JPH1117275A - 窒化ガリウム系半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

窒化ガリウム系半導体レーザおよびその製造方法

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JPH1117275A JP16271797A JP16271797A JPH1117275A JP H1117275 A JPH1117275 A JP H1117275A JP 16271797 A JP16271797 A JP 16271797A JP 16271797 A JP16271797 A JP 16271797A JP H1117275 A JPH1117275 A JP H1117275A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 面精度および平行度の良好な共振器ミラーを
備えた窒化ガリウム系半導体レーザを提供する。 【解決手段】 サファイア(0001)面基板101上
に、MOVPE法によりバッファ層602、窒化ガリウ
ムからなるコンタクト層603を形成した後、その表面
に窒化珪素マスク102を形成する。マスク窒化珪素マ
スク102には、前記窒化ガリウムの[11−20]方
向に長辺、[1−100]方向に短辺を有する長方形の
開口部を設ける。この開口部に、MOVPE法を用いて
窒化ガリウム系半導体層104を形成し、その側面の
(11−20)面を共振器端面103とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、面精度および平行
度の良好な共振器ミラーを有する窒化ガリウム系半導体
レーザおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】窒化ガリウムは、燐化インジウムや砒化
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯幅エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム
系半導体は緑から紫外にかけての発光素子、特にレーザ
ヘの応用が期待されている。従来、代表的な窒化ガリウ
ム系半導体である窒化ガリウムは、有機金属化学気相成
長法(以下MOVPE法という。)により、(11−2
0)面または(0001)面を表面とするサファイア基
板上に形成されることが一般的であった。図6は、サフ
ァイア面基板上に形成された代表的な従来技術の窒化ガ
リウム系レーザの概略断面図である(S.Nakamura et a
l.,Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L74)。図6において、こ
の窒化ガリウム系レーザは、サファイア(0001)面
基板101上に、成長温度550℃の厚さ300Åのア
ンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層602、珪
素が添加された厚さ3μmのn型窒化ガリウムコンタク
ト層603、珪素が添加された厚さ0.1μmのn型I
0.1Ga0.9N層604、珪素が添加された厚さ0.4
μmのn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層605、珪素
が添加された厚さ0.1μmのn型窒化ガリウム光ガイ
ド層606、厚さ25ÅのアンドープのIn0.2Ga0.8
N量子井戸層と厚さ50ÅのアンドープのIn0. 05Ga
0.95N障壁層からなる26周期の多重量子井戸構造活性
層607、マグネシウムが添加された厚さ200Åのp
型Al0.2Ga0.8N層608、マグネシウムが添加され
た厚さ0.1μmのp型窒化ガリウム光ガイド層60
9、マグネシウムが添加された厚さ0.4μmのp型A
0.15Ga0.85Nクラッド層610、マグネシウムが添
加された厚さ0.5μmのp型窒化ガリウムコンタクト
層611、ニッケル(第1層)および金(第2層)から
なるp電極612、チタン(第1層)およびアルミニウ
ム(第2層)からなるn電極613が形成されている。
半導体層602、603、604、605、606、6
07、608、609、610、611の形成はMOV
PE法により行われた。n型窒化ガリウムコンタクト層
603より表面側の半導体層は六方晶であって、窒化ガ
リウム系半導体の(0001)面を表面としている。
【0003】図7は、サファイア(11−20)の面基
板上に形成された代表的な従来技術の窒化ガリウム系レ
ーザの概略断面図である(S.Nakamura et al.,Jpn.App
l.Phys.35(1996)L217)。図7において、この窒化ガリ
ウム系レーザは、サファイア(11−20)面基板70
1上に、成長温度550℃の厚さ500Åのアンドープ
の窒化ガリウム低温成長バッファ層702、珪素が添加
された厚さ3μmのn型窒化ガリウムコンタクト層60
3、珪素が添加された厚さ0.1μmのn型In 0.1
0.9N層604、珪素が添加された厚さ0.4μmの
n型Al0.12Ga0. 88Nクラッド層705、珪素が添加
された厚さ0.1μmのn型窒化ガリウム光ガイド層6
06、厚さ25ÅのアンドープのIn0.2Ga0.8N量子
井戸層と厚さ50ÅのアンドープのIn0.05Ga0.95
障壁層からなる20周期の多重量子井戸構造活性層70
7、マグネシウムが添加された厚さ200Åのp型Al
0.2Ga0.8N層608、マグネシウムが添加された厚さ
0.1μmのp型窒化ガリウム光ガイド層609、マグ
ネシウムが添加された厚さ0.4μmのp型Al0.15
0.85Nクラッド層610、マグネシウムが添加された
厚さ0.5μmのp型窒化ガリウムコンタクト層61
1、ニッケル(第1層)および金(第2層)からなるp
電極612、チタン(第1層)およびアルミニウム(第
2層)からなるn電極613が形成されている。半導体
層602、603、604、705、606、707、
608、609、610、611の形成はMOVPE法
により行われた。n型窒化ガリウムコンタクト層603
より表面側の半導体層は六方晶であって、窒化ガリウム
系半導体の(0001)面を表面としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の窒化ガリウム系レーザは、共振器ミラーの形成
が困難であるという問題があった。
【0005】例えば、図6に示された従来技術の窒化ガ
リウム系レーザは、サファイアの(0001)面基板1
01上に形成されている。この場合、サファイアの(0
001)面基板101の表面に垂直な劈開面である(1
−100)面と、n型窒化ガリウムコンタクト層603
より表面側の窒化ガリウム系半導体層の表面に垂直な劈
開面である(1−100)面とは、30度の角度をなし
ている。このため、サファイアの(0001)面基板上
に形成された窒化ガリウム系レーザは、共振器ミラーを
簡便な劈開により形成することが困難であり、ドライエ
ッチングにより形成する必要があった。共振器ミラーを
ドライエッチングにより形成する場合、劈開により形成
する場合に比べ、工程が煩雑である上、半導体層に損傷
を与えたり共振器ミラー面に凹凸が生じる場合がある等
の問題があった。
【0006】サファイア(0001)面基板上に形成さ
れた窒化ガリウム系レーザにおいては、サファイア基板
をある程度以下に薄く研磨することによって、共振器の
ミラーを劈開により形成することが可能であるという報
告もあるが(K.Itaya et al.,Jpn.J.Appl.Phys.35(199
6)L1315)、共振器ミラー形成の歩留まりが悪いという問
題がある。
【0007】また、例えば、図7に示された従来技術の
窒化ガリウム系レーザは、サファイア(11−20)面
基板701上に形成されている。この場合、サファイア
(11−20)面基板701の面に垂直な劈開面である
(1−100)面と、n型窒化ガリウムコンタクト層6
03より表面側の窒化ガリウム系半導体層の表面に垂直
な劈開面である(1−100)面は、ほぼ一致してい
る。このため、サファイア(11−20)面基板上に形
成された窒化ガリウム系レーザは、共振器のミラーを、
劈開により比較的歩留まり良く形成することが可能であ
る。しかし、この場合でも、サファイア基板と窒化ガリ
ウム系半導体層の劈開面が完全には一致していない
(2.4度の角度をなしている)ために、共振器ミラー
面に凹凸が生じるという問題があった。
【0008】発振しきい値電流および発振効率の優れた
半導体レーザを得るためには共振器ミラーの面精度およ
び平行度を良好にする必要があるが、上述のように、従
来の窒化ガリウム系レーザはこのような条件を十分に満
足するものではなかった。また、共振器ミラーの平行度
を上げるためにはドライエッチング等の煩雑な工程が必
要となることから、簡便な工程で良好な共振器ミラーを
形成する方法の開発が強く望まれていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の半導体レーザは、基板と、該基板上に形成され窒化
ガリウム系半導体層を含んでなる共振器とを有する半導
体レーザにおいて、前記窒化ガリウム系半導体層が六方
晶の結晶構造を有し、前記共振器の端面は前記窒化ガリ
ウム系半導体層の(11−20)面であって前記基板に
対して実質的に垂直に形成され、前記端面は数原子層オ
ーダーの面精度を有することを特徴とする。本発明の半
導体レーザによれば、共振器を構成する両端面の平行度
および面精度が良好であるため、良好なしきい値電流を
実現するとともに優れた発振効率を実現することができ
る。
【0010】また、本発明の半導体レーザの製造方法
は、窒化ガリウム系半導体層を含む半導体レーザの製造
方法において、六方晶の結晶構造を有し該結晶構造の
(0001)面または(0001)面とのなす角が5゜
以下である面を主面とする一または二以上の窒化ガリウ
ム系半導体層を含む平坦層を、基板上に直接にまたはバ
ッファ層を介して形成する工程と、該平坦層の表面に窒
化珪素マスクを形成する工程と、該窒化珪素マスクに、
前記平坦層の[11−20]方向を長辺、[1−10
0]方向を短辺とする長方形の開口部を設ける工程と、
前記開口部の前記平坦層の表面上に、活性層を含む一ま
たは二以上の窒化ガリウム系半導体層を含んでなる選択
成長層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0011】窒化ガリウム系半導体層をエピタキシャル
成長させる際、従来は酸化珪素をマスクとして選択成長
させる方法が一般的に用いられていた。しかしこの方法
では選択成長層の側面を基板に垂直にすることは困難で
あった。また、垂直に形成できてもその製造条件はきわ
めて限られたものとなり、品質の安定性も十分ではなか
った。このため、通常、選択成長層形成後の工程でドラ
イエッチングや劈開により共振器ミラーを形成すること
が行われていた。これに対し、本発明によれば窒化珪素
をマスクとして成長させるため、選択成長層の側面が基
板に対し実質的に垂直に形成され、かつ、数原子層オー
ダーの面精度を有する平滑な鏡面が得られる。したがっ
て、選択成長層の側面をそのまま共振器ミラーとするこ
とで、製造条件について大きな制約を加えることなく、
平行度および面精度の良好で品質の安定性に優れた共振
器ミラーを得ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザの一例につ
いて、以下、図1を参照して説明する。
【0013】本発明に用いられる基板101の材料とし
ては、サファイア、GaN、Si、SiC等が挙げら
れ、このうちサファイアが好ましく用いられる。結晶性
に優れた窒化ガリウム系半導体層を比較的容易に形成す
ることができるからである。サファイアを用いた場合、
基板の主面は(0001)面または(11−20)面と
する。
【0014】本発明における窒化ガリウム系半導体層と
は、一般式InxAlyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦
y≦1、0≦x+y≦1)で表される半導体層をいう。
【0015】本発明の半導体レーザにおいて、共振器端
面103は基板101に対して実質的に垂直に形成され
る。実質的に垂直とは、発振効率の低下をもたらさない
程度に十分な垂直であることをいう。具体的には、共振
器端面103は基板101に垂直な方向に対して1度以
内、好ましくは0.5度以内の角度をなす方向に形成さ
れる。このようにすることにより、良好なしきい値電流
および優れた発振効率を実現することができる。
【0016】本発明の半導体レーザにおいて、共振器端
面103は、数原子層オーダーの面精度を有する。数原
子層オーダーの面精度とは、2〜3原子層オーダーの精
度をいい、従来のミラー形成方法である劈開法により形
成された鏡面と同等の面精度をいう。このような面精度
とすることにより、良好なしきい値電流および優れた発
振効率を実現することができる。
【0017】また、本発明の半導体レーザにおいて、窒
化ガリウム系半導体層104は六方晶の結晶構造を有し
ており、共振器端面103は窒化ガリウム系半導体層1
04の(11−20)面とする。これにより、共振器端
面103と基板101との垂直性が保たれる。また、
(11−20)面を利用することにより、例えば後述す
るような窒化珪素をマスクとしてエピタキシャル成長さ
せる等の方法で形成させることができ、製造条件につい
ての制約が少なく品質安定性に優れた半導体レーザが提
供される。
【0018】また共振器端面103は、基板101上に
窒化ガリウム系半導体層104をエピタキシャル成長さ
せることにより形成された窒化ガリウム系半導体層10
4の側面とすることが好ましい。すなわち、マスク材料
を適宜選択し所定の条件で基板上に窒化ガリウム系半導
体層をエピタキシャル成長させた際の選択成長層の側面
をそのまま利用することで、特に優れた面精度および平
行度を実現することができる。この場合、エピタキシャ
ル成長の際に用いるマスクは、酸化シリコン、窒化珪
素、酸化チタン等が挙げられるが、このうち、窒化珪素
が特に好ましい。後述するように、基板に対して実質的
に垂直な共振器端面を容易に形成することができるから
である。
【0019】次に、本発明の半導体レーザの製造方法の
一例について、以下、図1を参照して説明する。本発明
の半導体レーザの製造方法においては、まず基板101
上に直接にまたはバッファ層602を介して平坦層60
3を形成する。ここで、バッファ層とは、その上に窒化
ガリウム系半導体の単結晶を均一に形成させるために設
けられる層であり、昇温時に部分的に単結晶化し、この
部分が核となって単結晶の均一成長を促すものである。
また、平坦層603は、六方晶の結晶構造を有しその結
晶構造の(0001)面または(0001)面とのなす
角が5゜以下である面を主面とする。このような面を主
面とすることで、平坦層603の上に窒化ガリウム系半
導体層を形成した際、基板に対して垂直に形成された共
振器端面103を得ることができる。なお、(000
1)面とのなす角が5゜を越えると、共振器端面103
の平行度が損なわれる場合がある。
【0020】平坦層の表面には、窒化珪素マスク102
が形成される。窒化珪素マスクの厚みは特に制限されな
いが、好ましくは500Å以上4000Å以下、さらに
好ましくは1000Å以上3000Å以下とする。50
0Å未満ではマスクにピンホール等の欠陥が生じる場合
がある。また、4000Åを越えても効果はそれほど変
わらないため、4000Å以下とすることで十分であ
る。
【0021】窒化珪素マスク102は、CVD法等の通
常用いられる方法、条件により形成される。また、窒化
珪素の組成比は、マスクにピンホール等の欠陥が生じな
い範囲であれば、化学量論比からずれていてもよい。窒
化珪素マスクには、平坦層の[11−20]方向を長
辺、[1−100]方向を短辺とする長方形の開口部が
設けられる。開口部の大きさは、共振器のサイズに応じ
て適宜設定される。
【0022】開口部を形成した後、この開口部の平坦層
603の表面上に、活性層を含む一または二以上の窒化
ガリウム系半導体層を含んでなる選択成長層を形成す
る。形成方法は、有機金属化学気相成長法を用いること
が好ましい。この場合、成長条件は通常用いられる条件
が用いられ、成長温度は例えば900〜1200℃とす
る。
【0023】選択成長層の層構造の例を図2、3、5に
示す。この選択成長層は、図3、5のようにアルミニウ
ムを含まない層のみによって構成されることが好まし
い。選択成長法によりAlGaNを含む窒化ガリウム系
半導体層を形成した場合、マスク材とAl原料の反応に
より、マスク上にAlGaNの多結晶が析出する場合が
あるからである。但し、このような層構造とした場合、
選択成長層にAlGaNクラッド層が含まれないことと
なるため、多重量子井戸活性層607ヘの光閉込係数を
ある程度確保するための手段をとることが望ましい。例
えば、その手段の一つとして多重量子井戸構造を比較的
多周期にすることが有効である。周期数は、例えば、I
0.2Ga0.8N量子井戸層とIn0.05Ga0.95N障壁層
からなる多重量子井戸構造の場合、8周期以上とするこ
とが好ましい。また、 AlGaNクラッド層を、マス
クの下部の平坦層中に形成することも有効である。例え
ば、図3のように、n型窒化ガリウムコンタクト層60
3と窒化珪素マスク102の間に、n型AlGaNクラ
ッド層405が形成された構造とする。この方法によれ
ば、多重量子井戸構造の周期数を特に増加させることな
く、光閉込係数を確保することができる。
【0024】
【実施例】
(実施例1)以下、実施例により本発明の内容をさらに
詳細に説明する。
【0025】本実施例では、マスク材として窒化珪素を
用いた選択成長により形成される窒化ガリウム系半導体
層の側面である(11−20)面を窒化ガリウム系レー
ザの共振器ミラーとして用いた。
【0026】本実施例の窒化ガリウム系レーザの構造の
模式的断面図を図1に示す。この窒化ガリウム系レーザ
は以下のようにして作製した。まず、サファイア(00
01)面基板101上に、MOVPE法により、成長温
度550℃で厚さ300Åのアンドープの窒化ガリウム
低温成長バッファ層602、および、珪素が添加された
厚さ3μmのn型窒化ガリウムコンタクト層603を形
成した。n型窒化ガリウムコンタクト層603は、(0
001)面を表面とする六方晶である。しかる後に、前
記n型窒化ガリウムコンタクト層603の表面にプラズ
マ化学気相堆積(プラズマCVD)法およびリソグラフ
イーおよび弗酸によるエッチングにより、窒化ガリウム
の[11−20]方向に500μm、[1−100]方
向に5μmの、長方形の開口部を有する厚さ2000Å
の窒化珪素マスク102を形成した。さらに、前記マス
ク102の開口部にのみ、MOVPE法により、選択的
に、窒化ガリウム系レーザの活性層を含む窒化ガリウム
系半導体層を形成した。最後に、ニッケル(第1層)お
よび金(第2層)からなるp電極612、チタン(第1
層)およびアルミニウム(第2層)からなるn電極61
3を形成した。図1に示された本実施例1の窒化ガリウ
ム系レーザでは、前記窒化ガリウム系半導体層104の
側面に形成された窒化ガリウムの(11−20)面を共
振器ミラーとして利用している。
【0027】本実施例において、図1に示された前記窒
化ガリウム系半導体層104を、窒化ガリウムの(11
−20)面で切断した場合の概略断面図を図2に示す。
図2において、窒化ガリウム系半導体結晶103は、珪
素が添加された厚さ0.4μmのn型窒化ガリウム層2
01、珪素が添加された厚さ0.4μmのn型Al0. 15
Ga0.85Nクラッド層605、珪素が添加された厚さ
0.1μmのn型窒化ガリウム光ガイド層606、厚さ
25ÅのアンドープのIn0.2Ga0.8N量子井戸層と厚
さ50ÅのアンドープのIn0.05Ga0.95N障壁層から
なる26周期の多重量子井戸構造活性層607、マグネ
シウムが添加された厚さ200Åのp型Al0.2Ga0.8
N層608、マグネシウムが添加された厚さ0.1μm
のp型窒化ガリウム光ガイド層609、マグネシウムが
添加された厚さ0.4μmのp型Al0.l5Ga0.85Nク
ラッド層610、マグネシウムが添加された厚さ0.5
μmのp型窒化ガリウムコンタクト層611からなる。
【0028】本実施例においては、窒化ガリウム系半導
体の選択成長層を形成する際のマスク材として窒化珪素
を用いており、窒化ガリウム系半導体層104は(00
01)面および(1−101)面および(11−20)
面で囲まれた形状となる。マスク102は窒化ガリウム
の[11−20]方向に長い長方形の開口部を有してい
るため、窒化ガリウム系半導体層104の側面である
(11−20)面がそのままレーザの共振器ミラーとな
る。
【0029】共振器端面103をSEM観察したとこ
ろ、基板に対して90度の方向に形成され、かつ、原子
層オーダーの面精度を有していることが確認された。
【0030】(実施例2)実施例1と同じく、マスク材
として窒化珪素を用いた選択成長により形成される窒化
ガリウム系半導体層の側面である(11−20)面を窒
化ガリウム系レーザの共振器ミラーとして用いた。本実
施例では、実施例1において窒化ガリウム系半導体層1
04中で活性層の上下に形成されているAlGaNクラ
ッド層が形成されていない。
【0031】本実施例2の窒化ガリウム系レーザの構造
の模式的断面図は、実施例1と同じく図1で示され、そ
の製造方法も実施例1と同様である。
【0032】本実施例2において、図1に示された窒化
ガリウム系半導体結晶103を、窒化ガリウムの(11
−20)面で切断した場合の、概略断面図を図3に示
す。図3において、窒化ガリウム系半導体結晶103
は、珪素が添加された厚さ0.9μmのn型窒化ガリウ
ム層201、厚さ25ÅのアンドープのIn0.2Ga0.8
N量子井戸層と厚さ50ÅのアンドープのIn0.05Ga
0.95N障壁層からなる26周期の多重量子井戸構造活性
層607、マグネシウムが添加された厚さ200Åのp
型Al0.2Ga0.8N層608、マグネシウムが添加され
た厚さ1.0μmのp型窒化ガリウムコンタクト層61
1からなる。
【0033】本実施例においては、マスク102は窒化
ガリウムの[11−20]方向に長い長方形の開口部を
有しているため、選択成長法によって形成された窒化ガ
リウム系半導体層104の(11−20)面がそのまま
レーザの共振器ミラーとなる。
【0034】共振器端面103をSEM観察したとこ
ろ、基板に対して90度の方向に形成され、かつ、原子
層オーダーの面精度を有していることが確認された。
【0035】(実施例3)実施例1および実施例2と同
様にマスク材として窒化珪素を用いて選択成長により形
成した窒化ガリウム系半導体層の側面である(11−2
0)面を窒化ガリウム系レーザの共振器ミラーとして用
いた。但し、本実施例では、実施例1において窒化ガリ
ウム系半導体層104中で活性層の上下に形成されてい
るAlGaNクラッド層が形成されておらず、かつ、n
型窒化ガリウムコンタクト層603と窒化珪素マスク1
02の間に、n型AlGaNクラッド層が形成されてい
る。
【0036】本実施例3の窒化ガリウム系レーザの構造
の模式的断面図を図4に示す。図4に示された本実施例
の窒化ガリウム系レーザの製造方法は以下の通りであ
る。サファイア(0001)面基板101上に、MOV
PE法により、成長温度550℃で厚さ300Åのアン
ドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層602、およ
び、珪素が添加された厚さ3μmのn型窒化ガリウムコ
ンタクト層603、および、珪素が添加された厚さ0.
4μmのn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層405を形
成した。前記n型窒化ガリウムコンタクト層603およ
びn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層405は、(00
01)面を表面とする六方晶である。しかる後に、前記
n型窒化ガリウムコンタクト層603の表面にプラズマ
化学気相堆積(プラズマCVD)法およびリソグラフィ
ーおよび弗酸によるエッチングにより、窒化ガリウムの
[11−20]方向に500μm、[1−100]方向
に5μmの、長方形の開口部を有する厚さ2000Åの
窒化珪素マスク102を形成した。さらに、前記マスク
102の開口部にのみ、MOVPE法により、選択的
に、窒化ガリウム系レーザの活性層を含む窒化ガリウム
系半導体層104を形成した。最後に、ニッケル(第1
層)および金(第2層)からなるp電極612、チタン
(第1層)およびアルミニウム(第2層)からなるn電
極613を形成した。図1に示された本実施例1の窒化
ガリウム系レーザでは、前記窒化ガリウム系半導体層1
04の側面に形成された窒化ガリウムの(11−20)
面を共振器ミラーとして利用している。
【0037】本実施例3において、図4に示された窒化
ガリウム系半導体層104を、窒化ガリウムの(11−
20)面で切断した場合の、概略断面図を図5に示す。
図5において、窒化ガリウム系半導体結晶103は、珪
素が添加された厚さ0.1μmのn型窒化ガリウム光ガ
イド層606、厚さ25ÅのアンドープのIn0.2Ga
0.8N量子井戸層と厚さ50ÅのアンドープのIn0.05
Ga0.95N障壁層からなる26周期の多重量子井戸構造
活性層607、マグネシウムが添加された厚さ200Å
のp型Al0.2Ga0.8N層608、マグネシウムが添加
された厚さ1.0μmのp型窒化ガリウムコンタクト層
611からなる。
【0038】本実施例においては、マスク102は窒化
ガリウムの[11−20]方向に長い長方形の開口部を
有しているため、選択成長法によって形成された窒化ガ
リウム系半導体層104の(11−20)面がそのまま
レーザの共振器ミラーとなる。
【0039】共振器端面103をSEM観察したとこ
ろ、基板に対して90度の方向に形成され、かつ、原子
層オーダーの面精度を有していることが確認された。
【0040】本発明の窒化ガリウム系レーザおよびその
製造方法は、上述した実施例1ないし実施例3に示され
るマスクパタンや層構造においてのみ有効であるという
訳ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、あらゆ
るマスクパタンおよびあらゆる層構造において有効であ
る。なお、本発明に於けるサファイア基板の表面面方位
に関しては、実施例1ないし実施例3に示されたような
(0001)面である必要はなく、(11−20)面で
も良い。さらに、サファイア基板の表面面方位に関して
は、必ずしも厳密に(0001)面または(11−2
0)面である必要はなく、(0001)面または(11
−20)面となす角が5度程度以内の面であれば良い。
さらに、マスクの開口部の長方形の長辺および短辺の方
向は必ずしも厳密に窒化ガリウムの[11−20]方向
や[1−100]方向である必要はなく、窒化ガリウム
の[11−20]方向または[11−20]方向とのな
す角が5度程度以内の方向であればよい。
【0041】
【発明の効果】本発明の半導体レーザによれば、共振器
端面が基板に対して実質的に垂直に形成され、かつ、こ
の端面は数原子層オーダーの面精度を有するため、優れ
たしきい値電流および発振効率を実現することができ
る。
【0042】また、本発明の半導体レーザによれば、共
振器の端面は窒化ガリウム系半導体層の(11−20)
面を利用しているため、例えば窒化珪素をマスクとして
エピタキシャル成長させる等の方法で形成させることが
でき、製造条件についての制約が少なく品質安定性に優
れた半導体レーザが提供される。
【0043】また、本発明の半導体レーザの製造方法に
よれば、窒化珪素をマスクとして成長させるため、選択
成長層の側面が基板に対し実質的に垂直に形成され、か
つ、数原子層オーダーの面精度を有する平滑な鏡面が得
られる。したがって、選択成長層の側面をそのまま共振
器ミラーとすることができる。このため、共振器のミラ
ーをドライエッチングや歩留まりの悪い劈開によって形
成する必要がない。また、共振器ミラー面に凹凸が生じ
る問題もない。即ち、本発明の窒化ガリウム系レーザの
製造方法によれば、極めて平坦で、かつ平行度に優れた
共振器ミラーを簡便な工程で形成することができる。さ
らに、製造条件についての制約が少なく品質安定性に優
れるという利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の窒化ガリウム系レーザの構造を示す模
式的断面図である。
【図2】本発明の窒化ガリウム系レーザ選択成長層の層
構造を示す模式的断面図である。
【図3】本発明の窒化ガリウム系レーザ選択成長層の層
構造を示す模式的断面図である。
【図4】本発明の窒化ガリウム系レーザの構造を示す模
式的断面図である。
【図5】本発明の窒化ガリウム系レーザの構造を示す模
式的断面図である。
【図6】従来技術の結晶成長方法により(0001)面
サファイア基板上に形成された代表的な窒化ガリウム系
レーザの概略断面図である。
【図7】従来技術の結晶成長方法により(11−20)
面サファイア基板上に形成された代表的な窒化ガリウム
系レーザの概略断面図である。
【符号の説明】 101 サファイア(0001)面基板 102 窒化珪素膜 103 共振器端面 104 窒化ガリウム系半導体層 201 n型窒化ガリウム層 405 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層 602 窒化ガリウム低温成長バッファ層 603 n型窒化ガリウムコンタクト層 604 n型In0.1Ga0.9N層 605 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層 606 n型窒化ガリウム光ガイド層 607 In0.2Ga0.8N/In0.05Ga0.95N多重量
子井戸活性層 608 p型Al0.2Ga0.8N層 609 p型窒化ガリウム光ガイド層 610 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層 611 p型In0.2Ga0.8Nコンタクト層 612 p電極 613 n電極 701 サファイア(11−20)面基板 702 窒化ガリウム低温成長バッファ層 705 n型Al0.12Ga0.88N層 707 In0.2Ga0.8N/In0.05Ga0.95N多重量
子井戸活性層

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板上に形成され窒化ガリウ
    ム系半導体層を含んでなる共振器とを有する半導体レー
    ザにおいて、前記窒化ガリウム系半導体層が六方晶の結
    晶構造を有し、前記共振器の端面は前記窒化ガリウム系
    半導体層の(11−20)面であって前記基板に対して
    実質的に垂直に形成され、前記端面は数原子層オーダー
    の面精度を有することを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 前記端面が、前記基板上に前記窒化ガリ
    ウム系半導体層をエピタキシャル成長させることにより
    形成された前記窒化ガリウム系半導体層の側面であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 前記基板がサファイア基板である請求項
    1または2に記載の半導体レーザ。
  4. 【請求項4】 前記基板が、一または二以上の窒化ガリ
    ウム系半導体層を含む平坦層が表面に形成されたサファ
    イア基板であって、該平坦層は、六方晶の結晶構造を有
    し、該結晶構造の(0001)面または(0001)面
    とのなす角が5゜以下である面を主面とする請求項1ま
    たは2に記載の半導体レーザ。
  5. 【請求項5】 窒化ガリウム系半導体層を含む半導体レ
    ーザの製造方法において、六方晶の結晶構造を有し該結
    晶構造の(0001)面または(0001)面とのなす
    角が5゜以下である面を主面とする一または二以上の窒
    化ガリウム系半導体層を含む平坦層を、基板上に直接に
    またはバッファ層を介して形成する工程と、該平坦層の
    表面に窒化珪素マスクを形成する工程と、該窒化珪素マ
    スクに、前記平坦層の[11−20]方向を長辺、[1
    −100]方向を短辺とする長方形の開口部を設ける工
    程と、前記開口部の前記平坦層の表面上に、活性層を含
    む一または二以上の窒化ガリウム系半導体層を含んでな
    る選択成長層を形成する工程とを有することを特徴とす
    る半導体レーザの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記選択成長層が、アルミニウムを含ま
    ない層のみによって構成される請求項5に記載の半導体
    レーザの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記平坦層が、一般式AlxGay
    1-x-yで表される半導体層を少なくとも含む請求項6に
    記載の半導体レーザの製造方法。
  8. 【請求項8】 前記選択成長層を、有機金属化学気相成
    長法を用いて形成する請求項5乃至7いずれかに記載の
    半導体レーザの製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項5乃至8いずれかに記載の半導体
    レーザの製造方法によって製造された半導体レーザ。
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