(57)【要約】【課題】活性層の劣化が防止された、動作電圧の低い、高出力の可視光波長の窒化物半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】半導体板１００上に、ｎ−物質層１１０、ｎ−クラッド層１２０、ｎ−光導波路層１３０、活性領域１４０、ｐ−光導波路層１５０、金属層１６０、金属系クラッド層１７０の順序で積層された構造を有する。金属層及び金属系クラッド層は、リッジ状に形成され、その側面及び外郭領域表面に電流遮断層１８０が形成され、その上にｐ−電極層１９０が備えられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性領域と、
前記活性領域上に形成された光導波路層と、
前記光導波路層上に形成されたリッジ形態の金属層と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記金属層は、１，０００ｎｍの厚さを最大として形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記金属層の側面と露出された前記光導波層とを覆う電流遮断層がさらに備わっ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。
【請求項４】
前記活性領域は、多重量子ウェルまたは単一量子ウェル構造からなる活性層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素子。
【請求項５】
前記量子ウェルは、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮのうち少なくともいずれか１つの物質からなることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記光導波路層は、１ｎｍ〜５００ｎｍの厚さで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。
【請求項７】
前記金属層上に、リッジ形態の金属系クラッド層がさらに備わっ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。
【請求項８】
前記金属系クラッド層は、伝導性金属酸化物層であることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記金属系クラッド層は、伝導性金属窒化物層であることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記金属層と前記金属系クラッド層との側面と、露出された前記光導波層表面とに電流遮断層がさらに備わっていることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記電流遮断層は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉから選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物と絶縁性誘電物質との選択された少なくとも１つの素材から形成されたことを特徴とする請求項３から請求項１０のうちいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記金属層は、１ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで形成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記金属層は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｕ、Ａｇ、ランタン系元素の金属、またはそれらのうち少なくとも一つを含む合金または固溶体のうちから選択された少なくとも１つの素材を使用して形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記金属層は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｕ、Ａｇ、ランタン系元素の金属、またはそれらのうち少なくとも一つを含む合金または固溶体のうちから選択された少なくとも１つの素材を使用して形成された少なくとも1つ以上の層から形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１５】
前記金属系クラッド層は、５０ｎｍ〜１，０００ｎｍの厚さで形成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記伝導性金属酸化物層は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、ランタン系元素の金属のうちから選択された少なくとも一つ以上の成分と酸素とが結合されて形成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１７】
前記伝導性金属酸化物層は、Ｇａ、Ｉｎ及び酸素を主成分として形成されたもの；Ｚｎ、Ｉｎ及び酸素を主成分として形成されたもの；Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ及び酸素を主成分として形成されたもの；Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ及び酸素を主成分として形成されたもののうちから選択して形成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１８】
前記伝導性金属窒化物層は、Ｔｉと窒素とを含有して形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１９】
前記金属系クラッド層の電気的特性を調節するために、添加元素がさらに含まれていることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２０】
前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ及びランタン系元素のうちから選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２１】
活性領域を形成する段階と、
前記活性領域上に光導波路層を形成する段階と、
前記光導波路層上に金属層を形成する段階と、
前記金属層をリッジ形態にする段階と、
前記リッジ形態の金属層と露出された前記光導波路層の表面とを覆う電流遮断層を形成する段階と、
リッジ形態の金属層の上面と電流遮断層の上面とにｐ−電極層を形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記金属層上に、金属系クラッド層をさらに形成する段階と、
前記金属層と前記金属系クラッド層とをリッジ形態にする段階と、
前記金属層と前記金属クラッド層との側面と、露出された光導波路層の表面とを覆う電流遮断層を形成する段階と、
リッジ形態の金属系クラッド層の上面と電流遮断層の上面とにｐ−電極層を形成する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２３】
前記金属系クラッド層は、伝導性金属酸化物または伝導性金属窒化物から形成されていることを特徴とする請求項２２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子及びその製造方法に係り、さらに詳細には、クラッド層としてＡｌＧａＮ系物質の代わりに、金属コンタクト層と伝導性金属系物質とを使用した半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮを利用した半導体レーザ素子は、現在のＤＶＤに続く高密度光情報記録媒体、例えば、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）及びＨＤ−ＤＶＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）を記録または再生するための光学システムの光源として注目されているだけではなく、レーザディスプレイ分野でも、青色と緑色との新しい半導体レーザ光源として関心が集中している。
【０００３】
図１は、従来技術による一般的な半導体レーザダイオードの構造を表した断面図である。図１を参照すれば、半導体基板１０上に、ｎ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮバッファ層２０が形成されており、ｎ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮバッファ層２０上には、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ系超格子（ＳＬ）またはｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層３０、ｎ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ光導波路層４０、多重量子ウェル（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ構造のＩｎＧａＮ活性層５０、ｐ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ光導波路層６０、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ系超格子（ＳＬ）またはｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層７０、ｐ−コンタクト層８０、及びｐ−電極層９０が順次に形成されている。そして、ｎ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮバッファ層２０上のｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ系超格子（ＳＬ）またはｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層３０が形成されていない領域にｎ−電極層１００が形成されている。半導体基板１０は、一般的にサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）などが使われる。
【０００４】
図１に表した半導体レーザダイオードの動作について説明すれば次の通りである。ｎ−電極層１００及びｐ−電極層９０に所定電圧を印加すれば、ＩｎＧａＮ活性層５０のｐ−ｎ接合領域に電子及び正孔が注入されてレーザ光が発生する。活性層５０の両側に形成された光導波層４０，６０及びクラッド層は、活性層５０で発生したレーザ光を拘束する役割を行う。一般的に、青色と緑色とのレーザを製作するためには、ＩｎＧａＮ活性層にＩｎの量が１０％以上含まれていなければならない。しかし、既存の成長法及び既存の構造では、Ｉｎを多量含有した活性層を成長させるのが容易ではない。
【０００５】
前記活性層５０上に、電子阻止遮断層（ＥＢＬ）（図示せず）がさらに備わることがあり、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ系超格子（ＳＬ）またはｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層７０及びｐ−コンタクト層８０などが形成されるが、一般的に前記活性層５０上に形成されたＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ半導体層は、ほぼ０．５μｍ以上となる。このように、多量のＩｎの含まれた活性層５０の成長後、厚いＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ半導体層が９００℃以上の高温で長時間成長されるために、活性層５０は、劣化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）されるか、またはＩｎの局所的偏析（ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ）現象が起こる。かかる現象は、Ｉｎの組成が高いほど、活性層の成長温度が高くなるほど深刻になるために、可視光波長のレーザディスク（ＬＤ）構造になるほどさらに深刻になる。また、クラッド層の高いＡｌ組成と厚さとにより、活性層５０は、ストレイン（ｓｔｒａｉｎ）及びクラック（ｃｒａｃｋ）が発生し、駆動電圧の上昇などを誘発させるという問題点もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、可視光領域の窒化物半導体レーザの製作時に、ＡｌｘＩｎｙＧａｉ−ｘ−ｙＮ系クラッド層を使用することによって発生する活性層の劣化及びＩｎの局所的偏析問題点を解決するために、改善された半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明では、活性領域上にＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ系クラッド層の代わりに、金属層と、前記金属層上に金属系クラッド層とを具備した半導体レーザ素子を提供する。
【０００８】
本発明において、半導体レーザ素子は、基板、ｎ−物質層、ｎ−クラッド層、ｎ−光導波路層、活性領域、ｐ−光導波路層の順に積層され、その上に金属層と金属系クラッド層とがさらに具備されていることを特徴とする。
【０００９】
金属層及び金属系クラッド層は、小さい光吸収係数Ｋを有することが要求され、特に金属層は、小さい接触抵抗値を有した物質から形成することが望ましい。光吸収は、活性層で発生するレーザ光を拘束する過程でのレーザ光の損失を防止するためのものである。
【００１０】
下記表１は、金属系物質に対する屈折率ｎ、光吸収係数Ｋ及び接触抵抗ρ値を比較したものである。表１から分かるように、ＩＴＯ（ＩｎＳｎＯ）物質がＰｄまたはＰｔに比べて低い光吸収係数を有するが、高い接触抵抗を有するために、窒化物系半導体レーザ素子のＡｌｘＧａ１−ｘＮ系超格子（ＳＬ）またはｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層の代わりに、ＩＴＯ金属酸化物層を直接使用するのは、素子の垂直抵抗を増大させて駆動電圧の上昇を誘発しうる。このために、半導体と金属酸化物層との間に接触抵抗の低いＰｄまたはＰ
ｔのような金属でコンタクト層を形成させることが必要である。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
従って、前記伝導性金属酸化物または伝導性金属窒化物を金属系クラッド層として使用する場合には、前記金属層を薄く形成することにより、半導体層と金属系クラッド層との間の金属コンタクト層の役割を果たさせる。
【００１３】
このとき、前記金属層は、１ｎｍ以上であって１００ｎｍ以下の厚さの範囲に形成されることを特徴とする。
【００１４】
前記金属層は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｕ、Ａｇ、ランタン系元素の金属、またはそれらの金属のうち少なくとも一つを含む合金または固溶体のうちから選択された少なくとも１つの素材を使用して形成できる。
【００１５】
前記金属層は、前記の金属またはその金属のうち少なくとも一つを含む合金または固溶体のうちから選択して形成された少なくとも一つ以上の層から形成される。
【００１６】
前記金属系クラッド層は、伝導性金属酸化物または伝導性金属窒化物からなることを特徴とする。しかし、クラッド層としてＡｌＧａＮ系物質の代わりに、伝導性金属酸化物または伝導性金属窒化物を使用するためには、次のような要求条件が満足されねばならない。すなわち、リッジ側面より高い屈折率ｎ、低い光吸収係数Ｋを有する金属系物質でなければならない。
【００１７】
前記伝導性金属酸化物層は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、ランタン系元素の金属のうち、少なくとも一つ以上の成分と酸素とが結合されて形成される。
【００１８】
また、前記伝導性金属酸化物層は、Ｇａ、Ｉｎ及び酸素を主成分として形成されたもの；Ｚｎ、Ｉｎ及び酸素を主成分として形成されたもの；Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ及び酸素を主成分として形成されたもの；Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ及び酸素を主成分として形成されたものになる。
【００１９】
前記伝導性金属窒化物層は、Ｔｉと窒素とを含有して形成されていることを特徴とする。
【００２０】
前記伝導性金属酸化物層または伝導性金属窒化物層の電気的特性を調節するために、添加元素を使用できる。
【００２１】
前記添加元素としては、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ及びランタン系元素（Ｌｎ）のうち少なくとも一つ以上が使われる。
【００２２】
本発明による半導体レーザ素子は、リッジ形態の金属層、または、リッジ形態の金属層および金属系クラッド層を有し、前記リッジ形態は、そのリッジ形態に該当する部分を除き、残り部分で活性領域の表面までエッチングして形成されることもある。
【００２３】
前記半導体レーザ素子は、リッジ形態の金属層、または、リッジ形態の金属層および金属系クラッド層の側面と露出された光導波層の表面を覆う電流遮断層をさらに具備できる。
【００２４】
本発明において、前記電流遮断層は、絶縁性誘電物質から形成されていることを特徴とする。
【００２５】
このとき、ｐ−電極層は、前記電流遮断層表面と前記リッジ金属系クラッド層の最上面とに形成されていることが望ましい。
【００２６】
本発明のレーザ構造において、基板と活性領域との間に、ｎ−物質層と、ｎ−クラッド層とがさらに備わるが、前記ｎ−物質層に段差構造が形成され、前記ｎ−物質層上にはｎ−電極層がさらに具備できる。
【００２７】
前記基板がＧａＮ基板である場合、ｎ−電極は、ＧａＮ基板の下部に形成されうる。
【００２８】
本発明において、半導体レーザ素子は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ系クラッド層の代わりに、リッジ形態の前記金属層だけでも、クラッド層の役割を果たせるように製作可能である。
【００２９】
このとき、前記金属層は、１，０００ｎｍ以下の厚さ範囲（換言すれば、１，０００ｎｍの厚さを最大とする範囲）に形成されることを特徴とする。
【００３０】
前記半導体レーザ素子は、基板、ｎ−物質層、ｎ−クラッド層、ｎ−光導波路層、活性領域、金属層の順に積層されて構成される。
【００３１】
前記ｎ−物質層に段差構造が形成され、前記ｎ−物質層上にｎ−電極層をさらに具備できる。
【００３２】
前記活性領域は、多重量子ウェルまたは単一量子ウェル構造によりなる。
【００３３】
前記半導体レーザ素子は、前記活性領域と前記金属層との間にｐ−光導波路層がさらに備わりうる。
【００３４】
前記光導波路層は、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さで形成されうる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明による半導体レーザ素子は、クラッド層としてＡｌｘＧａ１−ｘＮ系超格子（ＳＬ）またはｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ物質を使用しなくとも十分な光閉じ込め効果を達成でき、可視光波長の窒化物系半導体レーザ素子を製造できる。
【００３６】
本発明による半導体レーザ素子によれば、半導体ｐ−クラッド層の機能を果たすように、クラッド層として金属層／金属系物質または金属層を使用することにより、活性層の劣化とＩｎ局所的偏析現象とを防止でき、金属系クラッド層と活性領域の最上層の半導体層との間に金属層を具備することにより、コンタクト抵抗を減らすことができる。また、本技術を適用し、高出力の可視光波長の半導体レーザ素子を製作できる。
【００３７】
従って、Ｉｎを含む活性層の場合、Ｉｎ量を１０％以上含んだまま成長できるために、青色と緑色とを始めとする可視光領域のレーザ製作が可能である。
【００３８】
本発明のように、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ系超格子（ＳＬ）またはｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ系ｐ−クラッド層の代わりに金属系クラッド層を使用することにより、半導体レーザ素子の製造工程を単純化させることができる。
【００３９】
また、従来の半導体レーザで光閉じ込め効果を向上させるために、高いＡｌ組成と厚いクラッド層とにより励起されていた活性層のストレインとクラックとの発生及び駆動電圧の上昇のような問題を解決できる。
【００４０】
また、ほとんどの半導体レーザ素子は、例えば、ｐクラッド層が主な抵抗源として作用するが、本発明による半導体レーザ素子では、半導体ｐ−クラッド層の全部または一部の代わりに、金属層または金属層／金属系クラッド層を使用することにより、素子動作シリーズ抵抗を顕著に減少させられる。併せて、ジュール熱による発熱が減り、高温高出力動作に有利であり、光学的閉じ込め及びモード利得向上の効果も得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明による半導体レーザ素子及びその製造方法の望ましい実施形態について詳細に説明する。
【００４２】
以下で説明する実施形態は、本発明による半導体レーザ素子の1つの例示であり、本発明による半導体レーザ素子が以下の実施形態で示されている積層構造に限定されるものではなく、多様な他実施形態が可能であるということは、いうまでもない。
【００４３】
図２は、本発明の実施形態による金属層と金属系クラッド層とを備える半導体レーザ素子を表した断面図である。
【００４４】
図２を参照すれば、本発明の半導体レーザ素子構造は、基板１００上に、ｎ−物質層１１０、ｎ−クラッド層１２０、ｎ−光導波路層１３０、活性領域１４０、ｐ−光導波路層１５０、金属層１６０、金属系クラッド層１７０が順次に積層されている。前記金属層１６０と前記金属系クラッド層１７０は、リッジ状に形成され、その側面と、露出された光導波層１５０表面とに電流遮断層１８０が形成されている。そして、金属系クラッド層１７０及び電流遮断層１８０には、ｐ−電極層１９０が形成されている。
【００４５】
前記基板１００としては、サファイア基板、ＳｉＣまたはＧａＮ基板が主に利用される。
【００４６】
前記ｎ−物質層１１０は、ＧａＮ系列のIII−Ｖ族窒化物化合物の半導体層により形成され、ここには示されていないが、ｎ−電極層とコンタクトされるコンタクト層として使われうる。例えば、前記ｎ−物質層１１０は、ｎ−ＧａＮ層から形成されうる。
【００４７】
前記ｎ−クラッド層１２０は、所定の屈折率を有するＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子構造層であることが望ましいが、レージング(レーザ光を発すること)の可能な他の化合物半導体層であることもある。例えば、前記ｎ−クラッド層１２０は、ｎ−ＡｌＧａＮ／ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ｎ−ＧａＮ半導体層であり、またｎ−ＡｌＧａＮ半導体層であることもある。
【００４８】
前記ｎ−光導波路層１３０及びｐ−光導波路層１５０は、ＧａＮ系列のIII−Ｖ族化合物の半導体層により形成されることが望ましい。例えば、ｎ−光導波路層１３０は、ｎ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層により、ｐ−光導波路層１５０は、ｐ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層により形成されうる。
【００４９】
前記活性領域１４０は、レージングの起こりうる物質層ならば、いかなる物質層でも使用されうる。前記活性領域１４０は、多重量子ウェルまたは単一量子ウェルのうち、いずれか１つの構造を有することができる。
【００５０】
例えば、前記活性領域１４０は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮのうち、いずれか１つの物質から形成されうる。前記活性領域１４０とｐ−光導波路層１５０との間には、例えば、ｐ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮからなるＥＢＬ（図示せず）がさらに備わりうる。該ＥＢＬは、そのエネルギーギャップが他の結晶層に比べて最も大きく、ｐ型半導体層への電子の移動を防止する。前記金属系クラッド層１７０は、伝導性金属酸化物または伝導性金属窒化物から形成されうる。
【００５１】
図２による半導体レーザ素子で、前記金属層１６０は、半導体である光導波路層１５０と金属系クラッド層１７０との接触抵抗を下げるために、金属コンタクト層として使われている。
【００５２】
従って、前記伝導性金属酸化物または伝導性金属窒化物を金属系クラッド層１７０として使用する場合、前記金属層１６０を薄く形成することにより、半導体層と金属系クラッド層１７０との接触抵抗を小さくする。
【００５３】
このとき、前記金属層１６０は、１００ｎｍ以下の厚さ範囲に形成されることを特徴とする。
【００５４】
前記金属層１６０は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｕ、Ａｇ、ランタン系元素の金属、またはそれらのうち少なくとも一つを含む合金または固溶体のうちから選択された少なくとも１つの素材を使用して形成されうる。
【００５５】
前記金属層１６０は、前記の金属またはそれらのうち少なくとも一つを含む合金または固溶体のうちから選択され、少なくとも一層以上により形成される。
【００５６】
前記伝導性金属酸化物層１７０は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、ランタン系元素の金属のうちから少なくとも一つ以上の成分と酸素とが結合されて形成される。例えば、ＩｎＯ、ＡｇＯ、ＣｕＯ、Ｉｎ１−ｘＳｎｘＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＳｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕｘＩｎ１−ｘＯ、Ｍｇ１−ｘＩｎｘＯ、Ｍｇ１−ｘＺｎｘＯ、Ｂｅ１−ｘＺｎｘＯ、Ｚｎ１−ｘＢａｘＯ、Ｚｎ１−ｘＣａｘＯ、Ｚｎ１−ｘＣｄｘＯ、Ｚｎ１−ｘＳｅｘＯ、Ｚｎ１−ｘＳｘＯ、Ｚｎ１−ｘＴｅｘＯなどが前記伝導性金属酸化物層１７０になりうる。
【００５７】
また、前記伝導性金属酸化物層１７０は、Ｇａ、Ｉｎ及び酸素を主成分として形成されたもの；またはＺｎ、Ｉｎ及び酸素を主成分として形成されたもの；またはＧａ、Ｉｎ、Ｓｎ及び酸素を主成分として形成されたもの；またはＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ及び酸素を主成分として形成されたものを使用することもできる。
【００５８】
前記伝導性金属窒化物層１７０は、Ｔｉと窒素とを含有して形成されうる。
【００５９】
前記金属系クラッド層１７０は、５０ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下の厚さで形成されうる。
【００６０】
前記金属系クラッド層１７０として使われる伝導性金属酸化物層の電気的特性を調節することにより、ｐ型酸化物層またはｐ型窒化物層にするために、添加元素を使用することもできる。
【００６１】
前記添加元素としては、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ及びランタン系元素（Ｌｎ）のうち少なくとも一つ以上が使われうる。
【００６２】
本発明による半導体レーザ素子がリッジ導波路構造を有する場合には、リッジ２００は、次の過程を介して形成される。
【００６３】
基板１００上に、例えば、ｎ−物質層１１０、ｎ−クラッド層１２０、ｎ−光導波路層１３０、活性領域１４０、ｐ−光導波路層１５０、金属層１６０、金属系クラッド層１７０まで積層した後、所定部分でｎ−物質層１１０の一部までエッチングし、段差構造を作る。この段差構造は、ｎ−物質層１１０上にｎ型電極層を形成するためのものであり、ｎ型電極層は、露出されたｎ−物質層１１０上に形成される。
【００６４】
基板がＧａＮ基板である場合には、ｎ−電極層は、基板下部に形成されうる。
【００６５】
リッジ２００に該当する部分を除き、残りの部分で、ｐ−光導波路層１５０の表面またはｐ−光導波路層１５０の一部までエッチングし、ｐ−光導波路層１５０の一部分を露出させれば、前記リッジ２００が得られる。このように、リッジ導波路構造を形成する技術、及びリッジ構造については、本技術分野においては公知であるので、ここでは、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
前記リッジ２００を中心に、左右ｐ−光導波路層１５０の表面と、突出したリッジ２００の側面には、電流遮断層１８０が形成される。
【００６７】
前記電流遮断層１８０は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔａから選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物または窒化物からなる絶縁性誘電物質からなりうる。例えば、絶縁性誘電物質は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＨｆＯｘ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、ＭｎＯまたはＴａ２Ｏ５のような物質を使用できる。
【００６８】
図３は、本発明による図２の半導体レーザ素子構造で、ＩＴＯ厚によるモード損失及びＯＣＦ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｆａｃｔｏｒ）の変化を表したグラフである。
【００６９】
図３に示すデータを取るために使われた半導体レーザ素子構造は、伝導性金属酸化物層１７０としてＩＴＯ物質が使われ、前記ｐ−光導波路層１５０のｐ−ＧａＮ物質と、前記伝導性金属酸化物層１７０であるＩＴＯ物質とのコンタクト抵抗を小さくするために、金属層１６０としてＰｄを使用した。
【００７０】
図３から、ＩＴＯ層の厚さが０．１μｍ以上の厚さでモード損失値が１５ｃｍ−１以下であり、ＯＣＦ値が約３．３％以上の値を有するということを確認することができる。前述のように、一般的なＩｎＧａＮ半導体レーザダイオードのモード損失は、約２０ないし６０ｃｍ−１の範囲である。図３に示した結果により、Ｐｄ金属層とＩＴＯ金属系クラッド層とを使用した場合、モード損失値は、Ｂ領域で表したほとんどの領域で有効範囲を満足させるということが分かる。また、ＯＣＦ値が約３．３％を表すことにより、レーザダイオードとして十分に使用可能であるということが分かる。
【００７１】
図４は、本発明の他の実施形態による半導体レーザ素子の積層構造を表した断面図である。
【００７２】
図４を参照すれば、本半導体レーザ素子は、基板１００、ｎ−物質層１１０、ｎ−クラッド層１２０、ｎ−光導波路層１３０、活性領域１４０、ｐ−光導波路層１５０、金属層１６０が順次に積層された構造を有する。前記金属層１６０は、リッジ状に形成され、その側面と露出された半導体表面とに電流遮断層１８０が形成される。その上に、ｐ−電極層１９０が形成されている。
【００７３】
前記金属層１６０は、コンタクト層並びクラッド層、そして導波路の役割を同時に行うことができるように、リッジが５０ｎｍ以上ないし１，０００ｎｍ以下の厚さの範囲で形成されうる。
【００７４】
図４の前記半導体レーザ素子の構造説明で言及されていない各層の構成物質及び厚さは、図２の詳細な説明で言及した各層の構成物質及び厚さと同一である。
【００７５】
図４のように、前記金属層１６０をＰｄにより形成した本発明の実施形態によるレーザダイオード構造では、モード損失値が３０ｃｍ−１であり、ＯＣＦ値が約３％ほどであることを確認することができた。一般的に、モード損失は、ＩｎＧａＮ半導体レーザダイオードが２０ないし６０ｃｍ−１の範囲で使われるということを考慮するとき、Ｐｄから形成された単一層構造の金属層をクラッド層としてレーザダイオードに使用した場合、モード損失値は、有効範囲を満足させるということが分かる。また、ＯＣＦ値が２ないし３％を示し、レーザダイオードとして十分に使用可能であるということが分かる。
【００７６】
前記の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものというより、望ましい実施形態の例示として解釈されるものである。従って、本発明の範囲は、説明された実施形態によって限定的に定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によってのみ定められるものである。図２及び図４では、本発明による半導体レーザ素子がリッジ構造によってなる場合を示すが、それらは単なる例示であって、本発明による半導体レーザ素子は、リッジ構造を取らないこともありえる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法は、例えば、情報記録／再生関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】従来の半導体レーザ素子構造を表す断面図である。
【図２】本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの構造を表した断面図である。
【図３】本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの金属層をＰｄ層、金属系クラッド層をＩＴＯから形成する場合、ＩＴＯの厚さによるモード損失値及びＯＣＦ値を示したグラフである。
【図４】本発明の他の実施形態による半導体レーザダイオードの構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０    半導体基板
２０    ｎ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮバッファ層
３０    ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層
４０    ｎ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ光導波層
５０    ＩｎＧａＮ活性層
６０    ｐ−ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ光導波層
７０    ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ系超格子またはｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層
８０    ｐ−コンタクト層
９０，１９０    ｐ−電極層
１００    基板
１１０    ｎ−物質層
１２０    ｎ−クラッド層
１３０    ｎ−光導波路層
１４０    活性領域
１５０    ｐ−光導波路層
１６０    金属層
１７０    金属系クラッド層
１８０    電流遮断層
２００    リッジ
３００，３１０，３２０    半導体レーザ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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