JP2002329932A - 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体レーザ素子及びその作製方法 - Google Patents
窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体レーザ素子及びその作製方法Info
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- JP2002329932A JP2002329932A JP2001135004A JP2001135004A JP2002329932A JP 2002329932 A JP2002329932 A JP 2002329932A JP 2001135004 A JP2001135004 A JP 2001135004A JP 2001135004 A JP2001135004 A JP 2001135004A JP 2002329932 A JP2002329932 A JP 2002329932A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来に比べて平坦な共振器端面を備え、閾値
電流が低い窒化物系III−Ｖ族化合物半導体レーザ素子
及びその作製方法を提供する。 【解決手段】 本ＧａＮ系半導体レーザ素子４０は、種
結晶層４２の構成を除いて、従来のＧａＮ系半導体レー
ザ素子と同じ構成を備えている。種結晶層４２は、Ａｌ
X Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１、例えばＸ＝０．０８）層か
らなるストライプ状種結晶層であって、種結晶層を構成
するＡｌＧａＮ層内に発生しているクラックに対して３
０°の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成さ
れている。本半導体レーザ素子の共振器端面は、レーザ
ストライプ、つまり種結晶層４２のストライプ方向に直
交して形成されている。種結晶層４２が基準線に対して
正確な方位で形成されているので、共振器端面が、従来
のＧａＮ系半導体レーザ素子１０に比べて平滑で平坦な
劈開面となっており、閾値電流も低い。
電流が低い窒化物系III−Ｖ族化合物半導体レーザ素子
及びその作製方法を提供する。 【解決手段】 本ＧａＮ系半導体レーザ素子４０は、種
結晶層４２の構成を除いて、従来のＧａＮ系半導体レー
ザ素子と同じ構成を備えている。種結晶層４２は、Ａｌ
X Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１、例えばＸ＝０．０８）層か
らなるストライプ状種結晶層であって、種結晶層を構成
するＡｌＧａＮ層内に発生しているクラックに対して３
０°の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成さ
れている。本半導体レーザ素子の共振器端面は、レーザ
ストライプ、つまり種結晶層４２のストライプ方向に直
交して形成されている。種結晶層４２が基準線に対して
正確な方位で形成されているので、共振器端面が、従来
のＧａＮ系半導体レーザ素子１０に比べて平滑で平坦な
劈開面となっており、閾値電流も低い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系III −Ｖ
族化合物半導体レーザ素子及びその作製方法に関し、更
に詳細には、共振器端面が平坦で、閾値電流の低い窒化
物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子、及び共振器端
面の平坦性を面内均一にできる、窒化物系III −Ｖ族化
合物半導体レーザ素子の作製する方法に関するものであ
る。
族化合物半導体レーザ素子及びその作製方法に関し、更
に詳細には、共振器端面が平坦で、閾値電流の低い窒化
物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子、及び共振器端
面の平坦性を面内均一にできる、窒化物系III −Ｖ族化
合物半導体レーザ素子の作製する方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化物系III −Ｖ族化合物化合物半導体
レーザ素子（以下、簡単に窒化物系半導体レーザ素子と
言う）は、経済的なＧａＮ基板を入手することが難しい
こと等から、一般には、サファイア基板、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ、スピネル等の上に作製されている。従来、サファイ
ア基板上に窒化物系半導体レーザ素子を形成する際に
は、サファイア基板のオリエンテーション・フラットを
基準にして横方向成長のストライプ状種結晶層を形成
し、続いてストライプ状種結晶層に平行にレーザストラ
イプを形成する。次いで、レーザストライプに垂直に劈
開を行って共振器端面を形成し、窒化物系半導体レーザ
素子を作製している。
レーザ素子（以下、簡単に窒化物系半導体レーザ素子と
言う）は、経済的なＧａＮ基板を入手することが難しい
こと等から、一般には、サファイア基板、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ、スピネル等の上に作製されている。従来、サファイ
ア基板上に窒化物系半導体レーザ素子を形成する際に
は、サファイア基板のオリエンテーション・フラットを
基準にして横方向成長のストライプ状種結晶層を形成
し、続いてストライプ状種結晶層に平行にレーザストラ
イプを形成する。次いで、レーザストライプに垂直に劈
開を行って共振器端面を形成し、窒化物系半導体レーザ
素子を作製している。
【０００３】ここで、図６を参照して、窒化物系半導体
レーザ素子の典型的な構成の一例を説明し、更に図７及
び図８を参照して、その作製方法の要部を説明する。図
６はＧａＮ系半導体レーザ素子の典型的構成を示す断面
図である。図７（ａ）から（ｄ）、及び図８は、それぞ
れ、従来の方法に従ってＧａＮ系半導体レーザ素子を作
製する際の工程毎の断面図である。窒化物系半導体レー
ザ素子１０は、ＧａＮ系半導体レーザ素子であって、図
６に示すように、サファイア基板１２のｃ面上に、又は
低温成長のＧａＮバッファ層を介してサファイア基板１
２のｃ面上に、ＧａＮ種結晶層１４、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層１６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ型Ｇａ
Ｎ光ガイド層２０、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光ガイド層
２４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型ＧａＮ
コンタクト層２８を、順次、積層した積層構造を備えて
いる。
レーザ素子の典型的な構成の一例を説明し、更に図７及
び図８を参照して、その作製方法の要部を説明する。図
６はＧａＮ系半導体レーザ素子の典型的構成を示す断面
図である。図７（ａ）から（ｄ）、及び図８は、それぞ
れ、従来の方法に従ってＧａＮ系半導体レーザ素子を作
製する際の工程毎の断面図である。窒化物系半導体レー
ザ素子１０は、ＧａＮ系半導体レーザ素子であって、図
６に示すように、サファイア基板１２のｃ面上に、又は
低温成長のＧａＮバッファ層を介してサファイア基板１
２のｃ面上に、ＧａＮ種結晶層１４、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層１６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ型Ｇａ
Ｎ光ガイド層２０、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光ガイド層
２４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型ＧａＮ
コンタクト層２８を、順次、積層した積層構造を備えて
いる。
【０００４】ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６の上層部及
びｐ型ＧａＮコンタクト層２８は、一方向にリッジスト
ライプ状に延びるリッジストライプ部として形成されて
いる。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層１６の上層部、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ型ＧａＮ光ガイド層２
０、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２４、及びｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層２６の下層部は、リッジストライ
プ部の延在する方向と同じ方向に延在するメサ部として
形成されている。更に、ＧａＮ種結晶層１４は、リッジ
ストライプ部及びメサ部の延在方向と同じ方向に延びる
凹凸構造として形成されていて、リッジストライプ部は
凹凸構造の２個の凸部間に設けてある。
びｐ型ＧａＮコンタクト層２８は、一方向にリッジスト
ライプ状に延びるリッジストライプ部として形成されて
いる。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層１６の上層部、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ型ＧａＮ光ガイド層２
０、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２４、及びｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層２６の下層部は、リッジストライ
プ部の延在する方向と同じ方向に延在するメサ部として
形成されている。更に、ＧａＮ種結晶層１４は、リッジ
ストライプ部及びメサ部の延在方向と同じ方向に延びる
凹凸構造として形成されていて、リッジストライプ部は
凹凸構造の２個の凸部間に設けてある。
【０００５】リッジストライプ部、メサ部、及びメサ部
脇のｎ型ＧａＮコンタクト層１６は、リッジストライプ
部の上面及びｎ型ＧａＮコンタクト層１６の一部領域に
それぞれ設けた開口部３０ａ及び３０ｂを除いて、Ｓｉ
Ｏ2 膜からなる保護膜３０で被覆されている。ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層２８上には、開口部３０ａを介してＰｄ
／Ｐｔ／Ａｕ電極のような多層金属膜のｐ側電極３２が
オーミック接合電極として設けられ、また、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１６上には、開口部３０ｂを介してＴｉ／
Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極のような多層金属膜のｎ側電極３
４がオーミック接合電極として設けられている。
脇のｎ型ＧａＮコンタクト層１６は、リッジストライプ
部の上面及びｎ型ＧａＮコンタクト層１６の一部領域に
それぞれ設けた開口部３０ａ及び３０ｂを除いて、Ｓｉ
Ｏ2 膜からなる保護膜３０で被覆されている。ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層２８上には、開口部３０ａを介してＰｄ
／Ｐｔ／Ａｕ電極のような多層金属膜のｐ側電極３２が
オーミック接合電極として設けられ、また、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１６上には、開口部３０ｂを介してＴｉ／
Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極のような多層金属膜のｎ側電極３
４がオーミック接合電極として設けられている。
【０００６】上述のＧａＮ系半導体レーザ素子１０を作
製する際には、先ず、図７（ａ）に示すように、ｃ面の
サファイア基板１２上に、有機金属化学気相成長（ＭＯ
ＣＶＤ）法によりＧａＮ種結晶層１４を成長させる。Ｇ
ａＮバッファ層を介してサファイア基板１２上にＧａＮ
種結晶層１４を成長させる際には、サファイア基板１２
上にＭＯＣＶＤ法によりＧａＮバッファ層を低温成長さ
せ、引き続いて、ＧａＮバッファ層上にＧａＮ種結晶層
１４を成膜する。ここで、一旦、ＭＯＣＶＤ装置から基
板を取り出し、図７（ｂ）に示すように、ウエハのオリ
エンテーション・フラットに直交する方向に延在する所
定のストライプ形状の保護マスク１５をＧａＮ種結晶層
１４上に形成する。
製する際には、先ず、図７（ａ）に示すように、ｃ面の
サファイア基板１２上に、有機金属化学気相成長（ＭＯ
ＣＶＤ）法によりＧａＮ種結晶層１４を成長させる。Ｇ
ａＮバッファ層を介してサファイア基板１２上にＧａＮ
種結晶層１４を成長させる際には、サファイア基板１２
上にＭＯＣＶＤ法によりＧａＮバッファ層を低温成長さ
せ、引き続いて、ＧａＮバッファ層上にＧａＮ種結晶層
１４を成膜する。ここで、一旦、ＭＯＣＶＤ装置から基
板を取り出し、図７（ｂ）に示すように、ウエハのオリ
エンテーション・フラットに直交する方向に延在する所
定のストライプ形状の保護マスク１５をＧａＮ種結晶層
１４上に形成する。
【０００７】続いて、保護マスク１５を用いて反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）法により、図７（ｃ）に示す
ように、ＧａＮ種結晶層１４をエッチングし、エッチン
グ後、マスクを除去する。これにより、図７（ｄ）に示
すように、サファイア基板１２上に、ＧａＮ種結晶層１
４のストライプ状の凹凸構造が形成される。
オンエッチング（ＲＩＥ）法により、図７（ｃ）に示す
ように、ＧａＮ種結晶層１４をエッチングし、エッチン
グ後、マスクを除去する。これにより、図７（ｄ）に示
すように、サファイア基板１２上に、ＧａＮ種結晶層１
４のストライプ状の凹凸構造が形成される。
【０００８】再び、ＭＯＣＶＤ装置に基板を戻し、横方
向成長速度が高い成長条件で、図８に示すように、凹凸
構造の凸部のＧａＮ種結晶層１４上に、ｎ型ＧａＮコン
タクト層１６を成膜し、その上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層１８、ｎ型ＧａＮ光ガイド層２０、活性層２２、
ｐ型ＧａＮ光ガイド層２４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
２６、及びｐ型ＧａＮコンタクト層２８を、順次、積層
して積層構造を形成する。続いて、積層構造をエッチン
グして、ストライプ状リッジ部及びメサ構造を形成し、
保護膜３０を成膜し、ｐ側電極３２及びｎ側電極３４を
形成する。次いで、ストライプ状リッジ部に直交する面
で劈開を行ってバー状にウエハを分割し、更にストライ
プ状リッジ部に平行に分割すると、図６に示すＧａＮ系
半導体レーザ素子１０を作製することができる。
向成長速度が高い成長条件で、図８に示すように、凹凸
構造の凸部のＧａＮ種結晶層１４上に、ｎ型ＧａＮコン
タクト層１６を成膜し、その上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層１８、ｎ型ＧａＮ光ガイド層２０、活性層２２、
ｐ型ＧａＮ光ガイド層２４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
２６、及びｐ型ＧａＮコンタクト層２８を、順次、積層
して積層構造を形成する。続いて、積層構造をエッチン
グして、ストライプ状リッジ部及びメサ構造を形成し、
保護膜３０を成膜し、ｐ側電極３２及びｎ側電極３４を
形成する。次いで、ストライプ状リッジ部に直交する面
で劈開を行ってバー状にウエハを分割し、更にストライ
プ状リッジ部に平行に分割すると、図６に示すＧａＮ系
半導体レーザ素子１０を作製することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、サファイア
基板は、劈開性が乏しいので、平滑で平坦な劈開面を形
成するように劈開することが難しく、その結果、共振器
端面が平滑でなく、凹凸面になることが多い。共振器端
面が平滑でないと、端面反射率が低下する結果、閾値電
流が増大しがちである。しかも、上述した従来の窒化物
系半導体レーザ素子の作製方法では、共振器端面となる
劈開面は、角度精度の低いオリエンテーション・フラッ
トを基準にして、オリエンテーション・フラットに直交
する方向にストライプ状リッジを形成し、劈開している
ので、共振器端面の平坦性が、ウエハ毎に、更には面内
でばらつくことが多い。その結果、閾値電流がばらつ
き、しかも高くなるという問題があった。例えば、オリ
エンテーション・フラットの精度は、サファイア基板の
Ａ面に対して±２°程度の精度がせいぜいである。これ
では、面内均一に更にはウエハ毎にばらつかないように
して、平坦な劈開面を得ることは難しい。
基板は、劈開性が乏しいので、平滑で平坦な劈開面を形
成するように劈開することが難しく、その結果、共振器
端面が平滑でなく、凹凸面になることが多い。共振器端
面が平滑でないと、端面反射率が低下する結果、閾値電
流が増大しがちである。しかも、上述した従来の窒化物
系半導体レーザ素子の作製方法では、共振器端面となる
劈開面は、角度精度の低いオリエンテーション・フラッ
トを基準にして、オリエンテーション・フラットに直交
する方向にストライプ状リッジを形成し、劈開している
ので、共振器端面の平坦性が、ウエハ毎に、更には面内
でばらつくことが多い。その結果、閾値電流がばらつ
き、しかも高くなるという問題があった。例えば、オリ
エンテーション・フラットの精度は、サファイア基板の
Ａ面に対して±２°程度の精度がせいぜいである。これ
では、面内均一に更にはウエハ毎にばらつかないように
して、平坦な劈開面を得ることは難しい。
【００１０】そこで、本発明の目的は、サファイア基板
のオリエンテーション・フラットの角度精度に依存する
ことなく、従来に比べて平坦な共振器端面を備え、閾値
電流の低い窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子
及びその作製方法を提供することである。
のオリエンテーション・フラットの角度精度に依存する
ことなく、従来に比べて平坦な共振器端面を備え、閾値
電流の低い窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子
及びその作製方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決する研究の過程で、サファイア基板上にＡｌＧａＮ
層又はＡｌＮ層をエピタキシャル成長させると、ＡｌＧ
ａＮ層又はＡｌＮ層の結晶面に沿ってクラックがサファ
イア基板に垂直な方向で発生することに注目した。Ａｌ
ＧａＮ層及びＡｌＮ層の結晶面はサファイア基板の面方
位に対して一定の方位で形成されるので、極めて厳密な
基準線となり得る。しかも、ＡｌＧａＮ層及びＡｌ層の
表面までクラックが成長してクラック線として表面に現
れるので、確認が容易である。そこで、例えばＡｌＧａ
Ｎ層を成長させる際、ＡｌＧａＮ層に発生するクラック
を基準にしてストライプ状種結晶層を形成し、更にスト
ライプ状種結晶層に沿ってレーザストライプを形成し、
レーザストライプに直交して劈開することにより、ウエ
ハ毎に変わること無く、また面内一様に共振器端面を形
成することを着想した。そして、着想に基づいて、本発
明者は、実験を重ね、本発明を発明するに到った。
解決する研究の過程で、サファイア基板上にＡｌＧａＮ
層又はＡｌＮ層をエピタキシャル成長させると、ＡｌＧ
ａＮ層又はＡｌＮ層の結晶面に沿ってクラックがサファ
イア基板に垂直な方向で発生することに注目した。Ａｌ
ＧａＮ層及びＡｌＮ層の結晶面はサファイア基板の面方
位に対して一定の方位で形成されるので、極めて厳密な
基準線となり得る。しかも、ＡｌＧａＮ層及びＡｌ層の
表面までクラックが成長してクラック線として表面に現
れるので、確認が容易である。そこで、例えばＡｌＧａ
Ｎ層を成長させる際、ＡｌＧａＮ層に発生するクラック
を基準にしてストライプ状種結晶層を形成し、更にスト
ライプ状種結晶層に沿ってレーザストライプを形成し、
レーザストライプに直交して劈開することにより、ウエ
ハ毎に変わること無く、また面内一様に共振器端面を形
成することを着想した。そして、着想に基づいて、本発
明者は、実験を重ね、本発明を発明するに到った。
【００１２】上記目的を達成するために、上述の知見に
基づいて、本発明に係る窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体レーザ素子（以下、第１の発明と言う）は、基板上に
形成された窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子
において、基板上に形成された、又はバッファ層を介し
て基板上に形成された、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦
１、以下、ＡｌＧａＮと表記する）層からなるストライ
プ状種結晶層、又はＡｌＧａＮ層を最上層に有するスト
ライプ状種結晶層と、種結晶層上に形成され、共振器構
造を構成する窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層の積層
構造と、種結晶層に沿って形成されたレーザストライプ
と、レーザストライプに直交して劈開された劈開面から
なる共振器端面とを備え、種結晶層が、種結晶層を構成
するＡｌＧａＮ層内に発生しているクラックに対して所
定の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成され
ていることを特徴としている。
基づいて、本発明に係る窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体レーザ素子（以下、第１の発明と言う）は、基板上に
形成された窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子
において、基板上に形成された、又はバッファ層を介し
て基板上に形成された、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦
１、以下、ＡｌＧａＮと表記する）層からなるストライ
プ状種結晶層、又はＡｌＧａＮ層を最上層に有するスト
ライプ状種結晶層と、種結晶層上に形成され、共振器構
造を構成する窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層の積層
構造と、種結晶層に沿って形成されたレーザストライプ
と、レーザストライプに直交して劈開された劈開面から
なる共振器端面とを備え、種結晶層が、種結晶層を構成
するＡｌＧａＮ層内に発生しているクラックに対して所
定の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成され
ていることを特徴としている。
【００１３】第１の発明では、種結晶層は、ＡｌＧａＮ
層のみでもよく、ＡｌＧａＮ層を最上層に有する多層
膜、例えばＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との２層膜でもよ
い。ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との２層膜にしてＡｌＧａ
Ｎ層の膜厚を薄くすることにより、種結晶層のクラック
の数を抑制することができる。尚、ここで、ＡｌＧａＮ
層は、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１）層であって、Ｘ
＝１のときのＡｌＮ層を含む概念である。
層のみでもよく、ＡｌＧａＮ層を最上層に有する多層
膜、例えばＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との２層膜でもよ
い。ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との２層膜にしてＡｌＧａ
Ｎ層の膜厚を薄くすることにより、種結晶層のクラック
の数を抑制することができる。尚、ここで、ＡｌＧａＮ
層は、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１）層であって、Ｘ
＝１のときのＡｌＮ層を含む概念である。
【００１４】本発明に係る別の窒化物系III −Ｖ族化合
物半導体レーザ素子（以下、第２の発明と言う）は、基
板上に形成された窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レー
ザ素子において、基板上に形成された、又はバッファ層
を介して基板上に形成された、それぞれが超格子構造の
ＧａＮ層、及びＧａＮ層上に成膜されたＡｌX Ｇａ1-X
Ｎ（０＜Ｘ≦１、以下、ＡｌＧａＮと表記する）層との
２層膜を多数周期で積層した超格子積層膜からなるスト
ライプ状種結晶層と、種結晶層上に形成され、共振器構
造を構成する窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層の積層
構造と、種結晶層に沿って形成されたレーザストライプ
と、レーザストライプに直交して劈開された劈開面から
なる共振器端面とを備え、種結晶層が、種結晶層を構成
するＡｌＧａＮ層内に発生しているクラックに対して所
定の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成され
ていることを特徴としている。
物半導体レーザ素子（以下、第２の発明と言う）は、基
板上に形成された窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レー
ザ素子において、基板上に形成された、又はバッファ層
を介して基板上に形成された、それぞれが超格子構造の
ＧａＮ層、及びＧａＮ層上に成膜されたＡｌX Ｇａ1-X
Ｎ（０＜Ｘ≦１、以下、ＡｌＧａＮと表記する）層との
２層膜を多数周期で積層した超格子積層膜からなるスト
ライプ状種結晶層と、種結晶層上に形成され、共振器構
造を構成する窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層の積層
構造と、種結晶層に沿って形成されたレーザストライプ
と、レーザストライプに直交して劈開された劈開面から
なる共振器端面とを備え、種結晶層が、種結晶層を構成
するＡｌＧａＮ層内に発生しているクラックに対して所
定の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成され
ていることを特徴としている。
【００１５】第２の発明では、種結晶層が多数周期の超
格子積層膜で形成されているので、種結晶層上に形成さ
れた積層構造の各層が平坦化して、各層の表面にうねり
（又は波面）がなくなるので、レーザ特性が向上する。
また、種結晶層が超格子構造で形成されているので、種
結晶層中の転位等の結晶欠陥が少なく、また転位等があ
っても種結晶層の上部まで伝搬し難くなるので、種結晶
層上の積層構造に対する影響が小さい。
格子積層膜で形成されているので、種結晶層上に形成さ
れた積層構造の各層が平坦化して、各層の表面にうねり
（又は波面）がなくなるので、レーザ特性が向上する。
また、種結晶層が超格子構造で形成されているので、種
結晶層中の転位等の結晶欠陥が少なく、また転位等があ
っても種結晶層の上部まで伝搬し難くなるので、種結晶
層上の積層構造に対する影響が小さい。
【００１６】本発明に係る窒化物系III −Ｖ族化合物半
導体レーザ素子の作製方法（以下、第１の発明方法と言
う）は、基板上に窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レー
ザ素子を作製する方法において、基板上に、又はバッフ
ァ層を介して基板上に、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦
１、以下、ＡｌＧａＮと表記する）層、又はＡｌＧａＮ
層を最上層に有する積層膜をエピタキシャル成長させる
成長工程と、ＡｌＧａＮ層内に発生しているクラックに
対して所定の角度をなすストライプ状リッジ構造になる
ようにＡｌＧａＮ層をパターニングして、ＡｌＧａＮ層
からなる種結晶層、又はＡｌＧａＮ層を最上層に有する
積層膜からなる種結晶層を形成する工程と、種結晶層上
に、共振器構造を構成する窒化物系III −Ｖ族化合物半
導体層の積層構造を形成する工程と、種結晶層に沿って
レーザストライプを形成する工程と、レーザストライプ
に直交して劈開し、共振器端面を形成する工程とを有す
ことを特徴としている。
導体レーザ素子の作製方法（以下、第１の発明方法と言
う）は、基板上に窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レー
ザ素子を作製する方法において、基板上に、又はバッフ
ァ層を介して基板上に、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦
１、以下、ＡｌＧａＮと表記する）層、又はＡｌＧａＮ
層を最上層に有する積層膜をエピタキシャル成長させる
成長工程と、ＡｌＧａＮ層内に発生しているクラックに
対して所定の角度をなすストライプ状リッジ構造になる
ようにＡｌＧａＮ層をパターニングして、ＡｌＧａＮ層
からなる種結晶層、又はＡｌＧａＮ層を最上層に有する
積層膜からなる種結晶層を形成する工程と、種結晶層上
に、共振器構造を構成する窒化物系III −Ｖ族化合物半
導体層の積層構造を形成する工程と、種結晶層に沿って
レーザストライプを形成する工程と、レーザストライプ
に直交して劈開し、共振器端面を形成する工程とを有す
ことを特徴としている。
【００１７】第１の発明方法では、種結晶層は、ＡｌＧ
ａＮ層のみでもよく、ＡｌＧａＮ層を最上層に有する多
層膜、例えばＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との２層膜でもよ
い。更には、ＡｌＧａＮ層上の層が透明であれば、Ａｌ
ＧａＮ層が必ずしも最上層にある必要はない。尚、ここ
で、ＡｌＧａＮ層は、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１）
層であって、Ｘ＝１のときのＡｌＮ層を含む概念であ
る。第１の発明方法では、方位が一定のクラック線を基
準にしてストライプ状種結晶層を形成しているので、共
振器端面が、ウエハ面内で、更には対象ウエハの全てに
わたり同じ面方位の一様な劈開面になるので、閾値電流
がばらつくようなことが生じない。また、共振器端面が
平滑で平坦な劈開面で形成されるので、閾値電流を低減
させることができる。
ａＮ層のみでもよく、ＡｌＧａＮ層を最上層に有する多
層膜、例えばＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との２層膜でもよ
い。更には、ＡｌＧａＮ層上の層が透明であれば、Ａｌ
ＧａＮ層が必ずしも最上層にある必要はない。尚、ここ
で、ＡｌＧａＮ層は、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１）
層であって、Ｘ＝１のときのＡｌＮ層を含む概念であ
る。第１の発明方法では、方位が一定のクラック線を基
準にしてストライプ状種結晶層を形成しているので、共
振器端面が、ウエハ面内で、更には対象ウエハの全てに
わたり同じ面方位の一様な劈開面になるので、閾値電流
がばらつくようなことが生じない。また、共振器端面が
平滑で平坦な劈開面で形成されるので、閾値電流を低減
させることができる。
【００１８】ストライプ状種結晶層を超格子構造の種結
晶層として形成しても良い。その際には、ＡｌＧａＮ層
をエピタキシャル成長させる工程では、それぞれが超格
子構造のＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層の２層膜を多数周期
で積層してなる超格子積層膜を形成し、種結晶層を形成
する工程では、ＡｌＧａＮ層内に発生しているクラック
に対して所定の角度をなすストライプ状リッジ構造にな
るように超格子積層膜をパターニングして、超格子積層
膜からなる種結晶層を形成する。種結晶層を超格子積層
膜にすることにより、種結晶層上に形成する積層構造の
各層が平坦化され、各層の表面にうねり（又は波面）が
ないようにすることができるので、レーザ特性が向上す
る。また、種結晶層を超格子構造として形成することに
より、種結晶層中の転位等の結晶欠陥の発生を抑制し、
また発生しても、種結晶層上部への伝搬を抑制すること
ができる。
晶層として形成しても良い。その際には、ＡｌＧａＮ層
をエピタキシャル成長させる工程では、それぞれが超格
子構造のＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層の２層膜を多数周期
で積層してなる超格子積層膜を形成し、種結晶層を形成
する工程では、ＡｌＧａＮ層内に発生しているクラック
に対して所定の角度をなすストライプ状リッジ構造にな
るように超格子積層膜をパターニングして、超格子積層
膜からなる種結晶層を形成する。種結晶層を超格子積層
膜にすることにより、種結晶層上に形成する積層構造の
各層が平坦化され、各層の表面にうねり（又は波面）が
ないようにすることができるので、レーザ特性が向上す
る。また、種結晶層を超格子構造として形成することに
より、種結晶層中の転位等の結晶欠陥の発生を抑制し、
また発生しても、種結晶層上部への伝搬を抑制すること
ができる。
【００１９】また、本発明に係る別の窒化物系III −Ｖ
族化合物半導体レーザの作製方法（以下、第２の発明方
法という）は、基板上に窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体レーザ素子を作製する方法において、基板上に、又は
バッファ層を介して基板上に、ＧａＮ層、次いでＡｌX
Ｇａ1- X Ｎ（０＜Ｘ≦１、以下、ＡｌＧａＮと表記す
る）層をエピタキシャル成長させる工程と、ＡｌＧａＮ
層内に発生しているクラックに対して所定の角度をなす
ストライプ状リッジ構造になるようにＧａＮ層及びＡｌ
ＧａＮ層の積層膜をパターニングして、ＧａＮ層及びＡ
ｌＧａＮ層からなる種結晶層を形成する工程と、種結晶
層からＡｌＧａＮ層をエッチングして除去する工程と、
種結晶層上に共振器構造を構成する窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体層の積層構造を形成する工程と、種結晶層
に沿ってレーザストライプを形成する工程と、レーザス
トライプに直交して劈開し、共振器端面を形成する工程
とを有すことを特徴としている。
族化合物半導体レーザの作製方法（以下、第２の発明方
法という）は、基板上に窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体レーザ素子を作製する方法において、基板上に、又は
バッファ層を介して基板上に、ＧａＮ層、次いでＡｌX
Ｇａ1- X Ｎ（０＜Ｘ≦１、以下、ＡｌＧａＮと表記す
る）層をエピタキシャル成長させる工程と、ＡｌＧａＮ
層内に発生しているクラックに対して所定の角度をなす
ストライプ状リッジ構造になるようにＧａＮ層及びＡｌ
ＧａＮ層の積層膜をパターニングして、ＧａＮ層及びＡ
ｌＧａＮ層からなる種結晶層を形成する工程と、種結晶
層からＡｌＧａＮ層をエッチングして除去する工程と、
種結晶層上に共振器構造を構成する窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体層の積層構造を形成する工程と、種結晶層
に沿ってレーザストライプを形成する工程と、レーザス
トライプに直交して劈開し、共振器端面を形成する工程
とを有すことを特徴としている。
【００２０】第２の発明方法では、種結晶層をＧａＮ層
のみで形成しているので、種結晶層のクラック数が著し
く減少し、長期間の安定した動作が可能で、レーザ特性
に優れた窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子を
作製することできる。第２の発明方法では、第１の発明
方法と同様に、方位が一定のクラック線を基準にしてス
トライプ状種結晶層を形成しているので、共振器端面
が、ウエハ面内で、更には対象ウエハの全てにわたり同
じ面方位の一様な劈開面になるので、閾値電流がばらつ
くようなことが生じない。また、共振器端面が平滑で平
坦な劈開面で形成されるので、閾値電流を低減させるこ
とができる。
のみで形成しているので、種結晶層のクラック数が著し
く減少し、長期間の安定した動作が可能で、レーザ特性
に優れた窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子を
作製することできる。第２の発明方法では、第１の発明
方法と同様に、方位が一定のクラック線を基準にしてス
トライプ状種結晶層を形成しているので、共振器端面
が、ウエハ面内で、更には対象ウエハの全てにわたり同
じ面方位の一様な劈開面になるので、閾値電流がばらつ
くようなことが生じない。また、共振器端面が平滑で平
坦な劈開面で形成されるので、閾値電流を低減させるこ
とができる。
【００２１】第１及び第２の発明及び発明方法で、Ａｌ
ＧａＮ層のクラックは、サファイア基板の基板面の面方
位に依存して一定の方位に成長し、例えばサファイア基
板のＣ面上にＡｌＧａＮ層を成膜した際には、クラック
はＧａＮの＜１−１００＞方位に発生する。サファイア
基板のオリエンテーション・フラットがＡ面に沿って設
けてあるときには、サファイア基板のＣ面上にＡｌＧａ
Ｎ層を成膜すると、クラックはオリエンテーション・フ
ラットに対して約６０°の角度を成して成長する。そこ
で、クラックに対して３０°の角度でストライプ状種結
晶層を形成すると、オリエンテーション・フラットに直
交する方向になるので、作製上で便利である。
ＧａＮ層のクラックは、サファイア基板の基板面の面方
位に依存して一定の方位に成長し、例えばサファイア基
板のＣ面上にＡｌＧａＮ層を成膜した際には、クラック
はＧａＮの＜１−１００＞方位に発生する。サファイア
基板のオリエンテーション・フラットがＡ面に沿って設
けてあるときには、サファイア基板のＣ面上にＡｌＧａ
Ｎ層を成膜すると、クラックはオリエンテーション・フ
ラットに対して約６０°の角度を成して成長する。そこ
で、クラックに対して３０°の角度でストライプ状種結
晶層を形成すると、オリエンテーション・フラットに直
交する方向になるので、作製上で便利である。
【００２２】ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１）層のＡｌ
組成は、好適には０．０３から０．２０である。また、
窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層とは、広く、Ａｌa
Ｂb Ｇａc Ｉｎ d Ｎ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、
ｂ、ｃ、ｄ≦１）層を意味する。第１及び第２の発明及
び発明方法は、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基
板、スピネル基板等の基板を使うときに適用できる。ま
た、第１及び第２の発明及び発明方法は、ストライプ状
種結晶層の方向に特徴を有するのであって、ストライプ
状種結晶層の上の積層構造、レーザストライプ等の構成
には制約はない。レーザストライプは、例えばエアリッ
ジ型でも、埋め込みリッジ型でも、非リッジ型の内部ス
トライプ構造でもよい。また、導波路構造にも制約はな
く、屈折率導波路構造でも利得導波路構造でも良い。ま
た、ストライプ状種結晶層の下部構造にも制約はない。
つまり、バッファ層を介してサファイア基板上にＡｌＧ
ａＮ種結晶層を形成する際には、バッファ層が種結晶層
の一部を構成し、更にサファイア基板の表層をエッチン
グしてリッジ構造の下部とし、サファイア基板と積層構
造との間に間隙を設けるようにしても良い。また、バッ
ファ層を省いた場合でも、種結晶層をエッチングしてス
トライプ状種結晶層を形成する際、サファイア基板の表
層をエッチングしてリッジ構造の下部とし、サファイア
基板と積層構造との間に間隙を設けるようにしても良
い。
組成は、好適には０．０３から０．２０である。また、
窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層とは、広く、Ａｌa
Ｂb Ｇａc Ｉｎ d Ｎ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、
ｂ、ｃ、ｄ≦１）層を意味する。第１及び第２の発明及
び発明方法は、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基
板、スピネル基板等の基板を使うときに適用できる。ま
た、第１及び第２の発明及び発明方法は、ストライプ状
種結晶層の方向に特徴を有するのであって、ストライプ
状種結晶層の上の積層構造、レーザストライプ等の構成
には制約はない。レーザストライプは、例えばエアリッ
ジ型でも、埋め込みリッジ型でも、非リッジ型の内部ス
トライプ構造でもよい。また、導波路構造にも制約はな
く、屈折率導波路構造でも利得導波路構造でも良い。ま
た、ストライプ状種結晶層の下部構造にも制約はない。
つまり、バッファ層を介してサファイア基板上にＡｌＧ
ａＮ種結晶層を形成する際には、バッファ層が種結晶層
の一部を構成し、更にサファイア基板の表層をエッチン
グしてリッジ構造の下部とし、サファイア基板と積層構
造との間に間隙を設けるようにしても良い。また、バッ
ファ層を省いた場合でも、種結晶層をエッチングしてス
トライプ状種結晶層を形成する際、サファイア基板の表
層をエッチングしてリッジ構造の下部とし、サファイア
基板と積層構造との間に間隙を設けるようにしても良
い。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。尚、以下の実施形態例で示した膜種、膜厚、
成膜方法、その他寸法等は、本発明の理解を容易にする
ための例示であって、本発明はこれら例示に限定される
ものではない。窒化物系半導体レーザ素子の実施形態例１ 本実施形態例は、第１の発明に係る窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体レーザ素子（以下、窒化物系半導体レーザ
素子と言う）の実施形態の一例であって、図１は、本実
施形態例の窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す断面
図である。図１中、図６から図８に示すものと同じもの
には同じ符合を付している。以下の図２から図５でも、
同様である。本実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子
４０は、ＧａＮ系半導体レーザ素子であって、図１に示
すように、種結晶層４２の構成を除いて、前述の従来の
ＧａＮ系半導体レーザ素子１０と同じ構成を備えてい
る。
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。尚、以下の実施形態例で示した膜種、膜厚、
成膜方法、その他寸法等は、本発明の理解を容易にする
ための例示であって、本発明はこれら例示に限定される
ものではない。窒化物系半導体レーザ素子の実施形態例１ 本実施形態例は、第１の発明に係る窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体レーザ素子（以下、窒化物系半導体レーザ
素子と言う）の実施形態の一例であって、図１は、本実
施形態例の窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す断面
図である。図１中、図６から図８に示すものと同じもの
には同じ符合を付している。以下の図２から図５でも、
同様である。本実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子
４０は、ＧａＮ系半導体レーザ素子であって、図１に示
すように、種結晶層４２の構成を除いて、前述の従来の
ＧａＮ系半導体レーザ素子１０と同じ構成を備えてい
る。
【００２４】種結晶層４２は、膜厚０．１μｍのＡｌX
Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１、例えばＸ＝０．０８、以下、
ＡｌＧａＮと表記する）層からなるストライプ状種結晶
層であって、種結晶層を構成するＡｌＧａＮ層内に発生
しているクラックを基準線とし、基準線に対して３０°
の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成されて
いる。
Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１、例えばＸ＝０．０８、以下、
ＡｌＧａＮと表記する）層からなるストライプ状種結晶
層であって、種結晶層を構成するＡｌＧａＮ層内に発生
しているクラックを基準線とし、基準線に対して３０°
の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成されて
いる。
【００２５】本実施形態例では、共振器端面は、レーザ
ストライプ、つまり種結晶層４２のストライプ方向に直
交して形成されていて、種結晶層４２が基準線に対して
正確な方位で形成されているので、共振器端面が、従来
のＧａＮ系半導体レーザ素子１０に比べて平滑で平坦な
劈開面となり、閾値電流が低い。
ストライプ、つまり種結晶層４２のストライプ方向に直
交して形成されていて、種結晶層４２が基準線に対して
正確な方位で形成されているので、共振器端面が、従来
のＧａＮ系半導体レーザ素子１０に比べて平滑で平坦な
劈開面となり、閾値電流が低い。
【００２６】窒化物系半導体レーザ素子の作製方法の実
施形態例１ 本実施形態例は、第１の発明方法に係る窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法をＧａＮ系半導体レーザ素子４０
の作製に適用した実施形態の一例である。図２（ａ）か
ら（ｄ）は、それぞれ、本実施形態例の方法に従ってＧ
ａＮ系半導体レーザ素子４０を作製する際の工程毎の断
面図である。本実施形態例の方法では、先ず、図２
（ａ）に示すように、サファイア基板１２のＣ面上にＭ
ＯＣＶＤ法によってＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層（以下、Ａｌ
ＧａＮ層と表記）４２を種結晶層としてエピタキシャル
成長させる。ＡｌＧａＮ層４２の膜厚は、例えば０．５
μｍから２μｍで良い。次いで、種結晶層として成長さ
せたＡｌＧａＮ層４２上にＳｉＯ2 膜を成膜し、ＳｉＯ
2 膜をパターニングして、図２（ｂ）に示すように、所
定のストライプ状パターンのエッチングマスク４４を形
成する。
施形態例１ 本実施形態例は、第１の発明方法に係る窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法をＧａＮ系半導体レーザ素子４０
の作製に適用した実施形態の一例である。図２（ａ）か
ら（ｄ）は、それぞれ、本実施形態例の方法に従ってＧ
ａＮ系半導体レーザ素子４０を作製する際の工程毎の断
面図である。本実施形態例の方法では、先ず、図２
（ａ）に示すように、サファイア基板１２のＣ面上にＭ
ＯＣＶＤ法によってＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層（以下、Ａｌ
ＧａＮ層と表記）４２を種結晶層としてエピタキシャル
成長させる。ＡｌＧａＮ層４２の膜厚は、例えば０．５
μｍから２μｍで良い。次いで、種結晶層として成長さ
せたＡｌＧａＮ層４２上にＳｉＯ2 膜を成膜し、ＳｉＯ
2 膜をパターニングして、図２（ｂ）に示すように、所
定のストライプ状パターンのエッチングマスク４４を形
成する。
【００２７】エッチングマスク４４のストライプ方向
は、図３に示すように、ＡｌＧａＮ層４２で発生したク
ラックが成長してなすクラック線を基準線としたとき、
基準線に対して３０°の角度Φをなしている。クラック
線は、ウエハのオリエンテーション・フラット（ＯＦ）
に対して約６０°の角度θで傾斜した方向に延在するの
で、エッチングマスク４４は、オリエンテーション・フ
ラットに対してほぼ直交する方向に配置されることにな
る。
は、図３に示すように、ＡｌＧａＮ層４２で発生したク
ラックが成長してなすクラック線を基準線としたとき、
基準線に対して３０°の角度Φをなしている。クラック
線は、ウエハのオリエンテーション・フラット（ＯＦ）
に対して約６０°の角度θで傾斜した方向に延在するの
で、エッチングマスク４４は、オリエンテーション・フ
ラットに対してほぼ直交する方向に配置されることにな
る。
【００２８】エッチングマスク４４を使って、ＲＩＥ法
によりＡｌＧａＮ層４２をエッチングして、図２（ｃ）
に示すように、ストライプ状リッジを形成する。エッチ
ングマスク４４を除去した後、図２（ｄ）に示すよう
に、続いて横方向成長法によりストライプ状リッジ上に
ｎ型コンタクト層１６となるＧａＮ層１６′を成長させ
る。尚、図２（ｄ）はＧａＮ層１６′の横方向成長の途
中経過を示している。
によりＡｌＧａＮ層４２をエッチングして、図２（ｃ）
に示すように、ストライプ状リッジを形成する。エッチ
ングマスク４４を除去した後、図２（ｄ）に示すよう
に、続いて横方向成長法によりストライプ状リッジ上に
ｎ型コンタクト層１６となるＧａＮ層１６′を成長させ
る。尚、図２（ｄ）はＧａＮ層１６′の横方向成長の途
中経過を示している。
【００２９】以下、従来の窒化物系半導体レーザ素子の
作製方法と同様にして、コンタクト層、クラッド層、光
ガイド層、活性層等を順次成膜して共振器構造を構成す
る積層構造を形成する。次いで、積層構造をエッチング
して、ストライプ状種結晶層に沿ってレーザストライプ
を形成し、レーザストライプに直交する方向に劈開して
共振器端面を形成する。本実施形態例では、各種結晶層
４２が基準線に対して正確な方位で形成されているの
で、面内均一で、しかもウエハ毎にばらつくことなく、
平坦な共振器端面を有し、閾値電流の低い実施形態例の
窒化物系半導体レーザ素子を作製することができる。
作製方法と同様にして、コンタクト層、クラッド層、光
ガイド層、活性層等を順次成膜して共振器構造を構成す
る積層構造を形成する。次いで、積層構造をエッチング
して、ストライプ状種結晶層に沿ってレーザストライプ
を形成し、レーザストライプに直交する方向に劈開して
共振器端面を形成する。本実施形態例では、各種結晶層
４２が基準線に対して正確な方位で形成されているの
で、面内均一で、しかもウエハ毎にばらつくことなく、
平坦な共振器端面を有し、閾値電流の低い実施形態例の
窒化物系半導体レーザ素子を作製することができる。
【００３０】窒化物系半導体レーザ素子の実施形態例２ 本実施形態例は、第２の発明に係る窒化物系半導体レー
ザ素子の実施形態の一例であって、図４は、本実施形態
例の窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す断面図であ
る。本実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子５０は、
ＧａＮ系半導体レーザ素子であって、図４に示すよう
に、種結晶層５２の構成を除いて、前述の従来のＧａＮ
系半導体レーザ素子１０と同じ構成を備えている。
ザ素子の実施形態の一例であって、図４は、本実施形態
例の窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す断面図であ
る。本実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子５０は、
ＧａＮ系半導体レーザ素子であって、図４に示すよう
に、種結晶層５２の構成を除いて、前述の従来のＧａＮ
系半導体レーザ素子１０と同じ構成を備えている。
【００３１】種結晶層５２は、例えば膜厚２．５ｎｍの
ＧａＮ層５２ａと、膜厚２．５ｎｍのＡｌX Ｇａ1-X Ｎ
（０＜Ｘ≦１、例えばＸ＝０．０８、以下、ＡｌＧａＮ
と表記する）層５２ｂとの２層膜を１００周期から２０
０周期で積層してなる超格子多層膜のストライプ状種結
晶層であって、種結晶層５２を構成するＡｌＧａＮ層５
２ｂ内に発生しているクラックに対して３０°の角度を
なすストライプ状リッジ構造として形成されている。本
実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子５０は、上述の
実施形態例１の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法
で、ＡｌＧａＮ層４２の成膜に変えて、上述の超格子多
層膜を形成することにより、作製することができる。
ＧａＮ層５２ａと、膜厚２．５ｎｍのＡｌX Ｇａ1-X Ｎ
（０＜Ｘ≦１、例えばＸ＝０．０８、以下、ＡｌＧａＮ
と表記する）層５２ｂとの２層膜を１００周期から２０
０周期で積層してなる超格子多層膜のストライプ状種結
晶層であって、種結晶層５２を構成するＡｌＧａＮ層５
２ｂ内に発生しているクラックに対して３０°の角度を
なすストライプ状リッジ構造として形成されている。本
実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子５０は、上述の
実施形態例１の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法
で、ＡｌＧａＮ層４２の成膜に変えて、上述の超格子多
層膜を形成することにより、作製することができる。
【００３２】本実施形態例では、共振器端面は、レーザ
ストライプ、つまり種結晶層５２のストライプ方向に直
交して形成されている。種結晶層５２が基準線に対して
正確な方位で形成されているので、共振器端面が、従来
のＧａＮ系半導体レーザ素子１０に比べて平滑で平坦な
劈開面となっており、閾値電流が低い。また、種結晶層
５２が超格子積層膜となっているので、種結晶層５２上
に形成された積層構造の各化合物半導体層が平坦化し、
各化合物半導体層の表面にうねり（又は波面）がなくな
るので、レーザ特性が向上する。
ストライプ、つまり種結晶層５２のストライプ方向に直
交して形成されている。種結晶層５２が基準線に対して
正確な方位で形成されているので、共振器端面が、従来
のＧａＮ系半導体レーザ素子１０に比べて平滑で平坦な
劈開面となっており、閾値電流が低い。また、種結晶層
５２が超格子積層膜となっているので、種結晶層５２上
に形成された積層構造の各化合物半導体層が平坦化し、
各化合物半導体層の表面にうねり（又は波面）がなくな
るので、レーザ特性が向上する。
【００３３】窒化物系半導体レーザ素子の作製方法の実
施形態例２ 本実施形態例は、第２の発明方法に係る窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法を従来のＧａＮ系半導体レーザ素
子１０と同じ構成のＧａＮ系半導体レーザ素子の作製に
適用した実施形態の一例である。図５（ａ）から（ｅ）
は、それぞれ、本実施形態例の方法に従ってＧａＮ系半
導体レーザ素子１０と同じ構成のＧａＮ系半導体レーザ
素子を作製する際の工程毎の断面図である。本実施形態
例の方法では、先ず、図５（ａ）に示すように、サファ
イア基板１２のＣ面上にＭＯＣＶＤ法によって、膜厚１
μｍのＧａＮ層５４、次いで膜厚１μｍのＡｌ0.08Ｇａ
0.92Ｎ層（以下、ＡｌＧａＮ層と表記）５６を種結晶層
としてエピタキシャル成長させる。
施形態例２ 本実施形態例は、第２の発明方法に係る窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法を従来のＧａＮ系半導体レーザ素
子１０と同じ構成のＧａＮ系半導体レーザ素子の作製に
適用した実施形態の一例である。図５（ａ）から（ｅ）
は、それぞれ、本実施形態例の方法に従ってＧａＮ系半
導体レーザ素子１０と同じ構成のＧａＮ系半導体レーザ
素子を作製する際の工程毎の断面図である。本実施形態
例の方法では、先ず、図５（ａ）に示すように、サファ
イア基板１２のＣ面上にＭＯＣＶＤ法によって、膜厚１
μｍのＧａＮ層５４、次いで膜厚１μｍのＡｌ0.08Ｇａ
0.92Ｎ層（以下、ＡｌＧａＮ層と表記）５６を種結晶層
としてエピタキシャル成長させる。
【００３４】次いで、ＡｌＧａＮ層５６上にＳｉＯ2 膜
を成膜し、ＳｉＯ2 膜をパターニングして、図５（ｂ）
に示すように、所定のストライプ状パターンのエッチン
グマスク５８を形成する。エッチングマスク５８のスト
ライプ方向は、図３に示すように、ＡｌＧａＮ層５６で
発生したクラックが成長してなすクラック線を基準線と
したとき、基準線に対して３０°の角度Φをなしてい
る。クラック線は、ウエハのオリエンテーション・フラ
ットに対して約６０°の角度θで傾斜した方向に延在す
るので、エッチングマスク５８は、オリエンテーション
・フラットに対してほぼ直交する方向に配置されること
になる。
を成膜し、ＳｉＯ2 膜をパターニングして、図５（ｂ）
に示すように、所定のストライプ状パターンのエッチン
グマスク５８を形成する。エッチングマスク５８のスト
ライプ方向は、図３に示すように、ＡｌＧａＮ層５６で
発生したクラックが成長してなすクラック線を基準線と
したとき、基準線に対して３０°の角度Φをなしてい
る。クラック線は、ウエハのオリエンテーション・フラ
ットに対して約６０°の角度θで傾斜した方向に延在す
るので、エッチングマスク５８は、オリエンテーション
・フラットに対してほぼ直交する方向に配置されること
になる。
【００３５】エッチングマスク５８を使って、ＲＩＥ法
によりＡｌＧａＮ層５６及びＧａＮ層５４をエッチング
して、図５（ｃ）に示すように、ストライプ状リッジを
形成する。エッチングマスク５８を除去した後、図５
（ｄ）に示すように、ＲＩＥ法によりＡｌＧａＮ層５６
を除去して、ＧａＮ層５４のみからなる種結晶層を形成
する。続いて、図５（ｅ）に示すように、横方向成長法
によりストライプ状リッジ上にｎ型コンタクト層１６と
なるＧａＮ層１６′を成長させる。尚、図５（ｅ）はＧ
ａＮ層１６′の横方向成長の途中経過を示している。
によりＡｌＧａＮ層５６及びＧａＮ層５４をエッチング
して、図５（ｃ）に示すように、ストライプ状リッジを
形成する。エッチングマスク５８を除去した後、図５
（ｄ）に示すように、ＲＩＥ法によりＡｌＧａＮ層５６
を除去して、ＧａＮ層５４のみからなる種結晶層を形成
する。続いて、図５（ｅ）に示すように、横方向成長法
によりストライプ状リッジ上にｎ型コンタクト層１６と
なるＧａＮ層１６′を成長させる。尚、図５（ｅ）はＧ
ａＮ層１６′の横方向成長の途中経過を示している。
【００３６】以下、従来の窒化物系半導体レーザ素子の
作製方法と同様にして、コンタクト層、クラッド層、光
ガイド層、活性層等を順次成膜して共振器構造を構成す
る積層構造を形成する。次いで、積層構造をエッチング
して、ストライプ状種結晶層に沿ってレーザストライプ
を形成し、レーザストライプに直交する方向に劈開して
共振器端面を形成する。
作製方法と同様にして、コンタクト層、クラッド層、光
ガイド層、活性層等を順次成膜して共振器構造を構成す
る積層構造を形成する。次いで、積層構造をエッチング
して、ストライプ状種結晶層に沿ってレーザストライプ
を形成し、レーザストライプに直交する方向に劈開して
共振器端面を形成する。
【００３７】本実施形態例では、各種結晶層５２が基準
線に対して正確な方位で形成されているので、面内均一
で、しかもウエハ毎にばらつくことなく、平坦な共振器
端面を有し、閾値電流の低い実施形態例の窒化物系半導
体レーザ素子を作製することができる。また、クラック
が存在するＡｌＧａＮ層５６が除去されているので、種
結晶層に存在するクラック数が実施形態例１の作製方法
に比べて著しく少ない。
線に対して正確な方位で形成されているので、面内均一
で、しかもウエハ毎にばらつくことなく、平坦な共振器
端面を有し、閾値電流の低い実施形態例の窒化物系半導
体レーザ素子を作製することができる。また、クラック
が存在するＡｌＧａＮ層５６が除去されているので、種
結晶層に存在するクラック数が実施形態例１の作製方法
に比べて著しく少ない。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、種結晶層を構成するＡ
ｌＧａＮ層内に発生しているクラックに対して所定の角
度をなすストライプ状リッジ構造として種結晶層を形成
し、種結晶層に沿って形成したレーザストライプに直交
する面で劈開した劈開面を共振器端面とすることによ
り、平滑な共振器端面を有し、閾値電流が低い窒化物系
III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子を実現している。本
発明方法は、本発明に係る、平坦な共振器端面を有し、
閾値電流の低い窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ
素子を、面内均一で、しかもウエハ毎にばらつくことな
く、作製する方法を実現している。
ｌＧａＮ層内に発生しているクラックに対して所定の角
度をなすストライプ状リッジ構造として種結晶層を形成
し、種結晶層に沿って形成したレーザストライプに直交
する面で劈開した劈開面を共振器端面とすることによ
り、平滑な共振器端面を有し、閾値電流が低い窒化物系
III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子を実現している。本
発明方法は、本発明に係る、平坦な共振器端面を有し、
閾値電流の低い窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ
素子を、面内均一で、しかもウエハ毎にばらつくことな
く、作製する方法を実現している。
【図１】実施形態例１のＧａＮ系半導体レーザ素子の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、実施形態
例１の方法に従ってＧａＮ系半導体レーザ素子を作製す
る際の工程毎の断面図である。
例１の方法に従ってＧａＮ系半導体レーザ素子を作製す
る際の工程毎の断面図である。
【図３】クラック線とエッチングマスクの位置関係を示
すウエハ平面図である。
すウエハ平面図である。
【図４】実施形態例２のＧａＮ系半導体レーザ素子の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）から（ｅ）は、それぞれ、実施形態
例２の方法に従ってＧａＮ系半導体レーザ素子を作製す
る際の工程毎の断面図である。
例２の方法に従ってＧａＮ系半導体レーザ素子を作製す
る際の工程毎の断面図である。
【図６】ＧａＮ系半導体レーザ素子の典型的構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図７】図７（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、従来の方
法に従ってＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する際の工
程毎の断面図である。
法に従ってＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する際の工
程毎の断面図である。
【図８】図７（ｄ）に引き続いて、従来の方法に従って
ＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の断面
図である。
ＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の断面
図である。
１０……ＧａＮ系半導体レーザ素子、１２……サファイ
ア基板、１４……ＧａＮ種結晶層、１６……ｎ型ＧａＮ
コンタクト層、１８……ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、２
０……ｎ型ＧａＮ光ガイド層、２２……活性層、２４…
…ｐ型ＧａＮ光ガイド層、２６……ｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層、２８……ｐ型ＧａＮコンタクト層、３０……Ｓ
ｉＯ2 保護膜、３２……ｐ側電極、３４……ｎ側電極、
４０……実施形態例１のＧａＮ系半導体レーザ素子、４
２……ＡｌＧａＮ種結晶層、４４……エッチングマス
ク、５０……実施形態例２のＧａＮ系半導体レーザ素
子、５２……ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層の２層膜を多数周
期で積層してなる超格子積層膜、５４……ＧａＮ層、５
６……ＡｌＧａＮ層、５８……エッチングマスク。
ア基板、１４……ＧａＮ種結晶層、１６……ｎ型ＧａＮ
コンタクト層、１８……ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、２
０……ｎ型ＧａＮ光ガイド層、２２……活性層、２４…
…ｐ型ＧａＮ光ガイド層、２６……ｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層、２８……ｐ型ＧａＮコンタクト層、３０……Ｓ
ｉＯ2 保護膜、３２……ｐ側電極、３４……ｎ側電極、
４０……実施形態例１のＧａＮ系半導体レーザ素子、４
２……ＡｌＧａＮ種結晶層、４４……エッチングマス
ク、５０……実施形態例２のＧａＮ系半導体レーザ素
子、５２……ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層の２層膜を多数周
期で積層してなる超格子積層膜、５４……ＧａＮ層、５
６……ＡｌＧａＮ層、５８……エッチングマスク。
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に形成された窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体レーザ素子において、 基板上に形成された、又はバッファ層を介して基板上に
形成された、ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１、以下、Ａ
ｌＧａＮと表記する）層からなるストライプ状種結晶
層、又はＡｌＧａＮ層を最上層に有するストライプ状種
結晶層と、 種結晶層上に形成され、共振器構造を構成する窒化物系
III −Ｖ族化合物半導体層の積層構造と、 種結晶層に沿って形成されたレーザストライプと、 レーザストライプに直交して劈開された劈開面からなる
共振器端面とを備え、 種結晶層が、種結晶層を構成するＡｌＧａＮ層内に発生
しているクラックに対して所定の角度をなすストライプ
状リッジ構造として形成されていることを特徴とする窒
化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 基板上に形成された窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体レーザ素子において、 基板上に形成された、又はバッファ層を介して基板上に
形成された、それぞれが超格子構造のＧａＮ層、及びＧ
ａＮ層上に成膜されたＡｌX Ｇａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１、
以下、ＡｌＧａＮと表記する）層との２層膜を多数周期
で積層した超格子積層膜からなるストライプ状種結晶層
と、 種結晶層上に形成され、共振器構造を構成する窒化物系
III −Ｖ族化合物半導体層の積層構造と、 種結晶層に沿って形成されたレーザストライプと、 レーザストライプに直交して劈開された劈開面からなる
共振器端面とを備え、 種結晶層が、種結晶層を構成するＡｌＧａＮ層内に発生
しているクラックに対して所定の角度をなすストライプ
状リッジ構造として形成されていることを特徴とする窒
化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 上記所定の角度が３０°又は９０°であ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物系II
I −Ｖ族化合物半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 基板上に窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体レーザ素子を作製する方法において、 基板上に、又はバッファ層を介して基板上に、ＡｌX Ｇ
ａ1-X Ｎ（０＜Ｘ≦１、以下、ＡｌＧａＮと表記する）
層、又はＡｌＧａＮ層を最上層に有する積層膜をエピタ
キシャル成長させる成長工程と、 ＡｌＧａＮ層内に発生しているクラックに対して所定の
角度をなすストライプ状リッジ構造になるようにＡｌＧ
ａＮ層をパターニングして、ＡｌＧａＮ層からなる種結
晶層、又はＡｌＧａＮ層を最上層に有する積層膜からな
る種結晶層を形成する工程と、 種結晶層上に、共振器構造を構成する窒化物系III −Ｖ
族化合物半導体層の積層構造を形成する工程と、 種結晶層に沿ってレーザストライプを形成する工程と、 レーザストライプに直交して劈開し、共振器端面を形成
する工程とを有すことを特徴とする窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体レーザ素子の作製方法。 - 【請求項５】 成長工程では、それぞれが超格子構造の
ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層の２層膜を多数周期で積層し
てなる超格子積層膜を形成し、 種結晶層を形成する工程では、ＡｌＧａＮ層内に発生し
ているクラックに対して所定の角度をなすストライプ状
リッジ構造になるように超格子積層膜をパターニングし
て、超格子積層膜からなる種結晶層を形成することを特
徴とする請求項４に記載の窒化物系III −Ｖ族化合物半
導体レーザ素子の作製方法。 - 【請求項６】 基板上に窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体レーザ素子を作製する方法において、 基板上に、又はバッファ層を介して基板上に、ＧａＮ
層、次いでＡｌX Ｇａ1- X Ｎ（０＜Ｘ≦１、以下、Ａｌ
ＧａＮと表記する）層をエピタキシャル成長させる工程
と、 ＡｌＧａＮ層内に発生しているクラックに対して所定の
角度をなすストライプ状リッジ構造になるようにＧａＮ
層及びＡｌＧａＮ層の積層膜をパターニングして、Ｇａ
Ｎ層及びＡｌＧａＮ層からなる種結晶層を形成する工程
と、 種結晶層からＡｌＧａＮ層をエッチングして除去する工
程と、 種結晶層上に共振器構造を構成する窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体層の積層構造を形成する工程と、 種結晶層に沿ってレーザストライプを形成する工程と、 レーザストライプに直交して劈開し、共振器端面を形成
する工程とを有すことを特徴とする窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体レーザ素子の作製方法。 - 【請求項７】 上記所定の角度が３０°又は９０°であ
ることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記
載の窒化物系III −Ｖ族化合物半導体レーザ素子の作製
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001135004A JP2002329932A (ja) | 2001-05-02 | 2001-05-02 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001135004A JP2002329932A (ja) | 2001-05-02 | 2001-05-02 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002329932A true JP2002329932A (ja) | 2002-11-15 |
Family
ID=18982561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001135004A Pending JP2002329932A (ja) | 2001-05-02 | 2001-05-02 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002329932A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006186257A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Sony Corp | 半導体発光素子の製造方法、集積型半導体発光装置の製造方法、画像表示装置の製造方法および照明装置の製造方法 |
| KR101161875B1 (ko) | 2005-03-21 | 2012-07-03 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법 |
-
2001
- 2001-05-02 JP JP2001135004A patent/JP2002329932A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006186257A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Sony Corp | 半導体発光素子の製造方法、集積型半導体発光装置の製造方法、画像表示装置の製造方法および照明装置の製造方法 |
| JP4548117B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2010-09-22 | ソニー株式会社 | 半導体発光素子の製造方法、集積型半導体発光装置の製造方法、画像表示装置の製造方法および照明装置の製造方法 |
| KR101161875B1 (ko) | 2005-03-21 | 2012-07-03 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법 |
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|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
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