JP2002359431A - 窒化物系半導体レーザ素子及びその作製方法 - Google Patents
窒化物系半導体レーザ素子及びその作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の方法とは異なる新規な方法で形成でき
る構成の回折格子を備え、動的単一モードレーザとして
機能する窒化物系半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 本窒化物系半導体レーザ素子１０は、Ｄ
ＦＢレーザであって、サファイア基板上１２上に、Ｇａ
Ｎバッファ層１４、ｎ型ＧａＮコンタクト層１６、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ型ＧａＮ光導波層２０、
活性層２２、ｐ型ＧａＮ光導波層２４、ｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層２６、及びｐ型ＧａＮコンタクト層２８の積
層構造を備えている。ｎ型ＡｌＧａＮ層からなる回折格
子３０は、誘電体膜で形成された選択成長マスク３２を
介してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８上にＡｌＧａＮの
横方向成長性を利用した選択成長法により設けられ、ｎ
型ＡｌＧａＮ層とは屈折率の異なるｎ型ＧａＮ光導波層
２０で埋め込まれている。
る構成の回折格子を備え、動的単一モードレーザとして
機能する窒化物系半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 本窒化物系半導体レーザ素子１０は、Ｄ
ＦＢレーザであって、サファイア基板上１２上に、Ｇａ
Ｎバッファ層１４、ｎ型ＧａＮコンタクト層１６、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ型ＧａＮ光導波層２０、
活性層２２、ｐ型ＧａＮ光導波層２４、ｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層２６、及びｐ型ＧａＮコンタクト層２８の積
層構造を備えている。ｎ型ＡｌＧａＮ層からなる回折格
子３０は、誘電体膜で形成された選択成長マスク３２を
介してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８上にＡｌＧａＮの
横方向成長性を利用した選択成長法により設けられ、ｎ
型ＡｌＧａＮ層とは屈折率の異なるｎ型ＧａＮ光導波層
２０で埋め込まれている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系III −Ｖ
族化合物半導体よりなる窒化物系半導体レーザ素子とそ
の作製方法に関し、更に詳細には、セルフアライン的に
容易に形成できる構成の回折格子を備え、動的単一モー
ドレーザとして機能する、素子信頼性の高い窒化物系半
導体レーザ素子及びその作製方法に関するものである。
族化合物半導体よりなる窒化物系半導体レーザ素子とそ
の作製方法に関し、更に詳細には、セルフアライン的に
容易に形成できる構成の回折格子を備え、動的単一モー
ドレーザとして機能する、素子信頼性の高い窒化物系半
導体レーザ素子及びその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信や光計測の分野では、III −Ｖ族
化合物半導体、或いはII−ＶＩ族化合物半導体を用いて
作製された半導体レーザから出射されたレーザ光を変調
して信号として出力している。つまり、半導体レーザ素
子等の半導体発光素子を使って信号を伝送するために
は、出力光を変調しなければならない。
化合物半導体、或いはII−ＶＩ族化合物半導体を用いて
作製された半導体レーザから出射されたレーザ光を変調
して信号として出力している。つまり、半導体レーザ素
子等の半導体発光素子を使って信号を伝送するために
は、出力光を変調しなければならない。
【０００３】光を変調する方式には、直接変調と外部変
調の２種類の方式がある。直接変調方式は、半導体レー
ザダイオードに注入する注入電流に信号を重畳して駆動
することにより、発振強度を直接変調する方式であっ
て、簡便で高効率であり、かつ高速変調にも適してい
る。一方、外部変調方式は、半導体レーザダイオードに
一定の電流を注入して一定出力で動作させ、信号を重畳
する光変調器を半導体発光素子の外部に設けて変調する
方式である。
調の２種類の方式がある。直接変調方式は、半導体レー
ザダイオードに注入する注入電流に信号を重畳して駆動
することにより、発振強度を直接変調する方式であっ
て、簡便で高効率であり、かつ高速変調にも適してい
る。一方、外部変調方式は、半導体レーザダイオードに
一定の電流を注入して一定出力で動作させ、信号を重畳
する光変調器を半導体発光素子の外部に設けて変調する
方式である。
【０００４】光通信等の分野で直接変調方式を適用して
信号を伝送するには、高速変調時でも安定して単一軸モ
ードで動作する半導体レーザ素子、即ち動的単一モード
レーザ（dynamaic-single-mode laser）と言われるレー
ザが必要である。現在、例えば分布帰還型（distribute
d feedback、ＤＦＢ）半導体レーザ素子（以下、ＤＦＢ
レーザと言う）、分布帰還型（distributed-bragg refl
ector、ＤＢＲ）半導体レーザ素子（以下、ＤＢＲレー
ザと言う）などが、動的単一モードレーザの代表的なも
のとして挙げられる。
信号を伝送するには、高速変調時でも安定して単一軸モ
ードで動作する半導体レーザ素子、即ち動的単一モード
レーザ（dynamaic-single-mode laser）と言われるレー
ザが必要である。現在、例えば分布帰還型（distribute
d feedback、ＤＦＢ）半導体レーザ素子（以下、ＤＦＢ
レーザと言う）、分布帰還型（distributed-bragg refl
ector、ＤＢＲ）半導体レーザ素子（以下、ＤＢＲレー
ザと言う）などが、動的単一モードレーザの代表的なも
のとして挙げられる。
【０００５】ＤＦＢレーザ及びＤＢＲレーザは、発振し
きい利得に波長依存性を持たせてモードの選択性を高め
ているので、屈折率が周期的に変化して、波長選択性を
有する回折格子を光導波路内に備えている。回折格子領
域内に活性層（光利得領域）を含む構造のレーザがＤＦ
Ｂレーザであり、一方、回折格子領域内に活性層（光利
得領域）を含まない構造のレーザがＤＢＲレーザであ
る。
きい利得に波長依存性を持たせてモードの選択性を高め
ているので、屈折率が周期的に変化して、波長選択性を
有する回折格子を光導波路内に備えている。回折格子領
域内に活性層（光利得領域）を含む構造のレーザがＤＦ
Ｂレーザであり、一方、回折格子領域内に活性層（光利
得領域）を含まない構造のレーザがＤＢＲレーザであ
る。
【０００６】回折格子は、一般に、レーザ光の２光束干
渉露光法を使ってパターニングしたマスクを使って形成
されている。例えば、図８（ａ）に示すように、バッフ
ァ層５２を介して基板５０に形成した下部クラッド層５
４上に回折格子形成層５６を成膜する。次いで、回折格
子形成層５６上に紫外光に感光するフォトレジスト材を
塗布してフォトレジスト膜を成膜し、Ｈｅ−Ｃｄレーザ
光の２光束干渉露光法によって縞状の回折パターンで露
光して、図８（ｂ）に示すように、ストライプを「すだ
れ」状に有するパターンマスク５８を回折格子形成層５
６上に形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、パ
ターンマスク５８を使って回折格子形成層５６をエッチ
ングする。続いて、図８（ｄ）に示すように、パターン
マスク５８を除去した後、回折格子形成層５６を回折格
子形成層５６とは屈折率の異なる化合物半導体層６０で
埋め込み、基板上に回折格子６２を作製する。
渉露光法を使ってパターニングしたマスクを使って形成
されている。例えば、図８（ａ）に示すように、バッフ
ァ層５２を介して基板５０に形成した下部クラッド層５
４上に回折格子形成層５６を成膜する。次いで、回折格
子形成層５６上に紫外光に感光するフォトレジスト材を
塗布してフォトレジスト膜を成膜し、Ｈｅ−Ｃｄレーザ
光の２光束干渉露光法によって縞状の回折パターンで露
光して、図８（ｂ）に示すように、ストライプを「すだ
れ」状に有するパターンマスク５８を回折格子形成層５
６上に形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、パ
ターンマスク５８を使って回折格子形成層５６をエッチ
ングする。続いて、図８（ｄ）に示すように、パターン
マスク５８を除去した後、回折格子形成層５６を回折格
子形成層５６とは屈折率の異なる化合物半導体層６０で
埋め込み、基板上に回折格子６２を作製する。
【０００７】作製した回折格子６２の周期Λは、レーザ
光波長をλ、基板に対するレーザ光の入射角をφとする
と Λ＝λ／２ｓｉｎφ である。
光波長をλ、基板に対するレーザ光の入射角をφとする
と Λ＝λ／２ｓｉｎφ である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光通信分野
では大容量のデータを短時間で伝送するために、窒化物
系III −Ｖ族化合物半導体層の積層構造を共振器に用い
た、青色光や紫色光の短波長域の半導体レーザ素子が注
目されていて、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体、特に
ＧａＮ系III −Ｖ族化合物半導体からなる回折格子を有
するＤＦＢレーザ或いはＤＢＲレーザが提案されてい
る。尚、本明細書で、ＧａＮ系III −Ｖ族化合物半導体
とは、少なくともＧａとＮとを含む化合物半導体を言
う。
では大容量のデータを短時間で伝送するために、窒化物
系III −Ｖ族化合物半導体層の積層構造を共振器に用い
た、青色光や紫色光の短波長域の半導体レーザ素子が注
目されていて、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体、特に
ＧａＮ系III −Ｖ族化合物半導体からなる回折格子を有
するＤＦＢレーザ或いはＤＢＲレーザが提案されてい
る。尚、本明細書で、ＧａＮ系III −Ｖ族化合物半導体
とは、少なくともＧａとＮとを含む化合物半導体を言
う。
【０００９】しかし、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体
からなる回折格子を形成する際には、窒化物系III −Ｖ
族化合物半導体は、耐薬品性が著しく強いために、ウェ
ットエッチング法を適用することが難しく、従来は、Ｒ
ＩＥ（reactive ion etching）法などのドライエッチン
グ法を適用している。ドライエッチング法では、エッチ
ングガスに含まれる反応種が、活性ラジカルやイオンに
解離し、解離した活性ラジカルやイオンと窒化物系III
−Ｖ族化合物半導体層との化学反応や窒化物系III −Ｖ
族化合物半導体層に対する衝突によって、窒化物系III
−Ｖ族化合物半導体層がエッチングされる。
からなる回折格子を形成する際には、窒化物系III −Ｖ
族化合物半導体は、耐薬品性が著しく強いために、ウェ
ットエッチング法を適用することが難しく、従来は、Ｒ
ＩＥ（reactive ion etching）法などのドライエッチン
グ法を適用している。ドライエッチング法では、エッチ
ングガスに含まれる反応種が、活性ラジカルやイオンに
解離し、解離した活性ラジカルやイオンと窒化物系III
−Ｖ族化合物半導体層との化学反応や窒化物系III −Ｖ
族化合物半導体層に対する衝突によって、窒化物系III
−Ｖ族化合物半導体層がエッチングされる。
【００１０】このため、ドライエッチング法を適用し
て、回折格子を形成すると、回折格子及び回折格子の下
の窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層にダメージが残
り、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体からなるＤＦＢレ
ーザ、或いはＤＢＲレーザのレーザ特性が低下するおそ
れ、或いは素子寿命が短くなるおそれがある。例えば、
図８の例で言えば、回折格子形成層５６をエッチングす
る際に、回折格子形成層５６と下部クラッド層５４を損
傷するおそれがある。
て、回折格子を形成すると、回折格子及び回折格子の下
の窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層にダメージが残
り、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体からなるＤＦＢレ
ーザ、或いはＤＢＲレーザのレーザ特性が低下するおそ
れ、或いは素子寿命が短くなるおそれがある。例えば、
図８の例で言えば、回折格子形成層５６をエッチングす
る際に、回折格子形成層５６と下部クラッド層５４を損
傷するおそれがある。
【００１１】そこで、本発明の目的は、従来の方法とは
異なる新規な方法で形成できる構成の回折格子を備え、
動的単一モードレーザとして機能する窒化物系半導体レ
ーザ素子及びその作製方法を提供することである。
異なる新規な方法で形成できる構成の回折格子を備え、
動的単一モードレーザとして機能する窒化物系半導体レ
ーザ素子及びその作製方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者は、窒化物系II
I −Ｖ族化合物半導体に特有の横方向成長性を活用した
選択成長、及びＩｎ含有の窒化物系III −Ｖ族化合物半
導体中のＩｎの凝集効果を利用して回折格子をセルフア
ライン的に形成することを着想し、実験を重ねた末に、
本発明を発明するに到った。
I −Ｖ族化合物半導体に特有の横方向成長性を活用した
選択成長、及びＩｎ含有の窒化物系III −Ｖ族化合物半
導体中のＩｎの凝集効果を利用して回折格子をセルフア
ライン的に形成することを着想し、実験を重ねた末に、
本発明を発明するに到った。
【００１３】上記目的を達成するために、本発明に係る
窒化物系半導体レーザ素子（以下、第１発明と言う）
は、相互に導電型の異なる第１クラッド層及び第２クラ
ッド層、第１及び第２クラッド層の間の活性層、及び第
１クラッド層と活性層との間の光導波層を、それぞれ、
窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層として基板上に備え
る窒化物系半導体レーザ素子であって、第１クラッド層
上に設けられ、スリット状の複数個の開口を周期的に有
する誘電体膜と、誘電体膜の開口を介して第１クラッド
層上に周期的に選択成長した、光導波層とは屈折率の異
なる窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる回折格
子形成層と、回折格子形成層を埋め込む光導波層とによ
って形成され、屈折率が周期的に変化する回折格子とを
備えていることを特徴としている。
窒化物系半導体レーザ素子（以下、第１発明と言う）
は、相互に導電型の異なる第１クラッド層及び第２クラ
ッド層、第１及び第２クラッド層の間の活性層、及び第
１クラッド層と活性層との間の光導波層を、それぞれ、
窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層として基板上に備え
る窒化物系半導体レーザ素子であって、第１クラッド層
上に設けられ、スリット状の複数個の開口を周期的に有
する誘電体膜と、誘電体膜の開口を介して第１クラッド
層上に周期的に選択成長した、光導波層とは屈折率の異
なる窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる回折格
子形成層と、回折格子形成層を埋め込む光導波層とによ
って形成され、屈折率が周期的に変化する回折格子とを
備えていることを特徴としている。
【００１４】第１発明、及び以下の第２発明、並びに第
１及び第２発明方法で、窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体とは、５Ｂ族元素として少なくとも窒素（Ｎ）を含む
III−Ｖ族化合物半導体であって、ＧａＮ、ＧａＩｎ
Ｎ、ＡｌＧａＮ等を含む、Ａｌ a Ｂb Ｇａc Ｉｎd Ｎ
（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１）を言
う。また、第１発明、及び以下の第２発明、並びに第１
及び第２発明方法で、下地層とは、第１クラッド層以外
の窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層を言う。回折格子
をクラッド層上に形成することは必ずしも必要でなく、
例えば窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる下地
層を第１クラッド層上に、誘電体膜を下地層上に、回折
格子形成層を誘電体膜の開口を介して下地層上に、それ
ぞれ、設けるようにしてもよい。
１及び第２発明方法で、窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体とは、５Ｂ族元素として少なくとも窒素（Ｎ）を含む
III−Ｖ族化合物半導体であって、ＧａＮ、ＧａＩｎ
Ｎ、ＡｌＧａＮ等を含む、Ａｌ a Ｂb Ｇａc Ｉｎd Ｎ
（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１）を言
う。また、第１発明、及び以下の第２発明、並びに第１
及び第２発明方法で、下地層とは、第１クラッド層以外
の窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層を言う。回折格子
をクラッド層上に形成することは必ずしも必要でなく、
例えば窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる下地
層を第１クラッド層上に、誘電体膜を下地層上に、回折
格子形成層を誘電体膜の開口を介して下地層上に、それ
ぞれ、設けるようにしてもよい。
【００１５】また、本発明に係る別の窒化物系半導体レ
ーザ素子（以下、第２発明と言う）は、相互に導電型の
異なる第１クラッド層及び第２クラッド層、第１及び第
２クラッド層の間の活性層、及び第１クラッド層と活性
層との間の光導波層を、それぞれ、窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体層として基板上に備える窒化物系半導体レ
ーザ素子であって、第１クラッド層上に、インジウム
（Ｉｎ）の凝集により周期的に形成され、光導波層とは
屈折率の異なるＩｎ含有窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体層からなる回折格子形成層と、回折格子形成層を埋め
込む光導波層とによって形成され、屈折率が周期的に変
化する回折格子を備えていることを特徴としている。
ーザ素子（以下、第２発明と言う）は、相互に導電型の
異なる第１クラッド層及び第２クラッド層、第１及び第
２クラッド層の間の活性層、及び第１クラッド層と活性
層との間の光導波層を、それぞれ、窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体層として基板上に備える窒化物系半導体レ
ーザ素子であって、第１クラッド層上に、インジウム
（Ｉｎ）の凝集により周期的に形成され、光導波層とは
屈折率の異なるＩｎ含有窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体層からなる回折格子形成層と、回折格子形成層を埋め
込む光導波層とによって形成され、屈折率が周期的に変
化する回折格子を備えていることを特徴としている。
【００１６】第２発明及び以下の第２発明方法で、Ｉｎ
含有窒化物系III −Ｖ族化合物半導体とは、Ａｌa Ｂb
Ｇａc Ｉｎd Ｎ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、ｂ、ｃ
＜１、０＜ｄ≦１）を言う。回折格子をクラッド層上に
形成することは必ずしも必要でなく、窒化物系III−Ｖ
族化合物半導体層からなる下地層を第１クラッド層上
に、回折格子形成層を下地層上に、それぞれ、設けても
よい。
含有窒化物系III −Ｖ族化合物半導体とは、Ａｌa Ｂb
Ｇａc Ｉｎd Ｎ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、ｂ、ｃ
＜１、０＜ｄ≦１）を言う。回折格子をクラッド層上に
形成することは必ずしも必要でなく、窒化物系III−Ｖ
族化合物半導体層からなる下地層を第１クラッド層上
に、回折格子形成層を下地層上に、それぞれ、設けても
よい。
【００１７】第１及び第２発明は、回折格子が、活性領
域内に活性領域に沿って設けられている分布帰還型半導
体レーザ素子にも、また、回折格子が、活性領域内に活
性領域に沿って設けられ、かつ活性領域の導波方向に隣
接した非活性領域である受動導波路領域にも設けられて
いる分布反射型半導体レーザ素子にも適用できる。第１
及び第２発明は、セルフアライン的に容易に形成できる
構成の回折格子を備えた、短波長域の動的単一レーザ素
子を実現している。
域内に活性領域に沿って設けられている分布帰還型半導
体レーザ素子にも、また、回折格子が、活性領域内に活
性領域に沿って設けられ、かつ活性領域の導波方向に隣
接した非活性領域である受動導波路領域にも設けられて
いる分布反射型半導体レーザ素子にも適用できる。第１
及び第２発明は、セルフアライン的に容易に形成できる
構成の回折格子を備えた、短波長域の動的単一レーザ素
子を実現している。
【００１８】第１発明に係る窒化物系半導体レーザ素子
を作製する本発明方法（以下、第１発明方法と言う）
は、それぞれ、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層から
なる、第１クラッド層、光導波層、及び活性層を順次有
し、かつ光導波層内に回折格子を備えた窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法であって、第１クラッド層を成長
させた後、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる
下地層を介して第１クラッド層上に、又は直接第１クラ
ッド層上に、誘電体膜を成膜し、次いで誘電体膜を加工
して、スリット状の複数個の開口を周期的に有する誘電
体膜マスクを形成する工程と、誘電体膜の開口を介して
第１クラッド層上に光導波層とは屈折率の異なる窒化物
系III −Ｖ族化合物半導体からなる回折格子形成層を周
期的に選択成長させる工程と、回折格子形成層上に光導
波層を成長させて回折格子形成層を埋め込み、屈折率が
周期的に変化する回折格子を形成する工程とを有するこ
とを特徴としている。
を作製する本発明方法（以下、第１発明方法と言う）
は、それぞれ、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層から
なる、第１クラッド層、光導波層、及び活性層を順次有
し、かつ光導波層内に回折格子を備えた窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法であって、第１クラッド層を成長
させた後、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる
下地層を介して第１クラッド層上に、又は直接第１クラ
ッド層上に、誘電体膜を成膜し、次いで誘電体膜を加工
して、スリット状の複数個の開口を周期的に有する誘電
体膜マスクを形成する工程と、誘電体膜の開口を介して
第１クラッド層上に光導波層とは屈折率の異なる窒化物
系III −Ｖ族化合物半導体からなる回折格子形成層を周
期的に選択成長させる工程と、回折格子形成層上に光導
波層を成長させて回折格子形成層を埋め込み、屈折率が
周期的に変化する回折格子を形成する工程とを有するこ
とを特徴としている。
【００１９】第１発明方法によれば、２光束干渉露光
法、電子ビーム描画法等によって正確なパターンを有す
る誘電体膜マスクを形成し、次いで窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体層の横方向成長法を利用した選択成長によ
り、回折格子の下の窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層
にエッチング損傷を与えるようなことなく、セルフアラ
イン的に回折格子を作製することができる。これによ
り、素子信頼性の高い短波長域の動的単一レーザ素子を
形成することができる。
法、電子ビーム描画法等によって正確なパターンを有す
る誘電体膜マスクを形成し、次いで窒化物系III −Ｖ族
化合物半導体層の横方向成長法を利用した選択成長によ
り、回折格子の下の窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層
にエッチング損傷を与えるようなことなく、セルフアラ
イン的に回折格子を作製することができる。これによ
り、素子信頼性の高い短波長域の動的単一レーザ素子を
形成することができる。
【００２０】第２発明に係る窒化物系半導体レーザ素子
を作製する本発明方法（以下、第２発明方法と言う）
は、それぞれ、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層から
なる、第１クラッド層、光導波層、及び活性層を順次有
し、かつ光導波層内に回折格子を備えた窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法であって、第１クラッド層を成長
させた後、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる
下地層を介して第１クラッド層上に、又は直接第１クラ
ッド層上に、Ｉｎ含有窒化物系III −Ｖ族化合物半導体
層を成長させて、光導波層とは屈折率の異なるＩｎ含有
窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる回折格子形
成層をインジウム（Ｉｎ）の凝集により周期的に形成す
る工程と、回折格子形成層上に光導波層を成長させて回
折格子形成層を埋め込み、屈折率が周期的に変化する回
折格子を形成する工程とを有することを特徴としてい
る。
を作製する本発明方法（以下、第２発明方法と言う）
は、それぞれ、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層から
なる、第１クラッド層、光導波層、及び活性層を順次有
し、かつ光導波層内に回折格子を備えた窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法であって、第１クラッド層を成長
させた後、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる
下地層を介して第１クラッド層上に、又は直接第１クラ
ッド層上に、Ｉｎ含有窒化物系III −Ｖ族化合物半導体
層を成長させて、光導波層とは屈折率の異なるＩｎ含有
窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる回折格子形
成層をインジウム（Ｉｎ）の凝集により周期的に形成す
る工程と、回折格子形成層上に光導波層を成長させて回
折格子形成層を埋め込み、屈折率が周期的に変化する回
折格子を形成する工程とを有することを特徴としてい
る。
【００２１】第２発明方法によれば、Ｉｎ含有窒化物系
III −Ｖ族化合物半導体層の成長条件を調整して、Ｉｎ
の凝集効果を高めて光導波層とは屈折率の異なるＩｎ含
有窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる回折格子
形成層を周期的に形成することにより、従来のようなレ
ーザの干渉露光法による工程を実施することなく、連続
した結晶成長プロセス中でセルフアライン的に回折格子
を作製することができる。また、回折格子の下の窒化物
系III −Ｖ族化合物半導体層にエッチング損傷を与える
ようなことなく、回折格子を作製することができるの
で、素子信頼性の高い短波長域の動的単一レーザ素子を
形成することができる。
III −Ｖ族化合物半導体層の成長条件を調整して、Ｉｎ
の凝集効果を高めて光導波層とは屈折率の異なるＩｎ含
有窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる回折格子
形成層を周期的に形成することにより、従来のようなレ
ーザの干渉露光法による工程を実施することなく、連続
した結晶成長プロセス中でセルフアライン的に回折格子
を作製することができる。また、回折格子の下の窒化物
系III −Ｖ族化合物半導体層にエッチング損傷を与える
ようなことなく、回折格子を作製することができるの
で、素子信頼性の高い短波長域の動的単一レーザ素子を
形成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。尚、以下の実施形態例で示す成膜方法、化
合物半導体層の組成及び膜厚、リッジ幅、プロセス条件
等は、本発明の理解を容易にするための一つの例示であ
って、本発明はこの例示に限定されるものではない。ま
た、本発明で得られる技術を用いて、更に単一モード化
するためには、回折格子を二分割し、片方をλ／４だけ
ずらすことを行う、いわゆるλ／４シフト構造、又は光
導波路の終端に反射面を設ける。しかし、本発明の実施
形態の本質には関わりがないので、作製方法として記述
を略する。窒化物系半導体レーザ素子の実施形態例１ 本実施形態例は、第１発明に係る窒化物系半導体レーザ
素子の実施形態の一例であって、及び図１は本実施形態
例の窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す模式断面
図、及び図２は図１の線Ｉ−Ｉでの窒化物系半導体レー
ザ素子の断面図である。
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。尚、以下の実施形態例で示す成膜方法、化
合物半導体層の組成及び膜厚、リッジ幅、プロセス条件
等は、本発明の理解を容易にするための一つの例示であ
って、本発明はこの例示に限定されるものではない。ま
た、本発明で得られる技術を用いて、更に単一モード化
するためには、回折格子を二分割し、片方をλ／４だけ
ずらすことを行う、いわゆるλ／４シフト構造、又は光
導波路の終端に反射面を設ける。しかし、本発明の実施
形態の本質には関わりがないので、作製方法として記述
を略する。窒化物系半導体レーザ素子の実施形態例１ 本実施形態例は、第１発明に係る窒化物系半導体レーザ
素子の実施形態の一例であって、及び図１は本実施形態
例の窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す模式断面
図、及び図２は図１の線Ｉ−Ｉでの窒化物系半導体レー
ザ素子の断面図である。
【００２３】本実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子
１０は、ＧａＮ系III −Ｖ族化合物半導体層からなる分
布帰還型半導体レーザ素子（以下、ＤＦＢレーザと言
う）であって、図１に示すように、ｃ面のサファイア基
板上１２上に、ＧａＮバッファ層１４、ｎ型ＧａＮコン
タクト層１６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ型Ｇ
ａＮ光導波層２０、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光導波層２
４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型ＧａＮコ
ンタクト層２８の積層構造を備えている。活性層２２
は、Ｇａ1-xＩｎxＮ井戸層（例えば、ｘ＝０．２２）／
Ｇａ1-yＩｎyＮ障壁層（例えば、ｙ＝０．０２）からな
る量子井戸構造の活性層である。
１０は、ＧａＮ系III −Ｖ族化合物半導体層からなる分
布帰還型半導体レーザ素子（以下、ＤＦＢレーザと言
う）であって、図１に示すように、ｃ面のサファイア基
板上１２上に、ＧａＮバッファ層１４、ｎ型ＧａＮコン
タクト層１６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ型Ｇ
ａＮ光導波層２０、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光導波層２
４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型ＧａＮコ
ンタクト層２８の積層構造を備えている。活性層２２
は、Ｇａ1-xＩｎxＮ井戸層（例えば、ｘ＝０．２２）／
Ｇａ1-yＩｎyＮ障壁層（例えば、ｙ＝０．０２）からな
る量子井戸構造の活性層である。
【００２４】ｐ型ＧａＮコンタクト層２８及びｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層２６の上層部は、エッチングされ、ス
トライプ幅が例えば２．５μｍ程度のストライプリッジ
として形成されている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層
１６の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ型Ｇ
ａＮ光導波層２０、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光導波層２
４、及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６の残り層は、エ
ッチングされ、ストライプリッジの延在方向と平行な方
向でストライプ幅より広い幅で延在するメサ構造として
形成されている。
ＧａＮクラッド層２６の上層部は、エッチングされ、ス
トライプ幅が例えば２．５μｍ程度のストライプリッジ
として形成されている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層
１６の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ型Ｇ
ａＮ光導波層２０、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光導波層２
４、及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６の残り層は、エ
ッチングされ、ストライプリッジの延在方向と平行な方
向でストライプ幅より広い幅で延在するメサ構造として
形成されている。
【００２５】ｎ型ＡｌＧａＮ層からなる回折格子３０
は、図２に示すように、誘電体膜で形成された選択成長
マスク３２を介してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８上に
ＡｌＧａＮの横方向成長性を利用した選択成長法により
設けられ、ｎ型ＡｌＧａＮ層とは屈折率の異なるｎ型Ｇ
ａＮ光導波層２０で埋め込まれている。屈折率が相互に
異なるｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ光導波層２０とが
周期的に配置されていることにより、屈折率が周期的に
変化する回折格子３０が形成される。
は、図２に示すように、誘電体膜で形成された選択成長
マスク３２を介してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８上に
ＡｌＧａＮの横方向成長性を利用した選択成長法により
設けられ、ｎ型ＡｌＧａＮ層とは屈折率の異なるｎ型Ｇ
ａＮ光導波層２０で埋め込まれている。屈折率が相互に
異なるｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ光導波層２０とが
周期的に配置されていることにより、屈折率が周期的に
変化する回折格子３０が形成される。
【００２６】各ＧａＮ系III −Ｖ族化合物半導体層の厚
さの例を挙げると、ＧａＮバッファ層１４の膜厚は５０
ｎｍ、ｎ型ＧａＮコンタクト層１６の膜厚は３μｍ、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層１８の膜厚は０．５μｍ、ｎ型
ＧａＮ光導波層２０の膜厚は０．１μｍ、ｐ型ＧａＮ光
導波層２４の膜厚は０．１μｍ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２６の膜厚は０．５μｍ、及び、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層２８の膜厚は０．５μｍである。
さの例を挙げると、ＧａＮバッファ層１４の膜厚は５０
ｎｍ、ｎ型ＧａＮコンタクト層１６の膜厚は３μｍ、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層１８の膜厚は０．５μｍ、ｎ型
ＧａＮ光導波層２０の膜厚は０．１μｍ、ｐ型ＧａＮ光
導波層２４の膜厚は０．１μｍ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２６の膜厚は０．５μｍ、及び、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層２８の膜厚は０．５μｍである。
【００２７】積層構造上には、ｐ側電極及びｎ側電極の
形成領域を除いて、ＳｉＯ2 絶縁膜３４が成膜されてい
る。ＳｉＯ2 絶縁膜３４に設けた窓を介してｐ型ＧａＮ
コンタクト層２８上には、例えばＮｉ／Ａｕ膜からなる
ｐ側電極３６がオーミックコンタクト電極として形成さ
れている。また、ＳｉＯ2 絶縁膜３４の窓を介してメサ
構造脇のｎ型ＧａＮコンタクト層１６上には、例えばＴ
ｉ／Ａｌ膜からなるｎ側電極３８がオーミックコンタク
ト電極として形成されている。
形成領域を除いて、ＳｉＯ2 絶縁膜３４が成膜されてい
る。ＳｉＯ2 絶縁膜３４に設けた窓を介してｐ型ＧａＮ
コンタクト層２８上には、例えばＮｉ／Ａｕ膜からなる
ｐ側電極３６がオーミックコンタクト電極として形成さ
れている。また、ＳｉＯ2 絶縁膜３４の窓を介してメサ
構造脇のｎ型ＧａＮコンタクト層１６上には、例えばＴ
ｉ／Ａｌ膜からなるｎ側電極３８がオーミックコンタク
ト電極として形成されている。
【００２８】ＤＦＢレーザとして構成された本実施形態
例の窒化物系半導体レーザ素子１０は、通電することに
より、定常状態と過度状態のいずれでも、動的単一モー
ド素子として縦単一モードで安定して発振する。
例の窒化物系半導体レーザ素子１０は、通電することに
より、定常状態と過度状態のいずれでも、動的単一モー
ド素子として縦単一モードで安定して発振する。
【００２９】窒化物系半導体レーザ素子の作製方法の実
施形態例１ 本実施形態例は、第１発明方法に係る分布帰還型半導体
レーザ素子の作製方法を上述の実施形態例１の窒化物系
半導体レーザ素子１０の作製に適用した実施形態の一例
であって、図３（ａ）から（ｃ）及び図４（ｄ）と図４
（ｅ）は、それぞれ、本実施形態例の方法に従って窒化
物系半導体レーザ素子１０を作製する際の工程毎の断面
図である。先ず、図３（ａ）に示すように、ｃ面のサフ
ァイア基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、例えば５５
０℃程度の低温でＧａＮバッファ層１４を成長させる。
引き続いて、ＧａＮバッファ層１４上に、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１６、及びｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８を
順次エピタキシャル成長させる。
施形態例１ 本実施形態例は、第１発明方法に係る分布帰還型半導体
レーザ素子の作製方法を上述の実施形態例１の窒化物系
半導体レーザ素子１０の作製に適用した実施形態の一例
であって、図３（ａ）から（ｃ）及び図４（ｄ）と図４
（ｅ）は、それぞれ、本実施形態例の方法に従って窒化
物系半導体レーザ素子１０を作製する際の工程毎の断面
図である。先ず、図３（ａ）に示すように、ｃ面のサフ
ァイア基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、例えば５５
０℃程度の低温でＧａＮバッファ層１４を成長させる。
引き続いて、ＧａＮバッファ層１４上に、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１６、及びｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８を
順次エピタキシャル成長させる。
【００３０】次に、例えばＣＶＤ法により、ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層１８上にＳｉＯ2膜或いはＳｉＮx膜を成
膜し、続いて、ＳｉＯ2膜或いはＳｉＮx膜上にフォトレ
ジスト膜を塗布、成膜する。次いで、２光束干渉露光
法、電子ビーム露光法等によってフォトレジスト膜にフ
ォトリソグラフィ処理及びエッチング加工を施して、一
方向に延在するストライプを「すだれ」状に有する回折
格子パターン・マスク（図示せず）を形成する。
ａＮクラッド層１８上にＳｉＯ2膜或いはＳｉＮx膜を成
膜し、続いて、ＳｉＯ2膜或いはＳｉＮx膜上にフォトレ
ジスト膜を塗布、成膜する。次いで、２光束干渉露光
法、電子ビーム露光法等によってフォトレジスト膜にフ
ォトリソグラフィ処理及びエッチング加工を施して、一
方向に延在するストライプを「すだれ」状に有する回折
格子パターン・マスク（図示せず）を形成する。
【００３１】次に、形成したマスクを使って、ＳｉＯ2
膜或いはＳｉＮx膜をエッチングして、図３（ｂ）に示
すように、選択成長マスク３２を形成する。選択成長マ
スク３２は、回折格子の周期に等しい周期で「すだれ」
状に形成されたストライプを備えている。次いで、選択
成長マスク３２を介してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８
上に、図３（ｃ）に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層３
０′を選択成長させる。ｎ型ＡｌＧａＮ層３０′の高さ
は、回折格子の周期（ピッチ）の半分程度である。
膜或いはＳｉＮx膜をエッチングして、図３（ｂ）に示
すように、選択成長マスク３２を形成する。選択成長マ
スク３２は、回折格子の周期に等しい周期で「すだれ」
状に形成されたストライプを備えている。次いで、選択
成長マスク３２を介してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８
上に、図３（ｃ）に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層３
０′を選択成長させる。ｎ型ＡｌＧａＮ層３０′の高さ
は、回折格子の周期（ピッチ）の半分程度である。
【００３２】続いて、図４（ｄ）に示すように、ｎ型Ａ
ｌＧａＮ層３０′上にｎ型ＡｌＧａＮ層３０′とは屈折
率の異なるｎ型ＧａＮ光導波路層２０を成長させて、ｎ
型ＡｌＧａＮ層３０′を埋め込み、ｎ型ＡｌＧａＮ層３
０′とｎ型ＧａＮ光導波路層２０とによって周期的に屈
折率が異なる回折格子３０を形成する。更に、図４
（ｄ）に示すように、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光導波層
２４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型ＧａＮ
コンタクト層２８を順次エピタキシャル成長させる。
ｌＧａＮ層３０′上にｎ型ＡｌＧａＮ層３０′とは屈折
率の異なるｎ型ＧａＮ光導波路層２０を成長させて、ｎ
型ＡｌＧａＮ層３０′を埋め込み、ｎ型ＡｌＧａＮ層３
０′とｎ型ＧａＮ光導波路層２０とによって周期的に屈
折率が異なる回折格子３０を形成する。更に、図４
（ｄ）に示すように、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光導波層
２４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型ＧａＮ
コンタクト層２８を順次エピタキシャル成長させる。
【００３３】ＧａＮバッファ層１４上に、順次、ＭＯＣ
ＶＤ法によって、ｎ型ＧａＮコンタクト層１６、ｎ型Ａ
ＬＧａＮクラッド層１８、回折格子形成用のｎ型ＡｌＧ
ａＮ層２８、ｎ型ＧａＮ光導波層２０、ｐ型ＧａＮ光導
波層２４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２８を成長させる際の成長温度は、例
えば１０００℃程度の温度であって、水素雰囲気中でエ
ピタキシャル成長させる。Ｇａ1-xＩｎxＮ井戸層／Ｇａ
1-yＩｎyＮ障壁層からなる量子井戸構造の活性層２２
は、例えば８００℃程度の温度で窒素雰囲気中でエピタ
キシャル成長させる。
ＶＤ法によって、ｎ型ＧａＮコンタクト層１６、ｎ型Ａ
ＬＧａＮクラッド層１８、回折格子形成用のｎ型ＡｌＧ
ａＮ層２８、ｎ型ＧａＮ光導波層２０、ｐ型ＧａＮ光導
波層２４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２８を成長させる際の成長温度は、例
えば１０００℃程度の温度であって、水素雰囲気中でエ
ピタキシャル成長させる。Ｇａ1-xＩｎxＮ井戸層／Ｇａ
1-yＩｎyＮ障壁層からなる量子井戸構造の活性層２２
は、例えば８００℃程度の温度で窒素雰囲気中でエピタ
キシャル成長させる。
【００３４】次に、ｐ型コンタクト層２８上に、例えば
ＣＶＤ法によりＳｉＮx膜を成膜し、続いてＳｉＮx膜上
にフォトレジスト膜を塗布、成膜し、更にフォトリソグ
ラフィ処理及びエッチング加工を施して、一方向に延在
するストライプ形状のレジストパターン（図示せず）を
形成し、図４（ｅ）に示すように、更にＳｉＮX 膜をエ
ッチングしてＳｉＮX マスク３９を形成するする。次い
で、ＫＯＨ系ウェットエッチャントを使ったウェットエ
ッチング法により、ｐ型コンタクト層２８及びｐ型クラ
ッド層２６の上層部をエッチングして、図４（ｅ）に示
すように、ストライプリッジを形成する。更に、同様に
して、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６の残り層、ｐ型Ｇ
ａＮ光導波層２４、活性層２２、ｎ型ＧａＮ光導波層２
０、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８、及びｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１６の上層部をエッチングして、図１に示す
ように、ストライプリッジの延在方向と同じ方向にスト
ライプ幅より広い幅で延在するメサ構造を形成する。
ＣＶＤ法によりＳｉＮx膜を成膜し、続いてＳｉＮx膜上
にフォトレジスト膜を塗布、成膜し、更にフォトリソグ
ラフィ処理及びエッチング加工を施して、一方向に延在
するストライプ形状のレジストパターン（図示せず）を
形成し、図４（ｅ）に示すように、更にＳｉＮX 膜をエ
ッチングしてＳｉＮX マスク３９を形成するする。次い
で、ＫＯＨ系ウェットエッチャントを使ったウェットエ
ッチング法により、ｐ型コンタクト層２８及びｐ型クラ
ッド層２６の上層部をエッチングして、図４（ｅ）に示
すように、ストライプリッジを形成する。更に、同様に
して、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６の残り層、ｐ型Ｇ
ａＮ光導波層２４、活性層２２、ｎ型ＧａＮ光導波層２
０、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８、及びｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１６の上層部をエッチングして、図１に示す
ように、ストライプリッジの延在方向と同じ方向にスト
ライプ幅より広い幅で延在するメサ構造を形成する。
【００３５】次いで、ＳｉＯ2絶縁膜３４を全体の積層
構造上に蒸着させ、続いて、ｐ型コンタクト層２８上及
びｎ型ＧａＮコンタクト層１６の残り層上を窓明けし、
ｐ型コンタクト層２８上にｐ型電極３６を、ｎ型コンタ
クト層１６の残り層上にｎ側電極３８を形成する。この
後、レーザ構造が形成されたサファイア基板１２の裏面
を研磨して薄くし、ストライプリッジに垂直な方向に沿
ってバー状に劈開したり、ドライエッチングしたりする
ことにより両共振器端面を形成する。さらに、このバー
をダイシングやスクライブなどにより分離してチップ化
する。以上により、目的とするＧａＮ系半導体レーザを
作製することができる。
構造上に蒸着させ、続いて、ｐ型コンタクト層２８上及
びｎ型ＧａＮコンタクト層１６の残り層上を窓明けし、
ｐ型コンタクト層２８上にｐ型電極３６を、ｎ型コンタ
クト層１６の残り層上にｎ側電極３８を形成する。この
後、レーザ構造が形成されたサファイア基板１２の裏面
を研磨して薄くし、ストライプリッジに垂直な方向に沿
ってバー状に劈開したり、ドライエッチングしたりする
ことにより両共振器端面を形成する。さらに、このバー
をダイシングやスクライブなどにより分離してチップ化
する。以上により、目的とするＧａＮ系半導体レーザを
作製することができる。
【００３６】本実施形態例の方法では、ＧａＮ系III −
Ｖ族化合物半導体層に損傷を与えることなく、所望周期
の回折格子３０をセルフアライン的に選択成長法により
形成できるので、素子寿命が長く、信頼性の高いＧａＮ
系ＤＦＢレーザを作製することができる。
Ｖ族化合物半導体層に損傷を与えることなく、所望周期
の回折格子３０をセルフアライン的に選択成長法により
形成できるので、素子寿命が長く、信頼性の高いＧａＮ
系ＤＦＢレーザを作製することができる。
【００３７】窒化物系半導体レーザ素子の実施形態例２ 本実施形態例は、第２発明に係る窒化物系半導体レーザ
素子の実施形態の一例であって、図５は本実施形態例の
窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す模式断面図、及
び図６は図５の線II−IIでの窒化物系半導体レーザ素子
の断面図である。図５及び図６に示す部位のうち図１及
び図２と同じものには同じ符号を付している。本実施形
態例の窒化物系半導体レーザ素子４０は、分布帰還型半
導体レーザ素子（ＤＦＢレーザ）であって、図５に示す
ように、光導波層２０内の回折格子４２の構成が異なる
ことを除いて実施形態例１の窒化物系半導体レーザ素子
１０と同じ構成を備えている。
素子の実施形態の一例であって、図５は本実施形態例の
窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す模式断面図、及
び図６は図５の線II−IIでの窒化物系半導体レーザ素子
の断面図である。図５及び図６に示す部位のうち図１及
び図２と同じものには同じ符号を付している。本実施形
態例の窒化物系半導体レーザ素子４０は、分布帰還型半
導体レーザ素子（ＤＦＢレーザ）であって、図５に示す
ように、光導波層２０内の回折格子４２の構成が異なる
ことを除いて実施形態例１の窒化物系半導体レーザ素子
１０と同じ構成を備えている。
【００３８】本実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子
４０の回折格子４２は、図６に示すように、ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層１８上にインジウム（Ｉｎ）の凝集によ
り周期的に形成されたｎ型ＧａＩｎＮ層からなる回折格
子形成層４４と、回折格子形成層４４を埋め込む、Ｇａ
ＩｎＮ層とは屈折率の異なるｎ型ＧａＮ光導波層２０と
によって形成される。回折格子形成層４４と回折格子形
成層４４とは屈折率の異なるｎ型ＧａＮ光導波層２０と
が交互に周期的に形成されることにより、屈折率が周期
的に変化する回折格子４２が形成される。
４０の回折格子４２は、図６に示すように、ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層１８上にインジウム（Ｉｎ）の凝集によ
り周期的に形成されたｎ型ＧａＩｎＮ層からなる回折格
子形成層４４と、回折格子形成層４４を埋め込む、Ｇａ
ＩｎＮ層とは屈折率の異なるｎ型ＧａＮ光導波層２０と
によって形成される。回折格子形成層４４と回折格子形
成層４４とは屈折率の異なるｎ型ＧａＮ光導波層２０と
が交互に周期的に形成されることにより、屈折率が周期
的に変化する回折格子４２が形成される。
【００３９】ＤＦＢレーザとして構成された本実施形態
例の窒化物系半導体レーザ素子４０は、通電することに
より、定常状態と過度状態のいずれでも、動的単一モー
ド素子として縦単一モードで安定して発振する。
例の窒化物系半導体レーザ素子４０は、通電することに
より、定常状態と過度状態のいずれでも、動的単一モー
ド素子として縦単一モードで安定して発振する。
【００４０】窒化物系半導体レーザ素子の作製方法の実
施形態例２ 本実施形態例は、第２発明方法に係る分布帰還型半導体
レーザ素子の作製方法を上述の実施形態例１の窒化物系
半導体レーザ素子４０の作製に適用した実施形態の一例
であって、図７（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本実施
形態例の方法に従って窒化物系半導体レーザ素子４０を
作製する際の工程毎の断面図である。先ず、実施形態例
１の方法と同様に、図７（ａ）に示すように、ｃ面のサ
ファイア基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、例えば５
５０℃程度の低温でＧａＮバッファ層１４を成長させ
る。引き続いて、ＧａＮバッファ層１４上に、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１６、及びｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１
８を順次エピタキシャル成長させる。
施形態例２ 本実施形態例は、第２発明方法に係る分布帰還型半導体
レーザ素子の作製方法を上述の実施形態例１の窒化物系
半導体レーザ素子４０の作製に適用した実施形態の一例
であって、図７（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本実施
形態例の方法に従って窒化物系半導体レーザ素子４０を
作製する際の工程毎の断面図である。先ず、実施形態例
１の方法と同様に、図７（ａ）に示すように、ｃ面のサ
ファイア基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、例えば５
５０℃程度の低温でＧａＮバッファ層１４を成長させ
る。引き続いて、ＧａＮバッファ層１４上に、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１６、及びｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１
８を順次エピタキシャル成長させる。
【００４１】次に、図７（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶ
Ｄ法によって、以下の条件で、ＧａＩｎＮ層を成長させ
る原料ガスを供給して、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８
上にインジウム（Ｉｎ）の凝集により周期的にｎ型Ｇａ
ＩｎＮ層からなる回折格子形成層４４を形成する。回折格子形成層の成長条件 例えば、ＴＭＧ（トリメチルガリウム、（ＣＨ3 ）3 Ｇ
ａ）とＴＭＩｎ（トリメチルインジウム、（ＣＨ3 ）3
Ｉｎ）をガリウムとインジウムの原材料として、水素雰
囲気もしくは窒雰囲気にて８５０℃で成長して形成す
る。
Ｄ法によって、以下の条件で、ＧａＩｎＮ層を成長させ
る原料ガスを供給して、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１８
上にインジウム（Ｉｎ）の凝集により周期的にｎ型Ｇａ
ＩｎＮ層からなる回折格子形成層４４を形成する。回折格子形成層の成長条件 例えば、ＴＭＧ（トリメチルガリウム、（ＣＨ3 ）3 Ｇ
ａ）とＴＭＩｎ（トリメチルインジウム、（ＣＨ3 ）3
Ｉｎ）をガリウムとインジウムの原材料として、水素雰
囲気もしくは窒雰囲気にて８５０℃で成長して形成す
る。
【００４２】続いて、図７（ｃ）に示すように、回折格
子形成層４４上にＧａＩｎＮとは屈折率の異なるｎ型Ｇ
ａＮ光導波路層２０を成長させて、回折格子形成層４４
を埋め込み、回折格子形成層４４とｎ型ＧａＮ光導波路
層２０とによって周期的に屈折率が異なる回折格子４２
を形成する。以下、実施形態例方法１と同様に、ｎ型Ｇ
ａＮ光導波路層２０上に、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光導
波層２４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２８を順次エピタキシャル成長させ、
ストライプリッジ、メサ構造、電極を形成することによ
り、実施形態例２の窒化物系半導体レーザ素子４０を形
成することができる。
子形成層４４上にＧａＩｎＮとは屈折率の異なるｎ型Ｇ
ａＮ光導波路層２０を成長させて、回折格子形成層４４
を埋め込み、回折格子形成層４４とｎ型ＧａＮ光導波路
層２０とによって周期的に屈折率が異なる回折格子４２
を形成する。以下、実施形態例方法１と同様に、ｎ型Ｇ
ａＮ光導波路層２０上に、活性層２２、ｐ型ＧａＮ光導
波層２４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２８を順次エピタキシャル成長させ、
ストライプリッジ、メサ構造、電極を形成することによ
り、実施形態例２の窒化物系半導体レーザ素子４０を形
成することができる。
【００４３】本実施形態例方法によれば、回折格子形成
層４４であるＧａＩｎＮ層の成長条件を調整してＩｎの
凝集効果を高め、ストライプを「すだれ」状に延在させ
るＧａＩｎＮ層からなる回折格子形成層４４を周期的に
セルフアライン的に形成することにより、従来のような
２光束干渉露光法による工程を実施することなく、連続
した結晶成長プロセス中でセルフアライン的に回折格子
を作製することができる。
層４４であるＧａＩｎＮ層の成長条件を調整してＩｎの
凝集効果を高め、ストライプを「すだれ」状に延在させ
るＧａＩｎＮ層からなる回折格子形成層４４を周期的に
セルフアライン的に形成することにより、従来のような
２光束干渉露光法による工程を実施することなく、連続
した結晶成長プロセス中でセルフアライン的に回折格子
を作製することができる。
【００４４】以上、この発明の一実施形態について具体
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。また、実施形態例１及び２では、
基板１２としてサファイア基板を用いているが、必要に
応じて、サファイア基板の代わりに、ＧａＮ基板、Ｓｉ
Ｃ基板、ＺｎＯ基板、スピネル基板などを用いてもよ
い。ＧａＮ基板やＳｉＣ基板などの導電性の基板を用い
る場合には、基板裏面に電極を形成することができる。
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。また、実施形態例１及び２では、
基板１２としてサファイア基板を用いているが、必要に
応じて、サファイア基板の代わりに、ＧａＮ基板、Ｓｉ
Ｃ基板、ＺｎＯ基板、スピネル基板などを用いてもよ
い。ＧａＮ基板やＳｉＣ基板などの導電性の基板を用い
る場合には、基板裏面に電極を形成することができる。
【００４５】
【発明の効果】第１発明によれば、誘電体膜の開口を介
して第１クラッド層上に周期的に選択成長した、光導波
層とは屈折率の異なる窒化物系III −Ｖ族化合物半導体
層からなる回折格子形成層と、回折格子形成層を埋め込
む光導波層とによって形成され、屈折率が周期的に変化
する回折格子を備えることにより、セルフアライン的に
容易に作製できる構成の短波長域の動的単一レーザ素子
を実現している。第２発明によれば、第１クラッド層上
にインジウム（Ｉｎ）の凝集により周期的に形成され、
光導波層とは屈折率の異なるＩｎ含有窒化物系III −Ｖ
族化合物半導体層からなる回折格子形成層と、回折格子
形成層を埋め込む光導波層とによって形成され、屈折率
が周期的に変化する回折格子を備えることにより、セル
フアライン的に容易に作製できる構成の短波長域の動的
単一レーザ素子を実現している。第１及び第２発明方法
によれば、回折格子形成層をエッチングして回折格子を
形成していないので、回折格子下の下地層にエッチング
損傷を与えるようなことなく、回折格子を作製すること
ができるので、素子信頼性の高い短波長域の動的単一レ
ーザ素子を形成することができる。
して第１クラッド層上に周期的に選択成長した、光導波
層とは屈折率の異なる窒化物系III −Ｖ族化合物半導体
層からなる回折格子形成層と、回折格子形成層を埋め込
む光導波層とによって形成され、屈折率が周期的に変化
する回折格子を備えることにより、セルフアライン的に
容易に作製できる構成の短波長域の動的単一レーザ素子
を実現している。第２発明によれば、第１クラッド層上
にインジウム（Ｉｎ）の凝集により周期的に形成され、
光導波層とは屈折率の異なるＩｎ含有窒化物系III −Ｖ
族化合物半導体層からなる回折格子形成層と、回折格子
形成層を埋め込む光導波層とによって形成され、屈折率
が周期的に変化する回折格子を備えることにより、セル
フアライン的に容易に作製できる構成の短波長域の動的
単一レーザ素子を実現している。第１及び第２発明方法
によれば、回折格子形成層をエッチングして回折格子を
形成していないので、回折格子下の下地層にエッチング
損傷を与えるようなことなく、回折格子を作製すること
ができるので、素子信頼性の高い短波長域の動的単一レ
ーザ素子を形成することができる。
【図１】実施形態例１の窒化物系半導体レーザ素子の構
成を示す模式断面図である。
成を示す模式断面図である。
【図２】図１の線Ｉ−Ｉでの窒化物系半導体レーザ素子
の断面図である。
の断面図である。
【図３】図３（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態
例方法１に従って実施形態例１の窒化物系半導体レーザ
素子を作製する際の工程毎の断面図である。
例方法１に従って実施形態例１の窒化物系半導体レーザ
素子を作製する際の工程毎の断面図である。
【図４】図４（ｄ）と図４（ｅ）は、それぞれ、図３
（ｃ）に続いて、実施形態例方法１に従って実施形態例
１の窒化物系半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の
断面図である。
（ｃ）に続いて、実施形態例方法１に従って実施形態例
１の窒化物系半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の
断面図である。
【図５】実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子の構成
を示す模式断面図である。
を示す模式断面図である。
【図６】図５の線II−IIでの窒化物系半導体レーザ素子
の断面図である。
の断面図である。
【図７】図７（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態
例方法２に従って実施形態例２の窒化物系半導体レーザ
素子を作製する際の工程毎の断面図である。
例方法２に従って実施形態例２の窒化物系半導体レーザ
素子を作製する際の工程毎の断面図である。
【図８】図８（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、従来の方
法によって回折格子を形成する際の工程毎の断面図であ
る。
法によって回折格子を形成する際の工程毎の断面図であ
る。
１０……実施形態例１の窒化物系半導体レーザ素子、１
２……ｃ面のサファイア基板、１４……ＧａＮバッファ
層、１６……ｎ型ＧａＮコンタクト層、１８……ｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層、２０……ｎ型ＧａＮ光導波層、２
２……活性層、２４……ｐ型ＧａＮ光導波層、２６……
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２８……ｐ型ＧａＮコンタ
クト層、３０……ｎ型ＡｌＧａＮ層からなる回折格子、
３２……誘電体膜で形成された選択成長マスク、３４…
…ＳｉＯ2 絶縁膜、３６……ｐ側電極、３８……ｎ側電
極、４０……実施形態例２の窒化物系半導体レーザ素
子、４２……回折格子、４４……回折格子形成層、５０
……基板、５２……バッファ層、５４……下部クラッド
層、５６……回折格子形成層、５８……パターンマス
ク、６０……化合物半導体層、６２……回折格子。
２……ｃ面のサファイア基板、１４……ＧａＮバッファ
層、１６……ｎ型ＧａＮコンタクト層、１８……ｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層、２０……ｎ型ＧａＮ光導波層、２
２……活性層、２４……ｐ型ＧａＮ光導波層、２６……
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２８……ｐ型ＧａＮコンタ
クト層、３０……ｎ型ＡｌＧａＮ層からなる回折格子、
３２……誘電体膜で形成された選択成長マスク、３４…
…ＳｉＯ2 絶縁膜、３６……ｐ側電極、３８……ｎ側電
極、４０……実施形態例２の窒化物系半導体レーザ素
子、４２……回折格子、４４……回折格子形成層、５０
……基板、５２……バッファ層、５４……下部クラッド
層、５６……回折格子形成層、５８……パターンマス
ク、６０……化合物半導体層、６２……回折格子。
Claims (8)
- 【請求項１】 相互に導電型の異なる第１クラッド層及
び第２クラッド層、第１及び第２クラッド層の間の活性
層、及び第１クラッド層と活性層との間の光導波層を、
それぞれ、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層として基
板上に備える窒化物系半導体レーザ素子であって、 第１クラッド層上に設けられ、スリット状の複数個の開
口を周期的に有する誘電体膜と、 誘電体膜の開口を介して第１クラッド層上に周期的に選
択成長した、光導波層とは屈折率の異なる窒化物系III
−Ｖ族化合物半導体層からなる回折格子形成層と、回折
格子形成層を埋め込む光導波層とによって形成され、屈
折率が周期的に変化する回折格子とを備えていることを
特徴とする窒化物系半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層から
なる下地層が第１クラッド層上に、誘電体膜が下地層上
に、回折格子形成層が誘電体膜の開口を介して下地層上
に、それぞれ、設けられていることを特徴とする請求項
１に記載の窒化物系半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 相互に導電型の異なる第１クラッド層及
び第２クラッド層、第１及び第２クラッド層の間の活性
層、及び第１クラッド層と活性層との間の光導波層を、
それぞれ、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層として基
板上に備える窒化物系半導体レーザ素子であって、 第１クラッド層上に、インジウム（Ｉｎ）の凝集により
周期的に形成され、光導波層とは屈折率の異なるＩｎ含
有窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層からなる回折格子
形成層と、回折格子形成層を埋め込む光導波層とによっ
て形成され、屈折率が周期的に変化する回折格子を備え
ていることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 窒化物系III −Ｖ族化合物半導体層から
なる下地層が第１クラッド層上に、回折格子形成層が下
地層上に、それぞれ、設けられていることを特徴とする
請求項３に記載の窒化物系半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 回折格子が、活性領域内に活性領域に沿
って設けられている分布帰還型半導体レーザ素子である
ことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項
に記載の窒化物系半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 回折格子が、活性領域内に活性領域に沿
って設けられ、かつ活性領域の導波方向に隣接した非活
性領域である受動導波路領域にも設けられている分布反
射型半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１
から４のうちのいずれか１項に記載の窒化物系半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項７】 それぞれ、窒化物系III −Ｖ族化合物半
導体層からなる、第１クラッド層、光導波層、及び活性
層を順次有し、かつ光導波層内に回折格子を備えた窒化
物系半導体レーザ素子の作製方法であって、 第１クラッド層を成長させた後、窒化物系III −Ｖ族化
合物半導体層からなる下地層を介して第１クラッド層上
に、又は直接第１クラッド層上に、誘電体膜を成膜し、
次いで誘電体膜を加工して、スリット状の複数個の開口
を周期的に有する誘電体膜マスクを形成する工程と、 誘電体膜の開口を介して第１クラッド層上に光導波層と
は屈折率の異なる窒化物系III −Ｖ族化合物半導体から
なる回折格子形成層を周期的に選択成長させる工程と、 回折格子形成層上に光導波層を成長させて回折格子形成
層を埋め込み、屈折率が周期的に変化する回折格子を形
成する工程とを有することを特徴とする窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法。 - 【請求項８】 それぞれ、窒化物系III −Ｖ族化合物半
導体層からなる、第１クラッド層、光導波層、及び活性
層を順次有し、かつ光導波層内に回折格子を備えた窒化
物系半導体レーザ素子の作製方法であって、 第１クラッド層を成長させた後、窒化物系III −Ｖ族化
合物半導体層からなる下地層を介して第１クラッド層上
に、又は直接第１クラッド層上に、Ｉｎ含有窒化物系II
I −Ｖ族化合物半導体層を成長させて、光導波層とは屈
折率の異なるＩｎ含有窒化物系III −Ｖ族化合物半導体
層からなる回折格子形成層をインジウム（Ｉｎ）の凝集
により周期的に形成する工程と、 回折格子形成層上に光導波層を成長させて回折格子形成
層を埋め込み、屈折率が周期的に変化する回折格子を形
成する工程とを有することを特徴とする窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001162459A JP2002359431A (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 窒化物系半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001162459A JP2002359431A (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 窒化物系半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002359431A true JP2002359431A (ja) | 2002-12-13 |
Family
ID=19005575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001162459A Pending JP2002359431A (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 窒化物系半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002359431A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008004662A (ja) * | 2006-06-21 | 2008-01-10 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2008028374A (ja) * | 2006-06-19 | 2008-02-07 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2012524409A (ja) * | 2009-04-14 | 2012-10-11 | コーニング インコーポレイテッド | Ｄｂｒ回折格子の前方および後方部分の分割制御 |
-
2001
- 2001-05-30 JP JP2001162459A patent/JP2002359431A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008028374A (ja) * | 2006-06-19 | 2008-02-07 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2008004662A (ja) * | 2006-06-21 | 2008-01-10 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2012524409A (ja) * | 2009-04-14 | 2012-10-11 | コーニング インコーポレイテッド | Ｄｂｒ回折格子の前方および後方部分の分割制御 |
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| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
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