JP5250759B2 - 窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。図2〜図4は、図1に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。まず、図1〜図4を参照して、第1実施形態による窒化物系半導体レーザ素子50の構造について説明する。
図14は、本発明の第1実施形態の第1変形例による窒化物系半導体レーザ素子60の構造を説明するための断面図である。図15および図16は、本発明の第1実施形態の第1変形例による窒化物系半導体レーザ素子60の製造プロセスを説明するための断面図である。図14〜図16を参照して、この第1実施形態の第1変形例による窒化物系半導体レーザ素子60では、上記第1実施形態と異なり、半導体レーザ素子層3の光出射面60aと傾斜面60cとの間にテラス部60eを有する場合について説明する。
図17は、本発明の第1実施形態の第2変形例による窒化物系半導体レーザ素子65の構造を説明するための断面図である。図17を参照して、この第1実施形態の第2変形例による窒化物系半導体レーザ素子65では、上記第1実施形態と異なり、半導体レーザ素子層3がn型GaN基板1の非極性面であるa面((11−20)面)からなる主表面上に、下地層2を介して形成される場合について説明する。
図18および図19は、図8に示した第1実施形態の製造プロセスによるn型GaN基板上の半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。図6、図18および図19を参照して、上記第1実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
図20は、本発明の第2実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図20を参照して、この第2実施形態による窒化物系半導体レーザ素子70では、上記第1実施形態と異なり、(11−2−5)面からなる主表面を有するn型GaN基板71を用いて、主表面上の下地層2にn型GaN基板71の[1−100]方向(図20の紙面に垂直な方向)に延びるクラック30を形成した後に、半導体レーザ素子層3を形成する場合について説明する。なお、n型GaN基板71は、本発明の「基板」の一例である。
図21は、本発明の第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。まず、図21を参照して、この第3実施形態による窒化物系半導体レーザ素子80では、上記第1実施形態と異なり、(11−2−2)面からなる半極性面の主表面を有するn型GaN基板81を用いて、主表面上の下地層2にn型GaN基板81の[1−100]方向(図21の紙面に垂直な方向)に延びるクラック30を形成した後に、半導体レーザ素子層3を形成する場合について説明する。なお、n型GaN基板81は、本発明の「基板」の一例である。
図25は、本発明の第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図26〜図29は、本発明の第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。図1および図25〜図29を参照して、この第4実施形態による窒化物系半導体レーザ素子90では、上記第1実施形態と異なり、n型GaN基板91のm面((1−100)面)からなる主表面に、エッチング技術を用いて、[11−20]方向(図25の紙面に垂直な方向)に延びる溝部92を形成した後に、半導体レーザ素子層3を形成する場合について説明する。なお、n型GaN基板91は、本発明の「基板」の一例であり、溝部92は、本発明の「凹部」の一例である。
図30は、本発明の第4実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子95の構造を説明するための断面図である。図30を参照して、この第4実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子95では、上記第4実施形態と異なり、半導体レーザ素子層3がn型GaN基板91の非極性面であるa面((11−20)面)からなる主表面上に形成される場合について説明する。
2 下地層
3 半導体レーザ素子層(窒化物系半導体素子層)
4 バッファ層(窒化物系半導体素子層)
5 n型クラッド層(窒化物系半導体素子層、第1導電型の第1クラッド層)
6 発光層(窒化物系半導体素子層)
7 p型クラッド層(窒化物系半導体素子層、第2導電型の第2クラッド層)
8 p型コンタクト層(窒化物系半導体素子層)
20a、60a、65a、70a、80a、90a、95a 光出射面(第1端面)
20b、60b、65b、70b、80b、90b、95b 光反射面(第2端面)
20c、60c、65c、70c、80c、90c、95c 傾斜面(第1端面)
20d、60d、65d、70d、80d、90d、95d 傾斜面(第1端面)
20e、65e、70e、80e、90e、95e 傾斜面(第1端面)
30 クラック(凹部)
30a、92a 内側面(凹部の一方側の側面)
30b、92b 内側面(凹部の他方側の側面)
60e テラス部(第1端面)
92 溝部(凹部)
Claims (9)
- 基板と、
前記基板の主表面上に形成され、発光層を有する窒化物系半導体素子層とを備え、
前記窒化物系半導体素子層の第1端面は、共振器端面と、前記共振器端面の近傍に形成され、少なくとも前記基板の主表面に対して所定の角度傾斜する傾斜面とを含み、
前記傾斜面と前記基板の主表面とのなす角は鋭角である、窒化物系半導体レーザ素子。 - 前記窒化物系半導体素子層は、前記発光層の前記基板側に形成された第1導電型の第1クラッド層と、前記発光層の前記基板側とは反対側に形成された第2導電型の第2クラッド層とを含み、
前記第1端面の前記傾斜面は、少なくとも前記第1クラッド層の端面を含む、請求項1に記載の窒化物系半導体レーザ素子。 - 前記第1端面の前記傾斜面は、少なくとも前記発光層から発するレーザ光の出射側に形成されている、請求項1または2に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
- 前記基板は、(H、K、−H−K、0)面からなる主表面を含み、
前記基板が(1−100)面からなる前記主表面を有する場合、少なくとも前記第1端面の前記傾斜面は、前記基板の主表面内の[11−20]方向にストライプ状に延びるように前記基板に形成された凹部の一方側の側面を起点とした(1−101)面からなる前記窒化物系半導体素子層の成長面であり、
前記基板が(11−20)面からなる前記主表面を有する場合、少なくとも前記第1端面の前記傾斜面は、前記基板の主表面内の[1−100]方向にストライプ状に延びるように前記基板に形成された前記凹部の一方側の側面を起点とした(11−22)面からなる前記窒化物系半導体素子層の成長面である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。 - 共振器の延びる方向に対して前記窒化物系半導体素子層の前記第1端面とは反対側の端部に形成され、前記基板の主表面に対して略垂直な方向に延びる第2端面をさらに備える、請求項4に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
- 前記第2端面は、前記基板に形成された前記凹部の他方側の側面を起点として、前記基板の主表面に対して略垂直に形成されている、請求項5に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
- 基板上に、少なくとも前記基板の主表面に対して所定の角度傾斜する傾斜面を含む第1端面を有する窒化物系半導体素子層を形成する工程と、
前記傾斜面の一部の領域に、エッチングにより、前記基板の主表面に略垂直に延びる共振器端面を形成する工程とを備え、
前記傾斜面と前記基板の主表面とのなす角は鋭角である、窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記基板は、(H、K、−H−K、0)面からなる主表面を有し、
前記基板上に、前記第1端面を含む前記窒化物系半導体素子層を形成する工程に先立って、前記基板に、前記基板の主表面内の[K、−H、−K+H、0]方向にストライプ状に延びる凹部を形成する工程をさらに備え、
前記基板上に前記傾斜面を含む第1端面を有する前記窒化物系半導体素子層を形成する工程は、前記凹部の一方側の側面を起点として、前記窒化物系半導体素子層の成長面からなる前記第1端面を形成する工程を含む、請求項7に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記窒化物系半導体素子層を形成する工程は、前記基板に形成された前記凹部の他方側の側面を起点として、前記基板の主表面に対して略垂直に延びる前記窒化物系半導体素子層の成長面からなる第2端面を形成する工程をさらに含む、請求項8に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
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