JP2008211261A - Nitride semiconductor light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化物半導体レーザ素子などの窒化物半導体発光素子に関するものである。 The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device such as a nitride semiconductor laser device.
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびそれらの混晶に代表される窒化物半導体材料により、紫外領域から可視領域で発振する窒化物半導体レーザ素子が作製、試作が行われている。通常、基板にはＧａＮ基板が用いられるが、十分な寿命を持つ窒化物半導体レーザ素子が得られておらず、更なる長寿命化が必要とされている。窒化物半導体レーザ素子の寿命は、ＧａＮ基板上に窒化物半導体層を積層したときに発生するクラックなどの影響を受ける。このようにクラックの発生は、窒化物半導体レーザ素子の劣化の要因となり、発生を抑制する必要がある。 Nitride semiconductor laser elements that oscillate from the ultraviolet region to the visible region are fabricated and prototyped using nitride semiconductor materials typified by GaN, AlN, InN, and mixed crystals thereof. Usually, a GaN substrate is used as the substrate, but a nitride semiconductor laser device having a sufficient lifetime has not been obtained, and a longer lifetime is required. The lifetime of the nitride semiconductor laser element is affected by cracks and the like generated when a nitride semiconductor layer is stacked on a GaN substrate. Thus, the occurrence of cracks causes deterioration of the nitride semiconductor laser element, and it is necessary to suppress the occurrence.
上述の問題に対して、従来技術として、ＧａＮ基板上にＧａＮより熱膨張係数の小さい窒化物半導体を成長させ、その上に半導体発光素子構造を形成することにより、特にＧａＮ基板上に形成されるｎ型コンタクト層内での微細なクラックの発生を抑制した窒化物半導体素子が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、上述の特許文献１による技術を用いて、ＧａＮ基板上に半導体レーザ素子構造を積層した場合においても、ウエーハ表面にクラックが発生することがある。又、この表面に発生したクラックが、半導体レーザ素子の特性劣化要因となり、十分な半導体レーザ素子の寿命が得られないことや、チップ分割時にクラックに沿って割れが発生し意図せぬ箇所が割れてしまう等、歩留まりを低減する要因となっている。 However, even when the semiconductor laser device structure is stacked on the GaN substrate using the technique disclosed in Patent Document 1, cracks may be generated on the wafer surface. In addition, the cracks generated on the surface cause deterioration of the characteristics of the semiconductor laser device, and a sufficient life of the semiconductor laser device cannot be obtained. This is a factor that reduces the yield.
本発明は、このような問題を鑑みて、窒化物半導体基板上に窒化物半導体成長層を積層した窒化物半導体発光素子において、クラックの発生を抑制し、表面平坦性の良好な窒化物半導体成長層が形成された窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。 In view of such a problem, the present invention suppresses the occurrence of cracks in a nitride semiconductor light emitting device in which a nitride semiconductor growth layer is stacked on a nitride semiconductor substrate, and has good surface flatness. An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device having a layer formed thereon.
上記目的を達成するために本発明は、その上面にストライプ状に延在する溝及び丘が形成された窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に積層される複数の窒化物半導体層からなる窒化物半導体成長部と、を備えた窒化物半導体発光素子において、
前記溝上に形成された前記窒化物半導体成長部の高さが、前記丘上に形成された前記窒化物半導体成長部の高さより低く、
前記丘の端付近の前記窒化物半導体成長部の表面に盛り上がったエッジグロース領域を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention includes a nitride semiconductor substrate having grooves and hills extending in stripes on its upper surface, and a plurality of nitride semiconductor layers stacked on the nitride semiconductor substrate. In a nitride semiconductor light emitting device comprising:
The height of the nitride semiconductor growth portion formed on the groove is lower than the height of the nitride semiconductor growth portion formed on the hill,
It has an edge growth region raised on the surface of the nitride semiconductor growth portion near the end of the hill.
これにより、前記溝上に前記窒化物半導体成長部を積層しても、前記溝が埋め込まれることがないため、前記窒化物半導体層中の歪みが分散され、前記溝及び前記丘の双方においてクラックが抑制される。又、前記窒化物半導体層に生じる歪みのムラも低減され、良好な平坦性が得られる。 As a result, even if the nitride semiconductor growth portion is stacked on the groove, the groove is not embedded, so that the strain in the nitride semiconductor layer is dispersed, and cracks are generated in both the groove and the hill. It is suppressed. In addition, unevenness of distortion generated in the nitride semiconductor layer is reduced, and good flatness can be obtained.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記エッジグロース領域以外の前記丘上の前記窒化物半導体成長部の表面にリッジストライプ部が形成されていることを特徴とする。 According to the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device configured as described above, a ridge stripe portion is formed on a surface of the nitride semiconductor growth portion on the hill other than the edge growth region.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記溝が、〈１−１００〉方向と平行な方向に形成されていることを特徴とする。 According to the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device having the above-described configuration, the groove is formed in a direction parallel to the <1-100> direction.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記丘の幅が、７０μｍ以上１２００μｍ以下であることを特徴とする。
前記丘の端には、幅２０〜３０μｍで０．３〜０．５μｍの盛り上がりとなるエッジグロースが発生する場合がある。このため、前記丘の端から前記エッジグロースが発生する領域の幅２０〜３０μｍの部分を避けて前記リッジストライプ部を形成するために、前記丘の幅は７０μｍ以上であるのが好ましい。逆に前記丘１７の幅が広くなるとクラックが発生しやすくなるため、幅は１２００μｍ以下であることが望ましい。
In the nitride semiconductor light emitting device having the above structure according to the present invention, the width of the hill is 70 μm or more and 1200 μm or less.
Edge growth may occur at the end of the hill with a width of 20 to 30 μm and a rise of 0.3 to 0.5 μm. Therefore, in order to form the ridge stripe portion while avoiding the portion having a width of 20 to 30 μm in the region where the edge growth occurs from the end of the hill, the width of the hill is preferably 70 μm or more. On the other hand, if the width of the
また本発明は、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記溝の断面形状が、前記溝の底面部の幅よりも前記溝の開口部の幅のほうが広い順テーパ形状であることを特徴とする。 According to the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device having the above structure, the groove has a forward tapered shape in which the width of the opening of the groove is wider than the width of the bottom surface of the groove. To do.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記溝の断面形状が、前記溝の底面部の幅よりも前記溝の開口部の幅のほうが狭い逆テーパ形状であることを特徴とする。 In the nitride semiconductor light emitting device having the above-described structure, the groove may have a reverse tapered shape in which the width of the groove opening is narrower than the width of the bottom surface of the groove. To do.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記窒化物半導体成長部の前記窒化物半導体基板に接する層がｎ型ＧａＮ層であることを特徴とする。 According to the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device having the above structure, the layer in contact with the nitride semiconductor substrate in the nitride semiconductor growth portion is an n-type GaN layer.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記ｎ型ＧａＮ層の層厚が０．１μｍ以上２μｍ以下であることを特徴とする。
前記ｎ型ＧａＮ層の層厚が０．１μｍ以下であると、前記窒化物半導体基板の影響で、前記窒化物半導体成長部の結晶性が良くない。又、前記ｎ型ＧａＮ層の層厚が厚すぎると、後述する這い上がり成長が進行し、平坦性が悪化するため、前記ｎ型ＧａＮ層の層厚が２μｍを超えることは好ましくない。
According to the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device having the above structure, the n-type GaN layer has a layer thickness of 0.1 μm or more and 2 μm or less.
When the thickness of the n-type GaN layer is 0.1 μm or less, the nitride semiconductor growth portion has poor crystallinity due to the influence of the nitride semiconductor substrate. On the other hand, if the thickness of the n-type GaN layer is too thick, scooping growth, which will be described later, progresses and the flatness deteriorates. Therefore, it is not preferable that the thickness of the n-type GaN layer exceeds 2 μm.
本発明によれば、クラックの発生を防止し、また表面平坦性の良好な窒化物半導体成長層が形成され、信頼性の高い窒化物半導体発光素子を高い歩留まりで得ることが出来る。 According to the present invention, a nitride semiconductor growth layer that prevents the occurrence of cracks and has good surface flatness is formed, and a highly reliable nitride semiconductor light emitting device can be obtained with a high yield.
まず、本明細書において、いくつかの用語の意味を予め明らかにしておく。まず、「窒化物半導体基板」とは、窒化物半導体で構成されている基板であればよく、ＡｌaＧａbＩｎcＮ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ｃ≦１，ａ＋ｂ＋ｃ＝１）基板に置き換えても構わない。また、当該ＡｌaＧａbＩｎcＮ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ｃ≦１，ａ＋ｂ＋ｃ＝１）基板の窒素元素の内、約１０％以下（但し、六方晶系であること）が、Ａｓ，Ｐ，Ｓｂのいずれかの元素に置換されても構わない。また、本明細書では、これら全てを「ＧａＮ基板」とする。 First, in this specification, the meaning of some terms will be clarified in advance. First, the "nitride semiconductor substrate" may be any substrate that is composed of a nitride semiconductor, Al a Ga b In c N (0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ c ≦ 1 , A + b + c = 1) It may be replaced with a substrate. Further, of the Al a Ga b In c N ( 0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ c ≦ 1, a + b + c = 1) nitrogen element substrate, about 10% or less (however, hexagonal However, it may be replaced by any element of As, P, and Sb. Also, in this specification, all of these are referred to as “GaN substrates”.
本明細書に記載の「溝」とは、窒化物半導体基板の上面（成長面）に形成されたストライプ状の凹部を意味する。また、「丘」とは溝同様にストライプ状の凸部を意味する。尚、丘と溝の断面形状は、必ずしも矩形である必要はなく、例えば、順テーパや逆テーパといった形状であっても構わない。また、溝を掘ることによって丘および溝の側面が現れるが、これらは同じ面であり、本明細書では、これらを「丘の側面」とする。 The “groove” described in the present specification means a stripe-shaped recess formed on the upper surface (growth surface) of the nitride semiconductor substrate. “Hill” means a striped convex portion as well as a groove. Note that the cross-sectional shapes of the hills and grooves are not necessarily rectangular, and may be, for example, forward tapered or reverse tapered. Moreover, although the side of a hill and a groove | channel appears by digging a groove | channel, these are the same surfaces, and these are set as the "side surface of a hill" in this specification.
本明細書に記載の「活性層」とは、井戸層もしくは井戸層と障壁層から構成された層の総称を意味するものとする。例えば、単一量子井戸構造の活性層は、１つの井戸層のみから構成されるか、もしくは、障壁層／井戸層／障壁層から構成される。また、多重量子井戸構造の活性層は、複数の井戸層と複数の障壁層から構成される。 The “active layer” described in this specification means a general name of a well layer or a layer composed of a well layer and a barrier layer. For example, an active layer having a single quantum well structure is composed of only one well layer, or is composed of a barrier layer / well layer / barrier layer. The active layer having a multiple quantum well structure includes a plurality of well layers and a plurality of barrier layers.
本明細書に記載の「オフ角」とは、単結晶ＧａＮの結晶成長面である（０００１）面、即ち、Ｃ面に対し、単結晶ＧａＮから切り出しなどによって得られたＧａＮ基板表面とが成す角度を「オフ角」とする。 The “off angle” described in this specification is the (0001) plane, which is the crystal growth plane of single crystal GaN, that is, the GaN substrate surface obtained by cutting from single crystal GaN with respect to the C plane. Let the angle be an “off angle”.
尚、結晶の面や方位を示す指数が負の場合、絶対値の上に横線を付して表記するのが結晶学の決まりであるが、本明細書では、そのような表記ができないため、絶対値の前に負号「−」を付して負の指数を表す。 In addition, when the index indicating the plane and orientation of the crystal is negative, it is a rule of crystallography that is written with a horizontal line on the absolute value, but in this specification, such a notation is not possible, A negative sign is used in front of the absolute value to indicate a negative exponent.
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。窒化物発光素子の一例として窒化物半導体レーザ素子について説明する。図１は本実施形態における窒化物半導体レーザ素子が設けられたウエーハの一部の概略断面図である。図２は、本実施形態の、窒化物半導体成長層１１を積層する前のｎ型ＧａＮ基板１０の上面図である。面方位も併せて表示する。図２に示したｎ型ＧａＮ基板１０上に、窒化物半導体成長層１１を積層させるなどして、図１の窒化物半導体レーザ素子を得る。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A nitride semiconductor laser device will be described as an example of the nitride light emitting device. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a part of a wafer provided with a nitride semiconductor laser device according to this embodiment. FIG. 2 is a top view of the n-
図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０には、〈１−１００〉方向と平行な方向に丘１７、溝１８が形成されている。また、丘と溝の断面形状は矩形とする。また、図３は窒化物半導体成長層１１の構成を示す概略断面図である。
As shown in FIG. 2,
このような窒化物半導体レーザ素子において、まず、ｎ型ＧａＮ基板１０の作製方法について、図面を参照して説明する。ｎ型ＧａＮ基板１０上面の主面方位は（０００１）面であり、主面方位に対して０．１°のオフ角を有している（図示せず）。当該ｎ型ＧａＮ基板１０の上面に、ＳｉＯ2又はＳｉＮｘ等を蒸着する。尚、本実施形態ではＳｉＯ2を用いるとするが、これに限定されるものではなく、他の誘電体膜等でも構わない。次に、このＳｉＯ2膜上に、レジスト材を塗布し通常のリソグラフィ技術を用いて、ストライプ形状のレジストマスクパターンを〈１−１００〉方向に形成する。次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）技術等を用い、ＳｉＯ2およびｎ型ＧａＮ基板１０の上面をエッチングすることで、溝１８を形成する。その後、ＨＦ（フッ酸）などのエッチャントを用いて、ＳｉＯ2を除去し、図２に示すような、〈１−１００〉方向に丘１７と溝１８が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０が作製される。尚、本実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０の上面をエッチングして溝１８を形成するのに、ＲＩＥ技術を用いているが、この方法に限定されるものではなく、ウエットエッチング技術等を用いても構わない。
In such a nitride semiconductor laser device, first, a method for producing the n-
上述のように形成された溝１７と丘１８は、ｎ型ＧａＮ基板１０の上面に〈１−１００〉方向と平行に形成され、溝の幅Ｍを５００μｍ、丘の幅Ｌを５００μｍ、溝の深さＺ（図１参照）を５μｍとする。また、丘１７と溝１８の断面形状は矩形であっても構わないし、溝１８の開口部の幅が底面部の幅より広い順テーパ形状や、逆に、溝１８の開口部の幅が底面部より狭い逆テーパ形状などであっても構わない。
The
又、溝１８の深さＺは、窒化物半導体成長層１１を形成する際、溝１８の埋め込まれやすさに影響する。このため、深さ３μｍ未満の溝１８が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０を作製した場合、当該ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体成長層１１を積層させると、後述する這い上がり成長によって溝１８の埋め込まれる領域が広くなる。この場合、リッジストライプ部を作製する領域が得られなくなることや、窒化物半導体成長層１１の表面平坦性が低下するため、好ましくない。又、溝１８の深さＺが２０μｍを超えると、窒化物半導体レーザ素子の作製工程において、ウエーハ割れが発生するなどの可能性があるため、好ましくない。よって、溝１８の深さＺは、３μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上１０μｍ以下であれば、より好ましい。
Further, the depth Z of the
尚、丘１７と溝１８とを形成するｎ型ＧａＮ基板１０のオフ角は、主面に対して０．２°以内であることが好ましい。このオフ角が０．２°を超えるＧａＮ基板を用いて窒化物半導体成長層１１の積層を行った場合、丘１７の上面や溝１８の中央付近が特定方向に傾斜したり、窒化物半導体成長層１１の表面全体が、波を打ったような表面となり、ウエーハ表面全体で平坦性が悪化し、好ましくない。
The off-angle of the n-
上述の処理をして得られた基板上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Vapor Deposition:有機金属化学気相蒸着）法などを用い、図３で示すような窒化物半導体成長層１１をエピタキシャル成長させることで、図１に示された窒化物半導体レーザ素子を作製する。
By using the MOCVD (Metal Organic Vapor Deposition) method or the like on the substrate obtained by the above-described treatment, the nitride
図３に示すように、窒化物半導体成長層１１は、ｎ型ＧａＮ基板１０表面に、層厚１μｍのｎ型ＧａＮ層２１と、層厚１．２μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２２と、層厚０．１μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層２３と、層厚８ｎｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層が４層および層厚４ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層が３層から成る多重量子井戸構造活性層２４と、層厚２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎキャリアブロック層２５と、層厚０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層２６と、層厚０．５μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２７と、層厚０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２８と、が順に積層され構成される。
As shown in FIG. 3, the nitride
次に、窒化物半導体成長層１１の製造方法を説明する。以下の説明ではＭＯＣＶＤ法を用いた場合を示しているが、エピタキシャル成長できる成長法であれば、ＭＯＣＶＤ法に限定されるものではなく、ＭＢＥ法（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ法）、ＨＤＶＰＥ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライドＶＰＥ法）等、他の気相成長法を用いても構わない。
Next, a method for manufacturing the nitride
ｎ型ＧａＮ基板１０をＭＯＣＶＤ装置の成長炉内の所定のサセプタ上に設置し、サセプタ温度を１０５０℃まで昇温し、Ｈ2あるいはＮ2をキャリアガスとして用い、Ｎの原料としてＮＨ3を、Ｇａの原料としてＴＭＧａ（トリメチルガリウム）またはＴＥＧａ（トリエチルガリウム）を、ｎ型不純物（ドーパント）であるＳｉの原料としてＳｉＨ4とを、それぞれ成長炉内に供給し、ｎ型ＧａＮ層２１を成長させる。その後、Ａｌ原料としてＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）またはＴＥＡｌ（トリエチルアルミニウム）を成長炉内に供給し、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２２を成長させる。尚、上述の膜において、ｎ型不純物（ドーパント）であるＳｉの濃度は、５×１０17／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3となるように調整されている。引き続き、膜中のＳｉの濃度が、１×１０16／ｃｍ3〜１×１０18／ｃｍ3となるように調整されたｎ型ＧａＮ光ガイド層２３を成長させる。
The n-
その後、サセプタ温度を７５０℃に降温し、３周期のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層と４周期のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層から構成された多重量子井戸構造活性層２４を成長させる。当該多重量子井戸構造活性層２４は、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で形成される。この多重井戸構造活性層２４を形成する際、障壁層、又は障壁層と井戸層の両方の膜中のＳｉ濃度が１×１０16〜１×１０18／ｃｍ3となるように、成長炉内にＳｉＨ4を供給する。
Thereafter, the susceptor temperature is lowered to 750 ° C., and a multi-quantum well structure
次に、サセプタ温度を再び１０５０℃まで昇温させ、ＳｉＨ4の供給を止め、Ｎの原料としてＮＨ3を、Ｇａの原料としてＴＭＧａ（トリメチルガリウム）またはＴＥＧａ（トリエチルガリウム）を、Ａｌ原料としてＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）またはＴＥＡｌ（トリエチルアルミニウム）とを、それぞれ成長炉内に供給し、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎキャリアブロック層２５、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２７とｐ型ＧａＮコンタクト層２８を順次成長させる。これらの膜を成長させる際、ｐ型不純物（ドーパント）であるＭｇの原料としてＥｔＣＰ2Ｍｇ（ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム）を炉内に供給し、膜中のＭｇ濃度が１×１０18／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3になるように調整する。尚、Ｍｇの原料としてはシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウムなど、他のシクロペンタ系のＭｇ原料を用いても構わない。また、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎキャリアブロック層２５、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２７とｐ型ＧａＮコンタクト層２８などのｐ型層中の残留水素は、ｐ型ドーパントであるＭｇの活性化を妨げている。この残留水素を除去するために、ｐ型層の成長中に微量の酸素を混入しても構わない。
Next, the susceptor temperature is raised again to 1050 ° C., the supply of SiH 4 is stopped, NH 3 is used as the N raw material, TMGa (trimethyl gallium) or TEGa (triethyl gallium) is used as the Ga raw material, and TMAl is used as the Al raw material. (Trimethylaluminum) or TEAl (triethylaluminum) are respectively supplied into the growth reactor, and the p-type Al 0.3 Ga 0.7 N
このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層２８を成長させた後、ＭＯＣＶＤ装置の炉内を全てＮ2ガスとＮＨ3に入れ替え、サセプタ温度を６０℃／分の割合で降温させる。サセプタ温度が８００℃に達した時点で、ＮＨ3の供給を停止し、サセプタ温度を８００℃で５分間、維持し、その後、室温まで降下させる。尚、本実施形態では、サセプタ温度を８００℃で５分間維持するものとしたが、これに限定されるものではない。又、維持するサセプタ温度は６５０℃から９００℃の間が好ましく、待機時間は、３分以上１０分以下が好ましい。更に、降下する温度の割合は、３０℃／分以上が好ましい。
After growing the p-type
上述のようにして作製された窒化物半導体成長膜１１をラマン測定によって評価した結果、ＭＯＣＶＤ装置からウエーハを取りだした後、ｐ型化アニールが実施される前においても、既にＭｇが活性化してｐ型化の特性が示されていた。更に、ｐ電極形成後のコンタクト抵抗も低減した。即ち、従来のｐ型化アニールを実施すれば、Ｍｇの活性化率がより向上するものと考えられ、好ましい。
As a result of evaluating the nitride
尚、多重井戸構造活性層２４を形成する際、障壁層を成長させた後、井戸層の成長を開始するまで、もしくは、井戸層を成長させた後、障壁層の成長を開始するまでの間に、１秒以上１８０秒以内の時間、成膜が中断されると、障壁層又は井戸層の各層の平坦性が向上する。良好な平坦性が得られると、障壁層又は井戸層の各層のＩｎ組成や層厚が均一になり、発光する波長のムラが抑制される。その結果、自然放出光の半値幅が減少し、好ましい。
When the multi-well structure
又、多重井戸構造活性層２４にＡｓを添加する場合はＡｓＨ3（アルシン）またはＴＢＡｓ（ターシャリブチルアルシン）もしくはＴＭＡｓ（トリメチルアルシン）を、Ｐを添加する場合はＰＨ3（ホスフィン）またはＴＢＰ（ターシャリブチルホスフィン）もしくはＴＭＰ（トリメチルホスフィン）を、Ｓｂを添加する場合はＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）もしくはＴＥＳｂ（トリエチルアンチモン）とを、それぞれ供給しても構わない。また、多重井戸構造活性層２４を形成する際、Ｎの原料として、ＮＨ3以外にジメチルヒドラジン等のヒドラジン原料、もしくはエチルアジドなどのアジド原料を用いても構わない。
When As is added to the multi-well structure
又、本実施形態のように、複数層のＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸を用いて活性層を形成する場合や、該活性層にＡｓ又はＰを添加して量子井戸構造活性層を形成する場合に、量子井戸層中に貫通転位があると、Ｉｎが転位部分に偏析し、好ましくない。よって、上述したようにＩｎxＧａ1-xＮを用いた量子井戸層を活性層に用いる場合には、量子井戸層中の転位などの結晶欠陥を可能な限り少なくすることが、良好な窒化物半導体レーザ特性を得るには好ましい。 Further, as in the present embodiment, when an active layer is formed using a plurality of In x Ga 1-x N quantum wells, an active layer is formed by adding As or P to the active layer. In this case, if there are threading dislocations in the quantum well layer, In is segregated at the dislocation portion, which is not preferable. Therefore, when a quantum well layer using In x Ga 1-x N is used as an active layer as described above, it is possible to reduce crystal defects such as dislocations in the quantum well layer as much as possible. It is preferable for obtaining a semiconductor laser characteristic.
又、本実施形態における多重量子井戸構造活性層２４は、障壁層で始まり障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始まり井戸層で終わる構成であっても構わない。また、井戸層の層数は、上述した３層に限定されるものではなく、１０層以下であれば、閾値電流密度が低く室温連続発振が可能であるので、構わない。特に、井戸層の層数は、２層以上６層以下のとき閾値電流密度が低く、好ましい。又、多重量子井戸構造活性層２４にＡｌを含有させても構わない。
In addition, the multiple quantum well structure
又、本実施形態における多重量子井戸構造活性層２４は、井戸層と障壁層の両層に、不純物としてＳｉを添加するものとするが、不純物は添加しなくても構わない。又、添加する不純物はＳｉに限定されるものではなく、Ｏ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｍｇなどでも構わない。又、この不純物の添加量の総和は、１×１０17〜８×１０18／ｃｍ3程度が好ましい。更に、不純物を添加する層は、井戸層と障壁層の両層に限らず、一方の層のみに添加しても構わない。
In the multi-quantum well structure
このように、上述した方法により形成されたｎ型ＧａＮ基板１０の表面にｎ型ＧａＮ層２１をはじめとする窒化物半導体成長層１１を平坦性良く積層し、クラックのない窒化物半導体レーザ素子を形成する。このとき、溝１８の深さＺの値やｎ型ＧａＮ層２１の設計層厚などに大きく影響を受ける這い上がり成長を利用する。以下に、この這い上がり成長について説明をする。
As described above, the nitride
溝１８と丘１７が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体成長層１１を構成する窒化物半導体層の積層を行うと、丘の側面部１７ｂ（図１参照）から略〈１１−２０〉方向（以下、「横方向」とする）に成長した窒化物半導体層の層厚及び溝の底面部１８ａ（図１参照）から略〈０００１〉方向（以下、「縦方向」とする）に成長した窒化物半導体層の層厚よりも、溝１８の端付近で成長した窒化物半導体層の層厚が厚くなる領域が生じる。その後、窒化物半導体層の成長を続けると、溝１８の端付近で成長した窒化物半導体層の縦方向の成長速度が、他の領域よりも速く、溝１８の端付近の領域での成長層が、丘の上面部１７ａ（図１参照）から縦方向に成長した窒化物半導体層の厚さにまで達し、結果、溝１８が埋め込まれ始める。
When the nitride semiconductor layer constituting the nitride
このように溝１８の端付近の領域での窒化物半導体層が成長する様子が、溝１８の底面から丘１７の側面を這い上がるように見えることから、本明細書では、これを「這い上がり成長」とする。更に、這い上がり成長が起こる領域を、「這い上がり成長領域」、這い上がり成長した部分を「這い上がり成長部」とする。又、本明細書において「溝が埋め込まれる」とは、丘の上面部１７ａ上に成長した窒化物半導体層表面と溝の底面部１８ａ上に成長した窒化物半導体層表面の高さが、ほぼ同等になることを指す。
Since the appearance of the growth of the nitride semiconductor layer in the region near the end of the
このような這い上がり成長を含め、ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層を成長させたときの膜成長の状態遷移について、図面を参照して、以下に説明する。図４は、溝１８と丘１７が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０上に、それぞれ、層厚の異なるｎ型ＧａＮ層２１を成長させたときのウエーハの一部の断面形状図である。
The state transition of the film growth when the nitride semiconductor layer is grown on the n-
図４のｎ型ＧａＮ基板１０は、〈１−１００〉方向と平行な方向に、丘１７の幅Ｌを３００μｍとし、溝１８の幅Ｍを１００μｍ及び深さＺを５μｍとして、形成されたものである。図４（ａ）は、当該ｎ型ＧａＮ基板１０上に、層厚０．２μｍを設計層厚として、ｎ型ＧａＮ層２１を成長させたときのウエーハの一部の断面形状図である。丘の上面部１７ａ及び丘の側面部１７ｂと、溝の底面部１８ａに、ｎ型ＧａＮ層２１がそれぞれ、上面成長部３１ａ、側面成長部３１ｂ、底面成長部３１ｃとして成長する。ここで、上面成長部３１ａと側面成長部３１ｂに挟まれた領域を、成長部３１ｄとする。
The n-
上面成長部３１ａ及び、底面成長部３１ｃの溝の中心部３２においては、略０．２μｍのｎ型ＧａＮ層２１が成長する。また、成長部３１ｄ付近の側面成長部３１ｂでは、溝１８の中心に向かって成長したｎ型ＧａＮ層２１の層厚が略０．３μｍである。また、溝の底面部１８ａに近い側面成長部３１ｂでは、丘の側面部１７ｂから成長したｎ型ＧａＮ層２１の盛り上がりが見られ、盛り上がり部３４が形成されている。又、盛り上がり部３４が形成される這い上がり領域３３において、這い上がり成長は初期段階であり、溝の底面部１８ａから縦方向に成長した底面成長部３１ｃと、丘の側面部１７ｂの盛り上がり部３４とは結合していない。
The n-
図４（ｂ）は、ｎ型ＧａＮ基板１０上に、層厚２μｍを設計層厚としてｎ型ＧａＮ層２１を成長させたときのウエーハの一部の断面形状図である。図４（ａ）に示された溝の底面部１８ａに近い側面成長部３１ｂに形成された盛り上がり部３４は、溝の底面部１８ａから縦方向に成長した底面成長部３１ｃと結合し、結果、這い上がり成長が起こり、這い上がり成長部３１ｅが形成されている。しかし、這い上がり成長領域３３に形成された這い上がり成長部３１ｅは、縦方向の層厚が、丘の上面部１７ａ上に成長した上面成長部３１ａの厚さまでは到達しておらず、傾斜形状となっている。又、這い上がり成長領域３３は溝１８の中心方向に向かって広がっているが、溝の中心部３２において、十分に広い平坦な領域が得られている。
FIG. 4B is a sectional view of a part of the wafer when the n-
上述したように、溝の底面部１８ａから縦方向に成長する底面成長部３１ｃと、丘の側面部１７ｂから横方向に成長する側面成長部３１ｂが溝１８の端部で結合し、その結果、這い上がり成長が促進される。さらに這い上がり成長が進行すると、這い上がり成長領域３３で形成された這い上がり成長部３１ｅにおいて成長したｎ型ＧａＮ層２１が、丘の上面部１７ａ上で成長したｎ型ＧａＮ層２１から成る上面成長部３１ａの表面の高さにまで達する。引き続き、成長行うと、溝１８において、まだ埋め込まれていない領域で、溝の低面部１８ａから縦方向の膜成長と這い上がり成長部３１ｅからの横方向の膜成長双方の影響受け、さらに溝１８の埋め込みが進行する。
As described above, the bottom
図４（ｃ）に、ｎ型ＧａＮ基板１０上に、層厚５μｍを設計層厚としてｎ型ＧａＮ層２１を成長させたときのウエーハの一部の断面形状図を示す。このとき、図４（ｃ）に示すｎ型ＧａＮ層２１が這い上がり成長を起こし、這い上がり成長部３１ｅの横方向の層厚が厚くなる。そのため、這い上がり成長領域３３が広くなり、結果的に、溝の中心部３２の略２０μｍを残して溝１８は埋め込まれる。よって、溝の中心部３２で平坦な領域は得ることはできない。又、上面成長部３１ａの表面においても平坦性が低下している。これは這い上がり成長領域３３が広くなったことにより、ｎ型ＧａＮ層２１内の歪を十分に緩和できなくなったためである。上面成長部３１ａ上に、引き続き、窒化物半導体成長層１１を積層させ窒化物半導体レーザ素子を作製すると、クラックが発生する可能性が高く、良好な平坦性も得ることは出来ず、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を作製することができない。
FIG. 4C shows a sectional view of a part of the wafer when the n-
即ち、上述したように、這い上がり成長は、ｎ型ＧａＮ基板１０上に成長させるｎ型ＧａＮ層２１の層厚と関係する。這い上がり成長はＧａＮを成長させるときに最も顕著に表れ、ｎ型ＧａＮ層２１の層厚が厚すぎると這い上がり成長が進行し、平坦性が低下するため、層厚は２μｍを超えることは好ましくない。また、ｎ型ＧａＮ層２１を成長させずに、直接、ｎ型基板上にｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２２を成長させ、窒化物半導体レーザ素子を作製した場合、ｎ型ＧａＮ基板１０の影響を窒化物半導体成長層１１が受け、結晶性が悪化する。このため、ｎ型ＧａＮ層２１は、少なくとも層厚０．１μｍ以上成長させた方が好ましい。よって、ｎ型ＧａＮ層２１は、０．１μｍ以上２μｍ以下が好ましい。更に、溝の底面部１８ａからｎ型ＧａＮ層２１が縦方向に成長した底面成長部３１ｃと、丘の側面部１７ｂからｎ型ＧａＮ層２１が横方向に成長した側面成長部３１ｂとが、結合するまでに、ｎ型ＧａＮ層２１の成長が完了することが、より好ましい。又、這い上がり成長は、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮでは生じにくいことが分かっている。
That is, as described above, the creeping growth is related to the layer thickness of the n-
又、溝１８の幅が十分に広くないと、這い上がり成長によって溝１８は埋め込まれてしまい、溝の中心部３２に平坦な領域を得ることができない。このため、溝１８の幅は５０μｍ以上であることが、好ましい。又、溝１８の幅が広いと、溝１８全体が埋め込まれにくくなるが、窒化物半導体成長層１１に生じる歪みを十分に緩和することができず、結果、クラックが発生しやすくなる。また、平坦性も悪化するため、溝１８の幅は１２００μｍ以下であることが、好ましい。
Further, if the width of the
次に、このような方法でｎ型ＧａＮ基板１０上に、ｎ型ＧａＮ層２１を始めとして積層された窒化物半導体成長層１１の表面には、丘１７の端付近に、幅２０〜３０μｍで高さ０．３μｍ程度の膜の盛り上がりであるエッジグロース１９（図１参照）が発生することが判明している。当該エッジグロース１９は、窒化物半導体成長層１１のうちｎ型層を成長させるときには殆ど発生せず、ｐ型層を成長させるときに顕著に生じる。
Next, on the surface of the nitride
このようなエッジグロース１９は、図４（ｃ）のように這い上がり成長が促進され溝１８の埋め込みが進行したウエーハでは、殆ど発生しない。エッジグロース１９が発生しない状態では、丘１７および溝１８表面に積層された窒化物半導体成長層１１の上面の平坦性は、著しく悪化する傾向にある。一方、エッジグロース１９が生じた状態では、エッジグロース１９が生じた領域を除いて、丘１７表面に積層された窒化物半導体成長層１１の上面の平坦性は良好である。この丘１７表面の平坦な領域は、少なくともリッジストライプ部が形成できる幅が必要であり、このため、丘１７の端からエッジグロース１９が発生する領域の幅２０〜３０μｍの部分を避けてリッジストライプ部を形成するために、丘１７の幅Ｌは、７０μｍ以上であるのが好ましい。逆に丘１７の幅Ｌが広くなるとクラックが発生しやすくなるため、幅は１２００μｍ以下であることが望ましい。
上述したような本実施形態による方法を用いると、溝１８と丘１７が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０上に図３で示したような窒化物半導体成長層１１を積層させ、ウエーハ全体でクラックの発生が無く、更に、丘１７部で幅４００μｍ、溝１８部で幅４００μｍの平坦な領域を得ることが出来た。このようにして得られた平坦な領域に図１に示された窒化物半導体レーザ素子を作製する。
When the method according to the present embodiment as described above is used, the nitride
図１の窒化物半導体レーザ素子は、上述したようにして溝１８と丘１７が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０上に図３で示したような窒化物半導体成長層１１を積層させている。又、窒化物半導体成長層１１の表面にはレーザ光導波路であるリッジストライプ部１２と、リッジストライプ部１２を挟むように設置されて、電流狭窄を目的とした絶縁膜としてＳｉＯ2層１３とが形成される。そして、このリッジストライプ部１２及びＳｉＯ2層１３のそれぞれの表面には、ｐ電極１４が形成され、又、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面にはｎ電極１５が形成されている。
In the nitride semiconductor laser device of FIG. 1, the nitride
リッジストライプ部１２の作製される位置は、丘１７および溝１８の表面で平坦な領域であれば、特に限定されず、平坦な領域の端から５μｍ以上離れた位置であれば、より好ましい。本実施形態では、丘１７および溝１８の表面で積層された窒化物半導体成長層１１上面に、丘の側面部１７ｂより、それぞれ２５０μｍ離れた平坦な領域の中央付近にリッジストライプ部１２を作製する。
The position where the
リッジストライプ部１２の作製方法を、以下に説明する。通常のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、窒化物半導体成長層１１の最表面（ｐ型ＧａＮコンタクト層２８）よりｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２７の途中まで、ストライプ形状を残してエッチングを実施することで、リッジストライプ部１２が形成される。尚、ストライプ幅は１〜３μｍ、好ましくは１．３〜２μｍである。又、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２６とｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２７の界面からエッチング底面までの距離は、０．１〜０．４μｍとする。
A method for manufacturing the
引き続き、リッジストライプ部１２以外の部分に、電流狭窄を目的とした絶縁膜としてＳｉＯ2層１３を形成する。この際、エッチングされずに残ったストライプ形状のｐ型ＧａＮコンタクト層２８は露出しており、この露出した部分及びＳｉＯ2層１３上にＰｄ／Ｍｏ／Ａｕの順序で蒸着し、ｐ電極１４を形成する。
Subsequently, an SiO 2 layer 13 is formed as an insulating film for current confinement in a portion other than the
尚、本実施形態では、上述のように絶縁膜としてＳｉＯ2を用いているが、これに限定されるものではなく、珪素、チタン、ジルコニア、タンタル、アルミニウム等の酸化物又は窒化物でも構わない。又、ｐ電極１４の材料として、Ｐｄ／Ｍｏ／Ａｕを用いているが、これに限定されるものではなく、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、又はＮｉ／Ａｕ等を用いても構わない。
In the present embodiment, SiO 2 is used as the insulating film as described above, but the present invention is not limited to this, and oxides or nitrides such as silicon, titanium, zirconia, tantalum, and aluminum may be used. . Moreover, although Pd / Mo / Au is used as the material of the
次に、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側から、研磨もしくはエッチングすることによりｎ型ＧａＮ基板１０の一部を除去し、ウエーハの厚みを８０〜２００μｍ程度までに薄くする。その後、ｎ電極１５としてｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側に、ｎ型ＧａＮ基板１０に近い側から、Ｈｆ／Ａｌを形成する。尚、ｎ電極１５に用いる材料は、これに限定されるものではなく、Ｈｆ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｕ、Ｈｆ／Ｍｏ／Ａｕ、などを用いても構わない。又、これらの材料で、ＨｆをＴｉ、又はＺｒに置き換えた電極材料を用いても構わない。また、ｎ電極１５は図１のように、個々の窒化物半導体レーザ素子に対して、分割して形成されても構わないし、分割せず、ｎ電極１５の層が連続して形成されても構わない（図７参照）。
Next, a part of the n-
このようにしてリッジストライプ部１２及びｐ電極１４及びｎ電極１５が形成され、窒化物半導体成長層１１が積層されたウエーハを、リッジストライプ部１２が形成された〈１−１００〉方向（図１参照）に対して垂直方向に劈開し、共振器端面を形成し、共振器長４００μｍの導波型ファブリ・ペロー共振器を作製する。尚、共振器長は、４００μｍに限定されるものではなく、３００μｍから１０００μｍの範囲であれば、どの値でも構わない。
In this way, the
上述のように、ウエーハを劈開し共振器端面を形成する工程によって、バー形状にする。バーには、図1に示されるような窒化物半導体レーザ構造が、多数、横に連なって形成されている。形成された共振器端面は、窒化物半導体結晶の｛１−１００｝面に相当する。劈開は、ウエーハの裏面全面にダイヤモンドカッタによって罫書き線がつけられ、ウエーハに適宜力を加えられ、実施される。又、ウエーハの一部、例えば、ウエーハのエッジ部分にのみにダイヤモンドカッタによって罫書きがいれられ、これを起点に劈開しても構わない。また、共振器端面の形成はエッチングによって形成しても構わない。 As described above, a bar shape is formed by cleaving the wafer to form the resonator end face. The bar is formed with a large number of nitride semiconductor laser structures as shown in FIG. The formed resonator end face corresponds to the {1-100} plane of the nitride semiconductor crystal. Cleaving is performed by applying a ruled line to the entire back surface of the wafer with a diamond cutter and applying appropriate force to the wafer. Further, only a part of the wafer, for example, an edge portion of the wafer may be marked with a diamond cutter, and the wafer may be cleaved from this. Further, the resonator end face may be formed by etching.
このように、導波型ファブリ・ペロー共振器の前後に二つの共振器端面を形成した後、当該共振器端面の両面に、反射率７０％のＳｉＯ2及びＴｉＯ2から成る誘電体膜を交互に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成する。なお、形成された二つの共振器端面のうち、一つはレーザ出射面とし、例えば、当該共振器端面に形成される誘電体多層反射膜の反射率を５％としても構わない。又、他方の共振器端面はレーザ反射面とし、例えば、当該共振器端面に形成される誘電体多層反射膜の反射率を９５％としても構わない。尚、反射率については、これに限定されるものではない。又、誘電体膜材料としては、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2に限定されるものではなく、例えば、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3などを用いても構わない。次に、窒化物半導体レーザ素子が、多数、横に連なって形成されているバーを、リッジストライプ部１２に平行な方向に沿って分割することで、個々の窒化物半導体レーザ素子（チップ）を得る。
Thus, after forming two resonator end faces before and after the waveguide type Fabry-Perot resonator, dielectric films made of SiO 2 and TiO 2 having a reflectivity of 70% are alternately formed on both sides of the resonator end face. To form a dielectric multilayer reflective film. Of the two resonator end faces formed, one may be a laser emission surface, and for example, the reflectance of the dielectric multilayer reflective film formed on the resonator end face may be 5%. The other resonator end surface may be a laser reflecting surface, and for example, the reflectance of the dielectric multilayer reflecting film formed on the resonator end surface may be 95%. Note that the reflectance is not limited to this. The dielectric film material is not limited to SiO 2 / TiO 2 , and for example, SiO 2 / Al 2 O 3 may be used. Next, each nitride semiconductor laser element (chip) is divided by dividing a bar in which a large number of nitride semiconductor laser elements are connected side by side along a direction parallel to the
このとき、ウエーハの裏面側を上にして、ステージ上に得られたバーを置き、光学顕微鏡を用いて、キズ入れ位置をアライメントし、バーの裏面にダイヤモンドカッタで罫書き線を入れる。そして、バーに適宜力を加え、罫書き線に沿ってバーを分割することで、窒化物半導体素子（チップ）を作製する。本方法はスクライビング法と言われるものである。 At this time, with the back side of the wafer facing up, the bar obtained is placed on the stage, the scratching position is aligned using an optical microscope, and a ruled line is put on the back side of the bar with a diamond cutter. Then, a nitride semiconductor element (chip) is manufactured by applying an appropriate force to the bar and dividing the bar along the ruled lines. This method is called scribing method.
チップ分割工程は、スクライビング法による以外の方法で、バーの裏面側からキズ、溝等をいれてチップに分割する方法で構わない。このチップ分割工程での他の手法として、例えば、ワイヤーソーもしくは薄板ブレードを用いてキズ入れ、もしくは切断を行うダイシング法、エキシマレーザ等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部に生じさせたクラックをスクライブラインとするレーザスクライブ法、高エネルギー密度のレーザ光を照射し、蒸発させることで溝入れ加工を行うレーザアブレーション法等を用いても構わない。 The chip dividing step may be a method other than the scribing method, in which scratches, grooves or the like are inserted from the back side of the bar and the chip is divided. As another method in this chip dividing process, for example, a dicing method in which a wire saw or a thin blade is used for scratching or cutting, laser beam irradiation heating such as an excimer laser, and subsequent rapid cooling are caused in the irradiation part. A laser scribing method using the cracks as scribe lines, a laser ablation method in which grooving is performed by irradiating and evaporating a laser beam with a high energy density may be used.
上述したチップ分割工程により、図１に示されるような丘１７の平坦な領域上および溝１８の平坦な領域上に形成された窒化物半導体レーザ素子が個々のチップに分割される。分割された個々の窒化物半導体レーザ素子の横幅を４００μｍとする。本実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０に、５００μｍ周期で丘１７と溝１８が形成されており、図５のように、丘の側面部１７ｂより、丘１７と溝１８の中心部の向かって、それぞれ５０μｍ離れた位置で、分割ライン５１に沿って劈開が行われ、窒化物半導体レーザ素子に分割される。尚、本実施形態では、丘１７と溝１８との間の段差を含まないように分割を行われているが、図６のように、丘１７部に形成された窒化物半導体レーザ素子または溝１８部に形成された窒化物半導体レーザ素子が、当該段差を含むように、分割ライン６１に沿って分割しても構わない。尚、分割ラインの位置は、これらに限定されるものではないが、リッジストライプ部１２から少なくとも２０μｍ以上離れた位置であることが、好ましい。
Through the above-described chip dividing step, the nitride semiconductor laser element formed on the flat region of the
上述のような方法で作製された本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、殆どの素子で、窒化物半導体成長層１１中の面積１ｃｍ2当たりの中にクラックは０本であった。従来技術による窒化物半導体レーザ素子では、窒化物半導体成長層１１中の面積１ｃｍ2当たりの中に３〜６本のクラックが入っている。このように、本実施形態による方法で、クラックの発生が抑制されている。また、良好な平坦性も得られウエーハ全体の均一化が図れるため、歩留りを向上させることが出来た。
Most of the nitride semiconductor laser devices of this embodiment manufactured by the method as described above had no cracks per 1 cm 2 of area in the nitride
即ち、従来技術による窒化物半導体レーザ素子では、窒化物半導体成長層１１の中に含まれるＡｌＧａＮクラッド層とＧａＮ層等、異なる膜の格子定数や熱膨張係数の違いから生じる歪により、クラックが引き起こされるのに対し、本実施形態の窒化物半導体レーザ素子では、ｎ型ＧａＮ基板１０に形成された溝１８が埋め込まれないように窒化物半導体成長層１１を積層させるため、窒化物半導体成長層１１に内在する歪みが分散され、クラックが抑制される。また、良好な平坦性が得られるのは、窒化物半導体成長層１１中の歪みのムラが低減するためである。
That is, in the nitride semiconductor laser device according to the prior art, cracks are caused by strains caused by differences in lattice constants and thermal expansion coefficients of different films such as an AlGaN cladding layer and a GaN layer included in the nitride
尚、本実施形態の窒化物半導体レーザは、ファブリ・ペロー共振器を備えるものとしたが、この方式に限定されるものではなく、グレーティングを電流注入領域の内側に設けた分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）レーザ、又はグレーティングを電流注入領域の外側に設けた分布ブラッグ反射型（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）レーザ等、他の帰還方式を用いた窒化物半導体レーザでも構わない。 The nitride semiconductor laser of this embodiment is provided with a Fabry-Perot resonator, but is not limited to this method, and is a distributed feedback type (Distributed Feedback) in which a grating is provided inside the current injection region. : DFB) laser, or a nitride semiconductor laser using another feedback method such as a distributed Bragg reflector (DBR) laser having a grating provided outside the current injection region.
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図７は本実施形態における窒化物半導体レーザ素子が設けられたウエーハの一部の概略断面図である。本実施形態において、ｎ型ＧａＮ基板１０上に積層される窒化物半導体成長層１１は、その構成はｎ型ＧａＮ層２１の層厚の値以外は図３のような構成となるので、同一の符号を付し、その詳細な説明は第１の実施形態を参照するものとして、省略する。また、図７には示されていないが、本実施形態のｎ型ＧａＮ基板１０のオフ角は、主面方位のＣ面（０００１）に対して０．２°とする。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a schematic sectional view of a part of the wafer provided with the nitride semiconductor laser device according to the present embodiment. In the present embodiment, the nitride
ｎ型ＧａＮ基板１０は、ｎ型ＧａＮ基板上に、溝１８と丘１７が〈１−１００〉方向と平行な方向に、丘１７の幅Ｌを５０μｍ、溝１８の幅Ｍを３００μｍ、深さＺを２０μｍとして形成されている。溝１８と丘１７の形成方法などは、第１の実施形態と同様なので、その詳細な説明は、省略する。尚、丘１７と溝１８の断面形状は矩形であっても構わないし、溝１８の開口部の幅が底面部の幅より広い順テーパ形状や、逆に、溝１８の開口部の幅が底面部より狭い逆テーパ形状などであっても構わない。
In the n-
このような溝１８のと丘１７の形成されたｎ型ＧａＮ基板１０の上に、図３のような窒化物半導体成長層１１を積層させる。但し、本実施形態では、ｎ型ＧａＮ層２１の層厚を２μｍとする。このように窒化物半導体成長層１１が積層されたウエーハの上面は、丘１７の平坦な領域の幅が狭く、エッジグロース１９（図示せず）による盛り上がりが顕著となり、良好な平坦性は得られなかった。また溝１８においては、丘の側面部１７ｂより溝１８の中心部に向かって、略３０μｍ幅の這い上がり成長領域３３（図示せず）が現れ、溝１８部において、略２４０μｍ幅の平坦な領域が得られた。
A nitride
次に、上述の方法で得られたウエーハに、窒化物半導体レーザ素子を形成する。本実施形態では、丘の幅が狭く、平坦な領域が十分に得られていないため、溝１８部の平坦な領域にリッジストライプ部１２及びＳｉＯ2層１３上にｐ電極１４を形成する。作製方法などは第１の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。尚、本実施形態では、形成されたＳｉＯ2層１３上及びｐ電極１４は、窒化物半導体レーザ素子ごとに分割されていないが、通常のフォトリソグラフィ技術やドライエッチング技術などを用い、第１の実施形態と同様に、窒化物半導体レーザ素子ごとにＳｉＯ2層１３およびｐ電極１４が分割、形成されるものとしても構わない。
Next, a nitride semiconductor laser element is formed on the wafer obtained by the above method. In this embodiment, since the hill is narrow and a flat region is not sufficiently obtained, the
リッジストライプ部１２の作製される位置は、丘１７および溝１８の表面で平坦な領域であれば、特に限定されず、平坦な領域の端から５μｍ以上離れた位置であれば、より好ましい。本実施形態では、丘１７および溝１８の表面で積層された窒化物半導体成長層１１上面に、丘の側面部１７ｂより１５０μｍ離れた平坦な領域の中央付近にリッジストライプ部１２を作製する。
The position where the
次に、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側から、研磨もしくはエッチングすることによりｎ型ＧａＮ基板１０の一部を除去し、ウエーハの厚みを８０〜２００μｍ程度までに薄くする。その後、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面にｎ電極１５を形成する。ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面の除去及びｎ電極１５の作製方法などは、第１の実施形態と同様なので、その詳細な説明は省略する。尚、本実施形態では、形成されたｎ電極１５は窒化物半導体レーザ素子ごとに分割されていないが、通常のフォトリソグラフィ技術やドライエッチング技術などを用い、第１の実施形態と同様に、窒化物半導体レーザ素子ごとにｎ電極１５が分割、形成されるものとしても構わない。
Next, a part of the n-
このようにしてリッジストライプ部１２及びｐ電極１４及びｎ電極１５が形成され、窒化物半導体成長層１１が積層されたウエーハを、リッジストライプ部１２が形成された〈１−１００〉方向（図７参照）に対して垂直方向に劈開し、共振器端面を形成する。本実施形態では共振器長６００μｍの導波型ファブリ・ペロー共振器を作製する。尚、共振器長は、６００μｍに限定されるものではなく、３００μｍから１０００μｍの範囲であれば、どの値でも構わない。尚、共振器端面の形成方法などは、第１の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
In this way, the
このように、導波型ファブリ・ペロー共振器の前後に二つの共振器端面を形成した後、当該共振器端面の両面に、反射率７０％のＳｉＯ2及びＴｉＯ2から成る誘電体膜を交互に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成する。なお、形成された二つの共振器端面のうち、一つはレーザ出射面とし、例えば、当該共振器端面に形成される誘電体多層反射膜の反射率を５％としても構わない。又、他方の共振器端面はレーザ反射面とし、例えば、当該共振器端面に形成される誘電体多層反射膜の反射率を９５％としても構わない。尚、反射率については、これに限定されるものではない。又、誘電体膜材料としては、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2に限定されるものではなく、例えば、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3などを用いても構わない。次に、窒化物半導体レーザ構造が、多数、横に連なって形成されているバーを、リッジストライプ部１２に平行な方向に沿って分割することで、個々の窒化物半導体レーザ素子（チップ）を得る。チップ分割方法などについては、第１の実施形態と同様なので、その詳細な説明は省略する。
Thus, after forming two resonator end faces before and after the waveguide type Fabry-Perot resonator, dielectric films made of SiO 2 and TiO 2 having a reflectance of 70% are alternately formed on both sides of the resonator end face. To form a dielectric multilayer reflective film. Of the two resonator end faces formed, one may be a laser emission surface, and for example, the reflectance of the dielectric multilayer reflective film formed on the resonator end face may be 5%. The other resonator end face may be a laser reflecting face, and for example, the reflectance of the dielectric multilayer reflecting film formed on the resonator end face may be 95%. Note that the reflectance is not limited to this. The dielectric film material is not limited to SiO 2 / TiO 2 , and for example, SiO 2 / Al 2 O 3 may be used. Next, each nitride semiconductor laser element (chip) is divided by dividing a bar in which a large number of nitride semiconductor laser structures are formed side by side along a direction parallel to the
チップ分割工程により、図７に示されるような溝１８の平坦な領域上に形成された窒化物半導体レーザ素子が個々のチップに分割される。分割された個々の窒化物半導体レーザ素子の横幅を３５０μｍとする。本実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０に、３５０μｍ周期で丘１７と溝１８が形成されているが、図７のように、丘の側面部１７ｂより、溝１８の中心部に向かって４０μｍ離れた位置において、分割ライン７１に沿って劈開が行われ、個々の窒化物半導体レーザ素子に分割される。尚、分割ライン７１の位置は、これに限定されるものではないが、リッジストライプ部１２から少なくとも２０μｍ以上離れた位置であることが、好ましい。
By the chip dividing step, the nitride semiconductor laser element formed on the flat region of the
上述のような方法で作製された本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、殆どの素子で、窒化物半導体成長層１１中の面積１ｃｍ2当たりの中にクラックは０本であった。従来技術による窒化物半導体レーザ素子では、窒化物半導体成長層１１中の面積１ｃｍ2当たりの中に３〜６本のクラックが入っている。このように、本実施形態による方法で、クラックの発生が抑制されている。また、良好な平坦性も得られウエーハ全体の均一化が図れるため、歩留りを向上させることが出来た。
Most of the nitride semiconductor laser devices of this embodiment manufactured by the method as described above had no cracks per 1 cm 2 of area in the nitride
尚、本実施形態の窒化物半導体レーザは、ファブリ・ペロー共振器を備えるものとしたが、この方式に限定されるものではなく、グレーティングを電流注入領域の内側に設けた分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）レーザ、又はグレーティングを電流注入領域の外側に設けた分布ブラッグ反射型（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）レーザ等、他の帰還方式を用いた窒化物半導体レーザでも構わない。 The nitride semiconductor laser of this embodiment is provided with a Fabry-Perot resonator, but is not limited to this method, and is a distributed feedback type (Distributed Feedback) in which a grating is provided inside the current injection region. : DFB) laser, or a nitride semiconductor laser using another feedback method such as a distributed Bragg reflector (DBR) laser having a grating provided outside the current injection region.
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図８は本実施形態における窒化物半導体レーザ素子が設けられたウエーハの一部の概略断面図である。ｎ型ＧａＮ基板１０上に積層される窒化物半導体成長層１１は、その構成はｎ型ＧａＮ層２１の層厚の値以外は図３のような構成となるので、同一の符号を付し、その詳細な説明は第１の実施形態を参照するものとして、省略する。また、図８には示されていないが、本実施形態のｎ型ＧａＮ基板１０のオフ角は、主面方位のＣ面（０００１）に対して０°（ジャスト）であるとする。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a schematic sectional view of a part of the wafer provided with the nitride semiconductor laser device according to the present embodiment. The nitride
本実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０は、ｎ型ＧａＮ基板上に、溝１８と丘１７が〈１−１００〉方向と平行な方向に、丘１７の幅Ｌを１２００μｍ、溝１８の開口部の幅Ｍを５０μｍ、深さＺを１０μｍとして形成されている。溝１８の断面形状は、溝１８の底面部１８ａの幅の値Ｎが溝の開口部の幅の値Ｍより大きい、逆テーパ形状とする。
In the present embodiment, the n-
まず、第１の実施形態と同様に、通常のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、ＳｉＯ2及びｎ型ＧａＮ基板１０の一部を除去し、第１の実施形態と同様な断面形状が矩形の溝１８が形成される。この後、引き続きウエットエッチングを行うと、図８に示されているように、断面形状が、底面部１８ａの幅の値Ｎが溝の開口部の幅の値Ｍより大きい逆テーパ形状をした溝１８が形成される。
First, as in the first embodiment, a part of the SiO 2 and n-
このウエットエッチングに用いる溶液として、ＫＯＨ（水酸化カリウム）もしくは、ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）とＫＯＨとの混合液を用いる。これらの溶液を８０℃〜２５０℃に加熱することで、等方的なエッチングが可能となり、逆テーパ形状をした溝１８が形成される。
As a solution used for this wet etching, KOH (potassium hydroxide) or a mixed solution of NaOH (sodium hydroxide) and KOH is used. By heating these solutions to 80 ° C. to 250 ° C., isotropic etching becomes possible, and
このような溝１８の断面形状が逆テーパ形状であるｎ型ＧａＮ基板１０の上に、図３のような窒化物半導体成長層１１を積層させる。尚、本実施形態では、ｎ型ＧａＮ層２１の層厚を０．１μｍとする。
A nitride
本実施形態では、溝１８の開口部の幅Ｍが５０μｍと、溝１８の底面部の幅Ｎより小さく、溝１８の断面形状が逆テーパ形状となっている。このため、這い上がり成長が抑制され、溝１８が埋め込まれることがなく、窒化物半導体成長層１１を積層した後、溝１８部の中央付近には略１０μｍ幅の平坦な領域が、丘１７部では１１４０μｍ〜１１５０μｍ幅の平坦な領域が、それぞれ得られた。この溝１８部の平坦な領域のほぼ中央部と丘１７部の平坦な領域の中央部の双方に、リッジストライプ部１２、ＳｉＯ2層１３及びｐ電極１４を作製する。作製方法などは第１の実施形態と同様なので、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。尚、本実施形態では、形成されたＳｉＯ2層１３上及びｐ電極１４は、窒化物半導体レーザ素子ごとに分割されていないが、通常のフォトリソグラフィ技術やドライエッチング技術などを用い、第１の実施形態と同様に、窒化物半導体レーザ素子ごとにＳｉＯ2層１３およびｐ電極１４が分割、形成されるものとしても構わない。
In the present embodiment, the width M of the opening of the
尚、リッジストライプ部１２の作製される位置は、丘１７および溝１８の表面で平坦な領域であれば、特に限定されず、平坦な領域の端から５μｍ以上離れた位置であれば、より好ましい。
The position where the
次に、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側から、研磨もしくはエッチングすることによりｎ型ＧａＮ基板１０の一部を除去し、ウエーハの厚みを８０〜２００μｍ程度までに薄くする。その後、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面にｎ電極１５を形成する。ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面の除去及びｎ電極１５の作製方法などは、第１の実施形態と同様なので、その詳細な説明は省略する。尚、本実施形態では、形成されたｎ電極１５は窒化物半導体レーザ素子ごとに分割されていないが、通常のフォトリソグラフィ技術やドライエッチング技術などを用い、第１の実施形態と同様に、窒化物半導体レーザ素子ごとにｎ電極１５が分割、形成されるものとしても構わない。
Next, a part of the n-
このようにしてリッジストライプ部１２及びｐ電極１４及びｎ電極１５が形成され、窒化物半導体成長層１１が積層されたウエーハを、リッジストライプ部１２が形成された〈１−１００〉方向に対して垂直方向に劈開し、共振器端面を形成する。本実施形態では共振器長４００μｍの導波型ファブリ・ペロー共振器を作製する。尚、共振器長は、４００μｍに限定されるものではなく、３００μｍから１０００μｍの範囲であれば、どの値でも構わない。尚、共振器端面の形成方法などは、第１の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
In this way, the
このように、導波型ファブリ・ペロー共振器の前後に二つの共振器端面を形成した後、当該共振器端面の両面に、反射率７０％のＳｉＯ2及びＴｉＯ2から成る誘電体膜を交互に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成する。なお、形成された二つの共振器端面のうち、一つはレーザ出射面とし、例えば、当該共振器端面に形成される誘電体多層反射膜の反射率を５％としても構わない。又、他方の共振器端面はレーザ反射面とし、例えば、当該共振器端面に形成される誘電体多層反射膜の反射率を９５％としても構わない。尚、反射率については、これに限定されるものではない。又、誘電体膜材料としては、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2に限定されるものではなく、例えば、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3などを用いても構わない。次に、窒化物半導体レーザ構造が、多数、横に連なって形成されているバーを、リッジストライプ部１２に平行な方向に沿って分割することで、個々の窒化物半導体レーザ素子（チップ）を得る。チップ分割方法などについては、第１の実施形態と同様なので、その詳細な説明は省略する。
Thus, after forming two resonator end faces before and after the waveguide type Fabry-Perot resonator, dielectric films made of SiO 2 and TiO 2 having a reflectivity of 70% are alternately formed on both sides of the resonator end face. To form a dielectric multilayer reflective film. Of the two resonator end faces formed, one may be a laser emission surface, and for example, the reflectance of the dielectric multilayer reflective film formed on the resonator end face may be 5%. The other resonator end surface may be a laser reflecting surface, and for example, the reflectance of the dielectric multilayer reflecting film formed on the resonator end surface may be 95%. Note that the reflectance is not limited to this. The dielectric film material is not limited to SiO 2 / TiO 2 , and for example, SiO 2 / Al 2 O 3 may be used. Next, each nitride semiconductor laser element (chip) is divided by dividing a bar in which a large number of nitride semiconductor laser structures are formed side by side along a direction parallel to the
チップ分割工程により、図８に示されるような丘１７の平坦な領域及び溝１８の平坦な領域上に形成された窒化物半導体レーザ素子が個々のチップに分割される。本実施形態では、溝１８の開口部の幅Ｍが５０μｍと狭いため、例えば、分割ライン８１に沿って、丘１７部で劈開を行う。この場合、第２の実施形態と同様に、リッジストライプ部１２より少なくとも２０μｍ以上離れた位置で劈開することが好ましい。
In the chip dividing step, the nitride semiconductor laser element formed on the flat region of the
上述のような方法で作製された本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、殆どの素子で、窒化物半導体成長層１１中の面積１ｃｍ2当たりの中にクラックは０本であった。従来技術による窒化物半導体レーザ素子では、窒化物半導体成長層１１中の面積１ｃｍ2当たりの中に３〜６本のクラックが入っている。このように、本実施形態による方法で、クラックの発生が抑制されている。また、良好な平坦性も得られウエーハ全体の均一化が図れるため、歩留りを向上させることが出来た。
Most of the nitride semiconductor laser devices of this embodiment manufactured by the method as described above had no cracks per 1 cm 2 of area in the nitride
尚、本実施形態の窒化物半導体レーザは、ファブリ・ペロー共振器を備えるものとしたが、この方式に限定されるものではなく、グレーティングを電流注入領域の内側に設けた分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）レーザ、又はグレーティングを電流注入領域の外側に設けた分布ブラッグ反射型（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）レーザ等、他の帰還方式を用いた窒化物半導体レーザでも構わない。 The nitride semiconductor laser of this embodiment is provided with a Fabry-Perot resonator, but is not limited to this method, and is a distributed feedback type (Distributed Feedback) in which a grating is provided inside the current injection region. : DFB) laser, or a nitride semiconductor laser using another feedback method such as a distributed Bragg reflector (DBR) laser having a grating provided outside the current injection region.
本発明の窒化物半導体発光素子はレーザダイオードとして用いることができ、青色レーザを発振するＤＶＤ等の光ディスク装置の光ピックアップに好適に利用することができる。 The nitride semiconductor light emitting device of the present invention can be used as a laser diode, and can be suitably used for an optical pickup of an optical disc apparatus such as a DVD that oscillates a blue laser.
１０ ｎ型ＧａＮ基板
１１ 窒化物半導体成長層
１２ リッジストライプ部
１３ ＳｉＯ2層
１４ ｐ電極
１５ ｎ電極
１７ 丘
１７ａ 丘の上面部
１７ｂ 丘の側面部
１８ 溝
１８ａ 溝の底面部
２１ ｎ型ＧａＮ層
２２ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
２３ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
２４ 多重量子井戸構造活性層
２５ ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎキャリアブロック層
２６ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
２７ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
２８ ｐ型ＧａＮコンタクト層
３１ａ 上面成長部
３１ｂ 側面成長部
３１ｃ 底面成長部
３１ｄ 成長部
３１ｅ 這い上がり成長部
３２ 溝の中心部
３３ 這い上がり成長領域
３４ 盛り上がり部
５１ 分割ライン
６１ 分割ライン
７１ 分割ライン
８１ 分割ライン
10 n-
Claims (8)
前記溝上に形成された前記窒化物半導体成長部の高さが、前記丘上に形成された前記窒化物半導体成長部の高さより低く、
前記丘の端付近の前記窒化物半導体成長部の表面に盛り上がったエッジグロース領域を有することを特徴とする窒化物半導体発光素子。 A nitride semiconductor substrate in which grooves and hills extending in stripes are formed on the upper surface thereof, and a nitride semiconductor growth portion including a plurality of nitride semiconductor layers stacked on the nitride semiconductor substrate. In the nitride semiconductor light emitting device,
The height of the nitride semiconductor growth portion formed on the groove is lower than the height of the nitride semiconductor growth portion formed on the hill,
A nitride semiconductor light emitting device having an edge growth region raised on the surface of the nitride semiconductor growth portion near the edge of the hill.
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