JP2001237492A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子およびその製造方法Info
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 平坦性が良好な共振器端面を有し、特性およ
び信頼性の向上が図られた半導体レーザ素子およびその
製造方法を提供することである。 【解決手段】 半導体レーザ素子１００は、サファイア
基板１上に各層２〜１０が順に形成されてなる。この半
導体レーザ素子１００の共振器長の方向は〈０１-1０〉
方向である。各層４〜１０の〈０１-1０〉方向の端面に
は、アンドープのＧａＮからなりかつ（０１-1０）面を
表面とするＧａＮ端面再成長層１３が形成されている。
このＧａＮ端面再成長層１３の（０１-1０）面が共振器
端面を構成する。
び信頼性の向上が図られた半導体レーザ素子およびその
製造方法を提供することである。 【解決手段】 半導体レーザ素子１００は、サファイア
基板１上に各層２〜１０が順に形成されてなる。この半
導体レーザ素子１００の共振器長の方向は〈０１-1０〉
方向である。各層４〜１０の〈０１-1０〉方向の端面に
は、アンドープのＧａＮからなりかつ（０１-1０）面を
表面とするＧａＮ端面再成長層１３が形成されている。
このＧａＮ端面再成長層１３の（０１-1０）面が共振器
端面を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
およびその製造方法に関する。
およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、Ａｌ
ＧａＩｎＮ等のIII 族窒化物半導体（以下、窒化物系半
導体と呼ぶ）を用いた半導体レーザ素子は、可視から紫
外にわたる領域の光を出射する半導体レーザ素子として
応用が期待されている。
ＧａＩｎＮ等のIII 族窒化物半導体（以下、窒化物系半
導体と呼ぶ）を用いた半導体レーザ素子は、可視から紫
外にわたる領域の光を出射する半導体レーザ素子として
応用が期待されている。
【０００３】例えば、ＧａＮ系半導体レーザ素子の製造
の際には、ＧａＮからなる基板が存在しないため、Ｇａ
Ｎとは格子定数が異なるサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の
絶縁基板上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）や
分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）によりＧａＮ
系半導体層を成長させる。
の際には、ＧａＮからなる基板が存在しないため、Ｇａ
Ｎとは格子定数が異なるサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の
絶縁基板上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）や
分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）によりＧａＮ
系半導体層を成長させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の赤外光または赤
色光を出射するＧａＡｓ系半導体レーザ素子において
は、基板と基板上の半導体層との面方位が一致する。こ
のため、基板をへき開しやすい面で基板とともに半導体
層をへき開することができる。したがって、へき開によ
り平滑な共振器端面を容易に形成することが可能であ
る。
色光を出射するＧａＡｓ系半導体レーザ素子において
は、基板と基板上の半導体層との面方位が一致する。こ
のため、基板をへき開しやすい面で基板とともに半導体
層をへき開することができる。したがって、へき開によ
り平滑な共振器端面を容易に形成することが可能であ
る。
【０００５】一方、ＧａＮ系半導体レーザ素子において
も、へき開しやすい面はサファイア基板とＧａＮ系半導
体層とで一致している。しかしながら、前述のようにサ
ファイア基板とＧａＮ系半導体層とでは格子定数が異な
ることから、両者の面方位は３０°ずれている。このた
め、基板をへき開しやすい面で基板とともに半導体層を
へき開すると、へき開面が平滑な面とならず、凹凸が多
く粗い面となる。このように、ＧａＮ系半導体レーザ素
子においては、共振器端面としての特性が十分な端面を
へき開により得ることができない。また、へき開により
共振器端面を形成した場合、共振器長の方向に対して垂
直な端面を得ることができない。
も、へき開しやすい面はサファイア基板とＧａＮ系半導
体層とで一致している。しかしながら、前述のようにサ
ファイア基板とＧａＮ系半導体層とでは格子定数が異な
ることから、両者の面方位は３０°ずれている。このた
め、基板をへき開しやすい面で基板とともに半導体層を
へき開すると、へき開面が平滑な面とならず、凹凸が多
く粗い面となる。このように、ＧａＮ系半導体レーザ素
子においては、共振器端面としての特性が十分な端面を
へき開により得ることができない。また、へき開により
共振器端面を形成した場合、共振器長の方向に対して垂
直な端面を得ることができない。
【０００６】一方、へき開により共振器端面を形成する
方法以外に、ダイシングやエッチングにより共振器端面
を形成する方法がある。このような方法によりＧａＮ系
半導体レーザ素子の共振器端面を形成する場合は、へき
開により共振器端面を形成する場合に比べて平滑な共振
器端面が得られる。
方法以外に、ダイシングやエッチングにより共振器端面
を形成する方法がある。このような方法によりＧａＮ系
半導体レーザ素子の共振器端面を形成する場合は、へき
開により共振器端面を形成する場合に比べて平滑な共振
器端面が得られる。
【０００７】しかしながら、ダイシングによりＧａＮ系
半導体レーザ素子の共振器端面を形成する場合、ブレー
ドの刃により端面に凹凸が形成される。このため、共振
器端面として十分な特性が得られる程の平滑な端面を形
成することは困難である。
半導体レーザ素子の共振器端面を形成する場合、ブレー
ドの刃により端面に凹凸が形成される。このため、共振
器端面として十分な特性が得られる程の平滑な端面を形
成することは困難である。
【０００８】化学反応を利用してエッチングにより共振
器端面を形成する方法によれば、上記のへき開、ダイシ
ングによる方法に比べ、平滑な共振器端面が得られる。
しかしながら、エッチングにより共振器端面を形成する
場合においては、共振器長の方向に対して垂直な共振器
端面を得るのが困難である。
器端面を形成する方法によれば、上記のへき開、ダイシ
ングによる方法に比べ、平滑な共振器端面が得られる。
しかしながら、エッチングにより共振器端面を形成する
場合においては、共振器長の方向に対して垂直な共振器
端面を得るのが困難である。
【０００９】以上のように、ＧａＮ系半導体レーザ素子
においては、共振器端面として十分な特性が得られる程
平坦性が良好で、共振器長の方向に対して垂直な共振器
端面を作製することが困難である。このため、作製した
ＧａＮ系半導体レーザ素子において、特性の劣化および
信頼性の低下が生じる。
においては、共振器端面として十分な特性が得られる程
平坦性が良好で、共振器長の方向に対して垂直な共振器
端面を作製することが困難である。このため、作製した
ＧａＮ系半導体レーザ素子において、特性の劣化および
信頼性の低下が生じる。
【００１０】本発明の目的は、平坦性が良好な共振器端
面を有し、特性および信頼性の向上が図られた半導体レ
ーザ素子およびその製造方法を提供することである。
面を有し、特性および信頼性の向上が図られた半導体レ
ーザ素子およびその製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る半導体レーザ素子は、端面を有しかつ発光層を含
む第１の窒化物系半導体層が基板上に形成されるととも
に、第１の窒化物系半導体層の端面に第２の窒化物系半
導体層が形成され、第２の窒化物系半導体層の表面が共
振器端面を構成するものである。
に係る半導体レーザ素子は、端面を有しかつ発光層を含
む第１の窒化物系半導体層が基板上に形成されるととも
に、第１の窒化物系半導体層の端面に第２の窒化物系半
導体層が形成され、第２の窒化物系半導体層の表面が共
振器端面を構成するものである。
【００１２】本発明に係る半導体レーザ素子において
は、第１の窒化物系半導体層の端面において結晶成長し
た第２の窒化物系半導体層の表面が共振器端面を構成す
る。このような結晶成長により得られた共振器端面は平
滑である。また、表面が半導体レーザ素子の共振器長の
方向に対して垂直になるように第２の窒化物系半導体層
を結晶成長させることができる。そのため、共振器長の
方向に対して垂直な共振器端面が形成される。
は、第１の窒化物系半導体層の端面において結晶成長し
た第２の窒化物系半導体層の表面が共振器端面を構成す
る。このような結晶成長により得られた共振器端面は平
滑である。また、表面が半導体レーザ素子の共振器長の
方向に対して垂直になるように第２の窒化物系半導体層
を結晶成長させることができる。そのため、共振器長の
方向に対して垂直な共振器端面が形成される。
【００１３】したがって、このような共振器端面を有す
る上記の半導体レーザ素子においては、素子特性および
信頼性の向上が図られる。
る上記の半導体レーザ素子においては、素子特性および
信頼性の向上が図られる。
【００１４】第２の窒化物系半導体層の表面は共振器長
の方向に対して垂直であることが好ましい。この場合、
半導体レーザ素子の共振器端面が共振器長の方向に対し
て垂直となる。それにより、効率的なレーザ発振が可能
となり、半導体レーザ素子においてより素子特性の向上
が図られる。
の方向に対して垂直であることが好ましい。この場合、
半導体レーザ素子の共振器端面が共振器長の方向に対し
て垂直となる。それにより、効率的なレーザ発振が可能
となり、半導体レーザ素子においてより素子特性の向上
が図られる。
【００１５】第１および第２の窒化物系半導体層はアル
ミニウム、ガリウム、インジウム、ホウ素およびタリウ
ムの少なくとも１つを含んでもよい。また、この場合、
共振器端面は第１の窒化物系半導体層の〈０１-1０〉方
向に垂直でありかつ第２の窒化物系半導体層の表面は
（０１-1０）面であることが好ましい。
ミニウム、ガリウム、インジウム、ホウ素およびタリウ
ムの少なくとも１つを含んでもよい。また、この場合、
共振器端面は第１の窒化物系半導体層の〈０１-1０〉方
向に垂直でありかつ第２の窒化物系半導体層の表面は
（０１-1０）面であることが好ましい。
【００１６】この場合、半導体レーザ素子の共振器長の
方向は〈０１-1０〉方向となる。したがって、第２の窒
化物系半導体層の表面を（０１-1０）面とすることによ
り、共振器端面が共振器長の方向に対して垂直となる。
方向は〈０１-1０〉方向となる。したがって、第２の窒
化物系半導体層の表面を（０１-1０）面とすることによ
り、共振器端面が共振器長の方向に対して垂直となる。
【００１７】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
は、基板上に発光層を含む第１の半導体層を形成する工
程と、第１の半導体層に導波路を形成する工程と、第１
の半導体層の所定領域に、導波路の方向に対して垂直な
方向に延びるストライプ状の溝を形成し溝内に発光層を
含む第１の半導体層の端面を露出させる工程と、溝内に
露出した第１の半導体層の端面に第２の半導体層を形成
する工程と、溝に沿って第１の半導体層を基板とともに
分離する工程とを備えたものである。
は、基板上に発光層を含む第１の半導体層を形成する工
程と、第１の半導体層に導波路を形成する工程と、第１
の半導体層の所定領域に、導波路の方向に対して垂直な
方向に延びるストライプ状の溝を形成し溝内に発光層を
含む第１の半導体層の端面を露出させる工程と、溝内に
露出した第１の半導体層の端面に第２の半導体層を形成
する工程と、溝に沿って第１の半導体層を基板とともに
分離する工程とを備えたものである。
【００１８】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
においては、溝内に露出した第１の半導体層の端面に第
２の半導体層を結晶成長させ、この第２の半導体層の表
面を共振器端面とする。結晶成長した第２の半導体層の
表面は平滑であることから、このような半導体レーザ素
子の製造方法によれば、容易に平滑な共振器端面を形成
することができる。
においては、溝内に露出した第１の半導体層の端面に第
２の半導体層を結晶成長させ、この第２の半導体層の表
面を共振器端面とする。結晶成長した第２の半導体層の
表面は平滑であることから、このような半導体レーザ素
子の製造方法によれば、容易に平滑な共振器端面を形成
することができる。
【００１９】また、この場合においては、導波路の方向
に対して垂直な方向に溝を形成するため、溝内に露出し
た第１の半導体層の端面は導波路の方向に対して垂直と
なる。このため、第１の半導体層の端面に形成した第２
の半導体層の表面は導波路の方向に対して垂直となる。
したがって、導波路の方向に対して垂直な共振器端面を
形成することができる。
に対して垂直な方向に溝を形成するため、溝内に露出し
た第１の半導体層の端面は導波路の方向に対して垂直と
なる。このため、第１の半導体層の端面に形成した第２
の半導体層の表面は導波路の方向に対して垂直となる。
したがって、導波路の方向に対して垂直な共振器端面を
形成することができる。
【００２０】以上のように、上記の半導体レーザ素子の
製造方法によれば、平滑でかつ導波路の方向（共振器長
の方向）に対して垂直な共振器端面を形成することがで
きるため、作製した半導体レーザ素子において、素子特
性および信頼性の向上が図られる。
製造方法によれば、平滑でかつ導波路の方向（共振器長
の方向）に対して垂直な共振器端面を形成することがで
きるため、作製した半導体レーザ素子において、素子特
性および信頼性の向上が図られる。
【００２１】第２の半導体層を形成する工程は、溝内に
露出した第１の半導体層の端面を除く第１の半導体層の
表面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の領域を除いて
溝内に露出した第１の半導体層の端面に第２の半導体層
を選択的に成長させる工程とを含んでもよい。
露出した第１の半導体層の端面を除く第１の半導体層の
表面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の領域を除いて
溝内に露出した第１の半導体層の端面に第２の半導体層
を選択的に成長させる工程とを含んでもよい。
【００２２】この場合、絶縁膜を形成した領域において
は第２の半導体層が成長しないため、絶縁膜を形成して
いない領域すなわち溝内で露出した第１の半導体層の端
面に、容易に選択的に第２の半導体層を成長させること
が可能となる。
は第２の半導体層が成長しないため、絶縁膜を形成して
いない領域すなわち溝内で露出した第１の半導体層の端
面に、容易に選択的に第２の半導体層を成長させること
が可能となる。
【００２３】第１および第２の半導体層はIII 族窒化物
系半導体からなり、導波路を第１の半導体層の〈０１-1
０〉方向と平行に形成するとともに、表面が（０１-1
０）面となるように第２の半導体層を形成することが好
ましい。この場合、第２の半導体層の表面が導波路に対
して垂直となる。したがって、導波路に対して垂直な共
振器端面が得られる。
系半導体からなり、導波路を第１の半導体層の〈０１-1
０〉方向と平行に形成するとともに、表面が（０１-1
０）面となるように第２の半導体層を形成することが好
ましい。この場合、第２の半導体層の表面が導波路に対
して垂直となる。したがって、導波路に対して垂直な共
振器端面が得られる。
【００２４】第２の半導体層の形成時に供給するIII 族
原料の供給量を調整することにより第２の半導体層の表
面を（０１-1０）面としてもよい。この場合、III 族原
料の供給量を調整して第２の半導体層の成長速度を調整
する。それにより、第２の半導体層の表面を（０１-1
０）面とすることが可能となる。
原料の供給量を調整することにより第２の半導体層の表
面を（０１-1０）面としてもよい。この場合、III 族原
料の供給量を調整して第２の半導体層の成長速度を調整
する。それにより、第２の半導体層の表面を（０１-1
０）面とすることが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１〜図６は本発明の一実施例に
おける半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的な工程
図である。
おける半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的な工程
図である。
【００２６】まず、図１に示すように、ＭＯＶＰＥ（有
機金属気相成長法）法により、サファイア基板１のＣ
（０００１）面上にＡｌＧａＮバッファ層２、アンドー
プＧａＮ層３、アンドープＧａＮ層４、ｎ−ＧａＮコン
タクト層５、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラック防止層６、ｎ
−ＡｌＧａＮ第２クラッド層７ａ、ｎ−ＧａＮ第１クラ
ッド層７ｂ、ＧａＩｎＮからなるＭＱＷ（多重量子井
戸）発光層８、ｐ−ＧａＮ第１クラッド層９ａ、ｐ−Ａ
ｌＧａＮ第２クラッド層９ｂおよびｐ−ＧａＮコンタク
ト層１０を順に成長させる。各層２〜１０の成長条件は
表１に示す通りである。
機金属気相成長法）法により、サファイア基板１のＣ
（０００１）面上にＡｌＧａＮバッファ層２、アンドー
プＧａＮ層３、アンドープＧａＮ層４、ｎ−ＧａＮコン
タクト層５、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラック防止層６、ｎ
−ＡｌＧａＮ第２クラッド層７ａ、ｎ−ＧａＮ第１クラ
ッド層７ｂ、ＧａＩｎＮからなるＭＱＷ（多重量子井
戸）発光層８、ｐ−ＧａＮ第１クラッド層９ａ、ｐ−Ａ
ｌＧａＮ第２クラッド層９ｂおよびｐ−ＧａＮコンタク
ト層１０を順に成長させる。各層２〜１０の成長条件は
表１に示す通りである。
【００２７】
【表１】
【００２８】なお、表１の原料ガスにおいて、トリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡｌ）はアルミニウム源であり、
トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）はガリウム源であり、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）はインジウム源であ
り、アンモニア（ＮＨ3 ）は窒素源である。また、シラ
ンガス（ＳｉＨ4 ）はｎ型のドーパントガスであり、シ
クロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）はｐ型
のドーパントガスである。この場合、ｎ型のドーパント
としてＳｉを用いており、ｐ型のドーパントとしてＭｇ
を用いている。
ルアルミニウム（ＴＭＡｌ）はアルミニウム源であり、
トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）はガリウム源であり、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）はインジウム源であ
り、アンモニア（ＮＨ3 ）は窒素源である。また、シラ
ンガス（ＳｉＨ4 ）はｎ型のドーパントガスであり、シ
クロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）はｐ型
のドーパントガスである。この場合、ｎ型のドーパント
としてＳｉを用いており、ｐ型のドーパントとしてＭｇ
を用いている。
【００２９】以下に、各層２〜１０の成長時の詳細につ
いて説明する。サファイア基板１上にＡｌＧａＮバッフ
ァ層２およびアンドープＧａＮ層３を順に成長させた
後、一旦、結晶成長装置の反応管からウエハを取り出
す。そして、ＥＢ（電子線ビーム）蒸着法、スパッタ蒸
着法等の蒸着技術とフォトリソグラフィ技術とを用い
て、複数のストライプ状開口部を有する酸化膜マスク２
０を選択成長マスクとしてアンドープＧａＮ層３上に形
成する。そして、酸化膜マスク２０の開口部内において
アンドープＧａＮ層３を露出させる。
いて説明する。サファイア基板１上にＡｌＧａＮバッフ
ァ層２およびアンドープＧａＮ層３を順に成長させた
後、一旦、結晶成長装置の反応管からウエハを取り出
す。そして、ＥＢ（電子線ビーム）蒸着法、スパッタ蒸
着法等の蒸着技術とフォトリソグラフィ技術とを用い
て、複数のストライプ状開口部を有する酸化膜マスク２
０を選択成長マスクとしてアンドープＧａＮ層３上に形
成する。そして、酸化膜マスク２０の開口部内において
アンドープＧａＮ層３を露出させる。
【００３０】本例において、酸化膜マスク２０はＳｉＯ
2 膜からなる。酸化膜マスク２０の酸化膜部分の幅は１
〜１０μｍであり、開口部の幅は１〜１０μｍである。
また、ストライプ状の開口部は、長手方向がＧａＮの
〈０１-1０〉方向と平行になるように形成する。
2 膜からなる。酸化膜マスク２０の酸化膜部分の幅は１
〜１０μｍであり、開口部の幅は１〜１０μｍである。
また、ストライプ状の開口部は、長手方向がＧａＮの
〈０１-1０〉方向と平行になるように形成する。
【００３１】なお、ＧａＮ系半導体は六方晶系であり、
［１０-1０］方向、［０１-1０］方向、［-1１００］方
向、［-1０１０］方向、［０-1１０］方向および［１-1
００］方向が等価な面方位である。ここでは、これらの
等価な面方位を一般表記〈０１-1０〉で表す。
［１０-1０］方向、［０１-1０］方向、［-1１００］方
向、［-1０１０］方向、［０-1１０］方向および［１-1
００］方向が等価な面方位である。ここでは、これらの
等価な面方位を一般表記〈０１-1０〉で表す。
【００３２】上記のようにして酸化膜マスク２０を形成
した後、再び反応管にウエハを戻してアンドープＧａＮ
層４を成長させる。この場合、アンドープＧａＮ層４は
選択横方向成長（ＥＬＯＧ；Epitaxial Lateral Over G
rowth ）する。
した後、再び反応管にウエハを戻してアンドープＧａＮ
層４を成長させる。この場合、アンドープＧａＮ層４は
選択横方向成長（ＥＬＯＧ；Epitaxial Lateral Over G
rowth ）する。
【００３３】すなわち、酸化膜マスク２０上においては
ＧａＮが成長しにくいため、成長初期においてアンドー
プＧａＮ層４は酸化膜マスク２０上に成長せず、酸化膜
マスク２０の開口部内に露出したアンドープＧａＮ層３
上に選択的に成長する。この場合、アンドープＧａＮ層
４はファセット構造を形成しながら成長する。成長が進
むにつれてアンドープＧａＮ層４は横方向にも成長す
る。それにより、酸化膜マスク２０上にもアンドープＧ
ａＮ層４が形成される。
ＧａＮが成長しにくいため、成長初期においてアンドー
プＧａＮ層４は酸化膜マスク２０上に成長せず、酸化膜
マスク２０の開口部内に露出したアンドープＧａＮ層３
上に選択的に成長する。この場合、アンドープＧａＮ層
４はファセット構造を形成しながら成長する。成長が進
むにつれてアンドープＧａＮ層４は横方向にも成長す
る。それにより、酸化膜マスク２０上にもアンドープＧ
ａＮ層４が形成される。
【００３４】ここで、アンドープＧａＮ層４の横方向成
長に伴い、アンドープＧａＮ層３から伝播した多数の貫
通転位は、サファイア基板１の表面（Ｃ面）に水平な方
向、すなわち横方向に折り曲げられる。このため、酸化
膜マスク２０の開口部内に露出したアンドープＧａＮ層
３上に成長したＧａＮにおいては、上下方向に伝播する
貫通転位の低減が図られる。
長に伴い、アンドープＧａＮ層３から伝播した多数の貫
通転位は、サファイア基板１の表面（Ｃ面）に水平な方
向、すなわち横方向に折り曲げられる。このため、酸化
膜マスク２０の開口部内に露出したアンドープＧａＮ層
３上に成長したＧａＮにおいては、上下方向に伝播する
貫通転位の低減が図られる。
【００３５】なお、貫通転位が全て横方向に折れ曲がる
のに要するアンドープＧａＮ層４の厚さは、酸化膜マス
ク２０の開口部の幅と同じ程度である。したがって、本
例においては、アンドープＧａＮ層４を１〜１０μｍ程
度の厚さまで成長させ、貫通転位を全て横方向に折り曲
げる。さらに、アンドープＧａＮ層４の成長は、ファセ
ット構造が埋め込まれて表面が平坦化されるまで続け
る。
のに要するアンドープＧａＮ層４の厚さは、酸化膜マス
ク２０の開口部の幅と同じ程度である。したがって、本
例においては、アンドープＧａＮ層４を１〜１０μｍ程
度の厚さまで成長させ、貫通転位を全て横方向に折り曲
げる。さらに、アンドープＧａＮ層４の成長は、ファセ
ット構造が埋め込まれて表面が平坦化されるまで続け
る。
【００３６】以上のように、アンドープＧａＮ層３上の
領域のアンドープＧａＮ層４では、貫通転位が横方向に
折り曲げられるため、転位密度が低減される。また、酸
化膜マスク２０上の領域のアンドープＧａＮ層４では、
アンドープＧａＮ層３から伝播した貫通転位が酸化膜マ
スク２０で止まるため、転位密度の低減が図られる。し
たがって、アンドープＧａＮ層４においては良好な結晶
性が実現される。
領域のアンドープＧａＮ層４では、貫通転位が横方向に
折り曲げられるため、転位密度が低減される。また、酸
化膜マスク２０上の領域のアンドープＧａＮ層４では、
アンドープＧａＮ層３から伝播した貫通転位が酸化膜マ
スク２０で止まるため、転位密度の低減が図られる。し
たがって、アンドープＧａＮ層４においては良好な結晶
性が実現される。
【００３７】上記のようにして形成した転位密度が低く
平坦なアンドープＧａＮ層４上に、以下のようにして半
導体レーザ素子構造を作製する。
平坦なアンドープＧａＮ層４上に、以下のようにして半
導体レーザ素子構造を作製する。
【００３８】半導体レーザ素子構造の作製時には、ま
ず、上記のアンドープＧａＮ層４上に、ｎ−ＧａＮコン
タクト層５、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラック防止層６、ｎ
−ＡｌＧａＮ第２クラッド層７ａおよびｎ−ＧａＮ第１
クラッド層７ｂを順に成長させる。さらに、ｎ−ＧａＮ
第１クラッド層７ｂ上に、５つのアンドープＧａＮ障壁
層と４つの圧縮歪みのアンドープＩｎＧａＮ井戸層とを
交互に成長させ、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する
ＭＱＷ発光層８を形成する。さらに、ＭＱＷ発光層８上
に、ｐ−ＧａＮ第１クラッド層９ａ、ｐ−ＡｌＧａＮ第
２クラッド層９ｂおよびｐ−ＧａＮコンタクト層１０を
順に成長させる。
ず、上記のアンドープＧａＮ層４上に、ｎ−ＧａＮコン
タクト層５、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラック防止層６、ｎ
−ＡｌＧａＮ第２クラッド層７ａおよびｎ−ＧａＮ第１
クラッド層７ｂを順に成長させる。さらに、ｎ−ＧａＮ
第１クラッド層７ｂ上に、５つのアンドープＧａＮ障壁
層と４つの圧縮歪みのアンドープＩｎＧａＮ井戸層とを
交互に成長させ、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する
ＭＱＷ発光層８を形成する。さらに、ＭＱＷ発光層８上
に、ｐ−ＧａＮ第１クラッド層９ａ、ｐ−ＡｌＧａＮ第
２クラッド層９ｂおよびｐ−ＧａＮコンタクト層１０を
順に成長させる。
【００３９】続いて、図２に示すように、ＥＢ蒸着法と
フォトリソグラフィ技術とを用いて、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層１０の所定領域上にＮｉマスク（図示せず）を形
成する。このＮｉマスクを用いたエッチングによりｐ−
ＧａＮコンタクト層１０からｎ−ＧａＮコンタクト層５
までの一部領域を除去し、ｎ−ＧａＮコンタクト層５の
ｎ側電極形成領域を露出させる。それにより、各層５〜
１０から構成されるメサ構造を形成する。このようにし
て、光を閉じ込めるための導波型構造を作製し、光の導
波路を形成する。
フォトリソグラフィ技術とを用いて、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層１０の所定領域上にＮｉマスク（図示せず）を形
成する。このＮｉマスクを用いたエッチングによりｐ−
ＧａＮコンタクト層１０からｎ−ＧａＮコンタクト層５
までの一部領域を除去し、ｎ−ＧａＮコンタクト層５の
ｎ側電極形成領域を露出させる。それにより、各層５〜
１０から構成されるメサ構造を形成する。このようにし
て、光を閉じ込めるための導波型構造を作製し、光の導
波路を形成する。
【００４０】なお、この場合においては、導波路が窒化
物系半導体の〈０１-1０〉方向と一致するようにするメ
サ構造を形成する。また、エッチングは例えばＣＦ4 を
エッチングガスとして用い、反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）法により行う。
物系半導体の〈０１-1０〉方向と一致するようにするメ
サ構造を形成する。また、エッチングは例えばＣＦ4 を
エッチングガスとして用い、反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）法により行う。
【００４１】露出したｎ−ＧａＮコンタクト層５のｎ側
電極形成領域上にＴｉ膜およびＡｌ膜を順に蒸着し、ｎ
側電極１１を形成する。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層
１０の所定領域上にＮｉ膜およびＡｕ膜を順に蒸着し、
ｐ側電極１２を形成する。
電極形成領域上にＴｉ膜およびＡｌ膜を順に蒸着し、ｎ
側電極１１を形成する。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層
１０の所定領域上にＮｉ膜およびＡｕ膜を順に蒸着し、
ｐ側電極１２を形成する。
【００４２】図３は、ウエハを〈１１-2０〉方向から見
た図を示している。次に、このウエハの表面の所定領域
に、ＥＢ蒸着法およびフォトリソグラフィ技術を用いて
Ｎｉマスク（図示せず）を形成する。ここでは、ウエハ
の表面において、酸化膜マスク２０の開口部の長手方向
と垂直な方向に沿った一定幅かつ一定周期の帯状領域を
除く領域にＮｉマスクを形成する。
た図を示している。次に、このウエハの表面の所定領域
に、ＥＢ蒸着法およびフォトリソグラフィ技術を用いて
Ｎｉマスク（図示せず）を形成する。ここでは、ウエハ
の表面において、酸化膜マスク２０の開口部の長手方向
と垂直な方向に沿った一定幅かつ一定周期の帯状領域を
除く領域にＮｉマスクを形成する。
【００４３】さらに、図４に示すように、上記のＮｉマ
スクを用いて、Ｎｉマスクが形成されていない帯状領域
のｐ−ＧａＮコンタクト層１０からアンドープＧａＮ層
４まで、およびｎ−ＧａＮコンタクト層５からアンドー
プＧａＮ層４までをエッチングする。このようにして、
幅Ｗが例えば２０μｍのストライプ状の溝１５を共振器
長の周期で形成し、溝１５内に各層４〜１０の端面を露
出させる。
スクを用いて、Ｎｉマスクが形成されていない帯状領域
のｐ−ＧａＮコンタクト層１０からアンドープＧａＮ層
４まで、およびｎ−ＧａＮコンタクト層５からアンドー
プＧａＮ層４までをエッチングする。このようにして、
幅Ｗが例えば２０μｍのストライプ状の溝１５を共振器
長の周期で形成し、溝１５内に各層４〜１０の端面を露
出させる。
【００４４】この場合、ストライプ状の溝１５は、導波
路に対して垂直な方向、すなわち窒化物系半導体の〈１
１-2０〉方向に沿って形成する。
路に対して垂直な方向、すなわち窒化物系半導体の〈１
１-2０〉方向に沿って形成する。
【００４５】なお、ＧａＮ系半導体においては、［１１
-2０］方向、［-2１１０］方向、［-1２-1０］方向、
［-1-1２０］方向、［２-1-1０］方向および［１-2１
０］方向が等価な面方位である。ここでは、これらの等
価な面方位を一般表記〈１１-2０〉方向で表す。
-2０］方向、［-2１１０］方向、［-1２-1０］方向、
［-1-1２０］方向、［２-1-1０］方向および［１-2１
０］方向が等価な面方位である。ここでは、これらの等
価な面方位を一般表記〈１１-2０〉方向で表す。
【００４６】また、溝１５の深さｄは、溝１５内の端面
において導波路が完全に露出する以上とする。本例にお
いて、溝１５の深さｄは、溝１５内の端面においてアン
ドープＧａＮ層４が露出するまでとしている。
において導波路が完全に露出する以上とする。本例にお
いて、溝１５の深さｄは、溝１５内の端面においてアン
ドープＧａＮ層４が露出するまでとしている。
【００４７】ストライプ状の溝１５を形成した後、溝１
５内で露出した各層４〜１０の端面を除くウエハの表面
に、ＥＢ蒸着法およびフォトリソグラフィ技術を用い
て、選択成長マスクとして酸化膜マスク３０を形成す
る。本例においては、酸化膜マスク３０はＳｉＯ2 膜か
らなり、厚さは例えば２０００Åである。
５内で露出した各層４〜１０の端面を除くウエハの表面
に、ＥＢ蒸着法およびフォトリソグラフィ技術を用い
て、選択成長マスクとして酸化膜マスク３０を形成す
る。本例においては、酸化膜マスク３０はＳｉＯ2 膜か
らなり、厚さは例えば２０００Åである。
【００４８】図５は、上記のようにしてウエハに酸化膜
マスク３０を形成した際の〈０１-1０〉方向における模
式的な部分断面図である。図５に示すように、ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１０上、ｐ側電極１２上および溝１５の
底部で露出したアンドープＧａＮ層４上に酸化膜マスク
３０が形成されている。
マスク３０を形成した際の〈０１-1０〉方向における模
式的な部分断面図である。図５に示すように、ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１０上、ｐ側電極１２上および溝１５の
底部で露出したアンドープＧａＮ層４上に酸化膜マスク
３０が形成されている。
【００４９】続いて、図６に示すように、ＭＯＶＰＥ法
により、酸化膜マスク３０が形成されていない領域、す
なわち溝１５内で露出した各層４〜１０の端面にアンド
ープのＧａＮを選択的に再成長させる。それにより、溝
１５内で露出した各層４〜１０の端面に厚さ数百Å、例
えば５００ÅのＧａＮ端面再成長層１３を形成する。
により、酸化膜マスク３０が形成されていない領域、す
なわち溝１５内で露出した各層４〜１０の端面にアンド
ープのＧａＮを選択的に再成長させる。それにより、溝
１５内で露出した各層４〜１０の端面に厚さ数百Å、例
えば５００ÅのＧａＮ端面再成長層１３を形成する。
【００５０】本例においては、このＧａＮ端面再成長層
１３の表面が半導体レーザ素子の共振器端面を構成す
る。このようにして、〈０１-1０〉方向に延びるストラ
イプ状の共振器を形成する。
１３の表面が半導体レーザ素子の共振器端面を構成す
る。このようにして、〈０１-1０〉方向に延びるストラ
イプ状の共振器を形成する。
【００５１】ここで、ＧａＮ端面再成長層１３の成長時
には、ＧａＮの成長速度が２０００〜６０００Å／時
間、例えば４０００Å／時間となるように、Ｇａの供給
量を調整してＧａとＮとの比を高い状態とする。このよ
うな状態では、ＧａＮの（０１-1０）面の成長速度が最
も遅くなり、これ以外の面の成長が促進される。それに
より、（０１-1０）面を表面とするＧａＮ端面再成長層
１３を形成することができる。
には、ＧａＮの成長速度が２０００〜６０００Å／時
間、例えば４０００Å／時間となるように、Ｇａの供給
量を調整してＧａとＮとの比を高い状態とする。このよ
うな状態では、ＧａＮの（０１-1０）面の成長速度が最
も遅くなり、これ以外の面の成長が促進される。それに
より、（０１-1０）面を表面とするＧａＮ端面再成長層
１３を形成することができる。
【００５２】上記のようにして形成されたＧａＮ端面再
成長層１３は、アンドープのＧａＮの再成長により形成
されるため、表面が平滑である。ＧａＮ端面再成長層１
３の表面粗さは最大でも２ｎｍ以下であり、２〜３原子
層程度であると予想される。
成長層１３は、アンドープのＧａＮの再成長により形成
されるため、表面が平滑である。ＧａＮ端面再成長層１
３の表面粗さは最大でも２ｎｍ以下であり、２〜３原子
層程度であると予想される。
【００５３】また、ＧａＮ端面再成長層１３において
は、上記のように成長条件を調整することにより、容易
に表面を（０１-1０）面とすることが可能である。ここ
で、本例においては、前述のように導波路を〈０１-1
０〉方向に形成しているため、ＧａＮ端面再成長層１３
の表面は導波路に対して垂直となる。この場合、ＧａＮ
端面再成長層１３の表面はサファイア基板１の表面に対
して垂直となる。
は、上記のように成長条件を調整することにより、容易
に表面を（０１-1０）面とすることが可能である。ここ
で、本例においては、前述のように導波路を〈０１-1
０〉方向に形成しているため、ＧａＮ端面再成長層１３
の表面は導波路に対して垂直となる。この場合、ＧａＮ
端面再成長層１３の表面はサファイア基板１の表面に対
して垂直となる。
【００５４】なお、選択成長マスクとして用いた酸化膜
マスク３０は、ＧａＮ端面再成長層１３を成長させた後
に除去してもよい。あるいは、除去せずに、この酸化膜
マスク３０を半導体レーザ素子の絶縁保護膜として用い
てもよい。本例においては、酸化膜マスク３０を除去し
ている。
マスク３０は、ＧａＮ端面再成長層１３を成長させた後
に除去してもよい。あるいは、除去せずに、この酸化膜
マスク３０を半導体レーザ素子の絶縁保護膜として用い
てもよい。本例においては、酸化膜マスク３０を除去し
ている。
【００５５】最後に、図７に示すように、ブレーキング
技術を用いたダイシングあるいはブレーキング技術を用
いたスクライブにより、溝１５の中央部において溝１５
に沿ってサファイア基板１を各層２〜４とともに割り、
個々の半導体レーザ素子に分離する。
技術を用いたダイシングあるいはブレーキング技術を用
いたスクライブにより、溝１５の中央部において溝１５
に沿ってサファイア基板１を各層２〜４とともに割り、
個々の半導体レーザ素子に分離する。
【００５６】以上のようにして、共振器長の方向が〈０
１-1０〉方向でありかつ共振器端面がＧａＮ端面再成長
層１３の（０１-1０）面により構成される半導体レーザ
素子１００を作製する。
１-1０〉方向でありかつ共振器端面がＧａＮ端面再成長
層１３の（０１-1０）面により構成される半導体レーザ
素子１００を作製する。
【００５７】上記の方法により作製した半導体レーザ素
子１００においては、共振器端面がＧａＮ端面再成長層
１３から構成されるため、共振器端面を原子層レベルで
平坦化することができる。また、導波路に対して垂直で
サファイア基板１の表面に対して垂直な共振器端面を形
成することができる。それにより、半導体レーザ素子１
００においては、光出力の向上、しきい値の低減、発光
パターンの良質化等、素子の諸特性の向上を図ることが
可能となるとともに、信頼性の向上を図ることが可能と
なる。
子１００においては、共振器端面がＧａＮ端面再成長層
１３から構成されるため、共振器端面を原子層レベルで
平坦化することができる。また、導波路に対して垂直で
サファイア基板１の表面に対して垂直な共振器端面を形
成することができる。それにより、半導体レーザ素子１
００においては、光出力の向上、しきい値の低減、発光
パターンの良質化等、素子の諸特性の向上を図ることが
可能となるとともに、信頼性の向上を図ることが可能と
なる。
【００５８】半導体レーザ素子１００においては、アン
ドープＧａＮ層４が選択横方向成長により形成されてい
る。このため、アンドープＧａＮ層４およびその上に形
成された各層５〜１０においては、転位密度が低減され
ており、良好な結晶性が実現されている。それにより、
半導体レーザ素子１００において、素子の諸特性および
信頼性の向上がより図られる。
ドープＧａＮ層４が選択横方向成長により形成されてい
る。このため、アンドープＧａＮ層４およびその上に形
成された各層５〜１０においては、転位密度が低減され
ており、良好な結晶性が実現されている。それにより、
半導体レーザ素子１００において、素子の諸特性および
信頼性の向上がより図られる。
【００５９】なお、上記においては、〈１１-2０〉方向
に延びるストライプ状の溝１５をエッチングにより形成
しているが（図４）、エッチング以外の方法、例えば、
ダイシング等によりストライプ状の溝１５を形成しても
よい。
に延びるストライプ状の溝１５をエッチングにより形成
しているが（図４）、エッチング以外の方法、例えば、
ダイシング等によりストライプ状の溝１５を形成しても
よい。
【００６０】なお、半導体レーザ素子の量産性を考慮す
れば、複数の素子領域に同時にプロセスを行うことが可
能である点から、ダイシングおよびエッチングにより溝
１５を形成することが好ましい。さらに、半導体レーザ
素子１００の製造時においてはｎ側電極形成領域を露出
させるプロセス等をエッチングにより行うことから、プ
ロセスの共通性を考慮して、エッチングにより溝１５を
形成することが特に好ましい。
れば、複数の素子領域に同時にプロセスを行うことが可
能である点から、ダイシングおよびエッチングにより溝
１５を形成することが好ましい。さらに、半導体レーザ
素子１００の製造時においてはｎ側電極形成領域を露出
させるプロセス等をエッチングにより行うことから、プ
ロセスの共通性を考慮して、エッチングにより溝１５を
形成することが特に好ましい。
【００６１】また、上記の半導体レーザ素子１００にお
いてはサファイア基板１を用いているが、各層を成長さ
せて半導体レーザ素子構造を作製することが可能な基板
であれば、サファイア以外からなる基板を用いてもよ
い。例えば、ＳｉＣ、スピネル、Ｓｉ等からなる基板を
用いてもよい。
いてはサファイア基板１を用いているが、各層を成長さ
せて半導体レーザ素子構造を作製することが可能な基板
であれば、サファイア以外からなる基板を用いてもよ
い。例えば、ＳｉＣ、スピネル、Ｓｉ等からなる基板を
用いてもよい。
【００６２】また、各層２〜１０，１３の構成は上記に
限定されるものではなく、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂおよび
Ｔｌの少なくとも１つを含む窒化物系半導体から構成さ
れていればよい。さらに、上記においては基板上にｎ型
層およびｐ型層を順に形成しているが、基板上にｐ型層
およびｎ型層を順に形成してもよい。
限定されるものではなく、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂおよび
Ｔｌの少なくとも１つを含む窒化物系半導体から構成さ
れていればよい。さらに、上記においては基板上にｎ型
層およびｐ型層を順に形成しているが、基板上にｐ型層
およびｎ型層を順に形成してもよい。
【００６３】上記においては、本発明に係る半導体レー
ザ素子の製造方法を窒化物系半導体レーザ素子に適用す
る場合について説明したが、本発明の方法は、窒化物系
以外の化合物半導体からなる半導体レーザ素子、例えば
ＧａＡｓ系半導体レーザ素子等においても適用可能であ
る。この場合においても、窒化物系半導体レーザ素子に
本発明の方法を適用した場合と同様の効果が得られる。
ザ素子の製造方法を窒化物系半導体レーザ素子に適用す
る場合について説明したが、本発明の方法は、窒化物系
以外の化合物半導体からなる半導体レーザ素子、例えば
ＧａＡｓ系半導体レーザ素子等においても適用可能であ
る。この場合においても、窒化物系半導体レーザ素子に
本発明の方法を適用した場合と同様の効果が得られる。
【図１】本発明の一実施例における半導体レーザ素子の
製造方法を示す模式図である。
製造方法を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施例における半導体レーザ素子の
製造方法を示す模式図である。
製造方法を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施例における半導体レーザ素子の
製造方法を示す模式図である。
製造方法を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施例における半導体レーザ素子の
製造方法を示す模式図である。
製造方法を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施例における半導体レーザ素子の
製造方法を示す模式図である。
製造方法を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施例における半導体レーザ素子の
製造方法を示す模式図である。
製造方法を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施例における半導体レーザ素子の
製造方法を示す模式図である。
製造方法を示す模式図である。
【符号の説明】 １ サファイア基板 ２ ＡｌＧａＮバッファ層 ３，４ アンドープＧａＮ層 ５ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ６ ｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラック防止層 ７ａ ｎ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層 ７ｂ ｎ−ＧａＮ第１クラッド層 ８ ＭＱＷ発光層 ９ａ ｐ−ＧａＮ第１クラッド層 ９ｂ ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層 １０ ｐ−ＧａＮコンタクト層 １３ ＧａＮ端面再成長層 １５ 溝 ２０，３０ 酸化膜マスク １００ 半導体レーザ素子
Claims (8)
- 【請求項１】 端面を有しかつ発光層を含む第１の窒化
物系半導体層が基板上に形成されるとともに、前記第１
の窒化物系半導体層の端面に第２の窒化物系半導体層が
形成され、前記第２の窒化物系半導体層の表面が共振器
端面を構成することを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記第２の窒化物系半導体層の表面は共
振器長の方向に対して垂直であることを特徴とする請求
項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記第１および第２の窒化物系半導体層
はアルミニウム、ガリウム、インジウム、ホウ素および
タリウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求
項１または２記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記共振器端面は前記第１の窒化物系半
導体層の〈０１-1０〉方向に垂直でありかつ前記第２の
窒化物系半導体層の表面は（０１-1０）面であることを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レー
ザ素子。 - 【請求項５】 基板上に発光層を含む第１の半導体層を
形成する工程と、 前記第１の半導体層に導波路を形成する工程と、 前記第１の半導体層の所定領域に、前記導波路の方向に
対して垂直な方向に延びるストライプ状の溝を形成し前
記溝内に前記発光層を含む前記第１の半導体層の端面を
露出させる工程と、 前記溝内に露出した前記第１の半導体層の端面に第２の
半導体層を形成する工程と、 前記溝に沿って前記第１の半導体層を前記基板とともに
分離する工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザ
素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記第２の半導体層を形成する工程は、
前記溝内に露出した前記第１の半導体層の端面を除く前
記第１の半導体層の表面に絶縁膜を形成する工程と、前
記絶縁膜の領域を除いて前記溝内に露出した前記第１の
半導体層の端面に前記第２の半導体層を選択的に成長さ
せる工程とを含むことを特徴とする請求項５記載の半導
体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記第１および第２の半導体層はIII 族
窒化物系半導体からなり、前記導波路を前記第１の半導
体層の〈０１-1０〉方向と平行に形成するとともに、表
面が（０１-1０）面となるように前記第２の半導体層を
形成することを特徴とする請求項５または６記載の半導
体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記第２の半導体層の形成時に供給する
III 族原料の供給量を調整することにより前記第２の半
導体層の表面を（０１-1０）面とすることを特徴とする
請求項７記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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| JP2000047094A JP3485856B2 (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
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| JP2000047094A JP3485856B2 (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2001237492A true JP2001237492A (ja) | 2001-08-31 |
| JP3485856B2 JP3485856B2 (ja) | 2004-01-13 |
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| JP (1) | JP3485856B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2001230483A (ja) | 2000-02-14 | 2001-08-24 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
-
2000
- 2000-02-24 JP JP2000047094A patent/JP3485856B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP3485856B2 (ja) | 2004-01-13 |
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