WO1998044606A1 - Laser combine a semi-conducteur - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser formed by using a group II nitride semiconductor.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing a conventional ridge waveguide type group III nitride semiconductor laser.
  • the semiconductor laser shown in FIG. 1 includes a GaN buffer layer 202, an n-GaN contact layer 203, an n-InGaN buffer layer 204, an n-A1 GaN cladding layer 205, and an n-GaN buffer layer 202 on a sapphire substrate 201.
  • the sapphire substrate is insulative, a part of the laminated structure is dug down to the ⁇ -type contact layer 203 in order to expose a region for attaching the ⁇ -type electrode. Further, a part of the mesa structure is dug down to the ⁇ -shaped cladding layer 210 to form a ridge waveguide. For these processes, a dry etching method is used, and an SiO 2 protective film 214 is added as protection for the etching portion.
  • Figure 2 shows the relationship between the remaining thickness of the p-cladding layer and the effective refractive index difference inside and outside the stripe (ridge) in the device structure without the light guide layer (the curve of the conventional example shown in Figure 2).
  • Figure 2 shows the relationship between the remaining thickness of the p-cladding layer and the effective refractive index difference inside and outside the stripe (ridge) in the device structure without the light guide layer (the curve of the conventional example shown in Figure 2).
  • Fig. 2 shows the ridge waveguide type III nitride semiconductor lasers, as shown in Fig. 2, the ridge portion and the outside of the ridge! Using the refractive index difference due to the difference in thickness between the A1 GAN and the lad layer 210, the effective refraction distribution in the parts (A) and (B) in Fig. 1 can be calculated. It controls the lateral mode.
  • the effective refractive index control in section (B) of Fig. 1 shows that the film thickness T of P—A 1 GaN 210 is left without etching
  • FIG. 3 shows the change in operating current of a conventional ridge waveguide type II I nitride semiconductor laser at room temperature and continuous energization.
  • the conventional ridge waveguide type III nitride semiconductor laser as shown in FIG. 1 has a problem that it is extremely difficult to manufacture a semiconductor laser with uniform transverse mode characteristics at a yield.
  • dry etching such as RIE or RIBE is used for etching.
  • etch stop layer It is inevitable to use a method with low accuracy such as controlling the film thickness of the p-A 1 G a N layer 210 of the B) portion by time control.
  • the thickness of the AlGaN layer 210 varies from lot to lot or within the same wafer surface, which significantly impairs the controllability of the transverse mode and lowers the production yield.
  • a further problem is that the element life under continuous energization at room temperature is short.
  • the inventors of the present application have clarified that this is due to the use of dry etching as a processing method for forming a stripe-shaped ridge shape. More specifically, the above-mentioned problems are caused by the fact that the etching process damages the side and bottom surfaces of the semiconductor layer to be etched, causing crystal defects, and the p-side of the ridge side and the outside of the ridge. This is because there are many pinholes in Si 2 of the SiO 2 protective film covering the A 1 GaN cladding layer, and the crystal plane cannot be sufficiently protected substantially.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a single transverse mode characteristic that can be manufactured with a high production yield. Disclosure of the invention
  • a compound semiconductor laser using a group III nitride semiconductor according to the present invention includes a first cladding layer having a first conductivity type on a substrate, an active layer on the first cladding layer, and a second conductive layer on the active layer.
  • a second cladding layer having a mold, and a buried layer formed on the second cladding layer and having an opening for confining a current to a selected region of the active layer.
  • the upper portion of the second cladding layer has a ridge portion, the ridge portion is located in the opening of the buried layer, and the buried layer does not substantially absorb light emitted from the active layer,
  • the second clad layer has a refractive index substantially equal to that of the second clad layer, thereby achieving the above object.
  • an optical guide layer having the second conductivity type and having a refractive index higher than that of the second clad layer is provided on an upper portion of the second clad layer; And a contact layer having the second conductivity type are formed in this order.
  • the light guide layer is formed of InGaA1N.
  • the interrupt layer T I_ ⁇ 2, Z R_ ⁇ 2, H f ⁇ 2, C E_ ⁇ 2, I n 2 ⁇ 3, N d 2 ⁇ 3, S b 2 ⁇ 3, S N_ ⁇ 2, T a 2 ⁇ 5, among the Group including Z N_ ⁇ least a dielectric film containing one or more compounds.
  • the buried layer is formed of a ZnMgCdSSe compound semiconductor.
  • the buried layer is formed of a semiconductor having substantially the same composition as the second clad layer.
  • the buried layer has insulating properties or the L-type conductivity.
  • a contact layer having the second conductivity type is formed on an upper portion of the second clad layer.
  • a compound semiconductor laser according to the present invention is a compound based on a group III nitride conductor.
  • a semiconductor laser comprising: a first cladding layer having a first conductivity type on a substrate; an active layer on the first cladding layer; and a second cladding layer having a second conductivity type on the active layer.
  • a light reflection layer formed on the second cladding layer, the light reflection layer having an opening for confining a current to a selected region of the active layer.
  • a layer made of a semiconductor having the second conductivity type and having substantially the same composition as the second cladding layer is formed, and the light reflecting layer has a lower refractive index than the second cladding layer. Therefore, the above object is achieved.
  • the light reflection layer is formed of InGaA1N. In one embodiment, the light reflection layer has an insulating property or has the first conductivity type. In one embodiment, a third cladding layer having the second conductivity type and a contact layer having the second conductivity type are formed on the light reflecting layer.
  • the present invention provides an element structure in which the transverse mode does not change in response to a change in the etching amount, and makes it possible to efficiently manufacture a ridge waveguide type III nitride semiconductor laser having uniform characteristics.
  • the device does not propagate to the active layer due to crystal defects due to damage or continuous energizing operation, realizing a device with significantly improved operating life.
  • the effective refractive index outside the strife " ⁇ ] when the etched part is buried with a material having the same refractive index as the p-cladding layer The differences are shown in FIG. 2 (inventive line in FIG. 2). As shown in FIG. 2, according to the present invention, there is no difference in refractive index between the inside and outside of the lid portion. On the other hand, due to the current constriction effect of the ridge buried layer, a gain difference is generated between the portion immediately below the ridge and the portion immediately below the buried layer in the active layer, and as a result, the lateral mode is controlled. In this structure, the tolerance for the etching depth of the etching process for forming the ridge is wide, the lateral mode controllability is stable, and the production yield of laser elements with uniform characteristics is improved.
  • these buried materials are transparent to light having an oscillation wavelength of the laser, they do not generate heat due to light absorption, and have substantially the same refractive index as the second cladding layer. It has no effect and is suitable as a buried layer. Furthermore, since the ridge-shaped stripes formed by etching are buried with the buried layer, crystal defects caused by damage during the etching process are not transmitted to the active layer even by continuous energizing operation, and the operating life is significantly improved. Realize an improved device. Furthermore, when a III-nitride semiconductor of the same composition as the second cladding layer is used as the buried layer material, the difference in lattice constant between the embedding layer and the other epitaxial layers is eliminated. However, the influence of stress such as thermal strain on the element can be avoided.
  • Fig. 4 shows the difference between the remaining thickness of the P-cladding layer and the effective refractive index difference between inside and outside the stripe (conventional example in Fig. 4) and the etched part with the same refractive index as the p-cladding layer in the device structure with the light guide layer.
  • the effective refractive index inside the ridge is increased, and therefore, the light distribution region in the lateral direction is further increased.
  • the lateral mode control is easier than in the ridge waveguide type laser using the gain difference as described above, which is concentrated in the center. If there is no buried layer or the buried layer has a different refractive index from that of the second cladding layer, the thickness of the second cladding layer outside the ridge (thickness after etching) is the effective refractive index outside the ridge. And has a large effect on the characteristics of the laser. However, in the structure according to the present invention, since the refractive index of the buried layer is the same as that of the second cladding layer, the thickness of the second cladding layer outside the ridge (the thickness after etching) is the effective refractive index outside the bridge.
  • the etching depth reaches at least the interface between the light guide layer and the second cladding layer so as to exist inside the optical guide layer cartridge.
  • the tolerance for errors during etching is large, the transverse mode controllability is stabilized, and the laser production yield is improved.
  • the device current flows to the opening.
  • a gain distribution occurs in the lateral direction of the laser.
  • the effective refractive index is such that the semiconductor layer in the opening is relatively large compared to other portions, and the light distribution region in the lateral direction is more concentrated at the center, and the effect of the gain distribution described above is obtained.
  • the transverse mode control of the laser becomes easy.
  • each of the semiconductor layers continuously grown on the layer can be formed.
  • the group III nitride layer can be epitaxially grown while suppressing the occurrence of defects, thereby improving laser reliability.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a conventional semiconductor laser.
  • FIG. 2 is a diagram showing the p-cladding layer remaining film thickness and the effective refractive index difference between the inside and outside of the stripe in a device structure having no light guide layer, in comparison with a conventional example and the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change in operating current when a conventional semiconductor laser is continuously energized at room temperature.
  • FIG. 4 shows the p-cladding : residual layer thickness and strike in the device structure with an optical guide layer.
  • FIG. 4 is a diagram showing a difference between an effective refractive index inside and outside a lip in comparison with a conventional example and the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of the semiconductor laser according to the first example of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a manufacturing process of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change in operating current when the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention is continuously energized at room temperature.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor laser according to the second example of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor laser according to a third example of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor laser according to a fourth example of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a process of manufacturing a semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a manufacturing process.
  • the laser diode of this embodiment is formed by the following process.
  • an undoped GaN buffer layer 102 having a thickness of 20 nm and an n-type conductivity type is formed on a sapphire substrate 101 having a (0001) plane orientation (C plane) by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • n- and referred and the GaN contact layer 103 5 m, n- a 10. and 3 Ga 0. 7 N cladding layer 104 of 1 m, and the n- GaN light 0.1 to write Me layer 105 closes m , InGaN-based MQW structure 106
  • a conductive type of the mold (referred to hereinafter p-) and 0.
  • the contact layer 109 is epitaxially grown to 0.5 jm and successively (FIG. 6 (a)).
  • masking Ml is applied to a part of the p-contact layer 109, and the epitaxial layer other than the portion to be masked is dry-etched to an appropriate depth in the ⁇ -contact layer 103 to form a mesa shape. (Fig. 6 (b)).
  • the etching depth is set to any position in the p-cladding layer 108, and it is not necessary to control the remaining film thickness H (FIG. 6 (c)).
  • the electron beam (EB) evaporation method to deposit a mixture of T I_ ⁇ 2 and Z R_ ⁇ 2 from the element top surface.
  • the thickness of the deposited film is such that the surface of the deposited film is flush with the upper surface of the ridge. That is, more buried layer 1 1 0 consisting of a mixture of T I_ ⁇ 2 and ⁇ R_ ⁇ 2 fills the ridge «j 'FIG 6 (d)).
  • the flat conductor laser of the present example was designed so that the wave length of the light coming from the active layer [ ⁇ layer 106 was about 520 ⁇ m.
  • the refractive index of the p-cladding layer 108 for light of this wavelength is about 2.33.
  • the refractive index of the ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ -cladding layer 108 also changes. Buried layer also T i 0 2 and change the sigma r 0 2 mixing ratio, or a vapor deposition conditions may be changed refractive index Rishi changed.
  • the type of the dielectric is not limited to i 0 2 or Z r ⁇ 2 , and does not substantially absorb the laser oscillation wavelength light, that is, for the light emitted from the active layer 106. Any transparent dielectric may be used.
  • substantially does not absorb light at the laser oscillation wavelength means that + light absorption does not occur to the extent that it adversely affects the transverse mode of the laser.
  • the method of forming the dielectric film is not limited to the EB vapor deposition method, and a sputtering method or other thin film forming process may be used.
  • the current is confined by the dielectric buried layer 110 which is an insulator, and concentrates on a portion of the active layer immediately below the ridge. A gain distribution occurs.
  • the refractive index of the buried layer is equal to that of the p_ cladding layer, the light emitted from the active layer does not feel the refractive index distribution. Therefore, if the transverse mode control of the laser is performed by controlling the ridge width, it is easy. Also, since there is no need to precisely control the remaining film thickness of the p-cladding layer 108 by dry etching, the allowable range of the etching error is widened, and the production yield is improved.
  • a ridge-shaped stripe portion formed by etching, for embedding the embedding layer 1 1 0 consisting of a mixture of a T1 0 2 ⁇ 2, crystal defects due to damage caused during the etching process, activity by continuous energization operation A device that does not propagate to the layer and has a significantly improved operating life can be realized. As shown in FIG. 7, according to the present invention, the device life in the case of continuous energization at room temperature reaches 120 hours or more.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.
  • the laser diode of this embodiment uses an insulating substrate, and its forming process has substantially the same processing steps as those of the first embodiment.
  • a sapphire substrate 401 having a (000 1) plane orientation (C plane) an undoped GaN buffer layer 4 ⁇ 2 of 20 nm and an n-GaN contact layer 403 of 5 ⁇ m And n—A l 0. s Ga 0. 92 N and the first cladding layer 4 04, the n-G aN 1 the light confinement layer 405 0.
  • the 8 N evaporation prevention layer 407 is 0.05 m
  • the p-GaN optical confinement layer 4 ⁇ 8 is 0.1 m
  • the p-Al GaN second cladding layer 409 is 0.2 m
  • p—GaN optical guide layer 410 is 0.05 m and p—A1. . D8 and G a 0. 92 N third cladding layer 411 of 0. 8 m, and p one G aN contact layer 412 0. 5 m, thereby sequentially Epitakisharu growth.
  • a masking M1 is applied to a part of the p-contact layer 412, and the epitaxy layer other than the portion to be masked is dry-etched to an appropriate depth in the n-contact layer 403 to form a mesa shape. Further, after removing the mask, a part of the top of the mesa and the entire surface of the n-contact layer 403 exposed by the previous etching are covered with the mask M 2, dry-etched again, and the top of the mesa is removed. A di-structure is formed. At this time, the etching depth is set to p—any position in the second cladding layer 409, and it is not necessary to control the remaining film thickness.
  • a C 1 -doped ZnMgSSe compound is deposited from the upper surface of the device by a molecular beam epitaxy (MBE) method.
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the thickness of the compound layer is such that the surface of the layer is at the same height as the upper surface of the ridge. That is, the ridge portion is buried by the burying layer 413 made of ZnMgSSe.
  • the mask Ml, the mask M2, and the C1 dope ZnMgSSe compound on the mask M1 and the mask M2 are removed, and an n-side electrode 414 and a p-side electrode 415 are formed.
  • the waveguide laser structure is completed.
  • the wavelength of light emitted from the active layer 406 was designed to be about 410 nm.
  • the refractive index of the p-second cladding layer 409 for light of this wavelength is about 2.50. Therefore, the composition ratio of each element of ZnMgSSe, which is a II-VI group semiconductor in the buried layer, is such that the energy gap is 3.03 eV or more, The refractive index is adjusted to be 2.50. If the oscillation wavelength changes due to the design change of the active layer, the refractive index of the P-second cladding layer 409 also changes. In that case, the buried layer also changes the composition ratio of ZnMgSSe. Then, the refractive index may be changed.
  • the type of II_VI semiconductor used for embedding is not limited to ZnMgSSe.
  • ZnCdSe may be used.
  • the method of forming the conductor film is not limited to the epitaxial growth by the MBE method, but a sputtering method or another thin film forming process may be used.
  • the current is confined by the C 1 -doped Zn Mg SS e buried layer 4 13 showing the n-type conductivity, and the active current immediately below the ridge portion is reduced. Gain distribution occurs due to concentration in the layers.
  • the optical guide layer 410 formed inside the ridge has a higher refractive index than the p-second cladding layer 409 and the buried layer 413, and the optical guide layer 410 outside the ridge. Since zeros have been removed, a distribution occurs in the effective refractive index inside and outside the ridge. Therefore, compared to the first embodiment having no light guide layer, the efficiency of light confinement right below the ridge is improved, and the "lateral mode control becomes easier.”
  • the etched bottom surface at least reaches the interface between the optical guide layer 410 and the p-second cladding layer 409, and not the optical confinement layer 408. In this case, it is not necessary to precisely control the remaining film thickness, and the production yield is improved.
  • the ridge-shaped stripe portion formed by etching is buried by the buried layer 4 13 made of ZnMgSSe, crystal defects due to damage generated during the etching process are applied to the active layer even by continuous energizing operation. An element that does not propagate and has a significantly improved operating life can be realized.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor laser according to the third embodiment of the present invention.
  • the laser diode of this embodiment is formed by the following process. You.
  • n-S i C substrate 50 1 First, by MOCVD, on the n-S i C substrate 50 1, and a G a N buffer layer 502 of undoped 20 nm, n- A l 0. . 8 Ga 0 32 N First cladding layer 503 lm, n-GaN optical confinement layer 504 0.1 m, active layer 505 with InGaN-based MQW structure, p-A 1. . 2 Ga Q. 8 N evaporation prevention layer 506 is 0.05 ym, p-GaN light confinement layer 507 is 0.1 ym, and ⁇ -Al 0 . 8 G a 0. 92 N and a second cladding layer 5 08 0. 2 ⁇ m, p- A 1 0.. 2 G a 0.
  • a mask is applied to a part of the p-contact layer 511 and the epitaxial layer other than the portion to be masked is dry-etched to form a ridge structure.
  • the etching depth is set to p—any position in the second cladding layer 508, and it is not necessary to control the remaining film thickness.
  • n-A 10. by selective growth by MOCVD with the mask left over the ridge.
  • An 8 Ga 0 .g 2 N layer is formed only on the side surfaces of the ridge.
  • the thickness of this A 1 GaN layer is such that the surface of the layer is at the same height as the upper surface of the ridge. That is, n—A i 0.
  • the buried layer 5 12 consisting of 8 G a 0. 92 N, embedding the ridge portion.
  • n-side electrode 513 is formed on the back surface of the substrate, and a p-side electrode 514 is formed on the upper surface of the element, thereby completing the ridge waveguide laser structure shown in FIG.
  • the wavelength of light emitted from the active layer 505 is designed to be about 450 ⁇ m.
  • the refractive index of the p-second cladding layer 508 for light of this wavelength is approximately 2.45.
  • the buried layer 512 has the same composition as the p-second cladding layer 508 except for the conductivity type, and the buried layer 512 has a refractive index of about 2.45. It is transparent to light of the oscillation wavelength.
  • the device current is n—A 1 G a N buried layer Since it is narrowed by 512 and concentrated on the active layer immediately below the ridge, a gain distribution occurs.
  • the light guide layer 509 formed inside the ridge has a higher refractive index than the p-second cladding layer 508 and the buried layer 512, and the light guide layer 509 is removed outside the ridge. A distribution occurs in the effective refractive index inside and outside the ridge. Therefore, similarly to the second embodiment, the efficiency of light confinement right below the ridge is improved, and the lateral mode control becomes easier.
  • the etched bottom surface at least reaches the interface between the optical guide layer 509 and the p-second cladding layer 508, and if the etching bottom does not reach the optical confinement layer 507, Since etching is also acceptable, there is no need to precisely control the remaining film thickness, thereby improving production yield.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a manufacturing process.
  • the laser diode of this embodiment is formed by the following process.
  • n- GaN optical confinement layer 604 as 0.1 lm
  • p-GaN optical confinement layer 607 is 0. ⁇ , ⁇ -A 1 Q. 8 G a 0.
  • a masking Ml is applied to a part of the p-contact layer 611, and the epitaxial layer other than the masked portion is dry-etched to form a concave structure R.
  • the etching depth is set to p—any position in the second cladding layer 608, There is no need to control the remaining film thickness (Fig. 11 (b)).
  • n-side electrode 614 is formed on the back surface of the substrate, and a p-side electrode 615 is formed on the upper surface of the device, thereby completing the laser structure shown in FIG.
  • the wavelength of light emitted from the active layer 605 was designed to be about 430 nm.
  • the buried layer 612 has the same conductivity type and composition as the p-second cladding layer 608, and the light reflection layer 609 having an opening corresponding to the groove portion of the concave structure has the same conductivity type.
  • the element current is concentrated in the active layer just below the groove (opening) because of the current blocking layer due to the type difference, and a gain distribution occurs in the lateral direction of the laser.
  • the light reflection layer 609 provided outside the groove has a smaller refractive index than the p-second cladding layer 608 and the buried layer 612, and the refractive index is uniform in the groove.
  • Light has a small effective refractive index, causing a difference in the effective refractive index inside and outside the stripe structure. Therefore, the efficiency of light confinement in the stripe portion is improved, and the lateral mode control becomes easier.
  • the etched bottom surface at least reaches the interface between the light reflection layer 609 and the p-second cladding layer 608, and if the etching bottom surface does not reach the light confinement layer 607, overetching may occur. Permissible. Therefore, it is not necessary to precisely control the remaining film thickness, and the production yield is improved.
  • structures not described in the claims such as various substrates, buffer layers, and optical confinement layers, are used. It does not affect the implementation of the present invention with respect to the structure of the ridge portion. Industrial applicability
  • the lateral mode control of the ridge waveguide type semiconductor laser based on the remaining film thickness of the etching is not performed as in the related art, a semiconductor laser having a single transverse mode characteristic is manufactured with a high production yield. be able to.

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Description

明 細 書 化合物半導体レーザ 技術分野
本発明は、 I I I族窒化物半導体によって形成される半導体レーザに関する。 背景技術
図 1は、 従来のリッジ導波路型 I I I族窒化物系半導体レーザを示す断面概略 図である。 図 1の半導体レ一ザは、 サファイア基板 20 1上の GaNバッファ層 202、 n— G aNコンタクト層 203、 n— I n G a N緩衝層 204、 n—A 1 GaNクラッド層 205、 n— G a Nガイド層 206、 I nGaN系 MQW活 性層 207、 ； p— A 1 G aNキャップ層 208、 p— G a Nガイド層 209、 p — 10&1^クラッド層2 10、 p— G aNコンタクト層 2 1 ίからなる積層構 造を有する。 サファイア基板は絶縁性であるので、 η型電極を付設する領域を露 出するために、 積層構造の一部は η型コンタクト層 203まで掘リ下げられてい る。 また、 メサ構造の一部はリッジ導波路を形成するために Ρ型クラッド層 2 1 0まで掘り下げられる。 これらの加工には、 ドライエッチング法が用いられ、 ェ ツチング部分の保護として、 S i 02保護膜 2 14が付加されている。
図 2は、 光ガイド層を有しない素子構造における、 p—クラッド層残し膜厚と ス卜ライプ （リッジ部） 内外の実効屈折率差の関係 （図 2に示される従来例の曲 線） を示す。 従来のリッジ導波型 I I I族窒化物系半導体レーザでは、 図 2に示 すように、 リッジ部とリッジ外部に於ける！）一 A 1 G a Nク、ラッド層 2 1 0との 厚さの違いによる屈折率差を利用して、 図 1の （A) 部と同 （B) 部での実効的 な屈折分布を形成し、 横モードの制御を行っているものである。 図 1の （B) 部 の実効的屈折率制御はエッチングせずに残す P— A 1 GaN 2 10の膜厚 Tを 調節することにより行われる。
これにより、 室温での連続通電によリ、 垂直方向の光放射角が 3 4 ° 、 水平方 向の光放射角が 7 ° の光学的特性が得られている。 また、 室温での連続通電の場 合の素子寿命は、 3 5時間程度である。 図 3は、 従来のリッジ導波型 I I I族窒 化物系半導体レーザの室温 ·連続通電時の動作電流の変化を示している。
しかしながら、 図 1に示すような従来のリッジ導波型 I I I族窒化物系半導体 レーザには、 横モード特性の揃った半導体レーザを歩留りょく製作することが極 めて困難であるという問題があった。 なぜなら、 I I I族窒化物半導体には適切 な化学エッチング液が存在しないためエッチングには R I Eや R I B Eなどのド ライエッチングか用いられるのであるが、 適切なエッチストップ層が存在しない ので、 図 1の （B ) 部の p— A 1 G a N層 2 1 0の膜厚制御を時間制御により行 うなどの精度の低い手法をとらざるを得ない。 そのため， A l G a N層 2 1 0の 膜厚がロッ卜ごと、 あるいは同一ウェハの面内でばらついて横モードの制御性を 著しく損ない、 生産歩留まりか低下してしまう。
更なる問題点として、 室温での連続通電における素子寿命が短いことが挙げら れる。 これは、 ストライプ状リッジ形状を形成する際の加工方法にドライエッチ ングを用いることに起因することが本願発明者によって明らかになった。 より具 体的に言うと、 上記問題点は、 エッチング処理によって、 エッチングされる半導 体層の側面及び底面は損傷を受け、 結晶欠陥を生じることと、 リッジ側面及びリ ッジ外部の p— A 1 G a Nクラッド層上を覆う S i 02保護膜の S i〇2にピン ホールが多く存在し、 実質上、 当該結晶面の保護を充分に行えないことに起因す る。
本発明は、 上記事情に鑑みてなされたものであって、 その目的とするところは、 高レ 生産歩留まりで作製できる単一横モード特性を有する半導体レーザを提供す ることにある。 発明の開示
本発明による I I I族窒化物半導体による化合物半導体レーザは、 基板上の第 1の導電型を有する第 1クラッド層と、 該第 1クラッド層上の活性層と、 該活性 層上の第 2の導電型を有する第 2クラッド層と、 該第 2クラッド層上に形成され、 電流を該活性層の選択された領域に狭窄するための開口部を持った埋込層と、 を 備えており、 該第 2クラッド層の上部はリッジ部を有し、 該リッジ部は該埋込層 の該開口部内に位置し、 該埋込層は、 該活性層から発する光を実質的に吸収する ことなく、 かつ該第 2クラッド層と概略同じの値の屈折率を有しており、 そのこ とにより上記目的が達成される。
ある実施形態では、 前記第 2クラッド層の上部の上に、 前記第 2の導電型を有 し該第 2クラッド層より高い値の屈折率を有する光ガイド層と、 該第 2の導電型 を有する第 3クラッド層と、 該第 2の導電型を有するコンタクト層と、 がこの順 に形成されている。
ある実施形態では、 前記光ガイド層が、 I n G a A 1 Nによ て形成されてい る。
ある実施形態では、 前記理込層が、 T i〇2、 Z r〇2、 H f 〇2、 C e〇2、 I n 2〇3、 N d 2〇3、 S b 2〇3、 S n〇2、 T a 2〇5、 Z n〇を包含するグル ープのうち少なくとも， 1種類以上の化合物を含む誘電体膜である。
ある実施形態では、 前記埋込層が、 Z n M g C d S S e化合物半導体によって 形成されている。
ある実施形態では、 前記埋込層が、 前記第 2クラッド層と概略同じ組成の半導 体によって形成されている。
ある実施形態では、 前記埋込層は絶縁性、 または前記第 Lの導電型を有する。 ある実施形態では、 前記第 2クラッド層の上部の上に、 前記第 2の導電型を有 するコンタクト層が形成されている。
本発明による他の化合物半導体レーザは、 I I I族窒化物 導体による化合物 半導体レーザであって、 基板上の第 1の導電型を有する第 1クラッド層と、 該第 1クラッド層上の活性層と、 該活性層上の第 2の導電型を有する第 2クラッド層 と、 該第 2クラッド層上に形成され、 電流を該活性層の選択された領域に狭窄す るための開口部を持った光反射層と、 を備えており、 該光反射層の該開口部内に は、 該第 2の導電型を有しかつ該第 2クラッド層と概略同じ組成の半導体による 層が形成されており、 該光反射層は、 該第 2クラッド層よりも低い値の屈折率を 有しており、 そのことにより上記目的が達成される。
ある実施形態では、 前記光反射層が I n G a A 1 Nによって形成されている。 ある実施形態では、 前記光反射層は絶縁性、 または前記第 1の導電型を有する。 ある実施形態では、 前記光反射層の上に、 前記第 2の導電型を有する第 3クラ ッド層と， 該第 2の導電型を有するコンタクト層と、 が形成されている。
以下に、 本発明による作用を説明する。
本発明では、 エッチング量の変化に対して横モードが変化しないような素子構 造を提供し、 特性の揃ったリッジ導波型 I I I族窒化物半導体レーザを効率よく 製作することを可能にする。
更に、 エッチングによリ形成したリッジ状ストライプ外部にピンホールが少な い誘電体層、 または、 半導体層を厚く形成し実質上リッジ状ストライプを理め込 む構造とすることにより、 エッチング加工時に生じた損傷による結晶欠陥か、 連 続通電動作によっても活性層へ伝搬せず、 動作寿命を格段に向上した素子を実現 する。
または、 エッチングにより形成した凹状溝部を電流通路とするため、 または、 半導体層で埋め込む構造とすることによつても、 エッチング加工時に生じた損傷 による結晶欠陥が、 連続通電動作によっても活性層へ伝搬せず、 動作寿命を格段 に向上した素子を実現する。
光ガイド層を有しない素子構造において、 エッチングされた部分を p—クラッ ド層と同じ屈折率を持つ材料で埋め込んだ場合の、 ストライフ"^]外の実効屈折率 差を図 2に示す （図 2の本発明の線） 。 図 2に示すように、 本発明によると、 リ ッジ部内外での屈折率差はなくなる。 一方、 リッジ埋込層の電流狭窄作用により、 活性層におけるリッジ直下部と埋込層直下部で利得差が生じ、 その結果、 横モー ドの制御がなされる。 該構造においては、 リッジ形成のためのエッチングプロセ スのエッチング深さに対する誤差許容範囲か広く、 横モード制御性か安定し、 特 性の揃ったレーザ素子の生産歩留まりか向上する。
また， これらの埋め込み材料は、 レ一ザの発振波長の光に対して透明なので光 吸収による熱の発生などがなく、 第 2クラッド層と概略同じ屈折率を有するので レ一ザの横モードに影響を与えず、 埋込層として適している。 さらに、 エツチン グにより形成したリッジ状ストライプ部を、 埋込層により埋め込むため、 エッチ ング加工時に生じた損傷による結晶欠陥が、 連続通電動作によっても活性層へ伝 搬せず、 動作寿命を格段に向上した素子を実現する。 さらに、 埋込層の材料とし て第 2クラッド層と概略同組成の I I I族窒化物半導体を用いた場合には理込層 と他のェピタキシャル層との間の格子定数の差が解消されるの 、 熱歪みなどの 応力が素子に与える影響を回避することが可能になる。
図 4は、 光ガイド層を有する素子構造における、 P—クラッド層残し膜厚とス トライプ内外の実効屈折率差 （図 4における従来例） 、 及び、 エッチング部を p 一クラッド層と同じ屈折率を持つ材料で埋め込んだ場合のストライプ内外の実効 屈折率差 （図 4における本発明） を示す。 上記のように光ガイド層がリッジ部に 包含された構造をとることにより、 図 4中に示したように、 リッジ内部の実効的 な屈折率が大きくなり、 したがって横方向の光分布領域がより中央へ集中するよ うになリ、 上記のような利得差を利用したリッジ導波型レーザよりも横モード制 御が容易になる。 埋込層を有しない、 あるいは埋込層の屈折率が第 2クラッド層 のそれと異なる場合には、 リッジ外部の第 2クラッド層の厚さ （エッチング残し 膜厚） がリッジ外部での実効屈折率の値に関与し、 レーザの特性に大きく影響す る。 しかしながら、 本発明による構造では埋込層の屈折率が第 2クラッド層のそれ と同じなので、 リッジ外部の第 2クラッド層の厚さ （エッチング残し膜厚） がリ ッジ外部での実効屈折率に影響を与えることはない。 このだめ、 エッチング深さ を精密に制御する必要がなく、 エッチング深さは少なくとも光ガイド層カ リッジ 内部に存在するように光ガイド層—第 2クラッド層界面に達していればよい。 ま たオーバーエッチしてもエツチング底面が第 2クラッド層内部にあるようにすれ ばよいので、 エッチング時の誤差許容範囲が大きく、 横モード制御性が安定し、 レーザの生産歩留まりが向上する。
本発明によると、 絶縁性もしくは第 1の導電型を有し、 第 2クラッド層よりも 低い屈折率を示す開口部を持った半導体層が設けられていることにより、 素子電 流は開口部へと集中し， レーザの横方向において利得分布が生じるようになる。 更に、 実効的な屈折率は、 開口部内の半導体層が他の部分に比べて相対的に大き くなり、 横方向の光分布領域がより中央へ集中するようになり、 上記の利得分布 の効果と併せてレーザの横モード制御か容易になる。
また、 第 2クラッド層上に積層される第 2クラッド層よりも低い屈折率を示す 半導体層の材料として I n G a A 1 Nを用いることにより、 該層上に連続して成 長する各 I I I族窒化物層は、 欠陥の発生を抑止しつつェピタキシャル成長がで き、 レーザの信頼性が向上する。 図面の簡単な説明
図 1は、 従来の半導体レーザの断面構造を示す模式図である。
図 2は、 光ガイド層を有しない素子構造における、 p —クラッド層残し膜厚と ストライプ内外の実効屈折率差を従来例、 本発明を比較して示す図である。 図 3は、 従来の半導体レーザの室温■連続通電時の動作電流の変化を示す図で ある。
図 4は、 光ガイド層の有る素子構造における、 p—クラッド:層残し膜厚とスト ライプ内外の実効屈折率差を従来例、 本発明を比較して示す図である。
図 5は、 本発明の第 1の実施例に係る半導体レーザの断面構造を示す模式図で ある。
図 6は、 本発明の第 1実施例の半導体レーザの製作過程を示す模式図である。 図 7は、 本発明の第 1の実施例に係る半導体レーザの室温 ·連続通電時の動作 電流の変化を示す図である。
図 8は、 本発明の第 2の実施例に係る半導体レーザの断面構造を示す模式図で ある。
図 9は、 本発明の第 3の実施例に係る半導体レーザの断面構造を示す模式図で ある。
図 10は、 本発明の第 4の実施例に係る半導体レーザの断面構造を示す模式図 である。
図 1 1は、 本発明の第 4の実施例の半導体レーザの製作過程を示す模式図であ る。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
(第 1の実施例）
図 5は、 本発明の第 1の実施例による半導体レーザの断面構造をあらわす概略 図、 図 6は製造過程を示す模式図である。
本実施例のレーザダイォードは以下のようなプロセスにより形成される。 まず 有機金属気相成長 （MOCVD) 法により、 （0001) 面方位 （C面） を有す るサファイア基板 101上に、 アンドープの G a Nバッファ層 102を 20 nm と、 n型導電型を有する （以下 n—と記す） GaNコンタクト層 103を 5 m と、 n— A 10. 3Ga0. 7Nクラッド層 104を 1 mと、 n— GaN光閉じ込 め層 105を 0. 1 mと、 I n G aN系 MQW構造による 性層 106と、 p 型の導電型を有する （以 p—と記す） GaN光閉じ込め層 1 07を 0. l mと、 p - A 1 0. 3 G a 0. 7Nクラッド層 1 08を Ι ΓΠと、 p— GaNコンタクト層 109を0. 5 j mと、 を順次ェピタキシャル成長させる （図 6 (a) ) 。
次に、 p—コンタクト層 1 09の一部にマスキング Mlを施し、 被マスク部以 外のェピ夕キシャル層を η—コンタクト層 103中の適当な深さまでドライエツ チングし、 メサ形状を形成する （図 6 (b) ) 。
次に、 上記マスク Mlを剥離後、 メサ頂上の一部およびエッチングにより露出 した n—コンタクト層 1 03面の全面をマスク M 2により被覆し、 再度ドライエ ツチングを施して、 メサ上部にリッジ構造を形成する。 このときエッチングの深 さは p—クラッド層 108中のいずれかの位置までとし、 残し膜厚 Hを制御する 必要はない （図 6 (c) ) 。
続いて電子ビーム （EB) 蒸着法により、 T i〇2と Z r〇2の混合物を素子 上面から蒸着する。 蒸着膜の厚さは、 蒸着膜の表面がリッジ上面と同じ高さにな る厚さとする。 すなわち、 T i〇2と∑ r〇2の混合物からなる埋込層 1 1 0に より、 リッジ部を埋め «j ' 図 6 (d) ) 。
最後に、 マスク M2及びリッジ上の丁 i〇2と Z r〇2の混合物層 1 1 0、 n — GaNコンタクト層 1 03上に形成されているマスク M2及びマスク M2上の T i 02と Z r〇2の混合物層を除去し、 n側電極 1 1 1及び p側電極 1 1 2を 形成し、 図 5のリツジ導波型レーザ構造が完成する。
本実施例の平導体レ一ザでは、 活 '[±層 1 0 6か ¾する光の波良は約 5 2 0 η mとなるように設計した。 この波長の光に対する p—クラッド層 108の屈折率 はおよそ 2. 3 3である。 埋込層の誘電体は、 T i〇2 (屈折率 =2. 35) と Z r〇2 (屈折率 =2. 0 5) を混合物とし、 蒸着された混合物膜の波長 520 nmにおける屈折率が 2. 33になるように調整した。 この場合の丁 102と∑ Γ θ2との混合比 （モル比） は、 93 ： 7である。 活性層の設計変更により発振 波長が変化した場合には Ρ—クラッド層 1 08の屈折率も変^するが、 その時は 埋込層も T i 0 2と∑ r 0 2の混合比を変更したり、 あるいは蒸着条件を変えた りして屈折率を変化させればよい。
また、 誘電体の種類は丁 i 0 2や Z r〇2に限られるものではなく、 レーザの 発振波長の光を実質的に吸収しない、 すなわち、 活性層 1 0 6から発する光に対 して透明であれば、 どのような誘電体が用いられてもよい。 ここで言う 「レーザ の発振波長の光を実質的に吸収しない」 ということは、 レーザの横モードに悪影 響を与える程度の、 + 光の吸収は起こらないことを意味する。 また誘電体膜の形成 方法も E B蒸着法に限られるものでは勿論なく、 スパッタリング法やその他の薄 膜形成プロセスが用いられても構わない。
以上のように形成された本実施例の埋め込みリッジ導波型半導体レーザでは、 電流は絶縁体である誘電体埋込層 1 1 0により狭窄され、 活性層のリッジ部直下 の部分に集中するため、 利得分布が生じる。 一方、 埋込層の屈折率は p _クラッ ド層のそれと等しいため、 活性層で発した光は屈折率分布を感じない。 したがつ て、 レーザの横モード制御はリッジ幅の制御によりなされれば: tいので容易であ る。 また、 ドライエッチングによる p —クラッド層 1 0 8の残し膜厚を精密に制 御する必要がないのでエッチング誤差の許容範囲か広がリ， 生産歩留まりが向上 する。
さらに、 エッチングにより形成したリッジ状ストライプ部を、 丁 1 0 2と 〇2の混合物からなる埋込層 1 1 0により埋め込んだため、 エッチング加工時に 生じた損傷による結晶欠陥が、 連続通電動作によって活性層へ伝搬せず、 動作寿 命を格段に向上した素子が実現できる。 図 7に示されるように、 本発明によると、 室温での連続通電の場合の素子寿命は、 1 2 0時間以上に達する。
(第 2の実施例）
図 8は、 本発明の第 2の実施例による半導体レ一ザの断面構造をあらわす概略 図である。 本実施例のレーザダイオードは、 絶縁性基板を用い、 その形成プロセ スは実施例 1とほぼ同様の加工工程を有する。 まず、 MOCVD法にょリ、 （000 1) 面方位 （C面） を有するサファイア 基板 401上に、 アンドープの G aNバッファ層 4◦ 2を 20 nmと、 n— Ga Nコンタクト層 403を 5 ^mと、 n— A l0.。sGa0. 92N第 1クラッド層 4 04を と、 n— G aN光閉じ込め層 405を 0. 1 mと、 I nGaN系 MQW構造による活性層 406と、 p— A 10. 2G a。. 8N蒸発防止層 407を 0. 05 mと、 p— G a N光閉じ込め層 4◦ 8を 0. 1 mと、 p— A l Ga N第 2クラッド層 409を 0. 2 mと、 p— G a N光ガイド層 410を 0. 0 5 mと、 p— A 1。 . D8G a 0. 92N第 3クラッド層 41 1を 0. 8 mと、 p 一 G aNコンタクト層 412を 0. 5 mと， を順次ェピタキシャル成長させる。 次に、 p—コンタクト層 412の一部にマスキング M 1を施し、 被マスク部以 外のェピタキシャル層を n—コンタクト層 403中の適当な深さまでドライエツ チングし、 メサ形状を形成する。 更に、 前記マスクを剥離後、 メサ頂上の一部お よび前のエッチングによリ露出した n—コンタクト層 403の全面をマスク M 2 により被覆し、 再度ドライエッチングを施して、 メサ上部にリ、 ジ構造を形成す る。 このときエッチングの深さは p—第 2クラッド層 409中のいずれかの位置 までとし、 残し膜厚を制御する必要はない。 続いて分子線ェピ夕キシ （MBE) 法にょリ、 C 1 ドープ Z nMg S S e化合物を素子上面から成膜する。 この化合 物層の厚さは、 層の表面がリッジ上面と同じ高さになる厚さとする。 即ち ZnM g S S eからなる埋込層 413により、 リッジ部を埋め込む。
最後にマスク Ml、 マスク M2、 並びにマスク M 1及びマスク M 2上の C 1 ド ープ Z nMg S S e化合物を除去し、 n側電極 414及び p側電極 41 5を形成 し、 図 8のリツジ導波型レーザ構造が完成する。
本実施例の半導体レーザでは、 活性層 406から発する光の波長は約 410 n mとなるように設計した。 この波長の光に対する p—第 2クラッド層 409の屈 折率はおよそ 2. 50である。 したがって、 埋込層の I I—V I族半導体である Z nMg S S eの各元素の組成比は、 エネルギーギャップが 3. 03 e V以上、 屈折率は 2 . 5 0となるように調節されている。 活性層の設計変更により発振波 長が変化した場合に P—第 2クラッド層 4 0 9の屈折率も変化するが、 その場合 は埋込層も、 Z n M g S S eの組成比を変更して屈折率を変化させればよい。 ま た、 埋込に用いる I I _ V I族半導体の種類は Z n M g S S eに限られるもので はなく、 たとえば Z n C d S eなどが用いられてもよレ また I I—V I族半導 体膜の形成方法も M B E法によるェピタキシャル成長に限られるものでは勿論な く、 スパッタリング法やその他の薄膜形成プロセスが用いられても構わない。 以上のように形成されるリッジ導波型半導体レーザでは、 電流は n型の導電型 を示す C 1 ド一プ Z n M g S S e埋込層 4 1 3により狭窄され、 リッジ部直下の 活性層に集中するため、 利得分布か生じる。 一方、 リッジ内部に形成された光ガ イド層 4 1 0は屈折率が p—第 2クラッド層 4 0 9及び埋込層 4 1 3に対して大 きく、 またリッジ外では光ガイド層 4 1 0が取リ除かれているため、 リッジ内外 で実効的な屈折率に分布が生じる。 したがって、 光ガイド層を有さない第 1の実 施例に比べて、 リッジ直下部への光閉じ込めの効率がよくなり、"横モ一ド制御が より容易になる。
また、 ドライエッチングによるリッジ形成においては、 エッチング底面が少な くとも光ガイド層 4 1 0と p—第 2クラッド層 4 0 9の界面に達していればよく、 光閉じ込め層 4 0 8に達しなければォ一バーエッチも許容されるので、 残し膜厚 を精密に制御する必要かなくなり、 生産歩留まりが向上する。
さらに、 エッチングにより形成したリッジ状ストライプ部を、 Z n M g S S e からなる埋込層 4 1 3により埋め込むので、 エッチング加工時に生じる損傷によ る結晶欠陥が、 連続通電動作によっても活性層へ伝搬せず、 動作寿命を格段に向 上した素子が実現できる。
(第 3の実施例）
図 9は、 本発明の第 3の実施例による半導体レーザの断面構造をあらわす概略 図である。 本実施例のレーザダイォ一ドは以下のようなプロセスにより形成され る。
まず、 MOCVD法により、 n— S i C基板 50 1上に、 アンドープの G a N バッファ層 502を 20 nmと、 n— A l 0. 。8Ga0 32N第 1クラッド層 50 3を l mと、 n— GaN光閉じ込め層 504を 0. 1 mと、 I nGaN系 M QW構造による活性層 505と、 p— A 1。. 2GaQ. 8N蒸発防止層 506を 0. 0 5 ymと、 p— G aN光閉じ込め層 507を 0. Ι ΠΊと、 ρ— Al 0. 。8G a 0. 92N第 2クラッド層 5 08を 0. 2 ^mと、 p— A 1 0. 。 2 G a 0. 98 N光 ガイド層 509を 0. 05 mと、 p— A 10. 。 8 G a 0. 92 N第 3クラッド層 5 1 0を0. 8 wmと、 p— G a Nコンタクト層 5 1 1を 0. 5 wmとを順次ェピ タキシャル成長させる。
次に、 p—コンタクト層 5 1 1の一部にマスクを施し、 被マスク部以外のェピ タキシャル層をドライエッチングして、 リッジ構造を形成する。 このときエッチ ングの深さは、 p—第 2クラッド層 508中のいずれかの位置までとし、 残し膜 厚を制御する必要はない。 続いて、 リッジ上部にマスクを残したまま MOCVD 法による選択成長により、 n— A 10. 。8Ga0. g 2N層をリッジ側面にのみ成膜 する。 この A 1 G aN層の厚さは、 層の表面がリッジ上面と同じ高さになる厚さ とする。 即ち n— A i 0. 。8G a 0. 92Nからなる埋込層 5 12により、 リッジ部 を埋め込む。
最後に、 マスクを除去し、 基板裏面に n側電極 5 1 3を、 素子上面に p側電極 5 14を形成し、 図 9のリツジ導波型レーザ構造が完成する。
本実施例の半導体レーザでは、 活性層 505から発する光の波長は約 450 η mとなるように設計した。 この波長の光に対する p—第 2クラッド層 508の屈 折率はおよそ 2. 45である。 本実施例においては， 埋込層 5 1 2は p—第 2ク ラッド層 508と導電型が異なるだけで同一の組成であり、 埋込層 51 2の屈折 率はおよそ 2. 45であリ、 発振波長の光に対して透明である。
本実施例のリッジ導波型半導体レーザでは、 素子電流は n— A 1 G a N埋込層 512により狭窄され、 リッジ部直下の活性層に集中するため、 利得分布か生じ る。 一方、 リッジ内部に形成された光ガイド層 509は屈折率が p—第 2クラッ ド層 508及び埋込層 512に対して大きく、 またリッジ外では光ガイド層 50 9が取り除かれているため、 リッジ内外で実効的な屈折率に分布が生じる。 した がって第 2の実施例と同様、 リッジ直下部への光り閉じ込めの効率がよくなり、 横モード制御かよリ容易になる。
また、 ドライエッチングによるリッジ形成においては、 エッチング底面が少な くとも光ガイド層 509と p—第 2クラッド層 508との界面に達していればよ く、 光閉じ込め層 507に達しなければォ一バーエッチも許容されるので、 残し 膜厚を精密に制御する必要がなくなり、 生産歩留まりが向上する。
(第 4の実施例）
図 10は、 本発明の第 4の実施例による半導体レーザの断面構造をあらわす概 略図、 図 1 1は製造工程を示す模式図である。 本実施例のレーザダイオードは以 下のようなプロセスにより形成される。
まず、 MOCVD法により、 n— G a N基板 601上に、 アンドープの G a N ノ ッファ層 602を 20nmと、 n— Al 0.。8Ga0. 921^第1クラッド層 60
3を Ι ΠΊと， n— GaN光閉じ込め層 604を 0. l mと、 I nGaN系 M
QW構造による活性層, 605と、 p— Al 0.2Ga0. 8N蒸発防止層 606を 0.
05 imと、 p— GaN光閉じ込め層 607を 0. Ιϋηと、 ρ— A 1 Q. 。8G a0. 92N第 2クラッド層 608を 0· 2 mと、 n— A 10. 3 G a 0. 7 N光反射 層 609を 0. と、 p— Al0. 。8Ga0. 92N第 3クラッド層 610を〇.
7 / mと、 p— GaNコンタクト層 61 1を 0. 5 mと、 を順次ェピタキシャ ル成長させる （図 1 1 (a) ) 。
次に、 p—コンタクト層 61 1の一部にマスキング Mlを施し、 被マスク部以 外のェピタキシャル層をドライエッチングして、 凹部構造 Rを形成する。 このと きエッチングの深さは p—第 2クラッド層 608中のいずれかの位置までとし、 残し膜厚を制御する必要はない （図 1 1 (b) ) 。
続いて、 凹部以外のマスクを残したまま MOCVD法による選択成長により、 凹構造の溝内部にのみ選択的に p— A 1。. 。8Ga0. 92N層 61 2を p—第 3ク ラッド層 610と p_コンタクト層 61 1との界面付近まで、' 続いて p— GaN 層 613を p—コンタクト層 6 1 1の表面近傍までェピタキシャル成長させる。 即ち p— A 10. 08G a0. 92Nからなる埋込層 612により、 凹構造の溝部を埋 め込む （図 1 1 (c) ) 。
最後に、 マスク Mlを除去し、 基板裏面に n側電極 614を、 素子上面に p側 電極 61 5を形成し、 図 10のレーザ構造が完成する。
本実施例の半導体レーザでは、 活性層 605から発する光の波長は約 430 n mとなるように設計した。 本実施例においては、 埋込層 612は p—第 2クラッ ド層 608と導電型も組成も同一でぁリ、 かつ凹構造の溝部分に対応する開口部 を有する光反射層 609はその導電型の違いから電流阻止層となるため、 素子電 流は溝部 （開口部） 直下の活性層に集中し、 レーザの横方向において利得分布が 生じる。
一方、 溝部以外に設けられている光反射層 609は屈折率が p—第 2クラッド 層 608及び埋込層 612に対して小さく、 また溝部では屈折率が一様であるの で、 溝部以外で光が感、じる実効的な屈折率が小さいため、 ストライプ構造の内外 で実効屈折率に差が生じる。 したがって、 ストライプ部への光閉じ込めの効率が よくなリ、 横モード制御がょリ容易になる。
また、 ドライエッチングによる溝構造形成においては、 エッチング底面が少な くとも光反射層 609と p—第 2クラッド層 608との界面に達していればよく、 光閉じ込め層 607に達しなければオーバーエッチも許容される。 このため、 残 し膜厚を精密に制御する必要がなくなり、 生産歩留まりが向上する。 なお、 第 4 の実施例では種々の基板やバッファ層、 光閉じ込め層など、 請求の範囲に記載さ れていない構造が用いられているが、 これらは特性のよいレーザ素子の形成のた めに用いられるものであって、 リッジ部分の構造に関する本発明の実施に影響を 及ぼすものではない。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 従来のようにエッチングの残し膜厚によるリッジ導波型半導 体レーザの横モード制御を行わないので、 単一横モード特性を有する半導体レー ザを高い生産歩留まりで作製することができる。

Claims

請求の範囲
1. I I I族窒化物半導体による化合物半導体レーザであって、
基板上の第 1の導電型を有する第 1クラッド層と，
該第 1クラッド層上の活性層と、
該活性層上の第 2の導電型を有する第 2クラッド層と，
該第 2クラッド層上に形成され、 電流を該活性層の選択された領域に狭窄する ための開口部を持った埋込層と、 を備えており、
該第 2クラッド層の上部はリッジ部を有し、 該リッジ部は該埋込層の該開口部 内に位置し、
該埋込層は、 該活性層から発する光を実質的に吸収することなく、 かつ該第 2 クラッド層と概略同じ値の屈折率を有する、 化合物半導体レーザ。
2. 前記第 2クラッド層の上部の上に、 前記第 2の導電型を し該第 2クラッ ド層より高い値の屈折率を有する光ガイド層と、 該第 2の導電型を有する第 3ク ラッド層と、 該第 2の導電型を有するコンタクト層と、 がこの順に形成されてい る、 請求項 1に記載の化合物半導体レーザ。
3. 前記光ガイド層が、 I n G a A 1 Nによって形成されている請求項 2に記 載の化合物半導体レーザ。
4. 前記理込層が、 T i〇2、 Z r〇2、 H f 〇2、 C e〇2、 I n2〇3、 Nd 203、 S b2〇3、 S n02、 Ta2Os、 Z n Oを包含する'グループのうち少な くとも 1種類以上の化合物を含む誘電体膜である、 請求項 1に記載の化合物半導 体レーザ。
5 . 前記埋込層が、 Z n M g C d S S e化合物半導体によって形成されている 請求項 1に記載の化合物半導体レーザ。
6 . 前記埋込層が、 前記第 2クラッド層と概略同じ組成の半導体によって形成 されている請求項 1に記載の化合物半導体レーザ。
7 . 前記埋込層は絶緣性を有する、 請求項 1に記載の化合物半導体レーザ。
8 - 前記埋込層は、 前記第 1の導電型を有する請求項 1に記載の化合物半導体 レーザ。
9 . 前記第 2クラッド層の上部の上に、 前記第 2の導電型を有するコンタクト 層が形成されている、 請求項 1に記載の化合物半導体レーザ。
1 0 . I I I族窒化物半導体による化合物半導体レーザであって、
基板上の第 1の導電型を有する第 1クラッド層と、
該第 1クラッド層上の活性層と、
該活性層上の第 2の導電型を有する第 2クラッド層と、
該第 2クラッド層上に形成され、 電流を該活性層の選択された領域に狭窄する ための開口部を持った光反射層と、 を備えており、
該光反射層の該開口部内には、 該第 2の導電型を有しかつ該第 2クラッド層と 概略同じ組成の半導体による層が形成されており、
該光反射層は、 該第 2クラッド層よりも低い値の屈折率を有する、 化合物半導 体レーザ。
1 1 . 前記光反射層が I n G a A 1 Nによって形成されている、 請求項 1 0に 記載の化合物半導体レ一ザ。
1 2 . 前記光反射層は絶縁性を有する、 請求項 1 0に記載の化合物半導体レー ザ。
1 3 . 前記光反射層は前記第 1の導電型を有する， 請求項 1 0に記載の化合物 半導体レーザ。
1 4 . 前記光反射層の上に， 前記笫 2の導電型を有する第 3クラッド層と， 該 第 2の導電型を有するコンタクト層と、 が形成されている請求項 1 0に記載の化 合物半導体レーザ。
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