JPH1027939A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子Info
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- JPH1027939A JPH1027939A JP18179196A JP18179196A JPH1027939A JP H1027939 A JPH1027939 A JP H1027939A JP 18179196 A JP18179196 A JP 18179196A JP 18179196 A JP18179196 A JP 18179196A JP H1027939 A JPH1027939 A JP H1027939A
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- Japan
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- layer
- nitride semiconductor
- type
- positive electrode
- cleavage
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 劈開により窒化物半導体層の共振面を形成し
て、電極の剥がれのない信頼性の高いレーザ素子を提供
する。 【構成】 ストライプ状の正電極と、その正電極の位置
に対応した窒化物半導体層に、ストライプ状の導波路を
有する窒化物半導体レーザ素子において、前記導波路の
共振面は基板の劈開により形成されており、劈開面側の
正電極端面が、劈開面よりも内側にあることにより、劈
開時のブレークによる衝撃が電極端面に伝わらないため
電極の剥がれがなくなる。
て、電極の剥がれのない信頼性の高いレーザ素子を提供
する。 【構成】 ストライプ状の正電極と、その正電極の位置
に対応した窒化物半導体層に、ストライプ状の導波路を
有する窒化物半導体レーザ素子において、前記導波路の
共振面は基板の劈開により形成されており、劈開面側の
正電極端面が、劈開面よりも内側にあることにより、劈
開時のブレークによる衝撃が電極端面に伝わらないため
電極の剥がれがなくなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎ
XＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりな
るレーザ素子に関する。
XＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりな
るレーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外〜青色の領域に発光するレーザ素子
の材料として窒化物半導体が知られており、本出願人
は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温で
の４１０ｎｍのレーザ発振を発表した（例えば、Jpn.J.
Appl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76）。発表したレー
ザはいわゆる電極ストライプ型であり、活性層を含む窒
化物半導体層のストライプ幅を数十μｍにして、レーザ
発振させたものである。図４にそのレーザ素子の形状を
示す斜視図を示す。このレーザ素子は、基板１１の上
に、活性層がｎ層と、ｐ層とで挟まれたダブルへテロ構
造の窒化物半導体層１２を有しており、ｐ層と活性層を
含む窒化物半導体層が数十μｍ幅のストライプ状にエッ
チングされ、最上層のｐ層にストライプ状の正電極１３
が形成され、エッチングにより露出されたｎ層には同じ
くストライプ状の負電極１４が形成されている。活性層
の導波路は正電極１３の下にある活性層に形成される。
の材料として窒化物半導体が知られており、本出願人
は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温で
の４１０ｎｍのレーザ発振を発表した（例えば、Jpn.J.
Appl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76）。発表したレー
ザはいわゆる電極ストライプ型であり、活性層を含む窒
化物半導体層のストライプ幅を数十μｍにして、レーザ
発振させたものである。図４にそのレーザ素子の形状を
示す斜視図を示す。このレーザ素子は、基板１１の上
に、活性層がｎ層と、ｐ層とで挟まれたダブルへテロ構
造の窒化物半導体層１２を有しており、ｐ層と活性層を
含む窒化物半導体層が数十μｍ幅のストライプ状にエッ
チングされ、最上層のｐ層にストライプ状の正電極１３
が形成され、エッチングにより露出されたｎ層には同じ
くストライプ状の負電極１４が形成されている。活性層
の導波路は正電極１３の下にある活性層に形成される。
【０００３】導波路となる活性層を形成するには、窒化
物半導体層の端面に共振面が必要である。一般に、窒化
物半導体は、例えばサファイアのように、劈開するのが
困難な基板の上に成長されることが多い。従って、共振
面はエッチングで形成されている。図４に示すレーザ素
子の共振面はエッチングで形成されている。この図に示
すように、エッチングで共振面を形成すると、共振面の
外側に窒化物半導体層のエッチング水平面が露出する。
このエッチング水平面は共振面から出るレーザ光を表面
で反射させ、レーザ光のスポット形状を変えてしまうと
いう欠点がある。
物半導体層の端面に共振面が必要である。一般に、窒化
物半導体は、例えばサファイアのように、劈開するのが
困難な基板の上に成長されることが多い。従って、共振
面はエッチングで形成されている。図４に示すレーザ素
子の共振面はエッチングで形成されている。この図に示
すように、エッチングで共振面を形成すると、共振面の
外側に窒化物半導体層のエッチング水平面が露出する。
このエッチング水平面は共振面から出るレーザ光を表面
で反射させ、レーザ光のスポット形状を変えてしまうと
いう欠点がある。
【０００４】窒化物半導体は、他の発光素子に用いられ
る半導体材料、例えばＧａＡｓ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＡ
ｌＧａＰ等に比べて、その結晶の硬度が大きいため、エ
ッチングしにくいという性質がある。そのためエッチン
グで形成した共振面よりも、劈開で形成した共振面の方
が平滑な面が得られやすい。そこで、サファイア基板の
成長面を変えることによって、サファイアを劈開して共
振面を作成しようとする試みが、例えば特開平８−１５
３９３１号公報に示されている。
る半導体材料、例えばＧａＡｓ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＡ
ｌＧａＰ等に比べて、その結晶の硬度が大きいため、エ
ッチングしにくいという性質がある。そのためエッチン
グで形成した共振面よりも、劈開で形成した共振面の方
が平滑な面が得られやすい。そこで、サファイア基板の
成長面を変えることによって、サファイアを劈開して共
振面を作成しようとする試みが、例えば特開平８−１５
３９３１号公報に示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ストライプ導波路型の
半導体レーザを作製する場合、導波路領域に当たるスト
ライプ幅は前記のように数十μｍ以下に調整される。つ
まり最上層の電極のストライプ幅を数十μｍに設定する
ことにより、活性層の導波路領域が作製される。そこ
で、最上層にストライプ状の電極が形成した窒化物半導
体ウェーハを劈開することにより劈開面に共振面が作製
される。しかし、窒化物半導体は、窒化物半導体と異な
る材料よりなる基板の上に成長されるヘテロエピタキシ
ャル成長であり、しかも前記のように非常に硬い材料で
もあるため、基板を劈開して窒化物半導体層端面に共振
面を作製すると、劈開時の衝撃により、劈開面端面の上
に形成されている電極が浮いたり、剥がれやすくなる傾
向にある。特に正電極のストライプ幅は非常に狭いた
め、その傾向が強い。このような状態になると、劈開面
端面へのミラーを形成する際の障害になり、さらに電極
間ショートの原因にもなりうる。
半導体レーザを作製する場合、導波路領域に当たるスト
ライプ幅は前記のように数十μｍ以下に調整される。つ
まり最上層の電極のストライプ幅を数十μｍに設定する
ことにより、活性層の導波路領域が作製される。そこ
で、最上層にストライプ状の電極が形成した窒化物半導
体ウェーハを劈開することにより劈開面に共振面が作製
される。しかし、窒化物半導体は、窒化物半導体と異な
る材料よりなる基板の上に成長されるヘテロエピタキシ
ャル成長であり、しかも前記のように非常に硬い材料で
もあるため、基板を劈開して窒化物半導体層端面に共振
面を作製すると、劈開時の衝撃により、劈開面端面の上
に形成されている電極が浮いたり、剥がれやすくなる傾
向にある。特に正電極のストライプ幅は非常に狭いた
め、その傾向が強い。このような状態になると、劈開面
端面へのミラーを形成する際の障害になり、さらに電極
間ショートの原因にもなりうる。
【０００６】従って、本発明はこのような事情を鑑みて
成されたものであって、その目的とするところは、劈開
により窒化物半導体層の共振面を形成して、電極の剥が
れのない信頼性の高いレーザ素子を提供することにあ
る。
成されたものであって、その目的とするところは、劈開
により窒化物半導体層の共振面を形成して、電極の剥が
れのない信頼性の高いレーザ素子を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子は、ストライプ状の正電極と、その正電極の位
置に対応した窒化物半導体層に、ストライプ状の導波路
を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記導波路
の共振面は基板の劈開により形成されており、劈開面側
の正電極端面が、劈開面よりも内側にあることを特徴と
する。
ーザ素子は、ストライプ状の正電極と、その正電極の位
置に対応した窒化物半導体層に、ストライプ状の導波路
を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記導波路
の共振面は基板の劈開により形成されており、劈開面側
の正電極端面が、劈開面よりも内側にあることを特徴と
する。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明のレーザ素子において、基
板にはサファイア（Ａｌ2Ｏ3）、ＳｉＣ、スピネル（Ｍ
ｇＡｌ2Ｏ4）、ＺｎＯ、Ｓｉ等の従来知られている基板
を使用することができる。本発明のレーザ素子は、サフ
ァイアのような劈開性がほとんどない基板はもちろん、
スピネル、Ｓｉ、ＳｉＣ等の劈開性を有する基板の上に
窒化物半導体が積層されてなるレーザ素子にも適用可能
である。
板にはサファイア（Ａｌ2Ｏ3）、ＳｉＣ、スピネル（Ｍ
ｇＡｌ2Ｏ4）、ＺｎＯ、Ｓｉ等の従来知られている基板
を使用することができる。本発明のレーザ素子は、サフ
ァイアのような劈開性がほとんどない基板はもちろん、
スピネル、Ｓｉ、ＳｉＣ等の劈開性を有する基板の上に
窒化物半導体が積層されてなるレーザ素子にも適用可能
である。
【０００９】例えば窒化物半導体が積層されたウェーハ
を劈開して、窒化物半導体の共振面を形成するには次に
挙げる方法が好ましい。それは窒化物半導体の
を劈開して、窒化物半導体の共振面を形成するには次に
挙げる方法が好ましい。それは窒化物半導体の
【外１】 面を（以下、Ｍ面という。）を劈開面とする方法であ
る。窒化物半導体は正確には菱面体構造であるが、図１
に示すように六方晶系で近似できる。窒化物半導体はＭ
面の面方位に劈開性を有しており、Ｃ軸配向した窒化物
半導体を基板の上に成長させ、窒化物半導体のＭ面が露
出するように基板を劈開することにより、Ｍ面を共振面
としたレーザ素子が作製できる。なお、Ｍ面には図に示
す六角柱の各側面に沿って６種類の面方位で示すことが
できるが、全て同一面を示しているので、前記（外１）
面で全ての面方位を代表しているものとする。
る。窒化物半導体は正確には菱面体構造であるが、図１
に示すように六方晶系で近似できる。窒化物半導体はＭ
面の面方位に劈開性を有しており、Ｃ軸配向した窒化物
半導体を基板の上に成長させ、窒化物半導体のＭ面が露
出するように基板を劈開することにより、Ｍ面を共振面
としたレーザ素子が作製できる。なお、Ｍ面には図に示
す六角柱の各側面に沿って６種類の面方位で示すことが
できるが、全て同一面を示しているので、前記（外１）
面で全ての面方位を代表しているものとする。
【００１０】具体的に劈開により共振面を作製する手段
として、例えばサファイア基板を用いる方法を図２で分
かりやすく示すと、窒化物半導体のＭ面がサファイア基
板の（０００１）面＝（Ｃ面）と平行になるように、窒
化物半導体をサファイア基板の
として、例えばサファイア基板を用いる方法を図２で分
かりやすく示すと、窒化物半導体のＭ面がサファイア基
板の（０００１）面＝（Ｃ面）と平行になるように、窒
化物半導体をサファイア基板の
【外２】 面（以下、Ａ面という。）上に成長させ、サファイア基
板を
板を
【外３】 面（以下、Ｒ面という。）で劈開すると、サファイア基
板のＲ面の面方位と近似した位置にある窒化物半導体の
他のＭ面が劈開されることにより、窒化物半導体のＭ面
を共振面としたレーザ素子を作製することができる。
板のＲ面の面方位と近似した位置にある窒化物半導体の
他のＭ面が劈開されることにより、窒化物半導体のＭ面
を共振面としたレーザ素子を作製することができる。
【００１１】この方法はサファイア基板について説明し
たものであるが、他の基板についても同様に、窒化物半
導体のＭ面が共振面側に露出するように、基板を劈開す
ることにより、窒化物半導体の共振面を作製することが
できる。
たものであるが、他の基板についても同様に、窒化物半
導体のＭ面が共振面側に露出するように、基板を劈開す
ることにより、窒化物半導体の共振面を作製することが
できる。
【００１２】図３は本発明のレーザ素子の構造を示す斜
視図であり、１は基板、２は活性層をｎ型層とｐ型層と
で挟んだダブルへテロ構造を有する窒化物半導体層であ
り、３は窒化物半導体層の最上層であるｐ型層に設けら
れたストライプ状の正電極、４はエッチングにより露出
されたｎ型層に設けられた負電極である。導波路は正電
極３の位置に対応した活性層に設けられている。
視図であり、１は基板、２は活性層をｎ型層とｐ型層と
で挟んだダブルへテロ構造を有する窒化物半導体層であ
り、３は窒化物半導体層の最上層であるｐ型層に設けら
れたストライプ状の正電極、４はエッチングにより露出
されたｎ型層に設けられた負電極である。導波路は正電
極３の位置に対応した活性層に設けられている。
【００１３】図３に示すように、本発明のレーザ素子で
は、共振面側にある正電極３のストライプ端面が、劈開
面よりも内側になるように、正電極が形成されている。
このように、正電極端面が劈開面よりも内側となるよう
に形成されていることにより、劈開時の衝撃による正電
極の剥がれをなくすることができる。また、劈開時にｐ
型層の隅部に欠け、割れ等が発生しても、電極がその部
分に形成されていないため、電流注入により、素子がシ
ョートする心配がないので信頼性に優れたレーザ素子を
提供できる。好ましい正電極３端面と、劈開面との距離
は１０μｍ以下に調整する。１０μｍよりも離れると閾
値が上昇する傾向にある。なお、負電極４は、ｎ型層の
端面とほぼ一致する位置まで形成しても、特に何の支障
もない。
は、共振面側にある正電極３のストライプ端面が、劈開
面よりも内側になるように、正電極が形成されている。
このように、正電極端面が劈開面よりも内側となるよう
に形成されていることにより、劈開時の衝撃による正電
極の剥がれをなくすることができる。また、劈開時にｐ
型層の隅部に欠け、割れ等が発生しても、電極がその部
分に形成されていないため、電流注入により、素子がシ
ョートする心配がないので信頼性に優れたレーザ素子を
提供できる。好ましい正電極３端面と、劈開面との距離
は１０μｍ以下に調整する。１０μｍよりも離れると閾
値が上昇する傾向にある。なお、負電極４は、ｎ型層の
端面とほぼ一致する位置まで形成しても、特に何の支障
もない。
【００１４】
［実施例１］図５は本発明の一実施例に係るレーザ素子
の構造を示す模式的な断面図であり、ストライプ状の電
極に垂直な方向で素子を切断した際の図を示している。
以下、本発明の具体例をこの図を元に説明する。また実
施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）によりレーザ
素子を作製しているが、ＭＯＶＰＥ法だけではなく、例
えばＭＢＥ（分子線気相成長法）、ＨＤＶＰＥ（ハライ
ド気相成長法）等の他の知られている窒化物半導体の気
相成長法を用いて成長させることもできる。
の構造を示す模式的な断面図であり、ストライプ状の電
極に垂直な方向で素子を切断した際の図を示している。
以下、本発明の具体例をこの図を元に説明する。また実
施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）によりレーザ
素子を作製しているが、ＭＯＶＰＥ法だけではなく、例
えばＭＢＥ（分子線気相成長法）、ＨＤＶＰＥ（ハライ
ド気相成長法）等の他の知られている窒化物半導体の気
相成長法を用いて成長させることもできる。
【００１５】Ａ面を主面とし、オリエンテーションフラ
ット（オリフラ）面をＣ面とするサファイア基板３１
を、ＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置した後、原料ガ
スにＴＭＧ（トリメチルガリウム）と、アンモニアを用
い、温度５００℃でサファイア基板１の表面にＧａＮよ
りなるバッファ層３２を２００オングストロームの膜厚
で成長させる。このバッファ層３２は基板と窒化物半導
体との格子不整合を緩和する作用があり、他にＡｌＮ、
ＡｌＧａＮ等を成長させることも可能である。このバッ
ファ層を成長させることにより、基板の上に成長させる
ｎ型窒化物半導体の結晶性が良くなることが知られてお
り、特にＧａＮ、ＡｌＧａＮとすると窒化物半導体の結
晶性がよくなり、また成長させる窒化物半導体のＭ面が
サファイアのＣ面と平行になりやすい傾向にある。
ット（オリフラ）面をＣ面とするサファイア基板３１
を、ＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置した後、原料ガ
スにＴＭＧ（トリメチルガリウム）と、アンモニアを用
い、温度５００℃でサファイア基板１の表面にＧａＮよ
りなるバッファ層３２を２００オングストロームの膜厚
で成長させる。このバッファ層３２は基板と窒化物半導
体との格子不整合を緩和する作用があり、他にＡｌＮ、
ＡｌＧａＮ等を成長させることも可能である。このバッ
ファ層を成長させることにより、基板の上に成長させる
ｎ型窒化物半導体の結晶性が良くなることが知られてお
り、特にＧａＮ、ＡｌＧａＮとすると窒化物半導体の結
晶性がよくなり、また成長させる窒化物半導体のＭ面が
サファイアのＣ面と平行になりやすい傾向にある。
【００１６】続いて温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
4（シラン）ガスを用いて、Ｓｉドープｎ型ＧａＮより
なるｎ型コンタクト層３３を４μｍの膜厚で成長させ
る。ｎ型コンタクト層はＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦
X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、特にＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉをドープしたＧａＮで
構成することにより、キャリア濃度の高いｎ型層が得ら
れ、また負電極と好ましいオーミック接触が得られるの
で、レーザ素子のしきい値電流を低下させることができ
る。負電極の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金が好ましいオーミ
ックが得られる。
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
4（シラン）ガスを用いて、Ｓｉドープｎ型ＧａＮより
なるｎ型コンタクト層３３を４μｍの膜厚で成長させ
る。ｎ型コンタクト層はＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦
X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、特にＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉをドープしたＧａＮで
構成することにより、キャリア濃度の高いｎ型層が得ら
れ、また負電極と好ましいオーミック接触が得られるの
で、レーザ素子のしきい値電流を低下させることができ
る。負電極の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金が好ましいオーミ
ックが得られる。
【００１７】次に温度を７５０℃まで下げ、原料ガスに
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層３４を５００オング
ストロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層３
４はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧ
ａＮで成長させることにより、次に成長させるＡｌを含
む窒化物半導体よりなるｎ型光閉じこめ層３５を厚膜で
成長させることが可能となる。ＬＤの場合は、光閉じ込
め層、光ガイド層となる層を、例えば０．１μｍ以上の
膜厚で成長させる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧ
ａＮ層の上に直接厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後
から成長させたＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作
製が困難であったが、このクラック防止層が次に成長さ
せる光閉じこめ層にクラックが入るのを防止することが
できる。しかも、次に成長させる光閉じこめ層を厚膜で
成長させても膜質良く成長できる。なおこのクラック防
止層３４は１００オングストローム以上、０．５μｍ以
下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オングス
トロームよりも薄いと前記のようにクラック防止層とし
て作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が
黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層３４は
成長方法、成長装置によっては省略することもできる
が、レーザ素子を作製する上では成長させる方が望まし
い。
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層３４を５００オング
ストロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層３
４はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧ
ａＮで成長させることにより、次に成長させるＡｌを含
む窒化物半導体よりなるｎ型光閉じこめ層３５を厚膜で
成長させることが可能となる。ＬＤの場合は、光閉じ込
め層、光ガイド層となる層を、例えば０．１μｍ以上の
膜厚で成長させる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧ
ａＮ層の上に直接厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後
から成長させたＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作
製が困難であったが、このクラック防止層が次に成長さ
せる光閉じこめ層にクラックが入るのを防止することが
できる。しかも、次に成長させる光閉じこめ層を厚膜で
成長させても膜質良く成長できる。なおこのクラック防
止層３４は１００オングストローム以上、０．５μｍ以
下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オングス
トロームよりも薄いと前記のようにクラック防止層とし
て作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が
黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層３４は
成長方法、成長装置によっては省略することもできる
が、レーザ素子を作製する上では成長させる方が望まし
い。
【００１８】次に、温度を１０５０℃にして、原料ガス
にＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Ｓｉドープｎ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｎ型光閉じこめ層３５を
０．５μｍの膜厚で成長させる。ｎ型光閉じ込め層はＡ
ｌを含むｎ型の窒化物半導体で構成し、好ましくは二元
混晶あるいは三元混晶のＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）
とすることにより、結晶性の良いものが得られ、また活
性層との屈折率差を大きくしてレーザ光の縦方向の閉じ
込めに有効である。この層は通常０．１μｍ〜１μｍの
膜厚で成長させることが望ましい。０．１μｍよりも薄
いと光閉じ込め層として作用しにくく、１μｍよりも厚
いと、たとえクラック防止層の上に成長させたＡｌＧａ
Ｎでも、結晶中にクラックが入りやすくなり素子作成が
困難となる傾向にある。
にＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Ｓｉドープｎ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｎ型光閉じこめ層３５を
０．５μｍの膜厚で成長させる。ｎ型光閉じ込め層はＡ
ｌを含むｎ型の窒化物半導体で構成し、好ましくは二元
混晶あるいは三元混晶のＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）
とすることにより、結晶性の良いものが得られ、また活
性層との屈折率差を大きくしてレーザ光の縦方向の閉じ
込めに有効である。この層は通常０．１μｍ〜１μｍの
膜厚で成長させることが望ましい。０．１μｍよりも薄
いと光閉じ込め層として作用しにくく、１μｍよりも厚
いと、たとえクラック防止層の上に成長させたＡｌＧａ
Ｎでも、結晶中にクラックが入りやすくなり素子作成が
困難となる傾向にある。
【００１９】続いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層３６を５００オングストローム
の膜厚で成長させる。ｎ型光ガイド層は、Ｉｎを含むｎ
型の窒化物半導体若しくはｎ型ＧａＮ、好ましくは三元
混晶若しくは二元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X≦１）
とする。この層は通常１００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａＮ、
ＧａＮとすることにより次の活性層を量子構造とするこ
とが容易に可能になる。
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層３６を５００オングストローム
の膜厚で成長させる。ｎ型光ガイド層は、Ｉｎを含むｎ
型の窒化物半導体若しくはｎ型ＧａＮ、好ましくは三元
混晶若しくは二元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X≦１）
とする。この層は通常１００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａＮ、
ＧａＮとすることにより次の活性層を量子構造とするこ
とが容易に可能になる。
【００２０】次に原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニ
アを用いて活性層３７を成長させる。活性層は温度を７
５０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよ
りなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を５
回繰り返し、最後に井戸層を成長させ総膜厚３７５オン
グストロームの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性層
３７を成長させる。
アを用いて活性層３７を成長させる。活性層は温度を７
５０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよ
りなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を５
回繰り返し、最後に井戸層を成長させ総膜厚３７５オン
グストロームの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性層
３７を成長させる。
【００２１】活性層３７成長後、温度を１０５０℃にし
てＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物源
としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる
ｐ型キャップ層３８を１００オングストロームの膜厚で
成長させる。このｐ型キャップ層３８は１μｍ以下、さ
らに好ましくは１０オングストローム以上、０．１μｍ
以下の膜厚で成長させることにより、ＩｎＧａＮよりな
る活性層が分解するのを防止するキャップ層としての作
用があり、また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導
体よりなるｐ型キャップ層３８を成長させることによ
り、発光出力が格段に向上する。逆に活性層に接するｐ
層をＧａＮとすると素子の出力が約１／３に低下してし
まう。これはＡｌＧａＮがＧａＮに比べてｐ型になりや
すく、またｐ型キャップ層３８成長時に、ＩｎＧａＮが
分解するのを抑える作用があるためと推察されるが、詳
しいことは不明である。このｐ型キャップ層３８の膜厚
は１μｍよりも厚いと、層自体にクラックが入りやすく
なり素子作製が困難となる傾向にある。なお、このｐ型
キャップ層３８も省略可能である。
てＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物源
としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる
ｐ型キャップ層３８を１００オングストロームの膜厚で
成長させる。このｐ型キャップ層３８は１μｍ以下、さ
らに好ましくは１０オングストローム以上、０．１μｍ
以下の膜厚で成長させることにより、ＩｎＧａＮよりな
る活性層が分解するのを防止するキャップ層としての作
用があり、また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導
体よりなるｐ型キャップ層３８を成長させることによ
り、発光出力が格段に向上する。逆に活性層に接するｐ
層をＧａＮとすると素子の出力が約１／３に低下してし
まう。これはＡｌＧａＮがＧａＮに比べてｐ型になりや
すく、またｐ型キャップ層３８成長時に、ＩｎＧａＮが
分解するのを抑える作用があるためと推察されるが、詳
しいことは不明である。このｐ型キャップ層３８の膜厚
は１μｍよりも厚いと、層自体にクラックが入りやすく
なり素子作製が困難となる傾向にある。なお、このｐ型
キャップ層３８も省略可能である。
【００２２】次に温度を１０５０℃に保持しながら、Ｔ
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層３９を５００オングストロ
ームの膜厚で成長させる。ｐ型光ガイド層も、Ｉｎを含
むｐ型の窒化物半導体若しくはｐ型ＧａＮ、好ましくは
二元混晶または三元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X≦
１）を成長させ、通常１００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａＮ、
ＧａＮとすることにより、次のｐ型光閉じ込め層を結晶
性良く成長できる。
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層３９を５００オングストロ
ームの膜厚で成長させる。ｐ型光ガイド層も、Ｉｎを含
むｐ型の窒化物半導体若しくはｐ型ＧａＮ、好ましくは
二元混晶または三元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X≦
１）を成長させ、通常１００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａＮ、
ＧａＮとすることにより、次のｐ型光閉じ込め層を結晶
性良く成長できる。
【００２３】続いて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃ
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
ｐ型光閉じこめ層４０を０．５μｍの膜厚で成長させ
る。ｐ型光閉じ込め層は、Ａｌを含むｐ型の窒化物半導
体で構成し、好ましくは二元混晶または三元混晶のＡｌ
YＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより結晶性の良
いものが得られる。ｐ型光閉じ込め層はｎ型光閉じ込め
層と同じく、０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させるこ
とが望ましく、ＡｌＧａＮのようなＡｌを含むｐ型窒化
物半導体とすることにより、活性層との屈折率差を大き
くして、レーザ光の縦方向の光閉じ込め層として有効に
作用する。
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
ｐ型光閉じこめ層４０を０．５μｍの膜厚で成長させ
る。ｐ型光閉じ込め層は、Ａｌを含むｐ型の窒化物半導
体で構成し、好ましくは二元混晶または三元混晶のＡｌ
YＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより結晶性の良
いものが得られる。ｐ型光閉じ込め層はｎ型光閉じ込め
層と同じく、０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させるこ
とが望ましく、ＡｌＧａＮのようなＡｌを含むｐ型窒化
物半導体とすることにより、活性層との屈折率差を大き
くして、レーザ光の縦方向の光閉じ込め層として有効に
作用する。
【００２４】続いて、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層４１を０．５μｍの膜厚で成長させる。ｐ型コンタク
ト層はｐ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋
Y≦１）で構成することができ、特にＩｎＧａＮ、Ｇａ
Ｎ、その中でもＭｇをドープしたｐ型ＧａＮとすると、
最もキャリア濃度の高いｐ型層が得られて、正電極と良
好なオーミック接触が得られ、しきい値電流を低下させ
ることができる。正電極の材料としてはＮｉ、Ｐｄ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ等の比較的仕事関数の高い
金属又は合金がオーミックが得られやすい。
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層４１を０．５μｍの膜厚で成長させる。ｐ型コンタク
ト層はｐ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋
Y≦１）で構成することができ、特にＩｎＧａＮ、Ｇａ
Ｎ、その中でもＭｇをドープしたｐ型ＧａＮとすると、
最もキャリア濃度の高いｐ型層が得られて、正電極と良
好なオーミック接触が得られ、しきい値電流を低下させ
ることができる。正電極の材料としてはＮｉ、Ｐｄ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ等の比較的仕事関数の高い
金属又は合金がオーミックが得られやすい。
【００２５】以上のようにして窒化物半導体を積層した
ウェーハを反応容器から取り出し、ウェーハの一端を顕
微鏡で観察すると、六角柱状の窒化物半導体が成長して
おり、しかもサファイアのオリフラ面（Ｃ面）に対し、
その六角形の一辺（Ｍ面）が平行となっていた。なお、
ウェーハの端部ではバッファ層の厚さが薄くなる傾向に
あるため、窒化物半導体の結晶の形状を観察しやすい傾
向にある。
ウェーハを反応容器から取り出し、ウェーハの一端を顕
微鏡で観察すると、六角柱状の窒化物半導体が成長して
おり、しかもサファイアのオリフラ面（Ｃ面）に対し、
その六角形の一辺（Ｍ面）が平行となっていた。なお、
ウェーハの端部ではバッファ層の厚さが薄くなる傾向に
あるため、窒化物半導体の結晶の形状を観察しやすい傾
向にある。
【００２６】次に、ウェーハを反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）装置にて、最上層のｐ型コンタクト層４１か
ら選択エッチを行い、負電極４３を形成すべきｎ型コン
タクト層３３の表面を露出させる。なおエッチング形状
は、後に形成する共振器の方向（窒化物半導体のＭ面）
に対して垂直なストライプ状とする。
（ＲＩＥ）装置にて、最上層のｐ型コンタクト層４１か
ら選択エッチを行い、負電極４３を形成すべきｎ型コン
タクト層３３の表面を露出させる。なおエッチング形状
は、後に形成する共振器の方向（窒化物半導体のＭ面）
に対して垂直なストライプ状とする。
【００２７】次に、ｐ型コンタクト層４１の上から同じ
くＲＩＥにより、選択メサエッチを行い、ｐ型コンタク
ト層４１、ｐ型光閉じこめ層４０を３μｍ幅のストライ
プ状にエッチングしてリッジ形状とする。このように活
性層よりも上にあるｐ型層をリッジ形状とすることによ
り、活性層の導波路を形成すると共に、レーザ素子の閾
値を低下させることができる。
くＲＩＥにより、選択メサエッチを行い、ｐ型コンタク
ト層４１、ｐ型光閉じこめ層４０を３μｍ幅のストライ
プ状にエッチングしてリッジ形状とする。このように活
性層よりも上にあるｐ型層をリッジ形状とすることによ
り、活性層の導波路を形成すると共に、レーザ素子の閾
値を低下させることができる。
【００２８】次に表面の窒化物半導体層に所定の形状の
マスクを形成して、ストライプ状のｐ型コンタクト層の
表面にＮｉとＡｕを含む正電極４２を形成する。電極形
状は図３に示すように、劈開した端面から正電極のスト
ライプ端面が５μｍ離れるような形状とする。
マスクを形成して、ストライプ状のｐ型コンタクト層の
表面にＮｉとＡｕを含む正電極４２を形成する。電極形
状は図３に示すように、劈開した端面から正電極のスト
ライプ端面が５μｍ離れるような形状とする。
【００２９】一方、先に露出させたｎ型コンタクト層３
３にはＴｉとＡｌよりなる連続したストライプ状の負電
極４３を形成する。
３にはＴｉとＡｌよりなる連続したストライプ状の負電
極４３を形成する。
【００３０】以上のようにしたウェーハのサファイア基
板を８０μｍの厚さになるまで研磨する。研磨後、研磨
面のサファイア基板のＲ面に相当する位置にダイヤモン
ドポイントカッターで傷を設けた後、その傷からウェー
ハを劈開してバー状のウェーハを作製する。このよう
に、サファイア基板の裏面側からブレークする（割る）
ことにより、窒化物半導体が剥がれることなく、また窒
化物半導体がＭ面から劈開できる。好ましくはサファイ
アを１５０μｍ以下、１０μｍ以上の厚さに研磨して薄
くすることが望ましい。１０μｍよりも薄いとウェーハ
が研磨中に割れやすくなり、１５０μｍよりも厚いと劈
開しにくくなる傾向にある。以上のようにして劈開され
た窒化物半導体面の活性層の位置に相当する面にはＭ面
が露出されており、レーザの共振面となるほぼ鏡面に近
い面で、かつ基板に対して垂直で互いに平行な面が得ら
れていた。
板を８０μｍの厚さになるまで研磨する。研磨後、研磨
面のサファイア基板のＲ面に相当する位置にダイヤモン
ドポイントカッターで傷を設けた後、その傷からウェー
ハを劈開してバー状のウェーハを作製する。このよう
に、サファイア基板の裏面側からブレークする（割る）
ことにより、窒化物半導体が剥がれることなく、また窒
化物半導体がＭ面から劈開できる。好ましくはサファイ
アを１５０μｍ以下、１０μｍ以上の厚さに研磨して薄
くすることが望ましい。１０μｍよりも薄いとウェーハ
が研磨中に割れやすくなり、１５０μｍよりも厚いと劈
開しにくくなる傾向にある。以上のようにして劈開され
た窒化物半導体面の活性層の位置に相当する面にはＭ面
が露出されており、レーザの共振面となるほぼ鏡面に近
い面で、かつ基板に対して垂直で互いに平行な面が得ら
れていた。
【００３１】後は常法に従って、対向する共振面に誘電
体多層膜を形成し、ストライプ状の電極に平行な位置で
ウェーハを分割して、５００μｍ角のレーザチップとし
たところ、ｐ型コンタクト層より正電極４１が剥がれて
いるものはなかった。さらにｐ−ｎ接合間でショートす
るものも確認されなかった。
体多層膜を形成し、ストライプ状の電極に平行な位置で
ウェーハを分割して、５００μｍ角のレーザチップとし
たところ、ｐ型コンタクト層より正電極４１が剥がれて
いるものはなかった。さらにｐ−ｎ接合間でショートす
るものも確認されなかった。
【００３２】［実施例２］基板３１にスピネル（ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4）の（１１１面）を使用する他は実施例１と同様
にして、窒化物半導体のレーザ素子構造を作製する。さ
らに同様にして、ｐ型コンタクト層４１とｐ型光閉じ込
め層４０とをリッジ形状にした後、正電極４２、負電極
４３とを形成する。
ｌ2Ｏ4）の（１１１面）を使用する他は実施例１と同様
にして、窒化物半導体のレーザ素子構造を作製する。さ
らに同様にして、ｐ型コンタクト層４１とｐ型光閉じ込
め層４０とをリッジ形状にした後、正電極４２、負電極
４３とを形成する。
【００３３】次に基板を１００μｍまで研磨した後、窒
化物半導体層のＭ面が露出する方向で基板を劈開し、共
振面を形成する。なお、劈開面端面と正電極端面とを離
す距離は３μｍとする。
化物半導体層のＭ面が露出する方向で基板を劈開し、共
振面を形成する。なお、劈開面端面と正電極端面とを離
す距離は３μｍとする。
【００３４】このレーザ素子も同様に正電極の端がｐ型
層から剥がれているものはなく、さらに素子内部のショ
ートによる不良もなかった。
層から剥がれているものはなく、さらに素子内部のショ
ートによる不良もなかった。
【００３５】［実施例３］基板３１に６Ｈ−ＳｉＣの
（０００１）面を使用する他は、実施例１と同様にし
て、窒化物半導体のレーザ素子構造を作製し、ｐ型コン
タクト層４１とｐ型光閉じ込め層４０とをリッジ形状に
した後、ストライプ状の正電極４２、負電極４３とを形
成する。
（０００１）面を使用する他は、実施例１と同様にし
て、窒化物半導体のレーザ素子構造を作製し、ｐ型コン
タクト層４１とｐ型光閉じ込め層４０とをリッジ形状に
した後、ストライプ状の正電極４２、負電極４３とを形
成する。
【００３６】次に基板を１００μｍまで研磨した後、窒
化物半導体層のＭ面が露出する方向で基板を劈開し、共
振面を形成する。なお、劈開面端面と正電極端面とを離
す距離は７μｍとする。
化物半導体層のＭ面が露出する方向で基板を劈開し、共
振面を形成する。なお、劈開面端面と正電極端面とを離
す距離は７μｍとする。
【００３７】このレーザ素子も同様に正電極の端がｐ型
層から剥がれているものはなく、さらに素子内部のショ
ートによる不良もなかった。
層から剥がれているものはなく、さらに素子内部のショ
ートによる不良もなかった。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子では、正電極端面と、共振面にある劈開面端面との距
離を離しているため、劈開時のブレークによる衝撃で電
極が剥がれることのない信頼性に優れたレーザ素子を実
現できる。また、共振面が劈開により形成されているた
め、エッチングで形成した劈開面と異なり、レーザ光の
出射側に突出した窒化物半導体面がないため、レーザ光
が突出面で反射されて形状が変わることがない。
子では、正電極端面と、共振面にある劈開面端面との距
離を離しているため、劈開時のブレークによる衝撃で電
極が剥がれることのない信頼性に優れたレーザ素子を実
現できる。また、共振面が劈開により形成されているた
め、エッチングで形成した劈開面と異なり、レーザ光の
出射側に突出した窒化物半導体面がないため、レーザ光
が突出面で反射されて形状が変わることがない。
【図１】 サファイアおよび窒化物半導体単結晶の面方
位を示すユニットセル図。
位を示すユニットセル図。
【図２】 サファイアＡ面上に成長させた窒化物半導体
の面方位を示す模式図。
の面方位を示す模式図。
【図３】 本発明のレーザ素子の構造を示す斜視図。
【図４】 従来のレーザ素子の構造を示す斜視図。
【図５】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式断面図。
示す模式断面図。
１・・・・基板 ２・・・・窒化物半導体層 ３・・・・正電極 ４・・・・負電極
Claims (1)
- 【請求項１】 ストライプ状の正電極と、その正電極の
位置に対応した窒化物半導体層に、ストライプ状の導波
路を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記導波
路の共振面は基板の劈開により形成されており、劈開面
側の正電極端面が、劈開面よりも内側にあることを特徴
とする窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18179196A JPH1027939A (ja) | 1996-07-11 | 1996-07-11 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18179196A JPH1027939A (ja) | 1996-07-11 | 1996-07-11 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001266307A Division JP2002084036A (ja) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1027939A true JPH1027939A (ja) | 1998-01-27 |
Family
ID=16106940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18179196A Pending JPH1027939A (ja) | 1996-07-11 | 1996-07-11 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1027939A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001061804A1 (en) * | 2000-02-16 | 2001-08-23 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser device |
| JP2002246679A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-30 | Sony Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP2002289955A (ja) * | 2001-03-23 | 2002-10-04 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子とその製造方法および光学式情報再生装置 |
| US6985505B2 (en) | 2002-03-01 | 2006-01-10 | Opnext Japan, Inc. | Semiconductor laser diode and optical module |
| JP2006108225A (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
| JP2010028020A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子、半導体ウェハおよび半導体レーザ素子の製造方法 |
| JP2010161427A (ja) * | 2010-04-26 | 2010-07-22 | Sony Corp | 半導体レーザ |
| JP2013110267A (ja) * | 2011-11-21 | 2013-06-06 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザダイオードとその製造方法 |
-
1996
- 1996-07-11 JP JP18179196A patent/JPH1027939A/ja active Pending
Cited By (10)
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|---|---|---|---|---|
| WO2001061804A1 (en) * | 2000-02-16 | 2001-08-23 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser device |
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