JP2000244068A - 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
窒化物半導体レーザ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ構造において高品質な反射鏡面を再現
性良く得られる３族窒化物半導体レーザ製造方法を提供
する。 【解決手段】 ３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-y
ＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の
複数を、劈開性又は裂開性の基板上に、順に積層してな
る窒化物半導体レーザの製造方法において、劈開性又は
裂開性の基板上に結晶層の複数を形成する結晶層形成工
程と、基板及び結晶層間の界面に向け、基板側から光ビ
ームを照射して、窒化物半導体の分解物領域を形成する
工程と、分解物領域を交差する直線に沿って基板を劈開
又は裂開し、積層した結晶層の共振用劈開面を形成する
工程と、を含む。
性良く得られる３族窒化物半導体レーザ製造方法を提供
する。 【解決手段】 ３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-y
ＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の
複数を、劈開性又は裂開性の基板上に、順に積層してな
る窒化物半導体レーザの製造方法において、劈開性又は
裂開性の基板上に結晶層の複数を形成する結晶層形成工
程と、基板及び結晶層間の界面に向け、基板側から光ビ
ームを照射して、窒化物半導体の分解物領域を形成する
工程と、分解物領域を交差する直線に沿って基板を劈開
又は裂開し、積層した結晶層の共振用劈開面を形成する
工程と、を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３族窒化物半導体
素子（以下、単に素子とも記述する）に関し、特に、同
材料系を用いた半導体レーザ素子の作製方法に関する。
素子（以下、単に素子とも記述する）に関し、特に、同
材料系を用いた半導体レーザ素子の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ素子を動作させるには、光学的共
振器を形成するための一対の反射鏡が必要である。Ｇａ
Ａｓ等従来の半導体結晶材料を用いて半導体レーザ素子
（ファブリペロ型）を作製する場合、こうした反射面は
ＧａＡｓ結晶基板の劈開により形成されてきた。
振器を形成するための一対の反射鏡が必要である。Ｇａ
Ａｓ等従来の半導体結晶材料を用いて半導体レーザ素子
（ファブリペロ型）を作製する場合、こうした反射面は
ＧａＡｓ結晶基板の劈開により形成されてきた。
【０００３】３族窒化物半導体素子の場合、基板に用い
るべき窒化物バルク結晶が製造されていないため、サフ
ァイアやＳｉＣといった別種の基板上に窒化物結晶膜を
エピタキシャル成長させることによって素子を作製せざ
るを得ない。上記のＳｉＣは価格が高い、熱膨張係数差
の関係で窒化物に割れが入りやすいなどの理由から基板
として余り用いられず、主としてサファイアが基板とし
て用いられている。サファイア上への窒化物のエピタキ
シャル成長に関しては、サファイアのＣ面すなわち（０
００１）面及びＡ面すなわち
るべき窒化物バルク結晶が製造されていないため、サフ
ァイアやＳｉＣといった別種の基板上に窒化物結晶膜を
エピタキシャル成長させることによって素子を作製せざ
るを得ない。上記のＳｉＣは価格が高い、熱膨張係数差
の関係で窒化物に割れが入りやすいなどの理由から基板
として余り用いられず、主としてサファイアが基板とし
て用いられている。サファイア上への窒化物のエピタキ
シャル成長に関しては、サファイアのＣ面すなわち（０
００１）面及びＡ面すなわち
【０００４】
【外１】
【０００５】［以下、（１１−２０）面と記載する］上
で良好な単結晶膜が得られている。従来から半導体レー
ザ等に用いられているＧａＡｓ等と比較してサファイア
は極めて割り難いため、上記の劈開による方法を避け、
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングによ
って反射面を形成することも行なわれている。従って、
サファイア基板上の窒化物半導体レーザの反射鏡面作成
方法としては、今のところ、反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）等のドライエッチングにより、反射鏡面を得
る方法が主流である。
で良好な単結晶膜が得られている。従来から半導体レー
ザ等に用いられているＧａＡｓ等と比較してサファイア
は極めて割り難いため、上記の劈開による方法を避け、
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングによ
って反射面を形成することも行なわれている。従って、
サファイア基板上の窒化物半導体レーザの反射鏡面作成
方法としては、今のところ、反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）等のドライエッチングにより、反射鏡面を得
る方法が主流である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いる反射鏡面形
成方法には、出射光の遠視野像が多スポットになってし
まう欠点がある。レーザ素子の多スポット発光は、反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを
用いてもサファイアを有効にエッチングできないことに
起因している。エッチングによってレーザ構造１の反射
鏡面２を形成して作製したレーザ素子の断面を図１に示
すが、図中に（Ａ）で示した部分のサファイア基板３
（エッチングされずに残った部分）に出射ビームが反射
し、この反射光と主ビームが干渉し、遠視野がマルチス
ポットになってしまうのである。この遠視野像のマルチ
スポット化は、光ディスクの読取り光源としては致命的
であるので、このままでは全く実用にならない。
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いる反射鏡面形
成方法には、出射光の遠視野像が多スポットになってし
まう欠点がある。レーザ素子の多スポット発光は、反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを
用いてもサファイアを有効にエッチングできないことに
起因している。エッチングによってレーザ構造１の反射
鏡面２を形成して作製したレーザ素子の断面を図１に示
すが、図中に（Ａ）で示した部分のサファイア基板３
（エッチングされずに残った部分）に出射ビームが反射
し、この反射光と主ビームが干渉し、遠視野がマルチス
ポットになってしまうのである。この遠視野像のマルチ
スポット化は、光ディスクの読取り光源としては致命的
であるので、このままでは全く実用にならない。
【０００７】ＧａＮレーザは、当初反応性イオンエッチ
ングによるエッチ・ミラーを用いて作製されていたが、
上述した遠視野のマルチ化等の点から劈開ミラーを形成
した量産型ＧａＮレーザが検討されている。当然サファ
イア上では量産的に上手く劈開ができない。そこで、以
下のような方法を用いている。すなわち、サファイア上
にＭＯＣＶＤで２μｍ程度のＧａＮ膜を形成し一旦反応
炉から出す工程、このＧａＮ膜の上にＳｉＯ2膜を形成
し、ストライプ状に窓開けを行なう工程、再びＭＯＣＶ
Ｄ装置に入れ、１０μｍ程度成長させて、平坦膜を得る
工程、こうして得られたウエハをＨＶＰＥに装填し、Ｇ
ａＮ膜を２００μｍ程度積層する工程、得られたウエハ
のサファイア基板裏面を研磨し、サファイア部分を除去
する工程、得られたＧａＮ基板（８０μｍ程度）をＭＯ
ＣＶＤ装置にいれレーザ構造のエピタキシャル成長を行
なう工程、を含む方法である。こうして得られたウエハ
は、従来のＧａＡｓ系レーザのウエハと良く似ているた
め、各種加工、電極形成を得た後、ＧａＡｓ結晶を劈開
し、レーザ素子を作製することができる。
ングによるエッチ・ミラーを用いて作製されていたが、
上述した遠視野のマルチ化等の点から劈開ミラーを形成
した量産型ＧａＮレーザが検討されている。当然サファ
イア上では量産的に上手く劈開ができない。そこで、以
下のような方法を用いている。すなわち、サファイア上
にＭＯＣＶＤで２μｍ程度のＧａＮ膜を形成し一旦反応
炉から出す工程、このＧａＮ膜の上にＳｉＯ2膜を形成
し、ストライプ状に窓開けを行なう工程、再びＭＯＣＶ
Ｄ装置に入れ、１０μｍ程度成長させて、平坦膜を得る
工程、こうして得られたウエハをＨＶＰＥに装填し、Ｇ
ａＮ膜を２００μｍ程度積層する工程、得られたウエハ
のサファイア基板裏面を研磨し、サファイア部分を除去
する工程、得られたＧａＮ基板（８０μｍ程度）をＭＯ
ＣＶＤ装置にいれレーザ構造のエピタキシャル成長を行
なう工程、を含む方法である。こうして得られたウエハ
は、従来のＧａＡｓ系レーザのウエハと良く似ているた
め、各種加工、電極形成を得た後、ＧａＡｓ結晶を劈開
し、レーザ素子を作製することができる。
【０００８】しかしながら、上記から分かるように工程
が多く、複雑で、歩留まりが極めて悪く、量産的でな
い。そこで、本発明では、レーザ構造において高品質な
反射鏡面を再現性良く得られる３族窒化物半導体レーザ
製造方法を提供することを目的とする。
が多く、複雑で、歩留まりが極めて悪く、量産的でな
い。そこで、本発明では、レーザ構造において高品質な
反射鏡面を再現性良く得られる３族窒化物半導体レーザ
製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザは、３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の複数を、
劈開性又は裂開性の基板上に、順に積層してなる窒化物
半導体レーザであって、積層した結晶層の共振用劈開面
と交差する部分の前記基板及び結晶層間の界面におい
て、前記窒化物半導体の分解物領域を有することを特徴
とする。
ーザは、３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の複数を、
劈開性又は裂開性の基板上に、順に積層してなる窒化物
半導体レーザであって、積層した結晶層の共振用劈開面
と交差する部分の前記基板及び結晶層間の界面におい
て、前記窒化物半導体の分解物領域を有することを特徴
とする。
【００１０】本発明による窒化物半導体レーザにおいて
は、前記窒化物半導体の分解物領域は、前記基板側から
前記界面に照射された光ビームによって形成されること
を特徴とする。本発明による窒化物半導体レーザにおい
ては、前記窒化物半導体の劈開面の法線方向に伸長する
導波路を有することを特徴とする。
は、前記窒化物半導体の分解物領域は、前記基板側から
前記界面に照射された光ビームによって形成されること
を特徴とする。本発明による窒化物半導体レーザにおい
ては、前記窒化物半導体の劈開面の法線方向に伸長する
導波路を有することを特徴とする。
【００１１】本発明による窒化物半導体レーザにおいて
は、前記基板がサファイアからなることを特徴とする。
本発明による、３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-y
ＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の
複数を、劈開性又は裂開性の基板上に、順に積層してな
る窒化物半導体レーザの製造方法においては、劈開性又
は裂開性の基板上に結晶層の複数を形成する結晶層形成
工程と、前記基板及び結晶層間の界面に向け、前記基板
側から光ビームを照射して、窒化物半導体の分解物領域
を形成する工程と、前記分解物領域を交差する直線に沿
って前記基板を劈開又は裂開し、積層した結晶層の共振
用劈開面を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
は、前記基板がサファイアからなることを特徴とする。
本発明による、３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-y
ＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の
複数を、劈開性又は裂開性の基板上に、順に積層してな
る窒化物半導体レーザの製造方法においては、劈開性又
は裂開性の基板上に結晶層の複数を形成する結晶層形成
工程と、前記基板及び結晶層間の界面に向け、前記基板
側から光ビームを照射して、窒化物半導体の分解物領域
を形成する工程と、前記分解物領域を交差する直線に沿
って前記基板を劈開又は裂開し、積層した結晶層の共振
用劈開面を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】本発明による窒化物半導体レーザ製造方法
においては、前記光ビームの波長は、前記基板を透過し
かつ前記界面近傍の結晶層に吸収される波長から選択さ
れることを特徴とする。本発明による窒化物半導体レー
ザ製造方法においては、前記結晶層形成工程は前記窒化
物半導体の形成されるべき劈開面の法線方向に伸長する
導波路を形成する工程を含むことを特徴とする。
においては、前記光ビームの波長は、前記基板を透過し
かつ前記界面近傍の結晶層に吸収される波長から選択さ
れることを特徴とする。本発明による窒化物半導体レー
ザ製造方法においては、前記結晶層形成工程は前記窒化
物半導体の形成されるべき劈開面の法線方向に伸長する
導波路を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１３】本発明による窒化物半導体レーザ製造方法
においては、前記結晶層の形成が有機金属化学気相成長
法で行なわれていることを特徴とする。本発明による窒
化物半導体レーザ製造方法においては、前記共振用劈開
面を形成する工程において、光ビームを前記基板の表面
に集光せしめ前記直線上に位置する溝を前記基板の表面
に形成することを特徴とする。
においては、前記結晶層の形成が有機金属化学気相成長
法で行なわれていることを特徴とする。本発明による窒
化物半導体レーザ製造方法においては、前記共振用劈開
面を形成する工程において、光ビームを前記基板の表面
に集光せしめ前記直線上に位置する溝を前記基板の表面
に形成することを特徴とする。
【００１４】本発明によれば、レーザ素子の反射鏡面近
傍の例えばサファイア基板とＧａＮ結晶間の結晶結合を
局所的に解き、これにより、反射鏡近傍部分のＧａＮが
ＧａＮ結晶の劈開面そのものに沿って割れるようにし、
これにより、高品質な反射鏡面を再現性良く得ることが
できる。
傍の例えばサファイア基板とＧａＮ結晶間の結晶結合を
局所的に解き、これにより、反射鏡近傍部分のＧａＮが
ＧａＮ結晶の劈開面そのものに沿って割れるようにし、
これにより、高品質な反射鏡面を再現性良く得ることが
できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明による実施例の３
族窒化物半導体レーザについて実施例を図面を用いて説
明する。サファイアには、ＳｉやＧａＡｓなどのような
明瞭な劈開面は存在しないが、Ｃ面に関しては
族窒化物半導体レーザについて実施例を図面を用いて説
明する。サファイアには、ＳｉやＧａＡｓなどのような
明瞭な劈開面は存在しないが、Ｃ面に関しては
【００１６】
【外２】
【００１７】［以下、（１−１００）面と記載する］に
沿って一応割ることができ、Ａ面に関しては
沿って一応割ることができ、Ａ面に関しては
【００１８】
【外３】
【００１９】［以下、（１−１０２）面と記載する］す
なわちＲ面で通常の結晶の劈開にかなり近い状態で良好
に裂開することができる。サファイア基板上の窒化物半
導体レーザの反射鏡面作成方法としては、第１に、サフ
ァイアＣ面上に成長し、サファイアの（１−１００）面
に沿って割る方法や、第２に、サファイアＡ面上に成長
し、サファイアの（１−１０２）面に沿って割る方法が
考えられる。
なわちＲ面で通常の結晶の劈開にかなり近い状態で良好
に裂開することができる。サファイア基板上の窒化物半
導体レーザの反射鏡面作成方法としては、第１に、サフ
ァイアＣ面上に成長し、サファイアの（１−１００）面
に沿って割る方法や、第２に、サファイアＡ面上に成長
し、サファイアの（１−１０２）面に沿って割る方法が
考えられる。
【００２０】上記第１のサファイアＣ面上成長による反
射鏡面作成方法に関しては、サファイア基板の裏面を削
って、薄くしないと割れないことや、再現性よく裂開が
できないことが問題であり、これらはサファイア（１−
１００）面が裂開面ではないことに起因している。サフ
ァイアは極めて結晶が硬いため、薄くしないとケガキ線
に沿って割ることができず、レーザ素子として実用にな
る程度の劈開面を得ようとすると、サファイア基板の厚
さを１００μｍ程度まで薄くする必要がある。既にデバ
イス構造を表面に作り込んだウエハの裏面を研磨してい
くと、サファイアと窒化物の熱膨張係数差や研磨に伴う
残留応力でウエハに反りや歪みが生ずる。これらのた
め、デバイスウェハを裏面研磨すると研磨作業中にウエ
ハが割れてしまうトラブルが極めて生じやすく、量産上
極めて不利である。
射鏡面作成方法に関しては、サファイア基板の裏面を削
って、薄くしないと割れないことや、再現性よく裂開が
できないことが問題であり、これらはサファイア（１−
１００）面が裂開面ではないことに起因している。サフ
ァイアは極めて結晶が硬いため、薄くしないとケガキ線
に沿って割ることができず、レーザ素子として実用にな
る程度の劈開面を得ようとすると、サファイア基板の厚
さを１００μｍ程度まで薄くする必要がある。既にデバ
イス構造を表面に作り込んだウエハの裏面を研磨してい
くと、サファイアと窒化物の熱膨張係数差や研磨に伴う
残留応力でウエハに反りや歪みが生ずる。これらのた
め、デバイスウェハを裏面研磨すると研磨作業中にウエ
ハが割れてしまうトラブルが極めて生じやすく、量産上
極めて不利である。
【００２１】また、サファイアＣ面上に成長した窒化物
（代表的２元化合物はＧａＮであり、以下ＧａＮと記
す）の、結晶方位は基板であるサファイアに対して３０
度回転しており、基板であるサファイアを（１−１０
０）面で割ると、その上のＧａＮとしては（１１−２
０）面で割ることになる。ＧａＮ結晶の劈開面は（１−
１００）面であるが、ＧａＮ結晶の対称性のため、（１
１−２０）面でも一応壁開することができ、正確に（１
１−２０）面に沿った方向に割れが入っていけば、極め
て良好な破断面が得られる。
（代表的２元化合物はＧａＮであり、以下ＧａＮと記
す）の、結晶方位は基板であるサファイアに対して３０
度回転しており、基板であるサファイアを（１−１０
０）面で割ると、その上のＧａＮとしては（１１−２
０）面で割ることになる。ＧａＮ結晶の劈開面は（１−
１００）面であるが、ＧａＮ結晶の対称性のため、（１
１−２０）面でも一応壁開することができ、正確に（１
１−２０）面に沿った方向に割れが入っていけば、極め
て良好な破断面が得られる。
【００２２】しかるに、サファイアも（１−１００）面
は裂開面でないため、ややずれた角度でケガキ線を入れ
ても割ることができる。この場合、ＧａＮは（１１−２
０）面からずれた方向に割れることになるので、破断面
にはその劈開面であるＧａＮ（１−１００）面が階段状
に現れることとなり、反射率の低下や出射光の波面の乱
れを引き起こし、レーザ用の反射面としての品質が劣化
する。
は裂開面でないため、ややずれた角度でケガキ線を入れ
ても割ることができる。この場合、ＧａＮは（１１−２
０）面からずれた方向に割れることになるので、破断面
にはその劈開面であるＧａＮ（１−１００）面が階段状
に現れることとなり、反射率の低下や出射光の波面の乱
れを引き起こし、レーザ用の反射面としての品質が劣化
する。
【００２３】一方、上記第２のサファイアＡ面上の成長
による反射鏡面作成方法関しては、ＧａＮの破断面の品
質が十分でないことが問題である。サファイアの裂開面
である（１−１０２）面のＲ面は極めて割りやすいた
め、通常に基板として用いられる２５０〜３５０μｍの
厚さでも容易に裂開ができる。しかし、サファイアＡ面
上に成長したＧａＮの（１−１００）面と、このサファ
イアＲ面とは互いに２．４度ずれている。この様子を図
２に示す。なお、図では２．４度の角度を誇張して表現
しており、以下の図でも同様である。このため、ＧａＮ
の破断面には図３に示すような筋が現れる。これはＣ面
上の場合に関し前述したのと同様に、ＧａＮの（１−１
００）面が階段状に現れているのである。サファイアの
Ｒ面は安定に裂開されるため、図３に示すようなＧａＮ
破断面が安定に得られることとなる。従って、Ａ面上の
場合は、安定ではあるが、品質がそれほど良くない。
による反射鏡面作成方法関しては、ＧａＮの破断面の品
質が十分でないことが問題である。サファイアの裂開面
である（１−１０２）面のＲ面は極めて割りやすいた
め、通常に基板として用いられる２５０〜３５０μｍの
厚さでも容易に裂開ができる。しかし、サファイアＡ面
上に成長したＧａＮの（１−１００）面と、このサファ
イアＲ面とは互いに２．４度ずれている。この様子を図
２に示す。なお、図では２．４度の角度を誇張して表現
しており、以下の図でも同様である。このため、ＧａＮ
の破断面には図３に示すような筋が現れる。これはＣ面
上の場合に関し前述したのと同様に、ＧａＮの（１−１
００）面が階段状に現れているのである。サファイアの
Ｒ面は安定に裂開されるため、図３に示すようなＧａＮ
破断面が安定に得られることとなる。従って、Ａ面上の
場合は、安定ではあるが、品質がそれほど良くない。
【００２４】図４は実施例の３族窒化物半導体レーザ示
す。この半導体レーザ素子は、単結晶サファイア基板１
０１上に順に積層された、低温成膜されたＧａＮ（又は
ＡｌＮ）層１０２、ｎ型ＧａＮ層１０３、ｎ型Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎ層１０４、ｎ型ＧａＮ層１０５、ＩｎＧａＮ
を主たる構成要素とする活性層１０６、ｐ型Ａｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎ層１０９、及びｐ型ＧａＮ層１１０からなり、
ｎ側電極１１４並びにｐ側電極１１３及び１１５はｎ型
ＧａＮ層１０３並びｐ型ＧａＮ層１１０に接続されてい
る。ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９にはリッジストライ
プ部１１８が形成されており、素子は電極を除きＳｉＯ
2の絶縁膜１１１で被覆保護されている。
す。この半導体レーザ素子は、単結晶サファイア基板１
０１上に順に積層された、低温成膜されたＧａＮ（又は
ＡｌＮ）層１０２、ｎ型ＧａＮ層１０３、ｎ型Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎ層１０４、ｎ型ＧａＮ層１０５、ＩｎＧａＮ
を主たる構成要素とする活性層１０６、ｐ型Ａｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎ層１０９、及びｐ型ＧａＮ層１１０からなり、
ｎ側電極１１４並びにｐ側電極１１３及び１１５はｎ型
ＧａＮ層１０３並びｐ型ＧａＮ層１１０に接続されてい
る。ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９にはリッジストライ
プ部１１８が形成されており、素子は電極を除きＳｉＯ
2の絶縁膜１１１で被覆保護されている。
【００２５】実施例の３族窒化物半導体レーザは、積層
した結晶層１０２〜１１０の共振用劈開面と交差する部
分のサファイア基板１０１及び該結晶層間の界面におい
て、窒化物半導体の分解物領域１５０を有する。レーザ
照射によって形成される窒化物半導体の分解物領域１５
０ではサファイア基板とＧａＮ結晶間の結晶結合を局所
的に破壊されているので、素子の共振面形成工程におい
て、反射鏡近傍部分のＧａＮがＧａＮ結晶の劈開面その
ものに沿って割れるようになる。レーザ光ビームの波長
は、サファイア基板を透過しかつ界面に接するＧａＮ結
晶層に吸収される波長から選択されるので、結晶欠陥が
多く存在するＧａＮ側にて、吸収した光はほとんどが熱
に転換される。サファイア基板近傍の結晶層のレーザ照
射領域の温度が急激に上昇し、ＧａＮはガリウムと窒素
に分解している。
した結晶層１０２〜１１０の共振用劈開面と交差する部
分のサファイア基板１０１及び該結晶層間の界面におい
て、窒化物半導体の分解物領域１５０を有する。レーザ
照射によって形成される窒化物半導体の分解物領域１５
０ではサファイア基板とＧａＮ結晶間の結晶結合を局所
的に破壊されているので、素子の共振面形成工程におい
て、反射鏡近傍部分のＧａＮがＧａＮ結晶の劈開面その
ものに沿って割れるようになる。レーザ光ビームの波長
は、サファイア基板を透過しかつ界面に接するＧａＮ結
晶層に吸収される波長から選択されるので、結晶欠陥が
多く存在するＧａＮ側にて、吸収した光はほとんどが熱
に転換される。サファイア基板近傍の結晶層のレーザ照
射領域の温度が急激に上昇し、ＧａＮはガリウムと窒素
に分解している。
【００２６】この半導体レーザ素子では、活性層１０６
において電子と正孔を再結合させることによって発光す
る。ｎ型ＧａＮ層１０５及びｐ型ＧａＮ層１０８はガイ
ド層であり、活性層１０６で発生した光をここに導波す
るとともに活性層１０６よりバンドギャップが大きく設
定することによって電子及び正孔を活性層１０６内に効
果的に閉じ込めるようになっている。ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ層１０７は注入されたキャリア（特に電子）の閉
じ込めを更に強化する障壁層であり、ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ
0.9Ｎ層１０４及びｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９はガ
イド層１０５，１０８より低屈折率で作製されているク
ラッド層であり、ガイド層との屈折率差によって膜厚方
向の導波が行なわれる。リッジストライプ部１１８はク
ラッド層１０９の厚さを変化させることで実効屈折率に
横方向の段差を生じさせて、発生した光を横方向に閉じ
込めるために設けてある。
において電子と正孔を再結合させることによって発光す
る。ｎ型ＧａＮ層１０５及びｐ型ＧａＮ層１０８はガイ
ド層であり、活性層１０６で発生した光をここに導波す
るとともに活性層１０６よりバンドギャップが大きく設
定することによって電子及び正孔を活性層１０６内に効
果的に閉じ込めるようになっている。ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ層１０７は注入されたキャリア（特に電子）の閉
じ込めを更に強化する障壁層であり、ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ
0.9Ｎ層１０４及びｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９はガ
イド層１０５，１０８より低屈折率で作製されているク
ラッド層であり、ガイド層との屈折率差によって膜厚方
向の導波が行なわれる。リッジストライプ部１１８はク
ラッド層１０９の厚さを変化させることで実効屈折率に
横方向の段差を生じさせて、発生した光を横方向に閉じ
込めるために設けてある。
【００２７】ｎ型ＧａＮ層１０３は電流の流路として設
けられている下地層であり、基板であるサファイアに全
く導電性がないために設けられている。また、低温成長
層のＧａＮ（又はＡｌＮ）層１０２はいわゆるバッファ
層であり、ＧａＮにとっての異種物質であるサファイア
基板上に平滑膜を作製するために形成されている。図４
に示した素子構造は、両面が鏡面研磨されたサファイア
Ａ面基板上にレーザ素子用の層構造を有機金属化学気相
成長法（ＭＯＣＶＤ）により成膜する以下の作製工程に
て製造される。
けられている下地層であり、基板であるサファイアに全
く導電性がないために設けられている。また、低温成長
層のＧａＮ（又はＡｌＮ）層１０２はいわゆるバッファ
層であり、ＧａＮにとっての異種物質であるサファイア
基板上に平滑膜を作製するために形成されている。図４
に示した素子構造は、両面が鏡面研磨されたサファイア
Ａ面基板上にレーザ素子用の層構造を有機金属化学気相
成長法（ＭＯＣＶＤ）により成膜する以下の作製工程に
て製造される。
【００２８】まず、サファイア基板１０１を成膜用ＭＯ
ＣＶＤ成長炉に装填し、１０５０℃の温度において３０
０Torrの圧力の水素気流中で１０分間保持し、サファイ
ア基板１０１の表面の熱クリーニングを行なう。この
後、サファイア基板１０１をその温度が６００℃になる
まで降温し、窒素原料であるアンモニア（ＮＨ3）と、
Ａｌ原料であるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を成
長炉内に導入し、ＡｌＮからなるバッファ層１０２を２
０ｎｍの厚さに堆積させる。
ＣＶＤ成長炉に装填し、１０５０℃の温度において３０
０Torrの圧力の水素気流中で１０分間保持し、サファイ
ア基板１０１の表面の熱クリーニングを行なう。この
後、サファイア基板１０１をその温度が６００℃になる
まで降温し、窒素原料であるアンモニア（ＮＨ3）と、
Ａｌ原料であるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を成
長炉内に導入し、ＡｌＮからなるバッファ層１０２を２
０ｎｍの厚さに堆積させる。
【００２９】続いてＴＭＡの供給を止め、ＮＨ3のみを
流したまま、バッファ層１０２が成膜されたサファイア
基板１０１の温度を再び１０５０℃に昇温し、トリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）を導入してｎ型ＧａＮ下地層１０
３を積層する。この時、ｎ型不純物であるＳｉの原料と
してＭｅ−ＳｉＨ3（メチルシラン）を成長雰囲気ガス
に添加する。
流したまま、バッファ層１０２が成膜されたサファイア
基板１０１の温度を再び１０５０℃に昇温し、トリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）を導入してｎ型ＧａＮ下地層１０
３を積層する。この時、ｎ型不純物であるＳｉの原料と
してＭｅ−ＳｉＨ3（メチルシラン）を成長雰囲気ガス
に添加する。
【００３０】ｎ型ＧａＮ下地層１０３が４μｍ程度成長
したところで、ＴＭＡを導入してｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層１０４の成膜を行なう。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０４が０．５μｍ程度成長したところでＴＭＡの供給
を停止し、ｎ型ＧａＮガイド層１０５を０．１μｍ成長
する。ｎ型ＧａＮガイド層１０５の成長が完了したとこ
ろでＴＭＧ，Ｍｅ-ＳｉＨ3の供給を停止して降温を開始
し、基板温度を７５０℃とする。基板温度が７５０℃と
なった時点でキャリアガスを水素から窒素に切換え、ガ
ス流の状態が安定したところでＴＭＧ，ＴＭＩ，Ｍｅ−
ＳｉＨ3を導入して活性層１０６の成長を行なう。該活
性層を成膜したところでＴＭＧ，ＴＭＩ，Ｍｅ-ＳｉＨ3
の供給を停止すると共に、キャリアガスを窒素から水素
に切換え、ガス流の状態が安定したところで基板温度を
再び１０５０℃に昇温し、ＴＭＧ，ＴＭＡとｐ型不純物
であるＭｇの原料としてＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇ（エチル−シ
クロペンタジエニルマグネシウム）を導入してｐ型Ａｌ
ＧａＮ層１０７を０．０１μｍ積層する。続いてＴＭＡ
の供給を停止し、ｐ型ＧａＮガイド層１０８を０．１μ
ｍ成長し、再びＴＭＡを導入してｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層１０９を０．５μｍ成長する。更にこの上にｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層１１０を０．１μｍ成長させる。その
後、ＴＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇの供給を停止し、降温
を開始し、基板温度が４００℃になった時点で、ＮＨ3
の供給も停止し、基板温度が室温になった時点で反応炉
より取り出す。
したところで、ＴＭＡを導入してｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層１０４の成膜を行なう。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０４が０．５μｍ程度成長したところでＴＭＡの供給
を停止し、ｎ型ＧａＮガイド層１０５を０．１μｍ成長
する。ｎ型ＧａＮガイド層１０５の成長が完了したとこ
ろでＴＭＧ，Ｍｅ-ＳｉＨ3の供給を停止して降温を開始
し、基板温度を７５０℃とする。基板温度が７５０℃と
なった時点でキャリアガスを水素から窒素に切換え、ガ
ス流の状態が安定したところでＴＭＧ，ＴＭＩ，Ｍｅ−
ＳｉＨ3を導入して活性層１０６の成長を行なう。該活
性層を成膜したところでＴＭＧ，ＴＭＩ，Ｍｅ-ＳｉＨ3
の供給を停止すると共に、キャリアガスを窒素から水素
に切換え、ガス流の状態が安定したところで基板温度を
再び１０５０℃に昇温し、ＴＭＧ，ＴＭＡとｐ型不純物
であるＭｇの原料としてＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇ（エチル−シ
クロペンタジエニルマグネシウム）を導入してｐ型Ａｌ
ＧａＮ層１０７を０．０１μｍ積層する。続いてＴＭＡ
の供給を停止し、ｐ型ＧａＮガイド層１０８を０．１μ
ｍ成長し、再びＴＭＡを導入してｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層１０９を０．５μｍ成長する。更にこの上にｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層１１０を０．１μｍ成長させる。その
後、ＴＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇの供給を停止し、降温
を開始し、基板温度が４００℃になった時点で、ＮＨ3
の供給も停止し、基板温度が室温になった時点で反応炉
より取り出す。
【００３１】得られたウエハを、熱処理炉に装填し、ｐ
型化のために熱処理を行なう。こうしてｐ型化されたウ
エハ上に、ｐ側電極として、真空蒸着法によりＮｉ（ニ
ッケル）膜１１５を２００ｎｍ成膜する。得られたウエ
ハに対し、ｐ側電極用テラスとｎ側電極用の電流経路構
造並びにｐ側電極用テラス上に電流狭窄用の屈折率導波
構造としてリッジ構造の導波路を形成する。
型化のために熱処理を行なう。こうしてｐ型化されたウ
エハ上に、ｐ側電極として、真空蒸着法によりＮｉ（ニ
ッケル）膜１１５を２００ｎｍ成膜する。得られたウエ
ハに対し、ｐ側電極用テラスとｎ側電極用の電流経路構
造並びにｐ側電極用テラス上に電流狭窄用の屈折率導波
構造としてリッジ構造の導波路を形成する。
【００３２】ｎ側電極のための電流経路を形成するため
に、ウエットエッチングによりＮｉ膜の一部を部分的に
除去し、図５に示すように、残っているＮｉ膜１１５を
マスクとして、Ｃｌ2（塩素）ガスによる反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）によって、露出している窒化物半
導体層をエッチングする。この時、図６に示すように、
ｎ型クラッド層１０４を若干残す深さまでエッチングを
行ない凹部２０１を形成する。
に、ウエットエッチングによりＮｉ膜の一部を部分的に
除去し、図５に示すように、残っているＮｉ膜１１５を
マスクとして、Ｃｌ2（塩素）ガスによる反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）によって、露出している窒化物半
導体層をエッチングする。この時、図６に示すように、
ｎ型クラッド層１０４を若干残す深さまでエッチングを
行ない凹部２０１を形成する。
【００３３】次に、図７に示すように、Ｎｉ膜を幅５μ
ｍを残して、ウエットエッチングにより除去し、５μｍ
幅のＮｉ膜のストライプ１１５を形成する。ここで、図
８に示すように、こうしたＮｉのストライプ１１５の伸
長方向をサファイアＲ面と垂直な方向から２．４度ずら
すとともに、ｎ側電極形成用の凹部２０１などもこれに
合わせて２．４度傾けて形成する。すなわち、形成すべ
き窒化物半導体の劈開面となる（１−１００）面の法線
方向に沿って伸長する導波路を形成するのである。
ｍを残して、ウエットエッチングにより除去し、５μｍ
幅のＮｉ膜のストライプ１１５を形成する。ここで、図
８に示すように、こうしたＮｉのストライプ１１５の伸
長方向をサファイアＲ面と垂直な方向から２．４度ずら
すとともに、ｎ側電極形成用の凹部２０１などもこれに
合わせて２．４度傾けて形成する。すなわち、形成すべ
き窒化物半導体の劈開面となる（１−１００）面の法線
方向に沿って伸長する導波路を形成するのである。
【００３４】次に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
を用いてＮｉのストライプ１１５をマスクとして用い
て、５μｍ幅のストライプ部直下以外の部分、すなわち
コンタクト層１１０及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９
を、クラッド層９の約０．１μｍ残して除去し、図９に
示すように、狭リッジ構造１１８を形成する。この時、
同時に、残りのｎ型クラッド層１０４が除去され、部分
的にｎ型ＧａＮ下地膜１０３が露出する。
を用いてＮｉのストライプ１１５をマスクとして用い
て、５μｍ幅のストライプ部直下以外の部分、すなわち
コンタクト層１１０及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９
を、クラッド層９の約０．１μｍ残して除去し、図９に
示すように、狭リッジ構造１１８を形成する。この時、
同時に、残りのｎ型クラッド層１０４が除去され、部分
的にｎ型ＧａＮ下地膜１０３が露出する。
【００３５】この状態になったウエハ上にＳｉＯ2保護
膜をスパッタリング等の方法によって堆積する。その
後、通常のフォトリソグラフィ法によってＳｉＯ2保護
膜にｐ型リッジ部に３μｍ幅の窓部、及びｎ側電極用窓
部を形成する。ｎ型ＧａＮ層１０３が露出している部分
に、Ｔｉ（チタン）を５０ｎｍ、続いてＡｌを２００ｎ
ｍ蒸着し、ｎ側電極１１４を形成する。ｐ型ＧａＮ層が
露出している部分には、Ｎｉを５０ｎｍ、Ａｕを２００
ｎｍ蒸着してｐ側電極１１３を形成する。このようにし
て、ウエハ上の個々の素子部分においては、図１０に示
すような素子構造が形成される。
膜をスパッタリング等の方法によって堆積する。その
後、通常のフォトリソグラフィ法によってＳｉＯ2保護
膜にｐ型リッジ部に３μｍ幅の窓部、及びｎ側電極用窓
部を形成する。ｎ型ＧａＮ層１０３が露出している部分
に、Ｔｉ（チタン）を５０ｎｍ、続いてＡｌを２００ｎ
ｍ蒸着し、ｎ側電極１１４を形成する。ｐ型ＧａＮ層が
露出している部分には、Ｎｉを５０ｎｍ、Ａｕを２００
ｎｍ蒸着してｐ側電極１１３を形成する。このようにし
て、ウエハ上の個々の素子部分においては、図１０に示
すような素子構造が形成される。
【００３６】以上の素子構造形成工程の後に窒化物半導
体の分解物領域を形成する工程を行う。図１０に示すよ
うに、サファイア基板１０１の裏面側から波長２４８ｎ
ｍ、２６６ｎｍの短波長レーザ光（例えばＫｒＦエキシ
マ・レーザ、ＹＡＧの４倍波など）を照射し、サファイ
ア／ＧａＮ界面を分解する。分解物領域の形成時、照射
するレーザ光の光路中にホモジナイザを設け、当該界面
のレーザ光照射領域内の光強度を均一にすることが望ま
しい。また、照射光がサファイア／ＧａＮ界面に焦点を
結ぶように調整し、図１１の斜線で示した照射領域１５
１を照射する。この照射領域１５１は窒化物半導体レー
ザの素子長などの作製ピッチで反復形成する。照射光の
エネルギ密度は１パルス当たり数１００ｍＪ／ｃｍ2程
度が好ましく、これより大幅に大きいと素子構造が破壊
され、これより小さいと界面が十分分解されず、十分な
効果が得られない。このようにレーザ照射によって窒化
物半導体の分解物領域１５０を形成する。
体の分解物領域を形成する工程を行う。図１０に示すよ
うに、サファイア基板１０１の裏面側から波長２４８ｎ
ｍ、２６６ｎｍの短波長レーザ光（例えばＫｒＦエキシ
マ・レーザ、ＹＡＧの４倍波など）を照射し、サファイ
ア／ＧａＮ界面を分解する。分解物領域の形成時、照射
するレーザ光の光路中にホモジナイザを設け、当該界面
のレーザ光照射領域内の光強度を均一にすることが望ま
しい。また、照射光がサファイア／ＧａＮ界面に焦点を
結ぶように調整し、図１１の斜線で示した照射領域１５
１を照射する。この照射領域１５１は窒化物半導体レー
ザの素子長などの作製ピッチで反復形成する。照射光の
エネルギ密度は１パルス当たり数１００ｍＪ／ｃｍ2程
度が好ましく、これより大幅に大きいと素子構造が破壊
され、これより小さいと界面が十分分解されず、十分な
効果が得られない。このようにレーザ照射によって窒化
物半導体の分解物領域１５０を形成する。
【００３７】分解物形成工程の次に、スクライビング工
程を続けて行う。レーザ照射位置を、図１２中のａで示
すような分解物領域１５０を交差する直線上の位置、好
ましくは該直線上のウェハの辺縁近傍の位置へ移動し、
照射光の焦点位置をサファイア／ＧａＮ界面からサファ
イア基板１０１の積層した面とは逆の表面に調整する。
この時、図１２中のｂで示すレーザ照射領域の幅を数μ
ｍ程度に狭めて設定する。また、照射レーザ光のエネル
ギ面密度をサファイア／ＧａＮ界面分解時の２０倍以上
に設定する。このような設定でレーザ光照射を行なう
と、サファイアが前述の波長に対してわずかに吸収を有
しているため、狭小の照射領域のサファイアを熱により
蒸発させることができ、サファイア基板１０１の積層し
た面とは逆の表面に微細な溝Ｇを形成することができ
る。図１２中でｃで示した方向にレーザ光ビーム（ある
いは基板支持台）を移動し、前記溝部Ｇを所定の深さ及
び長さで形成する。このレーザでのスクライビング（い
わゆるケガキ）作業を、窒化物半導体レーザの素子長の
ピッチに合せ反復して行う。
程を続けて行う。レーザ照射位置を、図１２中のａで示
すような分解物領域１５０を交差する直線上の位置、好
ましくは該直線上のウェハの辺縁近傍の位置へ移動し、
照射光の焦点位置をサファイア／ＧａＮ界面からサファ
イア基板１０１の積層した面とは逆の表面に調整する。
この時、図１２中のｂで示すレーザ照射領域の幅を数μ
ｍ程度に狭めて設定する。また、照射レーザ光のエネル
ギ面密度をサファイア／ＧａＮ界面分解時の２０倍以上
に設定する。このような設定でレーザ光照射を行なう
と、サファイアが前述の波長に対してわずかに吸収を有
しているため、狭小の照射領域のサファイアを熱により
蒸発させることができ、サファイア基板１０１の積層し
た面とは逆の表面に微細な溝Ｇを形成することができ
る。図１２中でｃで示した方向にレーザ光ビーム（ある
いは基板支持台）を移動し、前記溝部Ｇを所定の深さ及
び長さで形成する。このレーザでのスクライビング（い
わゆるケガキ）作業を、窒化物半導体レーザの素子長の
ピッチに合せ反復して行う。
【００３８】しかる後に、上記溝部Ｇを起点として図１
２中の１点鎖線で示す方向にサファイア基板の裂開を行
い、積層した結晶層の共振用劈開面が現れたレーザ・バ
ーを得る。本発明の場合、レーザ照射による溝入れをウ
ェハの辺縁近傍のみに行うので、劈開の品質を良くする
ために、基板の厚さを１００μｍ程度に減じておくこと
が望ましい。
２中の１点鎖線で示す方向にサファイア基板の裂開を行
い、積層した結晶層の共振用劈開面が現れたレーザ・バ
ーを得る。本発明の場合、レーザ照射による溝入れをウ
ェハの辺縁近傍のみに行うので、劈開の品質を良くする
ために、基板の厚さを１００μｍ程度に減じておくこと
が望ましい。
【００３９】さらに、本発明では、サファイア及びＧａ
Ｎ界面を熱により分解するものであるので、照射による
分解領域はできるだけ小さいことが望ましい。一方、こ
のことは、劈開のためのスクライブの位置精度に高いも
のが要求されることを意味する。一般的に、ダイヤモン
ド・ポイントでスクライブを行う場合では、分解物形成
工程のレーザ照射位置と次のスクライビング工程のダイ
ヤモンドポイントスクライブ装置とは別途に位置設定が
なされるため、両者工程の間で、高度で煩雑な位置合わ
せ作業が必要となる。本発明のスクライビング方法によ
れば、照射とスクライブを行う装置が同一のものである
ので、ウェハの再位置合わせは不要となる。
Ｎ界面を熱により分解するものであるので、照射による
分解領域はできるだけ小さいことが望ましい。一方、こ
のことは、劈開のためのスクライブの位置精度に高いも
のが要求されることを意味する。一般的に、ダイヤモン
ド・ポイントでスクライブを行う場合では、分解物形成
工程のレーザ照射位置と次のスクライビング工程のダイ
ヤモンドポイントスクライブ装置とは別途に位置設定が
なされるため、両者工程の間で、高度で煩雑な位置合わ
せ作業が必要となる。本発明のスクライビング方法によ
れば、照射とスクライブを行う装置が同一のものである
ので、ウェハの再位置合わせは不要となる。
【００４０】また、通常のスクライブ装置のように、ダ
イヤモンドのポイントを用いてサファイアのような高硬
度材をスクライブするとポイントの摩耗が深刻なものと
なるが、本発明の場合は、レーザ光の収束光を用い全く
非接触で溝入れを行うため、劈開性を左右する溝底の曲
率としてμｍ台の溝底が容易に得られる上、その安定性
も維持しやすいという利点を有している。
イヤモンドのポイントを用いてサファイアのような高硬
度材をスクライブするとポイントの摩耗が深刻なものと
なるが、本発明の場合は、レーザ光の収束光を用い全く
非接触で溝入れを行うため、劈開性を左右する溝底の曲
率としてμｍ台の溝底が容易に得られる上、その安定性
も維持しやすいという利点を有している。
【００４１】作製されたレーザ・バーの破断面（劈開
面）に対し、スパッタ装置を用いて誘電体多層反射膜を
形成する。レーザ・バーをさらに素子ごとに割って２次
劈開によりチップ化し、図４に示す素子が得られ、以
下、従来からのレーザ素子と同様、サブマウントへのダ
イボンディングを施し、ステムへ取付け、ワイヤボンデ
ィングをなして、さらに所定工程を経てレーザ素子が完
成する。
面）に対し、スパッタ装置を用いて誘電体多層反射膜を
形成する。レーザ・バーをさらに素子ごとに割って２次
劈開によりチップ化し、図４に示す素子が得られ、以
下、従来からのレーザ素子と同様、サブマウントへのダ
イボンディングを施し、ステムへ取付け、ワイヤボンデ
ィングをなして、さらに所定工程を経てレーザ素子が完
成する。
【００４２】前述したように、サファイア基板Ａ面上に
レーザ構造を形成し、レーザ照射を行わないでサファイ
アのＲ面で裂開した場合、ＧａＮの表面には図３に示す
ような細かな筋が入る。この理由は以下の通りである。
サファイアはＲ面で割れ、ウエハの全厚の大部分はサフ
ァイアであるため、ウエハはサファイアのＲ面に沿って
割れていく。前述したようにサファイアのＲ面とＧａＮ
の（１−１００）面とは２．４度傾いているが、割れ
（クラック）がサファイア／ＧａＮ界面に到達した後
も、わずかな深さまでは下地のサファイアのＲ面に沿っ
てクラックは伝搬する。しかしながら、ＧａＮはその劈
開面である（１−１００）面で割れようとするため、複
数の（１−１００）面が階段状になった破断面を形成す
ることとなる。
レーザ構造を形成し、レーザ照射を行わないでサファイ
アのＲ面で裂開した場合、ＧａＮの表面には図３に示す
ような細かな筋が入る。この理由は以下の通りである。
サファイアはＲ面で割れ、ウエハの全厚の大部分はサフ
ァイアであるため、ウエハはサファイアのＲ面に沿って
割れていく。前述したようにサファイアのＲ面とＧａＮ
の（１−１００）面とは２．４度傾いているが、割れ
（クラック）がサファイア／ＧａＮ界面に到達した後
も、わずかな深さまでは下地のサファイアのＲ面に沿っ
てクラックは伝搬する。しかしながら、ＧａＮはその劈
開面である（１−１００）面で割れようとするため、複
数の（１−１００）面が階段状になった破断面を形成す
ることとなる。
【００４３】本発明の場合、短波長高出力レーザによっ
て照射を行なう工程が付加されているが、照射に用いる
レーザの波長である２４８ｎｍにおいて基板のサファイ
アがほとんど透明であるのに対して、ＧａＮの吸収端は
３６５ｎｍであるため、わずかな浸透深さで吸収され
る。また、基板であるサファイアとＧａＮ間に存在する
大きな格子不整合（１５％）のため、界面近傍のＧａＮ
には極めて結晶欠陥が多く存在するため、吸収した光は
ほとんどが熱に転換される。ＧａＮのサファイア基板近
傍の領域の温度が急激に上昇し、ＧａＮはガリウムと窒
素に分解してしまう。従って、この部分については下地
のサファイア結晶とＧａＮは直接の結晶間の結合がなく
なっている。
て照射を行なう工程が付加されているが、照射に用いる
レーザの波長である２４８ｎｍにおいて基板のサファイ
アがほとんど透明であるのに対して、ＧａＮの吸収端は
３６５ｎｍであるため、わずかな浸透深さで吸収され
る。また、基板であるサファイアとＧａＮ間に存在する
大きな格子不整合（１５％）のため、界面近傍のＧａＮ
には極めて結晶欠陥が多く存在するため、吸収した光は
ほとんどが熱に転換される。ＧａＮのサファイア基板近
傍の領域の温度が急激に上昇し、ＧａＮはガリウムと窒
素に分解してしまう。従って、この部分については下地
のサファイア結晶とＧａＮは直接の結晶間の結合がなく
なっている。
【００４４】この本発明の状況で、サファイア基板をＲ
面に沿って裂開した場合を以下に詳述する。図１３のよ
うに、裂開がＲ面に沿って伝搬してきたクラックが、レ
ーザ照射によって形成された窒化物半導体の分解物領域
１５０に到達すると（矢印a）、ここからは下地サファ
イアとＧａＮが直接結合されていないため、ＧａＮはそ
の本来の劈開面である（１−１００）面に沿って割れる
ことが可能になる。従って、ＧａＮ中を伝搬してきた部
分のクラックはＧａＮの（１−１００）面に沿って伝搬
する（矢印b）。また、サファイア基板内を伝搬するク
ラックはそのままＲ面に沿って伝搬していく（矢印
c）。クラックが分解物領域１５０の縁まで来ると、こ
こからはＧａＮとサファイアが一体となっているので、
再びＧａＮ破断面が階段状になった状態に移行する。こ
のようにサファイアの裂開面とＧａＮの劈開面とが分岐
する。分岐した劈開面の長さ、すなわちレーザ照射長さ
をリッジストライプ幅以上に設定しておけば、きわめて
平滑な共振反射鏡面が得られる。
面に沿って裂開した場合を以下に詳述する。図１３のよ
うに、裂開がＲ面に沿って伝搬してきたクラックが、レ
ーザ照射によって形成された窒化物半導体の分解物領域
１５０に到達すると（矢印a）、ここからは下地サファ
イアとＧａＮが直接結合されていないため、ＧａＮはそ
の本来の劈開面である（１−１００）面に沿って割れる
ことが可能になる。従って、ＧａＮ中を伝搬してきた部
分のクラックはＧａＮの（１−１００）面に沿って伝搬
する（矢印b）。また、サファイア基板内を伝搬するク
ラックはそのままＲ面に沿って伝搬していく（矢印
c）。クラックが分解物領域１５０の縁まで来ると、こ
こからはＧａＮとサファイアが一体となっているので、
再びＧａＮ破断面が階段状になった状態に移行する。こ
のようにサファイアの裂開面とＧａＮの劈開面とが分岐
する。分岐した劈開面の長さ、すなわちレーザ照射長さ
をリッジストライプ幅以上に設定しておけば、きわめて
平滑な共振反射鏡面が得られる。
【００４５】以上から明らかなように、サファイア基板
のＲ面とレーザ素子の端面には２．４度の傾きが生ずる
が、リッジ、電極の形成時にこの角度分だけ傾けてあ
り、導波路はＧａＮの劈開面である（１−１００）面と
垂直になるため、問題を生じない。上記実施例では、サ
ファイアＡ面基板上にレーザ構造を形成した素子を説明
したが、さらに、第２の実施例では、サファイア基板Ｃ
面上に上記したリッジ型レーザ構造を形成した素子を形
成することもできる。
のＲ面とレーザ素子の端面には２．４度の傾きが生ずる
が、リッジ、電極の形成時にこの角度分だけ傾けてあ
り、導波路はＧａＮの劈開面である（１−１００）面と
垂直になるため、問題を生じない。上記実施例では、サ
ファイアＡ面基板上にレーザ構造を形成した素子を説明
したが、さらに、第２の実施例では、サファイア基板Ｃ
面上に上記したリッジ型レーザ構造を形成した素子を形
成することもできる。
【００４６】図１４に、第１の実施例と同様の工程で作
製したサファイアＣ面基板１０１ｃを用いた素子の裂開
面近傍の斜視図を示す。サファイア基板１０１ｃを（１
−１００）面で割ると、その上のＧａＮとしては本来の
劈開面（１−１００）でない（１１−２０）面で割るこ
とになるが、ＧａＮ結晶の対称性のため、正確に（１１
−２０）面に沿った方向に割れが入っていけば、極めて
良好な破断面が得られる。しかしながら、スクライブ線
の方向が厳密に（１−１００）面に沿っていない限り、
サファイアの破断面は階段状になり、サファイア上のＧ
ａＮの破断面もまた階段状になってしまう。
製したサファイアＣ面基板１０１ｃを用いた素子の裂開
面近傍の斜視図を示す。サファイア基板１０１ｃを（１
−１００）面で割ると、その上のＧａＮとしては本来の
劈開面（１−１００）でない（１１−２０）面で割るこ
とになるが、ＧａＮ結晶の対称性のため、正確に（１１
−２０）面に沿った方向に割れが入っていけば、極めて
良好な破断面が得られる。しかしながら、スクライブ線
の方向が厳密に（１−１００）面に沿っていない限り、
サファイアの破断面は階段状になり、サファイア上のＧ
ａＮの破断面もまた階段状になってしまう。
【００４７】図１４のように、ほぼ（１−１００）面に
沿って伝搬してきたクラックが、窒化物半導体の分解物
領域１５０に到達すると（矢印a）、ここからは下地サ
ファイアとＧａＮが直接結合されていないため、ＧａＮ
はその（１１−２０）面に沿って割れることが可能にな
り、ＧａＮ中を伝搬してきた部分のクラックはＧａＮの
（１１−２０）面に沿って伝搬する（矢印b）。また、
分解物領域１５０を通過すると、ここからはＧａＮとサ
ファイアが一体となっているので、ＧａＮ破断面が階段
状になる（矢印ｃ）。このように、すなわちレーザ照射
長さをリッジストライプ幅以上に設定して分解物領域１
５０を形成するので、レーザ構造の端面にきわめて平滑
な共振反射鏡面が得られる。
沿って伝搬してきたクラックが、窒化物半導体の分解物
領域１５０に到達すると（矢印a）、ここからは下地サ
ファイアとＧａＮが直接結合されていないため、ＧａＮ
はその（１１−２０）面に沿って割れることが可能にな
り、ＧａＮ中を伝搬してきた部分のクラックはＧａＮの
（１１−２０）面に沿って伝搬する（矢印b）。また、
分解物領域１５０を通過すると、ここからはＧａＮとサ
ファイアが一体となっているので、ＧａＮ破断面が階段
状になる（矢印ｃ）。このように、すなわちレーザ照射
長さをリッジストライプ幅以上に設定して分解物領域１
５０を形成するので、レーザ構造の端面にきわめて平滑
な共振反射鏡面が得られる。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、全体としてはサファイ
アの特定の面に沿って裂開しながらも、レーザ素子とし
て最も大切な部分の一つである反射面部分はその構成半
導体材料である窒化半導体の劈開面そのもので形成する
ようにしたので、原子レベルで平坦な反射鏡面が得られ
る。
アの特定の面に沿って裂開しながらも、レーザ素子とし
て最も大切な部分の一つである反射面部分はその構成半
導体材料である窒化半導体の劈開面そのもので形成する
ようにしたので、原子レベルで平坦な反射鏡面が得られ
る。
【００４９】更に、サファイア基板の厚さを大きく減ず
ること無く割ることが可能であるため、裏面研磨時のウ
エハ破損といったトラブルも無く、また素子の厚さ寸法
が大きいままなので、取り扱いが容易である特徴を持っ
ており、量産性に極めて優れている。
ること無く割ることが可能であるため、裏面研磨時のウ
エハ破損といったトラブルも無く、また素子の厚さ寸法
が大きいままなので、取り扱いが容易である特徴を持っ
ており、量産性に極めて優れている。
【図１】 ３族窒化物半導体レーザ素子の概略断面図。
【図２】 サファイア基板上に成膜されたＧａＮ結晶層
の格子面を示す概略斜視図。
の格子面を示す概略斜視図。
【図３】 サファイア基板上に成膜されたＧａＮ結晶層
の破断面を示す概略斜視図。
の破断面を示す概略斜視図。
【図４】 本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略断面図。
程中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図５】 本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略断面図。
程中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図６】 本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略断面図。
程中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図７】 本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略断面図。
程中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図８】 本発明による他の実施例の半導体レーザの製
造工程中におけるレーザ基板の概略平面図。
造工程中におけるレーザ基板の概略平面図。
【図９】 本発明による他の実施例の半導体レーザの製
造工程中におけるレーザ基板の概略断面図。
造工程中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図１０】 本発明による実施例の半導体レーザの製造
工程中におけるレーザ基板の概略断面図。
工程中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図１１】 本発明による他の実施例の半導体レーザの
製造工程中におけるレーザ基板の概略平面図。
製造工程中におけるレーザ基板の概略平面図。
【図１２】 本発明による他の実施例の半導体レーザの
製造工程中におけるレーザ基板の概略平面図。
製造工程中におけるレーザ基板の概略平面図。
【図１３】 サファイアＡ面基板上に成膜されたＧａＮ
結晶層の破断面を示す概略斜視図。
結晶層の破断面を示す概略斜視図。
【図１４】 サファイアＣ面基板上に成膜されたＧａＮ
結晶層の破断面を示す概略斜視図。
結晶層の破断面を示す概略斜視図。
１０１ 単結晶サファイア基板 １０２ 低温成膜ＧａＮ（又はＡｌＮ）層 １０３ ｎ型ＧａＮ層 １０４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層 １０５ ｎ型ＧａＮ層 １０６ ＩｎＧａＮ活性層 １０７ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層 １０８ ｐ型ＧａＮ層 １０９ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層 １１０ ｐ型ＧａＮ層 １１４ ｎ側電極 １１３，１１５ ｐ側電極 １１１ ＳｉＯ2絶縁膜
Claims (9)
- 【請求項１】 ３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-y
ＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の
複数を、劈開性又は裂開性の基板上に、順に積層してな
る窒化物半導体レーザであって、積層した結晶層の共振
用劈開面と交差する部分の前記基板及び結晶層間の界面
において、前記窒化物半導体の分解物領域を有すること
を特徴とする窒化物半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記窒化物半導体の分解物領域は、前記
基板側から前記界面に照射された光ビームによって形成
されることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レ
ーザ。 - 【請求項３】 前記窒化物半導体の劈開面の法線方向に
伸長する導波路を有することを特徴とする請求項１記載
の窒化物半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記基板がサファイアからなることを特
徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ。 - 【請求項５】 ３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-y
ＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の
複数を、劈開性又は裂開性の基板上に、順に積層してな
る窒化物半導体レーザの製造方法であって、 劈開性又は裂開性の基板上に結晶層の複数を形成する結
晶層形成工程と、 前記基板及び結晶層間の界面に向け、前記基板側から光
ビームを照射して、窒化物半導体の分解物領域を形成す
る工程と、 前記分解物領域を交差する直線に沿って前記基板を劈開
又は裂開し、積層した結晶層の共振用劈開面を形成する
工程と、を含むことを特徴とする製造方法。 - 【請求項６】 前記光ビームの波長は、前記基板を透過
しかつ前記界面近傍の結晶層に吸収される波長から選択
されることを特徴とする請求項５記載の製造方法。 - 【請求項７】 前記結晶層形成工程は前記窒化物半導体
の形成されるべき劈開面の法線方向に伸長する導波路を
形成する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の製
造方法。 - 【請求項８】 前記結晶層の形成が有機金属化学気相成
長法で行なわれていることを特徴とする請求項５〜７の
いずれか１記載の製造方法。 - 【請求項９】 前記共振用劈開面を形成する工程におい
て、光ビームを前記基板の表面に集光せしめ前記直線上
に位置する溝を前記基板の表面に形成することを特徴と
する請求項５〜８のいずれか１記載の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11180344A JP2000244068A (ja) | 1998-12-22 | 1999-06-25 | 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
| EP99125513A EP1014520B1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-21 | Nitride semiconductor laser and method of fabricating the same |
| DE69920640T DE69920640T2 (de) | 1998-12-22 | 1999-12-21 | Nitrid-Halbleiterlaser und dessen Herstellungsverfahren |
| US09/468,082 US6411636B1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-21 | Nitride semiconductor laser and method of fabricating the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-364161 | 1998-12-22 | ||
| JP36416198 | 1998-12-22 | ||
| JP11180344A JP2000244068A (ja) | 1998-12-22 | 1999-06-25 | 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000244068A true JP2000244068A (ja) | 2000-09-08 |
Family
ID=26499906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11180344A Pending JP2000244068A (ja) | 1998-12-22 | 1999-06-25 | 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6411636B1 (ja) |
| EP (1) | EP1014520B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000244068A (ja) |
| DE (1) | DE69920640T2 (ja) |
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- 1999-12-21 US US09/468,082 patent/US6411636B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-21 DE DE69920640T patent/DE69920640T2/de not_active Expired - Fee Related
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