JP3487251B2 - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子Info
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Description
に係り、特に光情報処理分野においてキンクのない高出
力での連続発振が可能なレーザ素子に関する。
の情報を記憶するファイ装置が必要とされ、短波長のレ
ーザ光源は、DVD等の大容量メディアの光源として、
通信用等の光源として切望されている。本出願人は、窒
化物半導体レーザ素子で、波長403.7nmのシング
ルモードでの室温における連続発振1万時間以上を達成
したことを発表した。
振を達成した窒化物半導体レーザ素子の次なる課題とし
ては、その実用化、更に応用分野の拡大のため、素子の
高出力化が重要な課題であり、その上で安定した連続発
振と長寿命を実現しなければならない。
として、記録再生を可能にする光出力が必要であり、発
振横モードが安定している必要がある。具体的には、記
録再生時の光出力として、5mWと30mWでの発振が
必要とされ、その発振で電流−光出力特性においてキン
クのないものが必要とされる。
光出力を増加させていくと、素子の電流−光出力特性に
おいて、発振開始後線形領域に続いて、横モードが不安
定化することによるキンクが一般に存在する。レーザ素
子の実用化のためには、レーザ素子を発振開始後から3
0mWまでの光出力領域において、キンクのない安定し
た基本単一横モードを得なければならず、更に長時間の
発振可能としなければならない。
みてなされたものであり、光出力の比較的低い領域から
高い領域に至る範囲で、基本モードでの横モードが安定
した発振がなされ、その範囲で電流−光出力特性におい
てキンクが発生しない、半導体レーザ素子を提供するも
のである。
で、上記課題を解決するものである。
導体を含むp側クラッド層と、その上に第2のp型窒化
物半導体を含むp側コンタクト層とが少なくとも順に積
層され、該積層されたp側コンタクト層側からエッチン
グされて、ストライプ状の導波路領域が設けられた窒化
物半導体レーザ素子であって、前記エッチングにより設
けられたストライプの幅が、1〜3μmの範囲であり、
前記エッチングの深さが、活性層よりも上で、前記p側
クラッド層の膜厚が0.1μmとなる位置よりも下であ
り、前記エッチングにより露出されたストライプの両側
面及びその外側に連続した窒化物半導体の平面に窒化物
半導体よりも屈折率の小さい絶縁膜有し、該絶縁膜上及
び前記リッジ上のp型コンタクト層上に渡る領域にp電
極を有し、該p電極上に、取り出し電極を設けるための
領域以外に誘電体保護膜を有することを特徴とする窒化
物半導体レーザ素子。このようなストライプの幅、深さ
でもって形成された導波路は、基本モードにおける安定
した横モードでの発振を可能にし、広い範囲での光出力
においてキンクの発生がなく、長時間の連続発振が可能
な半導体レーザ素子となる。
ストライプの両側面及びその側面に連続した窒化物半導
体の平面に、Si酸化物以外の絶縁膜が形成され、該絶
縁膜を介して前記ストライプの最上層である前記p側コ
ンタクト層表面に電極が形成されていることである。こ
の窒化物半導体レーザ素子は、正電極とp側クラッド層
間の絶縁性が高く、特に光出力が高くなる、すなわち駆
動電流高くなるにつれてその効果は顕著となる傾向にあ
り、リーク電流が少なく信頼性の高い素子となる。
ある窒化物半導体レーザ素子は、光出力の高い領域、例
えば5mWを超える領域において、横モードの安定した
屈折率導波構造となり、基本(単一)モードでの発振が
更に良好になり、光出力の広い範囲においてキンクの発
生のない発振が可能である。
て、具体的には、Ti、V、Zr、Nb、Hf、Taよ
りなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸
化物、SiN、BN、SiC、AlNの内の少なくとも
一種からなることにより、高い領域での素子信頼性が確
保される。
の導波路領域は、以下の工程を具備することにより形成
されることで、極めて精度良く、歩留まりも良好な窒化
物半導体レーザ素子が得られる。その方法とは、第1の
p型窒化物半導体を含むp側クラッド層の上に、第2の
p型窒化物半導体を含むp側コンタクト層を積層した
後、そのp側コンタクト層の表面に、ストライプ状の第
1の保護膜を形成する第1の工程と、第1の保護膜を介
して、該第1の保護膜が形成されていない部分の窒化物
半導体をエッチングして、保護膜直下部分にストライプ
状の導波路領域を形成する第2の工程と、第2の工程
後、第1の保護膜と異なる材料であって、絶縁性を有す
る第2の保護膜を、ストライプ導波路の側面及びエッチ
ングされて露出した窒化物半導体層の平面に形成する第
3の工程と、第3の工程後、第1の保護膜を除去し、そ
の後、第2の保護膜上及び前記p側コンタクト層表面に
p電極を形成し、そのp電極上に、取り出し電極を設け
るための領域以外に誘電体保護膜を有する第4の工程と
を具備するものである。この時、後述するように、第3
の保護膜を用いて第1の保護膜を所望の形状に形成して
も良い。
波路領域を形成するためのエッチングとは、例えば図1
の断面図で示すようなリッジ導波路のことであり、p側
クラッド層、p側コンタクト層以下詳しく説明する。
層の上に、少なくともp側クラッド層、p側コンタクト
層が順に積層されたものであって、p側コンタクト層側
からエッチングすることでストライプ状の導波路領域が
形成されたものである。
の間には、特に何も設けられている必要はないが、通常
後述する実施例に示すように、ガイド層、及び/又はキ
ャップ層などが設けられいる。活性層の上に直接p側ク
ラッド層が形成されている場合には、p側クラッド層と
活性層との界面からp側クラッド層の膜厚が0.1μm
となる位置の間で、エッチングしてストライプ状の導波
路領域が設けられる。また、p側クラッド層と活性層と
の間に、上述したガイド層、キャップ層などの層が設け
られている場合には、p側クラッド層の膜厚が0.1μ
mとなる位置より下で、発光層よりも上であれば、p側
クラッド層と活性層との間にある層までエッチングされ
ていても良い。この時、図10に観るように、寿命特性
において、活性層に近い位置で急激に素子寿命が悪化す
る場合には、それを回避できる深さで導波路領域が形成
されることがよく、図のような素子構造では、p側キャ
ップ層に達しない深さで導波路領域を形成する。また、
活性層としては、単一若しくは多重量子井戸構造からな
る活性層であっても良く、この層にはn型若しくはp型
不純物がドープされていても良い。組成としては、活性
層若しくはそれを構成する量子井戸構造の井戸層として
InGaNが好ましく用いられる。
間に、光ガイド層、キャップ層を設ける具体的な実施形
態としては、後述の変形例1〜3、図11〜13に示す
ものがある。光ガイド層は、活性層を挟む構造で、p型
導電層側、n型導電層側にそれぞれ設けられ、この両光
ガイド層で挟まれる領域でもって、光導波路領域を成す
ものである。この時、導波路の膜厚としては、具体的に
は6000Å以下とし、発振閾値電流の急激な増大を抑
制し、好ましくは4500Å以下とすることで、低く抑
えられた発振閾値電流で、基本モード、長寿命での連続
発振が可能となる。また、両光ガイド層として具体的に
は、ほぼ同じ膜厚で、500Å以上2000Å以下で形
成する。更に、光ガイド層としては、窒化物半導体から
なり、その外側に設けられるクラッド層と比較して、導
波路形成に十分なエネルギーバンドギャップを有してい
ればよく、単一の膜、多層膜のどちらでも良い。p側光
ガイド層として具体的には、発振波長が370〜470
μmではアンドープのGaNを用い、比較的長波長な領
域(450μm以上)では、InGaN/GaNの多層
膜構造を用いることである。n側光ガイド層として具体
的には、p側光ガイド層と同様に、活性層のエネルギー
バンドギャップを考慮して、GaN、InGaNを用
い、アンドープのGaN、活性層に近づくに従いIn混
晶比を小さくしたInGaNとGaNとを交互に積層し
た多層膜がある。
ましくは活性層とp側光ガイド層との間に設けられるp
側キャップ層としては、閾値電流の低下により容易な発
振に寄与し、活性層へのキャリアの閉込めとしても機能
する層であり、具体的にはAlGaNを用いる。このp
側キャップ層にAlGaNを用いる場合には、好ましく
はp型不純物をドープしたものとすることで上記機能を
有し得るが、ノンドープであっても上記キャリアの閉込
めとして機能する傾向にある。また、膜厚としては、5
00Å以下で形成し、AlxGa1-xNの組成としては、
xが0以上、好ましくは0.2以上とする事で上記効果
が十分に期待できる。(p側クラッド層)本発明におい
てp側クラッド層としては、光を閉じ込めるのに十分な
屈折率差が設けられていれば良く、Alを含む窒化物半
導体層が好ましく用いられる。また、この層は、単一若
しくは多層膜であっても良く、具体的には実施例に示す
ように、AlGaNとGaNとを交互に積層した超格子
構造であっても良い。さらに、この層は、p型不純物が
ドープされていても良いし、アンドープであっても良
い。なお、発振波長が長波長の430〜550nmのレ
ーザ素子では、このクラッド層はp型不純物をドープし
たGaNが好ましい。(p側コンタクト層)本発明にお
いてp側コンタクト層は、p側クラッド層の上に形成さ
れ、電極との良好なオーミック接触が得られるように形
成される。
の幅が1〜3μmの範囲に調整することで、基本(単
一)モードで安定した横モードでの発振が可能となる。
ストライプの幅が、1μm未満であるとストライプの形
成が困難となり、3μm以上であると横モードが多モー
ドになる傾向にあり、上述の範囲外にあると安定した横
モードにはならない傾向にある。好ましくは1.2〜2
μmの範囲に調整することで、更に光出力の高い領域で
の横モードの安定性が増加する。
詳しく説明する。ストライプ状の導波路領域を形成する
際のエッチング深さとしては、活性層よりも上で、前記
p側クラッド層の活性層側からの膜厚が0.1μmとな
る位置よりも下であることである。詳しくは、エッチン
グによりストライプ導波路領域が形成され、そのストラ
イプの両側面と連続した窒化物半導体平面の位置がエッ
チング深さを指すものである。このエッチングにより露
出された窒化物半導体平面が、膜厚方向において、p側
クラッド層の膜厚が0.1μmになる位置よりも下(活
性層方向)で、活性層よりも上(p側コンタクト層方
向)に位置する様にすることである。すなわち、このエ
ッチングは、p側クラッド層の下側端面からp側コンタ
クト層方向に0.1μmとなる位置よりも深く(活性層
方向)、活性層が露出されない深さでなされ、ストライ
プ状の導波路領域が形成される。なお、本発明におい
て、p側クラッド層の膜厚が0.1μmとなる位置より
下とは、0.1μmとなる位置を含むものである。この
ように、エッチングにより活性層に達しない深さで導波
路が形成されることにより、素子寿命が大幅に向上し、
特に光出力の大きい領域、具体的には5mWを超えるよ
うな領域において顕著であり、長時間の発振が可能とな
るからである。また、p側クラッド層の膜厚方向(p側
コンタクト層方向)0.1μmよりも活性層側まで、エ
ッチングして上記ストライプを形成することにより、光
出力の広い範囲において、具体的には数十mWまでの範
囲において、安定した横モードでの発振ができ、この範
囲でもってキンクのない電流−光出力特性が得られる。
ストライプの幅、エッチング深さにある本発明のレーザ
素子は、レーザの発振開始から光出力の比較的大きい領
域まで、キンクの発生のない安定した単一基本横モード
での発振が可能であり、さらに素子寿命も出力5mWで
一万時間を超えるなど実用の可能な程度のもの、また3
0mWで千時間を超えるものがあるなど良好な寿命特性
のレーザ素子となる。
導波路領域形成時のエッチングにより露出されるもので
あり、その露出面はストライプ側面に連続して窒化物半
導体平面が形成される。従って、上記窒化物半導体平面
の位置は、ストライプ状の導波路領域形成時のエッチン
グ深さを示すものである。
クラッド層の膜厚が0.1μmとなる位置とは、p側ク
ラッド層の(活性層側)下端面からp側コンタクト層方
向に0.1μmの位置であり、p側クラッド層の成長を
始める表面から膜厚0.1μmとなる位置のことであ
り、上記導波路領域におけるp側クラッド層の膜厚が
0.1μm以下となる位置に上記露出された窒化物半導
体平面が形成されることである。この時、p側クラッド
層において、活性層とp側クラッド層との間の層は、特
に限定されず、両者の層が接していても良く、後述する
実施例に示すようにp側キャップ層、p側光ガイド層等
を設けてあるような、離間した構造であっても良い。
れている場合には、エッチング深さをp側クラッド層の
活性層側にある下端面、p側キャップ層、p側光ガイド
層等の隣接する層との界面、に僅かに達しない程度の深
さで行うことにより、30mWの高い光出力において、
千時間の素子寿命を達成するようなレーザ素子が得られ
易い傾向にあり好ましい。この時、具体的なエッチング
深さとしては、p側クラッド層の膜厚、若しくはp側ク
ラッド層がガイド層の上に接して設けられている場合に
はガイド層から上記露出された窒化物半導体平面までの
深さが、0.05μm未満となる深さでそのような傾向
が確認されている。
も良く、その場合単一量子井戸、多重量子井戸のどれで
も良く、この時活性層よりも上に位置するとは、量子井
戸構造を構成し最後に形成される障壁層/井戸層に続い
て形成される層との間に少なくとも達しない深さであ
る。
振器長としては、400〜900μmの範囲であれば、
前後のミラーの反射率を制御することで、駆動電流を低
くすることができ、好ましい。
は、Si酸化物以外の絶縁膜を前記エッチングにより露
出されたストライプの両側面及びその側面に連続した窒
化物半導体の平面に形成し、該絶縁膜を介して前記スト
ライプの最上層である前記p側コンタクト層表面に電極
が形成されていることで信頼性の高いものとなる。これ
は、通常用いられるSiO2の絶縁膜では、十分に絶縁
性が確保された状態での形成が困難な傾向にあったから
である。このため得られる素子は、閾値の上昇などがみ
られ、素子の信頼性を損ねるものがあった。しかし、上
記Si酸化物以外の絶縁膜を用いることで、このような
問題が解決され、更にまた、上述した横モードの安定性
にも好適に影響する傾向にある。Si酸化物以外の絶縁
膜として、具体的には、Ti、V、Zr、Nb、Hf、
Taよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を
含む酸化物、BN、SiC、AlNの内の少なくとも一
種からなる絶縁膜とすることで、良好な素子信頼性のレ
ーザ素子が得られる。更に、後述する方法でストライプ
が形成されることにより、上述した範囲のストライプ状
導波路が精度良く形成される。この時、絶縁膜の厚さと
しては、500〜5000Å程度であれば十分である。
波路領域を有するレーザ素子とすることで、良好な素子
特性となるものであり、更にそのストライプは以下の方
法により形成することで、本発明のレーザ素子における
ストライプ状の導波路領域が精度良く、且つ歩留まり良
く製造できる。以下、その製造方法について詳述する。
り形成されるストライプの形状は、特に限定されず、断
面図において図1に示すようにエッチングが深くなるに
伴い幅が広がる順メサ形状であっても良いし、これとは
逆に幅が狭くなる逆メサ形状、若しくは幅がほぼ一定の
形状のどれでも良い。好ましくは、順メサ形状にするこ
とであり、こうすることで横モードが安定して基本モー
ドになる傾向にある。
同一面側に正・負一対の電極を形成する場合には、負電
極を形成するn側コンタクト層を露出させるため、その
深さまでエッチングを行い、その後ストライプ状の導波
路領域を形成するエッチングを行う。 (ストライプ状導波路領域の形成方法)図3は、本発明
の電極形成方法の工程を説明するための、窒化物半導体
ウェーハを示す模式的な断面図であり、エッチングによ
り形成したストライプ導波路に対し垂直方向、即ち共振
面に対して平行方向で切断した際の図を示している。本
発明の第1の工程では図3(c)に示すように、最上層
にあるp側コンタクト層13の上にストライプ状の第1
の保護膜61を形成する。
ず、窒化物半導体のエッチング速度と差がある材料であ
ればどのような材料でも良い。例えばSi酸化物(Si
O2を含む)、フォトレジスト等が用いられ、好ましく
は、後に形成する第2の保護膜との溶解度差を設けるた
めに、第2の保護膜よりも酸に対して溶解されやすい性
質を有している材料を選択する。酸としてはフッ酸を好
ましく用い、そのためフッ酸に対して溶解しやすい材料
として、Si酸化物を好ましく用いる。第1の保護膜の
ストライプ幅(W)としては3μm〜1μmに調整す
る。第1の保護膜61のストライプ幅が、おおよそ導波
路領域のストライプ幅に相当する。
1を形成するための具体的な工程を示すものである。即
ち、図3(a)に示すように、第1の保護膜61をp側
コンタクト層13の表面のほぼ全面に形成し、次にその
第1の保護膜61の上にストライプ状の第3の保護膜6
3を形成する。その後、図3(b)に示すように、その
第3の保護膜63をつけたまま、第1の保護膜61をエ
ッチングした後、第3保護膜63を除去すれば、図3
(c)に示すようなストライプ状の第1の保護膜61を
形成することができる。なお第3の保護膜63をつけた
ままエッチングガス、若しくはエッチング手段等を変え
て、p側コンタクト層13側からエッチングすることも
できる。
の第1の保護膜61を形成するにはリフトオフ法を用い
ることもできる。即ち、ストライプ状の孔が開いた形状
のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストの上か
ら全面に第1の保護膜を形成し、その後フォトレジスト
を溶解除去することにより、p側コンタクト層と接触し
ている第1の保護膜のみを残す手段である。なおリフト
オフ法でストライプ状の第1の保護膜を形成するより
も、前記図3(a)、(b)のようにエッチングにより
形成する方が端面がほぼ垂直で形状が整ったストライプ
が得られやすい傾向にある。
示すように、第1の保護膜61を介して、該第1の保護
膜61が形成されていない部分のp側コンタクト層13
からエッチングして、第1の保護膜61の直下部分に保
護膜の形状に応じたストライプ状の導波路領域を形成す
る。エッチングを行う場合、エッチストップをどの位置
にするかでレーザ素子の構造、特性が異なってくる。
(反応性イオンエッチング)のようなドライエッチング
を用いる場合、第1の工程で多用するSi酸化物よりな
る第1の保護膜をエッチングするには、CF4のような
フッ素化合物系のガスを用いることが望ましく、第2の
工程では窒化物半導体をエッチングするには他のIII−
V族化合物半導体で良く用いられている、Cl2、CC
l4、SiCl4のような塩素系のガスを用いると、Si
酸化物との選択比が大きくできるため望ましい。
うに、第1の保護膜61と異なる材料であって、絶縁性
を有する第2の保護膜62を、ストライプ状の導波路の
側面と、エッチングされて露出した窒化物半導体層(図
3eでは、p側クラッド層12)の平面とに形成する。
第1の保護膜61は第2の保護膜62と異なる材料より
なるため、エッチング手段に対して、第2の保護膜と選
択性を有している。そのため、後に第1の保護膜61の
みを、例えばフッ酸で除去すると、次の図3(f)に示
すような、p型クラッド層12の表面(エッチングによ
り露出された窒化物半導体の平面)とストライプの側面
との両方に連続した第2の保護膜62を形成することが
できる。第2の保護膜を連続して形成することにより、
高い絶縁性を保持できる。しかも第1の保護膜61の上
から連続して第2の保護膜62を形成すると、p側クラ
ッド層12の上に均一な膜厚で形成できるため、膜厚の
不均一が起こりにくく、膜厚の不均一に起因する電流の
集中も発生しなくなる。なお、第2の工程においてエッ
チストップをp側クラッド層12の途中としているた
め、図3(e)では第2の保護膜62はp側クラッド層
の平面に形成されるが、エッチストップをp側クラッド
層12よりも下にすると、当然第2の保護膜はそのエッ
チストップした窒化物半導体層の平面に形成されること
は言うまでもない。
の材料、好ましくはTi、V、Zr、Nb、Hf、Ta
よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む
酸化物、SiN、BN、SiC、AlNの内の少なくと
も一種で形成することが望ましく、その中でもZr、H
fの酸化物、BN、SiCを用いることが特に好まし
い。これらの材料はフッ酸に対しても多少溶解する性質
を有しているものもあるが、レーザ素子の絶縁層にすれ
ば埋め込み層としてSiO2よりもかなり信頼性が高く
なる傾向にある。またPVD、CVDのような気相で成
膜した酸化物系薄膜は、その元素と酸素とが当量反応し
た酸化物となりにくいので、酸化物系薄膜の絶縁性に対
する信頼性が不十分となりにくい傾向にあるが、本発明
で選択した前記元素のPVD、CVDによる酸化物、B
N、SiC、AlNはSi酸化物よりも絶縁性に対して
信頼性に優れている傾向にある。しかも酸化物の屈折率
を窒化物半導体よりも小さいもの(例えばSiC以外の
もの)を選択すると、レーザ素子の埋め込み層として非
常に都合がよい。さらにまた、第1の保護膜61をSi
酸化物とすると、Si酸化物に対して、フッ酸による選
択性を有しているため、図3(e)に示すようにストラ
イプ導波路の側面、そのストライプが形成されている平
面(エッチストップ層)、及び第1の保護膜61の表面
に連続して形成すると、リフトオフ法により、第1の保
護膜61のみを除去すると、図3(f)に示すような、
平面に対して膜厚が均一な第2の保護膜62を形成する
ことができる。
に示すように、第1の保護膜61を除去する。その後
に、次に図3(g)に示すように、第2の保護膜62と
p側コンタクト層13の上に、そのp側コンタクト層と
電気的に接続したp電極を形成する。本発明では、先に
第2の保護膜を先に形成しているために、このp電極を
形成する際に、ストライプ幅の狭いコンタクト層のみに
形成する必要がなく、大面積で形成できる。しかも、オ
ーミック接触を兼ねた電極材料を選択してオーミックと
ボンディング用の電極を兼ねた電極とを一緒に形成でき
る。
状の導波路領域を形成する場合、ウェットエッチングで
はエッチングが難しいため、ドライエッチングが用いら
れる。ドライエッチングでは、第1の保護膜と窒化物半
導体との選択性が重要視されるため、第1の保護膜とし
てSiO2が用いられる。しかしながらSiO2をエッチ
ストップした層の平面に形成する第2の保護膜にも使用
することは、絶縁性が不十分であり、また第1の保護膜
と同一材料であるので、第1の保護膜のみを除去するこ
とが困難となる。そのため、本発明では、第2の保護膜
をSiO2以外の材料とすると、第1の保護膜との選択
性が得られる、しかも第2の保護膜形成後は窒化物半導
体をエッチングしないため、第2の保護膜は、窒化物半
導体とのエッチング速さに関して、問題とされない。
負の電極を設ける構造を示しているが、対向する位置に
両電極を設ける構造であってもよいことはいうまでもな
い。
けるストライプ幅若しくはエッチング深さに対する素子
特性変化は、実施例1のレーザ素子をもとに測定された
ものであるが、本発明はこれに限定されないことはいう
までもない。
μm残る深さで、すなわち実施例2に相当するエッチン
グがなされストライプ状の導波路領域が形成された場合
において、ストライプ幅と横モードの安定性を示すもの
である。ここで、良品率とは、発振を確認した素子の
内、5mWで基本単一横モード発振が可能な素子の割合
を示すものである。図から明らかなように、2〜3μm
の範囲で良品率が急激に低下し、3μmを超えるとほぼ
良品率がゼロとなる。また、良品率が高く、図の曲線が
比較的平坦になる領域(1.2〜2.0μm)では、横
モードの安定した好ましいレーザ素子が得られ、光出力
を増加させると、曲線の形状は変化する(平坦性が崩れ
る)ものの、上記1.2〜2.0μmの範囲以外の領域
に比べて、良品率の高い領域である傾向は維持される。
従って、1.2〜2.0μmの範囲では、安定した単一
横モードのレーザ素子となる。更に、ストライプ幅を狭
くすると、良品率は減少する傾向にあり、1μmより狭
くてもこの傾向は持続される。ストライプ幅が1μm未
満では、精度良くストライプ状の導波路領域が形成され
ず、このことはストライプ形状の不安定性にもつながる
ため、横モードの安定性が損なわれ、良品率も大幅に低
下する傾向にある。
横モード安定性、駆動電流変化、寿命特性を示す。図8
から明らかなように、p側クラッド層の膜厚0.1μm
よりも活性層方向に深くエッチングすることで、安定し
た単一横モード発振のレーザ素子が高い割合で得られ
る。また、エッチング深さが、p側クラッド層の膜厚が
0.1μmとなる厚さ以上であると、キンクの発生が急
激に起こり、大幅に良品率が減少していることもわか
る。ここで、良品率とは図7と同様に、発振を確認した
素子の内、5mWで基本単一横モード発振が可能な素子
の割合を示すものであり、この時の導波路領域のストラ
イプ幅は1.8μmであった。
すもので、この時ストライプ状の導波路領域は幅1.8
μmである。図から明らかなように、p側光ガイド層か
ら深いところ(活性層側)では50mAで一定である
が、p側光ガイド層から膜厚0.1μm付近のp側クラ
ッド層まで緩やかに電流値が上昇し、p側クラッド層の
膜厚0.1μm超えるエッチング深さで急激に電流値が
上昇している。更に、エッチング深さが、p側クラッド
層の膜厚が厚くなる方向にあるレーザ素子では、p側ク
ラッド層の膜厚0.25μm以上では30mWの光出力
が得られなくなる。
深さに対するレーザ寿命を示すもので、エッチングがp
側光ガイド層とp側キャップ層との界面付近の深さで、
レーザ寿命は大幅に低下し、活性層に達する深さでスト
ライプ状の導波路領域が形成されると、素子寿命に多大
に悪影響を及ぼすことを示している。この時、この図に
示すような素子構造のレーザ素子では、p側キャップ層
に達しない深さでエッチングが行われる方がよい。ま
た、この活性層よりも浅いp側光ガイド層、p側クラッ
ド層の膜厚0.1μm付近まで良好な寿命特性を示して
おり、更に好ましい領域として図に観るように、p側光
ガイド層とp側クラッド層との界面付近からp側クラッ
ド層の膜厚が僅かな領域で良好な寿命特性を示す。すな
わち、エッチングにより露出されるp側クラッド層の膜
厚を0.1μm以下とし、更に好ましくは、p側クラッ
ド層が僅かに残るか、ほぼ除去される深さでエッチング
されると、良好な寿命特性が得られることを示すもので
ある。p側クラッド層の膜厚が0.1μmより厚くなる
深さであると、寿命特性は急激に低下する。
素子の構造では、p側キャップ層は、活性層に含まれな
いが、図10に観るように、寿命特性を考慮するとエッ
チング深さをp側キャップ層に達しない深さで形成する
ことが好ましい。 [実施例1]図2は本発明の一実施例に係るレーザ素子
の構造を示す模式的な断面図でありストライプ導波路に
垂直な方向で切断した際の図を示すものである。以下、
この図を基に実施例1について説明する。
半導体と異なる異種基板を用いているが、GaN基板な
どの窒化物半導体からなる基板を用いても良い。ここ
で、異種基板としては、例えば、C面、R面、及びA面
のいずれかを主面とするサファイア、スピネル(MgA
12O4のような絶縁性基板、SiC(6H、4H、3C
を含む)、ZnS、ZnO、GaAs、Si、及び窒化
物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を
成長させることが可能で従来から知られており、窒化物
半導体と異なる基板材料を用いることができる。好まし
い異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられ
る。また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、
この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると
窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長さ
せるため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、
異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物半導
体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除
去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成
してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を除去
する方法でも良い。 (バッファ層2)1インチφ、C面を主面とするサファ
イアよりなる異種基板1をMOVPE反応容器内にセッ
トし、温度を500℃にして、トリメチルガリウム(T
MG)、アンモニア(NH3)を用い、GaNよりなる
バッファ層を200Åの膜厚で成長させる。 (窒化物半導体層(下地層)4)バッファ層成長後、温
度を1050℃にして、TMG、アンモニアを用い、ア
ンドープGaNよりなる窒化物半導体層4を4μmの膜
厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の
成長において下地層として作用する。 (n側コンタクト層5)次に、アンモニアとTMG、不
純物ガスとしてシランガスを用い、窒化物半導体基板1
の上に、1050℃でSiを3×1018/cm3ドープし
たGaNよりなるn側コンタクト層5を4μmの膜厚で
成長させる。 (クラック防止層6)次に、TMG、TMI(トリメチ
ルインジウム)、アンモニアを用い、温度を800℃に
してIn0.06Ga0.94Nよりなるクラック防止層6を
0.15μmの膜厚で成長させる。なお、このクラック
防止層は省略可能である。 (n側クラッド層7)続いて、1050℃でTMA(ト
リメチルアルミニウム)、TMG、アンモニアを用い、
アンドープAl0.16Ga0.84Nよりなる層を25Åの膜
厚で成長させ、続いてTMAを止めて、シランガスを流
し、Siを1×1019/cm3ドープしたn型GaNより
なる層を25Åの膜厚で成長させる。それらの層を交互
に積層して超格子層を構成し、総膜厚1.2μmの超格
子よりなるn側クラッド層7を成長させる。 (n側光ガイド層8)続いて、シランガスを止め、10
50℃でアンドープGaNよりなるn側光ガイド層8を
0.1μmの膜厚で成長させる。このn側光ガイド層8
にn型不純物をドープしても良い。 (活性層9)次に、温度を800℃にして、Siドープ
In0.05Ga0.95Nよりなる障壁層を100Åの膜厚で
成長させ、続いて同一温度で、アンドープIn0.2Ga
0.8Nよりなる井戸層を40Åの膜厚で成長させる。障
壁層と井戸層とを2回交互に積層し、最後に障壁層で終
わり、総膜厚380Åの多重量子井戸構造(MQW)の
活性層を成長させる。活性層は本実施例のようにアンド
ープでもよいし、またn型不純物及び/又はp型不純物
をドープしても良い。不純物は井戸層、障壁層両方にド
ープしても良く、いずれか一方にドープしてもよい。な
お障壁層にのみn型不純物をドープすると閾値が低下し
やすい。 (p側キャップ層10)次に、温度を1050℃に上
げ、TMG、TMA、アンモニア、Cp2Mg(シクロ
ペンタジエニルマグネシウム)を用い、p側光ガイド層
11よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Mgを
1×1020/cm3ドープしたp型Al0.3Ga0.7Nより
なるp側キャップ層7を300Åの膜厚で成長させる。 (p側光ガイド層11)続いてCp2Mg、TMAを止
め、1050℃で、バンドギャップエネルギーがp側キ
ャップ層10よりも小さい、アンドープGaNよりなる
p側光ガイド層11を0.1μmの膜厚で成長させる。
すなわち意図的にドープしない状態で成長させるが、p
側キャップ層、p側クラッド層の隣接する層からのMg
拡散が起こり、実際にはMg濃度が5×1016/cm3と
なり、Mgがドープされた層となる。 (p側クラッド層12)続いて、1050℃でアンドー
プAl0.16Ga0.84Nよりなる層を25Åの膜厚で成長
させ、続いてCp2Mg、TMAを止め、アンドープG
aNよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、総膜厚0.
6μmの超格子層よりなるp側クラッド層12を成長さ
せる。p側クラッド層は少なくとも一方がAlを含む窒
化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギー
が異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場
合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわ
ゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にある
が、両方に同じようにドープしても良い。クラッド層1
2は、Alを含む窒化物半導体層、好ましくはAlXG
a1-XN(0<X<1)を含む超格子構造とすることが望
ましく、さらに好ましくはGaNとAlGaNとを積層
した超格子構造とする。p側クラッド層12を超格子構
造とすることによって、クラッド層全体のAl混晶比を
上げることができるので、クラッド層自体の屈折率が小
さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大きくな
るので、閾値を低下させる上で非常に有効である。さら
に、超格子としたことにより、クラッド層自体に発生す
るピットが超格子にしないものよりも少なくなるので、
ショートする確率も低くなる。 (p側コンタクト層13)最後に、1050℃で、p側
クラッド層9の上に、Mgを1×1020/cm3ドープし
たp型GaNよりなるp側コンタクト層13を150Å
の膜厚で成長させる。p側コンタクト層はp型のInX
AlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成す
ることができ、好ましくはMgをドープしたGaNとす
れば、p電極20と最も好ましいオーミック接触が得ら
れる。コンタクト層13は電極を形成する層であるの
で、1×1017/cm3以上の高キャリア濃度とすること
が望ましい。1×1017/cm3よりも低いと電極と好ま
しいオーミックを得るのが難しくなる傾向にある。さら
にコンタクト層の組成をGaNとすると、電極材料と好
ましいオーミックが得られやすくなる。
たウェーハを反応容器から取り出し、最上層のp側コン
タクト層の表面にSiO2よりなる保護膜を形成して、
RIE(反応性イオンエッチング)を用いSiCl4ガ
スによりエッチングし、図1に示すように、n電極を形
成すべきn側コンタクト層5の表面を露出させる。この
ように窒化物半導体を深くエッチングするには保護膜と
してSiO2が最適である。
形成する方法について詳説する。まず、図3(a)に示
すように、最上層のp側コンタクト層13のほぼ全面
に、PVD装置により、Si酸化物(主として、SiO
2)よりなる第1の保護膜61を0.5μmの膜厚で形
成した後、第1の保護膜61の上に所定の形状のマスク
をかけ、フォトレジストよりなる第3の保護膜63を、
ストライプ幅2μm、厚さ1μmで形成する。
膜63形成後、RIE(反応性イオンエッチング)装置
により、CF4ガスを用い、第3の保護膜63をマスク
として、前記第1の保護膜をエッチングして、ストライ
プ状とする。その後エッチング液で処理してフォトレジ
ストのみを除去することにより、図3(c)に示すよう
にp側コンタクト層13の上にストライプ幅2μmの第
1の保護膜61が形成できる。
イプ状の第1の保護膜61形成後、再度RIEによりS
iCl4ガスを用いて、p側コンタクト層13、および
p側クラッド層12をエッチングして、p側クラッド層
の膜厚が0.01μmとなる深さのストライプ状の導波
路領域として、リッジストライプを形成する。
D装置に移送し、図3(e)に示すように、Zr酸化物
(主としてZrO2)よりなる第2の保護膜62を、第
1の保護膜61の上と、エッチングにより露出されたp
側クラッド層12の上に0.5μmの膜厚で連続して形
成する。
0℃で熱処理する。このようにSiO2以外の材料を第
2の保護膜として形成した場合、第2の保護膜成膜後
に、300℃以上、好ましくは400℃以上、窒化物半
導体の分解温度以下(1200℃)で熱処理することに
より、第2の保護膜が第1の保護膜の溶解材料(フッ
酸)に対して溶解しにくくなり、この工程を加えること
がさらに望ましい。
(f)に示すように、第1の保護膜61をリフトオフ法
により除去する。
クト層13の上の第1の保護膜61が除去されて露出し
たそのp側コンタクト層の表面にNi/Auよりなるp
電極20を形成する。但しp電極20は100μmのス
トライプ幅として、この図に示すように、第2の保護膜
62の上に渡って形成する。第2の保護膜形成後、既に
露出させたn側コンタクト層5の表面にはTi/Alよ
りなるn電極21をストライプと平行な方向で形成す
る。
して露出された面でp,n電極に、取り出し電極を設け
るため所望の領域にマスクし、SiO2とTiO2よりな
る誘電体多層膜64を設けた後、p,n電極上にNi−
Ti−Au(1000Å−1000Å−8000Å)よ
りなる取り出し(パット)電極22,23をそれぞれ設
けた。
成したウェーハのサファイア基板を研磨して70μmと
した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側か
らバー状に劈開し、劈開面((11−00)面、六方晶
系の側面に相当する面=M面)に共振器を作製する。こ
の共振器面にSiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜を
形成し、最後にp電極に平行な方向で、バーを切断して
図1に示すようなレーザ素子とする。なおこの時の共振
器長は800μmであった。
それぞれのパット電極をワイヤーボンディングして、室
温でレーザ発振を試みたところ、発振波長400〜42
0nm、閾値電流密度2.9kA/cm2において室温連
続発振を示した。さらに電流値を上げて出力を上げてい
き、横モードが基本モード(単一モード)の条件で、そ
の電流−光出力特性を得たところ、図5に示すように、
5mWとしてもキンクの発生が無く、さらに30mWま
で光出力を上げてもキンクは発生せずに、横モードは安
定していた。また、素子寿命についても試験したとこ
ろ、5mWの出力で1万時間以上の連続発振が確認さ
れ、30mWの光出力でも千時間を超えるものが確認さ
れた。このように、単一の横モード(基本モード)で、
光出力を増加させて高出力化させても安定した横モード
が得られ、記録・再生の光ディスクへの適用も可能であ
る。 [実施例2]ストライプ状の導波路領域形成のためのエ
ッチング深さが、p側クラッド層の膜厚が0.1μmと
なる深さ、すなわちエッチングにより露出された窒化物
半導体平面(p側クラッド層の露出した表面)がp側ク
ラッド層とp側光ガイド層との界面から、p側コンタク
ト層方向に0.1μmの位置となる深さであること以外
は、実施例1と同様にレーザ素子を作製した。得られた
レーザ素子は、その電流−光出力特性を図5の102に
示すように、比較的低い光出力では実施例1と同様な特
性を示すが、20mW付近でキンクの発生が観られるな
ど、高出力領域において実施例1と比べて横モードが不
安定であった。また、素子寿命については、5mWの出
力で一万時間を超えるなど良好なものであった。 [実施例3]ストライプ状の導波路領域形成のためのエ
ッチング深さが、p側クラッド層の膜厚が0.05μm
となる深さ、すなわちエッチングにより露出された窒化
物半導体平面(p側クラッド層の露出した表面)がp側
クラッド層とp側光ガイド層との界面からp側コンタク
ト層方向に0.05μmの位置となる深さであること以
外は、実施例1と同様にレーザ素子を作製した。得られ
たレーザ素子は、実施例1に比べて横モードの安定性、
特に出力20mW以上の領域において僅かに劣るもの
の、実施例2に比べて横モードの安定性は良好なもので
あった。また、素子寿命については、実施例1乃至2と
同様に5mWの出力では、1万時間を超えるものであ
り、30mWについても実施例1に比べてその割合は少
ないものの、千時間を超えるものがあった。ここで、7
0℃、5mW動作時間に対する駆動電流変化を図6に示
す。図6から明らかなように、比較例3の駆動電流変化
に比べて、初期劣化から劣化速度が一定になるまでの遷
移領域において実施例3は大きく異なり、劣化速度が一
定になる駆動電流値が低く、劣化速度(図中の直線部の
傾き)も低く、寿命特性が比較例3に比べて良好である
ことがわかる。 [実施例4]エッチング深さが、p側クラッド層の膜厚
が0.1μmとなる深さ、すなわちエッチングにより露
出された窒化物半導体平面が、ほぼp側光ガイド層を取
り除く深さ、すなわちp側キャップ層と活性層との界面
から0.03μmの位置となる深さであり、第2の保護
膜を形成しないこと以外は、実施例1と同様にして、図
3に示すレーザ素子を作製した。
モードの安定性は、実施例3とほぼ同程度に、比較的出
力の広い領域にわたりキンクの発生が無く、素子寿命に
ついても5mWの出力で1万時間を超し、良好なもので
あった。 [実施例5]実施例4において、エッチング深さが、p
側クラッド層の膜厚が0.05μmの位置となる深さで
あること除いて同様にしてレーザ素子を作製した。得ら
れたレーザ素子は、実施例4とほぼ同程度に横モードが
安定で、長寿命のレーザ素子であった。 [実施例6]実施例1においてリッジ幅を1.2μmと
する他は、同様にしてレーザ素子を作製した。
等に、数mW〜数十mWの広い光出力範囲において、キ
ンクの発生が無く、またその素子寿命も同等に長寿命で
良好なものであった。 [比較例1]実施例4において、エッチング深さが、
0.2μmの位置となる深さであること除いて同様にし
てレーザ素子を作製した。
性が素子ごとにばらつきがあり、出力が5mWまでキン
クの発生の無いものが少なく、また素子寿命について
は、ある程度良好なものが得られる傾向にあるが、実施
例2に比べると不十分なものであった。 [比較例2]エッチング深さを活性層に達する深さ、活
性層とp側キャップ層との界面より僅かに活性層側に至
る深さで行うことを除いて、実施例1と同様にしてレー
ザ素子を得た。
いて、素子ごとにばらつきがあるものの、各実施例に比
べて大幅に低下し、5mWでの発振において、100時
間程度の素子寿命のものがほとんどであった。 [比較例3]図4に示すように、n側コンタクト層7に
至る深さでエッチングする他は、実施例5と同様にして
レーザ素子を得た。
素子寿命は悪く、その様子を図6に示す。図6では、7
0℃、5mWの条件であり、劣化速度が安定するまでに
大きく駆動電流値が上昇し、またその劣化速度も高く、
寿命特性の低さを示すものであった。また、横モードも
不安定であり、素子間にもばらつきが多く、特に光出力
が高くなるに従いその傾向は顕著であった。 [比較例4]リッジ幅が3.5μmであることを除い
て、実施例1と同様にしてレーザ素子を得た。
で、加えてその横モードの安定性も素子間にかなりのば
らつきを有するものであり、3〜10mWの範囲でほと
んど全ての素子にキンクが発生していた。 [変形例1]変形例として、基板の上に表1に示すn側
コンタクト層〜p側コンタクト層までの各層を順に積層
し、エッチングにより、ストライプ状の導波路を形成
し、更にn側コンタクト層を露出させ、これらのコンタ
クト層にp,n電極を形成して、図11に示すレーザ素
子を得る。この時、ストライプ状の導波路を形成する際
のエッチング深さとしては、p側クラッド層の膜厚が
0.1μmとなる位置より下(活性層に近づく方向)
で、活性層よりも上(活性層に達しない深さ)となる深
さである。
有しているレーザ素子に比べて、駆動電流が大幅に上昇
する傾向にあり、100mA近傍のものもあった。 [変形例2]変形例として、基板の上に表2に示すn側
コンタクト層〜p側コンタクト層まで順に積層し、エッ
チングにより、ストライプ状の導波路を形成し、更にn
側コンタクト層を露出させ、これらのコンタクト層に
p,n電極を形成して、図12に示すレーザ素子を得
る。この時、ストライプ状の導波路を形成する際のエッ
チング深さとしては、p側クラッド層の膜厚が0.1μ
mとなる位置より下(活性層に近づく方向)で、活性層
よりも上(活性層に達しない深さ)となる深さである。
10〜20mA程度低くなる傾向にある。 [変形例3]変形例として、基板の上に表3に示すn側
コンタクト層〜p側コンタクト層までの各層順に積層
し、エッチングにより、ストライプ状の導波路を形成
し、更にn側コンタクト層を露出させ、これらのコンタ
クト層にp,n電極を形成して、図13に示すレーザ素
子を得る。この時、ストライプ状の導波路を形成する際
のエッチング深さとしては、p側クラッド層の膜厚が
0.1μmとなる位置より下(活性層に近づく方向)
で、活性層よりも上(活性層に達しない深さ)となる深
さである。図では、ストライプ状のリッジ導波路がp側
光ガイド層10に達する深さで形成されている。
素子に比べて、駆動電圧Vfが、下がる傾向にあるもの
の、閾値電流が5〜6倍に上昇する傾向にあり、得られ
るレーザ素子の大部分がレーザ発振を示さない傾向にあ
る。 (長波長域のレーザ素子)本発明のレーザ素子におい
て、450nm以上、具体的には450以上520nm
以下の、青色〜緑色の長波長領域では、以下の層構成と
することが好ましい。ただし、本発明は、この波長域に
限定されるものではない。
層、障壁層に加えて、その間に中間層を設けることが発
振特性の向上につながり好ましい。
長域、に用いる活性層では、InGaNからなる井戸
層、その井戸層よりバンドギャップエネルギーの大きい
障壁層で挟んだ量子井戸構造で、具体的にはInGaN
からなる井戸層とその井戸層とは混晶比若しくは組成の
異なるAlGaInNからなる障壁層を用いる。このよ
うな構造として、障壁層/井戸層/障壁層の単一量子井
戸構造(SQW)、井戸層と障壁層とを繰り返し積層し
た多重量子井戸構造(MQW)が用いられている。しか
し、この井戸層と障壁層とは、混晶比もしくは組成が異
なるため、それぞれの層成長時に適した温度が異なるこ
ととなり、その成長が困難な傾向になる。この場合、井
戸層の上に、それよりも成長温度を高くして障壁層を成
長することとなる。これは、Inを有する井戸層におい
て、障壁層成長時の昇温過程で、Inの分解が発生し、
発光ピークの鋭いものが得られなくなる。また、障壁層
を井戸層とほぼ同じ温度で形成したとしても、活性層の
形成後に続く、他の層(クラッド層、ガイド層)を形成
する際にも、良好な結晶成長のためには昇温過程が必要
となる。このような成長困難性は、発振波長が長くなる
につれて、顕著なものとなる傾向にあり、上記長波長域
では中間層を設けることが好ましい。
記昇温による問題を解決できる。この中間層を設けるこ
とで、上記Inの分解を部分的なものとして観察される
傾向にあり、また中間層そのもののが凹凸を呈する表面
形態として観察される傾向にあり、これらのことが駆動
電圧や閾値電圧の大幅な低下に寄与しているものと考え
られる。この中間層は、井戸層と障壁層との間に設ける
ものであり、そのバンドギャップエネルギーが、障壁層
よりも大きいものである。この中間層は、活性層がMQ
Wである場合には、少なくとも1層の井戸層上に設ける
必要があり、全ての井戸層の上に設けることで、井戸層
上の障壁層の全てについて上記問題が解決でき好まし
い。
厚より薄くして、1原子層以上100Å以下の範囲とす
ることが好ましい。これは膜厚が100Å以上となるこ
とで、中間層と障壁層との間にミニバンドが形成され、
発振特性が悪化する傾向にあるためである。この時の障
壁層としては、10Å以上400Å以下の範囲とする。
更に、中間層の組成として、好ましくはAluGa1-uN
(0≦u≦1)とすることで、上記Inの部分的な分
解、中間層の表面形態による駆動電圧や閾値電圧の低下
傾向を示し、更に好ましくは、AlvGa1-vN(0.3
≦v≦1)とすることで上記各電圧の低下を大きくする
ことができる。 [変形例4]基板上に、以下の表4に示すn側コンタク
ト層〜p側コンタクト層を順に積層して、レーザ素子構
造を形成した。次に、ストライプ幅1.8μm、p側コ
ンタクト層側からp側キャップ層の膜厚が500Åとな
る深さまで、エッチングすることで、ストライプ状のリ
ッジ導波路を形成し、その他は実施例と同様に、更にエ
ッチングによりn側コンタクト層を露出させ、各コンタ
クト層の上に、p,n電極を形成して、チップを取り出
してレーザ素子を得た。なお、図中108aは中間層、
108bは井戸層、108cは障壁層を示すものであ
り、図14は、活性層108の構造を拡大して模式的に
示している。
いて閾値電流密度2.0kA/cm2、で1000時間以
上の連続発振が確認された。これは、ストライプ状の導
波路形成時のエッチング深さが、p側クラッド層の膜厚
が1μmとなる位置よりも上であるレーザ素子に比べ
て、優れた素子寿命、横モードの制御性を示し、また、
エッチング深さがそれよりも深く、p側光ガイド層に達
しない深さのレーザ素子に比べても、横モードの制御
性、F.F.P.におけるアスペクト比に優れたものが
得られる。 [変形例5]基板上に積層する素子構造が、以下の表5
の通りであることを除いて、変形例4と同様にして、レ
ーザ素子を得る。
なレーザ素子が得られる。変形例4に比べて、活性層を
MQWからSQWとしたことによる素子特性の低下は僅
かなものとなる傾向にあるが、活性層中の中間層がGa
Nであることにより、中間層を設けることによる効果が
低くなる傾向がみられる。しかしながら、変形例4と同
様に、本発明のストライプ状の導波路を有することで、
横モードの安定性、素子寿命に優れたレーザ素子が得ら
れ、長波長域にも本発明は適用できる。 [変形例6]実施例1と同様に、異種基板上にバッファ
層、下地層を形成した後、Siを1×1018/cm2ドー
プしたGaNを100μmの膜厚で成長させる。続い
て、ウエハの裏面、すなわち、窒化物半導体を成長させ
た異種基板の主面に対向する面側から、研磨して、基板
を除去し、窒化物半導体のみとする。
化物半導体105を主面として、図15に示すように、
実施例1と同様の、n側クラッド層107、n側光ガイ
ド層108、活性層109、p側キャップ層110、p
側光ガイド層111、p側クラッド層112、p側コン
タクト層113を順に積層する。続いても、実施例1と
同様に、700℃でアニールを行いp型導電層を更に低
抵抗化し、反応容器からウェーハを取り出し、RIE装
置に移して、エッチングにより幅約3μmのストライプ
状の導波路を形成する。この時、エッチング深さは、p
側クラッド層の膜厚が0.1μmとなる位置より下(活
性層に近づく方向)で、活性層よりも上(活性層に達し
ない深さ)となる深さである。つづいて、p側コンタク
ト層113の最上面にNi/Auからなるp電極120
を形成し、このp電極120を除くエッチング露出面
に、SiO2よりなる絶縁膜164を形成し、p電極1
20に電気的に接続する取り出し電極122を絶縁膜1
64にまたがって形成し、ウェーハの裏面(n側コンタ
クト層表面)にTi/Alよりなるn電極121、その
上にヒートシンクとのメタライゼーション用にAu/S
nよりなる薄膜を形成する。最後に、n電極121が設
けられたウェーハ面側からスクライブし、GaNのM面
[(11−00)面]でウェーハを劈開してバー状とし
た後、共振面を作製する。互いに対向する一対の共振面
の内、少なくとも一方にSiO2/TiO2よりなる誘電
体多層膜のミラーを設け、最後に共振器方向にほぼ垂直
に切断して、レーザ素子チップ得る。得られるレーザ素
子は、実施例1に比べて、ストライプ幅が広いために、
横モードの安定性に少し劣るものの、電流―光出力曲線
において、キンクの発生のない良好な特性を有してい
る。このことは、本発明がこのような設計変更に影響さ
れず、良好な素子特性の向上を奏しうることを示唆する
ものである。
ーザ素子が実現できるようになり、DVD、CD等の書
き込み、読みとり光源として、また光ファイバー等の通
信用光源としてその産業上の利用価値は多大である。
す模式断面図。
示す模式断面図。
出力特性図。
る駆動電流変化を示す図。
振との関係を示す図。
発振との関係を示す図。
関係を示す図。
の関係を示す図。
面図。
面図。
面図。
式断面図。
面図。
Claims (5)
- 【請求項1】 活性層と、その上に第1のp型窒化物半
導体を含むp側クラッド層と、その上に第2のp型窒化
物半導体を含むp側コンタクト層とが少なくとも順に積
層され、該積層されたp側コンタクト層側からエッチン
グされて、ストライプ状の導波路領域が設けられた窒化
物半導体レーザ素子であって、前記エッチングにより設
けられたストライプの幅が、1〜3μmの範囲であり、
前記エッチングの深さが、活性層よりも上で、前記p側
クラッド層の膜厚が0.1μmとなる位置よりも下であ
り、前記エッチングにより露出されたストライプの両側面及
びその外側に連続した窒化物半導体の平面に窒化物半導
体よりも屈折率の小さい絶縁膜有し、該絶縁膜上及び前
記リッジ上のp型コンタクト層上に渡る領域にp電極を
有し、該p電極上に、取り出し電極を設けるための領域
以外に誘電体保護膜を有する ことを特徴とする窒化物半
導体レーザ素子。 - 【請求項2】 前記絶縁膜はSi酸化物以外の絶縁膜で
ある請求項1記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項3】 前記ストライプの幅が、1.2〜2μm
であることを特徴とする請求項1又は2記載の窒化物半
導体レーザ素子。 - 【請求項4】 前記絶縁膜がTi、V、Zr、Nb、H
f、Taよりなる群から選択された少なくとも一種の元
素を含む酸化物、SiN、BN、SiC、AlNの内の
少なくとも一種からなることを特徴とする請求項1に記
載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項5】 前記ストライプ状の導波路領域が、以下
の第1〜第4の工程を具備することにより形成されるこ
とを特徴とする請求項1乃至5記載の窒化物半導体レー
ザ素子。 第1のp型窒化物半導体を含むp側クラッド層の上に、
第2のp型窒化物半導体を含むp側コンタクト層を積層
した後、そのp側コンタクト層の表面に、ストライプ状
の第1の保護膜を形成する第1の工程 第1の保護膜を介して、該第1の保護膜が形成されてい
ない部分の窒化物半導体をエッチングして、保護膜直下
部分にストライプ状の導波路領域を形成する第2の工程 第2の工程後、第1の保護膜と異なる材料であって、絶
縁性を有する第2の保護膜を、ストライプ導波路の側面
及びエッチングされて露出した窒化物半導体層の平面に
形成する第3の工程 第3の工程後、第1の保護膜を除去し、その後、第2の
保護膜上及び前記p側コンタクト層表面にp電極を形成
し、そのp電極上に、取り出し電極を設けるための領域
以外に誘電体保護膜を有する第4の工程
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