JP4179802B2

JP4179802B2 - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4179802B2
Application number: JP2002151885A
Authority: JP
Inventors: 俊之川上; 元隆種谷; 茂稔伊藤; 智輝大野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP2003347675A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子とその製造方法に関し、特に光情報機器等の光源に適用して好適なＧａＮ系半導体レーザ素子の製造歩留まりの改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ族元素のＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等とＶ族元素のＮとを含むＧａＮ系半導体は、そのバンド構造や化学的安定性の観点から発光素子用やパワーデバイス用の化合物半導体材料として期待され、その応用が試みられてきた。特に、次世代の光学情報記録装置用光源として、たとえばサファイア基板上にＧａＮ系半導体層を積層して青色半導体レーザを作製する試みが盛んに行われている。
【０００３】
これら青緑色半導体レーザのうちで、リッジ導波路の境界で屈折率差を生じさせることによってその導波路内に光を閉じこめてレーザ発振を行わせている例が、図１４の模式的な断面図に示されている（例えば Jpn. J. Appl. Phys., Vol.37 (1998) pp.L309−L312、および Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 39, (2000) pp.L647−650 など参照）。この従来のＧａＮ系半導体レーザ５００においては、（０００１）面サファイア基板（図示せず）上にＧａＮ厚膜を形成してサファイア基板を除去し、その（０００１）面ＧａＮ基板５０１上に、ｎ型ＧａＮバッファ層５０２、ｎ型ＧａＮコンタクト層５０３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５０４、ｎ型ＧａＮガイド層５０５、ＩｎＧａＮを利用した多重量子井戸活性層５０６、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層５０７、ｐ型ＧａＮガイド層５０８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５０９、およびｐ型ＧａＮコンタクト層５１０が順次積層されている。
【０００４】
半導体レーザ５００は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５０９の上部とｐ型ＧａＮコンタクト層５１０により構成された直線状のリッジストライプ５１１を有し、活性層５０６に平行な方向にステップ状の屈折率分布を作り付けることによって水平横モードの閉じ込めを行う。
【０００５】
リッジストライプ５１１の両側面には、活性層５０６からの光を吸収しないＳｉＯ₂絶縁膜５１２が堆積され、リッジストライプ５１１の頂面のみから電流注入するように電流狭窄層が形成されている。
【０００６】
リッジストライプ５１１の頂面上およびＳｉＯ₂絶縁膜５１２上にはｐ型電極５１３が堆積される。また半導体レーザ５００の上部では、リッジストライプ５１１と平行な端部を有するメサ５１５が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層５０３の一部が露出させられる。そのｎ型ＧａＮコンタクト層５０３の露出部上にｎ型電極５１４が堆積され、これは半導体レーザ５００に電流を注入する役割を果たす。
【０００７】
共振器端面はドライエッチングにより形成され、その後に、リッジストライプ５１１と平行にウエハを分割して半導体レーザ素子５００が得られる。この半導体レーザ素子５００では、リッジストライプ部５１１でのステップ状屈折率分布により光閉じ込めを行い、低閾値で安定した水平横モードの発振が得られている。また、素子寿命についても１００００時間以上が達成されており、素子寿命についての信頼性に関してはほぼ技術が完成されていると考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１４に示されているようなＧａＮ系半導体レーザでは、リッジストライプは１〜３μｍの範囲内の幅に形成される。このようなレーザ素子において所望の光学的特性を得ようとすれば、ストライプ幅を±０．１μｍ以内程度の精度に収めることが、素子歩留まりを向上させるために必要である。
【０００９】
ところで、ＧａＮ系半導体レーザにおいて、リッジストライプを形成する方法としては、次の２通りの方法が知られている。
【００１０】
１つ目は、基板上に第一のクラッド層と活性層と第二のクラッド層とを含むレーザ用の層構造を有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法等で形成した上にストライプ状のフォトレジストを形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングにより、フォトレジストで保護されたストライプ部以外の部分について第二のクラッド層の所望の深さまで掘り込む方法である。
【００１１】
２つ目は、ＭＯＣＶＤ法等で第一のクラッド層と活性層と第二のクラッド層とを含む層構造を形成した上に絶縁物等の誘電体膜を被覆し、フォトリソグラフィを利用してその誘電体膜にストライプ状の開口部を設け、この開口部に第三のクラッド層をＭＯＣＶＤ法等で選択結晶成長させる方法である。
【００１２】
しかしながら、１つ目の方法では、エッチング条件やフォトレジストの形状などの因子に依存して、リッジストライプの幅が容易にずれてしまうことが知られている。２つ目の方法においても、選択結晶成長中に誘電体膜の開口部縁が食われてその開口部が広がってしまうという問題が生じることがある。また、誘電体膜に設ける開口部の初期幅の精度についても問題が残る。さらに、ＧａＮ系デバイスでは比較的大きく格子定数が異なる化合物半導体層を積層するのでウエハが反りやすく、なお一層フォトプロセスの精度が落ちるという問題がある。
【００１３】
以上のように、ストライプ幅の精度を確保するためには製造ロットごとに毎回製造条件を見極めるなどの煩雑な手続きを必要とする上、それでもなおストライプ幅の精度に問題が生ずる場合が多かった。
【００１４】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、条件出しなどの煩雑な手続きを必要とせずかつストライプ幅に高い精度が要求される場合でも歩留まりよく作製しうる半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様によれば、半導体レーザ素子は、複数の層により構成された半導体積層構造を含み、異ならしめた幅を有する複数のストライプ状導波路がその半導体積層構造中に含まれており、それら複数のストライプ状導波路の異なる幅に対応したマーカーが設けられていることを特徴としている。なお、複数のストライプ状導波路の幅の最小から最大までの変化量は、０．６μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００１６】
複数のストライプ状導波路は互いに電気的に分離されており、選択された一つの導波路に電力が供給されるようにワイヤが接続され得る。他方、複数のストライプ状導波路の上方には電極層が形成され、選択された一つのストライプ状導波路の上方では電極層下に電流阻止層が形成されず、他のストライプ状導波路の上方では電極層下に電流阻止層が形成されていてもよい。電極層は、電流阻止層の少なくとも一部に接して形成され得る。電流阻止層は、酸化物、窒化物、金属間化合物、およびノンドープ半導体から選択しうる絶縁体または抵抗率の大きい物質で形成し得る。
【００１７】
複数のストライプ状導波路のうちで選択されて電力が供給される導波路は、レーザ素子の中央部に位置していることが好ましい。また、ストライプ状導波路上方の電極において、電力を供給するためのワイヤを取り付けるための幅広領域が設けら得る。
【００１８】
半導体レーザ素子の活性層がＡｌ_XＧａ_YＩｎ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１；０≦Ｙ≦１；０≦Ｘ＋Ｙ≦１）からなる量子井戸構造をなし、その活性層がクラッド層により挟まれていることが好ましい。他方、半導体レーザ素子の活性層がＡｌ_XＧａ_YＩｎ_1-X-YＰ_1-ZＡｓ_Z（０≦Ｘ≦１；０≦Ｙ≦１；０≦Ｚ≦１；０≦Ｘ＋Ｙ≦１)からなる量子井戸構造をなし、その活性層がクラッド層により挟まれていてもよい。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、ＧａＮ系半導体レーザ素子は、ＧａＮ系半導体からなるクラッド層に挟まれた活性層を含む半導体積層構造を有し、両側方の領域に比べて実効的に大きい屈折率を有する複数のストライプ状領域が互いに幅を異ならしめて半導体積層構造中に設けられており、それら複数のストライプ状領域の異なる幅に対応したマーカーが設けられていることを特徴としている。なお、それらのストライプ状領域は、結晶の選択成長を利用して形成され得る。
【００２０】
本発明のさらに他の態様によれば、ＧａＮ系半導体レーザ素子は、ＧａＮ系半導体からなるクラッド層に挟まれた活性層を含む半導体積層構造を有し、この半導体積層構造中で長手方向に少なくとも一つの狭隘部とその狭隘部に比べて幅の大きな幅広部とを含むストライプ状導波路の複数が形成されており、これら複数のストライプ状導波路は狭隘部と幅広部の設計値幅が互いに同じ変化幅または変化割合で異ならしめられた導波路を含み、それら複数のストライプ状導波路の異なる設計値幅に対応したマーカーが設けられていることを特徴としている。
【００２１】
本発明のさらに他の態様によれば、ＧａＮ系レーザウエハは、基板上に堆積されたＧａＮ系半導体レーザ積層構造を有していてこの積層構造をチップに分割すべき複数のチップ領域を含み、これらチップ領域の各々は幅を異ならしめた複数のストライプ状導波路を含み、それら複数のストライプ状導波路の異なる幅に対応したマーカーが設けられており、それらのストライプ状導波路の選択手段を備えていることを特徴としている。なお、その選択手段は、レーザウエハの一部領域に設けられた共振器を含むレーザ素子構造であり得る。
【００２２】
本発明のさらに他の態様によれば、ＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、基板上にＧａＮ系半導体レーザ積層構造を堆積する工程と、少なくともいくつかの幅を互いに異ならしめた複数のストライプ状導波路をレーザ積層構造中に形成する工程と、それら複数のストライプ状導波路の異なる幅に対応したマーカーを設定する工程と、それら複数のストライプ状導波路の各々に対応して共振器を含むレーザ構造を作製する工程と、その共振器を含むレーザ構造を利用して複数のストライプ状導波路を選択する工程とを含むことを特徴としている。
【００２３】
なお、ストライプ状導波路を選択する工程は、共振器を含むレーザ構造に電流を注入して出射されたレーザ光を観察することによってなされ得る。他方、ストライプ状導波路を選択する工程は、レーザ構造に励起光を照射することによって出射されたレーザ光を観察することによってもなされ得る。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（用語の定義）
まずはじめに、本願明細書に用いられる用語の意義を明確にしておく。
【００２５】
「ＧａＮ系半導体」とは、少なくともＧａとＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であって六方晶構造を有するものを意味する。
【００２６】
「ストライプ方向」とは、リッジストライプなどのストライプ状導波路と平行な方向を意味し、「活性層に平行方向」とは、ストライプ方向と活性層の法線とに対して直角をなす方向を意味する。
【００２７】
リッジストライプの「幅」とは、そのリッジストライプ底部における幅を意味し、活性層に平行方向に沿って測定される。また、リッジストライプの底部とは半導体層の堆積開始側を指す。このように幅を規定するのは、製法上の都合等に起因して、リッジストライプの底部と頂部で幅が異なることがあるからである。
【００２８】
（問題の調査）
まず、本発明者らは、図１４に示す従来例と同様な構造においてどの程度の問題が生じているか調査した。この従来例においては、レーザ素子中の各層を結晶成長させた後に、リッジストライプをドライエッチングにより形成している。
【００２９】
そこで、ストライプ幅の設定値１．５μｍ、２．０μｍ、および２．５μｍでリッジストライプ構造を形成し、それらの実際の幅を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で測定した。図１３は、設定ストライプ幅（μｍ）を横軸に表し、実測されたストライプ幅（μｍ）を縦軸に表してプロットしたグラフである。どの設定値幅に関しても、それらの幅に±０．３μｍものばらつきがあることがわかる。また、設定値幅に対して実際のストライプ幅が実用上問題のない±０．１μｍ以内の誤差範囲内にに収まっているウエハの歩留まりは、おおよそ３割程度しかないことが判った。
【００３０】
以上のような調査に基づいて、本発明の実施形態について、以下において図面を参照しつつ説明する。なお、本願の各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を示している。
【００３１】
（実施形態１）
図１の断面図と図２の上面図は実施形態１におけるＧａＮ系半導体レーザ素子を模式的に図解している。また、図３は実施形態１におけるＧａＮ系半導体レーザウエハを模式的に図解しており、（Ａ）は上面図を表し、（Ｂ）は断面図を表している。
【００３２】
実施形態１のレーザ素子の作製に際しては、まず（０００１）主面を有する厚さ４００μｍのｎ型ＧａＮ基板１０１を洗浄し、ＭＯＣＶＤ装置内において水素（Ｈ₂）雰囲気中で約１１００℃の高温クリーニングを行う。その後に基板温度を６００℃に下げ、シラン（ＳｉＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）、およびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をキャリアガスのＨ₂とともにを導入し、ｎ型ＧａＮ基板１０１の第一の主面に厚さ０．０３μｍのｎ型ＧａＮバッファ層１０２を成長させる。なお、バッファ層１０２はＧａＮ基板の表面歪の緩和のため、表面モフォロジや凹凸の改善（平坦化）のためなどを目的に設けられるが、ＧａＮ基板の結晶性が優れている場合にはバッファ層１０２が省略されてもよい。
【００３３】
次に、Ｎ₂とＮＨ₃を流しながら約１０５０℃まで昇温し、その後にキャリアガスＨ₂とともにＴＭＧとＳｉＨ₄を導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３を厚さ４μｍに成長させる。そして、ＴＭＧとトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を所定流量で導入して、厚さ０．９５μｍのｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０４を堆積する。さらに、ＴＭＡの供給を停止してＴＭＧを導入し、ｎ型ＧａＮガイド層１０５を厚さ０．１μｍに成長させる。
【００３４】
その後にＴＭＧの供給を停止し、キャリアガスをＨ₂からＮ₂に代えて７００℃まで降温し、トリメチルインジュウム（ＴＭＩ）およびＴＭＧを導入し、Ｉｎ_VＧａ_1-VＮ（０≦Ｖ≦１）よりなる障壁層を成長させる。次に、ＴＭＩの供給を所定量まで増加させ、Ｉｎ_WＧａ_1-WＮ（０≦Ｗ≦１；Ｖ＜Ｗ）よりなる井戸層を成長させる。これを繰り返してＩｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との交互積層構造（障壁層／井戸層／・・・井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活性層１０６を形成する。障壁層および井戸層を形成するＩｎＧａＮの組成比および膜厚は、発光波長が３７０〜４３０ｎｍの範囲内になるように設計し、井戸層の層数は３である。
【００３５】
ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０６の形成が終了するれば、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ₂からＨ₂に代えて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、およびｐ型ドーピング原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を流し、厚さ０．０２μｍのｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ蒸発防止層１０７を成長させる。ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層１０７の成長後、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を調整して、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８を成長させる。次に、ＴＭＡを所定量導入してＴＭＧの流量を調整し、厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０９を堆積する。
【００３６】
最後に、ＴＭＡの供給を停止してＴＭＧの供給量を調整し、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１１０の形成を行い、これによってエピタキシャル結晶成長を終了する。結晶成長の終了後、ＴＭＧおよびＣｐ₂Ｍｇの供給を停止して降温し、室温でウエハをＭＯＣＶＤ装置より取り出す。
【００３７】
続いて、エピタキシャル成長の終了したウエハをレーザ素子にするために加工する。本実施形態１では、幅２．０μｍ±０．１μｍのリッジストライプを有する素子を作製する。そのために、５本のストライプ状レジストの幅の中心値を２．０μｍとして、１．７μｍから２．３μｍまで０．１５μｍ刻みの設定幅で、ＧａＮ基板の＜１−１００＞方向に平行にそれらのストライプ状レジストを形成する。このとき、ウエハ全面上において、各設定幅ごとに１本づつ計５本のレジストストライプが８０μｍ間隔で平行に配置されたブロックが繰り返して並べられる。すなわち、素子に分割すべき一つの領域内に設定幅１．７μｍから２．３μｍのレジストストライプが１本ずつ（合計５本）形成される。なお、このようなレジストストライプは、フォトレジストマスクにより自由に設計することが可能である。
【００３８】
この後、レジストストライプで保護されている以外の部分において、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９が０．０５μｍ程度の厚さになるまでＲＩＥによってエッチングして、リッジストライプ１１１ａ〜１１１ｅの形成を行う。
【００３９】
以上のようなストライプ状レジストの形成およびリッジストライプ１１１の形成のプロセスでは、日々のわずかな条件の変化により、ストライプ幅の実測値には設定値からのずれが生じる。すなわち、実際に形成されるリッジストライプの幅は、設定値からずれていることが多い。
【００４０】
次に、電流狭窄のためにＳｉＯ₂からなる誘電体膜１１２を０．２５μｍ程度の厚さに蒸着する。これにより、レーザ発振に必要な電力はリッジストライプ１１１ａ〜１１１ｅの頂上のみから供給され得るようになる。次いでレジストを剥離してｐ型ＧａＮコンタクト層１１０の上面を露出させたのち、各リッジストライプ間を電気的に分離するために、新たなレジストラインパターンをリッジストライプ１１１ａ〜１１１ｅのそれぞれの間に形成する。これらのレジストラインをマスクとしてＰｄ／Ｍｏ／Ａｕの順序で蒸着してｐ型用電極１１３を形成することによって、各リッジストライプ間を電気的に分離する。このとき、図２に示されているようにｐ型用電極１１３の上面形状を、狭隘部と幅広部が繰り返しパターンになるようにする。これは、ストライプ状導波路１１１の間隔が８０μｍしかないので、後にレーザ素子に電力を供給するためのワイヤボンディングを行う領域を確保するためである。最後にｎ型ＧａＮ基板１０１の第二の主面上にＴｉ／Ａｌの順序で蒸着し、ｎ型用電極１１４を形成する。
【００４１】
ｎ型用電極１１４まで形成したウエハについて、形成後のストライプ幅が２．０μｍに最も近いリッジストライプを選択する。図３（Ａ）は本実施形態１に係るウエハの上面図であり、（Ｂ）は断面図である。リッジストライプの選択を行うため、図３に示されるようにウエハの端近くにおいて共振器長５００μｍ程度のストライプ選択用のレーザ部１１５と、後に完成品として分割すべき素子レーザ部１１６とを作製する。このために、まず、ストライプ選択用レーザ部１１５の共振器となるべき領域以外において、ウエハをレジストでコーティングする。続いて、スパッタリングやウェットエッチングによってレジスト非被覆領域のｐ型用電極や誘電体膜を部分的に除去し、ドライエッチングにてｎ型ＧａＮ基板１０１に至る程度まで掘り込んでエッチドミラーを形成する。その後、レジストを除去して、ストライプ選択用レーザ部１１５が完成する。
【００４２】
図３から判るように、ストライプ選択用レーザ部１１５中の各共振器は、分割すべき素子レーザ部１１６内の一つのリッジストライプと関係付けられている。すなわち、形成されたストライプ選択用レーザ部１１５に通電して発振させ、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）を観察することによって、最も設計値幅に近いリッジストライプを選択することができる。なお、ストライプ選択用レーザ部１１５の作製時に、図３に示されているようにエッチングの深さを十分深くしてレーザ積層体１０より深い位置まで掘り込むか、またはストライプ選択用の共振器をウエハ端に十分近い位置に形成するなどして、ＦＦＰが観察できるようにすれば、ＦＦＰの解析が容易となる。
【００４３】
ストライプの選択のためには、１．７μｍ〜２．３μｍ範囲の設定で形成したリッジストライプ５本分について測定すればよい。実際に最も２．０μｍに近い幅を有するリッジストライプとしては、リッジストライプ形成プロセスに依存して、全てのリッジストライプが太めになれば設定値が細いリッジストライプが該当し、逆の場合には設定値が太いストライプが該当する。本実施形態ではストライプ幅を０．１５μｍ刻みで形成しているので、リッジストライプ幅の精度は２．０μｍ±０．０７５μｍとなり、必要な精度を満たすことができる。
【００４４】
次に、電極まで形成したウエハをＧａＮ基板の＜１１−２０＞方向へ劈開してバー状に分割し、ストライプ方向に直交するレーザ共振器端面を形成する。実施形態１では、共振器長は５００μｍにされる。
【００４５】
バー状の分割後、各バーをストライプ方向に素子分割する。スクライブ時の針圧（バーに針を押し当てる時の荷重）を大きくし、押し割ることで素子分割し得る。この際に、選択されたリッジストライプがチップの中央になるように素子分割する。こうすることによって、異なるウエハから切り出された素子間において、放射されるレーザ光の位置がチップに関して大きく変動することがないので、レーザチップを支持台にマウントするときに位置の制御が容易になる。また、素子に電力を供給するためのワイヤをボンディングする位置を素子ごとに変更する必要がないので、工程中のエラーによって歩留まりを下げる可能性が小さくなる。
【００４６】
以上のプロセスにより得られたレーザ素子１００が、図１の模式的な断面図に示されている。なお図１では中央のリッジストライプを含めて３本分だけが描かれ、他の部分は図示省略されている。図２は図１に示されたレーザ素子１００の上面図である。それぞれの設定幅のリッジストライプ１１１a〜１１１eが形成されている。また、ｐ型用電極１１３の上面形状は、狭隘部と幅広部が繰り返され、レーザを実装する際のワイヤボンディングを幅広領域に行うことができる。ただし、各リッジストライプ間の間隔を大きく取った場合には、隣接するｐ型用電極間を直線的に分離してもよい。
【００４７】
最後に、素子を支持台にマウントし、選択されたリッジストライプのみに電力が供給されるようにワイヤボンディングを行って、素子を動作可能にさせる。
【００４８】
以上のように構成されたＧａＮ系レーザ素子１００では、リッジストライプ１１１に対応する部分とその両側の部分との実効屈折率差により水平方向の光場がリッジストライプ１１１に対応する部分に閉じ込められ、いわゆる実屈折率導波路が実現される。リッジストライプ１１１の形成時において、ストライプ幅の設定値として中心値±０．３μｍ幅の範囲内で逐次的に変化させられた幅のレジストストライプを形成してからリッジストライプ１１１の形成を行っているので、プロセスが内包する誤差精度±０．３μｍをキャンセルすることができる。本実施形態では所望のリッジストライプ幅に対して±０．０７５μｍの精度で形成が行えるので、レーザの光学的特性に対する誤差を許容範囲内に押えることができる。これにより、実用上問題のないストライプ幅を持ったウエハの歩留まりを９割以上にまで高めることが可能となる。
【００４９】
（実施形態２）
図４の断面図は図１に類似しているが、実施形態２によるＧａＮ系半導体レーザ素子２００を模式的に図解している。本実施形態においても、２．０μｍ±０．１μｍの範囲の実測値幅を有するリッジストライプを形成する場合について説明する。
【００５０】
実施形態２が実施形態１と異なる第１の点は、リッジストライプ１１１を形成する際のレジストストライプの幅が、２．０μｍを中心値として１．６μｍから２．４μｍまで０．１μｍ刻みの設定値にされることである。これに伴い、各リッジストライプ１１１間の間隔を５０μｍとする。この結果、ストライプ幅の誤差精度を±０．０５μｍに高めることができる。
【００５１】
実施形態２が実施形態１と異なる第２の点は、選択されたリッジストライプのみの頂上から電力を供給するために、他のリッジストライプの上面が、電力の供給を妨げる電流阻止層で覆われることである。このような構造は、以下のようにして作製され得る。
【００５２】
すなわち、実施形態１におけるように誘電体膜１１２の形成後に図３に例示されたようなストライプ選択用レーザ部１１５を設け、本実施形態２では光励起等でＦＦＰを観察する。そして、実測値で２．０μｍ幅にもっとも近いリッジストライプのみを残して、他の全領域上にＳｉＯ₂等の電流阻止層１１７を成膜する。そして、ウエハの全面上に、ｐ型用電極１１３を成膜する。
【００５３】
その後、ウエハを分割しやすくするように、基板１０１の第二主面を研磨するなどによって厚さを約１５０μｍに調整する。そして、その基板１０１の第二主面上にｎ型用電極が形成される。さらに、実施形態１と同様に、選択したリッジストライプが中央に位置するように素子を分割する。
【００５４】
本実施形態２においては、リッジストライプ間の間隔が狭くても電力供給用のワイヤをｐ型用電極１１３上へ容易にボンディングすることが可能となる。なお、電流阻止層１１７の材料としては、誘電体膜１１２として使用できる絶縁性のものの他、コンタクト層１１０と逆の導電型を有する半導体であってもよい。また、リッジストライプ１１１をドライエッチングにより形成するときに、設定ストライプ幅を判別できるマーカーを形成しておけば、ストライプ選択後の目印として使用できるので、分割やワイヤボンディング時にエラーを起こす可能性を低くすることができる。
【００５５】
以上のプロセスによりＧａＮ系レーザ素子２００が得られる。本実施形態２に係るレーザウエハの歩留まりは実施形態１と同様にすることができ、このことは後の実施形態においても同様である。
【００５６】
（実施形態３）
図５の上面図は、図２に類似しているが、実施形態３によるＧａＮ系レーザ素子３００を模式的に図解している。なお、ＧａＮ系レーザ素子３００の断面図として、図４を流用参照することができる。本実施形態においても、２．０μｍ±０．１μｍの範囲内の実測値幅を有するリッジストライプを形成する場合について説明する。
【００５７】
実施形態３が実施形態１および２と異なる点は、リッジストライプ１１１を形成する際のレジストストライプ幅が２．０μｍを中心値として１．６μｍから２．４μｍまで０．１μｍ刻みの設計値にされ、かつ各幅のものが５本ずつ含まれるようにされることである。すなわち、幅１．６μｍから２．４μｍまでの間に４５本のストライプが形成される。この結果、ストライプ幅以外の要因（例えばゴミなど）によって、幅が適正なリッジストライプの４本までが使用できなくても、残りの１本を使用することによって歩留まりの低下を食い止めることができる。
【００５８】
実施形態３では、一つの素子にリッジストライプが多数存在するので、実施形態２で述べたように、レーザ素子への電力供給を一つのリッジストライプから行うための電流阻止層１１７を形成することが好ましい。
【００５９】
なお図５では、リッジストライプ１１１を判りやすくするために、誘電体膜１１２およびｐ型用電極１１３は図示省略されている。また、リッジストライプにに関しても、中央付近の４本と周辺付近の２本のみについて描かれ、他の部分は図示省略されている。
以上により、実施形態３ではウエハの歩留まりを実施形態１と同様にすることができる上に、ウエハから切り出せる素子の歩留まり向上をも図ることができる。
【００６０】
（実施形態４）
図６の断面図は、図１に類似しているが、実施形態４によるＧａＮ系半導体レーザ素子４００を模式的に図解している。また、図７の上面図は、実施形態４のレーザ素子４００の製造工程途中におけるウエハの様子を模式的に図解している。なお、ＧａＮ系半導体レーザ素子４００の上面図として、図２を流用参照することができる。本実施形態４においても、２．０μｍ±０．１μｍの範囲の実測値幅を有するリッジストライプを形成する場合について説明する。
【００６１】
本実施形態４が実施形態１〜３と異なっている点は、リッジストライプ１１１が選択結晶成長にて形成されることである。これに伴って、ストライプ幅の設定値を±０．３μｍ程度の範囲内で変化させてリッジストライプを形成する手法に変更が生じる。
【００６２】
まず、実施形態１と同様に基板１０１上にｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８までを成長させる。続いて、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９ａを０．０５μｍ程度の厚みで成長させ、その後にＭＯＣＶＤ装置からウエハを取り出し、ＳｉＯ₂誘電体膜１１２を０．２μｍ程度の厚みに形成する。この後、幅２．０μｍを中心値として１．７μｍから２．３μｍまで０．１５μｍ刻みの設定値幅の開口部を有するストライプ状のレジストを形成する。続いてフッ酸などによるエッチングを行い、誘電体膜１１２に窓部１２０を設ける（図７参照）。
【００６３】
レジストを剥離後、ウエハをＭＯＣＶＤ装置内に戻し、誘電体膜１１２の窓部１２０からｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９ｂを選択的に厚さ０．５μｍに成長させる。すなわち、誘電体膜１１２がマスクとなり、選択結晶成長が行われる。続いて、厚さ０．０１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を成長させ、リッジストライプ１１１の形成を完了する。この後ｐ型用電極１１３およびｎ型用電極１１４を実施形態１と同様の手法で形成して素子分割すれば、本実施形態４のＧａＮ系半導体レーザ４００を得ることができる。
【００６４】
選択成長で形成されたリッジストライプ１１１の幅は、誘電体膜１１２に設けられた窓部１２０の幅で決定されるが、窓部１２０もエッチングで形成されるので、幅の設定値と実測値にずれが生じる。さらに、リッジの選択成長中に窓部１２０のエッジが食われることもあり、リッジの幅を正確に制御することは難しい。そこで、複数の窓部１２０の幅を中心値から±０．３μｍ程度の範囲内で逐次的に変化させて設定しておくことによって、所望のストライプ幅を得ることが可能となる。
【００６５】
（実施形態５）
図８の断面図と図９の上面図は、それぞれ図１と図２に類似しているが、実施形態５によるＧａＮ系半導体レーザ素子６００を模式的に図解している。また、製造工程中のウエハを模式的に表す上面図として図７を流用参照し得る。本実施形態においても、２．０μｍ±０．１μｍの範囲内の実測値幅を有するリッジストライプを形成する場合について説明する。
【００６６】
本実施形態５が実施形態１〜４と異なる第１の点は、２．０μｍを中心値として１．７μｍから２．３μｍまで０．１５μｍ刻みの設定値幅で形成される誘電体膜１１２の窓部１２０が各幅につき３本ずつ設けられており、これらの窓部１２０からリッジストライプ１１１が選択成長にて形成されることである。その形成法は、実施形態４と同様に行えばよい。また、ＧａＮ系半導体レーザ素子６００への電力の供給源となるｐ型用電極は、選択されたリッジストライプ１１１のみから電力注入できるようにされる。そのために、実施形態２に述べたのと同様に、電流阻止層１１７を形成してからｐ型用電極１１３を形成する。また、各リッジストライプ１１１は、３０μｍ程度の間隔で並べればよい。なお、図８においては、本実施形態５を判りやすくするために、電力が供給されるリッジストライプ１１１を含めて２本のストライプのみが示されている。
【００６７】
本実施形態５が実施形態１〜４と異なる第２の点は、ＧａＮ系半導体レーザ６００の基板として、ノンドープのＧａＮ基板２０１が使用されていることである。これに伴って、ｎ型用電極１１４を形成するために、ドライエッチング等でｎ型ＧａＮコンタクト層１０３の一部が露出されるまで掘り込むことによって、活性層を含むメサ１１９を形成する。そして、メサ１１９側面にショートしないように注意しながら、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３の露出部上にｎ型用電極１１４を形成する。なお、メサ１１９の形成をストライプ選択後に行えば、電力を供給するためのリッジストライプをメサ端に対して自由に位置させることが可能であり、後のプロセスが容易となる。また、メサ形成用エッチングの際に、不要となったリッジストライプを含めて掘り込めば、チップサイズを大きくする必要がなく、ウエハからの素子の取れ数に影響を与えることがない。
【００６８】
本実施形態５が実施形態１〜４と異なっている第３の点は、各ストライプ幅を指し示すマーカー１１８がリッジストライプ１１１に関連して設けられていることである。図９では、マーカー１１８が判りやすいように、ｐ型用電極１１３および電流阻止層１１７が図示省略されている。このようなマーカーは、誘電体膜１１２にリッジストライプ形成のための窓部１２０を設ける際に形成することが可能である。具体的には、マーカーとなりうる形状で誘電体膜１１２に開口部を設ければよい。このようにすることで、電流阻止層１１７の形成時に、選択されたリッジストライプを間違うことがなく、プロセスエラーを防ぐことができる。なお、マーカー１１８から電流漏れが生じる危険を避けるため、電流阻止層１１７がそれらのマーカー上にかぶさるように形成される。
【００６９】
（実施形態６）
図１０の断面図と図１１の上面図は、それぞれ図１と図２に類似しているが、実施形態６によるＧａＮ系半導体レーザ素子７００を模式的に図解している。本実施形態においても、２．０μｍ±０．１μｍの範囲内の実測値幅を有するリッジストライプを形成する場合について説明する。
【００７０】
本実施形態６が実施形態１〜５と異なっている点は、２．０μｍを中心値として１．７μｍから２．３μｍまで０．１５μｍ刻みの設定値幅で１００μｍ置きに形成される誘電体膜１１２の窓部１２０の間隙に、幅８０μｍの広いダミー開口部１２１が設けられ、この開口部１２１からｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９ｂが選択成長にて形成されることである。このときの様子が図１１に示されている。図１１では、本実施形態６を判りやすくするために、誘電体膜１１２、窓部１２０、および開口部１２１が描かれており、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド１０９ｂ、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０、電流阻止層１１７およびｐ型用電極１１３は図示省略されている。このようにすることで、選択成長により形成された半導体層の厚さや組成の制御性が向上する。なお、形成法については実施形態４と同様である。また、ＧａＮ系半導体レーザ素子７００への電力の供給方法は、実施形態５と同様である。すなわち、電流阻止層１１７を実施形態３に述べたのと同様に形成してからｐ型用電極１１３を形成する。なお図１０では、本実施形態６を判りやすくするために、電力が供給されるリッジストライプ１１１と、その両隣にあるダミー開口部１２１から成長されたｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９ｂの一部領域のみを示している。
【００７１】
（実施形態７）
図１２の上面図は図２に類似しているが、実施形態７によるＧａＮ系半導体レーザ素子８００を模式的に図解している。なお、ＧａＮ系半導体レーザ８００の断面図として図４を流用参照することができる。本実施形態７では、リッジストライプ１１１の形成および電力の供給を実施形態２と同様な手法で行う。
【００７２】
本実施形態が実施形態１〜６と異なる第１の点は、リッジストライプ１１１のレーザ光出射側に狭隘部が設けられていることである。すなわち、レーザ出射側のストライプ幅ｗ１の設定値の中心値が１．５μｍであり、共振器中央部のストライプ幅ｗ２の設定値の中心値が２．５μｍにされていることである。これは、レーザ光出射面において導波路の端面が、半導体接合面に垂直な方向に比べて平行な方向に非常に広いことに起因するＦＦＰの非対称性を改善するためである。ストライプ幅を狭くすることにより、上下方向に縦長のＦＦＰを水平方向に広げてパターンの対称性を改善することができ、素子を光学装置に組み込むのが容易になる。他方、ストライプ幅を狭くすればレーザ素子の閾値電圧上昇が問題となるが、共振器中央部の幅を比較的広くすることによってこれを解決し得る。
【００７３】
本実施形態７が実施形態１〜６と異なる第２の点は、リッジストライプ１１１を形成する際のレジストストライプが、ｗ１として１．５μｍを中心値として１．２μｍから１．８μｍまで０．１５μｍ刻みの設定値幅で、ｗ２として２．５μｍを中心値として２．２μｍから２．８μｍまで０．１５μｍ刻みの設定値幅で形成されることである。すなわち、ｗ１＝１．５μｍとｗ２＝２．５μｍの実測値幅のリッジストライプ１１１を得るために、複数のリッジストライプの幅として全体的に細いものから逐次的に太いものを用意することによって、プロセスが内包する誤差をキャンセルすることができる。各リッジストライプ１１１間の間隔は１００μｍとする。ストライプ選択は、ｗ１の精度で決定するようにし、光学系に組み込む際の歩留まりが向上するようにする。
【００７４】
なお、本実施形態７では設定幅の刻みをｗ１とｗ２の双方について０．１５μｍとしたが、これをｗ１とｗ２との割合に応じて変更してもよい。
【００７５】
図１２においては、リッジストライプ１１１を判りやすくするために、誘電体膜１１２およびｐ型用電極１１３は図示省略されている。また、リッジストライプについても中央付近の１本と、周辺付近の１本ずつについて描かれ、他の部分は図示省略されている。
【００７６】
なお、以上の実施形態で述べた作製法やレーザウエハおよび素子の材質等は、以下のように変更されてもよい。
【００７７】
まず、量子井戸層の数は、２〜６の範囲から選択すればよい。リッジストライプの設定幅の中心値は１．０μｍ程度から３．０μｍ程度までの間で所望の値に設定することができ、幅を変化させる刻みも所望の値に設定することができる。各リッジストライプ間の間隔も、用途に合わせて自由に設計することができる。また、ｐ型用電極１１３の材料としては、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、またはＮｉ／Ａｕ等を用いてもよく、ｎ型用電極１１４の材料としては、Ｈｆ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｍｏ、あるいはＨｆ／Ａｕ等を用いてもよい。
【００７８】
素子レーザ部１１６については、劈開により共振器面を形成するかわりに、ストライプ選択用の共振器作製時に同時にエッチドミラーとして形成してもよい。この場合、バー状の分割は、素子分離のためだけに行うことになる。また、共振器長も５００μｍに限定されるわけではない。さらに、素子分割については、スクライブ後にブレークする手法やダイシング等で行ってもよい。
【００７９】
さらに、ＧａＮ系半導体レーザ素子の各層厚は、実施形態中で述べたものに限定されず、適宜に変更しても本発明の効果になんら影響を与えるものではないことは言うまでもない。また、上述の各実施形態において、レーザ構造を形成する各半導体層の導電型を逆にしてもよいことは言うまでもない。さらに、各実施形態の特徴を他実施形態の特徴と適宜に組み合わせることも可能である。
【００８０】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、本願明細書では半導体レーザ素子のストライプ状導波路構造をリッジストライプ構造として説明したが、電極ストライプ構造、セルフ・アラインド・ストラクチャ（ＳＡＳ）構造を始めとして、チャネルド・サブストレイト・プレイナ（ＣＳＰ）構造など、他のストライプ状導波路構造としても、複数のストライプ状導波路構造を逐次的に幅を変えて形成することで歩留まり向上の効果が得られる。
【００８１】
次に、本願明細書ではＧａＮ系半導体レーザを例に示したが、この発明の技術的思想を他の材料系のレーザに適用することも可能である。この場合、レーザの各層をその材料系のものに変更すればよい。例えば、赤外や赤色のレーザとして用いられているＡｌ_XＧａ_YＩｎ_1-X-YＰ_1-ZＡｓ_Z（０≦Ｘ≦１；０≦Ｙ≦１；０≦Ｚ≦１；０≦Ｘ＋Ｙ≦１)のような材料を使用し、活性層にこの材料系を使用した量子井戸構造が形成されているレーザ素子にも本発明の適用が可能である。
【００８２】
また、上述の実施形態では、ＧａＮ系半導体素子の基板としてｎ型ＧａＮ基板またはノンドープＧａＮ基板を用いているが、これら以外にもサファイア基板、他のＧａＮ系基板、スピネル基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＺｒＢ₂基板またはＧａＰ基板などを使用してもよい。あるいは、これらの基板上にＧａＮ系半導体層が成長された基板、またはこれらを基礎基板としてＧａＮ系半導体層を成長させた後にその基礎基板を除去したＧａＮ系半導体層のみの基板などを用いても、発明の本質にかかわるものではないことは言うまでもない。
【００８３】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、設定幅が逐次的に異なるリッジストライプを一つのレーザ素子中に形成することにより、プロセスが内包する誤差のために最適幅のリッジストライプが形成されなくて歩留まりが低下することを防止し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１によるＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図２】図１のＧａＮ系半導体レーザ素子に対応する模式的な上面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の実施形態１によるＧａＮ系半導体レーザウエハの模式的な上面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の実施形態２によるＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施形態３によるＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的な上面図である。
【図６】本発明の実施形態４によるＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図７】本発明の実施形態４によるＧａＮ系半導体レーザ素子の製造工程におけるウエハの模式的な上面図である。
【図８】本発明の実施形態５によるＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図９】図８のＧａＮ系半導体レーザ素子に対応する模式的な上面図である。
【図１０】本発明の実施形態６によるＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図１１】図１０のＧａＮ系半導体レーザ素子に対応する模式的な上面図である。
【図１２】本発明の実施形態７によるＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的な上面図である。
【図１３】従来技術によるＧａＮ系レーザ素子のストライプ幅の分布を示すグラフである。
【図１４】従来技術によるＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ＧａＮ系半導体レーザ素子、１０１ｎ型ＧａＮ基板、２０１、５０１ノンドープＧａＮ基板、１０２、５０２ｎ型ＧａＮバッファ層、１０３、５０３ｎ型ＧａＮコンタクト層、１０４、５０４ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、１０５、５０５ｎ型ＧａＮガイド層、１０６、５０６多重量子井戸活性層、１０７、５０７ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層、１０８、５０８ｐ型ＧａＮ光ガイド層、１０９、５０９ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、１１０、５１０ｐ型ＧａＮコンタクト層、１１１、５１１リッジストライプ、１１２、５１２誘電体膜、１１３ｐ型用電極、１１４ｎ型用電極、１１５ストライプ選択用レーザ部、１１６素子レーザ部、１１７電流阻止層、１１８マーカー、１１９メサ、１２０窓部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device and a method for manufacturing the same, and more particularly to an improvement in manufacturing yield of a GaN-based semiconductor laser device suitable for application to a light source such as an optical information device.
[0002]
[Prior art]
A GaN-based semiconductor containing a group III element Al, Ga, In or the like and a group V element N is expected as a compound semiconductor material for a light emitting device or a power device from the viewpoint of its band structure and chemical stability. Its application has been tried. In particular, as a light source for the next generation optical information recording apparatus, for example, a blue semiconductor laser is actively produced by laminating a GaN-based semiconductor layer on a sapphire substrate, for example.
[0003]
Among these blue-green semiconductor lasers, an example in which laser oscillation is performed by confining light in the waveguide by causing a difference in refractive index at the boundary of the ridge waveguide is a schematic cross-sectional view of FIG. (For example, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 37 (1998) pp. L309-L312 and Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 39, (2000) pp. L647-650). Etc.) In this conventional GaN-based semiconductor laser 500, a GaN thick film is formed on a (0001) plane sapphire substrate (not shown), the sapphire substrate is removed, and an n-type is formed on the (0001) plane GaN substrate 501. GaN buffer layer 502, n-type GaN contact layer 503, n-type AlGaN cladding layer 504, n-type GaN guide layer 505, multiple quantum well active layer 506 using InGaN, p-type AlGaN evaporation prevention layer 507, p-type GaN guide layer 508, a p-type AlGaN cladding layer 509, and a p-type GaN contact layer 510 are sequentially stacked.
[0004]
The semiconductor laser 500 has a linear ridge stripe 511 composed of an upper portion of a p-type AlGaN cladding layer 509 and a p-type GaN contact layer 510, and creates a step-like refractive index distribution in a direction parallel to the active layer 506. By attaching it, the horizontal and transverse modes are confined.
[0005]
SiO that does not absorb light from the active layer 506 is formed on both side surfaces of the ridge stripe 511. ₂ An insulating film 512 is deposited, and a current confinement layer is formed so as to inject current only from the top surface of the ridge stripe 511.
[0006]
On top of ridge stripe 511 and SiO ₂ A p-type electrode 513 is deposited on the insulating film 512. A mesa 515 having an end parallel to the ridge stripe 511 is formed on the semiconductor laser 500, and a part of the n-type GaN contact layer 503 is exposed. An n-type electrode 514 is deposited on the exposed portion of the n-type GaN contact layer 503, which serves to inject current into the semiconductor laser 500.
[0007]
The cavity end face is formed by dry etching, and then the wafer is divided in parallel with the ridge stripe 511 to obtain the semiconductor laser device 500. In this semiconductor laser device 500, light is confined by the step-like refractive index distribution in the ridge stripe portion 511, and stable horizontal transverse mode oscillation is obtained at a low threshold. Further, the device life of 10,000 hours or more has been achieved, and it is considered that the technology has been almost completed with regard to the reliability of the device life.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the GaN semiconductor laser as shown in FIG. 14, the ridge stripe is formed with a width in the range of 1 to 3 μm. In order to obtain desired optical characteristics in such a laser element, it is necessary to keep the stripe width within an accuracy of about ± 0.1 μm in order to improve the element yield.
[0009]
By the way, in the GaN semiconductor laser, the following two methods are known as methods for forming the ridge stripe.
[0010]
First, a laser layer structure including a first clad layer, an active layer, and a second clad layer is formed on a substrate by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or the like, and then a stripe shape is formed. In this method, a photoresist is formed, and a portion other than the stripe portion protected by the photoresist is dug to a desired depth of the second cladding layer by dry etching such as reactive ion etching (RIE).
[0011]
Second, a layer structure including a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer is formed by MOCVD or the like, and a dielectric film such as an insulator is coated, and photolithography is used. In this method, a stripe-shaped opening is provided in the dielectric film, and a third clad layer is selectively crystal-grown by MOCVD or the like in the opening.
[0012]
However, in the first method, it is known that the width of the ridge stripe easily shifts depending on factors such as etching conditions and the shape of the photoresist. Even in the second method, there may be a problem that the opening edge of the dielectric film is eroded during the selective crystal growth and the opening is widened. In addition, there remains a problem with respect to the accuracy of the initial width of the opening provided in the dielectric film. Furthermore, since GaN-based devices are laminated with compound semiconductor layers that are relatively large and have different lattice constants, there is a problem that the wafer is likely to be warped and the accuracy of the photo process is further reduced.
[0013]
As described above, in order to ensure the accuracy of the stripe width, complicated procedures such as determining the production conditions for each production lot are required, and there are still many problems with the accuracy of the stripe width.
[0014]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a semiconductor laser device that does not require complicated procedures such as condition determination and can be manufactured with high yield even when high accuracy is required for the stripe width. With the goal.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a semiconductor laser device includes a semiconductor multilayer structure including a plurality of layers, and a plurality of stripe-shaped waveguides having different widths are included in the semiconductor multilayer structure. And markers corresponding to different widths of the plurality of striped waveguides are provided. It is characterized by being. In addition, it is preferable that the variation | change_quantity from the minimum to the maximum of the width | variety of a some striped waveguide exists in the range of 0.6 micrometer.
[0016]
The plurality of striped waveguides are electrically separated from each other, and wires can be connected so that power is supplied to one selected waveguide. On the other hand, an electrode layer is formed above the plurality of striped waveguides, and no current blocking layer is formed below the electrode layer above the selected one of the striped waveguides. Then, a current blocking layer may be formed under the electrode layer. The electrode layer may be formed in contact with at least a part of the current blocking layer. The current blocking layer may be formed of an insulator or high resistivity material that can be selected from oxides, nitrides, intermetallic compounds, and non-doped semiconductors.
[0017]
The waveguide selected from among the plurality of striped waveguides and supplied with power is preferably located at the center of the laser element. . Ma In addition, a wide region for attaching a wire for supplying power can be provided in the electrode above the striped waveguide.
[0018]
The active layer of the semiconductor laser element is Al _X Ga _Y In _1-XY Preferably, the quantum well structure is N (0 ≦ X ≦ 1; 0 ≦ Y ≦ 1; 0 ≦ X + Y ≦ 1), and the active layer is sandwiched between clad layers. On the other hand, the active layer of the semiconductor laser element is Al _X Ga _Y In _1-XY P _1-Z As _Z The quantum well structure which consists of (0 <= X <= 1; 0 <= Y <= 1; 0 <= Z <= 1; 0 <= X + Y <= 1) may be comprised, and the active layer may be pinched | interposed by the clad layer.
[0019]
According to another aspect of the present invention, a GaN-based semiconductor laser device has a semiconductor multilayer structure including an active layer sandwiched between cladding layers made of a GaN-based semiconductor, and is effectively larger than regions on both sides. A plurality of stripe-shaped regions having a refractive index are provided in a semiconductor stacked structure with different widths. And markers corresponding to different widths of the plurality of stripe regions are provided. It is characterized by being. These stripe regions can be formed by utilizing selective growth of crystals.
[0020]
According to still another aspect of the present invention, a GaN-based semiconductor laser device has a semiconductor multilayer structure including an active layer sandwiched between cladding layers made of a GaN-based semiconductor, and at least in the longitudinal direction in the semiconductor multilayer structure. A plurality of striped waveguides including a narrow part and a wide part that is wider than the narrow part are formed, and the design widths of the narrow part and the wide part are the same in the plurality of striped waveguides. Includes waveguides differing in change width or change rate Therefore, markers corresponding to different design value widths of the plurality of striped waveguides are provided. It is characterized by that.
[0021]
According to still another aspect of the present invention, a GaN-based laser wafer has a GaN-based semiconductor laser stacked structure deposited on a substrate, and includes a plurality of chip regions in which the stacked structure is to be divided into chips. Each of the chip regions includes a plurality of striped waveguides having different widths, Markers corresponding to different widths of the plurality of striped waveguides are provided, It is characterized by comprising means for selecting those striped waveguides. The selection means may be a laser element structure including a resonator provided in a partial region of the laser wafer.
[0022]
According to still another aspect of the present invention, a method of manufacturing a GaN-based semiconductor laser includes a step of depositing a GaN-based semiconductor laser stacked structure on a substrate and a plurality of stripe-shaped semiconductors having at least some different widths. Forming a waveguide in the laser stack structure; Setting markers corresponding to different widths of the plurality of striped waveguides; Forming a laser structure including a resonator corresponding to each of the plurality of striped waveguides, and selecting a plurality of striped waveguides using the laser structure including the resonator. It is characterized by.
[0023]
The step of selecting the striped waveguide can be performed by injecting a current into a laser structure including a resonator and observing the emitted laser light. On the other hand, the step of selecting a striped waveguide can also be performed by observing laser light emitted by irradiating the laser structure with excitation light.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Definition of terms)
First, the meanings of terms used in the present specification are clarified.
[0025]
“GaN-based semiconductor” means a III-V group compound semiconductor containing at least Ga and N and having a hexagonal crystal structure.
[0026]
“Stripe direction” means a direction parallel to a striped waveguide such as a ridge stripe, and “parallel to the active layer” means a direction perpendicular to the stripe direction and the normal of the active layer. means.
[0027]
The “width” of the ridge stripe means the width at the bottom of the ridge stripe and is measured along the direction parallel to the active layer. The bottom of the ridge stripe refers to the semiconductor layer deposition start side. The reason why the width is defined in this way is that the width may be different between the bottom and the top of the ridge stripe due to the manufacturing process.
[0028]
(Investigating the problem)
First, the present inventors investigated how many problems occurred in the same structure as the conventional example shown in FIG. In this conventional example, ridge stripes are formed by dry etching after crystal growth of each layer in the laser element.
[0029]
Therefore, ridge stripe structures were formed with stripe width setting values of 1.5 μm, 2.0 μm, and 2.5 μm, and their actual widths were measured with a scanning electron microscope (SEM). FIG. 13 is a graph in which the set stripe width (μm) is plotted on the horizontal axis and the measured stripe width (μm) is plotted on the vertical axis. It can be seen that for any set value width, the width varies as much as ± 0.3 μm. It was also found that the yield of wafers whose actual stripe width is within an error range of ± 0.1 μm with no practical problem with respect to the set value width is only about 30%.
[0030]
Based on the above investigation, embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure of the present application, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0031]
(Embodiment 1)
The cross-sectional view of FIG. 1 and the top view of FIG. 2 schematically illustrate the GaN-based semiconductor laser device in the first embodiment. 3 schematically illustrates the GaN-based semiconductor laser wafer in Embodiment 1, wherein (A) represents a top view and (B) represents a cross-sectional view.
[0032]
In fabricating the laser device of the first embodiment, the n-type GaN substrate 101 having a thickness of (0001) and having a (0001) main surface is first cleaned, and hydrogen (H ₂ ) Perform high temperature cleaning at about 1100 ° C. in an atmosphere. Thereafter, the substrate temperature is lowered to 600 ° C., and silane (SiH _Four ), Ammonia (NH _Three ), And trimethylgallium (TMG) as carrier gas H ₂ And the n-type GaN buffer layer 102 having a thickness of 0.03 μm is grown on the first main surface of the n-type GaN substrate 101. The buffer layer 102 is provided for the purpose of relaxing the surface strain of the GaN substrate, for the purpose of improving the surface morphology and unevenness (flattening), etc., but when the crystallinity of the GaN substrate is excellent, the buffer layer 102 is provided. 102 may be omitted.
[0033]
Next, N ₂ And NH _Three The temperature is raised to about 1050 ° C. while flowing, and then the carrier gas H ₂ Along with TMG and SiH _Four Then, the n-type GaN contact layer 103 is grown to a thickness of 4 μm. Then, TMG and trimethylaluminum (TMA) are introduced at a predetermined flow rate, and an n-type Al having a thickness of 0.95 μm. _0.1 Ga _0.9 An N cladding layer 104 is deposited. Further, the supply of TMA is stopped, TMG is introduced, and the n-type GaN guide layer 105 is grown to a thickness of 0.1 μm.
[0034]
After that, the supply of TMG is stopped and the carrier gas is changed to H ₂ To N ₂ Instead of cooling to 700 ° C., introducing trimethylindium (TMI) and TMG, _V Ga _1-V A barrier layer made of N (0 ≦ V ≦ 1) is grown. Next, the TMI supply is increased to a predetermined amount, and the In _W Ga _1-W A well layer made of N (0 ≦ W ≦ 1; V <W) is grown. By repeating this, a multi-quantum well active layer 106 having an alternately laminated structure of an InGaN barrier layer and an InGaN well layer (barrier layer / well layer /... Well layer / barrier layer) is formed. The composition ratio and the film thickness of InGaN forming the barrier layer and the well layer are designed so that the emission wavelength is in the range of 370 to 430 nm, and the number of well layers is 3.
[0035]
When the formation of the InGaN multiple quantum well active layer 106 is completed, the supply of TMI and TMG is stopped, the temperature is raised again to 1050 ° C., and the carrier gas is again N ₂ To H ₂ Instead of TMG, TMA, and p-type doping raw material biscyclopentadienyl magnesium (Cp ₂ P-type Al with a thickness of 0.02 μm _0.2 Ga _0.8 An N evaporation preventing layer 107 is grown. After the growth of the p-type AlGaN evaporation prevention layer 107, the supply of TMA is stopped, the supply amount of TMG is adjusted, and the p-type GaN light guide layer 108 having a thickness of 0.1 μm is grown. Next, a predetermined amount of TMA is introduced to adjust the flow rate of TMG, and p-type Al having a thickness of 0.5 μm. _0.1 Ga _0.9 An N clad layer 109 is deposited.
[0036]
Finally, the supply of TMA is stopped, the supply amount of TMG is adjusted, and the p-type GaN contact layer 110 having a thickness of 0.1 μm is formed, thereby terminating the epitaxial crystal growth. After completion of crystal growth, TMG and Cp ₂ The supply of Mg is stopped and the temperature is lowered, and the wafer is taken out from the MOCVD apparatus at room temperature.
[0037]
Subsequently, the wafer after the epitaxial growth is processed to form a laser element. In Embodiment 1, an element having a ridge stripe having a width of 2.0 μm ± 0.1 μm is manufactured. Therefore, the central value of the width of the five stripe resists is set to 2.0 μm, and the width is set in increments of 0.15 μm from 1.7 μm to 2.3 μm, and those in parallel to the <1-100> direction of the GaN substrate A stripe resist is formed. At this time, on the entire surface of the wafer, a block in which a total of five resist stripes, one for each set width, are arranged in parallel at intervals of 80 μm is repeatedly arranged. That is, one resist stripe having a set width of 1.7 μm to 2.3 μm is formed in one region to be divided into elements (five in total). Such a resist stripe can be freely designed with a photoresist mask.
[0038]
Thereafter, RIE stripes 111a to 111e are formed by etching by RIE until the p-type AlGaN cladding layer 109 has a thickness of about 0.05 μm in a portion other than the portion protected by the resist stripe.
[0039]
In the process of forming the stripe resist and the ridge stripe 111 as described above, the measured value of the stripe width deviates from the set value due to slight changes in conditions every day. That is, the width of the actually formed ridge stripe often deviates from the set value.
[0040]
Next, SiO for current confinement ₂ A dielectric film 112 made of is deposited to a thickness of about 0.25 μm. As a result, power necessary for laser oscillation can be supplied only from the tops of the ridge stripes 111a to 111e. Next, after removing the resist to expose the upper surface of the p-type GaN contact layer 110, a new resist line pattern is formed between the ridge stripes 111a to 111e in order to electrically separate the ridge stripes. To do. By using these resist lines as a mask and depositing in the order of Pd / Mo / Au to form the p-type electrode 113, the ridge stripes are electrically separated. At this time, as shown in FIG. 2, the upper surface shape of the p-type electrode 113 is set so that the narrow portion and the wide portion have a repeated pattern. This is because the interval between the striped waveguides 111 is only 80 μm, so that a region for performing wire bonding for supplying power to the laser element later is secured. Finally, vapor deposition is performed in the order of Ti / Al on the second main surface of the n-type GaN substrate 101 to form an n-type electrode 114.
[0041]
For the wafer formed up to the n-type electrode 114, a ridge stripe having a stripe width closest to 2.0 μm is selected. 3A is a top view of the wafer according to the first embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view. In order to select the ridge stripe, as shown in FIG. 3, a stripe selection laser unit 115 having a cavity length of about 500 μm and an element laser unit 116 to be divided later as a finished product are manufactured near the edge of the wafer. . For this purpose, first, the wafer is coated with a resist in a region other than the region to be the resonator of the stripe selection laser unit 115. Subsequently, the p-type electrode and dielectric film in the resist non-covering region are partially removed by sputtering or wet etching, and an etched mirror is formed by digging up to the n-type GaN substrate 101 by dry etching. . Thereafter, the resist is removed, and the stripe selection laser unit 115 is completed.
[0042]
As can be seen from FIG. 3, each resonator in the stripe selection laser unit 115 is associated with one ridge stripe in the element laser unit 116 to be divided. That is, the ridge stripe closest to the design value width can be selected by energizing and oscillating the formed stripe selection laser unit 115 and observing the far field pattern (FFP). When the stripe selection laser unit 115 is manufactured, as shown in FIG. 3, the etching depth is sufficiently deep so as to dig deeper than the laser stack 10, or a stripe selection resonator is provided. If the FFP can be observed by forming it at a position sufficiently close to the edge of the wafer, the FFP can be easily analyzed.
[0043]
In order to select a stripe, the measurement may be performed for five ridge stripes formed with a setting in the range of 1.7 μm to 2.3 μm. Depending on the ridge stripe formation process, the ridge stripe with the narrowest setting value corresponds to the ridge stripe having the width closest to 2.0 μm. This applies to stripes with thick values. In this embodiment, since the stripe width is formed in increments of 0.15 μm, the accuracy of the ridge stripe width is 2.0 μm ± 0.075 μm, and the required accuracy can be satisfied.
[0044]
Next, the wafer formed up to the electrodes is cleaved in the <11-20> direction of the GaN substrate and divided into bars to form laser resonator end faces perpendicular to the stripe direction. In the first embodiment, the resonator length is 500 μm.
[0045]
After the bar-shaped division, each bar is divided into elements in the stripe direction. The element can be divided by increasing the needle pressure at the time of scribing (the load when the needle is pressed against the bar) and dividing it. At this time, the element is divided so that the selected ridge stripe is at the center of the chip. By doing so, the position of the emitted laser light does not fluctuate greatly with respect to the chip between elements cut out from different wafers, so that the position can be easily controlled when the laser chip is mounted on the support base. . Further, since it is not necessary to change the position for bonding the wire for supplying power to the element for each element, the possibility of lowering the yield due to an error in the process is reduced.
[0046]
The laser device 100 obtained by the above process is shown in the schematic cross-sectional view of FIG. In FIG. 1, only three lines including the central ridge stripe are drawn, and the other parts are not shown. FIG. 2 is a top view of the laser device 100 shown in FIG. Ridge stripes 111a to 111e having respective set widths are formed. Further, the upper surface shape of the p-type electrode 113 is such that the narrow portion and the wide portion are repeated, and wire bonding when mounting the laser can be performed in the wide region. However, when the interval between the ridge stripes is large, adjacent p-type electrodes may be linearly separated.
[0047]
Finally, the device is mounted on a support base, and wire bonding is performed so that power is supplied only to the selected ridge stripe, thereby enabling the device to operate.
[0048]
In the GaN-based laser device 100 configured as described above, the horizontal light field is confined in the portion corresponding to the ridge stripe 111 by the effective refractive index difference between the portion corresponding to the ridge stripe 111 and the portions on both sides thereof. A so-called real refractive index waveguide is realized. When the ridge stripe 111 is formed, the ridge stripe 111 is formed after forming a resist stripe having a width that is sequentially changed within the range of the center value ± 0.3 μm width as a setting value of the stripe width. Therefore, the error accuracy ± 0.3 μm included in the process can be canceled. In this embodiment, since formation can be performed with an accuracy of ± 0.075 μm with respect to a desired ridge stripe width, an error with respect to the optical characteristics of the laser can be suppressed within an allowable range. As a result, it is possible to increase the yield of wafers having stripe widths that have no practical problem to 90% or more.
[0049]
(Embodiment 2)
4 is similar to FIG. 1, but schematically illustrates a GaN-based semiconductor laser device 200 according to the second embodiment. Also in this embodiment, the case where a ridge stripe having an actually measured width in the range of 2.0 μm ± 0.1 μm is formed will be described.
[0050]
The first difference between the second embodiment and the first embodiment is that the width of the resist stripe when forming the ridge stripe 111 is set in increments of 0.1 μm from 1.6 μm to 2.4 μm with a central value of 2.0 μm. To be valued. Accordingly, the interval between the ridge stripes 111 is set to 50 μm. As a result, the error accuracy of the stripe width can be increased to ± 0.05 μm.
[0051]
The second point in which the second embodiment differs from the first embodiment is that power is supplied from the top of only the selected ridge stripe, so that the upper surface of the other ridge stripe is covered with a current blocking layer that prevents power supply. That is. Such a structure can be produced as follows.
[0052]
That is, as in the first embodiment, after the dielectric film 112 is formed, the stripe selection laser unit 115 illustrated in FIG. 3 is provided, and in the second embodiment, the FFP is observed by optical excitation or the like. Then, only the ridge stripe closest to the width of 2.0 μm in the actual measurement value is left, and the SiO 2 film on all other regions is left. ₂ A current blocking layer 117 such as is formed. Then, a p-type electrode 113 is formed on the entire surface of the wafer.
[0053]
Thereafter, the thickness is adjusted to about 150 μm by polishing the second main surface of the substrate 101 so that the wafer can be easily divided. Then, an n-type electrode is formed on the second main surface of the substrate 101. Further, as in the first embodiment, the element is divided so that the selected ridge stripe is located at the center.
[0054]
In the second embodiment, it is possible to easily bond the power supply wire onto the p-type electrode 113 even if the interval between the ridge stripes is narrow. The material of the current blocking layer 117 may be a semiconductor having a conductivity type opposite to that of the contact layer 110 in addition to an insulating material that can be used as the dielectric film 112. In addition, when the ridge stripe 111 is formed by dry etching, if a marker that can determine the set stripe width is formed, it can be used as a mark after selecting the stripe, so that the possibility of causing an error during division or wire bonding is reduced. can do.
[0055]
The GaN-based laser element 200 is obtained by the above process. The yield of the laser wafer according to the second embodiment can be made the same as in the first embodiment, and this is the same in the later embodiments.
[0056]
(Embodiment 3)
The top view of FIG. 5 is similar to FIG. 2, but schematically illustrates a GaN-based laser device 300 according to the third embodiment. As a cross-sectional view of the GaN-based laser element 300, FIG. 4 can be referred to. Also in this embodiment, a case where a ridge stripe having an actually measured value width within a range of 2.0 μm ± 0.1 μm is formed will be described.
[0057]
The third embodiment differs from the first and second embodiments in that the resist stripe width when forming the ridge stripe 111 is set to a design value in increments of 0.1 μm from 1.6 μm to 2.4 μm with a central value of 2.0 μm. In addition, five of each width are included. That is, 45 stripes are formed with a width of 1.6 μm to 2.4 μm. As a result, even if up to four ridge stripes having an appropriate width cannot be used due to factors other than the stripe width (for example, dust), a decrease in yield can be prevented by using the remaining one.
[0058]
In the third embodiment, since many ridge stripes exist in one element, as described in the second embodiment, a current blocking layer 117 for supplying power to the laser element from one ridge stripe can be formed. preferable.
[0059]
In FIG. 5, the dielectric film 112 and the p-type electrode 113 are not shown for easy understanding of the ridge stripe 111. As for the ridge stripe, only four near the center and two near the periphery are drawn, and other portions are not shown.
As described above, in the third embodiment, the yield of the wafer can be made the same as that in the first embodiment, and the yield of elements that can be cut out from the wafer can be improved.
[0060]
(Embodiment 4)
The cross-sectional view of FIG. 6 is similar to FIG. 1, but schematically illustrates a GaN-based semiconductor laser device 400 according to the fourth embodiment. Further, the top view of FIG. 7 schematically illustrates the state of the wafer during the manufacturing process of the laser device 400 of the fourth embodiment. As a top view of the GaN-based semiconductor laser device 400, FIG. In the fourth embodiment as well, a case will be described in which a ridge stripe having an actually measured width in the range of 2.0 μm ± 0.1 μm is formed.
[0061]
The fourth embodiment is different from the first to third embodiments in that the ridge stripe 111 is formed by selective crystal growth. Along with this, a change occurs in the method of forming the ridge stripe by changing the set value of the stripe width within a range of about ± 0.3 μm.
[0062]
First, the p-type GaN light guide layer 108 is grown on the substrate 101 as in the first embodiment. Subsequently, a p-type AlGaN cladding layer 109a is grown to a thickness of about 0.05 μm, and then the wafer is taken out of the MOCVD apparatus, and SiO 2 ₂ The dielectric film 112 is formed to a thickness of about 0.2 μm. Thereafter, a stripe-shaped resist having openings having a set value width of 0.15 μm from 1.7 μm to 2.3 μm with a width of 2.0 μm as a central value is formed. Subsequently, etching with hydrofluoric acid or the like is performed to provide a window 120 in the dielectric film 112 (see FIG. 7).
[0063]
After removing the resist, the wafer is returned to the MOCVD apparatus, and the p-type AlGaN cladding layer 109b is selectively grown from the window 120 of the dielectric film 112 to a thickness of 0.5 μm. That is, selective crystal growth is performed using the dielectric film 112 as a mask. Subsequently, a p-type GaN contact layer 110 having a thickness of 0.01 μm is grown, and the formation of the ridge stripe 111 is completed. Thereafter, if the p-type electrode 113 and the n-type electrode 114 are formed by the same method as in the first embodiment and divided into elements, the GaN-based semiconductor laser 400 of the fourth embodiment can be obtained.
[0064]
The width of the ridge stripe 111 formed by selective growth is determined by the width of the window 120 provided in the dielectric film 112, but the window 120 is also formed by etching. Deviation occurs. Furthermore, the edge of the window 120 may be eroded during the selective growth of the ridge, and it is difficult to accurately control the width of the ridge. Therefore, a desired stripe width can be obtained by sequentially changing the width of the plurality of window portions 120 within a range of about ± 0.3 μm from the center value.
[0065]
(Embodiment 5)
The cross-sectional view of FIG. 8 and the top view of FIG. 9 are similar to FIGS. 1 and 2, respectively, but schematically illustrate a GaN-based semiconductor laser device 600 according to the fifth embodiment. Further, FIG. 7 can be referred to as a top view schematically showing the wafer in the manufacturing process. Also in this embodiment, a case where a ridge stripe having an actually measured value width within a range of 2.0 μm ± 0.1 μm is formed will be described.
[0066]
The first point in which the fifth embodiment differs from the first to fourth embodiments is that the window of the dielectric film 112 is formed with a set value width of 0.15 μm from 1.7 μm to 2.3 μm with a central value of 2.0 μm. Three portions 120 are provided for each width, and the ridge stripe 111 is formed by selective growth from these window portions 120. The formation method may be performed in the same manner as in the fourth embodiment. Further, the p-type electrode serving as a power supply source to the GaN-based semiconductor laser device 600 is configured such that power can be injected only from the selected ridge stripe 111. Therefore, as described in the second embodiment, the p-type electrode 113 is formed after the current blocking layer 117 is formed. The ridge stripes 111 may be arranged at intervals of about 30 μm. In FIG. 8, only two stripes including the ridge stripe 111 to which power is supplied are shown in order to facilitate understanding of the fifth embodiment.
[0067]
A second difference of the fifth embodiment from the first to fourth embodiments is that a non-doped GaN substrate 201 is used as the substrate of the GaN-based semiconductor laser 600. Along with this, in order to form the n-type electrode 114, the mesa 119 including the active layer is formed by digging until a part of the n-type GaN contact layer 103 is exposed by dry etching or the like. Then, an n-type electrode 114 is formed on the exposed portion of the n-type GaN contact layer 103, taking care not to short-circuit the mesa 119 side surface. Note that if the mesa 119 is formed after the stripe is selected, the ridge stripe for supplying power can be freely positioned with respect to the mesa end, and the subsequent process becomes easy. In addition, if the ridge stripe including the unnecessary ridge stripe is dug during the mesa formation etching, it is not necessary to increase the chip size, and the number of elements removed from the wafer is not affected.
[0068]
A third difference of the fifth embodiment from the first to fourth embodiments is that a marker 118 indicating each stripe width is provided in association with the ridge stripe 111. In FIG. 9, the p-type electrode 113 and the current blocking layer 117 are not shown so that the marker 118 can be easily understood. Such a marker can be formed when the dielectric film 112 is provided with a window 120 for forming a ridge stripe. Specifically, an opening may be provided in the dielectric film 112 in a shape that can serve as a marker. In this way, when the current blocking layer 117 is formed, the selected ridge stripe is not mistaken and process errors can be prevented. In order to avoid the risk of current leakage from the markers 118, the current blocking layer 117 is formed so as to cover the markers.
[0069]
(Embodiment 6)
The sectional view of FIG. 10 and the top view of FIG. 11 are similar to FIGS. 1 and 2, respectively, but schematically illustrate a GaN-based semiconductor laser device 700 according to the sixth embodiment. Also in this embodiment, a case where a ridge stripe having an actually measured value width within a range of 2.0 μm ± 0.1 μm is formed will be described.
[0070]
The sixth embodiment is different from the first to fifth embodiments in that the dielectric film 112 is formed every 100 μm at a set value width of 0.15 μm from 1.7 μm to 2.3 μm with a central value of 2.0 μm. In other words, a wide dummy opening 121 having a width of 80 μm is provided in the gap of the window 120, and the p-type AlGaN cladding layer 109 b is formed by selective growth from the opening 121. The state at this time is shown in FIG. In FIG. 11, the dielectric film 112, the window part 120, and the opening part 121 are drawn for easy understanding of the sixth embodiment, and the p-type AlGaN cladding 109b, the p-type GaN contact layer 110, the current blocking layer. 117 and the p-type electrode 113 are not shown. By doing so, the controllability of the thickness and composition of the semiconductor layer formed by selective growth is improved. The formation method is the same as that of the fourth embodiment. The method for supplying power to the GaN-based semiconductor laser device 700 is the same as that in the fifth embodiment. That is, the current blocking layer 117 is formed in the same manner as described in the third embodiment, and then the p-type electrode 113 is formed. In FIG. 10, in order to facilitate understanding of the sixth embodiment, only a partial region of the p-type AlGaN cladding layer 109b grown from the ridge stripe 111 to which power is supplied and the dummy opening 121 adjacent to both sides thereof is shown. Show.
[0071]
(Embodiment 7)
The top view of FIG. 12 is similar to FIG. 2 but schematically illustrates a GaN-based semiconductor laser device 800 according to Embodiment 7. Note that FIG. 4 can be referred to as a cross-sectional view of the GaN-based semiconductor laser 800. In the seventh embodiment, formation of the ridge stripe 111 and power supply are performed by the same method as in the second embodiment.
[0072]
The first difference of this embodiment from Embodiments 1 to 6 is that a narrow portion is provided on the laser beam emission side of the ridge stripe 111. That is, the center value of the set value of the stripe width w1 on the laser emission side is 1.5 μm, and the center value of the set value of the stripe width w2 at the center of the resonator is 2.5 μm. This is for improving the asymmetry of the FFP caused by the fact that the end face of the waveguide is very wide in the direction parallel to the direction perpendicular to the semiconductor junction surface on the laser light emitting surface. By narrowing the stripe width, it is possible to improve the symmetry of the pattern by extending the vertically long FFP in the horizontal direction, and it becomes easy to incorporate the element into the optical device. On the other hand, if the stripe width is narrowed, an increase in the threshold voltage of the laser element becomes a problem.
[0073]
The second difference of the seventh embodiment from the first to sixth embodiments is that the resist stripe when forming the ridge stripe 111 is 0.15 μm from 1.2 μm to 1.8 μm centering on 1.5 μm as w1. This is a set value width in increments of w2 and a set value width in increments of 0.15 μm from 2.2 μm to 2.8 μm with a central value of 2.5 μm. That is, in order to obtain the ridge stripes 111 having actually measured widths of w1 = 1.5 μm and w2 = 2.5 μm, the widths of the plurality of ridge stripes are prepared sequentially from the overall thin to the thick. The error included in can be canceled. The interval between the ridge stripes 111 is 100 μm. The stripe selection is determined with the accuracy of w1, and the yield when incorporated in the optical system is improved.
[0074]
In the seventh embodiment, the increment of the set width is set to 0.15 μm for both w1 and w2, but this may be changed according to the ratio of w1 and w2.
[0075]
In FIG. 12, the dielectric film 112 and the p-type electrode 113 are not shown for easy understanding of the ridge stripe 111. The ridge stripe is also drawn for one near the center and one near the periphery, and the other portions are not shown.
[0076]
The manufacturing method described in the above embodiment, the material of the laser wafer and the element, and the like may be changed as follows.
[0077]
First, what is necessary is just to select the number of quantum well layers from the range of 2-6. The center value of the set width of the ridge stripe can be set to a desired value between about 1.0 μm and about 3.0 μm, and the increment for changing the width can also be set to a desired value. The spacing between the ridge stripes can also be freely designed according to the application. The material for the p-type electrode 113 may be Pd / Pt / Au, Pd / Au, or Ni / Au, and the material for the n-type electrode 114 may be Hf / Al, Ti / Mo. Alternatively, Hf / Au or the like may be used.
[0078]
The element laser unit 116 may be formed as an etched mirror at the same time when a resonator for stripe selection is manufactured, instead of forming the resonator surface by cleavage. In this case, the bar-shaped division is performed only for element isolation. Also, the resonator length is not limited to 500 μm. Furthermore, element division may be performed by a technique of breaking after scribing, dicing, or the like.
[0079]
Furthermore, it is needless to say that the thickness of each layer of the GaN-based semiconductor laser element is not limited to that described in the embodiment, and even if it is appropriately changed, the effect of the present invention is not affected at all. Needless to say, in each of the above-described embodiments, the conductivity type of each semiconductor layer forming the laser structure may be reversed. Furthermore, the features of each embodiment can be appropriately combined with the features of other embodiments.
[0080]
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, although the striped waveguide structure of the semiconductor laser device has been described as a ridge stripe structure in this specification, an electrode stripe structure, a self-aligned structure (SAS) structure, a channeled substrate planar (CSP), and the like. As for other stripe-shaped waveguide structures such as the structure, a yield improvement effect can be obtained by sequentially forming a plurality of stripe-shaped waveguide structures with different widths.
[0081]
Next, in the present specification, a GaN-based semiconductor laser is shown as an example, but the technical idea of the present invention can also be applied to lasers of other material systems. In this case, each layer of the laser may be changed to that of the material system. For example, Al used as an infrared or red laser _X Ga _Y In _1-XY P _1-Z As _Z A material such as (0 ≦ X ≦ 1; 0 ≦ Y ≦ 1; 0 ≦ Z ≦ 1; 0 ≦ X + Y ≦ 1) is used, and a quantum well structure using this material system is formed in the active layer. The present invention can also be applied to a laser element.
[0082]
In the above-described embodiment, an n-type GaN substrate or a non-doped GaN substrate is used as the substrate of the GaN-based semiconductor element. In addition to these, a sapphire substrate, another GaN-based substrate, a spinel substrate, a SiC substrate, and a GaAs substrate. , ZrB ₂ A substrate or a GaP substrate may be used. Alternatively, a substrate in which a GaN-based semiconductor layer is grown on these substrates, or a substrate having only a GaN-based semiconductor layer obtained by growing a GaN-based semiconductor layer using these substrates as a base substrate and then removing the base substrate may be used. Needless to say, it does not relate to the essence of the invention.
[0083]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by forming ridge stripes having different setting widths sequentially in one laser element, the ridge stripe having the optimum width is not formed due to an error included in the process. The yield can be prevented from decreasing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a GaN-based semiconductor laser device according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a schematic top view corresponding to the GaN-based semiconductor laser device of FIG. 1. FIG.
3A is a schematic top view of a GaN-based semiconductor laser wafer according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a GaN compound semiconductor laser device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a schematic top view of a GaN compound semiconductor laser device according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a GaN-based semiconductor laser device according to Embodiment 4 of the present invention.
7 is a schematic top view of a wafer in a manufacturing process of a GaN-based semiconductor laser device according to Embodiment 4 of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a GaN compound semiconductor laser device according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 9 is a schematic top view corresponding to the GaN-based semiconductor laser device of FIG.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a GaN compound semiconductor laser device according to Embodiment 6 of the present invention.
11 is a schematic top view corresponding to the GaN-based semiconductor laser device of FIG.
FIG. 12 is a schematic top view of a GaN-based semiconductor laser device according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing a stripe width distribution of a GaN-based laser device according to the prior art.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a conventional GaN-based semiconductor laser device.
[Explanation of symbols]
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 GaN-based semiconductor laser element, 101 n-type GaN substrate, 201, 501 non-doped GaN substrate, 102, 502 n-type GaN buffer layer, 103, 503 n-type GaN contact layer, 104, 504 n-type AlGaN cladding layer, 105, 505 n-type GaN guide layer, 106, 506 multiple quantum well active layer, 107, 507 p-type AlGaN evaporation prevention layer, 108, 508 p-type GaN light guide layer, 109, 509p Type AlGaN cladding layer, 110, 510 p-type GaN contact layer, 111, 511 ridge stripe, 112, 512 dielectric film, 113 p-type electrode, 114 n-type electrode, 115 stripe selection laser part, 116 element laser part 117 current blocking layer, 118 marker, 1 19 Mesa, 120 Window.

Claims

A semiconductor laser device having a semiconductor laminated structure composed of a plurality of layers,
A plurality of striped waveguides having different widths are included in the semiconductor multilayer structure ,
A semiconductor laser device, wherein markers corresponding to different widths of the plurality of striped waveguides are provided .

2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein an amount of change from a minimum to a maximum width of the plurality of striped waveguides is within a range of 0.6 μm.

The plurality of striped waveguides are electrically separated from each other, and wires are connected so that electric power is supplied to one selected waveguide. Semiconductor laser device.

An electrode layer is formed above the plurality of stripe-shaped waveguides, and a current blocking layer is not formed below the electrode layer above the selected one stripe-shaped waveguide, and other stripe-shaped waveguides are formed. 3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a current blocking layer is formed below the electrode layer above the waveguide.

5. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the electrode layer is formed in contact with at least a part of the current blocking layer.

6. The semiconductor according to claim 4, wherein the current blocking layer is made of an insulator or a material having a high resistivity that can be selected from oxides, nitrides, intermetallic compounds, and non-doped semiconductors. Laser element.

7. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a waveguide selected from among the plurality of striped waveguides and supplied with electric power is located in a central portion of the laser element. element.

In the stripe-shaped waveguides upper electrode, a semiconductor laser device according to any of claims 1 to 7, characterized in that the wide region for attaching the wire to supply is provided to power.

The semiconductor active layer of the laser element _{_{_{Al X Ga Y In 1-XY}}} N (0 ≦ X ≦ 1; 0 ≦ Y ≦ 1; 0 ≦ X + Y ≦ 1) form a quantum well structure made of, the active layer is a cladding layer the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that they are sandwiched between.

Quantum composed of the active layer of the semiconductor laser element is _{_{_{Al X Ga Y In 1-XY}}} P 1-Z As Z (0 ≦ X + Y ≦ 1 0 ≦ X ≦ 1; 0 ≦ Y ≦ 1;; 0 ≦ Z ≦ 1) form a well structure, a semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 8, wherein the active layer is characterized by being sandwiched between the cladding layers.

A GaN-based semiconductor laser device having a semiconductor laminated structure including an active layer sandwiched between cladding layers made of a GaN-based semiconductor, wherein a plurality of stripe-shaped regions having a refractive index that is effectively larger than regions on both sides A GaN-based semiconductor laser device, wherein the GaN-based semiconductor laser device is provided in the semiconductor multilayer structure with different widths, and markers corresponding to different widths of the plurality of stripe regions are provided .

The GaN-based semiconductor laser device according to claim 11 , wherein the stripe region is formed by utilizing selective growth of crystals.

A GaN-based semiconductor laser device having a semiconductor multilayer structure including an active layer sandwiched between clad layers made of a GaN-based semiconductor, wherein at least one narrow portion in the longitudinal direction in the semiconductor multilayer structure and compared with the narrow portion A plurality of striped waveguides including a wide part having a large width are formed, and the plurality of striped waveguides are designed such that the design value widths of the narrow part and the wide part are different from each other at the same change width or change rate. waveguide only contains, GaN-based semiconductor laser device, characterized in that the marker corresponding to the design width of different plurality of stripe-shaped waveguide is provided.

A GaN-based laser wafer having a GaN-based semiconductor laser stacked structure deposited on a substrate and including a plurality of chip regions in which the stacked structure is to be divided into chips, each chip region having a different width A GaN-based semiconductor comprising a plurality of striped waveguides, provided with markers corresponding to different widths of the plurality of striped waveguides, and comprising means for selecting those striped waveguides Laser wafer.

15. The GaN-based semiconductor laser wafer according to claim 14 , wherein the selection means has a laser element structure including a resonator provided in a partial region of the laser wafer.

Depositing a GaN-based semiconductor laser laminated structure on a substrate, forming a plurality of striped waveguides having at least some different widths in the laser laminated structure, and the plurality of striped waveguides A step of setting markers corresponding to different widths, a step of manufacturing a laser structure including a resonator corresponding to each of the plurality of striped waveguides, and a laser structure including the resonator And a step of selecting a plurality of stripe-shaped waveguides.

17. The GaN-based semiconductor according to claim 16 , wherein the step of selecting the striped waveguide is performed by observing laser light emitted by injecting a current into a laser structure including the resonator. Laser manufacturing method.

The GaN-based semiconductor laser according to claim 16 , wherein the step of selecting the striped waveguide is performed by observing laser light emitted by irradiating the laser structure with excitation light. Production method.