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半導体レーザ及びその製造方法 新技術説明会

国内特許コード P03A003418
掲載日 2004年2月24日
出願番号 特願2000-082580
公開番号 特開2001-274512
登録番号 特許第3449546号
出願日 平成12年3月23日(2000.3.23)
公開日 平成13年10月5日(2001.10.5)
登録日 平成15年7月11日(2003.7.11)
発明者
  • 天野 浩
  • 赤崎 勇
  • 上山 智
出願人
  • 学校法人名城大学
発明の名称 半導体レーザ及びその製造方法 新技術説明会
発明の概要 半導体レーザの製造歩留まりを向上すべく、新規な構造の半導体レーザ及びその製造方法を提供する。 サファイア基板上に、バッファ層、第1のコンタクト層、第1のクラッド層、第1の光ガイド層、活性層、キャップ層、第2の光ガイド層、第2のクラッド層、及び第2のコンタクト層を順次形成する。そして、第1のクラッド層をメサストライプ形状とするとともに、第1のクラッド層の両側において、その側面の全体を覆うようにして電流ブロック層106を形成する。メサストライプ状のと、それ以外の部分で、電流ブロック層の膜圧の相違によって、実効屈折率差を得る事ができて、高精度なエッチング技術を用いずに、安定した半導体レーザーの製造が可能になる。
従来技術、競合技術の概要 光ディスク装置などに用いる半導体レーザは、長寿命、低しきい値電流動作は当然として、その他に安定な単一横モード動作、低非点隔差、低雑音、低アスペクト比等が求められている。現状ではこれら全ての特性を満たす400nm帯半導体レーザは実現されていない。従来、単一横モード型のGaN系半導体レーザとして、図3に示すようなリッジ導波路型構造が用いられている。このリッジ導波路型構造は、以下のようにして作製する。最初に、サファイア基板201上に第1の結晶成長によりGaN半導体層からなるバッファ層202、n-GaN半導体層からなる第1のコンタクト層203、n-AlGaN半導体層からなる第1のクラッド層204、n-GaN半導体層からなる第1の光ガイド層205、Ga1-XInN/Ga1-YInN(0<Y<X<1)半導体層からなる多重量子井戸活性層206、p-AIGaN半導体層からなるキャップ層207、p-GaN半導体層からなる第2の光ガイド層208、p―AlGaN半導体層からなる第2クラッド層209、及びp-GaN半導体層からなる第2のコンタクト層210を順次形成する。続いて、例えばClガスを用いた反応性イオンエッチングにより、第2のクラッド層209及び第2のコンタクト層21を積層方向において部分的に除去することによって、リッジストライプ211を形成する。リッジストライプ211以外の表面には、例えばSiOから成る絶縁膜212を形成する。これによって、リッジストライプ211との屈折率差が生じ、また電気的な絶縁を確保することができる。そして、リッジストライプ211上に例えばNi/Auから成るp電極213を形成するとともに、第1のコンタクト層203の一部を厚さ方向に部分的にエッチングして得た表面に、例えばTiAlから成るn電極214を形成する。このようにして得たリッジ導波路型GaN系半導体レーザにおいて、n電極214を接地し、P電極213に電圧を印可すると、活性層206に向かってp電極213側からホールが、またn電極214側から電子が注入される。その結果、活性層206内で光学利得を生じ、レーザ発振を起こす。また、リッジストライプ211においては、積層方向と垂直な方向に屈折率差を有する屈折率導波構造を呈しているので、光学モードは単一横モードとなって安定する。また、非点隔差も比較的小さくなるので、高性能の半導体レーザを実現できる。
産業上の利用分野 半導体レーザ及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、大容量光ディスク装置及びレーザビームプリンタなどに好適に用いることのできる半導体レーザ及びその製造方法
特許請求の範囲 【請求項1】 基板上に、第1のコンタクト層と、第1のクラッド層と、第1の光ガイド層と、活性層と、キャップ層と、第2の光ガイド層と、第2のクラッド層と、第2のコンタクト層とがこの順に積層されてなる半導体レーザであって、前記第1のクラッド層はメサストライプ形状を呈し、前記第1のクラッド層の両側において、この第1のクラッド層の側面全体を覆うように電流ブロック層を具えるとともに、前記電流ブロック層は階段形状を呈し、前記各層の積層方向と垂直な方向において、前記電流ブロック層の前記第1のクラッド層から離隔した部分の高さが、前記電流ブロック層の前記第1のクラッド層に近接した部分の高さよりも低くなっているとともに、前記第1のクラッド層の上面の高さと前記電流ブロック層の前記第1のクラッド層に近接した部分の上面の高さとがほぼ等しくなっており、前記活性層は、互いにほぼ等しい高さを有する、前記第1のクラッド層の上面と前記電流ブロック層の前記近接した部分の上面とに対応した平坦部を有するとともに、前記各層の積層方向と垂直な方向において、前記電流ブロック層の階段形状に対応し、前記平坦部から外方に向かって下方に屈曲していることを特徴とする、単一横モード型のGaN系半導体レーザ。
【請求項2】 前記第1のコンタクト層、前記第1のクラッド層、及び前記第1の光ガイド層はN型半導体層から構成され、前記キャップ層、前記第2の光ガイド層、前記第2のクラッド層、及び前記第2のコンタクト層はP型半導体層から構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のGaN系半導体レーザ。
【請求項3】 前記電流ブロック層はGaNから構成され、前記第1のクラッド層はAlGa1-XN(X>0)から構成されたことを特徴とする、請求項1又は2に記載のGaN系半導体レーザ。
【請求項4】 前記基板と前記第1のコンタクト層との間に、バッファ層を設けたことを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載のGaN系半導体レーザ。
【請求項5】 基板上に、第1のコンタクト層と、第1のクラッド層と、第1の光ガイド層と、活性層と、キャップ層と、第2の光ガイド層と、第2のクラッド層と、第2のコンタクト層とがこの順に積層されてなるGaN系半導体レーザの製造方法であって、前記第1のクラッド層を厚さ方向の全体に亘って部分的に除去するとともに、前記第1のコンタクト層を厚さ方向の一部において部分的に除去することにより、前記第1のクラッド層と前記第1のコンタクト層の一部とからなるメサストライプ構造を自己形成的に形成し、前記第1のコンタクト層上において前記メサストライプ構造の全体を覆うようにして電流ブロック層を形成するとともに、この電流ブロック層を加熱することによってマストランスポートを生じさせ、前記電流ブロック層の前記メサストライプ構造上に形成された部分を除去するようにしたことを特徴とする、GaN系半導体レーザの製造方法。
【請求項6】 前記電流ブロック層の加熱によるマストランスポートによって、前記メサストライプ構造の上面の高さと前記電流ブロック層のメサストライプ構造に近接した部分の高さとをほぼ等しくするとともに、前記各層の積層方向と垂直な方向において、前記電流ブロック層の前記メサストライプ構造から離隔した部分の高さを前記電流ブロック層の前記メサストライプ構造に近接した部分の高さよりも低くし、前記電流ブロック層が階段形状を呈するようにしたことを特徴とする、請求項5に記載のGaN系半導体レーザの製造方法。
【請求項7】 前記活性層は、前記メサストライプ構造の上面と前記電流ブロック層の前記メサストライプ構造に近接した部分の上面とに対応した平坦部を有するとともに、前記電流ブロック層の階段形状に対応し、前記各層の積層方向と垂直な方向において、前記平坦部から外方に向かって下方に屈曲するように形成したことを特徴とする、請求項6に記載のGaN系半導体レーザの製造方法。
【請求項8】 前記電流ブロック層の加熱は、900~1200℃で行うことを特徴とする、請求項5~7のいずれか一に記載のGaN系半導体レーザの製造方法。
【請求項9】 前記第1のコンタクト層、前記第1のクラッド層、及び前記第1の光ガイド層はN型半導体層から構成され、前記キャップ層、前記第2の光ガイド層、前記第2のクラッド層、及び前記第2のコンタクト層はP型半導体層から構成されていることを特徴とする、請求項5~8のいずれか一に記載のGaN系半導体レーザの製造方法。
【請求項10】 前記メサストライプ構造を構成する前記第1のクラッド層はAlGaN半導体層からなるとともに、前記電流ブロック層はGaN半導体層からなり、前記第1のクラッド層を構成する前記AlGaN半導体層中におけるAlNのモル分率が4~10%であることを特徴とする、請求項9に記載のGaN系半導体レーザの製造方法。
【請求項11】 前記基板と前記第1のコンタクト層との間に、バッファ層を形成することを特徴とする、請求項5~10のいずれか一に記載のGaN系半導体レーザの製造方法。
産業区分
  • 固体素子
  • 電子応用機器
  • 入出力装置
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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