(57)【要約】【課題】簡易な製造プロセスにより精度のよいレーザ共振器が形成された半導体レーザ及びその製造方法を提供する。【解決手段】β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板と、基板の所定の面方位で規定される面上に、ウルツ鉱型構造のＧａＮ系化合物の（０００１）面が成長して形成されたエピタキシャル層と、エピタキシャル層の劈開面である（１−１００）面を共振面端面として形成されるレーザ共振器と、を有する半導体レーザ構成とする。【選択図】図１
2008117966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板と、
前記基板の所定の面方位で規定される面上に、ウルツ鉱型構造のＧａＮ系化合物の（０００１）面が成長して形成されたエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の劈開面である（１−１００）面を共振面端面として形成されるレーザ共振器と、
を有する半導体レーザ。
【請求項２】
前記基板の所定の面方位で規定される面は、前記基板の（１００）面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記基板の所定の面方位で規定される面は、前記基板の（００１）面と垂直な面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板を準備する工程と、
前記基板の所定の面方位で規定される面上に、ウルツ鉱型構造のＧａＮ系化合物の（０００１）面を成長させてエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程と、
前記エピタキシャル層の（１−１００）面を劈開してレーザ共振器を形成する共振器形成工程と、
を有する半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
前記基板の所定の面方位で規定される面は、前記基板の（１００）面であることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
前記基板の所定の面方位で規定される面は、前記基板の（００１）面と垂直な面であることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ及びその製造方法に関し、特に、β―Ｇａ２Ｏ３基板を使用した半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザの短波長化は光記録の高密度化や高速かつ大容量の光通信を長距離において可能にするため大いに期待されている。また、光センシングやレーザ加工、ディスプレイ関連の分野においても非常に期待されている。
【０００３】
ここで、従来の半導体レーザとして、サファイア基板上に窒化物半導体から成る複数の層を形成し、レーザ共振器部分を残して他の部分をエッチングにより除去することで、共振器をメサ型に形成した半導体レーザがある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
この構成では、Ｃｌ２ガスを用いて反応性イオンビームエッチングにより半導体レーザのレーザ共振器を形成するので、エッチングレートの高いエッチングが可能となり、また、レーザ共振器端面の鏡面精度を向上させることができる。
【特許文献１】特開平１１−１４５５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の半導体レーザによれば、サファイア基板上に窒化物半導体から成る複数の層を形成しているが、サファイア基板には劈開性がほとんどないため、劈開により共振器端面を形成することが困難である。よってエッチングによりレーザ共振器を形成する必要があり、簡易な製造プロセスにより精度のよいレーザ共振器を形成することが難しいという問題がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、エッチング等によらず劈開により精度のよいレーザ共振器が形成された構成の半導体レーザ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明は、上記の目的を達成するため、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板と、前記基板の所定の面方位で規定される面上に、ウルツ鉱型構造のＧａＮ系化合物の（０００１）面が成長して形成されたエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層の劈開面である（１−１００）面を共振面端面として形成されるレーザ共振器と、を有する半導体レーザを提供する。
【０００８】
［２］前記基板の所定の面方位で規定される面は、前記基板の（１００）面であることを特徴とする上記［１］に記載の半導体レーザであってもよい。
【０００９】
［３］前記基板の所定の面方位で規定される面は、前記基板の（００１）面と垂直な面であることを特徴とする上記［１］に記載の半導体レーザであってもよい。
【００１０】
［４］また、本発明は、上記の目的を達成するため、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板を準備する工程と、前記基板の所定の面方位で規定される面上に、ウルツ鉱型構造のＧａＮ系化合物の（０００１）面を成長させてエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程と、前記エピタキシャル層の（１−１００）面を劈開してレーザ共振器を形成する共振器形成工程と、を有する半導体レーザの製造方法を提供する。
【００１１】
［５］前記基板の所定の面方位で規定される面は、前記基板の（１００）面であることを特徴とする上記［４］に記載の半導体レーザの製造方法であってもよい。
【００１２】
［６］前記基板の所定の面方位で規定される面は、前記基板の（００１）面と垂直な面であることを特徴とする上記［４］に記載の半導体レーザの製造方法であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、簡易な製造プロセスにより精度のよいレーザ共振器が形成された半導体レーザ及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの模式的斜視図である。半導体レーザ１は、ｎ型の導電性を示すβ―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０と、基板１０の上にウルツ鉱型構造のＧａＮ系化合物の（０００１）面が成長して形成されたエピタキシャル層１１と、活性領域１２の両端にエピタキシャル層１１の劈開面である共振器端面１３が形成されたレーザ共振器とを有する。
【００１５】
図２は、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶の結晶方位及び結晶面を示す図である。結晶方位は、ａ軸＜１００＞、ｂ軸＜０１０＞、ｃ軸＜００１＞で、ａ軸とｃ軸は１０３．７°の軸角を成している。本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの基板１０は、上記の結晶方位及び結晶面を有し、ｎ型の導電性を示すものである。
【００１６】
尚、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０は、上記のようにβ―Ｇａ２Ｏ３単結晶からなることを基本とするが、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎからなる群から選ばれる１種以上を添加したＧａを主成分とした酸化物で構成してもよい。これらの元素を添加することにより、格子定数あるいはバンドギャップエネルギーを制御することができる。例えば、ＡｌとＩｎの元素を添加することにより、（ＧａｘＡｌｙＩｎ（１−ｘ−ｙ））２Ｏ３（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされる基板１０を得ることができる。
【００１７】
図３は、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０の（１００）面上へ六方結晶系のＧａＮ系化合物の（０００１）面をエピタキシャル成長させた場合の、それぞれａ軸、ｂ軸、ｃ軸の関係を示すものである。β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶の（００１）面とＧａＮ系化合物の（１−１００）面とが、基板１０の（１００）面上において、一致するので、基板１０とＧａＮ系化合物のエピタキシャル層１１との劈開方向が同じ方向になる。
【００１８】
半導体レーザ１は、図１に示すように、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０の（１００）面上に、ＧａＮバッファ層２１、ｎ−ＧａＮ層２２、ｎ−ＩｎＧａＮ層２３、ｎ−ＡｌＧａＮ層２４、ｎ−ＧａＮ層２５、ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ２６、ｐ−ＡｌＧａＮ層２７、ｐ−ＧａＮ層２８、ｐ−ＡｌＧａＮ層２９、及び、ｐ−ＧａＮ層３０がエピタキシャル層１１として形成されている。また、基板１０のエピタキシャル層１１が形成されていない側の面にｎ電極３１、その反対側の面にｐ電極３２が形成されている。尚、エピタキシャル層１１は、上記の各層の全部または一部を有して構成されるものである。
【００１９】
上記において、主に、ＧａＮバッファ層２１は基板１０との格子不整合を緩和するためのバッファ層、ｎ−ＧａＮ層２２はコンタクト層、ｎ−ＩｎＧａＮ層２３はクラッド層、ｎ−ＡｌＧａＮ層２４は下地層、ｎ−ＧａＮ層２５はガイド層、ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ２６は発光層、ｐ−ＡｌＧａＮ層２７はキャップ層、ｐ−ＧａＮ層２８はガイド層、ｐ−ＡｌＧａＮ層２９はクラッド層、及び、ｐ−ＧａＮ層３０はコンタクト層として機能する。
【００２０】
ｐ電極３２は、図１に示すように、ストライプ型の電極とされ、ストライプ幅により電流狭窄の範囲を規定することにより活性領域１２の範囲を設定している。
【００２１】
ここで、図１に示すように、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０の（１００）面にエピタキシャル層１１が平行に形成されるが、基板１０の（００１）面は（１００）面と１０３．７°の角度を成している。従って、基板１０の劈開面である（００１）面とエピタキシャル層１１の劈開面である（１−１００）面とは、上記の１０３．７°に対応した角度を有するが、劈開性に特に問題は生じない。
【００２２】
半導体レーザ１のレーザ共振器は、活性領域１２を含むエピタキシャル層１１の（１−１００）面、すなわち、エピタキシャル層１１の両端の劈開面を共振器端面１３として形成されている。
【００２３】
尚、図示は省略するが、上記の半導体レーザ１は、ｎ電極３１及びｐ電極３２にワイヤボンディング等により電流供給のための配線が施され、実装のためのパッケージングが施される。
【００２４】
（第１の実施の形態の作用効果）
第１の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を有する。
（１）β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０の（１００）面にＧａＮ系化合物の（０００１）面を成長させているので、劈開面がほぼ同じ方向の面となる。よって劈開を利用して、容易に良質な共振器端面１３が得られる。
（２）β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０は、導電性を有するので電極をエピタキシャル層１１の側とそれと反対側の基板１０に設けた垂直構造とすることが可能となるので、半導体レーザの簡易的な製造プロセスにより作製することが可能となる。
（３）β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０は、ＧａＮと熱膨張率が非常に近いため、プロセス中の基板１０の反りの影響が少なく、基板１０の全体に亘って均一なエピタキシャル層１１が得られ歩留まりが向上する。
【００２５】
以上から、従来技術で実施されている、例えば、サファイア基板をレーザリフト法により除去してＳｉ基板等へ貼りかえる必要等がなく、劈開を利用して簡易な製造プロセスにより精度のよいレーザ共振器が形成された半導体レーザが可能となる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの模式的斜視図である。第１の実施の形態と異なるところとして、第２の実施の形態では、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板５０の（００１）面に垂直な面に、ＧａＮバッファ層２１、ｎ−ＧａＮ層２２、ｎ−ＩｎＧａＮ層２３、ｎ−ＡｌＧａＮ層２４、ｎ−ＧａＮ層２５、ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ２６、ｐ−ＡｌＧａＮ層２７、ｐ−ＧａＮ層２８、ｐ−ＡｌＧａＮ層２９、及び、ｐ−ＧａＮ層３０をエピタキシャル層１１として形成している。その他、ｎ電極３１、ｐ電極３２等の構成は第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００２７】
図４において、基板５０の（００１）面は、エピタキシャル層の成長面と９０°の角度を成している。従って、基板５０の劈開面である（００１）面とエピタキシャル層１１の劈開面である（１−１００）面とは、同一の方向の面となっている。
【００２８】
（第２の実施の形態の作用効果）
第２の実施の形態によれば、基板５０の（００１）面に垂直な面上にエピタキシャル層１１を形成するので、基板５０の劈開面である（００１）面とエピタキシャル層１１の劈開面である（１−１００）面とが一致し、矩形状のチップとすることができる。これにより、エピタキシャル層１１の劈開が第１の実施の形態よりも更に容易で、かつ、高精度にできるので、劈開を利用して簡易な製造プロセスにより精度のよいレーザ共振器が形成された半導体レーザが可能となる。その他の作用効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００２９】
（第１及び第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法）
第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る半導体レーザ１の製造方法は、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板を準備する工程と、基板の所定の面方位で規定される面上に、ウルツ鉱型構造のＧａＮ系化合物の（０００１）面を成長させてエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程と、エピタキシャル層の所定の劈開面を劈開してレーザ共振器を形成する共振器形成工程と、を有する製造工程により提供される。
【００３０】
（基板１０を準備する工程）
β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０または基板５０を準備する。基板１０または基板５０は、ＥＦＧ法あるいはＦＺ法等により作製される。この工程では、基板１０におけるエピタキシャル層成長面が（１００）面、または、基板５０におけるエピタキシャル層成長面が（００１）面に垂直な面とされた基板を準備する。
【００３１】
（エピタキシャル工程）
エピタキシャル工程は、以下に示すように、公知の半導体プロセスにより可能である。第１の実施の形態では、基板１０の（１００）面に、また、第２の実施の形態では、基板５０の（００１）面に垂直な面上に、ＧａＮバッファ層２１、ｎ−ＧａＮ層２２、ｎ−ＩｎＧａＮ層２３、ｎ−ＡｌＧａＮ層２４、ｎ−ＧａＮ層２５、ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ２６、ｐ−ＡｌＧａＮ層２７、ｐ−ＧａＮ層２８、ｐ−ＡｌＧａＮ層２９、及び、ｐ−ＧａＮ層３０を、ＭＯＣＶＤ法等により各層を順次エピタキシャル成長させる。
【００３２】
ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ２６は、例えば、不純物を添加していないノンドープＩｎＧａＮからなる半導体により形成され、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）をなしている。ＩｎとＧａの組成比を調節したり、ｐ型あるいはｎ型の導電性とすることにより、ＩｎＧａＮ発光層のバンドギャップを変化させて発光波長を変化させることができる。
【００３３】
（共振器形成工程）
エピタキシャル工程により得られたベア基板を、所定の共振器長になるよう、基板１０または基板５０の劈開面である（００１）面で劈開する。この劈開面（００１）は、共振器端面１３としてエピタキシャル層１１の両端に平行に形成されて、半導体レーザ１の共振器を構成する。
【００３４】
（その他の工程）
劈開面（００１）と垂直な方向はダイシング等により切断され、矩形状のベアチップが作製される。ｎ電極３１及びｐ電極３２にワイヤボンディング等により電流供給のための配線が施され、実装のためのパッケージングが施されて、半導体レーザ１が製造される。
【００３５】
（半導体レーザ１の製造方法の作用効果）
半導体レーザ１の製造方法によれば、以下に示す作用効果を有する。
（１）β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０または基板５０の劈開面である（００１）面にＧａＮ系化合物の（０００１）面を成長させているので、劈開面がほぼ同じ面となる。よって劈開を利用して、容易に良質な共振器端面１３が得られる。
（２）β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板は、導電性を有するので電極をエピタキシャル層１１の側とそれと反対側の基板に設けた垂直構造とすることが可能となるので、半導体レーザの簡易的な製造プロセスにより作製することが可能となる。
（３）β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板は、ＧａＮと熱膨張率が非常に近いため、プロセス中の基板の反りの影響が少なく、基板の全体に亘って均一なエピタキシャル層１１が得られ歩留まりが向上する。
【００３６】
以上から、従来技術で実施されている、例えば、サファイア基板をレーザリフト法により除去してＳｉ基板等へ貼りかえる必要等がなく、劈開を利用して簡易な製造プロセスにより精度のよいレーザ共振器が形成された半導体レーザの製造方法が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの模式的斜視図である。
【図２】図２は、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶の結晶方位及び結晶面を示す図である。
【図３】図３は、β―Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板１０の（１００）面上へ六方結晶系のＧａＮ系化合物の（０００１）面をエピタキシャル成長させた場合の、それぞれａ軸、ｂ軸、ｃ軸の関係を示すものである。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの模式的斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０、５０  基板
１１  エピタキシャル層
１２  活性領域
１３  共振器端面
２１  ＧａＮバッファ層
２２  ｎ−ＧａＮ層
２３  ｎ−ＩｎＧａＮ層
２４  ｎ−ＡｌＧａＮ層
２５  ｎ−ＧａＮ層
２６  ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ
２７  ｐ−ＡｌＧａＮ層
２８  ｐ−ＧａＮ層
２９  ｐ−ＡｌＧａＮ層
３０  ｐ−ＧａＮ層
３１  ｎ電極
３２  ｐ電極
【図１】
2008117966.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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