前記電流注入領域の端縁とを最短距離で結ぶ線分と、前記第1誘電体多層膜の上面とのなす角θが、arctan(H/W)以上90°以下となるように形成されている
窒化物面発光レーザ。 - 前記第1誘電体多層膜の側面は、前記基板に対して垂直である、請求項1に記載の窒化物面発光レーザ。
- 前記電流注入領域の面積は、前記第1誘電体多層膜の面積の半分以下である、請求項1に記載の窒化物面発光レーザ。
- 前記第1半導体層、前記活性層および前記第2半導体層は、GaN系化合物半導体によって構成されている、請求項1に記載の窒化物面発光レーザ。
- 基板と、
前記基板の上に設けられた第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第2半導体層と、
前記基板の上において前記第1半導体層に埋め込み形成されると共に、前記射出窓と対向する位置に設けられた第1誘電体多層膜と、
前記基板の上において前記第1半導体層に埋め込み形成され、前記第1誘電体多層膜と隣り合い、且つ、前記射出窓とは対向しない位置に設けられた第2誘電体多層膜と、
前記第1半導体層、前記活性層および前記第2半導体層を間にして、1つの前記第1誘電体多層膜と対向し、且つ、前記第2誘電体多層膜とは対向しない位置に設けられた第3誘電体多層膜と、
前記第1誘電体多層膜と対向する位置に設けられた電流注入領域と、
前記第1誘電体多層膜と前記第2誘電体多層膜との間に設けられた開口部とを備え、
前記第1誘電体多層膜と前記第2誘電体多層膜との間の距離をW、前記第1誘電体多層膜の上面の外縁から引いた垂線と前記第1誘電体多層膜の底辺との交点から前記開口部までの距離をW’、前記第1誘電体多層膜の前記基板に対する法線方向の厚みをHとするとき、
前記第1誘電体多層膜、前記開口部および前記電流注入領域は、前記第1誘電体多層膜の上面の端縁と、前記電流注入領域の端縁とを最短距離で結ぶ線分と、第1誘電体多層膜の上面とのなす角θが、arctan(H/(W+W’))以上90°以下となるように形成されている
窒化物面発光レーザ。 - 前記第1誘電体多層膜の側面の少なくとも一部は、順テーパ形状を有している、請求項5に記載の窒化物面発光レーザ。
- 前記電流注入領域の面積は、前記第1誘電体多層膜の面積の半分以下である、請求項5に記載の窒化物面発光レーザ。
- 前記第1半導体層、前記活性層および前記第2半導体層は、GaN系化合物半導体によって構成されている、請求項5に記載の窒化物面発光レーザ。
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