JP2010098070A - Edge light emitting semiconductor laser element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、端面発光型半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an edge-emitting semiconductor laser device and a method for manufacturing the same.
例えば、
(A)基板、
(B)基板上に形成された化合物半導体層から成る下地層、並びに、
(C)n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層が、下地層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えた端面発光型半導体レーザ素子が周知である。ところで、このような構造の端面発光型半導体レーザ素子にあっては、端面から出射されたレーザ光に、屡々、リップルが観察される。即ち、端面から出射されたレーザ光の光強度分布において、最大光強度ピークの近傍に小さなピークが屡々認められる。このようなレーザ光におけるリップルの発生は、活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由してn型化合物半導体層と下地層との界面(鏡面の状態にある)に到達したレーザ光が、界面において反射され、あるいは、全反射され、n型化合物半導体層を経由して活性層に戻され、活性層において生成したレーザ光と干渉することに起因している。そして、このようなリップルの発生は、例えば、FFP(Far Field Pattern)特性に対して悪影響を及ぼす。
For example,
(A) substrate,
(B) an underlayer composed of a compound semiconductor layer formed on the substrate, and
(C) a light-emitting unit composed of a stacked structure in which an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on a base layer;
An edge-emitting semiconductor laser device including the above is well known. Incidentally, in the edge-emitting semiconductor laser element having such a structure, ripples are often observed in the laser light emitted from the end face. That is, in the light intensity distribution of the laser light emitted from the end face, a small peak is often recognized in the vicinity of the maximum light intensity peak. The occurrence of ripple in such laser light is generated in the active layer, and the laser light that has reached the interface (in the mirror surface state) between the n-type compound semiconductor layer and the underlayer via the n-type compound semiconductor layer. This is caused by being reflected at the interface or totally reflected, returned to the active layer through the n-type compound semiconductor layer, and interfering with the laser beam generated in the active layer. The occurrence of such ripple adversely affects, for example, FFP (Far Field Pattern) characteristics.
このようなリップルの発生を抑制するための方策として、n型化合物半導体層の厚膜化や、n型化合物半導体層の低屈折率化が考えられる。しかしながら、これらの方策は、端面発光型半導体レーザ素子の設計自由度を低下させる。また、n型化合物半導体層において、クラックや転位等の結晶欠陥が発生し易くなるといった問題を有している。 As measures for suppressing the occurrence of such ripples, it is conceivable to increase the thickness of the n-type compound semiconductor layer and to lower the refractive index of the n-type compound semiconductor layer. However, these measures reduce the design freedom of the edge emitting semiconductor laser element. Further, the n-type compound semiconductor layer has a problem that crystal defects such as cracks and dislocations are likely to occur.
下地層の表面に凹凸部を設ける技術が、例えば、特開2001−267245号公報、特開2002−280611号公報、特開2001−094216号公報から周知である。しかしながら、特開2001−267245号公報に開示された技術は、下地層の上に結晶成長されるn型化合物半導体層の結晶性の向上を専ら図るものである。また、特開−2002−280611号公報に開示された技術は、発光素子からの光取り出し効率を専ら図るものである。また、特開2001−094216号公報に開示された技術は、複数の結晶方位の中から適切な方位を選択して素子領域を配置することも目的としたものである。そして、いずれの特許公開公報に開示された技術も、リップル発生を抑制するための技術ではない。 Techniques for providing uneven portions on the surface of the underlayer are well known from, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-267245, 2002-280611, and 2001-094216. However, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-267245 exclusively improves the crystallinity of an n-type compound semiconductor layer grown on a base layer. In addition, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-280611 exclusively aims at light extraction efficiency from the light emitting element. The technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-094216 is also intended to select an appropriate orientation from among a plurality of crystal orientations and arrange an element region. And the technique disclosed in any patent publication is not a technique for suppressing the occurrence of ripples.
従って、本発明の目的は、レーザ光におけるリップルの発生を確実に抑制し得る構成、構造を有する端面発光型半導体レーザ素子、及び、係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide an edge-emitting semiconductor laser device having a configuration and structure that can reliably suppress the occurrence of ripples in laser light, and a method for manufacturing such an edge-emitting semiconductor laser device. .
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子は、
(A)In(インジウム)を含む化合物半導体層から成る下地層、並びに、
(B)n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層が、下地層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
下地層中にはIn(インジウム)が偏析している。
In order to achieve the above object, an edge-emitting semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention includes:
(A) an underlayer composed of a compound semiconductor layer containing In (indium), and
(B) a light-emitting unit composed of a stacked structure in which an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on a base layer;
With
In (indium) is segregated in the underlayer.
本発明の第1の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子にあっては、活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層において散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される形態とすることができる。 In the edge-emitting semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention, the laser light generated in the active layer and incident on the underlayer via the n-type compound semiconductor layer is scattered in the underlayer, Or it can be made into the form by which interference between the laser beam which is absorbed or is scattered and absorbed, and is radiate | emitted from an end surface is suppressed.
上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子は、
(A)化合物半導体層から成り、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する下地層、並びに、
(B)n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層が、下地層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由してn型化合物半導体層と下地層との界面に到達したレーザ光は、下地層の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。
In order to achieve the above object, an edge-emitting semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention includes:
(A) An underlayer comprising a compound semiconductor layer, having a recess, or a protrusion, or a combination of a recess and a protrusion, and
(B) a light-emitting unit composed of a stacked structure in which an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on a base layer;
With
The laser light generated in the active layer and having reached the interface between the n-type compound semiconductor layer and the base layer via the n-type compound semiconductor layer is a concave portion of the base layer, or a convex portion, or a concave portion and a convex portion. Scattered or absorbed in the combination, or scattered and absorbed, so that interference with the laser light emitted from the end face is suppressed.
上記の目的を達成するための本発明の第3の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子は、
(A)表面に、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せが設けられた基板、並びに、
(B)n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層が、基板上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由して基板表面に到達したレーザ光は、基板表面の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。
In order to achieve the above object, an edge-emitting semiconductor laser device according to the third aspect of the present invention includes:
(A) A substrate provided with a concave portion or a convex portion, or a combination of a concave portion and a convex portion on the surface, and
(B) a light-emitting unit composed of a stacked structure in which an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate;
With
The laser light generated in the active layer and reaching the substrate surface via the n-type compound semiconductor layer is scattered in the concave portion of the substrate surface, or the convex portion, or the combination of the concave portion and the convex portion. Interference with the laser beam emitted from is suppressed.
上記の目的を達成するための本発明の第4の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子は、
(A)In(インジウム)を含む化合物半導体層から成る下地層、及び、n型化合物半導体層から成る基層、並びに、
(B)n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層が、基層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
下地層内部には空洞が形成されており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層及び基層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層内部の空洞において散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。
In order to achieve the above object, an edge-emitting semiconductor laser device according to the fourth aspect of the present invention includes:
(A) a base layer composed of a compound semiconductor layer containing In (indium), a base layer composed of an n-type compound semiconductor layer, and
(B) a light-emitting unit composed of a stacked structure in which an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on a base layer;
With
A cavity is formed inside the underlayer,
The laser light generated in the active layer and incident on the underlayer through the n-type compound semiconductor layer and the base layer is scattered in the cavity inside the underlayer, and thus interferes with the laser light emitted from the end surface. Is suppressed.
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、本発明の第1の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子を製造する方法であり、
(a)基板上に、In(インジウム)を含む化合物半導体層から成る下地層を形成し、次いで、
(b)下地層上に、n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備え、更に、
下地層にエネルギーを与えてIn(インジウム)を偏析させる工程を備えている。
The method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention for achieving the above object is a method for manufacturing the edge-emitting semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention,
(A) forming a base layer made of a compound semiconductor layer containing In (indium) on a substrate;
(B) An n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on the base layer to obtain a light-emitting portion configured from a stacked structure.
With each process,
A step of applying energy to the underlayer to segregate In (indium) is provided.
本発明の第1の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法にあっては、前記工程(a)と工程(b)の間で、電子線を照射することによって下地層にエネルギーを与える形態とすることができるし、あるいは又、前記工程(a)と工程(b)の間で、下地層(あるいは全体)を加熱することによって下地層にエネルギーを与える形態とすることができるし、あるいは又、前記工程(b)の後、下地層(あるいは全体)を加熱することによって下地層にエネルギーを与える形態とすることができる。 In the method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention, energy is applied to the underlayer by irradiating an electron beam between the step (a) and the step (b). Or, alternatively, the base layer (or the whole) is heated between the steps (a) and (b) to give energy to the base layer, Or after the said process (b), it can be set as the form which gives energy to a base layer by heating a base layer (or the whole).
上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、本発明の第2の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子を製造する方法であり、
(a)基板上に、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する化合物半導体層から成る下地層を形成し、次いで、
(b)下地層上に、n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備えており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由してn型化合物半導体層と下地層との界面に到達したレーザ光は、下地層の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。
The method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention for achieving the above object is a method for manufacturing the edge-emitting semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention,
(A) On the substrate, a base layer made of a compound semiconductor layer having a concave portion, a convex portion, or a combination of the concave portion and the convex portion is formed;
(B) An n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on the base layer to obtain a light-emitting portion configured from a stacked structure.
It has each process,
The laser light generated in the active layer and having reached the interface between the n-type compound semiconductor layer and the base layer via the n-type compound semiconductor layer is a concave portion of the base layer, or a convex portion, or a concave portion and a convex portion. Scattered or absorbed in the combination, or scattered and absorbed, so that interference with the laser light emitted from the end face is suppressed.
本発明の第2の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法にあっては、前記工程(a)において、基板上に下地層を形成した後、下地層表面をエッチングすることによって、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せ(以下、これらを総称して、『凹部及び/又は凸部』と呼ぶ場合がある)を有する下地層を得る形態とすることができる。あるいは又、前記工程(a)において、基板上に選択成長用マスク層を形成し、次いで、下地層を形成することによって、凹部及び/又は凸部を有する下地層(具体的には、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する下地層)を得る形態とすることができる。場合によっては、基板上に下地層を結晶成長させるだけで、凸部を有する下地層を得ることもできる。あるいは又、前記工程(a)において、基板上に第1下地層を形成した後、第1下地層上に選択成長用マスク層を形成し、次いで、第2下地層を形成することで、第1下地層と第2下地層の2層構造を有し、凹部及び/又は凸部を有する下地層(具体的には、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する下地層)を得る形態とすることができる。 In the manufacturing method of the edge-emitting type semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention, in the step (a), after forming the base layer on the substrate, the surface of the base layer is etched to form the concave portion. Alternatively, a base layer having a convex portion or a combination of a concave portion and a convex portion (hereinafter, these may be collectively referred to as “a concave portion and / or a convex portion”) may be obtained. Alternatively, in the step (a), by forming a mask layer for selective growth on the substrate and then forming a foundation layer, a foundation layer having recesses and / or projections (specifically, recesses, Or it can be set as the form which obtains a convex part or a foundation layer which has a combination of a crevice and a convex part. In some cases, it is also possible to obtain an underlayer having a convex portion simply by crystal growth of the underlayer on the substrate. Alternatively, in the step (a), after the first underlayer is formed on the substrate, the selective growth mask layer is formed on the first underlayer, and then the second underlayer is formed. A base layer having a two-layer structure of a first base layer and a second base layer and having a concave portion and / or a convex portion (specifically, a lower portion having a concave portion or a convex portion, or a combination of a concave portion and a convex portion. Formation).
上記の目的を達成するための本発明の第3の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、本発明の第3の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子を製造する方法であり、
(a)基板の表面に、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを設けた後、
(b)基板上に、n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備えており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由して基板表面に到達したレーザ光は、基板表面の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。
The method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device according to the third aspect of the present invention for achieving the above object is a method for manufacturing the edge-emitting semiconductor laser device according to the third aspect of the present invention,
(A) After providing a concave portion, a convex portion, or a combination of a concave portion and a convex portion on the surface of the substrate,
(B) On the substrate, an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked to obtain a light emitting unit configured from a stacked structure.
It has each process,
The laser light generated in the active layer and reaching the substrate surface via the n-type compound semiconductor layer is scattered in the concave portion of the substrate surface, or the convex portion, or the combination of the concave portion and the convex portion. Interference with the laser beam emitted from is suppressed.
本発明の第3の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法にあっては、前記工程(a)において、基板表面をエッチングすることによって、基板の表面に凹部及び/又は凸部を設ける形態(具体的には、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを設ける形態)とすることができる。 In the method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device according to the third aspect of the present invention, in the step (a), the substrate surface is etched to provide a recess and / or a protrusion on the surface of the substrate. It is possible to adopt a form (specifically, a form in which a concave part, a convex part, or a combination of a concave part and a convex part is provided).
上記の目的を達成するための本発明の第4の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、本発明の第4の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子を製造する方法であり、
(a)基板上に、In(インジウム)を含む化合物半導体層から成る下地層、及び、n型化合物半導体層から成る基層を形成した後、
(b)水素ガス雰囲気下、又は、アンモニアガス雰囲気下、又は、水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下で加熱することで、下地層内部に空洞を形成し、次いで、
(c)基層上に、n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備えており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層及び基層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層内部の空洞において散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。
The method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device according to the fourth aspect of the present invention for achieving the above object is a method for manufacturing the edge-emitting semiconductor laser device according to the fourth aspect of the present invention,
(A) After forming a base layer made of a compound semiconductor layer containing In (indium) and a base layer made of an n-type compound semiconductor layer on a substrate,
(B) A cavity is formed inside the underlayer by heating in a hydrogen gas atmosphere, an ammonia gas atmosphere, or a hydrogen gas and ammonia gas atmosphere,
(C) On the base layer, an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked to obtain a light-emitting portion configured from a stacked structure.
It has each process,
The laser light generated in the active layer and incident on the underlayer through the n-type compound semiconductor layer and the base layer is scattered in the cavity inside the underlayer, and thus interferes with the laser light emitted from the end surface. Is suppressed.
上記の好ましい形態を含む本発明の第1の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法、本発明の第2の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法、本発明の第3の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法、本発明の第4の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法において、端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピーク(端面における光場の中心)は、n型化合物半導体層内に位置する構成とすることが望ましい。このような構成を実現するためには、例えば、n型化合物半導体層の厚さとp型化合物半導体層の厚さの最適化を図り(具体的には、p型化合物半導体層の厚さをn型化合物半導体層の厚さよりも薄くする)、あるいは又、n型化合物半導体層の組成とp型化合物半導体層の組成の最適化を図ればよい。一般に、光の損失は、n型化合物半導体層におけるよりもp型化合物半導体層における方が大きい。また、Inを含む活性層において大きい。従って、端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピークをn型化合物半導体層の端面に位置する構成とすることで、活性層において生成したレーザ光の化合物半導体層における損失を少なくすることができるし、瞬時光学損傷(COD:Catastrophic Optical Damage)に対する耐性の向上を図ることができる。加えて、通常、p型化合物半導体層はn型化合物半導体層よりも高抵抗であるが故に、p型化合物半導体層の厚さをn型化合物半導体層の厚さよりも薄くすれば、p型化合物半導体層における発熱を抑制することができ、端面発光型半導体レーザ素子の低電圧駆動、低発熱化を達成することができる。以上の結果として、高出力端面発光型半導体レーザ素子を提供することが可能となる。また、例えば、n型化合物半導体層におけるAl(アルミニウム)の含有率の低減を図ることが可能となり、発光部全体の歪みを低減することができる結果、端面発光型半導体レーザ素子の長寿命化を達成することができる。 The edge-emitting semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention including the above preferred embodiment or a method for manufacturing the same, the edge-emitting semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention or the method for manufacturing the same, In the edge-emitting semiconductor laser device or the manufacturing method thereof according to the third aspect, or the edge-emitting semiconductor laser device or the manufacturing method thereof according to the fourth aspect of the present invention, the maximum in the light intensity distribution of the laser light emitted from the end surface It is desirable that the light intensity peak (the center of the light field at the end face) be located in the n-type compound semiconductor layer. In order to realize such a configuration, for example, the thickness of the n-type compound semiconductor layer and the thickness of the p-type compound semiconductor layer are optimized (specifically, the thickness of the p-type compound semiconductor layer is set to n It is only necessary to optimize the composition of the n-type compound semiconductor layer and the composition of the p-type compound semiconductor layer. In general, the loss of light is greater in the p-type compound semiconductor layer than in the n-type compound semiconductor layer. Moreover, it is large in the active layer containing In. Therefore, by setting the maximum light intensity peak in the light intensity distribution of the laser light emitted from the end face at the end face of the n-type compound semiconductor layer, the loss of the laser light generated in the active layer in the compound semiconductor layer is reduced. It is possible to improve resistance to instantaneous optical damage (COD: Catastrophic Optical Damage). In addition, since the p-type compound semiconductor layer usually has higher resistance than the n-type compound semiconductor layer, the p-type compound semiconductor layer can be formed by reducing the thickness of the p-type compound semiconductor layer to be smaller than the thickness of the n-type compound semiconductor layer. Heat generation in the semiconductor layer can be suppressed, and low voltage driving and low heat generation of the edge-emitting semiconductor laser element can be achieved. As a result of the above, it becomes possible to provide a high-power edge-emitting semiconductor laser device. In addition, for example, it becomes possible to reduce the content of Al (aluminum) in the n-type compound semiconductor layer, and the distortion of the entire light emitting portion can be reduced. As a result, the lifetime of the edge-emitting semiconductor laser device can be extended. Can be achieved.
上記の好ましい形態を含む本発明の第1の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法を、以下、総称して、単に、『本発明の第1の態様』と呼ぶ場合がある。また、上記の好ましい形態を含む本発明の第2の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法を、以下、総称して、単に、『本発明の第2の態様』と呼ぶ場合がある。更には、上記の好ましい形態を含む本発明の第3の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法を、以下、総称して、単に、『本発明の第3の態様』と呼ぶ場合がある。また、上記の好ましい形態を含む本発明の第4の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法を、以下、総称して、単に、『本発明の第4の態様』と呼ぶ場合がある。更には、凹部と凸部の組合せを『凹凸部』と呼ぶ場合がある。 The edge-emitting semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention including the above-described preferred embodiment or the method for manufacturing the same may be hereinafter simply referred to as “first aspect of the present invention”. In addition, the edge-emitting semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention including the above-described preferred embodiment or the manufacturing method thereof may be simply referred to simply as “the second aspect of the present invention” hereinafter. is there. Further, the edge-emitting semiconductor laser device according to the third aspect of the present invention including the above-described preferred embodiment or the method for manufacturing the same will hereinafter be collectively referred to simply as “the third aspect of the present invention”. There is. In addition, the edge-emitting semiconductor laser device according to the fourth aspect of the present invention including the preferred embodiment or the method for manufacturing the same may be simply referred to simply as “fourth aspect of the present invention” hereinafter. is there. Furthermore, a combination of a concave portion and a convex portion may be referred to as an “uneven portion”.
以上の好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様、本発明の第2の態様、本発明の第3の態様、あるいは、本発明の第4の態様(以下、これらを総称して、単に、『本発明』と呼ぶ)において、発光部や積層構造体の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができ、特段の限定、制限は無い。 The first aspect of the present invention including the above preferred forms and configurations, the second aspect of the present invention, the third aspect of the present invention, or the fourth aspect of the present invention (hereinafter collectively referred to as " The structure and structure of the light emitting portion and the laminated structure can be a known structure and structure, and there is no particular limitation or limitation.
本発明において、端面発光型半導体レーザ素子は、先ず、基板上に設けられるが、端面発光型半導体レーザ素子の最終形態として、基板上に形成されている形態、及び、基板が除去されている形態を挙げることができる。端面発光型半導体レーザ素子は、ジャンクション・アップ方式で実装(マウント)してもよいし、ジャンクション・ダウン方式で実装(マウント)してもよい。基板の除去方法として、端面発光型半導体レーザ素子の発光部を適切な支持部材で支持した後、基板をエッチングすることで除去する方法、研磨することで除去する方法、エッチング及び研磨を併用することで除去する方法、基板に裏面からレーザ光を照射することで、レーザアブレージョンを生じさせて下地層を基板から剥離する方法を挙げることができる。 In the present invention, the edge-emitting semiconductor laser device is first provided on a substrate, but as a final form of the edge-emitting semiconductor laser device, a form formed on the substrate and a form in which the substrate is removed. Can be mentioned. The edge-emitting semiconductor laser element may be mounted (mounted) by a junction-up method or may be mounted (mounted) by a junction-down method. As a method for removing the substrate, a method of removing the substrate by etching after supporting the light emitting portion of the edge-emitting semiconductor laser element with an appropriate support member, a method of removing by polishing, and a combination of etching and polishing are used. And a method of peeling the underlayer from the substrate by causing laser abrasion by irradiating the substrate with laser light from the back surface.
本発明の第1の態様、本発明の第2の態様あるいは本発明の第4の態様における基板として、GaAs基板、GaP基板、AlN基板、AlP基板、InN基板、InP基板、GaN基板、AlGaInN基板、AlGaN基板、AlInN基板、GaInN基板、AlGaInP基板、AlGaP基板、AlInP基板、GaInP基板、ZnS基板、サファイア基板、SiC基板、アルミナ基板、ZnO基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、Si基板、Ge基板、これらの基板の表面(主面)にバッファ層が形成されたものを挙げることができる。 As a substrate in the first aspect of the present invention, the second aspect of the present invention, or the fourth aspect of the present invention, a GaAs substrate, GaP substrate, AlN substrate, AlP substrate, InN substrate, InP substrate, GaN substrate, AlGaInN substrate , AlGaN substrate, AlInN substrate, GaInN substrate, AlGaInP substrate, AlGaP substrate, AlInP substrate, GaInP substrate, ZnS substrate, sapphire substrate, SiC substrate, alumina substrate, ZnO substrate, LiMgO substrate, LiGaO 2 substrate, MgAl 2 O 4 substrate, Examples thereof include a Si substrate, a Ge substrate, and a substrate in which a buffer layer is formed on the surface (main surface) of these substrates.
また、本発明の第3の態様において、基板として、GaAs基板、GaP基板、AlN基板、AlP基板、InN基板、InP基板、GaN基板、AlGaInN基板、AlGaN基板、AlInN基板、GaInN基板、AlGaInP基板、AlGaP基板、AlInP基板、GaInP基板、ZnS基板、サファイア基板、SiC基板、アルミナ基板、ZnO基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、Si基板、Ge基板、これらの基板の表面(主面)にバッファ層が形成されたものを挙げることができる。 In the third aspect of the present invention, as a substrate, a GaAs substrate, a GaP substrate, an AlN substrate, an AlP substrate, an InN substrate, an InP substrate, a GaN substrate, an AlGaInN substrate, an AlGaN substrate, an AlInN substrate, a GaInN substrate, an AlGaInP substrate, AlGaP substrate, AlInP substrate, GaInP substrate, ZnS substrate, sapphire substrate, SiC substrate, alumina substrate, ZnO substrate, LiMgO substrate, LiGaO 2 substrate, MgAl 2 O 4 substrate, Si substrate, Ge substrate, surfaces of these substrates (mainly And a surface having a buffer layer formed thereon.
本発明において、n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層を構成する化合物半導体として、BAlGaInN系化合物半導体(2元、3元、4元、5元混晶のいずれの組合せであってもよい)を例示することができる。化合物半導体層に添加されるn型不純物として、例えば、ケイ素(Si)やセレン(Se)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、炭素(C)、チタン(Ti)、酸素(O)を挙げることができるし、p型不純物として、亜鉛(Zn)や、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、カドミウム(Cd)、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)を挙げることができる。活性層は、単一の化合物半導体層から構成されていてもよいし、単一量子井戸構造[QW構造]あるいは多重量子井戸構造[MQW構造]を有していてもよい。下地層、活性層を含む各種化合物半導体層の形成方法(結晶成長方法、成膜方法)として、有機金属化学的気相成長法(MOCVD法、MOVPE法)や有機金属分子線エピタキシー法(MOMBE法)、分子線エピタキシー法(MBE法)、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法(HVPE法)を挙げることができる。 In the present invention, the compound semiconductor constituting the n-type compound semiconductor layer, the active layer, and the p-type compound semiconductor layer is a BAlGaInN-based compound semiconductor (any combination of binary, ternary, quaternary, and quinary mixed crystals. May also be exemplified. Examples of n-type impurities added to the compound semiconductor layer include silicon (Si), selenium (Se), germanium (Ge), tin (Sn), carbon (C), titanium (Ti), and oxygen (O). Examples of the p-type impurity include zinc (Zn), magnesium (Mg), beryllium (Be), cadmium (Cd), calcium (Ca), and barium (Ba). The active layer may be composed of a single compound semiconductor layer, or may have a single quantum well structure [QW structure] or a multiple quantum well structure [MQW structure]. As a method for forming various compound semiconductor layers including an underlayer and an active layer (crystal growth method, film formation method), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD method, MOVPE method) or metal organic molecular beam epitaxy method (MOMBE method) ), Molecular beam epitaxy (MBE), and hydride vapor phase epitaxy (HVPE) in which halogen contributes to transport or reaction.
下地層を構成する化合物半導体として、どのような化合物半導体を用いるかは、基板を構成する材料、n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層を構成する化合物半導体に基づき、適宜、決定すればよい。具体的には、本発明の第1の態様において、下地層を構成するInを含む化合物半導体層として、例えば、BInN、BAlInN、BGaInN、BAlGaInN、AlInN、AlGaInN、GaInNを挙げることができる。また、本発明の第2の態様において、下地層を構成する化合物半導体層としてBN、BAlN、BGaN、BInN、BAlGaN、BAlInN、BGaInN、BAlGaInN、AlN、AlGaN、AlInN、AlGaInN、GaN、GaInN、InNを挙げることができる。更には、第1下地層を構成する化合物半導体層としてBN、BAlN、BGaN、BInN、BAlGaN、BAlInN、BGaInN、BAlGaInN、AlN、AlGaN、AlInN、AlGaInN、GaN、GaInN、InNを挙げることができるし、第2下地層を構成する化合物半導体層として、同様に、BN、BAlN、BGaN、BInN、BAlGaN、BAlInN、BGaInN、BAlGaInN、AlN、AlGaN、AlInN、AlGaInN、GaN、GaInN、InNを挙げることができる。更には、本発明の第4の態様において、下地層を構成するInを含む化合物半導体層として、BInN、BAlInN、BGaInN、BAlGaInN、AlInN、AlGaInN、GaInNを挙げることができる。 The type of compound semiconductor to be used as the compound semiconductor constituting the underlayer is determined as appropriate based on the material constituting the substrate, the compound semiconductor constituting the n-type compound semiconductor layer, the active layer, and the p-type compound semiconductor layer. do it. Specifically, in the first aspect of the present invention, examples of the compound semiconductor layer containing In constituting the base layer include BInN, BAlInN, BGaInN, BAlGaInN, AlInN, AlGaInN, and GaInN. In the second aspect of the present invention, BN, BAlN, BGaN, BInN, BAlGaN, BAlInN, BGaInN, BAlGaInN, AlN, AlGaN, AlInN, AlGaInN, GaN, GaInN, and InN are used as the compound semiconductor layers constituting the base layer. Can be mentioned. Furthermore, examples of the compound semiconductor layer constituting the first underlayer include BN, BAlN, BGaN, BInN, BAlGaN, BAlInN, BGaInN, BAlGaInN, AlN, AlGaN, AlInN, AlGaInN, GaN, GaInN, and InN. Similarly, examples of the compound semiconductor layer constituting the second underlayer include BN, BAlN, BGaN, BInN, BAlGaN, BAlInN, BGaInN, BAlGaInN, AlN, AlGaN, AlInN, AlGaInN, GaN, GaInN, and InN. Furthermore, in the fourth aspect of the present invention, BInN, BAlInN, BGaInN, BAlGaInN, AlInN, AlGaInN, and GaInN can be given as examples of the compound semiconductor layer containing In constituting the base layer.
本発明の第1の態様において、下地層にエネルギーを与えてInを偏析させるが、例えば、1×105eV乃至4×105eVのエネルギーを有する電子線を、35A/cm2以上の照射量にて下地層に照射すればよい。あるいは又、例えば、1気圧の窒素ガス雰囲気中で、750゜C乃至1000゜Cにて、5分間乃至1時間、加熱すればよい。 In the first embodiment of the present invention, In is segregated by applying energy to the underlayer. For example, an electron beam having an energy of 1 × 10 5 eV to 4 × 10 5 eV is irradiated at 35 A / cm 2 or more. The underlayer may be irradiated in an amount. Alternatively, for example, heating may be performed at 750 ° C. to 1000 ° C. for 5 minutes to 1 hour in a nitrogen gas atmosphere of 1 atm.
本発明の第3の態様において、選択成長用マスク層を構成する材料として、SiO2、SiN、SiONといった半導体酸化物層あるいは半導体窒化物層、高融点金属層、高融点金属酸化物層、高融点金属窒化物層を例示することができる。また、選択成長用マスク層の形成方法として、スパッタリング法等の物理的気相成長法(PVD法)、化学的気相成長法(CVD法)と、リソグラフィ技術及びエッチング技術によるパターニングとの組合せを挙げることができる。選択成長用マスク層を残したままとしてもよいし、除去してもよい。選択成長用マスク層の除去は、選択成長用マスク層を構成する材料に依存して、ウエットエッチング法を採用してもよいし、ドライエッチング法を採用してもよい。 In the third aspect of the present invention, the material constituting the selective growth mask layer is a semiconductor oxide layer or semiconductor nitride layer such as SiO 2 , SiN, or SiON, a refractory metal layer, a refractory metal oxide layer, a high A melting point metal nitride layer can be exemplified. In addition, as a method for forming the mask layer for selective growth, a combination of physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, chemical vapor deposition (CVD), and patterning by lithography and etching techniques is used. Can be mentioned. The selective growth mask layer may be left as it is or may be removed. The removal of the selective growth mask layer may employ a wet etching method or a dry etching method depending on the material constituting the selective growth mask layer.
本発明の第4の態様において、下地層を加熱して空洞を形成するが、例えば、1気圧あるいはそれよりも低圧の水素ガス雰囲気下、又は、アンモニアガス雰囲気下、又は、水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下で、750゜C乃至1200゜Cにて、5分間乃至1時間加熱すればよい。 In the fourth aspect of the present invention, the underlayer is heated to form a cavity. For example, in a hydrogen gas atmosphere of 1 atm or lower pressure, or in an ammonia gas atmosphere, or in hydrogen gas and ammonia gas Heating may be performed at 750 ° C. to 1200 ° C. for 5 minutes to 1 hour in an atmosphere.
本発明の第2の態様における下地層に設けられた凹部及び/又は凸部の形状、形態として、具体的には、下地層の表面から突出した凸部、下地層の表面から凹んだ凹部、下地層の表面に設けられた凹凸部を挙げることができる。ここで、凹凸部が設けられている場合、凹部と凸部とが連続していてもよいし、不連続であってもよい。下地層に垂直な仮想平面で下地層を切断したときの連続した凸部あるいは凹部の断面形状として、三角形;正方形、長方形、台形を含む任意の四角形;任意の多角形;円形等を含む任意の滑らかな曲線を例示することができる。あるいは又、不連続な凸部及び/又は凹部である構成とする場合、不連続な凸形状あるいは凹形状の形状として、角錐、円錐、切頭角錐、切頭円錐、円柱、三角柱や四角柱を含む多角柱、球の一部等の各種の滑らかな曲面を例示することができる。凹部及び/又は凸部の高さや深さ、ピッチ、形状を、一定としてもよいし、変化させてもよいが、凹部及び/又は凸部の配置、配列、深さ、ピッチ、形状等には規則性が無いことが、レーザ光の散乱といった観点から望ましい。また、凹部及び/又は凸部の深さ、ピッチ、形状等に本質的な制限はないが、レーザ光の散乱といった見地からは、レーザ光の波長をλとしたとき、凹部及び/又は凸部の深さ、ピッチあるいは形状は、λ/2以上であることが望ましい。 As the shape and form of the concave portion and / or convex portion provided in the base layer in the second aspect of the present invention, specifically, a convex portion protruding from the surface of the base layer, a concave portion recessed from the surface of the base layer, The uneven | corrugated | grooved part provided in the surface of the base layer can be mentioned. Here, when the concavo-convex portion is provided, the concave portion and the convex portion may be continuous or discontinuous. As a cross-sectional shape of a continuous convex part or concave part when the base layer is cut in a virtual plane perpendicular to the base layer, a triangle; an arbitrary quadrangle including a square, a rectangle, a trapezoid; an arbitrary polygon; an arbitrary including a circle, etc. A smooth curve can be illustrated. Alternatively, when the structure is a discontinuous convex portion and / or a concave portion, as a discontinuous convex shape or concave shape, a pyramid, a cone, a truncated pyramid, a truncated cone, a cylinder, a triangular prism, or a quadrangular prism is used. Examples include various smooth curved surfaces such as a polygonal column and a part of a sphere. The height, depth, pitch, and shape of the recesses and / or projections may be constant or may vary, but the arrangement, arrangement, depth, pitch, shape, etc. of the recesses and / or projections The absence of regularity is desirable from the viewpoint of laser light scattering. In addition, there is no essential limitation on the depth, pitch, shape, etc. of the recesses and / or projections, but from the standpoint of laser light scattering, when the wavelength of the laser beam is λ, the recesses and / or projections It is desirable that the depth, pitch, or shape of each is λ / 2 or more.
本発明の第3の態様における基板表面に設けられた凹部及び/又は凸部の形状、形態として、具体的には、基板表面から突出した凸部、基板表面から凹んだ凹部、基板表面に設けられた凹凸部を挙げることができる。ここで、凹凸部が設けられている場合、凹部と凸部とが連続していてもよいし、不連続であってもよい。基板に垂直な仮想平面で基板を切断したときの連続した凸部あるいは凹部の断面形状として、三角形;正方形、長方形、台形を含む任意の四角形;任意の多角形;円形等を含む任意の滑らかな曲線を例示することができる。あるいは又、不連続な凸部及び/又は凹部である構成とする場合、不連続な凸形状あるいは凹形状の形状として、角錐、円錐、切頭角錐、切頭円錐、円柱、三角柱や四角柱を含む多角柱、球の一部等の各種の滑らかな曲面を例示することができる。凹部及び/又は凸部の高さや深さ、ピッチ、形状を、一定としてもよいし、変化させてもよいが、凹部及び/又は凸部の配置、配列、深さ、ピッチ、形状等には規則性が無いことが、レーザ光の散乱といった観点から望ましい。また、凹部及び/又は凸部の深さ、ピッチ、形状等に本質的な制限はないが、レーザ光の散乱といった見地からは、凹部及び/又は凸部の深さ、ピッチあるいは形状は、λ/2以上であることが望ましい。 As the shape and form of the recesses and / or protrusions provided on the substrate surface in the third aspect of the present invention, specifically, the protrusions protruding from the substrate surface, the recesses recessed from the substrate surface, provided on the substrate surface The uneven | corrugated | grooved part produced can be mentioned. Here, when the concavo-convex portion is provided, the concave portion and the convex portion may be continuous or discontinuous. As a cross-sectional shape of continuous convex portions or concave portions when the substrate is cut in a virtual plane perpendicular to the substrate, any quadrangle including a triangle, square, rectangle, trapezoid; any polygon; any smooth including a circle, etc. A curve can be illustrated. Alternatively, when the structure is a discontinuous convex portion and / or a concave portion, as a discontinuous convex shape or concave shape, a pyramid, a cone, a truncated pyramid, a truncated cone, a cylinder, a triangular prism, or a quadrangular prism is used. Examples include various smooth curved surfaces such as a polygonal column and a part of a sphere. The height, depth, pitch, and shape of the recesses and / or projections may be constant or may vary, but the arrangement, arrangement, depth, pitch, shape, etc. of the recesses and / or projections The absence of regularity is desirable from the viewpoint of laser light scattering. Further, although there is no essential limitation on the depth, pitch, shape, etc. of the concave and / or convex portions, from the viewpoint of scattering of laser light, the depth, pitch, or shape of the concave and / or convex portions is λ / 2 or more is desirable.
本発明にあっては、基板の主面側に発光部が設けられている。そして、主面とは反対側の基板の裏面に第1電極(n側電極)が設けられており、発光部の頂面に第2電極(p側電極)が設けられている構造とすることができる。あるいは又、n型化合物半導体層やn側コンタクト層の一部を露出させ、係るn型化合物半導体層やn側コンタクト層の露出部分に第1電極(n側電極)が設けられており、発光部の頂面に第2電極(p側電極)が設けられている構造とすることができる。 In the present invention, the light emitting part is provided on the main surface side of the substrate. The first electrode (n-side electrode) is provided on the back surface of the substrate opposite to the main surface, and the second electrode (p-side electrode) is provided on the top surface of the light emitting part. Can do. Alternatively, a part of the n-type compound semiconductor layer and the n-side contact layer is exposed, and a first electrode (n-side electrode) is provided on the exposed portion of the n-type compound semiconductor layer and the n-side contact layer, and light emission It can be set as the structure by which the 2nd electrode (p side electrode) is provided in the top surface of the part.
ここで、第2電極(p側電極)を構成する材料として、例えば、Pdを挙げることができるが、これに限定するものではない。また、第1電極(n側電極)として、例えば、Ti層/Pt層/Au層の積層構造を挙げることができる。Ti層、Pt層及びAu層の厚さは、例えば、それぞれ、15nm、50nm及び300nmであるが、これに限定するものではない。 Here, examples of the material constituting the second electrode (p-side electrode) include Pd, but are not limited thereto. Moreover, as a 1st electrode (n side electrode), the laminated structure of Ti layer / Pt layer / Au layer can be mentioned, for example. The thicknesses of the Ti layer, the Pt layer, and the Au layer are, for example, 15 nm, 50 nm, and 300 nm, respectively, but are not limited thereto.
また、第1電極や第2電極の延在部に対して、必要に応じて、例えば、Ti層/Pt層/Au層等といった[接着層(Ti層やCr層等)]/[バリアメタル層(Pt層、Ni層、TiW層やMo層等)]/[実装に対して融和性の良い金属層(例えばAu層)]のような積層構成とした多層メタル層から成るコンタクト部(パッド部)を設けてもよい。延在部を含む第1電極や、延在部を含む第2電極、コンタクト部(パッド部)は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法といった各種のPVD法、各種の化学的気相成長法(CVD法)、メッキ法によって形成することができる。 In addition, for the extended portions of the first electrode and the second electrode, for example, [adhesive layer (Ti layer, Cr layer, etc.)] / [Barrier metal] such as Ti layer / Pt layer / Au layer, etc. Layer (Pt layer, Ni layer, TiW layer, Mo layer, etc.) / [Contact part (pad) composed of a multilayer metal layer having a laminated structure such as a metal layer (for example, Au layer) that is compatible with mounting. Part) may be provided. The first electrode including the extended portion, the second electrode including the extended portion, and the contact portion (pad portion) are, for example, various PVD methods such as vacuum deposition and sputtering, and various chemical vapor deposition methods ( (CVD method) and plating method.
活性層で生成したレーザ光の殆どは、発光部の端面から外部に出射されるが、一部は、n型化合物半導体層を経由して下地層あるいは基板に入射する。本発明にあっては、下地層中においてInが偏析しており、あるいは又、下地層は凹部及び/又は凸部を有し、あるいは又、基板表面には凹部及び/又は凸部が設けられており、あるいは又、下地層内部には空洞が形成されている。従って、下地層あるいは基板に到達したレーザ光は、全反射させることがなく、Inが偏析した下地層中で散乱あるいは吸収され、あるいは又、凹部及び/又は凸部にて散乱(あるいは乱反射)され、あるいは又、下地層内部における空洞にて散乱され、進行方向がランダムになる。それ故、活性層に戻るレーザ光が少なくなり、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。そして、以上の結果として、FFPにおけるリップルの発生を確実に防止することができ、高性能の端面発光型半導体レーザ素子を提供することができる。また、端面発光型半導体レーザ素子の設計自由度が低下することもないし、n型化合物半導体層においてクラックや転位等の結晶欠陥が発生し易くなるといった問題が生じることもない。 Most of the laser light generated in the active layer is emitted from the end face of the light emitting portion to the outside, but part of the laser light is incident on the base layer or the substrate via the n-type compound semiconductor layer. In the present invention, In is segregated in the underlayer, or the underlayer has a recess and / or a protrusion, or the substrate surface is provided with a recess and / or a protrusion. Alternatively, a cavity is formed inside the underlayer. Therefore, the laser light that reaches the base layer or the substrate is not totally reflected, but is scattered or absorbed in the base layer in which In is segregated, or is scattered (or irregularly reflected) at the concave portion and / or the convex portion. Alternatively, it is scattered in the cavity inside the underlayer, and the traveling direction becomes random. Therefore, the amount of laser light returning to the active layer is reduced, and interference with the laser light emitted from the end face is suppressed. As a result, ripples in the FFP can be reliably prevented, and a high performance edge-emitting semiconductor laser device can be provided. In addition, the design freedom of the edge-emitting semiconductor laser element does not decrease, and there is no problem that crystal defects such as cracks and dislocations are likely to occur in the n-type compound semiconductor layer.
ここで、本発明の第1の態様において、Inが偏析している下地層の部分は、他の部分と比べて吸収係数が高く、レーザ光を多く吸収する。それ故、活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由して下地層に入射したレーザ光にあっては、Inが偏析している下地層の部分における反射状態と、他の部分における反射状態が異なるが故に、下地層中で散乱される。 Here, in the first aspect of the present invention, the portion of the underlayer in which In is segregated has a higher absorption coefficient than other portions and absorbs a lot of laser light. Therefore, in the laser light generated in the active layer and incident on the underlayer through the n-type compound semiconductor layer, the reflection state in the portion of the underlayer where In is segregated and the reflection in the other portion. Due to the different state, it is scattered in the underlayer.
また、本発明の第4の態様にあっては、下地層はInを含む化合物半導体層から成る。そして、下地層内部には空洞が形成されているが、係る空洞は、下地層を加熱することによってInを蒸発させることで、形成することができる。空洞の部分は、他の下地層の部分と比べて屈折率が低い。それ故、活性層において生成され、n型化合物半導体層及び基層を経由して下地層に入射したレーザ光は、他の部分よりも屈折率の低い空洞において散乱される。 In the fourth aspect of the present invention, the underlayer is made of a compound semiconductor layer containing In. A cavity is formed inside the base layer, and the cavity can be formed by evaporating In by heating the base layer. The cavity portion has a lower refractive index than other underlying layer portions. Therefore, the laser light generated in the active layer and incident on the base layer via the n-type compound semiconductor layer and the base layer is scattered in a cavity having a lower refractive index than other portions.
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
実施例1は、本発明の第1の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子(以下、『半導体レーザ素子』と略称する)、及び、本発明の第1の態様に係る半導体レーザ素子の製造方法に関する。実施例1の半導体レーザ素子の模式的な一部断面図を図1の(A)に図示する。 Example 1 is an edge-emitting semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention (hereinafter abbreviated as “semiconductor laser element”), and a method for manufacturing the semiconductor laser element according to the first aspect of the present invention. About. A schematic partial cross-sectional view of the semiconductor laser device of Example 1 is shown in FIG.
実施例1の半導体レーザ素子は、
(A)In(インジウム)を含む化合物半導体層から成る下地層112、並びに、
(B)n型化合物半導体層21、活性層23及びp型化合物半導体層22が、下地層112上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部20、
を備えている。
The semiconductor laser device of Example 1 is
(A) an underlayer 112 made of a compound semiconductor layer containing In (indium), and
(B) The
It has.
実施例1にあっては、具体的には、基板110はn型GaN基板から成り、下地層112を構成するInを含む化合物半導体層はInxGa(1-x)Nから成り(但し、x≦1)、n型化合物半導体層21は、下から、n型クラッド層21A及びn型ガイド層21Bから成り、活性層23は多重量子井戸構造[MQW構造]を有し、p型化合物半導体層22は、下から、p型ガイド層22B及びp型クラッド層22Aから成る。尚、下地層112は、基板110の上に形成されている。
In Example 1, specifically, the
そして、下地層112中にはIn(インジウム)が、ランダムに偏析している。実施例1の半導体レーザ素子にあっては、活性層23において生成され、n型化合物半導体層21を経由して下地層112に入射したレーザ光は、下地層112においてランダムに散乱及び/又は吸収されるが故に、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。より具体的には、Inが偏析している下地層112の部分112A(図1の(A)においては、模式的に、点線の白抜きの楕円形で示す)は、下地層112の他の部分112Bと比べて屈折率が高い。それ故、活性層23において生成され、n型化合物半導体層21を経由して下地層112に入射したレーザ光にあっては、Inが偏析している下地層の部分112Aを通過したレーザ光の進行方向に変化を受ける。それ故、係るレーザ光は、下地層112においてランダムに散乱されることとなる。
In the indium layer 112, In (indium) is segregated at random. In the semiconductor laser device of Example 1, laser light generated in the
以下、実施例1の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。 A method for manufacturing the semiconductor laser device of Example 1 will be described below.
尚、以下の実施例において、MOCVD法にて各種の化合物半導体層を結晶成長させるとき、例えば、窒素原料としてアンモニアガスを用い、ガリウム原料としてトリメチルガリウム(TMG)ガスあるいはトリエチルガリウム(TEG)ガスを用い、アルミニウム原料としてトリメチルアルミニウム(TMA)ガスを用い、In原料としてトリメチルインジウム(TMI)ガスを用い、シリコン原料としてモノシランガス(SiH4ガス)を用い、Mg源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスを用いればよい。 In the following examples, when various compound semiconductor layers are grown by MOCVD, for example, ammonia gas is used as a nitrogen source, and trimethyl gallium (TMG) gas or triethyl gallium (TEG) gas is used as a gallium source. Using trimethylaluminum (TMA) gas as the aluminum source, using trimethylindium (TMI) gas as the In source, using monosilane gas (SiH 4 gas) as the silicon source, and using cyclopentadienylmagnesium gas as the Mg source Good.
[工程−100]
基板110上に、Inを含む化合物半導体層から成る下地層112を形成する。具体的には、先ず、C面を主面とするn型GaN基板から成る基板110をMOCVD装置に搬入し、水素から成るキャリアガス中での基板クリーニングを行う。その後、基板温度を低下させて、MOCVD法に基づき、低温GaNから成るバッファ層111を基板110の上に結晶成長させる。次いで、厚さ0.2μm以上のアンドープあるいはn型のInxGa(1-x)N層から成る下地層112を、バッファ層111上に結晶成長させる。
[Step-100]
A base layer 112 made of a compound semiconductor layer containing In is formed on the
[工程−110]
実施例1にあっては、その後、電子線を照射することによって下地層112にエネルギーを与え、Inを偏析させる。具体的には、基板110をMOCVD装置から搬出して、電子線照射装置に搬入する。そして、1×105eV以上のエネルギーを有する電子線を、35A/cm2以上の照射量にて下地層112に照射する。その結果、下地層112においては、In(インジウム)が偏析する。
[Step-110]
In Example 1, energy is given to the base layer 112 by irradiating an electron beam thereafter, and In is segregated. Specifically, the
[工程−120]
その後、下地層112上に、n型化合物半導体層21、活性層23及びp型化合物半導体層22を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部20を得る。具体的には、基板を電子線照射装置から搬出して、再び、MOCVD装置に搬入する。そして、SiドープのGaN(GaN:Si)から成るn側コンタクト層24を結晶成長させ、続いて、n型AlGaN層から成るn型クラッド層21A、及び、n型不純物としてケイ素(Si)が添加されたn型GaN層から成るn型ガイド層21Bを、順次、結晶成長させることで、n型化合物半導体層21を得ることができる。その後、In0.2Ga0.8Nから成る井戸層、並びに、GaNから成る障壁層から構成された多重量子井戸構造を有する活性層23を、n型化合物半導体層21上に結晶成長させる。ここで、発光波長λは520nmである。その後、活性層23上に、p型不純物としてマグネシウム(Mg)が添加されたp型GaNから成るp型ガイド層22B、及び、p型不純物としてマグネシウム(Mg)が添加されたp型AlGaN層から成るp型クラッド層22Aを、順次、結晶成長させることでp型化合物半導体層22を得た後、p型不純物としてマグネシウム(Mg)が添加されたp型GaN層から成るp側コンタクト層25を結晶成長させる。
[Step-120]
Thereafter, the n-type
[工程−130]
こうして結晶成長を完了した後、窒素ガス雰囲気中で800゜C、10分間程度のアニール処理を行ってp型不純物(p型ドーパント)の活性化を行う。その後、p型化合物半導体層22に対して電流を狭窄するための領域を形成するために、ホウ素イオンや水素イオンのイオン注入を施し、イオン注入された領域を高抵抗領域化あるいは絶縁領域化する。あるいは又、RIE法等のエッチング技術に基づきストライプ構造を形成することによって電流狭窄を行ってもよい。
[Step-130]
After crystal growth is completed in this way, annealing is performed at 800 ° C. for about 10 minutes in a nitrogen gas atmosphere to activate the p-type impurity (p-type dopant). Thereafter, in order to form a region for confining current to the p-type
[工程−140]
次いで、通常の半導体レーザ素子のウェハプロセス、チップ化工程と同様に、保護膜(図示せず)の形成、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程、金属蒸着による基板110の裏面における第1電極31の形成、第2化合物半導体層22の頂面上(具体的には、p側コンタクト層25上)における第2電極32の形成を実行し、更に、劈開処理、ダイシングによりチップ化を行い、樹脂モールド、パッケージ化を行うことで、実施例1の半導体レーザ素子を作製することができる。
[Step-140]
Next, in the same manner as a normal semiconductor laser device wafer process and chip forming process, formation of a protective film (not shown), photolithography process and etching process, formation of the
尚、[工程−110]を実行する代わりに、基板をMOCVD装置から搬出して、加熱炉に搬入する。そして、1気圧の窒素ガス雰囲気中で、750゜C乃至1000゜Cにて、5分間乃至1時間の加熱処理を行う。これによっても、下地層112中において、Inを偏析させることができる。 Instead of performing [Step-110], the substrate is unloaded from the MOCVD apparatus and loaded into a heating furnace. Then, heat treatment is performed at 750 ° C. to 1000 ° C. for 5 minutes to 1 hour in a nitrogen gas atmosphere of 1 atm. Also by this, In can be segregated in the underlayer 112.
あるいは又、[工程−110]の実行を省略し、[工程−110]の代わりに、[工程−130]と同様の工程において、1気圧の窒素ガス雰囲気中で、750゜C乃至1000゜Cにて、5分間乃至1時間の加熱処理を行う。これによっても、下地層112中において、Inを偏析させることができる。 Alternatively, the execution of [Step-110] is omitted, and instead of [Step-110], in the same process as [Step-130], in a nitrogen gas atmosphere at 1 atm, 750 ° C. to 1000 ° C. Then, heat treatment is performed for 5 minutes to 1 hour. Also by this, In can be segregated in the underlayer 112.
また、場合によっては、メサ構造を有する半導体レーザ素子とすることもできる。具体的には、例えば、基板110’としてサファイア基板を使用し、[工程−140]において、p側コンタクト層25、p型化合物半導体層22、活性層23、及び、n型化合物半導体層21、並びに、n側コンタクト層24の一部をエッチングすることで、n側コンタクト層24の一部を露出させる。そして、露出したn側コンタクト層24の部分に第1電極31を形成し、p型化合物半導体層22の頂面上(具体的には、p側コンタクト層25上)に第2電極32を形成する。こうして、図1の(B)に模式的な一部断面図を示す構造を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
In some cases, a semiconductor laser element having a mesa structure may be used. Specifically, for example, a sapphire substrate is used as the
また、図2の(A)の概念図の右側に示すように、場合によっては、端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピーク(光場の中心)は、n型化合物半導体層内に位置する構成とすることができる。具体的には、例えば、p型化合物半導体層22の厚さを、n型化合物半導体層21の厚さよりも薄くする(図2の(B)の半導体レーザ素子の模式的な一部断面図を参照)。尚、図2の(A)の概念図の左側には、端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピークが活性層内に位置する、従来の半導体レーザ素子の発光状態を示す。一般に、光の損失は、n型化合物半導体層21におけるよりもp型化合物半導体層22における方が大きい。また、Inを含む活性層23において大きい。従って、端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピークをn型化合物半導体層21の端面に位置させる構成とすることで、活性層23において生成したレーザ光の化合物半導体層における損失を少なくすることができるし、CODに対する耐性の向上を図ることができる。加えて、通常、p型化合物半導体層22はn型化合物半導体層21よりも高抵抗であるが故に、p型化合物半導体層22の厚さをn型化合物半導体層21の厚さよりも薄くすることで、p型化合物半導体層22における発熱を抑制することができ、半導体レーザ素子の低電圧駆動、低発熱化を達成することができる。そして、以上の結果として、半導体レーザ素子を提供することができる。また、n型化合物半導体層22におけるAl(アルミニウム)の含有率の低減を図ることが可能となり、発光部全体の歪みを低減することができる結果、端面発光型半導体レーザ素子の長寿命化を達成することができる。尚、このようなn型化合物半導体層21及びp型化合物半導体層22の構成、構造は、後述する実施例2〜実施例4の半導体レーザ素子にも適用することができる。
Further, as shown on the right side of the conceptual diagram of FIG. 2A, in some cases, the maximum light intensity peak (center of the light field) in the light intensity distribution of the laser light emitted from the end face is an n-type compound semiconductor. It can be configured to be located in a layer. Specifically, for example, the thickness of the p-type
実施例2は、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ素子、及び、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ素子の製造方法に関する。実施例2の半導体レーザ素子の模式的な一部断面図を図3の(A)に図示する。 Example 2 relates to a semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention and a method for manufacturing the semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention. A schematic partial sectional view of the semiconductor laser device of Example 2 is shown in FIG.
実施例2の半導体レーザ素子は、
(A)化合物半導体層から成り、凹部及び/又は凸部212Aを有する下地層212、並びに、
(B)n型化合物半導体層21、活性層23及びp型化合物半導体層22が、下地層212上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部20、
を備えている。そして、活性層23において生成され、n型化合物半導体層21を経由してn型化合物半導体層21と下地層212との界面に到達したレーザ光は、下地層212の凹部及び/又は凸部212Aにおいて散乱及び/又は吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。
The semiconductor laser device of Example 2 is
(A) A
(B) The
It has. The laser light generated in the
より具体的には、実施例2にあっては、凹部及び/又は凸部212Aは、下地層212の表面から突出した不連続な凸部(具体的には、切頭四角錐)である。即ち、図4の(A)に模式的な部分的斜視図を示すように、実施例2にあっては、切頭四角錐の形状を有する島状の凸部が、下地層212の表面から突出している。尚、下地層212は、基板210の上に形成されている。尚、凹部及び/又は凸部212Aは、図面においては規則性を有するように描かれているが、1つの半導体レーザ素子内においては、ランダムに配置、配列されるように形成することが望ましい。
More specifically, in Example 2, the recesses and / or
以下、実施例2の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor laser device of Example 2 will be described.
[工程−200]
基板210上に、凹部及び/又は凸部212Aを有する化合物半導体層から成る下地層212を形成する。具体的には、先ず、実施例1の[工程−100]と同様にして、基板210のクリーニング及びバッファ層211を基板210の上に結晶成長させる。次いで、BAlGaInNで構成される結晶から成る下地層212を結晶成長させる。
[Step-200]
On the
[工程−210]
その後、下地層212の表面をエッチングすることによって、島状の凸部(切頭四角錐)から成る凹部及び/又は凸部212Aを下地層212に形成する(図4の(A)参照)。具体的には、スパッタリング法及びリソグラフィ技術に基づき図示しないエッチング用マスクを形成し、下地層212をエッチングした後、エッチング用マスクを除去することで、下地層212の表面が島状の凸状にエッチングされる。
[Step-210]
After that, by etching the surface of the
[工程−220]
その後、下地層212上に、n型化合物半導体層21、活性層23及びp型化合物半導体層22を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部20を得る。具体的には、BAlGaInNで構成される結晶から成るキャップ層(図示せず)を下地層212上に結晶成長させ、次いで、実施例1の[工程−120]と同様にして、n側コンタクト層24、n型クラッド層21A及びn型ガイド層21Bから成る第1化合物半導体層21、活性層23、p型ガイド層22B及びp型クラッド層22Aから成る第2化合物半導体層22、p側コンタクト層25を、順次、結晶成長させる。
[Step-220]
Thereafter, the n-type
[工程−230]
次いで、実施例1の[工程−130]及び[工程−140]と同様の工程を実行することで、実施例2の半導体レーザ素子を得ることができる。
[Step-230]
Next, by performing the same steps as [Step-130] and [Step-140] of Example 1, the semiconductor laser device of Example 2 can be obtained.
尚、[工程−210]において、図4の(B)に模式的な部分的斜視図を示すように、下地層212の表面から凹んだ不連続な凹部(具体的には、切頭四角錐が反転されたような凹部)を形成してもよいし、図5の(A)に模式的な部分的斜視図を示すように、四角錐(ピラミッド形状)が連続した凹凸部を形成することもできる。 In [Step-210], as shown in the schematic partial perspective view of FIG. 4B, a discontinuous recess (specifically, a truncated quadrangular pyramid that is recessed from the surface of the base layer 212). May be formed, or as shown in a schematic partial perspective view in FIG. 5A, a concave-convex portion in which a quadrangular pyramid (pyramid shape) is continuous is formed. You can also.
場合によっては、実施例2においても、実施例1と同様に、メサ構造を有する半導体レーザ素子とすることもできる。具体的には、例えば、基板210’としてサファイア基板を使用し、[工程−140]と同様の工程において、p側コンタクト層25、p型化合物半導体層22、活性層23、及び、n型化合物半導体層21、並びに、n側コンタクト層24の一部をエッチングすることで、n側コンタクト層24の一部を露出させる。そして、露出したn側コンタクト層24の部分に第1電極31を形成し、p型化合物半導体層22の頂面上(具体的には、p側コンタクト層25上)に第2電極32を形成する。こうして、図3の(B)に模式的な一部断面図を示す構造を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
In some cases, the semiconductor laser device having the mesa structure can be used in the second embodiment as in the first embodiment. Specifically, for example, a sapphire substrate is used as the
あるいは又、[工程−200]において、図6の(A)に模式的な一部断面図を示すように、基板210上に(より具体的には、バッファ層211上に)、底部に基板210の表面が露出した開口部を有し、SiO2から成る選択成長用マスク層230を周知のスパッタリング技術、リソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき形成し、次いで、露出した基板210上に(より具体的には、バッファ層211上に)、下地層212を形成する(選択成長させる)ことで、凹部及び/又は凸部212Aを有する下地層212を得ることもできる(図6の(B)参照)。
Alternatively, in [Step-200], as shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG. 6A, the substrate is formed on the substrate 210 (more specifically, on the buffer layer 211) and the substrate on the bottom. A selective
あるいは又、[工程−200]において、図7の(A)に模式的な一部断面図を示すように、基板210上に(より具体的には、バッファ層211上に)第1下地層213を形成した後、第1下地層213上に、底部に第1下地層213の表面が露出した開口部を有する選択成長用マスク層231を周知のスパッタリング技術、リソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき形成し、次いで、露出した第1下地層213上に第2下地層214を形成する(選択成長させる)ことで、第1下地層213と第2下地層214の2層構造を有し、凹部及び/又は凸部212Aを有する下地層を得ることもできる(図7の(B)参照)。
Alternatively, in [Step-200], the first underlayer is formed on the substrate 210 (more specifically, on the buffer layer 211) as shown in a schematic partial sectional view in FIG. After forming 213, a selective
場合によっては、[工程−200]において、基板210上に(より具体的には、バッファ層211上に)下地層を結晶成長させるだけで、凸部を有する下地層を得ることもできる。 In some cases, in [Step-200], it is also possible to obtain a ground layer having a convex portion only by crystal growth of the ground layer on the substrate 210 (more specifically, on the buffer layer 211).
実施例3は、本発明の第3の態様に係る半導体レーザ素子、及び、本発明の第3の態様に係る半導体レーザ素子の製造方法に関する。実施例3の半導体レーザ素子の模式的な一部断面図を図8の(A)に図示する。 Example 3 relates to a semiconductor laser device according to the third aspect of the present invention and a method for manufacturing the semiconductor laser device according to the third aspect of the present invention. A schematic partial cross-sectional view of the semiconductor laser device of Example 3 is shown in FIG.
実施例3の半導体レーザ素子は、
(A)表面に、凹部及び/又は凸部310Aが設けられた基板310、並びに、
(B)n型化合物半導体層21、活性層23及びp型化合物半導体層22が、基板310上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部20、
を備えている。そして、活性層23において生成され、n型化合物半導体層21を経由して基板310の表面に到達したレーザ光は、基板310の表面の凹部及び/又は凸部310Aにおいて散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。
The semiconductor laser device of Example 3 is
(A) Substrate 310 provided with concave and / or
(B) The
It has. Then, the laser light generated in the
より具体的には、実施例3にあっては、凹部及び/又は凸部310Aは、基板310の表面から突出した不連続な凸部(具体的には、切頭六角錐)である。即ち、図5の(B)に模式的な部分的斜視図を示すように、実施例3にあっては、切頭六角錐の形状を有する島状の凸部が、基板310の表面から突出している。凹部及び/又は凸部310Aは、図面においては規則性を有するように描かれているが、1つの半導体レーザ素子内においては、ランダムに配置、配列されるように形成することが望ましい。
More specifically, in Example 3, the recesses and / or projections 310 </ b> A are discontinuous projections (specifically, truncated hexagonal pyramids) protruding from the surface of the substrate 310. That is, as shown in a schematic partial perspective view in FIG. 5B, in Example 3, the island-shaped convex portion having a truncated hexagonal pyramid shape protrudes from the surface of the substrate 310. ing. The recesses and / or
以下、実施例3の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。 A method for manufacturing the semiconductor laser device of Example 3 will be described below.
[工程−300]
先ず、n型GaNから成る基板310の表面をエッチングすることによって、島状の凸部から成る凹部及び/又は凸部310Aを基板310の表面に形成する。具体的には、スパッタリング法及びリソグラフィ技術に基づき図示しないエッチング用マスクを形成し、基板310をエッチングした後、エッチング用マスクを除去することで、基板310の表面が島状の凸状にエッチングされる。
[Step-300]
First, by etching the surface of the substrate 310 made of n-type GaN, recesses and / or
[工程−310]
その後、基板310上に、n型化合物半導体層21、活性層23及びp型化合物半導体層22を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部20を得る。具体的には、GaNから成るバッファ層311を基板310上に結晶成長させ、次いで、実施例2の[工程−220]と同様にして、バッファ層311上にキャップ層(図示せず)を結晶成長させ、次いで、実施例1の[工程−120]と同様にして、n側コンタクト層24、n型クラッド層21A及びn型ガイド層21Bから成る第1化合物半導体層21、活性層23、p型ガイド層22B及びp型クラッド層22Aから成る第2化合物半導体層22、p側コンタクト層25を、順次、結晶成長させる。
[Step-310]
Thereafter, the n-type
[工程−320]
次いで、実施例1の[工程−130]及び[工程−140]と同様の工程を実行することで、実施例3の半導体レーザ素子を得ることができる。
[Step-320]
Next, by performing the same steps as [Step-130] and [Step-140] of Example 1, the semiconductor laser device of Example 3 can be obtained.
場合によっては、実施例3においても、実施例1と同様に、メサ構造を有する半導体レーザ素子とすることもできる。具体的には、例えば、基板310’としてサファイア基板を使用し、[工程−140]と同様の工程において、p側コンタクト層25、p型化合物半導体層22、活性層23、及び、n型化合物半導体層21、並びに、n側コンタクト層24の一部をエッチングすることで、n側コンタクト層24の一部を露出させる。そして、露出したn側コンタクト層24の部分に第1電極31を形成し、p型化合物半導体層22の頂面上(具体的には、p側コンタクト層25上)に第2電極32を形成する。こうして、図8の(B)に模式的な一部断面図を示す構造を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
In some cases, the semiconductor laser device having the mesa structure can be used in the third embodiment as well as the first embodiment. Specifically, for example, a sapphire substrate is used as the substrate 310 ′, and in the same step as [Step-140], the p-
実施例4は、本発明の第4の態様に係る半導体レーザ素子、及び、本発明の第4の態様に係る半導体レーザ素子の製造方法に関する。実施例4の半導体レーザ素子の模式的な一部断面図を図9の(A)に図示する。 Example 4 relates to a semiconductor laser device according to the fourth aspect of the present invention and a method for manufacturing the semiconductor laser device according to the fourth aspect of the present invention. A schematic partial cross-sectional view of the semiconductor laser device of Example 4 is shown in FIG.
実施例4の半導体レーザ素子は、
(A)In(インジウム)を含む化合物半導体層から成る下地層412、及び、n型化合物半導体層から成る基層(具体的には、キャップ層414)、並びに、
(B)n型化合物半導体層21、活性層23及びp型化合物半導体層22が、基層(キャップ層414)上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部20、
を備えている。そして、下地層412の内部には空洞413が形成されており、活性層23において生成され、n型化合物半導体層21及び基層(キャップ層414)を経由して下地層412に入射したレーザ光は、下地層412の内部の空洞413において散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。尚、下地層412は、基板410の上に形成されている。
The semiconductor laser device of Example 4 is
(A) a base layer 412 made of a compound semiconductor layer containing In (indium), a base layer made of an n-type compound semiconductor layer (specifically, a cap layer 414), and
(B) The
It has. A
以下、実施例4の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。 A method for manufacturing the semiconductor laser device of Example 4 will be described below.
[工程−400]
先ず、基板410上に、Inを含む化合物半導体層から成る下地層412を形成する。具体的には、先ず、実施例1の[工程−100]と同様にして、n型GaN基板から成る基板410をMOCVD装置に搬入し、水素から成るキャリアガス中での基板クリーニングを行う。その後、n型GaNから成る厚さ1μm程度のバッファ層411を基板410の上に結晶成長させる。次いで、厚さ0.2μm以上のアンドープあるいはn型のInxGa(1-x)N層から成る下地層412(但し、x>0)を結晶成長させ、続いて、BAlGaInNで構成される結晶から成るキャップ層(基層)414を結晶成長させる。
[Step-400]
First, a base layer 412 made of a compound semiconductor layer containing In is formed on the substrate 410. Specifically, first, as in [Step-100] of Example 1, the substrate 410 made of an n-type GaN substrate is carried into an MOCVD apparatus, and the substrate is cleaned in a carrier gas made of hydrogen. Thereafter, a buffer layer 411 made of n-type GaN and having a thickness of about 1 μm is grown on the substrate 410. Next, a base layer 412 (provided that x> 0) made of an undoped or n-type In x Ga (1-x) N layer having a thickness of 0.2 μm or more is grown, and then a crystal composed of BAlGaInN is grown. A cap layer (base layer) 414 made of crystal is grown.
[工程−410]
その後、水素ガス雰囲気下、又は、アンモニアガス雰囲気下、又は、水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下で加熱することで、下地層412の内部に空洞413を形成する。具体的には、1気圧あるいはそれよりも低圧の水素ガス雰囲気下、又は、アンモニアガス雰囲気下、又は、水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下で、750゜C乃至1200゜Cにて、5分間乃至1時間加熱すればよい。その結果、下地層412においては、In(インジウム)がキャップ層(基層)414を介して蒸発し、下地層412の内部に空洞413が形成される。
[Step-410]
After that, the
[工程−420]
次いで、キャップ層(基層)414上に、n型化合物半導体層21、活性層23及びp型化合物半導体層22を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部20を得る。具体的には、実施例1の[工程−120]と同様にして、キャップ層414上に、n側コンタクト層24、n型クラッド層21A及びn型ガイド層21Bから成る第1化合物半導体層21、活性層23、p型ガイド層22B及びp型クラッド層22Aから成る第2化合物半導体層22、p側コンタクト層25を、順次、結晶成長させる。
[Step-420]
Next, the n-type
[工程−430]
次いで、実施例1の[工程−130]及び[工程−140]と同様の工程を実行することで、実施例3の半導体レーザ素子を得ることができる。
[Step-430]
Next, by performing the same steps as [Step-130] and [Step-140] of Example 1, the semiconductor laser device of Example 3 can be obtained.
場合によっては、実施例4においても、実施例1と同様に、メサ構造を有する半導体レーザ素子とすることもできる。具体的には、例えば、基板410’としてサファイア基板を使用し、[工程−140]と同様の工程において、p側コンタクト層25、p型化合物半導体層22、活性層23、及び、n型化合物半導体層21、並びに、n側コンタクト層24の一部をエッチングすることで、n側コンタクト層24の一部を露出させる。そして、露出したn側コンタクト層24の部分に第1電極31を形成し、p型化合物半導体層22の頂面上(具体的には、p側コンタクト層25上)に第2電極32を形成する。こうして、図9の(B)に模式的な一部断面図を示す構造を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
In some cases, the semiconductor laser device having the mesa structure may be used in the fourth embodiment as in the first embodiment. Specifically, for example, a sapphire substrate is used as the substrate 410 ′, and in the same step as [Step-140], the p-
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した端面発光型半導体レーザ素子の構成、構造、発光部の構成、構造、端面発光型半導体レーザ素子を構成する材料、端面発光型半導体レーザ素子の製造条件等は例示であり、適宜変更することができる。例えば、実施例において説明した端面発光型半導体レーザ素子においては、端面発光型半導体レーザ素子の最終形態として基板上に形成されている形態を挙げたが、代替的に、基板を研磨やエッチングすることで除去し、露出した下地層等に第1電極31を形成する構造とすることもできる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The configuration, structure, structure of the light emitting section, structure, material constituting the edge emitting semiconductor laser element, manufacturing conditions for the edge emitting semiconductor laser element, etc. described in the embodiments are examples, Can be changed. For example, in the edge-emitting semiconductor laser device described in the embodiments, the final form of the edge-emitting semiconductor laser device is described as being formed on the substrate. Alternatively, the substrate is polished or etched. Alternatively, the
110,110’,210,210’,310,310’,410,410’・・・基板、111,211,311,411・・・バッファ層、112,212,312,412・・・下地層、112A・・・Inが偏析している下地層の部分、112B・・・下地層の他の部分、20・・・発光部、21・・・n型化合物半導体層、21A・・・n型クラッド層、21B・・・n型ガイド層、22・・・p型化合物半導体層、22A・・・p型クラッド層、22B・・・p型ガイド層、23・・・活性層、24・・・n側コンタクト層、25・・・p側コンタクト層、31・・・第1電極(n側電極)、32・・・第2電極(p側電極)、212A,310A・・・凹部及び/又は凸部、213・・・第1下地層、214・・・第2下地層、230・・・選択成長用マスク層、413・・・空洞、414・・・基層(キャップ層)
110, 110 ', 210, 210', 310, 310 ', 410, 410' ... substrate, 111, 211, 311, 411 ... buffer layer, 112, 212, 312, 412 ... underlayer, 112A: a portion of the underlayer on which In is segregated, 112B ... other portions of the underlayer, 20 ... a light emitting portion, 21 ... an n-type compound semiconductor layer, 21A ... an n-type cladding Layer, 21B ... n-type guide layer, 22 ... p-type compound semiconductor layer, 22A ... p-type cladding layer, 22B ... p-type guide layer, 23 ... active layer, 24 ... n-side contact layer, 25... p-side contact layer, 31... first electrode (n-side electrode), 32... second electrode (p-side electrode), 212 A, 310 A. Convex part, 213... First underlayer, 214...
Claims (20)
(B)n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層が、下地層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
下地層中にはInが偏析している端面発光型半導体レーザ素子。 (A) an underlayer composed of a compound semiconductor layer containing In, and
(B) a light-emitting unit composed of a stacked structure in which an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on a base layer;
With
An edge-emitting semiconductor laser device in which In is segregated in the underlayer.
(B)n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層が、下地層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由してn型化合物半導体層と下地層との界面に到達したレーザ光は、下地層の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子。 (A) An underlayer comprising a compound semiconductor layer, having a recess, or a protrusion, or a combination of a recess and a protrusion, and
(B) a light-emitting unit composed of a stacked structure in which an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on a base layer;
With
The laser light generated in the active layer and having reached the interface between the n-type compound semiconductor layer and the base layer via the n-type compound semiconductor layer is a concave portion of the base layer, or a convex portion, or a concave portion and a convex portion. An edge-emitting semiconductor laser device in which interference with a laser beam emitted from an end face is suppressed by being scattered, absorbed, or scattered and absorbed in combination.
(B)n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層が、基板上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由して基板表面に到達したレーザ光は、基板表面の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子。 (A) A substrate provided with a concave portion or a convex portion, or a combination of a concave portion and a convex portion on the surface, and
(B) a light-emitting unit composed of a stacked structure in which an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate;
With
The laser light generated in the active layer and reaching the substrate surface via the n-type compound semiconductor layer is scattered in the concave portion of the substrate surface, or the convex portion, or the combination of the concave portion and the convex portion. An edge-emitting semiconductor laser device in which interference with laser light emitted from the surface is suppressed.
(B)n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層が、基層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
下地層内部には空洞が形成されており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層及び基層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層内部の空洞において散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子。 (A) a base layer composed of a compound semiconductor layer containing In, a base layer composed of an n-type compound semiconductor layer, and
(B) a light-emitting unit composed of a stacked structure in which an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on a base layer;
With
A cavity is formed inside the underlayer,
The laser light generated in the active layer and incident on the underlayer through the n-type compound semiconductor layer and the base layer is scattered in the cavity inside the underlayer, and thus interferes with the laser light emitted from the end surface. An edge-emitting semiconductor laser device in which the generation is suppressed.
(b)下地層上に、n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備え、更に、
下地層にエネルギーを与えてInを偏析させる工程を備えている端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。 (A) forming a base layer made of a compound semiconductor layer containing In on a substrate;
(B) An n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on the base layer to obtain a light-emitting portion configured from a stacked structure.
With each process,
A method of manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device comprising a step of segregating In by applying energy to an underlayer.
(b)下地層上に、n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備えており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由してn型化合物半導体層と下地層との界面に到達したレーザ光は、下地層の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。 (A) On the substrate, a base layer made of a compound semiconductor layer having a concave portion, a convex portion, or a combination of the concave portion and the convex portion is formed;
(B) An n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked on the base layer to obtain a light-emitting portion configured from a stacked structure.
It has each process,
The laser light generated in the active layer and having reached the interface between the n-type compound semiconductor layer and the base layer via the n-type compound semiconductor layer is a concave portion of the base layer, or a convex portion, or a concave portion and a convex portion. A method of manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device in which interference with a laser beam emitted from an end face is suppressed by being scattered or absorbed in a combination or scattered and absorbed.
(b)基板上に、n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備えており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層を経由して基板表面に到達したレーザ光は、基板表面の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。 (A) After providing a concave portion, a convex portion, or a combination of a concave portion and a convex portion on the surface of the substrate,
(B) On the substrate, an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked to obtain a light emitting unit configured from a stacked structure.
It has each process,
The laser light generated in the active layer and reaching the substrate surface via the n-type compound semiconductor layer is scattered in the concave portion of the substrate surface, or the convex portion, or the combination of the concave portion and the convex portion. A method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device in which interference with laser light emitted from the surface is suppressed.
(b)水素ガス雰囲気下、又は、アンモニアガス雰囲気下、又は、水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下で加熱することで、下地層内部に空洞を形成し、次いで、
(c)基層上に、n型化合物半導体層、活性層及びp型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備えており、
活性層において生成され、n型化合物半導体層及び基層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層内部の空洞において散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。 (A) After forming a base layer made of a compound semiconductor layer containing In and a base layer made of an n-type compound semiconductor layer on a substrate,
(B) A cavity is formed inside the underlayer by heating in a hydrogen gas atmosphere, an ammonia gas atmosphere, or a hydrogen gas and ammonia gas atmosphere,
(C) On the base layer, an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer are sequentially stacked to obtain a light-emitting portion configured from a stacked structure.
It has each process,
The laser light generated in the active layer and incident on the underlayer through the n-type compound semiconductor layer and the base layer is scattered in the cavity inside the underlayer, and thus interferes with the laser light emitted from the end surface. For manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device in which the generation of light is suppressed.
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| US10460952B2 (en) | 2013-05-01 | 2019-10-29 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Stress relieving semiconductor layer |
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2008
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