[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP4370904B2 - Semiconductor laser element - Google Patents

Semiconductor laser element Download PDF

Info

Publication number
JP4370904B2
JP4370904B2 JP2003427716A JP2003427716A JP4370904B2 JP 4370904 B2 JP4370904 B2 JP 4370904B2 JP 2003427716 A JP2003427716 A JP 2003427716A JP 2003427716 A JP2003427716 A JP 2003427716A JP 4370904 B2 JP4370904 B2 JP 4370904B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light
film
semiconductor laser
resonator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003427716A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004111997A (en
Inventor
康宜 杉本
真尚 落合
章法 米田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Corp
Original Assignee
Nichia Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Corp filed Critical Nichia Corp
Priority to JP2003427716A priority Critical patent/JP4370904B2/en
Publication of JP2004111997A publication Critical patent/JP2004111997A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4370904B2 publication Critical patent/JP4370904B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

本発明は、ファーフィールドパターン(FFP)が良好な半導体レーザ素子に関し、GaN、AlN、若しくはInN、又はこれらの混晶からなるIII−V族窒化物半導体(InAlGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)を用いた半導体レーザ素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device having a good far field pattern (FFP), and relates to a group III-V nitride semiconductor (In x Al y Ga 1- xy ) composed of GaN, AlN, InN, or a mixed crystal thereof. N, 0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1).

近年、半導体レーザ素子は小型、軽量、高信頼性、且つ高出力化が進みパーソナルコンピューター、DVDなどの電子機器、医療機器、加工機器や光ファイバー通信の光源などに利用されている。中でも窒化物半導体(InAlGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)は比較的短波長の紫外域から赤色が発光可能な半導体レーザ素子として注目されている。 2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor laser elements have become smaller, lighter, more reliable and have higher output, and are used in personal computers, electronic devices such as DVDs, medical devices, processing devices, and light sources for optical fiber communication. Among them, nitride semiconductors (In x Al y Ga 1-xy N, 0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) are attracting attention as semiconductor laser elements capable of emitting red light from a relatively short wavelength ultraviolet region. Yes.

このような半導体レーザ素子は、サファイア基板上にバッファ層、n型コンタクト層、クラック防止層、n型クラッド層、n型光ガイド層、活性層、p型キャップ層、p型光ガイド層、p型クラッド層、p型コンタクト層が順に形成されている。また、エッチング等によりストライプ状の発光層が形成され、次いでp側電極とn側電極とが形成されている。更に、所定の共振器長で光出射面を形成後、光反射側の鏡面を形成して、発振光を光出射側の鏡面から効率的に取り出せるようにしている。   Such a semiconductor laser device includes a buffer layer, an n-type contact layer, a crack prevention layer, an n-type cladding layer, an n-type light guide layer, an active layer, a p-type cap layer, a p-type light guide layer, p on a sapphire substrate. A mold cladding layer and a p-type contact layer are formed in this order. Further, a stripe-shaped light emitting layer is formed by etching or the like, and then a p-side electrode and an n-side electrode are formed. Further, after forming the light emitting surface with a predetermined resonator length, a light reflecting mirror surface is formed so that the oscillation light can be efficiently extracted from the light emitting side mirror surface.

しかしながら、このような構造では、ファーフィールドパターン(FFP)に凹凸(リップル)が発生し、非ガウシア分布になってしまうという問題があった。FFPが非ガウシア分布となる半導体レーザ素子では、FFPの形状計算に大きな誤りをきたし、効率よく光学系への結合ができず、そのために駆動電流が大きくなってしまうという問題もあった。   However, such a structure has a problem that irregularities (ripples) occur in the far field pattern (FFP), resulting in a non-Gaussian distribution. In the semiconductor laser device in which the FFP has a non-Gaussian distribution, there has been a problem that the FFP shape calculation has a large error and cannot be efficiently coupled to the optical system, which increases the drive current.

また、従来の半導体レーザ素子は、出射端面が劣化しやすいという問題点があった。
そこで、本発明は、高出力動作時に、リップルがなく、ガウシア分布に近い良好なFFPを得ることができる半導体レーザ素子を提供することを第1の目的とする。
Further, the conventional semiconductor laser device has a problem that the emission end face is easily deteriorated.
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of obtaining a good FFP having no ripple and close to a Gaussian distribution during high output operation.

また、本発明は、高出力動作させた場合においても、端面の劣化を防止でき、かつ良好なFFPを得ることができる半導体レーザ素子を提供することを第2の目的とする。   It is a second object of the present invention to provide a semiconductor laser device that can prevent deterioration of the end face and obtain a good FFP even when a high output operation is performed.

上記問題を解決するために、本発明に係る導体レーザ素子は、第1の導電型の半導体層と、活性層と、該第1の導電型と異なる第2の導電型の半導体層とが順に積層された積層構造体を備え、その積層構造体が一方向に光を導波させる導波路領域と両端にレーザ共振用の共振器面とを有し、その両端の共振器面のうちの一方を光出射面とする半導体レーザ素子において、前記積層構造体は、光出射面側に、前記共振器面とは別に活性層断面を含むように形成され、光の導波方向と垂直な非共振器面を有し、前記光出射面である共振器面は、前記非共振器面よりも突出しており、その非共振器面に遮光層が形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semi-conductor laser element according to the present invention includes a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type comprising a laminated structure are laminated in this order, the laminate structure possess a cavity surface of the laser resonator in the waveguide region and both ends for guiding light in one direction, out of the cavity surface of the opposite ends In the semiconductor laser device having one light emitting surface, the stacked structure is formed on the light emitting surface side so as to include an active layer cross section separately from the resonator surface, and is perpendicular to the light guiding direction. The resonator surface, which is a non-resonator surface, has a non-resonator surface, protrudes from the non-resonator surface, and a light shielding layer is formed on the non-resonator surface .

このような構成とすることにより、導波路領域からしみ出した光(迷光)が非共振器面から外部に放出されるのを遮断して共振器面から出射される主ビームと重なるのを防ぎ(すなわち、主ビームだけを出射させることができるため、リップルの発生が防止でき)、優れたFFPを得ることができる。   By adopting such a configuration, light (stray light) that oozes out of the waveguide region is prevented from being emitted from the non-resonator surface to the outside and prevented from overlapping with the main beam emitted from the resonator surface. (That is, since only the main beam can be emitted, generation of ripples can be prevented), and an excellent FFP can be obtained.

また、本発明に係る半導体レーザ素子は、共振器面が非共振器面よりも突出しているので、迷光が外部に放出されるのを効率よく防ぐことが出来る。
また、このようにすると、共振器面から出射される光が非共振器面によって遮られることもない。
In addition, the semiconductor laser device according to the present invention can efficiently prevent the stray light from being emitted to the outside because the resonator surface protrudes beyond the non-resonator surface.
In this way, the light emitted from the resonator surface is not blocked by the non-resonator surface.

さらに、本発明に係る半導体レーザ素子では、非共振器面が近傍に形成された共振器面をレーザ光の出射面とすることで、より優れたFFPを得ることができる。   Furthermore, in the semiconductor laser device according to the present invention, a more excellent FFP can be obtained by using a resonator surface in which a non-resonator surface is formed in the vicinity as a laser light emitting surface.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記積層構造体の側面は、活性層断面を含む第1の側面と、該第1の側面より導波路領域の近くに位置しかつ活性層断面を含む第2の側面とを有し、該第2の側面に遮光層が形成されていてもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the side surface of the stacked structure includes a first side surface including the active layer cross section, and is positioned closer to the waveguide region than the first side surface and includes the active layer cross section. And a light shielding layer may be formed on the second side surface.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記非共振器面と、前記第2の側面は連続していてもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the non-resonator surface and the second side surface may be continuous.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記積層構造体には、ストライプ状の凸部が形成され、そのストライプ状の凸部により前記導波路領域が形成されており、In the semiconductor laser device according to the present invention, a stripe-shaped convex portion is formed in the multilayer structure, and the waveguide region is formed by the stripe-shaped convex portion,
前記第2の側面は、前記凸部の側面と異なる面上に位置し、前記凸部の外側に形成されていてもよい。  The second side surface may be located on a different surface from the side surface of the convex portion and may be formed outside the convex portion.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記非共振器面は、前記光出射面の近傍の積層構造体の両角部が活性層より下まで除去されて設けられる面であってもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the non-resonator surface may be a surface provided by removing both corners of the laminated structure in the vicinity of the light emitting surface to below the active layer.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記非共振器面は、ストライプ状の凸部を挟むように矩形の溝が形成され、その溝の共振方向に直交する面であってもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the non-resonator surface may be a surface in which a rectangular groove is formed so as to sandwich the stripe-shaped convex portion and is orthogonal to the resonance direction of the groove.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記遮光層は、前記積層構造体に接して形成されていてもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the light shielding layer may be formed in contact with the laminated structure.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記遮光層は、前記積層構造体に設けられた絶縁層上に形成されていてもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the light shielding layer may be formed on an insulating layer provided in the stacked structure.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記遮光層は、導体、半導体、絶縁体のいずれかからなっていてもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the light shielding layer may be made of any one of a conductor, a semiconductor, and an insulator.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記遮光層は、誘電体多層膜からなっていてもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the light shielding layer may be formed of a dielectric multilayer film.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記第1の導電型の半導体層、活性層、第2の導電型の半導体層に、窒化物半導体が用いられていてもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, a nitride semiconductor may be used for the first conductive type semiconductor layer, the active layer, and the second conductive type semiconductor layer.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記第1の導電型の半導体層にn型窒化物半導体を有し、前記第2の導電型の半導体層にp型窒化物半導体を有していてもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the first conductivity type semiconductor layer includes an n-type nitride semiconductor, and the second conductivity type semiconductor layer includes a p-type nitride semiconductor. Also good.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記遮光層は、導体材料であって、Ni、Cr、Ti、Cu、Fe、Zr、Hf、Nb、W、Rh、Ru、Mg、Al、Sc、Y、Mo、Ta、Co、Pd、Ag、Au、Pt、Gaの単体、合金、多層膜、またはこれらの酸化物、窒化物から選ばれたいずれかであってもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the light shielding layer is a conductor material, and includes Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, Nb, W, Rh, Ru, Mg, Al, Sc, Any of Y, Mo, Ta, Co, Pd, Ag, Au, Pt, and Ga alone, an alloy, a multilayer film, or an oxide or nitride thereof may be used.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記遮光層は、導電材料であって、Ni、Cr、Ti、Cu、Fe、Zr、Hf、Nb、W、Rh、Ru、Mg、Gaの単体、合金、多層膜、またはこれらの酸化物、窒化物から選ばれたいずれかであってもよい。Further, in the semiconductor laser device according to the present invention, the light shielding layer is a conductive material, and Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, Nb, W, Rh, Ru, Mg, Ga alone, Any one selected from an alloy, a multilayer film, or an oxide or nitride thereof may be used.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記遮光層は、半導体材料であって、Si、In、GaN、GaAs、InPのいずれかであってもよい。In the semiconductor laser device according to the present invention, the light shielding layer is a semiconductor material and may be any one of Si, In, GaN, GaAs, and InP.

また、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記遮光層は、絶縁体材料であって、TiOIn the semiconductor laser device according to the present invention, the light shielding layer is an insulator material, and is made of TiO. 2 、CrO, CrO 2 のいずれかであってもよいし、前記遮光層は、少なくともRh酸化物を有してなっていてもよい。Any of these may be sufficient, and the said light shielding layer may have an Rh oxide at least.

以下、図面を用いて本発明について説明するが、本発明の半導体レーザ素子は、後述の実施の形態に示された素子構造や電極構成に限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明に係る実施の形態1のレーザ素子の外形を示す斜視図であり、図2は、図1のII−II線についての断面図であり、図3は、図1のIII−III線についての断面図である。
本実施の形態1の半導体レーザ素子は、共振器面以外から放出される光を遮光層9によって遮断することで、優れたFFPを得るものである。具体的な形態としては、第1の導電型の半導体層1、活性層3、第1の導電型と異なる第2の導電型の半導体層2とが積層された積層構造体100に、ストライプ状の凸部(リッジ)8が設けられており(図2)、このストライプ状のリッジ8の直下の活性層の近傍にストライプ状の導波路領域が構成される。そして、このリッジ8の長手方向に垂直な両端面を共振器面とすることで、ストライプの長手方向を共振方向(光の導波方向)とする光共振器が形成されている。2つの共振器面のうち一方は主として光を外部に出射する機能を有する光出射側共振器面(光出射面)であり、他方は主として光を導波路領域内に反射する機能を有する光反射側共振器面(モニター面)である。また、ストライプ状の凸部8の側面及びこの側面から連続する積層構造体の表面(上面)には、第1の絶縁膜10が形成されており、この第1の絶縁膜10が形成されていない第2の導電型の半導体層の凸部8上面で第2の導電型の半導体層2とオーミック接触するストライプ状のオーミック電極5が設けられている。また、積層構造体100に沿って露出された第1の導電型の半導体層1上には、第1の導電型の半導体層1とオーミック接触するオーミック電極7がストライプ状に形成されている。両オーミック電極は、略平行になるように設けられている。本実施の形態1のレーザ素子ではさらに、これら電極の上にそれぞれ開口部を有する第2の絶縁膜11が素子全体を覆うように形成され、この第2の絶縁膜11を介してオーミック電極と接するようにパッド電極(n側パッド電極6、p側パッド電極4)がそれぞれ形成される。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. However, the semiconductor laser element of the present invention is not limited to the element structure and the electrode configuration shown in the embodiments described later.
Embodiment 1 FIG.
1 is a perspective view showing the outer shape of the laser device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is III in FIG. It is sectional drawing about the -III line.
The semiconductor laser device of the first embodiment obtains an excellent FFP by blocking light emitted from other than the cavity surface by the light shielding layer 9. As a specific form, the stacked structure 100 in which the semiconductor layer 1 of the first conductivity type, the active layer 3 and the semiconductor layer 2 of the second conductivity type different from the first conductivity type are stacked is striped. The convex portion (ridge) 8 is provided (FIG. 2), and a striped waveguide region is formed in the vicinity of the active layer immediately below the striped ridge 8. Then, by forming both end faces perpendicular to the longitudinal direction of the ridge 8 as resonator planes, an optical resonator having the longitudinal direction of the stripe as the resonance direction (light waveguide direction) is formed. One of the two resonator surfaces is a light emission side resonator surface (light emission surface) mainly having a function of emitting light to the outside, and the other is a light reflection having a function of mainly reflecting light into the waveguide region. This is the side resonator surface (monitor surface). Further, a first insulating film 10 is formed on the side surface of the stripe-shaped convex portion 8 and the surface (upper surface) of the laminated structure continuous from the side surface, and the first insulating film 10 is formed. Striped ohmic electrodes 5 that are in ohmic contact with the second conductivity type semiconductor layer 2 are provided on the upper surface of the convex portion 8 of the second conductivity type semiconductor layer that is not present. On the first conductive type semiconductor layer 1 exposed along the laminated structure 100, ohmic electrodes 7 that are in ohmic contact with the first conductive type semiconductor layer 1 are formed in stripes. Both ohmic electrodes are provided so as to be substantially parallel. In the laser element of the first embodiment, a second insulating film 11 having an opening is formed on these electrodes so as to cover the entire element, and the ohmic electrode and the second insulating film 11 are formed through the second insulating film 11. Pad electrodes (n-side pad electrode 6 and p-side pad electrode 4) are formed in contact with each other.

ここで、本実施の形態1の半導体レーザ素子では、図1、図3に示すように光出射側共振器面近傍において、リッジの両側の半導体層が活性層3より下まで除去されて、いわば積層構造体100の角部が除去された形状を有している。これにより、光出射側では、積層構造体100の幅より狭い幅の共振器面101aが形成され、その共振器面101aから光が出射される。また、出射端面側における共振器面101aの両側には、積層構造体100の角部が除去されることにより、共振器面101aとは異なる平面上に位置し共振方向に直交する非共振器面101bが形成される。尚、積層構造体100の角部が除去されることにより形成された面101bは、導波される光の一部を反射するが、共振器面101aで反射される光に比べて小さいため、実質的に光の共振に寄与しないので、本明細書では非共振器面と呼ぶ。このように、本実施の形態1では、積層構造体のストライプ状の導波路領域の光の導波方向と垂直な方向の端面のうちの一方が単一の面ではなく、光出射面である共振器面101aと、共振器面より後ろに位置する(段差が設けられた)活性層の断面を含む非共振器面101bとを有するように形成される。また、積層構造体100の光の導波方向と平行な面(側面)に関しても、本レーザ素子の光出射側では、積層構造体の主側面である第1の側面102よりも導波路領域の中心部に近い位置に形成された第2の側面102aが形成されている。そして、実施の形態1のレーザ素子では、このようにして形成された非共振器面101bと第2の側面102aとに、図3,図4に示すように遮光層9が設けられている。図4は、図1〜図3に示す実施の形態1の半導体レーザ素子において、遮光層がどのような形状に形成されているのかについてわかりやすく示すために、絶縁膜及び電極を省略した図である。また、非共振器面101b及び第2の側面102aは遮光層形成面ともいう。尚、図1及び図4において、上述の各面の符号は、それらの面が表面に現われていないので、括弧を付して示している。   Here, in the semiconductor laser device of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the semiconductor layers on both sides of the ridge are removed below the active layer 3 in the vicinity of the light emitting side resonator surface. The laminated structure 100 has a shape with the corners removed. Thereby, on the light emitting side, a resonator surface 101a having a width smaller than the width of the laminated structure 100 is formed, and light is emitted from the resonator surface 101a. Further, by removing the corners of the laminated structure 100 on both sides of the resonator face 101a on the emission end face side, the non-resonator face is located on a plane different from the resonator face 101a and orthogonal to the resonance direction. 101b is formed. The surface 101b formed by removing the corners of the laminated structure 100 reflects a part of the guided light, but is smaller than the light reflected by the resonator surface 101a. Since it does not substantially contribute to the resonance of light, it is called a non-resonator surface in this specification. As described above, in the first embodiment, one of the end faces in the direction perpendicular to the light guiding direction of the stripe-shaped waveguide region of the multilayer structure is not a single surface but a light emitting surface. The resonator surface 101a and the non-resonator surface 101b including the cross section of the active layer located behind the resonator surface (provided with a step) are formed. Further, with respect to the plane (side surface) parallel to the light guiding direction of the laminated structure 100, the light emitting side of the laser element is more in the waveguide region than the first side surface 102 that is the main side surface of the laminated structure. A second side surface 102a formed at a position near the center is formed. In the laser element of the first embodiment, the light shielding layer 9 is provided on the non-resonator surface 101b and the second side surface 102a formed as described above, as shown in FIGS. FIG. 4 is a diagram in which the insulating film and the electrode are omitted in order to clearly show the shape of the light shielding layer in the semiconductor laser device of the first embodiment shown in FIGS. is there. The non-resonator surface 101b and the second side surface 102a are also referred to as light shielding layer forming surfaces. In FIGS. 1 and 4, the reference numerals of the above-described surfaces are shown in parentheses because those surfaces do not appear on the surface.

以上のように構成された実施の形態1のレーザ素子において、活性層(発光領域)で発生した光は、主として導波路領域内を導波して共振器面101aから出射されて主ビーム(レーザ光)となる。従来のレーザ素子では、一部の光は導波路領域からしみ出て迷光となって素子内を伝搬し、共振器面の出射部以外から外部に放出され、これが共振器面から放出される主ビームと混ざることでリップルが生じ、FFPを悪化させていた。しかしながら、本発明のレーザ素子では、遮光層9を形成しているので、この迷光を共振器面101a以外から外部に放出させないように遮断することができる。迷光を遮断する層として設けられる遮光層9は、光を反射または吸収することによって光を遮断する機能を有していればよい。、光を反射する材料を用いて遮光層9を形成すると、迷光を素子内部に反射させて光の出力効率を向上させることができる。また、迷光を吸収する材料を用いて遮光層9を形成すると、迷光が外部に放出されるのを防ぐことができる。   In the laser device of the first embodiment configured as described above, the light generated in the active layer (light emitting region) is mainly guided in the waveguide region and emitted from the resonator surface 101a to be emitted from the main beam (laser). Light). In the conventional laser element, a part of the light oozes out from the waveguide region, propagates in the element as stray light, and is emitted to the outside from the part other than the emission part of the resonator surface, which is emitted from the resonator surface. Ripple was generated by mixing with the beam, and FFP was deteriorated. However, since the light shielding layer 9 is formed in the laser element of the present invention, this stray light can be blocked from being emitted outside from the cavity surface 101a. The light shielding layer 9 provided as a layer that blocks stray light may have a function of blocking light by reflecting or absorbing light. When the light shielding layer 9 is formed using a material that reflects light, stray light can be reflected inside the device to improve the light output efficiency. Further, when the light shielding layer 9 is formed using a material that absorbs stray light, the stray light can be prevented from being emitted to the outside.

一般に、共振器面以外から外部に放出される光は、共振器面の近傍の端面が最も多く、光出射側の共振器端面では、主ビームであるレーザ光の出射方向と同じ方向に放出されるため混ざりやすい。そのため、本実施の形態1のように、共振器面の近傍に光を遮る遮光層9を設けることで、迷光が外部に放出されるのを効果的に防ぐことができる。特に本実施の形態1では、共振器面101aとは異なる面上に非共振器面101bを形成し、この面に遮光層9を設けることで迷光が外部に放出するのを有効に防ぎ、レーザ光にリップルが生じるのを防いでいる。遮光層9は、本実施の形態1のように共振器面とは別に非共振器面を設けるのではなく、従来のように1つの面からなる共振器面において出射部分を制限するように遮光層を形成するようにしても良いが、そのような構成では光非吸収層の厚さが厚くなると主ビームを遮ることになるので、薄くても光を透過させない材料を選択する必要がある。しかしながら、本実施の形態1のように、共振器面101aを非共振器面101bから突出するように形成し、その非共振器面101bに遮光層103を設けるようにすることで、主ビームを遮ることなく厚く形成することができる。しかも、光出射面(共振器面)101aより手前に遮光層103を設けることになるので、より効率よく迷光を遮断することができる。   In general, the light emitted to the outside from the surface other than the resonator surface is the largest at the end face near the resonator face, and is emitted in the same direction as the emission direction of the laser beam as the main beam at the resonator end face on the light emission side. Therefore, it is easy to mix. Therefore, the stray light can be effectively prevented from being emitted to the outside by providing the light shielding layer 9 that blocks the light in the vicinity of the resonator surface as in the first embodiment. In particular, in the first embodiment, the non-resonator surface 101b is formed on a surface different from the resonator surface 101a, and the light shielding layer 9 is provided on this surface to effectively prevent stray light from being emitted to the outside. Ripple is prevented from occurring in the light. The light shielding layer 9 is not provided with a non-resonator surface separately from the resonator surface as in the first embodiment, but is shielded so as to limit the emission portion on the resonator surface composed of one surface as in the prior art. Although a layer may be formed, in such a configuration, if the thickness of the light non-absorbing layer is increased, the main beam is blocked. Therefore, it is necessary to select a material that does not transmit light even if it is thin. However, as in the first embodiment, the resonator surface 101a is formed so as to protrude from the non-resonator surface 101b, and the light shielding layer 103 is provided on the non-resonator surface 101b. It can be formed thick without blocking. Moreover, since the light shielding layer 103 is provided in front of the light emitting surface (resonator surface) 101a, stray light can be blocked more efficiently.

また、導波路領域からしみ出した迷光は、上記のような光の導波方向に垂直な方向の面(端面)だけではなく、導波方向に平行な面(側面)からも放出されるが、図3、図4に示すように第2の側面102aにも遮光層9を設けることで、迷光が放出されるのを防ぐことができる。素子の側面に絶縁膜や電極等を設ける場合は、その絶縁層や電極の材料によってはそれ自体を遮光層として機能させることも可能である。しかし、図1のようにウエハを素子毎に分割する位置のリッジの近傍には分割を容易に行うため絶縁膜や電極を設けずに、半導体層を露出させてもよい。そのような場合に、本発明のように、導波路領域に近接する位置に第2の側面102aを設けて遮光層9を設けることで、迷光が外部に放出されるのを防ぐことができ、リップルのない良好なFFPを有するレーザ光を得ることができる。   Further, the stray light that oozes out from the waveguide region is emitted not only from the surface (end surface) in the direction perpendicular to the light guiding direction as described above but also from the surface (side surface) parallel to the waveguide direction. As shown in FIGS. 3 and 4, stray light can be prevented from being emitted by providing the light shielding layer 9 also on the second side surface 102 a. In the case where an insulating film, an electrode, or the like is provided on the side surface of the element, depending on the material of the insulating layer or the electrode, it can function as a light shielding layer. However, as shown in FIG. 1, the semiconductor layer may be exposed without providing an insulating film or an electrode in order to easily divide the wafer in the vicinity of the ridge at the position where the wafer is divided for each element. In such a case, stray light can be prevented from being emitted to the outside by providing the second side surface 102a at the position close to the waveguide region and providing the light shielding layer 9 as in the present invention. A laser beam having a good FFP without ripples can be obtained.

上述したように、迷光が生じるのは、光を導波させる導波路領域の幅に対して、積層構造体の幅が大きいためである。すなわち、活性層のように光伝搬が可能な層が、導波路領域以外(導波路領域の外側)にも存在することによるものである。この導波路領域を構成しない外側に位置する部分を無くすことで迷光を無くすことは可能である。例えば、導波路領域の幅と同等の幅になるように積層構造体をエッチングすることで、迷光が導波する領域を無くすことはできる。しかし、積層構造体100全体の幅(活性層の幅)を狭くすると、その幅の変動が素子の特性に大きく影響するようになるため、精度よく幅を制御する必要がある。しかし、後述するように、レーザ発振に適した導波路領域とするためには、ストライプの幅は広く見積もっても5μm程度であり、そのような狭い幅で全ての活性層の幅を精度よく管理して形成することは容易ではなく、また、精度よく形成したとしても細すぎて耐久性がなく、電極を形成する際に困難を伴い、実用性がない。本発明では、これらを考慮して、導波路領域より幅の広い積層構造体を形成して、その積層構造体において、安定したストライプ状の導波路領域(第1の側面ではさまれた部分)と、素子特性に悪影響を及ぼさない程度に幅を制限した導波路領域(第2の側面に挟まれた部分)とを設けている。そして、その幅が制限された導波路領域を構成するために形成した遮光層形成面に遮光層を設けている。   As described above, stray light is generated because the width of the laminated structure is larger than the width of the waveguide region that guides the light. That is, this is because a layer capable of propagating light, such as an active layer, is also present outside the waveguide region (outside the waveguide region). It is possible to eliminate stray light by eliminating the portion located outside that does not constitute the waveguide region. For example, the region where stray light is guided can be eliminated by etching the laminated structure so as to have a width equal to the width of the waveguide region. However, if the width of the entire laminated structure 100 (the width of the active layer) is narrowed, fluctuations in the width greatly affect the characteristics of the element, so it is necessary to control the width with high accuracy. However, as will be described later, in order to make the waveguide region suitable for laser oscillation, the width of the stripe is about 5 μm at a maximum, and the width of all the active layers is accurately managed with such a narrow width. It is not easy to form, and even if it is formed with high accuracy, it is too thin to have durability, and it is difficult to form an electrode and is not practical. In the present invention, in consideration of these, a laminated structure having a width wider than that of the waveguide region is formed, and in the laminated structure, a stable stripe-shaped waveguide region (a portion sandwiched between the first side surfaces) is formed. And a waveguide region (a portion sandwiched between the second side surfaces) whose width is limited to such an extent that the device characteristics are not adversely affected. And the light shielding layer is provided in the light shielding layer formation surface formed in order to comprise the waveguide area | region where the width | variety was restrict | limited.

本実施の形態1において、遮光層9の膜厚としては、1500Å〜30000Åが好ましく、更に好ましくは1500Å〜5000Åである。膜厚が1500Åより薄いと、光が透過し易くなるので好ましくない。また、厚く設ける場合は、除去された部分を表面まで埋めるように遮光層9を設けることが好ましい。厚く設けることで活性層の幅が狭くなっていても破損しにくくすることができる。   In the first embodiment, the thickness of the light shielding layer 9 is preferably 1500 mm to 30000 mm, more preferably 1500 mm to 5000 mm. A film thickness of less than 1500 mm is not preferable because light is easily transmitted. Moreover, when providing thickly, it is preferable to provide the light shielding layer 9 so that the removed part may be filled to the surface. By providing a thicker layer, the active layer can be less likely to be damaged even if the width of the active layer is narrow.

また、遮光層9に用いられる材料としては、導体、半導体、絶縁体のいずれでも用いることができる。ただし、導体を用いる場合は、積層構造体に直接接するように設けてもよいが、ショートを防ぎ、かつ素子構造体内の電流の流れを阻害しないようにするために、絶縁膜を介するなどして電極とは直接接しないように設ける必要がある。予め絶縁膜を形成しておけば、電極と同じ材料を用いることもでき、しかも、光を遮断する効果が高くなる。また、半導体を用いる場合は、活性層よりもバンドギャップの狭いものを用いるのが好ましい。活性層よりもバンドギャップが広いと光吸収効果が得られにくいので好ましくない。半導体を用いる場合は、必要な全ての層を積層した後に、エッチングにより遮光層形成面を形成し、その面を埋めるように積層して形成することもできる。或いは、少なくとも活性層の上の層まで積層させた後に反応を一旦中止して導波路領域を構成する活性層以外の部分を除去して段差を設け、その後反応を再開して積層するようにしてもよい。
絶縁体を用いる場合は、電極と接していても良いので扱い易いが、光遮断効果は導体に比べてやや劣る。このように本発明では、種々の材料を用いて遮光層を形成することができるので、これらの材料を素子の構造や製造工程、製造方法等に応じて、最も好ましいものを選択することができる。
Moreover, as a material used for the light shielding layer 9, any of a conductor, a semiconductor, and an insulator can be used. However, in the case of using a conductor, it may be provided so as to be in direct contact with the laminated structure. However, in order to prevent a short circuit and to prevent a current flow in the element structure from being interrupted, an insulating film is used. It is necessary to provide it so as not to be in direct contact with the electrode. If an insulating film is formed in advance, the same material as the electrode can be used, and the effect of blocking light is enhanced. In the case of using a semiconductor, it is preferable to use a semiconductor having a narrower band gap than the active layer. If the band gap is wider than that of the active layer, it is difficult to obtain a light absorption effect, which is not preferable. In the case of using a semiconductor, after forming all necessary layers, a light shielding layer forming surface can be formed by etching, and the layers can be stacked to fill the surface. Alternatively, after laminating at least up to the layer above the active layer, the reaction is temporarily stopped, a portion other than the active layer constituting the waveguide region is removed, a step is provided, and then the reaction is restarted and laminated. Also good.
In the case of using an insulator, it may be easy to handle because it may be in contact with the electrode, but the light blocking effect is slightly inferior to that of the conductor. As described above, in the present invention, since the light shielding layer can be formed using various materials, the most preferable materials can be selected according to the structure of the element, the manufacturing process, the manufacturing method, and the like. .

また、遮光層9として誘電体多層膜を用いることもできる。これにより、光を遮断する効果の他に、露出された端面、特に活性層を保護するという機能も付随させることができる。
遮光層9に用いられる具体的な材料としては、導体材料として、Ni、Cr、Ti、Cu、Fe、Zr、Hf、Nb、W、Rh、Ru、Mg、Al、Sc、Y、Mo、Ta、Co、Pd、Ag、Au、Pt、Gaの単体、合金、多層膜、更にはこれらの酸化物、窒化物等などの化合物から選ばれたいずれかを用いることができる。これらは、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。好ましい材料としてはNi、Cr、Ti、Cu、Fe、Zr、Hf、Nb、W、Rh、Ru、Mg、Gaを用いた材料であり、より好ましくはNi、Cr、Ti、Ga、Rh、RhOを用いた材料である。また、半導体材料としてはSi、InGaN、GaAs、InPなどを用いることができる。絶縁体材料としては、TiO、CrOなどを用いることができる。目的の位置に形成するためには、蒸着、スパッタ等様々な方法を用いることができる。
A dielectric multilayer film can also be used as the light shielding layer 9. Thereby, in addition to the effect of blocking light, a function of protecting the exposed end face, particularly the active layer, can be accompanied.
Specific materials used for the light shielding layer 9 include Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, Nb, W, Rh, Ru, Mg, Al, Sc, Y, Mo, Ta as conductor materials. , Co, Pd, Ag, Au, Pt, and Ga alone, alloys, multilayer films, and compounds selected from compounds such as oxides and nitrides thereof can be used. These may be used alone or in combination. Preferred materials are materials using Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, Nb, W, Rh, Ru, Mg, Ga, and more preferably Ni, Cr, Ti, Ga, Rh, RhO. It is a material using. As the semiconductor material, Si, InGaN, GaAs, InP, or the like can be used. As the insulator material, TiO 2 , CrO 2 or the like can be used. In order to form the target position, various methods such as vapor deposition and sputtering can be used.

上記材料のうち、特に、RhOなどのRh酸化物も好ましい材料としてあげられる。このRhOを遮光層として用いることで、効率よく光を遮断することができる。しかも熱的に安定な層なので、工程内や使用時において劣化の少ない安定な遮光層とすることができる。特に、導波路領域からやや離れた位置に形成することで、スロープ効率を低下させることなく優れたFFPを得ることができる。また、このRh酸化物は、主ビームの波長が紫外から比較的短波長の可視光の場合に特に好ましく用いることができる。具体的には、窒化物半導体からなり主ビームの波長が360〜420nm程度の範囲である半導体レーザ素子に用いることで、光の遮断効果が大きくなるので、迷光を遮断してリップルを低減させるのに有効である。   Among these materials, Rh oxides such as RhO are particularly preferable materials. By using this RhO as a light shielding layer, light can be efficiently blocked. And since it is a thermally stable layer, it can be set as the stable light shielding layer with little deterioration in a process or at the time of use. In particular, by forming it at a position slightly away from the waveguide region, an excellent FFP can be obtained without lowering the slope efficiency. The Rh oxide can be particularly preferably used when the main beam wavelength is visible light having a relatively short wavelength from ultraviolet. Specifically, by using it in a semiconductor laser device made of a nitride semiconductor and having a main beam wavelength in the range of about 360 to 420 nm, the light blocking effect is increased, so that stray light is blocked and ripple is reduced. It is effective for.

また、本発明において遮光層は、多層膜を用いることでより効果的にリップルを低減させることができる。多層膜とする場合、異なる材料からなる多層膜とすることもできるし、同一材料を用いることもできる。同一の材料であっても形成方法等を変更することで膜の特性を変化させることができるので、光学的または電気的に異なる層が積層された多層膜とすることができる。
また、遮光層9は、実施の形態1に示すように積層構造体に直接接するように形成することが好ましい。これにより、光の積層構造体以外、例えば絶縁膜等の内部へ侵入を防ぐことができ、迷光が外部に放出されるのを効率よく遮ることができる。特に、非共振器面101bが素子分割面の近傍に設けられる場合、分割のし易さ等を考慮して分割面(端面)付近には表面に保護膜等が設けられずに、積層構造体の表面が露出されている場合が多いので、この端面近傍の積層構造体の露出した非共振器面の活性層表面に直接、遮光層を形成することが好ましい。
In the present invention, the light shielding layer can reduce ripples more effectively by using a multilayer film. In the case of a multilayer film, a multilayer film made of different materials can be used, or the same material can be used. Even with the same material, the film characteristics can be changed by changing the formation method or the like, so that a multilayer film in which optically or electrically different layers are laminated can be obtained.
The light shielding layer 9 is preferably formed so as to be in direct contact with the laminated structure as shown in the first embodiment. Thereby, it is possible to prevent intrusion into, for example, an insulating film or the like other than the laminated structure of light, and efficiently block stray light from being emitted to the outside. In particular, when the non-resonator surface 101b is provided in the vicinity of the element dividing surface, the laminated structure is provided with no protective film or the like on the surface in the vicinity of the dividing surface (end surface) in consideration of easiness of dividing. In many cases, the light shielding layer is directly formed on the exposed non-resonator active layer surface of the laminated structure in the vicinity of the end face.

しかしながら、本発明において、遮光層9は、積層構造体表面に絶縁層が形成されている場合、その絶縁層上に形成してもよい。これにより、積層構造体との接着性がよくない材料を遮光層として用いることも可能となる。また、このように絶縁層上に遮光層を設けることで、電極との接触を避けることもできるという効果、また、加熱処理時においても遮光層の材料が積層構造体内に拡散するのを抑制することができるなどの効果もある。絶縁層の材料としては、SiO、ZrO等の酸化物などがあげられる。 However, in the present invention, when the insulating layer is formed on the surface of the laminated structure, the light shielding layer 9 may be formed on the insulating layer. Thereby, it is possible to use a material having poor adhesion to the laminated structure as the light shielding layer. In addition, by providing the light shielding layer on the insulating layer as described above, it is possible to avoid contact with the electrode, and it is possible to suppress diffusion of the material of the light shielding layer into the laminated structure even during the heat treatment. There is also an effect such as being able to. Examples of the material for the insulating layer include oxides such as SiO 2 and ZrO 2 .

このような絶縁層を用いる場合、遮光層としてTiを用い、絶縁層としてSiOを用いるのが好ましい。このような構成とすることで、光の遮断効果の優れた遮光層とすることができ、しかも、光の吸収を抑制することができるため、積層構造体内を導波する光の損失を極力抑えて効率よくレーザ光を出力させることができ、Vfの上昇の少ない優れた半導体レーザ素子とすることができる。また、先に述べたRh及びRh酸化物も、SiO、ZrOなどの絶縁層の上に設けることもできる。
図5〜図8は、本実施の形態1の出射面側の端面構造の変形例を示すものである。
以下に、図4〜図8を参照しながら、変形例の非共振面及び遮光層について説明する。
When such an insulating layer is used, it is preferable to use Ti as the light shielding layer and use SiO 2 as the insulating layer. With such a configuration, a light-shielding layer having an excellent light blocking effect can be obtained, and light absorption can be suppressed, so that loss of light guided in the stacked structure is suppressed as much as possible. Therefore, it is possible to output laser light efficiently and to obtain an excellent semiconductor laser element with little increase in Vf. The Rh and Rh oxides described above can also be provided on an insulating layer such as SiO 2 or ZrO 2 .
5 to 8 show modified examples of the end surface structure on the light exit surface side of the first embodiment.
Hereinafter, the non-resonant surface and the light shielding layer of the modification will be described with reference to FIGS.

(非共振器面)
本発明においては、光の導波方向と垂直な方向の面を端面とし、光の導波方向と平行な方向の面を側面としている。共振器面と異なる平面上に設けられる非共振器面101bは、実施の形態1では、光の導波方向と垂直な面でありその面には活性層の断面も露出している。ただし、共振器端面として機能は有していない。しかしながら、上述したように、導波路領域からしみ出した光を放出することが可能な面である。特に共振器面近傍においては、レーザ光ではない光を放出する場合が多い。本発明では共振器面と異なる平面上に位置する非共振器面に遮光層を設けることで、外部に迷光が放出されるのを防いでいる。
(Non-resonator surface)
In the present invention, the surface in the direction perpendicular to the light guiding direction is the end surface, and the surface in the direction parallel to the light guiding direction is the side surface. In the first embodiment, the non-resonator surface 101b provided on a plane different from the resonator surface is a surface perpendicular to the light guiding direction, and the cross section of the active layer is also exposed on the surface. However, it does not have a function as a resonator end face. However, as described above, it is a surface that can emit light that has oozed out of the waveguide region. In particular, in the vicinity of the resonator surface, light that is not laser light is often emitted. In the present invention, stray light is prevented from being emitted to the outside by providing a light shielding layer on a non-resonator surface located on a plane different from the resonator surface.

上述したように、非共振器面101bは、共振器面101aと異なる平面上に形成される。代表的な例としては、図4〜図6のように、積層構造体の角部を除去することにより設けられた面である。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、、図8に示すように、出射側の共振器面においてリッジ8を挟む矩形の溝71を2本形成し、その溝71の共振方向に直交する底面を非共振器面101dとしてもよい。すなわち、本発明では、このように非共振器面101dは積層構造体の側面まで達しないように形成しても良い。また、図4〜図6では、非共振器面はともに素子の端に形成したが、、図7に示すように、出射側の積層構造体の側面にリッジ8を挟む矩形の溝72を形成し、その溝72の共振方向に直交する側面を非共振器面101cとしてもよい。すなわち、本発明では、非共振器面は積層構造体のストライプ状の導波路の途中に設けられていてもよい。このような構成であっても、導波方向に垂直な方向に共振器面と非共振器面とを設けることになり、ここに遮光層9を設けることで、迷光を遮断することができる。また、非共振器面101bは、共振器面を挟んで両側に1面ずつ設けるのが好ましいが、2つ以上でも問題はない。2つ以上設ける場合は、離れていてもよいし、連続していてもよい。また、光の導波方向と垂直な方向に面していればよいので、完全に垂直である必要はなく傾斜していてもよい。   As described above, the non-resonator surface 101b is formed on a different plane from the resonator surface 101a. As a typical example, as shown in FIGS. 4 to 6, it is a surface provided by removing a corner portion of a laminated structure. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 8, two rectangular grooves 71 sandwiching the ridge 8 are formed on the resonator surface on the emission side, and the resonance direction of the grooves 71 is determined. The bottom surface orthogonal to the non-resonator surface 101d may be used. That is, in the present invention, the non-resonator surface 101d may be formed so as not to reach the side surface of the multilayer structure. 4 to 6, the non-resonator surface is formed at the end of the element. However, as shown in FIG. 7, a rectangular groove 72 sandwiching the ridge 8 is formed on the side surface of the output side laminated structure. The side surface orthogonal to the resonance direction of the groove 72 may be the non-resonator surface 101c. That is, in the present invention, the non-resonator surface may be provided in the middle of the striped waveguide of the laminated structure. Even with such a configuration, the resonator surface and the non-resonator surface are provided in a direction perpendicular to the waveguide direction. By providing the light shielding layer 9 here, stray light can be blocked. In addition, it is preferable to provide one nonresonator surface 101b on both sides of the resonator surface, but there is no problem even if there are two or more. When two or more are provided, they may be separated or may be continuous. Further, since it only needs to face the direction perpendicular to the light guiding direction, it does not have to be completely perpendicular and may be inclined.

(第2の側面)
本発明において、光の導波方向と平行な方向の面(側面)のうち、第2の側面は、より導波路領域に近い側の面であり、第1の側面102は第2の側面よりも外側に位置する面である。尚、図7及び図8の構成では、102c,102dの符号を付して第2の側面を示している。第1及び第2の側面は、とも活性層の断面を含んでいる。また、n電極形成面の側面や基板側面は、活性層を含まない面であって(露出していない)遮光層9を設ける必要のない面であるが、連続して形成されたとしても特に問題はない。活性層の断面を含む第1の側面及び第2の側面は、非共振器面と同様導波路領域からしみ出した光を放出することは可能である。特に、共振器面に近い部分では、迷光を放出しやすい。本発明では、共振器面の近傍でかつ導波路領域に近い位置にある第2の側面に遮光層9を形成することで迷光が外部に放出されるのを効果的に防いでいる。
(Second aspect)
In the present invention, among the surfaces (side surfaces) in the direction parallel to the light guiding direction, the second side surface is a surface closer to the waveguide region, and the first side surface 102 is from the second side surface. Is a surface located outside. In the configuration of FIGS. 7 and 8, the second side surface is indicated by the reference numerals 102c and 102d. Both the first and second side surfaces include a cross section of the active layer. Further, the side surface of the n-electrode forming surface and the side surface of the substrate are surfaces that do not include the active layer and do not need to provide the light shielding layer 9 (not exposed). No problem. The first side surface and the second side surface including the cross section of the active layer can emit light that oozes out of the waveguide region in the same manner as the non-resonator surface. In particular, stray light is likely to be emitted near the resonator surface. In the present invention, stray light is effectively prevented from being emitted to the outside by forming the light shielding layer 9 on the second side surface in the vicinity of the resonator surface and close to the waveguide region.

第2の側面は、第1の側面より導波路領域の近くに位置し、かつ共振端面近傍に設けられることが好ましく、特に共振端面に接していることが好ましい。そのような第2の側面は、例えば、図1のように積層構造体の角部を除去することで容易に形成することができ、遮光層9を容易に形成することができる。なぜなら、ウエハを加工する場合、分割する前の段階では隣接する素子間で導波路領域が連続するように設けられているが、図1のような形状とした場合、その隣接する2つの素子の遮光層を同時に形成することができるので、工程上有利である。しかし、第2の側面は、共振端面に接していなくても迷光の放出を防ぐ上では何ら問題はなく、例えば、図7のように、積層構造体のストライプの途中の一部において、側面から溝を形成するようにして部分的に第1の側面と段差がつくように設けられていてもよい。また、図8では、第1の側面と第2の側面とが、重なるように(一部分で対向するように)形成されているが、このような構成でも、それぞれ異なる面上に側面が形成されており、より導波路領域に近い位置にある第2の側面に遮光層を設けることで、迷光が外部に放出されるのを防ぐことができる。この第2の側面は1つでも2つでもよく、また離れていても連続していても良い。また、光の導波方向と全く平行になるようになっていなくてもよいので、導波方向に平行な面に面していれば、傾斜していても何ら問題はない。また、導波方向と平行な方向の面として、最も導波路領域から離れた第1の側面よりも、近い位置に第3、第4と別の側面を設けて複数の段差のある側面としてもよく、その面に遮光層を形成するようにしてもよい。。また、ストライプ状の凸部(リッジ)を形成する場合は、図3(図1の出射部近傍の断面図)に示すようにその凸部8の側壁(側面)と同一面上に位置するように第2の側面を形成することにより、エッチング時のマスクを共有できるなど工程上のメリットがある。   The second side surface is preferably located closer to the waveguide region than the first side surface and is provided in the vicinity of the resonance end face, and particularly preferably in contact with the resonance end face. Such a 2nd side surface can be easily formed by removing the corner | angular part of a laminated structure like FIG. 1, for example, and the light shielding layer 9 can be formed easily. This is because, when a wafer is processed, the waveguide region is provided between adjacent elements in a stage before division, but in the case of the shape shown in FIG. Since the light shielding layer can be formed simultaneously, it is advantageous in terms of the process. However, the second side surface has no problem in preventing the emission of stray light even if it is not in contact with the resonance end surface. For example, as shown in FIG. A groove may be formed so as to be partially stepped from the first side surface. Further, in FIG. 8, the first side surface and the second side surface are formed so as to overlap (partially face each other), but even in such a configuration, the side surfaces are formed on different surfaces. In addition, by providing the light shielding layer on the second side surface closer to the waveguide region, stray light can be prevented from being emitted to the outside. The second side surface may be one or two, and may be separated or continuous. In addition, since it does not have to be completely parallel to the light guiding direction, there is no problem even if it is inclined as long as it faces a plane parallel to the guiding direction. Also, as a plane parallel to the waveguide direction, a third side and a fourth side may be provided at a position closer to the side than the first side farthest from the waveguide region, and the side having a plurality of steps may be provided. Alternatively, a light shielding layer may be formed on the surface. . Further, when forming a stripe-shaped convex portion (ridge), as shown in FIG. 3 (a cross-sectional view in the vicinity of the emitting portion in FIG. 1), it is located on the same plane as the side wall (side surface) of the convex portion 8. By forming the second side surface, there is a merit in the process such that the mask at the time of etching can be shared.

しかしながら、本発明では、第2の側面は、凸部8の側面と異なる面上に位置するようにしてもよく、例えば、図9のように凸部8の外側に形成されていてもよい。この図9のように、両側の第2の側面102eの間隔をストライプ状の凸部(リッジ)8の幅より大きくすると、遮光層によるリップル低減効果の他にレーザ光のビーム特性を第2の側面102eの間隔(第2の側面に挟まれた活性層の幅)に対応させて変化させることができる。言いかえれば、第2の側面によって挟まれた活性層の幅は、目的とするビーム特性に応じて適宜選択することができる。例えば、第2の側面102eによって挟まれた活性層の幅が小さくなると横方向の光の閉じこめ効果が強くなり、ビームの放射角を大きくすることができる。第2の側面によって挟まれた活性層の端面の幅の好ましい範囲としては、1.5〜10μm程度であり、更に好ましくは4〜8μmで、特に好ましくは5.5〜7μmである。第2の側面によって挟まれた活性層の幅(共振器面の活性層の幅)が10μmを越えると、第2の側面と導波路領域との間の距離が大きくなって迷光を遮断する効果が少なくなる。また、1.5μmより細くなると、光の閉じこめ効果が大きくなって放射角が大きくなり、光が集中して負荷が大きくなりCODを発生し易くなる。   However, in the present invention, the second side surface may be located on a different surface from the side surface of the convex portion 8, and may be formed outside the convex portion 8, for example, as shown in FIG. As shown in FIG. 9, when the distance between the second side surfaces 102e on both sides is made larger than the width of the stripe-shaped convex portion (ridge) 8, the beam characteristic of the laser beam is changed to the second characteristic in addition to the ripple reducing effect by the light shielding layer. The distance can be changed in accordance with the interval between the side surfaces 102e (the width of the active layer sandwiched between the second side surfaces). In other words, the width of the active layer sandwiched between the second side surfaces can be appropriately selected according to the target beam characteristics. For example, when the width of the active layer sandwiched between the second side faces 102e is reduced, the lateral light confinement effect becomes stronger and the beam radiation angle can be increased. A preferable range of the width of the end face of the active layer sandwiched between the second side surfaces is about 1.5 to 10 μm, more preferably 4 to 8 μm, and particularly preferably 5.5 to 7 μm. When the width of the active layer sandwiched between the second side surfaces (the width of the active layer on the resonator surface) exceeds 10 μm, the distance between the second side surface and the waveguide region is increased, thereby blocking stray light. Less. On the other hand, if the thickness is smaller than 1.5 μm, the light confinement effect is increased, the radiation angle is increased, the light is concentrated, the load is increased, and COD is easily generated.

本発明の遮光層は、上記のような非共振器面101b,101c,101dと第2の側面102a,102c,102dの両方に設けることで効率よく迷光を遮断して外部に放出されるのを防ぐことができる。本発明では、図4に示すように、非共振器面と第2の側面に連続して設けることが好ましいが、図5や図6のようにどちらか一方だけに設けることでも、迷光の放出を防ぐ効果は得られる。また、非共振器面101bと第2の側面102aが同一の面となるような傾斜面であってもよい。更には、遮光層9は露出されたn型層の表面及び端面、側面、また、基板12の表面及び側面、端面に設けられていても何ら問題はない。これらは共振器面と同一面上であっても、出射部からは離れているので、出射光を遮ることはほとんどなく問題ない。さらにまた、第2の側面102aや非共振器面101bから連続するp型層の表面(上面)の一部に設けられていてもよい。ただし、ストライプ状の凸部(リッジ)8以外のp型層の表面に設けることが好ましい。このように、光共振器面101aの近傍のp型層の上面からも光は漏れているので、ここから漏れる光を遮断することでもリップルを抑制することができる。しかも、p型層上面は、第2の側面及び非共振器端面とは異なる面方向にある面であり、このような位置関係の面にも連続して形成することで、遮光層を剥がれにくくすることができる。特に、角部や縁部など薄膜層が形成しにくい部分であっても、連続して形成することで、強固な接着性を得ることができる。遮光層が安定して形成できることで、層自体の劣化を防ぐことができ、寿命特性も向上する。   By providing the light shielding layer of the present invention on both the non-resonator surfaces 101b, 101c, and 101d and the second side surfaces 102a, 102c, and 102d as described above, the stray light can be efficiently blocked and emitted to the outside. Can be prevented. In the present invention, as shown in FIG. 4, it is preferable to continuously provide the non-resonator surface and the second side surface. However, it is also possible to emit stray light by providing only one of them as shown in FIGS. The effect of preventing is obtained. Further, the inclined surface may be such that the non-resonator surface 101b and the second side surface 102a are the same surface. Furthermore, there is no problem even if the light shielding layer 9 is provided on the surface, the end face, and the side face of the exposed n-type layer, and on the surface, the side face, and the end face of the substrate 12. Even if they are on the same plane as the resonator surface, they are separated from the emitting portion, so there is almost no problem with blocking the emitted light. Furthermore, it may be provided on a part of the surface (upper surface) of the p-type layer continuous from the second side surface 102a and the non-resonator surface 101b. However, it is preferably provided on the surface of the p-type layer other than the stripe-shaped convex portion (ridge) 8. As described above, since light leaks also from the upper surface of the p-type layer in the vicinity of the optical resonator surface 101a, ripple can be suppressed by blocking the light leaking from here. Moreover, the upper surface of the p-type layer is a surface in a different plane direction from the second side surface and the non-resonator end surface, and the light shielding layer is not easily peeled off by continuously forming the surface in such a positional relationship. can do. In particular, even in a portion where a thin film layer is difficult to be formed, such as a corner portion or an edge portion, strong adhesion can be obtained by continuously forming the portion. Since the light shielding layer can be stably formed, deterioration of the layer itself can be prevented, and the life characteristics are also improved.

また、非共振器面及び第2の側面は、平坦でかつ滑らかな平面であることが好ましいが、粗面であってもよいし、曲面であってもよい。これらの面に形成される遮光層も、同様であるが、非共振器面や第2の側面の面の状態にあわせたように形成されていても何ら問題はない。また、場所によって異なる面状態で形成されていてもよい。また、例えば図1に示す構造では、第2の側面と非共振器面との境界部分は、構造上、遮光層材料が堆積し易くなっており、隅部は厚く形成されるが、光を透過させないという効果が劣ることにはならないので、何ら問題はない。   The non-resonator surface and the second side surface are preferably flat and smooth planes, but may be rough surfaces or curved surfaces. The light shielding layers formed on these surfaces are the same, but there is no problem even if they are formed in accordance with the state of the non-resonator surface or the second side surface. Moreover, you may form in the surface state which changes with places. Further, for example, in the structure shown in FIG. 1, the boundary portion between the second side surface and the non-resonator surface is structurally easy to deposit the light shielding layer material, and the corner portion is formed thick, There is no problem because the effect of not transmitting light is not inferior.

また、遮光層9は、第2の側面及び非共振器面において光が伝搬する層を覆うように設ければよいので、少なくとも活性層の断面を覆うように設ければよく、非共振端面及び第2の側面全体に形成されていなくてもよい。尚、ガイド層等が形成されて活性層以外に光が伝搬しやすい層がある場合はそれらも含めて覆うように設けることが好ましい。また、工程を考慮してn型層や基板まで覆うように形成されていてもよい。   Further, since the light shielding layer 9 may be provided so as to cover the layer on which light propagates on the second side surface and the non-resonator surface, it may be provided so as to cover at least the cross section of the active layer. It may not be formed on the entire second side surface. In the case where a guide layer or the like is formed and there is a layer in which light easily propagates other than the active layer, it is preferably provided so as to cover them. In consideration of the process, the n-type layer and the substrate may be covered.

本発明の半導体レーザ素子は、端面及び側面に遮光層形成面を形成しているが、これらの面の形成方法としては、形成する位置や遮光層の材料によって、適切な工程及び方法を選択することができる。例えば、n電極形成面を露出させるエッチング工程で同時に形成してもよいし、ストライプ状の凸部を形成するエッチング工程において、同じ幅或いは異なる幅のマスクを用いて形成することもできる。また、ストライプ状の凸部を形成する前に形成しておくと、より活性層の幅の狭い共振器面を得ることができるので、遮光層をより導波路領域と近い位置に形成することが可能となり、迷光が主ビームに混ざるのを防ぐと共に、活性層の幅を狭くすることで、光の閉じ込めの優れた導波路構造とすることが可能となる。   In the semiconductor laser device of the present invention, the light shielding layer forming surface is formed on the end surface and the side surface. As a method for forming these surfaces, an appropriate process and method are selected depending on the position to be formed and the material of the light shielding layer. be able to. For example, it may be formed at the same time in the etching process for exposing the n-electrode formation surface, or may be formed using masks having the same width or different widths in the etching process for forming stripe-shaped convex portions. In addition, if the stripe-shaped convex portions are formed before the formation, the resonator surface with a narrower active layer width can be obtained, so that the light shielding layer can be formed at a position closer to the waveguide region. This makes it possible to prevent the stray light from being mixed into the main beam and to reduce the width of the active layer, thereby providing a waveguide structure with excellent light confinement.

(導波路領域)
本発明の半導体レーザ素子において、ストライプ状の導波路領域は、第1の導電型の半導体層、第2の導電型の半導体層に挟まれた活性層の近傍に主に形成されるものであり、このストライプ方向と共振器方向はほぼ一致している。ここで、導波路領域は、主として活性層及びその近傍において構成されるが、活性層を挟む光ガイド層を形成して、活性層を挟むガイド層までの領域を光導波層とし、これを導波路領域としてもよい。
(Waveguide region)
In the semiconductor laser device of the present invention, the striped waveguide region is mainly formed in the vicinity of the active layer sandwiched between the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer. The stripe direction and the resonator direction substantially coincide with each other. Here, the waveguide region is mainly composed of the active layer and the vicinity thereof. A light guide layer sandwiching the active layer is formed, and the region up to the guide layer sandwiching the active layer is defined as an optical waveguide layer. It may be a waveguide region.

(共振器面)
導波路領域の両端に形成される一対の共振器面は、へき開又はエッチング等によって形成される平坦な面である。ヘキ開で形成する場合は、基板や積層構造体層がヘキ開性を有していることが必要であるが、ヘキ開性を利用すると優れた鏡面を容易に得ることができる。また、エッチングにより共振器面を形成する場合には、n電極形成面を露出させる際に同時に行うことで、エッチング回数を少なくできる。また、共振器面は、ストライプ状の凸部を形成するエッチング工程で同時に形成することもできる。このように各工程と同時に形成することで工程を少なくすることができるが、より優れた共振器面を得るためには、別工程を設けるのがよい。また、このようにヘキ開やエッチングによって形成した共振器面には、活性層の発光を効率良く反射させるため、又は反射率を調整するために、単一膜又は多層膜からなる反射膜を形成することもできる。共振器面の一方は比較的高反射率の面からなり主として光を導波路領域内に反射する光反射側共振器面として、もう一方は比較的低反射率の面からなり主として外部に光を出射する光出射側共振器面として機能している。
(Resonator surface)
The pair of resonator surfaces formed at both ends of the waveguide region are flat surfaces formed by cleavage or etching. In the case of forming by cleaving, it is necessary that the substrate or the laminated structure layer has cleaving property. However, if the cleaving property is used, an excellent mirror surface can be easily obtained. Further, when the resonator surface is formed by etching, the number of times of etching can be reduced by simultaneously performing the exposure when the n electrode forming surface is exposed. The resonator surface can also be formed at the same time by an etching process for forming stripe-shaped convex portions. In this way, the number of steps can be reduced by forming simultaneously with each step. However, in order to obtain a more excellent resonator surface, it is preferable to provide another step. In addition, on the resonator surface formed by cleaving or etching in this way, a reflective film made of a single film or a multilayer film is formed in order to efficiently reflect the light emission of the active layer or adjust the reflectance. You can also One of the resonator surfaces consists of a relatively high reflectivity surface and serves mainly as a light reflecting side resonator surface that reflects light into the waveguide region, and the other consists of a relatively low reflectivity surface that primarily transmits light to the outside. It functions as a light emitting side resonator surface that emits light.

(ストライプ状凸部)
本発明の半導体レーザ素子では、ストライプ状の導波路領域は、積層構造体に凸部を設けることにより容易に形成することができる。具体的には、積層構造体の第2の導電型の半導体層において、中央部が峰状に残るようにその峰の両側をエッチング等により除去することでストライプ状の凸部を形成することによりそのストライプ状の凸部の直下の活性層近傍にストライプ状の導波路領域を形成することができる。凸部は、凸部の底面側の幅が広く上面に近づくに従ってストライプ幅が小さくなる順メサ形状に限らず、逆に凸部の底部に近づくにつれてストライプの幅が小さくなる逆メサ形状でもよく、また、積層方向の位置にかかわらず幅が一定になるように垂直な側面を有する凸部であってもよく、さらにこれらが組み合わされた形状でもよい。また、ストライプ状の導波路は、その幅が全長に亙って同じである必要はない。また、このような凸部を形成した後に凸部表面に半導体層を再成長させた埋め込み型のレーザ素子であってもよい。
(Striped convex part)
In the semiconductor laser device of the present invention, the stripe-shaped waveguide region can be easily formed by providing a convex portion in the laminated structure. Specifically, in the second conductivity type semiconductor layer of the stacked structure, striped convex portions are formed by removing both sides of the peak by etching or the like so that the central portion remains in the peak shape. A striped waveguide region can be formed in the vicinity of the active layer immediately below the striped convex portion. The convex portion is not limited to the forward mesa shape in which the width on the bottom surface side of the convex portion is wide and the stripe width decreases as it approaches the top surface, and conversely, the reverse mesa shape in which the width of the stripe decreases as it approaches the bottom portion of the convex portion may be used. Moreover, the convex part which has a perpendicular | vertical side surface so that a width | variety may become fixed irrespective of the position of a lamination direction may be sufficient, and the shape which combined these may be sufficient. Also, the striped waveguides need not have the same width over the entire length. Further, it may be an embedded laser element in which a semiconductor layer is regrown on the surface of the convex portion after such a convex portion is formed.

本発明では、このように設けられたストライプ状の凸部を形成するためのエッチングの深さを部分的に変えることで、活性層端面及び側面に段差をつけるようにすることもできる。例えば図1では、ストライプ状の凸部のうち光出射面側では、凸部の両側が活性層より深くエッチングされているため、出射面側の端面に段差が形成され、結果として共振器面と非共振器面が形成されている。更に、出射端面側では、ストライプ状の凸部の側面に連続する第2の側面が形成され、他の側面が第1の側面となっている。このようにストライプの凸部と対応するように端面及び側面を形成することで、複雑な工程を経ることなく、効率よく遮光層を設ける面を形成することができる。
ストライプ状の凸部と遮光層形成面は、どちらを先に形成してもよい。上述のように、先にストライプ状の凸部を形成し、その後に段差を設けるようにすることで、ストライプに対応したように形成しやすくなる。導波路領域はストライプ状の凸部に対応して形成されるので、先にストライプを形成しておくことで、遮光層形成面の導波路領域からの距離を精度よく制御することができる。
In the present invention, the active layer end face and the side face can be stepped by partially changing the etching depth for forming the stripe-shaped convex portion thus provided. For example, in FIG. 1, on the light emitting surface side of the stripe-shaped convex portion, both sides of the convex portion are etched deeper than the active layer, so that a step is formed on the end surface on the light emitting surface side. A non-resonator surface is formed. Further, on the emission end face side, a second side face continuous with the side face of the stripe-shaped convex portion is formed, and the other side face is the first side face. By forming the end faces and the side surfaces so as to correspond to the convex portions of the stripes in this way, it is possible to efficiently form the surface on which the light shielding layer is provided without going through a complicated process.
Either the stripe-shaped convex portion or the light shielding layer forming surface may be formed first. As described above, the stripe-shaped convex portion is formed first, and then a step is provided, so that it can be easily formed corresponding to the stripe. Since the waveguide region is formed corresponding to the stripe-shaped convex portion, the distance from the waveguide region on the light shielding layer forming surface can be accurately controlled by forming the stripe in advance.

また、先に活性層の一部を除去し、その後、その除去した位置に対応するようにストライプ状の凸部を設けることもできる。ストライプ状の凸部を先に形成した場合は、第2の側面の間に挟まれた活性層を凸部の幅よりも狭く形成することは困難である。何故なら、凸部を形成した後、ストライプ状の凸部の上にさらに幅の狭いマスクを形成するのは技術的に困難であるためである。しかしながら、ストライプ状の凸部を形成する前の比較的広い平坦な面の上であれば、リッジを形成するために形成するマスクよりも細いマスクを形成することは比較的容易である。従って、第2の側面に挟まれた狭い活性層を形成すべき部分に、細いマスク(マスク部分が第2の側面に挟まれた狭い活性層を形成すべき部分である)を形成して、その両側の部分を活性層の下までエッチングして、まず遮光層形成面を形成する。この際、その細いマスクの両側以外の部分全体にはマスクが形成されている。そして、その後、エッチングで除去した部分に遮光層となる材料を半導体層の表面とつら位置となるまで埋め込む。そして、次にリッジを形成するためのマスクを形成して、そのマスクの両側をエッチングすることによりリッジを形成する。このようにすれば、図10に示すように、出射面近傍において凸部8より細い幅の活性層を形成することができる。
これにより、横方向の光をより強く閉じ込めることが可能となる。また、その場合、少なくとも細く形成したストライプ状の活性層の側面を埋め込むように、第2の側面の外側に適当な半導体層を成長させておくことで、劈開により共振器面を形成する際に、出射端面近傍が破損されるのを防ぐことができる。
Alternatively, a part of the active layer may be removed first, and then a stripe-shaped convex portion may be provided so as to correspond to the removed position. When the stripe-shaped convex part is formed first, it is difficult to form the active layer sandwiched between the second side surfaces narrower than the width of the convex part. This is because it is technically difficult to form a narrower mask on the stripe-shaped convex portion after forming the convex portion. However, it is relatively easy to form a mask that is thinner than the mask that is formed to form the ridge, as long as it is on a relatively wide flat surface before forming the stripe-shaped convex portions. Therefore, a thin mask (where the mask portion is the portion where the narrow active layer sandwiched between the second side surfaces is to be formed) is formed on the portion where the narrow active layer sandwiched between the second side surfaces is to be formed, The portions on both sides thereof are etched to the bottom of the active layer to first form a light shielding layer forming surface. At this time, the mask is formed on the entire portion other than both sides of the thin mask. After that, a material to be a light shielding layer is embedded in the portion removed by etching until it is located on the surface of the semiconductor layer. Next, a mask for forming a ridge is formed, and both sides of the mask are etched to form a ridge. In this way, as shown in FIG. 10, an active layer having a width narrower than the convex portion 8 can be formed in the vicinity of the emission surface.
This makes it possible to confine lateral light more strongly. In that case, when a resonator surface is formed by cleavage, an appropriate semiconductor layer is grown outside the second side surface so as to bury at least the side surface of the stripe-shaped active layer formed to be thin. It is possible to prevent the vicinity of the emission end face from being damaged.

本発明では、上記のように、積層構造体の出射端面側に活性層の幅の狭い部分を設けて遮光層形成面とすることで、より効果的に迷光が外部に放出されるのを防ぐ構造にすると同時に、このように活性層の幅を変化させることで、導波路の導波特性を変化させることができる。特に、導波路領域の近傍まで活性層の幅が狭くなるように第2の側面を形成すると、その部分の導波路領域では外部と完全に屈折率差(実効的な屈折率差ではなく実際の屈折率差)がつけられていることになるので、横モードの制御性が特に良好となる。これに対して、第1の側面を有する部分はストライプ状の凸部が形成されることにより実効的に屈折率差が設けられている導波路領域であるので、本実施の形態では連続した1つの導波路領域の中に、完全に屈折率差が設けられた領域と、実効的に屈折率差が設けられた領域とを形成することになる。これを利用すると、本実施の形態のレーザ素子において、出射光の広がり角を調整することができる。   In the present invention, as described above, stray light can be more effectively prevented from being emitted to the outside by providing a light-shielding layer forming surface by providing a narrow portion of the active layer on the emission end face side of the laminated structure. The waveguide characteristic of the waveguide can be changed by changing the width of the active layer in this way as well as the structure. In particular, when the second side surface is formed so that the width of the active layer becomes narrow to the vicinity of the waveguide region, the refractive index difference (exact refractive index difference, not an effective refractive index difference) is completely removed from the outside in the waveguide region of that portion. (Difference in refractive index) is provided, so that the controllability of the transverse mode is particularly good. On the other hand, the portion having the first side surface is a waveguide region in which a refractive index difference is effectively provided by forming a stripe-shaped convex portion. In one waveguide region, a region where a refractive index difference is completely provided and a region where a refractive index difference is effectively provided are formed. By utilizing this, the spread angle of the emitted light can be adjusted in the laser element of the present embodiment.

(積層構造体)
本発明の半導体レーザ素子において、積層構造体の第1の導電型の半導体層、活性層、第2の導電型の半導体層として用いる半導体として、GaN、AlN、若しくはInNなどの窒化物半導体や、これらの混晶であるIII−V族窒化物半導体(InAlGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)を用いることができる。以下、本発明の半導体レーザ素子について、具体的に窒化物半導体を用いて好ましい例について説明する。ここで、窒化物半導体を用いたレーザ素子とは、第1の導電型の半導体層、活性層、第2の導電型の半導体層を順に積層した積層構造体の各層のいずれかに、窒化物半導体を用いたものであり、好ましくは、全ての層に窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子である。具体的には、第1の導電型の半導体層及び第2の導電型の半導体層においてそれぞれ、窒化物半導体を有するクラッド層が設けられて、活性層とその近傍に導波路が形成されているものである。、窒化物半導体を用いて構成された半導体レーザ素子(窒化物半導体レーザ素子)のより好ましい構成としては、第1の導電型の半導体層にn型窒化物半導体層を、第2の導電型の半導体層にはp型窒化物半導体層を、また、活性層にはInを含む窒化物半導体層を含む層を用いる。
(Laminated structure)
In the semiconductor laser device of the present invention, as a semiconductor used as the first conductivity type semiconductor layer, active layer, and second conductivity type semiconductor layer of the stacked structure, a nitride semiconductor such as GaN, AlN, or InN, A group III-V nitride semiconductor (In x Al y Ga 1-xy N, 0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) which is a mixed crystal of these can be used. In the following, preferred examples of the semiconductor laser device of the present invention will be described specifically using nitride semiconductors. Here, the laser element using a nitride semiconductor means that any one of the layers of the stacked structure in which the first conductive type semiconductor layer, the active layer, and the second conductive type semiconductor layer are sequentially stacked is nitride. A semiconductor laser element using a semiconductor, preferably a nitride laser element using a nitride semiconductor in all layers. Specifically, each of the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer is provided with a clad layer having a nitride semiconductor, and a waveguide is formed in the active layer and its vicinity. Is. As a more preferable configuration of a semiconductor laser element (nitride semiconductor laser element) configured using a nitride semiconductor, an n-type nitride semiconductor layer is provided on the first conductivity type semiconductor layer, and a second conductivity type is provided. A p-type nitride semiconductor layer is used for the semiconductor layer, and a layer including a nitride semiconductor layer containing In is used for the active layer.

(窒化物半導体)
本発明のレーザ素子に用いる窒化物半導体としては、GaN、AlN、もしくはInN、又はこれらの混晶であるIII−V族窒化物半導体(InbAldGa1−b−dN、0≦b、0≦d、b+d≦1)がある。加えて、III族元素としてBを用いたり、V族元素のNの一部を、As、Pで置換した混晶も用いることができる。また、このような窒化物半導体には各導電型の不純物を添加して、所望の導電型とできる。窒化物半導体に用いられるn型不純物としては、具体的にはSi、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr等のIV族、若しくはVI族元素を用いることができ、好ましくはSi、Ge、Snを、さらに最も好ましくはSiを用いる。また、p型不純物としては、具体的には、Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Caなどが挙げられ、好ましくはMgが用いられる。以下、本発明のレーザ素子について、具体的に窒化物半導体を用いたレーザ素子について説明する。ここで、窒化物半導体を用いたレーザ素子とは、第1の導電型層、活性層、第2の導電型層を積層した積層構造体の各層のいずれかに、窒化物半導体を用いることであり、好ましくは、全ての層に用いることである。例えば、第1の導電型層、第2の導電型層にはそれぞれ、窒化物半導体からなるクラッド層が設けられて、それら2つのクラッド層の間に活性層設けることで導波路を形成する。より具体的には、第1の導電型層にn型窒化物半導体層を、第2の導電型層にp型窒化物半導体層を含み、活性層において、Inを含む窒化物半導体層を含むものとする。
(Nitride semiconductor)
The nitride semiconductor used in the laser device of the present invention includes GaN, AlN, InN, or a III-V group nitride semiconductor that is a mixed crystal thereof (InbAldGa1-b-dN, 0 ≦ b, 0 ≦ d, b + d). ≦ 1). In addition, a mixed crystal in which B is used as the group III element or a part of N of the group V element is substituted with As or P can be used. Further, such a nitride semiconductor can be made to have a desired conductivity type by adding impurities of each conductivity type. As the n-type impurity used in the nitride semiconductor, specifically, a group IV or group VI element such as Si, Ge, Sn, S, O, Ti, Zr can be used, and preferably Si, Ge, Sn is used, and most preferably Si. Specific examples of the p-type impurity include Be, Zn, Mn, Cr, Mg, and Ca, and Mg is preferably used. Hereinafter, a laser element using a nitride semiconductor will be specifically described with respect to the laser element of the present invention. Here, a laser element using a nitride semiconductor means that a nitride semiconductor is used for any one of the layers of the laminated structure in which the first conductive type layer, the active layer, and the second conductive type layer are stacked. Yes, preferably for all layers. For example, a cladding layer made of a nitride semiconductor is provided in each of the first conductivity type layer and the second conductivity type layer, and a waveguide is formed by providing an active layer between the two cladding layers. More specifically, the first conductive type layer includes an n-type nitride semiconductor layer, the second conductive type layer includes a p-type nitride semiconductor layer, and the active layer includes a nitride semiconductor layer containing In. Shall be.

また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子において、n型クラッド層、p型クラッド層を設けて、導波路領域を構成するようにする場合、各クラッド層と活性層との間には、ガイド層、電子閉じ込め層などを設けてもよい。
以下、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子における各層の好ましい構成について説明する。
In the nitride semiconductor laser device according to the present invention, when an n-type cladding layer and a p-type cladding layer are provided to form a waveguide region, a guide is provided between each cladding layer and the active layer. A layer, an electron confinement layer, or the like may be provided.
Hereinafter, preferred configurations of the respective layers in the nitride semiconductor laser device according to the present invention will be described.

(n型クラッド層)
本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子において、n型クラッド層に用いる窒化物半導体としては、p型クラッド層と同様に、光を閉じ込めるのに十分な屈折率差が設けられていれば良く、Alを含む窒化物半導体層が好ましく用いられる。また、この層は、単一若しくは多層膜であっても良く、具体的には実施例に示すように、AlGaNとGaNとを交互に積層した超格子構造であっても良い。また、このn型クラッド層は、キャリアの閉込め層、及び光閉込め層として作用し、多層膜構造とする場合には、前述のように、Alを含む窒化物半導体、好ましくはAlGaNを成長させると良い。さらに、この層は、n型不純物がドープされていても良いし、アンドープであっても良く、実施例に示すように多層膜層において、それを構成する少なくとも1つの層にドープしたものであっても良い。なお、発振波長が長波長の430〜550nmのレーザ素子では、このクラッド層はn型不純物をドープしたGaNが好ましい。また、膜厚としては、p型クラッド層と同様に、特に限定されるものではないが、100Å以上2μm以下で形成すること、好ましくは500Å以上1μm以下の範囲で形成することで、十分な光の閉込め層として機能する。
(N-type cladding layer)
In the laser device using the nitride semiconductor of the present invention, the nitride semiconductor used for the n-type cladding layer may be a refractive index difference sufficient to confine light, as in the p-type cladding layer. A nitride semiconductor layer containing Al is preferably used. Further, this layer may be a single layer or a multilayer film. Specifically, as shown in the embodiment, it may have a superlattice structure in which AlGaN and GaN are alternately stacked. In addition, the n-type cladding layer functions as a carrier confinement layer and a light confinement layer, and in the case of a multilayer film structure, as described above, a nitride semiconductor containing Al, preferably AlGaN is grown. Good to do. Further, this layer may be doped with an n-type impurity or may be undoped. As shown in the examples, in the multilayer film layer, at least one of the layers is doped. May be. In a laser element having a long oscillation wavelength of 430 to 550 nm, the cladding layer is preferably GaN doped with an n-type impurity. Further, the film thickness is not particularly limited as in the case of the p-type cladding layer, but it is sufficient to form it in a range of 100 to 2 μm, preferably in the range of 500 to 1 μm. Functions as a confinement layer.

(活性層)
本発明において、窒化物半導体を用いて本発明に係る半導体レーザ素子を構成する場合、活性層にInを含む窒化物半導体層を有することで、紫外域、可視域において青色系から赤色系の波長域のレーザ光を発生させることができるまた、Inを含む窒化物半導体層は、活性層が大気にさらされると、レーザ素子駆動において極めて重大な素子劣化を起こす場合があるが、本発明では出射部から離間する導波路領域は、活性層に達しない深さで設けられたリッジにより構成された導波路領域であるので、そのような素子劣化を最小限に抑えることが可能である。なぜなら、Inは融点が低いため、Inを含む窒化物半導体は、分解、蒸発が起こりやすい材料であり、エッチング時に損傷を受けやすく、また、活性層を露出させた後の加工において、その結晶性を保つことが困難となり、結果として、素子寿命の低下につながるからである。
(Active layer)
In the present invention, when a semiconductor laser device according to the present invention is configured using a nitride semiconductor, the active layer includes a nitride semiconductor layer containing In, so that a wavelength from blue to red in the ultraviolet region and the visible region. In the nitride semiconductor layer containing In, if the active layer is exposed to the atmosphere, it may cause extremely serious element degradation in laser element driving. Since the waveguide region separated from the portion is a waveguide region constituted by a ridge provided at a depth that does not reach the active layer, it is possible to minimize such element deterioration. Because, since In has a low melting point, a nitride semiconductor containing In is a material that easily decomposes and evaporates, is easily damaged during etching, and has a crystallinity in processing after the active layer is exposed. This is because it is difficult to maintain the resistance, and as a result, the lifetime of the element is reduced.

ここで、活性層は、量子井戸構造であっても良く、その場合単一量子井戸、多重量子井戸のどれでも良い。好ましくは量子井戸構造とすることで、発光効率に優れ、高出力のレーザ素子、端面発光素子が得られる。窒化物半導体の活性層としては、上述したように、Inを含む窒化物半導体を用いることが好ましく、具体的には、AlInGa1−x−yN(0≦x≦1、0<y≦1、x+y≦1)で表される窒化物半導体を用いることが好ましい。この場合、量子井戸構造の活性層においては、井戸層としてここで示した窒化物半導体を用いることが好ましいことを意味する。また、近紫外から可視光の緑色までの波長領域(380nm以上550nm)では、InGa1−yN(0<y<1)を用いることが好ましく、またそれ以上の長波長領域(赤色)でも、同様にInGa1−yN(0<y<1)を用いることができ、この時主に、In混晶比yを変化させることにより、所望の波長を得ることができる。380nm以下の短波長の領域では、GaNの禁制帯幅に相当する波長が365nmであるため、GaNとほぼ同じか若しくはそれよりも大きなバンドギャップエネルギーとする必要があるため、例えばAlInGa1−x−yN(0<x≦1、0<y≦1、x+y≦1)が用いられる。 Here, the active layer may have a quantum well structure, in which case either a single quantum well or a multiple quantum well may be used. A quantum well structure is preferably used, so that a laser element and an edge emitting element having excellent light emission efficiency and high output can be obtained. As described above, a nitride semiconductor containing In is preferably used as the active layer of the nitride semiconductor. Specifically, Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 It is preferable to use a nitride semiconductor represented by <y ≦ 1, x + y ≦ 1). In this case, the active layer having the quantum well structure means that the nitride semiconductor shown here is preferably used as the well layer. In the wavelength region from near ultraviolet to visible light green (380 nm to 550 nm), In y Ga 1-y N (0 <y <1) is preferably used, and longer wavelength region (red). However, similarly, In y Ga 1-y N (0 <y <1) can be used, and at this time, a desired wavelength can be obtained mainly by changing the In mixed crystal ratio y. In a short wavelength region of 380 nm or less, since the wavelength corresponding to the forbidden band width of GaN is 365 nm, the band gap energy needs to be approximately the same as or larger than that of GaN. For example, Al x In y Ga 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, x + y ≦ 1) is used.

活性層を量子井戸構造とする場合、具体的な井戸層の膜厚としては、10Å以上300Å以下の範囲、好ましくは20Å以上200Å以下の範囲とすることで、Vf、しきい値電流密度を低減させることができる。また、結晶成長の観点からは、20Å以上であると、膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、200Å以下とすることで結晶欠陥の発生を低く抑えた結晶成長が可能となる。活性層内の井戸層数としては特に限定されず、1以上であり、この時、井戸層の数が4以上である場合には、活性層を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層全体の膜厚が厚くなって、Vfの上昇を招くこととなるため、井戸層の膜厚を100Å以下の範囲として、活性層の膜厚を低く抑えることが好ましい。高出力のLDにおいては、井戸層の数を1以上3以下とすることで、高い発光効率の素子が得られる傾向にあり、好ましい。   When the active layer has a quantum well structure, the specific well layer thickness is in the range of 10 to 300 mm, preferably in the range of 20 to 200 mm to reduce Vf and the threshold current density. Can be made. Further, from the viewpoint of crystal growth, when the thickness is 20 mm or more, a layer having a relatively uniform film quality without large unevenness in film thickness can be obtained. It becomes possible. The number of well layers in the active layer is not particularly limited and is 1 or more. At this time, when the number of well layers is 4 or more, if the thickness of each layer constituting the active layer increases, the active layer Since the entire film thickness is increased and Vf is increased, it is preferable to keep the film thickness of the active layer low by setting the film thickness of the well layer to 100 mm or less. In a high-power LD, it is preferable that the number of well layers is 1 or more and 3 or less because an element with high luminous efficiency tends to be obtained.

また、井戸層にはp又はn型の不純物(アクセプター又はドナー)がドープされていても、アンドープ若しくはノンドープであっても良い。しかしながら、井戸層としてInを含む窒化物半導体を用いる場合、n型不純物濃度が大きくなると結晶性が悪化する傾向にあるため、n型不純物濃度を低く抑えて結晶性の良好な井戸層とすることが好ましい。具体的には、結晶性を最大限に良好なものとするために井戸層をアンドープで成長させることが好ましく、具体的にはn型不純物濃度を5×1016/cm3以下にすることが好ましい。尚、n型不純物濃度を5×1016/cm3以下の状態は、極めて不純物濃度の低い状態であり、この状態では、実質的にn型不純物を含まない井戸層と言える。また、井戸層にn型不純物をドープする場合には、n型不純物濃度が1×1018以下5×1016/cm3以上の範囲でドープされていると、結晶性の悪化を低く抑え、なおかつキャリア濃度を高くすることができる。 The well layer may be doped with p-type or n-type impurities (acceptor or donor), or may be undoped or non-doped. However, when a nitride semiconductor containing In is used as the well layer, the crystallinity tends to deteriorate as the n-type impurity concentration increases. Therefore, the well layer should have a good crystallinity by keeping the n-type impurity concentration low. Is preferred. Specifically, the well layer is preferably grown undoped in order to maximize the crystallinity, and specifically, the n-type impurity concentration should be 5 × 10 16 / cm 3 or less. preferable. Note that a state where the n-type impurity concentration is 5 × 10 16 / cm 3 or less is a state where the impurity concentration is extremely low. In addition, when doping the n-type impurity in the well layer, if the n-type impurity concentration is doped in the range of 1 × 10 18 or less and 5 × 10 16 / cm 3 or more, the deterioration of crystallinity is suppressed, In addition, the carrier concentration can be increased.

障壁層の組成としては、特に限定されないが、井戸層と同様の窒化物半導体を用いることができ、具体的には井戸層よりIn混晶比の低いInGaNなどのInを含む窒化物半導体、若しくはGaN、AlGaN等のAlを含む窒化物半導体などを用いることができる。この時、障壁層は、井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくすることが必要である。具体的な組成としては、InβGa1-βN(0≦β<1,α>β)、GaN、AlγGa1-γN(0<γ≦1)などを用いることができ、好ましくはInβGa1-βN(0≦β<1,α>β)、GaNを用いることで良好な結晶性でもって障壁層が形成できる。これは、Inを含む窒化物半導体からなる井戸層をAlGaNなどのAlを含む窒化物半導体の上に直接成長させると、結晶性が低下する傾向にあり、井戸層の機能が悪化する傾向にあるためである。AlγGa1-γN(0<γ≦1)を障壁層として用いる場合には、Alを含む障壁層を井戸層の上に設けるようにし、井戸層の下には、InβGa1-βN(0≦β<1,α>β)、GaNの障壁層を用いた多層膜の障壁層とすることでこれを回避できる。このように、多重量子井戸構造において、井戸層に挟まれた障壁層は、特に1層であること(井戸層/障壁層/井戸層)に限るものではなく、2層若しくはそれ以上の層の障壁層を、「井戸層/障壁層(1)/障壁層(2)/・・・/井戸層」というように、組成・不純物量等の異なる障壁層を複数設けても良い。ここでαは井戸層のIn組成比であり、α>βとして障壁層のIn組成比βを井戸層より小さくすることが好ましい。 The composition of the barrier layer is not particularly limited, and a nitride semiconductor similar to the well layer can be used. Specifically, a nitride semiconductor containing In such as InGaN having a lower In mixed crystal ratio than the well layer, or A nitride semiconductor containing Al, such as GaN or AlGaN, can be used. At this time, the barrier layer needs to have a larger band gap energy than the well layer. As a specific composition, In β Ga 1-β N (0 ≦ β <1, α> β), GaN, Al γ Ga 1-γ N (0 <γ ≦ 1) or the like can be used. the in β Ga 1-β N ( 0 ≦ β <1, α> β), the barrier layer can be formed with good crystallinity by using GaN. This is because, when a well layer made of a nitride semiconductor containing In is directly grown on a nitride semiconductor containing Al such as AlGaN, the crystallinity tends to be lowered and the function of the well layer tends to be deteriorated. Because. When Al γ Ga 1-γ N (0 <γ ≦ 1) is used as the barrier layer, a barrier layer containing Al is provided on the well layer, and the In β Ga 1− β N (0 ≦ β <1 , α> β), can be avoided this by a barrier layer of a multilayer film using the barrier layer of GaN. As described above, in the multiple quantum well structure, the barrier layer sandwiched between the well layers is not limited to one layer (well layer / barrier layer / well layer), and may be composed of two or more layers. As the barrier layer, a plurality of barrier layers having different compositions and impurity amounts may be provided, such as “well layer / barrier layer (1) / barrier layer (2) /... / Well layer”. Here, α is the In composition ratio of the well layer, and it is preferable that the In composition ratio β of the barrier layer is smaller than that of the well layer, with α> β.

障壁層は、n型不純物がドープされていても、ノンドープであっても良いが、好ましくはn型不純物がドープされていることである。この時、障壁層中のn型不純物濃度としては、少なくとも5×1016/cm3以上ドープされていることが好ましく、上限としては1×1020/cm3である。具体的には、例えば、高い出力を要求されないLDである場合には、5×1016/cm3以上2×1018/cm3以下の範囲でn型不純物を有することが好ましく、また、より高出力のLDでは、5×1017/cm3以上1×1020/cm3以下の範囲、好ましくは1×1018/cm3以上5×1019/cm3以下の範囲でドープされていることが好ましく、このように高濃度でドープする場合には、井戸層にn型不純物を実質的に含まないか、アンドープで成長させることが好ましい。前記好ましい範囲でドープされることで、上述したように、良好な結晶性で、高濃度のキャリアを注入することが可能となる。 The barrier layer may be doped with an n-type impurity or may be non-doped, but is preferably doped with an n-type impurity. At this time, the n-type impurity concentration in the barrier layer is preferably at least 5 × 10 16 / cm 3 or more, and the upper limit is 1 × 10 20 / cm 3 . Specifically, for example, in the case of an LD that does not require high output, it is preferable to have an n-type impurity in a range of 5 × 10 16 / cm 3 to 2 × 10 18 / cm 3 , In a high output LD, it is doped in the range of 5 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 , preferably in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 5 × 10 19 / cm 3 . In the case of doping at such a high concentration, it is preferable that the well layer is substantially free of n-type impurities or is grown undoped. By doping in the preferred range, as described above, it is possible to inject high concentration carriers with good crystallinity.

n型不純物をドープする場合には、活性層内の全ての障壁層にドープしても良く、一部の障壁層にドープしても良い。一部の障壁層にn型不純物をドープする場合には、活性層内で、n型層側配置された障壁層にドープすることが好ましく、具体的には、n型層側から数えてn番目の障壁層B(n=1,2,3・・・)にドープすることで、電子が効率的に活性層内に注入され、発光効率、内部量子効率に優れた素子となる。これは、障壁層に限らず、井戸層についても同様であり、また両方にドープする場合には、n型層から数えてn番目の障壁層B(n=1,2,3・・・)、m番目の井戸層W(m=1,2,3・・・)にドープすること、すなわち、n型層に近い側からドープすることで、前記効果が得られる傾向にある。 When doping an n-type impurity, all the barrier layers in the active layer may be doped, or some barrier layers may be doped. When some of the barrier layers are doped with n-type impurities, it is preferable to dope the barrier layers disposed on the n-type layer side in the active layer, and specifically, n is counted from the n-type layer side. Doping the second barrier layer B n (n = 1, 2, 3...) Allows electrons to be efficiently injected into the active layer, resulting in an element with excellent luminous efficiency and internal quantum efficiency. This applies not only to the barrier layer but also to the well layer. When both are doped, the n-th barrier layer B n (n = 1, 2, 3... Counting from the n-type layer). ), Doping the m-th well layer W m (m = 1, 2, 3...), That is, doping from the side closer to the n-type layer, the above-mentioned effect tends to be obtained.

障壁層の膜厚としては、特に限定されず500Å以下、より具体的には井戸層と同様に10Å以上300Å以下の範囲が適用できる。
本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子において、積層構造体として、第1の導電型層にn型窒化物半導体を有すること、第2の導電型層にp型窒化物半導体を用いることが好ましく、具体的には、それぞれの導電型層に、n型クラッド層、p型クラッド層を設けて、導波路を構成するようにする。この時、各クラッド層と、活性層との間には、後述するようなガイド層、電子閉込め層などを設けても良い。
The thickness of the barrier layer is not particularly limited, and can be 500 mm or less, and more specifically, the range of 10 to 300 mm can be applied as in the case of the well layer.
In the laser element using the nitride semiconductor of the present invention, the stacked structure includes an n-type nitride semiconductor in the first conductivity type layer and a p-type nitride semiconductor in the second conductivity type layer. Preferably, specifically, an n-type cladding layer and a p-type cladding layer are provided on each conductive type layer to constitute a waveguide. At this time, a guide layer, an electron confinement layer, or the like as described later may be provided between each cladding layer and the active layer.

(p型キャップ層)
p型クラッド層と活性層との間に設けられるp型キャップ層としては、AlGaN等が好ましく用いることができ、これにより、活性層へのキャリア閉じ込め効果を有する層とすることができ、閾値電流を低下させるので、より容易に発振させることができる。AlGaNはp型不純物をドープしたものであっても、ノンドープであってもよい。また、膜厚としては、500Å以下が好ましい。
(P-type cap layer)
As the p-type cap layer provided between the p-type cladding layer and the active layer, AlGaN or the like can be preferably used, whereby a layer having an effect of confining carriers in the active layer can be obtained. Therefore, it is possible to oscillate more easily. AlGaN may be doped with p-type impurities or non-doped. The film thickness is preferably 500 mm or less.

(ガイド層)
本発明において、活性層を挟むn型及びp型のガイド層をクラッド層より内側(活性層側)に設けて光導波路を形成することで、優れた導波路を形成することができる。この時、導波路(活性層とそれを挟み込む両ガイド層)の膜厚としては、6000Å以下が好ましく、これ以下の膜厚であると発振閾値電流の急激な増大を抑制することができる。更に好ましくは、4500Å以下とすることで、低く抑えられた発振閾値電流で、基本モード、長寿命での連続発振が可能となる。また、両ガイド層はほぼ同じ膜厚で形成され、100Å以上1μm以下が好ましく、更に好ましくは500Å以上2000Å以下である。ガイド層に用いられる窒化物半導体としては、その外側に設けられるクラッド層と比較して、導波路を形成するために適切な屈折率が選択され、単一膜若しくは多層膜のいずれでも良い。具体的には、発振波長が370nm〜470nmではアンドープのGaNが好ましく、比較的長波長な領域(450nm以上)では、InGaN/GaNの多層膜構造を用いることが好ましい。
(Guide layer)
In the present invention, an excellent waveguide can be formed by forming an optical waveguide by providing n-type and p-type guide layers sandwiching the active layer on the inner side (active layer side) than the cladding layer. At this time, the film thickness of the waveguide (the active layer and both guide layers sandwiching it) is preferably 6000 mm or less, and if the film thickness is less than this, a rapid increase in the oscillation threshold current can be suppressed. More preferably, by setting it to 4500 mm or less, it is possible to perform continuous oscillation with a fundamental mode and a long lifetime with a low oscillation threshold current. Further, both guide layers are formed with substantially the same film thickness, preferably 100 mm to 1 μm, more preferably 500 mm to 2000 mm. As a nitride semiconductor used for the guide layer, an appropriate refractive index is selected for forming a waveguide as compared with a clad layer provided on the outer side thereof, and either a single film or a multilayer film may be used. Specifically, undoped GaN is preferable when the oscillation wavelength is 370 nm to 470 nm, and it is preferable to use an InGaN / GaN multilayer structure in a relatively long wavelength region (450 nm or more).

(p型クラッド層)
本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子において、第2の導電型層若しくは第1の導電型層として、p型窒化物半導体(第1のp型窒化物半導体)を含むp型クラッド層を設けることが好ましい。このとき、p型クラッド層が設けられた導電型層とは異なる導電型層に、n型窒化物半導体を含むn型クラッド層を設けて、積層構造体に導波路を形成する。また、このp型クラッド層に用いられる窒化物半導体としては、光を閉じ込めるのに十分な屈折率差が設けられていれば良く、Alを含む窒化物半導体層が好ましく用いられる。また、この層は、単一若しくは多層膜であっても良く、具体的には実施例に示すように、AlGaNとGaNとを交互に積層した超格子構造であっても良く、超格子構造とすると結晶性を良好なものとでき好ましい。さらに、この層は、p型不純物がドープされていても良いし、アンドープであっても良く、実施例に示すように多層膜層において、それを構成する少なくとも1つの層にドープしたものであっても良い。なお、発振波長が長波長の430〜550nmのレーザ素子では、このクラッド層はp型不純物をドープしたGaNが好ましい。また、膜厚としては、特に限定されるものではないが、100Å以上2μm以下で形成すること、好ましくは500Å以上1μm以下の範囲で形成することで、十分な光の閉込め層として機能する。
(P-type cladding layer)
In the laser device using the nitride semiconductor of the present invention, a p-type cladding layer including a p-type nitride semiconductor (first p-type nitride semiconductor) is used as the second conductive type layer or the first conductive type layer. It is preferable to provide it. At this time, an n-type cladding layer including an n-type nitride semiconductor is provided in a conductive type layer different from the conductive type layer provided with the p-type cladding layer, and a waveguide is formed in the stacked structure. The nitride semiconductor used for the p-type cladding layer only needs to have a sufficient refractive index difference for confining light, and a nitride semiconductor layer containing Al is preferably used. Further, this layer may be a single layer or a multilayer film. Specifically, as shown in the embodiment, it may have a superlattice structure in which AlGaN and GaN are alternately stacked. Then, crystallinity can be made favorable, which is preferable. Further, this layer may be doped with a p-type impurity, or may be undoped. As shown in the examples, in the multilayer film layer, at least one of the layers is doped. May be. In a laser element having a long wavelength of 430 to 550 nm, the cladding layer is preferably GaN doped with a p-type impurity. Further, the film thickness is not particularly limited, but it is formed in a range of 100 to 2 μm, preferably in a range of 500 to 1 μm, and functions as a sufficient light confinement layer.

また、本発明において、活性層とp型クラッド層との間に、後述する電子閉込め層、光ガイド層を設けても良い。この時、光ガイド層を設ける場合には、n型クラッド層と活性層との間にも、光ガイド層を設けて、活性層を光ガイド層で挟み込む構造とすることが好ましい。この場合には、SCH構造となり、クラッド層のAl組成比をガイド層のAl組成比より大きくして屈折率差を設け、クラッド層で光を閉込める。クラッド層とガイド層のがそれぞれ多層膜で形成される場合には、Alの組成比の大小はAl平均組成により決定する。   In the present invention, an electron confinement layer and a light guide layer, which will be described later, may be provided between the active layer and the p-type cladding layer. At this time, when the light guide layer is provided, it is preferable to provide a light guide layer also between the n-type cladding layer and the active layer so that the active layer is sandwiched between the light guide layers. In this case, the SCH structure is obtained, and the Al composition ratio of the cladding layer is made larger than the Al composition ratio of the guide layer to provide a refractive index difference, so that the light is confined in the cladding layer. When the cladding layer and the guide layer are each formed of a multilayer film, the magnitude of the Al composition ratio is determined by the Al average composition.

(p型電子閉込め層)
また、活性層とp型クラッド層との間、好ましくは活性層とp型光ガイド層との間に設けられるp型電子閉込め層は、活性層へのキャリアの閉込めとしても機能する層であり、閾値電流を低下させることにより容易な発振に寄与し、、具体的にはAlGaNを用いる。特に、第2の導電型層に、p型クラッド層、p型電子閉込め層を設ける構成とすることで、より効果的な電子閉じ込め効果が得られる。このp型電子閉込め層にAlGaNを用いる場合には、好ましくはp型不純物をドープしたものとすることでより確実に前記機能を発揮し得るが、ノンドープであっても前記キャリアの閉込めとして機能を有する。膜厚の下限としては、少なくとも10Åで好ましくは20Åである。また、膜厚としては、500Å以下で形成し、AlxGa1-xNの組成としては、xが0以上、好ましくは0.2以上とする事で前記効果が十分に期待できる。また、n型層側にも、ホールを活性層内に閉じ込めるn側キャリア閉込め層を設けても良い。ホールの閉込めは、電子を閉じ込める場合ほどオフセット(活性層とのバンドキャップの差)を設けなくても、閉込めが可能である。具体的には、p側電子閉込め層と同様の組成を適用できる。また、結晶性を良好なものとするためには、Alを含まない窒化物半導体により形成しても良く、具体的には、活性層の障壁層とほぼ同じ組成を用いることができ、この場合には、キャリア閉込めとなるn側障壁層を、活性層内で最もn型層側に配置させることが好ましく、若しくは活性層に接して、n型層内に配置しても良い。このように、p側、n側のキャリア閉込め層は、好ましくは活性層に接して設けることで、効率良く活性層若しくは井戸層内にキャリアを注入でき、別の形態としては、活性層内において、p側、n側の層と接する層をキャリア閉込め層とすることもできる。
(P-type electron confinement layer)
The p-type electron confinement layer provided between the active layer and the p-type cladding layer, preferably between the active layer and the p-type light guide layer is a layer that also functions as confinement of carriers in the active layer. It contributes to easy oscillation by lowering the threshold current. Specifically, AlGaN is used. In particular, a more effective electron confinement effect can be obtained by providing a p-type cladding layer and a p-type electron confinement layer in the second conductivity type layer. When AlGaN is used for the p-type electron confinement layer, the function can be exhibited more reliably by doping with a p-type impurity. However, even when non-doped, the carrier confinement can be achieved. It has a function. The lower limit of the film thickness is at least 10 mm and preferably 20 mm. Further, the above effect can be sufficiently expected when the film thickness is 500 Å or less and the composition of Al x Ga 1 -xN is x is 0 or more, preferably 0.2 or more. An n-side carrier confinement layer that confines holes in the active layer may also be provided on the n-type layer side. The confinement of holes can be performed without providing an offset (difference in band cap from the active layer) as much as confining electrons. Specifically, the same composition as the p-side electron confinement layer can be applied. Further, in order to improve the crystallinity, it may be formed of a nitride semiconductor that does not contain Al. Specifically, almost the same composition as the barrier layer of the active layer can be used. In this case, the n-side barrier layer for confining carriers is preferably disposed on the n-type layer side most in the active layer, or may be disposed in the n-type layer in contact with the active layer. Thus, the p-side and n-side carrier confinement layers are preferably provided in contact with the active layer, so that carriers can be efficiently injected into the active layer or the well layer. In this case, the layer in contact with the p-side and n-side layers may be a carrier confinement layer.

(電極)
本発明の半導体レーザ素子において、ストライプ状の凸部の上に形成されるp側電極、及びn側層(n型コンタクト層)に設けられるn側電極としては、特に限定されるものではなく、窒化物半導体と良好なオーミック接触得られる材料を好ましく用いることができる。導波路領域となるストライプ状の凸部に対応して形成することで、キャリアの注入を効率よく行うことが出来る。また、後述する絶縁膜を介して窒化物半導体を接するように設けることも出来る。また、半導体と接するように設けられるオーミック電極と、ボンディングに適した材料からなるパッド電極とを設けてもよい。本実施の形態においては、第1の絶縁膜を形成後、開口部を設けてオーミック電極形成し、その上に更に開口部を有する第2の絶縁膜を形成し、その上にパッド電極を形成された構造である。具体的な材料としては、p側電極では、Ni、Co、Fe、Ti、Cu、Rh、Au、Ru、W、Zr、Mo、Ta、Pt、Ag及びこれらの酸化物、窒化物等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。また、n側電極では、Ni、Co、Fe、Ti、Cu、Rh、Au、Ru、W、Zr、Mo、Ta、Pt、Ag等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。
(electrode)
In the semiconductor laser device of the present invention, the p-side electrode formed on the stripe-shaped convex portion and the n-side electrode provided on the n-side layer (n-type contact layer) are not particularly limited, A material capable of obtaining a good ohmic contact with the nitride semiconductor can be preferably used. By forming the stripe-shaped projections corresponding to the waveguide regions, carriers can be injected efficiently. Further, a nitride semiconductor can be provided so as to be in contact with an insulating film described later. In addition, an ohmic electrode provided so as to be in contact with the semiconductor and a pad electrode made of a material suitable for bonding may be provided. In this embodiment, after forming the first insulating film, an opening is provided to form an ohmic electrode, a second insulating film having an opening is further formed thereon, and a pad electrode is formed thereon It is a structured. Specific examples of materials for the p-side electrode include Ni, Co, Fe, Ti, Cu, Rh, Au, Ru, W, Zr, Mo, Ta, Pt, Ag, and oxides and nitrides thereof. These single layers, alloys, or multilayer films can be used. Examples of the n-side electrode include Ni, Co, Fe, Ti, Cu, Rh, Au, Ru, W, Zr, Mo, Ta, Pt, and Ag. These single layers, alloys, or multilayer films can be used. Can be used.

(絶縁膜)
本発明の半導体レーザ素子は、ストライプ状の凸部の側面及びその側面に連続する露出面(平面)に保護膜を形成することが好ましい。凸部を保護する部分にだけ形成するのであれば絶縁性は問わないが、絶縁性の保護膜を用いることで、電極間ショートを防ぐ絶縁膜としての機能と、露出された層を保護する保護膜としての機能とを併せ持った膜とすることができる。具体的には、SiO、TiO、ZrOなどの単一膜或いは多層膜を好ましく用いることができる。また、上記で述べたように、電極を介して多層膜に形成してもよい。
(Insulating film)
In the semiconductor laser device of the present invention, it is preferable to form a protective film on the side surface of the stripe-shaped convex portion and the exposed surface (plane) continuous to the side surface. If it is formed only on the part that protects the convex part, it does not matter if it is insulative, but by using an insulating protective film, it functions as an insulating film to prevent short-circuiting between electrodes and protects the exposed layer It can be set as the film | membrane which has the function as a film | membrane together. Specifically, a single film or a multilayer film such as SiO 2 , TiO 2 , or ZrO 2 can be preferably used. Further, as described above, a multilayer film may be formed through electrodes.

ここで、窒化物半導体を用いたレーザ素子において、ストライプ状のリッジを設ける位置を、Alを含む窒化物半導体層内とし、露出した窒化物半導体表面及び凸部側面に絶縁膜を設けることで、良好な絶縁がなされ、絶縁膜の上に電極を設けても、リーク電流のないレーザ素子を得ることができる。これは、Alを含む窒化物半導体には、良好なオーミックコンタクトをなし得る材料がほとんどないため、この半導体表面に絶縁膜、電極などを設けても、リーク電流の発生がほとんどない、好適な絶縁が成されることにある。逆に、Alを含まない窒化物半導体表面に電極を設けると、その電極材料と窒化物半導体との間にオーミックコンタクトが形成されやすく、Alを含まない窒化物半導体表面に絶縁膜を介して電極を形成すると、絶縁膜、電極の膜質により、絶縁膜に微少な孔がある場合にリークの原因となる。そのため、それらを解決するために、絶縁が十分に確保される膜厚で絶縁膜を形成するか、電極の形状、位置を露出した半導体表面にかからないようにするなどの配慮が必要となり、レーザ素子構造の設計において、大きな制約が加わることになる。また、リッジ(凸部)が設けられる位置が問題になるのは、リッジ(凸部)形成時に露出されるリッジの両側の窒化物半導体表面(平面)は、リッジ(凸部)側面に比べて、極めて大きな面積を占めるものであり、この表面において良好な絶縁性が確保されることで、様々な電極形状を適用できかつ電極形成位置を比較的自由に選べる設計自由度の高いレーザ素子となり、リッジ(凸部)の形成において極めて有利なものとなる。ここで、Alを含む窒化物半導体としては、具体的には、AlGaN、若しくは上述したAlGaN/GaNの超格子多層膜構造などが好適に用いられる。   Here, in the laser element using the nitride semiconductor, the position where the stripe-shaped ridge is provided is in the nitride semiconductor layer containing Al, and the insulating film is provided on the exposed nitride semiconductor surface and the convex side surface. Good insulation is achieved, and a laser element free from leakage current can be obtained even if an electrode is provided on the insulating film. This is because the nitride semiconductor containing Al has almost no material that can make a good ohmic contact, so even if an insulating film, an electrode, or the like is provided on the surface of the semiconductor, there is almost no generation of leakage current. Is to be made. Conversely, if an electrode is provided on the surface of a nitride semiconductor that does not contain Al, an ohmic contact is likely to be formed between the electrode material and the nitride semiconductor, and the electrode is provided on the surface of the nitride semiconductor that does not contain Al via an insulating film. If the insulating film is formed, the insulating film and electrode film quality may cause leakage when the insulating film has minute holes. Therefore, in order to solve them, it is necessary to consider such as forming an insulating film with a film thickness sufficient to ensure insulation, or not covering the exposed semiconductor surface with the electrode shape and position. In the design of the structure, a great restriction is added. Also, the position where the ridge (projection) is provided becomes a problem because the nitride semiconductor surface (plane) on both sides of the ridge exposed when the ridge (projection) is formed is compared to the side surface of the ridge (projection). It occupies an extremely large area, and by ensuring good insulation on this surface, it becomes a laser element with a high degree of design freedom in which various electrode shapes can be applied and the electrode formation position can be selected relatively freely, This is extremely advantageous in the formation of ridges (convex portions). Here, as the nitride semiconductor containing Al, specifically, AlGaN or the above-described superlattice multilayer structure of AlGaN / GaN is preferably used.

実施の形態2.
本発明に係る実施の形態2の半導体レーザ素子は、実施の形態1と同様、共振器面近傍に遮光膜を設けることで、導波路領域から漏れだした光(迷光)が外部に放出されるのを防ぐものであり(図13A〜図13C)、遮光膜を剥がれにくく形成するために、遮光膜を構成する元素と同一の元素からなる透光膜9aを、遮光膜と積層構造体との間に設けた以外は実施の形態1と同様に構成されている。
本実施の形態2のレーザ素子は、同一の元素から構成される化合物であっても、組成比が異なれば物理的性質及び化学的性質が異なることを利用して、目的とする遮光性の膜を積層構造体の表面に接着性よく形成したものである。例えば特定の金属の酸化膜を遮光膜として用いる場合、遮光膜と積層構造体の間にある透光膜として遮光膜とは酸素の比率が異なる酸化物を用いることをいい、より具体的には、透光膜として透光性の高い酸素を多く含む酸化物を用い、遮光膜として金属を多く含む遮光性の高い酸化物を用いたものをいう。このように、金属の含有量の少ないものから、金属の含有量の多いものへと変化させると、光の透過率が大きく変化するものがあり、本実施の形態2ではこのような性質を有するものを用いることができる。また、このような膜は、成膜時の条件を変化させることで容易に得られるものである。変更する成長時の条件は、用いるガスの流量及び組成比、ガスの供給方向、或いは、装置内の真空度、雰囲気、温度等の、成膜に用いる装置において変更可能な条件である。
Embodiment 2. FIG.
In the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention, the light leaking from the waveguide region (stray light) is emitted to the outside by providing a light shielding film in the vicinity of the resonator surface, as in the first embodiment. In order to prevent the light-shielding film from being peeled off easily, a light-transmitting film 9a made of the same element as that constituting the light-shielding film is formed between the light-shielding film and the laminated structure. The configuration is the same as in the first embodiment except that it is provided in between.
The laser element according to the second embodiment uses the fact that even if it is a compound composed of the same element and the composition ratio is different, the physical properties and the chemical properties are different. Is formed on the surface of the laminated structure with good adhesiveness. For example, when a specific metal oxide film is used as the light shielding film, an oxide having a different oxygen ratio from the light shielding film is used as the light transmitting film between the light shielding film and the laminated structure. The light-transmitting film uses a highly light-transmitting oxide containing oxygen, and the light-blocking film uses a high light-blocking oxide containing metal. As described above, when the metal content is changed from the low metal content to the high metal content, the light transmittance may change greatly, and the second embodiment has such properties. Things can be used. Further, such a film can be easily obtained by changing the conditions during film formation. The growth conditions to be changed are conditions that can be changed in the apparatus used for film formation, such as the flow rate and composition ratio of the gas used, the gas supply direction, or the degree of vacuum, atmosphere, and temperature in the apparatus.

単に、透過率の異なるものを設けるだけであれば、SiOなどの絶縁性の透光膜の上に金属層を形成することでも、光を遮断するという効果は得ることができる。しかし、異なる材料を原料とすると製造方法が異なったり、また、接着性についても問題が生じる場合があるこれに対し、同一の原料を用いて、同じ装置で成膜条件を変えるだけで光学特性を変化させることができるのであれば、連続して成膜できるので異物の混入を防ぐことができる。本実施の形態2では、この透光膜と遮光膜との間に、光の透過率が両者の間であるような中間膜が形成されていてもよく、このように、順次透過率を変化させると、遮光膜でほぼ完全に光を遮ることができるようにすることができる。このように、構成元素が同じである膜を組み合わせて積層すると、異なる元素からなる膜を積層した場合に比べて接着性が極めてよい保護膜(遮光膜)とすることができる。 If only ones having different transmittances are provided, the effect of blocking light can be obtained by forming a metal layer on an insulating light-transmitting film such as SiO 2 . However, if different materials are used as raw materials, the manufacturing method may differ, and problems may occur with respect to adhesiveness.On the other hand, using the same raw materials, the optical characteristics can be changed simply by changing the film formation conditions using the same equipment. If it can be changed, the film can be continuously formed, so that foreign matters can be prevented from being mixed. In the second embodiment, an intermediate film having a light transmittance between the light-transmitting film and the light-shielding film may be formed. Thus, the transmittance is changed sequentially. As a result, the light can be blocked almost completely by the light shielding film. As described above, when films having the same constituent elements are stacked in combination, a protective film (light-shielding film) having extremely good adhesiveness can be obtained as compared with the case where films made of different elements are stacked.

また、透光膜及び遮光膜は、成膜条件を、段階的に変化させて多層の膜で形成する方法に代え、条件を徐々に連続的に変化させることで、組成傾斜された層として形成することができる。このような場合でも、最終的に遮光可能な組成まで変化させればよいので、本発明においてはこのような組成傾斜された膜で、膜の下側(積層構造体に接する側)が透光性で、上にいくに従って透光性が低く、つまり遮光性が高くなっているような膜であってもかまわない。   In addition, the light-transmitting film and the light-shielding film are formed as a compositionally graded layer by gradually changing the conditions instead of the method of forming the film formation conditions in stages and forming a multilayer film. can do. Even in such a case, it is only necessary to change the composition so that the light can be finally shielded. Therefore, in the present invention, a film having such a composition gradient is used, and the lower side of the film (the side in contact with the laminated structure) is transparent. The film may be a film that has a low light-transmitting property as it goes upward, that is, a film that has a higher light-shielding property.

積層構造体の表面に透光膜及び遮光膜を形成する方法としては、物理蒸着法(PVD法)や化学蒸着法(CVD法)などの気層成長法があげられる。これらの製法を用いる時に、条件を変化させることで、組成比の異なる膜を容易に得ることができる。本発明では、PVD法を用いるのが好ましく、スパッタ法や真空蒸着法なども用いることができる。このような方法を用いると、本発明のように同一の元素からなる透光膜と遮光膜は、同一の原料を用いて形成するため、連続して成膜することができる。そのため、不純物等の混入を防いで純度の高い膜を形成でき、また、原料交換に要する時間もかからない。条件を変えて形成することで、密着性と光学特性との両方を具備した遮光膜を形成することができる。   Examples of a method for forming a light-transmitting film and a light-shielding film on the surface of the laminated structure include a vapor deposition method such as a physical vapor deposition method (PVD method) and a chemical vapor deposition method (CVD method). When these production methods are used, films having different composition ratios can be easily obtained by changing the conditions. In the present invention, the PVD method is preferably used, and a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like can also be used. When such a method is used, since the light-transmitting film and the light-shielding film made of the same element are formed using the same raw material as in the present invention, they can be continuously formed. Therefore, it is possible to form a high-purity film by preventing impurities and the like from being mixed, and it does not take time to exchange raw materials. By forming under different conditions, a light-shielding film having both adhesion and optical characteristics can be formed.

遮光膜及び透光膜に用いられる好ましい材料としては、組成比を変化させることで光の透過率を変更できるものが好ましく、例えば、好ましい材料として、金属の酸化物、窒化物、フッ化物などが挙げられる。具体的な材料としては、Rh、Si、Ti、Al、Cr、Nb、Mg、V、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Y、Zr、Mo、Ru、Pd、Ag、Sn、In、Hf、Ta、W、Ir、Pt、Auがあげられる。これらは、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。   As a preferable material used for the light-shielding film and the light-transmitting film, a material whose light transmittance can be changed by changing the composition ratio is preferable. For example, preferable materials include metal oxides, nitrides, fluorides, and the like. Can be mentioned. Specific materials include Rh, Si, Ti, Al, Cr, Nb, Mg, V, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Y, Zr, Mo, Ru, Pd, Ag, Sn, In , Hf, Ta, W, Ir, Pt, and Au. These may be used alone or in combination.

また、組成比に対応して結晶性が異なる膜を用いてもよい。結晶性が異なると、光学特性も変化するのでそれを利用することで、遮光性のある膜を接着性よく形成することができる。例えば、結晶性の高い膜を透光膜として用い、その上に結晶性の低い膜を遮光膜として用いることもできる。これは、結晶性の高い膜は緻密に成膜され、結晶性がそろった透過率の高い膜を形成し易く、また、結晶性の低い膜が、光に対して不規則な結晶格子であるため透光性が低くなりやすいことを利用するものである。スパッタ法などで成膜する場合、その条件(例えば気圧など)を緩やかにして遮光性のある不規則な結晶を形成しようとすると剥がれやすい膜になる傾向があるが、そのような膜を半導体層の上に直接形成するのではなく、同一元素からなる結晶性のよい緻密な透光膜の上に形成することで、遮光膜として用いることができる。   Alternatively, films having different crystallinity corresponding to the composition ratio may be used. If the crystallinity is different, the optical characteristics are also changed. By utilizing this, a light-shielding film can be formed with good adhesion. For example, a film with high crystallinity can be used as the light-transmitting film, and a film with low crystallinity can be used as the light-shielding film. This is because a film with high crystallinity is densely formed, and it is easy to form a film with high crystallinity and high transmittance, and the film with low crystallinity is a crystal lattice irregular to light. Therefore, the fact that the translucency tends to be low is utilized. When a film is formed by sputtering or the like, it tends to be a film that tends to be peeled off when an irregular crystal having a light-shielding property is formed by relaxing the conditions (for example, atmospheric pressure). It can be used as a light-shielding film by forming it on a dense light-transmitting film made of the same element and having good crystallinity.

また、本発明では、上記材料のうち、遮光膜及び透光膜を形成するための材料として、特に、RhOで代表されるRh酸化物が好ましい材料としてあげられる。このRh酸化物を遮光膜及び透光膜として用いることで、効率よく光を遮断することができる膜を接着性よく形成することができる。しかもRh酸化物は熱的に安定なので、工程内や使用時において劣化の少ない安定な遮光膜とすることができる。特に、共振器面の近傍であって、かつ共振器面からやや離れた位置に形成することで、スロープ効率を低下させることなく優れたFFPを得ることができる。また、このRh酸化物は、主ビームの波長が紫外から比較的短波長の可視光域にあるレーザ素子において、特に好ましく用いることができる。具体的には、窒化物半導体からなり主ビームの波長が360〜420nm程度の範囲である半導体レーザ素子に用いることで、光の遮断効果が大きくできるので、迷光を遮断してリップルを低減させるのに有効である。   In the present invention, among the above materials, as a material for forming the light-shielding film and the light-transmitting film, an Rh oxide typified by RhO is particularly preferable. By using this Rh oxide as a light-shielding film and a light-transmitting film, a film capable of efficiently blocking light can be formed with good adhesion. In addition, since the Rh oxide is thermally stable, a stable light-shielding film with little deterioration can be obtained in the process or during use. In particular, by forming it in the vicinity of the resonator surface and slightly away from the resonator surface, an excellent FFP can be obtained without reducing the slope efficiency. This Rh oxide can be particularly preferably used in a laser element in which the wavelength of the main beam is in the visible light range from ultraviolet to a relatively short wavelength. Specifically, by using it in a semiconductor laser element made of a nitride semiconductor and having a main beam wavelength in the range of about 360 to 420 nm, the light blocking effect can be increased, so that stray light can be blocked and ripple can be reduced. It is effective for.

遮光膜の総膜厚としては、500Å〜10000Åが好ましく、更に好ましくは1000Å〜5000Åである。膜厚が1000Åより薄いと、光が透過し易くなって遮光効果が低下するので好ましくない。
また、透光膜の総膜厚としては、100Å〜1000Åが好ましく、更に好ましくは200Å〜600Åである。膜厚が200Åより薄いと、透光膜自体が剥がれやすくなるので好ましくない。また、あまり厚く設けるのは、量産性を考慮すると好ましくない。
また、遮光膜と透光膜をあわせた保護膜としての膜厚は、間に中間層が設けられる場合も含めて、総膜厚500Å〜20000Åが好ましい。
The total thickness of the light-shielding film is preferably 500 to 10,000 mm, more preferably 1000 to 5000 mm. A film thickness of less than 1000 mm is not preferable because light is easily transmitted and the light shielding effect is reduced.
Moreover, as a total film thickness of a translucent film, 100 to 1000 mm is preferable, More preferably, it is 200 to 600 mm. If the film thickness is less than 200 mm, the light-transmitting film itself tends to peel off, which is not preferable. Moreover, it is not preferable to provide a thick layer in consideration of mass productivity.
The total thickness of the protective film including the light-shielding film and the light-transmitting film is preferably 500 mm to 20000 mm including the case where an intermediate layer is provided therebetween.

また、遮光膜を設ける場所としては共振器面近傍が好ましく、共振器端面と同一面上でも、異なる面上であってもよいが、好ましくは、異なる面上に形成されるのがよい。具体的には、実施の形態1と同様に、光出射側共振器面近傍において、共振器面の両側の端面が活性層より下まで除去されて、積層構造体の角部が除去された形状である。以上のようにすると、実施の形態1のレーザ素子と同様の作用効果を有する。   Further, the place where the light shielding film is provided is preferably in the vicinity of the resonator surface, and may be on the same surface as the resonator end surface or on a different surface, but preferably on a different surface. Specifically, in the same manner as in the first embodiment, in the vicinity of the light emitting side resonator surface, the end surfaces on both sides of the resonator surface are removed to below the active layer, and the corners of the laminated structure are removed. It is. If it carries out as mentioned above, it has the same operation effect as a laser element of Embodiment 1.

実施の形態3
本発明に係る実施の形態3の半導体レーザ素子は、光の共振方向と垂直な方向の端面に、少なくとも2つの光透過率の異なる保護膜(第1の保護膜109と、第1の保護膜109よりも透過率の低い第2の保護膜110)を有するものであり、この光透過率の異なる2つの保護膜を端面に設けることで、端面から放出される光の放出を制御するものである。具体的な形態を図14A〜図14Cに示す。尚、実施の形態3の図において、実施の形態1と同様のものには同様の符号を付して示している。図14Cは図14AのXIVC−XIVC断面図である。本実施の形態3は、図14Cに示すように、基板12上に、第1の導電型の半導体層(n型窒化物半導体層)1、活性層3、第2の導電型の半導体層(p型窒化物半導体層)2が積層された積層構造体に、ストライプ状の凸部(リッジ)8が設けられており、このストライプの長手方向と垂直な両端面に共振器端面を設けることで、ストライプ方向を導波方向(共振方向)とする導波路領域が形成されている。共振器端面のうち一方は主として光を外部に出射する機能を有する光出射側共振器端面(光出射面)であり、他方は主として光を導波路領域内に反射する機能を有する光反射側共振器端面(モニター面)である。ストライプ状の凸部(リッジ)8の側面及びこの側面に連続する積層構造体の上面には第1の絶縁膜10が形成されている。第1の絶縁膜10を介してp型窒化物半導体層2の凸部8の上面にp型窒化物半導体層とオーミック接触するストライプ状のp側オーミック電極5が設けられている。また、積層構造体に沿って露出させたn型窒化物半導体層には、n型窒化物半導体層とオーミック接触するn側オーミック電極7がストライプ状に形成されている。両電極は、略平行になるように設けられている。これら電極の上に更には開口部を有する第2の絶縁膜11が形成され、この第2の絶縁膜11を介してオーミック電極と接するようにp側パッド電極4及びn側パッド電極6がそれぞれ形成される。
Embodiment 3
The semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention has at least two protective films (first protective film 109 and first protective film) having different light transmittances on the end faces in the direction perpendicular to the light resonance direction. The second protective film 110) having a transmittance lower than 109 is provided, and the emission of light emitted from the end face is controlled by providing two protective films having different light transmittances on the end face. is there. A specific form is shown in FIGS. 14A to 14C. In addition, in the figure of Embodiment 3, the same code | symbol is attached | subjected and shown to the thing similar to Embodiment 1. FIG. 14C is a cross-sectional view taken along the line XIVC-XIVC in FIG. 14A. In the third embodiment, as shown in FIG. 14C, a first conductive type semiconductor layer (n-type nitride semiconductor layer) 1, an active layer 3, a second conductive type semiconductor layer ( The laminated structure in which the p-type nitride semiconductor layer) 2 is laminated is provided with stripe-shaped convex portions (ridges) 8 and by providing resonator end faces on both end faces perpendicular to the longitudinal direction of the stripes. A waveguide region having a stripe direction as a waveguide direction (resonance direction) is formed. One of the resonator end faces is a light emitting side resonator end face (light emitting face) mainly having a function of emitting light to the outside, and the other is a light reflecting side resonance having a function of mainly reflecting light into the waveguide region. It is a container end face (monitor face). A first insulating film 10 is formed on the side surface of the stripe-shaped convex portion (ridge) 8 and the upper surface of the laminated structure continuous with the side surface. A stripe-shaped p-side ohmic electrode 5 that is in ohmic contact with the p-type nitride semiconductor layer is provided on the upper surface of the convex portion 8 of the p-type nitride semiconductor layer 2 via the first insulating film 10. In addition, n-side ohmic electrodes 7 that are in ohmic contact with the n-type nitride semiconductor layer are formed in stripes on the n-type nitride semiconductor layer exposed along the stacked structure. Both electrodes are provided so as to be substantially parallel. A second insulating film 11 having an opening is further formed on these electrodes, and the p-side pad electrode 4 and the n-side pad electrode 6 are respectively in contact with the ohmic electrode through the second insulating film 11. It is formed.

本実施の形態3の半導体レーザ素子では、導波路領域の光の導波方向と垂直な方向の端面に光透過率の異なる保護膜を設けることで、光の放出を制御するものであり、特に出射側の共振器面の出射部に、より光透過率の高い第1の保護膜109を設けることで、共振器面の劣化を防ぐとともにレーザ光を出射させやすくするものである。また、出射側の共振器面における出射部の両側には、第1の保護膜109よりも光透過率の低い第2の保護膜110を設けることで、出射面の近傍から迷光が放出されないようにしている。これにより本実施の形態3の半導体レーザ素子では、迷光が外部に放出されるのを防ぎリップルの発生を抑制できる。   In the semiconductor laser device of the third embodiment, the emission of light is controlled by providing protective films having different light transmittances on the end faces of the waveguide region in the direction perpendicular to the light guiding direction. By providing the first protective film 109 having a higher light transmittance at the emission portion of the emission-side resonator surface, the resonator surface is prevented from being deteriorated and the laser beam is easily emitted. Further, by providing the second protective film 110 having a light transmittance lower than that of the first protective film 109 on both sides of the emission part on the emission-side resonator surface, stray light is not emitted from the vicinity of the emission surface. I have to. As a result, in the semiconductor laser device of the third embodiment, stray light can be prevented from being emitted to the outside and ripples can be suppressed.

以上のように構成された実施の形態3の半導体レーザ素子では、活性層を含む発光領域から生じた光は、主として導波路領域内を導波して共振器面における導波路領域の端部(出射面)から出射されてレーザ光(主ビーム)となる。しかし、出射側の共振器面が露出されていると、高出力時ではその出射面が劣化しやすく、CODを生じやすい。また、一部の光は導波路領域からしみ出て迷光となって素子内を伝搬し、出射面以外から外部に放出される。これが主ビームと重なることでリップルを生じる。ここで、迷光が素子の外部に放出されるのは、全反射とならない角度で素子端面に伝搬した光である。全反射された迷光は、再度素子内部に向かって反射して、全反射角で端面に達するまでは素子内で反射を繰り返す。反射を繰り返すうちに共振して増幅される。そして、この増幅された迷光が外部に放出されると、主ビームに混ざってリップルが生じる。本実施の形態3のように、端面に光透過率の異なる2種の保護膜が形成されていることで、光の出射を制御(出射面以外の部分から出射される光を抑制)することができる   In the semiconductor laser device according to the third embodiment configured as described above, the light generated from the light emitting region including the active layer is mainly guided in the waveguide region to end the end of the waveguide region on the resonator surface ( It is emitted from the emission surface and becomes laser light (main beam). However, if the output-side resonator surface is exposed, the output surface is likely to deteriorate at high output, and COD is likely to occur. Also, part of the light oozes out of the waveguide region, propagates in the element as stray light, and is emitted to the outside from other than the exit surface. This overlaps with the main beam, resulting in ripple. Here, the stray light is emitted to the outside of the element, which is light propagated to the end face of the element at an angle that does not cause total reflection. The totally reflected stray light is reflected again toward the inside of the element and is repeatedly reflected in the element until reaching the end face at the total reflection angle. It is amplified by resonance while repeating reflection. When this amplified stray light is emitted to the outside, a ripple is generated in the main beam. As in the third embodiment, two kinds of protective films having different light transmittances are formed on the end face, thereby controlling light emission (suppressing light emitted from portions other than the emission surface). Can

本実施の形態3の半導体レーザ素子では、2つの異なる透過率の保護膜が接する位置において、各保護膜の全部、或いは一部が重なっていても構わない。図14Aのように、共振器面において、出射面を除いてその両側に第2の保護膜110を設けておき、それを覆うようにして図14Bのように第1の保護膜109を設けることで、出射面には、第1の保護膜109のみが形成され、出射面の両側(出射面近傍)では第2の保護膜110の上に第1の保護膜109が積層された構造となっている。また、本発明では、出射側の端面構造を実施の形態1と同様に構成し、図17Bに示すように、第1の保護膜109を共振端面、非共振端面及び第2の側面の端面側全体の広い範囲に設けて、その上に第2の保護膜110を共振器端面を除いて設けるようにしてもよい。   In the semiconductor laser device of the third embodiment, all or part of the protective films may overlap at the position where the protective films having two different transmittances are in contact. As shown in FIG. 14A, the second protective film 110 is provided on both sides of the resonator surface except the emission surface, and the first protective film 109 is provided so as to cover the second protective film 110 as shown in FIG. 14B. Thus, only the first protective film 109 is formed on the emission surface, and the first protection film 109 is laminated on the second protection film 110 on both sides of the emission surface (near the emission surface). ing. Further, in the present invention, the end face structure on the emission side is configured in the same manner as in the first embodiment, and as shown in FIG. The second protective film 110 may be provided over a wide range of the whole, except for the resonator end face.

このように、第1の保護膜109と第2の保護膜110の重なる部分が出射側の出射面以外の部分であれば、第1の保護膜109及び第2の保護膜110のどちらが先に形成されてもかまわない。保護膜の材料等によって、好ましい順序を選択して形成することができる。また、重ねて形成することで、その境界において半導体層が露出しないように形成することができる。   In this manner, if the portion where the first protective film 109 and the second protective film 110 overlap is a portion other than the light exiting surface, whichever of the first protective film 109 and the second protective film 110 is the first? It does not matter if it is formed. A preferable order can be selected and formed depending on the material of the protective film. In addition, by overlapping the semiconductor layer, the semiconductor layer can be formed so as not to be exposed at the boundary.

また、本発明では、図15のように、第1の保護膜109と第2の保護膜110とが互いに重ならないようにすることもできる。このように設けることで、それぞれの光透過率の差を有効に利用することができ、また、重なる部分がないことで、膜厚が厚くならないので、主ビームが物理的に遮られにくくなる。   In the present invention, as shown in FIG. 15, the first protective film 109 and the second protective film 110 can be prevented from overlapping each other. By providing in this way, the difference in light transmittance can be used effectively, and since there is no overlapping portion, the film thickness does not increase, so that the main beam is hardly physically blocked.

また、第1の保護膜109も第2の保護膜110も設けられていない端面が形成されていてもよい。工程によっては、保護膜を形成した後に分割して端面が現れる場合は、例えば図16のように、基板12の端面にはどちらの保護膜も形成されていないことになるが、レーザ光が出射される部分から離れているので、特に問題ない。
また、共振器面から出射されるレーザ光のリップルが少ない場合は、出射側の共振器面に光透過率の高い第1の保護膜109を設け、第2の保護膜110として第1の保護膜109と同じものを用いてもよい。
Further, an end face on which neither the first protective film 109 nor the second protective film 110 is provided may be formed. Depending on the process, when the end face appears after the formation of the protective film, neither protective film is formed on the end face of the substrate 12 as shown in FIG. 16, for example. Because it is away from the part where it is done, there is no problem in particular.
When the ripple of the laser light emitted from the resonator surface is small, the first protective film 109 having a high light transmittance is provided on the resonator surface on the emission side, and the first protective film 109 is used as the first protective film 110. The same film as the film 109 may be used.

上述のように、本実施の形態3は、共振器面の端面に光透過率の異なる2つの保護膜を設けることで、光の出射部分を所定の範囲に制限して、放出を制御しており、良好なFFPを安定して得ることができる。本実施の形態3では、素子そのものを実施の形態1で示したように加工することなくビーム特性に影響を与えることなく、良好なFFPを安定して得ることができる。   As described above, in the third embodiment, by providing two protective films having different light transmittances on the end face of the resonator surface, the light emission portion is limited to a predetermined range, and emission is controlled. Thus, a good FFP can be obtained stably. In the third embodiment, good FFP can be stably obtained without processing the element itself as shown in the first embodiment and without affecting the beam characteristics.

実施の形態4.
本実施の形態4の半導体レーザ素子は、図17A,図17B及び図18A及び図18Bに示すように、光出射側共振器面近傍において、共振器端面の両側が活性層より下まで除去されて、積層構造体の角部が除去された、実施の形態2で説明したものと同様の端面構造を有する半導体レーザ素子に実施の形態3の第1の保護膜109と第2の保護膜110を適用したものである。すなわち、実施の形態4の半導体レーザ素子では、積層構造体のストライプ状の導波路領域の光の導波方向と垂直な方向の端面が単一の面ではなく、光出射面である共振器端面と、共振器端面とは異なる平面上に位置する非共振器端面から構成される。また、積層構造体のストライプ状の導波路領域の光の導波方向と平行な面(側面)から見ても、導波路領域から離れた活性層断面を有する第1の側面と、それよりも導波路領域に近い位置に形成された活性層断面を有する第2の側面が形成されている。そして、出射面である共振器面に第1の保護膜109が設けられる(図17B)とともに、非共振器面と第2の側面とに第2の保護膜110が設けられている(図17A)。具体的には、共振器端面と同一平面上にない活性層断面を含む非共振器面と、より導波路領域に近い第2の側面とに少なくとも第2の保護膜110が設けられ、共振器端面と第2の保護膜110の両方を覆うように第1の保護膜109が設けられている。
Embodiment 4 FIG.
In the semiconductor laser device of the fourth embodiment, as shown in FIGS. 17A, 17B, 18A, and 18B, both sides of the resonator end face are removed below the active layer in the vicinity of the light emitting side resonator face. The first protective film 109 and the second protective film 110 of the third embodiment are applied to the semiconductor laser element having the same end surface structure as that described in the second embodiment, in which the corners of the laminated structure are removed. It is applied. That is, in the semiconductor laser device of the fourth embodiment, the end face in the direction perpendicular to the light guiding direction of the stripe-shaped waveguide region of the multilayer structure is not a single face but a resonator end face that is a light emitting face. And a non-resonator end face located on a different plane from the resonator end face. In addition, when viewed from the plane (side surface) parallel to the light guiding direction of the light in the stripe-shaped waveguide region of the multilayer structure, the first side surface having the active layer cross section away from the waveguide region, A second side surface having an active layer cross section formed at a position close to the waveguide region is formed. A first protective film 109 is provided on the resonator surface, which is the emission surface (FIG. 17B), and a second protective film 110 is provided on the non-resonator surface and the second side surface (FIG. 17A). ). Specifically, at least a second protective film 110 is provided on the non-resonator surface including the active layer cross section that is not on the same plane as the resonator end surface, and the second side surface closer to the waveguide region. A first protective film 109 is provided so as to cover both the end face and the second protective film 110.

このように、本実施の形態4では、導波路領域に近い第2の側面と非共振端面に光透過率の低い第2の保護膜を設けて光を放出させにくくし、出射側の共振器面には光透過率の高い第1の保護膜を形成することで、効率よくレーザ光が出射されるとともに、迷光の放出を防止している。   As described above, in the fourth embodiment, the second protective film having a low light transmittance is provided on the second side surface close to the waveguide region and the non-resonant end surface to make it difficult to emit light, and the resonator on the output side By forming a first protective film having a high light transmittance on the surface, laser light is emitted efficiently and stray light is prevented from being emitted.

また、本実施の形態4の半導体レーザ素子では、実施の形態1と同様、出射側で活性層の幅を制限していることで、ビーム特性をも改良することができる。本実施の形態4では、素子の表面に第1及び第2の保護膜を設ける前に素子自体の加工を必要とするため作業性については実施の形態3の方が優れているが、活性層の幅を制御することで、広がり角の広いビームを得ることができるなど、ビーム特性を改良することができるという実施の形態3にはない利点を有する。しかも、第2の保護膜110を共振器面より手前に設けることが出来るので、よりいっそう効率よくリップルを低減することができる。   Further, in the semiconductor laser device of the fourth embodiment, as in the first embodiment, the beam characteristic can be improved by limiting the width of the active layer on the emission side. In the fourth embodiment, since the device itself needs to be processed before the first and second protective films are provided on the surface of the device, the workability of the third embodiment is superior to the active layer. There is an advantage that the beam characteristics can be improved, such as that a beam having a wide divergence angle can be obtained by controlling the width of the first embodiment. In addition, since the second protective film 110 can be provided in front of the resonator surface, ripples can be reduced more efficiently.

また、本実施の形態4の半導体レーザ素子では、実施の形態1のように、リッジの側壁(側面)と第2の側面とが同一面状になるように形成させてもよい。しかし、リッジが細く形成される場合は、そのリッジの幅に光を閉じ込めるのが困難となり、良好な特性が得られなくなるので、図17及び図18のように、ストライプ状の凸部(リッジ)より活性層の幅が広くなるように第2の側面を形成することが好ましい。また、出射側の端面の活性層の幅をリッジの幅よりも広くすることで、強度を上げることができるので破損しにくくなり、安定して共振器面を形成することができる。特に、リッジの幅を狭く形成する場合は、出射面に露出した活性層断面の幅をリッジの幅に対応させて狭くすると、へき開によって共振器面を形成するときに、目的の位置で劈開されずに破損する場合があるが、出射面にリッジの幅より広い幅の活性層断面を露出させるようにすることで、安定して劈開することができる。   In the semiconductor laser device of the fourth embodiment, the ridge side wall (side surface) and the second side surface may be formed in the same plane as in the first embodiment. However, when the ridge is formed thin, it becomes difficult to confine light within the width of the ridge, and good characteristics cannot be obtained. Therefore, as shown in FIG. 17 and FIG. It is preferable to form the second side surface so that the width of the active layer becomes wider. Moreover, since the strength can be increased by making the width of the active layer on the end face on the emission side larger than the width of the ridge, it is difficult to break, and the resonator surface can be formed stably. In particular, when the width of the ridge is narrowed, if the width of the active layer cross section exposed on the emission surface is narrowed corresponding to the width of the ridge, it is cleaved at the target position when the resonator surface is formed by cleavage. However, it is possible to stably cleave by exposing the active layer cross section having a width wider than the width of the ridge to the exit surface.

本発明の第2の保護膜は、実施の形態4のように、共振器端面と第2の側面の両方が設けられている端面構造に適用する場合は、両方に設けると効果的であるが、どちらか一方だけに設けてもよいし、連続するように設けることも出来る。また、共振器端面と第1の側面とに渡って形成されるような面(斜面)に形成されていてもよい。
また、非共振器面及び第2の側面は、実施の形態1で説明した種々の変形が可能である。
When the second protective film of the present invention is applied to an end face structure in which both the resonator end face and the second side face are provided as in the fourth embodiment, it is effective to provide both. , It may be provided only on one of them, or may be provided continuously. Moreover, you may form in the surface (slope) formed over a resonator end surface and a 1st side surface.
The non-resonator surface and the second side surface can be variously modified as described in the first embodiment.

また、第2の保護膜は、少なくとも光が伝搬する層を覆うように設ければよいので、少なくとも活性層を覆うように設ければよく、活性層を含む面全体に形成させなくてもよい。ガイド層等が形成されて光が伝搬しやすい層にも設けるのが好ましい。
以下、実施の形態3及び4における、第1の保護膜109及び第2の保護膜110の好ましい材料について述べる。
Further, the second protective film may be provided so as to cover at least the layer through which light propagates, and thus may be provided so as to cover at least the active layer, and may not be formed over the entire surface including the active layer. . It is preferable to provide a guide layer or the like in a layer where light can easily propagate.
Hereinafter, preferable materials for the first protective film 109 and the second protective film 110 in Embodiments 3 and 4 will be described.

第1の保護膜及び第2の保護膜に用いられる材料としては、導体、半導体、絶縁体のいずれでも用いることができる。ただし、導体を用いる場合は、ショートを防ぎ、かつ素子構造体内の電流の流れを阻害しないように電極とは直接接しないように設ける必要がある。また、半導体を用いる場合は、第1の保護膜としては、活性層よりもバンドギャップの大きいものが好ましく、また、第2の保護膜としては活性層よりもバンドギャップの小さいものを用いるのが好ましい。これらの材料を素子の構造や製造工程、製造方法等に応じて、最も好ましいものを選択することができる。
また、第1の保護膜として誘電体多層膜を用いることもできる。これにより、光を透過させ易くなり、露出された端面、特に活性層を保護するという機能も付随させることができる。
As a material used for the first protective film and the second protective film, any of a conductor, a semiconductor, and an insulator can be used. However, in the case of using a conductor, it is necessary to provide a conductor so as not to be in direct contact with the electrode so as to prevent a short circuit and prevent a current flow in the element structure. When a semiconductor is used, the first protective film preferably has a larger band gap than the active layer, and the second protective film has a smaller band gap than the active layer. preferable. The most preferable materials for these materials can be selected according to the structure of the device, the manufacturing process, the manufacturing method, and the like.
A dielectric multilayer film can also be used as the first protective film. Thereby, it becomes easy to transmit light, and the function of protecting the exposed end surface, especially the active layer can be accompanied.

また、第1の保護膜及び第2の保護膜に用いられる具体的な材料としては、下記のような材料が挙げられ、これらのうち光透過率の高い方を第1の保護膜とし、第1の保護膜よりも光透過率の低いものを第2の保護膜とする。したがって、相対的に光透過率を比較して第1及び第2の保護膜としているので、選択する材料によっては、第1の保護膜であった材料が、別の材料と組み合わせることによって第2の保護膜となる場合もある。   Specific materials used for the first protective film and the second protective film include the following materials. Of these, the one having the higher light transmittance is used as the first protective film, A film having a light transmittance lower than that of the first protective film is defined as a second protective film. Therefore, since the first and second protective films are relatively compared in light transmittance, the second protective film is combined with another material depending on the material selected, depending on the material selected. It may be a protective film.

すなわち、レーザ光が主として出射される部分は言うまでもなく、導波路領域の端面であり、本明細書では、この導波路領域の端面を出射面又は出射部としている。例えば、実施の形態1では、その幅が制限された共振器端面そのものが出射面である。しかしながら、実施の形態3のように出射側端面が単一の面で構成されている場合は、その単一の面のうち導波路領域の端面となる部分が出射部又は出射面である。   That is, it goes without saying that the laser beam is mainly emitted from the end surface of the waveguide region. In this specification, the end surface of the waveguide region is used as the exit surface or the exit portion. For example, in the first embodiment, the resonator end face itself having a limited width is the emission face. However, when the exit-side end surface is configured as a single surface as in the third embodiment, the portion that becomes the end surface of the waveguide region of the single surface is the exit portion or the exit surface.

この出射部から放射されるレーザ光に対して、出射部以外から放射される光は、レーザビームの形状に悪影響を及ぼす光ではあるが、出射部から放射される光に比べるとその強度は極めて小さい。従って、第1の保護膜の透過率に比べて第2の保護膜の透過率を少し弱くするだけでも、出射部以外から放射される光はかなり低減され、レーザビームの形状に悪影響は抑制される。
従って、実施の形態3及び4のレーザ素子では、第1の保護膜及び第2の保護膜の材料として、少なくとも第1の保護膜の透過率が第2の保護膜の透過率より大きいという条件を満足するように種々の材料を選択することが可能である。
In contrast to the laser light emitted from this emitting part, the light emitted from other than the emitting part is light that adversely affects the shape of the laser beam, but its intensity is extremely high compared to the light emitted from the emitting part. small. Therefore, even if the transmittance of the second protective film is made slightly weaker than that of the first protective film, the light emitted from other than the emission part is considerably reduced, and the adverse effect on the shape of the laser beam is suppressed. The
Therefore, in the laser elements of the third and fourth embodiments, as a material for the first protective film and the second protective film, a condition that at least the transmittance of the first protective film is larger than the transmittance of the second protective film. It is possible to select various materials so as to satisfy the above.

(第1の保護膜)
第1の保護膜の好ましい材料としては、Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Tiの酸化物、窒化物、フッ化物などの化合物から選ばれたいずれか一種、又は多層膜を用いることができる。これらは、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。好ましい材料としてはSi、Mg、Al、Hf、Zr、Y、Gaを用いた材料である。また、半導体材料としてはAlN、AlGaN、BNなどを用いることができる。絶縁体材料としてはSi、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、Bの酸化物、窒化物、フッ化物等などの化合物を用いることができる。
(First protective film)
Preferred materials for the first protective film are selected from compounds such as oxides, nitrides, and fluorides of Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, and Ti. Any one of these, or a multilayer film can be used. These may be used alone or in combination. Preferred materials are materials using Si, Mg, Al, Hf, Zr, Y, and Ga. As the semiconductor material, AlN, AlGaN, BN, or the like can be used. As the insulator material, compounds such as oxides, nitrides, and fluorides of Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, and B can be used.

また、第1の保護膜を、大気中の屈折率と半導体の屈折率の間の屈折率を有する材料で構成することにより、反射防止(AR)膜とすることができ、光の反射を防止することができる。AR膜とする場合は、第1の保護膜の屈折率nARと、積層構造体である半導体素子の屈折率nとの関係が、0.75n 1/2≦nAR≦1.25n 1/2を満たすものがよい。好ましくは、0.85n 1/2≦nAR≦1.15n 1/2で、最も好ましくは、0.93n 1/2≦nAR≦1.07である。このような屈折率を有する材料としては、Al、MgO、Y、SiO、MgF等がある。これらの材料を用いて、膜厚を制御することでAR膜となる。AR膜とするためには、膜厚は、λ×(2mAR−1)/4nAR、もしくはλ×mAR/2n+λ×(2mAR−1)/4nAR(mAR=1,2,3,・・・)の条件を満たすものが好ましく、より好ましくは、λ/4nAR、もしくはλ/2n+λ/4nAR(λ:活性層から発生する光の波長)となるようにする。このような条件を満たすように保護膜を形成することで、容易にAR膜とすることができる。 Further, by forming the first protective film with a material having a refractive index between the refractive index in the atmosphere and the refractive index of the semiconductor, an antireflection (AR) film can be formed, thereby preventing light reflection. can do. In the case of the AR film, the relationship between the refractive index n AR of the first protective film and the refractive index n S of the semiconductor element that is a stacked structure is 0.75 n S 1/2 ≦ n AR ≦ 1.25 n. It is preferable to satisfy S 1/2 . Preferably, 0.85 n S 1/2 ≦ n AR ≦ 1.15 n S 1/2 , and most preferably 0.93 n S 1/2 ≦ n AR ≦ 1.07. Examples of the material having such a refractive index include Al 2 O 3 , MgO, Y 2 O 3 , SiO 2 and MgF 2 . Using these materials, the AR film is formed by controlling the film thickness. In order to obtain an AR film, the film thickness is λ × (2m AR −1) / 4n AR or λ × m AR / 2n + λ × (2m AR −1) / 4n AR (m AR = 1, 2, 3 ,...) Are preferable, and more preferably λ / 4n AR or λ / 2n + λ / 4n AR (λ: wavelength of light generated from the active layer). An AR film can be easily formed by forming a protective film so as to satisfy such a condition.

また、金属材料のような導電性材料を用いる場合は、積層構造体表面に絶縁層を形成し、その絶縁層上に形成することもできる。これにより、積層構造体との接着性がよくない材料であって、第1の保護膜の材料として用いることができる。
また、本発明において、出射面の保護に主眼を置く場合は、第1の保護膜は、積層構造体の屈折率の±10%以内の屈折率差の材料を用いて構成することが好ましい。また、導波路領域を構成する半導体層(主として活性層)の屈折率に近い値の屈折率を有する材料により第1の保護膜を形成することで、第1の保護膜の膜厚を多少変化させても光の反射率や透過率が変化しない膜(不在層)とすることができる。
In the case where a conductive material such as a metal material is used, an insulating layer can be formed on the surface of the laminated structure and can be formed on the insulating layer. Thereby, it is a material with poor adhesiveness to the laminated structure and can be used as the material of the first protective film.
In the present invention, when the main focus is on protecting the exit surface, the first protective film is preferably formed using a material having a refractive index difference within ± 10% of the refractive index of the laminated structure. Further, by forming the first protective film with a material having a refractive index close to the refractive index of the semiconductor layer (mainly the active layer) constituting the waveguide region, the thickness of the first protective film is slightly changed. Even if it is made, it can be set as the film | membrane (absent layer) whose light reflectance and transmittance | permeability do not change.

例えば、積層構造体が窒化物半導体素子である場合については、波長が約400nmになるように設定した活性層の屈折率は約2.5である(ただし、実際には不純物の濃度や組成比によって屈折率は多少異なる)。この場合、第1の保護膜の好ましい屈折率は、2.5の±10%の2.25〜2.75となる。この範囲の屈折率を有するものとして、具体的にはNb等が挙げられる。屈折率が積層構造体の±10%以内のものであれば、出射される光の特性をほとんど変えることなく、積層構造体を保護することができる。屈折率が積層構造体の屈折率より10%を超えて高いものは、閾値を低下させることができるものの、スロープ効率が悪くなり、また、10%より低いものはスロープ効率は良くなるものの、閾値が上がるので好ましくない。 For example, when the laminated structure is a nitride semiconductor element, the refractive index of the active layer set so that the wavelength is about 400 nm is about 2.5 (however, in practice, the impurity concentration and composition ratio) Depending on the refractive index). In this case, the preferable refractive index of the first protective film is 2.25 to 2.75 which is ± 10% of 2.5. Specific examples of the refractive index within this range include Nb 2 O 5 . If the refractive index is within ± 10% of the laminated structure, the laminated structure can be protected with almost no change in the characteristics of the emitted light. If the refractive index is higher than the refractive index of the laminated structure by more than 10%, the threshold can be lowered, but the slope efficiency is deteriorated, and if the refractive index is lower than 10%, the slope efficiency is improved. Is not preferable.

ここで、共振器面の出射面に第1の保護膜が形成されていない場合と、形成される場合についての、電界強度分布を図19A〜図19Cに示す。積層構造体としては窒化ガリウム(GaN)からなる半導体素子を用いており、図19Aは保護膜が形成されていない場合であり、図19Bは第1の保護膜として、主として反射防止を目的としてAlを形成した場合であり、図19Cは、主として出射端面保護を目的としてNbを形成した場合である。また、破線は屈折率分布を示し、実線は電界強度(光パワー分布)を示す。
図19Aからわかるように、第1の保護膜が形成されていない場合は、素子端面において、電界強度が最大になっている。これは、素子の端面が屈折率の低い層(空気層:屈折率1)に接しているためであり、このような場合はその界面で電界強度が最大になる。そのため共振器面には過大な負荷がかかるので、結果としてCODが発生し易くなるという問題が生じる。
Here, FIG. 19A to FIG. 19C show electric field intensity distributions when the first protective film is not formed on the emission surface of the resonator surface and when it is formed. As the stacked structure, a semiconductor element made of gallium nitride (GaN) is used. FIG. 19A shows a case where a protective film is not formed. FIG. 19B shows a first protective film, mainly for the purpose of preventing reflection. a case of forming a 2 O 3, FIG. 19C is a case of forming the Nb 2 O 5 for the purpose of mainly emitting end face protection. The broken line indicates the refractive index distribution, and the solid line indicates the electric field strength (optical power distribution).
As can be seen from FIG. 19A, when the first protective film is not formed, the electric field strength is maximized at the element end face. This is because the end face of the element is in contact with a layer having a low refractive index (air layer: refractive index 1). In such a case, the electric field strength is maximized at the interface. Therefore, an excessive load is applied to the resonator surface, resulting in a problem that COD is likely to occur.

これに対し、第1の保護膜としてAlを形成した場合は、電界強度は図19Bのように、素子端面にかかる負荷は第1の保護膜が形成されない場合よりも小さくなっている。このような保護膜は、AR膜になるように膜厚を制御することで、共振器面にかかる負荷を低減することができるが、逆にRIN(相対雑音強度)特性が悪化してノイズがやや多くなるという現象が生じる。そのため、高出力用など、RINによって影響を受けにくいものなどの特定の用途に用いることができる。 On the other hand, when Al 2 O 3 is formed as the first protective film, the electric field strength is smaller than that when the first protective film is not formed as shown in FIG. 19B. . Such a protective film can reduce the load on the resonator surface by controlling the film thickness so that it becomes an AR film, but conversely the RIN (relative noise intensity) characteristics deteriorate and noise is reduced. A phenomenon of a slight increase occurs. Therefore, it can be used for specific applications such as those that are not easily affected by RIN, such as for high output.

また、共振器面に形成する第1の保護膜としてNbを用いる場合、図19Cのように、素子端面における電界強度を小さくすることができるので、端面にかかる負荷を抑えて劣化を防ぐことができる。また、Nbの屈折率がGaNとほぼ同じであるので、端面(第1の保護膜の表面)の反射率がAlのように下がることがなく、RIN特性が悪化するのを防ぐことができる。そのため、DVRなどの光ディスク関係の分野など、安定性を重視する用途に用いるのが好ましい。
また、保護膜は屈折率と膜厚とによって、様々な特性を有するので、第1の保護膜の膜厚としてはλ/4n及びその奇数倍とすることが好ましく、これにより共振器面が受けるダメージを低減することができる。先に述べたようにこれに屈折率をも考慮することでAR膜とすることができるが、屈折率によらず膜厚をλ/4nとすることが好ましい。単層の場合はλ/4nでよいが、多層膜の場合はλ/2n+λ/4n及びそれらの実数倍としてもよい。これにより、積層構造体端面と保護膜との界面において、定在波の電界強度が最小値を取る膜厚とすることができるので(図19C参照)、共振器端面がダメージを受けるのを抑制し、素子寿命を向上させることができる。
Further, when Nb 2 O 5 is used as the first protective film formed on the resonator surface, the electric field strength at the element end face can be reduced as shown in FIG. 19C. Can be prevented. In addition, since the refractive index of Nb 2 O 5 is almost the same as that of GaN, the reflectivity of the end face (the surface of the first protective film) does not decrease like Al 2 O 3 , and the RIN characteristics are deteriorated. Can be prevented. Therefore, it is preferably used for applications in which stability is important, such as fields related to optical disks such as DVR.
Further, since the protective film has various characteristics depending on the refractive index and the film thickness, it is preferable that the film thickness of the first protective film is λ / 4n and an odd multiple thereof. Damage can be reduced. As described above, the AR film can be formed by taking the refractive index into consideration, but the film thickness is preferably λ / 4n regardless of the refractive index. In the case of a single layer, λ / 4n may be used, but in the case of a multilayer film, λ / 2n + λ / 4n or a real number multiple thereof may be used. As a result, the thickness of the electric field strength of the standing wave can be reduced to the minimum value at the interface between the end face of the laminated structure and the protective film (see FIG. 19C), so that the resonator end face is prevented from being damaged. In addition, the device life can be improved.

このように保護膜の膜厚を制御することは、光出射側の共振器面だけでなく、光反射側(モニター側)に形成される保護膜(ミラー)にも適用できる。レーザ光を出射するためには、共振器のどちらかだけ一方が劣化しても特性は悪化するので、光出射側と同様に、光反射側にも活性層からの光によってダメージを受けないように保護膜(ミラー)の膜厚を制御することで劣化を防ぎ、素子寿命を向上させることができる。   Controlling the thickness of the protective film in this way can be applied not only to the resonator surface on the light emitting side, but also to the protective film (mirror) formed on the light reflecting side (monitor side). In order to emit laser light, even if only one of the resonators deteriorates, the characteristics deteriorate. Therefore, as with the light emitting side, the light reflecting side is not damaged by the light from the active layer. Further, by controlling the thickness of the protective film (mirror), deterioration can be prevented and the element life can be improved.

(第2の保護膜)
第2の保護膜の好ましい材料としてはNi、Cr、Ti、Cu、Fe、Zr、Hf、Nb、W、Rh、Ru、Mg、Ga、Pt、Au、Si、Pd、V、Ta、Mo、C等を用いた材料であり、より好ましくはNi、Cr、Ti、Siを用いた材料である。また、半導体材料としてはSi、InGaN、GaAs、InPなどを用いることができる。絶縁体材料としては、TiO、CrOなどを用いることができる。これらを用いて、光をほとんど通さない不透光膜として形成するのが好ましい。具体的な好ましい材料としては、Ti、TiO、SiO、RhO、ZrOなどが好ましく、これらは単層膜、或いは多層膜として形成することができる。これらを目的の位置に形成するには、蒸着、スパッタ等様々な方法を用いることができる。
(Second protective film)
Preferred materials for the second protective film include Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, Nb, W, Rh, Ru, Mg, Ga, Pt, Au, Si, Pd, V, Ta, Mo, A material using C or the like, more preferably a material using Ni, Cr, Ti, or Si. As the semiconductor material, Si, InGaN, GaAs, InP, or the like can be used. As the insulator material, TiO 2 , CrO 2 or the like can be used. It is preferable to use these to form an opaque film that hardly transmits light. Specific preferred materials include Ti, TiO 2 , SiO 2 , RhO, ZrO 2 and the like, and these can be formed as a single layer film or a multilayer film. Various methods such as vapor deposition and sputtering can be used to form these at desired positions.

ここで、本発明においては、光透過率とは、導波路領域から発せられるレーザ光が保護膜が形成されていないときの出力に対する相対値であって、数値が高いもの程光透過率が高いことを示す。また、光透過率がほぼ0%に近く、ほとんど遮断されてしまうものは不透光膜とする。この光透過率は、同じ材料でも膜厚によって変化するものであり、また、異なる屈折率のものであっても、膜厚とのバランスで光透過率が同程度になることもある。   Here, in the present invention, the light transmittance is a relative value with respect to the output when the protective film is not formed on the laser light emitted from the waveguide region. The higher the numerical value, the higher the light transmittance. It shows that. In addition, a light-transmitting film is used if the light transmittance is close to 0% and is almost blocked. This light transmittance varies depending on the film thickness even with the same material, and even if it has a different refractive index, the light transmittance may be approximately the same in balance with the film thickness.

また、第2の保護膜の膜厚としては、材料によって異なるが、導電性材料を用いる場合は、200Å以上が好ましい。この第2の保護膜は光を外部に出射させにくくするための膜であるので、膜厚を厚くすれば容易に形成できるが、出射面から出射された光を遮らず、かつ、光を通さないようにするには、膜厚は1500Å〜3000Å程度が好ましい。ただし、第2の保護膜として、導電性材料を用いる場合は素子と第2の保護膜との間に絶縁膜を形成しておく必要がある。この場合、絶縁膜は、絶縁性が維持出来る膜厚であれば膜厚は特に問わない。また、光透過率も特に問わない。また、第2の保護膜として誘電体多層膜を用いる場合は、屈折率の低い膜をλ/4nの膜厚で形成し、その上に重ねて屈折率の高い膜をλ/4nの膜厚で形成することで、光の透過率を制御することができる。
また、第1の保護膜と第2の保護膜の好ましい組合せとして、共振器面の出射面に第1の保護膜としてNbを用い、出射面を除く共振器面近傍に第2の保護膜として不透光膜を用いる。不透光膜としては、金属材料やその化合物が好ましい。具体的な材料としては、Ti、TiO、SiO、RhO、ZrOなどが好ましく、これらは単層膜、或いは多層膜として形成することができる。このような材料を選択することで、共振器面の劣化を抑制しリップルが少ない半導体レーザ素子とすることができる。
尚、導波路領域は実施の形態1等と同様に形成することができる。
Further, the thickness of the second protective film varies depending on the material, but is preferably 200 mm or more when a conductive material is used. Since this second protective film is a film for making it difficult to emit light to the outside, it can be easily formed by increasing the film thickness, but it does not block the light emitted from the emission surface and allows light to pass through. In order to avoid this, the film thickness is preferably about 1500 to 3000 mm. However, when a conductive material is used as the second protective film, an insulating film needs to be formed between the element and the second protective film. In this case, the thickness of the insulating film is not particularly limited as long as the insulating property can be maintained. Further, the light transmittance is not particularly limited. When a dielectric multilayer film is used as the second protective film, a film having a low refractive index is formed with a film thickness of λ / 4n, and a film with a high refractive index is stacked thereon to have a film thickness of λ / 4n. The light transmittance can be controlled.
Further, as a preferred combination of the first protective film and the second protective film, Nb 2 O 5 is used as the first protective film on the emission surface of the resonator surface, and the second surface is formed in the vicinity of the resonator surface excluding the emission surface. An opaque film is used as the protective film. As the opaque film, a metal material or a compound thereof is preferable. As specific materials, Ti, TiO 2 , SiO 2 , RhO, ZrO 2 and the like are preferable, and these can be formed as a single layer film or a multilayer film. By selecting such a material, it is possible to suppress the deterioration of the resonator surface and to obtain a semiconductor laser element with little ripple.
The waveguide region can be formed in the same manner as in the first embodiment.

また、ストライプ状の凸部の長手方向を共振方向とするために、端面に設けられている一対の共振器面は、へき開又はエッチング等によって形成される平坦な面である。共振器面の形成方法は後に述べる基板の種類によって異なる。同種基板を用いる場合、例えば、窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層からなる積層構造体を形成する場合は、劈開によって容易に共振器面を形成することができる。しかし、異種基板の上に積層構造体を形成する場合、例えばサファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する場合、基板の主面によっては基板の劈開面がその上の半導体層の劈開面と一致せず共振器面となりにくい。このような場合は、エッチングによって共振器面を形成するのが好ましい。また、エッチングで共振器面を形成する場合は、基板が露出するまで深くエッチングすると、面が荒れることがあるので、少なくとも導波路領域が露出する深さまでエッチングすることで良好な共振器面が得られる。但し、素子の分割を容易にするためには基板が露出するまでエッチングすることが好ましい。但し、エッチングにより端面を加工する場合は、劈開共振器面のように単一平面の端面にはならず、図14のように段差が生じるようになる。特にエッチング回数が増えるとそれだけ段差も増えることになるので、その場合は共振器面より突き出た部分が出射光を遮らないように加工する必要がある。また、共振器面は両方とも劈開、或いはエッチングなど、同一の方法で形成されてもよいし、一方だけ劈開で他方がエッチングなど、異なる方法で形成されてもよく、それらは目的に応じて適宜選択することができる。   In addition, in order to set the longitudinal direction of the stripe-shaped convex portion as the resonance direction, the pair of resonator surfaces provided on the end faces are flat surfaces formed by cleavage or etching. The method of forming the resonator surface differs depending on the type of substrate described later. In the case of using the same kind of substrate, for example, when a laminated structure made of a gallium nitride compound semiconductor layer is formed on a gallium nitride substrate, the resonator surface can be easily formed by cleavage. However, when forming a laminated structure on a heterogeneous substrate, for example, when forming a gallium nitride compound semiconductor layer on a sapphire substrate, depending on the main surface of the substrate, the cleavage surface of the substrate may be a cleavage surface of the semiconductor layer above it. Does not coincide with the surface of the resonator. In such a case, it is preferable to form the resonator surface by etching. In addition, when the resonator surface is formed by etching, if the substrate is exposed deeply until the substrate is exposed, the surface may be roughened. Therefore, a good resonator surface can be obtained by etching at least to the depth at which the waveguide region is exposed. It is done. However, in order to facilitate the division of the element, it is preferable to perform etching until the substrate is exposed. However, when the end face is processed by etching, the end face is not a single flat face like the cleaved resonator face, but a step is generated as shown in FIG. In particular, as the number of times of etching increases, the level difference increases accordingly. In this case, it is necessary to process the portion protruding from the resonator surface so as not to block the emitted light. Further, both of the resonator surfaces may be formed by the same method such as cleaving or etching, or may be formed by different methods such as cleaving only one and etching the other, and these may be appropriately selected according to the purpose. You can choose.

また、ストライプ状の凸部は、実施の形態1等と同様にして形成でき、基板についても実施の形態1〜3で示した種々の基板を適用できる。
さらに、積層構造体及びそれを構成する半導体層も実施の形態1等で説明したもの等種々のものを用いることができる。
またさらに、実施の形態1と同様の出射端面側の構造を適用する場合には、非共振器面及び第2の側面の形成方法についても、実施の形態1〜3で説明したものを適用できる。
Further, the stripe-shaped convex portions can be formed in the same manner as in the first embodiment, and various substrates shown in the first to third embodiments can be applied to the substrate.
Furthermore, various structures such as those described in Embodiment Mode 1 can be used as the stacked structure body and the semiconductor layer forming the stacked structure body.
Furthermore, when the same structure on the emission end face side as in the first embodiment is applied, the method described in the first to third embodiments can be applied to the method for forming the non-resonator face and the second side face. .

本発明において、積層構造体を構成する第1の導電型の半導体層、活性層、第2の導電型の半導体層の各層の構造としては、種々の層構造を用いることができる。デバイスの具体的な構造としては、例えば後述の実施例に記載されているデバイス構造が挙げられる。また、電極、絶縁膜(保護膜)等も特に限定されず種々のものを用いることができる。窒化物半導体レーザ素子の場合、窒化物半導体の成長方法は、MOVPE、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハライド気相成長法)、MBE(分子線気相成長法)等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
以下、実施例として窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子について説明するが、本発明の半導体レーザ素子は、これに限らず、本発明の技術的思想において、様々な半導体レーザ素子に適用できることは言うまでもない。
In the present invention, various layer structures can be used as the structure of each of the first conductivity type semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type semiconductor layer constituting the stacked structure. As a specific structure of the device, for example, a device structure described in Examples described later can be given. Moreover, an electrode, an insulating film (protective film), etc. are not specifically limited, A various thing can be used. In the case of a nitride semiconductor laser device, nitride semiconductor growth methods include MOVPE, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (halide vapor deposition), MBE (molecular beam vapor deposition), etc. All methods known to grow physical semiconductors can be applied.
Hereinafter, a semiconductor laser device using a nitride semiconductor will be described as an example. However, the semiconductor laser device of the present invention is not limited to this, and can be applied to various semiconductor laser devices in the technical idea of the present invention. Yes.

実施例1では、基板として窒化物半導体と異なる異種基板を用いる。しかしながら本発明では、GaN基板などの窒化物半導体からなる基板を用いてもよい。ここで、異種基板としては、例えば、C面、R面、及びA面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル、ZnS、ZnO、GaAs、Si、SiC及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能な基板材料を用いることができる。好ましい異種基板としてはサファイア、スピネルが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルしていても良く、この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく行えるので好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を除去してもよい。異種基板を用いる場合には、バッファ層、下地層を介して素子を形成すると結晶性の良好な窒化物半導体を成長できる。
以下、実施例1の半導体レーザ素子について製造工程順に説明する。
(バッファ層)
2インチφ、C面を主面とするサファイアよりなる異種基板をMOVPE反応容器内にセットし温度を500℃にしてトリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH)を用い、GaNよりなるバッファ層を200Åの膜厚で成長させる。
In the first embodiment, a different substrate different from the nitride semiconductor is used as the substrate. However, in the present invention, a substrate made of a nitride semiconductor such as a GaN substrate may be used. Here, as the dissimilar substrate, for example, an oxide that lattice-matches with sapphire, spinel, ZnS, ZnO, GaAs, Si, SiC, and a nitride semiconductor whose main surface is any one of the C-plane, R-plane, and A-plane. A substrate material capable of growing a nitride semiconductor, such as a substrate, can be used. Preferred examples of the different substrate include sapphire and spinel. Further, the heterogeneous substrate may be off-angle, and in this case, it is preferable to use a step-off-angle substrate because the underlayer made of gallium nitride can be grown with good crystallinity. Further, when a heterogeneous substrate is used, a nitride semiconductor as a base layer before forming the element structure is grown on the heterogeneous substrate, and then the heterogeneous substrate is removed by a method such as polishing to obtain a single substrate of the nitride semiconductor The element structure may be formed as follows, or the heterogeneous substrate may be removed after the element structure is formed. When a heterogeneous substrate is used, a nitride semiconductor with good crystallinity can be grown by forming an element through a buffer layer and an underlayer.
Hereinafter, the semiconductor laser device of Example 1 will be described in the order of manufacturing steps.
(Buffer layer)
A heterogeneous substrate made of sapphire with a 2-inch φ and C-plane as the main surface is set in a MOVPE reaction vessel and the temperature is set to 500 ° C., and a buffer layer made of GaN is formed using trimethyl gallium (TMG) and ammonia (NH 3 ). Grow with a thickness of 200 mm.

(下地層)
バッファ層形成後、温度を1050℃にして、TMG、アンモニアを用い、アンドープGaNよりなる窒化物半導体層を4μmの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層(成長基板)として作用する。成長基板としてこの他にELOG(Epitaxially Laterally Overgrowth)成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な下地層(成長基板)が得られる。ELOG成長層の具体例としては、以下のような方法が挙げられる。
(Underlayer)
After forming the buffer layer, the temperature is set to 1050 ° C., and a nitride semiconductor layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 4 μm using TMG and ammonia. This layer acts as a base layer (growth substrate) in the growth of each layer forming the element structure. In addition, if a nitride semiconductor grown by ELOG (Epitaxially Lateral Overgrowth) is used as the growth substrate, an underlayer (growth substrate) with good crystallinity can be obtained. Specific examples of the ELOG growth layer include the following methods.

ELOG成長層の具体例1.
異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体が全く又はほとんど成長しない材料からなる保護膜を一定間隔で開口部が形成されるように、例えばストライプ状に設ける。このようにしてマスクが形成されたマスク領域と、窒化物半導体を成長させるために窒化物半導体表面を露出させた非マスク領域とを交互に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えてマスクを覆うように横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体を成長させ全体を覆うように成膜する。
Specific example of ELOG growth layer
A nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate, and a protective film made of a material that does not grow nitride semiconductor at all or almost on the surface thereof is provided, for example, in stripes so that openings are formed at regular intervals. A mask region in which a mask is formed in this manner and a non-mask region in which the surface of the nitride semiconductor is exposed to grow a nitride semiconductor are alternately provided, and the nitride semiconductor is grown from the non-mask region. Thus, in addition to the growth in the film thickness direction, the growth in the lateral direction is performed so as to cover the mask, so that the nitride semiconductor is also grown in the mask region so as to cover the whole.

ELOG成長層の具体例2.
異種基板上に成長させた窒化物半導体層に一定間隔で開口部を設け、その開口部側面の窒化物半導体から横方向に成長させて全体を覆う窒化物半導体層を形成する。
次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、積層構造体を構成する各層を形成する。
(n型コンタクト層)
下地層(窒化物半導体基板)上にTMG、アンモニア、不純物ガスとしてのシランガスを用い、1050℃でSiを1×1018/cmドープしたGaNよりなるn型コンタクト層を4.5μmの膜厚で成長させる。
(クラック防止層)
次に、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、温度を800℃にしてIn0.06Ga0.94Nよりなるクラック防止層を0.15μmの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
(n型クラッド層)
次に、温度を1050℃にして、原料ガスとしてTMA(トリメチルアルミニウム)、TMG及びアンモニアを用い、アンドープのAlGaNよりなるA層を25Åの膜厚で成長させ、続いてTMAを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1018/cmドープしたGaNよりなるB層を25Åの膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ160回繰り返してA層とB層を交互に積層し、総膜厚8000Åの多層膜(超格子構造)よりなるn型クラッド層を成長させる。この時、アンドープAlGaNのAlの混晶比としては、0.05以上0.3以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。
Specific Example of ELOG Growth Layer 2.
Openings are provided at regular intervals in a nitride semiconductor layer grown on a different kind of substrate, and a nitride semiconductor layer covering the whole is formed by growing laterally from the nitride semiconductor on the side surface of the opening.
Next, each layer constituting the multilayer structure is formed on the base layer made of the nitride semiconductor.
(N-type contact layer)
An n-type contact layer made of GaN doped with Si at 1 × 10 18 / cm 3 at 1050 ° C. using TMG, ammonia, and silane gas as an impurity gas on the underlying layer (nitride semiconductor substrate) is 4.5 μm thick. Grow in.
(Crack prevention layer)
Next, a crack prevention layer made of In 0.06 Ga 0.94 N is grown to a thickness of 0.15 μm using TMG, TMI (trimethylindium), and ammonia at a temperature of 800 ° C. This crack prevention layer can be omitted.
(N-type cladding layer)
Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMA (trimethylaluminum), TMG, and ammonia are used as source gases, and an A layer made of undoped AlGaN is grown to a thickness of 25 mm. A silane gas is used to grow a B layer made of GaN doped with Si at 5 × 10 18 / cm 3 to a thickness of 25 mm. This operation is repeated 160 times, and the A layer and the B layer are alternately stacked to grow an n-type cladding layer made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 8000 mm. At this time, if the mixed crystal ratio of Al in the undoped AlGaN is in the range of 0.05 to 0.3, a refractive index difference that sufficiently functions as a cladding layer can be provided.

(n型光ガイド層)
次に、同様の温度で原料ガスとしてTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるn型光ガイド層を0.1μmの膜厚で成長させる。この層は、n型不純物をドープさせてもよい。
(活性層)
次に、温度を800℃にして、原料としてTMI(トリメチルインジウム)、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1018/cmドープしたIn0.05Ga0.95Nよりなる障壁層を100Åの膜厚で成長させる。続いてシランガスを止め、アンドープのIn0.1Ga0.9Nよりなる井戸層を50Åの膜厚で成長させる。この操作を3回繰り返し、最後に障壁層を積層させて総膜厚550Åの多重量子井戸構造(MQW)の活性層を成長させる。
(N-type light guide layer)
Next, an n-type light guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.1 μm using TMG and ammonia as source gases at the same temperature. This layer may be doped with n-type impurities.
(Active layer)
Next, the temperature is set to 800 ° C., TMI (trimethylindium), TMG, and ammonia are used as raw materials, silane gas is used as an impurity gas, and In 0.05 Ga 0.95 doped with Si at 5 × 10 18 / cm 3. A barrier layer made of N is grown to a thickness of 100 mm. Subsequently, silane gas is stopped and a well layer made of undoped In 0.1 Ga 0.9 N is grown to a thickness of 50 mm. This operation is repeated three times. Finally, a barrier layer is stacked to grow an active layer having a total quantum thickness of 550 mm and having a multiple quantum well structure (MQW).

(p型キャップ層)
次に、同様の温度で、原料ガスとしてTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを1×1019/cmドープしたAlGaNよりなるp型電子閉じ込め層を100Åの膜厚で成長させる。
(p型光ガイド層)
次に、温度を1050℃にして、原料ガスとしてTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるp型光ガイド層を750Åの膜厚で成長させる。このp型光ガイド層はアンドープとして成長させるが、Mgをドープさせてもよい。
(P-type cap layer)
Next, at the same temperature, TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, Cp 2 Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used as an impurity gas, and p made of AlGaN doped with 1 × 10 19 / cm 3 of Mg. A type electron confinement layer is grown to a thickness of 100 mm.
(P-type light guide layer)
Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMG and ammonia are used as source gases, and a p-type light guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 750 mm. The p-type light guide layer is grown as undoped, but may be doped with Mg.

(p型クラッド層)
続いて、1050℃でアンドープAl0.16Ga0.84Nよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、続いてTMGを止め、CpMgを用いてMgドープGaNよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、総膜厚0.6μmの超格子層よりなるp型クラッド層を成長させる。p型クラッド層は少なくとも一方がAlを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれも一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性がよくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
(p型コンタクト層)
最後に1050℃でp型クラッド層の上にMgを1×1020/cmドープしたp型GaNよりなるp型コンタクト層を150Åの膜厚で成長させる。p型コンタクト層はp型のInAlGa1−x−yN(x≦0、y≦0、x+y≦1)で構成することができ、好ましくはMgをドープしたGaNとすればp電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを700℃でアニーリングして、p型層を更に低抵抗化する。
(P-type cladding layer)
Subsequently, a layer made of undoped Al 0.16 Ga 0.84 N is grown to a thickness of 25 mm at 1050 ° C., then TMG is stopped, and a layer made of Mg-doped GaN using Cp 2 Mg is a thickness of 25 mm. A p-type cladding layer made of a superlattice layer having a total thickness of 0.6 μm is grown. When a p-type cladding layer is made of a superlattice in which at least one nitride semiconductor layer containing Al is included and nitride semiconductor layers having different bandgap energies are stacked, impurities are both highly doped in one layer. Although so-called modulation doping tends to improve the crystallinity, both may be doped in the same manner.
(P-type contact layer)
Finally, a p-type contact layer made of p-type GaN doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg is grown on the p-type cladding layer at 1050 ° C. to a thickness of 150 mm. The p-type contact layer can be composed of p-type In x Al y Ga 1-xy N (x ≦ 0, y ≦ 0, x + y ≦ 1). Preferably, Mg-doped GaN is p. The most favorable ohmic contact with the electrode is obtained. After the completion of the reaction, the wafer is annealed at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere in the reaction vessel to further reduce the resistance of the p-type layer.

(n型層露出)
以上のようにして窒化物半導体を成長させて積層構造体を形成した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のp型コンタクト層の表面にSiOよりなる保護膜を形成してRIE(反応性イオンエッチング)を用いSiClガスによりエッチングし、n電極を形成するn型コンタクト層の表面を露出させる。この時、共振器面となる活性層端面を露出させてエッチング端面を共振器面としてもよい。エッチングガスとしては、SiClガスに代えて他のガス、例えばClを用いてもよい。
(ストライプ状凸部及び遮光層形成面の形成)
(N-type layer exposure)
After the nitride semiconductor is grown as described above to form a laminated structure, the wafer is taken out of the reaction vessel, a protective film made of SiO 2 is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and RIE (reaction) is performed. The surface of the n-type contact layer for forming the n-electrode is exposed by etching with SiCl 4 gas using a reactive ion etching. At this time, the active layer end face serving as the resonator face may be exposed and the etching end face may be used as the resonator face. As the etching gas, another gas, for example, Cl 2 may be used instead of the SiCl 4 gas.
(Formation of stripe-shaped convex part and light shielding layer forming surface)

次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のp型コンタクト層のほぼ全面にCVD装置により、Si酸化物(主としてSiO)よりなる保護膜を0.5μmの膜厚で形成した後、保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ、RIE装置によりCHFガスを用いたフォトリソグラフィー技術によりストライプ状の保護膜を形成して、活性層よりも上にストライプ状の凸部が形成される。その後、レジストマスクを用いて、この凸部の共振器面近傍のみをさらに活性層より下までエッチングして、図1のように素子の角部が除去されるようにし、遮光層形成面である非共振器面及び第2の側面を形成する。 Next, in order to form a striped waveguide region, a protective film made of Si oxide (mainly SiO 2 ) is formed to a thickness of 0.5 μm on almost the entire surface of the uppermost p-type contact layer by a CVD apparatus. After the formation, a mask having a predetermined shape is put on the protective film, and a stripe-shaped protective film is formed by a photolithography technique using CHF 3 gas by an RIE apparatus, and the stripe-shaped convex film is formed above the active layer. Part is formed. Thereafter, using the resist mask, only the vicinity of the resonator surface of the convex portion is further etched below the active layer so that the corners of the element are removed as shown in FIG. A non-resonator surface and a second side surface are formed.

(遮光層)
上記の保護膜及びレジストマスクはそのままで、光非共振器面と、第2の側面と、n型層の露出面とに連続する遮光層をスパッタにより形成する。遮光層はSiよりなり、膜厚4000Åである。この遮光層は、後工程の第1の絶縁膜を形成させた後に形成することもできる。また、オーミック電極を形成した後、第2の絶縁膜を形成させた後に形成することもできる。
(第1の絶縁膜)
SiOマスクをつけたまま、p型層表面にZrOよりなる第1の絶縁膜を形成する。この第1の絶縁膜は、n側オーミック電極形成面をマスクして半導体層の全面に設けてもよい。また、後に分割され易いように絶縁膜を形成させない部分を設ける。この部分は、10μmのストライプ状で、凸部と直交するよう設けられる。第1の絶縁膜形成後、バッファード液に浸漬して、ストライプ状凸部の上面に形成したSiOを溶解除去し、リフトオフ法によりSiOと共に、p型コンタクト層上(更にはn型コンタクト層上)にあるZrOを除去する。これにより、ストライプ状凸部の上面は露出され、凸部の側面はZrOで覆われた構造となる。
(Light shielding layer)
The protective film and the resist mask are left as they are, and a light shielding layer that is continuous with the optical non-resonator surface, the second side surface, and the exposed surface of the n-type layer is formed by sputtering. The light shielding layer is made of Si and has a thickness of 4000 mm. This light shielding layer can also be formed after forming the first insulating film in a later step. Alternatively, after the ohmic electrode is formed, the second insulating film can be formed.
(First insulating film)
With the SiO 2 mask attached, a first insulating film made of ZrO 2 is formed on the surface of the p-type layer. The first insulating film may be provided on the entire surface of the semiconductor layer by masking the n-side ohmic electrode formation surface. Further, a portion where an insulating film is not formed is provided so that it can be easily divided later. This portion has a 10 μm stripe shape and is provided so as to be orthogonal to the convex portion. After the first insulating film is formed, it is immersed in a buffered solution to dissolve and remove SiO 2 formed on the upper surface of the stripe-shaped convex portion, and on the p-type contact layer together with SiO 2 by a lift-off method (further, n-type contact) ZrO 2 on the layer) is removed. Thereby, the upper surface of the stripe-shaped convex portion is exposed, and the side surface of the convex portion is covered with ZrO 2 .

(オーミック電極)
次に、p型コンタクト層上の凸部最表面の第1の絶縁膜上にp側オーミック電極を形成する。このp側オーミック電極は、AuとNiからなる。また、エッチングにより露出されたn型コンタクト層の表面にもストライプ状のn側オーミック電極を形成する。n側オーミック電極はTiとAlからなる。これらを形成後、それぞれを酸素:窒素が80:20の割合の雰囲気中で、600℃でアニーリングすることで、p側、n側とものオーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を得る
(第2の絶縁膜)
次いで、ストライプ状凸部上のp側オーミック電極とn側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、Si酸化物(主としてSiO)からなる第2の絶縁膜を分割位置を除いた全面に形成して、リフトオフによりp側オーミック電極とn側オーミック電極の一部を露出させる。尚、分割位置とは、先に対向するように形成させた非共振器面の間で、かつストライプ状凸部と直交する位置である。この部分を劈開することによって素子が分割される。この分割位置を挟んで幅10μm程度のストライプ状の範囲には第1及び第2の絶縁膜や電極は形成されていないようにすることで、劈開し易くなり、共振器面を鏡面とし易くなる。
(Ohmic electrode)
Next, a p-side ohmic electrode is formed on the first insulating film on the outermost surface of the convex portion on the p-type contact layer. This p-side ohmic electrode is made of Au and Ni. A striped n-side ohmic electrode is also formed on the surface of the n-type contact layer exposed by etching. The n-side ohmic electrode is made of Ti and Al. After forming these, each is annealed at 600 ° C. in an atmosphere of oxygen: nitrogen at a ratio of 80:20 to alloy the p-side and n-side ohmic electrodes to obtain good ohmic characteristics (first) 2 insulation film)
Next, a resist is applied to a part of the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode on the stripe-shaped convex part, and a second insulating film made of Si oxide (mainly SiO 2 ) is formed on the entire surface excluding the division position. Then, a part of the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode is exposed by lift-off. The division position is a position between non-resonator surfaces formed so as to face each other and perpendicular to the stripe-shaped convex portion. The element is divided by cleaving this portion. By not forming the first and second insulating films and electrodes in the stripe-shaped range having a width of about 10 μm across this division position, it becomes easy to cleave and the resonator surface becomes a mirror surface. .

(パッド電極)
次に、上記の絶縁膜を覆うようにp側パッド電極及びn側パッド電極がそれぞれ形成される。電極は、Ni−Ti−Auからなる。このパッド電極は、露出されたオーミック電極とストライプ状に接している。
(劈開及び共振器面形成)
ウエハのサファイア基板を研磨して70μmとした後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状にヘキ開し、ヘキ開面(11−00面、六角柱状の結晶の側面に相当する面=M面)に共振器面を作製した。この共振器面は、エッチングにより形成してもよい。
(Pad electrode)
Next, a p-side pad electrode and an n-side pad electrode are formed so as to cover the insulating film. The electrode is made of Ni-Ti-Au. The pad electrode is in contact with the exposed ohmic electrode in a stripe shape.
(Cleavage and resonator surface formation)
After polishing the sapphire substrate of the wafer to 70 μm, it is cleaved in a bar shape from the substrate side in a direction perpendicular to the stripe-shaped electrode, and corresponds to a cleaved surface (11-00 plane, hexagonal columnar crystal side surface) Resonator surface was prepared on the surface to be used (M surface). This resonator surface may be formed by etching.

(ミラー形成)
上記のように形成された共振器面にミラーとしてSiOとZrOよりなる誘電体多層膜を形成する。光反射側の共振器面には、スパッタ装置を用い、ZrOからなる保護膜を形成し、次いでSiOとZrOとを交互に3ペア積層して高反射膜を形成した。ここで、保護膜と、高反射膜を構成するSiO膜とZrO膜の膜厚は、それぞれ活性層からの発光波長に応じて好ましい厚さに設定することができる。また、光出射側の共振器面は、何も設けなくてもいいし、スパッタ装置を用いてZrOよりなる第1の低反射膜とSiOよりなる第2の低反射膜を形成させてもよい。このとき、非共振器面上にミラーが形成されてもよい。次いで、最後にストライプ状凸部に平行な方向でバーを切断して本発明の半導体レーザ素子を得る。
上記のようにして得られた半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいて、リップルのない良好なビームが得られた。
(Mirror formation)
A dielectric multilayer film made of SiO 2 and ZrO 2 is formed as a mirror on the resonator surface formed as described above. A protective film made of ZrO 2 was formed on the resonator surface on the light reflection side by using a sputtering apparatus, and then a highly reflective film was formed by alternately laminating three pairs of SiO 2 and ZrO 2 . Here, the thicknesses of the protective film and the SiO 2 film and the ZrO 2 film constituting the highly reflective film can be set to preferable thicknesses according to the emission wavelength from the active layer. Further, it is not necessary to provide a resonator surface on the light emission side, and a first low reflection film made of ZrO 2 and a second low reflection film made of SiO 2 are formed by using a sputtering apparatus. Also good. At this time, a mirror may be formed on the non-resonator surface. Next, the bar is finally cut in a direction parallel to the stripe-shaped convex portion to obtain the semiconductor laser device of the present invention.
The semiconductor laser device obtained as described above was confirmed to have a threshold of 2.0 kA / cm 2 at room temperature and a continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm at a high output of 30 mW. Obtained.

実施例1において、基板として以下のようにして作製されるサファイア上に形成されるGaNよりなる窒化物半導体基板を基板として用いる。まず、窒化物半導体を成長させる異種基板として、厚さが425μm、2インチφ、主面がC面、オリエンテーションフラット面(以下、オリフラ面)がA面のサファイア基板を用意し、MOCVDの反応容器にその基板(ウエハ)をセットする。次に温度を510℃にしてキャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)とを用い、サファイア基板上にGaNよりなる低温成長バッファ層を約200Åの膜厚で成長させる。次に温度を1050℃とし、原料ガスにTMG、アンモニアを用い、アンドープのGaNよりなる下地層を2.5μmの膜厚で成長させる。続いてこのウエハをサファイア基板のオリフラ面(A面)に垂直な方向からθ=0.3°だけ傾けた方向に、それぞれ幅6μmのストライプ状のSiOからなる複数のマスクを、マスク間の間隔(マスク開口部)が14μmになるように平行に形成する。そして、MOCVD装置に戻して、アンドープGaNを15μmの膜厚で成長させる。このようにすると、マスク開口部から選択的に成長されたGaNはマスク開口部では主として縦方向(厚み方向)に成長し、マスクの上では横方向成長してマスク及びマスク開口部を覆う下地層が形成される(ELOG成長)。このような成長された下地層において、横方向成長された窒化物半導体層は貫通転位を低減させることができる。具体的には、貫通転位は、マスク開口部の上と、マスクの両側から横方向成長した窒化物半導体が接合するマスク中央部付近とで転位密度が1010/cm程度と高くなりマスク中央部を除くマスクの上では転位密度が10/cm程度と低くなる。 In Example 1, a nitride semiconductor substrate made of GaN formed on sapphire produced as follows is used as a substrate. First, as a heterogeneous substrate for growing a nitride semiconductor, a sapphire substrate having a thickness of 425 μm, 2 inches φ, a main surface being a C-plane, and an orientation flat surface (hereinafter referred to as an orientation flat surface) being an A-plane is prepared. The substrate (wafer) is set in Next, a temperature is set to 510 ° C., hydrogen is used as a carrier gas, ammonia and TMG (trimethyl gallium) are used as a source gas, and a low-temperature growth buffer layer made of GaN is grown on a sapphire substrate with a film thickness of about 200 mm. Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMG and ammonia are used as source gases, and an underlayer made of undoped GaN is grown to a thickness of 2.5 μm. Subsequently, a plurality of masks made of striped SiO 2 each having a width of 6 μm in a direction tilted by θ = 0.3 ° from a direction perpendicular to the orientation flat surface (A surface) of the sapphire substrate are arranged between the masks. They are formed in parallel so that the interval (mask opening) is 14 μm. Then, returning to the MOCVD apparatus, undoped GaN is grown to a thickness of 15 μm. In this case, GaN selectively grown from the mask opening grows mainly in the vertical direction (thickness direction) in the mask opening, and grows laterally on the mask to cover the mask and the mask opening. Are formed (ELOG growth). In such a grown base layer, the laterally grown nitride semiconductor layer can reduce threading dislocations. More specifically, the threading dislocations have a dislocation density as high as about 10 10 / cm 2 above the mask opening and near the center of the mask where the nitride semiconductor grown laterally from both sides of the mask joins. On the mask excluding the part, the dislocation density is as low as about 10 8 / cm 2 .

(厚膜層)
このようにして得られた窒化物半導体を有する基板を用いて、続いてウエハをHVPE装置に載置して下地層の上に更にアンドープのGaNを約100μmの膜厚で成長させる(この約100μmの膜厚で成長させた層を厚膜層という。)
(下地層)
窒化物半導体基板の上に窒化物半導体基板を作製する際の下地層と同様にストライプ状のSiOマスクを用いて横方向成長を伴うように窒化物半導体を成長させることにより、下地層を15μmの膜厚で成長させる。
(遮光層形成面の形成)
下地層以降は、実施例1と同様に行い半導体層を積層させる。p側コンタクト層まで積層させた後、n型層露出工程の後、幅1.6μmのストライプ状の凸部(リッジ)を形成する。次いで、遮光層形成面を形成する際に、リッジよりも幅の広いマスクを設けてn型層までエッチングすることで、リッジ側面と異なる面上の第2の側面を形成することができる。ここでは、リッジがほぼ中央になるようなマスクを幅約7μmで設けて活性層よりのn型層までエッチングすることで、出射面の共振器面の活性層の幅が約7μmである共振器面を形成する。これにより形成されるエッチング面が非共振器面と第2の側面であり、この両者を遮光層形成面とする。
(Thick film layer)
Using the thus obtained substrate having a nitride semiconductor, the wafer is subsequently placed on an HVPE apparatus, and undoped GaN is further grown on the underlayer to a thickness of about 100 μm (this about 100 μm A layer grown with a thickness of 2 is called a thick film layer.)
(Underlayer)
A nitride semiconductor is grown on the nitride semiconductor substrate so as to be accompanied by lateral growth using a striped SiO 2 mask in the same manner as the base layer used when the nitride semiconductor substrate is formed. Growing with a film thickness of
(Formation of light shielding layer forming surface)
Subsequent layers are stacked in the same manner as in Example 1 to stack semiconductor layers. After stacking up to the p-side contact layer, a stripe-shaped convex portion (ridge) having a width of 1.6 μm is formed after the n-type layer exposure step. Next, when forming the light shielding layer formation surface, a second side surface on a surface different from the ridge side surface can be formed by providing a mask wider than the ridge and etching to the n-type layer. Here, a resonator in which the width of the active layer on the resonator surface of the emission surface is about 7 μm is provided by providing a mask with a width of about 7 μm so that the ridge is approximately in the center and etching the n-type layer from the active layer. Form a surface. The etched surfaces thus formed are the non-resonator surface and the second side surface, and both are used as the light shielding layer forming surface.

(遮光層)
上記のようにして形成された第2の側面及び非共振器面及び、n型層の露出面に遮光層をスパッタにより形成する。まず、Rh酸化物を膜厚500Åで形成させ、その上に同じRh酸化物をスパッタ条件を変えて膜厚1500Åで形成する。このようにして、同一材料を異なるスパッタ条件で積層させて多層膜とすることで、密着性及び遮光性の両方の特性に優れた遮光層とすることができる。実施例2では、遮光層形成面の形成時に用いたマスクをそのまま用いているため、遮光層は第2の側面、非共振器面、及びn型層の露出面に形成されているが、マスクを変更してp型層の表面にまで延長するように設けられていても問題はない。p型層の表面(上面)の一部にまで遮光層が形成されることで、上方向への光の漏れをも防ぐことができる。また、端面と上面との縁部に遮光層の端部が形成されることで剥がれやすくなる場合があるが、このように、上面にも連続するように設けることで、密着性よく遮光層を形成することができ、安定したビーム特性を得ることができる。
(Light shielding layer)
A light shielding layer is formed by sputtering on the second side surface, non-resonator surface, and exposed surface of the n-type layer formed as described above. First, Rh oxide is formed with a thickness of 500 mm, and the same Rh oxide is formed thereon with a thickness of 1500 mm by changing the sputtering conditions. In this way, by stacking the same material under different sputtering conditions to form a multilayer film, a light-shielding layer excellent in both adhesion and light-shielding characteristics can be obtained. In Example 2, since the mask used when forming the light shielding layer forming surface is used as it is, the light shielding layer is formed on the second side surface, the non-resonator surface, and the exposed surface of the n-type layer. There is no problem even if it is provided so as to extend to the surface of the p-type layer by changing. By forming the light shielding layer up to a part of the surface (upper surface) of the p-type layer, it is possible to prevent light from leaking upward. In addition, the end of the light shielding layer may be easily formed by forming the edge of the light shielding layer at the edge between the end surface and the upper surface. Thus, the light shielding layer can be formed with good adhesion by being provided continuously on the upper surface. Therefore, stable beam characteristics can be obtained.

(異種基板剥離)
その後、パッド電極を形成するまでは実施例1と同様に行い、劈開する前にサファイア基板、低温成長バッファ層、下地層、厚膜層の一部を除去してGaN基板とする。GaN基板は膜厚が約80μmとなるようにする。ここで、HVPEによる厚膜層は、GaN以外の他の窒化物半導体を用いてもよいが、本発明においては、良好な結晶性でかつ厚膜の窒化物半導体を容易に成長できるGaN又はAlNを用いることが好ましい。また、異種基板等の除去は、以上のような素子構造を形成する前に、厚膜層の一部を除去してもよく、また、導波路を形成した後、電極を形成した後、いずれの段階で行ってもよい。また。ウエハをバー状、チップ状に切断する前に異種基板を除去することで、チップ状に切断する際に、窒化物半導体の劈開面(六方晶系で近似した{11−00}M面、{1010}A面、(0001)C面)を用いて切断・劈開できる。ついで、裏面にTi−Pt−Auからなる共晶用メタルを形成させた後、実施例1と同様にしてミストライプ状の電極に垂直な方向で基板側からバー状に割り共振器面を形成し、モニター側にミラーを形成して、本発明の半導体レーザ素子を得る。
上記のようにして得られる半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいてリップルのない良好なビームが得られる。
(Different substrate peeling)
Thereafter, the process is performed in the same manner as in Example 1 until the pad electrode is formed. Before the cleavage, a part of the sapphire substrate, the low-temperature growth buffer layer, the base layer, and the thick film layer is removed to obtain a GaN substrate. The GaN substrate has a thickness of about 80 μm. Here, a nitride film other than GaN may be used for the thick film layer by HVPE. However, in the present invention, GaN or AlN that has a good crystallinity and can easily grow a thick nitride semiconductor. Is preferably used. In addition, the dissimilar substrate or the like may be removed by removing a part of the thick film layer before forming the element structure as described above, or after forming the waveguide, It may be performed at the stage. Also. By removing the heterogeneous substrate before cutting the wafer into bars or chips, the nitride semiconductor cleavage plane ({11-00} M plane approximated in the hexagonal system, { 1010} A plane, (0001) C plane). Next, after forming a eutectic metal composed of Ti—Pt—Au on the back surface, a resonator surface is formed in a bar shape from the substrate side in the direction perpendicular to the stripe electrodes in the same manner as in Example 1. Then, a mirror is formed on the monitor side to obtain the semiconductor laser device of the present invention.
The semiconductor laser device obtained as described above has a threshold value of 2.0 kA / cm 2 at room temperature, continuous oscillation at an oscillation wavelength of 405 nm is confirmed at a high output of 30 mW, and a good beam with no ripple is obtained in FFP. .

実施例2において、以下のようにして作製される基板を用いる以外は実施例2と同様に行う。まず、C面を主面とし、オリフラ面をA面とするサファイア基板を用いMOCVD法により、温度510℃で、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアとTMGを用いてGaNよりなるバッファ層を膜厚200Åで成長させる。次いで、TMGガスのみ止めて温度を1050℃まで上昇させ、1050℃になったら原料ガスとしてTMG、アンモニア、シランガスを用いてアンドープGaNよりなる窒化物半導体を膜厚2.5μmで成長させる。その窒化物半導体の上にCVD法によりSiOよりなる保護膜を0.5μmの膜厚で成長させ、ストライプ状のマスクを形成してエッチングによりストライプ幅14μm、ストライプ間の間隔を6μmのSiOよりなる保護膜を形成する。このストライプ状の保護膜はサファイアのA面に対して垂直な方向とする。 In Example 2, the same process as in Example 2 is performed except that a substrate manufactured as follows is used. First, a buffer layer made of GaN is formed by MOCVD using a sapphire substrate with the C plane as the main plane and the orientation flat plane as the A plane at a temperature of 510 ° C. using hydrogen as the carrier gas and ammonia and TMG as the source gases. Grow at 200mm thickness. Next, only the TMG gas is stopped and the temperature is increased to 1050 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C., a nitride semiconductor made of undoped GaN is grown to a thickness of 2.5 μm using TMG, ammonia, and silane gas as source gases. Its CVD on the nitride semiconductor by a protective film made of SiO 2 is grown to a thickness of 0.5 [mu] m, the stripe width 14μm by etching to form a stripe-shaped mask, the spacing between the stripes 6μm of SiO 2 A protective film is formed. This stripe-shaped protective film has a direction perpendicular to the A-plane of sapphire.

次に、MOCVD法により減圧条件で温度を1050℃にして原料が留としてTMG、アンモニア、シランガス、CpMgを用い、GaNよりなる第1の窒化物半導体を2μmの膜厚で成長させる。このとき、第1の窒化物半導体はSiO保護膜の形成されていない部分より成長し、この保護膜上に横方向に成長される。第1の窒化物半導体が完全にSiO保護膜を覆う前に成長を止める隣接する第1の窒化物半導体同地の隙間は約2μmとする。 Next, the first nitride semiconductor made of GaN is grown to a thickness of 2 μm by using MOMG with a temperature of 1050 ° C. under reduced pressure and using TMG, ammonia, silane gas, and Cp 2 Mg as raw materials. At this time, the first nitride semiconductor grows from a portion where the SiO 2 protective film is not formed, and grows laterally on the protective film. The gap between adjacent first nitride semiconductors that stops growing before the first nitride semiconductor completely covers the SiO 2 protective film is about 2 μm.

次にドライエッチングである等方性エッチングにより温度120℃でエッチングガスに酸素、CFを用いてSiO保護膜を0.3μm除去する。
さらに、横方向成長させた第1の窒化物半導体の側面及び上面より、常圧でMOCVD方により温度1050℃にし、原料ガスとしてTMG、アンモニア、シランガス、CpMgを用い、GaNよりなる第2の窒化物半導体を15μmの膜厚で成長させる。尚、常圧でなく、減圧で第2の窒化物半導体を成長させてもよい。このようにして得られる基板の上に、実施例2と同様に厚膜層〜p側コンタクト層まで成長させ、その後、各工程も同様に行って本発明の半導体レーザ素子を得る。上記のようにして得られる半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいて、リップルのない良好なビームが得られる。
Next, 0.3 μm of the SiO 2 protective film is removed by isotropic etching which is dry etching at a temperature of 120 ° C. using oxygen and CF 4 as etching gas.
Furthermore, from the side and top surfaces of the first nitride semiconductor grown in the lateral direction, the temperature is raised to 1050 ° C. by MOCVD at normal pressure, TMG, ammonia, silane gas, and Cp 2 Mg are used as source gases, and the second is made of GaN. The nitride semiconductor is grown to a thickness of 15 μm. Note that the second nitride semiconductor may be grown not under normal pressure but under reduced pressure. On the substrate thus obtained, growth is performed from the thick film layer to the p-side contact layer in the same manner as in Example 2, and then the respective steps are performed in the same manner to obtain the semiconductor laser device of the present invention. In the semiconductor laser device obtained as described above, continuous oscillation at an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed at a high output of 30 mW with a threshold of 2.0 kA / cm 2 at room temperature, and a good beam without ripples was obtained in FFP. It is done.

実施例1において、n型層を露出する前に、ストライプ状の凸部の光出射面近傍の活性層が幅2μmで残るようにエッチングして除去して遮光層形成面を形成し、更に、この除去した部分をGaNからなる半導体層を積層させてpコンタクト層の上面と同じ高さにまで成長させる。その後、上記で残した幅2μmの活性層に対応するようにストライプ状の凸部を形成してから、n型層を露出させる以外は、実施例1と同様に行い、本発明の半導体レーザ素子を得る。得られた半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいて、リップルがなく、光の広がり角の広い良好なビームが得られる。 In Example 1, before exposing the n-type layer, the active layer in the vicinity of the light emission surface of the stripe-shaped convex portion is etched and removed so as to remain with a width of 2 μm to form a light shielding layer forming surface. The removed portion is laminated with a semiconductor layer made of GaN and grown to the same height as the upper surface of the p-contact layer. Thereafter, the semiconductor laser device according to the present invention is performed in the same manner as in Example 1 except that a stripe-shaped convex portion is formed so as to correspond to the remaining active layer having a width of 2 μm and the n-type layer is exposed. Get. The obtained semiconductor laser device was confirmed to have a continuous oscillation at an oscillation wavelength of 405 nm at a threshold of 2.0 kA / cm 2 and a high output of 30 mW at room temperature. A beam is obtained.

実施例1において、半導体層の積層工程は同じで、n型層露出時以降の工程を下記のようにして行う。実施例1が出射面が劈開面であるのに対し、実施例5ではエッチングによって出射面が形成されているものである。すなわち、図12に示す余に出射面側端面が少なくとも単一平面でなく、段差が設けられた形状となっている。
(n型層露出及び共振器面形成)
積層構造体を形成した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のp型コンタクト層の表面にSiOよりなる保護膜を形成してRIE(反応性イオンエッチング)を用いSiClガスによりエッチングし、n電極を形成するn型コンタクト層を露出させるとともに、共振器面となる面も露出させる。すなわち、実施例1では、ストライプ状の凸部は、最後に劈開されるまではウエハ上の複数の素子に渡って連続しているが、実施例2では、n型層露出時に、ストライプ状の凸部と直交する面もエッチングして共振器面を同時に形成する。このとき、素子2つ分のストライプ状凸部が連続するようにされていてもよい。尚、エッチングガスとしては、例えば、Cl等の他のガスを用いてもよい。
In Example 1, the semiconductor layer stacking process is the same, and the process after the n-type layer exposure is performed as follows. In Example 1, the exit surface is a cleaved surface, whereas in Example 5, the exit surface is formed by etching. That is, the output surface side end surface is not at least a single plane, but has a shape provided with a step as shown in FIG.
(N-type layer exposure and resonator surface formation)
After forming the laminated structure, the wafer is taken out from the reaction vessel, a protective film made of SiO 2 is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and etched with SiCl 4 gas using RIE (reactive ion etching). The n-type contact layer that forms the n-electrode is exposed, and the surface that becomes the resonator surface is also exposed. That is, in Example 1, the stripe-shaped convex portions are continuous over a plurality of elements on the wafer until the last cleaving, but in Example 2, the stripe-shaped convex portions are exposed when the n-type layer is exposed. The surface orthogonal to the convex portion is also etched to form the resonator surface at the same time. At this time, stripe-shaped convex portions for two elements may be continuous. As the etching gas, for example, other gas such as Cl 2 may be used.

(ストライプ状凸部及び遮光層形成面の形成)
次に、ストライプ状の導波路を形成するために、最上層のp型コンタクト層と先の工程で露出された共振器面と含むほぼ前面にCVD装置を用いてSiOよりなる保護膜を0.5μmの膜厚で形成した後、保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ、RIE装置によりCFガスを用いたフォトリソグラフィー技術によりストライプ状の保護膜を形成して、活性層よりも上にストライプ状の凸部が形成される。ストライプ状の凸部は共振器面と直交するように形成されている。
このストライプ上の凸部の端部である共振器面の近傍を活性層が露出するまで更にエッチングすることで、第2の側面及び非共振器面を形成する。この時、光出射側共振器面となる方の共振器面の近傍に形成するが、両方に形成されていてもよい。
(Formation of stripe-shaped convex part and light shielding layer forming surface)
Next, in order to form a striped waveguide, a protective film made of SiO 2 is formed on the substantially front surface including the uppermost p-type contact layer and the resonator surface exposed in the previous step by using a CVD apparatus. After forming the film to a thickness of 5 μm, a mask having a predetermined shape is put on the protective film, and a stripe-shaped protective film is formed by a photolithography technique using CF 4 gas by an RIE apparatus, so that Striped projections are formed on the top. The stripe-shaped convex portion is formed so as to be orthogonal to the resonator surface.
The second side surface and the non-resonator surface are formed by further etching the vicinity of the resonator surface, which is the end of the convex portion on the stripe, until the active layer is exposed. At this time, it is formed in the vicinity of the resonator surface which becomes the light emitting side resonator surface, but it may be formed in both.

(遮光層)
上記の保護膜はそのままで、光非共振器面と、第2の側面と、n型層の露出面とに連続する遮光層をスパッタにより形成する。遮光層はSiよりなり、膜厚5000Åである。この遮光層は、後工程の第1の絶縁膜を形成させた後に形成することもできる。また、オーミック電極を形成した後、第2の絶縁膜を形成させた後に形成することもできる。
(第1の絶縁膜)
SiOマスクをつけたまま、p型層表面にZrOよりなる第1の絶縁膜を形成する。第1の絶縁膜形成後、バッファード液に浸漬して、ストライプ状の凸部の上面に形成したSiOを溶解除去し、リフトオフ法によりSiOと共にp型コンタクト層上にあるZrOを除去する。これによりストライプ状凸部の上面はp型層が露出され、凸部の側面からp型層上面がZrOで覆われた構造となる。
(Light shielding layer)
The protective film is left as it is, and a light shielding layer is formed by sputtering on the optical non-resonator surface, the second side surface, and the exposed surface of the n-type layer by sputtering. The light shielding layer is made of Si and has a thickness of 5000 mm. This light shielding layer can also be formed after forming the first insulating film in a later step. Alternatively, after the ohmic electrode is formed, the second insulating film can be formed.
(First insulating film)
With the SiO 2 mask attached, a first insulating film made of ZrO 2 is formed on the surface of the p-type layer. After forming the first insulating film, it is immersed in a buffered solution to dissolve and remove SiO 2 formed on the upper surface of the stripe-shaped convex portion, and ZrO 2 on the p-type contact layer is removed together with SiO 2 by a lift-off method. To do. Thus, the p-type layer is exposed on the upper surface of the stripe-shaped convex portion, and the upper surface of the p-type layer is covered with ZrO 2 from the side surface of the convex portion.

(オーミック電極)
次に、p型コンタクト層上にp側オーミック電極を形成する。このオーミック電極はAu−Niからなり、p型コンタクト層上の第1の絶縁膜上にも渡って形成されている。また、n型コンタクト層上面にもオーミック電極を形成する。n側オーミック電極はTi−Alからなり、ストライプ状の凸部と平行で、かつ同程度の長さのストライプ状に形成されている。これらを形成後、酸素:窒素が80:20の割合の雰囲気中で600℃でアニーリングすることでp側及びn側オーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を有するオーミック電極とする。
(Ohmic electrode)
Next, a p-side ohmic electrode is formed on the p-type contact layer. The ohmic electrode is made of Au—Ni and is formed over the first insulating film on the p-type contact layer. An ohmic electrode is also formed on the upper surface of the n-type contact layer. The n-side ohmic electrode is made of Ti—Al, and is formed in a stripe shape parallel to the stripe-shaped convex portion and having the same length. After forming these, the p-side and n-side ohmic electrodes are alloyed by annealing at 600 ° C. in an oxygen / nitrogen ratio of 80:20 to obtain ohmic electrodes having good ohmic characteristics.

(第2の絶縁膜)
次いで、ストライプ状凸部上のp側オーミック電極とn側オーミック電極の一部と光出射側の共振器面とにレジストを塗布して、SiO及びZrOからなる多層膜を第2の絶縁膜を光出射側共振器面を除いてほぼ全面に形成し(SiOとZrOは交互に2ペア積層させる)、リフトオフによりそれぞれの電極の一部と光出射側の共振器面とを露出させる。遮光層上面にも第2の絶縁膜が形成されている。さらに、光反射側の共振器面も覆うようにして形成させているので、この第2の絶縁膜が光反射膜(ミラー)としても機能するようにしている。このように、共振器面の少なくとも一方を絶縁膜形成工程よりも先にエッチングにより形成させてあることで、光反射膜(ミラー)を分割する前にウエハ状態のままで、回り込むように形成することができる。これにより、光出射側共振器面と光反射側共振器面とが異なる材料や、異なる膜厚の反射膜からなるように形成することができる。
(Second insulating film)
Next, a resist is applied to a part of the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode on the stripe-shaped convex portion and the light-emitting side resonator surface, and the multilayer film made of SiO 2 and ZrO 2 is subjected to the second insulation. A film is formed on almost the entire surface excluding the light emitting side resonator surface (two pairs of SiO 2 and ZrO 2 are laminated alternately), and a part of each electrode and the light emitting side resonator surface are exposed by lift-off. Let A second insulating film is also formed on the upper surface of the light shielding layer. Furthermore, since the resonator surface on the light reflecting side is also formed to be covered, the second insulating film functions as a light reflecting film (mirror). As described above, at least one of the resonator surfaces is formed by etching prior to the insulating film forming step, so that the light reflecting film (mirror) is formed so as to wrap around in the wafer state before being divided. be able to. As a result, the light emitting side resonator surface and the light reflecting side resonator surface can be formed of different materials or reflecting films having different film thicknesses.

(パッド電極)
次に、上記の第2の絶縁膜を覆うようにp側パッド電極及びn側パッド電極を形成する。このパッド電極は、Ni−Ti−Auからなり、第2の絶縁膜を介してp側オーミック電極及びn側オーミック電極にそれぞれストライプ状に接している。また、本例では、p側パッド電極4は、図11に示すように、第2の側面で挟まれたストライプ状の凸部上面にも、第2の絶縁膜を介して形成されている。
(分割及び光出射側保護膜形成)
先に露出させてあったn型層を更に基板が露出するまでエッチングする。これにより分割位置には基板だけが残り、図12に示すように、共振器面とn型層端面とがエッチングによって形成される。ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状に割る。次いで、光出射側の共振器面にZrOを形成させ、それを覆うようにSiOを形成して保護膜とする。最後にストライプ状の電極に平行な方向でバーを切断して本発明の半導体レーザ素子を得る。この例では、図12に示すように、共振器面より基板の端面が突出することになるが、その突出長はレーザビーム形状に影響を与えない程度に小さく押さえることができるので、問題はない。
上記のようにして得られる半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいて、リップルのない良好なビームが得られる。
(Pad electrode)
Next, a p-side pad electrode and an n-side pad electrode are formed so as to cover the second insulating film. The pad electrode is made of Ni—Ti—Au, and is in contact with the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode in a stripe shape through the second insulating film. In this example, as shown in FIG. 11, the p-side pad electrode 4 is also formed on the upper surface of the stripe-shaped convex portion sandwiched between the second side surfaces via the second insulating film.
(Division and formation of protective film on the light emission side)
The n-type layer exposed previously is further etched until the substrate is exposed. As a result, only the substrate remains at the dividing position, and as shown in FIG. 12, the resonator surface and the n-type layer end surface are formed by etching. Dividing into a bar shape from the substrate side in a direction perpendicular to the striped electrode. Next, ZrO 2 is formed on the light emitting side resonator surface, and SiO 2 is formed so as to cover it to form a protective film. Finally, the bar is cut in a direction parallel to the striped electrode to obtain the semiconductor laser device of the present invention. In this example, as shown in FIG. 12, the end face of the substrate protrudes from the resonator surface, but the protrusion length can be kept small enough not to affect the laser beam shape, so there is no problem. .
In the semiconductor laser device obtained as described above, continuous oscillation at an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed at a high output of 30 mW with a threshold of 2.0 kA / cm 2 at room temperature, and a good beam without ripples was obtained in FFP. It is done.

実施例4において、遮光層として、Tiを用い、絶縁膜としてSiOを用いる以外実施例4と同様に行い、本発明の半導体レーザ素子を得る。まず、SiOを形成した後にTiを形成することで、絶縁性に優れ、しかも迷光を有効に遮断できる遮光層とすることができる。膜厚としてはTiは4500Å、SiOは1500Åである。得られた半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいて、リップルがなく、光の広がり角の広い良好なビームが得られる。 In Example 4, the same process as in Example 4 is performed except that Ti is used as the light shielding layer and SiO 2 is used as the insulating film, thereby obtaining the semiconductor laser device of the present invention. First, by forming Ti after forming SiO 2 , it is possible to provide a light-shielding layer that has excellent insulating properties and can effectively block stray light. Regarding the film thickness, Ti is 4500 mm and SiO 2 is 1500 mm. The obtained semiconductor laser device was confirmed to have a continuous oscillation at an oscillation wavelength of 405 nm at a threshold of 2.0 kA / cm 2 and a high output of 30 mW at room temperature. A beam is obtained.

実施例3と同様の窒化物半導体を有する基板を用いる以外は実施例6と同様に行い、本発明の半導体レーザ素子を得る。得られる半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいて、リップルのない良好なビームが得られる。 The semiconductor laser device of the present invention is obtained in the same manner as in Example 6 except that a substrate having the same nitride semiconductor as in Example 3 is used. In the obtained semiconductor laser element, continuous oscillation at an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed at a threshold of 2.0 kA / cm 2 and a high output of 30 mW at room temperature, and a good beam without ripples was obtained in FFP.

実施例8の半導体レーザ素子は、実施例1の半導体レーザ素子において、遮光層9の下に、後述のようにして透光膜9aを形成した以外は、実施例1と同様にして作製する(図13A〜図13C)。
(透光膜9a)
実施例1と同様にして、ストライプ状凸部及び遮光膜形成面を形成した後、その形成に用いた保護膜はそのままにして、光非共振器面と、第2の側面と、n型層の露出面とに連続する透光膜をスパッタにより形成する。透光膜9aはRh酸化物よりなり、膜厚500Åである。
The semiconductor laser device of Example 8 is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the light-transmitting film 9a is formed below the light shielding layer 9 in the semiconductor laser device of Example 1 as described later ( 13A-13C).
(Translucent film 9a)
In the same manner as in Example 1, after forming the stripe-shaped convex portions and the light-shielding film forming surface, the optical non-resonator surface, the second side surface, and the n-type layer are left as they are. A translucent film continuous with the exposed surface is formed by sputtering. The translucent film 9a is made of Rh oxide and has a thickness of 500 mm.

(遮光膜)
さらに、上記の透光膜の上に、スパッタにより遮光膜を形成する。この遮光膜も、透光膜と同様、Rh酸化物よりなり、膜厚1500Åである。この遮光膜は、上記透光膜を成膜するときのスパッタ条件を、真空度を低くすることでRhと酸素の組成比を変化させて形成することで得ることができる。装置はそのままで、真空度のみ変化させて膜質、特に光の透過率の異なる層を形成することができる。この透光膜及び遮光膜は、後工程の第1の絶縁膜を形成させた後に形成することもできる。また、オーミック電極を形成した後、第2の絶縁膜を形成させた後に形成することもできる。
以降、第1の絶縁膜の形成から、ミラー形成までは、実施例1と同様にして、半導体レーザ素子を作製する。
上記のようにして得られた半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいて、リップルのない良好なビームが得られた。
(Light shielding film)
Further, a light shielding film is formed on the light transmitting film by sputtering. This light-shielding film is also made of Rh oxide and has a thickness of 1500 mm, like the light-transmitting film. This light-shielding film can be obtained by changing the composition ratio of Rh and oxygen by lowering the degree of vacuum as the sputtering conditions for forming the light-transmitting film. The apparatus can be used as it is, and only the degree of vacuum can be changed to form layers having different film quality, particularly light transmittance. The light-transmitting film and the light-shielding film can also be formed after forming the first insulating film in a later step. Alternatively, after the ohmic electrode is formed, the second insulating film can be formed.
Thereafter, from the formation of the first insulating film to the mirror formation, a semiconductor laser device is fabricated in the same manner as in Example 1.
The semiconductor laser device obtained as described above was confirmed to have a threshold of 2.0 kA / cm 2 at room temperature and a continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm at a high output of 30 mW. Obtained.

実施例9の半導体レーザ素子は、実施例2のレーザ素子と同様にして、p側コンタクト層まで積層させた後、以下のようにして、遮光膜及び透光膜を形成する形成面、透光膜及び遮光膜を形成する。
(遮光膜及び透光膜形成面の形成)
p側コンタクト層まで積層させた後、n型層露出工程の後、幅1.6μmのストライプ状の凸部(リッジ)を形成する。次いで、透光膜を形成する出射側の共振端面近傍に、リッジよりも幅の広いマスクを設けてn型層までエッチングすることで、リッジ側面と異なる面上の第2の側面を形成する。このリッジよりも幅の広いマスクによって活性層の幅を制御できるが、図13Aのように、出射側の共振器面の近傍の活性層だけを除去するためには、共振器面近傍以外のほぼ全面にマスクを設け、さらに共振器面近傍にリッジの幅よりも広い幅のマスクを設けることで、共振器面近傍という限られた部分において活性層が除去された構造とすることができる、また、リッジよりも幅の広いマスクは、リッジの全てにわたって設けることもできる。ここでは、リッジがほぼ中央になるようなマスクを幅約7μmで設けて活性層よりのn型層までエッチングすることで、出射面の共振器面の活性層の幅が約7μmである共振器面を形成する。これにより形成されるエッチング面が非共振器面と第2の側面であり、この両者に透光膜及び遮光膜を設けるものとする。
In the same manner as the laser element of Example 2, the semiconductor laser element of Example 9 was laminated up to the p-side contact layer, and then formed with a light-shielding film and a light-transmitting film as follows. A film and a light shielding film are formed.
(Formation of light shielding film and translucent film forming surface)
After stacking up to the p-side contact layer, a stripe-shaped convex portion (ridge) having a width of 1.6 μm is formed after the n-type layer exposure step. Next, a mask having a width wider than that of the ridge is provided in the vicinity of the resonance end face on the emission side where the light-transmitting film is formed, and etching is performed up to the n-type layer, thereby forming a second side surface that is different from the ridge side surface. Although the width of the active layer can be controlled by a mask wider than this ridge, as shown in FIG. 13A, in order to remove only the active layer in the vicinity of the cavity surface on the emission side, By providing a mask on the entire surface and further providing a mask wider than the width of the ridge in the vicinity of the resonator surface, the active layer can be removed in a limited portion near the resonator surface. A mask wider than the ridge can also be provided over the entire ridge. Here, a resonator in which the width of the active layer on the resonator surface of the emission surface is about 7 μm is provided by providing a mask with a width of about 7 μm so that the ridge is approximately in the center and etching the n-type layer from the active layer. Form a surface. The etched surfaces thus formed are the non-resonator surface and the second side surface, and both the light transmitting film and the light shielding film are provided.

(透光膜及び遮光膜)
上記のようにして形成された第2の側面及び非共振器面及び、n型層の露出面に透光膜をスパッタにより形成する。まず、下層の透光膜として、Rh酸化物を膜厚500Åの厚さに形成し、その上に中間層として透光膜と同じRh酸化物をスパッタ条件を変えて膜厚500Åで形成し、さらにその上に上層の遮光膜として同じRh酸化物をスパッタ条件を変えて膜厚1500Åの厚さに形成する。スパッタ条件は、下層の透光膜、中間膜、上層の遮光膜を、それぞれ一定にして3層構造としてもよいし、透光膜及び遮光膜は一定の条件で行い、中間膜だけを真空度を徐々に低くしていくように変化させてもよい。これによって組成比の異なるRh酸化物を容易に形成することができる。実施例2では、透光膜形成面の形成時に用いたマスクをそのまま用いているため、透光膜及び遮光膜は第2の側面、非共振器面、及びn型層の露出面に形成されているが、マスクを変更してp型層の表面にまで延長するように設けられていても問題はない。p型層の表面(上面)の一部にまで透光膜及び遮光膜が形成されることで、上方向への光の漏れをも防ぐことができる。また、端面と上面との縁部に遮光膜の端部が形成されることで剥がれやすくなる場合があるが、このように、上面にも連続するように設けることで、密着性よく遮光膜を形成することができ、安定したビーム特性を得ることができる。
(Translucent film and light shielding film)
A translucent film is formed by sputtering on the second side surface, the non-resonator surface, and the exposed surface of the n-type layer formed as described above. First, an Rh oxide having a thickness of 500 mm is formed as a lower light-transmitting film, and an Rh oxide having the same thickness as the light-transmitting film is formed thereon with a thickness of 500 mm by changing sputtering conditions. Further, the same Rh oxide is formed thereon as an upper light-shielding film with a thickness of 1500 mm by changing the sputtering conditions. Sputtering conditions may be a three-layer structure in which the lower light-transmitting film, the intermediate film, and the upper light-shielding film are made constant, respectively. You may change so that it may become low gradually. Thereby, Rh oxides having different composition ratios can be easily formed. In Example 2, since the mask used when forming the light-transmitting film forming surface is used as it is, the light-transmitting film and the light shielding film are formed on the second side surface, the non-resonator surface, and the exposed surface of the n-type layer. However, there is no problem even if the mask is changed so as to extend to the surface of the p-type layer. By forming the light-transmitting film and the light-shielding film up to a part of the surface (upper surface) of the p-type layer, it is possible to prevent light from leaking upward. In addition, the end portion of the light shielding film may be easily peeled off at the edge between the end surface and the upper surface, but in this way, the light shielding film can be formed with good adhesion by providing it continuously on the upper surface. Therefore, stable beam characteristics can be obtained.

以下、実施例2と同様にして実施例9の半導体レーザ素子を作製する。
以上のようにして得られる実施例9の半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいてリップルのない良好なビームが得られる。
Thereafter, the semiconductor laser device of Example 9 is fabricated in the same manner as in Example 2.
In the semiconductor laser device of Example 9 obtained as described above, a continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed at a threshold of 2.0 kA / cm 2 and a high output of 30 mW at room temperature, and there was no ripple in the FFP. A beam is obtained.

実施例3と同様に作製した基板を用い、その基板を用いた以外は、実施例9と同様にして、半導体レーザ素子を作製する。
以上のようにして作製した実施例10の半導体レーザ素子は、実施例3の半導体レーザ素子と同様の特性が得られる。
A semiconductor laser device is manufactured in the same manner as in Example 9 except that a substrate manufactured in the same manner as in Example 3 is used and that substrate is used.
The semiconductor laser device of Example 10 fabricated as described above can obtain the same characteristics as the semiconductor laser device of Example 3.

実施例9において、半導体層の積層工程は同じで、n型層露出時以降の工程を下記のようにして行う。実施例9が出射面が劈開面であるのに対し、実施例11ではエッチングによって出射面が形成されているものである。すなわち、図12に示すような出射面側端面が単一平面ではなく、段差が設けられた形状となっているものである。このようなエッチングにより出射面を形成する場合は、劈開しにくい基板を用いる場合に有効である。
(n型層露出及び共振器面形成)
積層構造体を形成した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のp型コンタクト層の表面にSiOよりなる保護膜を形成してRIE(反応性イオンエッチング)を用いSiClガスによりエッチングし、n電極を形成するn型コンタクト層を露出させるとともに、共振器面となる面も露出させる。すなわち、実施例9では、ストライプ状の凸部は、最後に劈開されるまではウエハ上の複数の素子に渡って連続しているが、実施例4では、n型層露出時に、ストライプ状の凸部と直交する面もエッチングして共振器面を同時に形成する。このとき、素子2つ分のストライプ状凸部が連続するようにされていてもよい。エッチングガスとしては、Cl等を用いても良い。
(ストライプ状凸部及び遮光層形成面の形成)
In Example 9, the stacking process of the semiconductor layers is the same, and the processes after the n-type layer exposure are performed as follows. In Example 9, the exit surface is a cleaved surface, whereas in Example 11, the exit surface is formed by etching. That is, the exit surface side end surface as shown in FIG. 12 is not a single plane, but has a shape with a step. The formation of the emission surface by such etching is effective when a substrate that is difficult to cleave is used.
(N-type layer exposure and resonator surface formation)
After forming the laminated structure, the wafer is taken out from the reaction vessel, a protective film made of SiO 2 is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and etched with SiCl 4 gas using RIE (reactive ion etching). The n-type contact layer that forms the n-electrode is exposed, and the surface that becomes the resonator surface is also exposed. That is, in Example 9, the stripe-shaped convex portions are continuous over a plurality of elements on the wafer until the last cleaving, but in Example 4, when the n-type layer is exposed, the stripe-shaped projections are continuous. The surface orthogonal to the convex portion is also etched to form the resonator surface at the same time. At this time, stripe-shaped convex portions for two elements may be continuous. As the etching gas, Cl 2 or the like may be used.
(Formation of stripe-shaped convex part and light shielding layer forming surface)

次に、ストライプ状の導波路を形成するために、最上層のp型コンタクト層と先の工程で露出された共振器面と含むほぼ前面にCVD装置を用いてSiOよりなる保護膜を0.5μmの膜厚で形成した後、保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ、RIE装置によりCHFガスを用いたエッチングによりストライプ状の保護膜を形成して、活性層よりも上にストライプ状の凸部が形成される。ストライプ状の凸部は共振器面と直交するように形成されている。
このストライプ上の凸部の端部である共振器面の近傍を活性層が露出するまで更にエッチングすることで、第2の側面及び非共振器面を形成する。この時、光出射側共振器面となる方の共振器面の近傍に形成するが、両方に形成されていてもよい。
Next, in order to form a striped waveguide, a protective film made of SiO 2 is formed on the substantially front surface including the uppermost p-type contact layer and the resonator surface exposed in the previous step by using a CVD apparatus. After forming the film to a thickness of 5 μm, a mask having a predetermined shape is put on the protective film, and a stripe-shaped protective film is formed by etching using CHF 3 gas with an RIE apparatus, and above the active layer. Striped convex portions are formed. The stripe-shaped convex portion is formed so as to be orthogonal to the resonator surface.
The second side surface and the non-resonator surface are formed by further etching the vicinity of the resonator surface, which is the end of the convex portion on the stripe, until the active layer is exposed. At this time, it is formed in the vicinity of the resonator surface which becomes the light emitting side resonator surface, but it may be formed in both.

(透光膜及び遮光膜)
上記の保護膜はそのままで、光非共振器面と、第2の側面と、n型層の露出面とに連続する透光膜及び遮光膜をスパッタにより形成する。透光膜として、Rh酸化物を膜厚600Åで形成させ、その上に同じRh酸化物をスパッタ条件を変えて膜厚600Åで形成し、さらにその上に同じRh酸化物をスパッタ条件を変えて膜厚2000Åで形成する。スパッタ条件は、各層は一定の条件で行い、上の層にいくに従って真空度を低くしていくようにしている。これによって組成比の異なるRh酸化物を容易に形成することができる。この透光膜及び遮光膜は、後工程の第1の絶縁膜を形成させた後に形成することもできる。また、オーミック電極を形成した後、第2の絶縁膜を形成させた後に形成することもできる。
(Translucent film and light shielding film)
The protective film is left as it is, and a light-transmitting film and a light-shielding film are formed by sputtering on the optical non-resonator surface, the second side surface, and the exposed surface of the n-type layer. As a light-transmitting film, Rh oxide is formed with a thickness of 600 mm, and the same Rh oxide is formed with a thickness of 600 mm by changing the sputtering conditions, and further, the same Rh oxide is further changed with the sputtering conditions. It is formed with a film thickness of 2000 mm. Sputtering conditions are such that each layer is performed under a certain condition, and the degree of vacuum is lowered as it goes to the upper layer. Thereby, Rh oxides having different composition ratios can be easily formed. The light-transmitting film and the light-shielding film can also be formed after forming the first insulating film in a later step. Alternatively, after the ohmic electrode is formed, the second insulating film can be formed.

(第1の絶縁膜)
SiOマスクをつけたまま、p型層表面にZrOよりなる第1の絶縁膜を形成する。第1の絶縁膜形成後、バッファード液に浸漬して、ストライプ状の凸部の上面に形成したSiOを溶解除去し、リフトオフ法によりSiOと共にp型コンタクト層上にあるZrOを除去する。これによりストライプ状凸部の上面はp型層が露出され、凸部の側面からp型層上面がZrOで覆われた構造となる。
(オーミック電極)
(First insulating film)
With the SiO 2 mask attached, a first insulating film made of ZrO 2 is formed on the surface of the p-type layer. After forming the first insulating film, it is immersed in a buffered solution to dissolve and remove SiO 2 formed on the upper surface of the stripe-shaped convex portion, and ZrO 2 on the p-type contact layer is removed together with SiO 2 by a lift-off method. To do. Thus, the p-type layer is exposed on the upper surface of the stripe-shaped convex portion, and the upper surface of the p-type layer is covered with ZrO 2 from the side surface of the convex portion.
(Ohmic electrode)

次に、p型コンタクト層上にp側オーミック電極を形成する。このオーミック電極はAu−Niからなり、p型コンタクト層上の第1の絶縁膜上にも渡って形成されている。また、n型コンタクト層上面にもオーミック電極を形成する。n側オーミック電極はTi−Alからなり、ストライプ状の凸部と平行で、かつ同程度の長さのストライプ状に形成されている。これらを形成後、酸素:窒素が80:20の割合の雰囲気中で600℃でアニーリングすることでp側及びn側オーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を有するオーミック電極とする。   Next, a p-side ohmic electrode is formed on the p-type contact layer. The ohmic electrode is made of Au—Ni and is formed over the first insulating film on the p-type contact layer. An ohmic electrode is also formed on the upper surface of the n-type contact layer. The n-side ohmic electrode is made of Ti—Al, and is formed in a stripe shape parallel to the stripe-shaped convex portion and having the same length. After forming these, the p-side and n-side ohmic electrodes are alloyed by annealing at 600 ° C. in an oxygen / nitrogen ratio of 80:20 to obtain ohmic electrodes having good ohmic characteristics.

(第2の絶縁膜)
次いで、SiO及びTiOからなる多層膜多層膜を第2の絶縁膜を光出射側共振器面を除いてほぼ全面に形成する。SiOとTiOは交互に2ペア積層させる。ストライプ状凸部上のp側オーミック電極とn側オーミック電極の一部以外にレジストを塗布し、ドライエッチングすることでそれぞれの電極の一部を露出させる。遮光層上面にも第2の絶縁膜が形成されている。さらに、光反射側の共振器面も覆うようにして形成させているので、この第2の絶縁膜が光反射膜(ミラー)としても機能するようにしている。このように、共振器面の少なくとも一方を絶縁膜形成工程よりも先にエッチングにより形成させてあることで、光反射膜(ミラー)を分割する前にウエハ状態のままで、回り込むように形成することができる。これにより、光出射側共振器面と光反射側共振器面とが異なる材料や、異なる膜厚の反射膜からなるように形成することができる。
(Second insulating film)
Next, a multilayer film composed of SiO 2 and TiO 2 is formed on almost the entire surface of the second insulating film except the light emitting side resonator surface. Two pairs of SiO 2 and TiO 2 are alternately laminated. A resist is applied to portions other than the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode on the stripe-shaped convex portion, and a part of each electrode is exposed by dry etching. A second insulating film is also formed on the upper surface of the light shielding layer. Furthermore, since the resonator surface on the light reflecting side is also formed to be covered, the second insulating film functions as a light reflecting film (mirror). As described above, at least one of the resonator surfaces is formed by etching prior to the insulating film forming step, so that the light reflecting film (mirror) is formed so as to wrap around in the wafer state before being divided. be able to. As a result, the light emitting side resonator surface and the light reflecting side resonator surface can be formed of different materials or reflecting films having different film thicknesses.

(パッド電極)
次に、上記の第2の絶縁膜を覆うようにp側パッド電極及びn側パッド電極を形成する。このパッド電極は、Ni−Ti−Auからなり、第2の絶縁膜を介してp側オーミック電極及びn側オーミック電極にそれぞれストライプ状に接している。また第2の側面で挟まれたストライプ状の凸部上面にも形成されている。
(Pad electrode)
Next, a p-side pad electrode and an n-side pad electrode are formed so as to cover the second insulating film. The pad electrode is made of Ni—Ti—Au, and is in contact with the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode in a stripe shape through the second insulating film. It is also formed on the upper surface of the stripe-shaped convex portion sandwiched between the second side surfaces.

(分割及び光出射側ミラー形成)
先に露出させてあったn型層を更に基板が露出するまでエッチングする。これにより分割位置には基板だけが残り、共振器面とn型層端面とがエッチングによって形成される。ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状に割る。次いで、光出射側の共振器面にSiOを形成させ、それを覆うようにZrOを形成させてミラーとする。最後にストライプ状の電極に平行な方向でバーを切断して本発明の半導体レーザ素子を得る。
上記のようにして得られる実施例11の半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいて、リップルのない良好なビームが得られる。
(Division and formation of light exit side mirror)
The n-type layer exposed previously is further etched until the substrate is exposed. As a result, only the substrate remains at the dividing position, and the resonator face and the n-type layer end face are formed by etching. Dividing into a bar shape from the substrate side in a direction perpendicular to the striped electrode. Next, SiO 2 is formed on the resonator surface on the light emitting side, and ZrO 2 is formed so as to cover it to form a mirror. Finally, the bar is cut in a direction parallel to the striped electrode to obtain the semiconductor laser device of the present invention.
The semiconductor laser device of Example 11 obtained as described above was confirmed to have a threshold of 2.0 kA / cm 2 at room temperature and a continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm at a high output of 30 mW. A simple beam can be obtained.

実施例12の半導体レーザ素子では、実施例1と同様にして基板上にバッファ層及び下地層を成長させ、その下地層(窒化物半導体基板)上にTMG、TMA、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、1050℃でSiを1×1018/cmドープさせたAlGaNよりなるn型コンタクト層を4.5μmの膜厚で成長させる。
そして、そのAlGaNからなるn型コンタクト層の上に、実施例1と同様よにして、クラック防止層、n型クラッド層、n型光ガイド層活性層、p型キャップ層、p型光ガイド層、p型クラッド層を及びp型コンタクト層を成長させる。さらに、実施例1と同様にして、n型層を露出させ、共振器面を形成し、以下のようにして、凸部を形成する。
In the semiconductor laser device of Example 12, a buffer layer and an underlayer are grown on the substrate in the same manner as in Example 1, and TMG, TMA, ammonia, and silane gas as impurity gas are formed on the underlayer (nitride semiconductor substrate). An n-type contact layer made of AlGaN doped with Si at 1 × 10 18 / cm 3 at 1050 ° C. is grown to a thickness of 4.5 μm.
Then, on the n-type contact layer made of AlGaN, a crack prevention layer, an n-type cladding layer, an n-type light guide layer active layer, a p-type cap layer, and a p-type light guide layer are formed in the same manner as in Example 1. A p-type cladding layer and a p-type contact layer are grown. Further, in the same manner as in Example 1, the n-type layer is exposed to form a resonator surface, and a convex portion is formed as follows.

(ストライプ状凸部形成)
本実施例12では、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のp型コンタクト層のほぼ全面にCVD装置により、Si酸化物(主としてSiO)よりなる保護膜を0.5μmの膜厚で形成した後、保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ、RIE装置によりCF4ガスを用いたフォトリソグラフィー技術によりストライプ状の保護膜を形成して、活性層よりも上にストライプ状の凸部が形成される。尚、RIE装置において、CFガスに代えて、CHFを用いることもできる。
凸部を形成した後、実施例1と同様にして、第1の絶縁膜とp及びn側のオーミック電極を形成し、さらに、以下の工程を経て半導体レーザ素子を作製する。
(Striped convex formation)
In Example 12, in order to form a stripe-shaped waveguide region, a protective film made of Si oxide (mainly SiO 2 ) is formed on almost the entire surface of the uppermost p-type contact layer by a CVD apparatus with a thickness of 0.5 μm. After forming the film thickness, a mask having a predetermined shape is put on the protective film, a stripe-shaped protective film is formed by a photolithography technique using CF4 gas by an RIE apparatus, and the stripe-shaped protective film is formed above the active layer. Are formed. In the RIE apparatus, CHF 3 can be used instead of CF 4 gas.
After forming the convex portion, the first insulating film and the p and n-side ohmic electrodes are formed in the same manner as in Example 1, and a semiconductor laser device is manufactured through the following steps.

(第2の絶縁膜)
次いで、ストライプ状凸部上のp側オーミック電極とn側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、Si酸化物(主としてSiO)からなる第2の絶縁膜を分割位置を除いた全面に形成し、リフトオフすることでp側オーミック電極とn側オーミック電極の一部を露出させる。
(パッド電極)
次に、上記の第2の絶縁膜の開口部を介してp側オーミック電極とn側オーミック電極と接するようにp側パッド電極及びn側パッド電極がそれぞれ形成される。電極は、Ni−Ti−Auからなる。このパッド電極は、露出されたオーミック電極とストライプ状に接している。
(Second insulating film)
Next, a resist is applied to a part of the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode on the stripe-shaped convex portion, and a second insulating film made of Si oxide (mainly SiO 2 ) is formed on the entire surface excluding the division position. Then, lift-off exposes part of the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode.
(Pad electrode)
Next, a p-side pad electrode and an n-side pad electrode are formed so as to be in contact with the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode through the opening of the second insulating film. The electrode is made of Ni-Ti-Au. The pad electrode is in contact with the exposed ohmic electrode in a stripe shape.

(基板露出)
次に、SiO2をウエハ前面に形成した後、その上にn型コンタクト層の露出面を除いてレジスト膜を形成し、基板が露出するまでエッチングする。共振器面など側面にもレジスト膜が形成されているので、エッチング後には、先に形成させた共振器面などの側面(p型層と、活性層と、n型層の一部と、を含む)と、共振器面と基板との間のn型層との2段になった端面が形成されることになる。
(第2の保護膜)
次いで、第2の保護膜を形成する。光出射側の共振器面にレジスト膜などでマスクし、SiO(1350Å)/Ti(2250Å)からなる第2の保護膜をスパッタによって形成する。尚、この第2の保護膜の透過率は約0.01%であり、ほぼ100%の遮光効果が得られる。
(バ−状に分割)
以上のようにしてp側オーミック電極及びn側オーミック電極を形成した後、基板を研磨して基板を含めた総膜厚を200μmとし、裏面にTi−Pt−Auからなるバックメタルを形成させた後、ストライプ状の電極に垂直な方向で基板側からバー状に割る。このとき、バー状に分割させる前に基板の裏面側から分割位置に対応してスクライブを入れおくと、後工程で分割しやすくなる。
(Substrate exposure)
Next, after forming SiO2 on the front surface of the wafer, a resist film is formed thereon except for the exposed surface of the n-type contact layer, and etching is performed until the substrate is exposed. Since the resist film is also formed on the side surface such as the resonator surface, the side surface (p-type layer, active layer, and part of the n-type layer) formed on the resonator surface is formed after etching. And an n-type layer between the resonator surface and the substrate are formed.
(Second protective film)
Next, a second protective film is formed. A second protective film made of SiO 2 (1350 Å) / Ti (2250 Å) is formed by sputtering on the light emitting side resonator surface with a resist film or the like. The transmittance of the second protective film is about 0.01%, and a light shielding effect of about 100% can be obtained.
(Divided into bars)
After the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode were formed as described above, the substrate was polished to a total film thickness including the substrate of 200 μm, and a back metal made of Ti—Pt—Au was formed on the back surface. Thereafter, the substrate is divided into bars from the substrate side in a direction perpendicular to the striped electrodes. At this time, if scribing is performed from the back surface side of the substrate corresponding to the dividing position before dividing into bars, it becomes easier to divide in a subsequent process.

(光反射側ミラー及び第1の保護膜)
以上のようにしてバー状に分割された半導体は、バーの一方には光出射側の共振器面が並び、反対側には光反射側の共振器面が並んでいる。このような数本のバーを、光出射側の共振器面、及び光反射側の共振器面が同一の方向に向くように角度を変える。次いで、各バー間にスペーサーを介して隙間がないように成膜治具に並べる。このようにスペーサーを介することで、素子に形成された電極等に保護膜が形成されないようにできる。まず、光反射側の共振器面にはZrOと(SiO/ZrO)の6ペアが形成されてミラーとなる。次いで、光出射側には、第1の保護膜としてNbを400Åの厚さに成膜する。このNbは共振器面の光出射面と、その光出射面の近傍に設けられている第2の保護膜の上とに亙って設けられる。
尚、このNbからなる第2の保護膜の光の透過率は約82%である。
最後にストライプ状凸部に平行な方向でバーを切断して本発明の半導体レーザ素子を得る。
以上のようにして得られた半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、FFPにおいて、リップルのない良好なビームが得られた。
(Light reflection side mirror and first protective film)
In the semiconductor divided into bars as described above, the light emitting side resonator surfaces are arranged on one side of the bar, and the light reflecting side resonator surfaces are arranged on the opposite side. The angle of these several bars is changed so that the light emitting side resonator surface and the light reflecting side resonator surface face the same direction. Subsequently, it arrange | positions on a film-forming jig | tool so that there may be no clearance gap between each bar through a spacer. By using the spacer in this way, a protective film can be prevented from being formed on the electrode or the like formed on the element. First, 6 pairs of ZrO 2 and (SiO 2 / ZrO 2 ) are formed on the resonator surface on the light reflection side to form a mirror. Next, Nb 2 O 5 is formed to a thickness of 400 mm as a first protective film on the light emitting side. This Nb 2 O 5 is provided over the light emitting surface of the resonator surface and the second protective film provided in the vicinity of the light emitting surface.
The light transmittance of the second protective film made of Nb 2 O 5 is about 82%.
Finally, the bar is cut in a direction parallel to the stripe-shaped convex portion to obtain the semiconductor laser device of the present invention.
The semiconductor laser device obtained as described above was confirmed to have a continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm at a threshold of 2.0 kA / cm 2 and a high output of 30 mW at room temperature. Obtained.

実施例13では、、サファイア上にGaNを形成してなる窒化物半導体基板を基板として用い(実施例2と同様にして作製)、図17に示すような半導体レーザを作製する。
具体的には、以下のようにする。
(バッファ層)
まず、窒化物半導体基板の下地層の上に、Al混晶比が0.01のアンドープAlGaNからなるバッファ層を形成する。このバッファ層は省略可能であるが、横方向成長を用いた基板がGaNである場合、若しくは横方向成長させて形成した下地層がGaNである場合に、それよりも熱膨張係数の小さい窒化物半導体、すなわち、AlGa1−aN(0<a≦1)等からなるバッファ層を用いることで、ピットを低減させることができるため、バッファ層を形成することが好ましい。すなわち、下地層のように、横方向成長を伴って成膜された窒化物半導体層上に別の窒化物半導体を成長させるとピットが発生しやすいが、このバッファ層は、ピットの発生を防ぐ効果がある。
In Example 13, a nitride semiconductor substrate formed by forming GaN on sapphire is used as a substrate (produced in the same manner as in Example 2), and a semiconductor laser as shown in FIG. 17 is produced.
Specifically, it is as follows.
(Buffer layer)
First, a buffer layer made of undoped AlGaN having an Al mixed crystal ratio of 0.01 is formed on the underlying layer of the nitride semiconductor substrate. This buffer layer can be omitted, but when the substrate using lateral growth is GaN, or when the underlying layer formed by lateral growth is GaN, a nitride having a smaller thermal expansion coefficient than that. Since a pit can be reduced by using a buffer layer made of a semiconductor, that is, Al a Ga 1-a N (0 <a ≦ 1) or the like, the buffer layer is preferably formed. That is, when another nitride semiconductor is grown on the nitride semiconductor layer formed with lateral growth like the underlayer, pits are likely to be generated, but this buffer layer prevents the generation of pits. effective.

更にバッファ層のAl混晶比aが、0<a<0.3であることが好ましく、これにより、結晶性が良好なバッファ層を形成することができる。また、このバッファ層をn側コンタクト層としての機能を兼ねる層として形成しても良いし、バッファ層を形成した後、前記バッファ層と同様の組成式で表されるn側コンタクト層を形成して、そのn側コンタクト層にもバッファ効果を持たせるようにしてもよい。すなわち、このバッファ層は、横方向成長層(GaN基板)と素子構造を構成する窒化物半導体層との間、又は素子構造中の活性層と横方向成長層(GaN基板)との間に設けること、さらに好ましくは素子構造中の基板側、下部クラッド層と横方向成長層(GaN基板)との間に、少なくとも1層以上設けることで、ピットを低減し、素子特性を向上させることができる。また、n側コンタクト層の機能を兼ね備えたバッファ層とする場合には、電極との良好なオーミックコンタクトが得られるように、Al混晶比aを0.1以下とすることが好ましい。この下地層の上に形成するバッファ層は、上述した異種基板上に設けるバッファ層と同様に300℃以上900℃以下の低温で成長させても良いが、好ましくは800℃以上1200℃以下の温度で単結晶成長させると、上述したピット低減効果がより効果的に得られる傾向にある。さらに、このバッファ層は、n型、p型不純物をドープしても良いし、アンドープでも良いが、結晶性を良好なものとするためにはアンドープで形成することが好ましい。またさらに、2層以上のバッファ層を設ける場合には、n型、p型不純物濃度、Al混晶比を変化させて設けることができる。   Further, the Al mixed crystal ratio a of the buffer layer is preferably 0 <a <0.3, whereby a buffer layer with good crystallinity can be formed. The buffer layer may be formed as a layer that also functions as an n-side contact layer. After forming the buffer layer, an n-side contact layer represented by the same composition formula as the buffer layer is formed. Thus, the n-side contact layer may also have a buffer effect. That is, this buffer layer is provided between the lateral growth layer (GaN substrate) and the nitride semiconductor layer constituting the device structure, or between the active layer in the device structure and the lateral growth layer (GaN substrate). More preferably, by providing at least one layer between the substrate side in the device structure, the lower cladding layer and the lateral growth layer (GaN substrate), pits can be reduced and device characteristics can be improved. . Further, when the buffer layer having the function of the n-side contact layer is used, the Al mixed crystal ratio a is preferably 0.1 or less so that a good ohmic contact with the electrode can be obtained. The buffer layer formed on the base layer may be grown at a low temperature of 300 ° C. or higher and 900 ° C. or lower as in the case of the buffer layer provided on the above-mentioned different substrate, but preferably at a temperature of 800 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower. When the single crystal is grown, the above-mentioned pit reduction effect tends to be obtained more effectively. Furthermore, this buffer layer may be doped with n-type and p-type impurities, or may be undoped, but is preferably formed undoped in order to improve the crystallinity. Furthermore, when two or more buffer layers are provided, the n-type, p-type impurity concentration, and Al mixed crystal ratio can be changed.

(n側コンタクト層)
バッファ層の上に、膜厚4μm、Siを3×1018/cmドープしたAl0.01Ga0.99Nからなるn側コンタクト層を形成する。
(クラック防止層)
n側コンタクト層の上に膜厚0.15μmのIn0.06Ga0.94Nからなるクラック防止層を形成する。
(n側クラッド層)
クラック防止層の上に、総膜厚1.2μmの超格子構造のn側クラッド層を形成する。
具体的には、膜厚25ÅのアンドープAl0.05Ga0.95N層と、膜厚25Å、Siを1×1019/cmドープしたGaN層と、を交互に積層することにより、n側クラッド層を形成する。
(n側光ガイド層)
n側クラッド層の上に膜厚0.15μmのアンドープGaNからなるn側光ガイド層を形成する。
(N-side contact layer)
On the buffer layer, an n-side contact layer made of Al 0.01 Ga 0.99 N doped with 4 μm in thickness and 3 × 10 18 / cm 3 of Si is formed.
(Crack prevention layer)
A crack preventing layer made of In 0.06 Ga 0.94 N having a thickness of 0.15 μm is formed on the n-side contact layer.
(N-side cladding layer)
An n-side cladding layer having a superlattice structure with a total film thickness of 1.2 μm is formed on the crack prevention layer.
Specifically, an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N layer having a thickness of 25 mm and a GaN layer having a thickness of 25 mm and doped with Si of 1 × 10 19 / cm 3 are alternately stacked to form n A side cladding layer is formed.
(N-side light guide layer)
An n-side light guide layer made of undoped GaN having a thickness of 0.15 μm is formed on the n-side cladding layer.

(活性層)
n側光ガイド層の上に、総膜厚550Åの多重量子井戸構造の活性層を形成する。
具体的には、Siを5×1018/cmドープした膜厚140ÅのSiドープIn0.05Ga0.95Nよりなる障壁層(B)と、膜厚50ÅのアンドープIn0.13Ga0.87Nよりなる井戸層(W)とを、(B)−(W)−(B)−(W)−(B)の順に積層することにより、活性層を形成する。
(p側電子閉込め層)
活性層の上に膜厚100Å、Mgを1×1020/cmドープしたp型Al0.3Ga0.7Nからなるp側電子閉込め層を形成する。
(p側光ガイド層)
p側電子閉込め層の上に膜厚0.15μmのMgを1×1018/cmドープしたp型GaNからなるp側光ガイド層を形成する。
(p側クラッド層)
p側光ガイド層の上に総膜厚0.45μmの超格子構造のp側クラッド層を形成する。
具体的には、膜厚25ÅのアンドープAl0.05Ga0.95Nと、膜厚25ÅでMgを1×1020/cmドープしたp型GaNと、を交互に積層するすることにより、p側クラッド層を形成する。
(Active layer)
An active layer having a multi-quantum well structure with a total film thickness of 550 mm is formed on the n-side light guide layer.
Specifically, a barrier layer (B) made of Si-doped In 0.05 Ga 0.95 N with a thickness of 140 mm doped with 5 × 10 18 / cm 3 of Si, and an undoped In 0.13 Ga film with a thickness of 50 mm. An active layer is formed by laminating a well layer (W) of 0.87 N in the order of (B)-(W)-(B)-(W)-(B).
(P-side electron confinement layer)
On the active layer, a p-side electron confinement layer made of p-type Al 0.3 Ga 0.7 N with a thickness of 100 mm and Mg doped at 1 × 10 20 / cm 3 is formed.
(P-side light guide layer)
A p-side light guide layer made of p-type GaN doped with 1 × 10 18 / cm 3 of Mg having a thickness of 0.15 μm is formed on the p-side electron confinement layer.
(P-side cladding layer)
A superlattice p-side cladding layer having a total film thickness of 0.45 μm is formed on the p-side light guide layer.
Specifically, by alternately laminating undoped Al 0.05 Ga 0.95 N with a film thickness of 25 mm and p-type GaN doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg with a film thickness of 25 mm, A p-side cladding layer is formed.

(p側コンタクト層)
p側クラッド層の上に、膜厚150Å、Mgを2×1020/cmドープしたp型GaNからなるp側コンタクト層を形成する。
(n型層露出、ストライプ状凸部形成)
以上のように、n側コンタクト層〜p側コンタクト層までの素子構造を形成した後、実施例12と同様にして、n型コンタクト層を露出させた後、ストライプ状の凸部(リッジ)をエッチングにより形成する。
(第2の側面及び非共振器面形成)
次いで、上記の第2の保護膜を形成する面である第2の側面及び非共振器面を形成する。共振器面の近傍の端面以外にマスクを形成してエッチングすることで、第2の側面及び非共振器面が形成される。ここでは、第2の側面はリッジ側面よりも素子の端面に近くなるように形成されているので、図17に示すように、リッジに垂直な方向の端面において、活性層の幅がリッジの幅よりも広い幅になっている。
(P-side contact layer)
On the p-side cladding layer, a p-side contact layer made of p-type GaN having a thickness of 150 mm and Mg doped at 2 × 10 20 / cm 3 is formed.
(N-type layer exposure, stripe-shaped convex part formation)
As described above, after forming the element structure from the n-side contact layer to the p-side contact layer, after exposing the n-type contact layer in the same manner as in Example 12, the stripe-shaped convex portions (ridges) are formed. It is formed by etching.
(Second side surface and non-resonator surface formation)
Next, a second side surface and a non-resonator surface, which are surfaces on which the second protective film is formed, are formed. A second side surface and a non-resonator surface are formed by forming a mask on the surface other than the end surface near the resonator surface and performing etching. Here, since the second side surface is formed so as to be closer to the end surface of the element than the ridge side surface, as shown in FIG. 17, the width of the active layer is the width of the ridge at the end surface in the direction perpendicular to the ridge. It is wider than.

(第2の保護膜)
次いで、上記のようにして形成された第2の側面及び非共振器面に、第2の保護膜を形成する。上記のマスクをそのまま用い、第2の保護膜としてSiO/Tiからなる多層膜をスパッタにより形成する。
(第1の絶縁膜〜第2の絶縁膜)
次いで、実施例12と同様に、ZrOからなる第1の絶縁膜、オーミック電極、SiO/TiOからなる第2の絶縁膜までを形成する。
(パッド電極)
次いで、p側パッド電極としてRhO−Pt−Auを、n側パッド電極としてNi−Ti−Auを形成する。
(異種基板剥離)
続いて、サファイア基板、低温成長バッファ層、下地層、厚膜層の一部を除去して厚膜層のみとし(単体化)、GaN基板の膜厚が80μmとなるようにする。ここで、HVPEによる厚膜層は、GaN以外に他の窒化物半導体を用いても良いが、本発明では、良好な結晶性でかつ厚膜の窒化物半導体を容易に成長できるGaN又はAlNを用いることが好ましい。また、異種基板等の除去は、以上のような素子構造を形成する前に、厚膜層の一部を除去してもよく、また、導波路を形成した後、電極を形成した後、いずれの段階で行っても良い。また、ウエハをバー状、チップ状に切断する前に異種基板等を除去することで、チップ状に切断する際に、窒化物半導体の劈開面(六方晶系で近似した{11−00}M面、{1010}A面、(0001)C面)を用いて切断・劈開できる。
(Second protective film)
Next, a second protective film is formed on the second side surface and the non-resonator surface formed as described above. Using the mask as it is, a multilayer film made of SiO 2 / Ti is formed as a second protective film by sputtering.
(First insulating film to second insulating film)
Next, similarly to Example 12, a first insulating film made of ZrO 2 , an ohmic electrode, and a second insulating film made of SiO 2 / TiO 2 are formed.
(Pad electrode)
Next, RhO—Pt—Au is formed as a p-side pad electrode, and Ni—Ti—Au is formed as an n-side pad electrode.
(Different substrate peeling)
Subsequently, a part of the sapphire substrate, the low temperature growth buffer layer, the base layer, and the thick film layer is removed to form only the thick film layer (single unit), and the film thickness of the GaN substrate is set to 80 μm. Here, the nitride film other than GaN may be used for the HVPE thick film layer. However, in the present invention, GaN or AlN that has good crystallinity and can easily grow a thick nitride semiconductor is used. It is preferable to use it. In addition, the dissimilar substrate or the like may be removed by removing a part of the thick film layer before forming the element structure as described above, or after forming the waveguide, It may be done at this stage. Further, by removing the heterogeneous substrate or the like before cutting the wafer into bars or chips, the nitride semiconductor cleavage plane ({11-00} M approximated in a hexagonal system) is cut into chips. Surface, {1010} A surface, (0001) C surface).

(共振器面形成)
次いで、裏面にTi−Pt−Auからなる共晶用メタルを形成させた後、実施例1と同様にしてストライプ状の電極に垂直な方向で基板側からバー状に割り、共振器面を形成する。
(光反射側ミラー及び第1の保護膜)
次いで、光反射側の共振器面にはZrOと(SiO/ZrO)の6ペアからなるミラーを形成し、光出射側には、第1の保護膜としてNbを成膜させる。このNbは光出射側の共振器面と、共振器面近傍に設けられている第2の保護膜の上とに設けられる。更にそのバーを各素子間において劈開されたM面に垂直なA面で共振器方向に平行に劈開して、レーザチップを得る。
以上のようにして得られる得られるレーザ素子は、室温で閾値電流密度2.5kA/cm、閾値電圧4.5Vで、発振波長は405nmであり、出射されるレーザビームのアスペクト比1.5である。また、30mWの連続発振で、1000時間以上の長寿命の高出力のレーザ素子が得られる。また、本レーザ素子は、5mW〜80mWの出力域で連続発振が可能で、その出力域において、光ディスクシステムの光源として適したビーム特性を有する。
(Cavity plane formation)
Next, after forming a eutectic metal composed of Ti—Pt—Au on the back surface, it was divided into bars from the substrate side in the direction perpendicular to the striped electrodes in the same manner as in Example 1 to form the resonator surface. To do.
(Light reflection side mirror and first protective film)
Next, a mirror composed of six pairs of ZrO 2 and (SiO 2 / ZrO 2 ) is formed on the light reflection side resonator surface, and Nb 2 O 5 is formed as a first protective film on the light emission side. Let This Nb 2 O 5 is provided on the light emitting side resonator surface and on the second protective film provided in the vicinity of the resonator surface. Further, the bar is cleaved in parallel with the cavity direction on the A plane perpendicular to the M plane cleaved between the elements to obtain a laser chip.
The laser element obtained as described above has a threshold current density of 2.5 kA / cm 2 at room temperature, a threshold voltage of 4.5 V, an oscillation wavelength of 405 nm, and an aspect ratio of the emitted laser beam of 1.5 It is. In addition, a high-power laser element having a long lifetime of 1000 hours or longer with a continuous oscillation of 30 mW can be obtained. The laser element can continuously oscillate in an output range of 5 mW to 80 mW, and has a beam characteristic suitable as a light source for an optical disc system in the output range.

実施例12において、以下のように工程を変更する以外は実施例12と同様に行い、図18に示すような半導体発光素子を得る。
(n型層露出)
実施例12と同様にn型層露出させるが、この時、共振器面は形成しないようにする。
(ストライプ状凸部形成と、非共振器面及び第2の側面形成)
ストライプ状凸部形成後、同じマスクを用いて素子分割面近傍のストライプ状の凸部の側面を更に活性層より下までエッチングして、図5のように素子の角部が除去されるようにし、非共振器面及び第2の側面を形成する。この面に第2の保護膜を形成する。第2の保護膜としては、ZrO/RhOを用いる。
In Example 12, a semiconductor light emitting device as shown in FIG. 18 is obtained in the same manner as in Example 12 except that the steps are changed as follows.
(N-type layer exposure)
The n-type layer is exposed as in Example 12, but at this time, the resonator surface is not formed.
(Stripe-shaped projection formation, non-resonator surface and second side surface formation)
After the formation of the stripe-shaped protrusion, the side surface of the stripe-shaped protrusion near the element dividing surface is further etched below the active layer using the same mask so that the corner of the element is removed as shown in FIG. Forming a non-resonator surface and a second side surface. A second protective film is formed on this surface. ZrO 2 / RhO is used as the second protective film.

(分割及び共振器面形成)
出射側ミラー形成前にウエハのサファイア基板を研磨して70μmとした後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状にヘキ開し、ヘキ開面(11−00面、六角柱状の結晶の側面に相当する面=M面)とし、共振器面を形成する。次いで、共振器面の出射側の共振器面に、第1の保護膜を設ける。第1の保護膜としては、Nbを用いる。
上記のようにして得られる半導体レーザ素子は、室温において閾値2.0kA/cm、30mWの高出力において発振波長405nmの連続発振が確認され、また、広がり角が実施例より広く、FFPにおいて、リップルのない良好なビームが得られる。
(Division and resonator surface formation)
Before forming the exit side mirror, the sapphire substrate of the wafer is polished to 70 μm and then cleaved in a bar shape from the substrate side in the direction perpendicular to the striped electrode. The plane corresponding to the side surface of the crystal = M plane), and the resonator plane is formed. Next, a first protective film is provided on the resonator surface on the emission side of the resonator surface. Nb 2 O 5 is used as the first protective film.
In the semiconductor laser device obtained as described above, continuous oscillation at an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed at room temperature with a threshold of 2.0 kA / cm 2 and a high output of 30 mW, and the spread angle was wider than that of the example. A good beam without ripples can be obtained.

以上説明したように、ファーフィールドパターン(FFP)が良好な半導体レーザ素子を提供できるので、DVDなどの電子機器、医療機器、加工機器や光ファイバー通信の光源などの種々の機器に利用できる。   As described above, since a semiconductor laser device having a good far field pattern (FFP) can be provided, it can be used in various devices such as electronic devices such as DVDs, medical devices, processing devices, and light sources for optical fiber communication.

図1は、本発明に係る実施の形態1の半導体レーザ素子の外形を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the outer shape of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. 図2は、図1のII−II線についての断面図である。2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 図3は、図1のIII−III線についての断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 図4は、実施の形態1の半導体レーザ素子における遮光層の形状を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing the shape of the light shielding layer in the semiconductor laser device of the first embodiment. 図5は、実施の形態1の変形例の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a modification of the first embodiment. 図6は、実施の形態1の変形例の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a modification of the first embodiment. 図7は、実施の形態1の変形例の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a modification of the first embodiment. 図8は、実施の形態1の変形例の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a modification of the first embodiment. 図9は、実施の形態1において出射端部を図1とは異なる形状とした他の変形例の半導体レーザ素子の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of another modification of the semiconductor laser device according to the first embodiment in which the emission end portion has a shape different from that of FIG. 図10は、実施の形態1において出射端部を図9とはさらに異なる形状とした他の変形例の半導体レーザ素子の断面図である。10 is a cross-sectional view of another modification of the semiconductor laser device according to the first embodiment in which the emission end portion has a shape further different from that of FIG.

図11は、本発明に係る実施例4の半導体レーザ素子の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to Example 4 of the present invention. 図12は、実施例4の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 12 is a perspective view of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment. 図13Aは、本発明に係る実施例9の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 13A is a perspective view of a semiconductor laser device according to Example 9 of the present invention. 図13Bは、図13AのXIIIB−XIIIB線についての断面図である。13B is a cross-sectional view taken along line XIIIB-XIIIB in FIG. 13A. 図13Cは、図13AのXIIIC−XIIIC線についての断面図である。13C is a cross-sectional view taken along line XIIIC-XIIIC in FIG. 13A. 図14Aは、本発明に係る実施の形態3の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 14A is a perspective view of the semiconductor laser element according to Embodiment 3 of the present invention. 図14Bは、実施の形態3の第1と第2の保護膜を示す斜視図である。FIG. 14B is a perspective view showing the first and second protective films of the third embodiment. 図14Cは、図14AのXIVC−XIVC線についての断面図である。14C is a cross-sectional view taken along the line XIVC-XIVC in FIG. 14A. 図15は、実施の形態3の変形例の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 15 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a modification of the third embodiment. 図16は、実施の形態3の別の変形例の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 16 is a perspective view of a semiconductor laser device according to another modification of the third embodiment. 図17Aは本発明に係る実施の形態4の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 17A is a perspective view of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention. 図17Bは本発明に係る実施の形態4の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 17B is a perspective view of the semiconductor laser element according to Embodiment 4 of the present invention. 図18Aは本発明に係る実施の形態4の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 18A is a perspective view of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention. 図18Bは本発明に係る実施の形態4の半導体レーザ素子の斜視図である。FIG. 18B is a perspective view of the semiconductor laser element according to Embodiment 4 of the present invention. 図19Aは、実施の形態4の半導体レーザ素子と比較するために示した、出射面に第1の保護膜を形成していない場合の屈折率分布及び電界強度分布を示すグラフである。FIG. 19A is a graph showing a refractive index distribution and an electric field strength distribution in the case where the first protective film is not formed on the emission surface, shown for comparison with the semiconductor laser device of the fourth embodiment. 図19Bは、実施の形態4の半導体レーザ素子において、出射面にAlからなる第1の保護膜を形成した場合の屈折率分布及び電界強度分布を示すグラフである。FIG. 19B is a graph showing the refractive index distribution and the electric field strength distribution when the first protective film made of Al 2 O 3 is formed on the emission surface in the semiconductor laser device of the fourth embodiment. 図19Cは、実施の形態4の半導体レーザ素子において、出射面にNbからなる第1の保護膜を形成した場合の屈折率分布及び電界強度分布を示すグラフである。FIG. 19C is a graph showing a refractive index distribution and an electric field strength distribution when the first protective film made of Nb 2 O 5 is formed on the emission surface in the semiconductor laser device of the fourth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1の導電型の半導体層
2 第2の導電型の半導体層
3 活性層
4 p型パット電極
5、7 オーミック電極
6 n型パット電極
8 ストライプ状の凸部(リッジ)
9、103 遮光層
9a 透光膜
10、11 絶縁膜
71,72 矩形の溝
100 積層構造体
101a 共振器面
101b、101c、101d 非共振器面
102a、102e 第2の側面
109、110 保護膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st conductivity type semiconductor layer 2 2nd conductivity type semiconductor layer 3 Active layer 4 p-type pad electrode 5, 7 Ohmic electrode 6 n-type pad electrode 8 Striped convex part (ridge)
9, 103 Light-shielding layer 9a Translucent film 10, 11 Insulating film 71, 72 Rectangular groove 100 Laminated structure 101a Resonator surface 101b, 101c, 101d Non-resonator surface 102a, 102e Second side surface 109, 110 Protective film

Claims (17)

第1の導電型の半導体層と、活性層と、該第1の導電型と異なる第2の導電型の半導体層とが順に積層された積層構造体を備え、その積層構造体が一方向に光を導波させる導波路領域と両端にレーザ共振用の共振器面とを有し、その両端の共振器面のうちの一方を光出射面とする半導体レーザ素子において、
前記積層構造体は、光出射面側に、前記共振器面とは別に活性層断面を含むように形成され、光の導波方向と垂直な非共振器面を有し
前記光出射面である共振器面は、前記非共振器面よりも突出しており、
その非共振器面に遮光層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
A stacked structure in which a semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer, and a semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type are sequentially stacked, and the stacked structure is unidirectional in the semiconductor laser device possess a cavity surface of the laser resonator in the waveguide region and both ends for guiding light, and one light emitting surface of the cavity surface of the both ends,
The laminated structure is formed on the light emitting surface side so as to include an active layer cross section separately from the resonator surface, and has a non-resonator surface perpendicular to the light guiding direction ,
The resonator surface that is the light emitting surface protrudes from the non-resonator surface,
A semiconductor laser device, wherein a light shielding layer is formed on the non-resonator surface .
前記積層構造体の側面は、活性層断面を含む第1の側面と、該第1の側面より導波路領域の近くに位置しかつ活性層断面を含む第2の側面とを有し、該第2の側面に遮光層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 The side surface of the stacked structure has a first side surface including an active layer cross section, and a second side surface located closer to the waveguide region than the first side surface and including the active layer cross section, The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a light shielding layer is formed on a side surface of the semiconductor laser device. 前記非共振器面と、前記第2の側面は連続している請求項2記載の半導体レーザ素子。 3. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the non-resonator surface and the second side surface are continuous . 前記積層構造体には、ストライプ状の凸部が形成され、そのストライプ状の凸部により前記導波路領域が形成されており、
前記第2の側面は、前記凸部の側面と異なる面上に位置し、前記凸部の外側に形成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体レーザ素子。
In the laminated structure, a stripe-shaped convex portion is formed, and the waveguide region is formed by the stripe-shaped convex portion,
4. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the second side surface is located on a different surface from the side surface of the convex portion and is formed outside the convex portion . 5.
前記非共振器面は、前記光出射面の近傍の積層構造体の両角部が活性層より下まで除去されて設けられる面であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。 The non-resonator surface is a surface provided by removing both corners of the laminated structure in the vicinity of the light emitting surface to below the active layer. The semiconductor laser device described. 前記非共振器面は、ストライプ状の凸部を挟むように矩形の溝が形成され、その溝の共振方向に直交する面であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。 The non-resonator surface is a surface in which a rectangular groove is formed so as to sandwich a stripe-shaped convex portion, and the surface is orthogonal to the resonance direction of the groove. The semiconductor laser device described. 前記遮光層は、前記積層構造体に接して形成されている請求項1乃至6のうちのいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。 The light-shielding layer, a semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6 is formed in contact with said laminate structure. 前記遮光層は、前記積層構造体に設けられた絶縁層上に形成されている請求項1乃至6のうちのいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。 The light-shielding layer, a semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6 is formed on the laminated structure provided in the insulating layer. 前記遮光層は、導体、半導体、絶縁体のいずれかからなる請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。 The light-shielding layer, the conductor, a semiconductor, a semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 8 made of any insulator. 前記遮光層は、誘電体多層膜からなる請求項1乃至9のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to the light shielding layer, any one of claims 1 to 9 comprising a dielectric multilayer film. 前記第1の導電型の半導体層、活性層、第2の導電型の半導体層に、窒化物半導体が用いられている請求項1乃至10のうちのいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。 The first conductive type semiconductor layer, the active layer, the second conductive type semiconductor layer, a semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 10 nitride semiconductor is used. 前記第1の導電型の半導体層にn型窒化物半導体を有し、前記第2の導電型の半導体層にp型窒化物半導体を有する請求項11に記載の半導体レーザ素子。 12. The semiconductor laser device according to claim 11 , wherein the first conductivity type semiconductor layer has an n-type nitride semiconductor, and the second conductivity type semiconductor layer has a p-type nitride semiconductor. 前記遮光層は、導体材料であって、Ni、Cr、Ti、Cu、Fe、Zr、Hf、Nb、W、Rh、Ru、Mg、Al、Sc、Y、Mo、Ta、Co、Pd、Ag、Au、Pt、Gaの単体、合金、多層膜、またはこれらの酸化物、窒化物から選ばれたいずれかであることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。 The light shielding layer is a conductive material, and is Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, Nb, W, Rh, Ru, Mg, Al, Sc, Y, Mo, Ta, Co, Pd, Ag 13. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor laser is any one selected from the group consisting of a simple substance of Au, Au, Pt, and Ga, an alloy, a multilayer film, or an oxide or nitride thereof. element. 前記遮光層は、導電材料であって、Ni、Cr、Ti、Cu、Fe、Zr、Hf、Nb、W、Rh、Ru、Mg、Gaの単体、合金、多層膜、またはこれらの酸化物、窒化物から選ばれたいずれかであることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。 The light shielding layer is a conductive material, Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, Nb, W, Rh, Ru, Mg, Ga alone, an alloy, a multilayer film, or an oxide thereof. 14. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device is any one selected from nitrides . 前記遮光層は、半導体材料であって、Si、In、GaN、GaAs、InPのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein the light shielding layer is a semiconductor material and is any one of Si, In, GaN, GaAs, and InP . 前記遮光層は、絶縁体材料であって、TiO 、CrO のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の半導体レーザ素子。 The light blocking layer is an insulating material, a semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 12, characterized in that either TiO 2, CrO 2. 前記遮光層は、少なくともRh酸化物を有してなる請求項1乃至12のうちのいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。 The light-shielding layer, a semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 12 comprising at least Rh oxide.
JP2003427716A 2001-05-31 2003-12-24 Semiconductor laser element Expired - Fee Related JP4370904B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003427716A JP4370904B2 (en) 2001-05-31 2003-12-24 Semiconductor laser element

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001165543 2001-05-31
JP2001269407 2001-09-05
JP2001361674 2001-11-27
JP2001378783 2001-12-12
JP2003427716A JP4370904B2 (en) 2001-05-31 2003-12-24 Semiconductor laser element

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003504522A Division JP4370911B2 (en) 2001-05-31 2002-05-31 Semiconductor laser element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004111997A JP2004111997A (en) 2004-04-08
JP4370904B2 true JP4370904B2 (en) 2009-11-25

Family

ID=32303776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003427716A Expired - Fee Related JP4370904B2 (en) 2001-05-31 2003-12-24 Semiconductor laser element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4370904B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005322698A (en) * 2004-05-06 2005-11-17 Denso Corp Semiconductor laser element and its fabrication process
WO2005122289A1 (en) * 2004-06-09 2005-12-22 Showa Denko K.K. Gallium nitride-based semiconductor stacked structure
JP4889930B2 (en) * 2004-08-27 2012-03-07 シャープ株式会社 Manufacturing method of nitride semiconductor laser device
JP4917031B2 (en) * 2005-06-16 2012-04-18 シャープ株式会社 Nitride semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4963060B2 (en) 2005-11-30 2012-06-27 シャープ株式会社 Nitride-based semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP2008218523A (en) * 2007-02-28 2008-09-18 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004111997A (en) 2004-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4370911B2 (en) Semiconductor laser element
JP4816436B2 (en) Semiconductor laser element
JP3803696B2 (en) Nitride semiconductor device
JP4696522B2 (en) Semiconductor laser element
WO2001095446A1 (en) Semiconductor laser device, and method of manufacturing the same
US7609737B2 (en) Nitride semiconductor laser element
US7830940B2 (en) Nitride semiconductor laser element having nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor layer laminated thereon with nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor layer having recesses formed in high dislocation density region of nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor layer having portions with different film thicknesses
JP4529372B2 (en) Semiconductor laser element
JP3716974B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4665394B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP4370904B2 (en) Semiconductor laser element
JP4457549B2 (en) Nitride semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP5002976B2 (en) Nitride semiconductor device
JP3888080B2 (en) Semiconductor laser element
JP4626143B2 (en) Semiconductor laser device manufacturing method and semiconductor laser device
JP2005101536A (en) Nitride semiconductor laser element
JP5010096B2 (en) Nitride semiconductor laser device and LD device using the same
JP4045792B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP3859069B2 (en) Nitride semiconductor device
JP2002270967A (en) Semiconductor laser element
JP2004140203A (en) Nitride semiconductor laser element and its manufacturing method
JP3849876B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4314758B2 (en) Semiconductor laser element
JP2004172452A (en) Monolithic semiconductor laser array and its manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20031224

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050506

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20060530

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20060530

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060608

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20080131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080603

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080804

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090811

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090824

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120911

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4370904

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120911

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120911

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130911

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees