JP2001077472A - Manufacture of semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理等への
応用が期待されているＧａＮ系半導体レーザに関するも
のである。The present invention relates to a GaN-based semiconductor laser expected to be applied to optical information processing and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、デジタルビデオディスク等の大容
量光ディスク装置が実用化され、今後さらに大容量化が
進められようとしている。光ディスク装置の大容量化の
ためにはよく知られるように読み取りや書き込みの光源
となる半導体レーザの短波長化が最も有効な手段の一つ
である。したがって、現在市販されているデジタルビデ
オディスク用の半導体レーザは、ＡｌＧａＩｎＰ系材料
による波長６５０ｎｍであるが、将来開発が予定されて
いる高密度デジタルビデオディスク用では４００ｎｍ帯
のＧａＮ系半導体レーザが不可欠と考えられている。2. Description of the Related Art In recent years, large-capacity optical disk devices such as digital video disks have been put into practical use, and the capacity is going to be further increased in the future. As is well known, shortening the wavelength of a semiconductor laser serving as a light source for reading and writing is one of the most effective means for increasing the capacity of an optical disk device. Therefore, a semiconductor laser for a digital video disk currently on the market has a wavelength of 650 nm made of an AlGaInP-based material. It is considered.
【０００３】光ディスク用に用いる半導体レーザは、長
寿命、低しきい値電流動作は当然として、他に、安定な
単一横モード動作、低非点隔差、低雑音、低アスペクト
比等が求められるが、現状ではこれら全ての特性を満た
す４００ｎｍ帯半導体レーザは実現されていない。A semiconductor laser used for an optical disk is required to have a long life, a low threshold current operation, a stable single transverse mode operation, a low astigmatic difference, a low noise, a low aspect ratio, and the like. However, at present, a 400 nm band semiconductor laser satisfying all these characteristics has not been realized.
【０００４】従来、単一横モード型ＧａＮ系半導体レー
ザとして、図６に示す素子の断面構造をもつものが提案
されている。サファイア基板101 上に第１の結晶成長に
よりＧａＮバッファ層102 、ｎ−ＧａＮ層103 、ｐ−Ｇ
ａＮ電流狭窄層104 を成長させ、一旦、成長装置から取
り出した後ストライプ状の開口部105 を、例えばＣｌ2
ガスによる反応性イオンエッチングにより形成してい
る。前記ストライプ状の開口部105 は、少なくともｐ−
ＧａＮ電流狭窄層104 を完全に貫通していなければなら
ない。Heretofore, a single transverse mode GaN-based semiconductor laser having a cross-sectional structure of an element shown in FIG. 6 has been proposed. GaN buffer layer 102, n-GaN layer 103, p-G
After growing the aN current confinement layer 104 and once taking it out of the growth apparatus, the stripe-shaped opening 105 is made into, for example, Cl 2.
It is formed by reactive ion etching using gas. The striped openings 105 are at least p-
It must completely penetrate the GaN current confinement layer 104.
【０００５】次に、再び、結晶成長装置に導入し、第２
の結晶成長によりｎ−ＡｌＧａＮ第１クラッド層106 、
ｎ−ＧａＮ第１光ガイド層107 、Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇ
ａ1- y Ｉｎy Ｎ（０＜ｙ＜ｘ＜１）から成る多重量子井
戸活性層108 、ｐ−ＡｌＧａＮキャップ層109 、ｐ−Ｇ
ａＮ第２光ガイド層110 、ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド
層111 、ｐ−ＧａＮコンタクト層112 を成長させる。Next, the wafer is again introduced into the crystal growing apparatus, and the second
N-AlGaN first cladding layer 106,
n-GaN first optical guide layer 107, Ga 1-x In x N / G
a 1- y In y N (0 <y <x <1) multi-quantum well active layer 108 made of, p-AlGaN cap layer 109, p-G
The aN second light guide layer 110, the p-AlGaN second cladding layer 111, and the p-GaN contact layer 112 are grown.
【０００６】最後に、ストライプ状の開口105 の直上
に、例えばＮｉ／Ａｕから成るｐ電極113 、また、一部
をｎ−ＧａＮ層103 が露出するまでエッチングした表面
に、例えばＴｉ／Ａｌから成るｎ電極114 が形成され、
図６に断面構造を示す単一横モード型ＧａＮ系半導体レ
ーザが作製される。Finally, a p-electrode 113 made of, for example, Ni / Au is formed directly above the stripe-shaped opening 105, and a p-electrode 113 made of, for example, Ti / Al is formed on a part of the surface etched until the n-GaN layer 103 is exposed. An n-electrode 114 is formed,
A single transverse mode GaN-based semiconductor laser whose sectional structure is shown in FIG. 6 is manufactured.
【０００７】この素子において、ｎ電極114 を接地し、
ｐ電極113 に電圧を印加すると、多重量子井戸活性層10
8 に向かってｐ電極113 側からホールが、また、ｎ電極
114側から電子が注入され、前記多重量子井戸活性層108
内で光学利得を生じ、レーザ発振を起こす。なお、こ
のレーザ駆動時のバイアスは、ｐ−ＧａＮ電流狭窄層10
4 とｎ−ＡｌＧａＮ第１クラッド層106 との接合につい
て、逆バイアスになるためｐ−ＧａＮ電流狭窄層104 が
存在しないストライプ状の開口部105 のみに電流が集中
する。In this device, the n-electrode 114 is grounded,
When a voltage is applied to the p-electrode 113, the multiple quantum well active layer 10
A hole is formed from the p-electrode 113 side toward
Electrons are injected from the 114 side, and the multiple quantum well active layer 108
An optical gain is generated in the device, causing laser oscillation. The bias at the time of driving the laser is applied to the p-GaN current confinement layer 10.
Since the junction between 4 and the n-AlGaN first cladding layer 106 is reverse biased, current concentrates only on the stripe-shaped opening 105 where the p-GaN current confinement layer 104 does not exist.
【０００８】一方、ストライプ状の開口部105 上に形成
された多重量子井戸活性層108 は、図６に示すように屈
曲した形状を有するために成長層に水平な方向に屈折率
差が生じ、レーザ光もまた安定してストライプ状の開口
部105 の直上の多重量子井戸活性層108 内に閉じこめら
れる。このため、注入キャリアと光の分布がほぼ一致
し、低しきい値電流密度での発振が可能となる。また、
前述のように、成長層に水平な方向に屈折率差を有する
屈折率導波構造なので、光学モードは安定し、また、非
点隔差も極めて小さい高性能の半導体レーザが実現でき
るというものである。On the other hand, since the multiple quantum well active layer 108 formed on the stripe-shaped opening 105 has a bent shape as shown in FIG. 6, a difference in refractive index occurs in the growth layer in a horizontal direction. The laser beam is also stably confined in the multiple quantum well active layer 108 immediately above the stripe-shaped opening 105. For this reason, the distribution of the injected carriers and the light substantially match, and oscillation at a low threshold current density becomes possible. Also,
As described above, since the refractive index waveguide structure has a refractive index difference in a direction horizontal to the growth layer, the optical mode is stable, and a high-performance semiconductor laser with extremely small astigmatic difference can be realized. .
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記単
一横モード型ＧａＮ系半導体レーザを実際に作製する場
合において、極めて回避困難な問題点が存在する。図６
において、ｐ−ＧａＮ電流狭窄層104 が用いられている
が、ＧａＮは比較的屈折率の大きい材料である。すなわ
ち、ｎ−ＡｌＧａＮ第１クラッド層106 よりも屈折率は
大きい。多重量子井戸活性層108 が屈曲しているため、
図７の成長層に水平な方向における屈折率分布に示すよ
うに、ｎ−ＡｌＧａＮ第１クラッド層106 との間の屈折
率差により光が閉じ込められる。However, there is a problem that is extremely difficult to avoid when actually manufacturing the single transverse mode GaN-based semiconductor laser. FIG.
Uses a p-GaN current confinement layer 104, but GaN is a material having a relatively large refractive index. That is, the refractive index is higher than that of the n-AlGaN first cladding layer 106. Since the multiple quantum well active layer 108 is bent,
As shown in the refractive index distribution in the direction horizontal to the growth layer in FIG. 7, light is confined by the refractive index difference between the n-AlGaN first cladding layer 106 and the n-AlGaN first cladding layer 106.
【００１０】しかし、ｎ−ＡｌＧａＮ第１クラッド層10
6 のさらに外側にｎ−ＡｌＧａＮ第１クラッド層106 よ
りも屈折率の大きいｐ−ＧａＮ電流狭窄層104 が存在す
ると、光がｐ−ＧａＮ電流狭窄層104 へ多量に漏れ、多
重量子井戸活性層108 への光閉じ込めが著しく低下す
る。特に、ストライプ幅が３μｍ以下の狭ストライプ構
造ではそれが顕著となる。多重量子井戸活性層108 への
光閉じ込めが低下すると、しきい値電流やビーム広がり
角のアスペクト比の増大等、光ディスク用光源としての
応用上好ましくない特性となる。However, the n-AlGaN first cladding layer 10
If the p-GaN current confinement layer 104 having a higher refractive index than the n-AlGaN first cladding layer 106 is present further outside the layer 6, a large amount of light leaks into the p-GaN current confinement layer 104, and the multiple quantum well active layer The light confinement to light is significantly reduced. This is particularly noticeable in a narrow stripe structure with a stripe width of 3 μm or less. When light confinement in the multiple quantum well active layer 108 is reduced, characteristics unfavorable for application as a light source for an optical disk, such as an increase in the threshold current and the aspect ratio of the beam divergence angle, are obtained.
【００１１】さらに、Ｃｌ2 ガスを用いた反応性イオン
エッチングによって形成されたストライプ状の開口部10
5 において、エッチング深さや幅の精密な制御が困難で
ある。また、エッチングされた面はダメージや微細な凹
凸が存在し、その上に成長される多重量子井戸活性層10
8 の品質低下を招きやすい。このように、レーザビーム
の広がり角にばらつきが生じたり、基本モードの安定性
が悪化するのみならず、素子の静特性や信頼性にも問題
が生じる。Further, a stripe-shaped opening 10 formed by reactive ion etching using Cl 2 gas is used.
In 5, it is difficult to precisely control the etching depth and width. In addition, the etched surface has damage and fine irregularities, and the multiple quantum well active layer 10 grown thereon is damaged.
8 easily leads to quality deterioration. As described above, not only does the spread angle of the laser beam vary, the stability of the fundamental mode deteriorates, but also the static characteristics and reliability of the element cause problems.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は、以上述べた従
来の単一横モード型ＧａＮ系半導体レーザの問題点に鑑
みてなされたもので、安定な単一横モード動作、低アス
ペクト比、低しきい値電流等、高性能の単一横モード型
ＧａＮ系半導体レーザの製造方法を提供するものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional single transverse mode GaN-based semiconductor laser, and has a stable single transverse mode operation, a low aspect ratio, An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high-performance single transverse mode GaN-based semiconductor laser such as a low threshold current.
【００１３】本発明では、電流狭窄層に低屈折率のＡｌ
ＧａＮ系、または光吸収の強いＧａＩｎＮ系、さらにそ
の両方の性質を有するＡｌＧａＩｎＮ系を用い、ＳｉＯ
2 等の誘電体または高融点金属をマスクとした疑似選択
成長により該電流狭窄層を形成し、該マスク上に堆積し
た多結晶を該マスクごとリフトオフする工程によりスト
ライプ状開口部を形成することによって、該ストライプ
状開口部の形状が再現性よく高品質に形成できるように
したので、低しきい値電流でアスペクト比の小さい、安
定した屈折率導波による単一横モード型ＧａＮ系半導体
レーザを確実に実現できる。上記誘電体および高融点金
属は、いずれも、結晶成長工程において、熱的、化学的
に安定な物質であり、疑似選択成長マスクとして使用可
能であると同時に、その上に堆積した多結晶とともにウ
エットエッチングによりリフトオフすることができる。In the present invention, the current confinement layer has a low refractive index of Al.
Using a GaN system, a GaInN system having strong light absorption, and an AlGaInN system having both properties,
The current constriction layer is formed by pseudo selective growth using a dielectric material such as 2 or a high melting point metal as a mask, and a stripe-shaped opening is formed by a step of lifting off the polycrystal deposited on the mask together with the mask. Since the shape of the stripe-shaped opening can be formed with high reproducibility and high quality, a single lateral mode GaN-based semiconductor laser with a low threshold current, a small aspect ratio, and stable refractive index guiding can be obtained. Can be reliably realized. Both the dielectric and the refractory metal are thermally and chemically stable substances in the crystal growth process, and can be used as a pseudo selective growth mask, and at the same time, wet together with the polycrystal deposited thereon. Lift-off can be performed by etching.
【００１４】すなわち、本発明は、基板と、ｎ型層と、
Ａｌx Ｇａ1-x-y Ｉｎy Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，
ｘ＋ｙ≦１）から成るｐ型または高抵抗電流狭窄層と、
該電流狭窄層を貫通するストライプ状開口部と、該スト
ライプ状開口部上に形成された量子井戸活性層とを備え
た半導体レーザの製造方法において、誘電体ストライプ
を形成する工程と、その上に疑似選択的に電流狭窄層を
成長する工程と、該誘電体ストライプとともに該誘電体
ストライプ上に堆積した多結晶を除去する工程とを含む
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法である。That is, the present invention provides a substrate, an n-type layer,
Al x Ga 1-xy In y N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1,
x + y ≦ 1) a p-type or high-resistance current confinement layer;
Forming a dielectric stripe in a method of manufacturing a semiconductor laser having a stripe-shaped opening penetrating the current constriction layer and a quantum well active layer formed on the stripe-shaped opening; A method for manufacturing a semiconductor laser, comprising: a step of pseudo-selectively growing a current confinement layer; and a step of removing a polycrystal deposited on the dielectric stripe together with the dielectric stripe.
【００１５】誘電体ストライプが(1-100) 方向または(1
1-20) 方向に沿って形成されることにより、結晶成長の
成長速度の異方性を利用したり、形状の安定したストラ
イプ状溝形成でき、半導体レーザの導波路作製の再現性
を格段に向上できる。If the dielectric stripe is oriented in the (1-100) direction or (1
1-20) By forming along the direction, it is possible to utilize the anisotropy of the growth rate of crystal growth and to form a stripe-shaped groove with a stable shape, greatly improving the reproducibility of semiconductor laser waveguide fabrication. Can be improved.
【００１６】誘電体ストライプの材料としては、結晶成
長工程において、熱的、化学的に安定な物質である例え
ばＳｉＯ2 、ＳｉＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、またはこれらを多層
に組み合わせたものを使用できる。As the material of the dielectric stripe, for example, SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 , which are thermally and chemically stable in the crystal growth step, or a combination of these in a multilayer structure can be used.
【００１７】誘電体ストライプは、ウエットエッチング
により除去することが好ましい。ＣＦ4 ガス等を用いた
ドライエッチングによる除去も可能であるが、この方法
では結晶表面へのダメージが入りやすく、ウエットエッ
チングの方が低ダメージであるためである。Preferably, the dielectric stripes are removed by wet etching. Although removal by dry etching using CF 4 gas or the like is also possible, damage to the crystal surface is likely to occur in this method, and wet etching is lower in damage.
【００１８】また、本発明は、基板と、ｎ型層と、Ａｌ
x Ｇａ1-x-y Ｉｎy Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋
ｙ≦１）から成るｐ型または高抵抗電流狭窄層と、該電
流狭窄層を貫通するストライプ状開口部と、該ストライ
プ状開口部上に形成された量子井戸活性層とを備えた半
導体レーザの製造方法において、高融点金属から成るス
トライプを形成する工程と、その上に疑似選択的に電流
狭窄層を成長する工程と、該高融点金属から成るストラ
イプとともに該ストライプ上に堆積した多結晶を除去す
る工程とを含むことを特徴とする半導体レーザの製造方
法である。The present invention also provides a substrate, an n-type layer,
x Ga 1-xy In y N (0 <x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, x +
y ≦ 1), a semiconductor laser having a p-type or high-resistance current confinement layer, a stripe-shaped opening penetrating the current confinement layer, and a quantum well active layer formed on the stripe-shaped opening. A method of forming a stripe made of a high melting point metal, a step of pseudo-selectively growing a current confinement layer thereon, and removing a polycrystal deposited on the stripe together with the stripe made of the high melting point metal. And a step of manufacturing the semiconductor laser.
【００１９】高融点金属から成るストライプが(1-100)
方向または(11-20) 方向に沿って形成されることによ
り、結晶成長の成長速度の異方性を利用したり、形状の
安定したストライプ状溝形成でき、半導体レーザの導波
路作製の再現性を格段に向上できる。高融点金属から成
るストライプの材料としては、結晶成長工程において、
熱的、化学的に安定な物質であるＷ、Ｔａ、またはＭｏ
が好ましい。高融点金属から成るストライプは、ウエッ
トエッチングにより除去することが好ましい。The stripe composed of a refractory metal is (1-100)
Direction or (11-20) direction, it is possible to use the anisotropy of the growth rate of crystal growth or to form a stripe-shaped groove with a stable shape, and to produce semiconductor laser waveguides with reproducibility. Can be significantly improved. As a material of a stripe made of a high melting point metal, in the crystal growth process,
W, Ta, or Mo, which is a thermally and chemically stable substance
Is preferred. The stripes made of a high melting point metal are preferably removed by wet etching.
【００２０】なお、本発明において、電流狭窄層に高抵
抗もしくはｐ型のＧａＩｎＮ系またはＡｌＧａＩｎＮ系
を用いても同様の製造方法が使用できる。また、ＡｌＮ
分率の最適の値は、発振波長やストライプ幅、作製法に
よって変化するため、一般には少しでもＡｌを含んでい
ればよい。さらに、多重量子井戸層は、場合によっては
屈曲部が存在しなくてもよい。In the present invention, a similar manufacturing method can be used even if a high-resistance or p-type GaInN-based or AlGaInN-based current confinement layer is used. Also, AlN
Since the optimum value of the fraction changes depending on the oscillation wavelength, the stripe width, and the manufacturing method, it is generally sufficient that the fraction contains at least Al. Further, the multiple quantum well layer may not have a bent portion in some cases.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。 実施例１ 図１は、実施例１を示す単一モード型ＧａＮ系量子井戸
半導体レーザの製造方法を示す素子構造の断面図であ
る。図１の（ａ）に示すように、有機金属気相成長法に
より(0001)サファイア基板1 上に第１の結晶成長により
ＡｌＮバッファ層2 、ｎ−ＧａＮ層3 を成長させる。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 is a cross-sectional view of an element structure showing a method for manufacturing a single mode GaN-based quantum well semiconductor laser according to a first embodiment. As shown in FIG. 1A, an AlN buffer layer 2 and an n-GaN layer 3 are grown on a (0001) sapphire substrate 1 by a first crystal growth method by a metal organic chemical vapor deposition method.
【００２２】一旦、成長装置から取り出した後、図１の
（ｂ）に示すように、結晶方位(11-20) 方向に沿って幅
３μｍ、膜厚１μｍのＳｉＯ2 ストライプ4 をフォトリ
ソグラフィーによって形成する。Once removed from the growth apparatus, as shown in FIG. 1B, an SiO 2 stripe 4 having a width of 3 μm and a thickness of 1 μm is formed by photolithography along the crystal orientation (11-20). I do.
【００２３】続いて、第２の結晶成長により、図１の
（ｃ）に示すように、膜厚０．６μｍのＡｌ0.08Ｇａ
0.92Ｎ電流狭窄層5 を成長させる。Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ
電流狭窄層5 のＳｉＯ2 ストライプ4 付近は、結晶成長
の異方性により、基板面に対して約６１度の角度をなす
(1-101) 面が形成される。ＧａＮ結晶はＳｉＯ2 マスク
によって選択成長できることが知られているが、ＡｌＧ
ａＮ系の場合は、図１の（ｃ）に示すように、完全な選
択成長はできず、ＳｉＯ2 ストライプ4 上にも多結晶6
が堆積する。すなわち、疑似選択的に電流狭窄層が成長
する。しかし、例えば、フッ酸を用いてＳｉＯ2 ストラ
イプ4 をエッチングすると、ＳｉＯ2 ストライプ4 とと
もにその上に堆積した多結晶6 も同時に除去される。Subsequently, by the second crystal growth, as shown in FIG. 1C, Al 0.08 Ga having a thickness of 0.6 μm is formed.
A 0.92 N current confinement layer 5 is grown. Al 0.08 Ga 0.92 N
The vicinity of the SiO 2 stripe 4 of the current confinement layer 5 forms an angle of about 61 degrees with respect to the substrate surface due to anisotropy of crystal growth.
A (1-101) plane is formed. It is known that GaN crystals can be selectively grown using a SiO 2 mask.
For aN system, as shown in (c) of FIG. 1, can not complete selective growth, polycrystal on the SiO 2 stripe 4 6
Accumulates. That is, the current confinement layer grows pseudo-selectively. However, when the SiO 2 stripes 4 are etched using hydrofluoric acid, for example, the polycrystals 6 deposited thereon as well as the SiO 2 stripes 4 are simultaneously removed.
【００２４】こうして、図１の（ｄ）に示すように、ス
トライプ状開口部7 が形成される。図５の（ｂ）に、ス
トライプ状開口部7 のＳｉＯ2 リフトオフ後の表面の原
子間力顕微鏡像を示す。微細な凹凸は見られず平坦な表
面が得られていることがわかる。これに対して、図５の
（ａ）には反応性イオンエッチング表面の原子間力顕微
鏡像を示しているが、表面に数十ｎｍ程度の凹凸が見ら
れる。反応性イオンエッチングの不均一性に起因してい
ると思われるが、これらの凹凸はその上に堆積される活
性層を含むレーザ結晶の品質低下の原因となるため好ま
しくない。In this way, as shown in FIG. 1D, a striped opening 7 is formed. FIG. 5B shows an atomic force microscope image of the surface of the stripe-shaped opening 7 after lift-off of SiO 2 . It can be seen that a fine surface was obtained without fine irregularities. On the other hand, FIG. 5A shows an atomic force microscope image of the surface of the reactive ion etching, and irregularities of about several tens nm are seen on the surface. Although it is considered that the irregularities are caused by the non-uniformity of the reactive ion etching, these irregularities are not preferable because they cause the deterioration of the quality of the laser crystal including the active layer deposited thereon.
【００２５】次に、再び、結晶成長装置に導入し、図２
の（ｅ）に示すように、第２の結晶成長によりｎ−Ａｌ
0.07Ｇａ0.93Ｎ第１クラッド層8 、ｎ−ＧａＮ第１光ガ
イド層9 、Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ（０＜
ｙ＜ｘ＜１）から成る多重量子井戸活性層10、ｐ−Ａｌ
0.08Ｇａ0.92Ｎキャップ層11、ｐ−ＧａＮ第２光ガイド
層12、ｐ−Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ第２クラッド層13、ｐ−
ＧａＮコンタクト層14を成長させる。Next, the wafer was again introduced into the crystal growing apparatus, and FIG.
As shown in (e) of FIG.
0.07 Ga 0.93 N first cladding layer 8, n-GaN first light guide layer 9, Ga 1-x In x N / Ga 1-y In y N (0 <
a multiple quantum well active layer 10 of y <x <1), p-Al
0.08 Ga 0.92 N cap layer 11, p-GaN second optical guide layer 12, p-Al 0.07 Ga 0.93 N second cladding layer 13, p-
A GaN contact layer 14 is grown.
【００２６】最後に、図２の（ｆ）に示すように、スト
ライプ状の開口部7 直上に、例えばＮｉ／Ａｕから成る
ｐ電極15、また、一部をｎ−ＧａＮ層3 が露出するまで
エッチングした表面に、例えばＴｉ／Ａｌから成るｎ電
極16を形成させる。Finally, as shown in FIG. 2 (f), a p-electrode 15 made of, for example, Ni / Au and a part of the n-GaN layer 3 are exposed immediately above the stripe-shaped opening 7. An n-electrode 16 made of, for example, Ti / Al is formed on the etched surface.
【００２７】多重量子井戸活性層10は、例えば厚さ３ｎ
ｍのＧａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ量子井戸層と９ｎｍのＧａ0.97
Ｉｎ0.03Ｎバリア層とから構成されている。多重量子井
戸層10内で発生した光は、垂直方向で見るとｎ−ＧａＮ
第１光ガイド層9 、多重量子井戸層10、ｐ−Ａｌ0.08Ｇ
ａ0.92Ｎキャップ層11、およびｐ−ＧａＮ第２光ガイド
層12の４層内に特に強く閉じ込められるが、段差によっ
て成長層に水平な方向にも屈折率差が生じている。The multiple quantum well active layer 10 has a thickness of, for example, 3n.
m Ga 0.9 In 0.1 N quantum well layer and 9 nm Ga 0.97
And an In 0.03 N barrier layer. Light generated in the multiple quantum well layer 10 is n-GaN when viewed in the vertical direction.
First light guide layer 9, multiple quantum well layer 10, p-Al 0.08 G
Although it is particularly strongly confined in the four layers of the a 0.92 N cap layer 11 and the p-GaN second optical guide layer 12, a difference in refractive index also occurs in the direction horizontal to the growth layer due to the step.
【００２８】多重量子井戸層10における屈曲部19の幅は
約１．５μｍとなり、この幅を実効的なストライプ幅と
する屈折率導波構造となっている。屈曲部19の幅は、Ｓ
ｉＯ2 ストライプ4 および結晶層の膜厚のみによって決
まるので、制御性は良好である。The width of the bent portion 19 in the multiple quantum well layer 10 is about 1.5 μm, and the refractive index waveguide structure has this width as an effective stripe width. The width of the bent portion 19 is S
The controllability is good because it is determined only by the thickness of the iO 2 stripe 4 and the crystal layer.
【００２９】本実施例の場合、狭ストライプ構造を用い
ているので、水平方向の光はＡｌ0. 08Ｇａ0.92Ｎ電流狭
窄層5 へも広がるが、大きい屈折率差のために多重量子
井戸層10への光閉じ込め効果が一層強く現れ、９０％以
上の光閉じ込め係数が得られる。したがって、低しきい
値電流で安定な単一横モード、アスペクト比等、光ディ
スク用光源に適した高性能が再現性よく実現できる。In the case of this embodiment, because of the use of narrow stripe structure, the light in the horizontal direction extends also to Al 0. 08 Ga 0.92 N current blocking layer 5, the multiple quantum well layer for large refractive index difference The effect of confining light to 10 appears more strongly, and a light confinement coefficient of 90% or more is obtained. Therefore, high performance suitable for a light source for an optical disc, such as a single transverse mode and an aspect ratio, which are stable at a low threshold current, can be realized with good reproducibility.
【００３０】実施例２ 図３は、実施例２を示す単一モード型ＧａＮ系量子井戸
半導体レーザの製造方法を示す素子構造の断面図であ
る。実施例１と異なる点は、ストライプを形成する方向
である。実施例１では、結晶方位（１１−２０）に沿っ
てストライプを形成したが、本実施例では、結晶方位
（１−１- ００）に沿ってストライプを形成している。Embodiment 2 FIG. 3 is a sectional view of an element structure showing a method for manufacturing a single mode GaN quantum well semiconductor laser according to Embodiment 2. The difference from the first embodiment lies in the direction in which the stripes are formed. In the first embodiment, it has formed the stripe along the crystal orientation (11-20), in this embodiment, crystal orientation - to form a stripe along the (1-1 00).
【００３１】図３の（ａ）に示すように、有機金属気相
成長法により(0001)サファイア基板21上に第１の結晶成
長によりＡｌＮバッファ層22、ｎ−ＧａＮ層23を成長さ
せる。一旦、成長装置から取り出した後、結晶方位(1-1
00) 方向に沿って幅３μｍ、膜厚１μｍのＳｉＯ2 スト
ライプ24がフォトリソグラフィーによって形成される。
続いて、第２の結晶成長により、膜厚０．６μｍのＡｌ
0.08Ｇａ0.92Ｎ電流狭窄層25を成長させる。Ａｌ0.08Ｇ
ａ0.92Ｎ電流狭窄層25のＳｉＯ2 ストライプ24付近は結
晶成長の異方性により、基板面に対して約９０度の角度
をなす(11-20)面が形成される。As shown in FIG. 3A, an AlN buffer layer 22 and an n-GaN layer 23 are grown on a (0001) sapphire substrate 21 by a first crystal growth method by a metal organic chemical vapor deposition method. Once removed from the growth equipment, the crystal orientation (1-1
A SiO 2 stripe 24 having a width of 3 μm and a thickness of 1 μm is formed by photolithography along the direction.
Subsequently, a 0.6 μm-thick Al
A 0.08 Ga 0.92 N current confinement layer 25 is grown. Al 0.08 G
In the vicinity of the SiO 2 stripe 24 of the a 0.92 N current confinement layer 25, a (11-20) plane is formed at an angle of about 90 degrees with respect to the substrate surface due to anisotropy of crystal growth.
【００３２】ＧａＮ結晶は、ＳｉＯ2 マスクによって選
択成長できることが知られているが、ＡｌＧａＮ系の場
合は、図３（ｃ）に示すように、完全な選択成長はでき
ず、ＳｉＯ2 ストライプ24上にも多結晶26が堆積する。
しかし、例えば、フッ酸を用いてＳｉＯ2 ストライプ24
をエッチングすると、ＳｉＯ2 ストライプ24とともにそ
の上に堆積した多結晶26も同時に除去される。こうし
て、ストライプ状開口部27が形成される。その後の工程
は、実施例１と同様である。[0032] GaN crystal is known to be selectively grown by SiO 2 mask, in the case of AlGaN based, as shown in FIG. 3 (c), can not complete selective growth, SiO 2 stripe 24 on The polycrystal 26 is also deposited.
However, for example, SiO 2 stripes 24 using hydrofluoric acid are used.
Is etched, the SiO 2 stripe 24 and the polycrystal 26 deposited thereon are removed at the same time. Thus, the striped opening 27 is formed. Subsequent steps are the same as in the first embodiment.
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明により、低しきい値電流密度を有
し、単一横モード、低アスペクト比等、光ディスク用光
源に適した高性能な短波長半導体レーザが再現性よく実
現できる。According to the present invention, a high-performance short-wavelength semiconductor laser having a low threshold current density and a single transverse mode, a low aspect ratio, etc., which is suitable for a light source for an optical disk can be realized with good reproducibility.
【図１】実施例１示すＧａＮ系単一横モード半導体レー
ザの製造方法において、ストライプ状開口部を形成する
までの工程を素子断面構造で示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a process until a stripe-shaped opening is formed in an element cross-sectional structure in a method for manufacturing a GaN-based single transverse mode semiconductor laser shown in Example 1.
【図２】実施例１示すＧａＮ系単一横モード半導体レー
ザの製造方法において、第２の結晶成長からｎ電極を形
成するまでの工程を素子断面構造で示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a process from the second crystal growth to the formation of an n-electrode in an element cross-sectional structure in the method for manufacturing a GaN-based single transverse mode semiconductor laser shown in Example 1.
【図３】実施例２示すＧａＮ系単一横モード半導体レー
ザの製造方法において、ストライプ状開口部を形成する
までの工程を素子断面構造で示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a process until a stripe-shaped opening is formed in an element cross-sectional structure in the method for manufacturing a GaN-based single transverse mode semiconductor laser shown in Example 2.
【図４】実施例２示すＧａＮ系単一横モード半導体レー
ザの製造方法において、第２の結晶成長からｎ電極を形
成するまでの工程を素子断面構造で示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a process from the second crystal growth to the formation of an n-electrode in an element cross-sectional structure in the method for manufacturing a GaN-based single transverse mode semiconductor laser according to the second embodiment.
【図５】ストライプ状開口部の従来例の反応性イオンエ
ッチング表面（ａ）と実施例１のＳｉＯ2 リフトオフ後
の表面（ｂ）の原子間力顕微鏡像を示す図面代用写真で
ある。5 is a drawing substitute photograph showing an atomic force microscope image of a reactive ion-etched surface (a) of a conventional example of a stripe-shaped opening and a surface (b) after lift-off of SiO 2 of Example 1. FIG.
【図６】従来例のＧａＮ系単一横モード半導体レーザの
素子構造の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a device structure of a conventional GaN-based single transverse mode semiconductor laser.
【図７】図６に示す従来例の半導体レーザの素子構造の
成長層に水平な方向における屈折率分布を示す図であ
る。7 is a diagram showing a refractive index distribution in a direction horizontal to a growth layer of the element structure of the conventional semiconductor laser shown in FIG.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩谷 素顕 愛知県中島郡祖父江町大字大牧702 Ｆターム(参考） 5F073 AA09 AA20 AA45 AA51 AA55 AA74 CA07 CB05 CB07 CB10 DA05 EA23 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Motoaki Iwatani 702 F, Omaki, Oji, Sobue-cho, Nakajima-gun, Aichi Prefecture 5F073 AA09 AA20 AA45 AA51 AA55 AA74 CA07 CB05 CB07 CB10 DA05 EA23
Claims (2)
ｎy Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）から成
るｐ型または高抵抗電流狭窄層と、該電流狭窄層を貫通
するストライプ状開口部と、該ストライプ状開口部上に
形成された量子井戸活性層とを備えた半導体レーザの製
造方法において、誘電体ストライプを形成する工程と、
その上に疑似選択的に電流狭窄層を成長させる工程と、
該誘電体ストライプとともに該誘電体ストライプ上に堆
積した多結晶を除去する工程とを含むことを特徴とする
半導体レーザの製造方法。1. A substrate, an n-type layer, and Al x Ga 1 -xy I
n y N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1), a p-type or high-resistance current confinement layer, a stripe-shaped opening penetrating the current confinement layer, and the stripe-shaped opening Forming a dielectric stripe in a method of manufacturing a semiconductor laser comprising a quantum well active layer formed thereon; and
A step of pseudo-selectively growing a current confinement layer thereon;
Removing the polycrystal deposited on the dielectric stripe together with the dielectric stripe.
ｎy Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）から成
るｐ型または高抵抗電流狭窄層と、該電流狭窄層を貫通
するストライプ状開口部と、該ストライプ状開口部上に
形成された量子井戸活性層とを備えた半導体レーザの製
造方法において、高融点金属から成るストライプを形成
する工程と、その上に疑似選択的に電流狭窄層を成長さ
せる工程と、該高融点金属から成るストライプとともに
該ストライプ上に堆積した多結晶を除去する工程とを含
むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。2. A substrate, an n-type layer, and Al x Ga 1-xy I
n y N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1), a p-type or high-resistance current confinement layer, a stripe-shaped opening penetrating the current confinement layer, and the stripe-shaped opening In a method of manufacturing a semiconductor laser having a quantum well active layer formed thereon, a step of forming a stripe made of a refractory metal, a step of pseudo-selectively growing a current confinement layer thereon, Removing the polycrystal deposited on the stripe together with the stripe made of the melting point metal.
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| JP (1) | JP2001077472A (en) |
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