JP2006041491A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 GaN基板1、n型GaN層2、n型AlGaNクラッド層3、n型GaNガイド層4、InGaN多重量子井戸活性層5、アンドープGaNガイド層6、p型AlGaN電子障壁層7、p型GaNガイド層8、SiO2ブロック層9、透明電極としてのNi/ITOクラッド層電極10、Ti/Auパッド電極11及びTi/Al/Ni/Au電極12を備え、SiO2ブロック層9はInGaN多重量子井戸活性層5上方に位置し、開口部を有し、Ni/ITOクラッド層電極10は開口部内に形成され、InGaN多重量子井戸活性層5の光を透過させ、クラッド層として機能する。
【選択図】 図1
Description
禁制帯幅(室温GaNで3.4eV)を有し、緑色から紫外の波長領域で発光するデバイスを実現可能な材料として注目されてきた。これまでに各種表示や信号機用等でInGaAlNを用いた緑色・青色発光ダイオードが商品化されて広く普及している。また、蛍光体を青色発光ダイオードや紫外発光ダイオードで励起することで白色光を発する白色発光ダイオードも商品化され、液晶バックライト用等で使用されている。InGaAlNの応用分野として、発光ダイオードに次いで期待されているのが次世代高密度光ディスク用光源に応用可能な青紫色半導体レーザ素子である。実用化に向けては高速書き込みに対応するための高出力化及び長寿命化が必要不可欠であるが、エピタキシャル成長技術の進展に伴う低欠陥化、デバイス構造・プロセス開発の進展に伴う高性能化を通して、これらは次世代光ディスクの仕様をほぼ満足するレベルにまで達している。今後は、出力スペックを満たし、かつ量産性に優れた高歩留まり・低コストで生産可能な青紫色半導体レーザ素子の開発が必要である。
図7は、従来のGaN系青紫色半導体レーザ素子(例えば、非特許文献1参照)の構造を示す断面図である。
S.Nakamura et. al., "The Blue Laser Diode" , Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York: p255
このような構成とすることにより、p型ガイド層として大きなキャリア濃度を有するp型GaN系半導体を用いて、透明電極とのコンタクト抵抗を低減することができるので、直列抵抗・直列電圧の小さな半導体レーザ素子を実現することができる。
このような構成とすることにより、金属膜を加熱し、共晶化することにより、異種基板を貼り合わせることができ、例えば放熱に優れた基板あるいは劈開性に優れた基板への転写が可能になるので、長寿命で低閾値電流の半導体レーザ素子を実現することができる。
このような構成とすることにより、エピタキシャル成長中あるいはエピタキシャル成長後に生じるクラックを抑制することができるので、高歩留まりの青紫色半導体レーザ素子を実現することができる。また、短時間で結晶成長を行えるので、低コストの青紫色半導体レーザ素子を実現することができる。
このような構成とすることにより、例えばNi/ITOあるいはNi/Au等により透明電極を形成し、GaNにより構成される光ガイド層に対するコンタクト抵抗を低減することができるので、直列抵抗が小さく、低動作電流の半導体レーザ素子を実現することができる。
このような構成とすることにより、基板分離に用いられる光のスポットサイズを大きくすることができるので、基板分離に要する時間を短くすることが可能な半導体レーザ素子の製造方法を実現することができる。
図1は、第1の実施の形態の青紫色半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
図3は、第2の実施の形態の青紫色半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
図5は、第3の実施の形態の青紫色半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
2 n型GaN層
3 n型AlGaNクラッド層
4 n型GaNガイド層
5 InGaN多重量子井戸活性層
6 アンドープGaNガイド層
7 p型AlGaN電子障壁層
8 p型GaNガイド層
9 SiO2ブロック層
10、16 Ni/ITO薄膜電極
11 Ti/Auパッド電極
12 Ti/Al/Ni/Au電極
13 サファイア基板
14 SiO2マスク
15 Nb2O5クラッド層
17 Au/AuSn/Au/Ni電極
18 低抵抗SiC基板
19、21 Ni/Au電極
20 p型AlGaNクラッド層
22 SiO2パッシベーション膜
23 p型GaNコンタクト層
30 Ti/Au電極
Claims (30)
- 半導体から構成される発光層と、
前記発光層上方に位置し、開口部を有し、第1誘電体から構成される電流阻止層と、
前記開口部内に形成され、前記発光層の光に対して透明であり、クラッド層として機能する透明電極とを備える
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記透明電極は、導電性酸化物から構成され、前記電流阻止層の屈折率よりも大きく、前記発光層の屈折率よりも小さな屈折率を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 前記導電性酸化物は、錫が添加された酸化インジウム、アンチモンが添加された酸化錫、及び酸化亜鉛のうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ素子。 - 前記半導体レーザ素子は、さらに、前記開口部内に形成され、第2誘電体から構成される誘電体層を備え、
前記誘電体層は、前記透明電極を挟んで前記発光層上方に位置し、前記電流阻止層の屈折率よりも大きく、前記発光層の屈折率よりも小さな屈折率を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 前記第2誘電体は、SiN、Nb2O5、ZrO2、TiO2及びTa2O5のうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体レーザ素子。 - 前記半導体レーザ素子は、さらに、半導体から構成され、前記発光層と前記電流阻止層との間に位置し、前記透明電極と接するp型の光ガイド層を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 前記光ガイド層の不純物濃度は、前記発光層から前記透明電極に向かう方向に高くなる
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体レーザ素子。 - 前記光ガイド層は、Mgが添加された半導体から構成される
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体レーザ素子。 - 前記半導体レーザ素子は、さらに、
前記透明電極上方に位置する金属膜と、
前記金属膜上方に位置する第1基板とを備え、
前記第1基板は、前記半導体レーザ素子の導波路に沿う方向と垂直な劈開面を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 前記金属膜は、Au及びAuSnの少なくとも1つを含む
ことを特徴とする請求項9に記載の半導体レーザ素子。 - 前記第1基板は、Si、GaAs、InP及びSiCのうちのいずれかにより構成される
ことを特徴とする請求項9に記載の半導体レーザ素子。 - 前記第1基板の劈開面は、<110>方向あるいは<1−100>方向と平行である
ことを特徴とする請求項9に記載の半導体レーザ素子。 - 前記発光層は、窒素を含む化合物半導体から構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 前記半導体レーザ素子は、さらに、前記発光層が形成される第2基板を備え、
前記第2基板は、サファイア、SiC、GaN、AlN、MgO、LiGaO2及びLiAlO2のうちのいずれかにより構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 前記第1誘電体は、SiO2、SiN、Nb2O5、ZrO2及びTa2O5のうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 前記透明電極は、Niを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 第1基板上に、半導体から構成される発光層を形成する発光層形成工程と、
前記発光層上方に、第1誘電体から構成される電流阻止層を形成する電流阻止層形成工程と、
前記電流阻止層に、開口部を形成する開口部形成工程と、
前記開口部内に、前記発光層の光に対して透明であり、クラッド層として機能する透明電極を形成する透明電極形成工程とを含む
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記透明電極形成工程において、導電性酸化物から構成され、前記電流阻止層の屈折率よりも大きく、前記発光層の屈折率よりも小さな屈折率を有する透明電極を形成する
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
前記開口部内に、前記電流阻止層の屈折率よりも大きく、前記発光層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第2誘電体から構成される誘電体層を形成する誘電体層形成工程を含み、
前記誘電体層形成工程において、前記透明電極を挟んで前記発光層上方に位置するように誘電体層を形成する
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
前記透明電極上方に第1金属膜を形成する第1金属膜形成工程と、
第2基板上に第2金属膜を形成する第2金属膜形成工程と、
前記第1金属膜と前記第2金属膜とを圧着する圧着工程と、
前記第1基板を除去する除去工程とを含み、
前記圧着工程において、前記半導体レーザ素子の導波路に沿う方向が前記第2基板の劈開面と垂直になるように圧着する
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記除去工程において、前記活性層が形成されていない前記第1基板裏面より光を照射することで、前記半導体レーザ素子から前記第1基板を分離させて前記第1基板を除去する
ことを特徴とする請求項20に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記除去工程において、パルス状に発振するレーザを光源として用いて光を照射する
ことを特徴とする請求項21に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記除去工程において、水銀灯の輝線を光源として用いて光を照射する
ことを特徴とする請求項21に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記除去工程において、前記第1基板裏面をスキャンするように光を照射する
ことを特徴とする請求項21に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記除去工程において、前記第1基板を研磨することで前記第1基板を除去する
ことを特徴とする請求項20に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記第1金属膜形成工程あるいは前記第2金属膜形成工程において、Au及びAuSnの少なくとも1つを含む第1金属膜あるいは第2金属膜を形成する
ことを特徴とする請求項20に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記第2金属膜形成工程において、Si、GaAs、InP及びSiCのうちのいずれかにより構成される第2基板上に前記第2金属膜を形成する
ことを特徴とする請求項20に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記圧着工程において、前記半導体レーザ素子の導波路に沿う方向が<110>方向あるいは<1−100>方向と平行になるように圧着する
ことを特徴とする請求項20に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記発光層形成工程において、窒素を含む化合物半導体から構成される発光層を形成する
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記発光層形成工程において、サファイア、SiC、GaN、AlN、MgO、LiGaO2及びLiAlO2のうちのいずれかにより構成される第1基板上に前記発光層を形成する
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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