JP2008141187A - 窒化物半導体レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】窒化物半導体からなる半導体レーザ構造に、シリコンからなるエピタキシャル成長用基板を用いたとしても、端面ミラーの反射率を十分に大きくして、低しきい値電流及び低動作電流を実現できるようにする。
【解決手段】窒化物半導体レーザ装置は、主面の面方位が｛１００｝面であるシリコンからなる基板１０１と、該基板１０１の上に形成され、それぞれがIII-Ｖ族窒化物からなり、多重量子井戸活性層１０７を含む複数の半導体層により構成された半導体積層体１２０とを有している。半導体積層体１２０は、シリコンの面方位である｛０１１｝面と平行な面を劈開面１１３に持ち、該劈開面１１３は端面ミラーを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば高密度光ディスクの書き込み及び読み出し用光源に使用する青紫色半導体レーザ装置に適用可能な窒化物半導体レーザ装置に関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表されるIII-Ｖ族窒化物化合物半導体（一般にＩｎＧａＡｌＮと表記）は広い禁制帯幅（ＧａＮの場合、室温で３．４ｅＶ）を有し、緑色から紫外の波長領域で発光する発光デバイスを実現可能な材料である。これまでに各種表示装置及び信号機等で緑色・青色発光ダイオードが商品化され広く普及している。また、蛍光体を青色発光ダイオード又は紫外発光ダイオードで励起することにより白色光を得る白色発光ダイオードも商品化され、例えば液晶バックライト用して用いられている。
窒化物化合物半導体の新たな応用分野として、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レーザ装置である。これまでにエピタキシャル成長及びデバイスのプロセス技術に関する研究及び開発の進展を通して、ブルーレイに代表される次世代光ディスクの仕様を満足するレベルにまで達している。現在報告され実用化されているＧａＮ系青紫色半導体レーザ装置は、エピタキシャル成長用の基板にＧａＮを用いるのが一般的である（例えば、非特許文献１を参照。）。これは、信頼性向上のために、より結晶欠陥が少ない基板が望まれること、及び十分なミラー反射率を確保して低動作電流を実現するために、良好な劈開面が求められることなどによる。
しかしながら、現状のＧａＮ基板は、その成長方法として、引き上げ法等のいわゆるバルク結晶成長法ではなく、ハイドライド気相成長（Hydride Vapor Pahse Epitaxy:ＨＶＰＥ）法を用いており、スループットの向上及び大面積化には限界がある。このため、基板のコストが高く、ＧａＮ系半導体レーザ装置の低コスト化には限界があると予想される。従って、ＧａＮ系半導体レーザ装置を用いた次世代光ディスクシステムを広く普及させるには、レーザ装置の低コスト化が必要不可欠である。
ＧａＮ系デバイスをさらに低コストで実現させる技術として、シリコン（Ｓｉ）基板上へのエピタキシャル成長技術が注目されている。これまでにバッファ層技術の改善等により、ＧａＮ系半導体の結晶性は大幅に改善し、例えばＳｉ基板上に形成した青色発光ダイオードが報告されている（例えば、非特許文献２を参照。）。この大面積且つ低コストであるＳｉ基板上のエピタキシャル成長技術を半導体レーザ構造に適用できれば、青紫色半導体レーザ装置を大幅に低コスト化できると期待されている。
さらに、Ｓｉ基板を用いた半導体レーザ装置として、面方位の（１００）面を７．３°傾けた主面を有するＳｉ基板の主面上に断面Ｖ字状の溝を選択的に形成し、その上に主面の面方位が（１−１０１）面のＧａＮをエピタキシャル成長することにより、半導体レーザ構造を構成する例が示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
S.Nakamura et al., Jpn.J.Appl.Phys., Vol.37 (1998) L309. T.Egawa et al., IEEE Electron Device Lett., Vol.26 (2005), p.169. 特開２００４−０３１６５７号公報
しかしながら、前記従来のＳｉ基板上へのＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長はそのほとんどが、主面の面方位が（１１１）面であるＳｉ基板上に行われている。これを青紫色半導体レーザ装置の作製に適用した場合には、ＧａＮ系半導体からなるレーザ構造における劈開面が、Ｓｉ基板の主面の面方位である（１１１）面とその上に成長したＧａＮ等の主面の面方位である（０００１）面とに対して、いずれにも斜めの面であるＳｉの（１１０）面及び該（１１０）面と等価な面（以下、例えば（１１０）面と等価な面を｛１１０｝と表記する。）となるため、レーザ構造の主面に対して垂直な劈開面を得ることができないという問題がある。
また、特許文献１に記載されたように、主面の面方位がほぼ（１００）面のＳｉ基板上にＧａＮ系半導体を成長させる場合は、Ｓｉ基板は（１１０）面と等価な面で劈開できるものの、特許文献１に記載されたレーザ構造の導波路は＜１１−２０＞方向と推測される。このため、この場合のレーザ構造の劈開面は（１１−２０）面となってしまい、Ｓｉ基板とその上のＧａＮ系半導体とのエピタキシャル成長による互いの結晶方位の関係を考慮すると、特許文献１におけるレーザ構造の劈開面は、Ｓｉ基板の劈開面とは一致せず、良好な劈開面を得ることができない。さらに、特許文献１には、Ｓｉ基板及びＧａＮ系半導体からなるレーザ構造体の劈開面に関する記載はなされていない。
従って、従来のエピタキシャル成長法により、主面に（１１１）面の面方位を持つＳｉ基板、又は主面に（１００）面の面方位を持ち且つ断面Ｖ字状の溝が選択的に形成された基板の上にＧａＮ系半導体レーザ構造を作製した場合には、導波路の劈開面に形成される端面ミラーに十分に大きい反射率を得ることができない。その結果、しきい値電流及び動作電流として実用的な値を得ることが困難となっている。
本発明は、前記従来の問題に鑑み、窒化物半導体からなる半導体レーザ構造に、シリコンからなるエピタキシャル成長用基板を用いたとしても、端面ミラーの反射率を十分に大きくして、低しきい値電流及び低動作電流を実現できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、窒化物半導体レーザ装置を、主面の面方位に｛１００｝を持つシリコン（Ｓｉ）からなる基板の上に窒化物からなる半導体積層体をエピタキシャル成長することにより、基板の劈開面をＳｉの｛１００｝面に垂直な｛０１１｝面とし、且つこのＳｉの｛０１１｝面を、ＧａＮの劈開面である｛１−１００｝面に平行とする構成とする。
なお、本願明細書においては、面方位又は結晶軸の方向を示す指数に付した負符号”−”は、該符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。
具体的に、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置は、主面の面方位が｛１００｝面であるシリコンからなる基板と、基板の上に形成され、それぞれがIII-Ｖ族窒化物からなり、活性層を含む複数の半導体層により構成された半導体積層体とを備え、半導体積層体は、シリコンの面方位である｛０１１｝面と平行な面を劈開面に持ち、劈開面は端面ミラーを構成することを特徴とする。
本発明の窒化物半導体レーザ装置によると、主面の面方位が｛１００｝面であるシリコンからなる基板を備え、該基板上に形成された半導体積層体は、シリコンの面方位である｛０１１｝面と平行な面を劈開面に持つ。この劈開面は良好な端面ミラーを構成するため、安価なシリコン基板を用いながら、低しきい値電流及び低動作電流を実現することができる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、半導体積層体の主面の面方位は、窒化ガリウムにおける｛０００１｝面であることが好ましい。
このようにすると、III-Ｖ族窒化物からなる半導体積層体は、Ｓｉの｛１００｝面の劈開面であるＳｉの｛０１１｝面によって主面に垂直に劈開できるため、半導体積層体に良好な劈開面を得ることができる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、半導体積層体の劈開面は｛１−１００｝面であることが好ましい。
このようにすると、Ｓｉの｛１００｝面の劈開面である｛０１１｝面と、ＧａＮの｛０００１｝面の劈開面である｛１−１００｝面とを互いに平行に形成できるため、より良好な劈開面を実現できる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置は、基板と半導体積層体との間に形成され、主面の面方位が｛１１１｝面であるシリコンからなる薄膜をさらに備え、半導体積層体は、薄膜の主面上にエピタキシャル成長していることが好ましい。
このようにすると、III-Ｖ族窒化物からなる半導体積層体の結晶性がより向上するため、例えば低しきい値電流及び高スロープ効率という優れた特性を得ることができる。
この場合に、本発明の窒化物半導体レーザ装置は、基板と薄膜との間に形成された絶縁膜をさらに備えていることが好ましい。
このようにすると、絶縁膜により、結晶成長用基板をＳＯＩ基板とすることができる。その上、基板と薄膜との間に形成された絶縁膜はシリコンと比べて屈折率が小さいため、基板側に漏れる発光光を半導体積層体の内部に閉じ込めやすくすることができる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、薄膜は水素イオンを含んでいてもよい。
このようにすると、主面の面方位が｛１１１｝面であるシリコンからなり、水素イオンが所定の深さに注入された板状部材を基板又は絶縁膜の上に貼り合わせ、その後の熱処理により、水素イオンが注入された領域が容易に分離するため、薄膜を所望の厚さに薄膜化することが可能となる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、薄膜は、該薄膜の結晶軸の＜１−１０＞方向が前記基結晶軸の＜０１１＞方向と一致するように形成されていることが好ましい。
このようにすると、薄膜上に形成した半導体積層体の劈開面が基板の劈開面と平行となるため、より良好な劈開面を半導体積層体に形成することができる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、薄膜は少なくともその一部が炭化珪素と置換されていることが好ましい。
このようにすると、炭化珪素（ＳｉＣ）は、その格子定数が窒化ガリウム（ＧａＮ）の格子定数と比較的に近いため、少なくとも一部がＳｉＣからなる薄膜の上には、より結晶性が良好な窒化物からなる半導体積層体を形成できる。その結果、例えば低しきい値電流及び高スロープ効率といった、優れた特性を実現することができる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、基板はその主面に凹凸部を有し、半導体積層体は、凹凸部の上にエピタキシャル成長していることが好ましい。
このようにすると、凹凸部をＳｉの｛１１１｝面からなる複数のファセットにより構成した場合には、エピタキシャル成長がファセットから生じる。このため、基板上に形成する窒化物からなる半導体積層体の結晶性が向上するので、例えば低しきい値電流及び高スロープ効率といった、優れた特性を持つ青紫色半導体レーザ装置を実現できる。
従って、凹凸部は、シリコンの面方位の｛１１１｝面により構成されていることが好ましい。
本発明の窒化物半導体レーザ装置は、基板がその主面に凹凸部を有している場合に、半導体積層体の主面の面方位は、窒化ガリウムにおける｛１−１０１｝面であることが好ましい。
このようにすると、窒化物からなる半導体積層体は、平坦な表面を有し且つ良好な結晶性を実現できる。その上、｛１−１０１｝面では活性層において分極電界が主面に垂直に生じにくく、いわゆる量子シュタルク効果が抑制されるため、活性層における発光効率が向上する。その結果、例えば低しきい値電流及び高スロープ効率といった、優れた特性を有する青紫色半導体レーザ装置を実現することができる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置は、基板がその主面に凹凸部を有している場合に、半導体積層体の劈開面は、｛１−１００｝面であることが好ましい。
このようにすると、Ｓｉの｛１００｝面の劈開面である｛０１１｝面と、ＧａＮの｛１−１０１｝面の劈開面である｛１−１００｝面とを互いに平行に形成できるため、より良好な劈開面を実現できる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、半導体積層体は劈開面に対して垂直に延びるストライプ状の導波路構造を有し、導波路構造は凹凸部における１つの凹部の上方に位置するように形成されていることが好ましい。
このようにすると、複数のファセットから成長した半導体積層体が合体して生じる結晶欠陥を含む領域の影響を受けることなくレーザ発振が可能となるため、高い信頼性を有する青紫色半導体レーザ装置を実現することが可能となる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、半導体積層体は活性層と基板との間に形成された部分が導電性を有しており、基板における半導体積層体と反対側の面上には、電極が形成されていることが好ましい。
このようにすると、基板の裏面にも電極が形成されていることから、チップ面積をより小さくできるので、より低コスト化を図ることができる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、半導体積層体は、活性層と基板との間に形成され、互いに異なる組成及び互いに異なる屈折率を有する第１の半導体層及び第２の半導体層が交互に積層された周期構造を含み、周期構造は、活性層から出射される発光光の反射率を大きくするように構成されていることが好ましい。
このようにすると、活性層と基板との間に形成された周期構造が半導体レーザ装置におけるクラッド層の一部として機能するため、本来のクラッド層の膜厚を減らすことができる。このため、基板上に形成される半導体積層体の膜厚を小さくすることができるので、半導体積層体中に発生するクラックを抑制できる。その結果、より高性能及び高信頼性を有する青紫色半導体レーザ装置を実現できる。また、半導体積層体の結晶成長に要する時間を短縮できるので、より低コストで青紫色半導体レーザ装置を作製することができる。
この場合に、第１の半導体層及び第２の半導体層は、発光光の発光波長に相当する光学波長の４分の１の厚さを有していることが好ましい。
このようにすると、周期期構造は、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）ミラーを構成して、より反射率を大きくできるため、活性層における光り閉じ込め効率を高めることができる。その結果、しきい値電流をより低減することができる。
この場合に、第１の半導体層は窒化アルミニウムからなり、前記第２の半導体層は窒化ガリウムからなることが好ましい。
このようにすると、周期構造における反射率を高めると共に、基板と半導体積層体との間の格子不整合及び熱膨張係数の差により生じるストレスが緩和される。これにより、半導体積層体中に発生するクラックが抑制されるので、より高性能及び高信頼性を有する青紫色半導体レーザ装置を実現できる。
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、半導体積層体は、活性層と基板との間に形成され、複数の開口部を持つマスク膜を有すると共にマスク膜の各開口部から選択的にエピタキシャル成長し、且つ、劈開面に対して垂直に延びるストライプ状の導波路構造を有しており、導波路構造は、マスク膜の開口部を除く領域の上方に位置するように形成されていることが好ましい。
このようにすると、半導体積層体はマスク膜の上に横方向成長するため、半導体積層体におけるマスク膜の上に横方向成長した部分は結晶欠陥が低減されているので、より高性能及び高信頼性を有する青紫色半導体レーザ装置を実現できる。
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置によると、主面の面方位に｛１００｝面を持つシリコンからなる基板の上に形成され、III-Ｖ族窒化物からなる半導体積層体に良好な端面ミラーとなる劈開面を得られるため、安価なシリコン基板を用いながらも、低しきい値電流及び低動作電流を実現できる。これにより、青紫色半導体レーザ装置のコストの低減を図ることができる。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置であって、図１（ａ）は平面構成を示し、図１（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、主面の面方位が｛１００｝面であるシリコン（Ｓｉ）からなる基板１０１、該基板１０１の上に形成され、膜厚が１００ｎｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜１０２及び該絶縁膜１０２の上に形成され、膜厚が１０ｎｍ程度で主面の面方位が｛１１１｝面であるＳｉからなる薄膜１０３を含む、いわゆるＳＯＩ(Silicon-On-Insulator)基板と、該ＳＯＩ基板の上に形成され、それぞれがIII-Ｖ族窒化物からなる複数の半導体層を含む半導体積層体１２０とにより構成されている。
半導体積層体１２０は、ＳＯＩ基板の上、すなわち薄膜１０３の上に順次形成された、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる初期層並びにＡｌＮからなる第１層及び窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第２層が交互に例えば２０周期程度積層された周期構造１０４と、ｎ型ＧａＮ層１０５と、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｎ型クラッド層１０６と、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０７と、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０８とにより構成されている。
ｐ型クラッド層１０８の上部には、ストライプ状のリッジ部（リッジストライプ）が形成されており、該リッジ部の上には、パラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなるオーミック性のｐ側電極１０９が形成されている。また、リッジ部の両側面及びその両側方の領域には、ＳｉＯ２からなるブロック層１１０が形成されている。ここで、半導体積層体１２０におけるリッジ部及びその下方の領域が半導体レーザ装置の導波路として機能する。
半導体積層体１２０におけるリッジ部の一側方部分は、ｐ型クラッド層１０８、ＭＱＷ活性層１０７及びｎ型クラッド層１０６が選択的に除去されることにより、ｎ型ＧａＮ層１０５が露出されている。このｎ型ＧａＮ層１０５の露出部分の上には、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなるオーミック性のｎ側電極１１１が形成されている。ｐ側電極１０９及びｎ側電極１１１は、それぞれＴｉ／Ａｕからなるパッド電極１１２により覆われている。ここで、パッド電極１１２におけるＡｕ層は金めっき層として形成することが好ましい。
図１（ａ）に示すように、半導体積層体１２０は、劈開面１１３で劈開されて、共振器ミラー（端面ミラー）が形成されている。さらに、劈開面１１３における光出射面は低反射コーティング膜１１４により被覆され、光出射面と反対側の後面は高反射コーティング膜１１５により被覆されて、青紫色半導体レーザ装置が構成されている。
図１（ｃ）にＳＯＩ基板を構成する基板１０１及び薄膜１０３、並びに薄膜１０３の上にエピタキシャル成長するＧａＮ系半導体からなる半導体積層体１２０の各面方位を結晶軸の方向として表している。図１（ｃ）に示すように、第１の実施形態においては、半導体積層体１２０は、その劈開面である｛１−１００｝面と基板１０１の劈開面である｛０１１｝面とが互いに平行となるように形成されている。すなわち、半導体積層体１２０は、基板１０１の劈開面である｛０１１｝面と平行なＧａＮの｛１−１００｝面を劈開面１１３として劈開することにより共振器ミラーが形成される。この面方位の位置関係は、基板１０１と半導体積層体１２０との間に設けた、主面の面方位が｛１１１｝面の薄膜１０３における結晶軸の＜１−１０＞方向を、基板１０１の劈開面である｛０１１｝面と垂直な方向（すなわち、結晶軸の＜０１１＞方向）と一致するように形成していることにより得ることができる。ここで、面方位と結晶軸の方向との関係は、ある面方位を持つ結晶面の法線方向がその結晶面の結晶軸の方向となる。
この構成により、従来のように、面方位が｛１１１｝面の主面を持つＳｉ基板の上に、レーザ構造を有する半導体積層体１２０をエピタキシャル成長した場合には、Ｓｉの｛１１１｝面の影響により、半導体積層体１２０の劈開面１１３がＧａＮの｛０００１｝面に対して垂直とはならず、斜めになってしまうという問題が解決される。
第１の実施形態においては、Ｓｉからなる基板１０１における｛１００｝面に垂直な｛０１１｝面を基板１０１の劈開面とし、さらにこの劈開面を半導体積層体１２０の劈開面１１３であり且つ｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面と平行に配置することにより、基板１０１の上に形成したレーザ構造に、良好な劈開面１１３を形成することが可能となる。
なお、ｎ型クラッド層１０６とＭＱＷ活性層１０７との間及びｐ型クラッド層１０８とＭＱＷ活性層１０７との間に、該ＭＱＷ活性層１０７における光閉じ込め制御をより精密に行える、ＧａＮからなるｎ型ガイド層及びｐ型ガイド層をそれぞれ設けてもよい。
また、ｐ型クラッド層１０８とＭＱＷ活性層１０７との間には、電子のオーバフローを抑制してしきい値電流を低減可能な、Ａｌの組成が比較的に高いｐ型ＡｌＧａＮからなる電子障壁層を設けてもよい。
また、ｐ側電極１０９における電極コンタクト抵抗の低減を図るために、ｐ型クラッド層１０８とｐ側電極１０９との間にｐ型ＧａＮからなるコンタクト層を設けてもよい。
また、第１の実施形態においては、Ｓｉからなる薄膜１０３の上にエピタキシャル成長した窒化物からなる半導体積層体１２０におけるストレス緩和のために、ＡｌＮ／ＧａＮからなる周期構造１０４における周期数を例えば２０周期としたが、ＡｌＮからなる第１層及びＧａＮからなる第２層の各層の厚さ及び周期構造の周期数は、該周期構造１０４の上に形成するレーザ構造に合わせて最適化される必要がある。一例として、ここでは、ＡｌＮからなる第１層の厚さを５ｎｍとし、ＧａＮからなる第２層の厚さを２０ｎｍとする構成が望ましい。
さらには、第１層及び第２層をそれぞれ本実施形態に係る青紫色半導体レーザ装置の発光波長である４０５ｎｍに相当する光学波長の４分の１の厚さに設定して、周期構造１０４における反射率を高める構成としてもよい。このようにすると、ＭＱＷ活性層１０７における光閉じ込め効果が増大する。従って、周期構造１０４の反射率を高める構成とした場合には、ｎ型クラッド層１０６と周期構造１０４との間のｎ型ＧａＮ層１０５を省略することができる。このように、ｎ型ＧａＮ層１０５を省略した場合には、レーザ構造を構成する半導体積層体１２０の膜厚を薄くできるため、半導体積層体１２０に生じるクラックの発生を抑制することが可能となる。
また、周期構造１０４の初期層にＡｌＮを用いたが、ＡｌＮに限られない。例えば、化学気相堆積（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法による炭化珪素（ＳｉＣ）でもよく、さらには、Ｓｉからなる薄膜１０３を炭化水素ガスにより炭化して形成したＳｉＣ膜であってもよい。ＳｉＣは、格子定数がＧａＮと比較的に近く、ＡｌＮと同様に、良好な結晶性を有するレーザ構造を形成することが可能となる。
一般に、半導体レーザの信頼性を向上させるには、結晶欠陥の低減が必要である。そこで、結晶欠陥をさらに低減させる目的で、ｎ型ＧａＮ層１０５の結晶成長を一旦中断し、半導体積層体１２０におけるリッジ部（導波路）に平行な開口部を有する、例えばＳｉＯ２等からなるマスク膜を形成し、再度、マスク膜の上にｎ型ＧａＮ層１０５以降の半導体積層体１２０をエピタキシャル成長する。このようにすると、誘電体からなるマスク膜の上に、半導体積層体１２０が選択的に横方向成長するため、結晶欠陥を大幅に低減することが可能となる。従って、半導体積層体１２０における横方向成長した領域の上にリッジ部を形成することにより、半導体レーザ装置の信頼性を大幅に向上させることができる。
以上説明したように、第１の実施形態においては、III-Ｖ族窒化物からなる半導体積層体１２０の劈開面１１３の面方位に影響を与える基板１０１の主面の面方位を｛１００｝面とし、該｛１００｝面に垂直な｛０１１｝面を基板１０１の劈開面としている。さらに、基板１０１の劈開面である｛０１１｝面を、主面の面方位が｛０００１｝面の半導体積層体１２０における劈開面１１３であり且つ｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面に平行に配置することにより、Ｓｉからなる基板１０１上に形成したレーザ構造に良好な劈開面１１３を形成することができる。
これにより、従来の窒化物半導体レーザ装置に用いられる、高価で且つウエハ径が小さいＧａＮ基板ではなく、安価なＳｉ基板を用いながら、良好な劈開面を有する窒化物半導体レーザ装置を実現できるため、青紫色を発光可能な窒化物半導体レーザ装置の低コスト化を図ることができる。
以下、前記のように構成された窒化物半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図２（ａ）〜図２（ｆ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
まず、図２（ａ）に示すように、主面の面方位が｛１００｝面のシリコン（Ｓｉ）からなる基板１０１の主面上に、例えば熱酸化法により膜厚が１００ｎｍ程度のＳｉＯ２からなる絶縁膜１０２を形成する。絶縁膜１０２の形成とは別に、主面の面方位が｛１１１｝面のＳｉからなる薄膜形成用基板１０３Ａを用意し、用意した薄膜形成用基板１０３Ａの主面から深さが１０ｎｍ程度又はそれより浅い領域に水素イオンを注入して、薄膜形成用基板１０３Ａに水素イオン注入領域１０３ａを形成する。続いて、基板１０１上の絶縁膜１０２と薄膜形成用基板１０３Ａの水素イオン注入領域１０３ａとを互いに貼り合わせる。
次に、図２（ｂ）に示すように、基板１０１の絶縁膜１０２と貼り合わされた薄膜形成用基板１０３Ａに対して高温の熱処理を施すことにより、薄膜形成用基板１０３Ａの水素イオン注入領域１０３ａのみが選択的に分離でき、基板１０１の絶縁膜１０２上に主面の面方位が｛１１１｝面のＳｉからなる薄膜１０３が形成できる。この薄膜形成方法は、いわゆるスマートカット法と呼ばれ、例えば主面の面方位が｛１００｝面のＳｉからなる基板１０１の上に、主面の面方位が｛１１１｝面で膜厚が極めて薄いＳｉからなる薄膜１０３を形成することができる。ここで、前述したように、Ｓｉからなる薄膜１０３は基板１０１に対して、該基板１０１の劈開面である｛０１１｝面が薄膜１０３の結晶軸における＜１−１０＞方向に垂直となるように貼り合わせられている。その結果、薄膜１０３の上に、半導体積層体１２０をエピタキシャル成長した場合には、基板１０１の劈開面は、ＧａＮの劈開面である｛１−１００｝面と平行となる。このように、Ｓｉからなる薄膜１０３の膜厚は１０ｎｍ又はそれ以下が好ましい。従って、薄膜１０３の膜厚を可能な限り薄くすることにより、薄膜１０３において生じるＳｉの｛１００｝面に対して斜めの方向に劈開する劈開面による影響を最小限にとどめることができる。このため、より良好な劈開面を半導体積層体１２０に形成することができる。
次に、図２（ｃ）に示すように、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、薄膜１０３の上に、ＡｌＮからなる初期層、ＡｌＮ／ＧａＮの２０周期程度の積層体からなる周期構造１０４、ｎ型ＧａＮ層１０５、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１０６、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層１０７及びｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０８を順次エピタキシャル成長して、半導体積層体１２０を形成する。ここで、ｎ型の半導体層には、エピタキシャル成長時に原料ガスに例えばシラン（ＳｉＨ４）ガスを添加することにより、ｎ型のドーパントであるＳｉをドープする。また、ｐ型の半導体層には、エピタキシャル成長時に原料ガスに例えばシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を添加することにより、ｐ型のドーパントであるＭｇをドープする。ＭＱＷ活性層１０７からは、電流注入により波長が４０５ｎｍの青紫色発光が生じる。周期構造１０４は、前述した通り、半導体積層体１２０に生じるストレスを低減するために設けられており、該周期構造１０４の各層の厚さ及び周期数は最適化されている。
次に、図２（ｄ）に示すように、ｐ型クラッド層１０８の上部に、半導体積層体１２０における結晶軸の＜１−１００＞方向に平行な方向にストライプ状に延び、幅が１μｍから２μｍ程度の断面凸状のリッジ部１０８ａを形成する。このストライプ幅により、半導体レーザ装置の光出力特性におけるキンクの発生を抑制することができる。ここで、ストライプ状のリッジ部１０８ａは、例えばレジストパターンにより、ｐ型クラッド層１０８の上のリッジ部形成領域をマスクし、塩素（Ｃｌ２）ガスを用いた誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）エッチング法により形成することができる。続いて、ｎ側電極を形成するために、同様のエッチング法により、半導体積層体１２０におけるリッジ部１０８ａの側方領域にエッチングを行って、ｎ型ＧａＮ層１０５を選択的に露出する。
次に、図２（ｅ）に示すように、例えばＳｉＨ４ガスとＯ２ガスとを原料とするＣＶＤ法により、リッジ部１０８ａが形成され且つｎ型ＧａＮ層１０５が露出された半導体積層体１２０の上に、膜厚が約２００ｎｍのＳｉＯ２からなるブロック層１１０を形成する。続いて、ブロック層１１０に対し、リッジ部１０８ａの上側部分及びｎ型ＧａＮ層１０５のｎ側電極形成領域をそれぞれ開口する開口部を形成する。続いて、ブロック層１１０におけるリッジ部１０８ａの上側部分に形成された開口部にＰｄ／Ｐｔ／Ａｕを電子ビーム蒸着法により堆積し、堆積した金属膜の不要部分をレジストパターンと共に除去するリフトオフ法によりｐ側電極１０９を形成する。また、ｎ側電極１１１を、ブロック層１１０におけるｎ側電極形成領域に形成された開口部にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを電子ビーム蒸着法により堆積し、リフトオフ法により形成する。
次に、図２（ｆ）に示すように、ｐ側電極１０９及びｎ側電極１１１をそれぞれ覆うように、Ｔｉ／Ａｕからなるパッド電極１１２を形成する。ここで、パッド電極１１２におけるＡｕ層は、ワイヤボンディングを行うためにその厚さは比較的に厚い方が望ましく、例えば金めっきにより形成する。
以上説明したように、第１の実施形態に係る青紫色半導体レーザ装置の製造方法によると、基板１０１の主面の面方位を｛１００｝面とし、該｛１００｝面に垂直な｛０１１｝面を基板１０１の劈開面としている。さらに、基板１０１の劈開面である｛０１１｝面を、主面の面方位が｛０００１｝面の半導体積層体１２０における劈開面であり且つ｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面に平行に配置することにより、Ｓｉからなる基板１０１上に形成したレーザ構造に良好な劈開面を形成することができる。
これにより、安価で大面積のＳｉ基板を用いて、良好な劈開面を有する窒化物半導体レーザ装置を実現できるため、窒化物半導体レーザ装置の低コスト化を実現できる。
（第１の実施形態の一変形例）
図３に本発明の第１の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示す。図３において、図１（ｂ）に示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
図３に示すように、本変形例に係る窒化物半導体レーザ装置は、主面の面方位が｛１１１｝面であるＳｉからなる薄膜１０３を、主面の面方位が｛１００｝面であるＳｉからなる基板１０１の主面上に、絶縁膜１０２を設けることなく直接に形成している。
ここでも、薄膜１０３は、第１の実施形態と同様に、例えばスマートカット法により形成することができる。
本変形例によると、基板１０１の主面に絶縁膜１０２を形成する工程を省略することができる。
なお、第１の実施形態においては、基板１０１と薄膜１０３との間に酸化シリコンからなる絶縁膜１０２を設けているが、絶縁膜１０２を基板１０１上に設けた場合には、ＭＱＷ活性層１０７からの発光光の半導体積層体１２０への光閉じ込め効果が期待できる。
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図４（ａ）及び図４（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置であって、図４（ａ）は平面構成を示し、図４（ｂ）は（ａ）のIVｂ−IVｂ線における断面構成を示している。
図４（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、主面の面方位が｛１００｝面でｎ型のシリコン（Ｓｉ）からなる基板２０１の主面に｛１１１｝面の複数のファセットからなる凹凸部２０１ａを形成し、該凹凸部２０１ａの上にIII-Ｖ族窒化物半導体からなる半導体積層体２２０を形成して、青紫色半導体レーザ装置を構成している。
さらに、図４（ｃ）に示すように、基板２０１の劈開面である｛０１１｝面が半導体積層体２２０の劈開面である｛１−１００｝面に平行となるように形成されている。
具体的には、図４（ｂ）に示すように、基板２０１の主面に、面方位が｛１１１｝面のファセットからなる凹凸部２０１ａが形成され、該凹凸部２０１ａの上には、ｎ型ＡｌＮからなる初期層２０２及び第１のｎ型ＧａＮ層２０３が形成されている。ここで、面方位が｛１１１｝面のファセットからエピタキシャル成長する半導体積層体２２０の主面の面方位は｛１−１０１｝面となる。
上面が平坦に成長した第１のｎ型ＧａＮ層２０３の上には、複数の開口部を有し、例えばＳｉＯ２からなるストライプ状のマスク膜２０４が形成されている。マスク膜２０４の各開口部からは、第２のｎ型ＧａＮ層２０５がエピタキシャル成長により形成されている。なお、第２のｎ型ＧａＮ層２０５は、マスク膜２０４の上で横方向成長が促進されるため、結晶欠陥が大幅に低減される。
結晶欠陥が大幅に低減された第２のｎ型ＧａＮ層２０５の上には、ｎ型ＡｌＮ／ｎ型ＧａＮからなる周期構造２０６、第３のｎ型ＧａＮ層２０７、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層２０８、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２０９及びｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層２１０がエピタキシャル成長により順次形成されている。
ＭＱＷ活性層２０９の主面の面方位も｛１−１０１｝面であるため、該主面に垂直に生じる分極電界が抑制されるので、いわゆる量子シュタルク効果の影響を受けにくくなる。これにより、ＭＱＷ活性層２０９における発光効率が向上するので、半導体レーザ装置のしきい値電流の低減及びスロープ効率の向上を図ることができる。
ｐ型クラッド層２１０の上部には、ストライプ状のリッジ部が形成されており、該リッジ部の上には、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕからなるオーミック性のｐ側電極２１１が形成されている。また、リッジ部の両側面及びその両側方の領域には、ＳｉＯ２からなるブロック層２１２が形成されている。ここで、半導体積層体２２０におけるリッジ部及びその下方の領域が半導体レーザ装置の導波路として機能する。ｐ側電極２１１は、Ｔｉ／Ａｕからなるパッド電極２１３により覆われており、Ａｕ層は金めっき層として形成されている。また、ｎ型Ｓｉからなる基板２０１における半導体積層体２２０の反対側の面上には、ＡｕＳｂ／Ａｕからなるオーミック性のｎ側電極２１４が裏面電極として形成されている。
このように、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、基板２０１に、主面の面方位が｛１００｝面のシリコン（Ｓｉ）を用いる構成は、第１の実施形態と同一であるが、基板２０１をＳＯＩ構造とする代わりに、｛１１１｝面を有する複数のファセットからなる凹凸部２０１ａの上に半導体レーザ構造を含む半導体積層体２２０を直接にエピタキシャル成長している。これにより、半導体積層体２２０の主面が｛１−１０１｝面となる点、また、基板２０１を含め半導体積層体２２０におけるＭＱＷ活性層２０９の下側部分の導電型をすべてｎ型として、基板２０１に対して垂直な方向に電流が流れる構造とすることにより、レーザ装置のチップ面積が低減される点が、第１の実施形態と異なる。
なお、基板２０１の主面に形成される凹凸部２０１ａはストライプ形状でもよく、また、図５の写真に示すように、例えば微小な逆ピラミッドを行列状に配列した構成としてもよい。凹凸部２０１ａの間隔は、良好なエピタキシャル成長を実現できるように、例えば１μｍ以下としてもよい。また、図６に示すように、凹凸部２０１ａの間隔をリッジ部の幅よりも大きくなるように、例えば１０μｍ以上とし、且つマスク膜２０４を設けない構成としてもよい。この構成の場合は、半導体レーザ構造の導波路部分を１つのＶ字状溝の上方の領域に完全に内包できるため、この１つのＶ字状溝の上方の領域においては、結晶欠陥密度が低減されているので、マスク膜２０４による横方向成長を用いる必要がない。
また、第２の実施形態においては、半導体積層体２２０の主面が｛１−１０１｝面である場合を示したが、エピタキシャル成長の条件によっては、ＧａＮの｛０００１｝面を形成することも可能である。なお、半導体積層体２２０の主面を｛０００１｝面とする場合には、基板２０１の主面には凹凸部２０１ａを必ずしも設ける必要はない。また、半導体積層体２２０の主面が｛０００１｝面の場合でも、劈開面２１５である｛１−１００｝面は基板２０１の劈開面に対して平行となる。このように配置された劈開面２１５に沿って端面を劈開することにより、共振器ミラーを形成し、さらに両劈開面２１５のうち、光出射面は低反射コーティング膜２１６により被覆され、光出射面と反対側の後面は高反射コーティング膜２１７により被覆されて、青紫色半導体レーザ装置が実現される。
このような構成とすることにより、第１の実施形態と同様に、ｎ型Ｓｉからなる基板２０１における｛１００｝面に垂直な｛０１１｝面を基板２０１の劈開面とし、さらにこの劈開面を半導体積層体２２０の劈開面２１５であり且つ｛１−１０１｝面に垂直な｛１−１００｝面と平行に配置することにより、基板２０１の上に形成したレーザ構造に、良好な劈開面２１５を形成することができる。
なお、半導体レーザ構造を構成する半導体積層体２２０には、第１の実施形態と同様に、ＭＱＷ活性層２０９を上下方向から挟むｐ型ＧａＮ又はｎ型ＧａＮからなるガイド層、ｐ型クラッド層２１０とＭＱＷ活性層２０９との間にＡｌの組成が比較的に高いｐ型ＡｌＧａＮからなる電子障壁層、及びｐ型クラッド層２１０の上にｐ型ＧａＮからなるコンタクト層等を設けてもよい。
また、ｎ型ＡｌＮ／ｎ型ＧａＮからなる周期構造２０６を構成する各層の厚さ及び組成を適当に設計して、該周期構造２０６における反射率を高めた構成とし、ｎ型クラッド層２０８の下側の第３のｎ型ＧａＮ層２０７を設けない構成としてもよい。
また、初期層２０２には、ｎ型ＡｌＮを用いたが、ＣＶＤ法による炭化珪素（ＳｉＣ）層を用いてもよく、また、Ｓｉ層を炭化したＳｉＣ層を用いてもよい。
また、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、半導体積層体２２０に含まれるレーザ構造をＳｉＯ２からなるマスク膜２０４による横方向成長させ、さらに横方向成長した領域の上にリッジ部（導波路）を配置している。これにより、青紫色半導体レーザ装置の信頼性を大幅に向上させることができる。
以上説明したように、第２の実施形態に係る青紫色半導体レーザ装置によると、主面の面方位が｛１００｝面の基板２０１を用い、該｛１００｝面に垂直な｛０１１｝面を基板２０１の劈開面としている。さらに、基板２０１の劈開面である｛０１１｝面を、主面の面方位が｛１−１０１｝面の半導体積層体２２０における劈開面２１５であり且つ｛１−１０１｝面に垂直な｛１−１００｝面に平行に配置することにより、Ｓｉからなる基板２０１上に形成したレーザ構造に良好な劈開面２１５を形成することができる。
これにより、安価で大面積のＳｉ基板を用いて、良好な劈開面を有する窒化物半導体レーザ装置を実現できるため、窒化物半導体レーザ装置の低コスト化を実現できる。
以下、前記のように構成された窒化物半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図７（ａ）〜図７（ｆ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
まず、図７（ａ）に示すように、主面の面方位が｛１００｝面のｎ型のシリコン（Ｓｉ）からなる基板２０１の主面上に、ストライプ状パターン又は格子状パターンを有するマスクパターン（図示せず）を形成し、形成したマスクパターンを用いて、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ溶液により、基板２０１の主面をウェットエッチングする。このときのエッチング条件により、基板２０１の主面には、面方位がそれぞれ｛１１１｝面のファセットのみにより構成される凹凸部２０１ａが形成される。
次に、図７（ｂ）に示すように、マスクパターンを除去した後、ＭＯＣＶＤ法により、各ファセット面から、ｎ型ＡｌＮからなる初期層２０２と第１のｎ型ＧａＮ層２０３とを上面がほぼ平坦となるまでエピタキシャル成長する。このとき、ファセット面から成長したエピタキシャル成長層の主面は｛１−１０１｝面となる。続いて、例えばＣＶＤ法により、第１のｎ型ＧａＮ層２０３の上に、ＳｉＯ２膜を形成し、形成したＳｉＯ２膜に対して選択的にウエットエッチングを行うことにより、ＳｉＯ２膜からストライプ形状を有するマスク膜２０４を形成する。
次に、図７（ｃ）に示すように、再度ＭＯＣＶＤ法により、第１のｎ型ＧａＮ層２０３の上に、マスク膜２０４の各開口部を通して、第２のｎ型ＧａＮ層２０５、ｎ型ＡｌＮ／ｎ型ＧａＮからなる周期構造２０６、第３のｎ型ＧａＮ層２０７、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層２０８、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層２０９及び、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層２１０を順次エピタキシャル成長する。第２の実施形態においては、マスク膜２０４による横方向成長が促進されるため、第２のｎ型ＧａＮ層２０５及びその上に成長する各半導体層の結晶欠陥が大幅に低減される。前述したように、ＭＱＷ活性層２０９の主面の面方位は｛１−１０１｝面となるため、該ＭＱＷ活性層２０９に対して垂直な方向に生じる分極電界が抑制される。このため、いわゆる量子シュタルク効果の影響を受けにくくなるので、ＭＱＷ活性層２０９における発光効率が向上する。また、第１の実施形態と同様に、ｎ型半導体層にはＳｉをドープし、ｐ型半導体層にはＭｇをドープしている。第２の実施形態においては、ＭＱＷ活性層２０９からは、電流注入により波長が４０５ｎｍの青紫色発光を生じる。
次に、図７（ｄ）に示すように、例えばＣｌ２ガスを用いたＩＣＰエッチングにより、ｐ型クラッド層２１０の上部に、半導体積層体２２０における結晶軸の＜１−１００＞方向に平行な方向にストライプ状に延び、幅が１μｍから２μｍ程度の断面凸状のリッジ部２１０ａを選択的に形成する。このとき、リッジ部２１０ａは、結晶性がより良好なマスク膜２０４の上方の領域、さらにはマスク膜２０４の上方で且つその中央部分の直上を除く領域に配置するとよい。
次に、図７（ｅ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、リッジ部２１０ａが形成されたｐ型クラッド層２１０の上に、膜厚が約２００ｎｍのＳｉＯ２からなるブロック層２１２を形成する。続いて、ブロック層２１２に対し、リッジ部２１０ａの上側部分を開口する開口部を形成する。続いて、ｐ側電極２１１を、ブロック層２１２におけるリッジ部２１０ａの上側部分に形成された開口部にＰｄ／Ｐｔ／Ａｕを電子ビーム蒸着法により堆積し、リフトオフ法により形成する。その後、基板２０１の裏面には、ＡｕＳｂ／Ａｕを電子ビーム蒸着法により堆積してｎ側電極２１４を形成する。
次に、図７（ｆ）に示すように、ｐ側電極２１１を覆うように、Ｔｉ／Ａｕからなるパッド電極２１３を形成する。ここで、パッド電極２１３におけるＡｕ層は、ワイヤボンディングを行うためにその厚さは比較的厚い方が望ましく、例えば金めっきにより形成する。
以上説明したように、第２の実施形態に係る青紫色半導体レーザ装置の製造方法によると、主面の面方位が｛１００｝面の基板２０１を用い、該｛１００｝面に垂直な｛０１１｝面を基板２０１の劈開面としている。さらに、基板２０１の主面に面方位が｛１１１｝面のファセットを形成することにより、該ファセットの上に成長する半導体積層体２２０の主面の面方位を｛１−１０１｝面とし、さらに半導体積層体２２０における劈開面を｛１−１００｝面として、基板２０１の劈開面である｛０１１｝面と平行としている。その結果、Ｓｉからなる基板２０１上に形成したレーザ構造に良好な劈開面を形成することができる。
これにより、安価で大面積のＳｉ基板を用いて、良好な劈開面を有する窒化物半導体レーザ装置を実現できるため、窒化物半導体レーザ装置の低コスト化を実現できる。
なお、第１の実施形態、第２の実施形態及び各変形例で用いた、窒化物半導体からなるエピタキシャル成長層である半導体積層体は、例えば六方晶系の半導体により半導体レーザ装置を構成可能であり、且つ主面の面方位が｛１００｝面の基板上に形成する場合には、いかなる半導体材料であってもよい。
また、基板についても、立方晶系であって、｛１００｝面上に、主面の面方位が｛１１１｝面である薄膜又は露出面の面方位が｛１１１｝面のファセットである凹凸部を介して半導体積層体を形成する限りは、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）又は燐化インジウム（ＩｎＰ）等の基板を用いることができる。
また、良好な結晶成長を実現できる限りは、基板及び半導体積層体は主面に対してオフアングルを有していてもよい。
また、窒化物半導体層の結晶成長方法は、ＭＯＣＶＤ法に限られず、例えば、分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法又はハイドライド気相成長（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）法による半導体層を少なくとも１層含むように形成してもよい。
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置は、III-Ｖ族窒化物からなる半導体積層体に良好な端面ミラーとなる劈開面を得られるため、安価なシリコン基板を用いながらも、低しきい値電流及び低動作電流を実現でき、次世代高密度光ディスクの書き込み及び読み出し用光源に適用可能な青紫色半導体レーザ装置等として有用である。
（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。（ｃ）は、基板、薄膜及び半導体積層体の各面方位と各劈開面の方向とを示す模式図である。 （ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面図である。 本発明の第１の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIVｂ−IVｂ線における断面図である。（ｃ）は、基板及び半導体積層体の各面方位と各劈開面の方向とを示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る基板の主面に形成された凹凸部の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
符号の説明
１０１ 基板
１０２ 絶縁膜
１０３ 薄膜
１０３Ａ 薄膜形成用基板
１０３ａ 水素イオン注入領域
１０４ 周期構造
１０５ ｎ型ＧａＮ層
１０６ ｎ型クラッド層
１０７ 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
１０８ ｐ型クラッド層
１０８ａ リッジ部
１０９ ｐ側電極
１１０ ブロック層
１１１ ｎ側電極
１１２ パッド電極
１１３ 劈開面
１１４ 低反射コーティング膜
１１５ 高反射コーティング膜
１２０ 半導体積層体
２０１ 基板
２０１ａ 凹凸部
２０２ 初期層
２０３ 第１のｎ型ＧａＮ層
２０４ マスク膜
２０５ 第２のｎ型ＧａＮ層
２０６ 周期構造
２０７ 第３のｎ型ＧａＮ層
２０８ ｎ型クラッド層
２０９ 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
２１０ ｐ型クラッド層
２１０ａ リッジ部
２１１ ｐ側電極
２１２ ブロック層
２１３ パッド電極
２１４ ｎ側電極
２１５ 劈開面
２１６ 低反射コーティング膜
２１７ 高反射コーティング膜
２２０ 半導体積層体

Claims (18)

  1. 主面の面方位が｛１００｝面であるシリコンからなる基板と、
    前記基板の上に形成され、それぞれがIII-Ｖ族窒化物からなり、活性層を含む複数の半導体層により構成された半導体積層体とを備え、
    前記半導体積層体は、シリコンの面方位である｛０１１｝面と平行な面を劈開面に持ち、
    前記劈開面は、端面ミラーを構成することを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
  2. 前記半導体積層体の主面の面方位は、窒化ガリウムにおける｛０００１｝面であ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装置。
  3. 前記半導体積層体の劈開面は、｛１−１００｝面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  4. 前記基板と前記半導体積層体との間に形成され、主面の面方位が｛１１１｝面であるシリコンからなる薄膜をさらに備え、
    前記半導体積層体は、前記薄膜の主面上にエピタキシャル成長していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  5. 前記基板と前記薄膜との間に形成された絶縁膜をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  6. 前記薄膜は水素イオンを含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  7. 前記薄膜は、該薄膜の結晶軸の＜１−１０＞方向が前記基板の結晶軸の＜０１１＞方向と一致するように形成されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  8. 前記薄膜は、少なくともその一部が炭化珪素と置換されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  9. 前記基板は、その主面に凹凸部を有し、
    前記半導体積層体は、前記凹凸部の上にエピタキシャル成長してい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装置。
  10. 前記凹凸部は、シリコンの面方位の｛１１１｝面により構成されていることを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  11. 前記半導体積層体の主面の面方位は、窒化ガリウムにおける｛１−１０１｝面であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  12. 前記半導体積層体の劈開面は、｛１−１００｝面であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  13. 前記半導体積層体は、前記劈開面に対して垂直に延びるストライプ状の導波路構造を有し、
    前記導波路構造は、前記凹凸部における１つの凹部の上方に位置するように形成されていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  14. 前記半導体積層体は、前記活性層と前記基板との間に形成された部分が導電性を有しており、
    前記基板における前記半導体積層体と反対側の面上には、電極が形成されていることを特徴とする請求項２又は９記載の窒化物半導体レーザ装置。
  15. 前記半導体積層体は、前記活性層と前記基板との間に形成され、互いに異なる組成及び互いに異なる屈折率を有する第１の半導体層及び第２の半導体層が交互に積層された周期構造を含み、
    前記周期構造は、前記活性層から出射される発光光の反射率を大きくするように構成されていることを特徴とする請求項１又は９に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  16. 前記第１の半導体層及び第２の半導体層は、前記発光光の発光波長に相当する光学波長の４分の１の厚さを有していることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  17. 前記第１の半導体層は窒化アルミニウムからなり、前記第２の半導体層は窒化ガリウムからなることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  18. 前記半導体積層体は、前記活性層と前記基板との間に形成され、複数の開口部を持つマスク膜を有すると共に前記マスク膜の各開口部から選択的にエピタキシャル成長し、且つ、前記劈開面に対して垂直に延びるストライプ状の導波路構造を有しており、
    前記導波路構造は、前記マスク膜の開口部を除く領域の上方に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１又は９に記載の窒化物半導体レーザ装置。
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