JPH1027947A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH1027947A JPH1027947A JP18300296A JP18300296A JPH1027947A JP H1027947 A JPH1027947 A JP H1027947A JP 18300296 A JP18300296 A JP 18300296A JP 18300296 A JP18300296 A JP 18300296A JP H1027947 A JPH1027947 A JP H1027947A
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- Japan
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- blocking layer
- semiconductor laser
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Optical Head (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 動作電圧が低く単一モードで発振する半導体
レーザを実現する。 【解決手段】 SiC基板102上にn型AlNバッフ
ァ層103、n型AlGaNクラッド層104、InG
aN活性層105、p型AlGaNクラッド層106が
あり、ストライプ状の開口部の両側にはInGaN界面
層105、n型AlGaN電流阻止層108があり、ス
トライプ状開口部の中及び電流阻止層の上にはp型Al
GaNクラッド層109、p型GaNコンタクト層11
0がある。ストライプ状開口部内において、p型AlG
aNクラッド層106は同じくp型AlGaNクラッド
層109と接しており、この領域を通して活性層に電流
が注入される。電流阻止層108とp型クラッド層10
6の間にはInGaN界面層107がある。界面層はA
lを含んでいないため、エッチング後表面を大気に曝し
ても酸化は少なくすることが出来、2回目のMOCVD
成長時にInGaN層をリアクター内で蒸発させること
によって、良好な再結晶成長界面を得、動作電圧を低減
することができる。
レーザを実現する。 【解決手段】 SiC基板102上にn型AlNバッフ
ァ層103、n型AlGaNクラッド層104、InG
aN活性層105、p型AlGaNクラッド層106が
あり、ストライプ状の開口部の両側にはInGaN界面
層105、n型AlGaN電流阻止層108があり、ス
トライプ状開口部の中及び電流阻止層の上にはp型Al
GaNクラッド層109、p型GaNコンタクト層11
0がある。ストライプ状開口部内において、p型AlG
aNクラッド層106は同じくp型AlGaNクラッド
層109と接しており、この領域を通して活性層に電流
が注入される。電流阻止層108とp型クラッド層10
6の間にはInGaN界面層107がある。界面層はA
lを含んでいないため、エッチング後表面を大気に曝し
ても酸化は少なくすることが出来、2回目のMOCVD
成長時にInGaN層をリアクター内で蒸発させること
によって、良好な再結晶成長界面を得、動作電圧を低減
することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク等の光
情報処理装置に用いられる、半導体レーザに関するもの
である。
情報処理装置に用いられる、半導体レーザに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】光ディスクの密度を上げるためにはレー
ザ光源の波長を短くすることが必要であり、そのために
半導体レーザの短波長化が進められてきた。現在波長7
80nmのGaAlAs赤外半導体レーザがCDに用い
られており、更に高密度のDVDには波長650nmの
InGaAlP赤色半導体レーザが用いられる。DVD
の密度を更に上げ高品質の画像を記録するHD−DVD
には紫色の半導体レーザが必要であり、これを実現出来
る半導体材料としてGaN系の化合物半導体が有望であ
る。
ザ光源の波長を短くすることが必要であり、そのために
半導体レーザの短波長化が進められてきた。現在波長7
80nmのGaAlAs赤外半導体レーザがCDに用い
られており、更に高密度のDVDには波長650nmの
InGaAlP赤色半導体レーザが用いられる。DVD
の密度を更に上げ高品質の画像を記録するHD−DVD
には紫色の半導体レーザが必要であり、これを実現出来
る半導体材料としてGaN系の化合物半導体が有望であ
る。
【0003】図6に従来のGaN系の半導体レーザの構
造図を示す(特開平8−97507号公報)。図6に示
すようにサファイア基板601上にMOVPE法により
n型GaNバッファー層602、n型AlGaN下部ク
ラッド層603、InGaN活性層604、p型AlG
aN上部第1クラッド層605、n型AlGaN電流阻
止層606を堆積する。堆積後、ホトリソグラフィーと
ドライエッチングによりストライプ溝を形成し、再び、
MOVPE法によりp型AlGaN上部第2クラッド層
607、p型GaNコンタクト層608を堆積する。次
に、p型GaNコンタクト層からn型AlGaN下部ク
ラッド層の一部をドライエッチングし、n型GaN層6
02、及びp型GaN層608上にそれぞれn型電極6
10、p型電極609を形成する。
造図を示す(特開平8−97507号公報)。図6に示
すようにサファイア基板601上にMOVPE法により
n型GaNバッファー層602、n型AlGaN下部ク
ラッド層603、InGaN活性層604、p型AlG
aN上部第1クラッド層605、n型AlGaN電流阻
止層606を堆積する。堆積後、ホトリソグラフィーと
ドライエッチングによりストライプ溝を形成し、再び、
MOVPE法によりp型AlGaN上部第2クラッド層
607、p型GaNコンタクト層608を堆積する。次
に、p型GaNコンタクト層からn型AlGaN下部ク
ラッド層の一部をドライエッチングし、n型GaN層6
02、及びp型GaN層608上にそれぞれn型電極6
10、p型電極609を形成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図6に示す従来のGa
N系半導体レーザを作製するには、n型AlGaN電流
阻止層をMOVPE法で堆積した後に、ドライエッチン
グでストライプ溝を形成して、p型上部第1クラッド層
の表面を露出させ、再びMOVPE法でp型第2クラッ
ド層を堆積することになる。この場合2つ問題点があ
る。
N系半導体レーザを作製するには、n型AlGaN電流
阻止層をMOVPE法で堆積した後に、ドライエッチン
グでストライプ溝を形成して、p型上部第1クラッド層
の表面を露出させ、再びMOVPE法でp型第2クラッ
ド層を堆積することになる。この場合2つ問題点があ
る。
【0005】第1点は、ドライエッチングによりエッチ
ング面がダメージを受けたり、エッチング面にエッチン
グガス原子が取り込まれて、エッチング表面に変質層が
形成されることである。このような層が形成されると、
第2クラッド層を堆積した時に、第1クラッド層と第2
クラッド層の界面に結晶欠陥が発生し、素子の寿命を短
くしてしまう。また、界面に不純物を含んだ層が形成さ
れるので、電流が流れにくくなったり屈折率が乱されて
レーザ光の分布形状に悪影響を及ぼすことになる。
ング面がダメージを受けたり、エッチング面にエッチン
グガス原子が取り込まれて、エッチング表面に変質層が
形成されることである。このような層が形成されると、
第2クラッド層を堆積した時に、第1クラッド層と第2
クラッド層の界面に結晶欠陥が発生し、素子の寿命を短
くしてしまう。また、界面に不純物を含んだ層が形成さ
れるので、電流が流れにくくなったり屈折率が乱されて
レーザ光の分布形状に悪影響を及ぼすことになる。
【0006】2点目は、第1クラッド層がAlを含んで
いるため、ドライエッチング後空気に曝されると表面が
著しく酸化され、MOVPE再成長により第2クラッド
層を堆積した時に同様に結晶欠陥の発生や界面高抵抗層
が形成されてしまい、レーザ特性が著しく劣化する。
いるため、ドライエッチング後空気に曝されると表面が
著しく酸化され、MOVPE再成長により第2クラッド
層を堆積した時に同様に結晶欠陥の発生や界面高抵抗層
が形成されてしまい、レーザ特性が著しく劣化する。
【0007】そこで本発明は、ストライプ溝形成後にM
OVPE再成長を行っても、結晶欠陥の発生や高抵抗層
が界面に形成されない素子構造を有し、良好な特性と信
頼性を有するGaN系半導体レーザを提供することを目
的とする。
OVPE再成長を行っても、結晶欠陥の発生や高抵抗層
が界面に形成されない素子構造を有し、良好な特性と信
頼性を有するGaN系半導体レーザを提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】課題を解決するために本
発明のGaN系半導体レーザでは以下の2つの方法を用
いる。
発明のGaN系半導体レーザでは以下の2つの方法を用
いる。
【0009】1つは上部第1クラッド層を堆積した後
に、電流阻止層を堆積する前にInGaN層を堆積する
方法である。ドライエッチングによりストライプ溝を形
成する時には、エッチングをこのInGaN層で終了さ
せる。InGaN層はごく薄い層(10nm程度)とす
るが、AlGaN電流阻止層と組成が異なるので、エッ
チング速度がInGaNの方がAlGaNよりも小さく
なるようなエッチングガスを用いるとか、エッチング時
に真空チャンバー内のガスをモニターしてInが検出さ
れ始めたらエッチングを終了させるなどの方法により、
精度良くストライプ溝内の露出層の表面をInGaN層
にすることが出来る。
に、電流阻止層を堆積する前にInGaN層を堆積する
方法である。ドライエッチングによりストライプ溝を形
成する時には、エッチングをこのInGaN層で終了さ
せる。InGaN層はごく薄い層(10nm程度)とす
るが、AlGaN電流阻止層と組成が異なるので、エッ
チング速度がInGaNの方がAlGaNよりも小さく
なるようなエッチングガスを用いるとか、エッチング時
に真空チャンバー内のガスをモニターしてInが検出さ
れ始めたらエッチングを終了させるなどの方法により、
精度良くストライプ溝内の露出層の表面をInGaN層
にすることが出来る。
【0010】次に、MOVPEによる再成長時に、リア
クター内で高温(1000℃程度)の雰囲気にすると、
InGaN層を熱分解して蒸発させることが出来る。I
nGaN層はドライエッチング時にダメージを受けてい
るが、この層を蒸発させることにより、清浄なAlGa
N第1クラッド層をリアクター内において露出させるこ
とが出来る。このようにして、引き続いてAlGaN第
2クラッド層を堆積させると、良好な界面を形成するこ
とが出来る。
クター内で高温(1000℃程度)の雰囲気にすると、
InGaN層を熱分解して蒸発させることが出来る。I
nGaN層はドライエッチング時にダメージを受けてい
るが、この層を蒸発させることにより、清浄なAlGa
N第1クラッド層をリアクター内において露出させるこ
とが出来る。このようにして、引き続いてAlGaN第
2クラッド層を堆積させると、良好な界面を形成するこ
とが出来る。
【0011】もう1つの方法は、第1クラッド層の表面
にInGaN層の代わりにAl組成が第1クラッド層よ
り低いAlGaN層またはGaN層を堆積する方法であ
る。この場合も、ストライプ溝形成のドライエッチング
はこのAlGaNまたはGaN層で終了させる。このよ
うにすると、Alが少ないのでエッチング後の表面の酸
化が起こりにくく、MOVPEによる再成長時に結晶欠
陥の発生や界面高抵抗層の形成を抑えることが出来る。
にInGaN層の代わりにAl組成が第1クラッド層よ
り低いAlGaN層またはGaN層を堆積する方法であ
る。この場合も、ストライプ溝形成のドライエッチング
はこのAlGaNまたはGaN層で終了させる。このよ
うにすると、Alが少ないのでエッチング後の表面の酸
化が起こりにくく、MOVPEによる再成長時に結晶欠
陥の発生や界面高抵抗層の形成を抑えることが出来る。
【0012】
(実施の形態1)本発明の第1の実施の形態を図1を用
いて説明する。
いて説明する。
【0013】n型SiC基板102上にn型AlNバッ
ファー層103(厚さ20nm)、n型Al0.2Ga
0.8Nクラッド層104(厚さ1μm)、In0.1
Ga0.9N活性層105(厚さ10nm)、p型Al
0.2Ga0.8Nクラッド層106(厚さ0.2μ
m)があり、ストライプ状の開口部の両側にはIn0.
05Ga0.95N界面層105(厚さ10nm)、n
型Al0.3Ga0.7N電流阻止層(厚さ0.5μ
m)108があり、ストライプ状開口部の中及び電流阻
止層の上にはp型Al0.2Ga0.8Nクラッド層1
09(厚さは電流阻止層上で0.5μm)、p型GaN
コンタクト層110(厚さ0.5μm)がある。ストラ
イプ状開口部の幅は3μmである。n型SiC基板側に
はNi/Au電極101、コンタクト層側にもNi/A
u電極111(どちらも厚さ400nm)がある。
ファー層103(厚さ20nm)、n型Al0.2Ga
0.8Nクラッド層104(厚さ1μm)、In0.1
Ga0.9N活性層105(厚さ10nm)、p型Al
0.2Ga0.8Nクラッド層106(厚さ0.2μ
m)があり、ストライプ状の開口部の両側にはIn0.
05Ga0.95N界面層105(厚さ10nm)、n
型Al0.3Ga0.7N電流阻止層(厚さ0.5μ
m)108があり、ストライプ状開口部の中及び電流阻
止層の上にはp型Al0.2Ga0.8Nクラッド層1
09(厚さは電流阻止層上で0.5μm)、p型GaN
コンタクト層110(厚さ0.5μm)がある。ストラ
イプ状開口部の幅は3μmである。n型SiC基板側に
はNi/Au電極101、コンタクト層側にもNi/A
u電極111(どちらも厚さ400nm)がある。
【0014】ストライプ状開口部内において、p型Al
GaNクラッド層106は同じくp型AlGaNクラッ
ド層109と接しており、この領域を通して活性層に電
流が注入される。電流阻止層108とp型クラッド層1
06の間にはInGaN界面層107がある。界面層の
In組成比は0.05で活性層の0.1より小さくして
エネルギーギャップを大きくし、活性層で発生するレー
ザ光が吸収されないようにしている。また、電流阻止層
のAl組成比をクラッド層よりも大きくすることによっ
て、電流阻止層の屈折率がクラッド層よりも小さくな
る。そのため活性層の水平方向にストライプ状開口部の
直下の屈折率が大きくなるような屈折率分布が付き、基
本横モードのレーザ光をストライプ部に閉じ込めること
が出来る。
GaNクラッド層106は同じくp型AlGaNクラッ
ド層109と接しており、この領域を通して活性層に電
流が注入される。電流阻止層108とp型クラッド層1
06の間にはInGaN界面層107がある。界面層の
In組成比は0.05で活性層の0.1より小さくして
エネルギーギャップを大きくし、活性層で発生するレー
ザ光が吸収されないようにしている。また、電流阻止層
のAl組成比をクラッド層よりも大きくすることによっ
て、電流阻止層の屈折率がクラッド層よりも小さくな
る。そのため活性層の水平方向にストライプ状開口部の
直下の屈折率が大きくなるような屈折率分布が付き、基
本横モードのレーザ光をストライプ部に閉じ込めること
が出来る。
【0015】本実施例では、電流阻止層108にn型層
を用いているが、抵抗率が高く電流を狭窄する効果があ
ればn型でなくてもよい。
を用いているが、抵抗率が高く電流を狭窄する効果があ
ればn型でなくてもよい。
【0016】本発明の別の実施例では、電流阻止層にI
nGaN層を用い、Inの組成比を活性層のIn組成比
よりも大きくして、活性層からもれ出たレーザ光が吸収
されるようにエネルギーギャップを活性層より小さくす
る。このような構造によっても、活性層の水平方向にス
トライプ状開口部の直下の屈折率を実効的に大きくする
ことが出来、基本横モードのレーザ光をストライプ部に
閉じ込めることが出来る。この場合の電流阻止層の導電
型はn型かまたは高抵抗層を用いる。
nGaN層を用い、Inの組成比を活性層のIn組成比
よりも大きくして、活性層からもれ出たレーザ光が吸収
されるようにエネルギーギャップを活性層より小さくす
る。このような構造によっても、活性層の水平方向にス
トライプ状開口部の直下の屈折率を実効的に大きくする
ことが出来、基本横モードのレーザ光をストライプ部に
閉じ込めることが出来る。この場合の電流阻止層の導電
型はn型かまたは高抵抗層を用いる。
【0017】活性層としては、In0.1Ga0.9N
膜を用いたが、GaNガイド層(厚さ100nm)/I
n0.03Ga0.97Nバリア層(厚さ5nm)/I
n0.15Ga0.85Nウエル層(厚さ3nm)/
In0.03Ga0.97Nバリア層(厚さ5nm)/
GaNガイド層(厚さ100nm)から構成される単
一量子井戸(SQW)構造であってもよい。また、上記
SQW構造でIn0.15Ga0.85Nウエル層が複
数あって、ウエル層の間にIn0.03Ga0.97N
バリア層がある多重量子井戸(MQW)構造でもよい。
膜を用いたが、GaNガイド層(厚さ100nm)/I
n0.03Ga0.97Nバリア層(厚さ5nm)/I
n0.15Ga0.85Nウエル層(厚さ3nm)/
In0.03Ga0.97Nバリア層(厚さ5nm)/
GaNガイド層(厚さ100nm)から構成される単
一量子井戸(SQW)構造であってもよい。また、上記
SQW構造でIn0.15Ga0.85Nウエル層が複
数あって、ウエル層の間にIn0.03Ga0.97N
バリア層がある多重量子井戸(MQW)構造でもよい。
【0018】図2に本発明の第1の実施の形態の半導体
レーザの製造工程図を示す。結晶成長はMOVPE法を
用い、まず図2(a)に示すようにn型SiC基板10
2上に、p型AlNバッファー層103からn型AlG
aN電流阻止層108までの各層を結晶成長する。次に
図2(b)に示すようにホトリソグラフィとエッチング
によりストライプ状の開口部を形成する。GaN系半導
体は化学エッチングによるエッチングが非常に困難であ
るため、Cl2ガスを用いたドライエッチングを用い、
電流阻止層108のみを除去して界面層107の表面を
露出させる。界面層はAlを含んでいないため、エッチ
ング後表面を大気に曝しても酸化は少なくすることが出
来る。
レーザの製造工程図を示す。結晶成長はMOVPE法を
用い、まず図2(a)に示すようにn型SiC基板10
2上に、p型AlNバッファー層103からn型AlG
aN電流阻止層108までの各層を結晶成長する。次に
図2(b)に示すようにホトリソグラフィとエッチング
によりストライプ状の開口部を形成する。GaN系半導
体は化学エッチングによるエッチングが非常に困難であ
るため、Cl2ガスを用いたドライエッチングを用い、
電流阻止層108のみを除去して界面層107の表面を
露出させる。界面層はAlを含んでいないため、エッチ
ング後表面を大気に曝しても酸化は少なくすることが出
来る。
【0019】この状態で再びMOVPE炉のリアクター
内に入れ、1000℃の高温に上げることにより、図2
(c)に示すようにストライプ内の界面層を熱分解して
除去する。界面層除去後、引き続いてクラッド層109
とコンタクト層110を結晶成長し、p側電極111と
n型基板側電極101を蒸着して半導体レーザが完成す
る。
内に入れ、1000℃の高温に上げることにより、図2
(c)に示すようにストライプ内の界面層を熱分解して
除去する。界面層除去後、引き続いてクラッド層109
とコンタクト層110を結晶成長し、p側電極111と
n型基板側電極101を蒸着して半導体レーザが完成す
る。
【0020】このように活性層上のAlGaNクラッド
層上に界面層を形成し、この層を高温で熱分解させてか
らさらにクラッド層を成長させているので、結晶性の劣
化がなく、しきい値電流の小さいレーザを容易に実現す
ることができる。
層上に界面層を形成し、この層を高温で熱分解させてか
らさらにクラッド層を成長させているので、結晶性の劣
化がなく、しきい値電流の小さいレーザを容易に実現す
ることができる。
【0021】(実施の形態2)次に本発明の第2の実施
の形態を図3を用いて説明する。
の形態を図3を用いて説明する。
【0022】n型SiC基板302上のn型AlNバッ
ファー層303からp型Al0.2Ga0.8Nクラッ
ド層306までは、第1の実施の形態と同じであるが、
この上に更にp型Al0.05Ga0.95N界面層3
07(厚さ10nm)がある。ストライプ状の開口部の
両側にはn型Al0.3Ga0.7N電流阻止層308
(厚さ0.5μm)のみがあり、ストライプ状開口部の
かなか、及び電流阻止層の上にはp型Al0.2Ga
0.8Nクラッド層309(厚さは電流阻止層上で0.
5μm)、p型GaNコンタクト層310(厚さ0.5
μm)がある。ストライプ状開口部の幅は3μmであ
る。n型SiC基板側にはNi/Au電極301、コン
タクト層側にもNi/Au電極311(どちらも厚さ4
00nm)がある。
ファー層303からp型Al0.2Ga0.8Nクラッ
ド層306までは、第1の実施の形態と同じであるが、
この上に更にp型Al0.05Ga0.95N界面層3
07(厚さ10nm)がある。ストライプ状の開口部の
両側にはn型Al0.3Ga0.7N電流阻止層308
(厚さ0.5μm)のみがあり、ストライプ状開口部の
かなか、及び電流阻止層の上にはp型Al0.2Ga
0.8Nクラッド層309(厚さは電流阻止層上で0.
5μm)、p型GaNコンタクト層310(厚さ0.5
μm)がある。ストライプ状開口部の幅は3μmであ
る。n型SiC基板側にはNi/Au電極301、コン
タクト層側にもNi/Au電極311(どちらも厚さ4
00nm)がある。
【0023】ストライプ状開口部内において、p型Al
GaNクラッド層306はp型AlGaN界面層307
を介してp型AlGaNクラッド層309と接してお
り、この領域を通して活性層に電流が注入される。電流
阻止層308とp型クラッド層306の間にはp型Al
GaN界面層307がある。界面層のAl組成比は0.
05でクラッド層の0.2より小さくし、またInGa
N活性層のエネルギーギャップより大きくして活性層で
発生するレーザ光が吸収されないようにしている。ま
た、電流阻止層のAl組成比をクラッド層よりも大きく
することによって、電流阻止層の屈折率がクラッド層よ
りも小さくなる。そのため活性層の水平方向にストライ
プ状開口部の直下の屈折率が大きくなるような屈折率分
布が付き、基本横モードのレーザ光をストライプ部に閉
じ込めることが出来る。
GaNクラッド層306はp型AlGaN界面層307
を介してp型AlGaNクラッド層309と接してお
り、この領域を通して活性層に電流が注入される。電流
阻止層308とp型クラッド層306の間にはp型Al
GaN界面層307がある。界面層のAl組成比は0.
05でクラッド層の0.2より小さくし、またInGa
N活性層のエネルギーギャップより大きくして活性層で
発生するレーザ光が吸収されないようにしている。ま
た、電流阻止層のAl組成比をクラッド層よりも大きく
することによって、電流阻止層の屈折率がクラッド層よ
りも小さくなる。そのため活性層の水平方向にストライ
プ状開口部の直下の屈折率が大きくなるような屈折率分
布が付き、基本横モードのレーザ光をストライプ部に閉
じ込めることが出来る。
【0024】本実施例では、電流阻止層308にn型層
を用いているが、抵抗率が高く電流を狭窄する効果があ
ればn型でなくてもよい。
を用いているが、抵抗率が高く電流を狭窄する効果があ
ればn型でなくてもよい。
【0025】本発明の別の実施例では、電流阻止層にI
nGaN層を用い、Inの組成比を活性層のIn組成比
よりも大きくして、活性層からもれ出たレーザ光が吸収
されるようにエネルギーギャップを活性層より小さくす
る。このような構造によっても、活性層の水平方向にス
トライプ状開口部の直下の屈折率を実効的に大きくする
ことが出来、基本横モードのレーザ光をストライプ部に
閉じ込めることが出来る。この場合の電流阻止層の導電
型はn型かまたは高抵抗層を用いる。
nGaN層を用い、Inの組成比を活性層のIn組成比
よりも大きくして、活性層からもれ出たレーザ光が吸収
されるようにエネルギーギャップを活性層より小さくす
る。このような構造によっても、活性層の水平方向にス
トライプ状開口部の直下の屈折率を実効的に大きくする
ことが出来、基本横モードのレーザ光をストライプ部に
閉じ込めることが出来る。この場合の電流阻止層の導電
型はn型かまたは高抵抗層を用いる。
【0026】活性層としては、In0.1Ga0.9N
膜を用いたが、GaNガイド層(厚さ100nm)/I
n0.03Ga0.97Nバリア層(厚さ5nm)/I
n0.15Ga0.85Nウエル層(厚さ3nm)/
In0.03Ga0.97Nバリア層(厚さ5nm)/
GaNガイド層(厚さ100nm)から構成される単
一量子井戸(SQW)構造であってもよい。また、上記
SQW構造でIn0.15Ga0.85Nウエル層が複
数あって、ウエル層の間にIn0.03Ga0.97N
バリア層がある多重量子井戸(MQW)構造でもよい。
膜を用いたが、GaNガイド層(厚さ100nm)/I
n0.03Ga0.97Nバリア層(厚さ5nm)/I
n0.15Ga0.85Nウエル層(厚さ3nm)/
In0.03Ga0.97Nバリア層(厚さ5nm)/
GaNガイド層(厚さ100nm)から構成される単
一量子井戸(SQW)構造であってもよい。また、上記
SQW構造でIn0.15Ga0.85Nウエル層が複
数あって、ウエル層の間にIn0.03Ga0.97N
バリア層がある多重量子井戸(MQW)構造でもよい。
【0027】図4に本発明の第2の実施の形態の半導体
レーザの製造工程図を示す。結晶成長はMOVPE法を
用い、まず図4(a)に示すようにn型SiC基板30
2上に、p型AlNバッファー層303からn型AlG
aN電流阻止層308までの各層を結晶成長する。次に
図2(b)に示すようにホトリソグラフィとエッチング
によりストライプ状の開口部を形成する。GaN系半導
体は化学エッチングによるエッチングが非常に困難であ
るため、Cl2ガスを用いたドライエッチングを用い、
電流阻止層308のみを除去して界面層307の表面を
露出させる。界面層のAl組成はクラッド層306より
も少なくしているため、エッチング後表面を大気に曝し
ても酸化は少なくすることが出来る。界面層として、A
lを含まないGaN層を用いることも出来る。Alの組
成は0から0.1程度までは酸化の度合いは大きくなら
ない。この場合もエネルギーギャップはInGaN活性
層のよりも界面層の方が大きくなり、レーザ光が界面層
で吸収されることがない。
レーザの製造工程図を示す。結晶成長はMOVPE法を
用い、まず図4(a)に示すようにn型SiC基板30
2上に、p型AlNバッファー層303からn型AlG
aN電流阻止層308までの各層を結晶成長する。次に
図2(b)に示すようにホトリソグラフィとエッチング
によりストライプ状の開口部を形成する。GaN系半導
体は化学エッチングによるエッチングが非常に困難であ
るため、Cl2ガスを用いたドライエッチングを用い、
電流阻止層308のみを除去して界面層307の表面を
露出させる。界面層のAl組成はクラッド層306より
も少なくしているため、エッチング後表面を大気に曝し
ても酸化は少なくすることが出来る。界面層として、A
lを含まないGaN層を用いることも出来る。Alの組
成は0から0.1程度までは酸化の度合いは大きくなら
ない。この場合もエネルギーギャップはInGaN活性
層のよりも界面層の方が大きくなり、レーザ光が界面層
で吸収されることがない。
【0028】この状態で再びMOVPE炉のリアクター
内に入れ、クラッド層309とコンタクト層310を結
晶成長する。ストライプ内のクラッド層309は界面層
307と接するが、界面層の表面の酸化が少ないので、
界面高抵抗層が形成されず、良好な再結晶成長が行え
る。最後にp側電極311とn型基板側電極301を蒸
着して半導体レーザが完成する。
内に入れ、クラッド層309とコンタクト層310を結
晶成長する。ストライプ内のクラッド層309は界面層
307と接するが、界面層の表面の酸化が少ないので、
界面高抵抗層が形成されず、良好な再結晶成長が行え
る。最後にp側電極311とn型基板側電極301を蒸
着して半導体レーザが完成する。
【0029】図5に本発明の実施の形態1の半導体レー
ザの特性を示す。図5は本発明の半導体レーザの電流−
電圧及び電流−光出力特性であり、比較のために、図1
においてInGaN界面層107を入れずに作製した半
導体レーザの特性を示してある。図5より、本発明の実
施例の半導体レーザの動作電圧は、比較例の半導体レー
ザの50Vから15Vまで大幅に低減していることがわ
かる。比較例の構造では、p型AlGaNクラッド層1
06とp型AlGaNクラッド層109の界面に高抵抗
層が形成され、これが原因で動作電圧が大きくなってし
まうからである。本発明のレーザのしきい電流も下がっ
ているのは、界面での抵抗による発熱も少なくなってい
るためである。また、光出力の熱飽和も起こりにくく、
高出力まで直線性の良い光出力が得られている。
ザの特性を示す。図5は本発明の半導体レーザの電流−
電圧及び電流−光出力特性であり、比較のために、図1
においてInGaN界面層107を入れずに作製した半
導体レーザの特性を示してある。図5より、本発明の実
施例の半導体レーザの動作電圧は、比較例の半導体レー
ザの50Vから15Vまで大幅に低減していることがわ
かる。比較例の構造では、p型AlGaNクラッド層1
06とp型AlGaNクラッド層109の界面に高抵抗
層が形成され、これが原因で動作電圧が大きくなってし
まうからである。本発明のレーザのしきい電流も下がっ
ているのは、界面での抵抗による発熱も少なくなってい
るためである。また、光出力の熱飽和も起こりにくく、
高出力まで直線性の良い光出力が得られている。
【0030】活性層にSQWやMQW構造を用いると活
性層内の発光効率が更に良くなり、しきい電流を低減す
ることが出来る。また、しきい電流の温度依存性を小さ
くすることが出来、高温での動作温度範囲を拡大するこ
とが出来る。
性層内の発光効率が更に良くなり、しきい電流を低減す
ることが出来る。また、しきい電流の温度依存性を小さ
くすることが出来、高温での動作温度範囲を拡大するこ
とが出来る。
【0031】以上述べた実施例では基板にn型SiCを
用いたが、n型ZnOやp型のSiCやZnOを用いる
ことも出来る。また更に、Al2O3やMgAl2O4
のような絶縁性の基板の上に作製するレーザにも適用す
ることが出来る。
用いたが、n型ZnOやp型のSiCやZnOを用いる
ことも出来る。また更に、Al2O3やMgAl2O4
のような絶縁性の基板の上に作製するレーザにも適用す
ることが出来る。
【0032】
【発明の効果】以上のように本発明の半導体レーザは、
2回のMOVPEで電流阻止層を結晶内部に導入するG
aN系半導体レーザにおいて、Al組成の多い層をエッ
チングで露出させた後、再び結晶成長する場合、界面へ
の高抵抗層の形成を防止することが出来、低い動作電圧
特性を実現することが出来る。また界面への結晶欠陥の
導入を少なくすることが出来、高信頼性の高密度光ディ
スク用光源を実現することが出来る。
2回のMOVPEで電流阻止層を結晶内部に導入するG
aN系半導体レーザにおいて、Al組成の多い層をエッ
チングで露出させた後、再び結晶成長する場合、界面へ
の高抵抗層の形成を防止することが出来、低い動作電圧
特性を実現することが出来る。また界面への結晶欠陥の
導入を少なくすることが出来、高信頼性の高密度光ディ
スク用光源を実現することが出来る。
【図1】本発明の第1の実施の形態の半導体レーザの構
造を示す図
造を示す図
【図2】本発明の第1の実施の形態の半導体レーザの製
造工程を示す図
造工程を示す図
【図3】本発明の第2の実施の形態の半導体レーザの構
造を示す図
造を示す図
【図4】本発明の第2の実施の形態の半導体レーザの製
造工程を示す図
造工程を示す図
【図5】本発明の第1の実施の形態の半導体レーザの特
性を示す図
性を示す図
【図6】従来の半導体レーザの構造を示す図
101 n側電極 102 n型SiC基板 103 n型AlNバッファー層 104 n型AlGaNクラッド層 105 InGaN活性層 106 p型AlGaNクラッド層 107 InGaN界面層 108 n型AlGaN電流阻止層 109 p型AlGaNクラッド層 110 p型GaNコンタクト層 111 p側電極 301 n側電極 302 n型SiC基板 303 n型AlNバッファー層 304 n型AlGaNクラッド層 305 InGaN活性層 306 p型AlGaNクラッド層 307 p型AlGaN界面層 308 n型AlGaN電流阻止層 309 p型AlGaNクラッド層 310 p型GaNコンタクト層 311 p側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 明彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 上村 信行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 長谷川 義晃 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (14)
- 【請求項1】 InGaN活性層と、該活性層に対して
基板と反対側に形成したAlGaNクラッド層と、前記
クラッド層を介してストライプ溝を持つ電流阻止層とを
備え、 該電流阻止層の前記クラッド層と接する界面にInGa
N層があり、前記ストライプ溝の中はAlGaN半導体
層があり、該AlGaN層と前記クラッド層の界面には
InGaN層がないことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項2】 電流阻止層のエネルギーギャップが、活
性層と該電流阻止層の間にあるクラッド層のエネルギー
ギャップより大きく、前記電流阻止層の導電型が前記ク
ラッド層の導電型と反対であるか、もしくは、前記電流
阻止層が高抵抗であることを特徴とする請求項1記載の
半導体レーザ。 - 【請求項3】 電流阻止層のエネルギーギャップが、活
性層のエネルギーギャップより小さく、前記電流阻止層
の導電型が、前記クラッド層の導電型と反対であるかま
たは、前記電流阻止層が高抵抗であることを特徴とする
請求項1記載の半導体レーザ。 - 【請求項4】 電流阻止層がAlGaNで、Alの混晶
比が、活性層と該電流阻止層の間にあるクラッド層のA
lの混晶比より大きく、前記電流阻止層の導電型が、前
記クラッド層の導電型と反対であることを特徴とする請
求項1記載の半導体レーザ。 - 【請求項5】 InGaN活性層と、該活性層に対して
基板と反対側に形成されたAlGaNクラッド層と、前
記クラッド層を介してストライプ溝を持つ電流阻止層と
を備え、 前記クラッド層の前記電流阻止層と接する界面に、前記
クラッド層のAl混晶比よりも小さいAl混晶比を持つ
AlGaN層か、またはGaN層があり、前記ストライ
プ溝の中はAlGaN半導体層があり、該AlGaN層
のAl混晶比は前記クラッド層の前記電流阻止層と接す
る界面のAlGaN層のAl混晶比より大きいことを特
徴とする半導体レーザ。 - 【請求項6】 電流阻止層のエネルギーギャップが、活
性層と該電流阻止層の間にあるクラッド層のエネルギー
ギャップより大きく、前記電流阻止層の導電型が、前記
クラッド層の導電型と反対であるかまたは、前記電流阻
止層が高抵抗であることを特徴とする請求項5記載の半
導体レーザ。 - 【請求項7】 電流阻止層のエネルギーギャップが、活
性層のエネルギーギャップより小さく、前記電流阻止層
の導電型が、前記クラッド層の導電型と反対であるかま
たは、前記電流阻止層が高抵抗であることを特徴とする
請求項5記載の半導体レーザ。 - 【請求項8】 電流阻止層がAlGaNで、Alの混晶
比が活性層と該電流阻止層の間にあるクラッド層のAl
の混晶比より大きく、前記電流阻止層の導電型が、前記
クラッド層の導電型と反対であることを特徴とする請求
項5記載の半導体レーザ。 - 【請求項9】 半導体基板がn型SiCまたは、n型Z
nOで、電流阻止層の導電型がn型であることを特徴と
する請求項1〜8のいずれかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項10】 半導体基板がp型SiCまたは、p型
ZnOで、電流阻止層が高抵抗であることを特徴とする
請求項1〜8のいずれかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項11】 半導体基板がAl2O3または、Mg
Al2O4で、電流阻止層の導電型がn型であることを
特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の半導体レー
ザ。 - 【請求項12】 半導体基板がAl2O3または、Mg
Al2O4で、電流阻止層が高抵抗であることを特徴と
する請求項1〜8のいずれかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項13】 活性層と、該活性層に対して基板と反
対側に形成したAlGaNクラッド層と、前記クラッド
層を介してストライプ溝を持つ電流阻止層とを備え、 該電流阻止層の前記クラッド層と接する界面に前記クラ
ッドの酸化防止層があり、前記ストライプ溝の中はAl
GaN半導体層があり、該AlGaN層と前記クラッド
層の界面には前記酸化防止層がないことを特徴とする半
導体レーザ。 - 【請求項14】 活性層と、該活性層に対して基板と反
対側に形成されたAlGaNクラッド層と、前記クラッ
ド層を介してストライプ溝を持つ電流阻止層とを備え、 前記クラッド層の前記電流阻止層と接する界面に、前記
クラッド層のAl混晶比よりも小さいAl混晶比を持つ
AlxGa1−xN層(x≧0)があり、前記ストライ
プ溝の中はAlGaN半導体層があり、該AlGaN層
のAl混晶比は前記クラッド層の前記電流阻止層と接す
る界面のAlGaN層のAl混晶比より大きいことを特
徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18300296A JPH1027947A (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18300296A JPH1027947A (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1027947A true JPH1027947A (ja) | 1998-01-27 |
Family
ID=16128042
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18300296A Pending JPH1027947A (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1027947A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6597717B1 (en) * | 1999-11-19 | 2003-07-22 | Xerox Corporation | Structure and method for index-guided, inner stripe laser diode structure |
US6683327B2 (en) | 2001-11-13 | 2004-01-27 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Nucleation layer for improved light extraction from light emitting devices |
EP1492209A2 (en) * | 2003-06-27 | 2004-12-29 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser device having current blocking layer and method of manufacturing the same |
JP2005019835A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
JP2008147547A (ja) * | 2006-12-13 | 2008-06-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化物半導体レーザ装置の製造方法及び窒化物半導体レーザ装置 |
US7508001B2 (en) | 2004-06-21 | 2009-03-24 | Panasonic Corporation | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
-
1996
- 1996-07-12 JP JP18300296A patent/JPH1027947A/ja active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6597717B1 (en) * | 1999-11-19 | 2003-07-22 | Xerox Corporation | Structure and method for index-guided, inner stripe laser diode structure |
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EP1492209A2 (en) * | 2003-06-27 | 2004-12-29 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser device having current blocking layer and method of manufacturing the same |
JP2005019835A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
EP1492209A3 (en) * | 2003-06-27 | 2005-08-17 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser device having current blocking layer and method of manufacturing the same |
US7227879B2 (en) | 2003-06-27 | 2007-06-05 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser device having current blocking layer and method of manufacturing the same |
CN100379105C (zh) * | 2003-06-27 | 2008-04-02 | 日亚化学工业株式会社 | 具有电流狭窄层的氮化物半导体激光器元件及其制造方法 |
US7817692B2 (en) | 2003-06-27 | 2010-10-19 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser device having current blocking layer and method of manufacturing the same |
KR101061616B1 (ko) | 2003-06-27 | 2011-09-01 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 레이저 소자 및 그 제조 방법 |
US7508001B2 (en) | 2004-06-21 | 2009-03-24 | Panasonic Corporation | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
JP2008147547A (ja) * | 2006-12-13 | 2008-06-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化物半導体レーザ装置の製造方法及び窒化物半導体レーザ装置 |
US8119429B2 (en) | 2006-12-13 | 2012-02-21 | Pansonic Corporation | Method for fabricating nitride semiconductor laser device and nitride semiconductor laser device |
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