(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に順次積層された下部クラッド層、量子井戸活性層および上部クラッド層とを備え、
前記上部クラッド層にリッジが形成され、
前記リッジにおいて、共振器端面近傍での前記上部クラッド層の厚みを共振器中央での前記上部クラッド層の厚みよりも大きくして、前記上部クラッド層よりも格子定数が大きい前記量子井戸活性層の共振器中央よりも前記量子井戸活性層の共振器端面近傍に大きな圧縮応力がかかるようにして、共振器端面近傍での前記量子井戸活性層のバンドギャップを共振器中央での前記量子井戸活性層のバンドギャップよりも大きくすることを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端面劣化を防止することができ、かつ製造が容易な半導体レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザの共振器端面近傍での活性層のバンドギャップを、共振器中央での活性層のバンドギャップよりも大きくすることで、共振器端面での光吸収及び電流密度が低減されるため、端面劣化を防止することができる（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１９１５８８号公報
【特許文献２】特開平１０−２５６６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の半導体レーザはマスクを用いた選択成長により製造されていたため、複雑な製造工程を必要とし、成長条件の厳密な制御が必要であった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、端面劣化を防止することができ、かつ製造が容易な半導体レーザを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体レーザは、半導体基板と、半導体基板上に順次積層された下部クラッド層、量子井戸活性層および上部クラッド層とを備える。上部クラッド層にリッジが形成されている。リッジにおいて、共振器端面近傍での上部クラッド層の厚みを共振器中央での上部クラッド層の厚みよりも大きくして、前記上部クラッド層よりも格子定数が大きい前記量子井戸活性層の共振器中央よりも前記量子井戸活性層の共振器端面近傍に大きな圧縮応力がかかるようにして、共振器端面近傍での前記量子井戸活性層のバンドギャップを共振器中央での前記量子井戸活性層のバンドギャップよりも大きくする。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、端面劣化を防止することができ、かつ製造が容易な半導体レーザを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの共振器方向における断面図である。図２は図１の共振器端面近傍における断面図であり、図３は図１の共振器中央における断面図である。
【０００９】
ｎ−ＧａＮ基板１１（半導体基板）上に、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１２（下部クラッド層）、ガイド層１３、量子井戸活性層１４（活性層）、ガイド層１５およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６（上部クラッド層）が順次積層されている。ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６にリッジ１７が形成されている。このリッジ１７上にｐ−ＧａＮコンタクト層１８及びｐ電極１９が形成されている。ｎ−ＧａＮ基板１１の下面にｎ電極２０が形成されている。リッジ１７の側壁及びリッジ１７の両側のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６上を覆うように絶縁膜２１が形成されている。
【００１０】
本実施の形態の特徴として、リッジ１７において、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが、共振器中央（発振部）でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みよりも大きい。なお、本実施の形態では、リッジ１７の両側において、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みと共振器中央でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みは同じである。
【００１１】
本実施の形態に係る半導体レーザの製造工程について説明する。まず、図４に示すように、ｎ−ＧａＮ基板１１上に、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１２、ガイド層１３、量子井戸活性層１４、ガイド層１５およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６を形成する。
【００１２】
次に、図５に示すように、フォトリソグラフィによりパターニングしたレジスト２２をマスクとしてｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６をエッチングしてリッジ１７を形成する。
【００１３】
次に、図６に示すように、フォトリソグラフィにより共振器端面近傍にレジスト２３を形成する。このレジスト２３をマスクとしてｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６をエッチングして、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが、共振器中央でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みよりも大きくなるようにする。
【００１４】
次に、図１〜３に示すように、リッジ１７上にｐ−ＧａＮコンタクト層１８及びｐ電極１９を形成する。ｎ−ＧａＮ基板１１の下面にｎ電極２０を形成する。リッジ１７の側壁及びリッジ１７の両側のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６上を覆うように絶縁膜２１を形成する。以上の工程により、本実施の形態に係る半導体レーザが製造される。
【００１５】
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体レーザでは、リッジ１７において、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが、共振器中央でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みよりも大きい。ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６よりも格子定数が大きい量子井戸活性層１４には圧縮応力がかかるため、本実施の形態の構成により共振器端面近傍での量子井戸活性層１４のバンドギャップが、共振器中央（発振部）での量子井戸活性層１４のバンドギャップよりも大きくなる。従って、共振器端面での光吸収が低減されるため、端面劣化を防止することができる。
【００１６】
また、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが大きい共振器端面近傍では、格子定数の違いによる量子井戸活性層１４のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６に対する歪が大きい。従って、ピエゾ効果による分極電荷が端面で大きくなるため、電流がリッジ１７の側壁下から横方向に広がり、共振器端面近傍での電流密度が低減されるため、端面劣化を防止することができる。
【００１７】
また、本実施の形態に係る半導体レーザは、共振器中央のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６をエッチングすることで簡単に製造することができる。
【００１８】
また、本実施の形態に係る半導体レーザでは、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の構造変化が量子井戸活性層１４から離れている。従って、光分布や電流分布の共振器方向の変化は緩やかであるため、安定なレーザ発振を得ることができる。
【００１９】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの共振器方向における断面図である。図８は図７の共振器端面近傍における断面図であり、図９は図７の共振器中央における断面図である。
【００２０】
リッジ１７の両側において、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが、共振器中央でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みよりも大きい。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２１】
本実施の形態に係る半導体レーザの製造工程について説明する。まず、図１０に示すように、ｎ−ＧａＮ基板１１上に、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１２、ガイド層１３、量子井戸活性層１４、ガイド層１５およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６を形成する。
【００２２】
次に、図１１に示すように、フォトリソグラフィにより共振器端面近傍にレジスト２３を形成する。このレジスト２３をマスクとしてｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６をエッチングして、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが、共振器中央でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みよりも大きくなるようにする。その後、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６上にｐ−ＧａＮコンタクト層１８を形成する。
【００２３】
次に、図１２，１３に示すように、フォトリソグラフィによりパターニングしたレジスト２２をマスクとしてｐ−ＧａＮコンタクト層１８及びｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６をエッチングしてリッジ１７を形成する。その際、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の共振器端面近傍での厚みが、共振器中央での厚みより大きいので、一様にエッチングすることによって、リッジ１７の両側においても、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが共振器中央でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みより大きくなる。
【００２４】
次に、図７〜９に示すように、リッジ１７上にｐ電極１９を形成する。ｎ−ＧａＮ基板１１の下面にｎ電極２０を形成する。リッジ１７の側壁及びリッジ１７の両側のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６上を覆うように絶縁膜２１を形成する。以上の工程により、本実施の形態に係る半導体レーザが製造される。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体レーザでは、リッジ１７の両側において、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが、共振器中央でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みよりも大きい。この構成により、リッジ１７の両側でも、共振器端面近傍における量子井戸活性層１４のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６に対する歪が大きくなる。そして、リッジ１７の両側において、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが実施の形態１よりも大きい。従って、実施の形態１よりも大きな電流がリッジ１７の側壁下から横方向に広がり、共振器端面近傍での電流密度が更に低減するため、端面劣化を更に確実に防止することができる。
【００２６】
実施の形態３．
図１４は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの共振器方向における断面図である。図１５は図１４の共振器端面近傍における断面図であり、図１６は図１４の共振器中央における断面図である。
【００２７】
ｎ−ＧａＮ基板１１（半導体基板）上に、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１２（下部クラッド層）、ガイド層１３、量子井戸活性層１４（活性層）、ガイド層１５、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６（上部クラッド層）およびｐ−ＧａＮコンタクト層１８（コンタクト層）が順次積層されている。
【００２８】
本実施の形態の特徴として、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４（第２の上部クラッド層）が、共振器端面近傍においてのみｐ−ＧａＮコンタクト層１８上に形成され、共振器中央には形成されていない。ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６，２４およびｐ−ＧａＮコンタクト層１８にリッジ１７が形成されている。このリッジ１７上にｐ電極１９が形成されている。ｎ−ＧａＮ基板１１の下面にｎ電極２０が形成されている。リッジ１７の側壁及びリッジ１７の両側のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６上を覆うように絶縁膜２１が形成されている。
【００２９】
本実施の形態に係る半導体レーザの製造工程について説明する。まず、図１７に示すように、ｎ−ＧａＮ基板１１上に、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１２、ガイド層１３、量子井戸活性層１４、ガイド層１５、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６、ｐ−ＧａＮコンタクト層１８およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４を形成する。
【００３０】
次に、図１８に示すように、フォトリソグラフィにより共振器端面近傍にレジスト２３を形成する。このレジスト２３をマスクとしてｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４をエッチングして、共振器中央のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４を除去する。
【００３１】
次に、図１９，２０に示すように、フォトリソグラフィによりパターニングしたレジスト２２をマスクとしてｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４、ｐ−ＧａＮコンタクト層１８およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６をエッチングしてリッジ１７を形成する。
【００３２】
次に、図１４〜１６に示すように、リッジ１７上にｐ電極１９を形成する。ｎ−ＧａＮ基板１１の下面にｎ電極２０を形成する。リッジ１７の側壁及びリッジ１７の両側のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６上を覆うように絶縁膜２１を形成する。以上の工程により、本実施の形態に係る半導体レーザが製造される。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体レーザでは、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４が共振器端面近傍にのみ形成されている。この構成により、共振器端面近傍での量子井戸活性層１４のバンドギャップが、共振器中央（発振部）での量子井戸活性層１４のバンドギャップよりも大きくなる。また、電流がリッジ１７の側壁下から横方向に広がり、共振器端面近傍での電流密度が低減される。従って、端面劣化を防止することができる。
【００３４】
また、本実施の形態に係る半導体レーザは、共振器中央のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４をエッチングすることで簡単に製造することができる。エッチング後にコンタクト層などを再成長する必要がないため、再現性良く成長することができる。
【００３５】
また、本実施の形態に係る半導体レーザでは、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４の構造変化が量子井戸活性層１４から離れている。従って、光分布や電流分布の共振器方向の変化は緩やかであるため、安定なレーザ発振を得ることができる。  
【００３６】
また、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４のＡｌ組成がｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６のＡｌ組成よりも大きいことが望ましい。Ａｌ組成が大きいほど量子井戸活性層１４に対する圧縮応力が大きくなるため、さらに確実に端面劣化を防止することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、リッジ１７の両側において、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが、共振器中央でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みよりも大きい。しかし、これに限らず、実施の形態１と同様に、リッジ１７の両側において、共振器端面近傍でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みと共振器中央でのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６の厚みが同じであってもよい。
【００３８】
実施の形態４．
図２１は、本発明の実施の形態４に係る半導体レーザの共振器方向における断面図である。図２２は図２１の共振器端面近傍における断面図であり、図２３は図２１の共振器中央における断面図である。
【００３９】
ｐ電極１９（電極）は、ｐ−ＧａＮコンタクト層１８上に形成され、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４上には形成されていない。その他の構成は実施の形態３と同様である。
【００４０】
この構成は、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４をマスクで覆ってｐ電極１９をｐ−ＧａＮコンタクト層１８上に選択成長するか、または、全面にｐ電極１９を形成した後にｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４上のｐ電極１９をエッチングすることにより製造することができる。
【００４１】
この構成により、共振器端面近傍に流れる電流を減少させることができるため、さらに確実に端面劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの共振器方向における断面図である。
【図２】図１の共振器端面近傍における断面図である。
【図３】図１の共振器中央における断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの共振器方向における断面図である。
【図８】図７の共振器端面近傍における断面図である。
【図９】図７の共振器中央における断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの共振器方向における断面図である。
【図１５】図１４の共振器端面近傍における断面図である。
【図１６】図１４の共振器中央における断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造工程について説明するための断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態４に係る半導体レーザの共振器方向における断面図である。
【図２２】図２１の共振器端面近傍における断面図である。
【図２３】図２１の共振器中央における断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１  ｎ−ＧａＮ基板（半導体基板）
１２  ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層（下部クラッド層）
１４  量子井戸活性層（活性層）
１６  ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層（上部クラッド層）
１７  リッジ
１８  ｐ−ＧａＮコンタクト層（コンタクト層）
２４  ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層（第２の上部クラッド層）
【図１】
0004992742.tif 000002
【図２】
0004992742.tif 000003
【図３】
0004992742.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004992742.tif 000006
【図６】
0004992742.tif 000007
【図７】
0004992742.tif 000008
【図８】
0004992742.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004992742.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004992742.tif 000013
【図１３】
0004992742.tif 000014
【図１４】
0004992742.tif 000015
【図１５】
0004992742.tif 000016
【図１６】
0004992742.tif 000017
【図１７】
0004992742.tif 000018
【図１８】
0004992742.tif 000019
【図１９】
0004992742.tif 000020
【図２０】
0004992742.tif 000021
【図２１】
0004992742.tif 000022
【図２２】
0004992742.tif 000023
【図２３】
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