JP2011077326A - Semiconductor laser integrated element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザ集積素子及びその作製方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser integrated device and a manufacturing method thereof.
特許文献１には、青色、緑色、赤色等の各波長のうち、少なくとも２波長の発振波長を有するレーザ発光装置が記載されている。この特許文献１に記載されたレーザ発光装置は、非極性面または半極性面を結晶成長の主面とするＧａＮ系半導体レーザダイオードと、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体レーザダイオードとを備えており、これらの半導体レーザダイオードが支持基板上にボンディングされて実装されている。 Patent Document 1 describes a laser light emitting device having an oscillation wavelength of at least two out of each wavelength such as blue, green, and red. The laser light emitting device described in Patent Document 1 includes a GaN-based semiconductor laser diode having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main surface for crystal growth, and an AlInGaP-based semiconductor laser diode. A diode is mounted on the support substrate by bonding.
また、特許文献２には、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上での結晶成長により形成された第一レーザ構造部と、当該ＧａＮ基板とは異なる基板上での結晶成長により形成された後に上記ＧａＮ基板上に実装された一又は複数の第二レーザ構造部とを備える多波長レーザが記載されている。 Patent Document 2 discloses a GaN substrate, a first laser structure formed by crystal growth on the GaN substrate, and the GaN substrate formed after crystal growth on a substrate different from the GaN substrate. A multi-wavelength laser is described comprising one or more second laser structures mounted on top.
近年、緑色の発振波長を有する半導体レーザが実用化されつつあることに伴い、青色、緑色、及び赤色といった互いに異なる出力波長を有する複数の半導体レーザ構造を一つの素子に集積させる方式が研究されている。例えば、特許文献１や特許文献２に記載された方式では、まず互いに出力波長が異なる複数の半導体レーザ素子を個別に形成し、これらの半導体レーザ素子を一つの基板上に実装することで集積化を図っている。しかしながら、このような方式では、複数の微細な半導体レーザ素子を、互いの光軸を合わせながら一つの基板上に実装することが極めて難しいという問題がある。 In recent years, as semiconductor lasers having a green oscillation wavelength have been put into practical use, a method of integrating a plurality of semiconductor laser structures having different output wavelengths such as blue, green, and red into one element has been studied. Yes. For example, in the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2, first, a plurality of semiconductor laser elements having different output wavelengths are individually formed and integrated by mounting these semiconductor laser elements on one substrate. I am trying. However, in such a system, there is a problem that it is extremely difficult to mount a plurality of fine semiconductor laser elements on one substrate while aligning the optical axes of each other.
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸を精度よく合わせることができる半導体レーザ集積素子及びその作製方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a semiconductor laser integrated device capable of accurately aligning the optical axes of a plurality of semiconductor laser structures having different output wavelengths and a method for manufacturing the same. Objective.
上記した課題を解決するために、本発明による半導体レーザ集積素子は、主面を有する窒化ガリウム系半導体基板と、窒化ガリウム系半導体基板の主面上に設けられ、一対の共振端面を有する第１の光共振器と、窒化ガリウム系半導体基板の主面上に設けられ、一対の共振端面を有し、第１の光共振器の光導波方向に沿った方向を光導波方向として第１の光共振器の光導波方向と交差する方向に並設された第２の光共振器とを備え、窒化ガリウム系半導体基板の主面と、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ面とのなす角が４５°以上１３５°以下であり、第１の光共振器は、窒化ガリウム系半導体基板の主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第１の活性層を有しており、第２の光共振器は、窒化ガリウム系半導体基板の主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第２の活性層を有しており、第１の活性層の発光波長のピーク波長と、第２の活性層の発光波長のピーク波長とが互いに異なることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser integrated device according to the present invention includes a gallium nitride semiconductor substrate having a main surface, and a first gallium nitride semiconductor substrate provided on the main surface of the gallium nitride semiconductor substrate and having a pair of resonance end faces. The first optical resonator is provided on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate, has a pair of resonance end faces, and the direction along the optical waveguide direction of the first optical resonator is the optical waveguide direction. A second optical resonator arranged side by side in a direction crossing the optical waveguide direction of the resonator, and an angle formed between the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate and the c plane of the gallium nitride based semiconductor crystal is 45 °. The first optical resonator has a first active layer containing indium epitaxially grown on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate, and the second optical resonator is Epi on the main surface of gallium nitride semiconductor substrate It has a second active layer containing indium grown in a taxi, and the peak wavelength of the emission wavelength of the first active layer is different from the peak wavelength of the emission wavelength of the second active layer. To do.
また、本発明による半導体レーザ集積素子の作製方法は、主面を有し、主面と窒化ガリウム系半導体結晶のｃ面とのなす角が４５°以上１３５°以下である窒化ガリウム系半導体基板の主面上に、インジウムを含む第１の活性層を有する第１の半導体積層部をエピタキシャル成長させる工程と、互いに間隔をあけて所定方向に並ぶ複数のエッチングマスクを第１の半導体積層部上に形成する工程と、第１の半導体積層部に対し、エッチングマスクを介してエッチング処理を行い、第１の活性層を含む第１の半導体積層部の部分を選択的に除去する工程と、窒化ガリウム系半導体基板の主面上において第１の半導体積層部が部分的に除去された領域上に、インジウムを含む第２の活性層を有する第２の半導体積層部を選択的にエピタキシャル成長させる工程と、第１の半導体積層部に第１の光導波路構造を形成するとともに、第２の半導体積層部に第２の光導波路構造を形成する工程と、窒化ガリウム系半導体基板を劈開して、第１の光導波路構造と一対の共振端面とを有する第１の光共振器、及び第２の光導波路構造と一対の共振端面とを有する第２の光共振器を形成する工程とを備え、第１の活性層の発光波長と、第２の活性層の発光波長とが互いに異なることを特徴とする。 In addition, a method for manufacturing a semiconductor laser integrated device according to the present invention includes a gallium nitride semiconductor substrate having a main surface and an angle between the main surface and the c-plane of the gallium nitride semiconductor crystal being 45 ° or more and 135 ° or less. A step of epitaxially growing the first semiconductor stacked portion having the first active layer containing indium on the main surface and a plurality of etching masks arranged in a predetermined direction at intervals from each other are formed on the first semiconductor stacked portion. A step of performing an etching process on the first semiconductor stacked portion through an etching mask to selectively remove a portion of the first semiconductor stacked portion including the first active layer, and a gallium nitride-based process. A second semiconductor stacked portion having a second active layer containing indium is selectively epitaxially grown on a region where the first semiconductor stacked portion is partially removed on the main surface of the semiconductor substrate. Forming a first optical waveguide structure in the first semiconductor multilayer portion, forming a second optical waveguide structure in the second semiconductor multilayer portion, and cleaving the gallium nitride based semiconductor substrate. Forming a first optical resonator having a first optical waveguide structure and a pair of resonant end faces, and forming a second optical resonator having a second optical waveguide structure and a pair of resonant end faces. The emission wavelength of the first active layer and the emission wavelength of the second active layer are different from each other.
上記半導体レーザ集積素子及びその作製方法においては、窒化ガリウム系半導体基板の主面に、２つの光共振器が設けられる。主面と窒化ガリウム系半導体結晶のｃ面とのなす角が４５°以上１３５°以下であり、主面は非極性面（半極性面または無極性面）である為、この面上にインジウムを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる活性層を成長させることで、結晶構造の歪みに起因するピエゾ電界を低減し、発光効率を高めることができる。 In the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, two optical resonators are provided on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate. The angle between the main surface and the c-plane of the gallium nitride based semiconductor crystal is 45 ° or more and 135 ° or less, and the main surface is a nonpolar surface (semipolar surface or nonpolar surface). By growing an active layer made of a III-V group compound semiconductor, the piezo electric field due to the distortion of the crystal structure can be reduced and the luminous efficiency can be increased.
また、上記半導体レーザ集積素子及びその作製方法では、一枚の窒化ガリウム系半導体基板の主面上に第１及び第２の活性層が設けられるが、この場合、主面において第１の活性層等を結晶成長させ、その一部をエッチング除去したのち、第２の活性層等を選択的に結晶成長させて、通常の半導体プロセスを用いて半導体レーザ構造を形成することが可能である。したがって、別基板上に成長させた半導体レーザ素子を実装する従来のものと比較して、半導体レーザ構造同士の位置合わせを精度良く行うことができる。また、第１の活性層の発光波長のピーク波長と、第２の活性層の発光波長のピーク波長とが互いに異なるので、これらの半導体レーザ構造の出力波長を互いに異ならせることができる。すなわち、上記半導体レーザ集積素子及びその作製方法によれば、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸を精度よく合わせることができる。 In the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, the first and second active layers are provided on the main surface of one gallium nitride based semiconductor substrate. In this case, the first active layer is formed on the main surface. It is possible to form a semiconductor laser structure by using a normal semiconductor process by selectively growing the second active layer and the like after crystal growth of the semiconductor layer and the like, and removing a part thereof. Therefore, the semiconductor laser structures can be accurately aligned as compared with the conventional one in which the semiconductor laser element grown on another substrate is mounted. Moreover, since the peak wavelength of the emission wavelength of the first active layer and the peak wavelength of the emission wavelength of the second active layer are different from each other, the output wavelengths of these semiconductor laser structures can be made different from each other. That is, according to the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, the optical axes of a plurality of semiconductor laser structures having different output wavelengths can be accurately aligned.
また、半導体レーザ集積素子及びその作製方法は、窒化ガリウム系半導体基板の主面が、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ面に対し、ｍ軸方向に６３°以上８０°以下又は１００°以上１１７°以下の範囲内で傾斜した半極性面であることを特徴としてもよい。或いは、半導体レーザ集積素子及びその作製方法は、窒化ガリウム系半導体基板の主面が、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ面に対し、ａ軸方向に５９°以上８０°以下又は１００°以上１２１°以下の範囲内で傾斜した半極性面であることを特徴としてもよい。これらの何れかによって、結晶構造の歪みに起因するピエゾ電界をより効果的に低減するとともに、結晶品質が良好な緑色発光するＩｎＧａＮ層を結晶成長させることが可能となり、発光効率を更に高めることができる。 Further, in the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, the main surface of the gallium nitride semiconductor substrate is 63 ° to 80 ° or 100 ° to 117 ° in the m-axis direction with respect to the c-plane of the gallium nitride semiconductor crystal. It may be characterized by being a semipolar plane inclined within the range. Alternatively, in the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, the principal surface of the gallium nitride semiconductor substrate is 59 ° to 80 ° or 100 ° to 121 ° in the a-axis direction with respect to the c-plane of the gallium nitride semiconductor crystal. It may be characterized by being a semipolar plane inclined within the range. Any of these makes it possible to more effectively reduce the piezo electric field due to the distortion of the crystal structure and to grow an InGaN layer that emits green light with good crystal quality, thereby further improving the luminous efficiency. it can.
また、半導体レーザ集積素子及びその作製方法は、第１の活性層の発光波長のピーク波長が４３０［ｎｍ］以上４８０［ｎｍ］以下であり、第２の活性層の発光波長のピーク波長が５００［ｎｍ］以上５５０［ｎｍ］以下であることを特徴としてもよい。これにより、青色のレーザ光、及び緑色のレーザ光を出力できる半導体レーザ集積素子を得ることができる。 In the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, the peak wavelength of the emission wavelength of the first active layer is not less than 430 [nm] and not more than 480 [nm], and the peak wavelength of the emission wavelength of the second active layer is 500. It may be characterized by being not less than [nm] and not more than 550 [nm]. Thereby, a semiconductor laser integrated element capable of outputting blue laser light and green laser light can be obtained.
また、半導体レーザ集積素子は、第１及び第２の光共振器の光導波方向が、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ軸を主面に投影した方向に沿って延びていることが好ましい。同様に、半導体レーザ集積素子の作製方法は、第１及び第２の光導波路構造を形成する工程において、第１及び第２の光導波路構造の光導波方向が、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ軸を主面に投影した方向に沿って延びるように第１及び第２の光導波路構造を形成することが好ましい。 In the semiconductor laser integrated device, it is preferable that the optical waveguide directions of the first and second optical resonators extend along a direction in which the c-axis of the gallium nitride based semiconductor crystal is projected onto the main surface. Similarly, in the method of manufacturing the semiconductor laser integrated device, in the step of forming the first and second optical waveguide structures, the optical waveguide direction of the first and second optical waveguide structures is the c-axis of the gallium nitride based semiconductor crystal. It is preferable to form the first and second optical waveguide structures so as to extend along the direction projected onto the main surface.
また、半導体レーザ集積素子は、窒化ガリウム系半導体基板の主面の法線方向から見て、第１の光共振器の光導波方向と第２の光共振器の光導波方向とが互いに成す角が２°以下であることを特徴としてもよい。同様に、半導体レーザ集積素子の作製方法は、第１及び第２の光導波路構造を形成する工程において、窒化ガリウム系半導体基板の主面の法線方向から見て、第１の光導波路構造の光導波方向と第２の光導波路構造の光導波方向とが互いに成す角を２°以下とすることを特徴としてもよい。上述した本発明による半導体レーザ集積素子及びその作製方法によれば、このように複数の半導体レーザ構造の光軸が精度よく合わせられた半導体レーザ集積素子を提供できる。 In addition, the semiconductor laser integrated device has an angle formed by the optical waveguide direction of the first optical resonator and the optical waveguide direction of the second optical resonator as viewed from the normal direction of the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate. May be 2 ° or less. Similarly, in the method of manufacturing the semiconductor laser integrated device, in the step of forming the first and second optical waveguide structures, the first optical waveguide structure is viewed from the normal direction of the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate. An angle formed by the optical waveguide direction and the optical waveguide direction of the second optical waveguide structure may be 2 ° or less. According to the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof according to the present invention described above, it is possible to provide a semiconductor laser integrated device in which the optical axes of the plurality of semiconductor laser structures are accurately aligned.
本発明による半導体レーザ集積素子及びその作製方法によれば、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸を精度よく合わせることができる。 According to the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the optical axes of a plurality of semiconductor laser structures having different output wavelengths can be aligned with high accuracy.
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザ集積素子及びその作製方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of a semiconductor laser integrated device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ集積素子の構造を概略的に示す図面である。図１，図２を参照しながら、４３０［ｎｍ］以上４８０［ｎｍ］以下の波長のレーザ光、及び５００［ｎｍ］以上５５０［ｎｍ］以下の波長のレーザ光をそれぞれ出力する複数の半導体レーザ構造を備える半導体レーザ集積素子１を説明する。 1 and 2 are drawings schematically showing the structure of a semiconductor laser integrated device according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, a plurality of semiconductor lasers each outputting laser light having a wavelength of 430 [nm] or more and 480 [nm] or less and laser light having a wavelength of 500 [nm] or more and 550 [nm] or less. A semiconductor laser integrated device 1 having a structure will be described.
半導体レーザ集積素子１は、窒化ガリウム系半導体基板１１を備える。窒化ガリウム系半導体基板１１は窒化ガリウム系半導体ＩｎＳＡｌＴＧａ１−Ｓ−ＴＮ（０≦Ｓ＜１、０≦Ｔ＜１、０≦Ｓ＋Ｔ＜１）からなり、例えばＧａＮ等からなることができる。窒化ガリウム系半導体基板１１は、主面１１ａ及び裏面１１ｂを有する。主面１１ａは、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ面に対して傾斜している。 The semiconductor laser integrated element 1 includes a gallium nitride based semiconductor substrate 11. Gallium nitride based semiconductor substrate 11 is made of gallium nitride-based semiconductor In S Al T Ga 1-S -T N (0 ≦ S <1,0 ≦ T <1,0 ≦ S + T <1), for example, be composed of GaN or the like Can do. The gallium nitride based semiconductor substrate 11 has a main surface 11a and a back surface 11b. The main surface 11a is inclined with respect to the c-plane of the gallium nitride based semiconductor crystal.
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、この主面１１ａの傾斜角は、法線軸Ｎｘを示す法線ベクトルＮＶと、ｃ軸方向を示すｃ軸ベクトルＶＣとの成す角度αによって規定される。この角度αは、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ軸に直交する基準平面Ｒｘ（すなわち｛０００１｝面又は｛０００−１｝面）に対して４５°以上１３５°以下の範囲内にあることができる。窒化ガリウム系半導体基板１１は例えばＧａＮであることができ、この角度範囲によればＧａＮの非極性（半極性または無極性）の性質を提供できる。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the inclination angle of the main surface 11a is an angle formed by a normal vector NV indicating the normal axis Nx and a c-axis vector VC indicating the c-axis direction. It is defined by α. This angle α can be in the range of 45 ° or more and 135 ° or less with respect to a reference plane Rx (ie, {0001} plane or {000-1} plane) orthogonal to the c-axis of the gallium nitride based semiconductor crystal. . The gallium nitride based semiconductor substrate 11 can be, for example, GaN. According to this angular range, the nonpolar (semipolar or nonpolar) nature of GaN can be provided.
さらに、主面１１ａは、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ面に対してｍ軸又はａ軸の方向に傾斜していることが好ましい。ｍ軸の方向に傾斜している場合、傾斜角αは６３°以上８０°以下又は１００°以上１１７°以下の範囲内にあることが好ましい。また、ａ軸の方向に傾斜している場合、傾斜角αは５９°以上８０°以下又は１００°以上１２１°以下の範囲内にあることが好ましい。主面１１ａが半極性面となるこれらの角度範囲によれば、５００［ｎｍ］以上５５０［ｎｍ］以下といった長波長の光を発生するための活性層に好適なインジウム組成のＩｎＧａＮ層を良好な結晶品質を保って提供できる。 Furthermore, the main surface 11a is preferably inclined in the m-axis or a-axis direction with respect to the c-plane of the gallium nitride based semiconductor crystal. When tilted in the direction of the m-axis, the tilt angle α is preferably in the range of 63 ° to 80 °, or 100 ° to 117 °. Moreover, when it inclines in the direction of a-axis, it is preferable that inclination-angle (alpha) exists in the range of 59 to 80 degrees or 100 to 121 degrees. According to these angle ranges in which the main surface 11a is a semipolar surface, an InGaN layer having an indium composition suitable for an active layer for generating light having a long wavelength of 500 [nm] or more and 550 [nm] or less is excellent. The crystal quality can be maintained.
主面１１ａがｍ軸方向に上記傾斜角範囲でもって傾斜している例としては、主面１１ａは窒化ガリウム系半導体結晶の｛Ｈ，０，−Ｈ，Ｌ｝面（但し、Ｈ及びＬは自然数）または｛−Ｈ，０，Ｈ，−Ｌ｝面であることができる。主面１１ａが窒化ガリウム系半導体結晶の｛２，０，−２，１｝面または｛−２，０，２，−１｝面である場合、ｃ面に対する主面１１ａの傾斜角αは７５°または１０５°である。 As an example in which the main surface 11a is inclined in the m-axis direction within the above inclination angle range, the main surface 11a is a {H, 0, -H, L} plane of a gallium nitride based semiconductor crystal (where H and L are Natural number) or {-H, 0, H, -L} planes. When the main surface 11a is a {2, 0, -2, 1} plane or {-2, 0, 2, -1} plane of a gallium nitride based semiconductor crystal, the inclination angle α of the main surface 11a with respect to the c plane is 75. ° or 105 °.
また、主面１１ａがａ軸方向に上記傾斜角範囲でもって傾斜している例としては、主面１１ａは窒化ガリウム系半導体結晶の｛−Ｈ，−Ｈ，２Ｈ，−Ｌ｝面（但し、Ｈ及びＬは自然数）または｛Ｈ，Ｈ，−２Ｈ，Ｌ｝面であることができる。主面１１ａが窒化ガリウム系半導体結晶の｛−１，−１，２，１｝面または｛１，１，−２，１｝面である場合、ｃ面に対する主面１１ａの傾斜角αは７３°または１０７°である。 In addition, as an example in which the main surface 11a is inclined in the a-axis direction within the above-described inclination angle range, the main surface 11a is a {-H, -H, 2H, -L} plane of a gallium nitride semiconductor crystal (provided that H and L can be natural numbers) or {H, H, -2H, L} planes. When the main surface 11a is the {-1, -1, -1,2} plane or {1,1, -2,1} plane of the gallium nitride based semiconductor crystal, the inclination angle α of the main surface 11a with respect to the c plane is 73. ° or 107 °.
本実施形態の半導体レーザ集積素子１は、窒化ガリウム系半導体基板１１の主面１１ａ上にエピタキシャル成長により形成された第１の半導体レーザ構造１Ａ及び第２の半導体レーザ構造１Ｂを備える。第１の半導体レーザ構造１Ａは、一対の共振端面１０ａ，１０ｂを有する第１の光共振器１０を有し、第２の半導体レーザ構造１Ｂは、一対の共振端面５０ａ，５０ｂを有する第２の光共振器５０を有する。第１の光共振器１０は、主面１１ａに沿った所定方向を光導波方向として設けられている。第２の光共振器５０は、第１の光共振器１０の光導波方向に沿った方向を光導波方向として、第１の光共振器１０の光導波方向と交差する方向に並設されている。第１の半導体レーザ構造１Ａと第２の半導体レーザ構造１Ｂとを合わせた横幅は、例えば１００［μｍ］〜４００［μｍ］である。 The semiconductor laser integrated device 1 of the present embodiment includes a first semiconductor laser structure 1A and a second semiconductor laser structure 1B formed by epitaxial growth on a main surface 11a of a gallium nitride based semiconductor substrate 11. The first semiconductor laser structure 1A includes a first optical resonator 10 having a pair of resonant end faces 10a and 10b, and the second semiconductor laser structure 1B includes a second pair of resonant end faces 50a and 50b. An optical resonator 50 is included. The first optical resonator 10 is provided with a predetermined direction along the main surface 11a as an optical waveguide direction. The second optical resonator 50 is juxtaposed in a direction intersecting the optical waveguide direction of the first optical resonator 10 with the direction along the optical waveguide direction of the first optical resonator 10 as the optical waveguide direction. Yes. The combined lateral width of the first semiconductor laser structure 1A and the second semiconductor laser structure 1B is, for example, 100 [μm] to 400 [μm].
第１の半導体レーザ構造１Ａは４３０［ｎｍ］以上４８０［ｎｍ］以下といった波長範囲のレーザ光を出力し、第２の半導体レーザ構造１Ｂは５００［ｎｍ］以上５５０［ｎｍ］以下といった波長範囲のレーザ光を出力する。 The first semiconductor laser structure 1A outputs laser light having a wavelength range of 430 [nm] to 480 [nm], and the second semiconductor laser structure 1B has a wavelength range of 500 [nm] to 550 [nm]. Outputs laser light.
半導体レーザ集積素子１は、窒化ガリウム系半導体基板１１の主面１１ａ上に設けられたｎ型半導体層１３を備える。そして、第１の半導体レーザ構造１Ａは、ｎ型半導体層１３上に設けられたｎ型クラッド層１５と、ｎ型クラッド層１５上に設けられた活性層１７と、活性層１７上に設けられたｐ型クラッド層１９とを備える。また、第２の半導体レーザ構造１Ｂは、ｎ型半導体層１３上に設けられたｎ型クラッド層５５と、ｎ型クラッド層５５上に設けられた活性層５７と、活性層５７上に設けられたｐ型クラッド層５９とを備える。 The semiconductor laser integrated device 1 includes an n-type semiconductor layer 13 provided on the main surface 11 a of the gallium nitride based semiconductor substrate 11. The first semiconductor laser structure 1A is provided on the n-type cladding layer 15 provided on the n-type semiconductor layer 13, the active layer 17 provided on the n-type cladding layer 15, and the active layer 17. And a p-type cladding layer 19. The second semiconductor laser structure 1B is provided on the n-type cladding layer 55 provided on the n-type semiconductor layer 13, the active layer 57 provided on the n-type cladding layer 55, and the active layer 57. P-type cladding layer 59.
ｎ型半導体層１３はｎ型（第１導電型）の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばＧａＮからなることができる。ｎ型半導体層１３の厚さは例えば１０００［ｎｍ］である。ｎ型クラッド層１５及び５５は、それぞれ第１、第２の光共振器１０，５０の一部を構成する。ｎ型クラッド層１５，５５はｎ型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｎ型クラッド層１５，５５の厚さは例えば１２００［ｎｍ］である。ｐ型クラッド層１９及び５９は、それぞれ第１、第２の光共振器１０，５０の一部を構成する。ｐ型クラッド層１９，５９はｐ型（第２導電型）の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｐ型クラッド層１９，５９の厚さは例えば４００［ｎｍ］である。 The n-type semiconductor layer 13 is made of an n-type (first conductivity type) gallium nitride semiconductor, and can be made of, for example, GaN. The thickness of the n-type semiconductor layer 13 is 1000 [nm], for example. The n-type cladding layers 15 and 55 constitute part of the first and second optical resonators 10 and 50, respectively. The n-type cladding layers 15 and 55 are made of an n-type gallium nitride semiconductor, and can be made of, for example, GaN, AlGaN, InAlGaN, or the like. The n-type cladding layers 15 and 55 have a thickness of, for example, 1200 [nm]. The p-type cladding layers 19 and 59 constitute part of the first and second optical resonators 10 and 50, respectively. The p-type cladding layers 19 and 59 are made of a p-type (second conductivity type) gallium nitride semiconductor, and can be made of, for example, GaN, AlGaN, InAlGaN, or the like. The thickness of the p-type cladding layers 19 and 59 is, for example, 400 [nm].
活性層１７は、本実施形態における第１の活性層であり、第１の光共振器１０の一部を構成する。活性層５７は、本実施形態における第２の活性層であり、第２の光共振器５０の一部を構成する。活性層１７，５７は、単一層からなることができ、或いは量子井戸構造を有することができる。必要な場合には、量子井戸構造は、交互に配列された井戸層及び障壁層を含むことができる。井戸層はインジウムを含むIII−Ｖ族化合物半導体、例えばＩｎＧａＮ等からなることができ、障壁層は井戸層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩｎＧａＮ又はＧａＮ等からなることができる。一実施例では、井戸層（ＩｎＧａＮ）の厚さは例えば３［ｎｍ］であり、障壁層（ＧａＮ）の厚さは例えば１５［ｎｍ］であり、井戸層の数は例えば２つであることができる。活性層１７，５７の発光波長は、井戸層のバンドギャップやインジウム組成、その厚さ等によって制御される。活性層１７及び５７は発光波長のピーク波長が互いに異なっており、活性層１７は波長４３０［ｎｍ］以上４８０［ｎｍ］以下の範囲のピーク波長を有する青色光を発生するようなインジウム組成とされることができ、活性層５７は波長５００［ｎｍ］以上５５０［ｎｍ］以下の範囲のピーク波長を有する緑色光を発生するようなインジウム組成とされることができる。この場合、活性層５７の井戸層のインジウム組成は、活性層１７の井戸層のインジウム組成より大きい。 The active layer 17 is a first active layer in the present embodiment, and constitutes a part of the first optical resonator 10. The active layer 57 is a second active layer in the present embodiment, and constitutes a part of the second optical resonator 50. The active layers 17 and 57 may be formed of a single layer or may have a quantum well structure. If required, the quantum well structure can include alternating well layers and barrier layers. The well layer can be made of a III-V group compound semiconductor containing indium, such as InGaN, and the barrier layer can be made of InGaN, GaN, or the like having a larger band gap energy than the well layer. In one embodiment, the thickness of the well layer (InGaN) is, for example, 3 [nm], the thickness of the barrier layer (GaN) is, for example, 15 [nm], and the number of well layers is, for example, two. Can do. The emission wavelengths of the active layers 17 and 57 are controlled by the band gap of the well layer, the indium composition, the thickness thereof, and the like. The active layers 17 and 57 have different emission wavelengths, and the active layer 17 has an indium composition that generates blue light having a peak wavelength in the range of 430 [nm] to 480 [nm]. The active layer 57 may have an indium composition that generates green light having a peak wavelength in the range of 500 [nm] to 550 [nm]. In this case, the indium composition of the well layer of the active layer 57 is larger than the indium composition of the well layer of the active layer 17.
また、第１の半導体レーザ構造１Ａは、ｎ型クラッド層１５と活性層１７との間に、第１光ガイド層２１を更に備える。同様に、第２の半導体レーザ構造１Ｂは、ｎ型クラッド層５５と活性層５７との間に、第１光ガイド層６１を更に備える。また、第１の半導体レーザ構造１Ａは、活性層１７とｐ型クラッド層１９との間に、第２光ガイド層２３を更に備える。同様に、第２の半導体レーザ構造１Ｂは、活性層５７とｐ型クラッド層５９との間に、第２光ガイド層６３を更に備える。第１光ガイド層２１，６１及び第２光ガイド層２３，６３は、窒化ガリウム系半導体基板１１に光を逃がすことなく活性層１７，５７付近に光を閉じ込め、しきい値電流を低減する為に設けられる。 The first semiconductor laser structure 1 </ b> A further includes a first light guide layer 21 between the n-type cladding layer 15 and the active layer 17. Similarly, the second semiconductor laser structure 1 </ b> B further includes a first light guide layer 61 between the n-type cladding layer 55 and the active layer 57. The first semiconductor laser structure 1 </ b> A further includes a second light guide layer 23 between the active layer 17 and the p-type cladding layer 19. Similarly, the second semiconductor laser structure 1B further includes a second light guide layer 63 between the active layer 57 and the p-type cladding layer 59. The first light guide layers 21 and 61 and the second light guide layers 23 and 63 confine light in the vicinity of the active layers 17 and 57 without escaping light to the gallium nitride based semiconductor substrate 11 to reduce the threshold current. Is provided.
第１光ガイド層２１は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮからなる第１の層３１と、ＩｎＧａＮからなる第２の層３３とを含むことができる。第１の層３１はｎ型クラッド層１５上に設けられ、第２の層３３は第１の層３１と活性層１７との間に設けられる。また、第１光ガイド層６１は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮからなる第１の層７１と、ＩｎＧａＮからなる第２の層７３とを含むことができる。第１の層７１はｎ型クラッド層５５上に設けられ、第２の層７３は第１の層７１と活性層５７との間に設けられる。 The first light guide layer 21 can include a first layer 31 made of GaN or InGaN and a second layer 33 made of InGaN. The first layer 31 is provided on the n-type cladding layer 15, and the second layer 33 is provided between the first layer 31 and the active layer 17. The first light guide layer 61 can include a first layer 71 made of GaN or InGaN and a second layer 73 made of InGaN. The first layer 71 is provided on the n-type cladding layer 55, and the second layer 73 is provided between the first layer 71 and the active layer 57.
なお、第２の層３３のインジウム組成は、第１の層３１のインジウム組成より大きく、活性層１７内のＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さい。同様に、第２の層７３のインジウム組成は、第１の層７１のインジウム組成より大きく、活性層５７内のＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さい。一実施例では、第１の層３１，７１はｎ型ＧａＮからなり、第２の層３３，７３はｎ型ＩｎＧａＮからなることができる。第１の層３１，７１の厚さは例えば２００［ｎｍ］であり、第２の層３３，７３の厚さは例えば６５［ｎｍ］である。 The indium composition of the second layer 33 is larger than the indium composition of the first layer 31 and smaller than the indium composition of the InGaN well layer in the active layer 17. Similarly, the indium composition of the second layer 73 is larger than that of the first layer 71 and smaller than that of the InGaN well layer in the active layer 57. In one embodiment, the first layers 31 and 71 can be made of n-type GaN, and the second layers 33 and 73 can be made of n-type InGaN. The thickness of the first layers 31 and 71 is, for example, 200 [nm], and the thickness of the second layers 33 and 73 is, for example, 65 [nm].
第２光ガイド層２３は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮからなる第１の層３５と、ＩｎＧａＮからなる第２の層３７とを含むことができる。第１の層３５は活性層１７上に設けられ、第２の層３７は活性層１７と第１の層３５との間に設けられる。また、第２光ガイド層６３は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮからなる第１の層７５と、ＩｎＧａＮからなる第２の層７７とを含むことができる。第１の層７５は活性層５７上に設けられ、第２の層７７は活性層５７と第１の層７５との間に設けられる。 The second light guide layer 23 can include a first layer 35 made of GaN or InGaN and a second layer 37 made of InGaN. The first layer 35 is provided on the active layer 17, and the second layer 37 is provided between the active layer 17 and the first layer 35. The second light guide layer 63 can include a first layer 75 made of GaN or InGaN and a second layer 77 made of InGaN. The first layer 75 is provided on the active layer 57, and the second layer 77 is provided between the active layer 57 and the first layer 75.
なお、第２の層３７のインジウム組成は、第１の層３５のインジウム組成より大きく、活性層１７内のＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さい。同様に、第２の層７７のインジウム組成は、第１の層７５のインジウム組成より大きく、活性層５７内のＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さい。一実施例では、第１の層３５，７５はｐ型ＧａＮからなり、第２の層３７，７７はアンドープＩｎＧａＮからなる。第１の層３５，７５の厚さは例えば２００［ｎｍ］であり、第２の層３７，７７の厚さは例えば６５［ｎｍ］である。 The indium composition of the second layer 37 is larger than the indium composition of the first layer 35 and smaller than the indium composition of the InGaN well layer in the active layer 17. Similarly, the indium composition of the second layer 77 is larger than the indium composition of the first layer 75 and smaller than the indium composition of the InGaN well layer in the active layer 57. In one embodiment, the first layers 35 and 75 are made of p-type GaN, and the second layers 37 and 77 are made of undoped InGaN. The thickness of the first layers 35 and 75 is, for example, 200 [nm], and the thickness of the second layers 37 and 77 is, for example, 65 [nm].
第１の半導体レーザ構造１Ａは、電子ブロック層２７を更に備える。電子ブロック層２７は、第２光ガイド層２３を層厚方向に二分割するように設けられており、本実施形態では、第１の層３５と第２の層３７との間に設けられている。また、第２の半導体レーザ構造１Ｂは、電子ブロック層６７を更に備える。電子ブロック層６７は、第２光ガイド層６３を層厚方向に二分割するように設けられており、本実施形態では、第１の層７５と第２の層７７との間に設けられている。電子ブロック層２７，６７は例えばｐ型ＡｌＧａＮからなることができる。電子ブロック層２７，６７の厚さは例えば２０［ｎｍ］である。 The first semiconductor laser structure 1 </ b> A further includes an electron block layer 27. The electron blocking layer 27 is provided so as to divide the second light guide layer 23 into two in the layer thickness direction. In the present embodiment, the electron blocking layer 27 is provided between the first layer 35 and the second layer 37. Yes. The second semiconductor laser structure 1B further includes an electron block layer 67. The electron blocking layer 67 is provided so as to divide the second light guide layer 63 into two in the layer thickness direction. In the present embodiment, the electron blocking layer 67 is provided between the first layer 75 and the second layer 77. Yes. The electron block layers 27 and 67 can be made of p-type AlGaN, for example. The thickness of the electron block layers 27 and 67 is, for example, 20 [nm].
第１の半導体レーザ構造１Ａ及び第２の半導体レーザ構造１Ｂのそれぞれは、ｐ型クラッド層１９，５９上に設けられたｐ型コンタクト層４１，８１を更に備える。ｐ型コンタクト層４１，８１は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなることができる。ｐ型クラッド層１９の一部、及びｐ型コンタクト層４１は所定の光導波方向に延びるリッジ形状をしており、該リッジ形状の側面およびｐ型クラッド層１９の表面は絶縁膜４７によって覆われている。同様に、ｐ型クラッド層５９の一部、及びｐ型コンタクト層８１は所定の光導波方向に延びるリッジ形状をしており、該リッジ形状の側面およびｐ型クラッド層５９の表面は絶縁膜４７によって覆われている。 Each of the first semiconductor laser structure 1A and the second semiconductor laser structure 1B further includes p-type contact layers 41 and 81 provided on the p-type cladding layers 19 and 59, respectively. The p-type contact layers 41 and 81 can be made of, for example, GaN, AlGaN, or the like. A part of the p-type cladding layer 19 and the p-type contact layer 41 have a ridge shape extending in a predetermined optical waveguide direction, and the side surface of the ridge shape and the surface of the p-type cladding layer 19 are covered with an insulating film 47. ing. Similarly, a part of the p-type cladding layer 59 and the p-type contact layer 81 have a ridge shape extending in a predetermined optical waveguide direction, and the side surface of the ridge shape and the surface of the p-type cladding layer 59 are the insulating film 47. Covered by.
これらのリッジの延伸方向、すなわち第１及び第２の光共振器１０，５０の光導波方向は、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ軸を主面１１ａに投影した方向に沿って延びている。また、第１の光共振器１０のリッジ、及び第２の光共振器５０のリッジは、一枚の窒化ガリウム系半導体基板１１上においてエッチング等により形成されることができるので、これらのリッジ同士の位置合わせは容易であり、例えば窒化ガリウム系半導体基板１１の主面１１ａの法線方向から見て、第１の光共振器１０の光導波方向と第２の光共振器５０の光導波方向とが互いに成す角を２°以下とすることが可能である。 The extending directions of these ridges, that is, the optical waveguide directions of the first and second optical resonators 10 and 50, extend along the direction in which the c-axis of the gallium nitride based semiconductor crystal is projected onto the main surface 11a. Further, the ridge of the first optical resonator 10 and the ridge of the second optical resonator 50 can be formed on one gallium nitride based semiconductor substrate 11 by etching or the like. , For example, when viewed from the normal direction of the main surface 11a of the gallium nitride based semiconductor substrate 11, the optical waveguide direction of the first optical resonator 10 and the optical waveguide direction of the second optical resonator 50 It is possible to make the angle formed by and each other be 2 ° or less.
第１の半導体レーザ構造１Ａは、アノード電極４５を更に備える。アノード電極４５は第１の光共振器１０のリッジ上に設けられており、絶縁膜４７の開口を介してｐ型コンタクト層４１に接触している。また、第２の半導体レーザ構造１Ｂは、アノード電極８５を更に備える。アノード電極８５は第２の光共振器５０のリッジ上に設けられており、絶縁膜４７の開口を介してｐ型コンタクト層８１に接触している。 The first semiconductor laser structure 1 </ b> A further includes an anode electrode 45. The anode electrode 45 is provided on the ridge of the first optical resonator 10 and is in contact with the p-type contact layer 41 through the opening of the insulating film 47. The second semiconductor laser structure 1B further includes an anode electrode 85. The anode electrode 85 is provided on the ridge of the second optical resonator 50 and is in contact with the p-type contact layer 81 through the opening of the insulating film 47.
半導体レーザ集積素子１は、カソード電極９９を更に備える。カソード電極９９は、第１の半導体レーザ構造１Ａ及び第２の半導体レーザ構造１Ｂに共通のカソード電極であり、窒化ガリウム系半導体基板１１の裏面１１ｂ上に設けられる。 The semiconductor laser integrated device 1 further includes a cathode electrode 99. The cathode electrode 99 is a cathode electrode common to the first semiconductor laser structure 1 A and the second semiconductor laser structure 1 B, and is provided on the back surface 11 b of the gallium nitride based semiconductor substrate 11.
以上の構成を備える半導体レーザ集積素子１の作製方法について、以下に説明する。なお、各半導体層は有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長されるものとし、原料には、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、及びシラン（ＳｉＨ４）を用いる。 A method for manufacturing the semiconductor laser integrated device 1 having the above configuration will be described below. Each semiconductor layer is epitaxially grown by metal organic vapor phase epitaxy, and raw materials include trimethylgallium (TMGa), trimethylaluminum (TMAl), trimethylindium (TMIn), ammonia (NH 3 ), and silane ( SiH 4 ) is used.
まず、図３（ａ）に示すように、ウェハ状の窒化ガリウム系半導体基板１０１を準備する。窒化ガリウム系半導体基板１０１は、半導体レーザ集積素子１において窒化ガリウム系半導体基板１１となるものであり、その組成や主面１０１ａの面方位は前述した窒化ガリウム系半導体基板１１と同じである。本実施形態では、例えば、窒化ガリウム結晶の（０００１）面から、ｍ軸方向に７５°傾斜した｛２０−２１｝面を主面１０１ａとする窒化ガリウム基板を窒化ガリウム系半導体基板１０１として用いることができる。 First, as shown in FIG. 3A, a wafer-like gallium nitride based semiconductor substrate 101 is prepared. The gallium nitride based semiconductor substrate 101 becomes the gallium nitride based semiconductor substrate 11 in the semiconductor laser integrated device 1, and the composition and the surface orientation of the main surface 101a are the same as those of the gallium nitride based semiconductor substrate 11 described above. In this embodiment, for example, a gallium nitride substrate having a {20-21} plane inclined by 75 ° in the m-axis direction from the (0001) plane of the gallium nitride crystal as the main surface 101a is used as the gallium nitride based semiconductor substrate 101. Can do.
この窒化ガリウム系半導体基板１０１を、｛２０−２１｝面（すなわち主面１０１ａ）が成長面となるように反応炉内のサセプタ上に配置した後、以下の成長手順で各半導体層をエピタキシャル成長させる（図３（ｂ）を参照）。まず、ＧａＮといったｎ型の窒化ガリウム系半導体からなるｎ型半導体層１３を主面１０１ａ上にエピタキシャル成長させる。ｎ型半導体層１３の厚さは例えば１０００［ｎｍ］である。次に、ＩｎＡｌＧａＮといったｎ型の窒化ガリウム系半導体からなるｎ型クラッド層１５をｎ型半導体層１３上にエピタキシャル成長させる。ｎ型クラッド層１５の厚さは例えば１２００［ｎｍ］である。続いて、第１光ガイド層２１を構成する第１の層３１及び第２の層３３をｎ型クラッド層１５上に順にエピタキシャル成長させる。第１の層３１は例えばｎ型のＧａＮ又はＩｎＧａＮからなり、第２の層３３は例えばアンドープＩｎＧａＮからなる。第１の層３１の厚さは例えば２００［ｎｍ］であり、第２の層３３の厚さは例えば６５［ｎｍ］である。 After this gallium nitride based semiconductor substrate 101 is placed on a susceptor in the reactor so that the {20-21} plane (ie, the main surface 101a) is the growth plane, each semiconductor layer is epitaxially grown by the following growth procedure. (See FIG. 3 (b)). First, an n-type semiconductor layer 13 made of an n-type gallium nitride semiconductor such as GaN is epitaxially grown on the main surface 101a. The thickness of the n-type semiconductor layer 13 is 1000 [nm], for example. Next, an n-type cladding layer 15 made of an n-type gallium nitride semiconductor such as InAlGaN is epitaxially grown on the n-type semiconductor layer 13. The thickness of the n-type cladding layer 15 is, for example, 1200 [nm]. Subsequently, the first layer 31 and the second layer 33 constituting the first light guide layer 21 are sequentially epitaxially grown on the n-type cladding layer 15. The first layer 31 is made of, for example, n-type GaN or InGaN, and the second layer 33 is made of, for example, undoped InGaN. The thickness of the first layer 31 is, for example, 200 [nm], and the thickness of the second layer 33 is, for example, 65 [nm].
続いて、第１光ガイド層２１の第２の層３３上に活性層１７（第１の活性層）をエピタキシャル成長させる。活性層１７の組成や構造は前述したものと同様である。活性層１７を例えば多重量子井戸構造とする場合、例えばＧａＮからなる障壁層（一実施例では厚さ１５［ｎｍ］）と、例えばＩｎＧａＮからなる井戸層（一実施例では厚さ３［ｎｍ］）とを交互に成長させる。井戸層の発光波長のピーク波長は例えば４４０［ｎｍ］である。 Subsequently, the active layer 17 (first active layer) is epitaxially grown on the second layer 33 of the first light guide layer 21. The composition and structure of the active layer 17 are the same as those described above. When the active layer 17 has a multiple quantum well structure, for example, a barrier layer made of, for example, GaN (thickness 15 nm in one embodiment) and a well layer, for example, made of InGaN (thickness 3 nm in one embodiment). ) And grow alternately. The peak wavelength of the emission wavelength of the well layer is, for example, 440 [nm].
続いて、第２光ガイド層２３を構成する第２の層３７と、電子ブロック層２７と、第２光ガイド層２３を構成する第１の層３５とを活性層１７上に順にエピタキシャル成長させる。第２の層３７は例えばアンドープＩｎＧａＮからなり、第２の層３３は例えばｐ型のＧａＮ又はＩｎＧａＮからなる。また、電子ブロック層２７は例えばｐ型ＡｌＧａＮからなる。第２の層３７の厚さは例えば６５［ｎｍ］であり、電子ブロック層２７の厚さは例えば２０［ｎｍ］であり、第１の層３５の厚さは例えば２００［ｎｍ］である。 Subsequently, the second layer 37 constituting the second light guide layer 23, the electron blocking layer 27, and the first layer 35 constituting the second light guide layer 23 are epitaxially grown in order on the active layer 17. The second layer 37 is made of, for example, undoped InGaN, and the second layer 33 is made of, for example, p-type GaN or InGaN. The electron block layer 27 is made of, for example, p-type AlGaN. The thickness of the second layer 37 is, for example, 65 [nm], the thickness of the electron blocking layer 27 is, for example, 20 [nm], and the thickness of the first layer 35 is, for example, 200 [nm].
続いて、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮといったｐ型の窒化ガリウム系半導体からなるｐ型クラッド層１９を、第１の層３５上にエピタキシャル成長させる。ｐ型クラッド層１９の厚さは例えば４００［ｎｍ］である。そして、ｐ型ＧａＮといったｐ型の窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層４１を、ｐ型クラッド層１９上にエピタキシャル成長させる。コンタクト層４１の厚さは例えば５０［ｎｍ］である。 Subsequently, a p-type cladding layer 19 made of a p-type gallium nitride semiconductor such as p-type InAlGaN is epitaxially grown on the first layer 35. The thickness of the p-type cladding layer 19 is, for example, 400 [nm]. Then, a contact layer 41 made of a p-type gallium nitride semiconductor such as p-type GaN is epitaxially grown on the p-type cladding layer 19. The thickness of the contact layer 41 is, for example, 50 [nm].
以上の工程を経て、第１の半導体積層部１０３が主面１０１ａ上に形成される。第１の半導体積層部１０３は、ｎ型クラッド層１５、第１光ガイド層２１、活性層１７、第２光ガイド層２３、電子ブロック層２７、ｐ型クラッド層１９、及びコンタクト層４１を含む。 Through the above steps, the first semiconductor stacked unit 103 is formed on the main surface 101a. The first semiconductor stacked unit 103 includes an n-type cladding layer 15, a first light guide layer 21, an active layer 17, a second light guide layer 23, an electron block layer 27, a p-type cladding layer 19, and a contact layer 41. .
続いて、図４（ａ）に示すように、第１の半導体積層部１０３上（本実施形態ではコンタクト層４１上）にＳｉＯ２膜１０５を形成する。一実施例では、第１の半導体積層部１０３上に、プラズマＣＶＤ法を用いて厚さ５００［ｎｍ］のＳｉＯ２膜１０５を形成する。そして、図４（ｂ）に示すように、このＳｉＯ２膜１０５上に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン１０７を形成する。レジストパターン１０７は、互いに間隔をあけて所定方向（本実施形態では第１及び第２の光共振器１０，５０の光導波方向と直交する方向）に並ぶ複数のパターンにより構成される。 Subsequently, as shown in FIG. 4A, an SiO 2 film 105 is formed on the first semiconductor stacked portion 103 (in this embodiment, on the contact layer 41). In one embodiment, a SiO 2 film 105 having a thickness of 500 [nm] is formed on the first semiconductor stacked portion 103 by using a plasma CVD method. Then, as shown in FIG. 4B, a resist pattern 107 is formed on the SiO 2 film 105 using a normal photolithography technique. The resist pattern 107 is composed of a plurality of patterns arranged in a predetermined direction (in this embodiment, a direction orthogonal to the optical waveguide direction of the first and second optical resonators 10 and 50) at intervals.
続いて、図５（ａ）に示すように、レジストパターン１０７を介してＳｉＯ２膜１０５に対しＣＦ４を用いたドライエッチング処理を施すことにより、ＳｉＯ２からなる複数のエッチングマスク１０９を形成する。複数のエッチングマスク１０９は、互いに間隔をあけて上記所定方向に並んでおり、各エッチングマスク１０９は前述した第１の半導体レーザ構造１Ａに対応している。なお、各エッチングマスク１０９の幅（光導波方向と直交する方向の幅）は例えば２０［μｍ］以上２００［μｍ］以下であり、エッチングマスク１０９同士の間隔は、例えば１００［μｍ］以上２００［μｍ］以下である。エッチングマスク１０９同士の間隔が１００［μｍ］を下回ると、後述する第２の半導体積層部の再成長の際に成長速度が増加してしまい、層厚の制御が難しくなる。 Subsequently, as shown in FIG. 5A, a plurality of etching masks 109 made of SiO 2 are formed by performing a dry etching process using CF 4 on the SiO 2 film 105 through the resist pattern 107. . The plurality of etching masks 109 are arranged in the predetermined direction at intervals, and each etching mask 109 corresponds to the first semiconductor laser structure 1A described above. The width of each etching mask 109 (width in the direction orthogonal to the optical waveguide direction) is, for example, 20 [μm] or more and 200 [μm] or less, and the interval between the etching masks 109 is, for example, 100 [μm] or more and 200 [μm]. μm] or less. When the distance between the etching masks 109 is less than 100 [μm], the growth rate increases during the regrowth of the second semiconductor stacked portion described later, making it difficult to control the layer thickness.
その後、アセトンによる超音波洗浄を行ってレジストパターン１０７を除去したのち（図５（ｂ））、Ｃｌ２を用いたドライエッチング処理を、複数のエッチングマスク１０９を介して第１の半導体積層部１０３に施す。エッチング深さは活性層１７より深く、好ましくはｎ型クラッド層１５に達する。一実施例では、このときのエッチング深さは１２００［ｎｍ］である。これにより、図６（ａ）に示すように、活性層１７を含む第１の半導体積層部１０３の部分を選択的に除去する。 Thereafter, ultrasonic cleaning with acetone is performed to remove the resist pattern 107 (FIG. 5B), and then dry etching using Cl 2 is performed through the plurality of etching masks 109 to the first semiconductor stacked portion 103. To apply. The etching depth is deeper than that of the active layer 17 and preferably reaches the n-type cladding layer 15. In one embodiment, the etching depth at this time is 1200 [nm]. As a result, as shown in FIG. 6A, the portion of the first semiconductor stacked portion 103 including the active layer 17 is selectively removed.
続いて、窒化ガリウム系半導体基板１０１を反応炉室内のサセプタ上に再び配置する。そして、図６（ｂ）に示すように、窒化ガリウム系半導体基板１１の主面１１ａ上において第１の半導体積層部１０３が部分的に除去された領域上に、第１の半導体積層部１０３の対応する半導体層と同様の厚さ及び組成でもって、ｎ型クラッド層５５、第１光ガイド層６１の第１の層３１、第１光ガイド層６１の第２の層３３、活性層５７（第２の活性層）、第２光ガイド層６３の第２の層３７、電子ブロック層６７、第２光ガイド層６３の第１の層３５、ｐ型クラッド層５９、及びコンタクト層８１をこの順で選択的にエピタキシャル成長させることにより、第２の半導体積層部１１１を形成する。なお、第２の半導体積層部１１１では、活性層５７の井戸層の発光波長のピーク波長は例えば５２０［ｎｍ］である。 Subsequently, the gallium nitride based semiconductor substrate 101 is placed again on the susceptor in the reaction chamber. 6B, on the main surface 11a of the gallium nitride based semiconductor substrate 11, on the region where the first semiconductor multilayer portion 103 is partially removed, the first semiconductor multilayer portion 103 is formed. The n-type cladding layer 55, the first layer 31 of the first light guide layer 61, the second layer 33 of the first light guide layer 61, and the active layer 57 (with the same thickness and composition as the corresponding semiconductor layer) The second active layer), the second layer 37 of the second light guide layer 63, the electron blocking layer 67, the first layer 35 of the second light guide layer 63, the p-type cladding layer 59, and the contact layer 81. By selectively epitaxially growing in order, the second semiconductor stacked unit 111 is formed. In the second semiconductor stacked unit 111, the peak wavelength of the emission wavelength of the well layer of the active layer 57 is, for example, 520 [nm].
続いて、第１、第２の半導体積層部１０３，１１１が形成された窒化ガリウム系半導体基板１０１をフッ酸に浸すことにより、エッチングマスク１０９を除去する（図７（ａ））。その後、第１及び第２の半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂ（図１を参照）を互いに分離するため、以下の処理を行う。まず、第１、第２の半導体積層部１０３，１１１上にレジスト膜を塗布したのち、通常のフォトリソグラフィ技術により、図７（ｂ）に示すように、第１、第２の半導体積層部１０３，１１１の境界部分の上部に開口を有するレジストパターン１１３を形成する。そして、図８（ａ）に示すように、Ｃｌ２を用いたドライエッチング処理を第１、第２の半導体積層部１０３，１１１の境界部分に施す。このとき、エッチング深さは例えばｎ型クラッド層１５，５５に達する深さであり、一実施例では１２００［ｎｍ］である。その後、アセトンによる超音波洗浄を行ってレジストパターン１１３を除去する（図８（ｂ））。 Subsequently, the etching mask 109 is removed by immersing the gallium nitride based semiconductor substrate 101 on which the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111 are formed in hydrofluoric acid (FIG. 7A). Thereafter, in order to separate the first and second semiconductor laser structures 1A and 1B (see FIG. 1) from each other, the following processing is performed. First, after a resist film is applied on the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111, the first and second semiconductor stacked portions 103 are formed by a normal photolithography technique as shown in FIG. 7B. , 111 is formed with a resist pattern 113 having an opening above the boundary. Then, as shown in FIG. 8A, a dry etching process using Cl 2 is performed on the boundary portion between the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111. At this time, the etching depth is, for example, a depth reaching the n-type cladding layers 15 and 55, and is 1200 [nm] in one embodiment. Thereafter, the resist pattern 113 is removed by ultrasonic cleaning with acetone (FIG. 8B).
続いて、図９（ａ）に示すように、第１、第２の半導体積層部１０３，１１１上にレジスト膜を塗布したのち、通常のフォトリソグラフィ技術により、リッジを形成するためのレジストパターン１１５を形成する。なお、レジストパターン１１５の長手方向（すなわち光導波方向）は、窒化ガリウム系半導体基板１０１のｃ軸を主面１０１ａに投影した方向に沿っていることが好ましい。 Subsequently, as shown in FIG. 9A, after a resist film is applied on the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111, a resist pattern 115 for forming a ridge is formed by a normal photolithography technique. Form. The longitudinal direction of resist pattern 115 (that is, the optical waveguide direction) is preferably along the direction in which the c-axis of gallium nitride based semiconductor substrate 101 is projected onto main surface 101a.
また、このとき、第１の半導体積層部１０３上に形成されたレジストパターン１１５の長手方向と、第２の半導体積層部１１１上に形成されたレジストパターン１１５の長手方向とが、互いに成す角を２°以下とすることが好ましい。これにより、第１の光共振器１０（図１）の光導波方向と、第２の光共振器５０（図１）の光導波方向とが互いに成す角を２°以下とすることができる。 At this time, the longitudinal direction of the resist pattern 115 formed on the first semiconductor multilayer portion 103 and the longitudinal direction of the resist pattern 115 formed on the second semiconductor multilayer portion 111 form an angle between each other. The angle is preferably 2 ° or less. Thereby, the angle which the optical waveguide direction of the 1st optical resonator 10 (FIG. 1) and the optical waveguide direction of the 2nd optical resonator 50 (FIG. 1) mutually make can be 2 degrees or less.
続いて、図９（ｂ）に示すように、レジストパターン１１５をマスクとして、例えばＣｌ２を用いたドライエッチング処理を第１、第２の半導体積層部１０３，１１１に施す。このとき、エッチング深さは例えば４５０［ｎｍ］であり、電子ブロック層２７，６７が露出する程度であることが好ましい。これにより、第１及び第２の半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂのリッジ形状が形成され、第１、第２の光導波路構造がそれぞれ形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 9B, dry etching using, for example, Cl 2 is performed on the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111 using the resist pattern 115 as a mask. At this time, the etching depth is, for example, 450 [nm], and it is preferable that the electron blocking layers 27 and 67 are exposed. As a result, the ridge shapes of the first and second semiconductor laser structures 1A and 1B are formed, and the first and second optical waveguide structures are formed.
なお、第２の半導体レーザ構造１Ｂのリッジ形状の平面位置は、第１、第２の半導体積層部１０３，１１１の境界部分から３０［μｍ］ないし５０［μｍ］以上離れていることが好ましい。第２の半導体積層部１１１の当該領域は再成長時に膜厚が他の領域より厚くなることがあり、このような領域に第２の半導体レーザ構造１Ｂのリッジ形状がかからないようにすることで、光導波路を好適に形成できる。より好適には、第２の半導体レーザ構造１Ｂのリッジ形状は、第２の半導体積層部１１１の中央部の上に形成されるとよい。また、第１、第２の半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂの各リッジ形状の平面位置は、互いに１００［μｍ］以上離れていることが好ましい。これにより、第１、第２の半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂの各光導波路における発熱の影響を相互に回避することができる。 Note that the planar position of the ridge shape of the second semiconductor laser structure 1B is preferably 30 [μm] to 50 [μm] or more away from the boundary between the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111. The region of the second semiconductor stacked unit 111 may be thicker than other regions during regrowth, and by preventing the ridge shape of the second semiconductor laser structure 1B from being applied to such a region, An optical waveguide can be suitably formed. More preferably, the ridge shape of the second semiconductor laser structure 1B may be formed on the central portion of the second semiconductor stacked portion 111. Also, the planar positions of the ridge shapes of the first and second semiconductor laser structures 1A and 1B are preferably separated from each other by 100 [μm] or more. Thereby, the influence of the heat generation in each optical waveguide of the first and second semiconductor laser structures 1A and 1B can be avoided mutually.
続いて、図１０（ａ）に示すように、第１、第２の半導体積層部１０３，１１１の表面を覆うように、且つ第１、第２の半導体積層部１０３，１１１の隙間を埋めるように絶縁膜４７を形成する。絶縁膜４７は、例えばプラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ２を３００［ｎｍ］の厚さに成膜することにより形成される。その後、アセトンによる超音波洗浄を行い、リッジ上の絶縁膜４７をレジストパターン１１５と共に除去（リフトオフ）して開口部を形成する（図１０（ｂ））。 Subsequently, as shown in FIG. 10A, the gap between the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111 is filled so as to cover the surfaces of the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111. An insulating film 47 is formed on the substrate. The insulating film 47 is formed, for example, by depositing SiO 2 to a thickness of 300 [nm] by plasma CVD. Thereafter, ultrasonic cleaning with acetone is performed, and the insulating film 47 on the ridge is removed (lifted off) together with the resist pattern 115 to form an opening (FIG. 10B).
続いて、第１、第２の半導体積層部１０３，１１１のリッジ上（すなわちコンタクト層４１，８１上）に、アノード電極を形成する。すなわち、図１１（ａ）に示すように、第１、第２の半導体積層部１０３，１１１の表面にレジストパターン１１７を形成する。このレジストパターン１１７は、第１、第２の半導体積層部１０３，１１１のリッジ部分に開口を有するものである。そして、アノード電極４５，８５となるＮｉ及びＡｕ（共に厚さ１０［ｎｍ］）を順に真空蒸着し、金属膜１２３を形成する（図１１（ｂ））。その後、アセトンによる超音波洗浄を行い、レジストパターン１１７を除去（リフトオフ）してアノード電極４５，８５を形成する（図１２（ａ））。 Subsequently, anode electrodes are formed on the ridges of the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111 (that is, on the contact layers 41 and 81). That is, as shown in FIG. 11A, a resist pattern 117 is formed on the surfaces of the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111. The resist pattern 117 has an opening in the ridge portion of the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111. Then, Ni and Au (both thicknesses 10 [nm]) to be the anode electrodes 45 and 85 are sequentially vacuum-deposited to form a metal film 123 (FIG. 11B). Thereafter, ultrasonic cleaning with acetone is performed, and the resist pattern 117 is removed (lifted off) to form anode electrodes 45 and 85 (FIG. 12A).
続いて、図１２（ｂ）に示すように、窒化ガリウム系半導体基板１０１の裏面１０１ｂを研磨することにより、窒化ガリウム系半導体基板１０１を薄化する。このとき、窒化ガリウム系半導体基板１０１の厚さを例えば１００［μｍ］とする。その後、図１３に示すように、裏面１０１ｂ上にカソード電極９９を形成する。すなわち、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＡｕといった金属をそれぞれ２０［ｎｍ］、２００［ｎｍ］、５０［ｎｍ］、３００［ｎｍ］の厚みとなるよう、真空蒸着法により窒化ガリウム系半導体基板１０１の裏面１０１ｂに蒸着することにより、カソード電極９９を形成する。 Subsequently, as illustrated in FIG. 12B, the back surface 101 b of the gallium nitride semiconductor substrate 101 is polished to thin the gallium nitride semiconductor substrate 101. At this time, the thickness of the gallium nitride based semiconductor substrate 101 is set to 100 [μm], for example. Thereafter, as shown in FIG. 13, a cathode electrode 99 is formed on the back surface 101b. That is, a metal such as Ti, Al, Ti, and Au has a thickness of 20 [nm], 200 [nm], 50 [nm], and 300 [nm], respectively. The cathode electrode 99 is formed by vapor deposition on the back surface 101b.
続いて、図１４（ａ）に示すように、第１、第２の半導体積層部１０３，１１１が形成された窒化ガリウム系半導体基板１０１を、リッジの長手方向と直交する方向にブレーカ１１９によって劈開（一次劈開）する。これにより、第１の光導波路構造と一対の共振端面１０ａ，１０ｂとを有する第１の光共振器１０（図１及び図２（ａ）を参照）、及び第２の光導波路構造と一対の共振端面５０ａ，５０ｂとを有する第２の光共振器５０（図１及び図２（ｂ）を参照）が形成されるとともに、第１の光共振器１０を含む第１の半導体レーザ構造１Ａと、第２の光共振器５０を含む第２の半導体レーザ構造１Ｂとが交互に配置された、棒状の半導体レーザバー１２１が作製される（図１４（ｂ））。 Subsequently, as shown in FIG. 14A, the gallium nitride based semiconductor substrate 101 on which the first and second semiconductor stacked portions 103 and 111 are formed is cleaved by a breaker 119 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the ridge. (Primary cleavage). Thus, the first optical resonator 10 (see FIGS. 1 and 2A) having the first optical waveguide structure and the pair of resonance end faces 10a and 10b, and the second optical waveguide structure and the pair of A second optical resonator 50 (see FIGS. 1 and 2B) having resonant end faces 50a and 50b is formed, and a first semiconductor laser structure 1A including the first optical resonator 10 is formed. Then, a rod-shaped semiconductor laser bar 121 in which the second semiconductor laser structures 1B including the second optical resonator 50 are alternately arranged is manufactured (FIG. 14B).
続いて、半導体レーザバー１２１の一対の劈開面の双方に、反射膜を形成する。一般的に、半導体レーザ素子の反射膜は、単一の波長（共振波長）が反射率のピークとなるように、２種類の屈折率の材料を交互に積層して反射率を高める。しかし、本実施形態では、第１の半導体レーザ構造１Ａの出力波長（４３０［ｎｍ］以上４８０［ｎｍ］以下）と、第２の半導体レーザ構造１Ｂの出力波長（５００［ｎｍ］以上５５０［ｎｍ］以下）との双方に対して高い反射率を実現するため、それぞれの波長域が反射率のピークとなるように、２種類の反射膜を重ねて形成するとよい。 Subsequently, a reflection film is formed on both of the pair of cleavage surfaces of the semiconductor laser bar 121. In general, the reflection film of a semiconductor laser element increases the reflectance by alternately laminating two kinds of refractive index materials so that a single wavelength (resonance wavelength) has a peak in reflectance. However, in the present embodiment, the output wavelength (430 [nm] or more and 480 [nm] or less) of the first semiconductor laser structure 1A and the output wavelength (500 [nm] or more and 550 [nm] of the second semiconductor laser structure 1B). In order to realize a high reflectance with respect to both of the above and the following), it is preferable to form two types of reflective films so that each wavelength region has a peak reflectance.
続いて、図１４（ｃ）に示すように、第１、第２の半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂの光導波方向に沿って、半導体レーザバー１２１を劈開（二次劈開）する。このとき、一つの素子あたり、第１、第２の半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂが少なくとも一つずつ含まれるように半導体レーザバー１２１を劈開する。これにより、一組の第１、第２の半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂ並びに窒化ガリウム系半導体基板１１を備える半導体レーザ集積素子１（図１，図２を参照）が完成する。 Subsequently, as shown in FIG. 14C, the semiconductor laser bar 121 is cleaved (secondary cleaved) along the optical waveguide direction of the first and second semiconductor laser structures 1A and 1B. At this time, the semiconductor laser bar 121 is cleaved so that at least one of the first and second semiconductor laser structures 1A and 1B is included per element. Thereby, the semiconductor laser integrated device 1 (see FIGS. 1 and 2) including the pair of first and second semiconductor laser structures 1A and 1B and the gallium nitride based semiconductor substrate 11 is completed.
本実施形態の半導体レーザ集積素子１及びその作製方法による効果について説明する。上述した半導体レーザ集積素子１及びその作製方法においては、窒化ガリウム系半導体基板１１の主面１１ａに、光共振器１０，５０が設けられる。主面１１ａと窒化ガリウム系半導体結晶のｃ面とのなす角は４５°以上１３５°以下であり、主面１１ａは非極性面（半極性面または無極性面）である為、これらの面上にインジウムを含む活性層１７，５７を成長させることで、結晶構造の歪みに起因するピエゾ電界を低減するとともに、結晶品質が良好な緑色発光するＩｎＧａＮ層を結晶成長させることが可能となり、発光効率を高めることができる。 The effects of the semiconductor laser integrated device 1 and the manufacturing method thereof according to this embodiment will be described. In the semiconductor laser integrated device 1 and the manufacturing method thereof described above, the optical resonators 10 and 50 are provided on the main surface 11 a of the gallium nitride based semiconductor substrate 11. The angle formed between the main surface 11a and the c-plane of the gallium nitride based semiconductor crystal is 45 ° or more and 135 ° or less, and the main surface 11a is a nonpolar surface (semipolar surface or nonpolar surface). By growing the active layers 17 and 57 containing indium, it is possible to reduce the piezo electric field due to the distortion of the crystal structure and to grow an InGaN layer that emits green light with good crystal quality. Can be increased.
また、上述した半導体レーザ集積素子１及びその作製方法では、一枚の窒化ガリウム系半導体基板１１の主面１１ａ上に活性層１７，５７が設けられるが、上述した作製方法のように、主面１１ａ上において活性層１７，５７を含む半導体積層部１０３，１１１を結晶成長させ、通常の半導体プロセスを用いて半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂを形成することが可能である。したがって、別基板上に成長させた半導体レーザ素子を実装する従来のものと比較して、半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂ同士の位置合わせを精度良く行うことができる。また、活性層１７の発光波長のピーク波長と、活性層５７の発光波長のピーク波長とが互いに異なるので、これらの半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂの出力波長を互いに異ならせることができる。すなわち、本実施形態の半導体レーザ集積素子１及びその作製方法によれば、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂの光軸を精度よく合わせることができる。 Further, in the semiconductor laser integrated device 1 and the manufacturing method thereof described above, the active layers 17 and 57 are provided on the main surface 11a of the single gallium nitride based semiconductor substrate 11, but the main surface as in the manufacturing method described above. It is possible to grow the semiconductor stacked portions 103 and 111 including the active layers 17 and 57 on 11a and to form the semiconductor laser structures 1A and 1B using a normal semiconductor process. Therefore, the semiconductor laser structures 1A and 1B can be accurately aligned as compared with the conventional one in which the semiconductor laser element grown on another substrate is mounted. Moreover, since the peak wavelength of the emission wavelength of the active layer 17 and the peak wavelength of the emission wavelength of the active layer 57 are different from each other, the output wavelengths of these semiconductor laser structures 1A and 1B can be made different from each other. That is, according to the semiconductor laser integrated device 1 and the manufacturing method thereof of the present embodiment, the optical axes of the plurality of semiconductor laser structures 1A and 1B having different output wavelengths can be accurately aligned.
また、本実施形態のように、活性層１７の発光波長のピーク波長が４３０［ｎｍ］以上４８０［ｎｍ］以下であり、活性層５７の発光波長のピーク波長が５００［ｎｍ］以上５５０［ｎｍ］以下であることによって、青色のレーザ光、及び緑色のレーザ光を出力できる半導体レーザ集積素子１を得ることができる。 Further, as in this embodiment, the peak wavelength of the emission wavelength of the active layer 17 is 430 [nm] or more and 480 [nm] or less, and the peak wavelength of the emission wavelength of the active layer 57 is 500 [nm] or more and 550 [nm]. The semiconductor laser integrated element 1 that can output blue laser light and green laser light can be obtained by the following.
また、本実施形態のように、光共振器１０，５０の各光導波方向は、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ軸を主面１１ａ及び裏面１１ｂに投影した方向に沿って延びていることが好ましい。これにより、光導波方向に垂直な劈開面（共振端面）を容易に形成することができる。 Further, as in this embodiment, the optical waveguide directions of the optical resonators 10 and 50 preferably extend along the direction in which the c-axis of the gallium nitride based semiconductor crystal is projected onto the main surface 11a and the back surface 11b. . Thereby, a cleavage plane (resonance end face) perpendicular to the optical waveguide direction can be easily formed.
また、本実施形態のように、活性層５７より発光波長が短い活性層１７を有する第１の半導体積層部１０３を、活性層５７を有する第２の半導体積層部１１１より先にエピタキシャル成長させることが好ましい。このように、インジウム組成が小さく耐熱性が高い活性層１７を先に成長させることで、インジウム組成が大きく耐熱性が低い活性層５７へのダメージを低減できる。 Further, as in the present embodiment, the first semiconductor multilayer portion 103 having the active layer 17 having a light emission wavelength shorter than that of the active layer 57 may be epitaxially grown before the second semiconductor multilayer portion 111 having the active layer 57. preferable. As described above, by growing the active layer 17 having a small indium composition and high heat resistance, damage to the active layer 57 having a large indium composition and low heat resistance can be reduced.
ここで、本実施形態に係る半導体レーザ集積素子１において、アノード電極４５及び８５に電力を供給するためのパッド電極の形態について説明する。 Here, in the semiconductor laser integrated device 1 according to this embodiment, the form of the pad electrode for supplying power to the anode electrodes 45 and 85 will be described.
図１５（ａ）は、アノード電極４５に電力を供給するためのアノード用パッド電極４６ａと、アノード電極８５に電力を供給するためのアノード用パッド電極８６ａとを、それぞれアノード電極４５，８５に対して同じ向きに突出させた様子を示している。これに対し、図１５（ｂ）は、アノード電極４５に電力を供給するためのアノード用パッド電極４６ｂを、アノード用パッド電極８６ａとは逆向きに突出させて、アノード用パッド電極４６ｂ及び８６ａが互いに対向するように配置した様子を示している。アノード用パッド電極を図１５（ｂ）のように配置することで、図１５（ａ）の場合と比較して半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂの各光導波路１２，５２を互いに離すことができるので、発熱による影響を相互に小さくできる。 FIG. 15A shows an anode pad electrode 46a for supplying power to the anode electrode 45 and an anode pad electrode 86a for supplying power to the anode electrode 85 with respect to the anode electrodes 45 and 85, respectively. It shows a state of protruding in the same direction. On the other hand, in FIG. 15B, the anode pad electrode 46b for supplying power to the anode electrode 45 protrudes in the opposite direction to the anode pad electrode 86a, and the anode pad electrodes 46b and 86a It shows a state where they are arranged so as to face each other. By arranging the anode pad electrode as shown in FIG. 15B, the optical waveguides 12 and 52 of the semiconductor laser structures 1A and 1B can be separated from each other as compared with the case of FIG. The influence of heat generation can be reduced mutually.
また、図１６（ａ）は、アノード電極８５に電力を供給するためのアノード用パッド電極８６ｂを、アノード用パッド電極４６ａとは逆向きに突出させて、アノード用パッド電極４６ａとアノード用パッド電極８６ｂとの間に半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂの各光導波路１２，５２が位置するように配置した様子を示している。アノード用パッド電極を図１６（ａ）のように配置することで、図１５（ａ）の場合と比較して半導体レーザ構造１Ａ，１Ｂの各光導波路１２，５２を互いに近づけることができるので、焦点の精度を高め、光軸をより精度よく合わせることができる。 In FIG. 16A, the anode pad electrode 86b for supplying power to the anode electrode 85 protrudes in the direction opposite to the anode pad electrode 46a, and the anode pad electrode 46a and the anode pad electrode A state is shown in which the optical waveguides 12 and 52 of the semiconductor laser structures 1A and 1B are positioned between the optical waveguides 86b and 86b. By arranging the anode pad electrode as shown in FIG. 16A, the optical waveguides 12 and 52 of the semiconductor laser structures 1A and 1B can be made closer to each other as compared with the case of FIG. 15A. The focus accuracy can be increased and the optical axis can be adjusted more accurately.
また、図１６（ｂ）は、アノード電極４５に電力を供給するためのアノード用パッド電極４６ｃの光導波方向の突出位置と、アノード電極８５に電力を供給するためのアノード用パッド電極８６ｃの光導波方向の突出位置とを、互いに干渉しないよう交互に配置した場合を示している。アノード用パッド電極を図１６（ｂ）のように配置することで、半導体レーザ集積素子１の横幅をより小さくでき、小型化が可能となる。 FIG. 16B shows the protruding position of the anode pad electrode 46 c for supplying power to the anode electrode 45 in the optical waveguide direction and the light of the anode pad electrode 86 c for supplying power to the anode electrode 85. The case where the protruding positions in the wave direction are alternately arranged so as not to interfere with each other is shown. By disposing the anode pad electrode as shown in FIG. 16B, the lateral width of the semiconductor laser integrated element 1 can be further reduced, and the size can be reduced.
なお、アノード用パッド電極４６ａ〜４６ｃ及び８６ａ〜８６ｃの好適な幅は例えば１００［μｍ］である。このような幅を有することにより、ボンディングワイヤを導波路にかからないように形成できる。 The preferred width of the anode pad electrodes 46a to 46c and 86a to 86c is, for example, 100 [μm]. By having such a width, the bonding wire can be formed so as not to cover the waveguide.
１…半導体レーザ集積素子、１Ａ…第１の半導体レーザ構造、１Ｂ…第２の半導体レーザ構造、１０…第１の光共振器、１０ａ，１０ｂ…共振端面、１１，１０１…窒化ガリウム系半導体基板、１１ａ，１０１ａ…主面、１１ｂ，１０１ｂ…裏面、１２，５２…光導波路、１３…ｎ型半導体層、１５，５５…ｎ型クラッド層、１７，５７…活性層、１９，５９…ｐ型クラッド層、２１，６１…第１光ガイド層、２３，６３…第２光ガイド層、２７，６７…電子ブロック層、３１，７１…第１の層、３３，７３…第２の層、３５，７５…第１の層、３７，７７…第２の層、４１，８１…ｐ型コンタクト層、４５，８５…アノード電極、４６ａ〜４６ｃ，８６ａ〜８６ｃ…アノード用パッド電極、４７…絶縁膜、５０…第２の光共振器、５０ａ，５０ｂ…共振端面、９９…カソード電極、１０３…第１の半導体積層部、１１１…第２の半導体積層部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser integrated element, 1A ... 1st semiconductor laser structure, 1B ... 2nd semiconductor laser structure, 10 ... 1st optical resonator, 10a, 10b ... Resonance end face, 11, 101 ... Gallium nitride system semiconductor substrate 11a, 101a ... main surface, 11b, 101b ... back surface, 12, 52 ... optical waveguide, 13 ... n-type semiconductor layer, 15, 55 ... n-type cladding layer, 17, 57 ... active layer, 19, 59 ... p-type Cladding layer, 21, 61... First light guide layer, 23, 63... Second light guide layer, 27, 67... Electron blocking layer, 31, 71... First layer, 33, 73. 75, first layer, 37, 77, second layer, 41, 81, p-type contact layer, 45, 85, anode electrode, 46a-46c, 86a-86c, pad electrode for anode, 47, insulating film 50 ... second optical resonator, 50a, 0b ... resonance end face, 99 ... cathode electrode, 103 ... first stacked semiconductor layer, 111 ... second semiconductor lamination portion.
Claims (12)
前記窒化ガリウム系半導体基板の前記主面上に設けられ、一対の共振端面を有する第１の光共振器と、
前記窒化ガリウム系半導体基板の前記主面上に設けられ、一対の共振端面を有し、前記第１の光共振器の光導波方向に沿った方向を光導波方向として前記第１の光共振器の光導波方向と交差する方向に並設された第２の光共振器と
を備え、
前記窒化ガリウム系半導体基板の前記主面と、窒化ガリウム系半導体結晶のｃ面とのなす角が４５°以上１３５°以下であり、
前記第１の光共振器は、前記窒化ガリウム系半導体基板の前記主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第１の活性層を有しており、
前記第２の光共振器は、前記窒化ガリウム系半導体基板の前記主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第２の活性層を有しており、
前記第１の活性層の発光波長のピーク波長と、前記第２の活性層の発光波長のピーク波長とが互いに異なることを特徴とする、半導体レーザ集積素子。 A gallium nitride based semiconductor substrate having a main surface;
A first optical resonator provided on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate and having a pair of resonance end faces;
The first optical resonator provided on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate, having a pair of resonance end faces, and having a direction along the optical waveguide direction of the first optical resonator as an optical waveguide direction A second optical resonator arranged in parallel in a direction crossing the optical waveguide direction of
An angle formed by the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate and the c plane of the gallium nitride based semiconductor crystal is 45 ° or more and 135 ° or less,
The first optical resonator has a first active layer containing indium epitaxially grown on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate,
The second optical resonator has a second active layer containing indium epitaxially grown on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate,
The semiconductor laser integrated device, wherein a peak wavelength of an emission wavelength of the first active layer and a peak wavelength of an emission wavelength of the second active layer are different from each other.
互いに間隔をあけて所定方向に並ぶ複数のエッチングマスクを前記第１の半導体積層部上に形成する工程と、
前記第１の半導体積層部に対し、前記エッチングマスクを介してエッチング処理を行い、前記第１の活性層を含む前記第１の半導体積層部の部分を選択的に除去する工程と、
前記窒化ガリウム系半導体基板の前記主面上において前記第１の半導体積層部が部分的に除去された領域上に、インジウムを含む第２の活性層を有する第２の半導体積層部を選択的にエピタキシャル成長させる工程と、
前記第１の半導体積層部に第１の光導波路構造を形成するとともに、前記第２の半導体積層部に第２の光導波路構造を形成する工程と、
前記窒化ガリウム系半導体基板を劈開して、前記第１の光導波路構造と一対の共振端面とを有する第１の光共振器、及び前記第２の光導波路構造と一対の共振端面とを有する第２の光共振器を形成する工程と
を備え、
前記第１の活性層の発光波長と、前記第２の活性層の発光波長とが互いに異なることを特徴とする、半導体レーザ集積素子の作製方法。 A first active material containing indium on the main surface of the gallium nitride semiconductor substrate having a main surface, and an angle formed by the main surface and the c-plane of the gallium nitride semiconductor crystal is not less than 45 ° and not more than 135 °. Epitaxially growing a first semiconductor stack having a layer;
Forming a plurality of etching masks arranged in a predetermined direction at intervals on the first semiconductor stacked portion;
Etching the first semiconductor multilayer portion through the etching mask and selectively removing a portion of the first semiconductor multilayer portion including the first active layer;
A second semiconductor stacked portion having a second active layer containing indium is selectively formed on a region where the first semiconductor stacked portion is partially removed on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate. An epitaxial growth step;
Forming a first optical waveguide structure in the first semiconductor stack and forming a second optical waveguide structure in the second semiconductor stack;
A first optical resonator having the first optical waveguide structure and a pair of resonant end faces, and a second optical waveguide structure and a pair of resonant end faces, cleaved from the gallium nitride based semiconductor substrate. Forming a second optical resonator,
A method of manufacturing a semiconductor laser integrated device, wherein an emission wavelength of the first active layer and an emission wavelength of the second active layer are different from each other.
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|---|---|---|---|---|
| JP2013021123A (en) * | 2011-07-11 | 2013-01-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor laser integrated element and semiconductor laser device |
| JP2014082263A (en) * | 2012-10-15 | 2014-05-08 | Kyoto Univ | Semiconductor laser element |
| JP2015084448A (en) * | 2010-05-24 | 2015-04-30 | ソラア レイザー ダイオード インク | System and method of multiwavelength laser device |
| US9711941B1 (en) | 2008-07-14 | 2017-07-18 | Soraa Laser Diode, Inc. | Methods and apparatus for photonic integration in non-polar and semi-polar oriented wave-guided optical devices |
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Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9711941B1 (en) | 2008-07-14 | 2017-07-18 | Soraa Laser Diode, Inc. | Methods and apparatus for photonic integration in non-polar and semi-polar oriented wave-guided optical devices |
| US10205300B1 (en) | 2009-05-29 | 2019-02-12 | Soraa Laser Diode, Inc. | Gallium and nitrogen containing laser diode dazzling devices and methods of use |
| JP2015084448A (en) * | 2010-05-24 | 2015-04-30 | ソラア レイザー ダイオード インク | System and method of multiwavelength laser device |
| JP2013021123A (en) * | 2011-07-11 | 2013-01-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor laser integrated element and semiconductor laser device |
| US10630050B1 (en) | 2012-02-17 | 2020-04-21 | Soraa Laser Diode, Inc. | Methods for photonic integration in non-polar and semi-polar oriented wave-guided optical devices |
| US10090638B1 (en) | 2012-02-17 | 2018-10-02 | Soraa Laser Diode, Inc. | Methods and apparatus for photonic integration in non-polar and semi-polar oriented wave-guided optical devices |
| US11201452B1 (en) | 2012-02-17 | 2021-12-14 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Systems for photonic integration in non-polar and semi-polar oriented wave-guided optical devices |
| US11677213B1 (en) | 2012-02-17 | 2023-06-13 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Systems for photonic integration in non-polar and semi-polar oriented wave-guided optical devices |
| JP2014082263A (en) * | 2012-10-15 | 2014-05-08 | Kyoto Univ | Semiconductor laser element |
| US11239637B2 (en) | 2018-12-21 | 2022-02-01 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Fiber delivered laser induced white light system |
| US11421843B2 (en) | 2018-12-21 | 2022-08-23 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Fiber-delivered laser-induced dynamic light system |
| US11594862B2 (en) | 2018-12-21 | 2023-02-28 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Fiber delivered laser induced white light system |
| US11788699B2 (en) | 2018-12-21 | 2023-10-17 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Fiber-delivered laser-induced dynamic light system |
| US11884202B2 (en) | 2019-01-18 | 2024-01-30 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Laser-based fiber-coupled white light system |
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