JP2011077327A - Semiconductor laser integrated element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸を精度よく合わせることができる半導体レーザ集積素子及びその作製方法を提供する。
【解決手段】半導体レーザ集積素子1は、主面11a及び裏面11bを有する窒化ガリウム系半導体基板11と、主面11a上に設けられ、一対の共振端面10a,10bを有する光共振器10と、裏面11b上に設けられ、一対の共振端面50a,50bを有する光共振器50とを備える。主面11a及び裏面11bと、窒化ガリウム系半導体結晶のc面とのなす角は45°以上135°以下であり、光共振器10は、主面11a上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む活性層17を有しており、光共振器50は、裏面11b上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む活性層57を有している。活性層17,57の発光波長のピーク波長は互いに異なる。
【選択図】図1
A semiconductor laser integrated device capable of accurately aligning the optical axes of a plurality of semiconductor laser structures having different output wavelengths and a method for manufacturing the same.
A semiconductor laser integrated device 1 includes a gallium nitride semiconductor substrate 11 having a main surface 11a and a back surface 11b, an optical resonator 10 provided on the main surface 11a and having a pair of resonance end surfaces 10a and 10b, And an optical resonator 50 provided on the back surface 11b and having a pair of resonance end faces 50a and 50b. The angle formed between the main surface 11a and the back surface 11b and the c-plane of the gallium nitride based semiconductor crystal is 45 ° or more and 135 ° or less, and the optical resonator 10 has an active layer 17 containing indium epitaxially grown on the main surface 11a. The optical resonator 50 has an active layer 57 containing indium epitaxially grown on the back surface 11b. The peak wavelengths of the emission wavelengths of the active layers 17 and 57 are different from each other.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体レーザ集積素子及びその作製方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser integrated device and a manufacturing method thereof.
特許文献1には、青色、緑色、赤色等の各波長のうち、少なくとも2波長の発振波長を有するレーザ発光装置が記載されている。この特許文献1に記載されたレーザ発光装置は、非極性面または半極性面を結晶成長の主面とするGaN系半導体レーザダイオードと、AlInGaP系半導体レーザダイオードとを備えており、これらの半導体レーザダイオードが支持基板上にボンディングされて実装されている。
また、特許文献2には、GaN基板と、GaN基板上での結晶成長により形成された第1のレーザ構造部と、当該GaN基板とは異なる基板上での結晶成長により形成された後に上記GaN基板上に実装された一又は複数の第2のレーザ構造部とを備える多波長レーザが記載されている。
近年、緑色の発振波長を有する半導体レーザが実用化されつつあることに伴い、青色、緑色、及び赤色といった互いに異なる出力波長を有する複数の半導体レーザ構造を一つの素子に集積させる方式が研究されている。例えば、特許文献1や特許文献2に記載された方式では、まず互いに出力波長が異なる複数の半導体レーザ素子を個別に形成し、これらの半導体レーザ素子を一つの基板上に実装することで集積化を図っている。しかしながら、このような方式では、複数の微細な半導体レーザ素子を、互いの光軸を合わせながら一つの基板上に実装することが極めて難しいという問題がある。
In recent years, as semiconductor lasers having a green oscillation wavelength have been put into practical use, a method of integrating a plurality of semiconductor laser structures having different output wavelengths such as blue, green, and red into one element has been studied. Yes. For example, in the methods described in
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸を精度よく合わせることができる半導体レーザ集積素子及びその作製方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a semiconductor laser integrated device capable of accurately aligning the optical axes of a plurality of semiconductor laser structures having different output wavelengths and a method for manufacturing the same. Objective.
上記した課題を解決するために、本発明による半導体レーザ集積素子は、主面及び主面に沿った裏面を有する窒化ガリウム系半導体基板と、窒化ガリウム系半導体基板の主面上に設けられ、一対の共振端面を有する第1の光共振器と、窒化ガリウム系半導体基板の裏面上に設けられ、一対の共振端面を有する第2の光共振器とを備え、窒化ガリウム系半導体基板の主面及び裏面と、窒化ガリウム系半導体結晶のc面とのなす角が45°以上135°以下であり、第1の光共振器は、窒化ガリウム系半導体基板の主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第1の活性層を有しており、第2の光共振器は、窒化ガリウム系半導体基板の裏面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第2の活性層を有しており、第1の活性層の発光波長のピーク波長と、第2の活性層の発光波長のピーク波長とが互いに異なることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser integrated device according to the present invention is provided on a main surface of a gallium nitride semiconductor substrate having a main surface and a back surface along the main surface, and a main surface of the gallium nitride semiconductor substrate. And a second optical resonator having a pair of resonant end faces provided on the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate, a main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate, The angle formed between the back surface and the c-plane of the gallium nitride based semiconductor crystal is not less than 45 ° and not more than 135 °, and the first optical resonator includes a first optical resonator containing indium epitaxially grown on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate. The second optical resonator has a second active layer containing indium epitaxially grown on the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate. Light emission The peak wavelength of the wavelength is different from the peak wavelength of the emission wavelength of the second active layer.
また、本発明による半導体レーザ集積素子の作製方法は、主面及び主面に沿った裏面を有し、主面及び裏面と窒化ガリウム系半導体結晶のc面とのなす角が45°以上135°以下である窒化ガリウム系半導体基板の主面上に、インジウムを含む第1の活性層を有する第1の半導体積層部をエピタキシャル成長させる工程と、第1の半導体積層部上に保護膜を形成する工程と、窒化ガリウム系半導体基板の裏面上に、インジウムを含む第2の活性層を有する第2の半導体積層部をエピタキシャル成長させる工程と、保護膜を除去したのち、第1の半導体積層部に第1の光導波路構造を形成するとともに、第2の半導体積層部に第2の光導波路構造を形成する工程と、窒化ガリウム系半導体基板を劈開して、第1の光導波路構造と一対の共振端面とを有する第1の光共振器、及び第2の光導波路構造と一対の共振端面とを有する第2の光共振器を形成する工程とを備え、第1の活性層の発光波長と、第2の活性層の発光波長とが互いに異なることを特徴とする。 The method for fabricating a semiconductor laser integrated device according to the present invention has a main surface and a back surface along the main surface, and an angle formed between the main surface and the back surface and the c-plane of the gallium nitride semiconductor crystal is 45 ° or more and 135 °. A step of epitaxially growing a first semiconductor stacked portion having a first active layer containing indium on a main surface of a gallium nitride based semiconductor substrate, and a step of forming a protective film on the first semiconductor stacked portion And a step of epitaxially growing a second semiconductor laminated portion having a second active layer containing indium on the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate, and after removing the protective film, the first semiconductor laminated portion has a first And forming the second optical waveguide structure in the second semiconductor laminate, and cleaving the gallium nitride based semiconductor substrate to form the first optical waveguide structure and a pair of resonance end faces And a step of forming a second optical resonator having a second optical waveguide structure and a pair of resonant end faces, the emission wavelength of the first active layer, The emission wavelengths of the two active layers are different from each other.
上記半導体レーザ集積素子及びその作製方法においては、窒化ガリウム系半導体基板の主面及び裏面のそれぞれに、光共振器が設けられる。主面及び裏面と窒化ガリウム系半導体結晶のc面とのなす角が45°以上135°以下であり、主面及び裏面は非極性面(半極性面または無極性面)である為、これらの面上にインジウムを含むIII−V族化合物半導体からなる活性層を成長させることで、結晶構造の歪みに起因するピエゾ電界を低減し、発光効率を高めることができる。 In the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, an optical resonator is provided on each of the main surface and the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate. The angle formed between the main surface and the back surface and the c-plane of the gallium nitride semiconductor crystal is 45 ° or more and 135 ° or less, and the main surface and the back surface are nonpolar surfaces (semipolar surfaces or nonpolar surfaces). By growing an active layer made of a group III-V compound semiconductor containing indium on the surface, a piezo electric field due to distortion of the crystal structure can be reduced and luminous efficiency can be increased.
また、上記半導体レーザ集積素子及びその作製方法では、一枚の窒化ガリウム系半導体基板の主面上及び裏面上に活性層が設けられるが、この場合、主面及び裏面のそれぞれにおいて活性層等を結晶成長させ、通常の半導体プロセスを用いて半導体レーザ構造を形成することが可能である。したがって、別基板上に成長させた半導体レーザ素子を実装する従来のものと比較して、半導体レーザ構造同士の位置合わせを精度良く行うことができる。また、第1の活性層の発光波長のピーク波長と、第2の活性層の発光波長のピーク波長とが互いに異なるので、これらの半導体レーザ構造の出力波長を互いに異ならせることができる。すなわち、上記半導体レーザ集積素子及びその作製方法によれば、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸を精度よく合わせることができる。 In the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, an active layer is provided on the main surface and the back surface of a single gallium nitride semiconductor substrate. In this case, an active layer or the like is provided on each of the main surface and the back surface. It is possible to grow a crystal and form a semiconductor laser structure using a normal semiconductor process. Therefore, the semiconductor laser structures can be accurately aligned as compared with the conventional one in which the semiconductor laser element grown on another substrate is mounted. Moreover, since the peak wavelength of the emission wavelength of the first active layer and the peak wavelength of the emission wavelength of the second active layer are different from each other, the output wavelengths of these semiconductor laser structures can be made different from each other. That is, according to the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, the optical axes of a plurality of semiconductor laser structures having different output wavelengths can be accurately aligned.
また、半導体レーザ集積素子及びその作製方法は、窒化ガリウム系半導体基板の主面及び裏面が、窒化ガリウム系半導体結晶のc面に対し、m軸方向に63°以上80°以下又は100°以上117°以下の範囲内で傾斜した半極性面であることが好ましい。 Further, in the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, the main surface and the back surface of the gallium nitride semiconductor substrate are 63 ° to 80 ° or 100 ° to 117 ° in the m-axis direction with respect to the c-plane of the gallium nitride semiconductor crystal. It is preferably a semipolar plane inclined within a range of 0 ° or less.
また、半導体レーザ集積素子及びその作製方法は、窒化ガリウム系半導体基板の主面が窒化ガリウム系半導体結晶の{H,0,−H,L}面(但し、H及びLは自然数)であり、窒化ガリウム系半導体基板の裏面が窒化ガリウム系半導体結晶の{−H,0,H,−L}面であり、第2の活性層のインジウム組成が、第1の活性層のインジウム組成より大きいことを特徴としてもよい。窒化ガリウム系半導体基板の主面が窒化ガリウム系半導体結晶の{H,0,−H,L}面である場合、裏面となる{−H,0,H,−L}面の方が主面よりインジウムの取り込み度合いが高い。したがって、裏面上の第2の活性層のインジウム組成を主面上の第1の活性層のインジウム組成より大きくすることで、発光波長のピーク波長が互いに異なる第1及び第2の活性層を好適に得ることができる。 In the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is the {H, 0, -H, L} plane (where H and L are natural numbers) of the gallium nitride based semiconductor crystal, The back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is the {-H, 0, H, -L} plane of the gallium nitride based semiconductor crystal, and the indium composition of the second active layer is larger than the indium composition of the first active layer. May be a feature. When the main surface of the gallium nitride semiconductor substrate is the {H, 0, -H, L} plane of the gallium nitride semiconductor crystal, the {-H, 0, H, -L} plane serving as the back surface is the main surface. The degree of indium uptake is higher. Accordingly, by making the indium composition of the second active layer on the back surface larger than the indium composition of the first active layer on the main surface, the first and second active layers having different peak wavelengths of the emission wavelength are suitable. Can get to.
そして、例えば第1の活性層の発光波長のピーク波長が430[nm]以上480[nm]以下であり、第2の活性層の発光波長のピーク波長が500[nm]以上550[nm]以下であることによって、青色のレーザ光、及び緑色のレーザ光を出力できる半導体レーザ集積素子を得ることができる。 For example, the peak wavelength of the emission wavelength of the first active layer is 430 [nm] or more and 480 [nm] or less, and the peak wavelength of the emission wavelength of the second active layer is 500 [nm] or more and 550 [nm] or less. Thus, a semiconductor laser integrated device capable of outputting blue laser light and green laser light can be obtained.
また、半導体レーザ集積素子及びその作製方法は、窒化ガリウム系半導体基板の主面及び裏面が、窒化ガリウム系半導体結晶のc面に対し、a軸方向に59°以上80°以下又は100°以上121°以下の範囲内で傾斜した半極性面であることが好ましい。 Further, in the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, the main surface and the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate are 59 ° to 80 ° or 100 ° to 121 ° in the a-axis direction with respect to the c-plane of the gallium nitride based semiconductor crystal. It is preferably a semipolar plane inclined within a range of 0 ° or less.
また、半導体レーザ集積素子及びその作製方法は、窒化ガリウム系半導体基板の主面が窒化ガリウム系半導体結晶の{−H,−H,2H,−L}面(但し、H及びLは自然数)であり、窒化ガリウム系半導体基板の裏面が窒化ガリウム系半導体結晶の{H,H,−2H,L}面であり、第2の活性層のインジウム組成が、第1の活性層のインジウム組成より大きいことを特徴としてもよい。窒化ガリウム系半導体基板の主面が窒化ガリウム系半導体結晶の{−H,−H,2H,−L}面である場合、裏面となる{H,H,−2H,L}面の方が主面よりインジウムの取り込み度合いが高い。したがって、裏面上の第2の活性層のインジウム組成を主面上の第1の活性層のインジウム組成より大きくすることで、発光波長のピーク波長が互いに異なる第1及び第2の活性層を好適に得ることができる。 Further, in the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof, the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is the {-H, -H, 2H, -L} plane of the gallium nitride based semiconductor crystal (where H and L are natural numbers). The back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is the {H, H, -2H, L} plane of the gallium nitride based semiconductor crystal, and the indium composition of the second active layer is larger than the indium composition of the first active layer This may be a feature. When the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is the {-H, -H, 2H, -L} surface of the gallium nitride based semiconductor crystal, the {H, H, -2H, L} surface which is the back surface is the main surface. The degree of indium uptake is higher than the surface. Accordingly, by making the indium composition of the second active layer on the back surface larger than the indium composition of the first active layer on the main surface, the first and second active layers having different peak wavelengths of the emission wavelength are suitable. Can get to.
そして、例えば第1の活性層の発光波長のピーク波長が430[nm]以上480[nm]以下であり、第2の活性層の発光波長のピーク波長が500[nm]以上550[nm]以下であることによって、青色のレーザ光、及び緑色のレーザ光を出力できる半導体レーザ集積素子を得ることができる。 For example, the peak wavelength of the emission wavelength of the first active layer is 430 [nm] or more and 480 [nm] or less, and the peak wavelength of the emission wavelength of the second active layer is 500 [nm] or more and 550 [nm] or less. Thus, a semiconductor laser integrated device capable of outputting blue laser light and green laser light can be obtained.
また、半導体レーザ集積素子は、第1及び第2の光共振器の光導波方向が、窒化ガリウム系半導体結晶のc軸を主面及び裏面に投影した方向に沿って延びていることが好ましい。同様に、半導体レーザ集積素子の作製方法は、第1及び第2の光導波路構造を形成する工程において、第1及び第2の光導波路構造の光導波方向が、窒化ガリウム系半導体結晶のc軸を主面及び裏面に投影した方向に沿って延びるように第1及び第2の光導波路構造を形成することが好ましい。 In the semiconductor laser integrated device, it is preferable that the optical waveguide directions of the first and second optical resonators extend along the direction in which the c-axis of the gallium nitride based semiconductor crystal is projected onto the main surface and the back surface. Similarly, in the method of manufacturing the semiconductor laser integrated device, in the step of forming the first and second optical waveguide structures, the optical waveguide direction of the first and second optical waveguide structures is the c-axis of the gallium nitride based semiconductor crystal. It is preferable to form the first and second optical waveguide structures so as to extend along the directions projected onto the main surface and the back surface.
また、半導体レーザ集積素子は、窒化ガリウム系半導体基板の主面及び裏面の法線方向から見て、第1の光共振器の光導波方向と第2の光共振器の光導波方向とが互いに成す角は2°以下であることを特徴としてもよい。同様に、半導体レーザ集積素子の作製方法は、第1及び第2の光導波路構造を形成する工程において、窒化ガリウム系半導体基板の主面及び裏面の法線方向から見て、第1の光導波路構造の光導波方向と第2の光導波路構造の光導波方向とが互いに成す角を2°以下とすることを特徴としてもよい。上述した本発明による半導体レーザ集積素子及びその作製方法によれば、このように複数の半導体レーザ構造の光軸が精度よく合わせられた半導体レーザ集積素子を提供できる。 In addition, the semiconductor laser integrated device has the optical waveguide direction of the first optical resonator and the optical waveguide direction of the second optical resonator as viewed from the normal direction of the main surface and the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate. The formed angle may be 2 ° or less. Similarly, the semiconductor laser integrated device manufacturing method includes the first optical waveguide in the first and second optical waveguide structure forming steps when viewed from the normal direction of the main surface and the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate. The angle formed by the optical waveguide direction of the structure and the optical waveguide direction of the second optical waveguide structure may be 2 ° or less. According to the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof according to the present invention described above, it is possible to provide a semiconductor laser integrated device in which the optical axes of the plurality of semiconductor laser structures are accurately aligned.
本発明による半導体レーザ集積素子及びその作製方法によれば、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸を精度よく合わせることができる。 According to the semiconductor laser integrated device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the optical axes of a plurality of semiconductor laser structures having different output wavelengths can be aligned with high accuracy.
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザ集積素子及びその作製方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of a semiconductor laser integrated device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1及び図2は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ集積素子の構造を概略的に示す図面である。図1,図2を参照しながら、430[nm]以上480[nm]以下の波長のレーザ光、及び500[nm]以上550[nm]以下の波長のレーザ光をそれぞれ出力する複数の半導体レーザ構造を備える半導体レーザ集積素子1を説明する。
1 and 2 are drawings schematically showing the structure of a semiconductor laser integrated device according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, a plurality of semiconductor lasers each outputting laser light having a wavelength of 430 [nm] or more and 480 [nm] or less and laser light having a wavelength of 500 [nm] or more and 550 [nm] or less. A semiconductor laser integrated
半導体レーザ集積素子1は、窒化ガリウム系半導体基板11を備える。窒化ガリウム系半導体基板11は窒化ガリウム系半導体InSAlTGa1−S−TN(0≦S<1、0≦T<1、0≦S+T<1)からなり、例えばGaN等からなることができる。窒化ガリウム系半導体基板11は、主面11a、及び主面11aに沿った裏面11bを有する。主面11a及び裏面11bは、窒化ガリウム系半導体結晶のc面に対して傾斜している。
The semiconductor laser integrated
図2に示されるように、この主面11a及び裏面11bの傾斜角は、法線軸Nxを示す法線ベクトルNV1(主面11a)及びNV2(裏面11b)と、c軸方向を示すc軸ベクトルVCとの成す角度α1,α2によって規定される。これらの角度α1,α2は、窒化ガリウム系半導体結晶のc軸に直交する基準平面Rx(すなわち{0001}面又は{000−1}面)に対して45°以上135°以下の範囲内にあることができる。窒化ガリウム系半導体基板11は例えばGaNであることができ、この角度範囲によればGaNの非極性(半極性または無極性)の性質を提供できる。
As shown in FIG. 2, the inclination angles of the
さらに、主面11a及び裏面11bは、窒化ガリウム系半導体結晶のc面に対してm軸又はa軸の方向に傾斜していることが好ましい。m軸の方向に傾斜している場合、傾斜角α1及びα2は63°以上80°以下又は100°以上117°以下の範囲内にあることが好ましい。また、a軸の方向に傾斜している場合、傾斜角α1及びα2は59°以上80°以下又は100°以上121°以下の範囲内にあることが好ましい。主面11a及び裏面11bが半極性面となるこれらの角度範囲によれば、500[nm]以上550[nm]以下といった長波長の光を発生するための活性層に好適なインジウム組成のInGaN層を提供できる。
Furthermore, the
主面11a及び裏面11bがm軸方向に上記傾斜角範囲でもって傾斜している例としては、主面11aは窒化ガリウム系半導体結晶の{H,0,−H,L}面(但し、H及びLは自然数)であることができ、裏面11bは窒化ガリウム系半導体結晶の{−H,0,H,−L}面であることができる。主面11aが窒化ガリウム系半導体結晶の{2,0,−2,1}面であり、裏面11bが窒化ガリウム系半導体結晶の{−2,0,2,−1}面である場合、c面に対する主面11aの傾斜角α1は75°であり、c面に対する裏面11bの傾斜角α2は105°である。
As an example in which the
また、主面11a及び裏面11bがa軸方向に上記傾斜角範囲でもって傾斜している例としては、主面11aは窒化ガリウム系半導体結晶の{−H,−H,2H,−L}面(但し、H及びLは自然数)であることができ、裏面11bは窒化ガリウム系半導体結晶の{H,H,−2H,L}面であることができる。主面11aが窒化ガリウム系半導体結晶の{1,1,−2,1}面であり、裏面11bが窒化ガリウム系半導体結晶の{−1,−1,2,−1}面である場合、c面に対する主面11aの傾斜角α1は73°であり、c面に対する裏面11bの傾斜角α2は107°である。
Further, as an example in which the
本実施形態の半導体レーザ集積素子1は、窒化ガリウム系半導体基板11の主面11a上にエピタキシャル成長により形成された第1の半導体レーザ構造1Aと、窒化ガリウム系半導体基板11の裏面11b上にエピタキシャル成長により形成された第2の半導体レーザ構造1Bとを備える。第1の半導体レーザ構造1Aは、一対の共振端面10a,10bを有する第1の光共振器10を有し、第2の半導体レーザ構造1Bは、一対の共振端面50a,50bを有する第2の光共振器50を有する。第1の半導体レーザ構造1Aは430[nm]以上480[nm]以下といった波長範囲のレーザ光を出力し、第2の半導体レーザ構造1Bは500[nm]以上550[nm]以下といった波長範囲のレーザ光を出力する。
The semiconductor laser integrated
第1の半導体レーザ構造1Aは、窒化ガリウム系半導体基板11の主面11a上に設けられたn型半導体層13と、n型半導体層13上に設けられたn型クラッド層15と、n型クラッド層15上に設けられた活性層17と、活性層17上に設けられたp型クラッド層19とを備える。また、第2の半導体レーザ構造1Bは、窒化ガリウム系半導体基板11の裏面11b上に設けられたn型クラッド層55と、n型クラッド層55上に設けられた活性層57と、活性層57上に設けられたp型クラッド層59とを備える。
The first
n型半導体層13はn型(第1導電型)の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばGaNからなることができる。n型半導体層13の厚さは例えば1000[nm]である。n型クラッド層15及び55は、それぞれ第1、第2の光共振器10,50の一部を構成する。n型クラッド層15,55はn型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばGaN、AlGaN、InAlGaN等からなることができる。n型クラッド層15,55の厚さは例えば1200[nm]である。p型クラッド層19及び59は、それぞれ第1、第2の光共振器10,50の一部を構成する。p型クラッド層19,59はp型(第2導電型)の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばGaN、AlGaN、InAlGaN等からなることができる。p型クラッド層19,59の厚さは例えば400[nm]である。
The n-
活性層17は、本実施形態における第1の活性層であり、第1の光共振器10の一部を構成する。活性層57は、本実施形態における第2の活性層であり、第2の光共振器50の一部を構成する。活性層17,57は、単一層からなることができ、或いは量子井戸構造を有することができる。必要な場合には、量子井戸構造は、交互に配列された井戸層及び障壁層を含むことができる。井戸層はインジウムを含むIII−V族化合物半導体、例えばInGaN等からなることができ、障壁層は井戸層よりバンドギャップエネルギーの大きいInGaN又はGaN等からなることができる。一実施例では、井戸層(InGaN)の厚さは例えば3[nm]であり、障壁層(GaN)の厚さは例えば15[nm]であり、井戸層の数は例えば2つであることができる。活性層17,57の発光波長は、井戸層のバンドギャップやインジウム組成、その厚さ等によって制御される。活性層17及び57は発光波長のピーク波長が互いに異なっており、活性層17は波長430[nm]以上480[nm]以下の範囲のピーク波長を有する青色光を発生するようなインジウム組成とされることができ、活性層57は波長500[nm]以上550[nm]以下の範囲のピーク波長を有する緑色光を発生するようなインジウム組成とされることができる。この場合、活性層57の井戸層のインジウム組成は、活性層17の井戸層のインジウム組成より大きい。
The
ここで、主面11aが窒化ガリウム系半導体結晶の{H,0,−H,L}面であり、裏面11bが窒化ガリウム系半導体結晶の{−H,0,H,−L}面である場合、{H,0,−H,L}面より{−H,0,H,−L}面の方がその上に成長される半導体層のインジウムの取り込み度合いが高い。したがって、上述したように裏面11b上に形成される活性層57の井戸層のインジウム組成を、主面11a上に形成される活性層17の井戸層のインジウム組成より大きくすることが容易にできる。また、主面11aが窒化ガリウム系半導体結晶の{−H,−H,2H,−L}面であり、裏面11bが窒化ガリウム系半導体結晶の{H,H,−2H,L}面である場合、{−H,−H,2H,−L}より{H,H,−2H,L}面の方がその上に成長される半導体層のインジウムの取り込み度合いが高い。したがって、上述したように裏面11b上に形成される活性層57の井戸層のインジウム組成を、主面11a上に形成される活性層17の井戸層のインジウム組成より大きくすることが容易にできる。
Here, the
また、第1の半導体レーザ構造1Aは、n型クラッド層15と活性層17との間に、第1光ガイド層21を更に備える。同様に、第2の半導体レーザ構造1Bは、n型クラッド層55と活性層57との間に、第1光ガイド層61を更に備える。また、第1の半導体レーザ構造1Aは、活性層17とp型クラッド層19との間に、第2光ガイド層23を更に備える。同様に、第2の半導体レーザ構造1Bは、活性層57とp型クラッド層59との間に、第2光ガイド層63を更に備える。第1光ガイド層21,61及び第2光ガイド層23,63は、窒化ガリウム系半導体基板11に光を逃がすことなく活性層17,57付近に光を閉じ込め、しきい値電流を低減する為に設けられる。
The first
第1光ガイド層21は、GaN又はInGaNからなる第1の層31と、InGaNからなる第2の層33とを含むことができる。第1の層31はn型クラッド層15上に設けられ、第2の層33は第1の層31と活性層17との間に設けられる。また、第1光ガイド層61は、GaN又はInGaNからなる第1の層71と、InGaNからなる第2の層73とを含むことができる。第1の層71はn型クラッド層55上に設けられ、第2の層73は第1の層71と活性層57との間に設けられる。
The first
なお、第2の層33のインジウム組成は、第1の層31のインジウム組成より大きく、活性層17内のInGaN井戸層のインジウム組成より小さい。同様に、第2の層73のインジウム組成は、第1の層71のインジウム組成より大きく、活性層57内のInGaN井戸層のインジウム組成より小さい。一実施例では、第1の層31,71はn型GaNからなり、第2の層33,73はn型InGaNからなることができる。第1の層31,71の厚さは例えば200[nm]であり、第2の層33,73の厚さは例えば65[nm]である。
The indium composition of the
第2光ガイド層23は、GaN又はInGaNからなる第1の層35と、InGaNからなる第2の層37とを含むことができる。第1の層35は活性層17上に設けられ、第2の層37は活性層17と第1の層35との間に設けられる。また、第2光ガイド層63は、GaN又はInGaNからなる第1の層75と、InGaNからなる第2の層77とを含むことができる。第1の層75は活性層57上に設けられ、第2の層77は活性層57と第1の層75との間に設けられる。
The second
なお、第2の層37のインジウム組成は、第1の層35のインジウム組成より大きく、活性層17内のInGaN井戸層のインジウム組成より小さい。同様に、第2の層77のインジウム組成は、第1の層75のインジウム組成より大きく、活性層57内のInGaN井戸層のインジウム組成より小さい。一実施例では、第1の層35,75はp型GaNからなり、第2の層37,77はアンドープInGaNからなる。第1の層35,75の厚さは例えば200[nm]であり、第2の層37,77の厚さは例えば65[nm]である。
The indium composition of the
第1の半導体レーザ構造1Aは、電子ブロック層27を更に備える。電子ブロック層27は、第2光ガイド層23を層厚方向に二分割するように設けられており、本実施形態では、第1の層35と第2の層37との間に設けられている。また、第2の半導体レーザ構造1Bは、電子ブロック層67を更に備える。電子ブロック層67は、第2光ガイド層63を層厚方向に二分割するように設けられており、本実施形態では、第1の層75と第2の層77との間に設けられている。電子ブロック層27,67は例えばp型AlGaNからなることができる。電子ブロック層27,67の厚さは例えば20[nm]である。
The first
第1の半導体レーザ構造1A及び第2の半導体レーザ構造1Bのそれぞれは、p型クラッド層19,59上に設けられたp型コンタクト層41,81を更に備える。p型コンタクト層41,81は、例えばGaN、AlGaN等からなることができる。p型クラッド層19の一部、及びp型コンタクト層41は所定の光導波方向に延びるリッジ形状をしており、該リッジ形状の側面およびp型クラッド層19の表面は絶縁膜47によって覆われている。同様に、p型クラッド層59の一部、及びp型コンタクト層81は所定の光導波方向に延びるリッジ形状をしており、該リッジ形状の側面およびp型クラッド層59の表面は絶縁膜87によって覆われている。
Each of the first
これらのリッジの延伸方向、すなわち第1及び第2の光共振器10,50の光導波方向は、窒化ガリウム系半導体結晶のc軸を主面11a及び裏面11bに投影した方向に沿って延びている。また、第1の光共振器10のリッジ、及び第2の光共振器50のリッジは、一枚の窒化ガリウム系半導体基板11上においてエッチング等により形成されることができるので、これらのリッジ同士の位置合わせは容易であり、例えば窒化ガリウム系半導体基板11の主面11a及び裏面11bの法線方向(換言すれば、窒化ガリウム系半導体基板11の厚さ方向)から見て、第1の光共振器10の光導波方向と第2の光共振器50の光導波方向とが互いに成す角を2°以下とすることが可能である。
The extending directions of these ridges, that is, the optical waveguide directions of the first and second
第1の半導体レーザ構造1Aは、アノード電極45を更に備える。アノード電極45は第1の光共振器10のリッジ上に設けられており、絶縁膜47の開口を介してp型コンタクト層41に接触している。また、第2の半導体レーザ構造1Bは、アノード電極85を更に備える。アノード電極85は第2の光共振器50のリッジ上に設けられており、絶縁膜87の開口を介してp型コンタクト層81に接触している。
The first
半導体レーザ集積素子1は、カソード電極99を更に備える。カソード電極99は、第1の半導体レーザ構造1A及び第2の半導体レーザ構造1Bに共通のカソード電極であり、窒化ガリウム系半導体基板11の側面11c上に設けられる。この側面11cは、第1及び第2の光共振器10,50の光導波方向に沿った、窒化ガリウム系半導体基板11の側面である。
The semiconductor laser integrated
以上の構成を備える半導体レーザ集積素子1の作製方法について、以下に説明する。なお、各半導体層は有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長されるものとし、原料には、トリメチルガリウム(TMGa)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルインジウム(TMIn)、アンモニア(NH3)、及びシラン(SiH4)を用いる。
A method for manufacturing the semiconductor laser integrated
まず、図3(a)に示すように、ウェハ状の窒化ガリウム系半導体基板101を準備する。窒化ガリウム系半導体基板101は、半導体レーザ集積素子1において窒化ガリウム系半導体基板11となるものであり、その組成や主面101a及び裏面101bの面方位は前述した窒化ガリウム系半導体基板11と同じである。本実施形態では、例えば、窒化ガリウム結晶の(0001)面から、m軸方向に75°傾斜した{20−21}面を主面101aとする窒化ガリウム基板を窒化ガリウム系半導体基板101として用いることができる。なお、この場合、窒化ガリウム系半導体基板101の裏面101bの面方位は{−202−1}となる。窒化ガリウム系半導体基板101は、主面101a上と裏面101b上との相互のアライメント精度を高めるため、その厚さが200[μm]まで薄くされた両面研磨基板であることが好ましい。
First, as shown in FIG. 3A, a wafer-like gallium nitride based
この窒化ガリウム系半導体基板101を、{20−21}面(すなわち主面101a)が成長面となるように反応炉内のサセプタ上に配置した後、以下の成長手順で各半導体層をエピタキシャル成長させる(図3(b)を参照)。まず、GaNといったn型の窒化ガリウム系半導体からなるn型半導体層13を主面101a上にエピタキシャル成長させる。n型半導体層13の厚さは例えば1000[nm]である。次に、InAlGaNといったn型の窒化ガリウム系半導体からなるn型クラッド層15をn型半導体層13上にエピタキシャル成長させる。n型クラッド層15の厚さは例えば1200[nm]である。続いて、第1光ガイド層21を構成する第1の層31及び第2の層33をn型クラッド層15上に順にエピタキシャル成長させる。第1の層31は例えばn型のGaN又はInGaNからなり、第2の層33は例えばアンドープInGaNからなる。第1の層31の厚さは例えば200[nm]であり、第2の層33の厚さは例えば65[nm]である。
After this gallium nitride based
続いて、第1光ガイド層21の第2の層33上に活性層17(第1の活性層)をエピタキシャル成長させる。活性層17の組成や構造は前述したものと同様である。活性層17を例えば多重量子井戸構造とする場合、例えばGaNからなる障壁層(一実施例では厚さ15[nm])と、例えばInGaNからなる井戸層(一実施例では厚さ3[nm])とを交互に成長させる。井戸層の発光波長のピーク波長は例えば440[nm]である。
Subsequently, the active layer 17 (first active layer) is epitaxially grown on the
続いて、第2光ガイド層23を構成する第2の層37と、電子ブロック層27と、第2光ガイド層23を構成する第1の層35とを活性層17上に順にエピタキシャル成長させる。第2の層37は例えばアンドープInGaNからなり、第2の層33は例えばp型のGaN又はInGaNからなる。また、電子ブロック層27は例えばp型AlGaNからなる。第2の層37の厚さは例えば65[nm]であり、電子ブロック層27の厚さは例えば20[nm]であり、第1の層35の厚さは例えば200[nm]である。
Subsequently, the
続いて、p型InAlGaNといったp型の窒化ガリウム系半導体からなるp型クラッド層19を、第1の層35上にエピタキシャル成長させる。p型クラッド層19の厚さは例えば400[nm]である。そして、p型GaNといったp型の窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層41を、p型クラッド層19上にエピタキシャル成長させる。コンタクト層41の厚さは例えば50[nm]である。
Subsequently, a p-
以上の工程を経て、第1の半導体積層部103が主面101a上に形成される。第1の半導体積層部103は、n型半導体層13、n型クラッド層15、第1光ガイド層21、活性層17、第2光ガイド層23、電子ブロック層27、p型クラッド層19、及びコンタクト層41を含む。
Through the above steps, the first semiconductor stacked
続いて、図3(c)に示すように、第1の半導体積層部103上(本実施形態ではコンタクト層41上)に保護膜105を形成する。保護膜105は、例えばSiO2によって構成されることができる。一実施例では、第1の半導体積層部103上に、プラズマCVD法を用いて厚さ500[nm]のSiO2膜を保護膜105として形成する。なお、この保護膜105は、後の工程において窒化ガリウム系半導体基板101の裏面101b上に別の半導体層を成長させる際に、第1の半導体積層部103を保護するために設けられる。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, a
続いて、窒化ガリウム系半導体基板101を裏返し(図4(a))、裏面101bを仕上げ研磨したのち、裏面101bが成長面となるように、窒化ガリウム系半導体基板101を反応炉室内のサセプタ上に配置する。
Subsequently, the gallium nitride based
続いて、第1の半導体積層部103の対応する半導体層と同様の厚さ及び組成でもって、n型クラッド層55、第1光ガイド層61の第1の層31、第1光ガイド層61の第2の層33、活性層57(第2の活性層)、第2光ガイド層63の第2の層37、電子ブロック層67、第2光ガイド層63の第1の層35、p型クラッド層59、及びコンタクト層81をこの順で裏面101b上にエピタキシャル成長させることにより、第2の半導体積層部107を形成する(図4(b))。なお、第2の半導体積層部107では、活性層57の井戸層の発光波長のピーク波長は例えば520[nm]である。
Subsequently, the n-
続いて、第1、第2の半導体積層部103,107が形成された窒化ガリウム系半導体基板101をフッ酸に浸すことにより、保護膜105を除去する。そして、図5(a)に示すように、第1の半導体積層部103上にレジスト膜109を塗布する。また、図5(b)に示すように、第2の半導体積層部107上にもレジスト膜を塗布したのち、通常のフォトリソグラフィ技術により、リッジを形成するためのレジストパターン111を形成する。なお、レジストパターン111の長手方向(すなわち光導波方向)は、窒化ガリウム系半導体基板101のc軸を裏面101bに投影した方向に沿っていることが好ましい。
Subsequently, the
続いて、図6(a)に示すように、例えばレジストパターン111をマスクとして、Cl2を用いたドライエッチングを第2の半導体積層部107に施す。このとき、エッチング深さは例えば450[nm]であり、電子ブロック層67が露出する程度であることが好ましい。これにより、第2の半導体レーザ構造1Bのリッジ形状が形成され、第2の光導波路構造が形成される。
Subsequently, as illustrated in FIG. 6A, for example, dry etching using Cl 2 is performed on the second semiconductor stacked
続いて、図6(b)に示すように、第2の半導体積層部107の表面を覆うように絶縁膜87を形成する。絶縁膜87は、例えばプラズマCVD法によってSiO2を300[nm]の厚さに成膜することにより形成される。その後、アセトンによる超音波洗浄を行い、リッジ上の絶縁膜87をレジストパターン111と共に除去(リフトオフ)して開口部を形成する(図7(a))。
Subsequently, as illustrated in FIG. 6B, an insulating
続いて、図7(b)に示すように、第2の半導体積層部107のリッジ上(すなわちコンタクト層81上)に、アノード電極85を形成する。すなわち、第1の半導体積層部103上にレジスト膜を塗布して第1の半導体積層部103を保護したのち、第2の半導体積層部107の表面にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、第2の半導体積層部107のリッジ部分に開口を有するものである。そして、アノード電極85となるNi及びAu(共に厚さ10[nm])を順に真空蒸着する。その後、アセトンによる超音波洗浄を行い、レジストパターンを除去(リフトオフ)してアノード電極85を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, an
続いて、図8(a)に示すように、第2の半導体積層部107及びアノード電極85をレジスト膜113によって保護した後、窒化ガリウム系半導体基板101を裏返す。そして、図8(b)に示すように、第1の半導体積層部103上に、リッジを形成するためのレジストパターン115を形成する。なお、レジストパターン115の長手方向(すなわち光導波方向)は、窒化ガリウム系半導体基板101のc軸を主面101aに投影した方向に沿っていることが好ましい。また、第2の半導体積層部107に形成されたリッジの長手方向に対し、レジストパターン115の長手方向を合わせ、これらの方向が互いに成す角を2°以下とすることが好ましい。これにより、第1の半導体積層部103の光導波方向と、第2の半導体積層部107の光導波方向とが互いに成す角を2°以下とすることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, after the second semiconductor stacked
続いて、レジストパターン115をマスクとして、Cl2を用いたドライエッチングを第1の半導体積層部103に施す。このとき、エッチング深さは例えば450[nm]であり、電子ブロック層27が露出する程度であることが好ましい。これにより、第1の半導体レーザ構造1Aのリッジ形状が形成され、第1の光導波路構造が形成される。
Subsequently, dry etching using Cl 2 is performed on the first semiconductor stacked
続いて、図9(a)に示すように、第1の半導体積層部103の表面を覆うように絶縁膜47を形成する。絶縁膜47は、例えばプラズマCVD法によってSiO2を300[nm]の厚さに成膜することにより形成される。その後、アセトンによる超音波洗浄を行い、リッジ上の絶縁膜47をレジストパターン115と共に除去(リフトオフ)して開口部を形成する(図9(b))。
Subsequently, as illustrated in FIG. 9A, an insulating
続いて、図10に示すように、第1の半導体積層部103のリッジ上(すなわちコンタクト層41上)に、アノード電極45を形成する。すなわち、第2の半導体積層部107上にレジスト膜を塗布して第2の半導体積層部107を保護したのち、第1の半導体積層部103の表面にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、第1の半導体積層部103のリッジ部分に開口を有するものである。そして、アノード電極45となるNi及びAu(共に厚さ10[nm])を順に真空蒸着する。その後、アセトンによる超音波洗浄を行い、レジストパターンを除去(リフトオフ)してアノード電極45を形成する。
Subsequently, as illustrated in FIG. 10, an
続いて、図11(a)に示すように、第1の半導体積層部103及び第2の半導体積層部107が形成された窒化ガリウム系半導体基板101を、リッジの長手方向と直交する方向にブレーカ117によって劈開(一次劈開)する。これにより、第1の光導波路構造と一対の共振端面10a,10bとを有する第1の光共振器10(図1及び図2を参照)、及び第2の光導波路構造と一対の共振端面50a,50bとを有する第2の光共振器50(図1及び図2を参照)が形成されるとともに、第1の光共振器10を含む第1の半導体レーザ構造1Aと、第2の光共振器50を含む第2の半導体レーザ構造1Bとをそれぞれ複数有する、棒状の半導体レーザバー119が作製される(図11(b))。
Subsequently, as shown in FIG. 11A, the gallium nitride based
続いて、半導体レーザバー119の一対の劈開面の双方に、反射膜を形成する。一般的に、半導体レーザ素子の反射膜は、単一の波長(共振波長)が反射率のピークとなるように、2種類の屈折率の材料を交互に積層して反射率を高める。しかし、本実施形態では、第1の半導体レーザ構造1Aの出力波長(430[nm]以上480[nm]以下)と、第2の半導体レーザ構造1Bの出力波長(500[nm]以上550[nm]以下)との双方に対して高い反射率を実現するため、それぞれの波長域が反射率のピークとなるように、2種類の反射膜を重ねて形成するとよい。
Subsequently, a reflection film is formed on both of the pair of cleavage surfaces of the
続いて、図11(c)に示すように、第1、第2の半導体レーザ構造1A,1Bの光導波方向に沿って、半導体レーザバー119を劈開(二次劈開)する。これにより、一組の第1、第2の半導体レーザ構造1A,1B並びに窒化ガリウム系半導体基板11を備えるチップが作製される。こうして作製されたチップを、図12(a)に示すようにメタルマスク121上に並べる。このメタルマスク121には、カソード電極99(図1)のための複数の開口121aが形成されている。そして、真空蒸着法により、Ti、Al、Ti、及びAuをそれぞれ20[nm]、200[nm]、50[nm]、300[nm]の厚みとなるよう、メタルマスク121の開口121aを介して各チップの窒化ガリウム系半導体基板11の側面に蒸着する。こうして、窒化ガリウム系半導体基板11の側面上にカソード電極99が形成され、本実施形態の半導体レーザ集積素子1が完成する(図12(b))。
Subsequently, as shown in FIG. 11C, the
本実施形態の半導体レーザ集積素子1及びその作製方法による効果について説明する。上述した半導体レーザ集積素子1及びその作製方法においては、窒化ガリウム系半導体基板11の主面11a及び裏面11bのそれぞれに、光共振器10,50が設けられる。主面11a及び裏面11bと窒化ガリウム系半導体結晶のc面とのなす角が45°以上135°以下であり、主面11a及び裏面11bは非極性面(半極性面または無極性面)である為、これらの面上にインジウムを含む活性層17,57を成長させることで、結晶構造の歪みに起因するピエゾ電界を低減し、発光効率を高めることができる。
The effects of the semiconductor laser integrated
また、上述した半導体レーザ集積素子1及びその作製方法では、一枚の窒化ガリウム系半導体基板11の主面11a上及び裏面11b上に活性層17,57が設けられるが、この場合、主面11a上及び裏面11bのそれぞれにおいて活性層17,57を含む半導体積層部103,107を結晶成長させ、通常の半導体プロセスを用いて半導体レーザ構造1A,1Bを形成することが可能である。したがって、別基板上に成長させた半導体レーザ素子を実装する従来のものと比較して、半導体レーザ構造1A,1B同士の位置合わせを精度良く行うことができる。また、活性層17の発光波長のピーク波長と、活性層57の発光波長のピーク波長とが互いに異なるので、これらの半導体レーザ構造1A,1Bの出力波長を互いに異ならせることができる。すなわち、本実施形態の半導体レーザ集積素子1及びその作製方法によれば、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造1A,1Bの光軸を精度よく合わせることができる。
In the semiconductor laser integrated
また、本実施形態においては、窒化ガリウム系半導体基板11の主面11aが窒化ガリウム系半導体結晶の{H,0,−H,L}面であり、裏面11bが窒化ガリウム系半導体結晶の{−H,0,H,−L}面であり、活性層57のインジウム組成が、活性層17のインジウム組成より大きいことが好ましい。前述したように、窒化ガリウム系半導体結晶の{H,0,−H,L}面より{−H,0,H,−L}面の方がインジウムの取り込み度合いが高いので、裏面11b上の活性層57のインジウム組成を主面11a上の活性層17のインジウム組成より大きくすることで、発光波長のピーク波長が互いに異なる活性層17,57を好適に得ることができる。そして、例えば活性層17の発光波長のピーク波長が430[nm]以上480[nm]以下であり、活性層57の発光波長のピーク波長が500[nm]以上550[nm]以下であることによって、青色のレーザ光、及び緑色のレーザ光を出力できる半導体レーザ集積素子1を得ることができる。
In the present embodiment, the
或いは、本実施形態においては、窒化ガリウム系半導体基板11の主面11aが窒化ガリウム系半導体結晶の{−H,−H,2H,−L}面であり、裏面11bが窒化ガリウム系半導体結晶の{H,H,−2H,L}面であってもよい。前述したように、窒化ガリウム系半導体結晶の{−H,−H,2H,−L}面より{H,H,−2H,L}面の方がインジウムの取り込み度合いが高いので、裏面11b上の活性層57のインジウム組成を主面11a上の活性層17のインジウム組成より大きくすることで、発光波長のピーク波長が互いに異なる活性層17,57を好適に得ることができる。そして、例えば活性層17の発光波長のピーク波長が430[nm]以上480[nm]以下であり、活性層57の発光波長のピーク波長が500[nm]以上550[nm]以下であることによって、青色のレーザ光、及び緑色のレーザ光を出力できる半導体レーザ集積素子1を得ることができる。
Alternatively, in the present embodiment, the
また、本実施形態のように、光共振器10,50の各光導波方向は、窒化ガリウム系半導体結晶のc軸を主面11a及び裏面11bに投影した方向に沿って延びていることが好ましい。これにより、光導波方向に垂直な劈開面(共振端面)を容易に形成することができる。
Further, as in this embodiment, the optical waveguide directions of the
また、本実施形態のように、活性層57より発光波長が短い活性層17を有する第1の半導体積層部103を、活性層57を有する第2の半導体積層部107より先にエピタキシャル成長させることが好ましい。このように、インジウム組成が小さく耐熱性が高い活性層17を先に成長させることで、インジウム組成が大きく耐熱性が低い活性層57へのダメージを低減できる。
Further, as in the present embodiment, the first
1…半導体レーザ集積素子、1A…第1の半導体レーザ構造、1B…第2の半導体レーザ構造、10…第1の光共振器、50…第2の光共振器、10a,10b,50a,50b…共振端面、11,101…窒化ガリウム系半導体基板、11a,101a…主面、11b,101b…裏面、11c…側面、13…n型半導体層、15,55…n型クラッド層、17,57…活性層、19,59…p型クラッド層、21,61…第1光ガイド層、23,63…第2光ガイド層、27,67…電子ブロック層、31,71…第1の層、33,73…第2の層、35,75…第1の層、37,77…第2の層、41,81…p型コンタクト層、45,85…アノード電極、47,87…絶縁膜、50…第2の光共振器、99…カソード電極、103…第1の半導体積層部、105…保護膜、107…第2の半導体積層部。
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記窒化ガリウム系半導体基板の前記主面上に設けられ、一対の共振端面を有する第1の光共振器と、
前記窒化ガリウム系半導体基板の前記裏面上に設けられ、一対の共振端面を有する第2の光共振器と
を備え、
前記窒化ガリウム系半導体基板の前記主面及び前記裏面と、窒化ガリウム系半導体結晶のc面とのなす角が45°以上135°以下であり、
前記第1の光共振器は、前記窒化ガリウム系半導体基板の前記主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第1の活性層を有しており、
前記第2の光共振器は、前記窒化ガリウム系半導体基板の前記裏面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第2の活性層を有しており、
前記第1の活性層の発光波長のピーク波長と、前記第2の活性層の発光波長のピーク波長とが互いに異なることを特徴とする、半導体レーザ集積素子。 A gallium nitride based semiconductor substrate having a main surface and a back surface along the main surface;
A first optical resonator provided on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate and having a pair of resonance end faces;
A second optical resonator provided on the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate and having a pair of resonant end faces;
An angle formed by the main surface and the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate and the c plane of the gallium nitride based semiconductor crystal is 45 ° or more and 135 ° or less,
The first optical resonator has a first active layer containing indium epitaxially grown on the main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate,
The second optical resonator has a second active layer containing indium epitaxially grown on the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate,
The semiconductor laser integrated device, wherein a peak wavelength of an emission wavelength of the first active layer and a peak wavelength of an emission wavelength of the second active layer are different from each other.
前記第2の活性層のインジウム組成が、前記第1の活性層のインジウム組成より大きいことを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体レーザ集積素子。 The main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is the {H, 0, -H, L} plane (where H and L are natural numbers) of the gallium nitride based semiconductor crystal, and the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is A {-H, 0, H, -L} plane of a gallium nitride based semiconductor crystal,
3. The semiconductor laser integrated device according to claim 1, wherein the indium composition of the second active layer is larger than the indium composition of the first active layer.
前記第2の活性層のインジウム組成が、前記第1の活性層のインジウム組成より大きいことを特徴とする、請求項1または5に記載の半導体レーザ集積素子。 The main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is a {-H, -H, 2H, -L} plane (where H and L are natural numbers) of the gallium nitride based semiconductor crystal, and the gallium nitride based semiconductor substrate The back surface is the {H, H, -2H, L} plane of the gallium nitride based semiconductor crystal,
6. The semiconductor laser integrated device according to claim 1, wherein the indium composition of the second active layer is larger than the indium composition of the first active layer.
前記第1の半導体積層部上に保護膜を形成する工程と、
前記窒化ガリウム系半導体基板の前記裏面上に、インジウムを含む第2の活性層を有する第2の半導体積層部をエピタキシャル成長させる工程と、
前記保護膜を除去したのち、前記第1の半導体積層部に第1の光導波路構造を形成するとともに、前記第2の半導体積層部に第2の光導波路構造を形成する工程と、
前記窒化ガリウム系半導体基板を劈開して、前記第1の光導波路構造と一対の共振端面とを有する第1の光共振器、及び前記第2の光導波路構造と一対の共振端面とを有する第2の光共振器を形成する工程と
を備え、
前記第1の活性層の発光波長と、前記第2の活性層の発光波長とが互いに異なることを特徴とする、半導体レーザ集積素子の作製方法。 The main surface of the gallium nitride semiconductor substrate having a main surface and a back surface along the main surface, and an angle formed by the main surface and the back surface and the c-plane of the gallium nitride semiconductor crystal is 45 ° or more and 135 ° or less Epitaxially growing a first semiconductor stacked portion having a first active layer containing indium on a surface;
Forming a protective film on the first semiconductor stacked portion;
Epitaxially growing a second semiconductor stacked portion having a second active layer containing indium on the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate;
Forming the first optical waveguide structure in the first semiconductor stacked portion after removing the protective film, and forming the second optical waveguide structure in the second semiconductor stacked portion;
A first optical resonator having the first optical waveguide structure and a pair of resonant end faces, and a second optical waveguide structure and a pair of resonant end faces, cleaved from the gallium nitride based semiconductor substrate. Forming a second optical resonator,
A method of manufacturing a semiconductor laser integrated device, wherein an emission wavelength of the first active layer and an emission wavelength of the second active layer are different from each other.
前記第2の活性層のインジウム組成が、前記第1の活性層のインジウム組成より大きいことを特徴とする、請求項10または11に記載の半導体レーザ集積素子の作製方法。 The main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is the {H, 0, -H, L} plane (where H and L are natural numbers) of the gallium nitride based semiconductor crystal, and the back surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is A {-H, 0, H, -L} plane of a gallium nitride based semiconductor crystal,
12. The method for manufacturing a semiconductor laser integrated device according to claim 10, wherein the indium composition of the second active layer is larger than the indium composition of the first active layer.
前記第2の活性層のインジウム組成が、前記第1の活性層のインジウム組成より大きいことを特徴とする、請求項10または14に記載の半導体レーザ集積素子の作製方法。 The main surface of the gallium nitride based semiconductor substrate is a {-H, -H, 2H, -L} plane (where H and L are natural numbers) of the gallium nitride based semiconductor crystal, and the gallium nitride based semiconductor substrate The back surface is the {H, H, -2H, L} plane of the gallium nitride based semiconductor crystal,
15. The method for manufacturing a semiconductor laser integrated device according to claim 10, wherein the indium composition of the second active layer is larger than the indium composition of the first active layer.
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