JP2002084036A - Nitride semiconductor laser element - Google Patents

Nitride semiconductor laser element

Info

Publication number
JP2002084036A
JP2002084036A JP2001266307A JP2001266307A JP2002084036A JP 2002084036 A JP2002084036 A JP 2002084036A JP 2001266307 A JP2001266307 A JP 2001266307A JP 2001266307 A JP2001266307 A JP 2001266307A JP 2002084036 A JP2002084036 A JP 2002084036A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
type
plane
cleavage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001266307A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasunobu Sugimoto
康宜 杉本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Chemical Industries Ltd filed Critical Nichia Chemical Industries Ltd
Priority to JP2001266307A priority Critical patent/JP2002084036A/en
Publication of JP2002084036A publication Critical patent/JP2002084036A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser element free of peeling of an electrode with high reliability by forming a resonance surface of a nitride semiconductor laser by cleavage. SOLUTION: This nitride semiconductor laser element has a striped positive electrode and a striped waveguide on a nitride semiconductor laser corresponding to the position of the positive electrode, the resonance surface of the waveguide is formed by cleavage of the substrate, and the positive electrode end surface on the side of a cleaved surface is inside the cleaved surface. Therefore, the shock caused by breaking at the cleavage time is not transmitted to the electrode end surface, and the electrode does not peel.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体(In
XAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)よりな
るレーザ素子に関する。
The present invention relates to a nitride semiconductor (In).
X Al Y Ga 1-XY N , 0 ≦ X, 0 ≦ Y, a laser element made of X + Y ≦ 1).

【0002】[0002]

【従来の技術】紫外〜青色の領域に発光するレーザ素子
の材料として窒化物半導体が知られており、本出願人
は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温で
の410nmのレーザ発振を発表した(例えば、Jpn.J.
Appl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76)。発表したレー
ザはいわゆる電極ストライプ型であり、活性層を含む窒
化物半導体層のストライプ幅を数十μmにして、レーザ
発振させたものである。図4にそのレーザ素子の形状を
示す斜視図を示す。このレーザ素子は、基板11の上
に、活性層がn層と、p層とで挟まれたダブルへテロ構
造の窒化物半導体層12を有しており、p層と活性層を
含む窒化物半導体層が数十μm幅のストライプ状にエッ
チングされ、最上層のp層にストライプ状の正電極13
が形成され、エッチングにより露出されたn層には同じ
くストライプ状の負電極14が形成されている。活性層
の導波路は正電極13の下にある活性層に形成される。
2. Description of the Related Art A nitride semiconductor is known as a material for a laser device that emits light in the ultraviolet to blue region, and the present applicant has recently used this material to generate a laser oscillation of 410 nm at room temperature under pulse current. Announced (for example, Jpn.J.
Appl. Phys. Vol 35 (1996) pp. L74-76). The published laser is of a so-called electrode stripe type, in which laser oscillation is performed with the stripe width of the nitride semiconductor layer including the active layer set to several tens μm. FIG. 4 is a perspective view showing the shape of the laser element. This laser device has a nitride semiconductor layer 12 having a double hetero structure in which an active layer is sandwiched between an n layer and a p layer on a substrate 11, and a nitride including the p layer and the active layer. The semiconductor layer is etched into a stripe shape having a width of several tens of μm, and a stripe-shaped positive electrode 13 is formed on the uppermost p layer.
Is formed, and a striped negative electrode 14 is also formed on the n-layer exposed by the etching. The waveguide of the active layer is formed in the active layer below the positive electrode 13.

【0003】導波路となる活性層を形成するには、窒化
物半導体層の端面に共振面が必要である。一般に、窒化
物半導体は、例えばサファイアのように、劈開するのが
困難な基板の上に成長されることが多い。従って、共振
面はエッチングで形成されている。図4に示すレーザ素
子の共振面はエッチングで形成されている。この図に示
すように、エッチングで共振面を形成すると、共振面の
外側に窒化物半導体層のエッチング水平面が露出する。
このエッチング水平面は共振面から出るレーザ光を表面
で反射させ、レーザ光のスポット形状を変えてしまうと
いう欠点がある。
In order to form an active layer serving as a waveguide, a resonance surface is required on an end face of the nitride semiconductor layer. Generally, a nitride semiconductor is often grown on a substrate that is difficult to cleave, such as sapphire. Therefore, the resonance surface is formed by etching. The resonance surface of the laser device shown in FIG. 4 is formed by etching. As shown in this figure, when the resonance surface is formed by etching, the etching horizontal surface of the nitride semiconductor layer is exposed outside the resonance surface.
This etching horizontal surface has a disadvantage that the laser beam emitted from the resonance surface is reflected by the surface, and the spot shape of the laser beam is changed.

【0004】窒化物半導体は、他の発光素子に用いられ
る半導体材料、例えばGaAs、Si、GaP、InA
lGaP等に比べて、その結晶の硬度が大きいため、エ
ッチングしにくいという性質がある。そのためエッチン
グで形成した共振面よりも、劈開で形成した共振面の方
が平滑な面が得られやすい。そこで、サファイア基板の
成長面を変えることによって、サファイアを劈開して共
振面を作成しようとする試みが、例えば特開平8−15
3931号公報に示されている。
A nitride semiconductor is a semiconductor material used for other light emitting devices, for example, GaAs, Si, GaP, InA
Compared to lGaP or the like, the crystal has a higher hardness, and thus has a property of being difficult to be etched. Therefore, a resonance surface formed by cleavage is more likely to obtain a smooth surface than a resonance surface formed by etching. Therefore, an attempt to create a resonance surface by cleaving sapphire by changing the growth surface of the sapphire substrate has been made, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-15 / 15.
No. 3931.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ストライプ導波路型の
半導体レーザを作製する場合、導波路領域に当たるスト
ライプ幅は前記のように数十μm以下に調整される。つ
まり最上層の電極のストライプ幅を数十μmに設定する
ことにより、活性層の導波路領域が作製される。そこ
で、最上層にストライプ状の電極が形成した窒化物半導
体ウェーハを劈開することにより劈開面に共振面が作製
される。しかし、窒化物半導体は、窒化物半導体と異な
る材料よりなる基板の上に成長されるヘテロエピタキシ
ャル成長であり、しかも前記のように非常に硬い材料で
もあるため、基板を劈開して窒化物半導体層端面に共振
面を作製すると、劈開時の衝撃により、劈開面端面の上
に形成されている電極が浮いたり、剥がれやすくなる傾
向にある。特に正電極のストライプ幅は非常に狭いた
め、その傾向が強い。このような状態になると、劈開面
端面へのミラーを形成する際の障害になり、さらに電極
間ショートの原因にもなりうる。
When fabricating a stripe waveguide type semiconductor laser, the width of the stripe corresponding to the waveguide region is adjusted to several tens μm or less as described above. That is, the waveguide region of the active layer is manufactured by setting the stripe width of the uppermost layer electrode to several tens of μm. Therefore, the resonance surface is formed on the cleavage plane by cleaving the nitride semiconductor wafer having the stripe-shaped electrodes formed on the uppermost layer. However, the nitride semiconductor is a heteroepitaxial growth grown on a substrate made of a material different from the nitride semiconductor, and is also a very hard material as described above. When the resonance surface is formed, the electrode formed on the end surface of the cleavage surface tends to float or peel off due to the impact at the time of cleavage. Particularly, since the stripe width of the positive electrode is very narrow, the tendency is strong. Such a state becomes an obstacle when forming a mirror on the end face of the cleavage plane, and may cause a short circuit between the electrodes.

【0006】従って、本発明はこのような事情を鑑みて
成されたものであって、その目的とするところは、劈開
により窒化物半導体層の共振面を形成して、電極の剥が
れのない信頼性の高いレーザ素子を提供することにあ
る。
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to form a resonance surface of a nitride semiconductor layer by cleavage, and to provide a reliable semiconductor device without peeling of electrodes. An object of the present invention is to provide a laser element having high performance.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子は、ストライプ状の正電極と、その正電極の位
置に対応した窒化物半導体層に、ストライプ状の導波路
を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記導波路
の共振面は基板の劈開により形成されており、劈開面側
の正電極端面が、劈開面よりも内側にあることを特徴と
する。
According to the present invention, there is provided a nitride semiconductor laser device having a stripe-shaped positive electrode and a stripe-shaped waveguide in a nitride semiconductor layer corresponding to the position of the positive electrode. In the laser device, a resonance surface of the waveguide is formed by cleavage of a substrate, and a positive electrode end surface on a cleavage surface side is located inside the cleavage surface.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明のレーザ素子において、基
板にはサファイア(Al23)、SiC、スピネル(M
gAl24)、ZnO、Si等の従来知られている基板
を使用することができる。本発明のレーザ素子は、サフ
ァイアのような劈開性がほとんどない基板はもちろん、
スピネル、Si、SiC等の劈開性を有する基板の上に
窒化物半導体が積層されてなるレーザ素子にも適用可能
である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a laser device according to the present invention, sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, spinel (M
gAl 2 O 4 ), ZnO, Si and the like, which are conventionally known, can be used. The laser device of the present invention is not limited to a substrate having almost no cleavage such as sapphire,
The present invention is also applicable to a laser device in which a nitride semiconductor is stacked on a substrate having a cleavage property such as spinel, Si, or SiC.

【0009】例えば窒化物半導体が積層されたウェーハ
を劈開して、窒化物半導体の共振面を形成するには次に
挙げる方法が好ましい。それは窒化物半導体の
For example, the following method is preferable for cleaving a wafer on which a nitride semiconductor is stacked to form a resonance surface of the nitride semiconductor. It is a nitride semiconductor

【外1】 面を(以下、M面という。)を劈開面とする方法であ
る。窒化物半導体は正確には菱面体構造であるが、図1
に示すように六方晶系で近似できる。窒化物半導体はM
面の面方位に劈開性を有しており、C軸配向した窒化物
半導体を基板の上に成長させ、窒化物半導体のM面が露
出するように基板を劈開することにより、M面を共振面
としたレーザ素子が作製できる。なお、M面には図に示
す六角柱の各側面に沿って6種類の面方位で示すことが
できるが、全て同一面を示しているので、前記(外1)
面で全ての面方位を代表しているものとする。
[Outside 1] In this method, a plane (hereinafter, referred to as an M plane) is used as a cleavage plane. Although the nitride semiconductor has a rhombohedral structure,
Can be approximated by a hexagonal system as shown in FIG. The nitride semiconductor is M
C-axis oriented nitride semiconductor is grown on the substrate, and the substrate is cleaved so that the M-plane of the nitride semiconductor is exposed. A laser element having a surface can be manufactured. The M plane can be represented by six types of plane orientations along each side surface of the hexagonal prism shown in the figure.
It is assumed that the plane represents all plane directions.

【0010】具体的に劈開により共振面を作製する手段
として、例えばサファイア基板を用いる方法を図2で分
かりやすく示すと、窒化物半導体のM面がサファイア基
板の(0001)面=(C面)と平行になるように、窒
化物半導体をサファイア基板の
FIG. 2 shows a method of using a sapphire substrate as a means of forming a resonance surface by cleavage, for example. In FIG. 2, the M-plane of the nitride semiconductor is (0001) plane of the sapphire substrate = (C plane) So that it is parallel to the nitride semiconductor

【外2】 面(以下、A面という。)上に成長させ、サファイア基
板を
[Outside 2] Surface (hereinafter referred to as surface A), and a sapphire substrate

【外3】 面(以下、R面という。)で劈開すると、サファイア基
板のR面の面方位と近似した位置にある窒化物半導体の
他のM面が劈開されることにより、窒化物半導体のM面
を共振面としたレーザ素子を作製することができる。
[Outside 3] When cleavage is performed on a plane (hereinafter referred to as an R plane), another M plane of the nitride semiconductor at a position similar to the plane orientation of the R plane of the sapphire substrate is cleaved, so that the M plane of the nitride semiconductor resonates. A laser element having a surface can be manufactured.

【0011】この方法はサファイア基板について説明し
たものであるが、他の基板についても同様に、窒化物半
導体のM面が共振面側に露出するように、基板を劈開す
ることにより、窒化物半導体の共振面を作製することが
できる。
Although this method has been described for a sapphire substrate, the other substrates are similarly cleaved so that the M-plane of the nitride semiconductor is exposed to the resonance surface side. Can be manufactured.

【0012】図3は本発明のレーザ素子の構造を示す斜
視図であり、1は基板、2は活性層をn型層とp型層と
で挟んだダブルへテロ構造を有する窒化物半導体層であ
り、3は窒化物半導体層の最上層であるp型層に設けら
れたストライプ状の正電極、4はエッチングにより露出
されたn型層に設けられた負電極である。導波路は正電
極3の位置に対応した活性層に設けられている。
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of a laser device according to the present invention, wherein 1 is a substrate, 2 is a nitride semiconductor layer having a double hetero structure in which an active layer is sandwiched between an n-type layer and a p-type layer. Numeral 3 is a stripe-shaped positive electrode provided on the p-type layer which is the uppermost layer of the nitride semiconductor layer, and numeral 4 is a negative electrode provided on the n-type layer exposed by etching. The waveguide is provided on the active layer corresponding to the position of the positive electrode 3.

【0013】図3に示すように、本発明のレーザ素子で
は、共振面側にある正電極3のストライプ端面が、劈開
面よりも内側になるように、正電極が形成されている。
このように、正電極端面が劈開面よりも内側となるよう
に形成されていることにより、劈開時の衝撃による正電
極の剥がれをなくすることができる。また、劈開時にp
型層の隅部に欠け、割れ等が発生しても、電極がその部
分に形成されていないため、電流注入により、素子がシ
ョートする心配がないので信頼性に優れたレーザ素子を
提供できる。好ましい正電極3端面と、劈開面との距離
は10μm以下に調整する。10μmよりも離れると閾
値が上昇する傾向にある。なお、負電極4は、n型層の
端面とほぼ一致する位置まで形成しても、特に何の支障
もない。
As shown in FIG. 3, in the laser device of the present invention, the positive electrode is formed such that the stripe end face of the positive electrode 3 on the resonance surface side is inside the cleavage plane.
As described above, since the positive electrode end face is formed inside the cleavage plane, the peeling of the positive electrode due to the impact at the time of cleavage can be prevented. Also, at the time of cleavage, p
Even if chipping or cracking occurs at the corners of the mold layer, the electrodes are not formed at the corners, and there is no risk of short-circuiting due to current injection, so that a highly reliable laser element can be provided. A preferable distance between the end face of the positive electrode 3 and the cleavage plane is adjusted to 10 μm or less. When the distance is more than 10 μm, the threshold value tends to increase. It should be noted that there is no particular problem even if the negative electrode 4 is formed up to a position substantially coincident with the end face of the n-type layer.

【0014】[0014]

【実施例】[実施例1]図5は本発明の一実施例に係る
レーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、ストラ
イプ状の電極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、本発明の具体例をこの図を元に説明す
る。また実施例はMOVPE(有機金属気相成長法)に
よりレーザ素子を作製しているが、MOVPE法だけで
はなく、例えばMBE(分子線気相成長法)、HDVP
E(ハライド気相成長法)等の他の知られている窒化物
半導体の気相成長法を用いて成長させることもできる。
[Embodiment 1] FIG. 5 is a schematic sectional view showing a structure of a laser device according to an embodiment of the present invention, in which the device is cut in a direction perpendicular to a stripe-shaped electrode. Is shown. Hereinafter, a specific example of the present invention will be described with reference to FIG. In the embodiment, the laser element is manufactured by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), but not only MOVPE, but also, for example, MBE (molecular beam chemical vapor deposition), HDVP
It can also be grown using other known nitride semiconductor vapor phase growth methods such as E (halide vapor phase epitaxy).

【0015】A面を主面とし、オリエンテーションフラ
ット(オリフラ)面をC面とするサファイア基板31
を、MOVPE装置の反応容器内に設置した後、原料ガ
スにTMG(トリメチルガリウム)と、アンモニアを用
い、温度500℃でサファイア基板1の表面にGaNよ
りなるバッファ層32を200オングストロームの膜厚
で成長させる。このバッファ層32は基板と窒化物半導
体との格子不整合を緩和する作用があり、他にAlN、
AlGaN等を成長させることも可能である。このバッ
ファ層を成長させることにより、基板の上に成長させる
n型窒化物半導体の結晶性が良くなることが知られてお
り、特にGaN、AlGaNとすると窒化物半導体の結
晶性がよくなり、また成長させる窒化物半導体のM面が
サファイアのC面と平行になりやすい傾向にある。
A sapphire substrate 31 having A surface as a main surface and an orientation flat (orientation flat) surface as a C surface.
Is placed in the reaction vessel of the MOVPE apparatus, and then a buffer layer 32 of GaN is formed on the surface of the sapphire substrate 1 at a temperature of 500 ° C. with a thickness of 200 Å using TMG (trimethylgallium) and ammonia as source gases. Let it grow. The buffer layer 32 has an effect of alleviating lattice mismatch between the substrate and the nitride semiconductor.
It is also possible to grow AlGaN or the like. It is known that by growing this buffer layer, the crystallinity of the n-type nitride semiconductor grown on the substrate is improved. In particular, when GaN or AlGaN is used, the crystallinity of the nitride semiconductor is improved. The M-plane of the nitride semiconductor to be grown tends to be parallel to the C-plane of sapphire.

【0016】続いて温度を1050℃に上げ、原料ガス
にTMG、アンモニア、ドナー不純物としてSiH4
(シラン)ガスを用いて、Siドープn型GaNよりな
るn型コンタクト層33を4μmの膜厚で成長させる。
n型コンタクト層はInXAlYGa1-X-YN(0≦X、0
≦Y、X+Y≦1)で構成することができ、特にGaN、
InGaN、その中でもSiをドープしたGaNで構成
することにより、キャリア濃度の高いn型層が得られ、
また負電極と好ましいオーミック接触が得られるので、
レーザ素子のしきい値電流を低下させることができる。
負電極の材料としてはAl、Ti、W、Cu、Zn、S
n、In等の金属若しくは合金が好ましいオーミックが
得られる。
Subsequently, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG, ammonia and SiH 4 as donor impurities were added to the source gas.
An n-type contact layer 33 made of Si-doped n-type GaN is grown to a thickness of 4 μm using (silane) gas.
The n-type contact layer is made of In X Al Y Ga 1 -XYN (0 ≦ X, 0
≦ Y, X + Y ≦ 1), especially GaN,
By using InGaN, in particular, Si-doped GaN, an n-type layer having a high carrier concentration can be obtained,
Also, a favorable ohmic contact with the negative electrode is obtained,
The threshold current of the laser device can be reduced.
As the material of the negative electrode, Al, Ti, W, Cu, Zn, S
A metal or alloy such as n or In can provide an ohmic.

【0017】次に温度を750℃まで下げ、原料ガスに
TMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、SiドープIn0.
1Ga0.9Nよりなるクラック防止層34を500オング
ストロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層3
4はInを含むn型の窒化物半導体、好ましくはInG
aNで成長させることにより、次に成長させるAlを含
む窒化物半導体よりなるn型光閉じこめ層35を厚膜で
成長させることが可能となる。LDの場合は、光閉じ込
め層、光ガイド層となる層を、例えば0.1μm以上の
膜厚で成長させる必要がある。従来ではGaN、AlG
aN層の上に直接厚膜のAlGaNを成長させると、後
から成長させたAlGaNにクラックが入るので素子作
製が困難であったが、このクラック防止層が次に成長さ
せる光閉じこめ層にクラックが入るのを防止することが
できる。しかも、次に成長させる光閉じこめ層を厚膜で
成長させても膜質良く成長できる。なおこのクラック防
止層34は100オングストローム以上、0.5μm以
下の膜厚で成長させることが好ましい。100オングス
トロームよりも薄いと前記のようにクラック防止層とし
て作用しにくく、0.5μmよりも厚いと、結晶自体が
黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層34は
成長方法、成長装置によっては省略することもできる
が、レーザ素子を作製する上では成長させる方が望まし
い。
Next, the temperature is lowered to 750 ° C., and TMG, TMI (trimethylindium) and ammonia are used as source gases, silane gas is used as impurity gas, and Si-doped In0.
A crack prevention layer 34 of 1Ga0.9N is grown to a thickness of 500 angstroms. This crack prevention layer 3
4 is an n-type nitride semiconductor containing In, preferably InG
By growing with aN, it becomes possible to grow the n-type optical confinement layer 35 made of a nitride semiconductor containing Al to be grown next with a thick film. In the case of LD, it is necessary to grow a layer to be a light confinement layer and a light guide layer with a thickness of, for example, 0.1 μm or more. Conventionally, GaN, AlG
When a thick AlGaN was grown directly on the aN layer, cracks were formed in the AlGaN grown later, making it difficult to fabricate the device. It can be prevented from entering. In addition, even if the optical confinement layer to be grown next is grown as a thick film, it can be grown with good film quality. Preferably, the crack prevention layer 34 is grown to a thickness of 100 Å or more and 0.5 μm or less. If the thickness is less than 100 Å, it does not easily act as a crack preventing layer as described above. If the thickness is more than 0.5 μm, the crystals themselves tend to turn black. Although the crack prevention layer 34 can be omitted depending on the growth method and the growth apparatus, it is desirable to grow the layer in order to manufacture a laser element.

【0018】次に、温度を1050℃にして、原料ガス
にTEG、TMA(トリメチルアルミニウム)、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Siドープn
型Al0.3Ga0.7Nよりなるn型光閉じこめ層35を
0.5μmの膜厚で成長させる。n型光閉じ込め層はA
lを含むn型の窒化物半導体で構成し、好ましくは二元
混晶あるいは三元混晶のAlYGa1-YN(0<Y≦1)
とすることにより、結晶性の良いものが得られ、また活
性層との屈折率差を大きくしてレーザ光の縦方向の閉じ
込めに有効である。この層は通常0.1μm〜1μmの
膜厚で成長させることが望ましい。0.1μmよりも薄
いと光閉じ込め層として作用しにくく、1μmよりも厚
いと、たとえクラック防止層の上に成長させたAlGa
Nでも、結晶中にクラックが入りやすくなり素子作成が
困難となる傾向にある。
Next, the temperature is increased to 1050 ° C., and TEG, TMA (trimethylaluminum) and ammonia are used as source gases, and silane gas is used as an impurity gas.
An n-type optical confinement layer 35 of type Al0.3Ga0.7N is grown to a thickness of 0.5 .mu.m. The n-type optical confinement layer is A
and an n-type nitride semiconductor containing l, preferably binary mixed crystal or ternary mixed crystal Al Y Ga 1-Y N ( 0 <Y ≦ 1)
By doing so, a material having good crystallinity can be obtained, and the difference in refractive index from the active layer is increased, which is effective for confining laser light in the vertical direction. This layer is usually preferably grown to a thickness of 0.1 μm to 1 μm. If the thickness is less than 0.1 μm, it is difficult to function as a light confinement layer. If the thickness is more than 1 μm, even if AlGa grown on the crack prevention layer
Even with N, cracks tend to be easily formed in the crystal, and it tends to be difficult to produce an element.

【0019】続いて、原料ガスにTMG、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、Siドープn型GaN
よりなるn型光ガイド層36を500オングストローム
の膜厚で成長させる。n型光ガイド層は、Inを含むn
型の窒化物半導体若しくはn型GaN、好ましくは三元
混晶若しくは二元混晶のInXGa1-XN(0≦X≦1)
とする。この層は通常100オングストローム〜1μm
の膜厚で成長させることが望ましく、特にInGaN、
GaNとすることにより次の活性層を量子構造とするこ
とが容易に可能になる。
Subsequently, TMG, ammonia,
Si-doped n-type GaN using silane gas as impurity gas
The n-type light guide layer 36 is grown to a thickness of 500 angstroms. The n-type light guide layer includes n containing In.
-Type nitride semiconductor or n-type GaN, preferably ternary or binary mixed crystal In x Ga 1 -xN (0 ≦ X ≦ 1)
And This layer is typically 100 Å to 1 μm
It is desirable to grow with a film thickness of InGaN,
By using GaN, the next active layer can easily have a quantum structure.

【0020】次に原料ガスにTMG、TMI、アンモニ
アを用いて活性層37を成長させる。活性層は温度を7
50℃に保持して、まずノンドープIn0.2Ga0.8Nよ
りなる井戸層を25オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にTMIのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープIn0.01Ga0.95Nよりなる障壁層を5
0オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を5
回繰り返し、最後に井戸層を成長させ総膜厚375オン
グストロームの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性層
37を成長させる。
Next, an active layer 37 is grown using TMG, TMI, and ammonia as source gases. The active layer has a temperature of 7
While maintaining the temperature at 50 ° C., first, a well layer made of non-doped In0.2Ga0.8N is grown to a thickness of 25 Å. Next, a barrier layer made of non-doped In0.01Ga0.95N was deposited at the same temperature by changing only the molar ratio of TMI.
It is grown to a thickness of 0 Å. This operation 5
This is repeated twice, and finally, a well layer is grown to grow an active layer 37 having a multiple quantum well structure with a total thickness of 375 Å.

【0021】活性層37成長後、温度を1050℃にし
てTMG、TMA、アンモニア、アクセプター不純物源
としてCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウ
ム)を用い、Mgドープp型Al0.2Ga0.8Nよりなる
p型キャップ層38を100オングストロームの膜厚で
成長させる。このp型キャップ層38は1μm以下、さ
らに好ましくは10オングストローム以上、0.1μm
以下の膜厚で成長させることにより、InGaNよりな
る活性層が分解するのを防止するキャップ層としての作
用があり、また活性層の上にAlを含むp型窒化物半導
体よりなるp型キャップ層38を成長させることによ
り、発光出力が格段に向上する。逆に活性層に接するp
層をGaNとすると素子の出力が約1/3に低下してし
まう。これはAlGaNがGaNに比べてp型になりや
すく、またp型キャップ層38成長時に、InGaNが
分解するのを抑える作用があるためと推察されるが、詳
しいことは不明である。このp型キャップ層38の膜厚
は1μmよりも厚いと、層自体にクラックが入りやすく
なり素子作製が困難となる傾向にある。なお、このp型
キャップ層38も省略可能である。
After growing the active layer 37, the temperature is raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, ammonia, Cp2Mg (cyclopentadienylmagnesium) as an acceptor impurity source, and a p-type cap made of Mg-doped p-type Al0.2Ga0.8N. Layer 38 is grown to a thickness of 100 Å. This p-type cap layer 38 is 1 μm or less, more preferably 10 Å or more, and 0.1 μm or less.
The growth with the following thickness acts as a cap layer for preventing the active layer made of InGaN from being decomposed, and a p-type cap layer made of a p-type nitride semiconductor containing Al is formed on the active layer. By growing 38, the light emission output is significantly improved. Conversely, p in contact with the active layer
If the layer is made of GaN, the output of the device will be reduced to about 1/3. This is presumed to be because AlGaN is more likely to be p-type than GaN and has an effect of suppressing the decomposition of InGaN during growth of the p-type cap layer 38, but the details are unknown. If the thickness of the p-type cap layer 38 is greater than 1 μm, cracks tend to occur in the layer itself, which tends to make element fabrication difficult. Note that the p-type cap layer 38 can also be omitted.

【0022】次に温度を1050℃に保持しながら、T
MG、アンモニア、Cp2Mgを用いMgドープp型G
aNよりなるp型光ガイド層39を500オングストロ
ームの膜厚で成長させる。p型光ガイド層も、Inを含
むp型の窒化物半導体若しくはp型GaN、好ましくは
二元混晶または三元混晶のInXGa1-XN(0≦X≦
1)を成長させ、通常100オングストローム〜1μm
の膜厚で成長させることが望ましく、特にInGaN、
GaNとすることにより、次のp型光閉じ込め層を結晶
性良く成長できる。
Next, while maintaining the temperature at 1050 ° C.,
Mg-doped p-type G using MG, ammonia, Cp2Mg
A p-type light guide layer 39 made of aN is grown to a thickness of 500 Å. The p-type light guide layer is also made of a p-type nitride semiconductor containing In or p-type GaN, preferably binary or ternary mixed crystal of In x Ga 1 -xN (0 ≦ X ≦
1) grown, usually 100 Å to 1 μm
It is desirable to grow with a film thickness of InGaN,
By using GaN, the next p-type optical confinement layer can be grown with good crystallinity.

【0023】続いて、TMG、TMA、アンモニア、C
p2Mgを用いてMgドープAl0.3Ga0.7Nよりなる
p型光閉じこめ層40を0.5μmの膜厚で成長させ
る。p型光閉じ込め層は、Alを含むp型の窒化物半導
体で構成し、好ましくは二元混晶または三元混晶のAl
YGa1-YN(0<Y≦1)とすることにより結晶性の良
いものが得られる。p型光閉じ込め層はn型光閉じ込め
層と同じく、0.1μm〜1μmの膜厚で成長させるこ
とが望ましく、AlGaNのようなAlを含むp型窒化
物半導体とすることにより、活性層との屈折率差を大き
くして、レーザ光の縦方向の光閉じ込め層として有効に
作用する。
Subsequently, TMG, TMA, ammonia, C
Using p2Mg, a p-type optical confinement layer 40 of Mg-doped Al0.3Ga0.7N is grown to a thickness of 0.5 .mu.m. The p-type optical confinement layer is composed of a p-type nitride semiconductor containing Al, and is preferably a binary mixed crystal or a ternary mixed crystal Al
By setting YGa1-YN (0 <Y ≦ 1), a material having good crystallinity can be obtained. Like the n-type optical confinement layer, the p-type optical confinement layer is preferably grown to a thickness of 0.1 μm to 1 μm. By forming the p-type nitride semiconductor containing Al, such as AlGaN, with the active layer, By increasing the refractive index difference, it effectively acts as a vertical light confinement layer for laser light.

【0024】続いて、TMG、アンモニア、Cp2Mg
を用い、Mgドープp型GaNよりなるp型コンタクト
層41を0.5μmの膜厚で成長させる。p型コンタク
ト層はp型InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+
Y≦1)で構成することができ、特にInGaN、Ga
N、その中でもMgをドープしたp型GaNとすると、
最もキャリア濃度の高いp型層が得られて、正電極と良
好なオーミック接触が得られ、しきい値電流を低下させ
ることができる。正電極の材料としてはNi、Pd、I
r、Rh、Pt、Ag、Au等の比較的仕事関数の高い
金属又は合金がオーミックが得られやすい。
Subsequently, TMG, ammonia, Cp2Mg
Is used to grow a p-type contact layer 41 of Mg-doped p-type GaN with a thickness of 0.5 μm. The p-type contact layer is p-type In x Al Y Ga 1 -XYN (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X +
Y ≦ 1), especially InGaN, Ga
N, and among them, p-type GaN doped with Mg,
A p-type layer having the highest carrier concentration is obtained, good ohmic contact with the positive electrode is obtained, and the threshold current can be reduced. Ni, Pd, I
A metal or alloy having a relatively high work function, such as r, Rh, Pt, Ag, or Au, can easily obtain an ohmic.

【0025】以上のようにして窒化物半導体を積層した
ウェーハを反応容器から取り出し、ウェーハの一端を顕
微鏡で観察すると、六角柱状の窒化物半導体が成長して
おり、しかもサファイアのオリフラ面(C面)に対し、
その六角形の一辺(M面)が平行となっていた。なお、
ウェーハの端部ではバッファ層の厚さが薄くなる傾向に
あるため、窒化物半導体の結晶の形状を観察しやすい傾
向にある。
When the wafer on which the nitride semiconductors are stacked as described above is taken out of the reaction vessel and one end of the wafer is observed with a microscope, hexagonal columnar nitride semiconductors are growing and the sapphire orientation flat surface (C surface) )
One side (M plane) of the hexagon was parallel. In addition,
Since the thickness of the buffer layer tends to be thinner at the edge of the wafer, the shape of the nitride semiconductor crystal tends to be easily observed.

【0026】次に、ウェーハを反応性イオンエッチング
(RIE)装置にて、最上層のp型コンタクト層41か
ら選択エッチを行い、負電極43を形成すべきn型コン
タクト層33の表面を露出させる。なおエッチング形状
は、後に形成する共振器の方向(窒化物半導体のM面)
に対して垂直なストライプ状とする。
Next, the wafer is selectively etched from the uppermost p-type contact layer 41 by a reactive ion etching (RIE) apparatus to expose the surface of the n-type contact layer 33 where the negative electrode 43 is to be formed. . The etched shape is the direction of the resonator to be formed later (M-plane of the nitride semiconductor)
To the shape of a stripe perpendicular to.

【0027】次に、p型コンタクト層41の上から同じ
くRIEにより、選択メサエッチを行い、p型コンタク
ト層41、p型光閉じこめ層40を3μm幅のストライ
プ状にエッチングしてリッジ形状とする。このように活
性層よりも上にあるp型層をリッジ形状とすることによ
り、活性層の導波路を形成すると共に、レーザ素子の閾
値を低下させることができる。
Next, selective mesa etching is performed by RIE from above the p-type contact layer 41, and the p-type contact layer 41 and the p-type optical confinement layer 40 are etched into a stripe shape having a width of 3 μm to form a ridge. By forming the p-type layer above the active layer in a ridge shape, a waveguide of the active layer can be formed and the threshold value of the laser device can be reduced.

【0028】次に表面の窒化物半導体層に所定の形状の
マスクを形成して、ストライプ状のp型コンタクト層の
表面にNiとAuを含む正電極42を形成する。電極形
状は図3に示すように、劈開した端面から正電極のスト
ライプ端面が5μm離れるような形状とする。
Next, a mask of a predetermined shape is formed on the nitride semiconductor layer on the surface, and a positive electrode 42 containing Ni and Au is formed on the surface of the striped p-type contact layer. As shown in FIG. 3, the shape of the electrode is such that the end face of the stripe of the positive electrode is separated from the cleaved end face by 5 μm.

【0029】一方、先に露出させたn型コンタクト層3
3にはTiとAlよりなる連続したストライプ状の負電
極43を形成する。
On the other hand, the previously exposed n-type contact layer 3
3, a continuous striped negative electrode 43 made of Ti and Al is formed.

【0030】以上のようにしたウェーハのサファイア基
板を80μmの厚さになるまで研磨する。研磨後、研磨
面のサファイア基板のR面に相当する位置にダイヤモン
ドポイントカッターで傷を設けた後、その傷からウェー
ハを劈開してバー状のウェーハを作製する。このよう
に、サファイア基板の裏面側からブレークする(割る)
ことにより、窒化物半導体が剥がれることなく、また窒
化物半導体がM面から劈開できる。好ましくはサファイ
アを150μm以下、10μm以上の厚さに研磨して薄
くすることが望ましい。10μmよりも薄いとウェーハ
が研磨中に割れやすくなり、150μmよりも厚いと劈
開しにくくなる傾向にある。以上のようにして劈開され
た窒化物半導体面の活性層の位置に相当する面にはM面
が露出されており、レーザの共振面となるほぼ鏡面に近
い面で、かつ基板に対して垂直で互いに平行な面が得ら
れていた。
The sapphire substrate of the wafer as described above is polished to a thickness of 80 μm. After polishing, a scratch is formed on the polished surface at a position corresponding to the R surface of the sapphire substrate by a diamond point cutter, and the wafer is cleaved from the scratch to produce a bar-shaped wafer. In this way, a break occurs (breaks) from the back side of the sapphire substrate
Thereby, the nitride semiconductor can be cleaved from the M-plane without peeling. Preferably, sapphire is polished to a thickness of 150 μm or less and 10 μm or more to reduce the thickness. If the thickness is less than 10 μm, the wafer tends to crack during polishing, and if the thickness is more than 150 μm, cleavage tends to be difficult. The M-plane is exposed on the surface corresponding to the position of the active layer on the nitride semiconductor surface cleaved as described above, and is substantially a mirror surface serving as a laser resonance surface and perpendicular to the substrate. , Planes parallel to each other were obtained.

【0031】後は常法に従って、対向する共振面に誘電
体多層膜を形成し、ストライプ状の電極に平行な位置で
ウェーハを分割して、500μm角のレーザチップとし
たところ、p型コンタクト層より正電極41が剥がれて
いるものはなかった。さらにp−n接合間でショートす
るものも確認されなかった。
Thereafter, according to a conventional method, a dielectric multilayer film is formed on the opposing resonance surfaces, and the wafer is divided at a position parallel to the stripe-shaped electrodes to form a 500 μm square laser chip. None of the positive electrodes 41 were peeled off. Further, no short circuit was observed between the pn junctions.

【0032】[実施例2]基板31にスピネル(MgA
l2O4)の(111面)を使用する他は実施例1と同様
にして、窒化物半導体のレーザ素子構造を作製する。さ
らに同様にして、p型コンタクト層41とp型光閉じ込
め層40とをリッジ形状にした後、正電極42、負電極
43とを形成する。
[Embodiment 2] Spinel (MgA)
A nitride semiconductor laser device structure is manufactured in the same manner as in Example 1 except that (111 plane) of (1 2 O 4) is used. Similarly, after the p-type contact layer 41 and the p-type optical confinement layer 40 are formed in a ridge shape, the positive electrode 42 and the negative electrode 43 are formed.

【0033】次に基板を100μmまで研磨した後、窒
化物半導体層のM面が露出する方向で基板を劈開し、共
振面を形成する。なお、劈開面端面と正電極端面とを離
す距離は3μmとする。
Next, after the substrate is polished to 100 μm, the substrate is cleaved in a direction in which the M plane of the nitride semiconductor layer is exposed to form a resonance surface. The distance between the end face of the cleavage plane and the end face of the positive electrode is 3 μm.

【0034】このレーザ素子も同様に正電極の端がp型
層から剥がれているものはなく、さらに素子内部のショ
ートによる不良もなかった。
Similarly, no end of the positive electrode was peeled off from the p-type layer in this laser element, and there was no defect due to a short circuit inside the element.

【0035】[実施例3]基板31に6H−SiCの
(0001)面を使用する他は、実施例1と同様にし
て、窒化物半導体のレーザ素子構造を作製し、p型コン
タクト層41とp型光閉じ込め層40とをリッジ形状に
した後、ストライプ状の正電極42、負電極43とを形
成する。
Example 3 A laser device structure of a nitride semiconductor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the (0001) plane of 6H-SiC was used for the substrate 31, and a p-type contact layer 41 was formed. After the p-type light confinement layer 40 and the ridge shape are formed, a striped positive electrode 42 and a negative electrode 43 are formed.

【0036】次に基板を100μmまで研磨した後、窒
化物半導体層のM面が露出する方向で基板を劈開し、共
振面を形成する。なお、劈開面端面と正電極端面とを離
す距離は7μmとする。
Next, after the substrate is polished to 100 μm, the substrate is cleaved in a direction in which the M-plane of the nitride semiconductor layer is exposed to form a resonance surface. The distance between the end face of the cleavage plane and the end face of the positive electrode is 7 μm.

【0037】このレーザ素子も同様に正電極の端がp型
層から剥がれているものはなく、さらに素子内部のショ
ートによる不良もなかった。
Similarly, in this laser element, no end of the positive electrode was peeled off from the p-type layer, and there was no defect due to a short circuit inside the element.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子では、正電極端面と、共振面にある劈開面端面との距
離を離しているため、劈開時のブレークによる衝撃で電
極が剥がれることのない信頼性に優れたレーザ素子を実
現できる。また、共振面が劈開により形成されているた
め、エッチングで形成した劈開面と異なり、レーザ光の
出射側に突出した窒化物半導体面がないため、レーザ光
が突出面で反射されて形状が変わることがない。
As described above, in the laser device of the present invention, since the distance between the end face of the positive electrode and the end face of the cleavage plane on the resonance plane is large, the electrode is peeled off by the impact due to the break during cleavage. And a highly reliable laser device without any problems. Also, since the resonance surface is formed by cleavage, unlike the cleavage surface formed by etching, there is no nitride semiconductor surface protruding on the laser light emission side, so that the laser light is reflected by the protrusion surface and changes its shape. Nothing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 サファイアおよび窒化物半導体単結晶の面方
位を示すユニットセル図。
FIG. 1 is a unit cell diagram showing the plane orientation of sapphire and a nitride semiconductor single crystal.

【図2】 サファイアA面上に成長させた窒化物半導体
の面方位を示す模式図。
FIG. 2 is a schematic view showing a plane orientation of a nitride semiconductor grown on a sapphire A plane.

【図3】 本発明のレーザ素子の構造を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the laser device of the present invention.

【図4】 従来のレーザ素子の構造を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing the structure of a conventional laser element.

【図5】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式断面図。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・基板 2・・・・窒化物半導体層 3・・・・正電極 4・・・・負電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Nitride semiconductor layer 3 ... Positive electrode 4 ... Negative electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ストライプ状の正電極と、その正電極の
位置に対応した窒化物半導体層に、ストライプ状の導波
路を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記導波
路の共振面は基板の劈開により形成されており、劈開面
側の正電極端面が、劈開面よりも内側にあることを特徴
とする窒化物半導体レーザ素子。
1. A nitride semiconductor laser device having a stripe-shaped positive electrode and a stripe-shaped waveguide in a nitride semiconductor layer corresponding to the position of the positive electrode, wherein the resonance surface of the waveguide is formed by cleavage of a substrate. Wherein the end face of the positive electrode on the cleavage plane side is inside the cleavage plane.
JP2001266307A 2001-09-03 2001-09-03 Nitride semiconductor laser element Pending JP2002084036A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001266307A JP2002084036A (en) 2001-09-03 2001-09-03 Nitride semiconductor laser element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001266307A JP2002084036A (en) 2001-09-03 2001-09-03 Nitride semiconductor laser element

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18179196A Division JPH1027939A (en) 1996-07-11 1996-07-11 Nitride semiconductor laser element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002084036A true JP2002084036A (en) 2002-03-22

Family

ID=19092631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001266307A Pending JP2002084036A (en) 2001-09-03 2001-09-03 Nitride semiconductor laser element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002084036A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102904156A (en) * 2011-07-27 2013-01-30 索尼公司 Semiconductor laser element and manufacturing method of the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102904156A (en) * 2011-07-27 2013-01-30 索尼公司 Semiconductor laser element and manufacturing method of the same
US8588265B2 (en) 2011-07-27 2013-11-19 Sony Corporation Semiconductor laser element and manufacturing method of the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2003036771A1 (en) Nitride semiconductor laser element, and production method therefor
US7397834B2 (en) Nitride semiconductor laser device and method of manufacturing the nitride semiconductor laser device
JP4665394B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP3431389B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP4043087B2 (en) Nitride semiconductor device manufacturing method and nitride semiconductor device
JP4873116B2 (en) Nitride semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP3336599B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2001210905A (en) Method of manufacturing nitride semiconductor light- emitting element
JPH1027939A (en) Nitride semiconductor laser element
JP3303645B2 (en) Method for manufacturing nitride semiconductor light emitting device
JPH09283854A (en) Nitride semiconductor laser element
JPH09199787A (en) Nitride semiconductor laser device
JPH09307193A (en) Nitride semiconductor laser element and its manufacture
JP4032836B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2005101536A (en) Nitride semiconductor laser element
JPH09275243A (en) Crystal growing method of nitride semiconductor and forming method of laser device resonant plane
JP3101997B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP3218963B2 (en) Nitride semiconductor laser device and method of manufacturing the same
JP3307218B2 (en) Method for manufacturing nitride semiconductor laser device
JP2002084036A (en) Nitride semiconductor laser element
JP4430689B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor laser device
JP3885092B2 (en) Nitride semiconductor laser device and method for fabricating resonant surface thereof
JP2004056051A (en) Method for manufacturing nitride semiconductor substrate
JPH09260771A (en) Nitride semiconductor laser element and its manufacture
JP2001060740A (en) Nitride semiconductor laser element

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060214

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060417

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060516

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060718

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20060824

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20060915