JP2000082867A - 窒化物半導体レ―ザ素子の製造方法 - Google Patents

窒化物半導体レ―ザ素子の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 劈開により活性層の端面に共振面が形成され
た窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供する。 【構成】 窒化物半導体レーザのリッジを形成する際、
そのリッジを窒化物半導体のM面と平行に形成し、この
リッジに対して垂直にA面で劈開することにより共振面
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばLED(発光ダ
イオード)、LD(レーザダイオード)等の窒化物半導
体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y
≦1)よりなる素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、窒化物半導体からなる青色、青緑
色の発光ダイオード、レーザダイオードが実用化された
り、実用可能になっている。このような窒化物半導体素
子は、現在のところ窒化物半導体と完全に格子整合する
基板が未だ開発されていないため、格子定数が異なるサ
ファイアの上に窒化物半導体を強制的に成長させて形成
されている。そのためサファイア基板上に成長された窒
化物半導体の結晶には、格子整合した基板上に成長され
た赤色レーザ素子と比べると、非常に多くの結晶欠陥が
発生する。
【0003】本発明者等は、結晶欠陥を大幅に低減でき
る窒化物半導体の結晶成長方法として、窒化物半導体と
異なる異種基板上に窒化ガリウム基板を形成し、その窒
化ガリウム基板上に素子構造を形成することにより、波
長約400nm、光出力2nWで連続発振約1万時間を
達成できる窒化物半導体レーザー素子などを開示してい
る(例えば「InGaN系多重量子井戸構造半導体レー
ザの現状」、第58回応用物理学会学術講演会、講演番
号4aZC−2,1997年10月、”Present
Status of InGaN/AlGaN ba
sed Laser Diodes”、The Sec
ond InternationalConferen
ce on Nitride Semiconduct
ors(ICNS’97)、講演番号S−1、1997
年10月などに記載されている。)。
【0004】上記の結晶成長方法は、サファイア基板上
に従来の結晶欠陥が非常に多い窒化ガリウム層を薄く成
長させ、その上にSiO2よりなる保護膜を部分的に形
成し、その保護膜の上からハライド気相成長法(HVP
E)、有機金属気相成長法(MOVPE)等の気相成長
法により、窒化ガリウムの横方向への成長を利用し、再
度窒化ガリウム層を成長させることにより、結晶欠陥の
少ない窒化ガリウム基板(膜厚10μm)を形成する技
術である。この方法は窒化物半導体を保護膜上で横方向
に成長させることから、一般にラテラルオーバーグロウ
ス(lateral over growth:LO
G)と呼ばれている。
【0005】上記技術において、結晶欠陥が少なくなっ
た窒化ガリウム基板を用いることにより素子の性能の向
上が見られたものの、上記窒化物半導体素子の基板とさ
れるサファイアは、非常に硬く劈開性がないために、ウ
エハーをチップ化するのに高度な技術を必要とする。更
に、サファイアには劈開性がほとんどないために、レー
ザ素子の形成において基板の劈開性を用いて窒化物半導
体の劈開面を共振面としにくく、共振面の形成に時間と
手間がかかる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、サファイア基
板を研磨により除去することで、窒化ガリウム基板のみ
を得て、この基板上に素子となる構造を積層していた。
この窒化ガリウム基板上の窒化物半導体素子を劈開する
際、今までは、窒化ガリウムのM面を劈開面として、劈
開していた。M面とは窒化物半導体を六角柱状の六方晶
系で近似した場合に、その劈開面に相当する四角形の面
であり、
【0007】
【外7】
【0008】(以下、M面と記載する。)面などの6種
類の面方位で示すことができる。窒化物半導体のM面で
劈開すると、非常に歩留良く、また鏡面に近い共振面を
含む劈開面を得ることができる。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明はサファイア基板
から分離した窒化ガリウム基板上の窒化物半導体素子を
劈開する際、窒化ガリウムの面
【0010】
【外8】
【0011】
【外9】
【0012】
【外10】
【0013】
【外11】
【0014】
【外12】
【0015】
【外13】
【0016】(以下(外8)乃至(外13)面は同一A
面を示すので、A面とまとめて記載する。)を劈開面と
して劈開し、鏡面に近い共振面を得ることを特徴とす
る。
【0017】
【発明の実施の形態】更に図を用いて説明する。図1は
窒化物半導体の結晶構造を模式的に示すユニットセル図
である。窒化物半導体は正確には菱面体構造であるが、
このように六方晶系で近似できる。GaNにおいては劈
開面としてM面とA面とがある。この劈開面を使って窒
化物半導体が積層されたウエハーをチップ化すれば、鏡
面に近い共振面を得ることができる。
【0018】図2及び図3は、窒化ガリウム基板上に積
層した窒化物半導体レーザの共振方向に垂直な面で切断
したときの図である。図2はp電極とn電極が同一面上
に、図3は別の面上に形成されている。この切断面を窒
化物半導体のA面の劈開性を用いて形成する。その方法
は、p側層表面をエッチングしてリッジを形成する際に
窒化物半導体のM面と平行(A面と垂直)になるように
リッジを形成し、このリッジに対して垂直に劈開をす
る。それがすなわちA面の劈開性を用いて共振面を形成
したことになる。
【0019】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれ
に限定されない。 [実施例1]図2はレーザ光の共振方向に垂直な方向で
素子を切断した際の図を示している。以下、この図を元
に実施例1について説明する。
【0020】まずGaN基板1を得る。異種基板とし
て、サファイア基板をMOVPE反応容器内にセット
し、GaNよりなるバッファ層を200オングストロー
ム、アンドープGaNよりなる下地層を4μm(下地層
とは次の窒化物半導体基板を選択成長させるための
層)、CVD装置によりSiO2よりなる第1の保護膜
をストライプ状(ストライプ幅10μm、ストライプ間
隔(窓部)2μm)に1μm、MOVPE法でアンドー
プGaNよりなる窒化物半導体基板を10μm、HVP
E法でアンドープGaNよりなるGaN基板を200μ
m、それぞれの膜厚で積層する。
【0021】次に図2に示すように積層したGaNにエ
ッチングによりストライプ状の段差を設ける。この段差
の上面すべてにSiO2等の第2の保護膜31を形成し
て、続いてGaNを積層する際のGaNの上面への縦方
向の成長を抑え、GaNは第2の保護膜31で覆われて
いない部位からの横方向の成長を始める。GaNの縦方
向の成長を抑え、横方向のみに成長させ、続いて縦と横
方向に成長させることで、結晶欠陥の極めて少ない、結
晶性の良好なGaN基板1を得ることができる。
【0022】続いてウエハーを、サファイア基板側から
第1の保護膜までを研磨していき、GaN基板1のみを
得る。次にGaN基板上に窒化物半導体をn側バッファ
層、クラック防止層、n側クラッド層、n側光ガイド
層、活性層、p側キャップ層、p側光ガイド層、p側ク
ラッド層、p側コンタクト層の順で積層した。
【0023】以上のようにしてGaN基板上に積層した
窒化物半導体に、p側コンタクト層とp側クラッド層を
エッチングして、GaNのM面と平行(A面と垂直)に
なるようにリッジを形成し、リッジをマスク後、リッジ
と平行にエッチングしてn側バッファ層の表面を露出さ
せる。また、形成したリッジ表面にp電極を、露出させ
たn側バッファ層上にn電極を形成し、最後にp電極と
n電極との間に絶縁膜を介し、p電極上にpパッド電
極、n電極上にnパッド電極を形成して、ウエハーを完
成させる。
【0024】このウエハーをチップ化する際、まずA面
で劈開(リッジと垂直に劈開)することで、共振面を作
製する。共振面の両方あるいはどちらか一方にSiO2
とTiO2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にリッ
ジと平行な方向で、バーを切断してレーザチップとし
た。このレーザ素子は室温でレーザ発振を示し、閾値電
流密度1.5kA/cm2において室温連続発振を示
し、20mWの出力において1000時間以上の寿命を
示し、M面で共振面を形成したときと同等の結果が得ら
れた。 [実施例2]図3は本発明の他の実施例に係るレーザ素
子の構造を示す模式的な断面図であり、図2と同じくレ
ーザ光の共振方向に垂直な方向で素子を切断した際の図
を示している。以下この図を元に実施例2について説明
する。
【0025】まず異種基板として、サファイア基板をM
OVPE反応容器内にセットし、GaNよりなるバッフ
ァ層を200オングストローム、アンドープGaNより
なる下地層を4μm、CVD装置によりSiO2よりな
る第1の保護膜をストライプ状(ストライプ幅10μ
m、ストライプ間隔(窓部)2μm)に1μm、MOV
PE法でSiドープGaNよりなる窒化物半導体基板を
10μm、HVPE法でSiドープGaNよりなるGa
N基板を200μm、それぞれの膜厚で積層し、続いて
ウエハーを、サファイア基板側から第1の保護膜までを
研磨していき、GaN基板1のみを得る。
【0026】第1の保護膜を除去した後のGaN基板1
の表面を第1の主面と第2の主面とし、第1の主面上
に、n側光ガイド層と活性層の間にn側キャップ層を成
長させる以外は実施例1と同様にして、n側バッファ
層、クラック防止層、n側クラッド層、n側光ガイド
層、n側キャップ層、活性層、p側キャップ層、p側光
ガイド層、p側クラッド層、p側コンタクト層の順で積
層する。
【0027】GaNのM面と平行(A面と垂直)になる
ようにリッジを形成後、リッジ最表面に絶縁膜、p電極
およびpパッド電極を形成した。p側電極形成後、第2
の主面上にn電極およびボンディング用電極を形成す
る。このウエハーをチップ化する際、実施例1と同様に
して、まずA面で劈開(リッジと垂直に劈開)すること
で、共振面を作製する。共振面の両方あるいはどちらか
一方にSiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜を形成
し、最後にp電極に平行な方向で、バーを切断してレー
ザチップとした。
【0028】このレーザ素子も実施例1と同様に室温で
連続発振を示し、閾値電流密度1.5kA/cm2にお
いて室温連続発振を示し、20mWの出力において10
00時間以上の寿命を示し、M面で共振面を形成したと
きと同等の結果が得られた。
【0029】
【発明の効果】以上示したように本発明はサファイア基
板から分離した窒化ガリウム基板上の窒化物半導体素子
を劈開する際、新たに窒化ガリウムのA面を劈開面とし
て劈開することで、鏡面に近い共振面を持つ窒化物半導
体レーザが実現可能となった。なお、本発明では窒化ガ
リウム基板について説明したが、サファイア基板やスピ
ネル基板上に積層し、窒化物半導体を積層した後、その
サファイア基板やスピネル基板を薄く研磨した場合につ
いても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】窒化物半導体の結晶構造を模式的に示すユニッ
トセル図である。
【図2】本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示
す概略断面図である。
【図3】本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示
す概略断面図である。
【符号の簡単な説明】
1・・・GaN基板 2・・・n側バッファ層 3・・・クラック防止層 4・・・n側クラッド層 5・・・n側光ガイド層 6・・・n側キャップ層 7・・・活性層 8・・・p側キャップ層 9・・・p側光ガイド層 10・・・p側コンタクト層 20・・・p電極 21・・・pパッド電極 22・・・n電極 30・・・絶縁膜 31・・・第2の保護膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】窒化物半導体よりなる基板上にレーザ素子
    の構造を積層した後、その基板を 【外1】 【外2】 【外3】 【外4】 【外5】 【外6】 面内のいずれかの面方位で割ることにより半導体レーザ
    素子の光共振面を作製することを特徴とする窒化物半導
    体レーザ素子の製造方法。
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