JPH09289358A - 窒化物系半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
窒化物系半導体レーザ装置及びその製造方法Info
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- JPH09289358A JPH09289358A JP3592797A JP3592797A JPH09289358A JP H09289358 A JPH09289358 A JP H09289358A JP 3592797 A JP3592797 A JP 3592797A JP 3592797 A JP3592797 A JP 3592797A JP H09289358 A JPH09289358 A JP H09289358A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧａＡｌＩｎＮ系化合物半導体レーサ素子
は、エッチングの面内均一性が悪いため、エッチングの
ばらつきによる電子注入不良や活性層の品質劣化の問題
が有り、屈折率分布をもつ光導波路構造をもつ、高効
率、且つ作成歩留まりの高い窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子の作製をすることは困難であった。 【解決手段】 本発明にかかる半導体レーザ素子は、だ
いお導電型上部クラッド層が共振器方向に伸延したリッ
ジストライプ形状の形成の手段として、選択成長法を用
いた場合には、リッジストライプ外側の上部クラッド層
の膜厚制御性に優れており、化合物半導体レーザ素子の
特性のばらつきが改善される。
は、エッチングの面内均一性が悪いため、エッチングの
ばらつきによる電子注入不良や活性層の品質劣化の問題
が有り、屈折率分布をもつ光導波路構造をもつ、高効
率、且つ作成歩留まりの高い窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子の作製をすることは困難であった。 【解決手段】 本発明にかかる半導体レーザ素子は、だ
いお導電型上部クラッド層が共振器方向に伸延したリッ
ジストライプ形状の形成の手段として、選択成長法を用
いた場合には、リッジストライプ外側の上部クラッド層
の膜厚制御性に優れており、化合物半導体レーザ素子の
特性のばらつきが改善される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系半
導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系の化合物半導体はワイド
ギャップ半導体であり、直接遷移型のバンド構造を有す
ることから、青色〜紫外に発光波長を持つ発光素子への
応用が期待されている。
ギャップ半導体であり、直接遷移型のバンド構造を有す
ることから、青色〜紫外に発光波長を持つ発光素子への
応用が期待されている。
【０００３】これらの応用の中でＧａＩｎＮを活性層Ｇ
ａＡｌＮをクラッド層とするダブルヘテロ型発光ダイオ
ードが実用化されており、また、半導体レーザ素子の実
用化に向けて開発が盛んに行われている。このような半
導体レーザ素子は、サファイアやＳｉＣ基板を用い、有
機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法と記す。）や分
子線エピタキシャル法（以下、ＭＢＥ法と記す。）によ
り作製されている。従来より作製されている化合物半導
体レーザ素子の概略図を図１０及び図１１に示す。
ａＡｌＮをクラッド層とするダブルヘテロ型発光ダイオ
ードが実用化されており、また、半導体レーザ素子の実
用化に向けて開発が盛んに行われている。このような半
導体レーザ素子は、サファイアやＳｉＣ基板を用い、有
機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法と記す。）や分
子線エピタキシャル法（以下、ＭＢＥ法と記す。）によ
り作製されている。従来より作製されている化合物半導
体レーザ素子の概略図を図１０及び図１１に示す。
【０００４】図１０に示した化合物半導体レーザ素子
は、基板１０１上に格子整合のためのバッファ層１０
２、下部クラッド層１０３、活性層１０４、上部クラッ
ド層１０５が順次形成されている。尚、図中参照符号１
０６は電流阻止層、１０７、１０８は金属電極を示す。
図１０に示す化合物半導体レーザ素子は、電流阻止層１
０６の開口部においてクラッド層１０５に接触した金属
電極１０８により電流注入が行われる。このような構造
の素子では、電流阻止層１０６の開口部寄り注入された
電流は、上部クラッド層１０５中で水平方向に拡がるた
め、活性層１０４における電流注入幅は電流阻止層１０
６の開口部の幅より広くなる。また、この素子構造で
は、水平方向に光の閉じ込めを行う構造が作り込まれて
いないため、電流が注入された部分及び電流が注入され
ない部分に生じる利得の差によって、電流阻止層１０６
の開口部の下に光強度が集中する形で光導波路が形成さ
れる（以降、電極ストライプ構造と記す。）。
は、基板１０１上に格子整合のためのバッファ層１０
２、下部クラッド層１０３、活性層１０４、上部クラッ
ド層１０５が順次形成されている。尚、図中参照符号１
０６は電流阻止層、１０７、１０８は金属電極を示す。
図１０に示す化合物半導体レーザ素子は、電流阻止層１
０６の開口部においてクラッド層１０５に接触した金属
電極１０８により電流注入が行われる。このような構造
の素子では、電流阻止層１０６の開口部寄り注入された
電流は、上部クラッド層１０５中で水平方向に拡がるた
め、活性層１０４における電流注入幅は電流阻止層１０
６の開口部の幅より広くなる。また、この素子構造で
は、水平方向に光の閉じ込めを行う構造が作り込まれて
いないため、電流が注入された部分及び電流が注入され
ない部分に生じる利得の差によって、電流阻止層１０６
の開口部の下に光強度が集中する形で光導波路が形成さ
れる（以降、電極ストライプ構造と記す。）。
【０００５】図１１に示した半導体レーザ素子は、基板
１５１上にバッファ層１５２、下部クラッド層１５３、
活性層１５４、上部クラッド層１５５、電流阻止層１５
６、コンタクト層１５７が順次形成されている。尚、図
中参照符号１５８、１５９は金属電極を示す。図１１に
示した化合物半導体レーザ素子においては、電流素子層
１５６は半導体多層積層構造中に置かれており、この開
口部により電流注入幅が制限される。この場合でも電流
はクラッド層１５５中で水平方向に拡がるが、図１０の
場合に比較しクラッド層１５５の厚みを薄くできるため
電流の広がりが小さくできる。更に、図１１の半導体レ
ーザ素子構造では、電流阻止層１５６が活性層から発光
する光を吸収する材質で作製されているため、電流阻止
層１５６の開口部の下部と開口部以外の下部とで水平方
向に屈折率差を持つ構造となり、光導波路が形成される
（以降、内部電流狭窄構造と記す。）。
１５１上にバッファ層１５２、下部クラッド層１５３、
活性層１５４、上部クラッド層１５５、電流阻止層１５
６、コンタクト層１５７が順次形成されている。尚、図
中参照符号１５８、１５９は金属電極を示す。図１１に
示した化合物半導体レーザ素子においては、電流素子層
１５６は半導体多層積層構造中に置かれており、この開
口部により電流注入幅が制限される。この場合でも電流
はクラッド層１５５中で水平方向に拡がるが、図１０の
場合に比較しクラッド層１５５の厚みを薄くできるため
電流の広がりが小さくできる。更に、図１１の半導体レ
ーザ素子構造では、電流阻止層１５６が活性層から発光
する光を吸収する材質で作製されているため、電流阻止
層１５６の開口部の下部と開口部以外の下部とで水平方
向に屈折率差を持つ構造となり、光導波路が形成される
（以降、内部電流狭窄構造と記す。）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の化合物半導体レーザ素子及び作製方法では、以下
のような問題点がある。図１０のような電極ストライプ
構造の化合物半導体レーザ素子では、前述したようにク
ラッド層１０５での水平方向の電流拡がりを生じるため
に活性層への電流注入効率が悪く、発振閾値が高くな
る。更に、水平方向の屈折率分布を持つ光導波路が作り
込まれていないため、水平方向の波面が曲がりが大き
く、非点隔差が数十μｍ以上と大きくなり、良好な集光
特性が得られず、光ディスク用のピックアップの光源に
は不適当であるという問題点があった。
従来の化合物半導体レーザ素子及び作製方法では、以下
のような問題点がある。図１０のような電極ストライプ
構造の化合物半導体レーザ素子では、前述したようにク
ラッド層１０５での水平方向の電流拡がりを生じるため
に活性層への電流注入効率が悪く、発振閾値が高くな
る。更に、水平方向の屈折率分布を持つ光導波路が作り
込まれていないため、水平方向の波面が曲がりが大き
く、非点隔差が数十μｍ以上と大きくなり、良好な集光
特性が得られず、光ディスク用のピックアップの光源に
は不適当であるという問題点があった。
【０００７】一方、図１１のような内部電流狭窄構造の
化合物半導体レーザ素子の場合は、上述の問題は解決さ
れている。すなわち、活性層１５４への電流注入効率が
良く、発振閾値を低くでき、水平方向の屈折率分布を持
つ光導波路が作り込まれているため、水平方向の波面が
曲がりが小さく、非点隔差が数μｍ以下と小さくなり、
良好な集光特性が得らるため光ディスク用のピックアッ
プの光源として適当であるため、ＡｌＧａＡｓ系やＡｌ
ＧａＩｎＰ系の赤外〜赤色発光半導体レーザでは一般的
に広く用いられていることは周知である。
化合物半導体レーザ素子の場合は、上述の問題は解決さ
れている。すなわち、活性層１５４への電流注入効率が
良く、発振閾値を低くでき、水平方向の屈折率分布を持
つ光導波路が作り込まれているため、水平方向の波面が
曲がりが小さく、非点隔差が数μｍ以下と小さくなり、
良好な集光特性が得らるため光ディスク用のピックアッ
プの光源として適当であるため、ＡｌＧａＡｓ系やＡｌ
ＧａＩｎＰ系の赤外〜赤色発光半導体レーザでは一般的
に広く用いられていることは周知である。
【０００８】しかし、窒化ガリウム系の材料においては
適当な化学エッチング液が見い出されておらず、内部電
流狭窄構造を作製するのに必要な電流阻止層を０．５μ
ｍ〜１μｍ程度をウエットエッチング除去するためには
数十時間以上を要し、図１１のような構造の化合物半導
体レーザ素子の作製は実用上不可能である。
適当な化学エッチング液が見い出されておらず、内部電
流狭窄構造を作製するのに必要な電流阻止層を０．５μ
ｍ〜１μｍ程度をウエットエッチング除去するためには
数十時間以上を要し、図１１のような構造の化合物半導
体レーザ素子の作製は実用上不可能である。
【０００９】また、窒化ガリウム系の材料に対してドラ
イエッチング方法を膜厚用いた場合には、実用的な毎分
数千Åのエッチングが可能であるが、ウエハ面内のドラ
イエッチング速度のばらつきが±２５％程度と大きい。
そのため、上部クラッド層１５５の膜厚を０．２μｍ電
流阻止層１５６の膜厚を１μｍとした標準的な図１１の
ような構造を有する窒化物系化合物半導体レーザ素子に
おいて、電流阻止層１５６をストライプ状にエッチング
除去する際、コンタクト層１５７と上部クラッド層１５
５の界面において、電流阻止層１５６が完全にエッチン
グ除去されていない部分やエッチングが進み過ぎて上部
クラッド層１５５までエッチング除去されている部分が
同一面内に生じる。そのため、図１１の構造を有する窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ素子では、電流注入不
良や、活性層の結晶品質劣化等が生じる。
イエッチング方法を膜厚用いた場合には、実用的な毎分
数千Åのエッチングが可能であるが、ウエハ面内のドラ
イエッチング速度のばらつきが±２５％程度と大きい。
そのため、上部クラッド層１５５の膜厚を０．２μｍ電
流阻止層１５６の膜厚を１μｍとした標準的な図１１の
ような構造を有する窒化物系化合物半導体レーザ素子に
おいて、電流阻止層１５６をストライプ状にエッチング
除去する際、コンタクト層１５７と上部クラッド層１５
５の界面において、電流阻止層１５６が完全にエッチン
グ除去されていない部分やエッチングが進み過ぎて上部
クラッド層１５５までエッチング除去されている部分が
同一面内に生じる。そのため、図１１の構造を有する窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ素子では、電流注入不
良や、活性層の結晶品質劣化等が生じる。
【００１０】本発明の目的は、上記問題を解決して水平
方向に屈折率分布を持つ光導波路構造を持つ高効率な窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ素子、及び作製歩留ま
りの高い窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造
方法を提供することである。
方向に屈折率分布を持つ光導波路構造を持つ高効率な窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ素子、及び作製歩留ま
りの高い窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造
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】本発明に係る窒化物系半
導体レーザ装置は、基板上に、第１の導電型下部クラッ
ド層、活性層、第２の導電型上部クラッド層をこの順に
積層したＧａxＡｌyＩｎ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ
＜１、Ｘ＋Ｙ≦１）からなる窒化物系半導体レーザ装置
において、前記第２の導電型上部クラッド層が共振器方
向に伸延したリッジストライプ形状であることを特徴と
する。
導体レーザ装置は、基板上に、第１の導電型下部クラッ
ド層、活性層、第２の導電型上部クラッド層をこの順に
積層したＧａxＡｌyＩｎ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ
＜１、Ｘ＋Ｙ≦１）からなる窒化物系半導体レーザ装置
において、前記第２の導電型上部クラッド層が共振器方
向に伸延したリッジストライプ形状であることを特徴と
する。
【００１２】また、本発明の窒化物系半導体レーザ装置
は、前記基板が第１の導電型半導体基板であることを特
徴とする。
は、前記基板が第１の導電型半導体基板であることを特
徴とする。
【００１３】また、本発明の窒化物系半導体レーザ装置
は、前記基板が絶縁基板であることを特徴とする。
は、前記基板が絶縁基板であることを特徴とする。
【００１４】また、本発明の窒化物系半導体レーザ装置
は、前記リッジストライプ形状の第２の導電型上部クラ
ッド層の表面に保護層を有することを特徴とする。
は、前記リッジストライプ形状の第２の導電型上部クラ
ッド層の表面に保護層を有することを特徴とする。
【００１５】また、本発明の窒化物系半導体レーザ装置
は、前記保護膜が酸化アルミニウム、酸化硅素の２層か
らなることを特徴とする。
は、前記保護膜が酸化アルミニウム、酸化硅素の２層か
らなることを特徴とする。
【００１６】また、本発明の窒化物系半導体レーザ装置
は、前記活性層が量子井戸構造であることを特徴とす
る。
は、前記活性層が量子井戸構造であることを特徴とす
る。
【００１７】また、本発明の窒化物系半導体レーザ装置
は、前記リッジストライプ形状を形成するのに、ドライ
エッチング方法を用いることを特徴とする。
は、前記リッジストライプ形状を形成するのに、ドライ
エッチング方法を用いることを特徴とする。
【００１８】また、本発明の窒化物系半導体レーザ装置
は、前記リッジストライプ形状を形成するのに、選択成
長方法を用いることを特徴とする。
は、前記リッジストライプ形状を形成するのに、選択成
長方法を用いることを特徴とする。
【００１９】
（実施の形態１）本発明に係る実施の形態として、Ｓｉ
Ｃ基板の上にＧａＩｎＮ活性層／ＧａＡｌＮクラッド層
を有するダブルへテロ接合及びリッジガイド構造を有し
た化合物半導体レーザ素子をドライエッチングを用いて
製造する方法について説明する。
Ｃ基板の上にＧａＩｎＮ活性層／ＧａＡｌＮクラッド層
を有するダブルへテロ接合及びリッジガイド構造を有し
た化合物半導体レーザ素子をドライエッチングを用いて
製造する方法について説明する。
【００２０】本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザ
素子の構造を図１に示す。符号１は６Ｈ−ＳｉＣ基板、
２はＡｌＮバッファ層、３はｎ型ＧａＮ層、４はｎ型Ｇ
ａ0.85Ａｌ0.15Ｎ下部クラッド層、５はＧａ0.75Ｉｎ
0.25Ｎ活性層、６はｐ型Ｇａ0.85Ａｌ0.15Ｎ上部クラッ
ド層、７はｐ型ＧａＮコンタクト層、９はＡｌ2Ｏ3保護
膜、１０はｐ側電極、１１はｎ側電極を示す。（以下、
本実施例の形態において、ＧａＡｌＮ及びＧａＩｎＮ
は、上述の組成を表す。）また、符号ｄは、リッジスト
ライプ形状の外側におけるｐ型ＧａＡｌＮ上部クラッド
層６の膜厚を示す。
素子の構造を図１に示す。符号１は６Ｈ−ＳｉＣ基板、
２はＡｌＮバッファ層、３はｎ型ＧａＮ層、４はｎ型Ｇ
ａ0.85Ａｌ0.15Ｎ下部クラッド層、５はＧａ0.75Ｉｎ
0.25Ｎ活性層、６はｐ型Ｇａ0.85Ａｌ0.15Ｎ上部クラッ
ド層、７はｐ型ＧａＮコンタクト層、９はＡｌ2Ｏ3保護
膜、１０はｐ側電極、１１はｎ側電極を示す。（以下、
本実施例の形態において、ＧａＡｌＮ及びＧａＩｎＮ
は、上述の組成を表す。）また、符号ｄは、リッジスト
ライプ形状の外側におけるｐ型ＧａＡｌＮ上部クラッド
層６の膜厚を示す。
【００２１】図１に示す半導体レーザ素子は、上部クラ
ッド層がリッジストライプ形状を形成していることを特
徴としている。
ッド層がリッジストライプ形状を形成していることを特
徴としている。
【００２２】本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体
の半導体レーザの作製工程の断面図を図２に示す。ま
ず、基板としてｎ型（０００１）硅素（Ｓｉ）面から＜
１１２０＞方向に５度オフした６Ｈ−ＳｉＣ基板１を表
面研磨の後に酸化処理を行うことによって、表面のダメ
ージ層の除去を行った。この６Ｈ−ＳｉＣ基板をＭＯＣ
ＶＤ装置のリアクターにセットし、リアクターを水素で
良く置換した後、水素及びアンモニアを流しながら温度
を１５００℃まで上昇させ１０分間保持し、６Ｈ−Ｓｉ
Ｃ基板１の表面クリーニングを行う。
の半導体レーザの作製工程の断面図を図２に示す。ま
ず、基板としてｎ型（０００１）硅素（Ｓｉ）面から＜
１１２０＞方向に５度オフした６Ｈ−ＳｉＣ基板１を表
面研磨の後に酸化処理を行うことによって、表面のダメ
ージ層の除去を行った。この６Ｈ−ＳｉＣ基板をＭＯＣ
ＶＤ装置のリアクターにセットし、リアクターを水素で
良く置換した後、水素及びアンモニアを流しながら温度
を１５００℃まで上昇させ１０分間保持し、６Ｈ−Ｓｉ
Ｃ基板１の表面クリーニングを行う。
【００２３】次に、基板温度を１０５０℃まで下げ、１
０５０℃に安定したらトリメチルアルミニウム（以下、
ＴＭＡと記す。）を毎分３ｘ１０-5モル、アンモニアを
毎分５リットル流し、５分間処理することによって約
０．１μｍのＡｌＮバッファ層２を成長させる。以上の
工程終了後の断面図を図２（ａ）に示す。
０５０℃に安定したらトリメチルアルミニウム（以下、
ＴＭＡと記す。）を毎分３ｘ１０-5モル、アンモニアを
毎分５リットル流し、５分間処理することによって約
０．１μｍのＡｌＮバッファ層２を成長させる。以上の
工程終了後の断面図を図２（ａ）に示す。
【００２４】次に、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧ
と記す。）を毎分３ｘ１０-5モル、アンモニアを毎分５
リットル、Ｓｉのドーピング材としてシランガスを毎分
０．３ｃｃ流し、１５分間処理することによって格子整
合のためのｎ型ＧａＮ層３を成長させる。
と記す。）を毎分３ｘ１０-5モル、アンモニアを毎分５
リットル、Ｓｉのドーピング材としてシランガスを毎分
０．３ｃｃ流し、１５分間処理することによって格子整
合のためのｎ型ＧａＮ層３を成長させる。
【００２５】次に、アンモニア、ＴＭＧに加えて、ＴＭ
Ａを毎分６ｘ１０-6モル、シランガスを毎分０．３ｃｃ
流し、２５分間の処理で約１μｍのｎ型ＧａＡｌＮ下部
クラッド層４を成長させる。この層の電子密度は２ｘ１
０18ｃｍ-3である。
Ａを毎分６ｘ１０-6モル、シランガスを毎分０．３ｃｃ
流し、２５分間の処理で約１μｍのｎ型ＧａＡｌＮ下部
クラッド層４を成長させる。この層の電子密度は２ｘ１
０18ｃｍ-3である。
【００２６】次に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、シランガスの供給
を止めて温度を８００℃まで下降させる。温度が８００
℃に安定したらＴＭＧおよびトリメチルインジウム（以
下、ＴＭＩと記す。）を毎分４ｘ１０-4モル流し、１２
秒間処理することによって１０ｎｍのＧａＩｎＮ活性層
５を成長させる。
を止めて温度を８００℃まで下降させる。温度が８００
℃に安定したらＴＭＧおよびトリメチルインジウム（以
下、ＴＭＩと記す。）を毎分４ｘ１０-4モル流し、１２
秒間処理することによって１０ｎｍのＧａＩｎＮ活性層
５を成長させる。
【００２７】次に、ＴＭＧ、ＴＭＩの供給を止めて、温
度を再び１０５０℃まで上昇させる。温度が１０５０℃
に安定したらＴＭＧ、ＴＭＡおよびｐ型へのドーピング
材としてＣｐ2 Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を毎分５ｘ１０-6モル流し、２５分間処理すること
で約１μｍのＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層
６を成長させる。
度を再び１０５０℃まで上昇させる。温度が１０５０℃
に安定したらＴＭＧ、ＴＭＡおよびｐ型へのドーピング
材としてＣｐ2 Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を毎分５ｘ１０-6モル流し、２５分間処理すること
で約１μｍのＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層
６を成長させる。
【００２８】次に、ＴＭＡだけの供給を止め、７．５分
間の成長で３００ｎｍのＭｇドープしたＧａＮコンタク
ト層７を成長させる。以上の工程終了後の断面図を図２
（ｂ）に示す。
間の成長で３００ｎｍのＭｇドープしたＧａＮコンタク
ト層７を成長させる。以上の工程終了後の断面図を図２
（ｂ）に示す。
【００２９】以上まで作製した半導体装置のＭｇドープ
したＧａＮコンタクト層７の上に、電子ビーム蒸着法と
フォトリソプロセスによって幅１μｍのストライプ状Ｓ
ｉＯ2膜８を形成する。以上の工程終了後の断面図を図
２（ｃ）に示す。
したＧａＮコンタクト層７の上に、電子ビーム蒸着法と
フォトリソプロセスによって幅１μｍのストライプ状Ｓ
ｉＯ2膜８を形成する。以上の工程終了後の断面図を図
２（ｃ）に示す。
【００３０】次に、反応性イオンエッチング装置にて、
塩素を主成分とするエッチングガスでストライプ状のＳ
ｉＯ2膜８形成部以外のＭｇドープしたＧａＮ層コンタ
クト層７及びＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層
６のエッチングを行った。このエッチング工程におい
て、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層６は０．
２μｍを残してエッチングか完了するようにエッチング
時間の調整を行う。ここで、エッチング条件としてＤＣ
バイアスを２００Ｖ、ＲＦパワー３００Ｗとすることに
より、ＭｇドープしたＧａＮ層コンタクト層７及びＭｇ
ドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層６共にエッチング
速度は３０００Å／分となり、エッチングは約４分２０
秒行った。上記条件では、ＤＣバイアスは±５０Ｖ、Ｒ
Ｆパワーは±５０Ｗであり、エッチング速度のばらつき
は±１０％程度であった。
塩素を主成分とするエッチングガスでストライプ状のＳ
ｉＯ2膜８形成部以外のＭｇドープしたＧａＮ層コンタ
クト層７及びＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層
６のエッチングを行った。このエッチング工程におい
て、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層６は０．
２μｍを残してエッチングか完了するようにエッチング
時間の調整を行う。ここで、エッチング条件としてＤＣ
バイアスを２００Ｖ、ＲＦパワー３００Ｗとすることに
より、ＭｇドープしたＧａＮ層コンタクト層７及びＭｇ
ドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層６共にエッチング
速度は３０００Å／分となり、エッチングは約４分２０
秒行った。上記条件では、ＤＣバイアスは±５０Ｖ、Ｒ
Ｆパワーは±５０Ｗであり、エッチング速度のばらつき
は±１０％程度であった。
【００３１】次に、窒素雰囲気中で約７００℃の熱処理
を２０分程度行い、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラ
ッド層６、ＧａＮコンタクト層７の低抵抗化及びｐ型化
する。この処理により両層の正孔濃度は約１ｘ１０18ｃ
ｍ-3となった。以上の工程終了後の断面図を図２（ｄ）
に示す。
を２０分程度行い、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラ
ッド層６、ＧａＮコンタクト層７の低抵抗化及びｐ型化
する。この処理により両層の正孔濃度は約１ｘ１０18ｃ
ｍ-3となった。以上の工程終了後の断面図を図２（ｄ）
に示す。
【００３２】次に、リッジストライプ形状の側面に保護
膜としてＡｌ2Ｏ3膜９を電子ビーム蒸着法により形成
し、その後、幅１μｍのストライプ状ＳｉＯ2膜８をフ
ッ酸によって除去し、十分な水洗、乾燥を行った後、リ
ッジ型ストライプの上面にのみＡｕ／Ｎｉ積層膜のｐ側
電極１０を全面的に真空蒸着法によって形成する。
膜としてＡｌ2Ｏ3膜９を電子ビーム蒸着法により形成
し、その後、幅１μｍのストライプ状ＳｉＯ2膜８をフ
ッ酸によって除去し、十分な水洗、乾燥を行った後、リ
ッジ型ストライプの上面にのみＡｕ／Ｎｉ積層膜のｐ側
電極１０を全面的に真空蒸着法によって形成する。
【００３３】次に、レーザ共振器のミラー面の形成を行
う。Ａｕ／Ｎｉ積層膜１０による電極ストライプと直交
する方向にマスクとして幅５００μｍのＳｉＯ2膜を５
０μｍの間隔間隔を開けて電子ビーム蒸着する。
う。Ａｕ／Ｎｉ積層膜１０による電極ストライプと直交
する方向にマスクとして幅５００μｍのＳｉＯ2膜を５
０μｍの間隔間隔を開けて電子ビーム蒸着する。
【００３４】次に、５０μｍのストライプを有するＳｉ
Ｏ2膜が形成されたウエハを反応性イオンエッチング装
置に導入し、反射ミラーを形成するためにＳｉＯ2 膜の
開口部分の窒化ガリウム系半導体層をＡｌＮバッファ層
２まで、通常の反応性イオンビームエッチング法によ
り、エッチング除去する。更に、６Ｈ−ＳｉＣ基板１を
研磨し、約１００μｍの厚みに加工し、またマスクとし
たＳｉＯ2膜を除去する。
Ｏ2膜が形成されたウエハを反応性イオンエッチング装
置に導入し、反射ミラーを形成するためにＳｉＯ2 膜の
開口部分の窒化ガリウム系半導体層をＡｌＮバッファ層
２まで、通常の反応性イオンビームエッチング法によ
り、エッチング除去する。更に、６Ｈ−ＳｉＣ基板１を
研磨し、約１００μｍの厚みに加工し、またマスクとし
たＳｉＯ2膜を除去する。
【００３５】次に、ｎ側電極１１をＳｉＣ基板１の裏面
全面に形成する。以上の工程を経て、ＧａＡｌＩｎＮ系
半導体レーザ素子が形成される。以上の工程終了後の断
面図を図２（ｅ）に示す。
全面に形成する。以上の工程を経て、ＧａＡｌＩｎＮ系
半導体レーザ素子が形成される。以上の工程終了後の断
面図を図２（ｅ）に示す。
【００３６】最後に、スクライビングによりチップに分
割し、通常の方法にてパッケージに実装してレーザ素子
が完成する。
割し、通常の方法にてパッケージに実装してレーザ素子
が完成する。
【００３７】図５には、リッジストライプ形状の外部に
おける上部クラッド層膜厚ｄと水平放射角との相関を示
す。水平放射角特性は上部クラッド層の膜厚ｄが薄くな
ると急激に増大することがわかる。この図５から、上部
クラッド層の層厚ｄが０．２μｍより大きくなると水平
放射角の広がりが抑えられることが示されている。
おける上部クラッド層膜厚ｄと水平放射角との相関を示
す。水平放射角特性は上部クラッド層の膜厚ｄが薄くな
ると急激に増大することがわかる。この図５から、上部
クラッド層の層厚ｄが０．２μｍより大きくなると水平
放射角の広がりが抑えられることが示されている。
【００３８】本実施の形態１に示すドライエッチングに
よる製造方法で作製した素子では、典型的には５０ｍＡ
の電流でレーザー発振が観測され、放射角特性として
は、垂直方向の拡がり角が２４°、水平方向の拡がり角
が１２°の楕円率２の特性が得られたが、発振閾値は３
０ｍＡ〜１００ｍＡ、水平方向の拡がり角は１０°〜２
３°の範囲内にあった。また、非点隔差は１〜５μｍで
あった。
よる製造方法で作製した素子では、典型的には５０ｍＡ
の電流でレーザー発振が観測され、放射角特性として
は、垂直方向の拡がり角が２４°、水平方向の拡がり角
が１２°の楕円率２の特性が得られたが、発振閾値は３
０ｍＡ〜１００ｍＡ、水平方向の拡がり角は１０°〜２
３°の範囲内にあった。また、非点隔差は１〜５μｍで
あった。
【００３９】また、本実施の形態ではＧａＩｎＮ層を活
性層に、ＧａＡｌＮをクラッド層に使用した青色発光の
半導体レーザ素子の例を示したが、この組み合わせに限
らず、ＧａＩｎＮ活性層／ＧａＮクラッド層やＧａＮ活
性層／ＧａＡｌＮクラッド層、あるいはレーザ発振が可
能な組み合わせであればＧａＡｌＩｎＮ系の四元系化合
物の組み合わせでも構わない。
性層に、ＧａＡｌＮをクラッド層に使用した青色発光の
半導体レーザ素子の例を示したが、この組み合わせに限
らず、ＧａＩｎＮ活性層／ＧａＮクラッド層やＧａＮ活
性層／ＧａＡｌＮクラッド層、あるいはレーザ発振が可
能な組み合わせであればＧａＡｌＩｎＮ系の四元系化合
物の組み合わせでも構わない。
【００４０】（実施の形態２）図３に、リッジストライ
プ形状を形成するのに、選択成長法によって作製された
青色発光の化合物半導体レーザ素子を示す。図１と同一
部材には同一符号を付す。符号２１ａはｐ型ＧａＡｌＮ
上部クラッド層、２１ｂは選択成長させたｐ型ＧａＡｌ
Ｎ上部クラッド層、２３はＳｉＯ2保護膜である。この
化合物半導体レーザ素子は、リッジストライプ形状を有
し、更にリッジストライプ形状のｐ型ＧａＡｌＮ上部ク
ラッド層の表面に保護膜が酸化硅素、酸化アルミニウム
の２層からなることを特徴とする。
プ形状を形成するのに、選択成長法によって作製された
青色発光の化合物半導体レーザ素子を示す。図１と同一
部材には同一符号を付す。符号２１ａはｐ型ＧａＡｌＮ
上部クラッド層、２１ｂは選択成長させたｐ型ＧａＡｌ
Ｎ上部クラッド層、２３はＳｉＯ2保護膜である。この
化合物半導体レーザ素子は、リッジストライプ形状を有
し、更にリッジストライプ形状のｐ型ＧａＡｌＮ上部ク
ラッド層の表面に保護膜が酸化硅素、酸化アルミニウム
の２層からなることを特徴とする。
【００４１】次に、実施の形態２の化合物半導体レーザ
素子の作製方法について説明する。
素子の作製方法について説明する。
【００４２】まず、実施の形態１の図２（ａ）と同様の
方法で作製を行う。この工程を図４（ａ）に示す。
方法で作製を行う。この工程を図４（ａ）に示す。
【００４３】次に、実施の形態１と同様にｎ型ＧａＮ層
３、ｎ型ＧａＡｌＮ下部クラッド層４、ＧａＩｎＮ活性
層５を積層し、温度を１０５０℃にしてアンモニアを毎
分５リットル、ＴＭＧを毎分３ｘ１０-5モル、ＴＭＡを
毎分６ｘ１０-6モル及びＣｐ2 Ｍｇを毎分５ｘ１０-6モ
ル流し、５分間処理することで０．２μｍのＭｇドープ
したＧａＡｌＮ上部クラッド層２１ａを成長させる。以
上の工程を図４（ｂ）に示す。
３、ｎ型ＧａＡｌＮ下部クラッド層４、ＧａＩｎＮ活性
層５を積層し、温度を１０５０℃にしてアンモニアを毎
分５リットル、ＴＭＧを毎分３ｘ１０-5モル、ＴＭＡを
毎分６ｘ１０-6モル及びＣｐ2 Ｍｇを毎分５ｘ１０-6モ
ル流し、５分間処理することで０．２μｍのＭｇドープ
したＧａＡｌＮ上部クラッド層２１ａを成長させる。以
上の工程を図４（ｂ）に示す。
【００４４】次に、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラ
ッド層２１ａの表面に、電子ビーム蒸着法とフォトリソ
グラフィー法によって幅１μｍの開口部２２を有したＳ
ｉＯ2膜２３を形成する。以上の工程を図４（ｃ）に示
す。
ッド層２１ａの表面に、電子ビーム蒸着法とフォトリソ
グラフィー法によって幅１μｍの開口部２２を有したＳ
ｉＯ2膜２３を形成する。以上の工程を図４（ｃ）に示
す。
【００４５】この後、幅１μｍの開口部２２を有するＳ
ｉＯ2膜２３の形成された、窒化ガリウム系化合物半導
体によるダブルヘテロ構造を積層したウェーハーをＭＯ
ＣＶＤ装置に導入し、ＭＯＣＶＤ装置のリアクターを水
素で良く置換した後、水素およびアンモニアを流しなが
ら温度を１０５０℃まで上昇させ、温度が１０５０℃に
安定したらＴＭＧを毎分３ｘ１０-5モル、ＴＭＡを毎分
６ｘ１０-6モル、Ｃｐ2 Ｍｇを毎分５ｘ１０-6モル、ア
ンモニアを毎分５リットル流し、２０分間処理すること
によって幅１μｍの開口部２２内に約０．８μｍのＭｇ
ドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層２１ｂを成長させ
る。この成長は開口部２２内のみに選択的に行われるた
め、開口部２２以外のＳｉＯ2膜２３上には、半導体層
は成長しない。
ｉＯ2膜２３の形成された、窒化ガリウム系化合物半導
体によるダブルヘテロ構造を積層したウェーハーをＭＯ
ＣＶＤ装置に導入し、ＭＯＣＶＤ装置のリアクターを水
素で良く置換した後、水素およびアンモニアを流しなが
ら温度を１０５０℃まで上昇させ、温度が１０５０℃に
安定したらＴＭＧを毎分３ｘ１０-5モル、ＴＭＡを毎分
６ｘ１０-6モル、Ｃｐ2 Ｍｇを毎分５ｘ１０-6モル、ア
ンモニアを毎分５リットル流し、２０分間処理すること
によって幅１μｍの開口部２２内に約０．８μｍのＭｇ
ドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層２１ｂを成長させ
る。この成長は開口部２２内のみに選択的に行われるた
め、開口部２２以外のＳｉＯ2膜２３上には、半導体層
は成長しない。
【００４６】次に、ＴＭＡだけの供給を止め、１０分間
の成長で０．５μｍのＭｇドープしたＧａＮコンタクト
層７を成長させる。上記のようにしてＳｉＯ2膜２３以
外の部分を選択的に成長させて、光導波路となるリッジ
ストライプ形状が形成される。以上の工程終了後の断面
図を図４（ｄ）に示す。
の成長で０．５μｍのＭｇドープしたＧａＮコンタクト
層７を成長させる。上記のようにしてＳｉＯ2膜２３以
外の部分を選択的に成長させて、光導波路となるリッジ
ストライプ形状が形成される。以上の工程終了後の断面
図を図４（ｄ）に示す。
【００４７】次に、窒素雰囲気中で約７００℃の熱処理
を２０分間程度行い、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部ク
ラッド層２１ａ、２１ｂ、ＧａＮコンタクト層７を低抵
抗化及びｐ型化する。この処理で両層の正孔濃度は約１
ｘ１０18ｃｍ-3となった。
を２０分間程度行い、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部ク
ラッド層２１ａ、２１ｂ、ＧａＮコンタクト層７を低抵
抗化及びｐ型化する。この処理で両層の正孔濃度は約１
ｘ１０18ｃｍ-3となった。
【００４８】次に、通常のフォトリソ法を用いて、リッ
ジストライプ形状の上面以外の表面に保護膜としてＡｌ
2Ｏ3膜９を電子ビーム蒸着法により形成し、リッジスト
ライプ形状の上面のみにＡｕ／Ｎｉ積層膜のｐ側電極１
０を全面的に真空蒸着法によって形成する。以上の工程
終了後の断面図を図４（ｅ）に示す。選択成長のために
用いたＳｉＯ2膜を残存させて、その上にＡｌ2Ｏ3膜９
を積層することによってｐ型ＧａＡｌＮ上部クラッド層
の表面保護を２層構造に簡単にすることができる。
ジストライプ形状の上面以外の表面に保護膜としてＡｌ
2Ｏ3膜９を電子ビーム蒸着法により形成し、リッジスト
ライプ形状の上面のみにＡｕ／Ｎｉ積層膜のｐ側電極１
０を全面的に真空蒸着法によって形成する。以上の工程
終了後の断面図を図４（ｅ）に示す。選択成長のために
用いたＳｉＯ2膜を残存させて、その上にＡｌ2Ｏ3膜９
を積層することによってｐ型ＧａＡｌＮ上部クラッド層
の表面保護を２層構造に簡単にすることができる。
【００４９】次に、レーザ共振器のミラー面の形成を行
う。Ａｕ／Ｎｉ積層膜１０による電極ストライプと直交
する方向にマスクとして幅５００μｍのＳｉＯ2膜を５
０μｍの間隔を開けて電子ビーム蒸着する。
う。Ａｕ／Ｎｉ積層膜１０による電極ストライプと直交
する方向にマスクとして幅５００μｍのＳｉＯ2膜を５
０μｍの間隔を開けて電子ビーム蒸着する。
【００５０】次に、５０μｍのストライプを有するＳｉ
Ｏ2膜が形成されたウエハを反応性イオンエッチング装
置に導入し、反射ミラーを形成するためにＳｉＯ2膜の
開口部分のＧａＡｌＩｎＮ系半導体層をＡｌＮバッファ
層２まで、通常の反応性イオンビームエッチング法によ
り、エッチング除去する。更に、６Ｈ−ＳｉＣ基板１を
研磨し、約１００μｍの厚みに加工し、またマスクとし
たＳｉＯ2膜を除去する。
Ｏ2膜が形成されたウエハを反応性イオンエッチング装
置に導入し、反射ミラーを形成するためにＳｉＯ2膜の
開口部分のＧａＡｌＩｎＮ系半導体層をＡｌＮバッファ
層２まで、通常の反応性イオンビームエッチング法によ
り、エッチング除去する。更に、６Ｈ−ＳｉＣ基板１を
研磨し、約１００μｍの厚みに加工し、またマスクとし
たＳｉＯ2膜を除去する。
【００５１】最後に、ｎ側電極１１をＳｉＣ基板１の裏
面全面に形成し、スクライビングによりチップに分割
し、通常の方法にてパッケージに実装して窒化物系レー
ザ素子が完成する。
面全面に形成し、スクライビングによりチップに分割
し、通常の方法にてパッケージに実装して窒化物系レー
ザ素子が完成する。
【００５２】上記選択成長法を用いて製造された化合物
半導体レーザ素子に電流を流したところ、典型的には、
４０ｍＡのしきい値電流で４３２ｎｍの青色波長でのレ
ーザー発振が観測され、放射角特性としては垂直方向の
拡がり角が２４°、水平方向の拡がり角が１２°の楕円
率２の特性が得られた。また、非点隔差は１〜５μｍで
あった。
半導体レーザ素子に電流を流したところ、典型的には、
４０ｍＡのしきい値電流で４３２ｎｍの青色波長でのレ
ーザー発振が観測され、放射角特性としては垂直方向の
拡がり角が２４°、水平方向の拡がり角が１２°の楕円
率２の特性が得られた。また、非点隔差は１〜５μｍで
あった。
【００５３】本実施の形態で作製した素子では、発振し
きい値は３８ｍＡ〜４２ｍＡ、水平方向の拡がり角は１
１．５°〜１２．５°の範囲のばらつきであり、実施の
形態１の特性と比較しリッジストライプの外側のクラッ
ド層厚制御に優れていることが示された。ＭＯＣＶＤ法
によるＧａＡｌＮクラッド層の膜厚制御性は、φ２イン
チの基板面内において±２％程度であった。
きい値は３８ｍＡ〜４２ｍＡ、水平方向の拡がり角は１
１．５°〜１２．５°の範囲のばらつきであり、実施の
形態１の特性と比較しリッジストライプの外側のクラッ
ド層厚制御に優れていることが示された。ＭＯＣＶＤ法
によるＧａＡｌＮクラッド層の膜厚制御性は、φ２イン
チの基板面内において±２％程度であった。
【００５４】また、本実施の形態２で示す化合物半導体
レーザ素子は、リッジストライプ形状の外側の上部クラ
ッド層の保護膜が酸化アルミニウムと酸化硅素の２層に
なっているので、保護効果が高く、素子寿命が改善され
る。
レーザ素子は、リッジストライプ形状の外側の上部クラ
ッド層の保護膜が酸化アルミニウムと酸化硅素の２層に
なっているので、保護効果が高く、素子寿命が改善され
る。
【００５５】尚、本実施の形態では、基板としてｎ型
（０００１）硅素（Ｓｉ）面から＜１１２０＞方向に５
度オフした６Ｈ−ＳｉＣ基板１を用いた例について説明
したが、ｐ−型ＳｉＣ基板を用いても実現でき、この場
合は実施の形態で記載した各半導体層の伝導型を逆さに
する必要がある。また、オフしていない基板を用いても
同様の効果が得られた。更に６Ｈ−ＳｉＣに限らず、４
Ｈ−ＳｉＣ基板、２Ｈ−ＳｉＣ基板を用いても同等以上
の効果が得られる。
（０００１）硅素（Ｓｉ）面から＜１１２０＞方向に５
度オフした６Ｈ−ＳｉＣ基板１を用いた例について説明
したが、ｐ−型ＳｉＣ基板を用いても実現でき、この場
合は実施の形態で記載した各半導体層の伝導型を逆さに
する必要がある。また、オフしていない基板を用いても
同様の効果が得られた。更に６Ｈ−ＳｉＣに限らず、４
Ｈ−ＳｉＣ基板、２Ｈ−ＳｉＣ基板を用いても同等以上
の効果が得られる。
【００５６】また、リッジストライプ形状は、上部クラ
ッド層から形成する必要はなく、コンタクト層のみをリ
ッジストライプ形状にしても、ほぼ同様の効果が得られ
る。
ッド層から形成する必要はなく、コンタクト層のみをリ
ッジストライプ形状にしても、ほぼ同様の効果が得られ
る。
【００５７】（実施の形態３）図６に、（実施の形態
２）と同様、リッジストライプ形状を形成するのに、選
択成長法を用い、絶縁性基板上に作製された青色発光の
化合物半導体レーザ素子を示す。図１及び図３と同一部
材には同一符号を付す。符号５５は単一量子井戸構造Ｇ
ａＩｎＮ活性層、１０１は絶縁性基板、１０２はＧａＮ
バッファ層である。この化合物半導体レーザ素子は、リ
ッジストライプ形状を有し、更にリッジストライプ形状
のｐ型ＧａＡｌＮ上部クラッド層の表面に保護膜が酸化
硅素、酸化アルミニウムの２層からなることを特徴とす
ることは、（実施の形態２）と同様である。
２）と同様、リッジストライプ形状を形成するのに、選
択成長法を用い、絶縁性基板上に作製された青色発光の
化合物半導体レーザ素子を示す。図１及び図３と同一部
材には同一符号を付す。符号５５は単一量子井戸構造Ｇ
ａＩｎＮ活性層、１０１は絶縁性基板、１０２はＧａＮ
バッファ層である。この化合物半導体レーザ素子は、リ
ッジストライプ形状を有し、更にリッジストライプ形状
のｐ型ＧａＡｌＮ上部クラッド層の表面に保護膜が酸化
硅素、酸化アルミニウムの２層からなることを特徴とす
ることは、（実施の形態２）と同様である。
【００５８】次に、実施の形態３の化合物半導体レーザ
素子の作製方法について説明する。
素子の作製方法について説明する。
【００５９】まず、実施の形態３の図４（ａ）と同様の
方法で作製を行う。この工程を図７（ａ）に示す。
方法で作製を行う。この工程を図７（ａ）に示す。
【００６０】次に、実施の形態３と同様にｎ型ＧａＮ層
３、ｎ型ＧａＡｌＮ下部クラッド層４、単一量子井戸構
造ＧａＩｎＮ活性層５５（２０Å）を積層し、温度を１
０５０℃にしてアンモニアを毎分５リットル、ＴＭＧを
毎分３ｘ１０-5モル、ＴＭＡを毎分６ｘ１０-6モル及び
Ｃｐ2 Ｍｇを毎分５ｘ１０-6モル流し、１１分間処理す
ることで０．４３μｍのＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部
クラッド層２１ａを成長させる。以上の工程終了後の断
面図を図７（ｂ）に示す。
３、ｎ型ＧａＡｌＮ下部クラッド層４、単一量子井戸構
造ＧａＩｎＮ活性層５５（２０Å）を積層し、温度を１
０５０℃にしてアンモニアを毎分５リットル、ＴＭＧを
毎分３ｘ１０-5モル、ＴＭＡを毎分６ｘ１０-6モル及び
Ｃｐ2 Ｍｇを毎分５ｘ１０-6モル流し、１１分間処理す
ることで０．４３μｍのＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部
クラッド層２１ａを成長させる。以上の工程終了後の断
面図を図７（ｂ）に示す。
【００６１】次に、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラ
ッド層２１ａの表面に、電子ビーム蒸着法とフォトリソ
グラフィー法によって幅１μｍの開口部２２を有したＳ
ｉＯ2膜２３を形成する。以上の工程終了後の断面図を
図７（ｃ）に示す。
ッド層２１ａの表面に、電子ビーム蒸着法とフォトリソ
グラフィー法によって幅１μｍの開口部２２を有したＳ
ｉＯ2膜２３を形成する。以上の工程終了後の断面図を
図７（ｃ）に示す。
【００６２】この後、幅１μｍの開口部２２を有するＳ
ｉＯ2膜２３の形成された、窒化ガリウム系化合物半導
体によるダブルヘテロ構造を積層したウェーハーをＭＯ
ＣＶＤ装置にし、リアクターを水素で良く置換した後、
水素およびアンモニアを流しながら温度を１０５０℃ま
で上昇させ、温度が１０５０℃に安定したらＴＭＧを毎
分３ｘ１０-5モル、ＴＭＡを毎分６ｘ１０-6モル、Ｃｐ
2 Ｍｇを毎分５ｘ１０ -6モル、アンモニアを毎分５リッ
トル流し、２０分間処理することによって幅１μｍの開
口部２２内に約０．８μｍのＭｇドープしたＧａＡｌＮ
上部クラッド層２１ｂを成長させる。この成長は開口部
２２内のみに選択的に行われるため、開口部２２以外の
ＳｉＯ2 膜２３上には、半導体層は成長しない。
ｉＯ2膜２３の形成された、窒化ガリウム系化合物半導
体によるダブルヘテロ構造を積層したウェーハーをＭＯ
ＣＶＤ装置にし、リアクターを水素で良く置換した後、
水素およびアンモニアを流しながら温度を１０５０℃ま
で上昇させ、温度が１０５０℃に安定したらＴＭＧを毎
分３ｘ１０-5モル、ＴＭＡを毎分６ｘ１０-6モル、Ｃｐ
2 Ｍｇを毎分５ｘ１０ -6モル、アンモニアを毎分５リッ
トル流し、２０分間処理することによって幅１μｍの開
口部２２内に約０．８μｍのＭｇドープしたＧａＡｌＮ
上部クラッド層２１ｂを成長させる。この成長は開口部
２２内のみに選択的に行われるため、開口部２２以外の
ＳｉＯ2 膜２３上には、半導体層は成長しない。
【００６３】次に、ＴＭＡだけの供給を止め、１０分間
の成長で０．５μｍのＭｇドープしたＧａＮコンタクト
層７を成長させる。上記のようにしてＳｉＯ2膜２３以
外の部分を選択的に成長させて、光導波路となるリッジ
ストライプ形状が形成される。以上の工程終了後の断面
図を図７（ｄ）に示す。
の成長で０．５μｍのＭｇドープしたＧａＮコンタクト
層７を成長させる。上記のようにしてＳｉＯ2膜２３以
外の部分を選択的に成長させて、光導波路となるリッジ
ストライプ形状が形成される。以上の工程終了後の断面
図を図７（ｄ）に示す。
【００６４】次に、窒素雰囲気中で約７００℃の熱処理
を２０分間程度行い、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部ク
ラッド層２１ａ、２１ｂ、ＧａＮコンタクト層７を低抵
抗化及びｐ型化する。この処理で両層の正孔濃度は約１
ｘ１０18ｃｍ-3となった。
を２０分間程度行い、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部ク
ラッド層２１ａ、２１ｂ、ＧａＮコンタクト層７を低抵
抗化及びｐ型化する。この処理で両層の正孔濃度は約１
ｘ１０18ｃｍ-3となった。
【００６５】次に、通常のフォトリソ法を用いて、ウエ
ハ表面全面に保護膜としてＡｌ2Ｏ3膜９を電子ビーム蒸
着法により形成し、リッジストライプ形状以外の箇所の
Ａｌ2Ｏ3膜９、及びＳｉＯ2膜２３をストライプ状に除
去し、開口部２２２を設ける。以上の工程終了後の断面
図を図７（ｅ）に示す。
ハ表面全面に保護膜としてＡｌ2Ｏ3膜９を電子ビーム蒸
着法により形成し、リッジストライプ形状以外の箇所の
Ａｌ2Ｏ3膜９、及びＳｉＯ2膜２３をストライプ状に除
去し、開口部２２２を設ける。以上の工程終了後の断面
図を図７（ｅ）に示す。
【００６６】次に、開口部２２２が形成されたウエハを
反応性イオンエッチング装置に導入し、ｎ側電極を形成
するためにＡｌ2Ｏ3膜９、及びＳｉＯ2膜２３の開口部
分の窒化ガリウム系半導体層をｎ型ＧａＮ層３まで、通
常の反応性イオンビームエッチング法により、エッチン
グ除去する。以上の工程終了後の断面図を図７（ｆ）に
示す。
反応性イオンエッチング装置に導入し、ｎ側電極を形成
するためにＡｌ2Ｏ3膜９、及びＳｉＯ2膜２３の開口部
分の窒化ガリウム系半導体層をｎ型ＧａＮ層３まで、通
常の反応性イオンビームエッチング法により、エッチン
グ除去する。以上の工程終了後の断面図を図７（ｆ）に
示す。
【００６７】次に、通常のフォトリソ法を用いて、ｎ側
電極１１をｎ型ＧａＮ層３の表面に形成する。
電極１１をｎ型ＧａＮ層３の表面に形成する。
【００６８】次に、通常のフォトリソ法を用いて、リッ
ジストライプ形状の上面のみにＡｕ／Ｎｉ積層膜のｐ側
電極１０を全面的に真空蒸着法によって形成する。
ジストライプ形状の上面のみにＡｕ／Ｎｉ積層膜のｐ側
電極１０を全面的に真空蒸着法によって形成する。
【００６９】次に、レーザ共振器のミラー面の形成を行
う。Ａｕ／Ｎｉ積層膜１０による電極ストライプと直交
する方向にマスクとして幅５００μｍのＳｉＯ2膜を５
０μｍの間隔を開けて電子ビーム蒸着する。
う。Ａｕ／Ｎｉ積層膜１０による電極ストライプと直交
する方向にマスクとして幅５００μｍのＳｉＯ2膜を５
０μｍの間隔を開けて電子ビーム蒸着する。
【００７０】次に、５０μｍのストライプを有するＳｉ
Ｏ2膜が形成されたウエハを反応性イオンエッチング装
置に導入し、反射ミラーを形成するためにＳｉＯ2膜の
開口部分の窒化ガリウム系半導体層をＡｌＮバッファ層
２まで、通常の反応性イオンビームエッチング法によ
り、エッチング除去する。更に、絶縁性基板１０１を研
磨し、約１００μｍの厚みに加工し、またマスクとした
ＳｉＯ2膜を除去する。
Ｏ2膜が形成されたウエハを反応性イオンエッチング装
置に導入し、反射ミラーを形成するためにＳｉＯ2膜の
開口部分の窒化ガリウム系半導体層をＡｌＮバッファ層
２まで、通常の反応性イオンビームエッチング法によ
り、エッチング除去する。更に、絶縁性基板１０１を研
磨し、約１００μｍの厚みに加工し、またマスクとした
ＳｉＯ2膜を除去する。
【００７１】最後に、スクライビングによりチップに分
割し、通常の方法にてパッケージに実装してレーザ素子
が完成する。
割し、通常の方法にてパッケージに実装してレーザ素子
が完成する。
【００７２】上記選択成長法を用いて製造された単一量
子井戸構造活性層を持つ化合物半導体レーザ素子に電流
を流したところ、典型的には、３０ｍＡのしきい値電流
で４２０ｎｍの青色波長でのレーザー発振が観測され、
放射角特性としては垂直方向の拡がり角が２０°、水平
方向の拡がり角が１０°の楕円率２の特性が得られた。
また、非点隔差は１〜５μｍであった。
子井戸構造活性層を持つ化合物半導体レーザ素子に電流
を流したところ、典型的には、３０ｍＡのしきい値電流
で４２０ｎｍの青色波長でのレーザー発振が観測され、
放射角特性としては垂直方向の拡がり角が２０°、水平
方向の拡がり角が１０°の楕円率２の特性が得られた。
また、非点隔差は１〜５μｍであった。
【００７３】本実施の形態で作製した素子では、発振し
きい値は２８ｍＡ〜３２ｍＡ、水平方向の拡がり角は
９．５°〜１０．５°の範囲のばらつきであり、実施の
形態２の特性と比較して更に特性制御性に優れているこ
とが示された。
きい値は２８ｍＡ〜３２ｍＡ、水平方向の拡がり角は
９．５°〜１０．５°の範囲のばらつきであり、実施の
形態２の特性と比較して更に特性制御性に優れているこ
とが示された。
【００７４】また、本実施の形態３で示す化合物半導体
レーザ素子も、リッジストライプ形状の外側の上部クラ
ッド層の保護膜が酸化アルミニウムと酸化硅素の２層に
なっているので、保護効果が高く、素子寿命が改善され
る。
レーザ素子も、リッジストライプ形状の外側の上部クラ
ッド層の保護膜が酸化アルミニウムと酸化硅素の２層に
なっているので、保護効果が高く、素子寿命が改善され
る。
【００７５】本実施の形態では単一量子井戸構造の活性
層を備えた素子に付いて説明したが、量子井戸は複数存
在する多重量子井戸構造、例えば井戸層として、厚さ２
０ÅのＩｎＧａＮ層を３層、障壁層として、厚さ３０Å
のＧａＮ層を２層、交互に積層した構造を備えた素子構
造としてもよい。多重量子井戸構造の場合においては、
各量子井戸層への良好なキャリヤの注入、駆動電圧の低
減を考慮した場合、量子井戸の数は３以下が望ましい。
層を備えた素子に付いて説明したが、量子井戸は複数存
在する多重量子井戸構造、例えば井戸層として、厚さ２
０ÅのＩｎＧａＮ層を３層、障壁層として、厚さ３０Å
のＧａＮ層を２層、交互に積層した構造を備えた素子構
造としてもよい。多重量子井戸構造の場合においては、
各量子井戸層への良好なキャリヤの注入、駆動電圧の低
減を考慮した場合、量子井戸の数は３以下が望ましい。
【００７６】（実施の形態４）図９に、（実施の形態
１）と同様、リッジストライプ形状を形成するのに、ド
ライエッチングを用い、導電性基板上に作製された単一
量子井戸構造ＧａＩｎＮ活性層を備えた青色発光の化合
物半導体レーザ素子を示す。図１、図３及び図６と同一
部材には同一符号を付す。
１）と同様、リッジストライプ形状を形成するのに、ド
ライエッチングを用い、導電性基板上に作製された単一
量子井戸構造ＧａＩｎＮ活性層を備えた青色発光の化合
物半導体レーザ素子を示す。図１、図３及び図６と同一
部材には同一符号を付す。
【００７７】この、実施の形態４の化合物半導体レーザ
素子の作製方法は、実施の形態１と同様の方法である
が、単一量子井戸構造ＧａＩｎＮ活性層５５を積層する
点のみ、実施の形態１の作製方法と異なっている。
素子の作製方法は、実施の形態１と同様の方法である
が、単一量子井戸構造ＧａＩｎＮ活性層５５を積層する
点のみ、実施の形態１の作製方法と異なっている。
【００７８】次に、反応性イオンエッチング装置にて、
塩素を主成分とするエッチングガスでストライプ状のＳ
ｉＯ2膜８形成部以外のＭｇドープしたＧａＮ層コンタ
クト層７及びＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層
６のエッチングを行う事も同様であるが、このエッチン
グ工程において、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラッ
ド層６は０．４３μｍを残してエッチングか完了するよ
うにエッチング時間の調整を行った点が実施の形態１の
場合とは異なる。ここで、エッチング条件としてＤＣバ
イアスを２００Ｖ、ＲＦパワー３００Ｗとすることによ
り、ＧａＮ層コンタクト層７及びＭｇドープしたＧａＡ
ｌＮ上部クラッド層６共にエッチング速度は３０００Å
／分となり、エッチングは約３分２５秒行った。上記条
件では、ＤＣバイアスは±５０Ｖ、ＲＦパワーは±５０
Ｗであり、エッチング速度のばらつきは±１０％程度で
あった。
塩素を主成分とするエッチングガスでストライプ状のＳ
ｉＯ2膜８形成部以外のＭｇドープしたＧａＮ層コンタ
クト層７及びＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラッド層
６のエッチングを行う事も同様であるが、このエッチン
グ工程において、ＭｇドープしたＧａＡｌＮ上部クラッ
ド層６は０．４３μｍを残してエッチングか完了するよ
うにエッチング時間の調整を行った点が実施の形態１の
場合とは異なる。ここで、エッチング条件としてＤＣバ
イアスを２００Ｖ、ＲＦパワー３００Ｗとすることによ
り、ＧａＮ層コンタクト層７及びＭｇドープしたＧａＡ
ｌＮ上部クラッド層６共にエッチング速度は３０００Å
／分となり、エッチングは約３分２５秒行った。上記条
件では、ＤＣバイアスは±５０Ｖ、ＲＦパワーは±５０
Ｗであり、エッチング速度のばらつきは±１０％程度で
あった。
【００７９】次に、窒素雰囲気中で約７００℃の熱処理
も実施の形態１と同様に行った。
も実施の形態１と同様に行った。
【００８０】更に、リッジ型ストライプの上面のＡｕ／
Ｎｉ積層膜のｐ側電極１０の形成、レーザ共振器のミラ
ー面の形成、ｎ側電極１１をＳｉＣ基板１の裏面全面に
形成する工程も実施の形態１と同様に行った。
Ｎｉ積層膜のｐ側電極１０の形成、レーザ共振器のミラ
ー面の形成、ｎ側電極１１をＳｉＣ基板１の裏面全面に
形成する工程も実施の形態１と同様に行った。
【００８１】最後に、スクライビングによりチップに分
割し、通常の方法にてパッケージに実装してレーザ素子
が完成する。
割し、通常の方法にてパッケージに実装してレーザ素子
が完成する。
【００８２】本実施の形態４に示すドライエッチングに
よる製造方法で作製した素子の特性は、実施の形態３の
ものと同様であった。
よる製造方法で作製した素子の特性は、実施の形態３の
ものと同様であった。
【００８３】また、本実施の形態ではＧａＩｎＮ層を活
性層に、ＧａＡｌＮをクラッド層に使用した青色発光の
半導体レーザ素子の例を示したが、この組み合わせに限
らず、ＧａＩｎＮ活性層／ＧａＮクラッド層やＧａＮ活
性層／ＧａＡｌＮクラッド層、あるいはレーザ発振が可
能な組み合わせであればＧａＡｌＩｎＮ系の四元系化合
物の組み合わせでも構わないことも、実施の形態１の場
合と同様である。
性層に、ＧａＡｌＮをクラッド層に使用した青色発光の
半導体レーザ素子の例を示したが、この組み合わせに限
らず、ＧａＩｎＮ活性層／ＧａＮクラッド層やＧａＮ活
性層／ＧａＡｌＮクラッド層、あるいはレーザ発振が可
能な組み合わせであればＧａＡｌＩｎＮ系の四元系化合
物の組み合わせでも構わないことも、実施の形態１の場
合と同様である。
【００８４】更に、本実施の形態でも実施の形態３と同
様、単一量子井戸構造の活性層を備えた素子に付いて説
明したが、量子井戸は複数存在する多重量子井戸構造を
備えた素子構造としてもよく、多重量子井戸構造の場合
においては、各量子井戸層への良好なキャリヤの注入、
駆動電圧の低減を考慮した場合、量子井戸の数は３以下
が望ましい事も、実施の形態３の場合と同様である。
様、単一量子井戸構造の活性層を備えた素子に付いて説
明したが、量子井戸は複数存在する多重量子井戸構造を
備えた素子構造としてもよく、多重量子井戸構造の場合
においては、各量子井戸層への良好なキャリヤの注入、
駆動電圧の低減を考慮した場合、量子井戸の数は３以下
が望ましい事も、実施の形態３の場合と同様である。
【００８５】
【発明の効果】本実施の形態に示したようなリッジスト
ライプ構造を持つ窒化ガリウム系の化合物半導体レーザ
素子は、従来の化合物半導体レーザ素子のようにエッチ
ングのばらつきによる電流注入不良等を発生させること
が少なく、また発振しきい値が低く、非点隔差が小さく
できた。
ライプ構造を持つ窒化ガリウム系の化合物半導体レーザ
素子は、従来の化合物半導体レーザ素子のようにエッチ
ングのばらつきによる電流注入不良等を発生させること
が少なく、また発振しきい値が低く、非点隔差が小さく
できた。
【００８６】また、本発明による化合物半導体レーザの
リッジストライプ形状はドライエッチング方法によって
も、選択成長方法によっても作製できる。特に、選択成
長方法を用いた場合には、リッジストライプ形状の外部
の上部クラッド層の膜厚制御性に優れており、素子のば
らつきが改善される。また、コンタクト層と上部クラッ
ド層の界面が存在する側面に保護層を設けることによっ
て、電流注入経路の劣化を防止でき、さらに上部クラッ
ド層の保護膜を２層にすることで、半導体レーザ素子の
保護効果が高く、素子寿命が改善される。
リッジストライプ形状はドライエッチング方法によって
も、選択成長方法によっても作製できる。特に、選択成
長方法を用いた場合には、リッジストライプ形状の外部
の上部クラッド層の膜厚制御性に優れており、素子のば
らつきが改善される。また、コンタクト層と上部クラッ
ド層の界面が存在する側面に保護層を設けることによっ
て、電流注入経路の劣化を防止でき、さらに上部クラッ
ド層の保護膜を２層にすることで、半導体レーザ素子の
保護効果が高く、素子寿命が改善される。
【図１】本発明の実施の形態１に示すリッジストライプ
形状を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の断面図
である。
形状を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の断面図
である。
【図２】実施の形態１に示すリッジストライプ形状を有
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の作製行程を示す
図である。
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の作製行程を示す
図である。
【図３】実施の形態２に示すリッジストライプ形状を有
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の断面図である。
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の断面図である。
【図４】実施の形態２に示すリッジストライプ形状を有
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の作製行程を示す
図である。
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の作製行程を示す
図である。
【図５】リッジストライプ形状の外側の上部クラッド層
厚と水平放射角の関係を示す図である。
厚と水平放射角の関係を示す図である。
【図６】実施の形態３に示すリッジストライプ形状を有
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の断面図である。
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の断面図である。
【図７】実施の形態３に示すリッジストライプ形状を有
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の作製行程を示す
図である。
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の作製行程を示す
図である。
【図８】単一量子井戸活性層構造を持つ素子におけるリ
ッジストライプ形状の外側の上部クラッド層厚と水平放
射角の関係を示す図である。
ッジストライプ形状の外側の上部クラッド層厚と水平放
射角の関係を示す図である。
【図９】実施の形態４に示すリッジストライプ形状を有
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の断面図である。
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の断面図である。
【図１０】従来の電極ストライプ構造を有する半導体レ
ーザ素子の断面図である。
ーザ素子の断面図である。
【図１１】従来の内部電流狭窄構造を有する半導体レー
ザ素子の断面図である。
ザ素子の断面図である。
１ ６Ｈ−ＳｉＣ基板 １０１ 絶縁性基板 ２ ＡｌＮバッファ層 １０２ ＧａＮバッファ層 ３ ｎ型ＧａＮ層 ４ ｎ型ＧａＡｌＮ下部クラッド層 ５ ＩｎＧａＮ活性層 ５５ 単一量子井戸構造ＩｎＧａＮ活性層 ６ ｐ型ＧａＡｌＮ上部クラッド層 ７ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ８ ＳｉＯ2膜 ９ Ａｌ2Ｏ3保護膜 １０ ｐ側電極 １１ ｎ側電極 ２１ａ ｐ型ＧａＡｌＮ上部クラッド層 ２１ｂ 選択成長されたｐ型ＧａＡｌＮ上部クラッド層 ２２ 開口部 ２２２ 開口部 ２３ ＳｉＯ2膜
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上に、第１の導電型下部クラッド
層、活性層、第２の導電型上部クラッド層をこの順に積
層したＧａxＡｌyＩｎ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜
１、Ｘ＋Ｙ≦１）からなる化合物半導体レーザ素子にお
いて、前記第２の導電型上部クラッド層が共振器方向に
伸延したリッジストライプ形状であることを特徴とする
窒化物系半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記基板が第１の導電型半導体基板であ
ることを特徴とする窒化物系半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記基板が絶縁基板であることを特徴と
する窒化物系半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記リッジストライプ形状の第２の導電
型上部クラッド層の表面に保護層を有することを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物系半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項５】 前記保護膜が酸化アルミニウム、酸化硅
素の２層からなることを特徴とする請求項４に記載の窒
化物系半導体レーザ装置。 - 【請求項６】 前記活性層が量子井戸構造であることを
特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物系半
導体レーザ装置。 - 【請求項７】 前記リッジストライプ形状を形成するの
に、ドライエッチング方法を用いることを特徴とする請
求項１〜６のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ装
置の製造方法。 - 【請求項８】 前記リッジストライプ形状を形成するの
に、選択成長方法を用いることを特徴とする請求項１〜
６のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3592797A JP3878707B2 (ja) | 1996-02-21 | 1997-02-20 | 窒化物系半導体レーザ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-33660 | 1996-02-21 | ||
| JP3366096 | 1996-02-21 | ||
| JP3592797A JP3878707B2 (ja) | 1996-02-21 | 1997-02-20 | 窒化物系半導体レーザ素子の製造方法 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001044408A Division JP2001257433A (ja) | 1996-02-21 | 2001-02-21 | 窒化物系半導体レーザ装置 |
| JP2001044407A Division JP4118025B2 (ja) | 1996-02-21 | 2001-02-21 | 窒化ガリウム系半導体レーザ素子 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09289358A true JPH09289358A (ja) | 1997-11-04 |
| JPH09289358A5 JPH09289358A5 (ja) | 2005-02-24 |
| JP3878707B2 JP3878707B2 (ja) | 2007-02-07 |
Family
ID=26372395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3592797A Expired - Fee Related JP3878707B2 (ja) | 1996-02-21 | 1997-02-20 | 窒化物系半導体レーザ素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3878707B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000021169A1 (en) * | 1998-10-07 | 2000-04-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser |
| JP2003142769A (ja) * | 1998-02-17 | 2003-05-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| US6661822B1 (en) | 1999-04-26 | 2003-12-09 | Fujitsu Limited | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| US6891871B1 (en) * | 1999-09-24 | 2005-05-10 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device |
| JP2010062381A (ja) * | 2008-09-04 | 2010-03-18 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体素子の製造方法 |
-
1997
- 1997-02-20 JP JP3592797A patent/JP3878707B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003142769A (ja) * | 1998-02-17 | 2003-05-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| WO2000021169A1 (en) * | 1998-10-07 | 2000-04-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser |
| US6618416B1 (en) | 1998-10-07 | 2003-09-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser |
| US6661822B1 (en) | 1999-04-26 | 2003-12-09 | Fujitsu Limited | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| US6891871B1 (en) * | 1999-09-24 | 2005-05-10 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device |
| JP2010062381A (ja) * | 2008-09-04 | 2010-03-18 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体素子の製造方法 |
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|---|---|
| JP3878707B2 (ja) | 2007-02-07 |
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