JP2003264343A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子Info
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Abstract
野像におけるアスペクト比が改善され、光情報機器への
応用を容易にし、出力特性、素子信頼性は従来と同等に
良好なものとすることである。 【構成】 本発明のレーザ素子は、n型窒化物半導体か
らなるn側光ガイド層7と、活性層8と、p型窒化物半
導体からなるp側光ガイド層9とが積層された構造を有
し、前記p側光ガイド層がストライプ状の突出部を有す
ると共に、該突出部の上にp型窒化物半導体層を有し、
該p側光ガイド層の突出部の膜厚が1μm以下であるこ
とで、ストライプ状の導波路を形成する。
Description
に係り、特に光情報処理分野においてキンクのない高出
力での連続発振が可能な窒化物半導体レーザ素子に関す
る。
の情報を記憶するファイ装置が必要とされ、短波長のレ
ーザ光源は、DVD等の大容量メディアの光源として、
通信用等の光源として切望されている。また、本出願人
は、窒化物半導体レーザ素子で、波長403.7nmの
シングルモードでの室温における連続発振1万時間以上
を達成したことを発表した。
なレーザ光源としての応用には、レーザ素子の更なる特
性向上、特に光学的な特性の向上が必要となる。それ
は、レーザ光のビーム形状のアスペクト比、遠視野像の
改善、光の漏れ防止など、半導体レーザの光導波路の改
善が必要となる。
リッジ導波路構造の屈折率導波型であり、横モードの制
御を高い精度で実現しなければならない。これは、リッ
ジ導波路構造は、エッチングの深さ、ストライプの高さ
などにより、実効屈折率が変化するため、このような構
造の変化は、素子特性に大きな影響を及ぼすこととな
る。上述した従来のレーザ素子では、上述したように、
その応用において、十分な光学特性を有しているとはい
えず、更にその特性を向上する必要がある。
F.F.P.(ファー・フィールド・パターン)でのア
スペクト比の改善である。なぜなら、光ディスクシステ
ムやレーザプリンタへの応用には、レーザ光を各光学系
により補正・調整されるが、上記アスペクト比が大きく
なればその補正光学系が大規模になり、その設計、製
造、またその光学系を経ることによる損失が大きな問題
となる。
から問題となっていた光の漏れ対策も必要であり、これ
はレーザ素子においてリップルとして現れ、レーザ素子
の応用において、雑音の問題を生み出すこととなる。
なる歩留りの向上が必要である。これは、具体的にはス
トライプ形成時のエッチング深さの制御性に起因する問
題である。
応用において、問題となる素子特性の向上を達成した窒
化物半導体レーザ素子を提供するものである。
成されたもので、本発明者は、窒化物半導体レーザ素子
における導波路、特に活性層を挟むガイド層について、
鋭意検討した結果、光学特性の優れた改善されたレーザ
素子の発明を完成するにいたった。
子は、基板上に、少なくともn型窒化物半導体からなる
n側光ガイド層と、活性層と、p型窒化物半導体からな
るp側光ガイド層とを有する窒化物半導体レーザ素子に
おいて、前記p側光ガイド層がストライプ状の突出部を
有すると共に、該突出部の上にp型窒化物半導体層を有
し、該p側光ガイド層の突出部の膜厚が1μm以下であ
ることを特徴とする。このように、膜厚1μm以下のp
側光ガイド層がストライプ状の突出部を有することで、
従来では実現できなかった良好な水平横モードの制御が
実現され、これにより良好なアスペクト比のレーザ光が
得られる。すなわち、このレーザ素子は、基本モードで
の連続発振下で、良好なビーム形状のレーザ光が得られ
るものである。
該突出部上のp型窒化物半導体層が、p型窒化物半導体
側からエッチングすることにより形成されたストライプ
状のリッジ導波路であることにより、エッチングにより
生産性良くリッジ導波路が形成され、またその時のエッ
チング深さがp側光ガイド層であるため、ビーム形状の
レーザ光が得られる。
が、1500Å(オングストローム)以上4000Å以
下の範囲であることにより、良好なビーム形状のレーザ
光、良好な出力特性を同時に実現することができる。具
体的には、ビーム形状については、水平方向(x方向)
のF.F.P.が10°以上と良好な広がりが実現さ
れ、アスペクト比も外部の光学系で容易に補正が可能な
範囲内に収まり、光情報機器への応用を容易にするた
め、その効果は大きい。
領域における膜厚が500Å以上1000Å以下の範囲
であることにより、良好なストライプ状の導波路領域が
形成され、ビーム形状の良好なレーザ素子が、生産性良
く得られる。この時、ビーム形状としては、F.F.
P.の水平方向が12°〜20°の範囲で、アスペクト
比が2.0付近、更にはそれを下まわり1.5付近のレ
ーザ素子が得られる。
3μm以下の範囲であることにより、単一横モード発振
が良好なレーザ素子が得られる。
さが100Å以上であることにより、良好なビーム形状
有するレーザ素子が得られ、好ましくは、500Å以上
であり、その出力において、高出力でも単一モード発振
が可能である。そのため、レーザ素子の応用において必
要とされる素子の信頼性を十分に確保されたものであ
る。
N(0≦x<1)であることにより、良好な光導波路と
なり、素子特性の良好なレーザ素子となるものである。
に示す、以下、この具体例をもとに本発明について詳細
に説明する。本発明の窒化物半導体レーザ素子は、具体
的には基板上に、n型窒化物半導体、活性層、p型窒化
物半導体を積層したもので、p型窒化物半導体側からエ
ッチングによりストライプ状のリッジ構造を有するもの
である。
化物半導体レーザ素子は、活性層の上部であって、p側
光ガイド層から上方に形成されたリッジ導波路を有する
ものである。すなわち、基板上に、n型窒化物半導体か
らなるn側光ガイド層と、活性層と、p型窒化物半導体
からなるp側光ガイド層とが積層された構造で、p側光
ガイド層がストライプ状の突出部を有し、ストライプ状
の導波路領域を有するものである。さらには、その突出
部の上にp型窒化物半導体層が形成されたレーザ素子で
ある。本発明のレーザ素子は、具体的にはこのようにス
トライプ状の導波路領域を有するものであり、屈折率導
波型のレーザ素子である。
は、具体的には、n型窒化物半導体からなるn側光ガイ
ド層、活性層、p型窒化物半導体からなるp側光ガイド
層、更にその上にp型窒化物半導体層を積層した後、p
型窒化物半導体層側からエッチングにより、p型窒化物
半導体層、p側光ガイド層の一部を除去して、ストライ
プ構造を形成する。このとき、p側光ガイド層の突出部
の高さは、エッチングする深さにより決定されるため、
後述するように、従来に比べてエッチング深さの制御性
が向上する。また、エッチングの深さは、活性層に達し
ない深さであることが重要であり、本発明においてはp
側光ガイド層の位置まで、エッチングする。
出部、若しくはストライプ状のリッジ導波路の形状とし
ては、順メサ型、逆メサ型形状に限定されないが、順メ
サ形状とすることで、良好な横モードの制御が実現でき
る傾向にあり好ましい。
層若しくはリッジ導波路の形成等、窒化物半導体をエッ
チングするには、ウエットエッチング、ドライエッチン
グ等の方法があり、例えばドライエッチングとして、反
応性イオンエッチング(RIE)、反応性イオンビーム
エッチング(RIBE)、電子サイクロトロンエッチン
グ(ECR)、イオンビームエッチング等の装置があ
り、いずれもエッチングガスを適宜選択することによ
り、窒化物半導体をエッチングすることができる。
イド層とで活性層を挟み込む構造でもって、導波路を成
すものである。本発明のレーザ素子は、p側光ガイド層
にストライプ状の突出部が設けられることにより、スト
ライプ状の導波路領域を有するものである。
ライプ状の突出部を有するものであり、具体的にはこの
突出部の上に、p型窒化物半導体層が形成され、レーザ
素子を形成するものである。具体的には、p側光ガイド
層でリッジ導波路を形成したレーザ素子である。また、
この突出部は上述したように、具体的にはp型窒化物半
導体層側からエッチングすることにより形成され、p側
光ガイド層の膜内で、エッチングストップすることで、
形成する。本発明においては、このp側光ガイド層がス
トライプ状の突出部を有することで、更にその膜厚(突
出部における)が、1μm以下である。ここで、膜厚
は、p側光ガイド層を成長させる際の膜厚に当たり、p
側光ガイド層形成後に上記エッチングにより突出部を形
成する場合には、所定の膜厚のp側光ガイド層の一部を
除去して形成するため、突出部の膜厚がp側光ガイド層
の膜厚となる。この時、p側光ガイド層が1μmを超え
る膜厚であると、閾値が大幅に向上し、レーザ発振が極
めて困難となり、例え発振しても素子寿命の極めて短い
レーザ素子となる。更に好ましくは、p側光ガイド層の
膜厚、すなわち突出部の膜厚を、1500Å以上400
0Å以下の範囲とすることである。なぜなら、1500
Åより薄いと、レーザ光のF.F.P.が良好とはなら
ず、また4000Åを超える膜厚であると、発振しきい
電流が上昇する傾向にあるからである。具体的には、1
500Åより薄いと、水平横モードの制御が十分になさ
れず、そのF.F.P.は、x方向に10°以下のビー
ム形状となり、結果として、アスペクト比が2.0を大
きく上まわり、3.0付近若しくはそれを超えるものと
なる。
路、突出部を形成する際には、生産性も考慮しなければ
ならない。これは、エッチングの深さがますにつれて、
その精度、例えばウェーハ内での素子間のばらつきが多
く発生するようになり、これをそれを回避する必要があ
る。具体的には、0.7μmを超える深さでエッチング
して、上記ストライプ状の突出部(リッジ構造)を形成
すると、上記問題が急激に発生する傾向にあり、これよ
りも浅くエッチングすることが好ましい。すなわち、こ
れは、本発明において、リッジの高さを調整するもので
あり、上記範囲内でレーザ素子を形成することが好まし
い。ここで、リッジの高さとは、具体的には、上記突出
部以外の領域におけるp側光ガイド層の平面、すなわち
エッチングにより露出され突出部の側面に連続した平面
から、突出部及びその上に形成されたp型窒化物半導体
層の膜厚方向での高さであり、突出部の高さとは、その
平面から突出部の上面までの高さであり、また、p型窒
化物半導体層の最上面がエッチング開始位置である。
光ガイド層において、突出部の高さを高くすると、発振
しきい電流が下がる傾向にあり、好ましい。すなわち、
これは、エッチングが深くなるにつれて、出力の安定性
を増加させるものであり、レーザ素子の応用に多大に寄
与するものである。すなわち、出力が増加しても、単一
モードでの安定した発振を実現し、発振しきい電流が良
好なため素子劣化を大幅に抑制し、長寿命での連続発振
を実現する効果がある。
場合には、エッチングにより露出され、形成される表
面、すなわちp側光ガイド層の突出部以外の領域におけ
る上面の平坦性も考慮することが、重要となる。これ
は、エッチングにより、上記ストライプ状の突出部を形
成する際に、そのエッチングにより露出されたp側光ガ
イド層の表面の膜厚方向における位置が、多少のばらつ
きがあるため、それが素子間のばらつきを生みだす原因
となるため、それを考慮する必要がある。つまり、比較
的微小な上記ストライプ上の突出部を形成すると、ウェ
ーハ全体でその露出したp側光ガイド層の上面をみる
と、ウェーハ内でその深さ(突出部以外の領域における
p側光ガイド層の膜厚)にばらつきが生まれ、これが原
因で、得られるレーザ素子の出力特性、光学特性にばら
つきが発生する。具体的には、p側光ガイド層を膜厚5
00Å以上、好ましくは500Å以上1500Å以下の
範囲残す深さでエッチングして、上記p側光ガイド層の
突出部を形成することである。これは、膜厚500Å以
上の残る深さであると、p側光ガイド層よりも深くエッ
チングされることが、ほぼなくなり、良好な精度で突出
部が形成される。また、1500Å以上であると、上述
した発振しきい電流の上昇がみられ、さらに横モードの
制御性に劣る傾向にある。更に好ましくは、500Å以
上1000Å以下とすることで、閾値での発振、横モー
ドの制御が良好なレーザ素子となり、好ましい。
しては、特に限定されるものではなく、窒化物半導体か
らなり、導波路形成に十分なエネルギーバンドギャップ
を有していれば良く、単一の膜、多層膜のどちらでも良
い。例えば、波長370〜470nmではアンドープのG
aNを用い、それよりも長波長ではInGaN/GaN
の多層膜構造を用いることである。
と、p側光ガイド層とで活性層を挟み込む構造により構
成される導波路は、その膜厚の総和、すなわち両ガイド
層で挟まれる領域の膜厚が、好ましくは6000Å以
下、更に好ましくは、4500Å以下とすることであ
る。なぜなら、上記導波路の膜厚の総和が、6000Å
を超えると急激に発振しきい電流が増大し、基本モード
での連続発振が極めて困難になるためであり、4500
Å以下であると、そのような発振しきい電流の上昇は抑
えられ、基本モード、且つ長寿命での連続発振が可能で
ある。
定されるものでないが、具体的には、p側光ガイド層と
ほぼ同じ膜厚で、n側光ガイド層を形成し、両光ガイド
層で活性層を挟み込む構造とすることである。また、n
側光ガイド層として、GaN、InGaNを成長させる
ことが望ましく、具体的にはアンドープのGaN、活性
層に近づくに従いIn混晶比を小さくしたInGaN
と、GaNとを交互に積層した多層膜等がある。ここ
で、InGaNとはGaNにInが含まれる三元混晶を
指す。
て、上記p側光ガイド層の上に形成されるp型窒化物半
導体層としては、具体的には、実施例に示すようにp側
クラッド層、p側コンタクト層などを積層したものであ
る。そのため、本発明では、p側光ガイド層の突出部の
上に形成されたp型窒化物半導体層は、ストライプ状に
形成されており、リッジ導波路を形成する。
間に、キャップ層を形成しても良い。例えば、活性層と
p側光ガイド層との間に、p型不純物をドープしたAl
xGa1−xN(0≦x≦1)からなるp側キャップ層
を形成することである。この時、ストライプ状のリッジ
導波路を、p側キャップ層に達する深さで形成される
と、素子寿命が低下する傾向にあり好ましくなく、この
ような場合にも上述したように、p側光ガイド層にスト
ライプ状の突出部を設けるれている構造、更にはリッジ
導波路を有することが好ましい。
路を形成する、若しくはそれにキャップ層を有する導波
路について、具体的な実施形態としては、後述の実施
例、変形例1〜3、図4〜6に示すものがある。光ガイ
ド層は、活性層を挟む構造で、p型導電層側、n型導電
層側にそれぞれ設けられ、この両光ガイド層で挟まれる
領域でもって、光導波路領域を成すものである。
間、好ましくは活性層とp側光ガイド層との間に設けら
れるp側キャップ層は、閾値電流を低下させ、そのこと
による容易な発振に寄与し、加えて活性層へのキャリア
の閉込めとしても機能する層である。このp側キャップ
層にAlGaNを用いる場合には、好ましくはp型不純
物をドープしたものとすることで上記機能を有し得る
が、ノンドープであっても上記キャリアの閉込めとして
機能する傾向にある。また、膜厚としては、好ましくは
500Å以下で形成し、膜厚の下限としては100Åで
あり、AlxGa1-xNの組成としては、xが0より大き
く、好ましくは0.2以上とする事で上記効果が十分に
期待できる。
プ幅、若しくはp側光ガイド層においては突出部のスト
ライプ幅が、1μm以上3μm以下の範囲にあると、良
好な横モードの制御が可能となる。これは、上記範囲で
あると、単一横モードでの発振が比較的良好に実現さ
れ、また上記p側光ガイド層でリッジ導波路が形成され
ることで、安定、且つ精度の良いビーム形状の制御(良
好なF.F.P.)を実現することができる。この時、
1μm未満であると、ストライプ状のリッジ構造若しく
は上記突出部の形成が製造上困難となり、歩留りが低下
し、3μmを超えると水平横モードの制御が困難になる
傾向を示す。
構成する窒化物半導体としては、InxAlyGa1−
x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)
で表され、窒化ガリウムの他に、3元系、4元系の混晶
などがある。本発明では、上記、基板上に積層するレー
ザ素子構造を、実施例で示すように、上記組成式で表さ
れる窒化物半導体からなるものとすることが、上述した
レーザ光の横モード、ビーム形状の制御が最も好ましく
なる傾向にある。
(x方向)とは、図3に示すように接合面(若しくはp
n接合面)に平行な方向(図中の矢印102方向)を示
すものであり、その方向における横モードを水平横モー
ドと記す。
的な特性、特に、出射面におけるスポット形状、遠視野
像(F.F.P.)101を説明する模式図である。従
来は、出射面におけるスポット形状103が、接合面に
平行な方向に広がっており、F.F.P.でのx方向1
02は、10°以下と狭く、アスペクト比も悪いもので
あった。しかし、本発明では、図に示すように、スポッ
ト形状の長手方向は従来と同様に水平方向にあるが、そ
の長手方向の広がりは、狭くなり、F.F.P.101
のx方向は従来より広く、具体的には12°〜20°と
良好で、アスペクト比も2.0前後と良好なものとな
る。このように、出力特性、素子信頼性を悪化させず
に、光学特性を改善するのは、上述したように、ストラ
イプ状の突出部が設けられたp側光ガイド層により、良
好な実効屈折率を有するストライプ状の導波路領域がレ
ーザ素子に形成されたことによるものである。更にま
た、上述したように、従来に比べて、p側光ガイド層の
膜厚、若しくはそれにn側光ガイド層の膜厚を加えた両
ガイド層のトータル膜厚が増すことにより、図における
接合面に垂直な方向(y方向)のビーム広がりが、回折
効果の減少により抑制され、このことも本発明のレーザ
素子における光学特性、特にアスペクト比の改善に寄与
している。すなわち、上述したような水平横モードの制
御だけでなく、従来に比べて、F.F.P.でのy方向
の光の広がりが抑えられたことで、従来のような垂直方
向に扁平したファー・フィールド・パターン101から
より真円に近づいたレーザ光が得られる。
レーザ素子の構造を示す模式的な断面図でありストライ
プ状の突出部に垂直な面で切断した際の積層構造を示す
ものである。以下、この図を基に実施例1について説明
する。
半導体と異なる異種基板を用いているが、GaN基板な
どの窒化物半導体からなる基板を用いても良い。ここ
で、異種基板としては、例えば、C面、R面、及びA面
のいずれかを主面とするサファイア、スピネル(MgA
12O4のような絶縁性基板、SiC(6H、4H、3C
を含む)、ZnS、ZnO、GaAs、Si、及び窒化
物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を
成長させることが可能で従来から知られており、窒化物
半導体と異なる基板材料を用いることができる。好まし
い異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられ
る。また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、
この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると
窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長さ
せるため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、
異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物半導
体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除
去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成
してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を除去
する方法でも良い。
るサファイア基板を用いた。この時、オリフラ面はA面
であった。窒化物半導体を成長させる基板としては、サ
ファイア(主面がC面、R面、A面)の他、SiC、Z
nO、スピネル(MgAl2O4)、GaAs等、窒化
物半導体を成長させるために知られている、窒化物半導
体と異なる材料よりなる機種基板を用いることができ
る。また、GaNなどの窒化物半導体からなる基板上に
直接積層しても良い。
とするサファイアよりなる異種基板1をMOVPE反応
容器内にセットし、温度を500℃にして、トリメチル
ガリウム(TMG)、アンモニア(NH3)を用い、G
aNよりなるバッファ層を200Åの膜厚で成長させ
る。
050℃にして、TMG、アンモニアを用い、アンドー
プGaNよりなる下地層3を4μmの膜厚で成長させ
る。この層は、素子構造を形成する各層の成長において
基板として作用する。このように、異種基板上に、窒化
物半導体の素子構造を形成する場合には、低温成長バッ
ファ層、窒化物半導体の基板となる下地層を形成すると
良い。
とTMG、不純物ガスとしてシランガスを用い、窒化物
半導体基板1の上に、1050℃でSiを3×1018
/cm3ドープしたGaNよりなるn側コンタクト層5を
4μmの膜厚で成長させる。
I(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、温度
を800℃にしてIn0.06Ga0.94Nよりなる
クラック防止層6を0.15μmの膜厚で成長させる。
なお、このクラック防止層は省略可能である。
でTMA(トリメチルアルミニウム)、TMG、アンモ
ニアを用い、アンドープAl0.16Ga0.84Nよ
りなる層を25Åの膜厚で成長させ、続いてTMAを止
めて、シランガスを流し、Siを1×1019/cm3ド
ープしたn型GaNよりなる層を25Åの膜厚で成長さ
せる。それらの層を交互に積層して超格子層を構成し、
総膜厚1.2μmの超格子よりなるn側クラッド層7を
成長させる。
を止め、1050℃でアンドープGaNよりなるn側光
ガイド層8を0.2μmの膜厚で成長させる。このn側
光ガイド層8にn型不純物をドープしても良い。
て、SiドープIn0.05Ga0.95Nよりなる障
壁層を100Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、
アンドープIn0.2Ga0.8Nよりなる井戸層を4
0Åの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを2回交互
に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚380Åの多
重量子井戸構造(MQW)の活性層を成長させる。活性
層は本実施例のようにアンドープでもよいし、またn型
不純物及び/又はp型不純物をドープしても良い。不純
物は井戸層、障壁層両方にドープしても良く、いずれか
一方にドープしてもよい。なお障壁層にのみn型不純物
をドープすると閾値が低下しやすい。
0℃に上げ、TMG、TMA、アンモニア、Cp2Mg
(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、p側光
ガイド層11よりもバンドギャップエネルギーが大き
い、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型Al0.
3Ga0.7Nよりなるp側キャップ層7を300Åの
膜厚で成長させる。
g、TMAを止め、1050℃で、バンドギャップエネ
ルギーがp側キャップ層10よりも小さい、アンドープ
GaNよりなるp側光ガイド層11を0.2μmの膜厚
で成長させる。このp側光ガイド層10は、アンドー
プ、すなわち意図的にドープしない状態で成長させる
が、p側キャップ層、p側クラッド層の隣接する層から
のMg拡散が起こり、実際にはMg濃度が5×1016/
cm3となり、Mgがドープされた層となる。
℃でアンドープAl0.16Ga0.84Nよりなる層
を25Åの膜厚で成長させ、続いてCp2Mg、TMA
を止め、アンドープGaNよりなる層を25Åの膜厚で
成長させ、総膜厚0.6μmの超格子層よりなるp側ク
ラッド層12を成長させる。p側クラッド層は少なくと
も一方がAlを含む窒化物半導体層を含み、互いにバン
ドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層し
た超格子で作製した場合、不純物はいずれか一方の層に
多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性が
良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープしても
良い。クラッド層12は、Alを含む窒化物半導体層、
好ましくはAlXGa1−XN(0<X<1)を含む超
格子構造とすることが望ましく、さらに好ましくはGa
NとAlGaNとを積層した超格子構造とする。p側ク
ラッド層12を超格子構造とすることによって、クラッ
ド層全体のAl混晶比を上げることができるので、クラ
ッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャッ
プエネルギーが大きくなるので、閾値を低下させる上で
非常に有効である。さらに、超格子としたことにより、
クラッド層自体に発生するピットが超格子にしないもの
よりも少なくなるので、ショートの発生も低く抑えるこ
とができる。
0℃で、p側クラッド層11の上に、Mgを1×102
0/cm3ドープしたp型GaNよりなるp側コンタクト
層12を150Åの膜厚で成長させる。p側コンタクト
層はp型のInXAlYGa1−X−YN(0≦X、0
≦Y、X+Y≦1)で構成することができ、好ましくはM
gをドープしたGaNとすれば、p電極20と最も好ま
しいオーミック接触が得られる。コンタクト層12は電
極を形成する層であるので、1×1017/cm3以上の
高キャリア濃度とすることが望ましい。1×1017/
cm3よりも低いと電極と好ましいオーミックを得るのが
難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成をG
aNとすると、電極材料と好ましいオーミックが得られ
やすくなる。
たウェーハを反応容器から取り出し、最上層のp側コン
タクト層の表面にSiO2よりなる保護膜を形成して、
RIE(反応性イオンエッチング)を用いSiCl4ガ
スによりエッチングし、図1に示すように、n電極を形
成すべきn側コンタクト層4の表面を露出させる。この
ように窒化物半導体を深くエッチングするには保護膜と
してSiO2が最適である。
る方法について説明する。まず、図2(a)に示すよう
に、最上層のp側コンタクト層12のほぼ全面に、PV
D装置により、Si酸化物(主として、SiO2)より
なる第1の保護膜61を0.5μmの膜厚で形成した
後、第1の保護膜61の上に所定の形状のマスクをか
け、フォトレジストよりなる第3の保護膜63を、スト
ライプ幅2μm、厚さ1μmで形成する。ここで、第1
の保護膜61は、特に絶縁性は問わず、窒化物半導体の
エッチング速度と差がある材料であればどのような材料
でも良い。例えばSi酸化物(SiO2を含む)、フォ
トレジスト等が用いられ、好ましくは、後に形成する第
2の保護膜との溶解度差を設けるために、第2の保護膜
よりも酸に対して溶解されやすい性質を有している材料
を選択する。酸としてはフッ酸を好ましく用い、そのた
めフッ酸に対して溶解しやすい材料として、Si酸化物
を好ましく用いる。
膜63形成後、RIE(反応性イオンエッチング)装置
により、CF4ガスを用い、第3の保護膜63をマスク
として、前記第1の保護膜をエッチングして、ストライ
プ状とする。その後エッチング液で処理してフォトレジ
ストのみを除去することにより、図2(c)に示すよう
にp側コンタクト層12の上にストライプ幅2μmの第
1の保護膜61が形成できる。
イプ状の第1の保護膜61形成後、再度RIEによりS
iCl4ガスを用いて、p側コンタクト層12、および
p側クラッド層11、p側光ガイド層10をエッチング
して、p側光ガイド層のエッチングされた領域(突出部
以外の領域)における膜厚が1000Åとなる深さのス
トライプ状の導波路領域として、リッジストライプを形
成する。
D装置に移送し、図2(e)に示すように、Zr酸化物
(主としてZrO2)よりなる第2の保護膜62を、第
1の保護膜61の上と、エッチングにより露出されたp
側光ガイド層11の上(突出部以外の領域)に0.5μ
mの膜厚で連続して形成する。
O2以外の材料、好ましくはTi、V、Zr、Nb、H
f、Taよりなる群から選択された少なくとも一種の元
素を含む酸化物、SiN、BN、SiC、AlNの内の
少なくとも一種で形成することが望ましく、その中でも
Zr、Hfの酸化物、BN、SiCを用いることが特に
好ましい。これらの材料はフッ酸に対しても多少溶解す
る性質を有しているものもあるが、レーザ素子の絶縁層
にすれば埋め込み層としてSiO2よりもかなり信頼性
が高くなる傾向にある。またPVD、CVDのような気
相で成膜した酸化物系薄膜は、その元素と酸素とが当量
反応した酸化物となりにくいので、酸化物系薄膜の絶縁
性に対する信頼性が不十分となりにくい傾向にあるが、
本発明で選択した前記元素のPVD、CVDによる酸化
物、BN、SiC、AlNはSi酸化物よりも絶縁性に
対して信頼性に優れている傾向にある。しかも酸化物の
屈折率を窒化物半導体よりも小さいもの(例えばSiC
以外のもの)を選択すると、レーザ素子の埋め込み層と
して非常に都合がよい。さらにまた、第1の保護膜61
をSi酸化物とすると、Si酸化物に対して、フッ酸に
よる選択性を有しているため、図2(e)に示すように
ストライプ導波路の側面、そのストライプが形成されて
いる平面(エッチストップ層)、及び第1の保護膜61
の表面に連続して形成すると、リフトオフ法により、第
1の保護膜61のみを除去すると、図2(f)に示すよ
うな、平面に対して膜厚が均一な第2の保護膜62を形
成することができる。
0℃で熱処理する。このようにSiO2以外の材料を第
2の保護膜として形成した場合、第2の保護膜成膜後
に、300℃以上、好ましくは400℃以上、窒化物半
導体の分解温度以下(1200℃)で熱処理することに
より、第2の保護膜が第1の保護膜の溶解材料(フッ
酸)に対して溶解しにくくなり、この工程を加えること
がさらに望ましい。
(f)に示すように、第1の保護膜61をリフトオフ法
により除去する。
クト層12の上の第1の保護膜61が除去されて露出し
たそのp側コンタクト層の表面にNi/Auよりなるp
電極20を形成する。但しp電極20は100μmのス
トライプ幅として、この図に示すように、第2の保護膜
62の上に渡って形成する。第2の保護膜形成後、既に
露出させたn側コンタクト層5の表面にはTi/Alよ
りなるn電極21をストライプと平行な方向で形成す
る。
して露出された面でp,n電極に、取り出し電極を設け
るため所望の領域にマスクし、SiO2とTiO2より
なる誘電体多層膜64を設けた後、p,n電極上にNi
−Ti−Au(1000Å−1000Å−8000Å)
よりなる取り出し(パット)電極22,23をそれぞれ
設けた。
成したウェーハのサファイア基板を研磨して70μmと
した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側か
らバー状に劈開し、劈開面((11−00)面、六方晶
系の側面に相当する面=M面)に共振器を作製する。こ
の共振器面にSiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜
を形成し、最後にp電極に平行な方向で、バーを切断し
て図1に示すようなレーザ素子とする。なおこの時の共
振器長は800μmであった。
それぞれのパット電極をワイヤーボンディングして、室
温でレーザ発振を試みたところ、発振波長400〜42
0nm、発振しきい電流密度2.9kA/cm2において
単一横モードでの室温連続発振を示した。次に、レーザ
光のF.F.P.を測定したところ、水平方向で15〜
20°の良好な水平横モードが得られた。また、水平横
モードは、比較例1とほぼ同程度に良好で、アスペクト
比は、おおよそ1.5であった。加えて、厚膜の光ガイ
ド層により、光の閉じ込めが良好となり、比較例1に比
べてリップルの発生を大幅に抑制できた。
ド層の膜厚を、2500Åとする他は、実施例1と同様
にして、レーザ素子を形成した。得られたレーザ素子
は、実施例1とほぼ同程度の水平横モードの制御を実現
しており、F.F.P.の水平方向は18°であり、リ
ップルの発生も同程度に抑制されていた。また、その発
振特性は、実施例1に比べて僅かに劣り、素子寿命につ
いても低下していた。これは、活性層を挟む両光ガイド
層で構成される導波路の膜厚の総和が、4500Åを大
きく超え、6000Åに近づいたことによる影響が大き
いものと思われる。しかし、両光ガイド層の膜厚が厚く
鉈ことに、特にp側光ガイド層が厚くなったことより、
エッチングの制御が容易になり、製造歩留りの向上に寄
与するものであった。また、このことにより、素子間の
出力特性にばらつきが少なく、良好なレーザ素子の製造
が可能になる。この時のレーザ素子は、出力特性に劣る
もののその駆動において、実施例1のものと僅かに劣る
程度の発振を可能にするものであった。更に、両光ガイ
ド層の膜厚を、3000、3500、4000Åと厚く
したところ、発振しきい電流が上昇する傾向にある。特
に、3500Åを超えるとその上昇傾向が顕著になり、
素子寿命も低下傾向にある。このため、p側光ガイド層
の膜厚は、好ましくは3500Å以下とすることであ
り、更に好ましくは2500Å以下とすることで、良好
なレーザ光が得られ、その発振特性も十分なものが得ら
れる傾向にある。
する他は、実施例1と同様にして、レーザ素子を形成す
ると、そのF.F.P.におけるx方向のビームの広が
りは、実施例1に比べて僅かに狭い約13°であり、ア
スペクト比も1.8と実施例1に僅かに劣るものであっ
た。しかし、閾値電流は、ほぼ同程度のものであり、好
ましい出力特性で、長寿命のレーザ素子が得られる。ま
た、p側光ガイド層の突出部の高さを500Å、すなわ
ち、エッチングにより突出部を形成する際のエッチング
深さをp側光ガイド層の膜厚が500Åとなる深さでス
トライプ状の導波路を形成する他は、実施例1と同様に
して、レーザ素子を得る。得られるレーザ素子の閾値電
流は、実施例1のそれに比べて下がる傾向にあり良好な
出力特性のレーザ素子が得られ、またレーザのビーム形
状もF.F.P.においてx方向の広がりが、14°と
ほぼ同程度であり、実効的な屈折率差が良好に働く傾向
にある。
さが、500Åとなる深さ、すなわちエッチングされる
領域(突出部以外の領域)におけるp側光ガイド層の膜
厚が1500Åとなる深さで、エッチングする他は、実
施例1と同様にして、レーザ素子を形成した。得られた
レーザ素子は、閾値電流の上昇傾向にあり、実施例1に
比べて出力特性に劣るものであった。しかし、その閾値
電流の上昇は僅かであり、実用において十分なものであ
り、逆に突出部以外の領域の膜厚が厚くなったことによ
り、製造歩留りが向上し、素子間の出力特性のばらつき
も少なくなる傾向にある。
幅を、3μmとする他は、実施例1同様にして、レーザ
素子を得た。得られたレーザ素子は、実施例1に比べ
て、水平横モードの制御が劣るものとなり、F.F.
P.のアスペクト比は約2と、実施例1に比べて劣るも
のであった。また、実施例1に比べて単一横モードでの
発振の安定性に劣り、キンクの発生する不良品となる素
子の割合が高くなる傾向にあった。このため、更に好ま
しくはストライプ幅は2μm±0.5μm(1.5μm
以上2.5μm以下)の範囲にあることで、横モードの
制御性に素子ばらつきが少なく、レーザ光のアスペクト
比も良好で、単一モード発振のレーザ素子が得られる。
実施例1よりも長波長、具体的には470nm以上の長波
長のレーザ素子について以下説明する。C面を主面とす
るサファイアよりなる異種基板1の上に、実施例1と同
様にGaNよりなるバッファ層2を200Å、アンドー
プGaNよりなる下地層3を4μmを成長させ、その上
にSiを1×1018/cm3ドープしたGaNよりなる
n側コンタクト層4を4.5μm、SiドープのIn
0.3Ga0.7Nよりなる中間層5を成長させる。こ
の時、中間層は、省略が可能である。
モニア、TMA(トリメチルアルミニウム)を流し、1
050℃にしてアンドープAl0.15Ga0.85N
よりなる層を25Åの膜厚で成長させ、続いてTMAを
止めて、シランガスを流し、Siを1×1019/cm3
ドープしたn型GaNよりなる層を25Åの膜厚で成長
させる。それらの層を交互に積層して超格子層を構成
し、総膜厚0.2μm〜1.5μm、好ましくは0.7
μmの超格子よりなるn側クラッド層6を成長させる。
n側クラッド層は、Alを含む窒化物半導体層、好まし
くはAlXGa1−XN(0<X<1)を含む超格子構
造とすることが望ましく、さらに好ましくはGaNとA
lGaNとを積層した超格子構造とする。超格子とした
場合、不純物はいずれか一方の層に多くをドープして、
いわゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にあ
るが、両方に同じようにドープしても良い。
を止め、TMIを流し、850℃〜950℃、好ましく
は880℃でアンドープIn0.1Ga0.9Nよりな
る層を10Åの膜厚で成長させ、続いてTMIを止め
て、アンドープGaNよりなる層を10Åの膜厚で成長
させる。それらの層を交互に積層して超格子層を構成
し、総膜厚50Å〜2500Å、好ましくは500Å〜
800Å、更に好ましくは750Åの超格子よりなるn
側光ガイド層7を成長させる。
0℃〜850℃、好ましくは820℃でアンドープIn
0.3Ga0.7Nからなる井戸層を30Å、アンドー
プIn0.3Ga0.7Nからなるキャップ層を10
Å、続いて850℃〜950℃、好ましくは880℃で
アンドープのIn0.1Ga0.9Nからなるバリア層
を60Å成長させ、これを1ペアとして合計6ペア積層
した活性層8を成長させる。
TMAを流し、850℃〜950℃、好ましくは880
℃で、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型Al
0.3Ga0.7Nよりなるキャップ層9を10Å以
上、0.1μm以下、好ましくは100Åの膜厚で成長
させる。
止め、TMIを流し、850℃〜950℃、好ましくは
880℃で、アンドープIn0.1Ga0.9Nよりな
る層を10Åの膜厚で成長させ、続いてTMIを止め
て、Mgを1×1018〜3×1018/cm3ドープし
たGaNよりなる層を10Åの膜厚で成長させる。それ
らの層を交互に積層して超格子層を構成し、総膜厚50
Å〜2500Å、好ましくは500Å〜800Å、更に
好ましくは750Åの超格子よりなるp側光ガイド層1
0を成長させる。
流して、850℃〜1050℃でアンドープAl0.1
5Ga0.85Nよりなる層を25Åの膜厚で成長さ
せ、続いてTMAを止めて、Mgを3×1018〜5×
1018/cm3ドープしたGaNよりなる層を25Åの
膜厚で成長させる。それらの層を交互に積層して超格子
構造を構成し、総膜厚0.2μm〜1.5μm、好まし
くは0.7μmの超格子よりなるp側クラッド層11を
成長させる。
℃〜1050℃でp側クラッド層10の上に、Mgを1
×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp側コ
ンタクト層12を150Åの膜厚で成長させる。p側コ
ンタクト層はp型のInXGaYAl1−X−YN(0
≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成することができ、好
ましくはMgをドープしたGaN、InGaNとすれ
ば、p電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。
コンタクト層12は電極を構成する層であるので、1×
1018/cm3以上の高キャリア濃度とすることが望ま
しい。1×1018/cm3より低いと、電極と好ましい
オーミックを得るのが難しくなる傾向にある。さらにコ
ンタクト層の組成をGaN、InGaN若しくは、Ga
N、InGaNを含む超格子とすると、電極材料と好ま
しいオーミックが得られやすくなる。
に、エッチングして、n側コンタクト層4の表面を露出
させ、更にストライプ状のリッジ導波路を形成して、n
電極21,p電極20、誘電体多層膜64、取り出し電
極22,23を形成して、レーザ素子を得る。得られる
レーザ素子は、閾値電流密度2.0kA/cm2、閾値電
圧4.0Vで、発振波長470nmの連続発振が確認さ
れ、1000時間以上の寿命を示した。また、そのレー
ザ光は、F.F.P.において、ビーム形状の水平方向
(x方向)が広く17°程度であり、アスペクト比も
1.5程度と良好なものであった。長波長のレーザ素子
でも、良好なレーザ光で、発振しきい電流も低く良好な
もので、寿命特性も良好なものが得られる。
00Åとする他は、実施例5と同様にしてレーザ素子構
造の各層を積層する。続いて、実施例1と同様にして、
エッチングによりリッジ導波路を形成し、レーザ素子を
得る。この時、エッチング深さは、p型光ガイド層のエ
ッチングされた領域(突出部以外の領域)における膜厚
が500Åとなる深さであり、p側光ガイド層に突出部
が設けられたリッジストライプを形成する。得られるレ
ーザ素子は、閾値電流密度2.0kA/cm2、閾値電圧
4.0Vで、発振波長470nmの連続発振が確認さ
れ、1000時間以上の寿命を示した。また、そのレー
ザ光は、F.F.P.において、ビーム形状の水平方向
(x方向)が広く17°程度であり、アスペクト比も
1.5程度と良好なものとなる。長波長のレーザ素子で
も、良好なレーザ光で、発振しきい電流も低く良好なも
ので、寿命特性も良好なものが得られる。
ガイド層の膜厚が、1000Åであることを除いて、実
施例1と同様にレーザ素子を形成した。得られたレーザ
素子は、同程度の発振しきい電流であったが、F.F.
P.において、x方向の広がりが狭く8°程度であり、
そのアスペクト比も3程度であった。
ッド層の膜厚が0.1μmとなる深さまでエッチングす
ることにより、ストライプ状の突出部をp側クラッド層
に設けて、ストライプ状のリッジ導波路を形成する以外
は、実施例1と同様にして、レーザ素子を得た。得られ
たレーザ素子は、実施例1に比べて、出力特性に劣り、
素子寿命も大幅に減少した。
1に示すn側コンタクト層〜p側コンタクト層までの各
層を順に積層し、エッチングにより、ストライプ状の導
波路を形成し、更にn側コンタクト層を露出させ、これ
らのコンタクト層にp,n電極を形成して、図4に示す
レーザ素子を得る。この時、ストライプ状の導波路を形
成する際のエッチング深さとしては、p側クラッド層の
膜厚が0.1μmとなる位置より下(活性層に近づく方
向)で、活性層よりも上(活性層に達しない深さ)とな
る深さである。
キャップ層を有しているレーザ素子に比べて、駆動電流
が大幅に上昇する傾向にあり、100mA近傍のものも
あった。
2に示すn側コンタクト層〜p側コンタクト層まで順に
積層し、エッチングにより、ストライプ状の導波路を形
成し、更にn側コンタクト層を露出させ、これらのコン
タクト層にp,n電極を形成して、図5に示すレーザ素
子を得る。この時、ストライプ状の導波路を形成する際
のエッチング深さとしては、p側クラッド層の膜厚が
0.1μmとなる位置より下(活性層に近づく方向)
で、活性層よりも上(活性層に達しない深さ)となる深
さである。
て、駆動電流が10〜20mA程度低くなる傾向にあ
る。
3に示すn側コンタクト層〜p側コンタクト層までの各
層順に積層し、エッチングにより、ストライプ状の導波
路を形成し、更にn側コンタクト層を露出させ、これら
のコンタクト層にp,n電極を形成して、図6に示すレ
ーザ素子を得る。この時、ストライプ状の導波路を形成
する際のエッチング深さとしては、ストライプ状のリッ
ジ導波路がp側光ガイド層210に達する深さで形成
し、具体的には実施例1と同様に、膜厚1000Åとな
る深さで形成する。
有するレーザ素子に比べて、駆動電圧Vfが、下がる傾
向にあるものの、閾値電流が5〜6倍に上昇する傾向に
あり、得られるレーザ素子の多くがレーザ発振を示さな
い傾向にある。
素子において、450nm以上、具体的には450以上
520nm以下の、青色〜緑色の長波長領域では、以下
の層構成とすることが好ましい。ただし、本発明は、こ
の波長域に限定されるものではない。長波長域におい
て、活性層として、井戸層、障壁層に加えて、その間に
中間層を設けることが発振特性の向上につながり好まし
い。
長域、に用いる活性層では、InGaNからなる井戸
層、その井戸層よりバンドギャップエネルギーの大きい
障壁層で挟んだ量子井戸構造で、具体的にはInGaN
からなる井戸層とその井戸層とは混晶比若しくは組成の
異なるAlGaInNからなる障壁層を用いる。このよ
うな構造として、障壁層/井戸層/障壁層の単一量子井
戸構造(SQW)、井戸層と障壁層とを繰り返し積層し
た多重量子井戸構造(MQW)が用いられている。しか
し、この井戸層と障壁層とは、混晶比もしくは組成が異
なるため、それぞれの層成長時に適した温度が異なるこ
ととなり、その成長が困難な傾向になる。この場合、井
戸層の上に、それよりも成長温度を高くして障壁層を成
長することとなる。これは、Inを有する井戸層におい
て、障壁層成長時の昇温過程で、Inの分解が発生し、
発光ピークの鋭いものが得られなくなる。また、障壁層
を井戸層とほぼ同じ温度で形成したとしても、活性層の
形成後に続く、他の層(クラッド層、ガイド層)を形成
する際にも、良好な結晶成長のためには昇温過程が必要
となる。このような成長困難性は、発振波長が長くなる
につれて、顕著なものとなる傾向にあり、上記長波長域
では中間層を設けることが好ましい。
記昇温による問題を解決できる。この中間層を設けるこ
とで、上記Inの分解を部分的なものとして観察される
傾向にあり、また中間層そのもののが凹凸を呈する表面
形態として観察される傾向にあり、これらのことが駆動
電圧や閾値電圧の大幅な低下に寄与しているものと考え
られる。この中間層は、井戸層と障壁層との間に設ける
ものであり、そのバンドギャップエネルギーが、障壁層
よりも大きいものである。この中間層は、活性層がMQ
Wである場合には、少なくとも1層の井戸層上に設ける
必要があり、全ての井戸層の上に設けることで、井戸層
上の障壁層の全てについて上記問題が解決でき好まし
い。
厚より薄くして、1原子層以上100Å以下の範囲とす
ることが好ましい。これは膜厚が100Å以上となるこ
とで、中間層と障壁層との間にミニバンドが形成され、
発振特性が悪化する傾向にあるためである。この時の障
壁層としては、10Å以上400Å以下の範囲とする。
更に、中間層の組成として、好ましくはAluGa1-uN
(0≦u≦1)とすることで、上記Inの部分的な分
解、中間層の表面形態による駆動電圧や閾値電圧の低下
傾向を示し、更に好ましくは、AlvGa1-vN(0.3
≦v≦1)とすることで上記各電圧の低下を大きくする
ことができる。
n側コンタクト層〜p側コンタクト層を順に積層して、
レーザ素子構造を形成した。次に、ストライプ幅1.8
μm、p側コンタクト層側からp側光ガイド層の膜厚が
500Åとなる深さまで、エッチングすることで、スト
ライプ状のリッジ導波路を形成し、その他は実施例と同
様に、更にエッチングによりn側コンタクト層を露出さ
せ、各コンタクト層の上に、p,n電極を形成して、チ
ップを取り出して図7に示すようなレーザ素子を得た。
なお、図中208aは中間層、208bは井戸層、20
8cは障壁層を示すものであり、図7は、活性層208
の構造を拡大して模式的に示している。
り、室温において閾値電流密度2.0kA/cm2、で1
000時間以上の連続発振が確認された。これは、スト
ライプ状の導波路形成時のエッチング深さが、p側光ガ
イド層に達しない深さのレーザ素子に比べても、横モー
ドの制御性、F.F.P.におけるアスペクト比に優れ
たものが得られる。
が、以下の表5の通りであることを除いて、変形例2と
同様にして、レーザ素子を得る。
であり、良好なレーザ素子が得られる。変形例2に比べ
て、活性層をMQWからSQWとしたことによる素子特
性の低下は僅かなものとなる傾向にあるが、活性層中の
中間層がGaNであることにより、中間層を設けること
による効果が低くなる傾向がみられる。しかしながら、
変形例2と同様に、本発明のストライプ状の導波路を有
することで、横モードの安定性、素子寿命に優れたレー
ザ素子が得られ、長波長域にも本発明は適用できる。
上にバッファ層、下地層を形成した後、Siを1×10
18/cm2ドープしたGaNを100μmの膜厚で成長さ
せる。続いて、ウエハの裏面、すなわち、窒化物半導体
を成長させた異種基板の主面に対向する面側から、研磨
して、基板を除去し、窒化物半導体のみとする。次に、
基板除去した面とは反対側の面の窒化物半導体204を
主面として、図8に示すように、実施例1と同様の、n
側クラッド層206、n側光ガイド層207、活性層2
08、p側キャップ層209、p側光ガイド層210、
p側クラッド層211、p側コンタクト層212を順に
積層する。続いても、実施例1と同様に、700℃でア
ニールを行いp型導電層を更に低抵抗化し、反応容器か
らウェーハを取り出し、RIE装置に移して、エッチン
グにより幅約3μmのストライプ状の導波路を形成す
る。この時、エッチング深さは、p側光ガイド層の膜厚
に達する深さで、その膜厚が500Åとなる位置となる
深さで形成する。つづいて、p側コンタクト層212の
最上面にNi/Auからなるp電極220を形成し、こ
のp電極220を除くエッチング露出面に、SiO2よ
りなる絶縁膜264を形成し、p電極220に電気的に
接続する取り出し電極222を絶縁膜264にまたがっ
て形成し、ウェーハの裏面(n側コンタクト層表面)に
Ti/Alよりなるn電極221、その上にヒートシン
クとのメタライゼーション用にAu/Snよりなる薄膜
を形成する。最後に、n電極221が設けられたウェー
ハ面側からスクライブし、GaNのM面[(11−0
0)面]でウェーハを劈開してバー状とした後、共振面
を作製する。互いに対向する一対の共振面の内、少なく
とも一方にSiO2/TiO2よりなる誘電体多層膜のミ
ラーを設け、最後に共振器方向にほぼ垂直に切断して、
レーザ素子チップ得る。得られるレーザ素子は、実施例
1に比べて、ストライプ幅が広いために、横モードの安
定性に少し劣るものの、電流―光出力曲線において、キ
ンクの発生のない良好な特性を有している。このこと
は、本発明がこのような設計変更に影響されず、良好な
素子特性の向上を奏しうることを示唆するものである。
来の出力特性を確保しながら、レーザ素子の光学特性、
特にレーザ光のF.F.P.を良好なものが得られ、ア
スペクト比も大幅に改善された。また、光の閉じ込め効
果が増大させることができたため、良好な導波路の形成
が可能となり、素子寿命の向上も確認された。
面図。
模式断面図。
る模式図。
図。
図。
図。
断面図。
図。
Claims (10)
- 【請求項1】基板上に、少なくともn型窒化物半導体か
らなるn側光ガイド層と、活性層と、p型窒化物半導体
とからなるp側光ガイド層と、p型窒化物半導体とから
なるp側クラッド層と、を順に有する窒化物半導体レー
ザ素子において、 前記窒化物半導体レーザ素子は、前記活性層と前記p側
光ガイド層との間に、前記p側光ガイド層よりもバンド
ギャップエネルギーが大きいp側キャップ層を備え、 前記p側キャップ層及び前記p側クラッド層はMgがド
ープされていると共に、前記p側光ガイド層のMg濃度
は、前記p側キャップ層及び前記p側クラッド層のMg
濃度よりも小さく、 前記p側光ガイド層がストライプ状の突出部を有すると
共に、該突出部の上にp型窒化物半導体層を有し、該p
側光ガイド層の突出部の膜厚が1μm以下であり、かつ
前記p側光ガイド層において、突出部の高さが500Å
以上であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項2】前記p側光ガイド層は、InxGa1−x
N(0≦x<1)よりなることを特徴とする請求項1に
記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項3】前記p側キャップ層は、AlxGa1−x
N(0≦x≦1)よりなることを特徴とする請求項1又
は2に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項4】前記p側クラッド層は、AlxGa1−x
N(0<x<1)を含む超格子よりなることを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれかに記載の窒化物半導体レー
ザ素子。 - 【請求項5】前記p側光ガイド層は、Mgを含むことを
特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の窒化物半
導体レーザ素子。 - 【請求項6】前記p側光ガイド層の突出部が、前記p側
窒化物半導体層側からエッチングされて形成され、該エ
ッチング深さが0.7μmを超えないことを特徴とする
請求項1乃至5のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ
素子。 - 【請求項7】前記p側光ガイド層に設けられた突出部に
おけるp側光ガイド層の膜厚が、1500Å以上400
0Å以下の範囲であることを特徴とする請求項1乃至6
のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項8】前記p側光ガイド層がストライプ状の突出
部を有し、前記突出部以外の領域における膜厚が500
Å以上1000Å以下の範囲であることを特徴とする請
求項1乃至7のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素
子。 - 【請求項9】前記p側光ガイド層がストライプ状の突出
部を有し、前記突出部のストライプ幅が、1μm以上3
μm以下の範囲であることを特徴とする請求項1乃至8
のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項10】前記p側キャップ層は、膜厚10Å以
上、0.1μm以下であることを特徴とする請求項1乃
至9のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
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