JP2000216502A - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体素子の製造方法Info
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- JP2000216502A JP2000216502A JP1695199A JP1695199A JP2000216502A JP 2000216502 A JP2000216502 A JP 2000216502A JP 1695199 A JP1695199 A JP 1695199A JP 1695199 A JP1695199 A JP 1695199A JP 2000216502 A JP2000216502 A JP 2000216502A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】共振器方向とレーザ出射面との間のずれをなく
し、歩留を向上させ、良好なレーザ素子を得る。 【構成】あらかじめ第１のオリフラ面が設けられている
基板平面上に、素子構造となる窒化物半導体を積層させ
る前に、前記基板を、劈開することにより、第２のオリ
フラ面を少なくとも１つ形成する。
し、歩留を向上させ、良好なレーザ素子を得る。 【構成】あらかじめ第１のオリフラ面が設けられている
基板平面上に、素子構造となる窒化物半導体を積層させ
る前に、前記基板を、劈開することにより、第２のオリ
フラ面を少なくとも１つ形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＬＥＤ（発光ダイオー
ド）、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子、あるい
は太陽電池、光センサー等の受光素子、あるいはトラン
ジスタ、集積回路等に使用される窒化物半導体（ＡｌX
ＩｎYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）素子
の製造方法に関する。
ド）、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子、あるい
は太陽電池、光センサー等の受光素子、あるいはトラン
ジスタ、集積回路等に使用される窒化物半導体（ＡｌX
ＩｎYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）素子
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】我々はＧａＮ基板の上に、活性層を含む
窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で初めて室温
での連続発振１万時間以上を達成したことを発表した
（INCS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、及び
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)pp.L1568-L1571,Part2,N
o.12A,1 December 1997)。さらに、前記レーザ素子より
サファイア基板を除去してＧａＮ単独とすることによ
り、５ｍＷ出力でも１万時間以上の連続発振に成功した
ことを発表した(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L309
-L312,及びAppl.Phys.Lett.Vol.72(1998)No.16,2014-20
16)。
窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で初めて室温
での連続発振１万時間以上を達成したことを発表した
（INCS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、及び
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)pp.L1568-L1571,Part2,N
o.12A,1 December 1997)。さらに、前記レーザ素子より
サファイア基板を除去してＧａＮ単独とすることによ
り、５ｍＷ出力でも１万時間以上の連続発振に成功した
ことを発表した(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L309
-L312,及びAppl.Phys.Lett.Vol.72(1998)No.16,2014-20
16)。
【０００３】従来、窒化物半導体レーザ素子の作製方法
としてサファイアなどの異種基板上に窒化物半導体を積
層する。これは窒化物半導体を基板上に成長させる際、
成長させる半導体と格子整合した基板が世の中に存在し
ないことから、一般にサファイア、スピネル、炭化ケイ
素のような窒化物半導体と格子整合しない異種基板の上
に成長されている。
としてサファイアなどの異種基板上に窒化物半導体を積
層する。これは窒化物半導体を基板上に成長させる際、
成長させる半導体と格子整合した基板が世の中に存在し
ないことから、一般にサファイア、スピネル、炭化ケイ
素のような窒化物半導体と格子整合しない異種基板の上
に成長されている。
【０００４】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ＧａＮ基板を形成し、そのＧａＮ基
板上に素子構造を形成することにより、波長約４００ｎ
ｍ、光出力２ｍＷで連続発振約１万時間を達成できる窒
化物半導体レーザ素子などを開示している（例えば「Ｉ
ｎＧａＮ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、”Ｐｒｅｓｅｎｎｔ Ｓｔａｔ
ｕｓ ｏｆ ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ ｂａｓｅｄ Ｌ
ａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ”，Ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏ
ｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ
（ＩＣＮＳ’９７），講演番号Ｓ−１，１９９７年１０
月などに記載されている。）。
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ＧａＮ基板を形成し、そのＧａＮ基
板上に素子構造を形成することにより、波長約４００ｎ
ｍ、光出力２ｍＷで連続発振約１万時間を達成できる窒
化物半導体レーザ素子などを開示している（例えば「Ｉ
ｎＧａＮ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、”Ｐｒｅｓｅｎｎｔ Ｓｔａｔ
ｕｓ ｏｆ ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ ｂａｓｅｄ Ｌ
ａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ”，Ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏ
ｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ
（ＩＣＮＳ’９７），講演番号Ｓ−１，１９９７年１０
月などに記載されている。）。
【０００５】この方法により得られる窒化物半導体を保
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ＧａＮ（lateral overgrowth GaN:Ｌ
ＯＧ、ラテラル成長ＧａＮ）と呼ばれている。
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ＧａＮ（lateral overgrowth GaN:Ｌ
ＯＧ、ラテラル成長ＧａＮ）と呼ばれている。
【０００６】上記窒化物半導体レーザ素子の結晶成長方
法は、あらかじめＡ面｛１１２−０｝をオリフラ面とし
て設けられた、Ｃ面｛０００１｝を主面とするサファイ
ア基板上に、従来の結晶欠陥が非常に多いＧａＮ層を薄
く成長させ、その上にＳｉＯ 2よりなる保護膜をストラ
イプ状に形成するかまたはＧａＮを選択的にエッチング
しストライプ状のＧａＮを形成し、その上からハライド
気相成長法（ＨＶＰＥ）、有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ）等の気相成長法により、ＧａＮの横方向への成長
を利用し、再度ＧａＮ層を成長させることにより結晶欠
陥の少ないＧａＮ基板（膜厚１０μｍ）を形成すること
ができる。オリフラ面とは、正確にはオリエンテーショ
ンフラット面といい、結晶軸方向を示すために円板状の
ウエハーの端に切り欠きを入れて示した面のことをい
う。
法は、あらかじめＡ面｛１１２−０｝をオリフラ面とし
て設けられた、Ｃ面｛０００１｝を主面とするサファイ
ア基板上に、従来の結晶欠陥が非常に多いＧａＮ層を薄
く成長させ、その上にＳｉＯ 2よりなる保護膜をストラ
イプ状に形成するかまたはＧａＮを選択的にエッチング
しストライプ状のＧａＮを形成し、その上からハライド
気相成長法（ＨＶＰＥ）、有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ）等の気相成長法により、ＧａＮの横方向への成長
を利用し、再度ＧａＮ層を成長させることにより結晶欠
陥の少ないＧａＮ基板（膜厚１０μｍ）を形成すること
ができる。オリフラ面とは、正確にはオリエンテーショ
ンフラット面といい、結晶軸方向を示すために円板状の
ウエハーの端に切り欠きを入れて示した面のことをい
う。
【０００７】このＧａＮ基板を形成する際、ＧａＮの性
質としてサファイアＣ面の上に成長させた場合、ＧａＮ
のＭ面｛１１−００｝がサファイアのＡ面と平行にな
る。我々は、基板上にＧａＮを形成する際、まずストラ
イプ状に形成する保護膜またはＧａＮをサファイアのＡ
面を基準にしてＡ面に対して垂直に形成し、さらにその
上に素子構造となる窒化物半導体を積層する際、レーザ
の共振器方向がサファイアのＡ面と垂直になるように、
素子構造を形成していく。このようにして素子構造を形
成した後、少なくともレーザの出射面側をＧａＮのＭ面
で劈開をして、良好な共振器面を得ている。
質としてサファイアＣ面の上に成長させた場合、ＧａＮ
のＭ面｛１１−００｝がサファイアのＡ面と平行にな
る。我々は、基板上にＧａＮを形成する際、まずストラ
イプ状に形成する保護膜またはＧａＮをサファイアのＡ
面を基準にしてＡ面に対して垂直に形成し、さらにその
上に素子構造となる窒化物半導体を積層する際、レーザ
の共振器方向がサファイアのＡ面と垂直になるように、
素子構造を形成していく。このようにして素子構造を形
成した後、少なくともレーザの出射面側をＧａＮのＭ面
で劈開をして、良好な共振器面を得ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このあらかじ
め設けられたオリフラ面（これを第１のオリフラ面とす
る。）は、一般には研磨機等の機械を用いて設けられた
面であり、正確にＡ面を示しているものではなく、いく
らかの誤差が生じているものがある。従って、このＡ面
とする第１のオリフラ面を基準として保護膜またはＧａ
Ｎおよび共振器を形成しても、共振器方向と共振器面と
の関係が垂直にならず、ずれが生じてしまい、良好なレ
ーザ素子が得られない。
め設けられたオリフラ面（これを第１のオリフラ面とす
る。）は、一般には研磨機等の機械を用いて設けられた
面であり、正確にＡ面を示しているものではなく、いく
らかの誤差が生じているものがある。従って、このＡ面
とする第１のオリフラ面を基準として保護膜またはＧａ
Ｎおよび共振器を形成しても、共振器方向と共振器面と
の関係が垂直にならず、ずれが生じてしまい、良好なレ
ーザ素子が得られない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に、本発明では劈開性は弱いが、劈開性を有するサファ
イアのＭ面で劈開を行うことで、新たに第２のオリフラ
面を設け、これを基準面として保護膜またはＧａＮをス
トライプ状に形成し、共振器方向を決定していく。すな
わち、劈開によって得たサファイアのＭ面に対して、ス
トライプ状の保護膜またはＧａＮを平行に形成し、また
共振器方向も平行となるように素子構造を形成すること
で、共振器方向とレーザ出射面との間のずれをなくし、
歩留を向上させ、良好なレーザ素子を得る。
に、本発明では劈開性は弱いが、劈開性を有するサファ
イアのＭ面で劈開を行うことで、新たに第２のオリフラ
面を設け、これを基準面として保護膜またはＧａＮをス
トライプ状に形成し、共振器方向を決定していく。すな
わち、劈開によって得たサファイアのＭ面に対して、ス
トライプ状の保護膜またはＧａＮを平行に形成し、また
共振器方向も平行となるように素子構造を形成すること
で、共振器方向とレーザ出射面との間のずれをなくし、
歩留を向上させ、良好なレーザ素子を得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に図１から図３を用いて本発
明を詳細に説明する。図１は、本発明の窒化物半導体素
子の製造工程の一実施の形態を示したサファイア基板を
Ｃ面方向から見た図である。図に示したサファイアＡ
面、Ｍ面は紙面に垂直な方向を指し、この場合、Ａ面が
第１のオリフラ面、Ｍ面が第２のオリフラ面となる。
明を詳細に説明する。図１は、本発明の窒化物半導体素
子の製造工程の一実施の形態を示したサファイア基板を
Ｃ面方向から見た図である。図に示したサファイアＡ
面、Ｍ面は紙面に垂直な方向を指し、この場合、Ａ面が
第１のオリフラ面、Ｍ面が第２のオリフラ面となる。
【００１１】基板としては、サファイアＣ面の他にサフ
ァイアＲ面、ＧａＮ、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む）、ス
ピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＯなど
がある。ＧａＮの場合｛０００１｝面を主面とし、｛１
１−００｝で劈開することによりオリフラ面を形成し、
ＳｉＣの場合｛０００１｝面を主面とし、｛１１−０
０｝で劈開することによりオリフラ面を形成し、スピネ
ルの場合｛１１１｝面を主面とし｛１００｝面で劈開す
ることによりオリフラ面を形成し、ＳｉおよびＧａＡｓ
の場合｛１１１｝面を主面とし、｛１１−０｝面で劈開
することによりオリフラ面を形成する。これらの基板上
にも窒化物半導体を積層することが可能であり、それぞ
れの劈開によって得た第２のオリフラ面を基準面として
素子構造を形成していくことで、良好な窒化物半導体レ
ーザ素子を得ることができる。
ァイアＲ面、ＧａＮ、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む）、ス
ピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＯなど
がある。ＧａＮの場合｛０００１｝面を主面とし、｛１
１−００｝で劈開することによりオリフラ面を形成し、
ＳｉＣの場合｛０００１｝面を主面とし、｛１１−０
０｝で劈開することによりオリフラ面を形成し、スピネ
ルの場合｛１１１｝面を主面とし｛１００｝面で劈開す
ることによりオリフラ面を形成し、ＳｉおよびＧａＡｓ
の場合｛１１１｝面を主面とし、｛１１−０｝面で劈開
することによりオリフラ面を形成する。これらの基板上
にも窒化物半導体を積層することが可能であり、それぞ
れの劈開によって得た第２のオリフラ面を基準面として
素子構造を形成していくことで、良好な窒化物半導体レ
ーザ素子を得ることができる。
【００１２】本発明において、劈開することによって得
た第２のオリフラ面は、図２のように２つ設けてもよ
い。図２のように第２のオリフラ面を２つ設けることに
より、基準面に対して、保護膜またはＧａＮおよび共振
器方向をさらに正確に形成でき、歩留も向上し良好なレ
ーザ素子が得られる。また、本発明において、あらかじ
め形成された第１のオリフラ面は図３のように２つ設け
られたものでもよい。
た第２のオリフラ面は、図２のように２つ設けてもよ
い。図２のように第２のオリフラ面を２つ設けることに
より、基準面に対して、保護膜またはＧａＮおよび共振
器方向をさらに正確に形成でき、歩留も向上し良好なレ
ーザ素子が得られる。また、本発明において、あらかじ
め形成された第１のオリフラ面は図３のように２つ設け
られたものでもよい。
【００１３】本発明において、具体的に劈開することに
よって第２のオリフラ面を得る方法を説明すると、Ｇａ
ＮやＳｉＣなどの劈開性の強い基板の場合、ダイサー等
の装置を用いて一部分に切溝を入れ、あとは少しの外力
を加えるだけできれいに劈開でき、オリフラ面を得るこ
とができる。また、サファイアやスピネルなどの劈開性
の弱い基板の場合、劈開したい面に沿ってスクライビン
グやハーフダイシングをすることによって、端から端ま
で全体的に切溝を入れ、その後に外力を加えると切溝の
範囲内において劈開が起こり、オリフラ面を得ることが
できる。
よって第２のオリフラ面を得る方法を説明すると、Ｇａ
ＮやＳｉＣなどの劈開性の強い基板の場合、ダイサー等
の装置を用いて一部分に切溝を入れ、あとは少しの外力
を加えるだけできれいに劈開でき、オリフラ面を得るこ
とができる。また、サファイアやスピネルなどの劈開性
の弱い基板の場合、劈開したい面に沿ってスクライビン
グやハーフダイシングをすることによって、端から端ま
で全体的に切溝を入れ、その後に外力を加えると切溝の
範囲内において劈開が起こり、オリフラ面を得ることが
できる。
【００１４】また本発明において、基板はステップ状に
オフアングル（傾斜）した基板を用いてもよい。この場
合、共振器方向はステップに沿う方向（段差方向）に対
して平行となるように形成する。このことはサファイア
基板の場合、ステップに沿う方向（段差方向）は第２の
オリフラ面に対して平行となる基板を用いることを意味
する。さらにオフアングルのオフ角を０．１°〜０．２
°の範囲にすることで良好なレーザ素子が得られる。
オフアングル（傾斜）した基板を用いてもよい。この場
合、共振器方向はステップに沿う方向（段差方向）に対
して平行となるように形成する。このことはサファイア
基板の場合、ステップに沿う方向（段差方向）は第２の
オリフラ面に対して平行となる基板を用いることを意味
する。さらにオフアングルのオフ角を０．１°〜０．２
°の範囲にすることで良好なレーザ素子が得られる。
【００１５】また本発明の窒化物半導体素子の製造方法
は、窒化物半導体レーザ素子に限るものではない。
は、窒化物半導体レーザ素子に限るものではない。
【００１６】
【実施例】［実施例１］図１に示すようにあらかじめＡ
面｛１１２−０｝が第１のオリフラ面として形成されて
いるＣ面｛０００１｝を主面とするサファイア基板１を
用意する。まずサファイアの劈開性を用いて、Ａ面とほ
ぼ垂直な方向で劈開をし、サファイアのＭ面｛１１−０
０｝を露出させる。これを第２のオリフラ面として、Ｃ
面上に以下のように素子構造を形成していく。
面｛１１２−０｝が第１のオリフラ面として形成されて
いるＣ面｛０００１｝を主面とするサファイア基板１を
用意する。まずサファイアの劈開性を用いて、Ａ面とほ
ぼ垂直な方向で劈開をし、サファイアのＭ面｛１１−０
０｝を露出させる。これを第２のオリフラ面として、Ｃ
面上に以下のように素子構造を形成していく。
【００１７】まず、サファイア基板１をＭＯＣＶＤ反応
容器内にセットし、下地層として５００℃にてアンドー
プのＧａＮよりなる層を２００オングストロームと、続
けて１０５０℃にてアンドープのＧａＮよりなる層を
２．５μｍの、総膜厚が約２．５μｍとなる第１の窒化
物半導体層を形成する。
容器内にセットし、下地層として５００℃にてアンドー
プのＧａＮよりなる層を２００オングストロームと、続
けて１０５０℃にてアンドープのＧａＮよりなる層を
２．５μｍの、総膜厚が約２．５μｍとなる第１の窒化
物半導体層を形成する。
【００１８】次に第１の窒化物半導体層を成長させた
後、第１の窒化物半導体層表面にストライプ状のフォト
マスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μ
ｍ、窓部５μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を０．５μｍ
の膜厚で形成する。このとき、ストライプ方向は第２の
オリフラ面に対して平行に形成する。
後、第１の窒化物半導体層表面にストライプ状のフォト
マスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μ
ｍ、窓部５μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を０．５μｍ
の膜厚で形成する。このとき、ストライプ方向は第２の
オリフラ面に対して平行に形成する。
【００１９】ストライプ状の保護膜形成後、ウエハーを
反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、
アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第２の
窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させる。以上の
ようにして窒化物半導体基板２を得る。
反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、
アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第２の
窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させる。以上の
ようにして窒化物半導体基板２を得る。
【００２０】次に得られた窒化物半導体基板２の上に素
子となる構造を形成していく。まずＧａＮまたはＡｌＧ
ａＮよりなるｎ側コンタクト層３、ＩｎＧａＮよりなる
クラック防止層（これは省略が可能である。）、ＡｌＧ
ａＮとＳｉドープのＧａＮとの超格子からなるｎ側クラ
ッド層４、ＧａＮよりなるｎ側光ガイド層５、ＩｎＧａ
Ｎよりなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層６、Ｍ
ｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ側キャップ層７、Ｍｇ
ドープのＧａＮよりなるｐ側光ガイド層８、ＡｌＧａＮ
とＭｇドープのＧａＮとの超格子からなるｐ側クラッド
層９、ＭｇドープのＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１
０を順に積層する。
子となる構造を形成していく。まずＧａＮまたはＡｌＧ
ａＮよりなるｎ側コンタクト層３、ＩｎＧａＮよりなる
クラック防止層（これは省略が可能である。）、ＡｌＧ
ａＮとＳｉドープのＧａＮとの超格子からなるｎ側クラ
ッド層４、ＧａＮよりなるｎ側光ガイド層５、ＩｎＧａ
Ｎよりなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層６、Ｍ
ｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ側キャップ層７、Ｍｇ
ドープのＧａＮよりなるｐ側光ガイド層８、ＡｌＧａＮ
とＭｇドープのＧａＮとの超格子からなるｐ側クラッド
層９、ＭｇドープのＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１
０を順に積層する。
【００２１】次にｐ側コンタクト層１０の一部をドライ
エッチングしてｎ側コンタクト層３を露出させる。更に
ｐ側層をｐ側クラッド層９までＲＩＥによりエッチング
してリッジを形成し、リッジ上に保護膜としてＴｉＯ2
などの絶縁膜３０とそれぞれのコンタクト層上にｐ電極
２０とｐパッド電極２１、ｎ電極２２とｎパッド電極２
３を形成する。最後にウエハーをＧａＮのＭ面方向で劈
開して共振器を形成し、チップ化する。
エッチングしてｎ側コンタクト層３を露出させる。更に
ｐ側層をｐ側クラッド層９までＲＩＥによりエッチング
してリッジを形成し、リッジ上に保護膜としてＴｉＯ2
などの絶縁膜３０とそれぞれのコンタクト層上にｐ電極
２０とｐパッド電極２１、ｎ電極２２とｎパッド電極２
３を形成する。最後にウエハーをＧａＮのＭ面方向で劈
開して共振器を形成し、チップ化する。
【００２２】以上のようにして得られたレーザチップを
フェースアップ（基板とヒートシンクとが対抗した状
態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、室温で連続発振を試みたところ、
閾値電流密度２ｋＡ／ｃｍ2、２０ｍＷの出力におい
て、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１００
０時間以上の寿命を示した。
フェースアップ（基板とヒートシンクとが対抗した状
態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、室温で連続発振を試みたところ、
閾値電流密度２ｋＡ／ｃｍ2、２０ｍＷの出力におい
て、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１００
０時間以上の寿命を示した。
【００２３】［実施例２］あらかじめＡ面｛１１２−
０｝が第１のオリフラ面として形成されているＣ面｛０
００１｝を主面とするサファイア基板１において、サフ
ァイアの劈開性を用いて、Ａ面とほぼ垂直な方向で図２
のように両側の２カ所で劈開をし、サファイアのＭ面
｛１１−００｝を露出させる。これを第２のオリフラ面
として、Ｃ面上に実施例１と同様に素子構造を形成して
いく。以上のようにして得られた素子を室温で連続発振
を試みたところ、実施例１と同様に閾値電流密度２ｋＡ
／ｃｍ2、２０ｍＷの出力において、発振波長４０５ｎ
ｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示
し、さらに歩留をあげることができた。
０｝が第１のオリフラ面として形成されているＣ面｛０
００１｝を主面とするサファイア基板１において、サフ
ァイアの劈開性を用いて、Ａ面とほぼ垂直な方向で図２
のように両側の２カ所で劈開をし、サファイアのＭ面
｛１１−００｝を露出させる。これを第２のオリフラ面
として、Ｃ面上に実施例１と同様に素子構造を形成して
いく。以上のようにして得られた素子を室温で連続発振
を試みたところ、実施例１と同様に閾値電流密度２ｋＡ
／ｃｍ2、２０ｍＷの出力において、発振波長４０５ｎ
ｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示
し、さらに歩留をあげることができた。
【００２４】［実施例３］あらかじめＡ面｛１１２−
０｝が第１のオリフラ面として形成されているＣ面｛０
００１｝を主面とするサファイア基板１において、さら
にステップ状にオフアングルされ、そのオフ角が０．１
３°、ステップに沿う方向（段差方向）がＡ面に垂直に
形成された基板を用いる。まずサファイアの劈開性を用
いて、Ａ面とほぼ垂直な方向で劈開をし、サファイアの
Ｍ面｛１１−００｝を露出させる。これを第２のオリフ
ラ面として、Ｃ面上に実施例１と同様に素子構造を形成
していく。以上のようにして得られたレーザ素子は実施
例１とほぼ同等の特性を示した。
０｝が第１のオリフラ面として形成されているＣ面｛０
００１｝を主面とするサファイア基板１において、さら
にステップ状にオフアングルされ、そのオフ角が０．１
３°、ステップに沿う方向（段差方向）がＡ面に垂直に
形成された基板を用いる。まずサファイアの劈開性を用
いて、Ａ面とほぼ垂直な方向で劈開をし、サファイアの
Ｍ面｛１１−００｝を露出させる。これを第２のオリフ
ラ面として、Ｃ面上に実施例１と同様に素子構造を形成
していく。以上のようにして得られたレーザ素子は実施
例１とほぼ同等の特性を示した。
【００２５】［実施例４］図１に示すようにあらかじめ
Ａ面が第１のオリフラ面として形成されているＣ面を主
面とするサファイア基板１を用意する。まずサファイア
の劈開性を用いて、Ａ面とほぼ垂直な方向で劈開をし、
サファイアのＭ面を露出させる。これを第２のオリフラ
面として、Ｃ面上に以下のように素子構造を形成してい
く。まず、サファイア基板１をＭＯＣＶＤ反応容器内に
セットし、下地層として５００℃にてアンドープのＧａ
Ｎよりなる層を２００オングストロームと、続けて１０
５０℃にてアンドープのＧａＮよりなる層を２．５μｍ
の、総膜厚が約２．５μｍとなる窒化物半導体層を形成
する。
Ａ面が第１のオリフラ面として形成されているＣ面を主
面とするサファイア基板１を用意する。まずサファイア
の劈開性を用いて、Ａ面とほぼ垂直な方向で劈開をし、
サファイアのＭ面を露出させる。これを第２のオリフラ
面として、Ｃ面上に以下のように素子構造を形成してい
く。まず、サファイア基板１をＭＯＣＶＤ反応容器内に
セットし、下地層として５００℃にてアンドープのＧａ
Ｎよりなる層を２００オングストロームと、続けて１０
５０℃にてアンドープのＧａＮよりなる層を２．５μｍ
の、総膜厚が約２．５μｍとなる窒化物半導体層を形成
する。
【００２６】次に窒化物半導体層を成長させた後、窒化
物半導体層表面にストライプ状のフォトマスクを形成
し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、窓部５μ
ｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成
する。このとき、ストライプ方向は第２のオリフラ面に
対して平行に形成する。続いて、ＲＩＥ装置によりＳｉ
Ｏ2膜の形成されていない部分のＧａＮをサファイア基
板が露出されるまでエッチングして凹凸を形成すること
で、ＧａＮをストライプ状にし、最後に凸部上部のＳｉ
Ｏ2を除去する。
物半導体層表面にストライプ状のフォトマスクを形成
し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、窓部５μ
ｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成
する。このとき、ストライプ方向は第２のオリフラ面に
対して平行に形成する。続いて、ＲＩＥ装置によりＳｉ
Ｏ2膜の形成されていない部分のＧａＮをサファイア基
板が露出されるまでエッチングして凹凸を形成すること
で、ＧａＮをストライプ状にし、最後に凸部上部のＳｉ
Ｏ2を除去する。
【００２７】ストライプ状のＧａＮを形成後、ウエハー
を反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭ
Ｇ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第
２の窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させる。以
上のようにして窒化物半導体基板２を得る。その他は実
施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、実施
例１とほぼ同等の特性を示した。
を反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭ
Ｇ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第
２の窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させる。以
上のようにして窒化物半導体基板２を得る。その他は実
施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、実施
例１とほぼ同等の特性を示した。
【００２８】［実施例４］図１に示すようにあらかじめ
Ａ面が第１のオリフラ面として形成されているＣ面を主
面とするサファイア基板１を用意する。まずサファイア
の劈開性を用いて、Ａ面とほぼ垂直な方向で劈開をし、
サファイアのＭ面を露出させる。これを第２のオリフラ
面として、Ｃ面上に以下のように素子構造を形成してい
く。
Ａ面が第１のオリフラ面として形成されているＣ面を主
面とするサファイア基板１を用意する。まずサファイア
の劈開性を用いて、Ａ面とほぼ垂直な方向で劈開をし、
サファイアのＭ面を露出させる。これを第２のオリフラ
面として、Ｃ面上に以下のように素子構造を形成してい
く。
【００２９】まず、サファイア基板１をＭＯＣＶＤ反応
容器内にセットし、下地層として５００℃にてアンドー
プのＧａＮよりなる層を２００オングストロームと、続
けて１０５０℃にてアンドープのＧａＮよりなる層を
２．５μｍの、総膜厚が約２．５μｍとなる第１の窒化
物半導体層を形成する。以上のように作製したサファイ
ア基板１上にｎ側コンタクト層３、ｎ側クラッド層４、
ｎ側光ガイド層５、多重量子井戸構造からなる活性層
６、ｐ側キャップ層７、ｐ側光ガイド層８、ｐ側クラッ
ド層９、ｐ側コンタクト層１０までを積層する。
容器内にセットし、下地層として５００℃にてアンドー
プのＧａＮよりなる層を２００オングストロームと、続
けて１０５０℃にてアンドープのＧａＮよりなる層を
２．５μｍの、総膜厚が約２．５μｍとなる第１の窒化
物半導体層を形成する。以上のように作製したサファイ
ア基板１上にｎ側コンタクト層３、ｎ側クラッド層４、
ｎ側光ガイド層５、多重量子井戸構造からなる活性層
６、ｐ側キャップ層７、ｐ側光ガイド層８、ｐ側クラッ
ド層９、ｐ側コンタクト層１０までを積層する。
【００３０】次にｐ側コンタクト層１０上にｐ電極２０
とｐパッド電極２１を、またエッチングにより露出させ
たｎ側コンタクト層３上にｎ電極２２とｎパッド電極２
３を形成させる際、両電極をサファイアのＭ面と平行と
なるように第２のオリフラ面に対して平行に、バー状で
形成する。最後にウエハーをＧａＮのＭ面方向で劈開し
て共振器を形成し、チップ化する。
とｐパッド電極２１を、またエッチングにより露出させ
たｎ側コンタクト層３上にｎ電極２２とｎパッド電極２
３を形成させる際、両電極をサファイアのＭ面と平行と
なるように第２のオリフラ面に対して平行に、バー状で
形成する。最後にウエハーをＧａＮのＭ面方向で劈開し
て共振器を形成し、チップ化する。
【００３１】以上のようにして得られたレーザ素子は、
実施例１よりは少し劣るが室温で閾値電流密度２ｋＡ／
ｃｍ2、２０ｍＷの出力において、発振波長４０５ｎｍ
の連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示し
た。
実施例１よりは少し劣るが室温で閾値電流密度２ｋＡ／
ｃｍ2、２０ｍＷの出力において、発振波長４０５ｎｍ
の連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示し
た。
【００３２】［実施例５］図１に示すようにあらかじめ
Ａ面｛１１２−０｝が第１のオリフラ面として形成され
ているＣ面｛０００１｝を主面とするサファイア基板１
を用意する。まずサファイアの劈開性を用いて、Ａ面と
ほぼ垂直な方向で劈開をし、サファイアのＭ面｛１１−
００｝を露出させる。これを第２のオリフラ面として、
Ｃ面上に実施例１と同様に素子構造を形成していく。
Ａ面｛１１２−０｝が第１のオリフラ面として形成され
ているＣ面｛０００１｝を主面とするサファイア基板１
を用意する。まずサファイアの劈開性を用いて、Ａ面と
ほぼ垂直な方向で劈開をし、サファイアのＭ面｛１１−
００｝を露出させる。これを第２のオリフラ面として、
Ｃ面上に実施例１と同様に素子構造を形成していく。
【００３３】ＳｉＯ2からなる保護膜および第２の窒化
物半導体を成長させるまでは実施例１と同様にして、次
に得られた窒化物半導体基板をサファイア側からアンド
ープのＧａＮからなる下地層、または第１の窒化物半導
体層が露出するまで研磨してＧａＮのみの窒化物半導体
基板２を得る。この窒化物半導体基板２をＭ面で劈開す
ることで、第２のオリフラ面を形成する。
物半導体を成長させるまでは実施例１と同様にして、次
に得られた窒化物半導体基板をサファイア側からアンド
ープのＧａＮからなる下地層、または第１の窒化物半導
体層が露出するまで研磨してＧａＮのみの窒化物半導体
基板２を得る。この窒化物半導体基板２をＭ面で劈開す
ることで、第２のオリフラ面を形成する。
【００３４】次に窒化物半導体基板２上に素子構造を形
成していくが、ＧａＮの場合、ＧａＮのＭ面が第２のオ
リフラ面に該当するため、素子の共振器方向を第２のオ
リフラ面に対して垂直に形成する。最後にｐ電極２０を
ｐ側コンタクト層上に形成し、ｎ電極２２を研磨して得
られた窒化物半導体表面上に形成して、チップ化する。
成していくが、ＧａＮの場合、ＧａＮのＭ面が第２のオ
リフラ面に該当するため、素子の共振器方向を第２のオ
リフラ面に対して垂直に形成する。最後にｐ電極２０を
ｐ側コンタクト層上に形成し、ｎ電極２２を研磨して得
られた窒化物半導体表面上に形成して、チップ化する。
【００３５】以上のようにして得られたレーザ素子は、
実施例１とほぼ同等の、室温で閾値電流密度２ｋＡ／ｃ
ｍ2、２０ｍＷの出力において、発振波長４０５ｎｍの
連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示し
た。
実施例１とほぼ同等の、室温で閾値電流密度２ｋＡ／ｃ
ｍ2、２０ｍＷの出力において、発振波長４０５ｎｍの
連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示し
た。
【００３６】
【発明の効果】以上のように本発明によると、あらかじ
め第１のオリフラ面が設けられている基板平面上に気相
成長法を用いて窒化物半導体をエピタキシャル成長させ
る窒化物半導体素子の製造方法において、素子構造とな
る窒化物半導体を積層させる前に、前記基板を、劈開す
ることにより、第２のオリフラ面を少なくとも１つ形成
することで、共振器方向とレーザ出射面との間のずれを
なくし、歩留を向上させ、良好なレーザ素子が得られ
る。
め第１のオリフラ面が設けられている基板平面上に気相
成長法を用いて窒化物半導体をエピタキシャル成長させ
る窒化物半導体素子の製造方法において、素子構造とな
る窒化物半導体を積層させる前に、前記基板を、劈開す
ることにより、第２のオリフラ面を少なくとも１つ形成
することで、共振器方向とレーザ出射面との間のずれを
なくし、歩留を向上させ、良好なレーザ素子が得られ
る。
【図１】本発明の製造工程の一実施の形態を示したサフ
ァイア基板をＣ面の方向から見た図。
ァイア基板をＣ面の方向から見た図。
【図２】本発明の製造工程の他の実施の形態を示したサ
ファイア基板をＣ面の方向から見た図。
ファイア基板をＣ面の方向から見た図。
【図３】本発明の製造工程の他の実施の形態を示したサ
ファイア基板をＣ面の方向から見た図。
ファイア基板をＣ面の方向から見た図。
【図４】本発明の一実施の形態にかかるる窒化物半導体
レーザ素子の構造を示す模式断面図。
レーザ素子の構造を示す模式断面図。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかる窒化物半導体
レーザ素子の構造を示す模式断面図。
レーザ素子の構造を示す模式断面図。
１・・・サファイア基板 ２・・・窒化物半導体基板 ３・・・ｎ側コンタクト層 ５・・・ｎ側クラック防止層 ４・・・ｎ側クラッド層 ５・・・ｎ側光ガイド層 ６・・・活性層 ７・・・ｐ側キャップ層 ８・・・ｐ側光ガイド層 ９・・・ｐ側クラッド層 １０・・・ｐ側コンタクト層 ２０・・・ｐ電極 ２１・・・ｐパッド電極 ２２・・・ｎ電極 ２３・・・ｎパッド電極 ３０・・・絶縁膜
Claims (4)
- 【請求項１】あらかじめ第１のオリフラ面が設けられて
いる基板平面上に気相成長法を用いて窒化物半導体をエ
ピタキシャル成長させる窒化物半導体素子の製造方法に
おいて、素子構造となる窒化物半導体を積層させる前
に、前記基板を、劈開することにより、第２のオリフラ
面を少なくとも１つ形成することを特徴とする窒化物半
導体素子の製造方法。 - 【請求項２】前記第２のオリフラ面を基準面として、こ
の基準面に対して共振器方向を垂直または平行に形成す
ることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子
の製造方法。 - 【請求項３】前記基板はサファイアであることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体素子
の製造方法。 - 【請求項４】前記第２のオリフラ面はＭ面｛１１−０
０｝であることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半
導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01695199A JP4097343B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01695199A JP4097343B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000216502A true JP2000216502A (ja) | 2000-08-04 |
| JP4097343B2 JP4097343B2 (ja) | 2008-06-11 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01695199A Expired - Fee Related JP4097343B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 |
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|---|---|
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005191514A (ja) * | 2003-10-31 | 2005-07-14 | Toyoda Gosei Co Ltd | 発光素子および発光装置 |
| JP2007049047A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Hitachi Cable Ltd | 半導体形成用基板、窒化物系半導体基板およびその製造方法 |
| JP2007506639A (ja) * | 2003-09-23 | 2007-03-22 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド | スピネルブール、ウェハおよびそれらの製造法 |
| US7635875B2 (en) | 2001-07-24 | 2009-12-22 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US7683386B2 (en) | 2003-08-19 | 2010-03-23 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device with protrusions to improve external efficiency and crystal growth |
| US7919815B1 (en) | 2005-02-24 | 2011-04-05 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Spinel wafers and methods of preparation |
| US8097481B2 (en) * | 2005-05-31 | 2012-01-17 | The Regents Of The University Of California | Growth of non-polar M-plane III-nitride film using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) |
| US9039834B2 (en) | 2002-04-15 | 2015-05-26 | The Regents Of The University Of California | Non-polar gallium nitride thin films grown by metalorganic chemical vapor deposition |
-
1999
- 1999-01-26 JP JP01695199A patent/JP4097343B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US10593833B2 (en) | 2001-07-24 | 2020-03-17 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US8227280B2 (en) | 2001-07-24 | 2012-07-24 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US7635875B2 (en) | 2001-07-24 | 2009-12-22 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US8344402B2 (en) | 2001-07-24 | 2013-01-01 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US7745245B2 (en) | 2001-07-24 | 2010-06-29 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US7804101B2 (en) | 2001-07-24 | 2010-09-28 | Nichia Corporation | Semiconductor light-emitting device |
| US10396242B2 (en) | 2001-07-24 | 2019-08-27 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US8299486B2 (en) | 2001-07-24 | 2012-10-30 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US9865773B2 (en) | 2001-07-24 | 2018-01-09 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US8796721B2 (en) | 2001-07-24 | 2014-08-05 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US9368681B2 (en) | 2001-07-24 | 2016-06-14 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US8344403B2 (en) | 2001-07-24 | 2013-01-01 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US9039834B2 (en) | 2002-04-15 | 2015-05-26 | The Regents Of The University Of California | Non-polar gallium nitride thin films grown by metalorganic chemical vapor deposition |
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| JP4590905B2 (ja) * | 2003-10-31 | 2010-12-01 | 豊田合成株式会社 | 発光素子および発光装置 |
| JP2005191514A (ja) * | 2003-10-31 | 2005-07-14 | Toyoda Gosei Co Ltd | 発光素子および発光装置 |
| US7919815B1 (en) | 2005-02-24 | 2011-04-05 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Spinel wafers and methods of preparation |
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| JP2007049047A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Hitachi Cable Ltd | 半導体形成用基板、窒化物系半導体基板およびその製造方法 |
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