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半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法 新技術説明会

国内特許コード P03A003419
掲載日 2004年2月24日
出願番号 特願2000-198829
公開番号 特開2002-016321
登録番号 特許第3455500号
出願日 平成12年6月30日(2000.6.30)
公開日 平成14年1月18日(2002.1.18)
登録日 平成15年7月25日(2003.7.25)
発明者
  • 赤崎 勇
  • 天野 浩
  • 上山 智
  • 岩谷 素顕
  • 中村 亮
出願人
  • 学校法人名城大学
発明の名称 半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法 新技術説明会
発明の概要 短波長から長波長まで、発振波長の自由度に優れた半導体レーザを、動作時の特性劣化を生じることなく、長期信頼性の下に提供する。第1のコンタクト層に、半導体レーザの長手方向と略平行に凹部を形成する。そして、多結晶中間層を介して凹部に起因した段差を埋めるように第1のクラッド層を形成する。次いで、第1のクラッド層上に、第1の光ガイド層、活性層、第2の光ガイド層、第2のクラッド層、第2のコンタクト層を順次形成する。さらに、p電極及びn電極を形成する。これによって、格子不整合の回避や、長手方向の凹部上に形成されるクラッド層の結晶性の向上により、安定した半導体レーザを提供できる。
従来技術、競合技術の概要 近年、デジタルビデオディスク等の大容量光ディスク装置が実用化され、今後さらに大容量化が進められようとしている。光ディスク装置の大容量化のためには、よく知られるように、読み取りや書き込みの光源となる半導体レーザの短波長化が最も有効な手段の一つである。したがって、現在市販されているデジタルビデオディスク用の半導体レーザは、AlGaInP系材料による波長650nmであるが、将来開発が予定されている高密度デジタルビデオディスク用では、400nm帯のGaN系半導体レーザが不可欠と考えられている。また、表示用素子としては青色や緑色の半導体レーザが必要とされているが、原理的にはGaN系材料で実現可能であり、これによる実用化が望まれている。従来、GaN系半導体レーザとして、図4に示すような構造のものが用いられている。サファイア基板201上に、第1の結晶成長によりGaNバッファ層202、GaN203が積層され、このGaN下地層203上に、例えばSiOから成る絶縁膜ストライプ204が形成される。さらに、n―GaN第1コンタクト層205を比較的厚く、例えば10μm以上成長されることにより、結晶成長が起こらない絶縁膜ストライプ204上にも横方向成長があるため平坦な表面が得られる。さらに、絶縁膜ストライプ204上の中心を除く領域において、元々10~1010/cm程度存在する貫通転位が10/cm以下にまで減少した低転位領域206が形成される。この構成は一般にELOG(Epitaxial Lateral Over Growth)と呼ばれている。その後、n―AlGaN第1クラッド層207、n-GaN第1光ガイド層208、Ga1-XInN/Ga1-YInN(0<X,Y<1)から成る多重量子井戸活性層209、p-AlGaNキャップ層210、p-GaN第2光ガイド層211、p-AlGaN第2クラッド層212、p-GaN第2コンタクト層213が成長される。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、リッジストライプ214が低転位領域に形成される。リッジストライプ以外の表面は、例えばSiOから成る絶縁膜215が堆積され、リッジストライプ部との屈折率差を生じされるとともに、電気的な絶縁が確保される。リッジストライプ214直上に、例えばNi/Auから成るp電極216、また一部をn-GaN第1コンタクト層205が露出するまでエッチングした表面に、例えばTi/Alから成るn電極217が形成され、図5に示すGaN系半導体レーザが作製される。本素子においては、n電極217を接地しp電極216に電圧を印加することにより、多重量子井戸活性層209に向かってp電極216側からホールが、またn電極217側から電子が注入され、多重量子井戸活性層209内で光学利得を生じ、レーザ発振を起こす。活性領域、即ちリッジストライプ214は低転位領域に形成されているので、動作時の特性劣化は極めて少なく、高い信頼性を有する半導体レーザが実現できるものである。
産業上の利用分野 半導体レーザ
特許請求の範囲 【請求項1】 基板上に、バッファ層と、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、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のコンタクト層は、前記半導体レーザの長手方向に略平行な凹部を有し、前記第1のコンタクト層と前記第1のクラッド層との間の少なくとも一部に多結晶状の中間層を具え、前記第1のクラッド層は前記凹部を埋設し、前記凹部に起因した段差を消失させるように形成したことを特徴とする、半導体レーザ。
【請求項2】 前記中間層は、前記凹部を含む前記第1のコンタクト層と前記第1のクラッド層との間の全面に形成したことを特徴とする、請求項1に記載の半導体レーザ。
【請求項3】 前記中間層は、前記第1のコンタクト層と前記第1のクラッド層との間の前記凹部を除く部分に形成したことを特徴とする、請求項1に記載の半導体レーザ。
【請求項4】 前記中間層、前記第1のクラッド層、前記第1の光ガイド層、前記活性層、前記第2の光ガイド層、及び前記第2のクラッド層は、AlNを含むIII族窒化物半導体からなり、前記中間層におけるAlNモル分率が前記第1のクラッド層及び前記第2のクラッド層におけるAlNモル分率以上であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載の半導体レーザ。
【請求項5】 前記半導体レーザは、前記第2のクラッド層及び前記第2のコンタクト層が、前記半導体レーザの長手方向に略平行なリッジストライプ構造を呈するとともに、このリッジストライプ構造の両側面に絶縁層を有することを特徴とする、請求項1~4のいずれか一に記載の半導体レーザ。
【請求項6】 基板上に、バッファ層と、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、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の製造方法であって、前記第1のコンタクト層に、前記半導体レーザの長手方向に略平行な凹部を形成し、前記第1のコンタクト層と前記第1のクラッド層との間の少なくとも一部に多結晶状の中間層を形成した後に、この中間層上に前記凹部を埋設し、前記凹部に起因した段差を消失させるようにして前記第1のクラッド層を形成するとともに、前記第1のクラッド層上に、前記第1の光ガイド層、前記活性層、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のコンタクト層を順次形成することを特徴とする、半導体レーザの製造方法。
【請求項7】 前記中間層は、前記凹部を含む前記第1のコンタクト層と前記第1のクラッド層との間の全面に形成することを特徴とする、請求項6に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項8】 前記中間層は、前記第1のコンタクト層と前記第1のクラッド層との間の前記凹部を除く部分に形成することを特徴とする、請求項6に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項9】 前記中間層、前記第1のクラッド層、前記第1の光ガイド層、前記活性層、前記第2の光ガイド層、及び前記第2のクラッド層は、AlNを含むIII族窒化物半導体からなり、前記中間層におけるAlNモル分率が前記第1のクラッド層及び前記第2のクラッド層におけるAlNモル分率以上であることを特徴とする、請求項6~8のいずれか一に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項10】 前記第2のクラッド層及び前記第2のコンタクト層を、前記半導体レーザの長手方向に略平行なリッジストライプ構造に形成するとともに、このリッジストライプ構造の両側面に絶縁層を形成することを特徴とする、請求項6~9のいずれか一に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項11】 半導体発光素子の製造方法であって、所定の下地層に、前記半導体発光素子の長手方向に略平行な凹部を形成し、前記所定の下地層上の少なくとも一部分に多結晶状の中間層を形成した後に、この中間層上において、前記凹部を埋設し、前記凹部に起因した段差を埋設するようにして所定の半導体多層素子構造を形成することを特徴とする、半導体発光素子の製造方法。
産業区分
  • 固体素子
  • 電子応用機器
  • テレビ
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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