JP2006032925A - Semiconductor laser device, manufacturing method thereof, and optical pickup device - Google Patents
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Abstract
【課題】埋め込み型構造の半導体レーザ装置において、電流ブロック層の上に形成された半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを向上させ、レーザ発振閾値電流が小さく且つ信頼性が高い半導体レーザ装置を実現できるようにする。
【解決手段】基板1の上に、バッファ層2と、n型クラッド層3と、n型ガイド層4と、多重量子井戸構造の活性層5と、第1のp型ガイド層6と、電流ブロック層7とが順次積層されている。電流ブロック層7は、n型のAl0.15Ga0.85N層8とn型のGaN層9とからなり、電流が流れるストライプ状の窓部20が形成されている。GaN層9の上には第2のp型ガイド層10と、p型クラッド層11と、p型コンタクト層12とが形成されている。p型コンタクト層12上にはNi系材料からなるp型電極13が形成され、基板1裏面にはTi系材料からなるn型電極14が形成されている。
【選択図】図1
In a semiconductor laser device having a buried structure, the crystallinity and surface morphology of a semiconductor layer formed on a current blocking layer can be improved, and a semiconductor laser device having a small laser oscillation threshold current and high reliability can be realized. Like that.
A buffer layer, an n-type cladding layer, an n-type guide layer, an active layer having a multiple quantum well structure, a first p-type guide layer, a current, The block layer 7 is sequentially laminated. The current blocking layer 7 is composed of an n-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and an n-type GaN layer 9, and a stripe-shaped window portion 20 through which a current flows is formed. On the GaN layer 9, a second p-type guide layer 10, a p-type cladding layer 11, and a p-type contact layer 12 are formed. A p-type electrode 13 made of a Ni-based material is formed on the p-type contact layer 12, and an n-type electrode 14 made of a Ti-based material is formed on the back surface of the substrate 1.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置及びその製造方法並びにそれを用いた光ピックアップ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device using a nitride semiconductor, a manufacturing method thereof, and an optical pickup device using the same.
青紫色域のレーザ光は、赤色域や赤外域の光と比べて光ディスク上における集光スポットの径を小さくすることができ、光ディスクの記録密度を向上させることができるため、高密度光ディスク用の光源として期待されている。現在、青紫色域のレーザ光を実現するために、窒化ガリウム等の窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置の開発が行われている。 The laser beam in the blue-violet region can reduce the diameter of the focused spot on the optical disc and improve the recording density of the optical disc compared with the light in the red or infrared region. Expected to be a light source. Currently, in order to realize blue-violet laser light, a semiconductor laser device using a nitride semiconductor such as gallium nitride has been developed.
窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置として以下のような構造の装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。図6は従来例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図6に示すように従来の半導体レーザ装置は、サファイアからなる基板101の上に低温成長バッファ層102を介在させて、n型の窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるn型クラッド層103が形成されている。n型クラッド層103の上には、n型クラッド層103の一部を露出させるように、n型の窒化ガリウム(GaN)からなるn型ガイド層104と、窒化インジウムガリウム(InGaN)からなる多重量子井戸構造の活性層105と、p型のGaNからなる第1のp型ガイド層106、n型のAlGaNからなる電流ブロック層108、p型のGaNからなる第2のp型ガイド層107、p型のAlGaNからなるp型クラッド層109、p型のGaNからなるp型コンタクト層110が順次積層されている。また、n型クラッド層103の露出部にはn型電極111が形成され、p型コンタクト層の上にはp型電極112が形成されている。 As a semiconductor laser device using a nitride semiconductor, a device having the following structure has been proposed (see, for example, Patent Document 1). FIG. 6 shows a cross-sectional structure of a conventional semiconductor laser device. As shown in FIG. 6, in the conventional semiconductor laser device, an n-type cladding layer 103 made of n-type aluminum gallium nitride (AlGaN) is formed on a substrate 101 made of sapphire with a low-temperature growth buffer layer 102 interposed. ing. On the n-type cladding layer 103, an n-type guide layer 104 made of n-type gallium nitride (GaN) and a multiplex made of indium gallium nitride (InGaN) so that a part of the n-type cladding layer 103 is exposed. An active layer 105 having a quantum well structure, a first p-type guide layer 106 made of p-type GaN, a current blocking layer 108 made of n-type AlGaN, a second p-type guide layer 107 made of p-type GaN, A p-type cladding layer 109 made of p-type AlGaN and a p-type contact layer 110 made of p-type GaN are sequentially stacked. An n-type electrode 111 is formed on the exposed portion of the n-type cladding layer 103, and a p-type electrode 112 is formed on the p-type contact layer.
電流ブロック層108は、一部がストライプ状に除去されており、電流が流れる窓部が形成されている。p型電極112とn型電極111の間に電圧を印加すると、電流ブロック層108が除去された窓部にのみ電流が流れるので、活性層105のうち窓部の下側のストライプ状の部分にのみ電流を注入することができる。また、電流ブロック層108と第2のp型ガイド層107との屈折率差により活性層からの発光光を閉じこめることができる。 A part of the current blocking layer 108 is removed in a stripe shape, and a window portion through which a current flows is formed. When a voltage is applied between the p-type electrode 112 and the n-type electrode 111, current flows only in the window portion from which the current blocking layer 108 has been removed, so that the active layer 105 has a stripe-shaped portion below the window portion. Only current can be injected. Further, the light emitted from the active layer can be confined by the difference in refractive index between the current blocking layer 108 and the second p-type guide layer 107.
図7はこのような埋め込み構造を有する半導体レーザ装置の製造方法を示している。まず、図7(a)に示すように1回目の結晶成長を行い、基板101の上にバッファ層102から電流ブロック層108までの各層を順次成長させる。 FIG. 7 shows a method of manufacturing a semiconductor laser device having such a buried structure. First, as shown in FIG. 7A, the first crystal growth is performed, and the layers from the buffer layer 102 to the current blocking layer 108 are sequentially grown on the substrate 101.
次に、図7(b)に示すように電流ブロック層108の一部をエッチングにより選択的に除去して、窓部となるストライプ状の凹部を形成する。 Next, as shown in FIG. 7B, a part of the current blocking layer 108 is selectively removed by etching to form a stripe-shaped recess serving as a window.
次に、図7(c)に示すように2回目の結晶成長を行い、凹部が形成された電流ブロック層108の上にp型ガイド層107、p型クラッド層109及びp型コンタクト層110順次を形成する。次に、p型電極及びn型電極を通常の方法により形成する。 Next, as shown in FIG. 7C, the second crystal growth is performed, and the p-type guide layer 107, the p-type cladding layer 109, and the p-type contact layer 110 are sequentially formed on the current blocking layer 108 in which the recesses are formed. Form. Next, a p-type electrode and an n-type electrode are formed by a normal method.
電流ブロック層108に凹部を形成する際には、塩素系のガスを用いたドライエッチングが一般的に用いられている。しかし、ドライエッチングにより凹部を形成するとp型ガイド層106の露出部分等のエッチングされた部分にダメージが生じるため、発光光の吸収が増大し、デバイス特性が劣化する。このため、ウェットエッチングにより凹部を形成することが望ましい。 When the recess is formed in the current blocking layer 108, dry etching using a chlorine-based gas is generally used. However, when the concave portion is formed by dry etching, the etched portion such as the exposed portion of the p-type guide layer 106 is damaged, so that the absorption of emitted light is increased and the device characteristics are deteriorated. For this reason, it is desirable to form the recess by wet etching.
窒化物半導体をウェットエッチングする方法としては、以下のような方法が知られている。図8は従来の窒化物半導体のウェットエッチング方法を示している。図8に示すように窒化物半導体層111の上に金属マスク112を形成し、金属マスク112と白金カソード113とを電気的に接続し、アルカリ性溶液114に浸す。また、エッチングの効率を高めるために、窒化物半導体層111に光を照射したり、外部から電流を流したりすることが試みられている。
しかしながら、埋め込み型構造を有する半導体レーザ装置には次のような問題がある。まず、デバイスの構造上、結晶成長を2回行わなければならず、2回目の結晶成長は、窓部を除いてn型のAlGaNからなる電流ブロック層108の上に行わなければならない。しかし、AlGaNからなる層の上に再成長を行うと、成長初期において表面モフォロジーや結晶性が非常に悪くなる。そのため、結晶性が悪い部分において光吸収が大きくなり、レーザ発振閾値電流が上昇するという問題が生じる。 However, the semiconductor laser device having an embedded structure has the following problems. First, due to the device structure, crystal growth must be performed twice, and the second crystal growth must be performed on the current blocking layer 108 made of n-type AlGaN except for the window portion. However, when regrowth is performed on a layer made of AlGaN, the surface morphology and crystallinity are very poor at the initial stage of growth. For this reason, there is a problem that light absorption is increased in a portion having poor crystallinity, and the laser oscillation threshold current is increased.
また、電流ブロック層108の上に再成長させたp型のGaNからなるp型ガイド層107の結晶性が悪い場合には、p型ガイド層にドーピングしたマグネシウム(Mg)が欠陥等を通って活性層105へ拡散しやすくなる。活性層105にMgが拡散すると、窒化物系材料を用いた半導体レーザ装置においては信頼性が低下してしまうという問題が生じる。 Further, when the p-type guide layer 107 made of p-type GaN regrown on the current blocking layer 108 has poor crystallinity, magnesium (Mg) doped in the p-type guide layer passes through defects or the like. It becomes easy to diffuse to the active layer 105. When Mg diffuses into the active layer 105, there is a problem that the reliability of the semiconductor laser device using the nitride material is lowered.
さらに、n型のAlGaNからなる電流ブロック層108は、従来のウェットエッチング法ではほとんどエッチングすることができないため、電流ブロック層108等にダメージが生じるドライエッチングにより凹部を形成しなければならない。凹部を形成する際にエッチングされた部分に生じたダメージは、レーザ発振閾値電流が上昇する要因の一つとなる。 Furthermore, since the current blocking layer 108 made of n-type AlGaN cannot be etched by the conventional wet etching method, the recesses must be formed by dry etching that damages the current blocking layer 108 and the like. Damage caused to the etched portion when forming the recess is one of the factors that increase the laser oscillation threshold current.
本発明は、前記従来の課題を解決し、埋め込み型構造を有する半導体レーザ装置において、電流ブロック層の上に形成された半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを向上させ、レーザ発振閾値電流が小さく且つ信頼性が高い半導体レーザ装置及びその製造方法を実現できるようにすることを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, improves the crystallinity and surface morphology of a semiconductor layer formed on a current blocking layer in a semiconductor laser device having a buried structure, and reduces the laser oscillation threshold current and It is an object of the present invention to realize a highly reliable semiconductor laser device and a manufacturing method thereof.
前記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ装置は電流ブロック層を、最上層が窒化ガリウムからなる積層膜である構成とする。 In order to achieve the above object, the semiconductor laser device of the present invention is configured such that the current blocking layer is a laminated film whose uppermost layer is made of gallium nitride.
具体的に本発明に係る半導体レーザ装置は、基板の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第1導電型の窒化物半導体からなる第1の半導体層と、第1の半導体層の上に形成され、第2導電型の窒化物半導体を含む複数の薄膜が積層されてなり且つ一方向に延びる溝部を有する積層膜と、溝部を埋めるように積層膜の上に形成された第1導電型の窒化物半導体からなる第2の半導体層とを備え、積層膜の最上部に形成された薄膜は、窒化ガリウムからなる薄膜であることを特徴とする。 Specifically, a semiconductor laser device according to the present invention includes an active layer formed on a substrate, a first semiconductor layer made of a first conductivity type nitride semiconductor formed on the active layer, and a first semiconductor layer. A plurality of thin films including a nitride semiconductor of the second conductivity type are stacked, and a stacked film having a groove extending in one direction is formed on the stacked film so as to fill the groove. And a second semiconductor layer made of a nitride semiconductor of the first conductivity type, and the thin film formed on the top of the laminated film is a thin film made of gallium nitride.
本発明の半導体レーザ装置によれば、電流ブロック層である積層膜の最上部に堆積された薄膜は、窒化ガリウムからなる薄膜であるため、積層膜の上に第2の半導体層を再成長させる際に、結晶性がよく表面モフォロジーに優れた第2の半導体層を形成することができる。従って、第2の半導体層における光吸収を抑制でき、その結果、レーザ発振閾値電流が小さい半導体レーザ装置を実現できる。また、第2の半導体層にドープされた不純物が活性層に拡散することを抑えることができるので、半導体レーザ装置の信頼性を向上させることもできる。 According to the semiconductor laser device of the present invention, since the thin film deposited on the uppermost part of the laminated film that is the current blocking layer is a thin film made of gallium nitride, the second semiconductor layer is regrown on the laminated film. In this case, a second semiconductor layer having good crystallinity and excellent surface morphology can be formed. Therefore, light absorption in the second semiconductor layer can be suppressed, and as a result, a semiconductor laser device with a small laser oscillation threshold current can be realized. In addition, since the impurity doped in the second semiconductor layer can be prevented from diffusing into the active layer, the reliability of the semiconductor laser device can be improved.
本発明の半導体レーザ装置において、積層膜を構成する薄膜のうちの少なくとも1つは、アルミニウムを含む薄膜であり、アルミニウムを含む薄膜における第2導電型の不純物の濃度は、窒化ガリウムからなる薄膜における第2導電型の不純物の濃度と比べて低いことが好ましい。また、アルミニウムを含む薄膜はアンドープの窒化物半導体であってもよい。このような構成とすることにより、アルミニウムを含む薄膜にクラックが生じることを抑え、歩留まりを向上させることができる。 In the semiconductor laser device of the present invention, at least one of the thin films constituting the laminated film is a thin film containing aluminum, and the concentration of the second conductivity type impurity in the thin film containing aluminum is in the thin film made of gallium nitride. The concentration is preferably lower than the concentration of the second conductivity type impurity. The thin film containing aluminum may be an undoped nitride semiconductor. With such a structure, cracks can be prevented from occurring in the thin film containing aluminum, and the yield can be improved.
本発明の半導体レーザ装置において、アルミニウムを含む薄膜は、一般式がAlxGa1-xN(0<X≦1)で表される化合物からなる薄膜であることが好ましい。 In the semiconductor laser device of the present invention, the thin film containing aluminum is preferably a thin film made of a compound represented by a general formula of Al x Ga 1-x N (0 <X ≦ 1).
本発明の半導体レーザ装置において、窒化ガリウムからなる薄膜の膜厚は、5nm以上且つ0.3μm以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、窒化ガリウムからなる薄膜の膜厚の制御が容易となると共に、溝部を形成した後の表面が平滑となるので、生産性が向上する。 In the semiconductor laser device of the present invention, the thickness of the thin film made of gallium nitride is preferably 5 nm or more and 0.3 μm or less. With such a configuration, the film thickness of the thin film made of gallium nitride can be easily controlled, and the surface after the groove is formed becomes smooth, so that productivity is improved.
本発明の半導体レーザ装置において、第2の半導体層は、積層膜を構成する薄膜のうちの最も屈折率が小さい薄膜と比べて屈折率が大きいことが好ましい。このような構成とすることにより、第2の半導体層と積層膜との界面において発光光を確実に閉じこめることが可能となる。 In the semiconductor laser device of the present invention, the second semiconductor layer preferably has a higher refractive index than the thin film having the smallest refractive index among the thin films constituting the laminated film. With such a configuration, the emitted light can be reliably confined at the interface between the second semiconductor layer and the laminated film.
本発明のピックアップ装置は、本発明の半導体レーザ装置を用ていることを特徴とする。このような構成とすることにより、発振効率が高く且つ信頼性の高い半導体レーザ装置を搭載したピックアップ装置を実現できる。 The pickup device of the present invention uses the semiconductor laser device of the present invention. By adopting such a configuration, it is possible to realize a pickup device equipped with a semiconductor laser device having high oscillation efficiency and high reliability.
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板の上に、活性層、第1導電型の窒化物半導体からなる第1の半導体層及び第2導電型の窒化物半導体を含む複数の薄膜からなり且つ最上部の薄膜が窒化ガリウムからなる薄膜である積層膜を順次成長させる工程と、積層膜の一部を選択的に除去することにより一方向に延びる溝部を形成する工程と、溝部が形成された積層膜の上に第1導電型の窒化物半導体からなる第2の半導体層を形成する工程とを備えていることを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention includes an active layer, a first semiconductor layer made of a first conductivity type nitride semiconductor, and a plurality of thin films containing a second conductivity type nitride semiconductor on a substrate. And a step of sequentially growing a laminated film whose uppermost thin film is a thin film made of gallium nitride, a step of forming a groove portion extending in one direction by selectively removing a part of the laminated film, and a groove portion being formed Forming a second semiconductor layer made of a nitride semiconductor of the first conductivity type on the laminated film.
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、最上部の薄膜が窒化ガリウムからなる薄膜である積層膜の上に、第1導電型の窒化物半導体からなる第2の半導体層を形成するを成長させる工程を備えているため、第2の半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを向上させることができる。従って、第2の半導体層における光吸収が少なく、その結果、レーザ発振閾値電流が小さい半導体レーザ装置を実現できる。また、第2の半導体層にドープされた不純物が活性層に拡散することを抑えることができるので、半導体レーザ装置の信頼性を向上することもできる。 According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, the second semiconductor layer made of the first conductivity type nitride semiconductor is formed on the laminated film whose uppermost thin film is made of gallium nitride. Since the growth step is provided, the crystallinity and surface morphology of the second semiconductor layer can be improved. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device that absorbs less light in the second semiconductor layer and, as a result, has a small laser oscillation threshold current. Further, since the impurity doped in the second semiconductor layer can be prevented from diffusing into the active layer, the reliability of the semiconductor laser device can be improved.
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、積層膜を構成する薄膜のうちの少なくとも1つは、アルミニウムを含む薄膜であり、アルミニウムを含む薄膜における第2導電型の不純物の濃度は、窒化ガリウムからなる薄膜における第2導電型の不純物の濃度と比べて低いことが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, at least one of the thin films constituting the laminated film is a thin film containing aluminum, and the concentration of the second conductivity type impurity in the thin film containing aluminum is from gallium nitride. It is preferable that the concentration is lower than the concentration of the second conductivity type impurity in the thin film.
この場合において、アルミニウムを含む薄膜は、一般式がAlxGa1-xN(0<X≦1)で表される化合物からなることが好ましい。 In this case, the thin film containing aluminum is preferably made of a compound represented by a general formula of Al x Ga 1-x N (0 <X ≦ 1).
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、溝部を形成する工程において、窒化ガリウムからなる薄膜の上に金属マスクを形成した後、積層膜をウェットエッチングすることが好ましい。このような構成とすることにより、積層膜にダメージを与えることなくエッチングすることができるので、積層膜において発光光が吸収されることを防止できる。 In the method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that, in the step of forming the groove portion, a metal mask is formed on a thin film made of gallium nitride and then the laminated film is wet etched. With such a structure, etching can be performed without damaging the stacked film, and thus the emission light can be prevented from being absorbed in the stacked film.
この場合において、金属マスクは、窒化ガリウムからなる薄膜に対してオーミック接触していることが好ましい。また、金属マスクは、チタン又はタンタルからなることが好ましい。さらに、ウェットエッチングにおいて、金属マスクの表面に水素と比べてイオン化傾向が小さい金属膜を形成することが好ましく、イオン化傾向が小さい金属は、白金であることが好ましい。このような構成とすることにより、ウェハの全面にマスクを形成してウェットエッチングを行うことが可能となる。 In this case, the metal mask is preferably in ohmic contact with the thin film made of gallium nitride. The metal mask is preferably made of titanium or tantalum. Furthermore, in wet etching, it is preferable to form a metal film having a smaller ionization tendency than hydrogen on the surface of the metal mask, and the metal having a smaller ionization tendency is preferably platinum. With such a configuration, it is possible to form a mask on the entire surface of the wafer and perform wet etching.
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、溝部を形成する工程において、積層膜を構成する薄膜が有するバンドギャップのうちの最も大きいバンドギャップよりも大きいエネルギーを有する光を積層膜に照射しながらウェットエッチングを行うことが好ましい。 In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, in the step of forming the groove, the layered film is wet while irradiating the layered film with light having energy larger than the largest bandgap among the bandgap of the thin film constituting the layered film. It is preferable to perform etching.
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、ウェットエッチングにおいて、エッチャントにはアルカリ性溶液を用いることが好ましく、アルカリ性溶液は、水酸化カリウム溶液又は水酸化ナトリウム溶液であることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, in wet etching, an alkaline solution is preferably used as an etchant, and the alkaline solution is preferably a potassium hydroxide solution or a sodium hydroxide solution.
本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法によれば、埋め込み型構造を有する半導体レーザ装置において、電流ブロック層の上に形成された半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを向上させ、レーザ発振閾値電流が小さく且つ信頼性が高い半導体レーザ装置及びその製造方法を実現できる。 According to the semiconductor laser device and the manufacturing method thereof according to the present invention, in the semiconductor laser device having a buried structure, the crystallinity and surface morphology of the semiconductor layer formed on the current blocking layer are improved, and the laser oscillation threshold current is increased. A semiconductor laser device having a small size and high reliability and a manufacturing method thereof can be realized.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照して説明する。図1は第1の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構造を示している。図1に示すように、2インチのGaNからなる基板1の上に、n型のGaN層2が形成されている。GaN層2の上にはn型のAl0.06Ga0.94Nからなるn型クラッド層3と、n型のGaNからなるn型ガイド層4と、InGaNからなる多重量子井戸構造の活性層5と、p型のGaNからなる第1のp型ガイド層6とが順次積層されている。
(First embodiment)
A semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, an n-type GaN layer 2 is formed on a substrate 1 made of 2 inches of GaN. On the GaN layer 2, an n-type cladding layer 3 made of n-type Al 0.06 Ga 0.94 N, an n-type guide layer 4 made of n-type GaN, an active layer 5 having a multiple quantum well structure made of InGaN, A first p-type guide layer 6 made of p-type GaN is sequentially stacked.
第1のp型ガイド層6の上には、一部がストライプ状に除去された溝部を有する電流ブロック層7が形成されている。電流ブロック層7はn型のAl0.15Ga0.85N層8とn型のGaN層9とが順次積層されて構成されている。溝部の底面に露出した第1のp型ガイド層6及びGaN層9上にはp型のGaNからなる第2のp型ガイド層10が形成され、溝部が電流が流れる窓部20となっている。第2のp型ガイド層10上にはp型のAl0.06Ga0.94Nからなるクラッド層11と、p型のGaNからなるコンタクト層12とが形成されている。p型のGaNコンタクト層12上にはニッケル(Ni)を主成分とする材料からなるp型電極13が形成され、GaN基板1裏面にはチタン(Ti)を主成分とする材料からなるn型電極14が形成されている。なお、本実施形態では基板にGaN基板を用いているが、サファイア又はその他の基板を用いてもよい。 On the first p-type guide layer 6, a current blocking layer 7 having a groove part partially removed in a stripe shape is formed. The current blocking layer 7 is configured by sequentially laminating an n-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and an n-type GaN layer 9. A second p-type guide layer 10 made of p-type GaN is formed on the first p-type guide layer 6 and the GaN layer 9 exposed on the bottom surface of the groove, and the groove serves as a window 20 through which current flows. Yes. A clad layer 11 made of p-type Al 0.06 Ga 0.94 N and a contact layer 12 made of p-type GaN are formed on the second p-type guide layer 10. A p-type electrode 13 made of a material mainly containing nickel (Ni) is formed on the p-type GaN contact layer 12, and an n-type made of a material mainly containing titanium (Ti) is formed on the back surface of the GaN substrate 1. An electrode 14 is formed. In this embodiment, a GaN substrate is used as the substrate, but sapphire or another substrate may be used.
第1のp型ガイド層6と第2のp型ガイド層10との間に、n型の電流ブロック層7が形成されているため、第1のp型ガイド層6と電流ブロック層7との界面及び第2のp型ガイド層10と電流ブロック層7との界面に形成されたpn接合のギャップエネルギにより、電流ブロック層7は電流を阻止する。従って、p型電極13とn型電極14との間に電圧を印加した際には、電流ブロック層7がストライプ状に除去された窓部20のみから、活性層5に電流が注入される。また、n型のAl0.15Ga0.85N層8と第2のp型ガイド層10との屈折率差により発光光の閉じ込めが行われる。これにより、活性層5における窓部20の下側の領域を導波するレーザ光が発生する。 Since the n-type current blocking layer 7 is formed between the first p-type guide layer 6 and the second p-type guide layer 10, the first p-type guide layer 6, the current blocking layer 7, The current blocking layer 7 blocks current due to the gap energy of the pn junction formed at the interface between the second p-type guide layer 10 and the current blocking layer 7. Therefore, when a voltage is applied between the p-type electrode 13 and the n-type electrode 14, current is injected into the active layer 5 only from the window portion 20 from which the current blocking layer 7 is removed in a stripe shape. Further, the light emission is confined by the difference in refractive index between the n-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and the second p-type guide layer 10. As a result, a laser beam guided in the region below the window 20 in the active layer 5 is generated.
以下に、第1の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。図2は本実施形態に係る半導体装置の各製造工程における断面構造を工程順に示している。 A method for manufacturing the semiconductor laser device according to the first embodiment will be described below. FIG. 2 shows a cross-sectional structure in each manufacturing process of the semiconductor device according to this embodiment in the order of processes.
まず、図2(a)に示すように、有機金属気相成長(MOVPE)装置を用いて、GaNからなる基板1の上に、厚さが2μmのn型のGaN層2と、厚さが1μmのn型のAl0.06Ga0.94Nからなるn型クラッド層3と、厚さが0.2μmのn型のGaNからなるn型ガイド層4と、InGaNからなる多重量子井戸構造の活性層5と、厚さが0.1μmのp型のGaNからなる第1のp型ガイド層6と、電流ブロック層7とを順次成長させる。電流ブロック層7は、厚さが0.15μmのAl0.15Ga0.85N層8と厚さが0.05μmのGaN層9を順次成長させて形成する。 First, as shown in FIG. 2A, an n-type GaN layer 2 having a thickness of 2 μm is formed on a substrate 1 made of GaN using a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) apparatus. An n-type cladding layer 3 made of 1 μm n-type Al 0.06 Ga 0.94 N, an n-type guide layer 4 made of n-type GaN having a thickness of 0.2 μm, and an active layer 5 made of InGaN and having a multiple quantum well structure Then, a first p-type guide layer 6 made of p-type GaN having a thickness of 0.1 μm and a current blocking layer 7 are sequentially grown. The current blocking layer 7 is formed by sequentially growing an Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 having a thickness of 0.15 μm and a GaN layer 9 having a thickness of 0.05 μm.
各層を堆積する際に、ガリウム原料、アルミニウム原料及びインジウム原料として、それぞれトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム及びトリメチルインジウムを用い、窒素原料としてアンモニア(NH3)を用いる。また、ドナー不純物であるシリコン(Si)の導入には、キャリアガスに水素ガス(H2)を用い、原料にはモノシラン(SiH4)を用いる。アクセプタ不純物であるマグネシウム(Mg)の導入には、キャリアガスにH2を用い、原料にはシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。 When depositing each layer, trimethylgallium, trimethylaluminum, and trimethylindium are used as a gallium source, an aluminum source, and an indium source, respectively, and ammonia (NH 3 ) is used as a nitrogen source. For introducing silicon (Si) as a donor impurity, hydrogen gas (H 2 ) is used as a carrier gas, and monosilane (SiH 4 ) is used as a raw material. To introduce magnesium (Mg) as an acceptor impurity, H 2 is used as a carrier gas, and cyclopentadienyl magnesium is used as a raw material.
次に、図2(b)に示すように電流ブロック層7の一部をストライプ状にエッチングして、窓部20となる幅が約2.0μmの溝部7aを形成する。エッチング方法に関しては後述する。 Next, as shown in FIG. 2B, a part of the current blocking layer 7 is etched in a stripe shape to form a groove portion 7a having a width of about 2.0 μm to be the window portion 20. The etching method will be described later.
次に、図2(c)に示すようにGaN層9と、エッチングによって露出された第1のp型ガイド層6との上に半導体層の再成長を行い、厚さが0.1μmのp型のGaNからなる第2のp型ガイド層10と、厚さが0.5μmのp型のAl0.06Ga0.94Nからなるp型クラッド層11と、厚さが0.1μmのp型のGaNからなるp型コンタクト層12とを順次成長させる。 Next, as shown in FIG. 2C, a semiconductor layer is regrown on the GaN layer 9 and the first p-type guide layer 6 exposed by etching, and a p-thickness of 0.1 μm is formed. Second p-type guide layer 10 made of type GaN, p-type cladding layer 11 made of p-type Al 0.06 Ga 0.94 N having a thickness of 0.5 μm, and p-type GaN having a thickness of 0.1 μm A p-type contact layer 12 is sequentially grown.
各層を成長させた後、窒素雰囲気中において780℃で20分間の活性化アニールを行い、p型層の低抵抗化を行う。 After each layer is grown, activation annealing is performed at 780 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere to reduce the resistance of the p-type layer.
次に、図2(d)に示すようにp型コンタクト層12の上にNi系の材料からなるp型電極13を形成し、続いて窒素雰囲気中において650℃で30分間のシンタを行う。 Next, as shown in FIG. 2D, a p-type electrode 13 made of a Ni-based material is formed on the p-type contact layer 12, and then sintered at 650 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere.
p型電極の形成後、GaN基板1の研磨を行い、約150μm厚にする。研磨後、GaN基板1の裏面にTi系の材料からなるn型電極14を形成し、続いて窒素雰囲気中で600℃、30秒間のシンタを行う。 After forming the p-type electrode, the GaN substrate 1 is polished to a thickness of about 150 μm. After polishing, an n-type electrode 14 made of a Ti-based material is formed on the back surface of the GaN substrate 1, and then sintered at 600 ° C. for 30 seconds in a nitrogen atmosphere.
n型電極14を形成した後、劈開を行うことにより、波長405nmの青紫色の光を発光する実屈折率導波(RISA)型半導体レーザ装置が得られる。 After the n-type electrode 14 is formed, cleavage is performed to obtain a real refractive index waveguide (RISA) type semiconductor laser device that emits blue-violet light having a wavelength of 405 nm.
以上のように、本実施形態の半導体レーザ装置においては、電流ブロック層7がAl0.15Ga0.85N層8とGaN層9との積層構造を有しているため、結晶の再成長は、溝部7aを除いてGaN層9の上に行う。従って、従来のAlGaN層の上に再成長を行う場合と比べて、成長初期においても良好な結晶性が得られる。その結果、第2のp型ガイド層10等における発光光の吸収を低減することができ、半導体レーザ装置の発振閾値電流を低減することが可能となる。 As described above, in the semiconductor laser device of this embodiment, since the current blocking layer 7 has a laminated structure of the Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and the GaN layer 9, the regrowth of the crystal is caused by the groove 7a. Is performed on the GaN layer 9. Therefore, better crystallinity can be obtained even in the initial stage of growth, compared to the case where regrowth is performed on a conventional AlGaN layer. As a result, the absorption of emitted light in the second p-type guide layer 10 and the like can be reduced, and the oscillation threshold current of the semiconductor laser device can be reduced.
図3は本実施形態の電流ブロック層の上に半導体層を再成長させた場合の半導体層の状態と、従来のAlGaN層のみからなる電流ブロック層の上に半導体層を再成長させた場合の半導体層の状態とを比較して示している。なお、成長初期のモフォロジーを確認するという目的のため、実際のデバイス構造とは異なり、p型ガイド層10のみを再成長して表面モフォロジーを比較している。 FIG. 3 shows the state of the semiconductor layer when the semiconductor layer is regrown on the current blocking layer of this embodiment, and the case where the semiconductor layer is regrown on the current blocking layer made of only the conventional AlGaN layer. The state of the semiconductor layer is shown in comparison. In addition, for the purpose of confirming the morphology at the initial stage of growth, unlike the actual device structure, only the p-type guide layer 10 is regrown and the surface morphology is compared.
図3(b)に示すように、従来のAlGaN層のみからなる電流ブロック層の上に半導体層を再成長させた場合には、半導体層の表面のモフォロジーが悪く表面が波打っている。一方、図3(a)に示すように本実施形態の電流ブロック層の上に半導体層を再成長させた場合には、表面が平坦な半導体層が形成されており、本実施形態の半導体レーザ装置においては、電流ブロック層7の上に結晶性が良好な半導体層を再成長させられることが明らかである。 As shown in FIG. 3B, when a semiconductor layer is regrown on a current blocking layer made of only a conventional AlGaN layer, the surface morphology of the semiconductor layer is poor and the surface is wavy. On the other hand, as shown in FIG. 3A, when the semiconductor layer is regrown on the current blocking layer of this embodiment, a semiconductor layer having a flat surface is formed, and the semiconductor laser of this embodiment is formed. In the device, it is clear that a semiconductor layer with good crystallinity can be regrown on the current blocking layer 7.
また、半導体レーザ装置においては活性層へMgが拡散すると、信頼性が低下することが知られている。結晶性の悪い層では欠陥等を通じてMgが活性層へ拡散しやすくなると考えられる。しかし、本実施形態の半導体レーザ装置においては電流ブロック層7の上に再成長させた各層の結晶性が向上しているため、Mgの拡散が生じにくくなり、信頼性も向上する。 In addition, in the semiconductor laser device, it is known that reliability decreases when Mg diffuses into the active layer. In a layer with poor crystallinity, Mg is likely to diffuse into the active layer through defects or the like. However, in the semiconductor laser device of this embodiment, since the crystallinity of each layer regrown on the current blocking layer 7 is improved, Mg diffusion hardly occurs and reliability is also improved.
電流ブロック層7は、pn接合のギャップエネルギを利用して電流を阻止するため、上下の層と逆の導電型を有している必要があり、通常はn型にドープする必要がある。しかし、高濃度のSiでドーピングされたAlGaN層にはクラックが入りやすい。しかし、本実施形態の半導体レーザ装置においては、電流ブロック層7がAl0.15Ga0.85N層8とGaN層9とにより形成されているため、GaN層9のドーピング濃度を高くし、Al0.15Ga0.85N層8のドーピング濃度を低くすることが可能である。このような構成とすることにより、クラックの発生を抑え半導体レーザ装置の歩留まりを向上させることができる。また、Al0.15Ga0.85N層8をアンドープとしてもよく、この場合には、クラックの発生をより抑えることが可能である。 Since the current blocking layer 7 uses the gap energy of the pn junction to block the current, it needs to have a conductivity type opposite to that of the upper and lower layers, and usually needs to be doped n-type. However, the AlGaN layer doped with a high concentration of Si is likely to crack. However, in the semiconductor laser device of this embodiment, since the current blocking layer 7 is formed of the Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and the GaN layer 9, the doping concentration of the GaN layer 9 is increased and Al 0.15 Ga 0.85 is formed. It is possible to reduce the doping concentration of the N layer 8. With such a configuration, generation of cracks can be suppressed and the yield of the semiconductor laser device can be improved. Further, the Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 may be undoped, and in this case, generation of cracks can be further suppressed.
−ドライエッチング−
以下に、Al0.15Ga0.85N層8とGaN層9とからなる電流ブロック層7に溝部7aを形成する際に、ドライエッチングを用いる方法について説明する。
-Dry etching-
Hereinafter, a method of using dry etching when forming the groove portion 7a in the current blocking layer 7 composed of the Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and the GaN layer 9 will be described.
電流ブロック層7を形成した後、電流ブロック層7の上にフォトレジスト等を用いてストライプ状の開口部を有するマスクを形成する。 After forming the current blocking layer 7, a mask having a stripe-shaped opening is formed on the current blocking layer 7 using a photoresist or the like.
マスクを形成した後、基板1をエッチングチャンバ内の陰極テーブルの上に設置し、真空ポンプでエッチングチャンバ内を減圧する。エッチングチャンバ内の圧力が安定した後、エッチングチャンバ内に塩素ガスを導入しながら、高周波電力を印加してプラズマを発生させる。このような方法により、厚さが0.2μmの電流ブロック層7をエッチングし、溝部7aの底面に第1のp型ガイド層6を露出させることができる。 After forming the mask, the substrate 1 is placed on the cathode table in the etching chamber, and the pressure in the etching chamber is reduced by a vacuum pump. After the pressure in the etching chamber is stabilized, plasma is generated by applying high-frequency power while introducing chlorine gas into the etching chamber. By such a method, the current blocking layer 7 having a thickness of 0.2 μm can be etched to expose the first p-type guide layer 6 on the bottom surface of the groove 7a.
溝部7aを形成した後、基板1をエッチングチャンバから取り出し、アッシングによりマスクを除去した後、MOVPE装置を用いて結晶の再成長を行う。 After forming the groove 7a, the substrate 1 is taken out of the etching chamber, the mask is removed by ashing, and then the crystal is regrown using the MOVPE apparatus.
ドライエッチングを用いて溝部7aを形成する場合には、操作が簡単で、エッチング時間も短いため、生産効率を高めることができる。 When the groove 7a is formed using dry etching, the operation is simple and the etching time is short, so that the production efficiency can be increased.
−ウェットエッチング−
以下に、Al0.15Ga0.85N層8とGaN層9とからなる電流ブロック層7に溝部7aを形成する際に、ウェットエッチングを用いる方法について図面を参照して説明する。
-Wet etching-
Hereinafter, a method of using wet etching when forming the groove 7a in the current blocking layer 7 composed of the Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and the GaN layer 9 will be described with reference to the drawings.
図4は電流ブロック層7をウェットエッチングする工程について工程順に示している。まず、図4(a)に示すようにAl0.15Ga0.85N層8とGaN層9とからなる電流ブロック層7を成長させた後、GaN層9の上に金属マスク15を形成する。金属マスク15はTiからなり、GaN層9と金属マスク15とはオーミック接触している。金属マスク15はGaN層9とオーミック接合を形成するものであればよく、チタン(Ti)に代えてタンタル(Ta)等を用いてもよい。 FIG. 4 shows the steps of wet etching the current blocking layer 7 in the order of steps. First, as shown in FIG. 4A, after a current blocking layer 7 composed of an Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and a GaN layer 9 is grown, a metal mask 15 is formed on the GaN layer 9. The metal mask 15 is made of Ti, and the GaN layer 9 and the metal mask 15 are in ohmic contact. The metal mask 15 only needs to form an ohmic junction with the GaN layer 9, and tantalum (Ta) or the like may be used instead of titanium (Ti).
次に、図4(b)に示すように金属マスク15と白金(Pt)からなるカソード16とをワイヤにより接続した後、水酸化カリウム水溶液17に浸す。この際に、GaN層9に対して光の照射を行う。照射する光は、電流ブロック層7を構成する層のバンドギャップより大きいエネルギーを有する光を用いればよい。例えば、電流ブロック層7がAl0.15Ga0.85N層8とGaN層9とからなる場合には、Al0.15Ga0.85N層8のバンドギャップよりも大きいエネルギーを有する波長の紫外光を照射すればよい。 Next, as shown in FIG. 4B, the metal mask 15 and the cathode 16 made of platinum (Pt) are connected by a wire and then immersed in an aqueous potassium hydroxide solution 17. At this time, the GaN layer 9 is irradiated with light. The light to be irradiated may be light having energy larger than the band gap of the layers constituting the current blocking layer 7. For example, when the current blocking layer 7 is composed of the Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and the GaN layer 9, ultraviolet light having a wavelength having energy larger than the band gap of the Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 may be irradiated. .
光の照射により、電流ブロック層7が光を吸収し、電流ブロック層7中に電子と正孔が生成される。正孔は電流ブロック層7を構成する窒化物半導体と反応し、電子はカソード16から溶液中に放出されるため、電流ブロック層7がエッチングされる。 By irradiation with light, the current blocking layer 7 absorbs light, and electrons and holes are generated in the current blocking layer 7. The holes react with the nitride semiconductor constituting the current blocking layer 7 and the electrons are released from the cathode 16 into the solution, so that the current blocking layer 7 is etched.
従来の半導体レーザ装置においては、電流ブロック層7がAl0.15Ga0.85Nのみからなるため、金属マスク15をAl0.15Ga0.85Nの上に形成しなければならない。Al0.15Ga0.85NはGaNと比べてバンドギャップが大きく、金属マスク15とオーミック接合を形成しにくいため、Al0.15Ga0.85Nと金属マスク15との間には電位障壁が生じやすい。従って、光照射により生じた電子が電位障壁を越えられず、カソード16から放出されにくくなり、電流ブロック層7のエッチングが生じにくくなると考えられる。 In the conventional semiconductor laser device, since the current blocking layer 7 is made of only Al 0.15 Ga 0.85 N, the metal mask 15 must be formed on Al 0.15 Ga 0.85 N. Since Al 0.15 Ga 0.85 N has a larger band gap than GaN and it is difficult to form an ohmic junction with the metal mask 15, a potential barrier is easily generated between the Al 0.15 Ga 0.85 N and the metal mask 15. Accordingly, it is considered that the electrons generated by the light irradiation cannot exceed the potential barrier and are not easily emitted from the cathode 16 and the current blocking layer 7 is hardly etched.
本実施形態のように、電流ブロック層7をAl0.15Ga0.85N層8とGaN層9との2層としたことにより、ウェットエッチングにより溝部7aを形成することが可能となり、半導体層に生じるダメージを抑えることができる。その結果、光吸収損失を低減することができ、レーザ発振閾値電流をさらに低減できると共に、高出力動作が可能となる。 As in the present embodiment, the current blocking layer 7 is formed of two layers of the Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and the GaN layer 9, so that the groove 7a can be formed by wet etching, and damage caused to the semiconductor layer. Can be suppressed. As a result, the light absorption loss can be reduced, the laser oscillation threshold current can be further reduced, and a high output operation is possible.
本実施形態では金属マスク15をTiのみにより形成し、金属マスク15とPtからなるカソード16とをワイヤにより電気的に接続する例を示した。このような構成においては、ウェハ上に複数のチップを形成してウェハ全面においてエッチングを行う場合に、ウェハ全面に形成された金属マスク15がすべてカソード16と電気的に接続されている必要があり、マスクパターンが限定されてしまう。これを解決するためには、金属マスク15の表面にPtを形成し、金属マスク15をTiとPtとの積層膜とすることにより、金属マスク15自体をカソードとすればよい。このような構成とすることにより、金属マスク15とカソード16とを配線する必要がなくなり、任意のマスクパターンを用いて、ウェハの全面においてエッチングを行うことが可能となる。 In the present embodiment, an example is shown in which the metal mask 15 is formed of only Ti, and the metal mask 15 and the cathode 16 made of Pt are electrically connected by a wire. In such a configuration, when a plurality of chips are formed on the wafer and etching is performed on the entire surface of the wafer, all of the metal mask 15 formed on the entire surface of the wafer needs to be electrically connected to the cathode 16. The mask pattern is limited. In order to solve this, Pt may be formed on the surface of the metal mask 15, and the metal mask 15 may be a laminated film of Ti and Pt so that the metal mask 15 itself becomes the cathode. With such a configuration, it is not necessary to wire the metal mask 15 and the cathode 16, and etching can be performed on the entire surface of the wafer using an arbitrary mask pattern.
なお、カソードには、水素と比べてイオン化傾向の小さな小さな金属を用いればよく、白金に代えて金等を用いてもよい。また、ウェットエッチャントには、アルカリ性の溶液を用いればよく、水酸化カリウム溶液に代えて水酸化ナトリウム溶液等を用いてもよい。 Note that a small metal having a smaller ionization tendency than hydrogen may be used for the cathode, and gold or the like may be used instead of platinum. In addition, an alkaline solution may be used for the wet etchant, and a sodium hydroxide solution or the like may be used instead of the potassium hydroxide solution.
本実施形態において、電流ブロック層7をAl0.15Ga0.85N層8とGaN層9とが積層された積層膜としたが、一般式がAlxGa1-xN(0<x≦1)で表される化合物からなる層と、GaN層との積層膜とすればよい。この場合において、成膜の容易さを考えるとxは0.4以下であることが好ましい。また、第2のp型ガイド層10との屈折率の差を大きくし、発光光の閉じこめ効率を高めるためには、xは0.1以上であることが好ましい。また、最上層がGaN層である3層以上の積層膜としてもよい。 In the present embodiment, the current blocking layer 7 is a laminated film in which the Al 0.15 Ga 0.85 N layer 8 and the GaN layer 9 are laminated. The general formula is Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1). What is necessary is just to set it as the laminated film of the layer which consists of a compound represented, and a GaN layer. In this case, considering the ease of film formation, x is preferably 0.4 or less. In order to increase the difference in refractive index with the second p-type guide layer 10 and increase the efficiency of confinement of emitted light, x is preferably 0.1 or more. Moreover, it is good also as a laminated film of three or more layers whose uppermost layer is a GaN layer.
なお、本実施形態ではGaN層9の厚さを50nmとしたが、5nm以上且つ0.3μm以下とすればよい。GaN層9の厚さが5nm以上あれば、GaN層9の成長の際に制御が容易となるので、再現性よくGaN層9を形成することが可能となり、歩留まりが向上する。また、GaN層9の厚さを0.3μm以下とすることにより、電流ブロック層7をエッチングした後に表面に発生する凹凸を小さく抑えることが可能である。これにより、再成長させた半導体層の表面に溝がほとんど残らず、リソグラフィ工程においてレジストの残存を抑えることができる。 In the present embodiment, the thickness of the GaN layer 9 is 50 nm, but it may be 5 nm or more and 0.3 μm or less. If the thickness of the GaN layer 9 is 5 nm or more, it becomes easy to control the growth of the GaN layer 9, so that the GaN layer 9 can be formed with good reproducibility and the yield is improved. Further, by setting the thickness of the GaN layer 9 to 0.3 μm or less, it is possible to suppress the unevenness generated on the surface after the current blocking layer 7 is etched. As a result, almost no grooves remain on the surface of the regrown semiconductor layer, and the remaining resist can be suppressed in the lithography process.
特に、GaN層9の膜厚を10nm以上とすることにより、金属マスク15とGaN層9との間のオーミック性接合をより確実に形成することが可能となり、GaN層の膜厚を100nm以下とすることにより、半導体レーザ装置の横モードの制御がさらに容易となる。 In particular, by setting the film thickness of the GaN layer 9 to 10 nm or more, an ohmic junction between the metal mask 15 and the GaN layer 9 can be more reliably formed, and the film thickness of the GaN layer is 100 nm or less. By doing so, it becomes easier to control the transverse mode of the semiconductor laser device.
(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態に係るピックアップ装置について図面を参照して説明する。図5は、第2の実施形態に係るピックアップ装置のレイアウトを示している。図5に示すように、本実施形態のピックアップ装置は、本発明の半導体レーザ装置を用いている。ミラー20と、受光素子とが形成された基板19の上に、半導体レーザ装置18が実装されている。半導体レーザ装置18から出射されたレーザ光はミラー20において反射され、回折格子21を通過する。その後、レーザ光は光ディスク(図示せず)の表面において反射され、再び回折格子21に戻る。解析格子21においてレーザ光は複数のビームに分割され、分割されたビームは受光素子22でそれぞれ受光される。以上のように、本発明の半導体レーザを用いることにより、高出力の青紫色光ピックアップ装置を実現することができる。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a pickup device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows a layout of the pickup device according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the pickup device of this embodiment uses the semiconductor laser device of the present invention. A semiconductor laser device 18 is mounted on a substrate 19 on which a mirror 20 and a light receiving element are formed. The laser light emitted from the semiconductor laser device 18 is reflected by the mirror 20 and passes through the diffraction grating 21. Thereafter, the laser beam is reflected on the surface of the optical disk (not shown) and returns to the diffraction grating 21 again. In the analysis grating 21, the laser light is divided into a plurality of beams, and the divided beams are received by the light receiving elements 22. As described above, by using the semiconductor laser of the present invention, a high-output blue-violet light pickup device can be realized.
本発明の半導体レーザ装置及びその製造方法は、埋め込み型構造を有する半導体レーザ装置において、電流ブロック層の上に形成された半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを向上させ、レーザ発振閾値電流が小さく且つ信頼性が高い半導体レーザ装置及びその製造方法を実現できるという効果を有し、窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置及びその製造方法並びにそれを用いた光ピックアップ装置等として有用である。 The semiconductor laser device and the manufacturing method thereof according to the present invention improve the crystallinity and surface morphology of the semiconductor layer formed on the current blocking layer in the semiconductor laser device having a buried structure, and reduce the laser oscillation threshold current and It has the effect of realizing a highly reliable semiconductor laser device and a manufacturing method thereof, and is useful as a semiconductor laser device using a nitride semiconductor, a manufacturing method thereof, and an optical pickup device using the same.
1 基板
2 GaN層
3 n型クラッド層
4 n型ガイド層
5 活性層
6 p型ガイド層
7 電流ブロック層
8 Al0.15Ga0.85N層
9 GaN層
10 p型ガイド層
11 p型クラッド層
12 p型コンタクト層
13 p型電極
14 n型電極
15 金属マスク
16 カソード
17 エッチング液水溶液
18 半導体レーザ装置
19 基板
20 ミラー
21 回折格子
22 受光素子
1 substrate 2 GaN layer 3 n-type cladding layer 4 n-type guide layer 5 active layer 6 p-type guide layer 7 current blocking layer 8 Al 0.15 Ga 0.85 N layer 9 GaN layer 10 p-type guide layer 11 p-type cladding layer 12 p-type Contact layer 13 P-type electrode 14 N-type electrode 15 Metal mask 16 Cathode 17 Etching solution aqueous solution 18 Semiconductor laser device 19 Substrate 20 Mirror 21 Diffraction grating 22 Light receiving element
Claims (18)
前記活性層の上に形成された第1導電型の窒化物半導体からなる第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に形成され、第2導電型の窒化物半導体を含む複数の薄膜が積層されてなり且つ溝部を有する積層膜と、
前記積層膜の上に前記溝部を埋めるように形成された第1導電型の窒化物半導体からなる第2の半導体層とを備え、
前記積層膜の上部に形成された薄膜は、窒化ガリウムからなる薄膜であることを特徴とする半導体レーザ装置。 An active layer formed on a substrate;
A first semiconductor layer made of a first conductivity type nitride semiconductor formed on the active layer;
A laminated film formed on the first semiconductor layer, the laminated film including a plurality of thin films including a second conductivity type nitride semiconductor, and having a groove;
A second semiconductor layer made of a nitride semiconductor of the first conductivity type formed so as to fill the groove on the laminated film,
The semiconductor laser device, wherein the thin film formed on the laminated film is a thin film made of gallium nitride.
前記アルミニウムを含む薄膜における第2導電型の不純物の濃度は、前記窒化ガリウムからなる薄膜における第2導電型の不純物の濃度よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。 At least one of the thin films constituting the laminated film is a thin film containing aluminum,
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the concentration of the second conductivity type impurity in the thin film containing aluminum is lower than the concentration of the second conductivity type impurity in the thin film made of gallium nitride.
前記積層膜の一部を選択的に除去することにより溝部を形成する工程と、
前記溝部が形成された前記積層膜の上に第1導電型の窒化物半導体からなる第2の半導体層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 A laminate having an active layer, a first semiconductor layer made of a first conductivity type nitride semiconductor, and a plurality of thin films containing a second conductivity type nitride semiconductor, and a thin film made of gallium nitride on the top. A step of sequentially forming a film;
Forming a groove by selectively removing a part of the laminated film;
And a step of forming a second semiconductor layer made of a first conductivity type nitride semiconductor on the laminated film in which the groove is formed.
前記アルミニウムを含む薄膜における前記第2導電型の不純物の濃度は、前記窒化ガリウムからなる薄膜における前記第2導電型の不純物の濃度よりも低いことを特徴とする請求項8に記載の半導体レーザ装置の製造方法。 At least one of the thin films constituting the laminated film is a thin film containing aluminum,
9. The semiconductor laser device according to claim 8, wherein a concentration of the second conductivity type impurity in the thin film containing aluminum is lower than a concentration of the second conductivity type impurity in the thin film made of gallium nitride. Manufacturing method.
18. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 17, wherein the alkaline solution is a potassium hydroxide solution or a sodium hydroxide solution.
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