JP2003332688A - Iii族窒化物系化合物半導体レーザ - Google Patents
Iii族窒化物系化合物半導体レーザInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】III族窒化物系化合物半導体レーザにおいて、
ガイド層を損傷することなくキャリア注入リッジ部を形
成する。 【解決手段】サファイア基板1、AlNバッファ層2、Si
ドープGaNのn層3、SiドープAl0.1Ga0.9Nのnクラッド
層4、SiドープGaNのnガイド層5、膜厚約35ÅのGaNの
バリア層62と膜厚約35ÅのGa0.95In0.05Nの井戸層6
1のMQW構造の活性層6、MgドープGaNのpガイド層7、
MgドープAl0.25Ga0.75Nのp層8、MgドープAl0.1Ga0.9N
のpクラッド層9、MgドープGaNのpコンタクト層1
0、Ni電極11、及びAl電極12から構成される半導体
レーザ100の、共振リッジ部Aに接する正孔注入リッ
ジ部BをNi電極10の幅(w)に合わせ、略同一の幅に形
成する。このエッチングの際、p層8はアルミニウム組
成が大きいのでエッチレートが小さく、pガイド層7が
損傷することを防ぐことができる。
ガイド層を損傷することなくキャリア注入リッジ部を形
成する。 【解決手段】サファイア基板1、AlNバッファ層2、Si
ドープGaNのn層3、SiドープAl0.1Ga0.9Nのnクラッド
層4、SiドープGaNのnガイド層5、膜厚約35ÅのGaNの
バリア層62と膜厚約35ÅのGa0.95In0.05Nの井戸層6
1のMQW構造の活性層6、MgドープGaNのpガイド層7、
MgドープAl0.25Ga0.75Nのp層8、MgドープAl0.1Ga0.9N
のpクラッド層9、MgドープGaNのpコンタクト層1
0、Ni電極11、及びAl電極12から構成される半導体
レーザ100の、共振リッジ部Aに接する正孔注入リッ
ジ部BをNi電極10の幅(w)に合わせ、略同一の幅に形
成する。このエッチングの際、p層8はアルミニウム組
成が大きいのでエッチレートが小さく、pガイド層7が
損傷することを防ぐことができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、III族窒化物系化
合物半導体レーザに関する。特に、共振器部分がリッジ
型のIII族窒化物系化合物半導体レーザに関する。
合物半導体レーザに関する。特に、共振器部分がリッジ
型のIII族窒化物系化合物半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、クラッド層、活性層等をIII族窒
化物系化合物半導体(AlxGayIn1-x-yN,0≦x≦1,0≦y≦
1,0≦x+y≦1)とした半導体レーザが知られている。そ
の半導体レーザは、サファイア基板上にIII族窒化物系
化合物半導体を順次積層成長させ、多重層の半導体素子
としたものである。例えば出願人による先行出願である
特開2000−261105号公報記載の半導体レーザ
を図3に示す。
化物系化合物半導体(AlxGayIn1-x-yN,0≦x≦1,0≦y≦
1,0≦x+y≦1)とした半導体レーザが知られている。そ
の半導体レーザは、サファイア基板上にIII族窒化物系
化合物半導体を順次積層成長させ、多重層の半導体素子
としたものである。例えば出願人による先行出願である
特開2000−261105号公報記載の半導体レーザ
を図3に示す。
【0003】図3の半導体レーザ900は、サファイア
基板91上に、順次バッファ層92、n層93、nクラ
ッド層94、nガイド層95、量子多重井戸(MQW)
層から成る活性層96、pガイド層97、pクラッド層
98、pコンタクト層99を積層し、例えばフォトレジ
ストを使用して図3のように共振器部分(共振リッジ
部)Aを形成し、正電極901をpコンタクト層99上
面に、負電極902をn層92のエッチング面に形成し
ていた。
基板91上に、順次バッファ層92、n層93、nクラ
ッド層94、nガイド層95、量子多重井戸(MQW)
層から成る活性層96、pガイド層97、pクラッド層
98、pコンタクト層99を積層し、例えばフォトレジ
ストを使用して図3のように共振器部分(共振リッジ
部)Aを形成し、正電極901をpコンタクト層99上
面に、負電極902をn層92のエッチング面に形成し
ていた。
【0004】量子多重井戸(MQW)層から成る活性層
96はレーザ発振の主体となる半導体層であり、正電極
901、負電極902からそれぞれ注入されたキャリア
(正孔及び電子)がここで結合することにより発振が生
じる。nガイド層95並びにpガイド層97は、活性層
96にキャリアを閉じ込める機能を有する。また、nク
ラッド層94並びにpクラッド層98は、その内側にレ
ーザ光を閉じ込める機能を有する。また、n層93並び
にpコンタクト層99は、それぞれ負電極902並びに
正電極901からのキャリアの素子層への注入が円滑に
行われるよう、設けられている半導体層である。
96はレーザ発振の主体となる半導体層であり、正電極
901、負電極902からそれぞれ注入されたキャリア
(正孔及び電子)がここで結合することにより発振が生
じる。nガイド層95並びにpガイド層97は、活性層
96にキャリアを閉じ込める機能を有する。また、nク
ラッド層94並びにpクラッド層98は、その内側にレ
ーザ光を閉じ込める機能を有する。また、n層93並び
にpコンタクト層99は、それぞれ負電極902並びに
正電極901からのキャリアの素子層への注入が円滑に
行われるよう、設けられている半導体層である。
【0005】このIII族窒化物系化合物半導体から成る
半導体素子を効率良くレーザ発振させるため、例えば電
流狭窄の目的で電極の接触面積を小さくする(正電極9
01の幅wを小さくする)などの手段のみならず、上記
公報では深い正孔注入リッジ部Bを形成することを提案
している。即ち、共振リッジ部Aと正孔注入リッジ部B
との境界をpガイド層97とpクラッド層98との境界
にするものである。
半導体素子を効率良くレーザ発振させるため、例えば電
流狭窄の目的で電極の接触面積を小さくする(正電極9
01の幅wを小さくする)などの手段のみならず、上記
公報では深い正孔注入リッジ部Bを形成することを提案
している。即ち、共振リッジ部Aと正孔注入リッジ部B
との境界をpガイド層97とpクラッド層98との境界
にするものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところがこのように正
孔注入リッジ部Bを形成する際、1枚のウエハ上の全て
の半導体レーザについて、共振リッジ部Aと正孔注入リ
ッジ部Bとの境界をpガイド層とpクラッド層98との
境界にすることは容易ではない。1枚のウエハに形成さ
れるIII族窒化物系化合物半導体層は、そのウエハの場
所毎に微妙に膜厚が異なるからである。そこで出願人は
上記公報で開示しているように、pガイド層97を一部
エッチングしてでもpクラッド層98を完全にエッチン
グすることを提案している。
孔注入リッジ部Bを形成する際、1枚のウエハ上の全て
の半導体レーザについて、共振リッジ部Aと正孔注入リ
ッジ部Bとの境界をpガイド層とpクラッド層98との
境界にすることは容易ではない。1枚のウエハに形成さ
れるIII族窒化物系化合物半導体層は、そのウエハの場
所毎に微妙に膜厚が異なるからである。そこで出願人は
上記公報で開示しているように、pガイド層97を一部
エッチングしてでもpクラッド層98を完全にエッチン
グすることを提案している。
【0007】しかし、pガイド層97の厚さは、例えば
100nm程度と薄く、例えば200nmのpコンタクト層99と
500nm程度のpクラッド層98を完全にエッチングする
よう条件設定してしまうとpガイド層97が少なからず
損傷を受け、半導体レーザとしての素子特性を劣化させ
かねない。
100nm程度と薄く、例えば200nmのpコンタクト層99と
500nm程度のpクラッド層98を完全にエッチングする
よう条件設定してしまうとpガイド層97が少なからず
損傷を受け、半導体レーザとしての素子特性を劣化させ
かねない。
【0008】よって本発明は、リッジ型のIII族窒化物
系化合物半導体レーザにおいて、特にその製造に際し、
キャリア注入リッジ部を形成しつつ、ガイド層を損傷さ
せにくい構造を提供することを目的とする。加えて、光
共振リッジ部にクラッド層の一部を設けた上でその厚さ
を制御容易として、放出されるレーザビーム形状を真円
に近づけることをも目的とする。
系化合物半導体レーザにおいて、特にその製造に際し、
キャリア注入リッジ部を形成しつつ、ガイド層を損傷さ
せにくい構造を提供することを目的とする。加えて、光
共振リッジ部にクラッド層の一部を設けた上でその厚さ
を制御容易として、放出されるレーザビーム形状を真円
に近づけることをも目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1に記載の発明は、基板上にIII族窒化物系
化合物半導体から成る複数の層を形成したIII族窒化物
系化合物半導体レーザにおいて、レーザ発振の主体たる
活性層に対して、実質的にキャリアを閉じ込めるガイド
層として働く第1の層と、レーザ発振の主体たる活性層
と第1の層に対し、主として光閉じ込めとして働き、第
1の層の上方に設けられた第1の層よりも屈折率の小さ
い第2の層と、第1の層と第2の層との間、又は第2の
層の中に設けられた、第2の層よりもIII族元素のうち
アルミニウム(Al)組成が大きい第3の層を有することを
特徴とする。ここで第2の層の中に第3の層を設けると
は、第2の層が上下2つの層から構成され、その間の層
として第3の層を設けることを言う。第2の層を構成す
る上下2つの層の組成は一致しても良く、また一致しな
くても良い。第3の層のアルミニウム(Al)組成は、当該
第2の層を構成する上下2つの層の、いずれのアルミニ
ウム(Al)組成よりも大きければ本願発明に包含される。
また、請求項2に記載の発明は、第2の層は第1の層よ
りもIII族元素のうちアルミニウム(Al)組成の大きいこ
とを特徴とする。また、請求項3に記載の発明は、第2
の層はクラッド層として働くことを特徴とする。
め、請求項1に記載の発明は、基板上にIII族窒化物系
化合物半導体から成る複数の層を形成したIII族窒化物
系化合物半導体レーザにおいて、レーザ発振の主体たる
活性層に対して、実質的にキャリアを閉じ込めるガイド
層として働く第1の層と、レーザ発振の主体たる活性層
と第1の層に対し、主として光閉じ込めとして働き、第
1の層の上方に設けられた第1の層よりも屈折率の小さ
い第2の層と、第1の層と第2の層との間、又は第2の
層の中に設けられた、第2の層よりもIII族元素のうち
アルミニウム(Al)組成が大きい第3の層を有することを
特徴とする。ここで第2の層の中に第3の層を設けると
は、第2の層が上下2つの層から構成され、その間の層
として第3の層を設けることを言う。第2の層を構成す
る上下2つの層の組成は一致しても良く、また一致しな
くても良い。第3の層のアルミニウム(Al)組成は、当該
第2の層を構成する上下2つの層の、いずれのアルミニ
ウム(Al)組成よりも大きければ本願発明に包含される。
また、請求項2に記載の発明は、第2の層は第1の層よ
りもIII族元素のうちアルミニウム(Al)組成の大きいこ
とを特徴とする。また、請求項3に記載の発明は、第2
の層はクラッド層として働くことを特徴とする。
【0010】また、請求項4に記載の発明は、共振器部
分を残してその周辺部を除去し、共振器を形成されたも
のであり、第2の層よりも上方に設けられる電極の幅を
残して少なくとも第3の層の上の層の略全部を除去する
ことにより共振器部分に接してキャリア注入部が形成さ
れたことを特徴とする。
分を残してその周辺部を除去し、共振器を形成されたも
のであり、第2の層よりも上方に設けられる電極の幅を
残して少なくとも第3の層の上の層の略全部を除去する
ことにより共振器部分に接してキャリア注入部が形成さ
れたことを特徴とする。
【0011】また、請求項5に記載の発明は、電極が、
正電極であることを特徴とする。また、請求項6に記載
の発明は、第3の層は、第2の層よりもIII族元素のう
ちアルミニウム(Al)組成が10%以上多いことを特徴とす
る。ここで10%以上多いとは、第3の層と第2の層にお
ける、アルミニウムの全III族に対する元素比をx3とx2
(0≦x3, x2≦1)としたとき、x3≧x2 + 0.1であること
を意味する。更に請求項7に記載の発明は、第3の層
は、第1の層よりも膜厚の薄い層であることを特徴とす
る。
正電極であることを特徴とする。また、請求項6に記載
の発明は、第3の層は、第2の層よりもIII族元素のう
ちアルミニウム(Al)組成が10%以上多いことを特徴とす
る。ここで10%以上多いとは、第3の層と第2の層にお
ける、アルミニウムの全III族に対する元素比をx3とx2
(0≦x3, x2≦1)としたとき、x3≧x2 + 0.1であること
を意味する。更に請求項7に記載の発明は、第3の層
は、第1の層よりも膜厚の薄い層であることを特徴とす
る。
【0012】
【作用及び発明の効果】レーザ発振の主体たる活性層に
対して実質的にキャリアを閉じ込めるガイド層として働
く第1の層と、主として光閉じ込めとして働く第2の層
との間に、第2の層よりもIII族元素のうちアルミニウ
ム(Al)組成が大きい第3の層を設けたので、第3の層が
エッチングの際の第1の層を守ることができる。これ
は、III族窒化物系化合物半導体のエッチングレート
は、アルミニウム(Al)組成が大きい程遅いので、第3の
層がエッチングされるまでには時間を要するからであ
る。即ち、キャリア注入リッジ部を形成する際、製造上
のばらつきがあっても、ガイド層を損傷させることがな
くなる。或いは、主として光閉じ込めとして働く第2の
層の中に、第2の層よりもIII族元素のうちアルミニウ
ム(Al)組成が大きい第3の層を設けたので、共振器部分
の構成にクラッド層を一部設けることで、共振器部分に
設けられたクラッド層の厚さを制御容易として、放出さ
れるレーザビーム形状を真円に近づけることができる
(請求項1乃至請求項4)。また、正電極側、即ち第2
の層がp型の場合は製造が容易である(請求項5)。
対して実質的にキャリアを閉じ込めるガイド層として働
く第1の層と、主として光閉じ込めとして働く第2の層
との間に、第2の層よりもIII族元素のうちアルミニウ
ム(Al)組成が大きい第3の層を設けたので、第3の層が
エッチングの際の第1の層を守ることができる。これ
は、III族窒化物系化合物半導体のエッチングレート
は、アルミニウム(Al)組成が大きい程遅いので、第3の
層がエッチングされるまでには時間を要するからであ
る。即ち、キャリア注入リッジ部を形成する際、製造上
のばらつきがあっても、ガイド層を損傷させることがな
くなる。或いは、主として光閉じ込めとして働く第2の
層の中に、第2の層よりもIII族元素のうちアルミニウ
ム(Al)組成が大きい第3の層を設けたので、共振器部分
の構成にクラッド層を一部設けることで、共振器部分に
設けられたクラッド層の厚さを制御容易として、放出さ
れるレーザビーム形状を真円に近づけることができる
(請求項1乃至請求項4)。また、正電極側、即ち第2
の層がp型の場合は製造が容易である(請求項5)。
【0013】第2の層と第3の層のアルミニウム(Al)組
成の差が10%以上であると第3の層のエッチングレート
が遅く効果が十分となる(請求項6)。また、第3の層
が第1の層よりも膜厚の薄い層であることで、レーザダ
イオードの特性を落とさずにガイド層を損傷させないよ
うにできる。或いは共振器部分に設けられたクラッド層
の厚さを制御容易とできる(請求項7)。
成の差が10%以上であると第3の層のエッチングレート
が遅く効果が十分となる(請求項6)。また、第3の層
が第1の層よりも膜厚の薄い層であることで、レーザダ
イオードの特性を落とさずにガイド層を損傷させないよ
うにできる。或いは共振器部分に設けられたクラッド層
の厚さを制御容易とできる(請求項7)。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。尚、本発明は下記実施例に限定され
るものではない。
基づいて説明する。尚、本発明は下記実施例に限定され
るものではない。
【0015】図1の(a)は、本発明の具体的な第1の
実施例に係る半導体レーザ100の構成を示した模式的
断面図である。図1の(b)は、半導体レーザ100の
模式的斜視図である。
実施例に係る半導体レーザ100の構成を示した模式的
断面図である。図1の(b)は、半導体レーザ100の
模式的斜視図である。
【0016】半導体レーザ100は、サファイア基板1
を有しており、そのサファイア基板1上に50nmのAlNバ
ッファ層2が形成されている。尚、バッファ層としては
GaN、GaInN、或いはAlGaNでも良い。そのバッファ層2
の上には、順に、膜厚約4.0μm、電子密度1×1018c
m-3、シリコン(Si)ドープGaNから成るn層3、膜厚500n
m、電子密度1×1018cm-3、シリコン(Si)ドープAl0.1Ga
0.9Nから成るnクラッド層4、膜厚100nm、電子密度1×
1018cm-3のシリコン(Si)ドープGaNからなるnガイド層
5、膜厚約35ÅのGaNから成るバリア層62と膜厚約35
ÅのGa0.95In0.05Nから成る井戸層61とが交互に積層
された多重量子井戸構造(MQW)の活性層6が形成されて
いる。そして、その活性層6の上に、膜厚100nm、ホー
ル密度5×1017cm-3のマグネシウム(Mg)ドープGaNから成
るpガイド層7、膜厚50nm、ホール密度5×1017cm-3、
マグネシウム(Mg)ドープAl0.25Ga0.75Nから成るp層
8、膜厚500nm、ホール密度5×1017cm-3、マグネシウム
(Mg)ドープAl0.1Ga0.9Nから成るpクラッド層9、膜厚2
00nm、ホール密度5×1017cm-3、マグネシウム(Mg)ドー
プGaNから成るpコンタクト層10が形成されている。
尚、コンタクト層としてはAlGaN或いはGaInNでも良い。
そして、pコンタクト層9上に幅5μmのニッケル(Ni)電
極11が形成されている。又、n層3上にはアルミニウ
ム(Al)から成る電極12が形成されている。
を有しており、そのサファイア基板1上に50nmのAlNバ
ッファ層2が形成されている。尚、バッファ層としては
GaN、GaInN、或いはAlGaNでも良い。そのバッファ層2
の上には、順に、膜厚約4.0μm、電子密度1×1018c
m-3、シリコン(Si)ドープGaNから成るn層3、膜厚500n
m、電子密度1×1018cm-3、シリコン(Si)ドープAl0.1Ga
0.9Nから成るnクラッド層4、膜厚100nm、電子密度1×
1018cm-3のシリコン(Si)ドープGaNからなるnガイド層
5、膜厚約35ÅのGaNから成るバリア層62と膜厚約35
ÅのGa0.95In0.05Nから成る井戸層61とが交互に積層
された多重量子井戸構造(MQW)の活性層6が形成されて
いる。そして、その活性層6の上に、膜厚100nm、ホー
ル密度5×1017cm-3のマグネシウム(Mg)ドープGaNから成
るpガイド層7、膜厚50nm、ホール密度5×1017cm-3、
マグネシウム(Mg)ドープAl0.25Ga0.75Nから成るp層
8、膜厚500nm、ホール密度5×1017cm-3、マグネシウム
(Mg)ドープAl0.1Ga0.9Nから成るpクラッド層9、膜厚2
00nm、ホール密度5×1017cm-3、マグネシウム(Mg)ドー
プGaNから成るpコンタクト層10が形成されている。
尚、コンタクト層としてはAlGaN或いはGaInNでも良い。
そして、pコンタクト層9上に幅5μmのニッケル(Ni)電
極11が形成されている。又、n層3上にはアルミニウ
ム(Al)から成る電極12が形成されている。
【0017】半導体レーザ100の共振リッジ部Aに接
する正孔注入リッジ部BはNi電極10の幅(w)5μmに
合わせ、略同一の幅5μmに形成されている。半導体レー
ザ101では、正孔注入リッジ部BはNi電極11、pコ
ンタクト層10及びpクラッド層9から成り、共振リッ
ジ部Aにはpクラッド層9が無い。
する正孔注入リッジ部BはNi電極10の幅(w)5μmに
合わせ、略同一の幅5μmに形成されている。半導体レー
ザ101では、正孔注入リッジ部BはNi電極11、pコ
ンタクト層10及びpクラッド層9から成り、共振リッ
ジ部Aにはpクラッド層9が無い。
【0018】次に、この構造の半導体レーザ100の製
造方法について説明する。上記半導体レーザ100は、
有機金属化合物気相成長法(以下「MOVPE」と示す)に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(C
H3)3,以下「TMG」と記す)とトリメチルアルミニウム
(Al(CH3)3,以下「TMA」と記す)とトリメチルインジウ
ム(In(CH3)3,以下「TMI」と記す)とシラン(SiH4)とシ
クロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2,以下「CP
2Mg」と記す)である。
造方法について説明する。上記半導体レーザ100は、
有機金属化合物気相成長法(以下「MOVPE」と示す)に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(C
H3)3,以下「TMG」と記す)とトリメチルアルミニウム
(Al(CH3)3,以下「TMA」と記す)とトリメチルインジウ
ム(In(CH3)3,以下「TMI」と記す)とシラン(SiH4)とシ
クロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2,以下「CP
2Mg」と記す)である。
【0019】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
a面を主面とし、単結晶のサファイア基板1をMOVPE装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH 2を流速2L/minで約30分反応室に流しながら温度11
00℃でサファイア基板1をベーキングした。
a面を主面とし、単結晶のサファイア基板1をMOVPE装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH 2を流速2L/minで約30分反応室に流しながら温度11
00℃でサファイア基板1をベーキングした。
【0020】次に、温度を400℃まで低下させて、H2を2
0L/min、NH3を10L/min、TMAを18μmol/minで約90秒間供
給してAlNのバッファ層2を約50nmの厚さに形成した。
次に、サファイア基板1の温度を1150℃に保持し、H2を
20L/min、NH3を10L/min、TMGを170μmol/min、H2ガスに
て0.86ppmに希釈されたシラン(SiH4)を2nmol/minで導入
し、膜厚約4.0μm、電子密度1×1018cm-3、シリコン(S
i)ドープGaNからなるn層3を形成した。
0L/min、NH3を10L/min、TMAを18μmol/minで約90秒間供
給してAlNのバッファ層2を約50nmの厚さに形成した。
次に、サファイア基板1の温度を1150℃に保持し、H2を
20L/min、NH3を10L/min、TMGを170μmol/min、H2ガスに
て0.86ppmに希釈されたシラン(SiH4)を2nmol/minで導入
し、膜厚約4.0μm、電子密度1×1018cm-3、シリコン(S
i)ドープGaNからなるn層3を形成した。
【0021】上記のn層3を形成した後、続いて温度を
1100℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMAを5
μmol/min、TMGを50μmol/min、H2ガスにて0.86pppmに
希釈されたシラン(SiH4)を8nmol/minで導入し、膜厚500
nm、電子密度1×1018cm-3、シリコン(Si)ドープAl0.1Ga
0.9Nからなるnクラッド層4を形成した。
1100℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMAを5
μmol/min、TMGを50μmol/min、H2ガスにて0.86pppmに
希釈されたシラン(SiH4)を8nmol/minで導入し、膜厚500
nm、電子密度1×1018cm-3、シリコン(Si)ドープAl0.1Ga
0.9Nからなるnクラッド層4を形成した。
【0022】次に、温度を1100℃に保持し、H2を20L/mi
n、TMGを50μmol/min、H2ガスにて0.86ppmに希釈された
シラン(SiH4)を8nmol/minで導入し、膜厚100nm、電子密
度1×1018cm-3のシリコン(Si)ドープGaNからなるnガイ
ド層5を形成した。
n、TMGを50μmol/min、H2ガスにて0.86ppmに希釈された
シラン(SiH4)を8nmol/minで導入し、膜厚100nm、電子密
度1×1018cm-3のシリコン(Si)ドープGaNからなるnガイ
ド層5を形成した。
【0023】次に、N2又はH2、NH3、TMG及びTMIを供給
して膜厚約35ÅのGa0.95In0.05Nから成る井戸層61
と、N2又はH2、NH3及びTMGを供給して膜厚約35ÅのGaN
からなるバリア層62とを4周期形成し、MQW構造の活性
層6を形成した。
して膜厚約35ÅのGa0.95In0.05Nから成る井戸層61
と、N2又はH2、NH3及びTMGを供給して膜厚約35ÅのGaN
からなるバリア層62とを4周期形成し、MQW構造の活性
層6を形成した。
【0024】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20L/min、NH3を10L/min、TMGを50μmol/min、Cp2Mgを
0.2μmol/minで導入して、膜厚約100nmのマグネシウム
(Mg)ドープGaNからなるpガイド層7を形成した。
を20L/min、NH3を10L/min、TMGを50μmol/min、Cp2Mgを
0.2μmol/minで導入して、膜厚約100nmのマグネシウム
(Mg)ドープGaNからなるpガイド層7を形成した。
【0025】次に、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を
20L/min、NH3を10L/min、TMAを15μmol/min、TMGを50μ
mol/min、及び、Cp2Mgを0.2μmol/minで導入して、膜厚
約50nmのマグネシウム(Mg)ドープのAl0.25Ga0.75Nから
なるp層8を形成した。
20L/min、NH3を10L/min、TMAを15μmol/min、TMGを50μ
mol/min、及び、Cp2Mgを0.2μmol/minで導入して、膜厚
約50nmのマグネシウム(Mg)ドープのAl0.25Ga0.75Nから
なるp層8を形成した。
【0026】次に、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を
20L/min、NH3を10L/min、TMAを5μmol/min、TMGを50μm
ol/min、及び、Cp2Mgを0.2μmol/minで導入して、膜厚
約500nmのマグネシウム(Mg)ドープのAl0.1Ga0.9Nからな
るpクラッド層9を形成した。
20L/min、NH3を10L/min、TMAを5μmol/min、TMGを50μm
ol/min、及び、Cp2Mgを0.2μmol/minで導入して、膜厚
約500nmのマグネシウム(Mg)ドープのAl0.1Ga0.9Nからな
るpクラッド層9を形成した。
【0027】次に、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を
20L/min、NH3を10L/min、TMGを50μmol/min、Cp2Mgを0.
2μmol/minで導入して、膜厚約200nmのマグネシウム(M
g)ドープのGaNからなるpコンタクト層10を形成し
た。
20L/min、NH3を10L/min、TMGを50μmol/min、Cp2Mgを0.
2μmol/minで導入して、膜厚約200nmのマグネシウム(M
g)ドープのGaNからなるpコンタクト層10を形成し
た。
【0028】次に、電子線照射装置を用いて、pコンタ
クト層10、pクラッド層9、p層8及びpガイド層7
に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加速
電圧約10kV、試料電流1μA、ビームの移動速度0.2mm/
s、ビーム径60μmφ、真空度50μTorrである。この電子
線の照射により、pコンタクト層10、pクラッド層
9、p層8及びpガイド層7はそれぞれ、ホール密度5
×1017cm-3、5×1017cm-3、5×1017cm-3となった。この
ようにして多層構造のウエハを形成することができた。
クト層10、pクラッド層9、p層8及びpガイド層7
に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加速
電圧約10kV、試料電流1μA、ビームの移動速度0.2mm/
s、ビーム径60μmφ、真空度50μTorrである。この電子
線の照射により、pコンタクト層10、pクラッド層
9、p層8及びpガイド層7はそれぞれ、ホール密度5
×1017cm-3、5×1017cm-3、5×1017cm-3となった。この
ようにして多層構造のウエハを形成することができた。
【0029】次に、pコンタクト層9の上に、スパッタ
リングによりSiO2層を200nmの厚さに形成し、そのSiO2
層上にフォトレジストを塗布した。そして、フォトリソ
グラフにより、正孔注入リッジ部Bの外部(図1のX領
域)にあたる部位のフォトレジストを除去し、フォトレ
ジストによって覆われていないSiO2層をフッ化水素酸系
エッチング液で除去した。
リングによりSiO2層を200nmの厚さに形成し、そのSiO2
層上にフォトレジストを塗布した。そして、フォトリソ
グラフにより、正孔注入リッジ部Bの外部(図1のX領
域)にあたる部位のフォトレジストを除去し、フォトレ
ジストによって覆われていないSiO2層をフッ化水素酸系
エッチング液で除去した。
【0030】次に、フォトレジスト及びSiO2層によって
覆われていない部位のpコンタクト層9、pクラッド層
8を真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、BCl3ガス
を10mL/minの割合で供給しドライエッチングした。この
工程で、図1に示す、正孔注入リッジ部Bが形成され
た。その後、SiO2層を除去した。
覆われていない部位のpコンタクト層9、pクラッド層
8を真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、BCl3ガス
を10mL/minの割合で供給しドライエッチングした。この
工程で、図1に示す、正孔注入リッジ部Bが形成され
た。その後、SiO2層を除去した。
【0031】次に、n層3に対する電極11を形成する
ための領域Cを形成するため、スパッタリングによりSi
O2層を200nmの厚さに形成し、そのSiO2層上にフォトレ
ジストを塗布した。そして、フォトリソグラフにより、
領域Cにあたる部位のフォトレジストを除去し、フォト
レジストによって覆われていないSiO2層をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。
ための領域Cを形成するため、スパッタリングによりSi
O2層を200nmの厚さに形成し、そのSiO2層上にフォトレ
ジストを塗布した。そして、フォトリソグラフにより、
領域Cにあたる部位のフォトレジストを除去し、フォト
レジストによって覆われていないSiO2層をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。
【0032】次に、フォトレジスト及びSiO2層によって
覆われていない部位のpガイド層7、活性層6、nガイ
ド層5、nクラッド層4及びn層3の一部を真空度0.04
Torr、高周波電力0.44W/cm2、BCl3ガスを10mL/minの割
合で供給しドライエッチングし、その後Arでドライエッ
チングした。この工程で、図1に示す、領域Cが形成さ
れるとともに共振リッジ部Aが形成された。その後、Si
O2層を除去した。
覆われていない部位のpガイド層7、活性層6、nガイ
ド層5、nクラッド層4及びn層3の一部を真空度0.04
Torr、高周波電力0.44W/cm2、BCl3ガスを10mL/minの割
合で供給しドライエッチングし、その後Arでドライエッ
チングした。この工程で、図1に示す、領域Cが形成さ
れるとともに共振リッジ部Aが形成された。その後、Si
O2層を除去した。
【0033】次に、一様にニッケル(Ni)を蒸着し、フォ
トレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチ
ング工程を経て、pコンタクト層10の上に幅5μmの電
極11を形成した。一方、n層3に対しては、アルミニ
ウム(Al)を蒸着して電極12を形成した。
トレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチ
ング工程を経て、pコンタクト層10の上に幅5μmの電
極11を形成した。一方、n層3に対しては、アルミニ
ウム(Al)を蒸着して電極12を形成した。
【0034】このようにして、図1に示すような半導体
レーザ100を得た。図1に示す半導体レーザ100
は、正孔注入リッジ部B以外の半導体層を、pコンタク
ト層10及びpクラッド層9を全部エッチングし、正孔
注入リッジ部Bを形成したものである。また、素子間で
ばらつきがあるものの、p層8の付近で、共振リッジ部
Aと正孔注入リッジ部Bの境界が形成された。
レーザ100を得た。図1に示す半導体レーザ100
は、正孔注入リッジ部B以外の半導体層を、pコンタク
ト層10及びpクラッド層9を全部エッチングし、正孔
注入リッジ部Bを形成したものである。また、素子間で
ばらつきがあるものの、p層8の付近で、共振リッジ部
Aと正孔注入リッジ部Bの境界が形成された。
【0035】また、比較のため、図3に示す半導体レー
ザ900を、全く同様に形成した。図3に示す半導体レ
ーザ900は、図1の半導体レーザ100のp層8を除
いたものである。図3に示す半導体レーザ900は、1
ウエハの中で、ガイド層97が大きく損傷したもの、及
びクラッド層98のエッチングが十分でない為に電流狭
窄が十分でないものなど、特性の劣る半導体レーザが1
0%程製造された。一方、図1の半導体レーザ100に
おいては、1ウエハの中で、ガイド層7が大きく損傷し
たものは無く、電流狭窄についてもほぼ問題の無い、図
3に示す半導体レーザ900の合格品と特性のほぼ等し
い半導体レーザが製造できた。
ザ900を、全く同様に形成した。図3に示す半導体レ
ーザ900は、図1の半導体レーザ100のp層8を除
いたものである。図3に示す半導体レーザ900は、1
ウエハの中で、ガイド層97が大きく損傷したもの、及
びクラッド層98のエッチングが十分でない為に電流狭
窄が十分でないものなど、特性の劣る半導体レーザが1
0%程製造された。一方、図1の半導体レーザ100に
おいては、1ウエハの中で、ガイド層7が大きく損傷し
たものは無く、電流狭窄についてもほぼ問題の無い、図
3に示す半導体レーザ900の合格品と特性のほぼ等し
い半導体レーザが製造できた。
【0036】図2にアルミニウム組成とエッチングレー
トの実験例を示す。10%のアルミニウム組成比の差は、
エッチングレートで5%の差を生じていることがわかる。
トの実験例を示す。10%のアルミニウム組成比の差は、
エッチングレートで5%の差を生じていることがわかる。
【0037】図4は本発明の具体的な第2の実施例に係
る半導体レーザ200の構成を示した模式的断面図であ
る。図4の半導体レーザ200の構成の、図1の半導体
レーザ100の構成との相違は、pガイド層7とpコン
タクト層10との間の層が、下側から、膜厚20nm、ホー
ル密度5×1017cm-3、マグネシウム(Mg)ドープAl0.1Ga
0.9Nから成る下側pクラッド層910、膜厚50nm、ホー
ル密度5×1017cm-3、マグネシウム(Mg)ドープAl0.25Ga
0.75Nから成るp層8、膜厚480nm、ホール密度5×1017c
m-3、マグネシウム(Mg)ドープAl0.1Ga0.9Nから成る上側
pクラッド層920となっており、共振リッジ部Aに下
側pクラッド層910が存在することである。図4の半
導体レーザ200の製造においては、当該層構成に応じ
て原料供給を行い、エピタキシャル成長をしたことと、
エッチングにおいて下側pクラッド層910と上側pク
ラッド層920の間のp層8でエッチングが停止するよ
うエッチング時間を調整したことの2点を除いては上述
の図1の半導体レーザ100の製造方法と同様であっ
た。
る半導体レーザ200の構成を示した模式的断面図であ
る。図4の半導体レーザ200の構成の、図1の半導体
レーザ100の構成との相違は、pガイド層7とpコン
タクト層10との間の層が、下側から、膜厚20nm、ホー
ル密度5×1017cm-3、マグネシウム(Mg)ドープAl0.1Ga
0.9Nから成る下側pクラッド層910、膜厚50nm、ホー
ル密度5×1017cm-3、マグネシウム(Mg)ドープAl0.25Ga
0.75Nから成るp層8、膜厚480nm、ホール密度5×1017c
m-3、マグネシウム(Mg)ドープAl0.1Ga0.9Nから成る上側
pクラッド層920となっており、共振リッジ部Aに下
側pクラッド層910が存在することである。図4の半
導体レーザ200の製造においては、当該層構成に応じ
て原料供給を行い、エピタキシャル成長をしたことと、
エッチングにおいて下側pクラッド層910と上側pク
ラッド層920の間のp層8でエッチングが停止するよ
うエッチング時間を調整したことの2点を除いては上述
の図1の半導体レーザ100の製造方法と同様であっ
た。
【0038】図4の半導体レーザ200をレーザ発振さ
せたところ、放出されるビーム形状は真円に近いもので
あった。一方図1の半導体レーザを発振させた際放出さ
れるビーム形状は、真円の左右上方に凹みのあるビーム
形状であった。ここから、共振リッジ部Aに下側pクラ
ッド層910が存在することで、レーザ発振時に放出さ
れるビーム形状は真円に近いものとすることができ、そ
のように下側pクラッド層910の膜厚をAl組成の多い
p層8の存在で容易に制御することができる。
せたところ、放出されるビーム形状は真円に近いもので
あった。一方図1の半導体レーザを発振させた際放出さ
れるビーム形状は、真円の左右上方に凹みのあるビーム
形状であった。ここから、共振リッジ部Aに下側pクラ
ッド層910が存在することで、レーザ発振時に放出さ
れるビーム形状は真円に近いものとすることができ、そ
のように下側pクラッド層910の膜厚をAl組成の多い
p層8の存在で容易に制御することができる。
【0039】上記第1実施例では、第1の層として単層
のpガイド層7、第2の層として単層のpクラッド層
9、その間に第3の層として単層のp層8を形成したも
のを示し、上記第2実施例では、第2の層として2層の
下側pクラッド層910と上側pクラッド層920、そ
の間に第3の層として単層のp層8を形成したものを示
したが、本願発明はこれに限定されない。特に、いずれ
の層も多重層としてよく、また、いずれの層との間に
も、他の機能を付加させるための層を設けていても良
い。多重層の場合、第2の層のアルミニウム組成は、実
質的に光閉じ込めを決定しているアルミニウムの多い構
成層のアルミニウム組成を、第3の層のアルミニウム組
成は、実質的にエッチレートを決定しているアルミニウ
ムの多い構成層のアルミニウム組成を比較するものとす
る。
のpガイド層7、第2の層として単層のpクラッド層
9、その間に第3の層として単層のp層8を形成したも
のを示し、上記第2実施例では、第2の層として2層の
下側pクラッド層910と上側pクラッド層920、そ
の間に第3の層として単層のp層8を形成したものを示
したが、本願発明はこれに限定されない。特に、いずれ
の層も多重層としてよく、また、いずれの層との間に
も、他の機能を付加させるための層を設けていても良
い。多重層の場合、第2の層のアルミニウム組成は、実
質的に光閉じ込めを決定しているアルミニウムの多い構
成層のアルミニウム組成を、第3の層のアルミニウム組
成は、実質的にエッチレートを決定しているアルミニウ
ムの多い構成層のアルミニウム組成を比較するものとす
る。
【0040】第3の層のアルミニウム組成は、上述の通
り第2の層のアルミニウム組成より大きければ良く、例
えばAlNでも良い。第3の層が十分薄ければトンネル効
果により電流を流すことが可能である。
り第2の層のアルミニウム組成より大きければ良く、例
えばAlNでも良い。第3の層が十分薄ければトンネル効
果により電流を流すことが可能である。
【図1】(a)は、本発明の具体的な第1の実施例に係
る半導体レーザの構成を示した模式的断面図、(b)は
模式的斜視図。
る半導体レーザの構成を示した模式的断面図、(b)は
模式的斜視図。
【図2】AlxGa1-xNにおけるAl組成比x(0≦x≦1)とエ
ッチングレートの関係を示すグラフ図。
ッチングレートの関係を示すグラフ図。
【図3】従来の半導体レーザの構成を示した模式的断
面。
面。
【図4】本発明の具体的な第2の実施例に係る半導体レ
ーザの構成を示した模式的断面図。
ーザの構成を示した模式的断面図。
100…半導体レーザ
1…サファイア基板
2…バッファ層
3…n層
4…nクラッド層
5…nガイド層
6…活性層
7…pガイド層
8…p層
9…pクラッド層
10…pコンタクト層
11…正電極
12…負電極
61…井戸層
62…バリア層
910…下側pクラッド層
920…上側pクラッド層
A…共振リッジ部
B…正孔注入部
C…負電極形成領域
w…正電極の幅
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小池 正好
愛知県一宮市大和町妙興寺字地蔵恵86 ア
ムール美絵B103号
Fターム(参考) 5F073 AA13 AA45 AA55 AA61 AA74
AA89 CA07 CB05 CB07 CB10
CB22 DA05 DA24 EA20 EA29
Claims (7)
- 【請求項1】 基板上にIII族窒化物系化合物半導体か
ら成る複数の層を形成したIII族窒化物系化合物半導体
レーザであって、 レーザ発振の主体たる活性層に対して、実質的にガイド
層として働く第1の層と、 レーザ発振の主体たる活性層と前記第1の層に対し、前
記第1の層の上方に設けられた前記第1の層よりも屈折
率の小さい第2の層と、 前記第1の層と前記第2の層との間、又は第2の層の中
に設けられた、前記第2の層よりもIII族元素のうちア
ルミニウム(Al)組成が大きい第3の層を有することを特
徴とするIII族窒化物系化合物半導体レーザ。 - 【請求項2】 前記第2の層は前記第1の層よりもIII
族元素のうちアルミニウム(Al)組成の大きいことを特徴
とする請求項1に記載のIII族窒化物系化合物半導体レ
ーザ。 - 【請求項3】 前記第2の層はクラッド層として働くこ
とを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のIII族窒
化物系化合物半導体レーザ。 - 【請求項4】 共振器部分を残してその周辺部を除去
し、共振器を形成されたものであり、前記第2の層より
も上方に設けられる電極の幅を残して少なくとも前記第
3の層の上の層の略全部を除去することにより前記共振
器部分に接してキャリア注入部が形成されたことを特徴
とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のII
I族窒化物系化合物半導体レーザ。 - 【請求項5】 前記電極が、正電極であることを特徴と
する請求項4に記載のIII族窒化物系化合物半導体レー
ザ。 - 【請求項6】 前記第3の層は、前記第2の層よりもII
I族元素のうちアルミニウム(Al)組成が10%以上多いこと
を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記
載のIII族窒化物系化合物半導体レーザ。 - 【請求項7】 前記第3の層は、前記第1の層よりも膜
厚の薄い層であることを特徴とする請求項1乃至請求項
6のいずれか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体
レーザ。
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