[go: up one dir, main page]

JP2006041490A - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor laser device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2006041490A
JP2006041490A JP2005176841A JP2005176841A JP2006041490A JP 2006041490 A JP2006041490 A JP 2006041490A JP 2005176841 A JP2005176841 A JP 2005176841A JP 2005176841 A JP2005176841 A JP 2005176841A JP 2006041490 A JP2006041490 A JP 2006041490A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor laser
semiconductor
laser device
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005176841A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuzo Ueda
哲三 上田
Masaaki Yuri
正昭 油利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2005176841A priority Critical patent/JP2006041490A/en
Publication of JP2006041490A publication Critical patent/JP2006041490A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

【課題】 窒化物半導体層を用いた青紫色半導体レーザ素子において、低閾値電流かつ高出力動作を可能とする高寿命の半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】 GaN基板1上にn型GaN層2、n型AlGaNクラッド層3、第1のn型GaNガイド層4及びp型AlGaNブロック層6(電流阻止層)が順次形成され、さらにp型AlGaNブロック層6の一部にストライプ状の開口部が形成されており、この開口部を覆う形で第2のn型GaNガイド層5が形成され、その上にInGaN多重量子井戸活性層7、アンドープGaNガイド層8、p型AlGaN電子障壁層9、p型AlGaNクラッド層10及びp型GaNコンタクト層11が順次形成されている。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a long-lived semiconductor laser element capable of low threshold current and high output operation in a blue-violet semiconductor laser element using a nitride semiconductor layer.
An n-type GaN layer 2, an n-type AlGaN cladding layer 3, a first n-type GaN guide layer 4 and a p-type AlGaN blocking layer 6 (current blocking layer) are sequentially formed on a GaN substrate 1, and p A stripe-shaped opening is formed in a part of the type AlGaN blocking layer 6, and a second n-type GaN guide layer 5 is formed so as to cover the opening, and an InGaN multiple quantum well active layer 7 is formed thereon. An undoped GaN guide layer 8, a p-type AlGaN electron barrier layer 9, a p-type AlGaN cladding layer 10 and a p-type GaN contact layer 11 are sequentially formed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、例えば高密度光ディスクの書き込み・読み出し用光源に使用できる青紫色半導体レーザ素子に適用できる半導体レーザ素子及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laser device applicable to, for example, a blue-violet semiconductor laser device that can be used as a light source for writing / reading on a high-density optical disk, and a manufacturing method thereof.

III-V族化合物半導体レーザ素子はCD(Compact Disk)やDVD(Digital Versatile Disk)などの光ディスクの読み出し・書き込み用光源として広く使用されている。光ディスクの高密度化に伴い、光源の波長を短波長化する必要があり、これまでに赤外領域の780nmから赤色領域の650nmへと移行してきた。さらなる高密度化を実現するためにはより短波長の光源が必要であり、これを実現できる材料として期待されているのがGaN系III-V族窒化物半導体(InGaAlNと表記)である。これまでに数10mW出力の青紫色レーザ素子が既に商品化されており、次世代高密度光ディスクシステム(Blu-ray Disc)の実用化に向け、研究開発が盛んに行われている。光ディスクシステムにおいてはその高速書き込み動作のために、光源の高出力化が必要不可欠であり、GaN系III-V族窒化物半導体から構成されるGaN系半導体レーザ素子の高出力化に向けての研究開発も活発に行われている。   III-V compound semiconductor laser elements are widely used as light sources for reading / writing optical disks such as CD (Compact Disk) and DVD (Digital Versatile Disk). As the density of optical disks increases, the wavelength of the light source needs to be shortened, and so far, the light has shifted from 780 nm in the infrared region to 650 nm in the red region. A light source with a shorter wavelength is required to achieve higher density, and a GaN-based III-V group nitride semiconductor (denoted as InGaAlN) is expected as a material that can realize this. To date, blue-violet laser elements with a power of several tens of mW have already been commercialized, and research and development have been actively conducted toward the practical application of next-generation high-density optical disc systems (Blu-ray Discs). In the optical disk system, it is indispensable to increase the output of the light source for its high-speed writing operation, and research aimed at increasing the output of GaN-based semiconductor laser devices composed of GaN-based III-V nitride semiconductors Development is also active.

通常、光ディスクシステムに用いられる半導体レーザ素子は、発光を生じる活性層に近接して位置し、光を閉じ込めるストライプ状の導波路と、へき開により形成される共振器ミラーとを有している。このような半導体レーザ素子の高出力化を阻害する要因としては端面破壊、空間的ホールバーニングによるキンク(電流−光出力特性において観測)、発熱による出力飽和などが考えられ、これまでの赤外・赤色半導体レーザ素子ではこれらの課題を解決し高出力化が進められてきた。一方、次世代用として期待される現状のGaN系青紫色半導体レーザ素子においては、端面破壊や放熱の問題よりもむしろ、主にキンクレベルを上げるための導波路構造開発が最大の課題であり、導波路構造の寸法設計及びその制御により高出力化開発が進められている。   Usually, a semiconductor laser element used in an optical disk system has a stripe-shaped waveguide that is positioned in the vicinity of an active layer that emits light and confines light, and a resonator mirror that is formed by cleavage. Factors that hinder high output of such semiconductor laser elements include end face destruction, kinks due to spatial hole burning (observed in current-light output characteristics), output saturation due to heat generation, and so on. The red semiconductor laser device has solved these problems and has been increasing its output. On the other hand, in the current GaN-based blue-violet semiconductor laser element expected for the next generation, the biggest issue is the development of a waveguide structure mainly for raising the kink level, rather than problems of end face destruction and heat dissipation. Development of higher output is being promoted by dimensional design and control of the waveguide structure.

以下、これまでに報告のある、高出力赤外半導体レーザ素子のレーザ構造及びこの高出力赤外半導体レーザ素子のレーザ構造をGaN系青紫色半導体レーザ素子に適用した例について説明する。   Hereinafter, a laser structure of a high-power infrared semiconductor laser device reported so far and an example in which the laser structure of the high-power infrared semiconductor laser device is applied to a GaN blue-violet semiconductor laser device will be described.

図5は従来例におけるGaAs系赤外半導体レーザ素子のレーザ構造を示す断面図である。
このGaAs系赤外半導体レーザ素子は、n型GaAs基板23と、n型AlGaAsクラッド層24と、アンドープAlGaAs活性層25と、第1のp型AlGaAsクラッド層26と、n型AlGaAsブロック層27と、第2のp型AlGaAsクラッド層28と、p型GaAsコンタクト層29と、AuGeNi/Auオーミック電極30と、Ti/Pt/Auオーミック電極31とから構成される。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a laser structure of a conventional GaAs infrared semiconductor laser device.
This GaAs-based infrared semiconductor laser device includes an n-type GaAs substrate 23, an n-type AlGaAs cladding layer 24, an undoped AlGaAs active layer 25, a first p-type AlGaAs cladding layer 26, an n-type AlGaAs blocking layer 27, The second p-type AlGaAs cladding layer 28, the p-type GaAs contact layer 29, the AuGeNi / Au ohmic electrode 30, and the Ti / Pt / Au ohmic electrode 31.

このGaAs系赤外半導体レーザ素子においては、エピタキシャル再成長技術を用い、AlGaAsあるいはGaAsの混晶比を精密に制御することで導波路での光閉じ込めを制御し、高出力動作が実現されている。n型GaAs基板23上にn型AlGaAsクラッド層24、アンドープAlGaAs活性層25、p型AlGaAsクラッド層の一部、つまり第1のp型AlGaAsクラッド層26が順次形成されている。第1のp型AlGaAsクラッド層26上にはn型AlGaAsブロック層27がストライプ状の開口部を有する形で形成され、開口部上には残りのp型AlGaAsクラッド層、つまり第2のp型AlGaAsクラッド層28及びp型GaAsコンタクト層29が形成されている。n型GaAs基板23裏面上にはAuGeNi/Auオーミック電極30が形成され、p型GaAsコンタクト層29上にはTi/Pt/Auオーミック電極31が形成されている。再成長により形成された第2のp型AlGaAsクラッド層28の屈折率がn型AlGaAsブロック層27の屈折率よりも大きくなり、光がストライプ部分に閉じ込められる。このとき、n型AlGaAsブロック層27部分では光吸収がなく、内部損失の小さな実屈折率導波型構造となるため、低閾値電流かつ高出力動作が実現される(特許文献1及び非特許文献1参照)。   In this GaAs infrared semiconductor laser device, high power operation is realized by controlling optical confinement in the waveguide by precisely controlling the mixed crystal ratio of AlGaAs or GaAs using epitaxial regrowth technology. . On the n-type GaAs substrate 23, an n-type AlGaAs cladding layer 24, an undoped AlGaAs active layer 25, and a part of the p-type AlGaAs cladding layer, that is, a first p-type AlGaAs cladding layer 26 are sequentially formed. An n-type AlGaAs block layer 27 is formed on the first p-type AlGaAs cladding layer 26 in a shape having a stripe-shaped opening, and the remaining p-type AlGaAs cladding layer, that is, a second p-type is formed on the opening. An AlGaAs cladding layer 28 and a p-type GaAs contact layer 29 are formed. An AuGeNi / Au ohmic electrode 30 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 23, and a Ti / Pt / Au ohmic electrode 31 is formed on the p-type GaAs contact layer 29. The refractive index of the second p-type AlGaAs cladding layer 28 formed by the regrowth becomes larger than the refractive index of the n-type AlGaAs blocking layer 27, and light is confined in the stripe portion. At this time, since the n-type AlGaAs block layer 27 does not absorb light and has a real refractive index waveguide structure with small internal loss, low threshold current and high output operation are realized (Patent Document 1 and Non-Patent Document). 1).

図6は高出力GaAs系赤外半導体レーザ素子のレーザ構造をGaN系青紫色半導体レーザ素子に適用した例におけるレーザ構造を説明するためのGaN系青紫色半導体レーザ素子の断面図であり、例えば特許文献2、3などに記載されている。   FIG. 6 is a sectional view of a GaN blue-violet semiconductor laser device for explaining the laser structure in an example in which the laser structure of a high-power GaAs-based infrared semiconductor laser device is applied to a GaN-based blue-violet semiconductor laser device. Documents 2, 3 and the like.

このGaN系青紫色半導体レーザ素子は、n型GaN層2と、n型AlGaNクラッド層3と、InGaN多重量子井戸活性層7と、p型GaNコンタクト層11と、Ti/Al/Ni/Auオーミック電極12と、Ti/Auパッド電極14と、サファイア基板16と、Ni/Au電極32と、第1のp型AlGaNクラッド層33と、n型AlGaNブロック層34と、第2のp型AlGaNクラッド層35とから構成される。   This GaN-based blue-violet semiconductor laser device includes an n-type GaN layer 2, an n-type AlGaN cladding layer 3, an InGaN multiple quantum well active layer 7, a p-type GaN contact layer 11, and a Ti / Al / Ni / Au ohmic contact. Electrode 12, Ti / Au pad electrode 14, sapphire substrate 16, Ni / Au electrode 32, first p-type AlGaN cladding layer 33, n-type AlGaN blocking layer 34, and second p-type AlGaN cladding Layer 35.

このGaN系青紫色半導体レーザ素子においては、図5に示すGaAs系赤外半導体レーザ素子と同様にp型クラッド層の一部の上にp型クラッド層を再成長させており、AlGaNの混晶比を精密に制御することで導波路での光閉じ込めを制御し、低閾値電流及び高出力動作を実現することが可能である。
特開平4−370993号公報 特開平8−97507号公報 特開平10−27947号公報 I O.Imafuji et al., IEEE J. Quantum Electron. QE-29 (1993) p.1889参照
In this GaN-based blue-violet semiconductor laser device, a p-type cladding layer is regrown on a part of the p-type cladding layer in the same manner as the GaAs-based infrared semiconductor laser device shown in FIG. By controlling the ratio precisely, it is possible to control optical confinement in the waveguide and realize low threshold current and high output operation.
JP-A-4-370993 JP-A-8-97507 Japanese Patent Laid-Open No. 10-27947 See I O. Imafuji et al., IEEE J. Quantum Electron. QE-29 (1993) p.1889

しかしながら、図6に示す再成長工程を有するGaN系青紫色半導体レーザ素子及びその製造方法では、再成長界面付近でp型AlGaN層に含まれるMg濃度が大きくあるいは小さくなるなどの濃度分布が生じてしまう。p型AlGaN層では抵抗率がMg濃度に依存し、その濃度が5×1019cm-3程度を超えると急に高抵抗になるため、界面付近にてMgが再分布することで、結果として界面で高抵抗部分が形成される。従って、GaN系青紫色半導体レーザ素子及びその製造方法では、直列抵抗が大きくまた動作電圧が高くなってしまうという課題がある。すなわち、動作電圧が高いため、消費電力が大きく結果として長寿命化が困難であるという課題がある。このような背景から、これまでのGaN系青紫色レーザ素子では再成長工程を用いず、p型層までのエピタキシャル成長を行った後にp型AlGaNクラッド層に凸部を形成し、例えばその周辺部にSiO2パッシベーション膜を形成し、そのSiO2パッシベーション膜とp型AlGaNクラッド層との屈折率差により光を閉じ込めて導波路を形成するレーザ構造の半導体レーザ素子が報告されている。 However, in the GaN-based blue-violet semiconductor laser device having the regrowth step shown in FIG. 6 and the manufacturing method thereof, a concentration distribution such as an increase or decrease in the Mg concentration contained in the p-type AlGaN layer occurs in the vicinity of the regrowth interface. End up. In the p-type AlGaN layer, the resistivity depends on the Mg concentration, and when the concentration exceeds about 5 × 10 19 cm −3 , the resistance suddenly becomes high. As a result, Mg is redistributed near the interface. A high resistance portion is formed at the interface. Therefore, the GaN-based blue-violet semiconductor laser device and the manufacturing method thereof have problems that the series resistance is large and the operating voltage is high. That is, since the operating voltage is high, there is a problem that power consumption is large and it is difficult to extend the life as a result. From such a background, the conventional GaN blue-violet laser element does not use a regrowth process, and after the epitaxial growth up to the p-type layer, the p-type AlGaN cladding layer is formed with a convex portion, for example, at the periphery thereof. A semiconductor laser device having a laser structure in which a SiO 2 passivation film is formed and light is confined by a difference in refractive index between the SiO 2 passivation film and a p-type AlGaN cladding layer has been reported.

本発明は前述の技術的課題に鑑み、低閾値電流かつ高出力動作を可能とする高寿命の半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above technical problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having a low lifetime and a high life that enables a high output operation and a method for manufacturing the same.

前記の課題を解決するために、本発明の半導体レーザ素子は以下に述べる構成となっている。   In order to solve the above-mentioned problems, the semiconductor laser device of the present invention has a configuration described below.

即ち、本発明の半導体レーザ素子は、基板と、前記基板の上に形成された、開口部が設けられたp型または半絶縁性の電流阻止層と、少なくとも前記開口部内に形成された、n型の半導体層と、前記電流阻止層の上に形成された発光層とを備えることを特徴とする。   That is, the semiconductor laser device of the present invention includes a substrate, a p-type or semi-insulating current blocking layer provided with an opening formed on the substrate, and an n formed at least in the opening. And a light emitting layer formed on the current blocking layer.

このような構成とすることにより、基板にn型を使用した場合には電流阻止層をp型とし、半導体層をn型とすることで、n型半導体層上へのn型半導体層の再成長により半導体レーザ素子を形成できるので、再成長界面での界面抵抗を低減でき、直列抵抗が小さく低電圧動作の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。また、光の内部損失の小さな実屈折率導波型構造とすることができるため、低閾値電流かつ高出力動作が実現される。   With such a configuration, when the n-type substrate is used, the current blocking layer is p-type and the semiconductor layer is n-type, so that the n-type semiconductor layer is re-applied on the n-type semiconductor layer. Since the semiconductor laser element can be formed by growth, the interface resistance at the regrowth interface can be reduced, and a semiconductor laser element with low series resistance and low voltage operation can be realized. In addition, since a real refractive index waveguide structure with a small internal loss of light can be obtained, a low threshold current and a high output operation are realized.

具体的には、本発明のGaN系半導体レーザ装置は、基板上に第1のn型GaNガイド層、p型AlGaNブロック層(電流阻止層)が形成され、さらにp型AlGaNブロック層の一部にストライプ状の開口部が形成されており、この開口部を覆う形で第2のn型GaNガイド層、InGaN多重量子井戸活性層が形成された構成となっている。   Specifically, in the GaN-based semiconductor laser device of the present invention, a first n-type GaN guide layer and a p-type AlGaN blocking layer (current blocking layer) are formed on a substrate, and a part of the p-type AlGaN blocking layer is formed. In this configuration, a second n-type GaN guide layer and an InGaN multiple quantum well active layer are formed so as to cover the opening.

このような構成とすることにより、p型AlGaNブロック層及び第2のn型GaNガイド層の2層の屈折率差により第2のn型GaNガイド層側に光が閉じ込められ、ストライプ状にエッチングされて形成されるp型AlGaNブロック層の開口部内の第2のn型GaNガイド層が埋め込まれた部分は、青紫色半導体レーザ素子の導波路を形成する。このとき、第1のn型GaNガイド層上に第2のn型GaNガイド層を再成長させることにより、p型層上にp型層を再成長する場合に比べて再成長界面での抵抗を小さくし、またリッジ型半導体レーザ素子と比較してp型GaN層上の電極面積を大きくできるので、直列抵抗が小さくなり、低電圧動作を実現することが可能となる。また、ストライプ状の開口部内部での第2のn型GaNガイド層とp型AlGaNブロック層との屈折率差をp型AlGaNブロック層のAl組成を変化させることにより、屈折率差を10-3台で精密に制御することができるので、高出力動作時の電流−光出力特性におけるキンクの発生を抑制し、安定した高出力単一横モードレーザを得るための設計マージンを大きくすることができる。さらに、前述の屈折率差を精密に制御することで、自励発振型の低雑音の半導体レーザ素子に同構造を適用した場合には、同半導体レーザ素子の設計マージンを大きくすることができる。 With such a configuration, light is confined to the second n-type GaN guide layer side due to the refractive index difference between the two layers of the p-type AlGaN block layer and the second n-type GaN guide layer, and etched in a stripe shape. The portion where the second n-type GaN guide layer is buried in the opening of the p-type AlGaN block layer formed in this way forms a waveguide of the blue-violet semiconductor laser device. At this time, by regrowing the second n-type GaN guide layer on the first n-type GaN guide layer, the resistance at the regrowth interface is compared with the case where the p-type layer is regrown on the p-type layer. In addition, since the electrode area on the p-type GaN layer can be increased as compared with the ridge type semiconductor laser device, the series resistance is reduced, and the low voltage operation can be realized. Further, the refractive index difference between the second n-type GaN guide layer and the p-type AlGaN block layer inside the stripe-shaped opening is changed by changing the Al composition of the p-type AlGaN block layer, thereby reducing the refractive index difference by 10 −. Since it can be controlled precisely with three units, it is possible to suppress the occurrence of kinks in the current-light output characteristics during high output operation and increase the design margin for obtaining a stable high output single transverse mode laser. it can. Further, by precisely controlling the above-described refractive index difference, when the same structure is applied to a self-excited oscillation type low-noise semiconductor laser element, the design margin of the semiconductor laser element can be increased.

前記半導体層は、最上面が平坦であり、前記発光層は、前記半導体層と接するように前記半導体層の上に形成されることが好ましい。   The semiconductor layer preferably has a flat top surface, and the light emitting layer is formed on the semiconductor layer so as to be in contact with the semiconductor layer.

このような構成とすることにより、発光層が形成される半導体層の面内に段差や凹凸がないので、水平拡がり角の再現性が向上するので、光ディスクシステム等の光源として用いられた場合に、再現性良く遠視野像(Far Field Pattern)を得ることが可能となる。   By adopting such a configuration, since there is no step or unevenness in the surface of the semiconductor layer on which the light emitting layer is formed, the reproducibility of the horizontal divergence angle is improved, so when used as a light source for an optical disc system or the like. This makes it possible to obtain a far field pattern with good reproducibility.

前記電流阻止層は、前記半導体層よりも小さな屈折率を有することが好ましい。
このような構成とすることにより、ストライプ状の開口部を有する電流阻止層と光ガイド層との屈折率差により開口部の内部に光を閉じ込めて半導体レーザ素子の導波路を形成できる。そして、電流阻止層の膜組成を変化させることにより、屈折率差を10-3台で精密に制御することができるので、高出力動作時の電流−光出力特性におけるキンクの発生を抑制し、安定した高出力単一横モードレーザを得るための設計マージンを大きくすることができる。また、前述の屈折率差を精密に制御することで、自励発振型の低雑音の半導体レーザ素子に同構造を適用した場合には、同半導体レーザ素子の設計マージンを大きくすることができる。
The current blocking layer preferably has a smaller refractive index than the semiconductor layer.
With such a configuration, a waveguide of the semiconductor laser element can be formed by confining light inside the opening due to a difference in refractive index between the current blocking layer having the stripe-shaped opening and the light guide layer. And, by changing the film composition of the current blocking layer, the refractive index difference can be precisely controlled on the order of 10 −3 , thus suppressing the occurrence of kinks in the current-light output characteristics during high output operation, The design margin for obtaining a stable high-power single transverse mode laser can be increased. In addition, by precisely controlling the above-described refractive index difference, when the same structure is applied to a self-excited oscillation type low-noise semiconductor laser element, the design margin of the semiconductor laser element can be increased.

前記電流阻止層は、複数種類の不純物が添加された部分を有することが好ましい。
このような構成とすることにより、電流阻止層での吸収による光の損失を電気的な分離を保ちつつ制御することができるので、高出力あるいは低雑音の半導体レーザ素子の設計マージンを拡大することが可能となる。
The current blocking layer preferably has a portion to which a plurality of types of impurities are added.
By adopting such a configuration, it is possible to control the loss of light due to absorption in the current blocking layer while maintaining electrical separation, thereby increasing the design margin of a high-power or low-noise semiconductor laser device. Is possible.

前記電流阻止層は、組成の異なる複数の層から構成されることが好ましい。
このような構成とすることにより、例えば電流阻止層をAlGaNにて構成した場合にその最上層をAl組成の大きなAlGaNにて構成し、例えば電流阻止層上方の光ガイド層あるいは活性層へのp型不純物であるMgの拡散を抑制できるので、発光効率を向上させ、低動作電流の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。
The current blocking layer is preferably composed of a plurality of layers having different compositions.
By adopting such a configuration, for example, when the current blocking layer is made of AlGaN, the uppermost layer is made of AlGaN having a large Al composition, and for example, p to the light guide layer or the active layer above the current blocking layer. Since the diffusion of Mg, which is a type impurity, can be suppressed, it is possible to improve the light emission efficiency and realize a semiconductor laser device with a low operating current.

本発明の半導体レーザ素子は、さらに前記半導体層内において、前記電流阻止層に添加された不純物の濃度が1016cm-3以下である構成となっていることが好ましい。 The semiconductor laser device of the present invention is preferably configured such that the concentration of the impurity added to the current blocking layer is 10 16 cm −3 or less in the semiconductor layer.

このような構成とすることにより、活性層への不純物拡散を抑制し、発光効率を向上させ、低動作電流の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   With such a configuration, it is possible to suppress the diffusion of impurities into the active layer, improve the light emission efficiency, and realize a semiconductor laser device with a low operating current.

前記半導体層は、第1半導体層と、前記第1半導体層と接するように、前記第1半導体層の上に形成された第2半導体層とから構成され、前記第1半導体層は、前記電流阻止層と前記基板との間に形成され、前記第2半導体層は、前記開口部と、前記電流阻止層と前記発光層との間とに形成され、前記第1半導体層における不純物濃度は、前記発光層側の方が前記基板側よりも大きいことが好ましい。   The semiconductor layer includes a first semiconductor layer and a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer so as to be in contact with the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer includes the current The second semiconductor layer is formed between the blocking layer and the substrate, the second semiconductor layer is formed between the opening and the current blocking layer and the light emitting layer, and the impurity concentration in the first semiconductor layer is: The light emitting layer side is preferably larger than the substrate side.

このような構成とすることにより、開口部を介した再成長が行われる第1半導体層表面で不純物濃度が大きくなる。その結果、再成長時に不純物の再分布により不純物が少なくキャリア濃度の小さな部分が形成されることなく、結果として再成長界面での界面抵抗をより低減でき、直列抵抗が小さく低電圧動作の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   With this configuration, the impurity concentration increases on the surface of the first semiconductor layer where regrowth is performed through the opening. As a result, the redistribution of impurities during re-growth does not result in the formation of parts with low impurities and low carrier concentration. An element can be realized.

前記第1半導体層の組成と前記第2半導体層の組成とは、異なることが好ましい。
このような構成とすることにより、例えば電流阻止層をAlGaNにて構成した場合にその最上層をAl組成の大きなAlGaNとし、例えば上方の光ガイド層あるいは活性層へのp型不純物であるMgの拡散を抑制し、発光効率を向上させ、低動作電流の半導体レーザを実現することが可能となる。また、垂直方向の光閉じ込め係数を大きくでき、低閾値電流の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。
The composition of the first semiconductor layer is preferably different from the composition of the second semiconductor layer.
By adopting such a configuration, for example, when the current blocking layer is made of AlGaN, the uppermost layer is made of AlGaN having a large Al composition. For example, Mg of p-type impurity to the upper light guide layer or active layer It is possible to suppress the diffusion, improve the light emission efficiency, and realize a semiconductor laser with a low operating current. Also, the optical confinement factor in the vertical direction can be increased, and a semiconductor laser device with a low threshold current can be realized.

前記第1半導体層及び前記第2半導体層の不純物の濃度分布は、前記第1半導体層及び第2半導体層の界面にピークが位置する分布であることが好ましい。   The impurity concentration distribution of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is preferably a distribution in which a peak is located at an interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.

このような構成とすることにより、第1半導体層及び第2半導体層をそれぞれ例えばSiドープのGaNあるいはInGaNで構成し、第1半導体層最表面でSi濃度が大きくなるようにSiドープ量を調整して結晶成長させた場合には、再成長界面付近でSi濃度分布にピークを有する形で第1半導体層及び第2半導体層を形成でき、結果として界面抵抗を低減でき、直列抵抗及び動作電圧の小さな半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   With this configuration, each of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is made of, for example, Si-doped GaN or InGaN, and the Si doping amount is adjusted so that the Si concentration is increased on the outermost surface of the first semiconductor layer. When crystal growth is performed, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be formed in a form having a peak in the Si concentration distribution near the regrowth interface, and as a result, the interface resistance can be reduced, and the series resistance and operating voltage can be reduced. A small semiconductor laser device can be realized.

本発明の半導体レーザ素子は、さらに前記電流阻止層の開口部が、前記半導体レーザ素子を構成する半導体層において、結晶欠陥密度が107cm-2以下である部分の上方に形成されていることを特徴とする構成となっていることが好ましい。 The semiconductor laser device of the present invention, further opening of the current blocking layer, the semiconductor layer constituting the semiconductor laser device, the crystal defect density is formed on the upper portion is 10 7 cm -2 or less It is preferable that it is the structure characterized by these.

このような構成とすることにより、半導体レーザ素子の活性層及び導波路を結晶欠陥密度が107cm-2以下である部分に形成することができるので、より長寿命の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。 By adopting such a configuration, the active layer and the waveguide of the semiconductor laser element can be formed in a portion where the crystal defect density is 10 7 cm −2 or less, thereby realizing a longer-lived semiconductor laser element. It becomes possible.

前記発光層及び前記半導体層は、窒素を含む化合物半導体により構成されていることが好ましい。   The light emitting layer and the semiconductor layer are preferably composed of a compound semiconductor containing nitrogen.

このような構成とすることにより、直列抵抗が小さく、低電圧動作で長寿命の青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, it is possible to realize a blue-violet semiconductor laser element having a low series resistance, a low voltage operation, and a long lifetime.

本発明の半導体レーザ素子は、さらに前記半導体層にSiが添加されている構成となっていることが好ましい。   The semiconductor laser device of the present invention preferably has a configuration in which Si is further added to the semiconductor layer.

このような構成とすることにより、Siを不純物として含むn型層上にSiを不純物として含むn型層を再成長させることで例えばGaN系半導体レーザ素子を形成することができる。従って、低抵抗のn型GaN系半導体層を用いて半導体レーザ素子を形成でき、直列抵抗が小さく低電圧動作の青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   With such a configuration, for example, a GaN-based semiconductor laser element can be formed by regrowth of an n-type layer containing Si as an impurity on an n-type layer containing Si as an impurity. Therefore, a semiconductor laser element can be formed using a low-resistance n-type GaN-based semiconductor layer, and a blue-violet semiconductor laser element with low series resistance and low voltage operation can be realized.

本発明の半導体レーザ素子は、さらに前記Si濃度分布においてSi濃度が1×1018cm-3以上の部分を含む構成となっていることが好ましい。 The semiconductor laser device of the present invention preferably further includes a portion having a Si concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more in the Si concentration distribution.

このような構成とすることにより、より直列抵抗及び動作電圧の小さい半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, it is possible to realize a semiconductor laser element with a smaller series resistance and a smaller operating voltage.

前記電流阻止層には、Mgが添加されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、例えばGaN系半導体レーザ素子において、大きなキャリア濃度を有するp型GaN系半導体層を電流阻止層として用いることができるので、電流を電流阻止層の開口部部分に狭窄することができる。また、電流阻止層の膜組成を変化させることにより、屈折率差を10-3台で精密に制御することができるので、高出力動作時の電流−光出力特性におけるキンクの発生を抑制し、安定した高出力単一横モード青紫色半導体レーザを得るための設計マージンを大きくすることができる。また、前述の屈折率差を精密に制御することで、自励発振型の低雑音の青紫色半導体レーザ素子に同構造を適用した場合においても、同レーザの設計マージンを大きくすることができる。
Mg is preferably added to the current blocking layer.
With such a configuration, for example, in a GaN-based semiconductor laser element, a p-type GaN-based semiconductor layer having a large carrier concentration can be used as a current blocking layer, so that current is confined in the opening portion of the current blocking layer. can do. In addition, by changing the film composition of the current blocking layer, the refractive index difference can be precisely controlled on the order of 10 −3 , thus suppressing the occurrence of kinks in the current-light output characteristics during high output operation, The design margin for obtaining a stable high-power single transverse mode blue-violet semiconductor laser can be increased. Further, by precisely controlling the refractive index difference, the design margin of the laser can be increased even when the structure is applied to a self-oscillation type low noise blue-violet semiconductor laser element.

前記電流阻止層のMg濃度は、1×1019cm-3以下であることが好ましい。
このような構成とすることにより、例えば、p型GaN層あるいはp型AlGaN層中で発生する点欠陥が抑制できるので、電流阻止層の上方に形成される活性層の結晶性を向上させると共に、活性層へのMg拡散濃度を抑制し、結果として活性層の発光効率を改善し、低動作電流の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。
The Mg concentration of the current blocking layer is preferably 1 × 10 19 cm −3 or less.
By adopting such a configuration, for example, point defects generated in the p-type GaN layer or the p-type AlGaN layer can be suppressed, so that the crystallinity of the active layer formed above the current blocking layer is improved, It is possible to suppress the Mg diffusion concentration in the active layer, and as a result, improve the luminous efficiency of the active layer and realize a semiconductor laser device with a low operating current.

前記半導体層は、GaNにより構成されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、電流阻止層をAlGaNにて構成した場合には、電流阻止層を構成するAlGaNは半導体層を構成するGaNよりも屈折率が小さくなるので、電流を電流阻止層の開口部の部分に狭窄することができる。また、電流阻止層のAl組成を制御することにより屈折率差を10-3台で精密に制御することができるので、高出力青紫色半導体レーザ素子及び低雑音の青紫色半導体レーザ素子を得るための設計マージンを大きくすることができる。
The semiconductor layer is preferably made of GaN.
By adopting such a configuration, when the current blocking layer is made of AlGaN, AlGaN constituting the current blocking layer has a lower refractive index than GaN constituting the semiconductor layer, so that the current is supplied to the current blocking layer. It is possible to constrict at the opening portion. In addition, since the refractive index difference can be precisely controlled on the order of 10 −3 by controlling the Al composition of the current blocking layer, a high-power blue-violet semiconductor laser device and a low-noise blue-violet semiconductor laser device can be obtained. The design margin can be increased.

前記発光層は、InGaAlNにより構成され、前記発光層のAl組成は、前記電流阻止層の上方に位置するの方が前記開口部の上方に位置する部分より大きいことが好ましい。   The light emitting layer is made of InGaAlN, and the Al composition of the light emitting layer is preferably located above the current blocking layer is larger than the portion located above the opening.

このような構成とすることにより、例えばAlGaNによる多重量子井戸構造の発光層を有する青紫色半導体レーザ素子をMOCVD法により形成し、電流阻止層の開口部からの再成長により光ガイド層及び発光層を形成する場合には、埋め込み再成長に際し、Gaが開口部付近でマイグレーションし、結果として開口部近傍にて発光層のAl組成は小さくなる。従って、開口部上方での発光層にて光が閉じ込められやすい構成になり、より薄い電流阻止層でも十分大きな光閉じ込めを実現でき、低閾値の青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   With such a configuration, for example, a blue-violet semiconductor laser element having a light emitting layer having a multiple quantum well structure made of AlGaN is formed by MOCVD, and the light guide layer and the light emitting layer are formed by regrowth from the opening of the current blocking layer. When Ga is formed, Ga migrates in the vicinity of the opening during the burying regrowth, and as a result, the Al composition of the light emitting layer decreases in the vicinity of the opening. Accordingly, the light is easily confined in the light emitting layer above the opening, and a sufficiently large light confinement can be realized even with a thinner current blocking layer, and a low threshold blue-violet semiconductor laser device can be realized. .

前記発光層のIn組成は、前記電流阻止層の上方に位置する部分の方が前記開口部の上方に位置する部分より小さいことが好ましい。   The In composition of the light emitting layer is preferably such that the portion located above the current blocking layer is smaller than the portion located above the opening.

このような構成とすることにより、例えばInGaNによる多重量子井戸構造の発光層を有する青紫色半導体レーザ素子をMOCVD法により形成し、電流阻止層の開口部からの再成長により光ガイド層及び発光層を形成する場合には、埋め込み再成長に際し、Inが開口部付近でマイグレーションし、結果として開口部近傍にて発光層のIn組成は大きくなる。従って、少ないIn原料でより長波長の半導体レーザ素子を形成できる。また、電流阻止層上ではIn組成は少なくなり、下地のAlGaNあるいはGaNとの格子不整合をより小さくできるので、より結晶欠陥の少ない発光層を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, for example, a blue-violet semiconductor laser element having a light emitting layer having a multiple quantum well structure made of InGaN is formed by MOCVD, and the light guide layer and the light emitting layer are formed by regrowth from the opening of the current blocking layer. When In is formed, In migrates in the vicinity of the opening during the burying regrowth, as a result, the In composition of the light emitting layer increases in the vicinity of the opening. Therefore, a longer wavelength semiconductor laser element can be formed with a small amount of In material. Further, the In composition is reduced on the current blocking layer, and the lattice mismatch with the underlying AlGaN or GaN can be further reduced, so that a light emitting layer with fewer crystal defects can be realized.

本発明の半導体レーザ素子は、さらに前記電流阻止層にMg及びSiが含まれている構成となっていることが好ましい。   The semiconductor laser device of the present invention preferably has a configuration in which Mg and Si are further included in the current blocking layer.

このような構成とすることにより、Mg及びSiの共ドープにより、電流阻止層での吸収による損失を電気的な分離を保ちつつ制御し、高出力及び低雑音の半導体レーザ素子の設計マージンを拡大することが可能となる。   With this configuration, the loss due to absorption in the current blocking layer can be controlled while maintaining electrical isolation by co-doping with Mg and Si, and the design margin of high-power and low-noise semiconductor laser devices can be expanded. It becomes possible to do.

本発明の半導体レーザ素子は、さらに前記基板がサファイア、SiC、GaN、AlN、MgO、LiGaO2、LiAlO2、LiGaO2及びLiAlO2混晶のうちいずれかにより構成されていることが好ましい。 In the semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that the substrate is made of any of sapphire, SiC, GaN, AlN, MgO, LiGaO 2 , LiAlO 2 , LiGaO 2, and LiAlO 2 mixed crystals.

このような構成とすることにより、基板上に結晶性に優れたGaN系半導体エピタキシャル成長層を形成できるので、より直列抵抗が小さく低電圧動作の青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, a GaN-based semiconductor epitaxial growth layer having excellent crystallinity can be formed on the substrate, so that a blue-violet semiconductor laser device having a smaller series resistance and a low voltage operation can be realized.

前記第1半導体層は、InxGa1-xN(0≦x≦1)により構成され、前記第2半導体層は、GaNにより構成されていることが好ましい。 The first semiconductor layer is preferably made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1), and the second semiconductor layer is preferably made of GaN.

このような構成とすることにより、InGaNはGaNよりも屈折率が大きいために、半導体層にInGaNを用いることで垂直方向の光閉じ込め係数を大きくでき、低閾値電流の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   With this configuration, InGaN has a higher refractive index than GaN, so using InGaN in the semiconductor layer can increase the vertical optical confinement factor and realize a semiconductor laser device with a low threshold current. Is possible.

前記電流阻止層は、第1のAlxGa1-xN(0≦x≦1)層と、前記第1のAlxGa1-xN層上に形成された第2のAlyGa1-yN(0≦y≦1、但しx<y)層とから構成されていることが好ましい。 The current blocking layer includes a first Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) layer and a second Al y Ga 1 formed on the first Al x Ga 1-x N layer. -y N (0≤y≤1, where x <y) layers are preferable.

このような構成とすることにより、例えば前記第1のAlGaN層あるいは第2のAlGaN層のAl組成を大きくすることでAl組成の小さなAlGaN層に添加されたMgの拡散を抑制することができる。そのため、活性層にMgが拡散するのを抑制して発光効率を向上させ、低動作電流の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   With such a configuration, for example, by increasing the Al composition of the first AlGaN layer or the second AlGaN layer, diffusion of Mg added to the AlGaN layer having a small Al composition can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the diffusion of Mg into the active layer, improve the light emission efficiency, and realize a semiconductor laser device with a low operating current.

前記電流阻止層は、AlxGa1-xN(0≦x≦1)により構成されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、電流阻止層の開口部内に形成された半導体層が例えばGaNあるいはInGaNで構成される場合には、電流阻止層を構成するAlGaNは半導体層を構成する材料よりも屈折率が小さくなるので、電流を電流阻止層の開口部の部分に狭窄することができる。また、電流阻止層のAl組成を制御することによりその屈折率差を10-3台で精密に制御することができるので、高出力動作時の電流−光出力特性におけるキンクの発生を抑制し、安定した高出力単一横モード青紫色半導体レーザを得るための設計マージンを大きくすることができる。また、前述の屈折率差を精密に制御することで、自励発振型の低雑音の青紫色半導体レーザ素子に同構造を適用した場合においても、同レーザの設計マージンを大きくすることができる。
The current blocking layer is preferably made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1).
With such a configuration, when the semiconductor layer formed in the opening of the current blocking layer is made of, for example, GaN or InGaN, the AlGaN that forms the current blocking layer is more than the material that forms the semiconductor layer. Since the refractive index is small, the current can be confined in the opening portion of the current blocking layer. In addition, by controlling the Al composition of the current blocking layer, the refractive index difference can be precisely controlled on the order of 10 −3 , thus suppressing the occurrence of kinks in the current-light output characteristics during high output operation, The design margin for obtaining a stable high-power single transverse mode blue-violet semiconductor laser can be increased. Further, by precisely controlling the refractive index difference, the design margin of the laser can be increased even when the structure is applied to a self-oscillation type low noise blue-violet semiconductor laser element.

本発明の半導体レーザ素子は、さらに前記発光層がInxGa1-xN(0≦x≦1)からなる量子井戸を有する多重量子井戸により構成されていることが好ましい。 In the semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that the light emitting layer is further composed of a multiple quantum well having a quantum well made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1).

このような構成とすることにより、半導体レーザ素子を構成する発光層の利得・発光効率を十分に大きくできるので、例えば低閾値電流・低動作電流の青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, the gain and light emission efficiency of the light emitting layer constituting the semiconductor laser element can be sufficiently increased. For example, a blue-violet semiconductor laser element having a low threshold current and a low operating current can be realized. Become.

前記半導体層は、クラッド層として機能し、前記半導体レーザ素子は、さらに、前記発光層と前記クラッド層との間に形成されたInxGa1-xN(0≦x≦1)により構成される光ガイド層を備えることが好ましい。 The semiconductor layer functions as a cladding layer, and the semiconductor laser element is further configured by In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) formed between the light emitting layer and the cladding layer. It is preferable to provide a light guide layer.

このような構成とすることにより、電流阻止層をAlGaNにて構成した場合に、少ないAl組成で十分大きな電流阻止層と光ガイド層との間の屈折率差を得ることができる。一般に高Al組成のAlGaN層をエピタキシャル成長により形成する際には、成長速度が遅いあるいはクラックが発生しやすいという課題があるが、これを解決でき、高速で膜中にクラックの生じにくい電流阻止層を形成することが可能となる。   With such a configuration, when the current blocking layer is made of AlGaN, a sufficiently large refractive index difference between the current blocking layer and the light guide layer can be obtained with a small Al composition. In general, when an AlGaN layer having a high Al composition is formed by epitaxial growth, there is a problem that the growth rate is slow or cracks are likely to occur, but this can be solved, and a current blocking layer that does not easily cause cracks in the film can be solved. It becomes possible to form.

前記光ガイド層は、InGaNとGaNとが周期的に配置された周期構造を有することが好ましい。   The light guide layer preferably has a periodic structure in which InGaN and GaN are periodically arranged.

このような構成とすることにより、InGaN光ガイド層を形成する際に課題であったIn偏析による結晶性劣化の課題を解決し、結果としてInGaN光ガイド層での内部損失を低減し、低閾値電流を有する青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, the problem of crystallinity degradation due to In segregation, which was a problem when forming an InGaN optical guide layer, was solved, and as a result, internal loss in the InGaN optical guide layer was reduced and a low threshold value was achieved. A blue-violet semiconductor laser element having a current can be realized.

本発明の半導体レーザ素子は、さらに前記半導体層の下方に前記半導体層よりも禁制帯幅の大きなクラッド層が形成される構成となっていることが好ましい。   In the semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that a cladding layer having a forbidden band width larger than that of the semiconductor layer is further formed below the semiconductor layer.

このような構成とすることにより、半導体層下方に形成されたクラッド層は屈折率が小さく、発光層での垂直光閉じ込め係数を大きくできるので、結果として低閾値電流を有する青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, the clad layer formed below the semiconductor layer has a low refractive index and can increase the vertical light confinement coefficient in the light emitting layer. As a result, a blue-violet semiconductor laser device having a low threshold current is obtained. It can be realized.

本発明の半導体レーザ素子は、さらに前記クラッド層がAlxGa1-xN(0≦x≦1)により構成されていることが好ましい。 In the semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that the cladding layer is further made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1).

このような構成とすることにより、半導体レーザ素子の導波路においてクラッド層上部に構成される光ガイド層がGaNあるいはInGaNで構成される場合には、AlGaNはこれらよりも屈折率が小さいため、発光層での垂直光閉じ込め係数を大きくすることができる。また、クラッド層のAl組成及びAlGaN膜厚の制御によりこの光閉じ込め係数を精密に制御でき、再現性良く低閾値電流を有する青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, when the light guide layer formed on the cladding layer in the waveguide of the semiconductor laser device is formed of GaN or InGaN, AlGaN has a lower refractive index than these, and thus emits light. The vertical light confinement factor in the layer can be increased. Further, the optical confinement factor can be precisely controlled by controlling the Al composition of the clad layer and the AlGaN film thickness, and a blue-violet semiconductor laser device having a low threshold current with good reproducibility can be realized.

本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に第1半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、前記第1半導体層上に電流阻止層を形成する電流阻止層形成工程と、前記電流阻止層に開口部を形成する開口部形成工程と、前記開口部上に第2半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、前記第2の半導体層上に発光層を形成する発光層形成工程とを含むことを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention includes a first semiconductor layer forming step of forming a first semiconductor layer on a substrate, a current blocking layer forming step of forming a current blocking layer on the first semiconductor layer, An opening forming step for forming an opening in the current blocking layer, a second semiconductor layer forming step for forming a second semiconductor layer on the opening, and a light emitting layer for forming a light emitting layer on the second semiconductor layer And a forming step.

このような構成とすることにより、基板にn型を使用した場合には電流阻止層をp型とし、第1半導体及び第2半導体層をn型とすることで、n型半導体層上へのn型半導体層の再成長により半導体レーザ素子を形成できるので、再成長界面での界面抵抗を低減でき、直列抵抗が小さく低電圧動作の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   With this configuration, when an n-type substrate is used, the current blocking layer is p-type, and the first semiconductor and the second semiconductor layer are n-type. Since the semiconductor laser device can be formed by regrowth of the n-type semiconductor layer, the interface resistance at the regrowth interface can be reduced, and a semiconductor laser device with low series resistance and low voltage operation can be realized.

前記第2半導体層形成において、上方の表面が平坦となるように前記第2半導体層を形成し、前記発光層形成工程において、前記第2半導体層の平坦な表面上に前記発光層を形成することが好ましい。   In forming the second semiconductor layer, the second semiconductor layer is formed so that the upper surface is flat, and in the light emitting layer forming step, the light emitting layer is formed on the flat surface of the second semiconductor layer. It is preferable.

このような構成とすることにより、発光層が形成される半導体層の表面に段差あるいは凹凸がないので、水平方向の光閉じ込めの再現性が向上し、水平方向の遠視野像の再現性を向上させることができる。また、光の内部損失の小さな実屈折率導波型構造とすることができるため、低閾値電流かつ高出力動作が実現される。   By adopting such a configuration, there is no step or unevenness on the surface of the semiconductor layer on which the light emitting layer is formed, so the reproducibility of the horizontal light confinement is improved and the reproducibility of the horizontal far-field image is improved. Can be made. In addition, since a real refractive index waveguide structure with a small internal loss of light can be obtained, a low threshold current and a high output operation are realized.

前記第2半導体層形成において、エッチング又は研磨により前記第2半導体層表面を平坦化することが好ましい。   In forming the second semiconductor layer, it is preferable to planarize the surface of the second semiconductor layer by etching or polishing.

このような構成とすることにより、活性層の平坦性を保ちつつ、活性層と電流阻止層との間に形成される光ガイド層の膜厚を薄くし、横方向の光閉じ込めを制御しやすくできるので、高出力・低雑音の半導体レーザ素子の設計マージンを大きくすることができる。   By adopting such a configuration, the thickness of the light guide layer formed between the active layer and the current blocking layer is reduced while maintaining the flatness of the active layer, so that the lateral light confinement can be easily controlled. Therefore, it is possible to increase the design margin of the semiconductor laser device with high output and low noise.

前記電流阻止層は、p型または半絶縁性の導電型を有し、前記電流阻止層形成工程において、前記第1半導体層上に不純物を添加して前記電流阻止層の一部を形成した後、前記電流阻止層の一部上に不純物を添加せずに前記電流阻止層の他部を形成することが好ましい。   The current blocking layer has a p-type or semi-insulating conductivity type, and after forming a part of the current blocking layer by adding an impurity on the first semiconductor layer in the current blocking layer forming step. Preferably, the other part of the current blocking layer is formed on the part of the current blocking layer without adding impurities.

このような構成とすることにより、例えばp型AlGaN電流阻止層の形成中にMgソースの供給を停止し、さらに残りのp型AlGaN電流阻止層を形成した場合には、停止後に形成したp型AlGaN電流阻止層では添加したMgが拡散により分布するが、最表層ではMgが存在しない形で形成できる。その結果、光ガイド層あるいは活性層へのMg拡散を抑制することができるので、発光効率を向上させ、低動作電流の半導体レーザ素子を実現することができる。   With such a configuration, for example, when the supply of Mg source is stopped during the formation of the p-type AlGaN current blocking layer and the remaining p-type AlGaN current blocking layer is formed, the p-type formed after the stop is formed. In the AlGaN current blocking layer, added Mg is distributed by diffusion, but the outermost layer can be formed in a form in which Mg does not exist. As a result, Mg diffusion to the light guide layer or the active layer can be suppressed, so that the light emission efficiency can be improved and a semiconductor laser device with a low operating current can be realized.

本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、さらに前記基板上に選択的に開口部を有するマスクを形成し、前記開口部より結晶成長が開始される形で、前記開口部上及び前記マスク上に電流阻止層及び第1半導体層を形成し、前記第1半導体層の上方に前記半導体レーザ素子における発光層を形成し、前記開口部の上部での前記活性層の結晶欠陥密度が107cm-2以下である構成となっていることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, a mask having an opening is selectively formed on the substrate, and crystal growth is started from the opening, on the opening and the mask. A current blocking layer and a first semiconductor layer are formed, a light emitting layer in the semiconductor laser element is formed above the first semiconductor layer, and a crystal defect density of the active layer above the opening is 10 7 cm −. It is preferable that the configuration is 2 or less.

このような構成とすることにより、半導体レーザ素子の活性層及び導波路を結晶欠陥密度が107cm-2以下である部分に形成することができるので、より長寿命の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。 By adopting such a configuration, the active layer and the waveguide of the semiconductor laser element can be formed in a portion where the crystal defect density is 10 7 cm −2 or less, thereby realizing a longer-lived semiconductor laser element. It becomes possible.

前記発光層、前記第1半導体層及び前記第2半導体層は、窒素を含む化合物半導体により構成されていることが好ましい。   The light emitting layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are preferably made of a compound semiconductor containing nitrogen.

このような構成とすることにより、直列抵抗が小さく、低電圧動作で長寿命の青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, it is possible to realize a blue-violet semiconductor laser element having a low series resistance, a low voltage operation, and a long lifetime.

本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、さらに前記半導体レーザ素子が形成された基板がサファイア、SiC、GaN、AlN、MgO、LiGaO2、LiAlO2、LiGaO2及びLiAlO2混晶のうちいずれかにより構成されていることが好ましい。 In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, the substrate on which the semiconductor laser device is formed may be any of sapphire, SiC, GaN, AlN, MgO, LiGaO 2 , LiAlO 2 , LiGaO 2 and LiAlO 2 mixed crystal. It is preferable to be configured.

このような構成とすることにより、基板上に結晶性に優れたGaN系半導体エピタキシャル成長層を形成できるので、より直列抵抗が小さく低電圧動作の青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, a GaN-based semiconductor epitaxial growth layer having excellent crystallinity can be formed on the substrate, so that a blue-violet semiconductor laser device having a smaller series resistance and a low voltage operation can be realized.

前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、前記発光層と前記第2半導体層との間に、InGaNとGaNとを周期的に配置して光ガイド層を形成する光ガイド層形成工程を含み、前記光ガイド層形成工程において、前記InGaNを前記GaNよりも低温で結晶成長させて光ガイド層を形成することが好ましい。   The method of manufacturing a semiconductor laser device further includes a light guide layer forming step of forming a light guide layer by periodically arranging InGaN and GaN between the light emitting layer and the second semiconductor layer, In the optical guide layer forming step, the optical guide layer is preferably formed by crystal growth of the InGaN at a lower temperature than the GaN.

このような構成とすることにより、InGaN及びGaNの結晶成長温度を個別に最適化し、より均一で結晶性の良いInGaNを実現できる。従って、InGaN光ガイド層を形成する際に課題であったIn偏析による結晶性劣化の課題を解決し、結果としてInGaN光ガイド層での内部損失を低減し、低閾値電流を有する青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, it is possible to optimize the crystal growth temperatures of InGaN and GaN individually and realize InGaN with more uniform and good crystallinity. Therefore, the problem of crystallinity degradation due to In segregation, which was a problem when forming an InGaN optical guide layer, was solved, and as a result, the internal loss in the InGaN optical guide layer was reduced, and a blue-violet semiconductor laser having a low threshold current An element can be realized.

本発明の半導体レーザ素子の製造方法では、さらに前記半導体レーザ素子において、前記第1半導体層よりも上方の部分を有機金属気相成長法により形成することが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, it is preferable that a portion of the semiconductor laser device above the first semiconductor layer is formed by metal organic chemical vapor deposition.

このような構成とすることにより、電流阻止層の開口部上への再成長では、開口部の段差を埋め込み平坦化する形での結晶成長を実現できるので、より平坦な表面を有する発光層を実現できる。その結果、例えば多重量子井戸内での膜厚の均一性が向上し、また、電界集中の影響もなくなるので、より直列抵抗が小さく低電圧動作の半導体レーザ素子を再現性良く実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, in the regrowth of the current blocking layer on the opening, crystal growth can be realized in such a manner that the step of the opening is buried and flattened, so that the light emitting layer having a flatter surface is formed. realizable. As a result, for example, the uniformity of the film thickness in the multiple quantum well is improved, and the influence of electric field concentration is eliminated, so that a semiconductor laser element with a lower series resistance and a low voltage operation can be realized with good reproducibility. It becomes.

本発明の半導体レーザ素子の製造方法では、さらに前記半導体レーザ素子の前記電流阻止層及び第2半導体層よりも下方の部分を有機金属気相成長法、分子線ビームエピタキシー法、ハイドライド気相成長法あるいはその組合せにより形成することが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, the metal laser vapor deposition method, molecular beam epitaxy method, hydride vapor deposition method is used for the portion below the current blocking layer and the second semiconductor layer of the semiconductor laser device. Or it is preferable to form by the combination.

このような構成とすることにより、電流阻止層下方に例えば100μm以上の十分に厚い下地層をハイドライド気相成長法で形成すれば、結晶欠陥密度が下地層中で低減され、より長寿命の半導体レーザ素子が実現できる。また、例えば基板と半導体レーザ構造を形成する半導体層との間での格子不整合を緩和する目的で薄膜バッファ層を挿入する場合には、これを分子線エピタキシーで形成し、膜厚の半導体層を再現性よく形成できるので、直列抵抗が小さく低電圧動作の半導体レーザ素子を再現性良く実現することが可能となる。   With this configuration, if a sufficiently thick underlayer of, for example, 100 μm or more is formed below the current blocking layer by hydride vapor phase epitaxy, the crystal defect density is reduced in the underlayer, and a longer-life semiconductor A laser element can be realized. For example, when a thin film buffer layer is inserted for the purpose of relaxing lattice mismatch between the substrate and the semiconductor layer forming the semiconductor laser structure, the thin film buffer layer is formed by molecular beam epitaxy. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device having a low series resistance and a low voltage operation with good reproducibility.

以上説明したように、本発明の半導体レーザ素子及びその製造方法によれば、高出力動作時の電流−光出力特性におけるキンクの発生を抑制し、安定した高出力単一横モードレーザを得るための設計マージンを大きくすることができる。また、光ガイド層とブロック層との間の屈折率差を精密に制御することで、自励発振型の低雑音の半導体レーザ素子のレーザ構造設計における設計マージンを大きくすることができる。さらに、再成長部分での界面抵抗を小さくし、またp型GaN層上の電極面積を大きくできるので、直列抵抗が小さく低電圧動作が可能となる。さらにまた、n型GaNクラッド層下方に例えばn型AlGaNクラッド層が形成される構成とし、クラッド層内にさらに屈折率差を設けることにより、活性層に垂直な光閉じ込め係数ΓVを高く保ちつつ、垂直拡がり角θvを小さくする構造設計が可能となり、光ディスク用途にてビーム利用効率の高い特性を得ることが可能な低閾値電流の半導体レーザ素子を実現できる。 As described above, according to the semiconductor laser device and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to obtain a stable high-power single transverse mode laser by suppressing the occurrence of kinks in the current-light output characteristics during high-power operation. The design margin can be increased. Further, by precisely controlling the refractive index difference between the light guide layer and the block layer, the design margin in the laser structure design of the self-excited oscillation type low-noise semiconductor laser element can be increased. Furthermore, since the interface resistance at the regrown portion can be reduced and the electrode area on the p-type GaN layer can be increased, the series resistance is low and low voltage operation is possible. Furthermore, for example, an n-type AlGaN cladding layer is formed below the n-type GaN cladding layer, and a refractive index difference is further provided in the cladding layer, thereby maintaining a high optical confinement coefficient Γ V perpendicular to the active layer. enables structural design to reduce the vertical divergence angle theta v, a semiconductor laser device with low threshold current which can obtain high characteristics of the beam utilization efficiency can be realized by optical disks.

以下、本発明の実施の形態における半導体レーザ素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態におけるGaN系青紫色半導体レーザ素子の断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a GaN blue-violet semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

この半導体レーザ素子は、GaN基板1と、n型GaN層2と、n型AlGaNクラッド層3と、第1のn型GaNガイド層4と、第2のn型GaNガイド層5と、p型AlGaNブロック層6と、InGaN多重量子井戸活性層7と、アンドープGaNガイド層8と、p型AlGaN電子障壁層9と、p型AlGaNクラッド層10と、p型GaNコンタクト層11と、Ti/Al/Ni/Auオーミック電極12と、Ni/Pt/Auオーミック電極13と、Ti/Auパッド電極14とから構成される。なお、第1のn型GaNガイド層4及び第2のn型GaNガイド層5は本発明の半導体層の一例であり、第1のn型GaNガイド層4は本発明の第1半導体層の一例であり、第2のn型GaNガイド層5は本発明の第2半導体層の一例である。また、InGaN多重量子井戸活性層7は本発明の発光層の一例であり、p型AlGaNブロック層6は本発明の電流阻止層の一例である。   This semiconductor laser device includes a GaN substrate 1, an n-type GaN layer 2, an n-type AlGaN cladding layer 3, a first n-type GaN guide layer 4, a second n-type GaN guide layer 5, and a p-type. AlGaN blocking layer 6, InGaN multiple quantum well active layer 7, undoped GaN guide layer 8, p-type AlGaN electron barrier layer 9, p-type AlGaN cladding layer 10, p-type GaN contact layer 11, Ti / Al A / Ni / Au ohmic electrode 12, a Ni / Pt / Au ohmic electrode 13, and a Ti / Au pad electrode 14 are formed. The first n-type GaN guide layer 4 and the second n-type GaN guide layer 5 are examples of the semiconductor layer of the present invention, and the first n-type GaN guide layer 4 is the first semiconductor layer of the present invention. As an example, the second n-type GaN guide layer 5 is an example of the second semiconductor layer of the present invention. The InGaN multiple quantum well active layer 7 is an example of the light emitting layer of the present invention, and the p-type AlGaN blocking layer 6 is an example of the current blocking layer of the present invention.

半導体レーザ素子は、図1に示されるように、InGaN多重量子井戸活性層7下方にp型AlGaNブロック層6を形成し、第1のn型GaNガイド層4上に第2のn型GaNガイド層5を再成長させることにより形成してなる窒化物半導体を用いた青紫色半導体レーザ素子のレーザ構造を有している。このレーザ構造では、GaN基板1上にn型GaN層2、n型AlGaNクラッド層3、第1のn型GaNガイド層4及びp型AlGaNブロック層(電流阻止層)6が形成され、さらにエッチングによりp型AlGaNブロック層6の一部にストライプ状の開口部が形成されており、この開口部を覆う形で第2のn型GaNガイド層5、InGaN多重量子井戸活性層7、アンドープGaNガイド層8、p型AlGaN電子障壁層9、p型AlGaNクラッド層10、及びp型GaNコンタクト層11が形成されている。GaN基板1裏面上にはTi/Al/Ni/Auオーミック電極12が、p型GaNコンタクト層11上にはNi/Pt/Auオーミック電極13とTi/Auパッド電極14とが形成されている。InGaN多重量子井戸活性層7からは電流注入により405nmの青紫色発光が生じる。n型層にはSiが、p型層にはMgがそれぞれ不純物としてドーピングされている。ストライプ状にエッチングされたp型AlGaNブロック層6の開口部内、つまり第2のn型GaNガイド層5が埋め込まれた部分は、p型AlGaNブロック層6よりも大きな屈折率を有し、2層の屈折率差により第2のn型GaNガイド層5側に光を閉じ込める青紫色半導体レーザ素子の導波路として機能する。   As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device includes a p-type AlGaN blocking layer 6 formed under the InGaN multiple quantum well active layer 7 and a second n-type GaN guide layer on the first n-type GaN guide layer 4. It has a laser structure of a blue-violet semiconductor laser element using a nitride semiconductor formed by re-growing the layer 5. In this laser structure, an n-type GaN layer 2, an n-type AlGaN cladding layer 3, a first n-type GaN guide layer 4 and a p-type AlGaN blocking layer (current blocking layer) 6 are formed on a GaN substrate 1, and further etched. As a result, a stripe-shaped opening is formed in a part of the p-type AlGaN blocking layer 6, and the second n-type GaN guide layer 5, the InGaN multiple quantum well active layer 7, the undoped GaN guide are formed so as to cover the opening. A layer 8, a p-type AlGaN electron barrier layer 9, a p-type AlGaN cladding layer 10, and a p-type GaN contact layer 11 are formed. A Ti / Al / Ni / Au ohmic electrode 12 is formed on the back surface of the GaN substrate 1, and a Ni / Pt / Au ohmic electrode 13 and a Ti / Au pad electrode 14 are formed on the p-type GaN contact layer 11. The InGaN multiple quantum well active layer 7 emits 405 nm blue-violet light by current injection. The n-type layer is doped with Si and the p-type layer is doped with Mg as impurities. The opening portion of the p-type AlGaN block layer 6 etched in a stripe shape, that is, the portion where the second n-type GaN guide layer 5 is embedded has a refractive index larger than that of the p-type AlGaN block layer 6 and is formed of two layers. It functions as a waveguide of a blue-violet semiconductor laser element that confines light on the second n-type GaN guide layer 5 side due to the difference in refractive index.

このとき、開口部内部での第2のn型GaNガイド層5とp型AlGaNブロック層6との屈折率差は、p型AlGaNブロック層6のAl組成を変化させることにより10-3台で精密に制御することができる。このため、高出力動作時の空間的ホールバーニングによる電流−光出力特性におけるキンクの発生を抑制し、安定した高出力単一横モードレーザを得るための設計マージンを大きくすることができる。またp型AlGaNブロック層6のAl組成を大きくとり、青紫色発光(405nm程度)に対する吸収をなくすことにより、内部損失をできる限り小さくし、結果として青紫色半導体レーザ素子の低閾値電流化、低動作電流化を実現できる。また、半導体レーザ素子の消費電力を大きく低減できるので、長寿命化も合わせて実現できる。さらに、前述の屈折率差を精密に制御することで、自励発振型の低雑音の半導体レーザ素子に同構造を適用した場合には、同半導体レーザ素子の設計マージンを大きくすることができる。 At this time, the refractive index difference between the second n-type GaN guide layer 5 and the p-type AlGaN blocking layer 6 inside the opening is 10 −3 by changing the Al composition of the p-type AlGaN blocking layer 6. It can be controlled precisely. For this reason, the generation of kinks in the current-light output characteristics due to spatial hole burning during high output operation can be suppressed, and the design margin for obtaining a stable high output single transverse mode laser can be increased. Further, the Al composition of the p-type AlGaN blocking layer 6 is increased to eliminate absorption of blue-violet light emission (about 405 nm), thereby reducing the internal loss as much as possible. As a result, the blue-violet semiconductor laser device has a low threshold current and a low threshold current. An operating current can be realized. In addition, since the power consumption of the semiconductor laser element can be greatly reduced, a long life can also be realized. Further, by precisely controlling the above-described refractive index difference, when the same structure is applied to a self-excited oscillation type low-noise semiconductor laser element, the design margin of the semiconductor laser element can be increased.

従来のGaAs系やInGaAlP系赤外半導体レーザ素子のレーザ構造において報告のあった、実屈折率導波型の半導体レーザ素子ではp型ガイド層上にp型クラッド層を再成長する方式が用いられているが、これを窒化物半導体に適用した場合には、界面抵抗が大きくなり、半導体レーザ素子の動作電圧が大きくなる。これはp型GaN層の抵抗率がMg濃度に依存し、その濃度が5×1019cm-3程度を超えると急に高抵抗になるため、再成長界面(図1におけるA)付近にてMgが再分布しMg濃度の大きな部分が生じ、結果として再成長界面付近で高抵抗部分が形成されるためである。本実施形態でのGaN系青紫色半導体レーザ素子のレーザ構造ではn型GaN層上にn型GaN層を再成長させており、Siドープn型層についてはSiドープ量を増やしすぎても高抵抗化することはない。その結果、前述のp型層のような高抵抗層が形成されることはなく、再成長界面での抵抗が小さくなり、結果として動作電圧の低いGaN系青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。例えば、再成長前の第1のn型GaNガイド層4最表面でのSi濃度を例えば4×1018cm-3と大きくした場合には、結果として再成長界面付近に4×1018cm-3程度のピークを持つ不純物分布が形成され、再成長界面付近での抵抗を低減することができる。 In a conventional refractive index guided semiconductor laser device, which has been reported in the laser structure of a conventional GaAs-based or InGaAlP-based infrared semiconductor laser device, a method in which a p-type cladding layer is regrown on a p-type guide layer is used. However, when this is applied to a nitride semiconductor, the interface resistance increases and the operating voltage of the semiconductor laser element increases. This is because the resistivity of the p-type GaN layer depends on the Mg concentration, and when the concentration exceeds about 5 × 10 19 cm −3 , it suddenly becomes high resistance, so near the regrowth interface (A in FIG. 1) This is because Mg is redistributed and a portion with a large Mg concentration is generated, and as a result, a high resistance portion is formed near the regrowth interface. In the laser structure of the GaN-based blue-violet semiconductor laser device in this embodiment, the n-type GaN layer is regrown on the n-type GaN layer, and the Si-doped n-type layer has a high resistance even if the Si doping amount is excessively increased. It will not become. As a result, a high-resistance layer like the p-type layer described above is not formed, the resistance at the regrowth interface is reduced, and as a result, a GaN-based blue-violet semiconductor laser device with a low operating voltage can be realized. It becomes possible. For example, when the Si concentration at the outermost surface of the first n-type GaN guide layer 4 before regrowth is increased to, for example, 4 × 10 18 cm −3 , as a result, 4 × 10 18 cm near the regrowth interface. An impurity distribution having a peak of about 3 is formed, and the resistance near the regrowth interface can be reduced.

Mgがドープされたp型AlGaNブロック層6でのAl組成が比較的小さい場合には、p型AlGaNブロック層6での内部吸収による内部損失が無視できなくなる。この場合は例えばBeなどの不純物準位の浅い不純物をp型AlGaNブロック層6にドープし高抵抗化する形でも良い。   When the Al composition in the p-type AlGaN block layer 6 doped with Mg is relatively small, internal loss due to internal absorption in the p-type AlGaN block layer 6 cannot be ignored. In this case, for example, an impurity having a shallow impurity level such as Be may be doped into the p-type AlGaN blocking layer 6 to increase the resistance.

本実施形態のGaN系青紫色半導体レーザ素子は、従来より窒化物半導体レーザ素子として報告のある、いわゆるリッジ型半導体レーザ素子に比べてp型GaN層上の電極面積を大きくできるので、直列抵抗が従来に比べて小さくなり、低電圧動作の半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   The GaN-based blue-violet semiconductor laser device of this embodiment can increase the electrode area on the p-type GaN layer as compared with a so-called ridge type semiconductor laser device, which has been reported as a nitride semiconductor laser device, so that the series resistance is reduced. A semiconductor laser element that is smaller than the conventional one and operates at a low voltage can be realized.

なお、本実施形態のGaN系青紫色半導体レーザ素子においては、GaN基板上にレーザ構造を形成したが、導波路ストライプ部分において例えば106cm-2台の転位密度を実現できる限りは、別の基板上にレーザ構造を形成してもよい。低転位密度の導波路ストライプを形成する方法としては、ストライプ状にパターニングされた例えばSiO2などの絶縁膜上に、横方向成長(Epitaxial Lateral Overgrowth: ELOG)を用い低転位化された部分を形成し、その部分に導波路ストライプを形成する方法がある。よって、本実施形態のGaN系青紫色半導体レーザ素子は、例えばサファイア基板上に形成された厚膜のAlN層上に半導体レーザ構造を形成し、上記方法を用いて導波路ストライプ部分を低転位密度化して形成されている場合でも良い。 In the GaN blue-violet semiconductor laser device of this embodiment, the laser structure is formed on the GaN substrate. However, as long as a dislocation density of, for example, 10 6 cm −2 can be realized in the waveguide stripe portion, another laser structure can be used. A laser structure may be formed on the substrate. As a method of forming a waveguide stripe having a low dislocation density, a low-dislocation portion is formed by using lateral growth (Epitaxial Lateral Overgrowth: ELOG) on an insulating film such as SiO 2 patterned in a stripe shape. There is a method of forming a waveguide stripe in that portion. Therefore, in the GaN-based blue-violet semiconductor laser device of this embodiment, for example, a semiconductor laser structure is formed on a thick AlN layer formed on a sapphire substrate, and the waveguide stripe portion is reduced in dislocation density using the above method. It may be formed by forming.

ここで、p型AlGaNブロック層6は、Al0.3Ga0.7Nが最表層に存在する形で、例えば膜厚200nmのAl0.15Ga0.85N及び膜厚10nmのAl0.3Ga0.7Nから構成される。このp型AlGaNブロック層6は、MOCVD法にて形成される場合には、Mgソースの供給をAl0.3Ga0.7Nの形成前に停止し、p型AlGaNブロック層6の最表面ではMgの拡散を抑制して、InGaN多重量子井戸活性層7へMgが拡散しないようにすることで形成される。ここではp型AlGaNブロック層6のMg濃度を1×1019cm-3以下とし、p型AlGaNブロック層6中での例えば点欠陥などの結晶欠陥の発生を抑制し、InGaN多重量子井戸活性層7の結晶性を高める構成としても良い。また、p型AlGaNブロック層6にSiも共ドープしてp型AlGaNブロック層6中での吸収による内部損失を制御し、キンクレベルを制御しても良い。これにより、高出力の半導体レーザ素子の設計自由度を高めることが可能となる。 Here, the p-type AlGaN blocking layer 6 is composed of Al 0.15 Ga 0.85 N with a film thickness of 200 nm and Al 0.3 Ga 0.7 N with a film thickness of 10 nm, for example, with Al 0.3 Ga 0.7 N present in the outermost layer. When the p-type AlGaN block layer 6 is formed by MOCVD, the supply of Mg source is stopped before the formation of Al 0.3 Ga 0.7 N, and Mg diffusion is performed on the outermost surface of the p-type AlGaN block layer 6. And Mg is prevented from diffusing into the InGaN multiple quantum well active layer 7. Here, the Mg concentration of the p-type AlGaN block layer 6 is set to 1 × 10 19 cm −3 or less to suppress the generation of crystal defects such as point defects in the p-type AlGaN block layer 6, and the InGaN multiple quantum well active layer 7 may be configured to increase the crystallinity. Further, the p-type AlGaN block layer 6 may be co-doped with Si to control internal loss due to absorption in the p-type AlGaN block layer 6 and to control the kink level. As a result, the degree of freedom in designing a high-power semiconductor laser device can be increased.

また、p型AlGaNブロック層6の開口部上に第2のn型GaN光ガイド層5及びInGaN多重量子井戸活性層7を形成する際に、第2のn型GaN光ガイド層5形成にて、例えば成長温度を1050℃以上にする、あるいはIII族原料とV族原料の供給比を制御する、あるいは成長速度を減少させるなどの条件設定により、第2のn型GaN光ガイド層5の薄膜化及び最上面の平坦化が行われている。なお、第2のn型GaN光ガイド層5を形成後にCl2ガスあるいはH2ガスなどによるガスエッチング、あるいは研磨により表面を平坦化し、さらに活性層をエピタキシャル成長することで、第2のn型GaN光ガイド層5の平坦が行われる形でも良い。 When the second n-type GaN light guide layer 5 and the InGaN multiple quantum well active layer 7 are formed on the opening of the p-type AlGaN blocking layer 6, the second n-type GaN light guide layer 5 is formed. For example, the thin film of the second n-type GaN light guide layer 5 can be set by setting the conditions such as setting the growth temperature to 1050 ° C. or higher, controlling the supply ratio of the Group III material and the Group V material, or reducing the growth rate. And flattening the top surface. In addition, after forming the second n-type GaN optical guide layer 5, the surface is flattened by gas etching or polishing with Cl 2 gas or H 2 gas, and the active layer is epitaxially grown, whereby the second n-type GaN is grown. The light guide layer 5 may be flattened.

従って、本実施形態では、第1のn型GaNガイド層4上に形成したp型AlGaNブロック層6にストライプ状の開口部を形成し、さらに第2のn型GaNガイド層及びInGaN多重量子井戸活性層7を再成長してレーザ構造を形成する。よって、安定した単一横モードの高出力動作のGaN系青紫色半導体レーザ素子あるいは自励発振型の低雑音のGaN系青紫色半導体レーザ素子を実現し、その設計マージンを大きくすることができる。さらに、再成長界面付近での界面抵抗及び直列抵抗を大きく低減し、長寿命で低電圧動作のGaN系青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   Therefore, in the present embodiment, a stripe-shaped opening is formed in the p-type AlGaN blocking layer 6 formed on the first n-type GaN guide layer 4, and the second n-type GaN guide layer and InGaN multiple quantum well are further formed. The active layer 7 is regrown to form a laser structure. Therefore, it is possible to realize a GaN-based blue-violet semiconductor laser device having a stable single transverse mode and high output operation or a self-oscillation-type low-noise GaN-based blue-violet semiconductor laser device, and the design margin can be increased. In addition, the interface resistance and series resistance in the vicinity of the regrowth interface can be greatly reduced, and a long-life, low-voltage operation GaN-based blue-violet semiconductor laser device can be realized.

上記構造を有する図1に示すGaN系青紫色半導体レーザ素子の製造方法として、例えば、図2に示す製造方法が考えられる。図2は、本発明の第1の実施形態におけるGaN系青紫色半導体レーザ素子の製造方法を示すGaN系青紫色半導体レーザ素子の断面図である。   As a manufacturing method of the GaN-based blue-violet semiconductor laser device having the above structure shown in FIG. 1, for example, the manufacturing method shown in FIG. 2 can be considered. FIG. 2 is a cross-sectional view of a GaN blue-violet semiconductor laser device showing a method of manufacturing the GaN blue-violet semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

まず、例えば転位密度が106cm-2台のn型GaN基板1の(0001)面上に有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)法により、n型GaN層2、n型AlGaNクラッド層3、第1のn型GaNガイド層4、及びp型AlGaNブロック層6をこの順に形成する(図2(A))。 First, for example, an n-type GaN layer 2 and an n-type layer are formed on the (0001) surface of an n-type GaN substrate 1 having a dislocation density of 10 6 cm −2 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). An AlGaN cladding layer 3, a first n-type GaN guide layer 4, and a p-type AlGaN blocking layer 6 are formed in this order (FIG. 2A).

次に、p型AlGaNブロック層6上にストライプ状の開口部を有する形でフォトレジスト15を形成する。ストライプの幅は約2μmである。このフォトレジスト15をマスクとして例えばCl2ガスを用いたICP(Inductive Coupled Plasma)エッチングと呼ばれるドライエッチングにより、p型AlGaNブロック層6を選択的に除去する(図2(B))。 Next, a photoresist 15 is formed on the p-type AlGaN block layer 6 so as to have a striped opening. The width of the stripe is about 2 μm. Using this photoresist 15 as a mask, the p-type AlGaN block layer 6 is selectively removed by dry etching called ICP (Inductive Coupled Plasma) etching using, for example, Cl 2 gas (FIG. 2B).

次に、フォトレジスト15を除去した後、ストライプ状の開口部内及びp型AlGaNブロック層6上に、第2のn型GaNガイド層5、InGaN多重量子井戸活性層7、アンドープGaNガイド層8、p型AlGaN電子障壁層9、p型AlGaNクラッド層10、及びp型GaNコンタクト層11をこの順にMOCVD法により形成する(図2(C))。この再成長工程後に、p型GaNコンタクト層11表面に、例えば電子ビーム蒸着とリフトオフ法とにより、Ni/Pt/Auオーミック電極13をオーミック電極として形成する。その後、Ni/Pt/Auオーミック電極13とp型層とのコンタクト抵抗低減のために、例えばN2雰囲気中600℃でシンタを行う。さらにNi/Pt/Auオーミック電極13形成後、Ni/Pt/Auオーミック電極13上にTi/Auパッド電極14を形成する。 Next, after removing the photoresist 15, a second n-type GaN guide layer 5, an InGaN multiple quantum well active layer 7, an undoped GaN guide layer 8, in the stripe-shaped opening and on the p-type AlGaN blocking layer 6, A p-type AlGaN electron barrier layer 9, a p-type AlGaN cladding layer 10, and a p-type GaN contact layer 11 are formed in this order by the MOCVD method (FIG. 2C). After this regrowth process, a Ni / Pt / Au ohmic electrode 13 is formed as an ohmic electrode on the surface of the p-type GaN contact layer 11 by, for example, electron beam evaporation and a lift-off method. Thereafter, in order to reduce the contact resistance between the Ni / Pt / Au ohmic electrode 13 and the p-type layer, for example, sintering is performed at 600 ° C. in an N 2 atmosphere. Further, after the Ni / Pt / Au ohmic electrode 13 is formed, a Ti / Au pad electrode 14 is formed on the Ni / Pt / Au ohmic electrode 13.

最後に、GaN基板1をGaN基板1の裏面より約150μm程度にまで研磨し、さらにn型であるGaN基板1の裏面側にTi/Al/Ni/Auオーミック電極12を、例えば電子ビーム蒸着とリフトオフ法とにより形成し(図2(D))、図1に示すGaN系青紫色半導体レーザを形成する。   Finally, the GaN substrate 1 is polished to about 150 μm from the back surface of the GaN substrate 1, and a Ti / Al / Ni / Au ohmic electrode 12 is further formed on the back surface side of the n-type GaN substrate 1, for example, by electron beam evaporation. The GaN blue-violet semiconductor laser shown in FIG. 1 is formed by the lift-off method (FIG. 2D).

以上のような半導体レーザ素子の製造方法により、第1のn型GaNガイド層4上に第2のn型GaNガイド層5及びInGaN多重量子井戸活性層7を再成長させて図1に示すようなレーザ構造を形成する。よって、GaN系青紫色半導体レーザ素子において、再成長界面での界面抵抗及び直列抵抗を大きく低減し、低電圧動作、長寿命化を実現することが可能となる。   As shown in FIG. 1, the second n-type GaN guide layer 5 and the InGaN multiple quantum well active layer 7 are regrown on the first n-type GaN guide layer 4 by the semiconductor laser device manufacturing method as described above. A simple laser structure is formed. Therefore, in the GaN-based blue-violet semiconductor laser device, the interface resistance and the series resistance at the regrowth interface can be greatly reduced, and low voltage operation and long life can be realized.

また、InGaN多重量子井戸活性層7からの発光を、再成長により形成される第2のn型GaNガイド層5とp型AlGaNブロック層6との屈折率差により内部損失なく第2のn型GaNガイド層5内に閉じ込める。よって、安定した単一横モードの高出力動作のGaN系青紫色半導体レーザ素子あるいは自励発振型の低雑音のGaN系青紫色半導体レーザ素子を実現すると共に、その設計マージンを大きくすることができる。   Further, the light emitted from the InGaN multiple quantum well active layer 7 is emitted from the second n-type without internal loss due to the refractive index difference between the second n-type GaN guide layer 5 and the p-type AlGaN blocking layer 6 formed by regrowth. It is confined in the GaN guide layer 5. Therefore, it is possible to realize a GaN-based blue-violet semiconductor laser element having a stable single transverse mode and high output operation or a self-oscillation type low-noise GaN-based blue-violet semiconductor laser element and increasing the design margin. .

また、半導体レーザ素子の活性層をInGaN多重量子井戸で形成し、青紫色半導体レーザ素子を作製する場合には、埋め込み再成長に際し、成長条件によっては開口部上部で活性層のInがマイグレーションし、結果として開口部上方の半導体層においてIn組成が大きくなり、p型AlGaNブロック層6の上方の半導体層ではIn組成が少なくなる。従って、例えば活性層の下方にGaNガイド層が形成されている場合にはGaNとの格子不整合が小さい形で結晶成長を行えるので、再成長により形成される半導体層は結晶性に優れたものとなり、長寿命のGaN系青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   In addition, when an active layer of a semiconductor laser element is formed of an InGaN multiple quantum well and a blue-violet semiconductor laser element is manufactured, in the regrowth growth, In of the active layer migrates in the upper part of the opening depending on the growth conditions. As a result, the In composition increases in the semiconductor layer above the opening, and the In composition decreases in the semiconductor layer above the p-type AlGaN block layer 6. Therefore, for example, when a GaN guide layer is formed below the active layer, crystal growth can be performed with a small lattice mismatch with GaN, so the semiconductor layer formed by regrowth has excellent crystallinity Thus, a long-lived GaN-based blue-violet semiconductor laser element can be realized.

また、半導体レーザ素子の活性層をAlGaN多重量子井戸で形成し、例えば360nmで発光する青紫色半導体レーザ素子を作製する場合には、埋め込み再成長に際し、開口部上部ではGaがマイグレーションし、結果として開口部上部のAl組成が小さくなる。従って、活性層内部で横方向の光閉じ込めが可能となるので、結果としてAlGaNブロック層の膜厚を薄くしても十分大きな光閉じ込めを実現でき、低閾値電流を有するGaN系青紫色半導体レーザ素子を実現することが可能となる。   In addition, when an active layer of a semiconductor laser element is formed of an AlGaN multiple quantum well and a blue-violet semiconductor laser element that emits light at 360 nm, for example, is fabricated, Ga migrates at the upper part of the opening during the burying regrowth. The Al composition at the top of the opening is reduced. Therefore, lateral optical confinement is possible inside the active layer. As a result, a sufficiently large optical confinement can be realized even if the AlGaN blocking layer is thin, and a GaN-based blue-violet semiconductor laser device having a low threshold current. Can be realized.

また、第1のn型GaNガイド層4及び第2のn型GaNガイド層5をそれぞれ異なる組成あるいは材料の半導体層により構成してもよい。例えば、第1のn型GaNガイド層4をInxGa1-xN(0≦x≦1)から構成されるn型ガイド層とし、第2のn型GaNガイド層5をGaNから構成されるn型ガイド層としてもよい。これにより、InGaNはGaNよりも屈折率が大きく、InGaNから構成される光ガイド層を用いることで垂直方向の光閉じ込め係数を大きくでき、低閾値電流のGaN系青紫色半導体レーザを実現することが可能となる。 Further, the first n-type GaN guide layer 4 and the second n-type GaN guide layer 5 may be composed of semiconductor layers having different compositions or materials. For example, the first n-type GaN guide layer 4 is an n-type guide layer made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1), and the second n-type GaN guide layer 5 is made of GaN. An n-type guide layer may be used. As a result, InGaN has a higher refractive index than GaN, and by using a light guide layer composed of InGaN, the optical confinement factor in the vertical direction can be increased, and a GaN blue-violet semiconductor laser with a low threshold current can be realized. It becomes possible.

(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態におけるGaN系青紫色半導体レーザ素子の断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a GaN blue-violet semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention.

この半導体レーザ素子は、n型GaN層2と、n型AlGaNクラッド層3と、p型AlGaNブロック層6と、InGaN多重量子井戸活性層7と、p型AlGaN電子障壁層9と、Ti/Al/Ni/Auオーミック電極12と、Ni/Pt/Auオーミック電極13と、Ti/Auパッド電極14と、サファイア基板16と、SiO2マスク17と、第1のn型GaNクラッド層18と、第2のn型GaNクラッド層19と、n型InGaNガイド層20と、アンドープInGaNガイド層21と、p型GaNクラッド層22とから構成される。なお、第1のn型GaNクラッド層18及び第2のn型GaNクラッド層19は本発明の半導体層の一例であり、第1のn型GaNクラッド層18は本発明の第1半導体層の一例であり、第2のn型GaNクラッド層19は本発明の第2半導体層の一例である。 This semiconductor laser device includes an n-type GaN layer 2, an n-type AlGaN cladding layer 3, a p-type AlGaN blocking layer 6, an InGaN multiple quantum well active layer 7, a p-type AlGaN electron barrier layer 9, and a Ti / Al / Ni / Au ohmic electrode 12, Ni / Pt / Au ohmic electrode 13, Ti / Au pad electrode 14, sapphire substrate 16, SiO 2 mask 17, first n-type GaN cladding layer 18, first 2 n-type GaN cladding layer 19, n-type InGaN guide layer 20, undoped InGaN guide layer 21, and p-type GaN cladding layer 22. The first n-type GaN cladding layer 18 and the second n-type GaN cladding layer 19 are examples of the semiconductor layer of the present invention, and the first n-type GaN cladding layer 18 is the first semiconductor layer of the present invention. The second n-type GaN cladding layer 19 is an example of the second semiconductor layer of the present invention.

半導体レーザ素子は、図3に示されるように、InGaN多重量子井戸活性層7下方にp型AlGaNブロック層6を形成し、第1のn型GaNクラッド層18上に第2のn型GaNクラッド層5を再成長させることにより形成されており、ガイド層としてのInGaN層を有する、窒化物半導体を用いた青紫色半導体レーザ素子のレーザ構造を有している。このレーザ構造では、サファイア基板16上にn型GaN層2の一部が形成され、その上に例えばストライプ状に5μm幅の開口部を有し、マスク幅が10μmのSiO2マスク17が形成され、さらにその上に残りのn型GaN層2が横方向成長により形成されている。SiO2マスク17上方の半導体層では、開口部下方の半導体層では109cm-2台であった転位密度が106cm-2台にまで低減されている。n型GaN層2の上には、n型AlGaNクラッド層3、第1のn型GaNクラッド層18、及びp型AlGaNブロック層(電流阻止層)6が形成され、さらにエッチングによりp型AlGaNブロック層6の一部にストライプ状の開口部が形成されており、この開口部を覆う形で第2のn型GaNクラッド層19、n型InGaNガイド層20、InGaN多重量子井戸活性層7、アンドープInGaNガイド層21、p型AlGaN電子障壁層9、及びp型GaNクラッド層22が形成されている。 As shown in FIG. 3, the semiconductor laser device has a p-type AlGaN blocking layer 6 formed under the InGaN multiple quantum well active layer 7 and a second n-type GaN cladding on the first n-type GaN cladding layer 18. The layer 5 is formed by regrowth, and has a laser structure of a blue-violet semiconductor laser element using a nitride semiconductor having an InGaN layer as a guide layer. In this laser structure, a part of the n-type GaN layer 2 is formed on the sapphire substrate 16, and an SiO 2 mask 17 having a mask width of 10 μm is formed on the sapphire substrate 16. Further, the remaining n-type GaN layer 2 is formed thereon by lateral growth. In the semiconductor layer above the SiO 2 mask 17, the dislocation density, which was 10 9 cm −2 in the semiconductor layer below the opening, is reduced to 10 6 cm −2 . On the n-type GaN layer 2, an n-type AlGaN clad layer 3, a first n-type GaN clad layer 18, and a p-type AlGaN block layer (current blocking layer) 6 are formed, and a p-type AlGaN block is further etched. A stripe-shaped opening is formed in a part of the layer 6. The second n-type GaN cladding layer 19, the n-type InGaN guide layer 20, the InGaN multiple quantum well active layer 7, and undoped so as to cover the opening. An InGaN guide layer 21, a p-type AlGaN electron barrier layer 9, and a p-type GaN cladding layer 22 are formed.

n型GaN層2が露出する形でn型GaN層2からp型GaNクラッド層22までのエピタキシャル成長層が選択的に除去されており、露出したn型GaN層2上にはTi/Al/Ni/Auオーミック電極12が、p型GaNクラッド層22上側にはNi/Pt/Auオーミック電極13とTi/Auパッド電極14とが形成されている。n型層にはSiが、p型層にはMgがそれぞれ不純物としてドーピングされている。ストライプ状にエッチングされたp型AlGaNブロック層6の開口部は、SiO2マスク17の上方に位置し、転位密度の小さな部分に形成されている。第1の実施形態と同様に、ストライプ状にエッチングされたp型AlGaNブロック層6の開口部内、つまり第2のn型GaNクラッド層19が埋め込まれた部分は、p型AlGaNブロック層6よりも大きな屈折率を有し、2層の屈折率差により第2のn型GaNクラッド層19側に光を閉じ込める青紫色半導体レーザ素子の導波路として機能する。また、結晶成長の条件設定、研磨又はエッチングにより、第2のn型GaNクラッド層19の薄膜化及び最上面の平坦化が行われている。さらに、第1のn型GaNクラッド層18及び第2のn型GaNクラッド層19は、その界面、つまり再成長界面において不純物濃度が最も高くなる不純物分布を有する。 The epitaxial growth layer from the n-type GaN layer 2 to the p-type GaN cladding layer 22 is selectively removed so that the n-type GaN layer 2 is exposed, and Ti / Al / Ni is formed on the exposed n-type GaN layer 2. The Ni / Pt / Au ohmic electrode 13 and the Ti / Au pad electrode 14 are formed above the p-type GaN cladding layer 22. The n-type layer is doped with Si and the p-type layer is doped with Mg as impurities. The opening of the p-type AlGaN block layer 6 etched in a stripe shape is located above the SiO 2 mask 17 and is formed in a portion having a low dislocation density. Similar to the first embodiment, the opening of the p-type AlGaN blocking layer 6 etched in a stripe shape, that is, the portion where the second n-type GaN cladding layer 19 is embedded is more than the p-type AlGaN blocking layer 6. It has a large refractive index and functions as a waveguide of a blue-violet semiconductor laser device that confines light on the second n-type GaN cladding layer 19 side due to the difference in refractive index between the two layers. Further, the second n-type GaN cladding layer 19 is thinned and the uppermost surface is flattened by setting the conditions for crystal growth, polishing or etching. Furthermore, the first n-type GaN cladding layer 18 and the second n-type GaN cladding layer 19 have an impurity distribution in which the impurity concentration is highest at the interface, that is, the regrowth interface.

このとき、p型AlGaNブロック層6のAl組成を変化させることにより、開口部内部での第2のn型GaNクラッド層19とp型AlGaNブロック層6との屈折率差を10-3台で精密に制御することができる。このため、高出力動作時の空間的ホールバーニングによる電流−光出力特性におけるキンクの発生を抑制し、安定した高出力単一横モードレーザを得るための設計マージンを大きくすることができる。またp型AlGaNブロック層6のAl組成を大きくとり、青紫色発光(405nm程度)に対する吸収をなくすことにより、内部損失をできる限り小さくし、結果として青紫色半導体レーザ素子の低閾値電流化、低動作電流化を実現できる。また、半導体レーザ素子の消費電力を大きく低減できるので、長寿命化も合わせて実現できる。さらに、前述の屈折率差を精密に制御することで、自励発振型の低雑音の半導体レーザ素子に同構造を適用した場合には、同半導体レーザ素子の設計マージンを大きくすることができる。 At this time, by changing the Al composition of the p-type AlGaN block layer 6, the refractive index difference between the second n-type GaN clad layer 19 and the p-type AlGaN block layer 6 inside the opening is 10 −3 units. It can be controlled precisely. For this reason, the generation of kinks in the current-light output characteristics due to spatial hole burning during high output operation can be suppressed, and the design margin for obtaining a stable high output single transverse mode laser can be increased. Further, the Al composition of the p-type AlGaN blocking layer 6 is increased to eliminate absorption of blue-violet light emission (about 405 nm), thereby reducing the internal loss as much as possible. As a result, the blue-violet semiconductor laser device has a low threshold current and a low threshold current. An operating current can be realized. In addition, since the power consumption of the semiconductor laser element can be greatly reduced, a long life can also be realized. Further, by precisely controlling the above-described refractive index difference, when the same structure is applied to a self-excited oscillation type low-noise semiconductor laser element, the design margin of the semiconductor laser element can be increased.

光ディスクシステム用の半導体レーザ素子においては活性層における垂直方向の光閉じ込め係数ΓVを高い値に保つことで、低閾値電流を実現しつつ、レーザ光源の集光性を高めるために活性層における垂直方向のビーム拡がり角(以下、垂直拡がり角)θvを小さくする必要がある。一般にクラッド層の屈折率を小さくするなどして光の閉じ込めを大きくするとΓvが大きくなり閾値電流は小さくなるが、同時に垂直拡がり角も大きくなる。本実施形態に示した青紫色半導体レーザ素子ではInGaN多重量子井戸活性層7の上下に、例えばIn0.02Ga0.98Nからなる
n型InGaNガイド層20及びアンドープInGaNガイド層21を形成し、その外側に第2のn型GaNクラッド層19及びp型GaNクラッド層22を形成し、さらに第2のn型GaNクラッド層19下部に例えばn型Al0.1Ga0.9N層からなる第1のn型GaNクラッド層18が形成されている。このようにクラッド層内にさらに屈折率差を設けることにより、具体的にはn型AlGaNクラッド層3と第1のn型GaNクラッド層18及び第2のn型GaNクラッド層19との間に屈折率差を設けることにより、高い閉じ込め係数ΓVを保ちつつ、垂直拡がり角θvを小さくする構造設計が可能であり、光ディスクシステム用途にてビーム利用効率の高い特性を得ることが可能な低閾値電流の半導体レーザ素子を実現できる。
In a semiconductor laser device for an optical disk system, the vertical optical confinement coefficient Γ V in the active layer is maintained at a high value, thereby realizing a low threshold current and increasing the light condensing property of the laser light source. It is necessary to reduce the beam divergence angle (hereinafter, vertical divergence angle) θ v in the direction. Generally when made smaller, the refractive index of the cladding layer to increase the confinement of light gamma v increases and the threshold current becomes smaller, increases at the same time the vertical divergence angle. In the blue-violet semiconductor laser device shown in the present embodiment, an n-type InGaN guide layer 20 and an undoped InGaN guide layer 21 made of, for example, In 0.02 Ga 0.98 N are formed above and below the InGaN multiple quantum well active layer 7 and outside thereof. A second n-type GaN cladding layer 19 and a p-type GaN cladding layer 22 are formed, and a first n-type GaN cladding comprising, for example, an n-type Al 0.1 Ga 0.9 N layer below the second n-type GaN cladding layer 19. Layer 18 is formed. In this way, by further providing a refractive index difference in the cladding layer, specifically, between the n-type AlGaN cladding layer 3, the first n-type GaN cladding layer 18 and the second n-type GaN cladding layer 19. By providing a refractive index difference, it is possible to design a structure that reduces the vertical divergence angle θ v while maintaining a high confinement factor Γ V , and it is possible to obtain characteristics with high beam utilization efficiency in optical disk system applications. A semiconductor laser element having a threshold current can be realized.

前述のIn0.02Ga0.98Nからなるn型InGaNガイド層20は、GaNとInGaNとの格子定数差の緩和あるいは厚膜化によるIn組成偏析の抑制を目的とし、例えばInGaN及びGaNが周期的に配置されたInGaN/GaNの周期構造を有しても良い。この場合には、InGaNをGaNよりも低温で結晶成長させて上記周期構造を形成する。これにより、n型InGaNガイド層20の上に形成するInGaN多重量子井戸活性層7の結晶性が改善され、より低閾値電流の半導体レーザ素子を実現することができる。 The above-described n-type InGaN guide layer 20 made of In 0.02 Ga 0.98 N is intended to reduce the difference in lattice constant between GaN and InGaN or to suppress segregation of In composition by increasing the film thickness. For example, InGaN and GaN are periodically arranged. The InGaN / GaN periodic structure may be provided. In this case, InGaN is grown at a lower temperature than GaN to form the periodic structure. Thereby, the crystallinity of the InGaN multiple quantum well active layer 7 formed on the n-type InGaN guide layer 20 is improved, and a semiconductor laser device having a lower threshold current can be realized.

第1の実施形態における半導体レーザ素子では、クラッド層にAlGaN層を、ガイド層にGaN層をそれぞれ用いており、AlGaN層は一般に1μm程度の膜厚は必要であるとされ、AlGaNとGaNとの格子不整合によりクラックが生じやすいという課題がある。しかし、第2の実施形態の半導体レーザ素子においてはクラッド層の大部分をGaNで構成することで、格子不整合によるクラックの発生を抑制できる構造となっている。   In the semiconductor laser device according to the first embodiment, an AlGaN layer is used as a cladding layer and a GaN layer is used as a guide layer. The AlGaN layer generally needs to have a thickness of about 1 μm. There is a problem that cracks are likely to occur due to lattice mismatch. However, the semiconductor laser device of the second embodiment has a structure in which the generation of cracks due to lattice mismatching can be suppressed by making most of the cladding layer of GaN.

なお、本実施形態のGaN系青紫色半導体レーザ素子においては、サファイア基板上に横方向成長により低転位密度部分を形成し、その上にストライプ導波路を形成するレーザ構造について説明したが、導波路ストライプ部分において例えば106cm-2台の転位密度を実現できる限りはこのレーザ構造に限られず、レーザ構造はGaN基板上に導波路ストライプが形成されている形でも良い。また、レーザ構造は例えばサファイア基板上に厚膜のAlN層が形成された上に半導体レーザ構造が形成され、低転位化されていても良い。 In the GaN blue-violet semiconductor laser device of this embodiment, a laser structure has been described in which a low dislocation density portion is formed by lateral growth on a sapphire substrate and a stripe waveguide is formed thereon. For example, the laser structure is not limited to this laser structure as long as a dislocation density of, for example, 10 6 cm −2 can be realized in the stripe portion, and the laser structure may be such that a waveguide stripe is formed on a GaN substrate. Further, the laser structure may be reduced in dislocation by, for example, forming a semiconductor laser structure on a thick AlN layer formed on a sapphire substrate.

また、第1のn型GaNクラッド層18及び第2のn型GaNクラッド層19をそれぞれ異なる組成あるいは材料の半導体層により構成してもよい。例えば、第1のn型GaNクラッド層18をInxGa1-xN(0≦x≦1)から構成されるn型クラッド層とし、第2のn型GaNクラッド層19をGaNから構成されるn型クラッド層としてもよい。これにより、InGaNはGaNよりも屈折率が大きくInGaNから構成されるクラッド層を用いることで垂直方向の光閉じ込め係数を大きくでき、低閾値電流の半導体レーザを実現することが可能となる。 Further, the first n-type GaN clad layer 18 and the second n-type GaN clad layer 19 may be composed of semiconductor layers having different compositions or materials. For example, the first n-type GaN cladding layer 18 is an n-type cladding layer made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1), and the second n-type GaN cladding layer 19 is made of GaN. An n-type cladding layer may be used. As a result, InGaN has a higher refractive index than GaN and can use a cladding layer made of InGaN to increase the optical confinement factor in the vertical direction, thereby realizing a semiconductor laser with a low threshold current.

上記構造を有する図3に示すGaN系青紫色半導体レーザ素子の製造方法として、例えば、図4に示す製造方法が考えられる。図4は、本発明の第2の実施形態におけるGaN系青紫色半導体レーザ素子の製造方法を示すGaN系青紫色半導体レーザ素子の断面図である。   As a manufacturing method of the GaN-based blue-violet semiconductor laser device having the above structure shown in FIG. 3, for example, the manufacturing method shown in FIG. 4 is conceivable. FIG. 4 is a cross-sectional view of a GaN blue-violet semiconductor laser device showing a method of manufacturing a GaN blue-violet semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention.

まず、例えばサファイア基板16の(0001)面上にMOCVD法により、n型GaN層2を形成する。その後、n型GaN層2の上に、例えばSiH4とO2ガスを用いた気相堆積(Chemical Vapor Deposition:CVD)法によりSiO2膜17を約100nmの膜厚で形成する。続いて、SiO2膜17をストライプ状に5μm幅の開口部を有し、10μm幅のSiO2ストライプが形成されるよう、例えばフォトレジストをマスクとしフッ化水素酸(HF)水溶液を用いてSiO2膜17を選択的にエッチングする(図4(A))。 First, for example, the n-type GaN layer 2 is formed on the (0001) plane of the sapphire substrate 16 by MOCVD. Thereafter, an SiO 2 film 17 is formed on the n-type GaN layer 2 to a thickness of about 100 nm by, for example, a vapor deposition (Chemical Vapor Deposition: CVD) method using SiH 4 and O 2 gas. Subsequently, the SiO 2 film 17 has a 5 μm wide opening in a stripe shape, and a SiO 2 stripe having a width of 10 μm is formed, for example, using a photoresist as a mask and a hydrofluoric acid (HF) aqueous solution. The two films 17 are selectively etched (FIG. 4A).

次に、SiO2膜17の開口部内のn型GaN層2より成長が生じる形で、例えばMOCVD法により、n型GaN層2、n型AlGaNクラッド層3、第1のn型GaNクラッド層18、及びp型AlGaNブロック層(電流阻止層)6を形成する(図4(B))。このMOCVD法による結晶成長工程では開口部が形成されたSiO2膜17上で横方向に成長する形で結晶成長するので、SiO2膜17上方の半導体層では貫通転位密度が大幅に減少し、結果として106cm-2台の転位密度の半導体層が得られる。 Next, the n-type GaN layer 2, the n-type AlGaN clad layer 3, and the first n-type GaN clad layer 18 are grown by, for example, MOCVD in a form in which the growth occurs from the n-type GaN layer 2 in the opening of the SiO 2 film 17. Then, a p-type AlGaN blocking layer (current blocking layer) 6 is formed (FIG. 4B). In the crystal growth step by the MOCVD method, the crystal growth is performed in the lateral direction on the SiO 2 film 17 in which the opening is formed. Therefore, the threading dislocation density is significantly reduced in the semiconductor layer above the SiO 2 film 17. As a result, a semiconductor layer having a dislocation density of 10 6 cm −2 is obtained.

次に、p型AlGaNブロック層6上にストライプ状の開口部を有する形でフォトレジスト15を形成する。ストライプの幅は約2μmである。このフォトレジスト15をマスクとして例えばCl2ガスを用いたICPエッチングと呼ばれるドライエッチングにより、p型AlGaNブロック層6を選択的に除去する(図4(C))。 Next, a photoresist 15 is formed on the p-type AlGaN block layer 6 so as to have a striped opening. The width of the stripe is about 2 μm. Using this photoresist 15 as a mask, the p-type AlGaN block layer 6 is selectively removed by dry etching called ICP etching using, for example, Cl 2 gas (FIG. 4C).

次に、フォトレジスト15を除去した後、ストライプ状の開口部内及びp型AlGaNブロック層6上に、第2のn型GaNクラッド層19、n型InGaNガイド層20、InGaN多重量子井戸活性層7、アンドープInGaNガイド層21、p型AlGaN電子障壁層9、及びp型GaNクラッド層22をこの順にMOCVD法により形成する(図4(D))。この再成長工程後に、n型GaN層2が露出するように、n型GaN層2からp型GaNクラッド層22までのエピタキシャル成長層の一部を選択的に除去する(図4(E))。このエッチングには、例えば前述のICPエッチングのようなドライエッチング技術を使用する。ここでは導波路ストライプであるp型AlGaNブロック層6の開口部パターンに平行に開口部を有する形でn型GaN層2が露出している。   Next, after removing the photoresist 15, the second n-type GaN cladding layer 19, the n-type InGaN guide layer 20, and the InGaN multiple quantum well active layer 7 are formed in the stripe-shaped opening and on the p-type AlGaN blocking layer 6. Then, the undoped InGaN guide layer 21, the p-type AlGaN electron barrier layer 9, and the p-type GaN cladding layer 22 are formed in this order by the MOCVD method (FIG. 4D). After this regrowth step, a part of the epitaxial growth layer from the n-type GaN layer 2 to the p-type GaN cladding layer 22 is selectively removed so that the n-type GaN layer 2 is exposed (FIG. 4E). For this etching, for example, a dry etching technique such as the aforementioned ICP etching is used. Here, the n-type GaN layer 2 is exposed in a form having an opening parallel to the opening pattern of the p-type AlGaN block layer 6 which is a waveguide stripe.

次に、p型GaNクラッド層22表面に、例えば電子ビーム蒸着とリフトオフ法により、Ni/Pt/Auオーミック電極13をオーミック電極として形成する。その後、Ni/Pt/Auオーミック電極13とp型層とのコンタクト抵抗低減のための、例えばN2雰囲気中600℃でのシンタを行った後、Ni/Pt/Auオーミック電極13上にTi/Auパッド電極14を形成する。さらに露出したn型GaN層2上にTi/Al/Ni/Auオーミック電極12を、例えば電子ビーム蒸着とリフトオフ法とにより形成した後、その上にTi/Auパッド電極14を形成し(図4(F))、図3に示すGaN系青紫色半導体レーザを形成する。 Next, the Ni / Pt / Au ohmic electrode 13 is formed as an ohmic electrode on the surface of the p-type GaN cladding layer 22 by, for example, electron beam evaporation and a lift-off method. Thereafter, for example, sintering is performed at 600 ° C. in an N 2 atmosphere for reducing the contact resistance between the Ni / Pt / Au ohmic electrode 13 and the p-type layer, and then Ti / Pt / Au ohmic electrode 13 is subjected to Ti / P An Au pad electrode 14 is formed. Further, a Ti / Al / Ni / Au ohmic electrode 12 is formed on the exposed n-type GaN layer 2 by, for example, electron beam evaporation and a lift-off method, and then a Ti / Au pad electrode 14 is formed thereon (FIG. 4). (F)), a GaN blue-violet semiconductor laser shown in FIG. 3 is formed.

以上のような半導体レーザ素子の製造方法により、第1のn型GaNクラッド層18上に第2のn型GaNクラッド層19及びInGaN多重量子井戸活性層7を再成長させて図3に示すようなレーザ構造を形成する。よって、GaN系青紫色半導体レーザ素子において、再成長界面(図3のA)付近での抵抗を小さくでき、低電圧動作、長寿命化を実現することが可能となる
また、InGaN多重量子井戸活性層7からの発光を、再成長により形成される第2のn型GaNクラッド層19とp型AlGaNブロック層6との屈折率差により内部損失なく第2のn型GaNクラッド層19内に閉じ込め、安定した単一横モードの高出力動作のGaN系青紫色半導体レーザ素子あるいは自励発振型の低雑音のGaN系青紫色半導体レーザ素子を実現すると共に、その設計マージンを大きくすることができる。
As shown in FIG. 3, the second n-type GaN cladding layer 19 and the InGaN multiple quantum well active layer 7 are regrown on the first n-type GaN cladding layer 18 by the semiconductor laser device manufacturing method as described above. A simple laser structure is formed. Therefore, in the GaN-based blue-violet semiconductor laser device, the resistance near the regrowth interface (A in FIG. 3) can be reduced, and low voltage operation and long life can be realized. InGaN multiple quantum well activity Light emission from the layer 7 is confined in the second n-type GaN cladding layer 19 without internal loss due to the refractive index difference between the second n-type GaN cladding layer 19 and the p-type AlGaN blocking layer 6 formed by regrowth. In addition, it is possible to realize a GaN-based blue-violet semiconductor laser device having a stable single transverse mode and a high output operation or a low-noise GaN-based blue-violet semiconductor laser device of self-excited oscillation, and to increase the design margin.

また、n型クラッド層をAlGaN及びGaNの2層構造とすることで、つまり第1のn型GaNクラッド層18下方にn型AlGaNクラッド層3を形成することで、高い光閉じ込め係数と小さな垂直拡がり角とを両立できる構造設計を可能とし、光ディスクシステム用の、ビーム利用効率が高く閾値電流の小さな半導体レーザ素子を実現することが可能となる。前述の通り、低動作電圧・低動作電流とできるので消費電力を低減でき、長寿命の青紫色半導体レーザ素子を実現できる。   Further, the n-type cladding layer has a two-layer structure of AlGaN and GaN, that is, the n-type AlGaN cladding layer 3 is formed below the first n-type GaN cladding layer 18, so that a high optical confinement coefficient and a small vertical It is possible to design a structure capable of satisfying both the divergence angle and to realize a semiconductor laser device having a high beam utilization efficiency and a small threshold current for an optical disk system. As described above, a low operating voltage and a low operating current can be achieved, so that power consumption can be reduced and a long-lived blue-violet semiconductor laser device can be realized.

以上、本発明に係るGaN系青紫色半導体レーザ素子及びその製造方法について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形または修正が可能であることはいうまでもない。   As described above, the GaN-based blue-violet semiconductor laser device and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to this embodiment and departs from the scope of the present invention. It goes without saying that various modifications or corrections can be made without doing so.

例えば、第1、第2実施形態で用いたGaN基板及びサファイア基板はいかなる面方位でも良く、また例えば(0001)面等の代表面からオフアングルのついた面方位であっても良い。また、基板は、SiC基板、ZnO基板、Si基板、GaAs基板、GaP基板、InP基板、LiGaO2基板、LiAlO2基板あるいはこれらの混晶などであっても良い。また、導波路ストライプは転位密度が106cm-2台以下の部分で形成されていることが望ましい。また、レーザ構造が形成されたエピタキシャル成長層は、所望のレーザ特性が実現できる限りはいかなる組成比であっても良く、いかなる多層構造を含んでも良く、またMOCVD法でなく、例えば、分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法あるいはハイドライド気相成長 (Hydride Vapor Phase Epitaxy:HVPE) 法により形成された層を含んでも良い。また、レーザ構造が形成されたエピタキシャル成長層はAs、PなどのV族元素あるいはBなどのIII族元素を構成元素として含んでいても良い。また、ブロック層は、半絶縁性の導電型を有してもよい。 For example, the GaN substrate and sapphire substrate used in the first and second embodiments may have any plane orientation, and may have a plane orientation with an off-angle from a representative plane such as the (0001) plane. The substrate may be a SiC substrate, a ZnO substrate, a Si substrate, a GaAs substrate, a GaP substrate, an InP substrate, a LiGaO 2 substrate, a LiAlO 2 substrate, or a mixed crystal thereof. In addition, the waveguide stripe is preferably formed in a portion having a dislocation density of 10 6 cm −2 or less. In addition, the epitaxial growth layer on which the laser structure is formed may have any composition ratio as long as desired laser characteristics can be realized, may include any multilayer structure, and is not MOCVD, for example, molecular beam epitaxy ( A layer formed by a molecular beam epitaxy (MBE) method or a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method may be included. Further, the epitaxial growth layer in which the laser structure is formed may contain a group V element such as As or P or a group III element such as B as a constituent element. The block layer may have a semi-insulating conductivity type.

本発明にかかる半導体レーザ素子は、高密度光ディスクシステムの書き込み及び読み出し光源として使用できる、高出力あるいは低雑音のGaN系青紫色半導体レーザ素子として有用である。   The semiconductor laser device according to the present invention is useful as a high-power or low-noise GaN blue-violet semiconductor laser device that can be used as a light source for writing and reading in a high-density optical disk system.

本発明の第1の実施形態における半導体レーザを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor laser in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における半導体レーザの製造方法を示す構成図である。It is a block diagram which shows the manufacturing method of the semiconductor laser in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における半導体レーザを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor laser in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における半導体レーザの製造方法を示す構成図である。It is a block diagram which shows the manufacturing method of the semiconductor laser in the 2nd Embodiment of this invention. 従来例における赤外半導体レーザの断面図である。It is sectional drawing of the infrared semiconductor laser in a prior art example. 従来例における青紫色半導体レーザの断面図である。It is sectional drawing of the blue-violet semiconductor laser in a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 GaN基板
2 n型GaN層
3 n型AlGaNクラッド層
4 第1のn型GaNガイド層
5 第2のn型GaNガイド層
6 p型AlGaNブロック層
7 InGaN多重量子井戸活性層
8 アンドープGaNガイド層
9 p型AlGaN電子障壁層
10 p型AlGaNクラッド層
11 p型GaNコンタクト層
12 Ti/Al/Ni/Auオーミック電極
13 Ni/Pt/Auオーミック電極
14 Ti/Auパッド電極
15 フォトレジスト
16 サファイア基板
17 SiO2マスク
18 第1のn型GaNクラッド層
19 第2のn型GaNクラッド層
20 n型InGaNガイド層
21 アンドープInGaNガイド層
22 p型GaNクラッド層
23 GaAs基板
24 n型AlGaAsクラッド層
25 アンドープAlGaAs活性層
26 第1のp型AlGaAsクラッド層
27 n型AlGaAsブロック層
28 第2のp型AlGaAsクラッド層
29 p型GaAsコンタクト層
30 AuGeNi/Auオーミック電極
31 Ti/Pt/Auオーミック電極
32 Ni/Au電極
33 第1のp型AlGaNクラッド層
34 n型AlGaNブロック層
35 第2のp型AlGaNクラッド層
1 GaN substrate 2 n-type GaN layer 3 n-type AlGaN cladding layer 4 first n-type GaN guide layer 5 second n-type GaN guide layer 6 p-type AlGaN block layer 7 InGaN multiple quantum well active layer 8 undoped GaN guide layer 9 p-type AlGaN electron barrier layer 10 p-type AlGaN cladding layer 11 p-type GaN contact layer 12 Ti / Al / Ni / Au ohmic electrode 13 Ni / Pt / Au ohmic electrode 14 Ti / Au pad electrode 15 photoresist 16 sapphire substrate 17 SiO 2 mask 18 First n-type GaN cladding layer 19 Second n-type GaN cladding layer 20 n-type InGaN guide layer 21 undoped InGaN guide layer 22 p-type GaN cladding layer 23 GaAs substrate 24 n-type AlGaAs cladding layer 25 undoped AlGaAs Active layer 26 First p-type AlGaAs cladding layer 27 n-type AlGaAs blocking layer 28 second p-type AlGaAs cladding layer 29 p-type GaAs contact layer 30 AuGeNi / Au ohmic electrode 31 Ti / Pt / Au ohmic electrode 32 Ni / Au electrode 33 First p-type AlGaN cladding layer 34 n-type AlGaN blocking layer 35 Second p-type AlGaN cladding layer

Claims (25)

基板と、
前記基板の上に形成された、開口部が設けられたp型または半絶縁性の電流阻止層と、
少なくとも前記開口部内に形成された、n型の半導体層と、
前記電流阻止層の上に形成された発光層とを備える
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
A substrate,
A p-type or semi-insulating current blocking layer provided on the substrate and provided with an opening;
An n-type semiconductor layer formed at least in the opening;
And a light-emitting layer formed on the current blocking layer.
前記半導体層は、最上面が平坦であり、
前記発光層は、前記半導体層と接するように前記半導体層の上に形成される
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor layer has a flat top surface,
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the light emitting layer is formed on the semiconductor layer so as to be in contact with the semiconductor layer.
前記電流阻止層は、前記半導体層よりも小さな屈折率を有する
ことを特徴とする請求項2記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the current blocking layer has a refractive index smaller than that of the semiconductor layer.
前記電流阻止層は、複数種類の不純物が添加された部分を有する
ことを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the current blocking layer has a portion to which a plurality of types of impurities are added.
前記電流阻止層は、組成の異なる複数の層から構成される
ことを特徴とする請求項4記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the current blocking layer includes a plurality of layers having different compositions.
前記半導体層は、第1半導体層と、前記第1半導体層と接するように、前記第1半導体層の上に形成された第2半導体層とから構成され、
前記第1半導体層は、前記電流阻止層と前記基板との間に形成され、
前記第2半導体層は、前記開口部と、前記電流阻止層と前記発光層との間とに形成され、
前記第1半導体層における不純物濃度は、前記発光層側の方が前記基板側よりも大きい
ことを特徴とする請求項5記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor layer includes a first semiconductor layer and a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer so as to be in contact with the first semiconductor layer;
The first semiconductor layer is formed between the current blocking layer and the substrate;
The second semiconductor layer is formed between the opening and the current blocking layer and the light emitting layer,
The semiconductor laser device according to claim 5, wherein the impurity concentration in the first semiconductor layer is higher on the light emitting layer side than on the substrate side.
前記第1半導体層の組成と前記第2半導体層の組成とは、異なる
ことを特徴とする請求項6記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 6, wherein the composition of the first semiconductor layer and the composition of the second semiconductor layer are different.
前記第1半導体層及び前記第2半導体層の不純物の濃度分布は、前記第1半導体層及び第2半導体層の界面にピークが位置する分布である
ことを特徴とする請求項7記載の半導体レーザ素子。
8. The semiconductor laser according to claim 7, wherein the concentration distribution of impurities in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is a distribution in which a peak is located at an interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. element.
前記発光層及び前記半導体層は、窒素を含む化合物半導体により構成されている
ことを特徴とする請求項8記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 8, wherein the light emitting layer and the semiconductor layer are made of a compound semiconductor containing nitrogen.
前記電流阻止層には、Mgが添加されている
ことを特徴とする請求項9記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 9, wherein Mg is added to the current blocking layer.
前記電流阻止層のMg濃度は、1×1019cm-3以下である
ことを特徴とする請求項10記載の半導体レーザ素子。
11. The semiconductor laser device according to claim 10, wherein an Mg concentration of the current blocking layer is 1 × 10 19 cm −3 or less.
前記半導体層は、GaNにより構成されている
ことを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 11, wherein the semiconductor layer is made of GaN.
前記発光層は、InGaAlNにより構成され、
前記発光層のAl組成は、前記電流阻止層の上方に位置する部分の方が前記開口部の上方に位置する部分より大きい
ことを特徴とする請求項12記載の半導体レーザ素子。
The light emitting layer is made of InGaAlN,
13. The semiconductor laser device according to claim 12, wherein the Al composition of the light emitting layer is such that a portion located above the current blocking layer is larger than a portion located above the opening.
前記発光層のIn組成は、前記電流阻止層の上方に位置する部分の方が前記開口部の上方に位置する部分より小さい
ことを特徴とする請求項13記載の半導体レーザ素子。
14. The semiconductor laser device according to claim 13, wherein the In composition of the light emitting layer is such that a portion located above the current blocking layer is smaller than a portion located above the opening.
前記第1半導体層は、InxGa1-xN(0≦x≦1)により構成され、
前記第2半導体層は、GaNにより構成されている
ことを特徴とする請求項8記載の半導体レーザ素子。
The first semiconductor layer is composed of In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1),
The semiconductor laser device according to claim 8, wherein the second semiconductor layer is made of GaN.
前記電流阻止層は、第1のAlxGa1-xN(0≦x≦1)層と、前記第1のAlxGa1-xN層上に形成された第2のAlyGa1-yN(0≦y≦1、但しx<y)層とから構成されている
ことを特徴とする請求項5記載の半導体レーザ素子。
The current blocking layer includes a first Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) layer and a second Al y Ga 1 formed on the first Al x Ga 1-x N layer. 6. The semiconductor laser device according to claim 5, comprising: -y N (0≤y≤1, where x <y) layers.
前記電流阻止層は、AlxGa1-xN(0≦x≦1)により構成されている
ことを特徴とする請求項4記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the current blocking layer is made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1).
前記半導体層は、クラッド層として機能し、
前記半導体レーザ素子は、さらに、前記発光層と前記クラッド層との間に形成されたInxGa1-xN(0≦x≦1)により構成される光ガイド層を備える
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor layer functions as a cladding layer,
The semiconductor laser device further includes a light guide layer made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) formed between the light emitting layer and the cladding layer. The semiconductor laser device according to claim 1.
前記光ガイド層は、InGaNとGaNとが周期的に配置された周期構造を有する
ことを特徴とする請求項18記載の半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 18, wherein the optical guide layer has a periodic structure in which InGaN and GaN are periodically arranged.
基板上に第1半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、
前記第1半導体層上に電流阻止層を形成する電流阻止層形成工程と、
前記電流阻止層に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記開口部上に第2半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、
前記第2の半導体層上に発光層を形成する発光層形成工程とを含む
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
A first semiconductor layer forming step of forming a first semiconductor layer on a substrate;
Forming a current blocking layer on the first semiconductor layer; and
An opening forming step of forming an opening in the current blocking layer;
A second semiconductor layer forming step of forming a second semiconductor layer on the opening;
And a light emitting layer forming step of forming a light emitting layer on the second semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising:
前記第2半導体層形成において、上方の表面が平坦となるように前記第2半導体層を形成し、
前記発光層形成工程において、前記第2半導体層の平坦な表面上に前記発光層を形成する
ことを特徴とする請求項20記載の半導体レーザ素子の製造方法。
In forming the second semiconductor layer, forming the second semiconductor layer so that the upper surface is flat,
21. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 20, wherein, in the light emitting layer forming step, the light emitting layer is formed on a flat surface of the second semiconductor layer.
前記第2半導体層形成において、エッチング又は研磨により前記第2半導体層表面を平坦化する
ことを特徴とする請求項21記載の半導体レーザ素子の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 21, wherein in forming the second semiconductor layer, the surface of the second semiconductor layer is planarized by etching or polishing.
前記電流阻止層は、p型または半絶縁性の導電型を有し、
前記電流阻止層形成工程において、前記第1半導体層上に不純物を添加して前記電流阻止層の一部を形成した後、前記電流阻止層の一部上に不純物を添加せずに前記電流阻止層の他部を形成する
ことを特徴とする請求項22記載の半導体レーザ素子の製造方法。
The current blocking layer has a p-type or semi-insulating conductivity type,
In the current blocking layer forming step, after adding an impurity on the first semiconductor layer to form a part of the current blocking layer, the current blocking layer is added without adding an impurity on a part of the current blocking layer. 23. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 22, wherein the other part of the layer is formed.
前記発光層、前記第1半導体層及び前記第2半導体層は、窒素を含む化合物半導体により構成されている
ことを特徴とする請求項23記載の半導体レーザ素子の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 23, wherein the light emitting layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are made of a compound semiconductor containing nitrogen.
前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、前記発光層と前記第2半導体層との間に、InGaNとGaNとを周期的に配置して光ガイド層を形成する光ガイド層形成工程を含み、
前記光ガイド層形成工程において、前記InGaNを前記GaNよりも低温で結晶成長させて光ガイド層を形成する
ことを特徴とする請求項24記載の半導体レーザ素子の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor laser device further includes a light guide layer forming step of forming a light guide layer by periodically arranging InGaN and GaN between the light emitting layer and the second semiconductor layer,
25. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 24, wherein in the optical guide layer forming step, the optical guide layer is formed by crystal growth of the InGaN at a temperature lower than that of the GaN.
JP2005176841A 2004-06-21 2005-06-16 Semiconductor laser device and manufacturing method thereof Pending JP2006041490A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005176841A JP2006041490A (en) 2004-06-21 2005-06-16 Semiconductor laser device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004182652 2004-06-21
JP2005176841A JP2006041490A (en) 2004-06-21 2005-06-16 Semiconductor laser device and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006041490A true JP2006041490A (en) 2006-02-09

Family

ID=35906096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005176841A Pending JP2006041490A (en) 2004-06-21 2005-06-16 Semiconductor laser device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006041490A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008021905A (en) * 2006-07-14 2008-01-31 Sharp Corp Semiconductor laser device, semiconductor laser device manufacturing method and application system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09283854A (en) * 1996-04-17 1997-10-31 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser device
JP2002026456A (en) * 2000-06-30 2002-01-25 Toshiba Corp Semiconductor device, semiconductor laser, method of manufacturing the same, and etching method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09283854A (en) * 1996-04-17 1997-10-31 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser device
JP2002026456A (en) * 2000-06-30 2002-01-25 Toshiba Corp Semiconductor device, semiconductor laser, method of manufacturing the same, and etching method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008021905A (en) * 2006-07-14 2008-01-31 Sharp Corp Semiconductor laser device, semiconductor laser device manufacturing method and application system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5036617B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP3653169B2 (en) Gallium nitride semiconductor laser device
JP2011101039A (en) Nitride semiconductor laser device
JP2008109092A (en) Semiconductor light emitting device
WO2001095446A1 (en) Semiconductor laser device, and method of manufacturing the same
JP5076656B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JPH10321910A (en) Semiconductor light emitting device
JPH11298090A (en) Nitride semiconductor device
US7508001B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
US6620641B2 (en) Semiconductor light emitting device and its manufacturing method
JP3716974B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4162560B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP4178807B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP5507792B2 (en) Group III nitride semiconductor optical device
JP2009038408A (en) Semiconductor light emitting device
JP2008028375A (en) Nitride semiconductor laser device
JP3735638B2 (en) Semiconductor laser and manufacturing method thereof
JP4955195B2 (en) Nitride semiconductor device
JP4146881B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting device, epi-wafer and method of manufacturing the same
JP4179280B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
JP2006229210A (en) Nitride semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP5532082B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP3644446B2 (en) Nitride semiconductor device
JP2006041490A (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4415440B2 (en) Manufacturing method of semiconductor laser

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080609

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110121

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111108

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120306