KR20040003020A - 반도체 레이저 소자 - Google Patents

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KR20040003020A KR10-2003-7015457A KR20037015457A KR20040003020A KR 20040003020 A KR20040003020 A KR 20040003020A KR 20037015457 A KR20037015457 A KR 20037015457A KR 20040003020 A KR20040003020 A KR 20040003020A
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오치아이마사나오
요네다아키노리
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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 고출력 동작시에, 리플이 없고, 가우스 분포에 가까운 양호한 FFP를 얻을 수 있는 반도체 레이저 소자를 제공하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 레이저 소자는 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 이 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역과 양단에 레이저 공진용 공진기면을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서, 적층구조체가 일단측에, 공진기면과는 다른 활성층 단면을 포함하도록 형성된 비공진기면을 가지고, 그 비공진기면의 활성층 단면이 차광층에 의해 커버되어 있다.

Description

반도체 레이저 소자{Semiconductor Laser Element}
최근, 반도체 레이저 소자는 소형, 경량, 고 신뢰성, 또한 고출력화가 진행된 퍼스널 컴퓨터, DVD 등의 전자 기기, 의료 기기, 가공 기기나 광섬유 통신의 광원 등에 이용되고 있다. 그 중에서 질화물 반도체(InxAlyGal-x-yN, O≤x, 0≤y, x+y≤1)는 비교적 단파장의 자외역에서부터 적색이 발광가능한 반도체 레이저 소자로서 주목받고 있다.
이러한 반도체 레이저 소자는 사파이어 기판 상에 버퍼층, n형 컨택트층, 크랙 방지층, n형 클래드층, n형 광 가이드층, 활성층, p형 캡층, p형 광 가이드층, p형 클래드층, p형 컨택트층이 순서대로 형성되어 있다. 또한, 에칭 등에 의해 스트라이프형상 발광층이 형성되고, 그 다음에 p측 전극과 n측 전극이 형성된다. 또한, 소정의 공진기 길이로 광출사면을 형성한 후, 광반사측의 경면을 형성하여, 발진광을 광출사측의 경면으로부터 효율적으로 취출할 수 있도록 되어 있다.
그러나, 이러한 구조에서는 원 시야 패턴(FFP)에 요철(리플)이 발생하여, 비(非)가우스 분포가 되어버린다는 문제가 있었다. FFP가 비가우스 분포로 되는 반도체 레이저 소자에서는 FFP의 형상 계산에 큰 에러가 있어, 효율적인 광학계로의 결합이 불가능하고, 그 때문에 구동 전류가 커진다는 문제도 있었다.
또한, 종래의 반도체 레이저 소자는 출사 단면이 열화되기 쉽다는 문제점이 있었다.
그래서, 본 발명은 고출력 동작시에 리플이 없고, 가우스 분포에 가까운 양호한 FFP를 얻을 수 있는 반도체 레이저 소자를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고출력 동작시킨 경우에 있어서도, 단면의 열화를 방지할 수 있고, 또한 양호한 FFP를 얻을 수 있는 반도체 레이저 소자를 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.
본 발명은 원(遠)시야 패턴(far field pattern; FFP)이 양호한 반도체 레이저 소자에 관한 것으로, GaN, AlN, 또는 InN, 또는 이들의 혼성 결정으로 이루어지는 Ⅲ－Ⅴ족 질화물 반도체(InxAlyGal-x-yN, O≤x, 0≤y, x+y≤1)를 이용한 반도체 레이저 소자에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 실시형태 1의 반도체 레이저 소자의 외형을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ－Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ－Ⅲ선에 따른 단면도이다.
도 4는 실시형태 1의 반도체 레이저 소자에서의 차광층의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 5 내지 도 8은 실시형태 1의 변형예의 반도체 레이저 소자의 사시도이다.
도 9는 실시형태 1에 있어서 출사단부를 도 1과는 다른 형상으로 한 다른 변형예의 반도체 레이저 소자의 단면도이다.
도 10은 실시형태 1에 있어서 출사단부를 도 9와는 더욱 다른 형상으로 한 다른 변형예의 반도체 레이저 소자의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 실시예 4의 반도체 레이저 소자의 단면도이다.
도 12는 실시예 4의 반도체 레이저 소자의 사시도이다.
도 13a는 본 발명에 따른 실시예 9의 반도체 레이저 소자의 사시도이다.
도 13b는 도 13a의 ⅩⅢB－ⅩⅢB선에 따른 단면도이다.
도 13c는 도 13a의 ⅩⅢC－ⅩⅢC선에 따른 단면도이다.
도 14a는 본 발명에 따른 실시형태 3의 반도체 레이저 소자의 사시도이다.
도 14b는 실시형태 3의 제 1, 제 2 보호막을 나타내는 사시도이다.
도 14c는 도 14a의 ⅩⅣC－ⅩⅣC선에 따른 단면도이다.
도 15는 실시형태 3의 변형예의 반도체 레이저 소자의 사시도이다.
도 16은 실시형태 3의 다른 변형예의 반도체 레이저 소자의 사시도이다.
도 17a, 도 17b, 도 18a 및 도 18b는 본 발명에 따른 실시형태 4의 반도체 레이저 소자의 사시도이다.
도 19a는 실시형태 4의 반도체 레이저 소자와 비교하기 위해 도시한, 출사면에 제 1 보호막을 형성하지 않은 경우의 굴절률 분포 및 전계 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 19b는 실시형태 4의 반도체 레이저 소자에 있어서, 출사면에 Al2O3로 이루어지는 제 1 보호막을 형성한 경우의 굴절률 분포 및 전계 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 19c는 실시형태 4의 반도체 레이저 소자에 있어서, 출사면에 Nb2O5로 이루어지는 제 1 보호막을 형성한 경우의 굴절률 분포 및 전계 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 제 1 반도체 레이저 소자는 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 이 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 이 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역과 양단에 레이저 공진용 공진기면을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서,
상기 적층구조체는 일단측에, 상기 공진기면과는 별도로 활성층 단면을 포함하도록 형성된 비(非)공진기면을 가지고, 그 비공진기면의 활성층 단면이 차광층으로 커버되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성으로 함으로써, 도파로 영역으로부터 스며나온 광(미광;迷光)이 비공진기면으로부터 외부로 방출되는 것을 차단하여 공진기면으로부터 출사되는 메인 빔과 겹치는 것을 방지하여(즉, 메인 빔만을 출사시킬 수 있기 때문에, 리플의 발생을 방지할 수 있어), 우수한 FFP를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 1 반도체 레이저 소자는 공진기면이 비공진기면보다도 돌출되게 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이에 의해, 미광이 외부로 방출되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 이와 같이 하면, 공진기면으로부터 출사되는 광이 비공진기면에 의해 차단되는 일도 없다.
게다가, 본 발명에 따른 제 1 반도체 레이저 소자에서는 비공진기면이 근방에 형성된 공진기면을 레이저광의 출사면으로 함으로써, 보다 우수한 FFP를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 2 반도체 레이저 소자는 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 이 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역과 양단에 레이저 공진용 공진기면을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서,
상기 적층구조체의 측면은 활성층 단면을 포함하는 제 1 측면과, 이 제 1 측면보다 도파로 영역에 가깝게 위치하고 또한 활성층 단면을 포함하는 제 2 측면을구비하며,
상기 제 2 측면의 활성층 단면에 차광층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 제 2 반도체 레이저 소자는 활성층의 측면으로부터 외부로 방출되는 미광을, 보다 도파로 영역에 가까운 위치에서 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 2 반도체 레이저 소자에서는 이러한 제 2 측면이 광출사면의 근방에 형성됨으로써, 보다 효과적으로 미광을 차단할 수 있어, 우수한 FFP를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 3 반도체 레이저 소자는 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 이 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역과 양단에 레이저 공진용 공진기면을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서,
상기 적층구조체는 출사단측에, 상기 공진기면과는 별도로, 적어도 활성층 단면을 포함하도록 형성된 비공진기면을 가지고,
상기 적층구조체의 측면은 활성층 단면을 포함하는 제 1 측면과, 상기 제 1 측면보다 도파로 영역의 근방에서 상기 출사단측에 위치하고, 활성층 단면을 포함하는 제 2 측면을 가지며,
상기 비공진기면 및 상기 제 2 측면 중 적어도 한 쪽의 활성층 단면에 차광층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 차광층은 비공진기면 또는 제 2 측면에 형성되어 있어도 되고, 양쪽에 형성되어 있어도 된다. 이에 의해, 단면측으로부터의 미광과 측면측으로부터의 미광을 차단할 수 있다.
또한, 이 비공진기면과 제 2 측면이 연속하고 있는 구조로 하는 것이 바람직하다. 게다가, 차광층은 이 연속한 비공진기면과 제 2 측면의 양쪽에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 1∼제 3 반도체 레이저 소자에 있어서는, 스트라이프형상 도파로 영역은 스트라이프형상 볼록부를 형성함으로써 형성할 수 있다. 이에 의해, 굴절률형 도파로 영역을 구성할 수 있어서, 우수한 소자 특성을 갖는 반도체 레이저 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 레이저 소자의 차광층은 적층구조체에 접하여 형성되어 있어도 된다. 이에 의해, 도파로 영역으로부터 스며나온 미광이 외부로 방출되는 것을 효율적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 레이저 소자의 차광층은 적층구조체 상에 형성된 절연층 상에 형성할 수도 있다. 이에 의해, 차광층을 가열 처리시에 소자안으로 확산하기 쉬운 재료를 사용하여 구성할 수도 있다.
또한, 본 발명의 반도체 레이저 소자의 차광층은 도체, 반도체, 절연체 중 어느 하나로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 이에 의해, 여러가지 재료의 적층구조체에도 대응할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 레이저 소자의 차광층은 유전체 다층막을 사용해도된다. 이에 의해, 보다 효율적으로 미광을 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 레이저 소자는 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층에, 질화물 반도체를 사용하여 구성할 수도 있다. 이 구성에 의해, 내구성이나 안전성이 우수하고, 게다가 자외 영역에서 가시 영역까지의 넓은 범위의 파장을 갖는 반도체 레이저 소자로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 레이저 소자는 제 1 도전형 반도체층에 n형 질화물 반도체를 가지고, 상기 제 2 도전형 반도체층에 p형 질화물 반도체를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 레이저 소자는, 차광층이 적어도 Ti이고, 상기 절연층은 Si02인 것이 바람직하다. 이에 의해 광이 투과하기 어렵고, 반사가 적은 층을 쉽게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 레이저 소자는, 차광층이 적어도 Rh 산화물을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해 광을 투과시키기 어렵고, 안정된 차광층을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 레이저 소자는, 차광층은 동일 재료로 이루어지고 조성비가 서로 다른 층으로 이루어지는 동일 재료의 다층막으로 할 수 있다. 이에 의해, 동일 재료로도 막질이 다른 층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 제 4 반도체 레이저 소자는 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 이 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서,
상기 적층구조체는 한쪽 단면의 출사부 근방에 차광막을 가지고, 이 차광막과 상기 적층구조체 사이에, 상기 차광막을 구성하는 원소와 동일한 원소로 이루어지고, 상기 차광막보다도 광투과율이 높은 투광막이 적어도 1층 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 제 4 반도체 레이저 소자는 광의 투과를 제어할 수 있는 차광막을 공진기면 근방에 밀착성이 양호하게 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 제 4 반도체 레이저 소자에 있어서, 차광막 및 투광막은 적어도 Rh 산화물을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자는 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 이 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서,
상기 적층구조체는 적어도 한 쪽 단면에 보호막을 가지고,
상기 보호막은 제 1 보호막과, 상기 제 1 보호막보다도 광투과율이 낮은 제 2 보호막을 가지는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성으로 함으로써, 단면에서 출사되는 광을 투과율차가 있는 보호막으로 제어할 수 있으므로, 메인 빔에 메인 빔 이외의 광이 섞이는 것을 방지할 수 있어서, 양호한 FFP를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자는, 적어도 광투과율이 서로 다른 2개의 보호막을 단면에 형성함으로써 광의 방출을 제어할 수 있고, 공진기면으로부터는 레이저광을 방출하기 쉬우며, 공진기면 근방으로부터 미광이 방출하기 어렵게 할 수 있기 때문에, 고출력이면서 리플이 없고, 가우스 분포에 가까운 양호한 FFP를 갖는 반도체 레이저 소자를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자는, 제 1 보호막이 출사측 공진기면의 출사부에 형성되고, 제 2 보호막은 그 출사부 근방에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 출사부로부터 레이저광(메인 빔)을 효율적으로 출사할 수 있는 동시에, 출사부의 근방에서 광이 방출하는 것을 방지할 수 있으므로, 양호한 FFP를 얻을 수 있다. 또한, 공진기면의 출사부를 제 1 보호막으로 보호하고 있기 때문에, COD가 발생하는 것을 방지할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자에서는 상기 제 1 보호막 및 제 2 보호막이 동일 평면상에 위치한다. 이에 의해, 메인 빔의 횡방향의 광의 제어가 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자에서는 출사면이 돌출하도록 형성되어 있어도 된다. 이와 같이 하면, 출사부(면) 근방으로부터 광이 방출하는 것을 방지할 수 있고, 출사부에서 방출되는 레이저광에 섞이기 어렵게 할 수 있어, 양호한 FFP를 얻기 쉬워진다. 또한, 공진기면을 돌출시킴으로써, 레이저광의 발산 특성을 변경할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자는, 제 1 보호막을 Si, Mg,Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti의 산화물, 질화물, 플루오르화물 등의 화합물 중에서 선택되는 적어도 1종의 단층 또는 다층막으로 구성할 수 있다. 이들 재료를 사용함으로써, 높은 광투과율을 갖는 보호막으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자에서 제 1 보호막은 반사 방지막(AR막(Anti－Reflection　Coat))이다. 이에 의해, 광의 반사를 억제할 수 있어서, 레이저광을 효율적으로 출사시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자에서, 제 1 보호막은 적층구조체의 굴절률의 ±10% 이내의 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 활성층으로부터의 광의 특성을 바꾸지 않으면서, 소자를 보호할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자에서 제 2 보호막은 불투광막인 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 2 보호막이 형성된 부분에서는 외부로 광이 방출되지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자에서 제 1 보호막은 Nb205이고, 제 2 보호막은 불투광막인 것이 특히 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 제 5 반도체 레이저 소자는, 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층에 질화물 반도체가 사용된다. 특히, 제 1 도전형 반도체층에 n형 질화물 반도체를 갖고, 제 2 도전형 반도체층에 p형 질화물 반도체를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 가시광에서 자외광까지의 넓은 발광 파장을 갖는 반도체 레이저 소자를 형성할 수 있다.
이하, 도면을 사용하여 본 발명에 관해서 설명하는데, 본 발명의 반도체 레이저 소자는 후술하는 실시형태에 나타낸 소자 구조나 전극 구성에 한정되는 것은 아니다.
[실시형태 1]
도 1은 본 발명에 따른 실시형태 1의 레이저 소자의 외형을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ－Ⅱ선에 따른 단면도이고, 도 3은 도 1의 Ⅲ－Ⅲ선에 따른 단면도이다.
본 실시형태 1의 반도체 레이저 소자는 공진기면 이외로부터 방출되는 광을 차광층(9)으로 차단함으로써, 우수한 FFP를 얻는 것이다. 구체적인 형태로는 제 1 도전형 반도체층(1), 활성층(3), 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층(2)이 적층된 적층구조체(100)에, 스트라이프형상 볼록부(리지; 8)가 형성되어 있고(도 2), 이 스트라이프형상 리지(8) 바로 아래의 활성층 근방에 스트라이프형상 도파로 영역이 구성된다. 그리고, 이 리지(8)의 길이 방향에 수직한 양단면을 공진기면으로 함으로써, 스트라이프의 길이 방향을 공진 방향(광의 도파 방향)으로 하는 광공진기가 형성되어 있다. 2개의 공진기면 중 한쪽은 주로 광을 외부로 출사하는 기능을 갖는 광출사측 공진기면(광출사면)이고, 다른 한쪽은 주로 광을 도파로 영역내에 반사하는 기능을 갖는 광반사측 공진기면(모니터면)이다. 또한, 스트라이프형상 볼록부(8)의 측면 및 이 측면에서 연속하는 적층구조체의 표면(상면)에는 제 1 절연막(10)이 형성되어 있고, 이 제 1 절연막(10)이 형성되어 있지 않은 제 2 도전형 반도체층의 볼록부(8) 상면에서 제 2 도전형 반도체층(2)과 오믹 접촉하는 스트라이프형상 오믹 전극(5)이 형성되어 있다. 또한, 적층구조체(100)를 따라 노출된 제 1 도전형 반도체층(1) 상에는 제 1 도전형 반도체층(1)과 오믹 접촉하는 오믹 전극(7)이 스트라이프형상으로 형성되어 있다. 두 오믹 전극은 대략 평행하게 형성되어 있다. 본 실시형태 1의 레이저 소자에서는 또한 이들 전극 위에 각각 개구부를 갖는 제 2 절연막(11)이 소자 전체를 커버하도록 형성되어, 이 제 2 절연막(11)을 통해 오믹 전극과 접하도록 패드 전극(n측 패드 전극(6), p측 패드 전극(4))이 각각 형성된다.
여기에서, 본 실시형태 1의 반도체 레이저 소자에서는 도 1, 도 3에 도시하는 바와 같이 광출사측 공진기면 근방에 있어서, 리지 양측의 반도체층이 활성층(3) 보다 아래까지 제거되고, 말하자면 적층구조체(100)의 코너부가 제거된 형상을 가지고 있다. 이에 의해, 광출사측에서는 적층구조체(100)의 폭보다 좁은 폭의 공진기면(101a)이 형성되어, 그 공진기면(101a)으로부터 광이 출사된다. 또한, 출사단면측에서의 공진기면(101a)의 양측에는 적층구조체(100)의 코너부가 제거됨으로써, 공진기면(101a)과는 다른 평면상에 위치하여 공진 방향에 직교하는 비공진기면(101b)이 형성된다. 더구나, 적층구조체(100)의 코너부가 제거됨으로써 형성된 면(101b)은 도파되는 광의 일부를 반사하지만, 공진기면(101a)에서 반사되는 광에 비해 작기 때문에, 실질적으로 광의 공진에 기여하지 않으므로, 본 명세서에서는 비공진기면이라 칭한다. 이와 같이, 본 실시형태 1에서는 적층구조체의 스트라이프형상 도파로 영역의 광의 도파 방향과 수직한 방향의 단면 중 한쪽이 단일 면이 아니라, 광출사면인 공진기면(101a)과, 공진기면 보다 뒤에 위치하는(단차가 있는) 활성층의 단면을 포함하는 비공진기면(101b)을 갖도록 형성된다. 또한, 적층구조체(100)의 광의 도파 방향과 평행한 면(측면)에 관해서도, 본 레이저 소자의 광출사측에서는 적층구조체의 주측면인 제 1 측면(102)보다도 도파로 영역의 중심부에 가까운 위치에 형성된 제 2 측면(102a)이 형성되어 있다. 그리고, 실시형태 1의 레이저 소자에서는 이와 같이 하여 형성된 비공진기면(101b)과 제 2 측면(102a)에, 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이 차광층(9)이 형성되어 있다. 도 4는 도 1 내지 도 3에 도시하는 실시형태 1의 반도체 레이저 소자에 있어서, 차광층이 어떠한 형상으로 형성되어 있는가에 관해서 명확히 도시하기 위해, 절연막 및 전극을 생략한 도면이다. 또한, 비공진기면(101b) 및 제 2 측면(102a)은 차광층 형성면이라고도 한다. 또한, 도 1 및 도 4에 있어서, 상술한 각면의 부호는 이들 면이 표면에 나타나지 않기 때문에, 괄호를 붙여 나타내고 있다.
이상과 같이 구성된 실시형태 1의 레이저 소자에 있어서, 활성층(발광 영역)에서 발생한 광은 주로 도파로 영역내를 도파하여 공진기면(101a)으로부터 출사되어 메인 빔(레이저광)이 된다. 종래의 레이저 소자에서는 일부 광이 도파로 영역으로부터 스며나와 미광으로 되어 소자내를 전파하여, 공진기면의 출사부 이외로부터 외부로 방출되어, 이것이 공진기면으로부터 방출되는 메인 빔과 섞임으로써 리플이 발생하여, FFP를 악화시켰다. 그러나, 본 발명의 레이저 소자에서는 차광층(9)을 형성하고 있기 때문에, 이 미광이 공진기면(101a) 이외로부터 외부로 방출되지 않도록 차단할 수 있다. 미광을 차단하는 층으로서 형성되는 차광층(9)은 광을 반사 또는 흡수함으로써 광을 차단하는 기능을 가지면 된다. 광을 반사하는 재료를 사용하여 차광층(9)을 형성하면, 미광을 소자 내부로 반사시켜서 광의 출력 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 미광을 흡수하는 재료를 사용하여 차광층(9)을 형성하면, 미광이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
일반적으로, 공진기면 이외로부터 외부로 방출되는 광은 공진기면 근방의 단면이 가장 많고, 광출사측 공진기 단면에서는 메인 빔인 레이저광의 출사 방향과동일한 방향으로 방출되기 때문에 섞이기 쉽다. 그 때문에, 본 실시형태 1과 같이, 공진기면의 근방에 광을 차단하는 차광층(9)을 형성함으로써, 미광이 외부 로 방출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히 본 실시형태 1에서는 공진기면(101a)과는 다른 면 위에 비공진기면(101b)을 형성하고, 이 면에 차광층(9)을 형성함으로써 미광이 외부로 방출하는 것을 유효하게 방지하여, 레이저광에 리플이 생기는 것을 방지하고 있다. 차광층(9)은 본 실시형태 1과 같이 공진기면과는 별도로 비공진기면을 형성하는 것이 아니라, 종래와 같이 1개의 면으로 이루어지는 공진기면에서의 출사 부분을 제한하도록 차광층을 형성하도록 해도 되지만, 그러한 구성에서는 광 비흡수층의 두께가 두터워지면 메인 빔을 차단하게 되므로, 얇아도 광을 투과시키지 않은 재료를 선택할 필요가 있다. 그러나, 본 실시형태 1과 같이, 공진기면(101a)을 비공진기면(101b)에서 돌출하도록 형성하고, 그 비공진기면(100b)에 차광층(103)을 형성하도록 함으로써, 메인 빔을 차단하지 않으면서 두껍게 형성할 수 있다. 게다가, 광출사면(공진기면; 101a)보다 앞에 차광층 (103)을 형성하는 것으로 되므로, 보다 효율적으로 미광을 차단할 수 있다.
또한, 도파로 영역으로부터 스며나온 미광은, 상기와 같은 광의 도파 방향에 수직한 방향의 면(단면) 뿐만 아니라, 도파 방향에 평행한 면(측면)으로부터도 방출되지만, 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이 제 2 측면(102a)에도 차광층(9)을 형성함으로써, 미광이 방출되는 것을 방지할 수 있다. 소자의 측면에 절연막이나 전극 등을 형성하는 경우에는, 그 절연층이나 전극의 재료에 따라서는 그 자체를 차광층으로서 기능시킬 수도 있다. 그러나, 도 1과 같이, 웨이퍼를 소자마다 분할하는 위치의 리지 근방에는 분할을 용이하게 행하기 위해 절연막이나 전극을 형성하지 않고서, 반도체층을 노출시켜도 된다, 그러한 경우에, 본 발명과 같이, 도파로 영역에 근접하는 위치에 제 2 측면(102a)을 형성하여 차광층(9)을 형성함으로써, 미광이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있어, 리플이 없는 양호한 FFP를 갖는 레이저광을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 미광이 생기는 것은 광을 도파시키는 도파로 영역의 폭에 대하서, 적층구조체의 폭이 크기 때문이다. 즉, 활성층과 같이 광전파가 가능한 층이 도파로 영역 이외(도파로 영역의 외측)에도 존재하는 것에 의한 것이다. 이 도파로 영역을 구성하지 않은 외측에 위치하는 부분을 제거함으로써, 미광을 제거할 수 있다. 예를 들면, 도파로 영역의 폭과 동등한 폭이 되도록 적층구조체를 에칭함으로써, 미광이 도파하는 영역을 제거할 수 있다. 그러나, 적층구조체(100) 전체의 폭(활성층의 폭)을 좁게 하면, 그 폭의 변동이 소자의 특성에 크게 영향을 주게 되기 때문에, 정밀도 좋게 폭을 제어할 필요가 있다. 그러나, 후술한 바와 같이, 레이저 발진에 적합한 도파로 영역으로 하기 위해서는, 스트라이프의 폭은 기껏해야 5㎛ 정도이고, 그러한 좁은 폭으로 모든 활성층의 폭을 정밀도 좋게 관리하여 형성하는 것은 용이하지 않으며, 또한 정밀도 좋게 형성하였다고 하더라도 지나치게 가늘어 내구성이 부족하고, 전극을 형성하기 어렵기 때문에, 실용성이 없다. 본 발명에서는 이러한 것들을 고려하여, 도파로 영역보다 폭 이 넓은 적층구조체를 형성하여, 그 적층구조체에 있어서, 안정한 스트라이프형상 도파로 영역(제 1 측면에 끼워진 부분)과, 소자 특성에 악영향을 미치지 않을 정도로 폭을 제한한 도파로영역(제 2 측면에 끼워진 부분)을 형성하고 있다. 그리고, 그 폭이 제한된 도파로 영역을 구성하기 위하여 형성한 차광층 형성면에 차광층을 형성하고 있다.
본 실시형태 1에 있어서, 차광층(9)의 막두께로는 1500Å~30000Å이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1500Å~5000Å이다. 막두께가 1500Å 보다 얇으면, 광이 투과하기 쉬워지므로 바람직하지 않다. 또한, 두껍게 형성하는 경우는 제거된 부분을 표면까지 매립하도록 차광층(9)을 형성하는 것이 바람직하다. 두껍게 형성함으로써, 활성층의 폭이 좁아져 있어도 파손하기 어렵게 할 수 있다.
또한, 차광층(9)에 사용되는 재료로는 도체, 반도체, 절연체 중 어느 것이라도 사용할 수 있다. 단, 도체를 사용하는 경우는 적층구조체에 직접 접하도록 형성해도 되지만, 쇼트를 방지하고, 소자 구조체내의 전류 흐름을 저해하지 않도록 하기 위해, 절연막을 개재시키는 등, 전극과는 직접 접하지 않도록 형성해야한다. 미리 절연막을 형성해 두면, 전극과 동일한 재료를 사용할 수 있고, 게다가 광을 차단하는 효과가 높아진다. 또한, 반도체를 사용하는 경우에는 활성층보다도 밴드 갭이 좁은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 활성층보다도 밴드 갭이 넓으면, 광흡수 효과를 얻기 어려우므로 바람직하지 않다. 반도체를 사용하는 경우에는 필요한 모든 층을 적층한 후에,에칭에 의해 차광층 형성면을 형성하고, 그 면을 매립하도록 적층하여 형성할 수도 있다. 또는, 적어도 활성층 위의 층까지 적층시킨 후에 반응을 일단 중지하여 도파로 영역을 구성하는 활성층 이외의 부분을 제거하여 단차를 형성하고, 그 후 반응을 재개하여 적층하도록 해도 된다.
절연체를 사용하는 경우에는 전극과 접해 있어도 되기 때문에 취급하기 쉽지만, 광차단 효과는 도체에 비해 약간 뒤떨어진다. 이와 같이 본 발명에서는 여러 가지의 재료를 사용하여 차광층을 형성할 수 있으므로, 이들 재료를 소자의 구조나 제조 공정, 제조 방법 등에 따라, 가장 바람직한 것을 선택할 수 있다.
또한, 차광층(9)으로서 유전체 다층막을 사용할 수도 있다. 이에 의해, 광을 차단하는 효과 외에, 노출된 단면, 특히 활성층을 보호한다는 기능도 부수될 수 있다.
차광층(9)에 사용되는 구체적인 재료로는 도체 재료로서, Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, Nb, W, Rh, Ru, Mg, Al, Sc, Y, Mo, Ta, Co, Pd, Ag, Au, Pt, Ga의 단체, 합금, 다층막, 또한 이들의 산화물, 질화물 등의 화합물 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 다수를 조합하여 사용해도 된다. 바람직한 재료로는 Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, Nb, W, Rh, Ru, Mg, Ga을 사용한 재료이고, 보다 바람직하게는 Ni, Cr, Ti, Ga, Rh, RhO를 사용한 재료이다. 또한, 반도체 재료로는 Si, InGaN, GaAs, InP 등을 사용할 수 있다. 절연체 재료로는 TiO2, CrO2등을 사용할 수 있다. 목적 위치에 형성하기 위해서는, 증착, 스퍼터링 등 여러가지 방법을 사용할 수 있다.
상기 재료 중, 특히, RhO 등의 Rh 산화물도 바람직한 재료로 들 수 있다. 이 Rh0를 차광층으로서 사용함으로써, 효율적으로 광을 차단할 수 있다. 게다가, 열적으로 안정한 층이므로, 공정내나 사용시에 있어서 열화가 적은 안정한 차광층으로 할 수 있다. 특히, 도파로 영역에서 약간 떨어진 위치에 형성함으로써, 슬로프 효율을 저하시키지 않으면서 우수한 FFP를 얻을 수 있다. 또한, 이 Rh 산화물은 메인 빔의 파장이 자외에서부터 비교적 단파장의 가시광인 경우에 특히 바람직하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 질화물 반도체로 이루어지고 메인 빔의 파장이 360~420㎚ 정도의 범위인 반도체 레이저 소자에 사용함으로써, 광의 차단 효과가 커지므로, 미광을 차단하여 리플을 저감시키는데 유효하다.
또한, 본 발명에 있어서의 차광층은 다층막을 사용함으로써 보다 효과적으로 리플을 저감시킬 수 있다. 다층막으로 하는 경우, 다른 재료로 이루어지는 다층막으로 할 수 있고, 동일 재료를 사용할 수도 있다. 동일한 재료이어도 형성 방법 등을 변경함으로써 막의 특성을 변화시킬 수 있기 때문에, 광학적 또는 전기적으로 다른 층이 적층된 다층막으로 할 수 있다.
또한, 차광층(9)은 실시형태 1에 도시하는 바와 같이 적층구조체에 직접 접하도록 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광의 적층구조체 이외, 예를 들면 절연막 등의 내부로 침입을 방지할 수 있고, 미광이 외부로 방출되는 것을 효율적으로 차단할 수 있다. 특히, 비공진기면(101b)이 소자 분할면의 근방에 형성되는 경우, 분할의 용이함 등을 고려하여 분할면(단면) 부근에는 표면에 보호막 등이 형성되지 않고, 적층구조체의 표면이 노출되어 있는 경우가 많기 때문에, 이 단면 근방의 적층구조체가 노출한 비공진기면의 활성층 표면에 직접, 차광층을 형성하는 것이 바람직하다.
그러나, 본 발명에 있어서, 차광층(9)은 적층구조체 표면에 절연층이 형성되어 있는 경우, 그 절연층 상에 형성하여도 된다. 이에 의해, 적층구조체와의 접착성이 양호하지 않는 재료를 차광층으로서 사용하는 것도 가능해진다. 또한, 이와 같이 절연층 상에 차광층을 형성함으로써, 전극과의 접촉을 피할 수도 있다는 효과, 또한 가열 처리시에 있어서도 차광층의 재료가 적층구조체내에 확산하는 것을 억제할 수 있는 등의 효과도 있다. 절연층의 재료로는 SiO2, ZrO2등의 산화물 등을 들 수 있다.
이러한 절연층을 사용하는 경우, 차광층으로서 Ti를 사용하고, 절연층으로서 SiO2를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 광의 차단 효과가 우수한 차광층으로 할 수 있고, 게다가 광의 흡수를 억제할 수 있기 때문에, 적층구조체내를 도파하는 광의 손실을 최대한 억제하여 효율적으로 레이저광을 출력시킬 수 있며, Vf의 상승이 적은 우수한 반도체 레이저 소자로 할 수 있다. 또한, 상술한 Rh 및 Rh 산화물도 SiO2, ZrO2등의 절연층 위에 형성할 수도 있다.
도 5 내지 도 8은 본 실시형태 1의 출사면측의 단면 구조의 변형예를 나타내는 것이다.
이하에, 도 4 내지 도 8를 참조하면서, 변형예의 비공진면 및 차광층에 관해서 설명한다.
(비공진기면)
본 발명에 있어서는 광의 도파 방향과 수직한 방향의 면을 단면으로 하고, 광의 도파 방향과 평행한 방향의 면을 측면으로 하고 있다. 공진기면과 다른 평면상에 형성되는 비공진기면(101b)은 실시형태 1에서는 광의 도파 방향과 수직한 면이고 그 면에는 활성층의 단면도 노출되고 있다. 단, 공진기 단면으로서의 기능은 갖고 있지 않다. 그러나, 상술한 바와 같이, 도파로 영역으로부터 스며나온 광을 방출할 수 있는 면이다. 특히 공진기면 근방에 있어서는 레이저광이 아닌 광을 방출하는 경우가 많다. 본 발명에서는 공진기면과 다른 평면상에 위치하는 비공진기면에 차광층을 형성함으로써, 외부로 미광이 방출되는 것을 방지한다.
상술한 바와 같이, 비공진기면(101b)은 공진기면(101a)과 다른 평면 상에 형성된다. 대표적인 예로는 도 4 내지 도 6에 도시하는 바와 같이, 적층구조체의 코너부를 제거함으로써 형성된 면이다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이 출사측 공진기면에 있어서 리지(8)를 끼우는 직사각형 홈(71)을 2개 형성하여, 그 홈(71)의 공진 방향에 직교하는 저면을 비공진기면(101d)으로 해도 된다. 즉, 본 발명에서는 이와 같이 비공진기면 (101d)은 적층구조체의 측면까지 이르지 않도록 형성해도 된다. 또한, 도 4 내지 도 6에서는 비공진기면은 함께 소자의 단부에 형성했지만, 도 7에 도시하는 바와 같이 출사측의 적층구조체의 측면에 리지(8)를 끼우는 직사각형 홈(72)을 형성하여, 그 홈(72)의 공진 방향에 직교하는 측면을 비공진기면(101c)으로 해도 된다. 즉, 본 발명에서 비공진기면은 적층구조체의 스트라이프형상 도파로의 도중에 형성되어 있어도 된다. 이러한 구성이어도, 도파 방향에 수직한 방향에 공진기면과 비공진기면을 형성하게 되고, 여기에 차광층(9)을 형성함으로써, 미광을 차단할 수 있다. 또한, 비공진기면(100b)은 공진기면을 끼워 양측에 1면씩 형성하는 것이 바람직하지만, 2개 이상이어도 상관없다. 2개 이상 형성하는 경우에는 떨어져 있어도되고, 연속해 있어도 된다. 또한, 광의 도파 방향과 수직한 방향에 면해 있으면 되기 때문에, 완전히 수직일 필요는 없고 경사져 있어도 된다.
(제 2 측면)
본 발명에 있어서, 광의 도파 방향과 평행한 방향의 면(측면) 중, 제 2 측면은 보다 도파로 영역에 가까운 측의 면이고, 제 1 측면(102)은 제 2 측면보다도 외측에 위치하는 면이다. 또한, 도 7 및 도 8의 구성에서는 102c, 102d의 부호를 붙여 제 2 측면을 나타내고 있다. 제 1 및 제 2 측면은 모두 활성층의 단면을 포함하고 있다. 또한, n 전극 형성면의 측면이나 기판 측면은 활성층을 포함하지 않는 면으로(노출되어 있지 않음), 차광층(9)을 형성할 필요가 없는 면이지만, 연속하여 형성되었다고 해도 특별히 문제없다. 활성층의 단면을 포함하는 제 1 측면 및 제 2 측면은 비공진기면과 같이 도파로 영역으로부터 스며나온 광을 방출하는 것은 가능하다. 특히, 공진기면에 가까운 부분에서는 미광을 방출하기 쉽다. 본 발명에서는 공진기면의 근방이면서 도파로 영역에 가까운 위치에 있는 제 2 측면에 차광층(9)을 형성함으로써 미광이 외부로 방출되는 것을 효과적으로 방지하고 있다.
제 2 측면은 제 1 측면 보다 도파로 영역에 가깝게 위치하고, 또한 공진 단면 근방에 형성되는 것이 바람직하고, 특히 공진 단면에 접해 있는 것이 바람직하다. 그러한 제 2 측면은 예를 들면 도 1과 같이 적층구조체의 코너부를 제거함으로써 용이하게 형성할 수 있어, 차광층(9)을 용이하게 형성할 수 있다. 왜냐하면, 웨이퍼를 가공하는 경우, 분할하기 전의 단계에서는 인접하는 소자간에 도파로 영역이 연속하도록 형성되어 있지만, 도 1과 같은 형상으로 한 경우, 그 인접하는 2개의 소자의 차광층을 동시에 형성할 수 있으므로, 공정상 유리하다. 그러나, 제 2 측면은 공진 단면에 접하지 않아도 미광의 방출을 막는데 있어서는 아무런 문제없고, 예를 들면 도 7과 같이, 적층구조체의 스트라이프 도중의 일부에 있어서, 측면으로부터 홈을 형성하도록 하여, 부분적으로 제 1 측면과 단차가 생기도록 형성되어 있어도 된다. 또한, 도 8에서는 제 1 측면과 제 2 측면이 겹치도록(일부분에서 대향하도록) 형성되어 있지만, 이러한 구성에서도 각각 다른 면 상에 측면이 형성되어 있고, 보다 도파로 영역에 가까운 위치에 있는 제 2 측면에 차광층을 형성함으로써, 미광이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 이 제 2 측면은 1개이어도 2개이어도 되고, 또한 떨어져 있어도 연속하여 있어도 된다. 또한, 광의 도파 방향과 완전히 평행하게 되어 있지 않아도 되기 때문에, 도파 방향에 평행한 면에 면하고 있으면, 경사져 있어도 아무런 문제는 없다. 또한, 도파 방향과 평행한 방향의 면으로서, 도파로 영역에서 가장 떨어진 제 1 측면보다도, 가까운 위치에 제 3, 제 4의 다른 측면을 형성하여 다수의 단차가 있는 측면으로 해도 되고, 그 면에 차광층을 형성하도록 해도 된다. 또한, 스트라이프형상 볼록부(리지)를 형성하는 경우는 도 3(도 1의 출사부 근방의 단면도)에 도시하는 바와 같이 그 볼록부(8)의 측벽(측면)과 동일면 상에 위치하도록 제 2 측면을 형성함으로써, 에칭시의 마스크를 공유할 수 있는 등 공정상의 메리트가 있다.
그러나, 본 발명에서는 제 2 측면은 볼록부(8)의 측면과 다른 면 위에 위치 하도록 해도 되고, 예를 들면 도 9와 같이 볼록부(8)의 외측에 형성되어 있어도 된다. 이 도 9와 같이, 양측의 제 2 측면(102e)의 간격을 스트라이프형상 볼록부(리지; 8)의 폭 보다 크게 하면, 차광층에 의한 리플 저감 효과 외에 레이저광의 빔 특성을 제 2 측면(102e)의 간격(제 2 측면에 끼워진 활성층의 폭)에 대응시켜서 변화시킬 수 있다. 말하자면, 제 2 측면에 의해 끼워진 활성층의 폭은 목적으로 하는 빔 특성에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 제 2 측면(102e)에 의해 끼워진 활성층의 폭이 작아지면 횡방향의 광의 가둠 효과가 강해져서, 빔의 방사각을 크게 할 수 있다. 제 2 측면에 의해 끼워진 활성층 단면의 폭의 바람직한 범위로는 1.5~10㎛ 정도이고, 더욱 바람직하게는 4~8㎛이고, 특히 바람직하게는 5.5~7㎛이다. 제 2 측면에 의해 끼워진 활성층의 폭(공진기면의 활성층의 폭)이 10㎛를 넘으면, 제 2 측면과 도파로 영역 사이의 거리가 커져 미광을 차단하는 효과가 적어진다. 또한, 1.5㎛ 보다 가늘어지면, 광의 가둠 효과가 커져 방사각이 커지게 되어, 광이 집중 하여 부하가 커져 COD를 발생하기 쉬워진다.
본 발명의 차광층은 상기와 같은 비공진기면(101b, 101c, 101d)과 제 2 측면(102a, 102c, 102d)의 양쪽에 형성함으로써 효율적으로 미광을 차단하여 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에서는 도 4에 도시하는 바와 같이 비공진기면과 제 2 측면에 연속하여 형성하는 것이 바람직하지만, 도 5나 도 6과 같이 어느 한 쪽에만 형성하여도, 미광의 방출을 방지하는 효과는 얻을 수 있다. 또한, 비공진기면(101b)과 제 2 측면(102a)이 동일면이 되도록 한 경사면이어도 된다. 또한, 차광층(9)은 노출된 n형층의 표면 및 단면, 측면, 또한, 기판(12)의 표면 및 측면, 단면에 형성되어 있어도 아무런 문제없다. 이들은 공진기면과 동일면 상이어도, 출사부로부터는 떨어져 있으므로, 출사광을 차단하는 일은 거의 없어 문제없다. 더욱이, 제 2 측면(102a)이나 비공진기면(101b)에서 연속하는 p형층의 표면(상면)의 일부에 형성되어 있어도 된다. 단, 스트라이프형상 볼록부(리지; 8) 이외의 p형층의 표면에 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 광 공진기면(101a)의 근방의 p형층의 상면에서도 광은 누설되기 때문에, 여기서 새는 광을 차단하는 것으로도 리플을 억제할 수 있다. 게다가, p형층 상면은 제 2 측면 및 비공진기 단면과는 다른 면방향에 있는 면이고, 이러한 위치 관계의 면에도 연속하여 형성함으로써, 차광층을 박리하기 어렵게 할 수 있다. 특히, 코너부나 에지부 등 박막층이 형성하기 어려운 부분이어도 연속하여 형성함으로써, 강고한 접착성을 얻을 수 있다. 차광층을 안정하게 형성할 수 있기 때문에, 층 자체의 열화를 방지할 수 있어, 수명 특성도 향상된다.
또한, 비공진기면 및 제 2 측면은 평탄하면서 매끄러운 평면인 것이 바람직하지만, 거친 면이어도 되고 곡면이어도 된다. 이들 면에 형성되는 차광층도 마찬가지이지만, 비공진기면이나 제 2 측면의 면의 상태에 맞추어 형성되어 있어도 아무런 문제없다. 또한, 장소에 따라 서로 다른 면상태로 형성되어 있어도 된다. 또한, 예를 들어 도 1에 도시하는 구조에서는, 제 2 측면과 비공진기면의 경계 부분이 구조상 차광층 재료가 퇴적하기 쉽게 되어 있고, 코너부는 두껍게 형성되지만, 광을 투과시키지 않는다는 효과가 저하되지는 않기 때문에, 아무런 문제없다.
또한, 차광층(9)은 제 2 측면 및 비공진기면에 있어서 광이 전파하는 층을 커버하도록 형성하면 되기 때문에, 적어도 활성층의 단면을 커버하도록 형성하면 되고, 비공진단면 및 제 2 측면 전체에 형성되지 않아도 된다. 또한, 가이드층 등이 형성되어 활성층 이외에 광이 전파되기 쉬운 층이 있는 경우는 그들도 포함하여 커버하도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 공정을 고려하여 n형층이나 기판까지 커버하도록 형성되어 있어도 된다.
본 발명의 반도체 레이저 소자는 단면 및 측면에 차광층 형성면을 형성하고 있지만, 이들 면의 형성 방법는 형성하는 위치나 차광층의 재료에 따라, 적절한 공정 및 방법을 선택할 수 있다. 예를 들면, n 전극 형성면을 노출시키는 에칭 공정으로 동시에 형성해도 되고, 스트라이프형상 볼록부를 형성하는 에칭 공정에서, 동일한 폭 또는 다른 폭의 마스크를 사용하여 형성할 수도 있다. 또한, 스트라이프형상 볼록부를 형성하기 전에 형성해두면, 보다 활성층의 폭이 좁은 공진기면을 얻을 수 있으므로, 차광층을 보다 도파로 영역과 가까운 위치에 형성하는 것이 가능해져, 미광이 메인 빔에 섞이는 것을 방지하는 동시에, 활성층의 폭을 좁게 함으로써, 광의 가둠이 우수한 도파로 구조가 가능해진다.
(도파로 영역)
본 발명의 반도체 레이저 소자에 있어서, 스트라이프형상 도파로 영역은 제 1 도전형 반도체층, 제 2 도전형 반도체층에 끼인 활성층의 근방에 주로 형성되는 것으로, 이 스트라이프 방향과 공진기 방향은 거의 일치한다. 여기에서, 도파로 영역은 주로 활성층 및 그 근방에서 구성되지만, 활성층을 끼우는 광 가이드층을 형성하여, 활성층을 끼우는 가이드층까지의 영역을 광도파층으로 하고, 이것을 도파로 영역으로 해도 된다.
(공진기면)
도파로 영역의 양단에 형성되는 한 쌍의 공진기면은 벽개(cleavage) 또는 에칭 등에 의해 형성되는 평탄한 면이다. 벽개로 형성하는 경우는 기판이나 적층구조체층이 벽개성을 갖고 있을 필요가 있지만, 벽개성을 이용하면 우수한 경면을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 에칭에 의해 공진기면을 형성하는 경우에는, n 전극 형성면을 노출시킬 때 동시에 행함으로써, 에칭 회수를 줄일 수 있다. 또한, 공진기면은 스트라이프형상 볼록부를 형성하는 에칭 공정시에 동시에 형성할 수도 있다. 이와 같이 각 공정과 동시에 형성함으로써 공정을 줄일 수 있지만, 보다 우수한 공진기면을 얻기 위해서는 다른 공정을 형성하는 것이 좋다. 또한, 이와 같이 벽개나 에칭에 의해 형성한 공진기면에는 활성층의 발광을 효율적으로 반사시키기 위해, 또는 반사율을 조정하기 위해, 단일막 또는 다층막으로 이루어진 반사막을 형성할 수도 있다. 공진기면의 한 쪽은 비교적 높은 반사율을 가진 면으로 이루어져서 주로 광을 도파로 영역내에 반사하는 광반사측 공진기면으로서, 다른 한쪽은 비교적 낮은 반사율을 가진 면으로 이루어지교 주로 외부로 광을 출사하는 광출사측 공진기면으로서 기능하고 있다.
(스트라이프형상 볼록부)
본 발명의 반도체 레이저 소자에서는 스트라이프형상 도파로 영역은 적층구조체에 볼록부를 형성함으로써 용이하게 형성할 수 있다. 구체적으로는, 적층구조체의 제 2 도전형 반도체층에 있어서, 중앙부가 봉우리 모양으로 남도록 봉우리의 양측을 에칭 등에 의해 제거하여 스트라이프형상 볼록부를 형성함으로써 그 스트라이프형상 볼록부 바로 아래의 활성층 근방에 스트라이프형상 도파로 영역을 형성할수 있다. 볼록부는 볼록부 저면측의 폭이 넓고 상면에 가까워짐에 따라 스트라이프폭이 작아지는 순(順)메사(forward mesa) 형상에 한정되지 않고, 반대로 볼록부의 저부에 가까워짐에 따라 스트라이프의 폭이 작아지는 역(逆)메사(reverse mesa) 형상이어도 되고, 또한 적층 방향의 위치에 관계없이 폭이 일정하게 되도록 수직 측면을 갖는 볼록부이어도 되고, 또한 이들이 조합된 형상이어도 된다. 또한, 스트라이프형상 도파로는 그 폭이 전길이에 걸쳐 동일할 필요는 없다. 또한, 이러한 볼록부를 형성한 후에 볼록부 표면에 반도체층을 재성장시킨 매입형 레이저 소자이어도 된다.
본 발명에서는 이와 같이 형성된 스트라이프형상 볼록부를 형성하기 위한 에칭의 깊이를 부분적으로 변화시킴으로써, 활성층 단면 및 측면에 단차를 형성할 수도 있다. 예를 들면 도 1에서는, 스트라이프형상 볼록부 중 광출사면측에서는 볼록부의 양측이 활성층 보다 깊게 에칭되어 있기 때문에, 출사면측의 단면에 단차가 형성되어, 결과적으로 공진기면과 비공진기면이 형성되어 있다. 또한, 출사 단면측에서는 스트라이프형상 볼록부의 측면에 연속하는 제 2 측면이 형성되고, 다른 측면이 제 1 측면으로 되어 있다. 이와 같이 스트라이프의 볼록부와 대응하도록 단면 및 측면을 형성함으로써, 복잡한 공정을 거치지 않고서, 효율적으로 차광층을 설치하는 면을 형성할 수 있다.
스트라이프형상 볼록부와 차광층 형성면은 어느 쪽을 먼저 형성하여도 된다. 상술한 바와 같이, 먼저 스트라이프형상 볼록부를 형성하고, 그 후에 단차를 형성함으로써, 스트라이프에 대응한 것과 같이 형성하기 쉬워진다. 도파로 영역은 스트라이프형상 볼록부에 대응하여 형성되므로, 먼저 스트라이프를 형성해둠으로써, 차광층 형성면의 도파로 영역으로부터의 거리를 정밀도 양호하게 제어할 수 있다.
또한, 먼저 활성층의 일부를 제거하고, 그 후에, 그 제거한 위치에 대응하도록 스트라이프형상 볼록부를 형성할 수도 있다. 스트라이프형상 볼록부를 먼저 형성한 경우에는 제 2 측면 사이에 낀 활성층을 볼록부의 폭보다도 좁게 형성하기가 어렵다. 왜냐하면, 볼록부를 형성한 뒤, 스트라이프형상 볼록부 위에 더욱 폭이 좁은 마스크를 형성하는 것은 기술적으로 곤란하기 때문이다. 그러나, 스트라이프형상 볼록부를 형성하기 전의 비교적 넓고 평탄한 면 위라면, 리지를 형성하기 위해 형성하는 마스크보다도 가는 마스크를 형성기가 비교적 용이하다. 따라서, 제 2 측면에 끼인 좁은 활성층을 형성해야 할 부분에, 가는 마스크(마스크 부분이 제 2 측면에 끼인 좁은 활성층을 형성해야 할 부분임)를 형성하고, 그 양측 부분을 활성층 아래까지 에칭하여, 우선 차광층 형성면을 형성한다. 이 때, 가는 마스크의 양측 이외의 부분 전체에는 마스크가 형성되어 있다. 그리고, 그 후, 에칭으로 제거한 부분에 차광층이 되는 재료를 반도체층의 표면과 동일한 위치가 될 때까지 매입한다. 그리고, 다음에 리지를 형성하기 위한 마스크를 형성하여, 그 마스크의 양측을 에칭함으로써 리지를 형성한다. 이와 같이 하면, 도 10에 도시하는 바와 같이, 출사면 근방에서 볼록부(8) 보다 가는 폭의 활성층을 형성할 수 있다.
이에 의해, 횡방향의 광을 보다 강하게 가둘 수 있게 된다. 또한 이 경우, 적어도 가늘게 형성한 스트라이프형상 활성층의 측면을 매입하도록, 제 2 측면의 외측에 적당한 반도체층을 성장시켜둠으로써, 벽개(劈開)에 의해 공진기면을 형성할 때에, 출사 단면 근방이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같이, 적층구조체의 출사 단면측에 활성층의 폭이 좁은 부분을 형성하여 차광층 형성면으로 함으로써, 보다 효과적으로 미광이 외부로 방출되는 것을 막는 구조로 하는 동시에, 이와 같이 활성층의 폭을 변화시킴으로써, 도파로의 도파 특성을 변화시킬 수 있다. 특히, 도파로 영역의 근방까지 활성층의 폭이 좁아지도록 제 2 측면을 형성하면, 그 부분의 도파로 영역에서는 외부와 완전히 굴절률차(실효적인 굴절률차가 아니라, 실제 굴절률차)가 생기게 되므로, 횡 모드의 제어성이 특히 양호해진다. 이에 대하여, 제 1 측면을 갖는 부분은 스트라이프형상 볼록부가 형성됨으로써 실효적으로 굴절률차가 형성되어 있는 도파로 영역이므로, 본 실시형태에서는 연속한 1개의 도파로 영역 안에, 완전히 굴절률차가 형성된 영역과, 실효적으로 굴절률차가 형성된 영역을 형성하게 된다. 이것을 이용하면, 본 실시형태의 레이저 소자에 있어서, 출사광의 발산각을 조정할 수 있다.
(적층구조체)
본 발명의 반도체 레이저 소자에 있어서, 적층구조체의 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층으로서 사용하는 반도체로, GaN, AlN, 또는 InN등의 질화물 반도체나, 이들의 혼성 결정인 Ⅲ－Ⅴ족 질화물 반도체(InxAlyGal-x-yN, O≤x, 0≤y, x+y≤1)를 사용할 수 있다. 이하, 본 발명의 반도체 레이저 소자에 관해서, 구체적으로 질화물 반도체를 사용하여 바람직한 예에 대해서 설명한다. 여기에서, 질화물 반도체를 이용한 레이저 소자란, 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층을 순서대로 적층한 적층구조체의 각 층 중의 어느 한 층에 질화물 반도체를 이용한 것으로, 바람직하게는 모든 층에 질화물 반도체를 이용한 반도체 레이저 소자이다. 구체적으로는, 제 1 도전형 반도체층 및 제 2 도전형 반도체층에 있어서, 각각 질화물 반도체를 갖는 클래드층이 형성되어, 활성층과 그 근방에 도파로가 형성되어 있는 것이다. 질화물 반도체를 사용하여 구성된 반도체 레이저 소자(질화물 반도체 레이저 소자)의 보다 바람직한 구성으로는 제 1 도전형 반도체층에 n형 질화물 반도체층을, 제 2 도전형 반도체층에는 p형 질화물 반도체층을, 또한, 활성층에는 In을 포함하는 질화물 반도체층을 포함하는 층을 사용한다.
(질화물 반도체)
본 발명의 레이저 소자에 사용하는 질화물 반도체로는 GaN, AlN, 또는 InN, 또는 이들의 혼성 결정인 Ⅲ－Ⅴ족 질화물 반도체(InbAldGal-b-dN, 0≤b, 0≤d, b+d≤1)이 있다. 게다가, Ⅲ족 원소로서 B를 이용하거나, Ⅴ족 원소의 N의 일부를 As, P로 치환한 혼성 결정도 사용할 수 있다. 또한, 이러한 질화물 반도체에는 각 도전형 불순물을 첨가하여, 원하는 도전형으로 할 수 있다. 질화물 반도체에 사용되는 n형 불순물로는 구체적으로는 Si, Ge, Sn, S, O, Ti, Zr 등의 Ⅳ족, 또는 Ⅵ족 원소를 사용할 수 있고, 바람직하게는 Si, Ge, Sn, 가장 바람직하게는 Si를 사용한다. 또한, p형 불순물로는 구체적으로는 Be, Zn, Mn, Cr, Mg, Ca 등을 들 수 있고, 바람직하게는 Mg이 사용된다. 이하, 본 발명의 레이저 소자에 관해서, 구체적으로 질화물 반도체를 이용한 레이저 소자에 관해서 설명한다. 여기에서, 질화물 반도체를 이용한 레이저 소자란, 제 1 도전형층, 활성층, 제 2 도전형층을 적층한 적층구조체의 각 층 중 어느 한 층에 질화물 반도체를 사용하는 것이며, 바람직하게는 모든 층에 사용하는 것이다. 예를 들면, 제 1 도전형층, 제 2 도전형층에는 각각 질화물 반도체로 이루어지는 클래드층이 형성되며, 이들 2개의 클래드층 사이에 활성층을 형성함으로써 도파로를 형성한다. 보다 구체적으로는, 제 1 도전형층에 n형 질화물 반도체층을, 제 2 도전형층에 p형 질화물 반도체층을 포함하고, 활성층에서 In을 포함하는 질화물 반도체층을 포함하는 것으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서, n형 클래드층, p형 클래드층을 형성하여, 도파로 영역을 구성하도록 하는 경우, 각 클래드층과 활성층 사이에는 가이드층, 전자 가둠층 등을 형성해도 된다.
이하, 본 발명에 따른 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서의 각 층의 바람직한 구성에 관해서 설명한다.
(n형 클래드층)
본 발명의 질화물 반도체를 이용한 레이저 소자에 있어서, n형 클래드층에 사용하는 질화물 반도체로는 p형 클래드층과 마찬가지로, 광을 가두는데 충분한 굴절률차가 형성되어 있으면 되고, Al을 포함하는 질화물 반도체층이 바람직하게 사용된다. 또한, 이 층은 단일 또는 다층막이어도 되고, 구체적으로는 실시예에 나타내는 바와 같이, AlGaN와 GaN를 교대로 적층한 초격자 구조이어도 된다. 또한, 이 n형 클래드층은 캐리어 가둠층, 및 광 가둠층으로서 작용하고, 다층막 구조로 하는경우에는 상술한 바와 같이, Al을 포함하는 질화물 반도체, 바람직하게는 AlGaN를 성장시키면 된다. 게다가, 이 층은 n형 불순물이 도프되어 있어도 되고, 언도프이어도 되며, 실시예에 나타내는 바와 같이 다층막층에 있어서, 그것을 구성하는 적어도 1개의 층에 도프한 것이어도 된다. 또한, 발진 파장이 장파장 430~550㎚인 레이저 소자에서는 이 클래드층은 n형 불순물을 도프한 GaN이 바람직하다. 또한, 막두께로는 p형 클래드층과 마찬가지로, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 100Å 이상 2㎛ 이하로 형성하는 것, 바람직하게는 500Å 이상 1㎛ 이하의 범위로 형성함으로써, 충분한 광 가둠층으로서 기능한다.
(활성층)
본 발명에 있어서, 질화물 반도체를 사용하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 소자를 구성하는 경우, 활성층에 In을 포함하는 질화물 반도체층을 가짐으로써, 자외역, 가시역에 있어서 청색계 내지 적색계 파장역의 레이저광을 발생시킬 수 있고, 또한 In을 포함하는 질화물 반도체층은 활성층이 대기에 노출되면, 레이저 소자 구동에 있어서 매우 중대한 소자 열화를 일으키는 경우가 있지만, 본 발명에서는 출사부로부터 이간하는 도파로 영역은 활성층에 이르지 않는 깊이로 형성된 리지에 의해 구성된 도파로 영역이므로, 그러한 소자 열화를 최소한으로 억제하는 것이 가능하다. 왜냐하면, In은 융점이 낮기 때문에, In을 포함하는 질화물 반도체는 분해, 증발이 일어나기 쉬운 재료이고, 에칭시에 손상을 받기 쉬우며, 또한 활성층을 노출시킨 후의 가공에 있어서, 그 결정성을 유지하기가 어려워, 결과적으로 소자 수명의 저하로 이어지기 때문이다.
여기에서, 활성층은 양자 웰 구조이어도 되고, 이 경우 단일 양자 웰, 다중 양자 웰 중 어떤 것이어도 된다. 바람직하게는 양자 웰 구조로 함으로써, 발광 효율이 우수하고 고출력의 레이저 소자, 단면 발광 소자를 얻을 수 있다. 질화물 반도체의 활성층으로는 상술한 바와 같이, In을 포함하는 질화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0＜y≤1, x＋y≤1)로 나타내는 질화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 양자 웰 구조의 활성층에 있어서는 웰층으로서 여기서 나타낸 질화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다는 것을 의미한다. 또한, 근자외에서 가시광의 녹색까지의 파장 영역(380㎚ 이상 550㎚)에서는 InyGa1-yN(0＜y＜1)를 사용하는 것이 바람직하고, 또한 그 이상의 장파장 영역(적색)에서도 마찬가지로 InyGa1-yN(0＜y＜1)를 사용할 수 있며, 이 때 주로 In 혼성 결정비(y)를 변화시킴으로써, 원하는 파장을 얻을 수 있다. 380㎚ 이하의 단파장 영역에서는 GaN의 밴드 갭에 상당하는 파장이 365㎚이기 때문에, GaN과 거의 동일하거나 또는 그것보다도 큰 밴드 갭 에너지로 할 필요가 있기 때문에, 예를 들면 AlxInyGa1-x-yN(0＜x≤1, 0＜y≤1, x＋y≤1)이 사용된다.
활성층을 양자 웰 구조로 하는 경우, 구체적인 웰층의 막두께로는 10Å 이상 300Å 이하의 범위, 바람직하게는 20Å 이상 200Å 이하의 범위로 함으로써, Vf, 한계값 전류 밀도를 저감시킬 수 있다. 또한, 결정 성장의 관점에서는 20Å 이상이면, 막두께에 큰 편차가 없고 비교적 균일한 막질의 층을 얻을 수 있으며, 200Å 이하로 함으로써 결정 결함의 발생을 낮게 억제한 결정 성장이 가능해진다. 활성층내의 웰층 수로는 특별히 한정되지 않고 1층 이상이며, 이 때, 웰층 수가 4층 이상인 경우에는 활성층을 구성하는 각 층의 막두께가 두꺼워지면, 활성층 전체의 막두께가 두꺼워지고, Vf의 상승을 초래하게 되기 때문에, 웰층의 막두께를 100Å 이하의 범위로 하여, 활성층의 막두께를 낮게 억제하는 것이 바람직하다. 고출력의 LD에 있어서는 웰층 수를 1층 이상 3층 이하로 함으로써, 높은 발광 효율의 소자가 얻어지는 경향이 있어, 바람직하다.
또한, 웰층에는 p형 또는 n형 불순물(어셉터 또는 도너)이 도프되어 있어도, 언도프 또는 논도프이어도 된다. 그러나, 웰층으로서 In을 포함하는 질화물 반도체를 사용하는 경우, n형 불순물 농도가 커지면 결정성이 악화하는 경향이 있기 때문에, n형 불순물 농도를 낮게 억제하여 결정성이 양호한 웰층으로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 결정성을 최대한으로 양호하게 하기 위하여, 웰층을 언도프로 성장시키는 것이 바람직하고, 구체적으로는 n형 불순물 농도를 5×1016/㎤ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, n형 불순물 농도가 5×1016/㎤ 이하인 상태는, 극도로 불순물 농도가 낮은 상태이고, 이 상태에서는 실질적으로 n형 불순물을 포함하지 않는 웰층이라고 할 수 있다. 또한, 웰층에 n형 불순물을 도프하는 경우에는, n형 불순물 농도가 1×1018이하 5×1016/㎤ 이상의 범위로 도프되어 있으면, 결정성의 악화를 낮게 억제하면서 캐리어 농도를 높일 수 있다.
장벽층의 조성으로는 특별히 한정되지 않지만, 웰층과 같은 질화물 반도체를 사용할 수 있고, 구체적으로는 웰층 보다 In 혼성 결정비가 낮은 InGaN 등의 In을포함하는 질화물 반도체, 또는 GaN, AlGaN 등의 Al을 포함하는 질화물 반도체 등을 사용할 수 있다. 이 때, 장벽층은 웰층보다 밴드 갭 에너지를 크게 하는 것이 필요하다. 구체적인 조성으로는 InβGa1-βN(0≤β＜1,α＞β), GaN, AlγGa1-γN(0＜γ≤1) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 InβGa1-βN(0≤β＜1, α＞β), GaN를 사용함으로써 양호한 결정성으로 장벽층을 형성할 수 있다. 이것은 In을 포함하는 질화물 반도체로 이루어지는 웰층을 AlGaN 등의 Al을 포함하는 질화물 반도체 위에 직접 성장시키면, 결정성이 저하하는 경향이 있고, 웰층의 기능이 악화되는 경향이 있기 때문이다. AlγGa1-γN(0＜γ≤1)를 장벽층으로서 사용하는 경우에는, Al을 포함하는 장벽층을 웰층 위에 형성하도록 하고, 웰층 아래에는 InβGa1-βN(0≤β＜1, α＞β), GaN의 장벽층을 이용한 다층막의 장벽층으로 함으로써 이것을 회피할 수 있다. 이와 같이, 다중 양자 웰 구조에 있어서, 웰층에 낀 장벽층은 특히 1층(웰층/장벽층/웰층)으로 한정하는 것은 아니고, 2층 또는 그 이상의 층의 장벽층, 「웰층/장벽층(1)/장벽층(2)/…웰층」과 같이, 조성·불순물량 등이 다른 장벽층을 다수 형성해도 된다. 여기에서, α는 웰층의 In 조성비이고, α＞β로 하여 장벽층의 In 조성비(β)를 웰층보다 작게 하는 것이 바람직하다.
장벽층은 n형 불순물이 도프되어 있어도, 논도프이어도 되지만, 바람직하게는 n형 불순물이 도프되어 있는 것이다. 이 때, 장벽층 중의 n형 불순물 농도로는 적어도 5×1016/㎤ 이상 도프되어 있는 것이 바람직하고, 상한으로는 1×1020/㎤이다. 구체적으로는, 예를 들면 높은 출력을 요구하지 않는 LD인 경우에는, 5×1016/㎤ 이상 2×1018/㎤ 이하의 범위로 n형 불순물을 갖는 것이 바람직하고, 또한, 보다 고출력의 LD에서는 5×1017/㎤ 이상 1×1020/㎤ 이하의 범위, 바람직하게는 1×1018/㎤ 이상 5×1019/㎤ 이하의 범위로 도프되어 있는 것이 바람직하고, 이와 같이 고농도로 도프하는 경우에는, 웰층에 n형 불순물을 실질적으로 포함하지 않거나, 언도프로 성장시키는 것이 바람직하다. 상기 바람직한 범위로 도프됨으로써, 상술한 바와 같이, 양호한 결정성으로, 고농도의 캐리어를 주입하는 것이 가능해진다.
n형 불순물을 도프하는 경우에는, 활성층내의 모든 장벽층에 도프해도 되고, 일부의 장벽층에 도프해도 된다. 일부의 장벽층에 n형 불순물을 도프하는 경우에는 활성층내에서 n형층측에 배치된 장벽층에 도프하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 n형층측에서부터 n번째의 장벽층(Bn; n=1, 2, 3…)에 도프함으로써, 전자가 효율적으로 활성층내에 주입되어, 발광 효율, 내부 양자 효율이 우수한 소자가 된다. 이것은 장벽층에 한정되지 않고, 웰층에 관해서도 동일하며, 또한 양쪽에 도프하는 경우에는 n형층에서부터 n번째의 장벽층(Bn; n=1, 2, 3…), m번째의 웰층(Wm; (m=1, 2, 3…)에 도프하는 것, 즉 n형층에 가까운 측에서부터 도프함으로써, 상기 효과를 얻을 수 있는 경향이 있다.
장벽층의 막두께로는 특별히 한정되지 않고 500Å 이하, 보다 구체적으로는 웰층과 동일하게 10Å 이상 300Å 이하의 범위를 적용할 수 있다.
본 발명의 질화물 반도체를 이용한 레이저 소자에 있어서, 적층구조체로서 제 1 도전형층에 n형 질화물 반도체를 갖는 것, 제 2 도전형층에 p형 질화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 각각의 도전형층에 n형 클래드층, p형 클래드층을 형성하여, 도파로를 구성하도록 한다. 이 때, 각 클래드층과 활성층 사이에는 후술하는 바와 같은 가이드층, 전자 가둠층 등을 형성해도 된다.
(p형 캡층)
p형 클래드층과 활성층 사이에 형성되는 p형 캡층으로는 AlGaN 등을 바람직하게 사용할 수 있고, 이에 의해, 활성층으로의 캐리어 가둠 효과를 갖는 층으로 할 수 있으며, 한계값 전류를 저하시키기 때문에, 보다 용이하게 발진시킬 수 있다. AlGaN은 p형 불순물을 도프한 것이어도 논도프이어도 된다. 또한, 막두께로는 500Å 이하가 바람직하다.
(가이드층)
본 발명에 있어서, 활성층을 끼우는 n형 및 p형 가이드층을 클래드층보다 내측(활성층측)에 형성하여 광도파로를 형성함으로써, 우수한 도파로를 형성할 수 있다. 이 때, 도파로(활성층과 그것을 끼워넣는 두 가이드층)의 막두께로는 6000Å 이하가 바람직하고, 그 이하의 막두께이면 발진 한계값 전류의 급격한 증대를 억제할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 4500Å 이하로 함으로써, 낮게 억제된 발진 한계값 전류로, 기본 모드, 긴 수명에서의 연속 발진이 가능해진다. 또한, 양 가이드층은 거의 동일한 막두께로 형성되고, 100Å 이상 1㎛ 이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 500Å 이상 2000Å 이하이다. 가이드층에 사용되는 질화물 반도체로는 그외측에 형성되는 클래드층과 비교하여, 도파로를 형성하기 위해 적절한 굴절률이 선택되고, 단일막 또는 다층막 중 어느 것이나 된다. 구체적으로는, 발진 파장이 370㎚~470㎚에서는 언도프의 GaN이 바람직하고, 비교적 장파장인 영역(450㎚ 이상)에서는 InGaN/GaN의 다층막 구조를 사용하는 것이 바람직하다.
(p형 클래드층)
본 발명의 질화물 반도체를 이용한 레이저 소자에 있어서, 제 2 도전형층 또는 제 1 도전형층으로서, p형 질화물 반도체(제 1 p형 질화물 반도체)를 포함하는 p형 클래드층을 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, p형 클래드층이 형성된 도전형층과는 다른 도전형층에, n형 질화물 반도체를 포함하는 n형 클래드층을 형성하여, 적층구조체에 도파로를 형성한다. 또한, 이 p형 클래드층에 사용되는 질화물 반도체로는 광을 가두는데 충분한 굴절률차가 형성되어 있으면 되고, Al을 포함하는 질화물 반도체층이 바람직하게 사용된다. 또한, 이 층은 단일 또는 다층막이어도 되고, 구체적으로는 실시예에 나타내는 바와 같이, AlGaN와 GaN를 교대로 적층한 초격자 구조이어도 되고, 초격자 구조로 하면 결정성을 양호하게 할 수 있어 바람직하다. 또한, 이 층은 p형 불순물이 도프되어 있어도 되고, 언도프이어도 되며, 실시예에 나타내는 바와 같이 다층막층에 있어서, 그것을 구성하는 적어도 1개의 층에 도프한 것이어도 된다. 또한, 발진 파장이 장파장 430~550㎚인 레이저 소자에서는 이 클래드층은 p형 불순물을 도프한 GaN이 바람직하다. 또한, 막두께로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 100Å 이상 2㎛ 이하로 형성하는 것, 바람직하게는 500Å 이상 1㎛ 이하의 범위로 형성함으로써, 충분한 광 가둠층으로서 기능한다.
또한, 본 발명에 있어서, 활성층과 p형 클래드층 사이에 후술하는 전자 가둠층, 광 가이드층을 형성해도 된다. 이 때, 광 가이드층을 형성하는 경우에는 n형 클래드층과 활성층 사이에도 광 가이드층을 형성하여, 활성층을 광 가이드층에 끼워넣는 구조로 하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 SCH 구조로 되어, 클래드층의 Al조성비를 가이드층의 Al 조성비보다 크게 하여 굴절률차를 형성하여 클래드층으로 광을 가둔다. 클래드층과 가이드층이 각각 다층막으로 형성되는 경우에는 Al 조성비의 대소는 Al 평균 조성에 의해 결정한다.
(p형 전자 가둠층)
또한, 활성층과 p형 클래드층 사이, 바람직하게는 활성층과 p형 광 가이드층 사이에 형성되는 p형 전자 가둠층은 활성층으로의 캐리어의 가둠으로서도 기능하는 층이고, 한계값 전류를 저하시킴으로써 용이한 발진에 기여하고, 구체적으로는 AlGaN를 사용한다. 특히, 제 2 도전형층에 p형 클래드층, p형 전자 가둠층을 형성하는 구성으로 함으로써, 보다 효과적인 전자 가둠 효과를 얻을 수 있다. 이 p형 전자 가둠층에 AlGaN를 사용하는 경우에는, 바람직하게는 p형 불순물을 도프한 것으로 함으로써, 보다 확실하게 상기 기능을 발휘할 수 있지만, 논도프이어도 상기 캐리어의 가둠으로서 기능을 갖는다. 막두께의 하한으로는 적어도 10Å이고, 바람직하게는 20Å이다. 또한, 막두께로는 500Å 이하로 형성하고, AlxGa1-xN의 조성으로는 x가 0 이상, 바람직하게는 0.2 이상으로 함으로써 상기 효과를 충분히 기대할 수 있다. 또한, n형층 측에도 홀을 활성층내에 가두는 n측 캐리어 가둠층을 형성해도 된다. 홀의 가둠은 전자를 가두는 경우만큼 오프셋(활성층과의 밴드 갭의 차)을 형성하지 않아도 가둘 수 있다. 구체적으로는 p측 전자 가둠층과 동일한 조성을 적용할 수 있다. 또한, 결정성을 양호한 것으로 하기 위해서는 Al를 포함하지 않는 질화물 반도체에 의해 형성해도 되고, 구체적으로는 활성층의 장벽층과 거의 동일한 조성을 사용할 수 있으며, 이 경우에는 캐리어 가둠이 되는 n측 장벽층을 활성층내에서 가장 n형층 측으로 배치시키는 것이 바람직하고, 또는 활성층에 접하여 n형층내에 배치하여도 된다. 이와 같이, p측, n측의 캐리어 가둠층은 바람직하게는 활성층에 접하여 형성함으로써, 효율적으로 활성층 또는 웰층내에 캐리어를 주입할 수 있고, 다른 형태로는 활성층내에 있어서, p측, n측의 층과 접하는 층을 캐리어 가둠층으로 할 수도 있다.
(전극)
본 발명의 반도체 레이저 소자에 있어서, 스트라이프형상 볼록부 위에 형성되는 p측 전극, 및 n측층(n형 컨택트층)에 형성되는 n측 전극으로는 특별히 한정되는 것은 아니고, 질화물 반도체와 양호한 오믹 접촉할 수 있는 재료를 바람직하게 사용할 수 있다. 도파로 영역이 되는 스트라이프형상 볼록부에 대응하여 형성함으로써, 캐리어의 주입을 효율적으로 실시할 수 있다. 또한, 후술하는 절연막을 통해 질화물 반도체를 접하도록 형성할 수도 있다. 또한, 반도체와 접하도록 형성되는 오믹 전극과, 본딩에 적합한 재료로 이루어지는 패드 전극을 형성해도 된다. 본 실시형태에 있어서는 제 1 절연막을 형성한 후, 개구부를 형성하여 오믹 전극을 형성하고, 그 위에 추가로 개구부를 갖는 제 2 절연막을 형성하고, 그 위에 패드 전극을 형성 시킨 구조이다. 구체적인 재료로는 p측 전극에서는 Ni, Co, Fe, Ti, Cu, Rh, Au, Ru, W, Zr, Mo, Ta, Pt, Ag 및 이들의 산화물, 질화물 등을 들 수 있고, 이들의 단층, 합금, 또는 다층막을 사용할 수 있다. 또한, n측 전극에서는 Ni, Co, Fe, Ti, Cu, Rh, Au, Ru, W, Zr, Mo, Ta, Pt, Ag 등을 들 수 있고, 이들의 단층, 합금, 또는 다층막을 사용할 수 있다.
(절연막)
본 발명의 반도체 레이저 소자는 스트라이프형상 볼록부의 측면 및 그 측면에 연속하는 노출면(평면)에 보호막을 형성하는 것이 바람직하다. 볼록부를 보호하는 부분에만 형성하는 것이라면 절연성은 상관없지만, 절연성 보호막을 사용함으로써, 전극간 쇼트를 막는 절연막으로서의 기능과, 노출된 층을 보호하는 보호막으로서의 기능을 겸비한 막으로 할 수 있다. 구체적으로는 SiO2, TiO2, ZrO2등의 단일막 또는 다층막을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 전극을 통해 다층막에 형성해도 된다.
여기에서, 질화물 반도체를 이용한 레이저 소자에 있어서, 스트라이프형상 리지를 형성하는 위치를, Al을 포함하는 질화물 반도체층 내로 하여, 노출한 질화물 반도체 표면 및 볼록부 측면에 절연막을 형성함으로써, 양호한 절연이 이루어져 절연막 위에 전극을 형성하여도, 리크 전류가 없는 레이저 소자를 얻을 수 있다. 이것은 Al을 포함하는 질화물 반도체에는 양호한 오믹 접촉을 이룰 수 있는 재료가 거의 없기 때문에, 이 반도체 표면에 절연막, 전극 등을 형성해도, 리크 전류의 발생이 거의 없는 적절한 절연이 이루어지는 것이다. 반대로, Al을 포함하지 않는 질화물 반도체 표면에 전극을 형성하면, 그 전극 재료와 질화물 반도체 사이에 오믹 접촉이 형성되기 쉽고, Al을 포함하지 않는 질화물 반도체 표면에 절연막을 통하여 전극을 형성하면, 절연막, 전극의 막질에 의해, 절연막에 미소한 구멍이 있는 경우에 리크의 원인이 된다. 그 때문에, 이것들을 해결하기 위해, 절연이 충분히 확보되는 막두께로 절연막을 형성하거나, 전극의 형상, 위치를 노출한 반도체 표면에 부과하지 않도록 하는 등의 배려가 필요하게 되고, 레이저 소자 구조의 설계에 있어서, 커다란 제약이 가해지게 된다. 또한, 리지(볼록부)가 형성되는 위치가 문제가 되는 것은 리지(볼록부) 형성시에 노출되는 리지 양측의 질화물 반도체 표면(평면)은 리지(볼록부) 측면에 비하여, 극도로 큰 면적을 차지하는 것으로, 이 표면에 있어서 양호한 절연성이 확보됨으로써, 여러가지 전극 형상을 적용할 수 있으며, 전극 형성 위치를 비교적 자유롭게 선택할 수 있는 설계 자유도가 높은 레이저 소자가 되어, 리지(볼록부)의 형성에 있어서 매우 유리해진다. 여기에서, Al을 포함하는 질화물 반도체로는 구체적으로는 AlGaN, 또는 상술한 AlGaN/GaN의 초격자 다층막 구조 등이 적절하게 사용된다.
[실시형태 2]
본 발명에 따른 실시형태 2의 반도체 레이저 소자는 실시형태 1과 같이, 공진기면 근방에 차광막을 형성함으로써, 도파로 영역으로부터 새어나온 광(미광)이 외부로 방출되는 것을 방지하는 것으로(도 13a∼도 13c), 차광막을 박리하기가 어렵게 형성하기 위해, 차광막을 구성하는 원소와 동일한 원소로 이루어지는투광막(9a)을 차광막과 적층구조체 사이에 형성한 것 이외에는 실시형태 1과 동일하게 구성되어 있다.
본 실시형태 2의 레이저 소자는 동일한 원소로 구성되는 화합물이어도, 조성비가 다르면 물리적 성질 및 화확적 성질이 다른 것을 이용하여, 목적으로 하는 차광성 막을 적층구조체의 표면에 접착성 양호하게 형성한 것이다. 예를 들면 특정 금속의 산화막을 차광막으로서 사용하는 경우, 차광막과 적층구조체 사이에 있는 투광막으로서, 차광막과는 산소의 비율이 다른 산화물을 사용하는 것을 말하며, 보다 구체적으로는 투광막으로서 투광성이 높은 산소를 많이 포함하는 산화물을 사용하고, 차광막으로서 금속을 많이 포함하는 차광성이 높은 산화물을 이용한 것을 말한다. 이와 같이, 금속의 함유량이 적은 것에서, 금속의 함유량이 많은 것으로 변화시키면, 광 투과율이 크게 변화하는 것이 있어, 본 실시형태 2에서는 이러한 성질을 갖는 것을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 막은 성막시의 조건을 변화시킴으로서 용이하게 얻을 수 있는 것이다. 변경하는 성장시의 조건은 사용하는 가스의 유량 및 조성비, 가스의 공급 방향, 또는 장치내의 진공도, 분위기, 온도 등의 성막에 사용하는 장치에 있어서 변경가능한 조건이다.
단지, 투과율이 다른 것을 형성하는 것뿐이라면, SiO2등의 절연성 투광막 위에 금속층을 형성하는 것으로도, 광을 차단한다는 효과는 얻을 수 있다. 그러나, 다른 재료를 원료로 하면 제조 방법이 다르거나, 또한 접착성에 관해서도 문제가 생기는 경우가 있는 이것에 대하여, 동일한 원료를 사용하여, 동일한 장치로 성막조건을 변화시키는 것만으로 광학 특성을 변화시킬 수 있다면, 연속하여 성막할 수 있으므로 이물의 혼입을 방지할 수 있다. 본 실시형태 2에서는 이 투광막과 차광막 사이에, 광 투과율이 양자간에 있는 중간막이 형성되어 있어도 되고, 이와 같이, 순차적으로 투과율을 변화시키면, 차광막으로 거의 완전하게 광을 차단할 수 있도록 할 수 있다. 이와 같이, 구성 원소가 동일한 막을 조합하여 적층하면, 다른 원소로 이루어지는 막을 적층한 경우에 비하여 접착성이 매우 양호한 보호막(차광막)으로 할 수 있다.
또한, 투광막 및 차광막은 성막 조건을 단계적으로 변화시켜 다층 막으로 형성하는 방법대신에, 조건을 서서히 연속적으로 변화시킴으로써, 조성 경사된 층으로서 형성할 수 있다. 이러한 경우에도 최종적으로 차광가능한 조성까지 변화시키면 되기 때문에, 본 발명에 있어서는 이러한 조성 경사된 막으로, 막의 하측(적층구조체에 접하는 측)이 투광성이고, 위로 감에 따라 투광성이 낮아, 결국 차광성이 높아지는 막이어도 상관없다.
적층구조체의 표면에 투광막 및 차광막을 형성하는 방법으로는 물리 증착법(PVD법)이나 화학 증착법(CVD법) 등의 기층 성장법을 들 수 있다. 이들 제법을 사용할는 때에, 조건을 변화시킴으로써, 조성비가 다른 막을 용이하게 얻을 수 있다. 본 발명에서는 PVD법을 사용하는 것이 바람직하고, 스퍼터링법이나 진공 증착법 등도 사용할 수 있다. 이러한 방법을 사용하면, 본 발명과 같이 동일한 원소로 이루어지는 투광막과 차광막은 동일한 원료를 사용하여 형성하기 때문에, 연속하여 성막할 수 있다. 그 때문에, 불순물 등의 혼입을 막아서 순도가 높은 막을 형성할 수 있고 또한, 원료 교환에 필요한 시간도 걸리지 않는다. 조건을 변화시켜 형성함으로써, 밀착성과 광학 특성 양쪽을 구비한 차광막을 형성할 수 있다.
차광막 및 투광막에 사용되는 바람직한 재료로는 조성비를 변화시킴으로써 광 투과율을 변경할 수 있는 것이 바람직하고, 예를 들면 바람직한 재료로는 금속의 산화물, 질화물, 플루오르화물 등을 들 수 있다. 구체적인 재료로는 Rh, Si, Ti, Al, Cr, Nb, Mg, V, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Y, Zr, Mo, Ru, Pd, Ag, Sn, In, Hf, Ta, W, Ir, Pt, Au를 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 다수를 조합하여 사용해도 된다.
또한, 조성비에 대응하여 결정성이 다른 막을 사용해도 된다. 결정성이 다르면, 광학 특성도 변화하므로, 그것을 이용함으로써 차광성이 있는 막을 접착성 좋게 형성할 수 있다. 예를 들면, 결정성이 높은 막을 투광막으로서 사용하고, 그 위에 결정성이 낮은 막을 차광막으로서 사용할 수도 있다. 이것은 결정성이 높은 막은 치밀하게 성막되어, 결정성이 균일한 투과율이 높은 막을 형성하기 쉽고, 또한, 결정성이 낮은 막이 광에 대하여 불규칙적인 결정 격자이기 때문에 투광성이 낮아지기 쉬운 것을 이용하는 것이다. 스퍼터링법 등으로 성막하는 경우, 그 조건(예를 들면, 기압 등)을 완만하게 하여 차광성이 있는 불규칙적인 결정을 형성하려고 하면 벗겨지기 쉬운 막이 되는 경향이 있지만, 그러한 막을 반도체층 위에 직접 형성하는 것이 아니라, 동일 원소로 이루어지는 결정성이 양호한 치밀한 투광막 위에 형성함으로써, 차광막으로서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 재료 중, 차광막 및 투광막을 형성하기 위한 재료로서, 특히 RhO로 대표되는 Rh 산화물을 바람직한 재료로서 들 수 있다. 이 Rh 산화물을 차광막 및 투광막으로서 사용함으로써. 효율적으로 광을 차단할 수 있는 막을 접착성 양호하게 형성할 수 있다. 게다가, Rh 산화물은 열적으로 안정하기 때문에, 공정에서나 사용시에 있어서 열화가 적은 안정한 차광막으로 할 수 있다. 특히, 공진기면의 근방으로서, 공진기면에서 약간 떨어진 위치에 형성함으로써, 슬로프 효율을 저하시키지 않고 우수한 FFP를 얻을 수 있다. 또한, 이 Rh 산화물은 메인 빔의 파장이 자외에서부터 비교적 단파장의 가시광역에 있는 레이저 소자에 있어서, 특히 바람직하게 사용할 수 있다. 구체적으로는 질화물 반도체로 이루어지고 메인 빔의 파장이 360~420㎚ 정도의 범위인 반도체 레이저 소자에 사용함으로써, 광의 차단 효과를 크게 할 수 있으므로, 미광을 차단하여 리플을 저감시키는데 효과적이다.
차광막의 총 막두께로는 500Å∼10000Å이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1000Å~5000Å이다. 막두께가 1000Å 보다 얇으면, 광이 투과되기 쉬워져서 차광 효과가 저하되므로 바람직하지 않다.
또한, 투광막의 총 막두께로는 100Å∼1000Å이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 200Å∼600Å이다. 막두께가 200Å 보다 얇으면, 투광막 자체가 벗겨지기 쉬워지므로 바람직하지 않다. 또한, 너무 두껍게 형성하는 것은 양산성을 고려할 때 바람직하지 않다.
또한, 차광막과 투광막을 조합한 보호막으로서의 막두께는, 사이에 중간층이 형성되는 경우도 포함하여, 총 막두께 500Å~20000Å이 바람직하다.
또한, 차광막을 형성하는 장소로는 공진기면 근방이 바람직하고, 공진기 단면과 동일면의 위거나 다른 면 위어도 되지만, 바람직하게는 다른 면 위에 형성되는 것이 좋다. 구체적으로는 실시형태 1과 마찬가지로, 광출사측 공진기면 근방에 있어서, 공진기면의 양측 단면이 활성층보다 아래까지 제거되어, 적층구조체의 코너부가 제거된 형상이다. 이상과 같이 하면, 실시형태 1의 레이저 소자와 동일한 작용 효과를 갖는다.
[실시형태 3]
본 발명에 따른 실시형태 3의 반도체 레이저 소자는 광의 공진 방향과 수직방향의 단면에, 적어도 2개의 광투과율이 서로 다른 보호막(제 1 보호막(109)과, 제 1 보호막(109)보다도 투과율이 낮은 제 2 보호막(110))을 갖는 것으로, 이 광투과율이 다른 2개의 보호막을 단면에 형성함으로써, 단면에서 방출되는 광의 방출을 제어하는 것이다. 구체적인 형태를 도 14a∼도 14c에 도시한다. 또한, 실시형태 3의 도면에 있어서, 실시형태 1과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙여서 나타내고 있다. 도 14c는 도 14a의 ⅩⅣC－ⅩⅣC 단면도이다. 본 실시형태 3은 도 14c에 도시하는 바와 같이 기판(12) 상에, 제 1 도전형 반도체층(n형 질화물 반도체층(1)), 활성층(3), 제 2 도전형 반도체층(p형 질화물 반도체층; 2)이 적층된 적층구조체에, 스트라이프형상 볼록부(리지; 8)가 형성되어 있고, 이 스트라이프의 길이 방향과 수직한 양단면에 공진기 단면을 형성함으로써, 스트라이프 방향을 도파 방향(공진 방향)으로 하는 도파로 영역이 형성되어 있다. 공진기 단면 중 한 쪽은 주로 광을 외부로 출사하는 기능을 갖는 광출사측 공진기 단면(광출사면)이고, 다른 쪽은주로 광을 도파로 영역내로 반사하는 기능을 갖는 광반사측 공진기 단면(모니터면)이다. 스트라이프형상 볼록부(리지; 8)의 측면 및 이 측면에 연속하는 적층구조체의 윗면에는 제 1 절연막(10)이 형성되어 있다. 제 1 절연막(10)을 통하여 p형 질화물 반도체층(2)의 볼록부(8)의 윗면에 p형 질화물 반도체층과 오믹 접촉하는 스트라이프형상 p측 오믹 전극(5)이 형성되어 있다. 또한, 적층구조체를 따라 노출시킨 n형 질화물 반도체층에는 n형 질화물 반도체층과 오믹 접촉하는 n측 오믹 전극(7)이 스트라이프형상으로 형성되어 있다. 양 전극은 대략 평행하게 형성되어 있다. 이들 전극 위에 더욱이 개구부를 갖는 제 2 절연막(11)이 형성되어, 이 제 2 절연막(11)을 통하여 오믹 전극과 접하도록 p측 패드 전극(4) 및 n측 패드 전극(6)이 각각 형성된다.
본 실시형태 3의 반도체 레이저 소자에서는 도파로 영역의 광의 도파 방향과 수직한 방향의 단면에 광투과율이 다른 보호막을 형성함으로써, 광의 방출을 제어하는 것으로, 특히 출사측 공진기면의 출사부에, 더욱 광투과율이 높은 제 1 보호막(109)을 형성함으로써, 공진기면의 열화를 방지하는 동시에 레이저광을 출사시키기 쉽게 하는 것이다. 또한, 출사측 공진기면에서의 출사부의 양측에는 제 1 보호막(109)보다도 광투과율이 낮은 제 2 보호막(110)을 형성함으로써, 출사면의 근방에서 미광이 방출되지 않도록 하고 있다. 이에 의해 본 실시형태 3의 반도체 레이저 소자에서는 미광이 외부로 방출되는 것을 방지하여 리플의 발생을 억제할 수 있다.
이상과 같이 구성된 실시형태 3의 반도체 레이저 소자에서는 활성층을 포함하는 발광 영역에서 발생한 광은, 주로 도파로 영역내를 도파하여 공진기면에서의 도파로 영역의 단부(출사면)에서 출사되어 레이저광(메인 빔)이 된다. 그러나, 출사측 공진기면이 노출되어 있으면, 고출력시에는 그 출사면이 열화하기 쉽고, COD가 발생하기 쉽다. 또한, 일부의 광은 도파로 영역으로부터 스며나와 미광이 되어 소자내를 전파하여, 출사면 이외로부터 외부로 방출된다, 이것이 메인 빔과 겹침으로써 리플을 발생시킨다. 여기에서, 미광이 소자의 외부로 방출되는 것은 전반사되지 않는 각도로 소자 단면에 전파된 광이다. 전반사된 미광은 다시 소자 내부를 향하여 반사되어, 전반사각으로 단면에 도달할 때까지는 소자내에서 반사를 반복한다. 반사를 반복하는 동안에 공진하여 증폭된다. 그리고, 이 증폭된 미광이 외부로 방출되면, 메인 빔에 섞여 리플이 발생한다. 본 실시형태 3과 같이, 단면에 광투과율이 다른 2종의 보호막이 형성되어 있음으로써, 광의 출사를 제어(출사면 이외의 부분에서 출사되는 광을 억제)할 수 있다.
본 실시형태 3의 반도체 레이저 소자에서는 2개의 서로 다른 투과율을 가지는 보호막이 접하는 위치에 있어서, 각 보호막의 전부, 또는 일부가 겹쳐 있어도 상관없다. 도 14a와 같이, 공진기면에 있어서, 출사면을 제외하고 그 양측에 제 2 보호막(110)을 형성해 두고, 그것을 커버하도록 하여 도 14b와 같이 제 1 보호막(109)을 형성함으로써, 출사면에는 제 1 보호막(109)만이 형성되고, 출사면의 양측(출사면 근방)에서는 제 2 보호막(110)의 위에 제 1 보호막(109)이 적층된 구조로 되어 있다. 또한, 본 발명에서는 출사측의 단면 구조를 실시형태 1과 같이 구성하고, 도 17b에 도시하는 바와 같이 제 1 보호막(109)을 공진 단면, 비공진 단면 및 제 2 측면의 단면측 전체의 넓은 범위에 형성하고, 그 위에 제 2 보호막(110)을 공진기 단면을 제외하여 형성하도록 해도 된다.
이와 같이, 제 1 보호막(109)과 제 2 보호막(110)이 겹치는 부분이 출사측의 출사면 이외의 부분이면, 제 1 보호막(109) 및 제 2 보호막(110) 중 어느 쪽이 먼저 형성되어도 상관없다. 보호막의 재료 등에 따라, 바람직한 순서를 선택하여 형성할 수 있다. 또한, 겹쳐 형성함으로써, 그 경계에서 반도체층이 노출하지 않도록 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 도 15와 같이, 제 1 보호막(109)과 제 2 보호막(110)이 서로 겹치지 않도록 할 수도 있다. 이와 같이 형성함으로써, 각각의 광투과율 차를 효과적으로 이용할 수 있고, 또한 겹치는 부분이 없음으로써, 막두께가 두꺼워지지 않으므로, 메인 빔이 물리적으로 차단되기 어려워진다.
또한, 제 1 보호막(109)도 제 2 보호막(110)도 형성되어 있지 않은 단면이 형성되어 있어도 된다. 공정에 따라서는, 보호막을 형성한 후에 분할하여 단면이 나타나는 경우에는 예를 들면 도 16와 같이, 기판(12)의 단면에는 어느 쪽 보호막도 형성되지 않게 되지만, 레이저광이 출사되는 부분에서 떨어져 있으므로, 특별히 문제되지 않는다.
또한, 공진기면에서 출사되는 레이저광의 리플이 적은 경우에는, 출사측 공진기면에 광투과율이 높은 제 1 보호막(109)을 형성하고, 제 2 보호막(110)으로서 제 1 보호막(109)과 동일한 것을 사용해도 된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태 3은 공진기면의 단면에 광투과율이 다른 2개의 보호막을 형성함으로써, 광의 출사 부분을 소정 범위로 제한하여, 방출을 제어하고 있어서, 양호한 FFP를 안정하게 얻을 수 있다. 본 실시형태 3에서는 소자 그자체를 실시형태 1에서 나타낸 바와 같이 가공하지 않으며 빔 특성에 영향을 주지 않고서, 양호한 FFP를 안정하게 얻을 수 있다.
[실시형태 4]
본 실시형태 4의 반도체 레이저 소자는 도 17a, 도 17b, 도 18a 및 도 18b에 도시하는 바와 같이, 광출사측 공진기면 근방에 있어서, 공진기 단면의 양측이 활성층보다 아래까지 제거되어, 적층구조체의 코너부가 제거된 실시형태 2에서 설명한 것과 동일한 단면 구조를 갖는 반도체 레이저 소자에 실시형태 3의 제 1 보호막(109)과 제 2 보호막(110)을 적용한 것이다. 즉, 실시형태 4의 반도체 레이저 소자에서는 적층구조체의 스트라이프형상 도파로 영역의 광의 도파 방향과 수직한 방향의 단면이 단일 면은 아니고, 광출사면인 공진기 단면과, 공진기 단면과는 서로 다른 평면상에 위치하는 비공진기 단면으로 구성된다. 또한, 적층구조체의 스트라이프형상 도파로 영역의 광의 도파 방향과 평행한 면(측면)에서 봐도, 도파로 영역으로부터 떨어진 활성층 단면을 갖는 제 1 측면과, 그것보다도 도파로 영역에 가까운 위치에 형성된 활성층 단면을 갖는 제 2 측면이 형성되어 있다. 그리고, 출사면인 공진기면에 제 1 보호막(109)이 형성되는 동시에(도 17b), 비공진기면과 제 2 측면에 제 2 보호막(110)이 형성되어 있다(도 17a). 구체적으로는, 공진기 단면과 동일 평면상에 있지 않은 활성층 단면을 포함하는 비공진기면과, 보다 도파로 영역에 가까운 제 2 측면에 적어도 제 2 보호막(110)이 형성되어, 공진기 단면과제 2 보호막(110) 양쪽을 커버하도록 제 1 보호막(109)이 형성되어 있다.
이와 같이, 본 실시형태 4에서는 도파로 영역에 가까운 제 2 측면과 비공진 단면에 광투과율이 낮은 제 2 보호막을 형성하여 광을 방출시키기 어렵게하고, 출사측 공진기면에는 광투과율이 높은 제 1 보호막을 형성함으로써, 효율적으로 레이저광이 출사되는 동시에, 미광의 방출을 방지하고 있다.
또한, 본 실시형태 4의 반도체 레이저 소자에서는 실시형태 1과 같이, 출사측에서 활성층의 폭을 제한함으로써, 빔 특성도 개량할 수 있다. 본 실시형태 4에서는 소자 표면에 제 1 및 제 2 보호막을 형성하기 전에 소자 자체의 가공을 필요로 하기 때문에, 작업성에 관해서는 실시형태 3 쪽이 우수하지만, 활성층의 폭을 제어함으로써, 발산각이 넓은 빔을 얻을 수 있는 등, 빔 특성을 개량할 수 있다는 실시형태 3에는 없는 이점을 갖는다. 게다가, 제 2 보호막(110)을 공진기면보다 앞에 형성할 수 있으므로, 한층 더 효율적으로 리플을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태 4의 반도체 레이저 소자에서는 실시형태 1과 같이, 리지의 측벽(측면)과 제 2 측면이 동일면상으로 되도록 형성하여도 된다. 그러나, 리지가 가늘게 형성되는 경우에는 그 리지의 폭에 광을 가두는 것이 곤란해져, 양호한 특성을 얻을 수 없게 되므로, 도 17 및 도 18와 같이, 스트라이프형상 볼록부(리지)보다 활성층의 폭이 넓어지도록 제 2 측면을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 출사측 단면의 활성층의 폭을 리지의 폭보다 넓게 함으로써, 강도를 높일 수 있으므로 파손하기 어렵게 되어, 안정하게 공진기면을 형성할 수 있다. 특히, 리지의 폭을 좁게 형성하는 경우에는, 출사면에 노출한 활성층 단면의 폭을 리지의 폭에대응 시켜 좁게 하면, 벽개에 의해 공진기면을 형성할 때, 목적 위치에서 벽개되지 않고 파손하는 경우가 있지만, 출사면에 리지의 폭보다 넓은 폭의 활성층 단면을 노출시키도록 함으로써, 안정하게 벽개할 수 있다.
본 발명의 제 2 보호막은 실시형태 4와 같이, 공진기 단면과 제 2 측면의 양쪽이 형성되어 있는 단면 구조에 적용하는 경우에는 양쪽에 형성하면 효과적이지만, 어느 한 쪽에만 형성해도 되고, 연속하도록 형성할 수도 있다. 또한, 공진기 단면과 제 1 측면에 걸쳐서 형성되는 면(사면)에 형성되어 있어도 된다.
또한, 비공진기면 및 제 2 측면은, 실시형태 1에서 설명한 여러 가지의 변형이 가능하다.
또한, 제 2 보호막은 적어도 광이 전파하는 층을 커버하도록 형성하면 되기 때문에, 적어도 활성층을 커버하도록 형성하면 되고, 활성층을 포함하는 면전체에 형성시키지 않아도 된다. 가이드층 등이 형성되어 광이 전파하기 쉬운 층에도 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 실시형태 3 및 4에서의 제 1 보호막(109) 및 제 2 보호막(110)의 바람직한 재료에 관해서 기술한다.
제 1 보호막 및 제 2 보호막에 사용되는 재료로는 도체, 반도체, 절연체 중 어느 것이라도 사용할 수 있다. 단, 도체를 사용하는 경우는 쇼트를 방지하고, 또한 소자 구조체내의 전류의 흐름을 저해하지 않도록 전극과는 직접 접하지 않게 형성할 필요가 있다. 또한, 반도체를 사용하는 경우, 제 1 보호막으로는 활성층보다 도 밴드 갭이 큰 것이 바람직하고, 또한, 제 2 보호막으로는 활성층보다 밴드 갭이작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 재료를 소자 구조나 제조 공정, 제조 방법 등에 따라, 가장 바람직한 것을 선택할 수 있다.
또한, 제 1 보호막으로서 유전체 다층막을 사용할 수도 있다. 이에 의해, 광을 투과시키기 쉬워져서, 노출된 단면, 특히 활성층을 보호한다는 기능도 부수될 수 있다.
또한, 제 1 보호막 및 제 2 보호막에 사용되는 구체적인 재료로는 하기와 같은 재료를 들 수 있고, 이들 중 광투과율이 높은 쪽을 제 1 보호막으로 하고, 제 1 보호막보다도 광투과율이 낮은 것을 제 2 보호막으로 한다. 따라서, 상대적으로 광투과율을 비교하여 제 1 및 제 2 보호막으로 하고 있으므로, 선택하는 재료에 따라서는, 제 1 보호막의 재료가 다른 재료와 조합됨으로써 제 2 보호막이 되는 경우도 있다.
즉, 레이저광이 주로 출사되는 부분은 말할 필요도 없이, 도파로 영역의 단면이고, 본 명세서에서는 이 도파로 영역의 단면을 출사면 또는 출사부로 하고 있다. 예를 들면, 실시형태 1에서는 그 폭이 제한된 공진기 단면 그 자체가 출사면이다. 그러나, 실시형태 3과 같이 출사측 단면이 단일면으로 구성되어 있는 경우에는 그 단일면 중 도파로 영역의 단면이 되는 부분이 출사부 또는 출사면이다.
이 출사부에서 방사되는 레이저광에 대해서, 출사부 이외로부터 방사되는 광은 레이저 빔의 형상에 악영향을 미치는 광이기는 하지만, 출사부에서 방사되는 광에 비하면, 그 강도는 극도로 작다. 따라서, 제 1 보호막의 투과율에 비하여 제 2 보호막의 투과율을 조금 약하게 하는 것만으로도, 출사부 이외로부터 방사되는 광은 상당히 저감되어, 레이저 빔의 형상에 대한 악영향은 억제된다.
따라서, 실시형태 3 및 4의 레이저 소자에서는 제 1 보호막 및 제 2 보호막의 재료로서, 적어도 제 1 보호막의 투과율이 제 2 보호막의 투과율보다 크다는 조건을 만족하도록 여러 가지의 재료를 선택하는 것이 가능하다.
(제 1 보호막)
제 1 보호막의 바람직한 재료로는 Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti의 산화물, 질화물, 플루오르화물 등의 화합물 중에서 선택된 어느 1종, 또는 다층막을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 다수를 조합하여 사용해도 된다. 바람직한 재료로는 Si, Mg, Al, Hf, Zr, Y, Ga를 사용한 재료이다. 또한, 반도체 재료로는 AlN, AlGaN, BN 등을 사용할 수 있다. 절연체 재료로는 Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B의 산화물, 질화물, 플루오르화물 등의 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 제 1 보호막을 대기 중의 굴절률과 반도체의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 재료로 구성함으로써, 반사 방지(AR)막으로 할 수 있어 광의 반사를 방지할 수 있다. AR 막으로 하는 경우에는 제 1 보호막의 굴절률(nAR)과, 적층구조체인 반도체 소자의 굴절률(nS)의 관계가 0.75ns 1/2≤nAR≤1.25ns 1/2를 만족하는 것이 좋다. 바람직하게는 0.85ns 1/2≤nAR≤1.15ns 1/2이고, 가장 바람직하게는 0.93ns 1/2≤nAR≤ 1.07ns 1/2이다. 이러한 굴절률을 갖는 재료로는 Al2O3, MgO, Y2O3, SiO2, MgF2등이 있다. 이들 재료를 사용하여, 막두께를 제어함으로써 AR막이 된다. AR막으로 하기 위해서는 막두께는λ×(2mAR－1)/4nAR, 또는 λ×mAR/2n＋λ×(2mAR－1)/4nAR(mAR=1, 2, 3,…)의 조건을 만족하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 λ/4nAR, 또는 λ/2n＋λ/4nAR(λ: 활성층으로부터 발생하는 광의 파장)이 되도록한다. 이러한 조건을 만족하도록 보호막을 형성함으로써, 용이하게 AR막으로 할 수 있다.
또한, 금속 재료와 같은 도전성 재료를 사용하는 경우는, 적층구조체 표면에 절연층을 형성하고, 그 절연층 위에 형성할 수도 있다. 이에 의해, 적층구조체와의 접착성이 양호하지 않는 재료로, 제 1 보호막의 재료로서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 출사면의 보호에 주안을 둔 경우에는, 제 1 보호막은 적층구조체 굴절률의 ±10% 이내의 굴절률차의 재료를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 도파로 영역을 구성하는 반도체층(주로 활성층)의 굴절률에 가까운 값의 굴절률을 갖는 재료에 의해 제 1 보호막을 형성함으로써, 제 1 보호막의 막두께를 다소 변화시켜도 광의 반사율이나 투과율이 변화하지 않는 막(부재층;不在層)으로 할 수 있다.
예를 들면, 적층구조체가 질화물 반도체 소자인 경우에 관해서는, 파장이 약 400㎚가 되도록 설정한 활성층의 굴절률은 약 2.5이다(단, 실제로는 불순물의 농도나 조성비에 따라 굴절률은 다소 다름). 이 경우, 제 1 보호막의 바람직한 굴절률은 2.5의 ±10%인 2.25~2.75가 된다. 이 범위의 굴절률을 갖는 것으로서, 구체적으로는 Nb2O5등을 들 수 있다. 굴절률이 적층구조체의 ±10% 이내의 것이면, 출사되는 광의 특성을 거의 바꾸지 않고, 적층구조체를 보호할 수 있다. 굴절률이 적층구조체의 굴절률보다 10%를 넘어 높은 것은 한계값을 저하시킬 수 있지만, 슬로프 효율이 저하되고, 또한 10%보다 낮은 것은 슬로프 효율은 좋아지지만, 한계값이 증가하므로 바람직하지 못하다.
여기에서, 공진기면의 출사면에 제 1 보호막이 형성되어 있지 않은 경우와, 형성되는 경우에 대한 전계 강도 분포를 도 19a 내지 도 19c에 도시한다. 적층구조체로는 질화갈륨(GaN)으로 이루어지는 반도체 소자를 사용하고, 도 19a는 보호막이 형성되어 있지 않은 경우이고, 도 19b는 제 1 보호막으로서 주로 반사 방지를 목적으로 하여 Al2O3를 형성한 경우이며, 도 19c는 주로 출사 단면 보호를 목적으로 하여 Nb2O5를 형성한 경우이다. 또한, 파선은 굴절률 분포를 나타내고, 실선은 전계 강도(광 파워 분포)를 나타낸다.
도 19a로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 보호막이 형성되어 있지 않은 경우에는 소자 단면에 있어서, 전계 강도가 최대로 되어 있다. 이것은 소자 단면이 굴절률이 낮은 층(공기층: 굴절률 1)에 접해 있기 때문이며, 이러한 경우에는 그 계면에서 전계 강도가 최대가 된다. 그 때문에 공진기면에는 과대한 부하가 걸리기 때문에, 결과적으로 COD가 발생되기 쉬워진다는 문제가 생긴다.
이에 대하여, 제 1 보호막으로서 Al2O3를 형성한 경우는 전계 강도는 도 19b와 같이, 소자 단면에 걸리는 부하는 제 1 보호막이 형성돠어 있지 않은 경우보다도 작게 되어 있다. 이러한 보호막은 AR막으로 되도록 막두께를 제어함으로써, 공진기면에 걸리는 부하를 저감할 수 있지만, 반대로 RIN(상대 잡음 강도) 특성이 악화하여 노이즈가 약간 많아진다는 현상이 발생한다. 그 때문에, 고출력용 등, RIN에 의해 영향을 받기 어려운 것 등의 특정 용도에 사용할 수 있다.
또한, 공진기면에 형성하는 제 1 보호막으로서 Nb2O5를 사용하는 경우, 도 19c와 같이, 소자 단면에서의 전계 강도를 작게 할 수 있으므로, 단면에 걸리는 부하를 억제하여 열화를 방지할 수 있다. 또한, Nb205의 굴절률이 GaN과 거의 동일하므로, 단면(제 1 보호막의 표면)의 반사율이 Al2O3와 같이 저하하지 않고, RIN 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, DVR 등의 광 디스크 관계의 분야 등, 안정성을 중시하는 용도에 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 보호막은 굴절률과 막두께에 따라, 여러가지 특성을 가지므로, 제 1 보호막의 막두께로는 λ/4n 및 그 홀수배로 하는 것이 바람직하고, 이에 의해 공진기면이 받는 데미지를 저감할 수 있다. 상술한 바와 같이, 이것에 굴절률도 고려함으로써 AR막으로 할 수 있지만, 굴절률에 따르지 않고 막두께를 λ/4n으로 하는 것이 바람직하다. 단층인 경우에는 λ/4n으로 해도 되지만, 다층막인 경우에는 λ/2n＋λ/4 n 및 이들의 실수배로 해도 된다. 이에 의해, 적층구조체 단면과 보호막과의 계면에 있어서, 정재파(定在波; standing wave)의 전계 강도가 최소치를 취하는 막두께로 할 수 있으므로(도 19c 참조), 공진기 단면이 데미지를 받는 것을 억제 하여, 소자 수명을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 보호막의 막두께를 제어하는 것은 광출사측 공진기면 뿐만 아니라, 광반사측(모니터측)에 형성되는 보호막(미러)에도 적용할 수 있다. 레이저광을 출사하기 위해서는 공진기 중 어느 한 쪽만이 열화해도 특성은 악화되므로, 광출사측과 마찬가지로, 광반사측에도 활성층으로부터의 광으로 인해 데미지를 받지 않게 보호막(미러)의 막두께를 제어함으로써 열화를 막아, 소자 수명을 향상시킬 수 있다.
(제 2 보호막)
제 2 보호막의 바람직한 재료로는 Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, Nb, W, Rh, Ru, Mg, Ca, Pt, Au, Si, Pd, V, Ta, Mo, C 등을 이용한 재료이고, 보다 바람직하게는 Ni, Cr, Ti, Si를 이용한 재료이다. 또한, 반도체 재료로는 Si, InGaN, GaAs, InP 등을 사용할 수 있다. 절연체 재료로는 TiO2, CrO2등을 사용할 수 있다. 이것들을 사용하여, 광을 거의 통하지 않는 불투광막으로서 형성하는 것이 바람직하다. 구체적인 바람직한 재료로는 Ti, TiO2, SiO2, RhO, ZrO2등이 바람직하고, 이들은 단층막, 또는 다층막으로서 형성할 수 있다. 이들을 목적 위치에 형성하기 위해서는, 증착, 스퍼터링 등 여러가지 방법을 사용할 수 있다.
여기에서, 본 발명에 있어서 광투과율이란, 도파로 영역으로부터 발하는 레이저광이 보호막이 형성되어 있지 않을 때의 출력에 대한 상대값으로, 수치가 높은 것일수록 광투과율이 높은 것을 나타낸다. 또한, 광투과율이 거의 0%에 가까워, 거의 차단되는 것은 불투광막으로 한다. 이 광투과율은 동일한 재료에서도 막두께에 따라 변화하는 것이고, 또한 다른 굴절률의 것이어도 막두께와의 밸런스로 광투과율이 동일한 정도로 되는 것도 있다.
또한, 제 2 보호막의 막두께로는 재료에 따라 다르지만, 도전성 재료를 사용하는 경우는 200Å 이상이 바람직하다. 이 제 2 보호막은 광을 외부로 출사시키기 어렵게 하기 위한 막이므로, 막두께를 두껍게 하면 용이하게 형성할 수 있지만, 출사면에서 출사된 광을 차단하지 않고, 또한 광을 통과하지 않도록 하기 위해서는, 막두께는 1500Å∼3000Å 정도가 바람직하다. 단, 제 2 보호막으로서 도전성 재료를 사용하는 경우에는 소자와 제 2 보호막 사이에 절연막을 형성해 둘 필요가 있다. 이 경우, 절연막의 막두꼐는 절연성을 유지할 수 있는 막두께이면 특별히 문제되지 않는다. 또한, 광투과율도 특별히 문제없다. 또한, 제 2 보호막으로서 유전체 다층막을 사용하는 경우에는 굴절률이 낮은 막을 λ/4n의 막두께로 형성하고, 그 위에 겹쳐 굴절률이 높은 막을 λ/4n의 막두께로 형성함으로써, 광의 투과율을 제어할 수 있다.
또한, 제 1 보호막과 제 2 보호막의 바람직한 조합으로서, 공진기면의 출사면에 제 1 보호막으로서 Nb205를 사용하고, 출사면을 제외한 공진기면 근방에 제 2 보호막으로서 불투광막을 사용한다. 불투광막으로는 금속 재료나 그 화합물이 바람직하다. 구체적인 재료로는 Ti, TiO2, SiO2, RhO, ZrO2등이 바람직하고, 이들은 단층막, 또는 다층막으로서 형성할 수 있다. 이러한 재료를 선택함으로써, 공진기면의 열화를 억제하여 리플이 적은 반도체 레이저 소자로 할 수 있다.
또한, 도파로 영역은 실시형태 1 등과 마찬가지로 형성할 수 있다.
또한, 스트라이프형상 볼록부의 길이 방향을 공진 방향으로 하기 위해, 단면에 형성되어 있는 한 쌍의 공진기면은 벽개 또는 에칭 등에 의해 형성되는 평탄한 면이다. 공진기면의 형성 방법은 후술하는 기판의 종류에 따라 다르다. 동종 기판을 사용하는 경우, 예를 들면, 질화갈륨 기판 상에 질화갈륨계 화합물 반도체층으로 이루어지는 적층구조체를 형성하는 경우에는 벽개에 의해 용이하게 공진기면을 형성할 수 있다. 그러나, 이종기판 위에 적층구조체를 형성하는 경우, 예를 들면 사파이어 기판 상에 질화갈륨계 화합물 반도체층을 형성하는 경우에는, 기판의 주면에 따라서는 기판의 벽개면이 그 위의 반도체층의 벽개면과 일치하지 않아 공진기면으로 되기 어렵다. 이러한 경우는 에칭에 의해 공진기면을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 에칭으로 공진기면을 형성하는 경우는, 기판이 노출될 때까지 깊이 에칭하면, 면이 거칠어지는 일이 있으므로, 적어도 도파로 영역이 노출하는 깊이까지 에칭함으로써 양호한 공진기면을 얻을 수 있다. 단, 소자의 분할을 용이하게 하기 위해서는 기판이 노출할 때까지 에칭하는 것이 바람직하다. 단, 에칭에 의해 단면을 가공 하는 경우에는 벽개 공진기면과 같이 단일 평면의 단면으로는 되지 않고, 도 14와 같이 단차가 생기게 된다. 특히 에칭 회수가 증가하면. 그만큼 단차도 증가되므로, 그 경우에는 공진기면보다 돌출한 부분이 출사광을 차단하지 않도록 가공할 필요가 있다. 또한, 공진기면은 양쪽 모두 벽개, 또는 에칭 등, 동일한 방법으로 형성되어도 되고, 한 쪽은 벽개로 하고, 다른 쪽은 에칭으로 하는 등, 다른 방법으로 형성되어도 되고, 이들은 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
또한, 스트라이프형상 볼록부는 실시형태 1 등과 동일한 방법으로 형성할 수있고, 기판에 관해서도 실시형태 1~3에서 나타낸 여러 가지의 기판을 적용할 수 있다.
게다가, 적층구조체 및 그것을 구성하는 반도체층도 실시형태 1 등에서 설명한 것 등 여러 가지의 것을 사용할 수 있다.
또한, 실시형태 1과 동일한 출사 단면측의 구조를 적용하는 경우에는, 비공진기면 및 제 2 측면의 형성 방법에 관해서도 실시형태 1~3에서 설명한 것을 적용할 수 있다.
실시예:
본 발명에 있어서, 적층구조체를 구성하는 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층의 각 층의 구조로는 여러 가지의 층 구조를 사용할 수 있다.디바이스의 구체적인 구조로는, 예를 들면 후술하는 실시예에 기재되어 있는 디바이스 구조를 들 수 있다. 또한, 전극, 절연막(보호막) 등도 특별히 한정되지 않고 여러 가지의 것을 사용할 수 있다. 질화물 반도체 레이저 소자의 경우, 질화물 반도체의 성장 방법은 MOVPE, MOCVD(유기금속화학 기상성장법), HVPE(할라이드 기상성장법), MBE(분자선 기상성장법) 등, 질화물 반도체를 성장시키는데 알려져 있는 모든 방법을 적용할 수 있다.
이하, 실시예로서 질화물 반도체를 이용한 반도체 레이저 소자에 관해서 설명하지만, 본 발명의 반도체 레이저 소자는 이것에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 있어서, 여러가지 반도체 레이저 소자에 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
[실시예 1]
실시예 1에서는 기판으로서 질화물 반도체와 다른 이종기판을 사용한다. 그러나, 본 발명에서는 GaN 기판 등의 질화물 반도체로 이루어지는 기판을 사용해도 된다. 여기에서, 이종기판으로는 예를 들면, C면, R면, 및 A면 중 어느 하나를 주면으로 하는 사파이어, 스피넬, ZnS, ZnO, GaAs, Si, SiC 및 질화물 반도체와 격자 정합하는 산화물 기판 등, 질화물 반도체를 성장시키는 것이 가능한 기판 재료를 사용할 수 있다. 바람직한 이종기판으로는 사파이어, 스피넬을 들 수 있다. 또한, 이종기판은 오프앵글되어 있어도 되고, 이 경우 스텝형상으로 오프앵글한 것을 사용하면 질화갈륨으로 이루어지는 하지층의 성장이 결정성 양호하게 이루어질 수 있으므로 바람직하다. 또한, 이종기판을 사용하는 경우에는 이종기판상에 소자 구조 형성전의 하지층이 되는 질화물 반도체를 성장시킨 후, 이종기판을 연마 등의 방법에 의해 제거하여, 질화물 반도체의 단체 기판으로서 소자 구조를 형성해도 되고, 또한 소자 구조 형성 후에, 이종기판을 제거해도 된다. 이종기판을 사용하는 경우에는 버퍼층, 하지층을 통해 소자를 형성하면 결정성이 양호한 질화물 반도체를 성장할 수 있다.
이하, 실시예 1의 반도체 레이저 소자에 관해서 제조 공정순으로 설명한다.
(버퍼층)
2 인치, C면을 주면으로 하는 사파이어로 이루어지는 이종기판을 MOVPE 반응 용기내에 세트하고, 온도를 500℃로 하여 트리메틸갈륨(TMG), 암모니아(NH3)를사용하여, GaN으로 이루어지는 버퍼층을 200Å의 막두께로 성장시킨다.
(하지층)
버퍼층 형성 후, 온도를 1050℃로 하고, TMG, 암모니아를 사용하여, 언도프 GaN으로 이루어지는 질화물 반도체층을 4㎛의 막두께로 성장시킨다. 이 층은 소자 구조를 형성하는 각 층의 성장에 있어서 하지층(성장 기판)으로서 작용한다. 성장 기판으로서 이 밖에 ELOG(Epitaxially Laterally Overgrowth) 성장시킨 질화물 반도체를 사용하면 결정성이 양호한 것 하지층(성장 기판)이 얻어진다. ELOG 성장층의 구체적인 예로는 이하와 같은 방법을 들 수 있다.
ELOG 성장층의 구체예 1:
이종기판상에, 질화물 반도체층을 성장시키고, 그 표면에 질화물 반도체가 완전히 또는 거의 성장하지 않는 재료로 이루어지는 보호막을 일정 간격으로 개구부가 형성되도록, 예를 들면 스트라이프형상으로 형성한다. 이와 같이 하여 마스크가 형성된 마스크 영역과, 질화물 반도체를 성장시키기 위해 질화물 반도체 표면을 노출시킨 비마스크 영역을 교대로 형성하여, 그 비마스크 영역에서 질화물 반도체를 성장시킴으로써, 막두께 방향으로의 성장과 함께 마스크를 커버하도록 횡방향으로의 성장이 이루어짐으로써, 마스크 영역에도 질화물 반도체를 성장시켜 전체를 커버하도록 성막한다.
ELOG 성장층의 구체예 2:
이종기판상에 성장시킨 질화물 반도체층에 일정 간격으로 개구부를 형성하여, 그 개구부 측면의 질화물 반도체로부터 횡방향으로 성장시켜 전체를 커버하는질화물 반도체층을 형성한다.
다음에, 질화물 반도체로 이루어지는 하지층 위에, 적층구조체를 구성하는 각 층을 형성한다.
(n형 컨택트층)
하지층(질화물 반도체 기판) 상에 TMG, 암모니아, 불순물 가스로서의 실란 가스를 사용하고, 1050℃에서 Si를 1×1018/㎤ 도프한 GaN으로 이루어지는 n형 컨택트층을 4.5㎛의 막두께로 성장시킨다.
(크랙 방지층)
다음에, TMG, TMI(트리메틸인듐), 암모니아를 사용하고, 온도를 800℃로 하여 In0.06Ga0.94N으로 이루어지는 크랙 방지층을 0.15㎛의 막두께로 성장시킨다. 또한, 이 크랙 방지층은 생략가능하다.
(n형 클래드층)
다음에, 온도를 1050℃로 하고, 원료 가스로서 TMA(트리메틸알루미늄), TMG 및 암모니아를 사용하여, 언도프의 AlGaN으로 이루어지는 A층을 25Å의 막두께로 성장시키고, 계속해서 TMA를 중단하고 불순물 가스로서 실란 가스를 사용하여, Si를 5×1018/㎤ 도프한 GaN으로 이루어지는 B층을 25Å의 막두께로 성장시킨다. 그리고, 이 조작을 각각 160회 반복하여 A층과 B층을 교대로 적층하여, 총 막두께 8000Å의 다층막(초격자 구조)로 이루어지는 n형 클래드층을 성장시킨다. 이 때, 언도프 AlGaN 중 Al의 혼성 결정비로는 0.05 이상 0.3 이하의 범위이면, 충분히 클래드층으로서 기능하는 굴절률차를 형성할 수 있다.
(n형 광 가이드층)
다음에, 동일한 온도에서 원료 가스로서 TMG 및 암모니아를 사용하고, 언도프의 GaN으로 이루어지는 n형 광 가이드층을 0.1㎛의 막두께로 성장시킨다. 이 층은 n형 불순물을 도프시켜도 된다.
(활성층)
다음에, 온도를 800℃로 하고, 원료로서 TMI(트리메틸인듐), TMG 및 암모니아를 사용하며, 불순물 가스로서 실란 가스를 사용하여, Si를 5×1018/㎤ 도프한 In0.05Ca0.95N으로 이루어지는 장벽층을 100Å의 막두께로 성장시킨다. 계속해서, 실란 가스를 멈추고 언도프 In0.1Ga0.9N으로 이루어지는 웰층을 50Å의 막두께로 성장시킨다. 이 조작을 3회 반복하여, 최후에 장벽층을 적층시켜 총 막두께 550Å의 다중 양자 웰 구조(MQW)의 활성층을 성장시킨다.
(p형 캡층)
다음에, 동일한 온도에서, 원료 가스로서 TMA, TMG 및 암모니아를 사용하고, 불순물 가스로서 Cp2Mg(시클로펜타디에닐마그네슘)를 사용하여, Mg를 1×1019/㎤ 도프한 AlGaN으로 이루어지는 p형 전자 가둠층을 100Å의 막두께로 성장시킨다.
(p형 광 가이드층)
다음에, 온도를 1050℃로 하고, 원료 가스로서 TMG 및 암모니아를 사용하여,언도프의 GaN으로 이루어지는 p형 광 가이드층을 750Å의 막두께로 성장시킨다. 이 p형 광 가이드층은 언도프로서 성장시키지만, Mg를 도프시켜도 된다.
(p형 클래드층)
계속해서, 1050℃에서 언도프 Al0.16Ga0.84N으로 이루어지는 층을 25Å의 막두께로 성장시키고, 이어서 TMG를 중단하고, Cp2Mg를 사용하여 Mg 도프한 GaN으로 이루어지는 층을 25Å의 막두께로 성장시켜, 총 막두께 0.6㎛의 초격자층으로 이루어지는 p형 클래드층을 성장시킨다. p형 클래드층은 적어도 한 쪽이 Al을 포함하는 질화물 반도체층을 포함하고, 서로 밴드 갭 에너지가 다른 질화물 반도체층을 적층한 초격자로 제작한 경우, 불순물은 모두 한 쪽 층에 많이 도프하여, 소위 변조 도프를 행하면 결정성이 양호해지는 경향이 있지만, 양쪽에 동일하게 도프시켜도 된다.
(p형 컨택트층)
최후에 1050℃에서 p형 클래드층 위에 Mg를 1×1020/㎤ 도프한 p형 GaN으로 이루어지는 p형 컨택트층을 150Å의 막두께로 성장시킨다. p형 컨택트층은 p형 InxAlyGa1-x-yN(x≤O, y≤0, x＋y≤1)으로 구성할 수 있고, 바람직하게는 Mg를 도프한 GaN으로 하면, p 전극과 가장 바람직한 오믹 접촉이 얻어진다. 반응 종료후, 반응 용기내에서 질소 분위기 중에서 웨이퍼를 700℃에서 어닐링하여, p형층을 더욱 저저항화한다.
(n형층 노출)
이상과 같이 하여, 질화물 반도체를 성장시켜 적층구조체를 형성한 후, 웨이퍼를 반응 용기에서 꺼내어, 최상층의 p형 컨택트층의 표면에 Si02로 이루어지는 보호막을 형성하고 RIE(반응성 이온 에칭)을 사용하여 SiCl4가스에 의해 에칭하여, n 전극을 형성하는 n형 컨택트층의 표면을 노출시킨다. 이 때, 공진기면이 되는 활성층 단면을 노출시켜 에칭 단면을 공진기면으로 해도 된다. 에칭 가스로는 SiCl4가스에 대신하여 다른 가스, 예를 들면 C12를 사용해도 된다.
(스트라이프형상 볼록부 및 차광층 형성면의 형성)
다음에, 스트라이프형상 도파로 영역을 형성하기 위해, 최상층의 p형 컨택트층의 거의 전면에 CVD 장치에 의해, Si 산화물(주로 Si02)로 이루어지는 보호막을 0.5㎛의 막두께로 형성한 후, 보호막 위에 소정 형상의 마스크를 놓고, RIE 장치에 의해 CHF3가스를 이용한 포토리소그래피 기술에 의해 스트라이프형상 보호막을 형성하여, 활성층보다도 위에 스트라이프형상 볼록부가 형성된다. 그 후, 레지스트 마스크를 사용하여, 이 볼록부의 공진기면 근방만을 추가로 활성층보다 아래까지 에칭하여, 도 1과 같이 소자의 코너부가 제거되도록 하여, 차광층 형성면인 비공진기면 및 제 2 측면을 형성한다.
(차광층)
상기 보호막 및 레지스트 마스크는 그대로, 광 비공진기면과, 제 2 측면과, n형층의 노출면에 연속하는 차광층을 스퍼터링에 의해 형성한다. 차광층은 Si로 이루어지고, 막두께가 4000Å이다. 이 차광층은 후공정의 제 1 절연막을 형성시킨 후에 형성할 수도 있다. 또한, 오믹 전극을 형성한 후, 제 2 절연막을 형성시킨 후에 형성할 수도 있다.
(제 1 절연막)
Si02마스크를 부착시킨 채로, p형층 표면에 Zr02로 이루어지는 제 1 절연막을 형성한다. 이 제 1 절연막은 n측 오믹 전극 형성면을 마스크하여 반도체층의 전면에 형성해도 된다. 또한, 후에 분할되기 쉽도록 절연막을 형성시키지 않은 부분을 형성한다. 이 부분은 10㎛의 스트라이프형상으로, 볼록부와 직교하도록 형성된다. 제 1 절연막 형성 후, 버퍼된 액에 침지하여, 스트라이프형상 볼록부의 윗면에 형성한 SiO2를 용해제거하고, 리프트오프법에 의해 Si02와 함께, p형 컨택트층 위(또한 n형 컨택트층 위)에 있는 ZrO2를 제거한다. 이에 의해, 스트라이프형상 볼록부의 윗면은 노출되고, 볼록부의 측면은 Zr02로 커버된 구조가 된다.
(오믹 전극)
다음에, p형 컨택트층 위의 볼록부 최표면의 제 1 절연막 상에 p측 오믹 전극을 형성한다. 이 p측 오믹 전극은 Au와 Ni로 이루어진다. 또한, 에칭에 의해 노출된 n형 컨택트층의 표면에도 스트라이프형상 n측 오믹 전극을 형성한다. n측 오믹 전극은 Ti와 Al으로 이루어진다. 이들을 형성한 후, 각각을 산소：질소가 80：20인 비율의 분위기 중에서, 600℃에서 어닐링함으로써, p측, n측 모두의 오믹 전극을 합금화하여, 양호한 오믹 특성을 얻는다.
(제 2 절연막)
그 다음에, 스트라이프형상 볼록부 상의 p측 오믹 전극과 n측 오믹 전극의 일부에 레지스트를 도포하여, Si 산화물(주로 SiO2)로 이루어지는 제 2 절연막을 분할 위치를 제외한 전면에 형성하여, 리프트오프에 의해 p측 오믹 전극과 n측 오믹 전극의 일부를 노출시킨다. 또한, 분할 위치란 먼저 대향하도록 형성시킨 비공진기면의 사이이며, 스트라이프형상 볼록부와 직교하는 위치이다. 이 부분을 벽개함으로써 소자가 분할된다. 이 분할 위치를 사이에 끼워 폭 10㎛ 정도의 스트라이프형상 범위에는 제 1 및 제 2 절연막이나 전극은 형성되지 않도록 함으로써, 벽개되기 쉬워져서, 공진기면을 경면으로 하기 쉬워진다.
(패드 전극)
다음에, 상기 절연막을 커버하도록 p측 패드 전극 및 n측 패드 전극이 각각 형성된다. 전극은 Ni－Ti－Au로 이루어진다. 이 패드 전극은 노출된 오믹 전극과 스트라이프형상으로 접해 있다.
(벽개 및 공진기면 형성)
웨이퍼의 사파이어 기판을 연마하여 70㎛로 한 후, 스트라이프형상 전극에 수직한 방향으로, 기판측으로부터 바 형상으로 벽개하여, 벽개면(11－00면, 육각 기둥 형상 결정의 측면에 상당하는 면=M면)에 공진기면을 제작한다. 이 공진기면은 에칭에 의해 형성해도 된다.
(미러 형성)
상기와 같이 형성된 공진기면에 미러로서 Si02와 ZrO2로 이루어지는 유전체 다층막을 형성한다. 광반사측의 공진기면에는 스퍼터링 장치를 사용하고, ZrO2로 이루어지는 보호막을 형성하며, 그 다음에 SiO2와 ZrO2를 교대로 3쌍 적층하여 고반사막을 형성한다. 여기에서, 보호막과 고반사막을 구성하는 Si02막과 ZrO2막의 막두께는 각각 활성층으로부터의 발광 파장에 따라 바람직한 두께로 설정할 수 있다.또한, 광출사측 공진기면은 아무것도 형성하지 않아도 되고, 스퍼터링 장치를 사용하여 ZrO2로 이루어지는 제 1 저반사막과 SiO2로 이루어지는 제 2 저반사막을 형성시켜도 된다. 이 때, 비공진기면 위에 미러가 형성되어도 된다. 그 다음에, 최후에 스트라이프형상 볼록부에 평행한 방향으로 바를 절단하여 본 발명의 반도체 레이저 소자를 얻는다.
상기와 같이 하여 얻어진 반도체 레이저 소자는 실온에서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서, 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서, 리플이 없는 양호한 빔이 얻어진다.
〔실시예 2〕
실시예 1에 있어서, 기판으로서 이하와 같이 하여 제작되는 사파이어 위에 형성되는 GaN으로 이루어지는 질화물 반도체 기판을 기판으로서 사용한다. 우선, 질화물 반도체를 성장시키는 이종기판으로서, 두께가 425㎛, 2 인치, 주면이 C면, 오리엔테이션 플랫면(이하, 오리플라(orifla)면)이 A면인 사파이어 기판을 준비하여, MOCVD의 반응 용기에 그 기판(웨이퍼)을 세트한다. 이어서 온도를 510℃로 하여 캐리어 가스로서 수소, 원료 가스로서 암모니아와 TMG(트리메틸갈륨)를 사용하여, 사파이어 기판 상에 GaN으로 이루어지는 저온 성장 버퍼층을 약 200Å의 막두께로 성장시킨다. 다음에, 온도를 1050℃로 하고, 원료 가스로 TMG, 암모니아를 사용하여, 언도프의 GaN으로 이루어지는 하지층을 2.5㎛의 막두께로 성장시킨다. 계속해서, 이 웨이퍼를 사파이어 기판의 오리플라면(A면)에 수직한 방향으로부터 θ=O.3°만큼 경사진 방향으로, 각각 폭 6㎛의 스트라이프형상 SiO2로 이루어지는 다수의 마스크를 마스크간 간격(마스크 개구부)이 14㎛로 되도록 평행하게 형성한다. 그리고, MOCVD 장치로 되돌아가서, 언도프 GaN를 15㎛의 막두께로 성장시킨다. 이와 같이 하면, 마스크 개구부로부터 선택적으로 성장된 GaN는 마스크 개구부에서는 주로 종방향(두께 방향)으로 성장하고, 마스크 상에서는 횡방향 성장하여 마스크 및 마스크 개구부를 커버하는 하지층이 형성된다(ELOG 성장). 이렇게 성장된 하지층에 있어서, 횡방향 성장된 질화물 반도체층은 관통 전위(轉位)를 저감시킬 수 있다. 구체적으로는, 관통 전위는 마스크 개구부 위와, 마스크 양측으로부터 횡방향 성장한 질화물 반도체가 접합하는 마스크 중앙부 부근에서 전위 밀도가 1010/㎠ 정도로 높아져서 마스크 중앙부를 제외하는 마스크 상에서는 전위 밀도가 108/㎠ 정도로 낮아진다.
(후막층)
이와 같이 하여 얻어진 질화물 반도체를 갖는 기판을 사용하여고, 계속해서웨이퍼를 HVPE 장치에 설치하여 하지층 상에 또한 언도프의 GaN를 약 100㎛의 막두께로 성장시킨다(이 약 100㎛의 막두께로 성장시킨 층을 후막층이라고 한다.)
(하지층)
질화물 반도체 기판 상에 질화물 반도체 기판을 제작할 때의 하지층과 마찬가지로 스트라이프형상 Si02마스크를 사용하여 횡방향 성장을 동반하도록 질화물 반도체를 성장시킴으로써, 하지층을 15㎛의 막두께로 성장시킨다.
(차광층 형성면의 형성)
하지층 이후는 실시예 1과 동일하게 행하여 반도체층을 적층시킨다. p측 컨택트층까지 적층시킨 후, n형층 노출 공정 후, 폭 1.6㎛의 스트라이프형상 볼록부(리지)를 형성한다. 그 다음에, 차광층 형성면을 형성할 때에, 리지보다도 폭이 넓은 마스크를 형성하여 n형층까지 에칭함으로써, 리지 측면과 서로 다른 면 위의 제 2 측면을 형성할 수 있다. 여기에서는, 리지가 거의 중앙에 위치되도록 한 마스크를 폭 약 7㎛로 형성하여 활성층으로부터의 n형층까지 에칭함으로써, 출사면의 공진기면의 활성층의 폭이 약 7㎛인 공진기면을 형성한다. 이에 의해 형성되는 에칭면이 비공진기면과 제 2 측면으로, 이 양자를 차광층 형성면으로 한다.
(차광층)
상기와 같이 하여 형성된 제 2 측면 및 비공진기면 및, n형층의 노출면에 차광층을 스퍼터링에 의해 형성한다. 우선, Rh 산화물을 막두께 500Å로 형성시켜, 그 위에 동일한 Rh 산화물을 스퍼터링 조건을 변화시켜 막두께 1500Å로 형성한다.이와 같이 하여, 동일 재료를 서로 다른 스퍼터링 조건으로 적층시켜 다층막으로 함으로써, 밀착성 및 차광성의 양쪽 특성이 우수한 차광층으로 할 수 있다. 실시예 2에서는 차광층 형성면의 형성시에 이용한 마스크를 그대로 사용하고 있기 때문에, 차광층은 제 2 측면, 비공진기면, 및 n형층의 노출면에 형성되어 있지만, 마스크를 변경하여 p형층의 표면에까지 연장하도록 형성되어 있어도 문제는 없다. p형층의 표면(상면)의 일부에까지 차광층이 형성됨으로써, 상방향으로의 광의 누설도 막을 수 있다. 또한, 단면과 윗면의 가장자리에 차광층의 단부가 형성됨으로써 박리가 쉬워지는 경우가 있지만, 이와 같이, 윗면에도 연속하도록 형성함으로써, 밀착성이 양호하게 차광층을 형성할 수 있어, 안정한 빔 특성을 얻을 수 있다.
(이종기판 박리)
그 후, 패드 전극을 형성할 때까지는 실시예 1과 동일하게 행하고, 벽개하기 전에 사파이어 기판, 저온 성장 버퍼층, 하지층, 후막층의 일부를 제거하여 GaN 기판으로 한다. GaN 기판은 막두께가 약 80㎛가 되도록 한다. 여기에서, HVPE에 의한 후막층은 GaN 이외의 다른 질화물 반도체를 사용해도 되지만, 본 발명에서는 결정성이 좋고 막두께가 두꺼운 질화물 반도체를 용이하게 성장할 수 있는 GaN 또는 AlN을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이종기판 등의 제거는 이상과 같은 소자 구조를 형성하는 전에, 후막층의 일부를 제거해도 되고, 또한 도파로를 형성한 후, 전극을 형성한 후, 어느 단계에서 행해도 된다. 또한, 웨이퍼를 바 형상, 칩형상으로 절단하기 전에 이종기판을 제거함으로써, 칩형상으로 절단할 때에, 질화물 반도체의 벽개면(육방정계에 근사한 {11－00} M면, {1010} A면, (0001) C면)을 사용하여 절단ㆍ벽개할 수 있다. 그 다음에, 이면에 Ti－Pt－Au로 이루어지는 공융결정용 메탈을 형성시킨 후, 실시예 1과 동일하게 하여 미스트라이프형상 전극에 수직한 방향으로 기판측으로부터 바 형상으로 분할하여 공진기면을 형성하고, 모니터 측에 미러를 형성하여, 본 발명의 반도체 레이저 소자를 얻는다.
상기와 같이 하여 얻어지는 반도체 레이저 소자는 실온에 있어서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서 리플이 없는 양호한 빔을 얻을 수 있다.
〔실시예 3〕
실시예 2에 있어서, 이하와 같이 하여 제작되는 기판을 사용하는 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 행한다. 우선, C면을 주면으로 하고, 오리플라면을 A면으로 하는 사파이어 기판을 사용하여 MOCVD법에 의해, 온도 510℃에서 캐리어 가스로서 수소, 원료 가스로서 암모니아와 TMG를 사용하여 GaN으로 이루어지는 버퍼층을 막두께 200Å로 성장시킨다. 이어서, TMG 가스만을 중단하고 온도를 1050℃까지 상승시켜, 1050℃에 이르면 원료 가스로서 TMG, 암모니아, 실란 가스를 사용하여 언도프 GaN으로 이루어지는 질화물 반도체를 막두께 2.5㎛로 성장시킨다. 그 질화물 반도체 상에 CVD법에 의해 SiO2로 이루어지는 보호막을 0.5㎛의 막두께로 성장시켜, 스트라이프형상 마스크를 형성하여 에칭에 의해 스트라이프 폭 14㎛, 스트라이프간의 간격이 6㎛인 SiO2로 이루어지는 보호막을 형성한다. 이 스트라이프형상 보호막은 사파이어의 A면에 대해서 수직한 방향으로 한다.
다음에, MOCVD법에 의해 감압 조건에서 온도를 1050℃로 하고 원료 가스로서 TMG, 암모니아, 실란 가스, Cp2Mg를 사용하여, GaN으로 이루어지는 제 1 질화물 반도체를 2㎛의 막두께로 성장시킨다. 이 때, 제 1 질화물 반도체는 SiO2보호막이 형성되어 있지 않은 부분으로부터 성장하여, 이 보호막 상에 횡방향으로 성장된다. 제 1 질화물 반도체가 완전히 SiO2보호막을 커버하기 전에 성장을 멈추는 인접하는 제 1 질화물 반도체 사이의 간격은 약 2㎛로 한다.
다음에, 드라이 에칭인 등방성 에칭에 의해 온도 120℃에서 에칭 가스로 산소, CF4를 사용하여 Si02보호막을 0.3㎛ 제거한다.
더욱이, 횡방향 성장시킨 제 1 질화물 반도체의 측면 및 상면으로부터, 상압에서 MOCVD법에 의해 온도를 1050℃로 하고, 원료 가스로서 TMG, 암모니아, 실란 가스, Cp2Mg를 사용하여, GaN으로 이루어지는 제 2 질화물 반도체를 15㎛의 막두께로 성장시킨다. 또한, 상압이 아닌, 감압에서 제 2 질화물 반도체를 성장시켜도 된다. 이와 같이 하여 얻어지는 기판 상에, 실시예 2와 동일하게 후막층∼p측 컨택트층까지 성장시키고, 그 후, 각 공정도 동일하게 행하여 본 발명의 반도체 레이저 소자를 얻는다. 상기와 같이 하여 얻어지는 반도체 레이저 소자는 실온에 있어서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서, 리플이 없는 양호한 빔이 얻어진다.
〔실시예 4〕
실시예 1에 있어서, n형층을 노출하기 전에, 스트라이프형상 볼록부의 광출사면 근방의 활성층이 폭 2㎛로 남도록 에칭하여 제거하여 차광층 형성면을 형성하고, 또한 이 제거한 부분을 GaN으로 이루어지는 반도체층을 적층시켜 p컨택트층의 상면과 동일한 높이까지 성장시킨다. 그 후, 상기에서 남은 폭 2㎛의 활성층에 대응하도록 스트라이프형상 볼록부를 형성하고 나서, n형층을 노출시키는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 행하여, 본 발명의 반도체 레이저 소자를 얻는다. 얻어지는 반도체 레이저 소자는 실온에서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서 리플이 없고, 광의 발산각이 넓은 양호한 빔이 얻어진다.
〔실시예 5〕
실시예 1에 있어서, 반도체층의 적층 공정은 동일하고, n형층 노출시 이후의 공정을 하기와 같이 하여 행한다. 실시예 1이 출사면이 벽개면인데 대하여, 실시예 5에서는 에칭에 의해 출사면이 형성되어 있는 것이다. 즉, 도 12에 도시하는바와 같이 출사면측 단면이 적어도 단일 평면이 아니라, 단차가 형성된 형상으로 되어 있다.
(n형층 노출 및 공진기면 형성)
적층구조체를 형성한 후, 웨이퍼를 반응 용기에서 꺼내어, 최상층의 p형 컨택트층의 표면에 Si02로 이루어지는 보호막을 형성하여 RIE(반응성 이온 에칭)를 사용하고 SiCl4가스에 의해 에칭하여, n 전극을 형성하는 n형 컨택트층을 노출시킴과동시에, 공진기면이 되는 면도 노출시킨다. 즉, 실시예 1에서는 스트라이프형상 볼록부는 최후에 벽개될 때까지는 웨이퍼 상의 다수의 소자에 걸쳐서 연속하고 있지만, 실시예 2에서는 n형층 노출시에, 스트라이프형상 볼록부와 직교하는 면도 에칭하여 공진기면을 동시에 형성한다. 이 때, 소자 2개분의 스트라이프형상 볼록부가 연속하도록 되어 있어도 된다. 또한, 에칭 가스로는 예를 들면, Cl2등의 다른 가스를 사용해도 된다.
(스트라이프형상 볼록부 및 차광층 형성면의 형성)
다음에, 스트라이프형상 도파로를 형성하기 위해, 최상층의 p형 컨택트층과 앞의 공정에서 노출된 공진기면을 포함하는 거의 전면에 CVD 장치를 사용하여 SiO2로 이루어지는 보호막을 0.5㎛의 막두께로 형성한 후, 보호막 상에 소정 형상의 마스크를 형성하고, RIE 장치에 의해 CF4가스를 이용한 포토리소그래피 기술에 의해 스트라이프형상 보호막을 형성하여, 활성층보다도 위에 스트라이프형상 볼록부가 형성된다. 스트라이프형상 볼록부는 공진기면과 직교하도록 형성되어 있다.
이 스트라이프형상 볼록부의 단부인 공진기면의 근방을 활성층이 노출할 때까지 더욱 에칭함으로써, 제 2 측면 및 비공진기면을 형성한다. 이 때, 광출사측 공진기면이 되는 쪽의 공진기면의 근방에 형성하지만, 양쪽에 형성되어 있어도 된다.
(차광층)
상기 보호막은 그대로 하고, 광 비공진기면과, 제 2 측면과, n형층의 노출면에 연속하는 차광층을 스퍼터링에 의해 형성한다. 차광층은 Si로 이루어지고, 막두께는 5000Å이다. 이 차광층은 후 공정의 제 1 절연막을 형성시킨 후에 형성할 수도 있다. 또한, 오믹 전극을 형성한 후, 제 2 절연막을 형성시킨 후에 형성할 수도 있다.
(제 1 절연막)
SiO2마스크를 형성한 채로, p형층 표면에 Zr02로 이루어지는 제 1 절연막을 형성한다. 제 1 절연막 형성 후, 버퍼된 액에 침지하여, 스트라이프형상 볼록부의 윗면에 형성한 SiO2를 용해제거하여, 리프트오프법에 의해 SiO2와 함께 p형 컨택트층상에 있는 ZrO2를 제거한다. 이에 의해 스트라이프형상 볼록부의 윗면은 p형층이 노출되어, 볼록부의 측면으로부터 p형층 윗면이 ZrO2로 커버된 구조가 된다.
(오믹 전극)
다음에, p형 컨택트층 상에 p측 오믹 전극을 형성한다. 이 오믹 전극은 Au―Ni로 이루어지고, p형 컨택트층 위의 제 1 절연막 위에도 걸쳐서 형성되어 있다. 또한, n형 컨택트층 윗면에도 오믹 전극을 형성한다. n측 오믹 전극은 Ti－Al로 이루어지고, 스트라이프형상 볼록부와 평행하게, 또한 동일한 정도의 길이의 스트라이프형상으로 형성되어 있다. 이들을 형성 후, 산소:질소가 80：20 비율의 분위기 중에서 600℃에서 어닐링함으로써, p측 및 n측 오믹 전극을 합금화하여, 양호한 오믹 특성을 갖는 오믹 전극으로 한다.
(제 2 절연막)
그 다음에, 스트라이프형상 볼록부 위의 p측 오믹 전극과 n측 오믹 전극의 일부와 광출사측 공진기면에 레지스트를 도포하여, Si02및 Zr02로 이루어지는 다층막을 제 2 절연막을 광출사측 공진기면을 제외하고는 거의 전면에 형성하여(Si02와 Zr02는 교대로 2쌍 적층시킴), 리프트오프에 의해 각각의 전극의 일부와 광출사측 공진기면을 노출시킨다. 차광층 윗면에도 제 2 절연막이 형성되어 있다. 게다가, 광반사측의 공진기면도 커버하도록 형성되어 있으므로, 이 제 2 절연막이 광반사막(미러)으로도 기능하도록 하고 있다. 이와 같이, 공진기면의 적어도 한쪽을 절연막 형성 공정보다도 먼저 에칭에 의해 형성하고 있음으로써, 광반사막(미러)을 분할하기 전에 웨이퍼 상태 그대로, 둘러싸도록 형성할 수 있다. 이에 의해, 광출사측 공진기면과 광반사측 공진기면이 서로 다른 재료나, 서로 다른 막두께의 반사막으로 이루어지도록 형성할 수 있다.
(패드 전극)
다음에, 상기 제 2 절연막을 커버하도록 p측 패드 전극 및 n측 패드 전극을 형성한다. 이 패드 전극은 Ni-Ti-Au로 이루어지고, 제 2 절연막을 통하여 p측 오믹 전극 및 n측 오믹 전극에 각각 스트라이프형상으로 접해 있다. 또한, 본 예에서는 p측 패드 전극(4)는 도 11에 도시하는 바와 같이 제 2 측면에 끼인 스트라이프형상 볼록부 상면에도 제 2 절연막을 통하여 형성되어 있다.
(분할 및 광출사측 보호막 형성)
먼저 노출시켰던 n형층을 또한 기판이 노출할 때까지 더욱 에칭한다. 이에의해 분할 위치에는 기판만이 남고, 도 12에 도시하는 바와 같이, 공진기면과 n형층 단면이 에칭에 의해 형성된다. 스트라이프형상 전극에 수직한 방향으로, 기판측으로부터 바 형상으로 분할한다. 그 다음에, 광출사측 공진기면에 ZrO2를 형성시켜, 그것을 커버하도록 SiO2를 형성하여 보호막으로 한다. 최후에 스트라이프형상 전극에 평행한 방향으로 바를 절단하여 본 발명의 반도체 레이저 소자를 얻는다. 이 예에서는 도 12에 도시하는 바와 같이, 공진기면보다 기판의 단면이 돌출하게 되지만, 그 돌출 길이는 레이저 빔 형상에 영향을 주지 않는 정도로 작게 억제할 수 있으므로, 문제는 없다.
상기와 같이 하여 얻어지는 반도체 레이저 소자는 실온에 있어서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서, 리플이 없는 양호한 빔이 얻어진다.
〔실시예 6〕
실시예 4에 있어서, 차광층으로서 Ti를 사용하고, 절연막으로서 SiO2를 사용하는 것 이외에는 실시예 4와 동일하게 하여, 본 발명의 반도체 레이저 소자를 얻는다. 우선, SiO2를 형성한 후에 Ti를 형성함으로써, 절연성이 우수하고, 게다가 미광을 유효하게 차단할 수 있는 차광층으로 할 수 있다. 막두께로는 Ti는 4500Å, Si02는 1500Å이다. 얻어진 반도체 레이저 소자는 실온에서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서,리플이 없고, 광의 발산각이 넓은 양호한 빔이 얻어진다.
〔실시예 7〕
실시예 3과 동일한 질화물 반도체를 갖는 기판을 사용하는 것 이외에는 실시예 6과 동일하게 행하여, 본 발명의 반도체 레이저 소자를 얻는다. 얻어지는 반도체 레이저 소자는 실온에서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서, 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서, 리플이 없는 양호한 빔이 얻어진다.
〔실시예 8〕
실시예 8의 반도체 레이저 소자는 실시예 1의 반도체 레이저 소자에 있어서, 차광층(9) 아래에, 후술하는 바와 같이 하여 투광막(9a)을 형성한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 제작한다(도 13a~도 13c).
(투광막(9a))
실시예 1과 동일하게 하여, 스트라이프형상 볼록부 및 차광막 형성면을 형성한 후, 그 형성에 이용한 보호막은 그대로 하여, 광 비공진기면과, 제 2 측면과, n형층의 노출면에 연속하는 투광막을 스퍼터링에 의해 형성한다. 투광막(9a)은 Rh 산화물로 이루어지고, 막두께 500Å이다.
(차광막)
게다가, 상기 투광막 위에, 스퍼터링에 의해 차광막을 형성한다. 이 차광막도 투광막과 마찬가지로, Rh 산화물로 이루어지고, 막두께 1500Å이다. 이 차광막은 상기 투광막을 성막할 때의 스퍼터링 조건, 진공도를 낮게 함으로써 Rh와 산소의 조성비를 변화시켜 형성함으로써 얻을 수 있다. 장치는 그대로 하고, 진공도만 변화시켜 막질, 특히 광의 투과율이 다른 층을 형성할 수 있다. 이 투광막 및 차광막은 후 공정의 제 1 절연막을 형성시킨 후에 형성할 수도 있다. 또한, 오믹 전극을 형성한 후, 제 2 절연막을 형성시킨 후에 형성할 수도 있다.
이후, 제 1 절연막의 형성에서부터 미러 형성까지는 실시예 1과 동일하게 하여, 반도체 레이저 소자를 제작한다.
상기와 같이 하여 얻어진 반도체 레이저 소자는 실온에 있어서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서 리플이 없는 양호한 빔이 얻어진다.
〔실시예 9〕
실시예 9의 반도체 레이저 소자는 실시예 2의 레이저 소자와 동일하게 하여, p측 컨택트층까지 적층시킨 후, 이하와 같이 하여, 차광막 및 투광막을 형성하는 형성면, 투광막 및 차광막을 형성한다.
(차광막 및 투광막 형성면의 형성)
p측 컨택트층까지 적층시킨 후, n형층 노출 공정 후, 폭 1.6㎛의 스트라이프형상 볼록부(리지)를 형성한다. 그 다음에, 투광막을 형성하는 출사측 공진단면 근방에, 리지보다 폭이 넓은 마스크를 형성하여 n형층까지 에칭함으로써, 리지 측면과 다른 면 위의 제 2 측면을 형성한다. 이 리지보다 폭이 넓은 마스크에 의해 활성층의 폭을 제어할 수 있지만, 도 13a와 같이, 출사측 공진기면의 근방의 활성층만을 제거하기 위해서는, 공진기면 근방 이외의 거의 전면에 마스크를 형성하고,또한 공진기면 근방에 리지의 폭보다도 넓은 폭의 마스크를 형성함으로써, 공진기면 근방이라는 한정된 부분에 있어서 활성층이 제거된 구조로 할 수 있다. 또한, 리지보다 폭이 넓은 마스크는 리지 전체에 걸쳐서 형성할 수도 있다. 여기에서는 리지가 거의 중앙이 되도록 마스크를 폭 약 7㎛로 형성하여 활성층으로부터의 n형층까지 에칭함으로써, 출사면의 공진기면의 활성층의 폭이 약 7㎛인 공진기면을 형성한다. 이에 의해 형성되는 에칭면이 비공진기면과 제 2 측면이고, 이 두면에 투광막 및 차광막을 형성하는 것으로 한다.
(투광막 및 차광막)
상기와 같이 하여 형성된 제 2 측면 및 비공진기면 및, n형층의 노출면에 투광막을 스퍼터링에 의해 형성한다. 우선, 하층의 투광막으로서 Rh 산화물을 막두께 500Å의 두께로 형성하고, 그 위에 중간층으로서 투광막과 동일한 Rh 산화물을 스퍼터링 조건을 변화시켜 막두께 500Å로 형성하며, 또한 그 위에 윗층의 차광막으로서 동일한 Rh 산화물을 스퍼터링 조건을 변화시켜 막두께 1500Å의 두께로 형성한다. 스퍼터링 조건은 하층의 투광막, 중간막, 상층의 차광막을 각각 일정하게 하여 3층 구조로 하여도 되고, 투광막 및 차광막은 일정한 조건에서 행하고, 중간막만을 진공도를 서서히 낮게 하도록 변화시켜도 된다. 이에 의해 조성비가 다른 Rh 산화물을 용이하게 형성할 수 있다. 실시예 2에서는 투광막 형성면의 형성시에 이용한 마스크를 그대로 사용하기 때문에, 투광막 및 차광막은 제 2 측면, 비공진기면, 및 n형층의 노출면에 형성되어 있지만, 마스크를 변경하여 p형층의 표면에까지 연장하도록 형성되어 있어도 문제는 없다. p형층의 표면(상면)의 일부에까지 투광막 및 차광막이 형성됨으로써, 상방향으로의 광의 누설도 막을 수 있다. 또한, 단면과 상면의 가장자리에 차광막의 단부가 형성됨으로써 박리되기 쉬워지는 경우가 있지만, 이와 같이, 상면에도 연속하도록 형성함으로써, 밀착성이 양호하게 차광막을 형성할 수 있어, 안정한 빔 특성을 얻을 수 있다.
이하, 실시예 2와 동일하게 하여 실시예 9의 반도체 레이저 소자를 제작한다.
이상의 같이 하여 얻어지는 실시예 9의 반도체 레이저 소자는 실온에 있어서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서 리플이 없는 양호한 빔이 얻어진다.
〔실시예 10〕
실시예 3과 동일하게 제작한 기판을 사용하고, 그 기판을 이용한 것 이외에는 실시예 9와 동일하게 하여, 반도체 레이저 소자를 제작한다.
이상과 같이 하여 제작한 실시예 10의 반도체 레이저 소자는 실시예 3의 반도체 레이저 소자와 동일한 특성을 얻을 수 있다.
〔실시예 11〕
실시예 9에 있어서, 반도체층의 적층 공정은 동일하고, n형층 노출시 이후의 공정을 하기와 같이 하여 실시한다. 실시예 9가 출사면이 벽개면인데 대하여, 실시예 11에서는 에칭에 의해 출사면이 형성되어 있는 것이다. 즉, 도 12에 도시하는 바와 같은 출사면측 단면이 단일 평면이 아니라, 단차가 형성된 형상으로 되어 있는 것이다. 이러한 에칭에 의해 출사면을 형성하는 경우에는 벽개하기 어려운 기판을 사용하는 경우에 유효하다.
(n형층 노출 및 공진기면 형성)
적층구조체를 형성한 후, 웨이퍼를 반응 용기에서 꺼내어, 최상층의 p형 컨택트층의 표면에 Si02로 이루어지는 보호막을 형성하고 RIE(반응성 이온 에칭)를 사용하여 SiCl4가스에 의해 에칭하여, n 전극을 형성하는 n형 컨택트층을 노출시키는 동시에, 공진기면이 되는 면도 노출시킨다. 즉, 실시예 9에서는 스트라이프형상 볼록부는 최후에 벽개될 때까지는 웨이퍼 상의 다수의 소자에 걸쳐서 연속하고 있지만, 실시예 4에서는 n형층 노출시에, 스트라이프형상 볼록부와 직교하는 면도 에칭하여 공진기면을 동시에 형성한다. 이 때, 소자 2개분의 스트라이프형상 볼록부가 연속하도록 되어 있어도 된다. 에칭 가스로는 Cl2등을 사용해도 된다.
(스트라이프형상 볼록부 및 차광층 형성면의 형성)
다음에, 스트라이프형상 도파로를 형성하기 위해, 최상층의 p형 컨택트층과 앞 공정에서 노출된 공진기면을 포함하는 거의 전면에 CVD 장치를 사용하여 Si02로 이루어지는 보호막을 0.5㎛의 막두께로 형성한 후, 보호막 위에 소정 형상의 마스크를 형성하여, RIE 장치에 의해 CHF3가스를 이용한 에칭에 의해 스트라이프형상 보호막을 형성하고, 활성층보다도 위에 스트라이프형상 볼록부가 형성된다. 스트라이프형상 볼록부는 공진기면과 직교하도록 형성되어 있다.
이 스트라이프형상 볼록부의 단부인 공진기면의 근방을 활성층이 노출할 때까지 더욱 에칭함으로써, 제 2 측면 및 비공진기면을 형성한다. 이 때, 광출사측 공진기면이 되는 쪽의 공진기면의 근방에 형성하지만, 양쪽에 형성되어 있어도 된다.
(투광막 및 차광막)
상기 보호막은 그대로 하고, 광 비공진기면과, 제 2 측면과, n형층의 노출면에 연속하는 투광막 및 차광막을 스퍼터링에 의해 형성한다. 투광막으로서 Rh 산화물을 막두께 600Å로 형성시키고, 그 위에 동일한 Rh 산화물을 스퍼터링 조건을 변화시켜 막두께 600Å로 형성하며, 또한 그 위에 동일한 Rh 산화물을 스퍼터링 조건을 변화시켜 막두께 2000Å로 형성한다. 스퍼터링 조건은, 각 층을 일정한 조건에서 행하여, 위 층으로 감에 따라 진공도를 낮게 하도록 하고 있다. 이에 의해 조성비가 다른 Rh 산화물을 용이하게 형성할 수 있다. 이 투광막 및 차광막은 후 공정의 제 1 절연막을 형성시킨 후에 형성할 수도 있다. 또한, 오믹 전극을 형성한 후, 제 2 절연막을 형성시킨 후에 형성할 수도 있다.
(제 1 절연막)
Si02마스크를 부착한 채로, p형층 표면에 Zr02로 이루어지는 제 1 절연막을 형성한다. 제 1 절연막 형성 후, 버퍼된 액에 침지하여, 스트라이프형상 볼록부의 상면에 형성한 Si02를 용해제거하고, 리프트오프법에 의해 SiO2와 함께 p형 컨택트층상에 있는 ZrO2를 제거한다. 이에 의해 스트라이프형상 볼록부의 상면은 p형층이 노출되고, 볼록부의 측면으로부터 p형층 상면이 ZrO2로 커버된 구조가 된다.
(오믹 전극)
다음에, p형 컨택트층 위에 p측 오믹 전극을 형성한다. 이 오믹 전극은 Au－Ni로 이루어지고, p형 컨택트층 위의 제 1 절연막 위에도 걸쳐서 형성되어 있다. 또한, n형 컨택트층 상면에도 오믹 전극을 형성한다. n측 오믹 전극은 Ti－Al로 이루어지고, 스트라이프형상 볼록부와 평행하며, 동일 정도의 길이의 스트라이프형상으로 형성되어 있다. 이들을 형성 후, 산소 : 질소가 80：20 비율인 분위기 중에서 600℃에서 어닐링함으로써, p측 및 n측 오믹 전극을 합금화하여, 양호한 오믹 특성을 갖는 오믹 전극으로 한다.
(제 2 절연막)
그 다음에, SiO2및 TiO2로 이루어지는 다층막을 제 2 절연막을 광출사측 공진기면을 제외하고 거의 전면에 형성한다. Si02와 Ti02는 교대로 2쌍 적층시킨다. 스트라이프형상 볼록부 상의 p측 오믹 전극과 n측 오믹 전극의 일부 이외에 레지스트를 도포하여, 드라이 에칭함으로써 각각의 전극의 일부를 노출시킨다. 차광층 상면에도 제 2 절연막이 형성되어 있다. 게다가, 광반사측의 공진기면도 커버하도록 형성하고 있으므로, 이 제 2 절연막이 광반사막(미러)으로도 기능하도록 하고 있다. 이와 같이, 공진기면의 적어도 한 쪽을 절연막 형성 공정보다도 먼저 에칭에 의해 형성하므로, 광반사막(미러)을 분할하기 전에 웨이퍼 상태 그대로, 둘러싸도록 형성할 수 있다. 이에 의해, 광출사측 공진기면과 광반사측 공진기면이 다른 재료나 다른 막두께의 반사막으로 이루어지도록 형성할 수 있다.
(패드 전극)
다음에, 상기 제 2 절연막을 커버하도록 p측 패드 전극 및 n측 패드 전극을 형성한다. 이 패드 전극은 Ni－Ti－Au로 이루어지고, 제 2 절연막을 통해 p측 오믹 전극 및 n측 오믹 전극에 각각 스트라이프형상으로 접해 있다. 또한 제 2 측면 사이에 끼인 스트라이프형상 볼록부 윗면에도 형성되어 있다.
(분할 및 광출사측 미러 형성)
먼저 노출된 n형층을 기판이 노출할 때까지 더욱 에칭한다. 이에 의해 분할 위치에는 기판만이 남고, 공진기면과 n형층 단면이 에칭에 의해 형성된다. 스트라이프형상 전극에 수직인 방향으로, 기판측으로부터 바 형상으로 분할한다. 그 다음에, 광출사측의 공진기면에 SiO2를 형성시키고, 그것을 커버하도록 ZrO2를 형성시켜 미러로 한다. 최후에 스트라이프형상 전극에 평행한 방향으로 바를 절단하여 본 발명의 반도체 레이저 소자를 얻는다.
상기와 같이 하여 얻어지는 실시예 11의 반도체 레이저 소자는 실온에 있어서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서 리플이 없는 양호한 빔이 얻어진다.
〔실시예 12〕
실시예 12의 반도체 레이저 소자에서는 실시예 1과 동일하게 하여 기판 상에 버퍼층 및 하지층을 성장시키고, 그 하지층(질화물 반도체 기판) 상에 TMG, TMA, 암모니아, 불순물 가스로서 실란 가스를 사용하여, 1050℃에서 Si를 1×1018/㎤ 도프시킨 AlGaN으로 이루어지는 n형 컨택트층을 4.5㎛의 막두께로 성장시킨다.
그리고, 이 AlGaN으로 이루어지는 n형 컨택트층 위에, 실시예 1과 동일하게 하여, 크랙 방지층, n형 클래드층, n형 광 가이드층, 활성층, p형 캡층, p형 광 가이드층, p형 클래드층 및 p형 컨택트층을 성장시킨다. 게다가, 실시예 1과 동일하게 하여, n형층을 노출시켜, 공진기면을 형성하고, 이하와 같이 하여, 볼록부를 형성한다.
(스트라이프형상 볼록부 형성)
본 실시예 12에서는 스트라이프형상 도파로 영역을 형성하기 위해, 최상층의 p형 컨택트층의 거의 전면에 CVD 장치에 의해, Si 산화물(주로 Si02)로 이루어지는 보호막을 0.5㎛의 막두께로 형성한 후, 보호막 위에 소정 형상의 마스크를 형성하고, RIE 장치에 의해 CF4가스를 이용한 포토리소그래피 기술에 의해 스트라이프형상 보호막을 형성하여, 활성층보다도 위에 스트라이프형상 볼록부가 형성된다. 또한, R1E 장치에 있어서, CF4가스 대신에, CHF3를 사용할 수도 있다.
볼록부를 형성한 후, 실시예 1과 동일하게 하여, 제 1 절연막과 p 및 n측 오믹 전극을 형성하고, 또한 이하의 공정을 거쳐서 반도체 레이저 소자를 제작한다.
(제 2 절연막)
그 다음에, 스트라이프형상 볼록부 상의 p측 오믹 전극과 n측 오믹 전극의 일부에 레지스트를 도포하고, Si 산화물(주로 Si02)로 이루어지는 제 2 절연막을 분할 위치를 제외한 전면에 형성하여, 리프트오프함으로써 p측 오믹 전극과 n측 오믹전극의 일부를 노출시킨다.
(패드 전극)
다음에, 상기 제 2 절연막의 개구부를 통해 p측 오믹 전극과 n측 오믹 전극과 접하도록 p측 패드 전극 및 n측 패드 전극이 각각 형성된다. 전극은 Ni－Ti－Au로 이루어진다. 이 패드 전극은 노출된 오믹 전극과 스트라이프형상으로 접해 있다.
(기판 노출)
다음에, Si02를 웨이퍼 전면에 형성한 후, 그 위에 n형 컨택트층의 노출면을 제외하고 레지스트 막을 형성하여, 기판이 노출할 때까지 에칭한다. 공진기면 등 측면에도 레지스트 막이 형성되어 있으므로, 에칭 후에는 먼저 형성시킨 공진기면 등의 측면(p형층과, 활성층과, n형층의 일부를 포함한다)과, 공진기면과 기판 사이의 n형층의 2단으로 된 단면이 형성된다.
(제 2 보호막)
그 다음에, 제 2 보호막을 형성한다. 광출사측의 공진기면에 레지스트막 등으로 마스크하, SiO2(1350Å)/Ti(2250Å)로 이루어지는 제 2 보호막을 스퍼터링에 의해 형성한다. 또한, 이 제 2 보호막의 투과율은 약 0.01%로, 거의 100%의 차광 효과가 얻어진다.
(바 형상으로 분할)
이상과 같이 하여 p측 오믹 전극 및 n측 오믹 전극을 형성한 후, 기판을 연마하여 기판을 포함한 총 막두께를 200㎛로 하여, 이면에 Ti－Pt－Au로 이루어지는 백 메탈을 형성시킨 후, 스트라이프형상 전극에 수직인 방향으로 기판측으로부터 바 형상으로 분할한다. 이 때, 바 형상으로 분할시키기 전에 기판의 이면측으로부터 분할 위치에 대응하여 스크라이브를 넣어 두면, 후 공정에서 분할하기 쉬워진다.
(광반사측 미러 및 제 1 보호막)
이상과 같이 하여 바 형상으로 분할된 반도체는 바의 한 쪽에는 광출사측의 공진기면이 배열되고, 반대측에는 광반사측의 공진기면이 배열되어 있다. 이러한 여러 개의 바를 광출사측의 공진기면, 및 광반사측의 공진기면이 동일한 방향을 향하도록 각도를 변화시킨다. 그 다음에, 각 바 사이에 스페이서를 통해 간극이 없도록 성막 지그(jig)에 배열한다. 이와 같이 스페이서를 통함으로써, 소자에 형성된 전극 등에 보호막이 형성되지 않도록 할 수 있다. 우선, 광반사측의 공진기면에는 ZrO2와 (Si02/ZrO2)의 6쌍이 형성되어 미러가 된다. 그 다음에, 광출사측에는 제 1 보호막으로서 Nb2O5를 400Å의 두께로 성막한다. 이 Nb205는 공진기면의 광출사면과, 그 광출사면의 근방에 형성되어 있는 제 2 보호막 상에 걸쳐서 형성된다.
또한, 이 Nb205로 이루어지는 제 2 보호막의 광 투과율은 약 82%이다.
최후에 스트라이프형상 볼록부에 평행한 방향으로 바를 절단하여 본 발명의 반도체 레이저 소자를 얻는다.
이상과 같이 하여 얻어진 반도체 레이저 소자는 실온에 있어서 한계값2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 FFP에 있어서 리플이 없는 양호한 빔이 얻어진다.
〔실시예 13〕
실시예 13에서는 사파이어 상에 GaN를 형성하여 이루어지는 질화물 반도체 기판을 기판으로서 사용하여(실시예 2와 동일하게 하여 제작), 도 17에 도시하는 바와 같은 반도체 레이저를 제작한다.
구체적으로는 이하와 같이 한다.
(버퍼층)
우선, 질화물 반도체 기판의 하지층 위에, Al 혼성 결정비가 O.01인 언도프 AlGaN으로 이루어지는 버퍼층을 형성한다. 이 버퍼층은 생략가능하지만, 횡방향 성장을 이용한 기판이 GaN인 경우, 또는 횡방향 성장시켜 형성한 하지층이 GaN인 경우에, 그것보다도 열팽창계수가 작은 질화물 반도체, 즉, AlaGa1-aN(0＜a≤1) 등으로 이루어지는 버퍼층을 사용함으로써, 피트를 저감시킬 수 있기 때문에, 버퍼층을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 하지층과 같이, 횡방향 성장을 따라 성막된 질화물 반도체층 상에 다른 질화물 반도체를 성장시키면 피트가 발생하기 쉽지만, 이 버퍼층은 피트의 발생을 방지하는 효과가 있다.
또한, 버퍼층의 Al 혼성 결정비(a)가 0＜a＜O.3인 것이 바람직하고, 이에 의해, 결정성이 양호한 버퍼층을 형성할 수 있다. 또한, 이 버퍼층을 n측 컨택트층으로서의 기능을 겸하는 층으로서 형성해도 되고, 버퍼층을 형성한 후, 상기 버퍼층과 동일한 조성식으로 나타내는 n측 컨택트층을 형성하여, 그 n측 컨택트층에도 버퍼 효과를 갖게 하도록 해도 된다. 즉, 이 버퍼층은 횡방향 성장층(GaN 기판)과 소자 구조를 구성하는 질화물 반도체층 사이, 또는 소자 구조 중의 활성층과 횡방향 성장층(GaN 기판) 사이에 형성하는 것, 더욱 바람직하게는 소자 구조 중의 기판측, 하부 클래드층과 횡방향 성장층(GaN 기판) 사이에, 적어도 1층 이상 형성함으로써, 피트를 저감하여, 소자 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, n측 컨택트층의 기능을 겸비한 버퍼층으로 하는 경우에는 전극과의 양호한 오믹 접촉이 얻어지도록, Al 혼성 결정비(a)를 0.1 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 하지층 위에 형성하는 버퍼층은 상술한 이종기판 상에 형성하는 버퍼층과 동일하게 300℃ 이상 900℃ 이하의 저온에서 성장시켜도 되지만, 바람직하게는 800℃ 이상 1200℃ 이하의 온도에서 단결정 성장시키면, 상술한 피트 저감 효과가 보다 효과적으로 얻어지는 경향이 있다. 게다가, 이 버퍼층은 n형, p형 불순물을 도프해도 되고, 언도프이어도 되지만, 결정성을 양호하게 하기 위해서는 언도프로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 2층 이상의 버퍼층을 형성하는 경우에는 n형, p형 불순물 농도, Al 혼성 결정비를 변화시켜 형성할 수 있다.
(n측 컨택트층)
버퍼층 위에 막두께 4㎛, Si를 3×1018/㎤ 도프한 Al0.01Ga0.99N으로 이루어지는 n측 컨택트층을 형성한다.
(크랙 방지층)
n측 컨택트층 위에 막두께 0.15㎛의 In0.06Ga0.94N으로 이루어지는 크랙 방지층을 형성한다.
(n측 클래드층)
크랙 방지층 위에 총 막두께 1.2㎛의 초격자 구조의 n측 클래드층을 형성한다.
구체적으로는 막두께 25Å의 언도프 Al0.05Ga0.95N층과, 막두께 25Å, Si를 1×1019/㎤ 도프한 GaN층을 교대로 적층함으로써, n측 클래드층을 형성한다.
(n측 광 가이드층)
n측 클래드층 위에 막두께 O.15㎛의 언도프 GaN으로 이루어지는 n측 광 가이드층을 형성한다.
(활성층)
n측 광 가이드층 위에, 총 막두께 550Å의 다중 양자 웰 구조의 활성층을 형성한다.
구체적으로는 Si를 5×1018/㎤ 도프한 막두께 140Å의 Si 도프 In0.05Ga0.95N으로 이루어지는 장벽층(B)과, 막두께 50Å의 언도프 In0.13Ga0.87N으로 이루어지는 웰층(W)을, (B)―(W)―(B)―(W)―(B)의 순으로 적층함으로써, 활성층을 형성한다.
(p측 전자 가둠층)
활성층 위에 막두께 100Å, Mg를 1×1020/㎤ 도프한 p형 Al0.3Ga0.7N으로 이루어지는 p측 전자 가둠층을 형성한다.
(p측 광 가이드층)
p측 전자 가둠층 위에 막두께 0.15㎛의 Mg를 1×1018/㎤ 도프한 p형 GaN으로 이루어지는 p측 광 가이드층을 형성한다.
(p측 클래드층)
p측 광 가이드층 위에 총 막두께 0.45㎛의 초격자 구조의 p측 클래드층을 형성한다.
구체적으로는 막두께 25Å의 언도프 Al0.05Ga0.95N과, 막두께 25Å로 Mg를 1×1020/㎤ 도프한 p형 GaN을 교대로 적층함으로써, p측 클래드층을 형성한다.
(p측 컨택트층)
p측 클래드층 위에, 막두께 150Å, Mg를 2×1020/㎤ 도프한 p형 GaN으로 이루어지는 p측 컨택트층을 형성한다.
(n형층 노출, 스트라이프형상 볼록부 형성)
이상과 같이, n측 컨택트층∼p측 컨택트층까지의 소자 구조를 형성한 후, 실시예 12와 동일하게 하여, n형 컨택트층을 노출시킨 후, 스트라이프형상 볼록부(리지)를 에칭에 의해 형성한다.
(제 2 측면 및 비공진기면 형성)
그 다음에, 상기 제 2 보호막을 형성하는 면인 제 2 측면 및 비공진기면을 형성한다. 공진기면 근방의 단면 이외에 마스크를 형성하여 에칭함으로써, 제 2 측면 및 비공진기면이 형성된다. 여기에서는, 제 2 측면은 리지 측면보다도 소자의 단면에 가깝게 되도록 형성되어 있으므로, 도 17에 도시하는 바와 같이 리지에 수직인 방향의 단면에 있어서, 활성층의 폭이 리지의 폭보다 넓은 폭으로 되어 있다.
(제 2 보호막)
그 다음에, 상기와 같이 하여 형성된 제 2 측면 및 비공진기면에, 제 2 보호막을 형성한다. 상기 마스크를 그대로 사용하고, 제 2 보호막으로서 SiO2/Ti로 이루어지는 다층막을 스퍼터링에 의해 형성한다.
(제 1 절연막∼제 2 절연막)
그 다음에, 실시예 12와 동일하게, Zr02로 이루어지는 제 1 절연막, 오믹 전극, Si02/Ti02로 이루어지는 제 2 절연막까지를 형성한다.
(패드 전극)
그 다음에, p측 패드 전극으로서 RhO－Pt－Au, n측 패드 전극으로서 Ni―Ti－Au를 형성한다.
(이종기판 박리)
계속해서, 사파이어 기판, 저온성장 버퍼층, 하지층, 후막층의 일부를 제거 하여 후막층만으로 하여(단체화), GaN 기판의 막두께가 80㎛가 되도록 한다. 여기에서, HVPE에 의한 후막층은 GaN 이외에 다른 질화물 반도체를 사용해도 되지만, 본 발명에서는 결정성이 양호하고 후막인 질화물 반도체를 용이하게 성장할 수 있는 GaN 또는 AlN를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이종기판 등의 제거는 이상과 같은 소자 구조를 형성하기 전에, 후막층의 일부를 제거해도 되고, 또한 도파로를 형성한 후, 전극을 형성한 후, 어느 단계에서 행해도 된다. 또한, 웨이퍼를 바 형상, 칩형상으로 절단하기 전에 이종기판 등을 제거함으로써, 칩형상으로 절단할 때에, 질화물 반도체의 벽개면(육방정계에 근사한 {11－OO} M면, {1010} A면, (OO01) C면)을 사용하여 절단ㆍ벽개할 수 있다.
(공진기면 형성)
그 다음에, 이면에 Ti－Pt－Au로 이루어지는 공융결정용 메탈을 형성시킨 후, 실시예 1과 동일하게 하여 스트라이프형상 전극에 수직인 방향으로 기판측으로부터 바 형상으로 분할하여, 공진기면을 형성한다.
(광반사측 미러 및 제 1 보호막)
그 다음에, 광반사측의 공진기면에는 ZrO2와 (SiO2/ZrO2)의 6쌍으로 이루어지는 미러를 형성하고, 광출사측에는 제 1 보호막으로서 Nb205를 성막시킨다. 이 Nb205는 광출사측의 공진기면과, 공진기면 근방에 형성되어 있는 제 2 보호막 상에 형성된다. 또한 그 바를 각 소자 사이에 있어서 벽개된 M면에 수직인 A면에서 공진기 방향으로 평행하게 벽개하여, 레이저 칩을 얻는다.
이상과 같이 하여 얻어지는 레이저 소자는 실온에서 한계값 전류 밀도2.5㎄/㎠, 한계값 전압 4.5V이고, 발진 파장은 405㎚이며, 출사되는 레이저 빔의 종횡비(aspect ratio)는 1.5이다. 또한, 30㎽의 연속 발진에서 1000시간 이상 장수명의 고출력 레이저 소자가 얻어진다. 또한, 본 레이저 소자는 5㎽∼80㎽의 출력역에서 연속 발진이 가능하고, 이 출력역에 있어서, 광디스크 시스템의 광원으로서 적합한 빔 특성을 갖는다.
〔실시예 14〕
실시예 12에 있어서, 이하와 같이 공정을 변경하는 것 이외에는 실시예 12와 동일하게 행하여, 도 18에 도시하는 바와 같은 반도체 발광 소자를 얻는다.
(n형층 노출)
실시예 12와 동일하게 n형층을 노출시키는데, 이 때, 공진기면은 형성하지 않도록 한다.
(스트라이프형상 볼록부 형성과, 비공진기면 및 제 2 측면 형성)
스트라이프형상 볼록부 형성 후, 동일한 마스크를 사용하여 소자 분할면 근방의 스트라이프형상 볼록부의 측면을 활성층보다 아래까지 더욱 에칭하여, 도 5와 같이 소자의 코너부가 제거되도록 하여, 비공진기면 및 제 2 측면을 형성한다. 이 면에 제 2 보호막을 형성한다. 제 2 보호막으로는 Zr02/Rh0를 사용한다.
(분할 및 공진기면 형성)
출사측 미러 형성전에 웨이퍼의 사파이어 기판을 연마하여 70㎛로 한 후, 스트라이프형상 전극에 수직인 방향으로, 기판측으로부터 바 형상으로 벽개하여, 벽개면(11－00면, 육각 기둥 형상의 결정의 측면에 상당하는 면=M면)으로 하여, 공진기면을 형성한다. 그 다음에, 공진기면의 출사측 공진기면에, 제 1 보호막을 형성한다. 제 1 보호막으로는 Nb2O5를 사용한다.
상기와 같이 하여 얻어지는 반도체 레이저 소자는 실온에 있어서 한계값 2.0㎄/㎠, 30㎽의 고출력에 있어서 발진 파장 405㎚의 연속 발진이 확인되고, 또한 발산각이 실시예보다 넓고, FFP에 있어서 리플이 없는 양호한 빔이 얻어진다.
이상 설명한 바와 같이, 원 시야 패턴(FFP)이 양호한 반도체 레이저 소자를 제공할 수 있으므로, DVD 등의 전자 기기, 의료 기기, 가공 기기나 광섬유 통신의 광원 등의 여러 가지 기기에 이용할 수 있다.

Claims (30)

  1. 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 그 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역과 양단에 레이저 공진용 공진기면을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서,
    상기 적층구조체는 일단측에, 상기 공진기면과는 별도로 활성층 단면을 포함하도록 형성된 비공진기면을 가지고, 그 비공진기면의 활성층 단면이 차광층으로 커버되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기면은 상기 비공진기면보다 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공진기면은 광출사면인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  4. 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 그 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역과 양단에 레이저 공진용 공진기면을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서,
    상기 적층구조체의 측면은 활성층 단면을 포함하는 제 1 측면과, 이 제 1 측면보다 도파로 영역에 가깝게 위치하고 또한 활성층 단면을 포함하는 제 2 측면을 구비하며,
    상기 제 2 측면의 활성층 단면에 차광층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 측면은 광출사측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  6. 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 그 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역과 양단에 레이저 공진용 공진기면을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서,
    상기 적층구조체는 출사단측에, 상기 공진기면과는 별도로, 적어도 활성층 단면을 포함하도록 형성된 비공진기면을 가지고,
    상기 적층구조체의 측면은 활성층 단면을 포함하는 제 1 측면과, 제 1 측면보다 도파로 영역의 근방에서 상기 출사단측에 위치하고, 활성층 단면을 포함하는 제 2 측면을 가지고 이루어지며,
    상기 비공진기면 및 상기 제 2 측면 중 적어도 한 쪽의 활성층 단면에 차광층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비공진기면과 상기 제 2 측면은 연속해 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층구조체에는 스트라이프형상 볼록부가 형성되고, 그 스트라이프형상 볼록부에 의해 상기 도파로 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차광층은 상기 적층구조체에 접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차광층은 상기 적층구조체에 형성된 절연층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차광층은 도체, 반도체, 절연체 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차광층은 유전체 다층막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층에, 질화물 반도체가 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 도전형 반도체층에 n형 질화물 반도체를 가지고, 상기 제 2 도전형 반도체층에 p형 질화물 반도체를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 차광층은 Ti이고, 상기 절연층은 Si02인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차광층은 적어도 Rh 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차광층은 동일 재료로 이루어지고 조성비가 서로 다른 복수의 층으로 이루어지는 다층막인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  18. 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 그 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서,
    상기 적층구조체는 한쪽 단면의 출사부 근방에 차광막을 갖고, 이 차광막과 상기 적층구조체 사이에, 상기 차광막을 구성하는 원소와 동일한 원소로 이루어지고 상기 차광막보다도 광투과율이 높은 투광막이 적어도 1층 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 차광막 및 상기 투광막은 적어도 Rh 산화물을 포함하는 것을 특징으로하는 반도체 레이저 소자.
  20. 제 1 도전형 반도체층과, 활성층과, 상기 제 1 도전형과 다른 제 2 도전형 반도체층이 순서대로 적층된 적층구조체를 구비하고, 그 적층구조체가 일방향으로 광을 도파시키는 도파로 영역을 갖는 반도체 레이저 소자에 있어서,
    상기 적층구조체는 적어도 한쪽의 단면에 보호막을 가지고,
    이 보호막은 제 1 보호막과, 상기 제 1 보호막보다도 광투과율이 낮은 제 2 보호막을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 보호막은 출사측 단면의 출사부에 형성되고, 상기 제 2 보호막은 상기 출사부의 근방에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 보호막 및 제 2 보호막은 동일 평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  23. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 출사부를 포함하는 공진기면은 돌출하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 보호막은 Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti의 산화물, 질화물, 플루오르화물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 단층 또는 다층막인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 보호막은 반사 방지막인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  26. 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 보호막은 상기 적층구조체를 구성하는 활성층의 굴절률의 ±10% 이내의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  27. 제 20 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 보호막은 불투광막인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  28. 제 20 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 보호막은 Nb205이고, 상기 제 2 보호막은 불투광막인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  29. 제 20 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층에, 질화물 반도체가 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 제 1 도전형 반도체층에 n형 질화물 반도체를 갖고, 상기 제 2 도전형 반도체층에 p형 질화물 반도체를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
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