JP2002246694A - Nitride semiconductor light emitting element and method of manufacturing the same - Google Patents

Nitride semiconductor light emitting element and method of manufacturing the same

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JP2002246694A JP2001038282A JP2001038282A JP2002246694A JP 2002246694 A JP2002246694 A JP 2002246694A JP 2001038282 A JP2001038282 A JP 2001038282A JP 2001038282 A JP2001038282 A JP 2001038282A JP 2002246694 A JP2002246694 A JP 2002246694A
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2201Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure in a specific crystallographic orientation

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the light emission life and intensity of a nitride semiconductor light emitting element and also to prevent generation of a crack. SOLUTION: The nitride semiconductor light emitting element includes a light emitting element structure having a nitride semiconductor base layer 102 grown on a substrate of a nitride semiconductor or on a nitride semiconductor substrate layer grown on a base substrate other than the nitride semiconductor, n-type layers 103 to 105 and p-type layers 107 to 110 above the nitride semiconductor base layer, and a light emitting layer 106 provided between the n- and p-type layers and including a quantum well layer or a barrier layer adjacent thereto. Even the light emitting element structure after grown is provided in its surface with unflattened recesses.

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、主として高出力動
作寿命が長くてクラックの発生も軽減された窒化物半導
体発光素子とその製法の改善に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to a nitride semiconductor light emitting device having a long high-power operation life and reduced occurrence of cracks, and to an improvement in a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】サファイア基礎基板上に積層されたGa
N基板層上にストライプ状に形成されたSiO2マスク
を成長抑制膜として、選択成長技術を用いて窒化物半導
体下地層を成長させ、そのSiO2マスクの上方の領域
に半導体レーザ素子を形成してレーザ発振寿命を改善す
ることがJournal of Electronic Materials, Vol.27, N
o.4, 1998において報告されている。
2. Description of the Related Art Ga stacked on a sapphire basic substrate
A nitride semiconductor underlayer is grown using a selective growth technique using a SiO 2 mask formed in a stripe shape on the N substrate layer as a growth suppressing film, and a semiconductor laser device is formed in a region above the SiO 2 mask. To improve laser oscillation life by using Journal of Electronic Materials, Vol. 27, N
o.4, 1998.

【0003】また、GaN基板上にストライプ状に形成
されたSiO2マスクを成長抑制膜として、選択成長技
術を用いて窒化物半導体下地層を成長させ、そのSiO
2マスクの上方の領域に半導体レーザ素子を形成するこ
とによって、その高出力時の発振寿命を改善することが
Japanese Journal of Applied Physics, vol.39(2000)
Pt.2, No.7A, L647において報告されている。
Further, a nitride semiconductor base layer is grown by using a selective growth technique using a SiO 2 mask formed in a stripe shape on a GaN substrate as a growth suppressing film.
(2) By forming a semiconductor laser device in the region above the mask, it is possible to improve the oscillation life at high output.
Japanese Journal of Applied Physics, vol.39 (2000)
Pt.2, No.7A, L647.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような先行技術
によって作製された窒化物半導体発光素子においても、
その高出力動作寿命のさらなる改善と生産歩留まりの改
善が望まれている。そこで、本発明は、窒化物半導体発
光素子の高出力動作寿命をさらに改善するとともに、そ
の素子におけるクラックの発生を抑制して生産歩留まり
をも改善することを主要な目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION Even in the nitride semiconductor light emitting device manufactured by the above prior art,
It is desired to further improve the high-output operation life and the production yield. Accordingly, it is a main object of the present invention to further improve the high-output operation life of a nitride semiconductor light-emitting device and to suppress the occurrence of cracks in the device to improve the production yield.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明による窒化物半導
体発光素子においては、窒化物半導体の基板表面または
窒化物半導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体
基板層表面上に成長させられた窒化物半導体下地層と、
この下地層上でn型層とp型層との間において量子井戸
層または量子井戸層とこれに接する障壁層を含む発光層
を含む発光素子構造とを含み、その発光素子構造を成長
させた後においてもその表面に平坦化されていない窪み
を含んでいることを特徴としている。
In the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the nitride semiconductor light emitting device is grown on the surface of a nitride semiconductor substrate or on the surface of a nitride semiconductor substrate layer grown on a basic substrate other than the nitride semiconductor. A nitride semiconductor underlayer,
A light emitting element structure including a light emitting layer including a quantum well layer or a quantum well layer and a barrier layer in contact with the quantum well layer or the quantum well layer between the n-type layer and the p-type layer was formed on the underlayer, and the light emitting element structure was grown. It is characterized in that the surface includes a non-planarized depression even afterwards.

【0006】なお、成長抑制膜は、ストライプ状態のパ
ターンに形成されていることが好ましい。そして、スト
ライプ状成長抑制膜の長手方向は、マスク基板に含まれ
る窒化物半導体結晶の<1−100>または<11−2
0>の方向に実質的に平行であることが好ましい。
Preferably, the growth suppressing film is formed in a stripe pattern. The longitudinal direction of the stripe-shaped growth suppressing film is determined by the <1-100> or <11-2> of the nitride semiconductor crystal included in the mask substrate.
Preferably, it is substantially parallel to the 0> direction.

【0007】ストライプ状成長抑制膜の上方に窪みが形
成されており、その窪みの側端部からその成長抑制膜の
幅方向に2μm以上離れかつその成長抑制膜の幅内の領
域の上方に発光素子構造の発光部が含まれていることが
好ましい。その成長抑制膜とその上方の窪みとの間に空
隙が形成される場合もある。
A depression is formed above the stripe-shaped growth suppression film, and light is emitted from a side end of the depression in the width direction of the growth suppression film by 2 μm or more and above a region within the width of the growth suppression film. It is preferable that a light emitting portion having an element structure is included. A gap may be formed between the growth suppressing film and the depression above it.

【0008】成長抑制膜の幅は7〜100μmの範囲内
にあることが好ましく、その厚さは0.05〜10μm
の範囲内にあることが好ましい。
Preferably, the width of the growth suppressing film is in the range of 7 to 100 μm, and the thickness thereof is 0.05 to 10 μm.
Is preferably within the range.

【0009】成長抑制膜は、SiO2、SiO、SiNx
およびSiONxの少なくともいずれかの誘電体膜を含
むか、またはWもしくはMoの金属を含んで形成され得
る。
The growth suppressing film is made of SiO 2 , SiO, SiN x
And a dielectric film of at least one of SiON x and a metal of W or Mo.

【0010】窒化物半導体下地層は、AlとInの少な
くとも一方を含んでいることが好ましい。
[0010] The nitride semiconductor underlayer preferably contains at least one of Al and In.

【0011】窒化物半導体下地層はGaNであって、S
i、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、Mgおよび
Beの不純物群のうちで少なくとも1種以上を含み、か
つその添加量が1×1017/cm3以上で5×1018
cm3以下であることが好ましい。
The nitride semiconductor underlayer is GaN, and S
It contains at least one or more of i, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg and Be impurity groups, and has an addition amount of 1 × 10 17 / cm 3 or more and 5 × 10 18 /
cm 3 or less.

【0012】窒化物半導体下地層はAlxGa1-x
(0.01≦x≦0.15)であってもよく、Si、
O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、MgおよびBe
の不純物群のうちで少なくとも1種を含み、かつその添
加量が3×1017/cm3以上で5×1018/cm3以下
であることが好ましい。
The nitride semiconductor underlayer is Al x Ga 1 -xN
(0.01 ≦ x ≦ 0.15), and Si,
O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg and Be
It is preferable that at least one of the impurity groups described above is contained, and the added amount is 3 × 10 17 / cm 3 or more and 5 × 10 18 / cm 3 or less.

【0013】窒化物半導体下地層はInxGa1-x
(0.01≦x≦0.15)であってもよく、Si、
O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、MgおよびBe
の不純物群のうちで少なくとも1種を含み、かつその添
加量が1×1017/cm3以上で4×1018/cm3以下
であることが好ましい。
The nitride semiconductor underlayer is made of In x Ga 1 -xN.
(0.01 ≦ x ≦ 0.15), and Si,
O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg and Be
It is preferable that at least one of the impurity groups described above is contained, and the added amount is 1 × 10 17 / cm 3 or more and 4 × 10 18 / cm 3 or less.

【0014】窪みを2つ以上含む領域上に電極が形成さ
れることが好ましい。同様に、窪みを2つ以上含む領域
上に誘電体膜が形成されることが好ましい。ワイヤボン
ドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域は、窪みを
1つ以上含むことが好ましい。
Preferably, the electrode is formed on a region including two or more depressions. Similarly, it is preferable that a dielectric film is formed on a region including two or more depressions. The bonding region between the wire bond and the nitride semiconductor light emitting device preferably includes one or more depressions.

【0015】量子井戸層は、As、P、およびSbのう
ちで1種以上の元素を含んでいることが好ましい。
The quantum well layer preferably contains at least one of As, P, and Sb.

【0016】窒化物半導体発光素子は、レーザ素子と発
光ダイオード素子のいずれかであり得る。このような窒
化物半導体発光素子は種々の光学装置または半導体発光
装置の構成要素になり得る。
[0016] The nitride semiconductor light emitting device can be either a laser device or a light emitting diode device. Such a nitride semiconductor light emitting element can be a component of various optical devices or semiconductor light emitting devices.

【0017】他方、本発明による窒化物半導体発光素子
の製造方法においては、窒化物半導体の基板表面または
窒化物半導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体
基板層表面上に窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制
膜を部分的に形成してマスク基板とし、このマスク基板
上に窒化物半導体下地層を成長させ、この窒化物半導体
下地層上でn型層とp型層との間において量子井戸層ま
たは量子井戸層とこれに接する障壁層を含む発光層を含
む発光素子構造を成長させる工程を含み、この発光素子
構造を成長させた後においても、その表面に成長抑制膜
の上方において平坦化されていない窪みが形成されるこ
とを特徴としている。
On the other hand, in the method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device according to the present invention, the method for growing a nitride semiconductor on a surface of a nitride semiconductor substrate or a surface of a nitride semiconductor substrate layer grown on a basic substrate other than the nitride semiconductor A growth suppressing film is formed partially to form a mask substrate, a nitride semiconductor underlayer is grown on the mask substrate, and an n-type layer and a p-type layer are formed on the nitride semiconductor underlayer. Including a step of growing a light-emitting element structure including a quantum well layer or a light-emitting layer including a quantum well layer and a barrier layer in contact with the quantum well layer. It is characterized in that a non-planarized depression is formed.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下において、本発明による種々
の実施の形態について図面を参照しつつ説明するに際し
て、いくつかの用語の意味を予め明らかにしておく。な
お、本願の図面において、長さ、幅、厚さ、深さなどの
寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更さ
れており、実際の寸法関係を表わしてはいない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following, various embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings of the present application, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are appropriately changed for clarification and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.

【0019】まず、「窒化物半導体基板」とは、Alx
GayInzN(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;
x+y+z=1)からなる基板を意味する。ただし、窒
化物半導体基板の窒素元素のうちで、その約10%以下
がAs、P、またはSbの元素で置換されてもよい(た
だし、基板の六方晶系が維持されることが前提)。ま
た、窒化物半導体基板中に、Si、O、Cl、S、C、
Ge、Zn、Cd、Mg、またはBeがドーピングされ
てもよい。n型窒化物半導体としては、これらのドーピ
ング材料のうちでも、Si、O、およびClが特に好ま
しい。窒化物半導体基板の主面方位としては、C面{0
001}、A面{11−20}、R面{1−102}、
M面{1−100}、または{1−101}面が好まし
く用いられ得る。また、これらの結晶面方位から2°以
内のオフ角度を有する基板主面であれば、その表面モホ
ロジーが良好であり得る。
First, the “nitride semiconductor substrate” refers to Al x
Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1;
x + y + z = 1). However, about 10% or less of the nitrogen element of the nitride semiconductor substrate may be replaced with an element of As, P, or Sb (provided that the hexagonal system of the substrate is maintained). Further, in a nitride semiconductor substrate, Si, O, Cl, S, C,
Ge, Zn, Cd, Mg, or Be may be doped. Among these doping materials, Si, O, and Cl are particularly preferable as the n-type nitride semiconductor. The principal plane orientation of the nitride semiconductor substrate is C plane {0
001}, A plane {11-20}, R plane {1-102},
The M plane {1-100} or {1-101} plane can be preferably used. In addition, if the main surface of the substrate has an off angle within 2 ° from these crystal plane directions, the surface morphology may be good.

【0020】「基礎基板」とは、窒化物半導体以外の基
板を意味する。具体的な基礎基板としては、サファイア
基板、SiC基板、Si基板、またはGaAs基板など
が用いられ得る。
"Basic substrate" means a substrate other than a nitride semiconductor. As a specific base substrate, a sapphire substrate, a SiC substrate, a Si substrate, a GaAs substrate, or the like can be used.

【0021】「成長抑制膜」とは、たとえば図1(a)
に示されているように基板表面上にストライプ状に形成
された膜であって、その膜上では窒化物半導体が成長し
にくい膜を意味する。すなわち、成長抑制膜上では窒化
物半導体の成長速度が遅いかまたは直接的には成長しな
いことを意味する。成長抑制膜の材質としては、Siの
酸化物や窒化物もしくはそれらの化合物、たとえばSi
2、SiO、SiNx、SiONx、またはWやMoな
どの金属を用いることができる。また、図1に示されて
いる成長抑制膜は一方向に沿ったストライプ配列である
が、これらのストライプが互いに交差し合った桝目配列
(図2参照)であってもよい。
The "growth suppressing film" is, for example, as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a film formed in a stripe shape on the substrate surface, on which a nitride semiconductor is unlikely to grow. That is, it means that the growth rate of the nitride semiconductor is slow or does not grow directly on the growth suppressing film. As the material of the growth suppressing film, oxides or nitrides of Si or compounds thereof, for example, Si
O 2 , SiO, SiN x , SiON x , or a metal such as W or Mo can be used. Further, the growth suppressing film shown in FIG. 1 has a stripe arrangement along one direction, but may have a mesh arrangement in which these stripes cross each other (see FIG. 2).

【0022】「窒化物半導体基板層」とは、窒化物半導
体基板ではないサファイア基板等の基礎基板を窒化物半
導体発光素子作製のための基板として用いた場合の、マ
スク基板または加工基板を作製するための基礎基板上に
成長した窒化物半導体による層であり、AlxGayIn
zN(0≦x1≦;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y+
z=1)からなっている。ただし、この窒化物半導体基
板層中に、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、C
d、Mg、およびBeの不純物群のうち少なくとも1種
類がドーピングされていてもよい。
The term "nitride semiconductor substrate layer" means a mask substrate or a processed substrate when a basic substrate such as a sapphire substrate other than a nitride semiconductor substrate is used as a substrate for producing a nitride semiconductor light emitting device. a layer according grown nitride semiconductor underlying substrate for, Al x Ga y in
z N (0 ≦ x1 ≦; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y +
z = 1). However, in this nitride semiconductor substrate layer, Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, C
At least one of the impurity groups of d, Mg, and Be may be doped.

【0023】「マスク基板」とは、窒化物半導体基板表
面上に、または基礎基板上で成長した窒化物半導体基板
層表面上に、成長抑制膜が部分的に形成された基板を意
味する。成長抑制膜の幅および成長抑制膜が形成されて
いない部分の幅は一定の周期を有していてもよいし、種
々の異なる幅を有していてもよい。また、成長抑制膜の
厚さに関しても、常に一定の厚さを有していてもよい
し、種々の異なる厚さを有していてもよい。
The term "mask substrate" means a substrate in which a growth suppressing film is partially formed on the surface of a nitride semiconductor substrate or on the surface of a nitride semiconductor substrate layer grown on a basic substrate. The width of the growth suppressing film and the width of the portion where the growth suppressing film is not formed may have a fixed period, or may have various different widths. In addition, the thickness of the growth suppressing film may always have a constant thickness, or may have various different thicknesses.

【0024】「溝」とはたとえば図4に示されているよ
うに基板表面でストライプ状に加工された凹部を意味
し、「丘」とは同様にストライプ状に加工された凸部を
意味する。溝と丘の断面形状は、必ずしも図4で示され
ているような矩形状である必要はなく、凹凸の段差を生
じさせるものであればよい。また、図4に示された溝と
丘は一方向に沿って加工されたストライプ配列である
が、成長抑制膜の場合(図2)と同様に溝または丘が互
いに交差し合った桝目配列であってもよい。
"Groove" means a concave portion processed in a stripe shape on the substrate surface as shown in FIG. 4, for example, and "hill" means a convex portion processed in a stripe shape similarly. . The cross-sectional shapes of the grooves and hills do not necessarily have to be rectangular as shown in FIG. 4, but may be any as long as they cause uneven steps. Although the grooves and hills shown in FIG. 4 have a stripe arrangement processed along one direction, similar to the case of the growth suppression film (FIG. 2), the grooves and hills have a mesh arrangement in which the grooves or hills cross each other. There may be.

【0025】「加工基板」とは、窒化物半導体基板表面
上に、または基礎基板上で成長した窒化物半導体基板層
表面上に、溝と丘が形成された基板を意味する。溝の幅
と丘の幅は、一定の周期を有していてもよいし、種々に
異なる幅を有していてもよい。また、溝の深さに関して
も、すべての溝が一定の深さを有していてもよいし、種
々に異なる深さを有していてもよい。
The term “worked substrate” means a substrate having grooves and hills formed on the surface of a nitride semiconductor substrate or on the surface of a nitride semiconductor substrate layer grown on a basic substrate. The width of the groove and the width of the hill may have a fixed period, or may have various widths. Regarding the depth of the grooves, all the grooves may have a constant depth or may have various different depths.

【0026】「窒化物半導体下地層」とは、マスク基板
上または加工基板の凹凸表面上に成長させられる層であ
り、AlxGayInzN(0≦x≦1;0≦y≦1;0
≦z≦1;x+y+z=1)からなっている。ただし、
この窒化物半導体下地層中に、Si、O、Cl、S、
C、Ge、Zn、Cd、Mg、およびBeの不純物群の
うちの少なくとも1種がドーピングされてもよい。
[0026] The term "nitride semiconductor underlayer", is a layer that is grown on the uneven surface of the mask substrate or working the substrate, Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1 ; 0
≦ z ≦ 1; x + y + z = 1). However,
In this nitride semiconductor underlayer, Si, O, Cl, S,
At least one of an impurity group of C, Ge, Zn, Cd, Mg, and Be may be doped.

【0027】「窪み付き基板」とは、マスク基板上また
は加工基板上に窒化物半導体下地層を被覆させ、その上
の窪みを含む全体的基板を意味する(図3および図5参
照)。
The term “substrate with depression” means an entire substrate including a depression on which a nitride semiconductor base layer is coated on a mask substrate or a processed substrate (see FIGS. 3 and 5).

【0028】「被覆膜厚」とは、マスク基板上で成長抑
制膜が形成されていない領域上の窒化物半導体下地層の
膜厚、または加工基板上に窒化物半導体下地層を成長さ
せたときの加工基板の溝底部から窪部を除いた窒化物半
導体下地層の表面までの膜厚を意味する。
The term "coating film thickness" refers to the thickness of the nitride semiconductor underlayer on a region where the growth suppressing film is not formed on the mask substrate, or the nitride semiconductor underlayer is grown on the processed substrate. It means the film thickness from the bottom of the groove of the processed substrate to the surface of the nitride semiconductor underlayer excluding the depression.

【0029】「発光層」とは、1以上の量子井戸層また
はそれと交互に積層された複数の障壁層をも含み、発光
作用を生じさせ得る層を意味する。ただし、単一量子井
戸構造の発光層は、1つの井戸層のみから構成される
か、または障壁層/井戸層/障壁層の積層から構成され
ている。
The term "light emitting layer" means a layer capable of producing a light emitting effect, including one or more quantum well layers or a plurality of barrier layers alternately stacked thereon. However, the light emitting layer having a single quantum well structure is composed of only one well layer or a laminate of barrier layers / well layers / barrier layers.

【0030】「発光素子構造」とは、発光層に加えてそ
れを挟むn型層とp型層をさらに含む構造を意味する。
The “light emitting element structure” means a structure further including an n-type layer and a p-type layer sandwiching the light-emitting layer in addition to the light-emitting layer.

【0031】「窒化物半導体多層膜構造」とは、窒化物
半導体下地層と発光素子構造とを含むものを意味する。
The term “nitride semiconductor multilayer film structure” means a structure including a nitride semiconductor underlayer and a light emitting device structure.

【0032】「窪み」とは、マスク基板上または加工基
板の凹凸表面上に窒化物半導体下地層または窒化物半導
体多層膜構造を成長被覆させたときに、その窒化物半導
体下地層または窒化物半導体多層膜構造が平坦に埋めら
れない部分(窪みが窒化物半導体下地層の表面にある例
の図3および図5参照)を意味する。特に、本発明にお
ける窪みは、必ず窒化物半導体多層膜構造の表面に存在
していなければならない。ただし、マスク基板上または
加工基板上に窒化物半導体多層膜構造を平坦に被覆させ
た後にエッチングなどで窪みを形成しても、本願の発明
の効果は得られない。窪みが結晶成長後に加工で形成さ
れたか否かは、窒化物半導体多層膜構造の断面を観察す
れば明らかになる。なぜならば、結晶成長終了後に窪み
を加工で形成したならば発光素子構造中の積層における
横方向への連続性がその窪みによって断ち切られるが、
結晶成長に伴って窪みが形成されたならば発光素子構造
中の積層における横方向の連続性がその窪みによって断
ち切られることはなく、その窪みの側壁面に沿って連続
しているからである。
"Dent" means that when a nitride semiconductor underlayer or a nitride semiconductor multilayer film structure is grown and covered on a mask substrate or an uneven surface of a processed substrate, the nitride semiconductor underlayer or the nitride semiconductor It means a portion where the multilayer structure is not buried flat (see FIGS. 3 and 5 in an example in which the depression is on the surface of the nitride semiconductor underlayer). In particular, the depression in the present invention must always exist on the surface of the nitride semiconductor multilayer structure. However, the effect of the present invention cannot be obtained even if a depression is formed by etching or the like after the nitride semiconductor multilayer film structure is coated flat on the mask substrate or the processed substrate. Whether or not the depression is formed by processing after the crystal growth becomes clear by observing the cross section of the nitride semiconductor multilayer film structure. This is because, if a pit is formed by processing after completion of crystal growth, the continuity in the lateral direction in the stack in the light emitting device structure is cut off by the pit,
This is because if a depression is formed along with the crystal growth, the continuity in the lateral direction in the stack in the light emitting device structure is not cut off by the depression but continues along the side wall surface of the depression.

【0033】[実施形態1]まず、本発明者らは、従来
技術に従って窒化物半導体レーザ素子を作製した場合と
本発明に従って窒化物半導体レーザ素子を作製した場合
とによる素子特性の違いを調べた。
[Embodiment 1] First, the present inventors examined the difference in device characteristics between a case where a nitride semiconductor laser device was manufactured according to the prior art and a case where a nitride semiconductor laser device was manufactured according to the present invention. .

【0034】本発明によるケースAとして、図1(a)
に示された窒化物半導体基板(たとえばGaN基板)上
に成長抑制膜を形成したマスク基板上において、完全に
平坦に埋まらないで窪みが形成される窒化物半導体多層
膜構造を成長させて窒化物半導体レーザ素子を形成した
場合、レーザ出力30mWと雰囲気温度60℃の条件の
もとでそのレーザ素子の発振寿命は約18000時間程
度であった。
FIG. 1A shows a case A according to the present invention.
On a mask substrate on which a growth suppressing film is formed on a nitride semiconductor substrate (for example, a GaN substrate) shown in (1), a nitride semiconductor multilayer film structure in which a depression is formed without being completely buried is grown and nitrided. When a semiconductor laser device was formed, the oscillation life of the laser device was about 18,000 hours under the conditions of a laser output of 30 mW and an ambient temperature of 60 ° C.

【0035】また、本発明による他のケースBとして、
図1(b)に示された基礎基板(たとえばサファイア基
板)上方に成長抑制膜を形成したマスク基板上におい
て、完全に平坦に埋まらないで窪みが形成される窒化物
半導体多層膜構造を成長させて窒化物半導体レーザ素子
を形成した場合、レーザ出力30mWと雰囲気温度60
℃の条件のもとでそのレーザ素子の発振寿命は約500
0時間程度であった。
As another case B according to the present invention,
On a mask substrate having a growth suppressing film formed above a basic substrate (for example, a sapphire substrate) shown in FIG. 1B, a nitride semiconductor multilayer film structure in which a depression is formed without being completely buried is grown. When the nitride semiconductor laser device is formed by the
The oscillation life of the laser device under the condition of
It was about 0 hours.

【0036】次に、従来技術によるケースCとして、図
1(a)に示された窒化物半導体基板上に成長抑制膜を
形成したマスク基板上において、表面が完全に平坦に埋
まって窪みが形成されない窒化物半導体多層膜構造を成
長させて窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、レー
ザ出力30mWと雰囲気温度60℃の条件のもとでその
レーザ素子の発振寿命は約1500時間程度であった。
Next, as a case C according to the prior art, a recess is formed by completely flattening the surface on a mask substrate having a growth suppressing film formed on the nitride semiconductor substrate shown in FIG. When a nitride semiconductor laser device was formed by growing a nitride semiconductor multilayer film structure that was not formed, the oscillation life of the laser device was about 1500 hours under the conditions of a laser output of 30 mW and an ambient temperature of 60 ° C.

【0037】さらに、従来技術による他のケースDとし
て、図1(b)に示された基礎基板上方に成長抑制膜を
形成したマスク基板上において、表面が完全に平坦に埋
まって窪みが形成されない窒化物半導体多層膜構造を成
長させて窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、レー
ザ出力30mWと雰囲気温度60℃の条件のもとでその
レーザ素子の発振寿命は約500時間程度であった。
Further, as another case D according to the prior art, the surface is completely buried and no depression is formed on the mask substrate having the growth suppressing film formed above the basic substrate shown in FIG. 1B. When a nitride semiconductor laser device was formed by growing a nitride semiconductor multilayer structure, the oscillation life of the laser device was about 500 hours under the conditions of a laser output of 30 mW and an ambient temperature of 60 ° C.

【0038】これらの調査結果が、図10のグラフにプ
ロットされている。この詳細は、後の実施形態で述べら
れるが、ケースAとケースBの場合に(特にケースAの
場合に)発振寿命の非常に長い窒化物半導体レーザ素子
が得られることがわかる。この結果は、各ケースにおけ
る窒化物半導体膜内に存在する結晶格子歪みの大きさや
分布の違いによって生じていると推測される。
The results of these surveys are plotted in the graph of FIG. As will be described in detail in the following embodiment, it can be seen that in the case A and the case B (particularly in the case A), a nitride semiconductor laser device having an extremely long oscillation life can be obtained. This result is presumed to be caused by differences in the magnitude and distribution of crystal lattice strain present in the nitride semiconductor film in each case.

【0039】ケースAとケースBでは、表面に窪みを生
じる状態で発光素子が形成されている。他方、ケースC
とケースDでは、表面に窪みを生じることのない従来技
術によってレーザ素子が作製されている。表面に窪みが
生じない場合、成長抑制膜上でその両側から窒化物半導
体多層膜構造の横方向成長が進んで最終的に成長抑制膜
の中央付近上方で合体すれば、その合体部に大きな結晶
格子歪みを生じることになる。
In the case A and the case B, the light emitting element is formed in a state where the surface is depressed. On the other hand, case C
In the case D and the case D, the laser element is manufactured by a conventional technique that does not cause a depression on the surface. If no depression is formed on the surface, the lateral growth of the nitride semiconductor multilayer film structure proceeds on both sides of the growth suppressing film and finally merges near the center of the growth suppressing film. Lattice distortion will occur.

【0040】図1(a)のマスク基板を用いて窒化物半
導体多層膜構造を成長させたケースCの場合の結晶成長
形態が図6(c)に示されている。この場合、まず、成
長抑制膜で被覆されていないGaN基板の窓領域から窒
化物半導体多層膜構造の結晶成長が始まる。この窓領域
に成長する窒化物半導体多層膜構造は、通常の結晶成長
方向(基板の主面に対して垂直方向)に沿って成長す
る。窒化物半導体多層膜構造が成長抑制膜より厚く成長
すれば、成長抑制膜上では基板主面に平行な水平方向へ
の成長(横方向成長)が進むようになり、成長抑制膜上
にも窒化物半導体多層膜構造が形成されるようになる。
そして、成長抑制膜の両側から中央付近まで横方向成長
してきた窒化物半導体多層膜構造が互いに合体して、成
長抑制膜の全面が覆われることになる。このとき、この
膜の合体によって結晶格子ひずみを生じることになる。
他方、ケースAにおける窒化物半導体多層膜構造の結晶
成長形態が図6(a)に示されているが、この場合には
窒化物半導体多層膜構造の表面部分が横方向成長による
合体を窪みを形成することにより、完全には生じていな
いので、合体による結晶格子歪みを軽減することが可能
になっている。このような相違がレーザ素子の発振寿命
に影響を与え、ケースCに比べてケースAの方が発振寿
命が長く、またケースDに比べてケースBの方が発振寿
命が長くなっているものと考えられる。
FIG. 6C shows a crystal growth mode in case C in which a nitride semiconductor multilayer structure is grown using the mask substrate of FIG. 1A. In this case, first, crystal growth of the nitride semiconductor multilayer structure starts from the window region of the GaN substrate that is not covered with the growth suppressing film. The nitride semiconductor multilayer structure growing in the window region grows in a normal crystal growth direction (a direction perpendicular to the main surface of the substrate). If the nitride semiconductor multilayer structure grows thicker than the growth suppressing film, the growth in the horizontal direction parallel to the main surface of the substrate (lateral growth) proceeds on the growth suppressing film, and the nitride also grows on the growth suppressing film. An object semiconductor multilayer structure is formed.
Then, the nitride semiconductor multilayer structures laterally grown from both sides of the growth suppressing film to the vicinity of the center are united with each other, and the entire surface of the growth suppressing film is covered. At this time, the combination of the films causes crystal lattice distortion.
On the other hand, the crystal growth form of the nitride semiconductor multilayer structure in Case A is shown in FIG. 6 (a). In this case, the surface portion of the nitride semiconductor multilayer structure has a depression due to the lateral growth. The formation does not completely occur, so that it is possible to reduce crystal lattice distortion due to coalescence. Such a difference affects the oscillation life of the laser element. Case A has a longer oscillation life than case C, and case B has a longer oscillation life than case D. Conceivable.

【0041】また、ケースAとケースBでは、ともに窒
化物半導体多層膜構造表面に窪みが存在するが、レーザ
発振寿命はケースAの方が長くなる。ケースAでは、窒
化物半導体基板を用いている。したがって、基板とその
上に積層している窒化物半導体多層膜構造との間には基
礎基板を用いた場合に比べて熱膨張係数に大きな違いが
ないが、その積層した窒化物半導体多層膜構造特に発光
素子構造においてはレーザ素子構造に含まれるいろいろ
な混晶組成の窒化物半導体層が存在し、それらの層の間
での熱膨張係数差の問題が存在する。この熱膨張係数差
により生じる結晶格子歪みが発振寿命に影響を与えてい
るものと考えられる。他方、ケースBではケースAで述
べた結晶格子歪みの要因に加えて基礎基板としてサファ
イア基板を用いているので、サファイアと窒化物半導体
との間の熱膨張係数差が大きく、窒化物半導体多層膜構
造内にはそれによる大きな結晶歪み成分も存在する。こ
の場合の結晶成長形態が図6(b)に示されているが、
完全には横方向成長を合体させないように窪みを生成
し、横方向成長の合体による結晶格子歪みを軽減して
も、基礎基板を用いることによる結晶格子歪みが大き
く、窒化物半導体基板を用いた場合ほどには結晶格子歪
みを軽減することができない。その結果、ケースAの方
がケースBに比べてレーザ発振寿命が長くなったものと
考えられる。
In both cases A and B, there is a depression on the surface of the nitride semiconductor multilayer structure, but the laser oscillation life is longer in case A. In case A, a nitride semiconductor substrate is used. Therefore, there is no significant difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate and the nitride semiconductor multilayer structure laminated thereon as compared with the case where the basic substrate is used. In particular, in the light emitting device structure, there are nitride semiconductor layers of various mixed crystal compositions included in the laser device structure, and there is a problem of a difference in thermal expansion coefficient between these layers. It is considered that the crystal lattice distortion caused by this difference in the thermal expansion coefficient affects the oscillation life. On the other hand, in case B, since the sapphire substrate is used as the base substrate in addition to the factor of the crystal lattice distortion described in case A, the difference in thermal expansion coefficient between sapphire and the nitride semiconductor is large, and the nitride semiconductor multilayer film There is also a large crystal distortion component due to this in the structure. The crystal growth mode in this case is shown in FIG.
Even if pits are formed to completely prevent lateral growth from coalescing and crystal lattice distortion due to lateral growth coalescence is reduced, the crystal lattice distortion due to the use of the base substrate is large, and a nitride semiconductor substrate is used. The crystal lattice distortion cannot be reduced as much as in the case. As a result, it is considered that the laser oscillation life of Case A was longer than that of Case B.

【0042】なお、ケースAとケースBにおいては、表
面に窪みが形成されることによって結晶格子歪みが緩和
される効果が得られているが、さらに、成長抑制膜とそ
の上方の窪みとの間に空隙が形成されるように窒化物半
導体多層膜構造を成長させれば、その空隙部分でも結晶
格子歪みを緩和させる効果が得られるのでより好まし
い。ただし、この場合にも、窒化物半導体多層膜構造は
少なくとも一部分では連続的に膜成長していることが必
要である。
In the case A and the case B, the effect of alleviating the crystal lattice distortion is obtained by forming a depression on the surface. It is more preferable to grow the nitride semiconductor multilayer film structure such that voids are formed in the voids, because the effect of alleviating the crystal lattice distortion can be obtained even in the voids. However, also in this case, it is necessary that the nitride semiconductor multilayer film structure is continuously grown at least partially.

【0043】以上のように、各種類の基板を用いた場合
において、窒化物半導体多層膜構造内部の結晶格子歪み
の分布や大きさに差が現われ、その結果として半導体レ
ーザ素子の寿命に違いが現われたものと推測される。
As described above, when each type of substrate is used, a difference appears in the distribution and magnitude of the crystal lattice strain inside the nitride semiconductor multilayer structure, and as a result, there is a difference in the life of the semiconductor laser device. It is presumed to have appeared.

【0044】ところで、以上に述べた格子歪みの緩和の
効果は、加工基板を用いた場合でも期待することができ
る。図7(a)と(b)には、加工基板上に窒化物半導
体多層膜構造が成長する際の結晶成長形態が示されてい
る。窒化物半導体多層膜構造の成長は、加工基板に形成
された溝の側壁から横方向に開始し、両側の溝側壁から
成長した結晶が溝中央で合体し、その後は通常の結晶成
長方向に進む。しかし、図7(a)の結晶成長形態で
は、丘の上方に窒化物半導体多層膜構造が完全には平坦
に埋まらない窪みを生じるので、基板主面に平行な水平
方向の結晶歪みが窪みを介して緩和され得る。すなわ
ち、窪みは図7(a)で示された結晶成長形態の溝中央
に集中された結晶歪みを軽減し、窒化物半導体多層膜構
造全体の結晶歪みを緩和させることができる。ただし、
窒化物半導体多層膜構造の成長をさらに進めれば、図7
(b)に示されているように、すべての窪みが平坦に埋
まってしまい、溝内で横方向成長が合体した部分で生じ
る結晶内応力を緩和できないことになってしまう。
By the way, the effect of reducing the lattice distortion described above can be expected even when a processed substrate is used. FIGS. 7A and 7B show crystal growth modes when a nitride semiconductor multilayer structure is grown on a processed substrate. The growth of the nitride semiconductor multilayer film structure starts in the lateral direction from the side wall of the groove formed in the processing substrate, and the crystals grown from the side walls of the groove unite at the center of the groove, and thereafter proceed in the normal crystal growth direction. . However, in the crystal growth mode shown in FIG. 7A, a dent that does not completely fill the nitride semiconductor multilayer film structure above the hill occurs, so that horizontal crystal distortion parallel to the main surface of the substrate causes the dent. Can be mitigated through. That is, the depression can reduce the crystal strain concentrated at the center of the groove in the crystal growth mode shown in FIG. 7A, and can alleviate the crystal strain of the entire nitride semiconductor multilayer structure. However,
If the growth of the nitride semiconductor multilayer structure is further advanced, FIG.
As shown in (b), all the depressions are buried flat, and the stress in the crystal generated at the portion where the lateral growth is united in the groove cannot be reduced.

【0045】加工基板を用いる場合の結晶成長形態にお
いてさらに好ましくは、図14に示されているように、
丘中央のみならず溝中央にも窪みが形成されることであ
る。このような結晶成長形態を利用することによって、
結晶歪みが集中する部分がなくなるので、結晶歪みが顕
著に緩和された窒化物半導体多層膜構造を形成すること
が可能になる。
More preferably, in the form of crystal growth using a processing substrate, as shown in FIG.
A depression is formed not only in the center of the hill but also in the center of the groove. By utilizing such a crystal growth form,
Since there is no portion where crystal strain is concentrated, it is possible to form a nitride semiconductor multilayer film structure in which crystal strain is remarkably reduced.

【0046】なお、加工基板を用いる場合には成長抑制
膜を使用しないので、マスク基板における成長抑制膜に
よる熱膨張係数差の影響や不純物の影響を受けないとい
う利点もある。
Since the growth suppressing film is not used when the processing substrate is used, there is an advantage that the growth suppressing film in the mask substrate is not affected by the difference in thermal expansion coefficient or the impurity.

【0047】また、本発明による結晶成長形態を利用す
ることによって、窒化物半導体多層膜構造中のクラック
の発生も抑制し得ることが本発明者らによって見出され
た。このことにより、窒化物半導体レーザ素子の生産歩
留まりが向上する。
The present inventors have also found that the use of the crystal growth mode according to the present invention can also suppress the occurrence of cracks in the nitride semiconductor multilayer film structure. As a result, the production yield of the nitride semiconductor laser device is improved.

【0048】たとえば、ケースAの場合として図6
(a)に示された窒化物半導体基板(たとえばGaN基
板)を用いて表面に窪みがある構造を含む窒化物半導体
レーザ素子を形成した場合、クラック密度は0〜3本/
cm2であった。他方、ケースCとして図6(c)に示
された従来のGaN基板上で表面に窪みが存在しない形
態の窒化物半導体発光素子を形成した場合、従来ではほ
とんどクラックが発生しないと思われていたが、実際に
発光素子を成長させた後のエピウエハ面内には多くのク
ラックが発生していた。これは、発光素子が種々の積層
構造から構成されるためであると考えられる(たとえ
ば、AlGaN層はGaN層に比べて格子定数が小さ
く、InGaN層はGaN層に比べて格子定数が大き
い)。さらに、現在の技術で得られているGaN基板で
は、その基板自体に残留歪みが潜在しているものと考え
られる。したがって、従来のGaN基板上に窒化物半導
体レーザ素子を形成した場合、クラック密度は約5〜8
本/cm2であった。このことから、本発明による結晶
成長形態を利用することによってクラック密度を低減し
得ることがわかった。
For example, FIG.
When a nitride semiconductor laser device including a structure having a depression on the surface is formed using the nitride semiconductor substrate (for example, a GaN substrate) shown in FIG.
cm 2 . On the other hand, when a nitride semiconductor light emitting device having no recess on the surface is formed on the conventional GaN substrate shown in FIG. 6C as case C, it has been thought that cracks hardly occur conventionally. However, many cracks occurred in the epiwafer plane after the light emitting element was actually grown. This is considered to be because the light-emitting element has various laminated structures (for example, the AlGaN layer has a smaller lattice constant than the GaN layer, and the InGaN layer has a larger lattice constant than the GaN layer). Furthermore, in the GaN substrate obtained by the current technology, it is considered that the substrate itself has latent distortion. Therefore, when a nitride semiconductor laser device is formed on a conventional GaN substrate, the crack density is about 5 to 8
Book / cm 2 . From this, it was found that the crack density can be reduced by using the crystal growth morphology according to the present invention.

【0049】他方、ケースBの場合として図6(b)に
示された異種基板(たとえばサファイア基板)を用いて
表面に窪みがある形態で窒化物半導体レーザ素子を形成
した場合、クラック密度は約3〜5本/cm2であっ
た。しかし、ケースDの場合として、図6(d)に示さ
れたサファイア基板を用いて表面に窪みが存在しない形
態で窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、クラック
密度は約7〜10本/cm2であった。
On the other hand, in the case B, when a nitride semiconductor laser device is formed using a different substrate (for example, a sapphire substrate) shown in FIG. It was 3 to 5 wires / cm 2 . However, in the case D, when the nitride semiconductor laser device is formed using the sapphire substrate shown in FIG. Was 2 .

【0050】以上のことから、表面に窪みを生じる形態
で窒化物半導体レーザ素子を形成する場合に、クラック
の発生を抑制し得ることがわかった。このような窪みに
よるクラック発生の抑制効果は、窪みが深ければ深いほ
ど大きく、窪みの分布密度が高ければ高いほど大きかっ
た。なお、窪みの深さや密度を変えるためには、マスク
基板を用いる場合には成長抑制膜の構造を変え、加工基
板を用いる場合には溝と丘の構造を変えることによって
その制御が可能である。
From the above, it has been found that cracks can be suppressed when the nitride semiconductor laser device is formed in such a manner that the surface is depressed. The effect of suppressing the occurrence of cracks due to such pits was greater as the pits were deeper, and as the distribution density of the pits was higher. In addition, in order to change the depth and density of the depression, the structure can be controlled by changing the structure of the growth suppressing film when using a mask substrate and by changing the structure of grooves and hills when using a processed substrate. .

【0051】さらに、本発明における窪みによるクラッ
ク抑制効果は、以下の特徴を有することがわかった。チ
ップ分割された1つの窒化物半導体発光素子内に窪みが
2つ以上含まれることによって、窪みが1つの素子と比
較して、クラック発生率が約30%程度軽減されてい
た。しかも、たとえば図19に示されたリッジストライ
プ構造を有する窒化物半導体発光素子(レーザ素子)の
ように、窪み1と窪み2との間にリッジストライプ部が
設けられた場合、とりわけその発光素子の歩留まりが向
上した。これについて詳細に調べた結果、リッジストラ
イプの長手方向を横切るようなクラックが軽減していた
ことが判明した。これは、リッジストライプ部の両側に
窪みを有することによって、クラックが窒化物半導体発
光素子のリッジストライプ部に侵入することを防止し得
たためであると考えられる。
Further, it was found that the crack suppressing effect due to the depression in the present invention has the following characteristics. Since two or more dents are included in one nitride semiconductor light-emitting device divided into chips, the crack generation rate is reduced by about 30% as compared with one device. Moreover, when a ridge stripe portion is provided between the depressions 1 and 2 as in a nitride semiconductor light emitting device (laser device) having a ridge stripe structure shown in FIG. Yield improved. As a result of investigating this in detail, it was found that cracks crossing the longitudinal direction of the ridge stripe were reduced. This is considered to be because cracks could be prevented from penetrating into the ridge stripe portion of the nitride semiconductor light emitting device by having the depressions on both sides of the ridge stripe portion.

【0052】また、本発明における窪みは、チップ分割
された1つの窒化物半導体発光素子の電極において以下
の効果を有することがわかった。1つの窒化物半導体発
光素子内に本発明における窪みが2つ以上含まれること
によって、窪みが1つの素子に比較して、電極剥がれに
よる素子不良率が約20%程度軽減されていた。しか
も、たとえば図19に示されたリッジストライプ構造を
有する窒化物半導体発光素子(レーザ素子)のように、
窪み1と窪み2との間にリッジストライプ部が設けられ
た場合、とりわけリッジストライプ部でのp電極112
(パッド電極をも含む)の剥がれが防止され、その発光
素子の歩留まりが向上した。このことから、2つ以上の
窪みを含む領域上に電極が形成されることが好ましく、
より好ましくは窪みと窪みとの間にリッジストライプ部
が設けられて、これらの窪みを含む領域上に電極が形成
されることが好ましいことがわかった。このリッジスト
ライプ部での電極剥がれの防止効果は、誘電体膜の剥が
れについても同様であった。たとえば、図19に示すと
ころのSiO2誘電体膜113についても同様である。
なお、SiO2誘電体膜113の代わりに、SiNxのよ
うな他の誘電体膜が用いられてもよい。
Further, it has been found that the depression in the present invention has the following effects in the electrode of one nitride semiconductor light emitting device divided into chips. When two or more dents according to the present invention are included in one nitride semiconductor light emitting element, the element defect rate due to electrode peeling is reduced by about 20% as compared with one element. Moreover, for example, as in a nitride semiconductor light emitting device (laser device) having a ridge stripe structure shown in FIG.
When a ridge stripe portion is provided between the dent 1 and the dent 2, especially the p-electrode 112 in the ridge stripe portion
Peeling (including the pad electrode) was prevented, and the yield of the light emitting device was improved. For this reason, it is preferable that the electrode is formed on a region including two or more depressions,
It has been found that a ridge stripe portion is more preferably provided between the depressions, and the electrode is preferably formed on a region including these depressions. The effect of preventing the electrode peeling at the ridge stripe portion was the same for the peeling of the dielectric film. For example, The same applies to the SiO 2 dielectric film 113 of the method shown in FIG. 19.
Note that, instead of the SiO 2 dielectric film 113, another dielectric film such as SiN x may be used.

【0053】さらにまた、本発明における窪みは、チッ
プ分割された1つの窒化物半導体素子のワイヤボンドに
おいて以下の効果を有することがわかった。ワイヤボン
ドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域に本発明に
おける窪みが1つ以上含まれることによって、ワイヤボ
ンド自体の剥がれまたはワイヤボンドを含む電極の剥が
れが約20%程度軽減されていた。このことから、ワイ
ヤボンドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域に本
発明における窪みが1つ以上含まれることが好ましいこ
とがわかった。
Further, it has been found that the depression in the present invention has the following effects in wire bonding of one nitride semiconductor element divided into chips. Since one or more dents according to the present invention are included in the bonding region between the wire bond and the nitride semiconductor light emitting device, the peeling of the wire bond itself or the peeling of the electrode including the wire bond is reduced by about 20%. . From this, it was found that it is preferable that one or more dents in the present invention be included in the bonding region between the wire bond and the nitride semiconductor light emitting device.

【0054】(マスク基板について)本発明におけるマ
スク基板は、窒化物半導体基板を利用する場合にはその
窒化物半導体基板とパターニングされた成長抑制膜から
構成され、基礎基板を利用する場合にはその基礎基板と
その上の窒化物半導体基板層とその上のパターニングさ
れた成長抑制膜から構成される。ただし、窒化物半導体
基板は、その上に形成される窒化物半導体膜との熱膨張
係数差が小さいので、基板の反りが基礎基板を利用した
場合に比べてはるかに小さくなる。したがって、窒化物
半導体基板に形成される成長抑制膜、ひいては窪みの位
置は基礎基板上の窒化物半導体基板層上に形成されるそ
れらに比べて精度よく形成され得る。また、基板の反り
が非常に小さいので、後述の「(発光部の形成位置につ
いて)」において詳細に述べられるが、素子不良(たと
えばレーザ発振寿命の短命化)の起きやすい領域を避け
て発光素子構造を精度よく作製することができる。さら
に、基板の反りが小さいこと自体が新たな歪みやクラッ
クの発生を防止するように作用し、半導体レーザ素子の
長寿命化の効果と他の素子特性不良を軽減する効果をも
生じる。したがって、基礎基板を利用する場合に比べ
て、窒化物半導体基板を利用する方が好ましい。
(Regarding Mask Substrate) The mask substrate in the present invention is composed of a nitride semiconductor substrate and a patterned growth suppressing film when a nitride semiconductor substrate is used, and is formed when a basic substrate is used. It comprises a base substrate, a nitride semiconductor substrate layer thereon, and a patterned growth suppression film thereon. However, since the nitride semiconductor substrate has a small difference in thermal expansion coefficient from the nitride semiconductor film formed thereon, the warpage of the substrate is much smaller than when a basic substrate is used. Therefore, the growth suppressing film formed on the nitride semiconductor substrate, and thus the position of the depression, can be formed with higher precision than those formed on the nitride semiconductor substrate layer on the base substrate. In addition, since the warpage of the substrate is very small, it will be described in detail in “(Position of formation of light emitting portion)” described later. The structure can be manufactured with high accuracy. Furthermore, the small warpage of the substrate itself acts to prevent the occurrence of new distortion and cracks, and also has the effect of extending the life of the semiconductor laser device and reducing other device characteristic defects. Therefore, it is more preferable to use a nitride semiconductor substrate than to use a basic substrate.

【0055】(マスク基板を被覆する窒化物半導体下地
層の膜厚について)本発明において、マスク基板上に窒
化物半導体多層膜構造で平坦には被覆されない窪みを形
成するためには、マスク基板を被覆する窒化物半導体下
地層を薄く成長させればよい。ただし、マスク基板の成
長抑制膜領域の上方で下地層には窪みが形成されるが、
半導体レーザ素子を形成するために下地層の平坦な部分
も必要である。したがって、窒化物半導体下地層の被覆
膜厚は、2μm以上で20μm以下であることが好まし
い。その被覆膜厚が2μmよりも薄くなれば、マスク基
板の成長抑制膜の幅や厚さにも依存するが、成長抑制膜
の上方に半導体レーザ素子の発光部を作製できるほどに
平坦な下地層領域を得ることが困難になり始める。他
方、被覆膜厚が20μmよりも厚くなれば、窪みによる
結晶歪みの緩和効果とクラック抑制効果よりもマスク基
板と窒化物半導体下地層(または窒化物半導体多層膜構
造)との間の熱膨張係数差による応力歪みの方が強くな
りすぎて、本発明による効果が十分に発揮されなくなる
可能性が高くなる。
(Regarding the Film Thickness of the Nitride Semiconductor Underlayer Covering the Mask Substrate) In the present invention, in order to form a recess which is not flatly covered with the nitride semiconductor multilayer structure on the mask substrate, the mask substrate must be formed. What is necessary is just to grow the nitride semiconductor underlayer to be covered thinly. However, a depression is formed in the underlying layer above the growth suppression film region of the mask substrate,
In order to form a semiconductor laser device, a flat portion of the underlayer is also required. Therefore, it is preferable that the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer is 2 μm or more and 20 μm or less. If the coating thickness is smaller than 2 μm, it depends on the width and thickness of the growth suppressing film on the mask substrate, but it is flat below the growth suppressing film so that the light emitting portion of the semiconductor laser element can be manufactured. Getting the formation area begins to be difficult. On the other hand, if the coating thickness is larger than 20 μm, the thermal expansion between the mask substrate and the nitride semiconductor underlayer (or the nitride semiconductor multilayer film structure) is more effective than the effect of alleviating the crystal distortion due to the depression and the effect of suppressing the crack. There is a high possibility that the stress distortion due to the coefficient difference becomes too strong and the effect of the present invention is not sufficiently exhibited.

【0056】(マスク幅について)マスク基板の成長抑
制膜は、相対的にそのマスク幅が狭ければ窒化物半導体
下地層で埋没されやすく、広ければ埋没されにくい。本
発明者らの検討結果によれば、マスク基板の成長抑制膜
の上方を窒化物半導体下地層で完全に被覆せずに窪みを
生じさせるためのマスク幅M1は7μm以上で75μm
以下であることが好ましく、7μm以上で100μm以
下であってもよい。ただし、適切なマスク幅M1はマス
ク基板を被覆する窒化物半導体下地層または窒化物半導
体多層膜構造の被覆膜厚に依存するので、成長抑制膜上
方に窪みを生成させる際には、マスク幅M1とともに窒
化物半導体下地層の被覆膜厚をも調整する必要がある。
(Regarding Mask Width) The growth suppressing film of the mask substrate is easily buried in the nitride semiconductor base layer if the mask width is relatively small, and is hard to be buried if it is wide. According to the study results of the present inventors, the mask width M1 for forming a depression without completely covering the upper part of the growth suppression film of the mask substrate with the nitride semiconductor base layer is not less than 7 μm and not more than 75 μm.
Or less, and may be 7 μm or more and 100 μm or less. However, the appropriate mask width M1 depends on the thickness of the nitride semiconductor base layer or the nitride semiconductor multilayer film structure covering the mask substrate. It is necessary to adjust the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer together with M1.

【0057】マスク幅M1の下限値と上限値は以下の観
点から見積もられた。成長抑制膜のマスク幅M1の下限
値については、発光素子中の発光部の大きさに依存す
る。たとえば、窪みを生じさせるマスク幅M1の成長抑
制膜上方に窒化物半導体レーザ素子を作製する場合、レ
ーザ発振寿命の観点から、そのレーザ素子のリッジスト
ライプ部下方の発光部が図8中の領域Iに属することが
好ましい。リッジストライプ幅は1〜3μmの範囲内で
形成されかつ最小の窪み幅は1μmに見積もることがで
きるので、マスク幅M1の下限値は窪みを含む領域II
の幅=窪み幅(1μm)+2μm×2(図8参照)とス
トライプ幅(1μm)×2とを加えた7μm以上でなけ
ればならない。
The lower limit and upper limit of the mask width M1 were estimated from the following viewpoints. The lower limit of the mask width M1 of the growth suppressing film depends on the size of the light emitting portion in the light emitting device. For example, when a nitride semiconductor laser device is manufactured above a growth suppressing film having a mask width M1 that causes a depression, a light emitting portion below a ridge stripe portion of the laser device is formed in a region I in FIG. It preferably belongs to Since the ridge stripe width is formed in the range of 1 to 3 μm and the minimum depression width can be estimated to be 1 μm, the lower limit of the mask width M1 is the area II including the depression.
Width = recess width (1 μm) +2 μm × 2 (see FIG. 8) and stripe width (1 μm) × 2 plus 7 μm or more.

【0058】他方、マスク幅M1の上限値には特に制約
はないが、あまりにM1を広くし過ぎればウエハの単位
面積当たりの窪みの密度が減少し、結晶歪の緩和効果や
クラックの抑制効果が低減してしまう。また、ウエハ当
たりのチップ収得率も減少してしまう。したがって、マ
スク幅M1の上限値としては、100μm以下であるこ
とが望まれる。
On the other hand, the upper limit of the mask width M1 is not particularly limited. However, if M1 is too wide, the density of the dents per unit area of the wafer decreases, and the effect of alleviating crystal distortion and suppressing cracks is reduced. Will be reduced. Also, the chip yield per wafer is reduced. Therefore, it is desired that the upper limit value of the mask width M1 is 100 μm or less.

【0059】以上ではマスク幅のみを変更したマスク基
板について説明されたが、マスク幅のみならず以下に述
べるマスク厚さおよび/またはスペース幅をも変更して
マスク基板を形成してもよいことは言うまでもない。こ
のことは、他の実施形態におけるマスク基板についても
同様である。
In the above description, the mask substrate in which only the mask width is changed has been described. However, the mask substrate may be formed by changing not only the mask width but also the mask thickness and / or space width described below. Needless to say. This is the same for the mask substrate in other embodiments.

【0060】なお、上述の窪み幅については、次のよう
に規定される。窪みの形状は窒化物半導体下地層の成長
条件や成長抑制膜の整列方向によって変化することがあ
り、その幅も一定でないことがある。その場合には、窒
化物半導体レーザ素子のリッジストライプの幅方向に平
行に最も幅の広い部分にて窪み幅を規定するものとす
る。
The above-mentioned depression width is defined as follows. The shape of the depression may change depending on the growth conditions of the nitride semiconductor base layer and the alignment direction of the growth suppressing film, and the width of the depression may not be constant. In this case, the width of the depression is defined at the widest part in parallel with the width direction of the ridge stripe of the nitride semiconductor laser device.

【0061】(マスク厚さについて)窒化物半導体基板
上に形成するマスクは、相対的にその厚さが薄ければ窒
化物半導体下地層で埋没されやすく、厚ければ埋没され
にくい。本発明者らの検討結果によれば、マスク基板の
成長抑制膜を窒化物半導体下地層で完全に被覆せずに窪
みを生成するためのマスク厚さT1は、0.05μm以
上であることが好ましく、0.01μm以上であること
がより好ましかった。この理由は、マスク厚さT1が
0.05μmよりも薄ければ成長抑制膜が窒化物半導体
下地層の成長前の昇温時に劣化して窒化物半導体基板が
露出してしまう可能性があることと、マスク厚さの制御
が困難になることによる。そして、マスク厚さT1の下
限値が0.1μm以上になれば、そのような問題が殆ど
なくなる。
(Regarding Mask Thickness) A mask formed on a nitride semiconductor substrate is easily buried in a nitride semiconductor underlayer if its thickness is relatively small, and is hard to be buried if it is thick. According to the study results of the present inventors, the mask thickness T1 for forming a depression without completely covering the growth suppressing film of the mask substrate with the nitride semiconductor underlayer may be 0.05 μm or more. More preferably, it is more preferably 0.01 μm or more. The reason is that if the mask thickness T1 is smaller than 0.05 μm, the growth suppressing film may be deteriorated at the time of raising the temperature before the growth of the nitride semiconductor underlayer, and the nitride semiconductor substrate may be exposed. This makes it difficult to control the mask thickness. If the lower limit of the mask thickness T1 is 0.1 μm or more, such a problem is almost eliminated.

【0062】マスク厚さT1の上限値に関しては、あま
りに成長抑制膜を厚くし過ぎれば成長抑制膜と窒化物半
導体下地層との熱膨張係数差でマスク基板が割れやすく
なってしまうので、マスク厚さT1は10μm以下であ
ることが望ましい。また、適切なマスク厚さT1はマス
ク基板を被覆する窒化物半導体下地層または窒化物半導
体多層膜構造の被覆膜厚に依存するので、成長抑制膜上
方に窪みを形成する際には、マスク厚さT1とともに窒
化物半導体下地層の被覆膜厚を調整する必要がある。
Regarding the upper limit of the mask thickness T1, if the growth suppressing film is too thick, the mask substrate is easily broken due to a difference in thermal expansion coefficient between the growth suppressing film and the nitride semiconductor underlayer. It is desirable that T1 be 10 μm or less. Further, the appropriate mask thickness T1 depends on the thickness of the nitride semiconductor underlayer or nitride semiconductor multilayer film structure covering the mask substrate. It is necessary to adjust the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer together with the thickness T1.

【0063】(スペース幅について)マスク基板で成長
抑制膜が形成されていないスペース部分では、そのスペ
ース幅は2μm以上で30μm以下であることが望まし
い。なぜならば、スペース幅が狭すぎれば窒化物半導体
下地層の成長初期で基板主面に垂直な方向に成長する結
晶部分の結晶性が悪くなり、その後に横方向に成長する
結晶部分に悪影響を及ぼすので好ましくないからであ
る。また、スペース幅が広すぎればレーザ素子を作製で
きる下地層領域が少なくなり、ウエハあたりのレーザチ
ップ収得率が下がるので好ましくない。
(Regarding Space Width) In a space portion of the mask substrate where the growth suppressing film is not formed, the space width is desirably 2 μm or more and 30 μm or less. This is because if the space width is too narrow, the crystallinity of the crystal portion growing in the direction perpendicular to the main surface of the substrate in the initial stage of the growth of the nitride semiconductor underlayer deteriorates, and adversely affects the crystal portion growing later in the lateral direction. This is not preferred. On the other hand, if the space width is too wide, the area of the underlayer in which a laser element can be manufactured becomes small, and the yield of laser chips per wafer decreases, which is not preferable.

【0064】(成長抑制膜の長手方向について)主面と
して{0001}C面を有する窒化物半導体基板または
基礎基板上の窒化物半導体基板層に形成されたストライ
プ状成長抑制膜の長手方向は、その窒化物半導体結晶の
<1−100>方向に平行であることが最も好ましく、
<11−20>方向に平行であることが次に好ましかっ
た。これらの特定方向に関する成長抑制膜の長手方向
は、{0001}C面内で±5°程度の開き角度を有し
ていても実質的な影響を生じなかった。
(Longitudinal direction of the growth suppressing film) The longitudinal direction of the stripe-shaped growth suppressing film formed on the nitride semiconductor substrate having the {0001} C plane as the main surface or the nitride semiconductor substrate layer on the basic substrate is as follows. Most preferably, it is parallel to the <1-100> direction of the nitride semiconductor crystal,
Next, it was preferable to be parallel to the <11-20> direction. Even if the longitudinal direction of the growth suppressing film in these specific directions had an opening angle of about ± 5 ° in the {0001} C plane, there was no substantial effect.

【0065】窒化物半導体結晶の<1−100>方向に
沿って成長抑制膜が形成されることの優位性は、窪みが
埋まりにくくて結晶歪みとクラック発生の抑制効果が非
常に高いことである。この方向に沿って形成された成長
抑制膜上に窒化物半導体下地層が成長する場合、窪みの
側壁面としては主に{11−20}面が形成されやす
い。この{11−20}側壁面は図9(a)に示されて
いるように基板の主面に対して垂直であるので、窪みは
ほぼ矩形形状の横断面を有しやすくなる。窪みの横断面
が矩形形状に近い場合、窒化物半導体を構成する原材料
が窪みの奥まで供給されにくく、成長抑制膜が窒化物半
導体下地層で埋没されにくくなる。このことから、マス
ク基板を窒化物半導体下地層で比較的厚く被覆したとし
ても、窪みが埋没される心配がない。また、マスク基板
上に成長した窒化物半導体下地層の結晶歪みがその深い
窪みによって緩和され、クラックの発生も効果的に抑制
され得る。
The advantage of forming the growth suppressing film along the <1-100> direction of the nitride semiconductor crystal is that the depression is hard to fill and the effect of suppressing crystal distortion and crack generation is extremely high. . When the nitride semiconductor underlayer grows on the growth suppressing film formed along this direction, the {11-20} plane is likely to be mainly formed as the side wall surface of the depression. Since the {11-20} side wall surface is perpendicular to the main surface of the substrate as shown in FIG. 9A, the depression tends to have a substantially rectangular cross section. When the cross section of the depression is close to a rectangular shape, it is difficult for the raw material constituting the nitride semiconductor to be supplied to the depth of the depression, and the growth suppressing film is unlikely to be buried in the nitride semiconductor underlayer. For this reason, even if the mask substrate is relatively thickly covered with the nitride semiconductor base layer, there is no fear that the depressions will be buried. In addition, the crystal distortion of the nitride semiconductor underlayer grown on the mask substrate is alleviated by the deep depression, and the generation of cracks can be effectively suppressed.

【0066】他方、窒化物半導体結晶の<11−20>
方向に沿ってストライプ状成長抑制膜が形成されること
の優位性は、窪みの形状が急峻でかつ窪みの位置の揺ら
ぎが小さくなることである。この方向に沿って形成され
た成長抑制膜上に窒化物半導体下地層が成長する場合、
窪みの側壁面には主に{1−101}面が形成されやす
い。この{1−101}側壁面は非常に平坦でかつエッ
ジ部(図5参照)が急峻で蛇行しにくいので、<11−
20>方向に沿った窪みもまっすぐになって蛇行しにく
い。したがって、後述される動作寿命の長い発光素子を
形成するための領域Iを広く取ることができ(発光素子
収得率の向上)、発光素子の形成位置の狂いによる素子
歩留まりの低下をも防止することができる。
On the other hand, the nitride semiconductor crystal <11-20>
The advantage of forming the stripe-shaped growth suppressing film along the direction is that the shape of the depression is steep and the fluctuation of the position of the depression is small. When the nitride semiconductor underlayer grows on the growth suppressing film formed along this direction,
The {1-101} plane is likely to be formed mainly on the side wall surface of the depression. Since the {1-101} side wall surface is very flat and the edge portion (see FIG. 5) is steep and does not meander, it is preferable to use the <11-
The dents along the 20> direction are also straight and are not likely to meander. Therefore, a region I for forming a light-emitting element having a long operating life, which will be described later, can be widened (improvement of the yield rate of the light-emitting element), and a reduction in the yield of the light-emitting element due to an irregular formation position of the light-emitting element can be prevented. Can be.

【0067】前述の成長抑制膜はすべてストライプ状で
あったが、ストライプ状であることは以下の点において
好ましい。すなわち、窒化物半導体レーザ素子の発振に
寄与する部分(リッジストライプ部の下方)はストライ
プ状であり、後述の好ましいリッジストライプ部形成領
域Iもストライプ状であるので、その発振に寄与する部
分をその好ましい領域I内に作り込むことが容易にな
る。しかし、たとえば図2に示されているように、成長
抑制膜が桝目状に形成されてもよい。
Although the above-mentioned growth suppressing films are all stripe-shaped, they are preferably formed in the following points. That is, the portion contributing to the oscillation of the nitride semiconductor laser device (below the ridge stripe portion) is in a stripe shape, and a preferable ridge stripe portion formation region I described later is also in a stripe shape. It can be easily formed in the preferable region I. However, for example, as shown in FIG. 2, the growth suppressing film may be formed in a mesh shape.

【0068】図2(a)は、異なる2種類の方向のスト
ライプ状成長抑制膜が互いに直交するように形成された
場合におけるマスク基板の上面図を表わしている。図2
(b)は、異なる2種類のストライプ方向が互いに60
度の角度をなすように形成された場合におけるマスク基
板の上面図を表わしている。そして、図2(c)は、異
なる3種類のマスク方向が互いに60度の角度をなすよ
うに形成された場合におけるマスク基板の上面図を表わ
している。
FIG. 2A is a top view of a mask substrate in a case where stripe-like growth suppressing films in two different directions are formed so as to be orthogonal to each other. FIG.
(B) shows that two different types of stripe directions are 60
FIG. 4 shows a top view of the mask substrate when formed at an angle of degrees. FIG. 2C is a top view of the mask substrate when three different types of mask directions are formed so as to form an angle of 60 degrees with each other.

【0069】(マスク基板を被覆する窒化物半導体下地
層について)マスク基板を被覆する窒化物半導体膜から
なる下地層としては、たとえばGaN膜、AlGaN
膜、またはInGaN膜などを用いることができる。ま
た、窒化物半導体下地層中に、Si、O、Cl、S、
C、Ge、Zn、Cd、MgおよびBeの不純物群のう
ちで少なくとも1種の不純物を添加することができる。
(Regarding Nitride Semiconductor Underlayer Covering Mask Substrate) As the underlayer made of the nitride semiconductor film covering the mask substrate, for example, a GaN film, an AlGaN
A film, an InGaN film, or the like can be used. Further, in the nitride semiconductor underlayer, Si, O, Cl, S,
At least one type of impurity can be added from the impurity group of C, Ge, Zn, Cd, Mg, and Be.

【0070】窒化物半導体下地層がGaN膜であれば、
以下の点において好ましい。すなわち、GaN膜は2元
混晶であるので、結晶成長の制御性が良好である。ま
た、GaN膜の表面マイグレーション長はAlGaN膜
に比べて長く、InGaN膜に比べて短いので、成長抑
制膜を埋めて平坦化したい部分は適度にGaN膜で被覆
され、窪みを形成したい部分はGaN膜による被覆が適
度に制限される。窒化物半導体下地層として利用される
GaN膜中の不純物濃度は、1×1017/cm3以上で
5×1018/cm3以下が好ましい。このような濃度範
囲で不純物を添加すれば、窒化物半導体下地層の表面モ
ホロジーが良好になって、結果的に発光層の層厚が均一
化されて素子特性が向上し得る。
If the nitride semiconductor underlayer is a GaN film,
It is preferable in the following points. That is, since the GaN film is a binary mixed crystal, the controllability of crystal growth is good. Also, since the surface migration length of the GaN film is longer than that of the AlGaN film and shorter than that of the InGaN film, the portion where the growth suppression film is to be buried and flattened is appropriately covered with the GaN film, and the portion where the depression is to be formed is GaN. Coating with the membrane is moderately limited. The impurity concentration in the GaN film used as the nitride semiconductor underlayer is preferably 1 × 10 17 / cm 3 or more and 5 × 10 18 / cm 3 or less. If the impurity is added in such a concentration range, the surface morphology of the nitride semiconductor underlayer becomes good, and as a result, the thickness of the light emitting layer can be made uniform and the device characteristics can be improved.

【0071】窒化物半導体下地層がAlGaN膜であれ
ば、以下の点において好ましい。AlGaN膜において
は、Alが含まれているので、GaN膜やInGaN膜
に比べて表面マイグレーション長が短い。表面マイグレ
ーション長が短いということは、窪みの横断面形状が急
峻な状態を維持し(たとえば、図5中のエッジ部がだれ
ず)、窪みの底に窒化物半導体が流れ込みにくい(窪み
が埋まりにくい)ことを意味する。また、成長抑制膜の
被覆の際においても、窒化物半導体が溝の底部に流れ込
み難くて、溝の側壁からの結晶成長が促進されるので横
方向成長が顕著になって、結晶歪みを一層緩和させるこ
とが可能となる。AlxGa1-xN膜のAl組成比xは
0.01以上で0.15以下であることが好ましく、
0.01以上で0.07以下であることがより好まし
い。Alの組成比xが0.01よりも小さければ、前述
の表面マイグレーション長が長くなってしまう可能性が
ある。他方、Alの組成比xが0.15よりも大きくな
れば、表面マイグレーション長が短くなりすぎて、下地
層の結晶性自体が良好ではなくなるおそれがある。な
お、AlGaN膜に限らず、この膜と同等の効果は、窒
化物半導体下地層にAlが含まれていれば得られる。ま
た、窒化物半導体下地層として利用されるAlGaN膜
中の不純物濃度は、3×1017/cm3以上で5×10
18/cm3以下が好ましい。このような濃度範囲でAl
と同時に不純物が添加されれば、窒化物半導体下地層の
表面マイグレーション長が短くなって好ましい。このこ
とによって、結晶歪みを一層緩和させることが可能にな
る。
If the nitride semiconductor underlayer is an AlGaN film, it is preferable in the following points. Since the AlGaN film contains Al, the surface migration length is shorter than that of the GaN film or the InGaN film. The fact that the surface migration length is short means that the cross-sectional shape of the depression is kept steep (for example, the edge in FIG. 5 is not dropped), and the nitride semiconductor does not easily flow into the bottom of the depression (the depression is not easily filled). ) Means that. Also, when the growth suppressing film is coated, the nitride semiconductor is unlikely to flow into the bottom of the groove, and the crystal growth from the side wall of the groove is promoted, so that the lateral growth becomes remarkable and the crystal distortion is further reduced. It is possible to do. The Al composition ratio x of the Al x Ga 1 -xN film is preferably 0.01 or more and 0.15 or less,
More preferably, it is 0.01 or more and 0.07 or less. If the composition ratio x of Al is smaller than 0.01, the above-mentioned surface migration length may be increased. On the other hand, if the composition ratio x of Al is larger than 0.15, the surface migration length becomes too short, and the crystallinity of the underlayer may not be good. In addition, an effect equivalent to that of the AlGaN film is obtained as long as the nitride semiconductor underlayer contains Al. The impurity concentration in the AlGaN film used as the nitride semiconductor underlayer is 3 × 10 17 / cm 3 or more and 5 × 10 17 / cm 3 or more.
It is preferably 18 / cm 3 or less. In such a concentration range, Al
At the same time, if an impurity is added, the surface migration length of the nitride semiconductor underlayer is preferably reduced. This makes it possible to further reduce crystal distortion.

【0072】窒化物半導体下地層がInGaN膜であれ
ば、以下の点において好ましい。InGaN膜において
は、Inが含まれているので、GaN膜やAlGaN膜
と比べて弾性的である。したがって、InGaN膜はマ
スク基板の成長抑制膜上を被覆して、基板からの結晶歪
みを窒化物半導体多層膜構造全体に拡散させ、効果的に
結晶の歪みを緩和させる働きを有する。InxGa1-x
膜のIn組成比xは0.01以上で0.15以下である
ことが好ましく、0.01以上で0.1以下であること
がより好ましい。Inの組成比xが0.01よりも小さ
ければ、Inを含むことによる弾力性の効果が得られに
くくなる可能性がある。また、Inの組成比xが0.1
5よりも大きくなれば、InGaN膜の結晶性が低下し
てしまう可能性がある。なお、InGaN膜に限らず、
この膜と同等の効果は、窒化物半導体下地層にInが含
まれていれば得られる。また、窒化物半導体下地層とし
て利用されるInGaN膜中の不純物濃度は、1×10
17/cm3以上で4×101 8/cm3以下が好ましい。こ
のような濃度範囲でInと同時に不純物が添加されれ
ば、窒化物半導体下地層の表面モホロジーが良好になっ
て、かつ弾性力を保有し得るので好ましい。
If the nitride semiconductor underlayer is an InGaN film, it is preferable in the following points. Since the InGaN film contains In, it is more elastic than a GaN film or an AlGaN film. Therefore, the InGaN film covers the growth suppressing film of the mask substrate, diffuses crystal strain from the substrate throughout the nitride semiconductor multilayer film structure, and has a function of effectively relaxing crystal distortion. In x Ga 1-x N
The In composition ratio x of the film is preferably 0.01 or more and 0.15 or less, and more preferably 0.01 or more and 0.1 or less. If the composition ratio x of In is smaller than 0.01, the elasticity effect by including In may not be easily obtained. Further, when the composition ratio x of In is 0.1
If it is larger than 5, the crystallinity of the InGaN film may be reduced. In addition, not limited to the InGaN film,
The same effect as this film can be obtained if the nitride semiconductor underlayer contains In. The impurity concentration in the InGaN film used as the nitride semiconductor underlayer is 1 × 10
17 / cm 3 or more at 4 × 10 1 8 / cm 3 or less. It is preferable that an impurity be added simultaneously with In in such a concentration range, since the surface morphology of the nitride semiconductor underlayer becomes good and elasticity can be maintained.

【0073】(発光部の形成位置について)本発明者ら
による詳細な検討の結果、窒化物半導体レーザ素子の発
光部(リッジストライプ部の下方)が窪み付き基板のど
の位置に形成されるかに依存して、レーザ発振寿命が変
化することが見出された。ここで発光部とは、発光素子
に電流が注入されて、発光層のうちで実質的に発光に寄
与する部分である。たとえば、リッジストライプ構造を
有する窒化物半導体レーザ素子の場合、電流が狭窄注入
されるリッジストライプ部の下方の発光層部分である。
(Position of formation of light-emitting portion) As a result of detailed studies by the present inventors, where the light-emitting portion (below the ridge stripe portion) of the nitride semiconductor laser device is formed on the recessed substrate. It has been found that the laser oscillation lifetime varies depending on the laser oscillation lifetime. Here, the light emitting portion is a portion of the light emitting layer which substantially contributes to light emission when a current is injected into the light emitting element. For example, in the case of a nitride semiconductor laser device having a ridge stripe structure, it is a light-emitting layer portion below a ridge stripe portion into which current is confined and injected.

【0074】図10において、グラフの横軸は窪み付き
基板のマスク中央cからその幅方向にリッジストライプ
端aまでの距離を表わし、縦軸はレーザ出力30mWと
雰囲気温度60℃の条件下でのレーザ発振寿命を表わし
ている。ここで、マスク中央cからリッジストライプ端
aまでの距離(以後、c−a距離と呼ぶ)は、マスク中
央cから幅方向に右側が正で左側が負で表示されてい
る。なお、図10で測定されたケースAの窒化物半導体
レーザ素子においてはGaN基板によるマスク基板が用
いられ、リッジストライプ幅は2μmであり、マスク幅
は18μmであり、スペース幅は15μmであり、そし
てマスク厚さは0.2μmであった。
In FIG. 10, the horizontal axis of the graph represents the distance from the center c of the mask of the recessed substrate to the edge a of the ridge stripe in the width direction thereof, and the vertical axis represents the laser output of 30 mW and the ambient temperature of 60 ° C. It shows the laser oscillation life. Here, the distance from the center c of the mask to the edge a of the ridge stripe (hereinafter referred to as c-a distance) is indicated such that the right side in the width direction from the mask center c is positive and the left side is negative. In the nitride semiconductor laser device of Case A measured in FIG. 10, a mask substrate made of a GaN substrate was used, the ridge stripe width was 2 μm, the mask width was 18 μm, the space width was 15 μm, and The mask thickness was 0.2 μm.

【0075】図10のケースAからわかるように、リッ
ジストライプ部が成長抑制膜上方に形成された窒化物半
導体レーザ素子のレーザ発振寿命は、リッジストライプ
部がスペース部上方に形成されたものよりも長くなる傾
向を示した。さらに詳細に調べたところ、成長抑制膜上
方の領域内であっても、c−a距離が−5μmよりも大
きくて3μmよりも小さい領域にリッジストライプ部が
形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少することが
わかった。ここで、リッジストライプ部の幅が2μmで
あることを考慮して、c−a距離−5μmがマスク中央
cからリッジストライプ端bまでの距離(以後、c−b
距離と呼ぶ)に換算されれば、c−b距離は−3μmに
なる。すなわち、窒化物半導体レーザ素子のリッジスト
ライプ部の少なくとも一部がマスク中央cから幅方向に
左右3μm未満の範囲内に含まれるように形成されたと
き、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまうことがわか
った。
As can be seen from Case A of FIG. 10, the laser oscillation life of the nitride semiconductor laser device having the ridge stripe formed above the growth suppressing film is longer than that of the nitride semiconductor laser device having the ridge stripe formed above the space. They tended to be longer. Further investigation revealed that, even in the region above the growth suppressing film, if the ridge stripe portion was formed in a region where the ca distance was larger than −5 μm and smaller than 3 μm, the laser oscillation life was significantly shortened. It was found that it decreased. Here, considering that the width of the ridge stripe portion is 2 μm, the ca distance −5 μm is the distance from the mask center c to the ridge stripe end b (hereinafter, c−b
When converted to c), the c-b distance is -3 [mu] m. That is, when at least a part of the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser element is formed so as to be included within a range of less than 3 μm in the width direction from the center c of the mask, the laser oscillation life is dramatically reduced. I understand.

【0076】これは、次のように理解できる。このケー
スの場合、窪み端d、eはマスク中央cから左右に1μ
m離れた位置に存在することになる。よって、窪み端か
ら窪みの外側方向に2μm未満の範囲内にリッジストラ
イプ部の少なくとも一部が含まれるように形成されたと
き、レーザ発振寿命が劇的に減少することになる。
This can be understood as follows. In this case, the dent ends d and e are 1 μm from the center c of the mask to the left and right.
It will be located m meters away. Therefore, when the ridge stripe portion is formed so as to include at least a part of the ridge stripe portion within a range of less than 2 μm from the edge of the dent to the outside of the dent, the laser oscillation life is dramatically reduced.

【0077】このようなレーザ発振寿命が劇的に減少す
る領域(窪み端d、eから窪みの外側方向に左右2μm
未満の範囲)を領域IIと呼ぶことにする。したがっ
て、窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ部は、
マスク幅範囲内で領域IIを除く範囲に、その全体(a
−b幅)が含まれるように形成されることが好ましい。
ここで、マスク幅範囲内において、窪み端d、eから窪
みの外側方向に左右2μm以上離れた範囲を領域Iと呼
ぶことにする。この領域Iは、スペース部上方の領域I
IIに比べても、レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レ
ーザ素子を形成することが可能な領域であり、窪み付き
基板のうちで最も好ましい領域である。
The region where the laser oscillation life is drastically reduced (from the edge d, e to the outer side of the cavity, 2 μm
Is referred to as a region II. Therefore, the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser device is
In the mask width range, excluding the region II, the whole (a
-B width).
Here, within the mask width range, a range apart from the dent ends d and e by 2 μm or more in the left-right direction outside the dent is referred to as a region I. This area I is the area I above the space part.
This is a region where a nitride semiconductor laser device having a longer laser oscillation life can be formed than that of II, and is the most preferable region among the recessed substrates.

【0078】図8では、上述の領域IからIIIが窪み
付き基板の模式的な断面図において示されている。すな
わち、窪み付き基板上に作製される窒化物半導体レーザ
素子の発光部は成長抑制膜上方の領域I内に形成するこ
とが望ましい。なお、マスク幅、スペース幅、およびリ
ッジストライプ幅を種々に変化させても、図10と同様
の傾向を示した。また、マスク基板をGaN基板を含む
ものから基礎基板を含むものに代えても、レーザ発振寿
命はGaN基板を含む場合に比べて短くなるものの、図
10と同様の傾向を示した。したがって、これらの場合
においても、窪み付き基板上に形成すべき発光素子の発
光部形成領域は図8に示す関係にあると考えられる。
In FIG. 8, the above-mentioned regions I to III are shown in a schematic cross-sectional view of a substrate having a depression. That is, it is desirable that the light emitting portion of the nitride semiconductor laser device fabricated on the recessed substrate is formed in the region I above the growth suppressing film. Note that the same tendency as in FIG. 10 was shown even when the mask width, the space width, and the ridge stripe width were variously changed. In addition, even when the mask substrate was changed from one including the GaN substrate to one including the base substrate, the laser oscillation life was shorter than that when the GaN substrate was included, but showed the same tendency as in FIG. Therefore, also in these cases, it is considered that the light emitting portion forming region of the light emitting element to be formed on the recessed substrate has the relationship shown in FIG.

【0079】さらに、図10における窒化物半導体レー
ザ素子はリッジストライプ構造を有するものであった
が、電流阻止構造を有する窒化物半導体レーザ素子であ
っても図10と同様の関係を示した(電流阻止構造の場
合では、図10におけるリッジストライプ幅は電流狭窄
される幅に相当する)。すなわち、窒化物半導体レーザ
素子において、発光層に電流が狭窄注入され、レーザ発
振に寄与する部分の下方に図8に示された領域Iが存在
していればよい。
Further, although the nitride semiconductor laser device in FIG. 10 has a ridge stripe structure, a nitride semiconductor laser device having a current blocking structure has the same relationship as FIG. In the case of the blocking structure, the width of the ridge stripe in FIG. 10 corresponds to the width of the current constriction). That is, in the nitride semiconductor laser device, it is sufficient that the region I shown in FIG. 8 exists below the portion where current is confinedly injected into the light emitting layer and contributes to laser oscillation.

【0080】しかしながら、電流阻止構造を有する窒化
物半導体レーザ素子の場合、上述されたリッジストライ
プ構造を有する素子と比較して、レーザ発振寿命は約2
0〜30%程度低かった。また、電流阻止構造を有する
窒化物半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有
する素子と比べて、クラック発生による歩留まりの低下
が大きかった。これらの原因については定かではない
が、おそらく、電流阻止層に電流狭窄部分が作製される
工程とその電流狭窄部が作製された電流阻止層上に再び
窒化物半導体を結晶成長させる工程に問題があるのでは
ないかと考えられる。たとえば、電流阻止層に電流狭窄
部が作製される工程ではレジスト材などのマスク材料が
用いられるが、これらのマスク材料が本発明に係る窒化
物半導体発光素子の窪み内に付着していて、そのまま再
成長させられることによって発光素子特性に悪影響をも
たらしたのではないかと考えられる。また、たとえば、
電流狭窄部が作製された電流阻止層上に再び窒化物半導
体を結晶成長させる工程では、電流阻止層に電流狭窄部
を作製するために発光素子構造の作製途中に一旦結晶成
長装置から取出し(常温)、再び結晶成長装置に装填し
て残りの発光素子構造を結晶成長(約1000℃)させ
る。このように発光素子構造の途中で急激な温度差のあ
る熱履歴を与えれば、本発明に係る窒化物半導体発光素
子が窪みを有していても、その窪みによって発光素子構
造内の結晶歪みは十分には緩和されず、クラックが発生
するものと考えられる。
However, in the case of the nitride semiconductor laser device having the current blocking structure, the laser oscillation life is about 2 times as compared with the device having the ridge stripe structure described above.
It was about 0-30% lower. In addition, the nitride semiconductor laser device having the current blocking structure has a large decrease in yield due to crack generation, as compared with the device having the ridge stripe structure. Although the causes of these are not clear, there is probably a problem in the process of forming a current confined portion in the current blocking layer and in the process of growing a nitride semiconductor crystal again on the current blocking layer in which the current confined portion is formed. It is thought that there is. For example, a mask material such as a resist material is used in a process in which a current confinement portion is formed in the current blocking layer. However, these mask materials adhere to the recesses of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention and remain as they are. It is considered that the regrowth adversely affected the light emitting element characteristics. Also, for example,
In the step of crystal-growing the nitride semiconductor again on the current blocking layer in which the current blocking portion has been formed, the nitride semiconductor is once taken out of the crystal growth apparatus during the fabrication of the light emitting element structure in order to form the current blocking portion in the current blocking layer (at room temperature). ), And loaded again into the crystal growth apparatus to grow the remaining light emitting element structure in a crystal (about 1000 ° C.). If a thermal history having a sharp temperature difference is given in the middle of the light emitting element structure as described above, even if the nitride semiconductor light emitting element according to the present invention has a dent, the crystal distortion in the light emitting element structure is reduced by the dent. It is considered that cracking does not occur sufficiently and cracks occur.

【0081】なお、レーザ素子と同様に、発光ダイオー
ド(LED)素子においても、電流注入されて発光に寄
与する部分の下方に図8に示した領域Iが存在していれ
ば本発明による効果を十分に得ることができる。
As in the case of the laser device, the effect of the present invention can be obtained in the light emitting diode (LED) device as long as the region I shown in FIG. Can get enough.

【0082】次に、本発明において加工基板を用いる場
合について説明する。 (加工基板について)本発明において用いられ得る加工
基板としては、窒化物半導体基板を加工する場合と、基
礎基板上に窒化物半導体基板層を成長させてその基板層
を加工する場合がある。ただし、マスク基板の説明にお
いて述べたのと同様の理由から、基礎基板を利用するよ
りも窒化物半導体基板を用いる方が好ましい。
Next, a case where a processed substrate is used in the present invention will be described. (Processing substrate) As a processing substrate that can be used in the present invention, there are a case where a nitride semiconductor substrate is processed and a case where a nitride semiconductor substrate layer is grown on a basic substrate and the substrate layer is processed. However, for the same reason as described in the description of the mask substrate, it is preferable to use a nitride semiconductor substrate rather than use a base substrate.

【0083】(加工基板を被覆する窒化物半導体下地層
の被覆膜厚について)本発明において、加工基板が窒化
物半導体多層膜構造で平坦化されない窪みを形成するた
めには、たとえば窒化物半導体下地層を薄く成長させれ
ばよい。ただし、溝上方領域にも窪みを形成する場合は
別として、加工基板に形成された溝はレーザ素子を形成
し得る程度に平坦に埋没されなければ、その溝上方領域
に発光素子を形成することが困難になる。したがって、
窒化物半導体下地層の被覆膜厚は、約2μm以上で20
μm以下であることが好ましい。被覆膜厚が2μmより
も薄くなれば、加工基板に形成された溝幅や溝深さにも
依存するが、窒化物半導体下地層で溝を完全かつ平坦に
埋没させることが困難になり始める。他方、被覆膜厚が
20μmよりも厚くなれば、特に加工基板が基礎基板を
含む場合に、窪みによる結晶歪みの緩和効果とクラック
抑制効果よりも、加工基板と窒化物半導体下地層(また
は窒化物半導体多層膜構造)との間の熱膨張係数差によ
る応力歪みの方が強くなりすぎて、本発明による効果が
十分に発揮されなくなる可能性が高くなる。
(Regarding the Covered Film Thickness of the Nitride Semiconductor Underlayer Covering the Worked Substrate) In the present invention, in order to form a recess which is not flattened by the nitride semiconductor multilayer structure of the work substrate, for example, a nitride semiconductor The base layer may be grown thin. However, apart from the case where a recess is also formed in the region above the groove, unless the groove formed in the processing substrate is buried flat enough to form a laser device, a light emitting element should be formed in the region above the groove. Becomes difficult. Therefore,
The coating thickness of the nitride semiconductor underlayer is about 2 μm or more and 20
It is preferably not more than μm. When the coating film thickness is smaller than 2 μm, it becomes difficult to completely and flatly bury the groove in the nitride semiconductor base layer, although it depends on the groove width and the groove depth formed in the processed substrate. . On the other hand, if the coating film thickness is more than 20 μm, especially when the processing substrate includes the base substrate, the effect of reducing the crystal distortion due to the depression and the effect of suppressing the cracks are more significant than the processing substrate and the nitride semiconductor underlayer (or the nitride semiconductor). The stress distortion due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the semiconductor multilayer structure is too strong, and the effect of the present invention may not be sufficiently exhibited.

【0084】(溝幅について)窒化物半導体基板に形成
する溝は、相対的に溝幅が狭ければ窒化物半導体下地層
で埋没されやすく、広ければ埋没されにくい。このこと
は、マスク基板におけるマスク幅との関係と同様であ
る。本発明者らの検討結果によれば、加工基板に形成さ
れる溝を窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆する
ための溝幅G1は、4μm以上で30μm以下であるこ
とが好ましく、4μm以上で25μm以下であることが
より好ましかった。他方、加工基板に形成される溝を窒
化物半導体下地層で完全には被覆せずに窪みを形成する
ための溝幅G2は、7μm以上で75μm以下であるこ
とが好ましいが、7μm以上で約100μm以下であっ
てもよかった。ただし、加工基板の溝上方に窪みが形成
されるか否かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に強く依
存するので、溝を完全かつ平坦に被覆する際や溝上方領
域に窪みを形成する際には、溝幅G1やG2とともに窒
化物半導体下地層の被覆膜厚を調整する必要がある。
(Regarding Groove Width) A groove formed in the nitride semiconductor substrate is easily buried in the nitride semiconductor base layer if the groove width is relatively small, and is difficult to be buried if it is wide. This is the same as the relationship with the mask width in the mask substrate. According to the study results of the present inventors, a groove width G1 for completely and flatly covering a groove formed on a processed substrate with a nitride semiconductor underlayer is preferably 4 μm or more and 30 μm or less, and preferably 4 μm. Above, it was more preferable that the thickness be 25 μm or less. On the other hand, the groove width G2 for forming the depression without completely covering the groove formed on the processing substrate with the nitride semiconductor base layer is preferably 7 μm or more and 75 μm or less, but is preferably about 7 μm or more and about 75 μm or less. It may be 100 μm or less. However, whether or not a dent is formed above the groove of the processed substrate strongly depends on the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer. Therefore, when the groove is completely and flatly covered or a dent is formed in the region above the groove. In doing so, it is necessary to adjust the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer together with the groove widths G1 and G2.

【0085】溝幅G1の下限値と上限値は、以下の観点
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成されない溝1
の溝幅G1の下限値は、発光素子中の発光部の大きさに
依存する。発光素子中の発光部の形成位置については、
後述の項目「(発光部の形成位置について)」において
図12を参照しつつさらに詳細に説明される。たとえ
ば、窪み付き基板のうちで平坦に被覆された溝上方領域
に窒化物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振
寿命の観点から、窒化物半導体レーザ素子のリッジスト
ライプ部下方の発光部が図11(a)中の領域Iに属す
ることが好ましい。したがって、少なくとも溝幅G1の
下限値は、リッジストライプ幅の2倍よりも広くする必
要がある。リッジストライプ幅はおよそ1μm〜3μm
の幅で形成されるので、溝幅G1は図11(a)中の領
域IIIの幅2μmとストライプ幅(1μm)×2とを
加えた4μm以上でなければならないと見積もられる。
The lower limit and the upper limit of the groove width G1 were estimated from the following viewpoints. Groove 1 in which no depression is formed above the groove
The lower limit value of the groove width G1 depends on the size of the light emitting portion in the light emitting element. Regarding the formation position of the light emitting portion in the light emitting element,
This will be described in more detail with reference to FIG. 12 in the item “(About the formation position of the light emitting unit)” described later. For example, when a nitride semiconductor laser element is formed in a region above a groove which is flatly covered in a recessed substrate, a light emitting portion below a ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser element is formed as shown in FIG. It preferably belongs to region I in (a). Therefore, at least the lower limit value of the groove width G1 needs to be wider than twice the ridge stripe width. Ridge stripe width is approximately 1 μm to 3 μm
It is estimated that the groove width G1 must be at least 4 μm, which is the sum of the width of the region III in FIG. 11A, 2 μm, and the stripe width (1 μm) × 2.

【0086】他方、溝幅G1に上限値が存在するのは、
溝幅G1が25μmを超えれば、窒化物半導体下地層を
被覆膜厚10μm以下の積層でその溝幅G1を有する溝
1を完全に埋没させることが困難になるからである。同
様に、溝幅G1が30μmを超えれば、窒化物半導体下
地層を被覆膜厚20μm以上に積層してもその溝1を完
全に埋没させることが困難になるからである。
On the other hand, the reason that the groove width G1 has an upper limit value is as follows.
If the groove width G1 exceeds 25 μm, it becomes difficult to completely bury the groove 1 having the groove width G1 by laminating the nitride semiconductor underlayer with a coating thickness of 10 μm or less. Similarly, if the groove width G1 exceeds 30 μm, it becomes difficult to completely bury the groove 1 even if the nitride semiconductor underlayer is laminated to a coating film thickness of 20 μm or more.

【0087】溝幅G2の下限値と上限値は、以下の観点
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成される溝2の
溝幅G2の下限値についても、溝幅G1の下限値と同様
に、発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえ
ば、溝幅G2内に窪みが形成される溝2の上方領域に窒
化物半導体レーザ素子を作製する場合、レーザ発振寿命
の観点から、レーザ素子のリッジストライプ部の下方の
発光部は、図11(b)中の領域IIに属することが好
ましい。リッジストライプ幅はおおよそ1μm〜3μm
で、最小の窪み幅は1μmで見積もることができるの
で、溝幅G2の下限値は窪みを含む領域IVの幅=窪み
幅(1μm)+2μm×2(図11(b)参照)とスト
ライプ幅(1μm)×2とを加えた7μm以上が必要で
ある。
The lower and upper limits of the groove width G2 were estimated from the following viewpoints. Similarly to the lower limit of the groove width G1, the lower limit of the groove width G2 of the groove 2 in which the depression is formed above the groove depends on the size of the light emitting portion in the light emitting element. For example, when a nitride semiconductor laser device is manufactured in a region above a groove 2 in which a depression is formed within the groove width G2, the light emitting portion below the ridge stripe portion of the laser device is formed as shown in FIG. It preferably belongs to region II in (b). Ridge stripe width is approximately 1 μm to 3 μm
Since the minimum depression width can be estimated at 1 μm, the lower limit of the groove width G2 is the width of the region IV including the depression = the depression width (1 μm) +2 μm × 2 (see FIG. 11B) and the stripe width ( 1 μm) × 2 and 7 μm or more.

【0088】他方、溝の上方に窪みが形成される溝2の
溝幅G2の上限値は、レーザ発振寿命の観点からは特に
制約はない。しかしながら、あまりにG2を広くしすぎ
ればウエハの単位面積当りの窪み密度が減少し、結晶歪
みの緩和効果やクラックの抑制効果が低減してしまう。
これに伴って、ウエハ当りの発光素子チップ収得率も減
少してしまう。したがって、上記観点から、溝幅G2の
上限値は100μm以下、より好ましくは75μm以下
である。
On the other hand, the upper limit value of the groove width G2 of the groove 2 in which the depression is formed above the groove is not particularly limited from the viewpoint of the laser oscillation life. However, if G2 is too large, the dent density per unit area of the wafer decreases, and the effect of alleviating crystal distortion and the effect of suppressing cracks decrease.
Along with this, the yield of light emitting element chips per wafer also decreases. Therefore, from the above viewpoint, the upper limit of the groove width G2 is 100 μm or less, and more preferably 75 μm or less.

【0089】以上では、溝幅のみを変更した加工基板に
ついて説明されたが、溝幅のみならず溝深さおよび/ま
たは丘幅をも変更して加工基板を形成してもよいことは
言うまでもない。このことは、他の実施形態における加
工基板についても同様である。
In the above description, the processing substrate in which only the groove width is changed has been described. However, it is needless to say that the processing substrate may be formed by changing not only the groove width but also the groove depth and / or the hill width. . This is the same for the processed substrate in other embodiments.

【0090】(溝深さについて)窒化物半導体基板に形
成する溝は、相対的にその深さが浅ければ窒化物半導体
下地層で埋没されやすく、深ければ埋没されにくい。こ
のことは、マスク基板におけるマスク厚さとの関係と同
様である。なお、溝深さの調整による窪みの形成は、溝
幅を調整して窪みを形成する場合に比べて、ウエハ当り
の発光素子チップ収得率が減少しないので好ましい。
(Groove Depth) A groove formed in a nitride semiconductor substrate is easily buried in a nitride semiconductor base layer if the depth is relatively small, and is difficult to be buried if it is deep. This is the same as the relationship with the mask thickness in the mask substrate. The formation of the depression by adjusting the groove depth is preferable since the yield of the light emitting element chips per wafer does not decrease as compared with the case where the depression is formed by adjusting the groove width.

【0091】本発明者らの検討結果によれば、加工基板
に形成される溝を窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に
被覆するための溝深さH1は、1μm以上で9μm以下
であることが好ましく、2μm以上で6μm以下である
ことがより好ましかった。他方、加工基板の形成される
溝を窒化物半導体下地層で完全には被覆せずに窪みを形
成するための溝深さH2は、1μm以上であることが好
ましく、2μm以上であることがより好ましかった。溝
深さH2の上限値に関しては特に制約はなく、図4に示
されているような残し厚hが100μm以上であればよ
い。ただし、加工基板の溝上方に窪みが形成されるか否
かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に依存するので、溝
を完全かつ平坦に被覆する際や溝上方に窪みを形成する
際は、溝深さH1やH2とともに窒化物半導体下地層の
被覆膜厚を調整する必要がある。
According to the study results of the present inventors, the groove depth H1 for completely and flatly covering the groove formed on the processed substrate with the nitride semiconductor base layer is not less than 1 μm and not more than 9 μm. And more preferably 2 μm or more and 6 μm or less. On the other hand, the groove depth H2 for forming a depression without completely covering the groove formed in the processing substrate with the nitride semiconductor base layer is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more. I liked it. There is no particular limitation on the upper limit of the groove depth H2, and the remaining thickness h as shown in FIG. 4 may be 100 μm or more. However, whether or not a dent is formed above the groove of the processing substrate depends on the thickness of the nitride semiconductor underlayer coating. Therefore, when the groove is completely and flatly covered or when a dent is formed above the groove. It is necessary to adjust the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer together with the groove depths H1 and H2.

【0092】溝深さH1の下限値と上限値は、以下の観
点から見積もられた。溝の上方に窪みが形成されない溝
1の溝深さH1の下限値は、1μm以上であることが好
ましく、2μm以上であることがより好ましい。なぜな
らば、溝深さH1が1μmよりも浅ければ、結晶成長形
態における横方向成長よりも基板主面に対して垂直方向
の成長が優先的になり、横方向成長による結晶歪みの低
減効果が十分に発揮されなくなる可能性があるからであ
る。そして、溝深さH1の下限値が2μm以上になれ
ば、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に発揮
され得るからである。
The lower limit and the upper limit of the groove depth H1 were estimated from the following viewpoints. The lower limit of the groove depth H1 of the groove 1 in which no depression is formed above the groove is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more. This is because if the groove depth H1 is smaller than 1 μm, the growth in the vertical direction with respect to the main surface of the substrate has priority over the horizontal growth in the crystal growth mode, and the effect of reducing the crystal distortion due to the horizontal growth is reduced. This is because there is a possibility that it will not be sufficiently exhibited. If the lower limit of the groove depth H1 is 2 μm or more, the effect of reducing crystal distortion due to lateral growth can be sufficiently exhibited.

【0093】他方、溝深さH1の上限値としては、9μ
m以下であることが好ましく、6μm以下であることが
より好ましかった。なぜならば、溝深さH1が6μmを
超えれば窒化物半導体下地層を被覆膜厚10μm以下の
積層でその溝深さH1を有する溝1を完全に埋没させる
ことが困難になり始めるからである。同様に、溝深さH
1が9μmを超えれば窒化物半導体下地層を被覆膜厚2
0μm以上に積層してもその溝1を完全に埋没させるこ
とが困難になり始めるからである。
On the other hand, the upper limit of the groove depth H1 is 9 μm.
m or less, and more preferably 6 μm or less. This is because, if the groove depth H1 exceeds 6 μm, it becomes difficult to completely bury the groove 1 having the groove depth H1 by laminating the nitride semiconductor underlayer with a coating thickness of 10 μm or less. . Similarly, the groove depth H
If 1 exceeds 9 μm, the nitride semiconductor underlayer is coated with a film thickness of 2
This is because it becomes difficult to completely bury the groove 1 even if the groove 1 is laminated to a thickness of 0 μm or more.

【0094】溝深さH2の下限値と上限値は以下の観点
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成される溝2の
溝深さH2の下限値としては、溝深さH1と同じく1μ
m以上であることが好ましく、2μm以上であることが
より好ましい。なぜならば、溝深さH1に関して述べた
ように、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に
得られていなければ、溝2の上方領域に形成した発光素
子の特性(たとえばレーザ発振寿命)が低下する可能性
があるからである。溝深さH2とH1との下限値が同じ
でありながら、窒化物半導体膜によって溝上方領域に窪
みが形成されるかまたはそれが完全に埋没されるかは、
その窒化物半導体下地層の被覆膜厚に依存する。他方、
溝深さH2の上限値に関しては特に制約はなく、溝深さ
H2が深いほど窪みの形成が容易になる。ただし、あま
りに溝2を深くしすぎれば加工基板が割れやすくなるの
で、溝の底部と基板の裏面との間の残し厚hが100μ
m以上になるようにしなければならない(図4参照)。
The lower and upper limits of the groove depth H2 were estimated from the following viewpoints. The lower limit of the groove depth H2 of the groove 2 in which the depression is formed above the groove is 1 μm as in the case of the groove depth H1.
m or more, more preferably 2 μm or more. This is because, as described with respect to the groove depth H1, if the effect of reducing the crystal distortion due to the lateral growth is not sufficiently obtained, the characteristics of the light emitting element formed in the region above the groove 2 (for example, the laser oscillation life) may be reduced. This is because there is a possibility that it will decrease. While the lower limit value of the groove depths H2 and H1 is the same, whether a dent is formed in the region above the groove by the nitride semiconductor film or is completely buried is determined by
It depends on the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer. On the other hand,
There is no particular limitation on the upper limit of the groove depth H2, and the deeper the groove depth H2, the easier it is to form a depression. However, if the groove 2 is too deep, the processed substrate is likely to be cracked. Therefore, the remaining thickness h between the bottom of the groove and the back surface of the substrate is 100 μm.
m (see FIG. 4).

【0095】以上では溝深さのみを変更した加工基板に
ついて説明したが、溝深さのみならず溝幅および/また
は丘幅をも変更して加工基板を形成してもよいことは言
うまでもない。
In the above description, the processed substrate in which only the groove depth is changed has been described. However, it goes without saying that the processed substrate may be formed by changing not only the groove depth but also the groove width and / or the hill width.

【0096】(丘幅について)加工基板に形成される丘
は、相対的に丘幅が狭ければ窒化物半導体下地層で埋没
されやすく、広ければ埋没されにくい。本発明者らの検
討結果によれば、加工基板に形成される丘を窒化物半導
体下地層で完全かつ平坦に被覆するための丘幅L1は、
4μm以上で30μm以下であることが好ましく、4μ
m以上で25μm以下であることがさらに好ましかっ
た。他方、加工基板に形成される丘を窒化物半導体下地
層で完全に被覆せずに窪みを形成するための丘幅L2
は、7μm以上で75μm以下であることが好ましく、
7μm以上で100μm以下であってもよかった。ただ
し、加工基板の丘上方に窪みが形成されるか否かは窒化
物半導体下地層の被覆膜厚に強く依存するので、丘を完
全かつ平坦に被覆する際や丘の上方領域に窪みを形成す
る際に、丘幅L1やL2とともに窒化物半導体下地層の
被覆膜厚をも調整する必要がある。
(Regarding the hill width) The hill formed on the processed substrate is easily buried in the nitride semiconductor base layer if the hill width is relatively narrow, and hard to be buried if it is wide. According to the study results of the present inventors, the hill width L1 for completely and flatly covering the hill formed on the processed substrate with the nitride semiconductor underlayer is:
4 μm or more and 30 μm or less, preferably 4 μm
More preferably, it is not less than m and not more than 25 μm. On the other hand, a hill width L2 for forming a depression without completely covering the hill formed on the processing substrate with the nitride semiconductor underlayer.
Is preferably 7 μm or more and 75 μm or less,
It may be 7 μm or more and 100 μm or less. However, whether or not a dent is formed above the hill of the processed substrate strongly depends on the thickness of the nitride semiconductor base layer. Therefore, when the hill is completely and flatly covered, or when a dent is formed in the region above the hill. When forming, it is necessary to adjust not only the hill widths L1 and L2 but also the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer.

【0097】丘幅L1の下限値と上限値は、以下の観点
から見積もられた。丘の上方に窪みが形成されない丘1
の丘幅L1の下限値は前述の溝幅G1の下限値と同様に
発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえば、窪
み付き基板のうちで丘上方で平坦に被覆された領域に窒
化物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命
の観点から、そのレーザ素子のリッジストライプ部の下
方の発光部が窪みの形成されていない領域I(図11
(b)参照)に属することが好ましい。リッジストライ
プ幅は約1μm〜3μmの幅で形成され、丘上方で窪み
の形成されない場合の領域IIIの幅は2μmと見積も
ることができるので、丘幅L1の下限値はストライプ幅
(1μm)×2と領域IIIの幅2μmを加えた4μm
以上であることが必要である。他方、丘幅L1の上限値
に関しても前述の溝1の幅の上限値と同様に見積もるこ
とができる。
The lower limit and upper limit of the hill width L1 were estimated from the following viewpoints. Hill 1 where no depression is formed above the hill
The lower limit of the hill width L1 depends on the size of the light-emitting portion in the light-emitting element, similarly to the above-described lower limit of the groove width G1. For example, when a nitride semiconductor laser device is formed in a region of a recessed substrate that is flatly covered above a hill, the light-emitting portion below the ridge stripe portion of the laser device has a recess from the viewpoint of laser oscillation life. Region I not formed (FIG. 11)
(B)). The ridge stripe width is about 1 μm to 3 μm, and the width of the region III when no depression is formed above the hill can be estimated to be 2 μm. Therefore, the lower limit of the hill width L1 is stripe width (1 μm) × 2. 4 μm obtained by adding 2 μm width of region III
It is necessary to be above. On the other hand, the upper limit of the hill width L1 can be estimated in the same manner as the above-described upper limit of the width of the groove 1.

【0098】さらに、丘幅L2の下限値と上限値は、以
下のようにして見積もられた。丘の上に窪みが形成され
ない丘2の丘幅L2の下限値は、前述の溝幅G2の下限
値と同様に、発光素子中の発光部の大きさに依存する。
たとえば、窪みを含む丘幅L2の丘2の上方領域に窒化
物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命の
観点から、そのレーザ素子のリッジストライプ部の下方
の発光部が図11(a)中の領域IIに属することが好
ましい。リッジストライプ部は約1〜3μmの幅で形成
され、最小の窪み幅を1μmで見積もることができるの
で、丘幅L2の下限値は窪みを含む領域IVの幅=窪み
幅(1μm)+2μm×2とストライプ幅(1μm)×
2とを加えた7μm以上でなければならない。
Further, the lower limit and the upper limit of the hill width L2 were estimated as follows. The lower limit of the hill width L2 of the hill 2 in which no depression is formed on the hill depends on the size of the light emitting portion in the light emitting element, similarly to the above lower limit of the groove width G2.
For example, when a nitride semiconductor laser device is formed in a region above a hill 2 having a hill width L2 including a depression, the light emitting portion below the ridge stripe portion of the laser device is shown in FIG. It preferably belongs to the region II in the middle. The ridge stripe portion is formed with a width of about 1 to 3 μm, and the minimum depression width can be estimated at 1 μm. Therefore, the lower limit of the hill width L2 is the width of the region IV including the depression = the depression width (1 μm) +2 μm × 2. And stripe width (1 μm) ×
2 plus 7 μm.

【0099】他方、丘の上方に窪みが形成される丘2の
丘幅L2の上限値は、レーザ発振寿命の観点からは特に
制約はない。しかしながら、前述の溝2の溝幅G2の上
限値と同様の理由から、丘幅L2の上限値は100μm
以下、より好ましくは75μm以下である。
On the other hand, the upper limit value of the hill width L2 of the hill 2 where the depression is formed above the hill is not particularly limited from the viewpoint of the laser oscillation life. However, for the same reason as the upper limit of the groove width G2 of the groove 2, the upper limit of the hill width L2 is 100 μm.
Or less, more preferably 75 μm or less.

【0100】(溝の長手方向について)加工基板におけ
る溝の長手方向については、マスク基板におけるストラ
イプ状成長抑制膜の長手方向についての説明内容と基本
的に同様の内容になる。
(Longitudinal direction of groove) The longitudinal direction of the groove in the processing substrate is basically the same as the description of the longitudinal direction of the stripe-shaped growth suppressing film on the mask substrate.

【0101】(加工基板を被覆する窒化物半導体下地層
について)加工基板を被覆する窒化物半導体下地層とし
て、GaN膜、AlGaN膜、またはInGaN膜など
を用いることができる。このような下地層に関する内容
も、マスク基板を用いる場合の説明内容と基本的に同様
の内容になる。
(Regarding Nitride Semiconductor Underlayer Covering Processed Substrate) A GaN film, an AlGaN film, an InGaN film, or the like can be used as the nitride semiconductor underlayer that covers the processed substrate. The contents related to such an underlayer are basically the same as the contents described when a mask substrate is used.

【0102】(発光部の形成位置について)本発明者ら
による詳細な検討の結果、窒化物半導体レーザ素子の発
光部(リッジストライプ部の下方)が窪み付き基板のど
の位置に形成されるかに依存して、レーザ発振寿命が変
化することが見出された。ここで発光部とは、発光素子
に電流が注入されて、発光層のうちで実質的に発光に寄
与する部分である。たとえば、リッジストライプ構造を
有する窒化物半導体レーザ素子の場合、電流が狭窄注入
されるリッジストライプ部の下方の発光層部分である。
(Regarding the formation position of the light emitting portion) As a result of a detailed study by the present inventors, the position of the light emitting portion (below the ridge stripe portion) of the nitride semiconductor laser device to be formed on the recessed substrate is determined. It has been found that the laser oscillation lifetime varies depending on the laser oscillation lifetime. Here, the light emitting portion is a portion of the light emitting layer which substantially contributes to light emission when a current is injected into the light emitting element. For example, in the case of a nitride semiconductor laser device having a ridge stripe structure, it is a light-emitting layer portion below a ridge stripe portion into which current is confined and injected.

【0103】図12において、グラフの横軸は窪み付き
基板の溝中央cからその幅方向にリッジストライプ端a
までの距離を表わし、縦軸はレーザ出力30mWと雰囲
気温度60℃の条件下でのレーザ発振寿命を表わしてい
る。ここで、溝中央cからリッジストライプ端aまでの
距離(以後、c−a距離と呼ぶ)は、溝中央cから幅方
向に右側が正で左側が負で表示されている。なお、図1
2で測定された窒化物半導体レーザ素子においてはGa
N基板による加工基板が用いられ、リッジストライプ幅
は2μmであり、溝幅は18μmであり、丘幅は15μ
mであり、そして丘上方の窪み幅は3μmであった。
In FIG. 12, the horizontal axis of the graph is the ridge stripe end a in the width direction from the center c of the groove of the recessed substrate.
The vertical axis indicates the laser oscillation life under the conditions of a laser output of 30 mW and an ambient temperature of 60 ° C. Here, the distance from the groove center c to the ridge stripe end a (hereinafter referred to as c-a distance) is indicated such that the right side in the width direction from the groove center c is positive and the left side is negative. FIG.
In the nitride semiconductor laser device measured in Step 2, Ga
A processing substrate using an N substrate is used, the ridge stripe width is 2 μm, the groove width is 18 μm, and the hill width is 15 μm.
m and the depression width above the hill was 3 μm.

【0104】図12からわかるように、リッジストライ
プ部が溝の上方に形成された窒化物半導体レーザ素子の
レーザ発振寿命は、リッジストライプ部が丘の上方に形
成されたものよりも長くなる傾向を示した。さらに詳細
に調べたところ、溝上方の領域内であっても、c−a距
離が−3μmよりも大きくて1μmよりも小さい領域に
リッジストライプ部が形成されれば、レーザ発振寿命が
劇的に減少することがわかった。ここで、リッジストラ
イプ部の幅が2μmであることを考慮して、c−a距離
−3μmが溝中央cからリッジストライプ端bまでの距
離(以後、c−b距離と呼ぶ)に換算されれば、c−b
距離は−1μmになる。すなわち、窒化物半導体レーザ
素子のリッジストライプ部の少なくとも一部が溝中央c
から幅方向に左右1μm未満の範囲内に含まれるように
形成されたとき、レーザ発振寿命が劇的に減少してしま
うことがわかった。
As can be seen from FIG. 12, the laser oscillation lifetime of a nitride semiconductor laser device having a ridge stripe formed above a groove tends to be longer than that of a nitride semiconductor laser device having a ridge stripe formed above a hill. Indicated. Further investigation revealed that, even in the region above the groove, if the ridge stripe portion was formed in a region where the ca distance was larger than -3 μm and smaller than 1 μm, the laser oscillation life was dramatically improved. It was found to decrease. Here, taking into account that the width of the ridge stripe portion is 2 μm, the ca distance −3 μm is converted into the distance from the groove center c to the ridge stripe end b (hereinafter referred to as c−b distance). If c-b
The distance will be -1 μm. That is, at least a part of the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser device is
From this, it was found that the laser oscillation life was dramatically reduced when formed so as to be included within a range of less than 1 μm in the width direction.

【0105】このようなレーザ発振寿命が劇的に減少す
る領域(溝中央cから幅方向に左右1μm未満の範囲)
を領域IIIと呼ぶことにする。したがって、窒化物半
導体レーザ素子のリッジストライプ部は、領域IIIを
除く範囲に、その全体(a−b幅)が含まれるように形
成されることが好ましい。ここで、溝幅範囲内におい
て、溝中央cから幅方向に左右1μm以上の範囲を領域
Iと呼ぶことにする。この領域Iは、以下で述べる領域
IIに比べても、レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レ
ーザ素子を形成することが可能な領域であり、窪み付き
基板のうちで最も好ましい領域である。
Region where the laser oscillation life is dramatically reduced (range of less than 1 μm in the width direction from the groove center c to the left and right).
Will be referred to as a region III. Therefore, it is preferable that the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser element be formed so as to include the entire area (ab width) in a range excluding the region III. Here, within the groove width range, a range of 1 μm or more in the width direction from the groove center c in the width direction is referred to as a region I. The region I is a region where a nitride semiconductor laser device having a longer laser oscillation life can be formed than the region II described below, and is the most preferable region among the recessed substrates.

【0106】他方、丘の上方の領域においても溝上方領
域に類似して、c−a距離が11μmよりも大きくて2
0μmよりも小さい領域に窒化物半導体レーザ素子の発
光部を形成すれば、そのレーザ発振寿命が劇的に減少す
ることがわかる。ここで、c−a距離11μmの状態を
窪み端dからリッジストライプ端bまでの距離で表示す
れば2μmであり、同様にc−a距離20μmの状態を
窪み端eからリッジストライプ端aまでの距離で表示す
れば2μmになる。すなわち、窪み端からその両外側へ
2μmまでの範囲内にリッジストライプ部の下方の発光
部の少なくとも一部が含まれると、レーザ発振寿命が劇
的に減少してしまうことがわかる。このレーザ発振寿命
が劇的に減少する領域をIVと呼ぶことにする。したが
って、丘の上方の領域内では、領域IVを除く窪み端d
からその幅方向の左側に2μm以上または窪み端eから
右側へ2μm以上離れた範囲にリッジストライプ部全体
(a−b)が含まれるように作製されることが好まし
い。ここで、丘の上方の領域において、窪み端dから幅
方向に左側へ2μm以上で窪み端eから右側へ2μm以
上の範囲の領域を領域IIと呼びすることにする。この
領域IIでは、上述の領域Iに比べてレーザ発振寿命が
短くなるものの、数千時間の寿命を有する窒化物半導体
レーザ素子を形成することができる。
On the other hand, in the region above the hill, similar to the region above the groove, the ca distance is larger than 11 μm and 2
It can be seen that when the light emitting portion of the nitride semiconductor laser device is formed in a region smaller than 0 μm, the laser oscillation life is dramatically reduced. Here, when the state of the ca distance of 11 μm is represented by the distance from the dent end d to the ridge stripe end b, it is 2 μm. Similarly, the state of the ca distance of 20 μm is from the dent end e to the ridge stripe end a. If expressed as a distance, it will be 2 μm. That is, when at least a part of the light emitting portion below the ridge stripe portion is included within a range of 2 μm from both sides of the dent end to the outside, the laser oscillation life is dramatically reduced. The region where the laser oscillation life is dramatically reduced is referred to as IV. Therefore, in the region above the hill, the concave end d excluding the region IV
It is preferable that the entire ridge stripe portion (ab) is formed to be included in a range of 2 μm or more on the left side in the width direction or 2 μm or more on the right side of the concave end e. Here, in a region above the hill, a region that is 2 μm or more to the left in the width direction from the dent end d and 2 μm or more to the right from the dent end e is referred to as a region II. In this region II, a nitride semiconductor laser device having a lifetime of several thousand hours can be formed although the laser oscillation life is shorter than that of the above-mentioned region I.

【0107】図11では、上述の領域IからIVが窪み
付き基板の模式的な断面図において示されている。すな
わち、窪み付き基板に作製される窒化物半導体レーザ素
子の発光部は、少なくとも領域IIIとIVを避けた位
置に形成されることが好ましく、そのうちでも領域Iが
最も好ましくて、領域IIがこれに次いで好ましかった
(図12参照)。
In FIG. 11, the above-mentioned regions I to IV are shown in a schematic cross-sectional view of the substrate having a depression. That is, the light emitting portion of the nitride semiconductor laser device fabricated on the recessed substrate is preferably formed at a position avoiding at least the regions III and IV, of which the region I is the most preferable, and the region II is the most preferable. Then it was preferred (see FIG. 12).

【0108】図11(a)においては丘の上方の領域内
のみに窪みが形成された場合が示されているが、たとえ
ば後述される実施形態6〜8におけるように丘の上方領
域が窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆される場
合の領域Iの範囲は、図11(b)に示されているよう
に丘の上方領域内であってかつ丘中央から幅方向に右ま
たは左側へ1μm以上離れた領域であった。なぜなら
ば、丘中央から左右に1μmの範囲(丘上方に窪みを形
成しない場合の領域III)内に発光部が含まれるよう
に形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少してしま
うからである。
FIG. 11 (a) shows a case where a depression is formed only in the region above the hill. For example, as in Embodiments 6 to 8 described later, the region above the hill is nitrided. As shown in FIG. 11B, the range of the region I when completely and flatly covered with the semiconductor underlayer is in the region above the hill and from the center of the hill to the right or left in the width direction. The region was 1 μm or more apart. This is because if the light emitting portion is formed so as to be included in a range of 1 μm to the left and right from the center of the hill (region III where no depression is formed above the hill), the laser oscillation life is dramatically reduced. It is.

【0109】同様に、図11(a)では溝の上方に窪み
が形成されていなかったが、たとえば後述される実施形
態4、7、および8におけるように溝上方にも窪みが形
成される場合の領域IIの範囲は、溝上方の領域内であ
ってかつ窪みの両端から幅方向に両外側へ2μm以上離
れた領域であった(図11(b)参照)。なぜならば、
窪みの両端から左右に2μmまでの範囲(溝上方に窪み
を有する場合の領域IV)内に発光部が含まれるように
形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまう
からである。
Similarly, in FIG. 11A, no dent is formed above the groove. For example, when a dent is formed above the groove as in Embodiments 4, 7, and 8 described later. The region II was within the region above the groove and was separated from both ends of the recess by 2 μm or more in the width direction to both outsides (see FIG. 11B). because,
This is because the laser oscillation life is dramatically reduced if the light emitting portion is formed so as to be included within a range of 2 μm left and right from both ends of the recess (region IV when the recess is provided above the groove). .

【0110】なお、溝幅、丘幅、およびリッジストライ
プ幅を種々に変化させても、図12と同様の傾向を示し
た。また、加工基板をGaN基板から基礎基板を含むも
のに変えても、レーザ発振寿命はGaN基板の場合に比
べて短くなるものの、図6と同様の傾向を示した。した
がって、これらの場合においても、窪み付き基板上に形
成すべき発光素子の発光部形成領域は図7に示す関係に
あるものと考えられる。同様に、発光ダイオード(LE
D)素子についても、電流注入される発光部の下方に図
11に示された領域IまたはIIのいずれかが存在して
いれば、本発明による効果を得ることが可能である。
The same tendency as in FIG. 12 was shown even when the groove width, the hill width, and the ridge stripe width were variously changed. Further, even when the processing substrate was changed from a GaN substrate to a substrate including a basic substrate, the same tendency as in FIG. 6 was shown, although the laser oscillation life was shorter than that of the GaN substrate. Therefore, also in these cases, it is considered that the light emitting portion forming region of the light emitting element to be formed on the recessed substrate has the relationship shown in FIG. Similarly, a light emitting diode (LE
D) With respect to the element, the effect of the present invention can be obtained as long as one of the regions I and II shown in FIG. 11 exists below the light emitting portion into which the current is injected.

【0111】また、図12における窒化物半導体レーザ
素子はリッジストライプ構造を有するものであったが、
電流阻止構造を有する窒化物半導体レーザ素子であって
も図12と同様の傾向を得ることも可能である(電流阻
止構造の場合では、図12におけるリッジストライプ部
は電流狭窄される部分に該当し、リッジストライプ幅は
電流狭窄される幅に相当する)。すなわち、窒化物半導
体レーザ素子において、発光層に電流が狭窄注入され、
レーザ発振に寄与する発光部分の下方に図11に示され
た領域IまたはIIのいずれかが存在していればよい。
Although the nitride semiconductor laser device in FIG. 12 has a ridge stripe structure,
The same tendency as in FIG. 12 can be obtained even in a nitride semiconductor laser device having a current blocking structure. (In the case of a current blocking structure, the ridge stripe portion in FIG. 12 corresponds to a portion where current is confined. The width of the ridge stripe corresponds to the width at which the current is confined). That is, in the nitride semiconductor laser device, current is confinedly injected into the light emitting layer,
It suffices that one of the regions I and II shown in FIG. 11 exists below the light emitting portion contributing to laser oscillation.

【0112】しかしながら、電流阻止構造を有する窒化
物半導体レーザ素子の場合、上述されたリッジストライ
プ構造を有する素子と比較して、レーザ発振寿命は約2
0〜30%程度低かった。また、電流阻止構造を有する
窒化物半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有
する素子と比較して、クラックの発生による歩留まりの
低下が大きかった。これらの原因については、マスク基
板を用いた場合と同様な理由が考えられる。
However, in the case of the nitride semiconductor laser device having the current blocking structure, the laser oscillation life is about 2 times as compared with the device having the ridge stripe structure described above.
It was about 0-30% lower. Further, the nitride semiconductor laser device having the current blocking structure has a large decrease in the yield due to the occurrence of cracks as compared with the device having the ridge stripe structure. Regarding these causes, the same reason as in the case of using the mask substrate can be considered.

【0113】[実施形態2]実施形態2としては、マス
ク基板を利用した窪み付き基板の作製方法が図3と図9
を参照して説明される。なお、本実施形態において特に
言及されていない事項に関しては、前述の実施形態1の
場合と同様である。図3は窪み付き基板の各部位の名称
を示し、図9(a)は窪みの横断面形状が矩形形状の場
合の窪み付き基板を表わし、そして図9(b)は窪みの
横断面形状が逆台形形状(さらに結晶成長が進めばV字
形形状になる)の場合の窪み付き基板を表わしている。
[Embodiment 2] In Embodiment 2, a method of manufacturing a substrate with a depression using a mask substrate is shown in FIGS.
Will be described with reference to FIG. Note that items not specifically mentioned in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. 3A and 3B show names of respective portions of the substrate with depressions, FIG. 9A shows a substrate with depressions when the cross-sectional shape of the depressions is rectangular, and FIG. The figure shows a substrate with a depression in the case of an inverted trapezoidal shape (a V-shaped shape as crystal growth proceeds further).

【0114】図9におけるマスク基板は以下のようにし
て作製され得る。まず、主面方位が(0001)面であ
るn型GaN基板の表面に、通常のリソグラフィ技術を
用いてSiO2からなる成長抑制膜がストライプ状マス
クパターンに形成された。こうして形成されたストライ
プ状成長抑制膜は、n型GaN基板の<1−100>方
向に沿って周期的に配列され、マスク幅18μm、マス
ク厚さ0.2μm、およびスペース幅7μmを有してい
た。
The mask substrate in FIG. 9 can be manufactured as follows. First, on a surface of an n-type GaN substrate having a (0001) principal plane orientation, a growth suppression film made of SiO 2 was formed in a stripe-shaped mask pattern by using a normal lithography technique. The stripe-shaped growth suppressing films thus formed are periodically arranged along the <1-100> direction of the n-type GaN substrate, and have a mask width of 18 μm, a mask thickness of 0.2 μm, and a space width of 7 μm. Was.

【0115】作製されたマスク基板は、十分に有機洗浄
されてからMOCVD(有機金属気相成長)装置内に搬
入され、被覆膜厚6μmのn型GaN膜からなる窒化物
半導体下地層が積層された。このn型GaN下地層の形
成においては、MOCVD装置内にセットされたマスク
基板上にV族元素用原料のNH3(アンモニア)とII
I族元素用原料のTMGa(トリメチルガリウム)また
はTEGa(トリエチルガリウム)が供給され、105
0℃の結晶成長温度において、それらの原料にSiH4
(Si不純物濃度1×1018/cm3)が添加された。
After the produced mask substrate is sufficiently organically cleaned, it is carried into an MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) apparatus, and a nitride semiconductor base layer made of an n-type GaN film having a coating thickness of 6 μm is laminated. Was done. In the formation of this n-type GaN underlayer, NH 3 (ammonia), which is a raw material for a group V element, and II are used on a mask substrate set in a MOCVD apparatus.
TMGa (trimethylgallium) or TEGa (triethylgallium) as a raw material for a group I element is supplied, and 105
At a crystal growth temperature of 0 ° C., SiH 4
(Si impurity concentration 1 × 10 18 / cm 3) was added.

【0116】図9(a)は、上述の方法で作製された窪
み付き基板の模式的断面図を表わしている。この図から
わかるように、上述の成長条件では成長抑制膜の上方領
域に窪みが形成された。また、その窪みは、成長抑制膜
のマスク中央位置と窪み幅の中央位置とがほぼ一致する
ように形成された。さらに、GaN結晶の<1−100
>方向に沿って成長抑制膜が形成された場合における窪
みの横断面形状は、ほぼ矩形形状に近かった。
FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of a substrate with a depression manufactured by the above-described method. As can be seen from this figure, a depression was formed in the region above the growth suppression film under the above-described growth conditions. The depression was formed such that the center position of the mask of the growth suppressing film and the center position of the depression width almost coincided with each other. Furthermore, <1-100 of GaN crystal
The cross-sectional shape of the depression when the growth suppressing film was formed along the direction> was almost rectangular.

【0117】このようにして作製された窪み付き基板上
に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。
このことは、他の実施形態においても同様である。
The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on the recessed substrate thus manufactured.
This is the same in other embodiments.

【0118】なお、本実施形態においては窒化物半導体
膜の下地層の表面に窪みが存在しているが、さらに、成
長抑制膜とその窪みとの間に空隙を生じるようにその下
地層を成長させれば、その空隙部分でも結晶格子歪を緩
和させる効果が得られるのでより好ましい。
In the present embodiment, a depression is present on the surface of the underlying layer of the nitride semiconductor film. However, the underlying layer is grown so that a void is formed between the growth suppressing film and the depression. This is more preferable because the effect of alleviating the crystal lattice strain can be obtained even in the voids.

【0119】また、マスク基板上に成長させられるn型
GaN層(窒化物半導体下地層)は、これに限られず、
AlxGayInzN(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z
≦1;x+y+z=1)層であってもよく、Si、O、
Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、Mg、またはBeな
どがドーピングされてもよい。
The n-type GaN layer (nitride semiconductor underlayer) grown on the mask substrate is not limited to this.
Al x Ga y In z N ( 0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z
≦ 1; x + y + z = 1) layer, Si, O,
Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg, or Be may be doped.

【0120】本実施形態では、GaN結晶の<1−10
0>方向に沿ってストライプ状成長抑制膜が形成された
が、<11−20>方向に沿って形成されてもよい。G
aN結晶の<11−20>方向に沿ってストライプ状マ
スクを形成した場合、図9(b)で示されているよう
に、窪みの横断面形状は逆台形状に近かった。ただし、
窪みの底部が埋まってくれば、その断面形状はV字形に
近くなる。
In this embodiment, the GaN crystal <1-10
Although the stripe-shaped growth suppressing film is formed along the <0> direction, it may be formed along the <11-20> direction. G
When a stripe-shaped mask was formed along the <11-20> direction of the aN crystal, as shown in FIG. 9B, the cross-sectional shape of the depression was close to an inverted trapezoidal shape. However,
When the bottom of the depression is buried, its cross-sectional shape becomes closer to a V-shape.

【0121】本実施形態では、主面として(0001)
面を有するGaN基板が利用されたが、その他の面方位
やその他の窒化物半導体基板が利用されてもよい。ま
た、本実施形態で述べられたマスク基板に形成されるマ
スク幅、スペース幅、およびマスク厚さの数値、ならび
に窒化物半導体下地層の被覆膜厚の数値としては、前述
の実施形態1で述べた数値範囲条件を満足していれば、
他の数値が採用されてもよい。このことは、他の実施形
態においても同様である。
In this embodiment, the main surface is (0001)
Although a GaN substrate having a plane is used, other plane orientations and other nitride semiconductor substrates may be used. The numerical values of the mask width, the space width, and the mask thickness formed on the mask substrate described in the present embodiment, and the numerical values of the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer are the same as those of the first embodiment. If the stated numerical range condition is satisfied,
Other numerical values may be adopted. This is the same in other embodiments.

【0122】[実施形態3]実施形態3としては、加工
基板を利用した窪み付き基板の作製方法が図5と図13
を参照して説明される。なお、本実施形態において特に
言及されていない事項に関しては、前述の実施形態1の
場合と同様である。図5は窪み付き基板の各部位の名称
を示し、図13(a)は窪みの横断面形状が矩形形状の
場合の窪み付き基板を表わし、そして図13(b)は窪
みの横断面形状が逆台形形状(さらに結晶成長が進めば
V字形形状になる)の場合の窪み付き基板を表わしてい
る。
[Embodiment 3] In Embodiment 3, a method of manufacturing a substrate with a depression using a processed substrate is shown in FIGS.
Will be described with reference to FIG. Note that items not specifically mentioned in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. FIG. 5 shows the name of each part of the recessed substrate, FIG. 13 (a) shows the recessed substrate when the transverse cross-sectional shape of the recess is rectangular, and FIG. 13 (b) shows the recessed cross-sectional shape of the recess. The figure shows a substrate with a depression in the case of an inverted trapezoidal shape (a V-shaped shape as crystal growth proceeds further).

【0123】図13における加工基板は以下のようにし
て作製され得る。まず、主面方位が(0001)面であ
るn型GaN基板の表面に、SiO2またはSiNxなど
の誘電体膜を蒸着した。そして、通常のリソグラフィ技
術を用いてその誘電体膜にレジスト材を塗布し、そのレ
ジスト材がストライプ状のマスクパターンに形成され
た。このマスクパターンに沿って、ドライエッチング法
を用いて誘電体膜とGaN基板の表面の一部をエッチン
グして溝が形成された。その後、レジスト材と誘電体膜
を除去した。こうして形成された溝と丘は、n型GaN
基板の<1−100>方向に沿っており、溝幅18μ
m、溝深さ3μm、および丘幅7μmを有していた。
The processed substrate in FIG. 13 can be manufactured as follows. First, a dielectric film such as SiO 2 or SiN x was deposited on the surface of an n-type GaN substrate having a (0001) principal plane orientation. Then, a resist material was applied to the dielectric film using a normal lithography technique, and the resist material was formed into a stripe-shaped mask pattern. Along the mask pattern, a groove was formed by etching a part of the surface of the dielectric film and the GaN substrate using a dry etching method. After that, the resist material and the dielectric film were removed. The grooves and hills formed in this way are n-type GaN
Along the <1-100> direction of the substrate, the groove width is 18 μm.
m, groove depth 3 μm, and hill width 7 μm.

【0124】作製された加工基板は、実施形態2の場合
と同様に、十分に有機洗浄されてからMOCVD(有機
金属気相成長)装置内に搬入され、被覆膜厚6μmのn
型GaN膜からなる窒化物半導体下地層が積層された。
このn型GaN下地層の形成においては、MOCVD装
置内にセットされた加工基板上にV族元素用原料のNH
3とIII族元素用原料のTMGaまたはTEGaが供
給され、1050℃の結晶成長温度において、それらの
原料にSiH4(Si不純物濃度1×1018/cm3)が
添加された。
The processed substrate thus produced is sufficiently organically cleaned and then carried into an MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) apparatus in the same manner as in the second embodiment.
A nitride semiconductor underlayer composed of a p-type GaN film was laminated.
In forming the n-type GaN underlayer, NH as a raw material for group V elements is placed on a processing substrate set in a MOCVD apparatus.
TMGa or TEGa as a material for Group 3 and III elements was supplied, and SiH 4 (Si impurity concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) was added to the material at a crystal growth temperature of 1050 ° C.

【0125】図13(a)は、上述の方法で作製された
窪み付き基板の模式的断面図を表わしている。この図か
らわかるように、上述の成長条件では丘の上方領域のみ
に窪みが形成され、溝はn型GaN下地層によって平坦
に埋没された。また、その窪みは、丘幅の中央位置と窪
み幅の中央位置とがほぼ一致するように形成された。さ
らに、GaN結晶の<1−100>方向に沿って溝が形
成された場合における窪みの横断面形状は、ほぼ矩形形
状に近かった。
FIG. 13A is a schematic cross-sectional view of a substrate having a depression manufactured by the above-described method. As can be seen from the figure, a depression was formed only in the region above the hill under the above growth conditions, and the groove was buried flat by the n-type GaN underlayer. The depression was formed such that the center position of the hill width and the center position of the depression width almost coincided with each other. Furthermore, the cross-sectional shape of the depression when the groove was formed along the <1-100> direction of the GaN crystal was almost close to a rectangular shape.

【0126】上述の本実施形態における溝形成方法以外
に、窒化物半導体基板の表面に直接に通常のレジスト材
料を塗布して加工基板が作製されてもよい。しかしなが
ら、上述のように、誘電体膜を介して溝を形成した方
が、溝の形状が急峻で好ましかった。
In addition to the groove forming method in the present embodiment, a processed substrate may be manufactured by directly applying a normal resist material on the surface of the nitride semiconductor substrate. However, as described above, it was preferable to form the groove via the dielectric film because the shape of the groove was steep.

【0127】なお、本実施形態においては、低温GaN
バッファ層上に成長させられるn型GaN層(窒化物半
導体下地層)は、これに限られず、AlxGayInz
(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y+z=
1)層であってもよく、Si、O、Cl、S、C、G
e、Zn、Cd、Mg、またはBeなどがドーピングさ
れてもよい。
In this embodiment, the low-temperature GaN
N-type GaN layer is grown on the buffer layer (nitride semiconductor underlayer) is not limited to this, Al x Ga y In z N
(0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y + z =
1) It may be a layer, Si, O, Cl, S, C, G
e, Zn, Cd, Mg, or Be may be doped.

【0128】本実施形態では、ドライエッチング法によ
る溝形成方法が例示されたが、その他の溝形成方法が用
いられてもよいことは言うまでもない。たとえば、ウェ
ットエッチング法、スクライビング法、ワイヤソー加
工、放電加工、スパッタリング加工、レーザ加工、サン
ドブラスト加工、またはフォーカスイオンビーム加工な
どが用いられ得る。
In this embodiment, the groove forming method by the dry etching method has been exemplified, but it goes without saying that other groove forming methods may be used. For example, a wet etching method, a scribing method, a wire saw process, an electric discharge process, a sputtering process, a laser process, a sand blast process, a focus ion beam process, or the like can be used.

【0129】本実施形態では、GaN結晶の<1−10
0>方向に沿って溝が形成されたが、<11−20>方
向に沿って溝が形成されてもよい。GaN結晶の<11
−20>方向に沿って溝を形成した場合、図13(b)
で示されているように、窪みの横断面形状は逆台形状に
近かった。ただし、窪みの底部が埋まってくれば、その
断面形状はV字形に近くなる。
In this embodiment, the GaN crystal <1-10
Although the groove is formed along the <0> direction, the groove may be formed along the <11-20> direction. <11 of GaN crystal
FIG. 13B shows a case where a groove is formed along the −20> direction.
As shown by, the cross-sectional shape of the depression was close to an inverted trapezoidal shape. However, if the bottom of the dent is buried, the cross-sectional shape becomes close to a V-shape.

【0130】本実施形態では、主面として(0001)
面を有するGaN基板が利用されたが、その他の面方位
やその他の窒化物半導体が利用されてもよい。また、本
実施形態で述べられた加工基板に形成される溝幅、丘
幅、および溝深さの数値、ならびに窒化物半導体下地層
の被覆膜厚の数値としては、前述の実施形態1で述べた
数値範囲条件を満足していれば、他の数値が採用されて
もよい。このことは、他の実施形態においても同様であ
る。
In this embodiment, the main surface is (0001)
Although a GaN substrate having a plane is used, other plane orientations and other nitride semiconductors may be used. The numerical values of the groove width, the hill width, and the groove depth formed on the processing substrate described in the present embodiment and the numerical value of the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer are the same as those in the first embodiment. Other numerical values may be adopted as long as the numerical range conditions described above are satisfied. This is the same in other embodiments.

【0131】[実施形態4]実施形態4においては、丘
上方のみならず溝上方にも窪みを有する窪み付き基板の
作製方法が、図14を参照して説明される。なお、本実
施形態において特に言及されていない事項に関しては、
前述の実施形態1および3と同様である。
[Embodiment 4] In Embodiment 4, a method of manufacturing a substrate having a depression not only above a hill but also above a groove will be described with reference to FIG. Note that, for items not specifically mentioned in the present embodiment,
This is similar to the first and third embodiments.

【0132】すなわち、図14における加工基板と窒化
物半導体下地層(本実施形態ではGaN下地層)は、実
施形態3と同様にして作製される。ただし、GaN下地
層の被覆膜厚は比較的薄くされ、3μmであった。
That is, the processed substrate and the nitride semiconductor underlayer (GaN underlayer in this embodiment) in FIG. 14 are manufactured in the same manner as in the third embodiment. However, the coating thickness of the GaN underlayer was relatively thin, and was 3 μm.

【0133】この窪み付き基板は丘上方のみならず溝上
方にも窪みを有しているので、横方向成長によって生じ
た結晶のぶつかり合いによる結晶歪みの集中部分がな
く、結晶歪みがほとんど緩和されたGaN下地層で被覆
され得る。
Since the recessed substrate has a depression not only above the hill but also above the groove, there is no concentrated portion of the crystal distortion due to the collision of the crystals generated by the lateral growth, and the crystal distortion is almost alleviated. GaN underlayer.

【0134】なお、本実施形態4における窪み付き基板
は、主に、加工基板を被覆するGaN下地層の被覆膜厚
を薄く調整することによって容易に得ることができる。
The substrate with depressions in Embodiment 4 can be easily obtained mainly by adjusting the thickness of the GaN underlayer covering the processed substrate to a small value.

【0135】[実施形態5]実施形態5においては、加
工基板に形成された丘幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされたこと以外は、前述の実施形態1および3
と同様である。
[Embodiment 5] In Embodiment 5, except that the hill width formed on the processed substrate is not a fixed value but various different values, the above-described Embodiments 1 and 3 are described.
Is the same as

【0136】図15の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を表わしており、溝幅G1は12μ
m、溝深さH1は3μm、そして丘幅のみがL1=8μ
mとL2=14μmの2通りの数値を有していた。この
ような加工基板上に被覆膜厚5μmのInGaN膜から
なる窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態5の
窪み付き基板が作製された。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a substrate having a depression in this embodiment, and the groove width G1 is 12 μm.
m, groove depth H1 is 3 μm, and only hill width is L1 = 8 μm
m and L2 = 14 μm. A nitride semiconductor base layer made of an InGaN film having a coating thickness of 5 μm was laminated on such a processed substrate to produce a recessed substrate of the fifth embodiment.

【0137】図15からわかるように、加工基板に形成
される丘幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い丘2の上方に形成される窪み2は、狭い丘1の上方
に形成される窪み1に比べて大きくなりやすい。そし
て、相対的に大きな窪みは、小さな窪みに比べて結晶歪
みの緩和効果やクラックの抑制効果が大きい。本実施形
態のように、大きさが異なる窪みを含む窪み付き基板
は、以下に点において好ましい。
As can be seen from FIG. 15, by changing the width of the hill formed on the processing substrate in various ways, the depression 2 formed above the relatively wide hill 2 is formed above the narrow hill 1. It tends to be larger than the recess 1 that is formed. A relatively large dent has a greater effect of alleviating crystal distortion and suppressing cracks than a small dent. A recessed substrate including recesses having different sizes as in the present embodiment is preferable in the following points.

【0138】すなわち、窪み付き基板のうちで相対的に
小さな窪みは、大きな窪みに比べて結晶歪みの緩和効果
やクラックの抑制効果は小さいものの、レーザ発振寿命
の長い発光素子を形成することが可能な領域(図11に
おける領域IとII)を広くすることができる(発光素
子チップの収得率が高くなる)ので好ましい。他方、窪
み付き基板のうちで相対的に大きな窪みは、レーザ発振
寿命の長い発光素子を形成することが可能な領域が狭く
なるものの、小さな窪みで抑制できなかった残留結晶歪
みやクラックの発生を防止することができる(このこと
によって発光素子チップの歩留まりが高くなる)ので好
ましい。すなわち、本実施形態の窪み付き基板は、生産
性と歩留まりの観点から好ましいことがわかる。
In other words, a relatively small dent among the pitted substrates can form a light-emitting element having a long laser oscillation life, although the effect of alleviating crystal distortion and the effect of suppressing cracks are smaller than the large dent. This is preferable because it is possible to widen the appropriate regions (regions I and II in FIG. 11) (the yield of the light-emitting element chip is increased). On the other hand, a relatively large dent in a substrate with a dent reduces the generation of residual crystal distortion and cracks, which cannot be suppressed by a small dent, although the area where a light emitting element with a long laser oscillation life can be formed becomes narrow. This is preferable because the yield of the light emitting element chips can be increased. That is, it can be seen that the substrate with depressions of the present embodiment is preferable from the viewpoint of productivity and yield.

【0139】なお、本実施形態では2種類の異なる丘幅
を有する加工基板が例示されたが、2種以上の異なる丘
幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまで
もない。
In the present embodiment, two types of processed substrates having different hill widths are illustrated, but it is needless to say that two or more types of processed substrates having different hill widths may be used.

【0140】[実施形態6]実施形態6においては、加
工基板に形成された丘幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされることによって、上述の実施形態5に示さ
れた窪み1(図16参照)が完全かつ平坦に窒化物半導
体膜で被覆されたこと以外は、その実施形態5と同様で
ある。また、本実施形態において特に言及されていない
事項に関しては、前述の実施形態1および3の場合と同
様である。
[Sixth Embodiment] In the sixth embodiment, the hill width formed in the processing substrate is not a fixed value but is set to various different values. Embodiment 5 is the same as Embodiment 5 except that (see FIG. 16) is completely and flatly covered with the nitride semiconductor film. In addition, matters that are not particularly mentioned in the present embodiment are the same as those in the above-described first and third embodiments.

【0141】図16の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を示しており、溝幅G1は16μm、
溝深さH1は2μm、そして丘幅のみがL1=4μmと
L2=24μmの2通りの数値を有していた。このよう
な加工基板上に被覆膜厚4μmのAlGaN膜が積層さ
れ、本実施形態6の窪み付き基板が作製された。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a substrate with a depression in this embodiment. The groove width G1 is 16 μm.
The groove depth H1 was 2 μm, and only the hill width had two values, L1 = 4 μm and L2 = 24 μm. An AlGaN film having a coating thickness of 4 μm was laminated on such a processed substrate, and a substrate with depressions according to the sixth embodiment was manufactured.

【0142】図16からわかるように、加工基板に形成
される丘幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い丘2の上方には窪み2が形成され、相対的に幅の狭
い丘1の上方は完全かつ平坦にAlGaN膜からなる窒
化物半導体下地層で埋没される。このような本実施形態
における窪み付き基板は、以下の点において好ましい。
As can be seen from FIG. 16, by changing the width of the hill formed on the processing substrate in various ways, the depression 2 is formed above the relatively wide hill 2 and the relatively narrow hill 2 is formed. The upper part of 1 is completely and flatly buried with a nitride semiconductor base layer made of an AlGaN film. Such a recessed substrate in the present embodiment is preferable in the following points.

【0143】すなわち、窪み付き基板のうちで丘1の上
方には窪みが形成されないので、結晶歪みの緩和効果や
クラックの抑制効果は小さいものの、レーザ発振寿命の
長い発光素子を形成することが可能な領域が実施形態4
に比べて広くなり得る(発光素子チップの収得率が高く
なる)。他方、窪み付き基板のうちで丘2の上方に形成
された窪み2は結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効
果を有している(発光素子チップの歩留まりが高くな
る)。したがって、加工基板に形成される丘のうちで一
部の丘の上方には窪みが形成されなくて他の丘の上方に
は窪みが形成された窪み付き基板は、生産性の観点から
実施形態5に比べて好ましい。
That is, since no depression is formed above the hill 1 in the substrate with depressions, it is possible to form a light emitting element having a long laser oscillation life, although the effect of alleviating crystal distortion and the effect of suppressing cracks are small. Area is Embodiment 4
(The yield rate of the light-emitting element chip is increased). On the other hand, among the substrates with depressions, the depressions 2 formed above the hills 2 have an effect of alleviating crystal distortion and an effect of suppressing cracks (increase in the yield of light emitting element chips). Therefore, among the hills formed on the processed substrate, a dent-formed substrate in which a dent is not formed above some hills and a dent is formed above other hills is an embodiment from the viewpoint of productivity. 5 is preferable.

【0144】なお、本実施形態においても2種類の異な
る丘幅を有する加工基板が例示されたが、2種以上の異
なる丘幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言
うまでもない。
In this embodiment, two types of processed substrates having different hill widths are exemplified, but it is needless to say that processed substrates having two or more types of different hill widths may be used.

【0145】[実施形態7]実施形態7においては、加
工基板に形成された溝深さが一定の値ではなくて種々の
異なる値にされたこと以外は、前述の実施形態1および
3と同様である。
Embodiment 7 Embodiment 7 is the same as Embodiments 1 and 3 except that the depth of the groove formed in the processed substrate is not a fixed value but various different values. It is.

【0146】図17の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を示しており、溝幅G1は18μm、
丘幅L1は5μm、そして溝深さのみがH1=2.5μ
mとH2=10μmの2通りの数値を有していた。この
ような加工基板上に被覆膜厚6μmのGaN膜からなる
窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態6の窪み
付き基板が作製された。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a substrate with a depression according to this embodiment. The groove width G1 is 18 μm.
The hill width L1 is 5 μm, and only the groove depth is H1 = 2.5 μm.
m and H2 = 10 μm. A nitride semiconductor base layer made of a GaN film having a coating thickness of 6 μm was laminated on such a processed substrate to produce a recessed substrate of the sixth embodiment.

【0147】図17からわかるように、加工基板に形成
される溝深さを種々に変えることによって、相対的に深
い溝2の上方のみに窪み2が形成される。本実施形態に
おける窪み付き基板は、以下の点において好ましい。
As can be seen from FIG. 17, the recess 2 is formed only above the relatively deep groove 2 by variously changing the depth of the groove formed in the processing substrate. The recessed substrate in the present embodiment is preferable in the following points.

【0148】すなわち、窪み付き基板のうちで溝2以外
の上方には窪みが形成されないので、結晶歪みの緩和効
果やクラックの抑制効果は少ないものの、レーザ発振寿
命の長い発光素子を形成することが可能な領域を広くす
ることができる(発光素子チップの収得率が高くな
る)。他方、窪み付き基板のうちで溝2の上方に形成さ
れた窪み2は、結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効
果を有する。したがって、加工基板に形成された溝のう
ちで一部の溝の上方には窪みが形成されかつ他の溝の上
には窪みが形成されない窪み付き基板は、発光素子チッ
プの生産性の観点から好ましい。
That is, since no recess is formed above the recessed substrate except for the groove 2, a light emitting element having a long laser oscillation life can be formed although the effect of alleviating crystal distortion and the effect of suppressing cracks are small. The possible area can be widened (the yield of the light emitting element chip is increased). On the other hand, the depression 2 formed above the groove 2 in the substrate with depression has an effect of alleviating crystal distortion and an effect of suppressing cracks. Therefore, a recessed substrate in which a depression is formed above some of the grooves formed on the processing substrate and no depression is formed on the other grooves, from the viewpoint of the productivity of light emitting element chips. preferable.

【0149】なお、本実施形態では2種類の異なる溝深
さを有する加工基板が例示されたが、2種以上の異なる
溝深さを有する加工基板が用いられてもよいことは言う
までもない。また、本実施形態が前述の実施形態4〜6
の少なくともいずれかと組合わされてもよいことも言う
までもない。
In this embodiment, two types of processed substrates having different groove depths are exemplified, but it is needless to say that two or more types of processed substrates having different groove depths may be used. In addition, the present embodiment corresponds to the above-described fourth to sixth embodiments.
Needless to say, it may be combined with at least one of the above.

【0150】[実施形態8]実施形態8においては、加
工基板に形成された溝幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされたこと以外は、前述の実施形態1および3
の場合と同様である。
[Eighth Embodiment] In the eighth embodiment, except that the width of the groove formed in the processing substrate is not a fixed value but various different values, the first and third embodiments are described above.
Is the same as

【0151】図18の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を表わしており、丘幅L1は5μm、
溝深さH1は4μm、そして溝幅のみがG1=12μm
とG2=24μmの2通りの値を有していた。このよう
な加工基板上に被覆膜厚6μmのGaN膜からなる窒化
物半導体下地層が積層されて、本実施形態8の窪み付き
基板が作製された。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a substrate with a depression in this embodiment, in which the hill width L1 is 5 μm,
The groove depth H1 is 4 μm, and only the groove width is G1 = 12 μm
And G2 = 24 μm. A nitride semiconductor base layer made of a GaN film having a coating thickness of 6 μm was laminated on such a processed substrate to produce a recessed substrate of the eighth embodiment.

【0152】図18からわかるように、加工基板に形成
される溝幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い溝2の上方のみに窪み2が形成される。本実施形態
における窪み付き基板は、上述の実施形態7と同様の効
果を有する。
As can be seen from FIG. 18, the recess 2 is formed only above the relatively wide groove 2 by changing the width of the groove formed on the processing substrate in various ways. The substrate with a depression according to the present embodiment has the same effects as those of the above-described seventh embodiment.

【0153】なお、本実施形態では2種類の異なる溝幅
を有する加工基板が例示されたが、2種以上の異なる溝
幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまで
もない。また、本実施形態は、前述の実施形態4〜7の
少なくともいずれかと組合せてよいことも言うまでもな
い。
In this embodiment, the processed substrates having two types of different groove widths are exemplified, but it is needless to say that processed substrates having two or more types of different groove widths may be used. In addition, it is needless to say that this embodiment may be combined with at least one of the above-described fourth to seventh embodiments.

【0154】[実施形態9]実施形態9においては、実
施形態1または2における窪み付き基板上に窒化物半導
体レーザ素子が作製された。
[Ninth Embodiment] In the ninth embodiment, a nitride semiconductor laser device was manufactured on the substrate having a depression in the first or second embodiment.

【0155】(結晶成長)図19は窪み付き基板上に成
長された窒化物半導体レーザのウエハがチップ分割され
た後の窒化物半導体レーザ素子を表わしている。図19
に示された窒化物半導体レーザ素子は、n型GaN基板
100、SiO2成長抑制膜101、n型Al0.05Ga
0.95N下地層102、窪み付き基板200、n型In
0.07Ga0.93Nクラック防止層103、n型Al0.1
0.9Nクラッド層104、n型GaN光ガイド層10
5、発光層106、p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロ
ック層107、p型GaN光ガイド層108、p型Al
0.1Ga0.9Nクラッド層109、p型GaNコンタクト
層110、n電極111、p電極112およびSiO2
誘電体膜113を含んでいる。
(Crystal Growth) FIG. 19 shows a nitride semiconductor laser device after a wafer of a nitride semiconductor laser grown on a recessed substrate is divided into chips. FIG.
Is an n-type GaN substrate 100, a SiO 2 growth suppressing film 101, an n-type Al 0.05 Ga
0.95 N underlayer 102, substrate 200 with depression, n-type In
0.07 Ga 0.93 N crack prevention layer 103, n-type Al 0.1 G
a 0.9 N clad layer 104, n-type GaN optical guide layer 10
5, light-emitting layer 106, p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 107, p-type GaN light guide layer 108, p-type Al
0.1 Ga 0.9 N cladding layer 109, p-type GaN contact layer 110, n-electrode 111, p-electrode 112 and SiO 2
The dielectric film 113 is included.

【0156】このような窒化物半導体レーザ素子の作製
において、まず、実施形態1または2による窪み付き基
板200が形成された。ただし、本実施形態9では、ス
トライプ状成長抑制膜101の長手方向はGaN基板の
<1−100>方向に沿って形成された。
In manufacturing such a nitride semiconductor laser device, first, the substrate 200 with a depression according to the first or second embodiment was formed. However, in the ninth embodiment, the longitudinal direction of the stripe-shaped growth suppressing film 101 is formed along the <1-100> direction of the GaN substrate.

【0157】次に、MOCVD装置を用いて、その窪み
付き基板100上において、V族元素用原料のNH3
III族元素用原料のTMGaまたはTEGaに、II
I族元素用原料のTMIn(トリメチルインジウム)と
不純物としてのSiH4(シラン)が加えられ、800
℃の結晶成長温度でn型In0.07Ga0.93Nクラック防
止層103が厚さ40nmに成長させられた。次に、基
板温度が1050℃に上げられ、III族元素用原料の
TMAl(トリメチルアルミニウム)またはTEAl
(トリエチルアルミニウム)が用いられて、厚さ0.9
μmのn型Al0. 1Ga0.9Nクラッド層104(Si不
純物濃度1×1018/cm3)が成長させられ、続いて
n型GaN光ガイド層105(Si不純物濃度1×10
18/cm3)が厚さ0.1μmに成長させられた。
Next, using a MOCVD apparatus, NH 3 serving as a group V element source and TMGa or TEGa serving as a group III element source were converted into II
TMIn (trimethyl indium) as a raw material for Group I elements and SiH 4 (silane) as impurities were added, and 800
An n-type In 0.07 Ga 0.93 N crack preventing layer 103 was grown to a thickness of 40 nm at a crystal growth temperature of ° C. Next, the substrate temperature is raised to 1050 ° C., and TMAl (trimethylaluminum) or TEAl
(Triethylaluminum) with a thickness of 0.9
[mu] m n-type Al 0. 1 Ga 0.9 N cladding layer 104 (Si impurity concentration 1 × 10 18 / cm 3) of is grown, followed by n-type GaN light guide layer 105 (Si impurity concentration 1 × 10
18 / cm 3 ) was grown to a thickness of 0.1 μm.

【0158】その後、基板温度が800℃に下げられ、
厚さ8nmのIn0.01Ga0.99N障壁層と厚さ4nmの
In0.15Ga0.85N井戸層とが交互に積層された発光層
(多重量子井戸構造)106が形成された。この実施形
態では、発光層106は障壁層で開始して障壁層で終了
する多重量子井戸構造を有し、3層(3周期)の量子井
戸層を含んでいた。また、障壁層と井戸層の両方に、S
i不純物が1×1018/cm3の濃度で添加された。な
お、障壁層と井戸層との間または井戸層と障壁層との間
に、1秒以上で180秒以内の結晶成長中断期間が挿入
されてもよい。こうすることによって、各層の平坦性が
向上し、発光スペクトルの半値幅が減少するので好まし
い。
After that, the substrate temperature is lowered to 800 ° C.
A light emitting layer (multiple quantum well structure) 106 in which an In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer having a thickness of 8 nm and an In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 4 nm were alternately laminated was formed. In this embodiment, the light emitting layer 106 has a multiple quantum well structure starting at the barrier layer and ending at the barrier layer, and includes three (three periods) quantum well layers. In addition, S is added to both the barrier layer and the well layer.
i impurity was added at a concentration of 1 × 10 18 / cm 3 . Note that a crystal growth interruption period of 1 second or more and 180 seconds or less may be inserted between the barrier layer and the well layer or between the well layer and the barrier layer. This is preferable because the flatness of each layer is improved and the half width of the emission spectrum is reduced.

【0159】発光層106にAsが添加される場合には
AsH3またはTBAs(ターシャリブチルアルシン)
を用い、Pが添加される場合にはPH3またはTBP
(ターシャリブチルホスフィン)を用い、そしてSbが
添加される場合にはTMSb(トリメチルアンチモン)
またはTESb(トリエチルアンチモン)を用いればよ
い。また、発光層が形成される際に、N原料として、N
3以外にN24(ジメチルヒドラジン)が用いられて
もよい。
When As is added to the light emitting layer 106, AsH 3 or TBAs (tert-butylarsine) is used.
And when P is added, PH 3 or TBP
(Tertiary butyl phosphine) and, if Sb is added, TMSb (trimethylantimony)
Alternatively, TESb (triethylantimony) may be used. Further, when the light emitting layer is formed, N material is
N 2 H 4 (dimethylhydrazine) may be used in addition to H 3 .

【0160】次に、基板が再び1050℃まで昇温され
て、厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロ
ック層107、厚さ0.1μmのp型GaN光ガイド層
108、厚さ0.5μmのp型Al0.1Ga0.9Nクラッ
ド層109、および厚さ0.1μmのp型GaNコンタ
クト層110が順次に成長させられた。p型不純物とし
ては、Mg(EtCP2Mg:ビスエチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム)が5×1019/cm3〜2×1
20/cm3の濃度で添加された。p型GaNコンタク
ト層110のp型不純物濃度は、p電極112との界面
に近づくに従って増大させることが好ましい。こうする
ことによって、p電極との界面におけるコンタクト抵抗
が低減する。また、p型不純物であるMgの活性化を妨
げているp型層中の残留水素を除去するために、p型層
成長中に微量の酸素が混入されてもよい。
Next, the temperature of the substrate is raised again to 1050 ° C., and a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 107 having a thickness of 20 nm, a p-type GaN optical guide layer having a thickness of 0.1 μm, and a A 0.5 μm p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 109 and a 0.1 μm thick p-type GaN contact layer 110 were sequentially grown. As the p-type impurity, Mg (EtCP 2 Mg: bisethylcyclopentadienyl magnesium) is 5 × 10 19 / cm 3 to 2 × 1.
It was added at a concentration of 0 20 / cm 3 . It is preferable that the p-type impurity concentration of p-type GaN contact layer 110 be increased as approaching the interface with p-electrode 112. By doing so, the contact resistance at the interface with the p-electrode is reduced. Further, a small amount of oxygen may be mixed during the growth of the p-type layer in order to remove residual hydrogen in the p-type layer which is preventing activation of Mg which is a p-type impurity.

【0161】このようにして、p型GaNコンタクト層
110が成長させられた後、MOCVD装置のリアクタ
内の全ガスが窒素キャリアガスとNH3に変えられ、6
0℃/分の冷却速度で基板温度が冷却された。基板温度
が800℃に冷却された時点でNH3の供給が停止さ
れ、5分間だけその基板温度に保持されてから室温まで
冷却された。この基板の保持温度は650℃から900
℃の間にあることが好ましく、保持時間は3分以上で1
0分以下であることが好ましかった。また、室温までの
冷却速度は、30℃/分以上であることが好ましい。こ
うして形成された結晶成長膜がラマン測定によって評価
された結果、従来のp型化アニールが行なわれていなく
ても、その成長膜は既にp型化の特性を示していた(す
なわち、Mgが活性化していた)。また、p電極112
を形成したときのコンタクト抵抗も低減していた。これ
に加えて従来のp型化アニールが組合わされれば、Mg
の活性化率がさらに向上して好ましかった。
After the growth of the p-type GaN contact layer 110 in this manner, all gases in the reactor of the MOCVD apparatus are changed to nitrogen carrier gas and NH 3 ,
The substrate temperature was cooled at a cooling rate of 0 ° C./min. When the substrate temperature was cooled to 800 ° C., the supply of NH 3 was stopped, and the substrate temperature was maintained for 5 minutes and then cooled to room temperature. The holding temperature of this substrate is from 650 ° C. to 900
° C, and the holding time is 3 minutes or more and 1 hour.
Preferably, it was less than 0 minutes. Further, the cooling rate to room temperature is preferably 30 ° C./min or more. The crystal growth film thus formed was evaluated by Raman measurement. As a result, even if the conventional p-type annealing was not performed, the growth film had already exhibited p-type characteristics (that is, Mg was activated). Had been turned). Also, the p electrode 112
The contact resistance at the time of forming was also reduced. In addition to this, if conventional p-type annealing is combined, Mg
The activation rate was further improved, which was favorable.

【0162】なお、本実施形態による結晶成長工程にお
いては、マスク基板から窒化物半導体レーザ素子まで連
続して結晶成長させてもよいし、マスク基板から窪み付
き基板までの成長工程が予め行なわれた後に窒化物半導
体レーザ素子を成長させるための再成長が行なわれても
よい。
In the crystal growth step according to the present embodiment, the crystal may be continuously grown from the mask substrate to the nitride semiconductor laser device, or the growth step from the mask substrate to the recessed substrate may be performed in advance. Regrowth for growing the nitride semiconductor laser device may be performed later.

【0163】本実施形態におけるIn0.07Ga0.93Nク
ラック防止層103は、In組成比が0.07以外であ
ってもよいし、InGaNクラック防止層が省略されて
もよい。しかしながら、クラッド層とGaN基板との格
子不整合が大きくなる場合には、InGaNクラック防
止層が挿入される方が好ましい。
In the present embodiment, the In 0.07 Ga 0.93 N crack preventing layer 103 may have an In composition ratio other than 0.07, or the InGaN crack preventing layer may be omitted. However, when lattice mismatch between the cladding layer and the GaN substrate becomes large, it is preferable to insert an InGaN crack prevention layer.

【0164】本実施形態の発光層106は、障壁層で始
まり障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始まり井
戸層で終わる構成であってもよい。また、発光層中の井
戸層数は、前述の3層に限られず、10層以下であれば
しきい値電流値が低くなって室温連続発振が可能であっ
た。特に、井戸層数が2以上で6以下のときにしきい値
電流値が低くなって好ましかった。
Although the light emitting layer 106 of this embodiment starts with a barrier layer and ends with a barrier layer, the light emitting layer 106 may start with a well layer and end with a well layer. Further, the number of well layers in the light emitting layer is not limited to the three layers described above. If the number of layers is 10 or less, the threshold current value becomes low and continuous oscillation at room temperature was possible. In particular, when the number of well layers is 2 or more and 6 or less, the threshold current value is preferably reduced.

【0165】本実施形態の発光層106においては、井
戸層と障壁層の両方にSiが1×1018/cm3の濃度
で添加されたが、Siが添加されなくてもよい。しかし
ながら、Siが発光層に添加された方が、発光強度が強
くなった。発光層に添加される不純物としては、Siに
限られず、O、C、Ge、Zn、およびMgの少なくと
もいずれかが添加されてもよい。また、不純物の総添加
量としては、約1×1017〜1×1019/cm3程度が
好ましかった。さらに、不純物が添加される層は井戸層
と障壁層の両方であることに限られず、これらの片方の
層のみに不純物が添加されてもよい。
In the light emitting layer 106 of this embodiment, Si is added to both the well layer and the barrier layer at a concentration of 1 × 10 18 / cm 3 , but Si may not be added. However, the emission intensity was higher when Si was added to the light emitting layer. The impurity added to the light emitting layer is not limited to Si, and at least one of O, C, Ge, Zn, and Mg may be added. The total amount of impurities added was preferably about 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 . Further, the layer to which the impurity is added is not limited to both the well layer and the barrier layer, and the impurity may be added to only one of these layers.

【0166】本実施形態のp型Al0.2Ga0.8Nキャリ
アブロック層107は、Al組成比が0.2以外であっ
てもよいし、このキャリアブロック層が省略されてもよ
い。しかしながら、キャリアブロック層を設けたほうが
しきい値電流値が低くなった。これは、キャリアブロッ
ク層107が発光層106内にキャリアを閉じ込める働
きがあるからである。キャリアブロック層のAl組成比
を高くすることは、これによってキャリアの閉じ込めが
強くなるので好ましい。逆に、キャリアの閉じ込めが保
持される範囲内でAl組成比を小さくすれば、キャリア
ブロック層内のキャリア移動度が大きくなって電気抵抗
が低くなるので好ましい。
In the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 107 of the present embodiment, the Al composition ratio may be other than 0.2, or this carrier block layer may be omitted. However, the threshold current value was lower when the carrier block layer was provided. This is because the carrier block layer 107 has a function of confining carriers in the light emitting layer 106. It is preferable to increase the Al composition ratio of the carrier block layer because this increases the confinement of carriers. Conversely, it is preferable to reduce the Al composition ratio within a range in which the confinement of carriers is maintained, because the carrier mobility in the carrier block layer increases and the electric resistance decreases.

【0167】本実施形態では、p型クラッド層109と
n型クラッド層104として、Al 0.1Ga0.9N結晶が
用いられたが、そのAl組成比は0.1以外であっても
よい。そのAlの混晶比が高くなれば発光層106との
エネルギギャップ差と屈折率差が大きくなり、キャリア
や光が発光層内に効率よく閉じ込められ、レーザ発振し
きい値電流値の低減が可能になる。逆に、キャリアや光
の閉じ込めが保持される範囲内でAl組成比を小さくす
れば、クラッド層内でのキャリア移動度が大きくなり、
素子の動作電圧を低くすることができる。
In this embodiment, the p-type cladding layer 109 and
Al as the n-type cladding layer 104 0.1Ga0.9N crystal
Although it was used, even if its Al composition ratio was other than 0.1
Good. If the mixed crystal ratio of Al increases,
The energy gap difference and the refractive index difference increase,
And light are efficiently confined in the light emitting layer, causing laser oscillation.
The threshold current value can be reduced. Conversely, carriers and light
The Al composition ratio within the range where the confinement of
Then, the carrier mobility in the cladding layer increases,
The operating voltage of the device can be reduced.

【0168】AlGaNクラッド層の厚みは0.7μm
〜1.5μmの範囲内にあることが好ましく、このこと
によって垂直横モードの単峰化と光閉じ込め効率が増大
し、レーザの光学特性の向上とレーザしきい値電流値の
低減が可能になる。
The thickness of the AlGaN cladding layer is 0.7 μm
It is preferably within a range of about 1.5 μm, which makes the vertical and lateral modes unimodal and increases the light confinement efficiency, thereby improving the optical characteristics of the laser and reducing the laser threshold current value. .

【0169】クラッド層はAlGaN3元混晶に限られ
ず、AlInGaN、AlGaNP、またはAlGaN
Asなどの4元混晶であってもよい。また、p型クラッ
ド層は、電気抵抗を低減するために、p型AlGaN層
とp型GaN層を含む超格子構造、またはp型AlGa
N層とp型InGaN層を含む超格子構造を有していて
もよい。
The cladding layer is not limited to the AlGaN ternary mixed crystal, but may be made of AlInGaN, AlGaNP, or AlGaN.
It may be a quaternary mixed crystal such as As. Further, the p-type cladding layer has a superlattice structure including a p-type AlGaN layer and a p-type GaN layer, or a p-type AlGa
It may have a superlattice structure including an N layer and a p-type InGaN layer.

【0170】本実施形態ではMOCVD装置による結晶
成長法が例示されたが、分子線エピタキシー法(MB
E)、またはハイドライド気相成長法(HVPE)など
が用いられてもよい。
In the present embodiment, the crystal growth method using the MOCVD apparatus has been described as an example, but the molecular beam epitaxy method (MB
E) or hydride vapor phase epitaxy (HVPE) or the like may be used.

【0171】(チップ化工程)前述の結晶成長で形成さ
れたエピウエハ(マスク基板上に窒化物半導体多層膜構
造がエピタキシャル成長させられたウエハ)がMOCV
D装置から取出され、レーザ素子に加工される。ここ
で、窒化物半導体多層膜構造が形成されたエピウエハの
表面には窪みが存在し、完全かつ平坦には埋没されてい
なかった。
(Chip Formation Step) The epi-wafer formed by the above-described crystal growth (wafer having a nitride semiconductor multilayer structure epitaxially grown on a mask substrate) is subjected to MOCV.
It is taken out from the D device and processed into a laser element. Here, the surface of the epitaxial wafer on which the nitride semiconductor multilayer film structure was formed had a depression, and was not completely and flatly buried.

【0172】マスク基板100はn型導電性の窒化物半
導体であるので、その裏面側上にHf/Alの順の積層
でn電極111が形成された(図19参照)。n電極と
しては、Ti/Al、Ti/Mo、またはHf/Auな
どの積層も用いられ得る。n電極にHfが用いられれ
ば、そのコンタクト抵抗が下がるので好ましい。
Since the mask substrate 100 is an n-type conductive nitride semiconductor, an n-electrode 111 is formed on the back surface thereof in a stack of Hf / Al in this order (see FIG. 19). As the n-electrode, a stack of Ti / Al, Ti / Mo, or Hf / Au may be used. It is preferable to use Hf for the n-electrode because the contact resistance is reduced.

【0173】p電極部分はマスク基板100の成長抑制
膜の長手方向に沿ってストライプ状にエッチングされ、
これによってリッジストライプ部(図19参照)が形成
された。マスク基板の成長抑制膜が桝目状の場合は、そ
れらのマスクの長手方向として窒化物半導体の<1−1
00>方向と<11−20>方向のいずれかを選択すれ
ばよい。リッジストライプ部はストライプ幅W=2.0
μmを有し、前述の領域I(図8参照)に含まれるよう
に形成された。その後、SiO2誘電体膜113が蒸着
され、p型GaNコンタクト層110の上面がこの誘電
体膜から露出されて、その上にp電極112がPd/M
o/Auの積層として蒸着されて形成された。p電極と
しては、Pd/Pt/Au、Pd/Au、またはNi/
Auなどの積層が用いられてもよい。また、p電極11
2とワイヤボンドとの間にAuからなるパッド電極を介
してもよい。
The p-electrode portion is etched in a stripe shape along the longitudinal direction of the growth suppressing film of the mask substrate 100,
As a result, a ridge stripe portion (see FIG. 19) was formed. In the case where the growth suppressing films of the mask substrate are in a grid pattern, the lengthwise direction of the masks may be set to <1-1 of the nitride semiconductor.
One of the 00> direction and the <11-20> direction may be selected. The ridge stripe portion has a stripe width W = 2.0
.mu.m, and formed so as to be included in the above-described region I (see FIG. 8). Thereafter, a SiO 2 dielectric film 113 is deposited, the upper surface of the p-type GaN contact layer 110 is exposed from the dielectric film, and a p-electrode 112 is formed on the Pd / M
It was formed by vapor deposition as an o / Au stack. Pd / Pt / Au, Pd / Au, or Ni /
A stack of Au or the like may be used. Also, the p electrode 11
A pad electrode made of Au may be interposed between 2 and the wire bond.

【0174】最後に、エピウエハはリッジストライプの
長手方向に対して垂直な面でへき開され、共振器長50
0μmのファブリ・ペロー共振器が作製された。共振器
長は、一般に300μmから1000μmの範囲内であ
ることが好ましい。溝が<1−100>方向に沿って形
成された共振器長のミラー端面は、窒化物半導体結晶の
M面{1−100}が端面になる。ミラー端面を形成す
るためのへき開とレーザ素子の分割は、マスク基板10
0の裏面側からスクライバを用いて行なわれた。ただ
し、へき開はウエハの裏面全体を横断してスクライバに
よる罫書き傷がつけられて行なわれるのではなく、ウエ
ハの一部、たとえばウエハの両端のみにスクライバによ
る罫書き傷がつけられてへき開された。これにより、素
子端面の急峻性やスクライブによる削りかすがエピ表面
に付着しないので、素子歩留まりが向上する。チップ分
割された窒化物半導体発光素子(レーザ素子)の表面に
は、窒化物半導体発光素子のリッジストライプ部を挟ん
で窪みが2つ以上存在していた。また、p電極112は
2つ以上の窪みを含む領域上に、ワイヤボンドは1つ以
上の窪みを含む領域上に形成された。
Finally, the epi-wafer is cleaved at a plane perpendicular to the longitudinal direction of the ridge stripe, and a resonator length of 50
A 0 μm Fabry-Perot resonator was fabricated. The resonator length is generally preferably in the range of 300 μm to 1000 μm. The M-plane {1-100} of the nitride semiconductor crystal is an end face of a mirror end face having a cavity length in which a groove is formed along the <1-100> direction. The cleavage for forming the mirror end face and the division of the laser element are performed by the mask substrate 10.
0 from the back side using a scriber. However, the cleavage was not performed by scribing scratches by the scriber across the entire back surface of the wafer, but was cleaved by scribing scratches on only a part of the wafer, for example, both ends of the wafer. . As a result, the sharpness of the end face of the element and shavings due to scribe do not adhere to the epi surface, so that the element yield is improved. On the surface of the chip-divided nitride semiconductor light-emitting device (laser device), two or more depressions were present with the ridge stripe portion of the nitride semiconductor light-emitting device interposed therebetween. The p-electrode 112 was formed on a region including two or more dents, and the wire bond was formed on a region including one or more dents.

【0175】なお、レーザ共振器の帰還手法としては、
一般に知られているDFB(分布帰還)、DBR(分布
ブラッグ反射)なども用いられ得る。
As a feedback method of the laser resonator,
Commonly known DFB (distributed feedback), DBR (distributed Bragg reflection) and the like can also be used.

【0176】ファブリ・ペロー共振器のミラー端面が形
成された後には、そのミラー端面にSiO2とTiO2
誘電体膜を交互に蒸着し、70%の反射率を有する誘電
体多層反射膜が形成された。この誘電体多層反射膜とし
ては、SiO2/Al23などの多層膜を用いることも
できる。
After the mirror facets of the Fabry-Perot resonator were formed, SiO 2 and TiO 2 dielectric films were alternately deposited on the mirror facets to form a dielectric multilayer reflective film having a reflectance of 70%. Been formed. As the dielectric multilayer reflective film, a multilayer film such as SiO 2 / Al 2 O 3 can be used.

【0177】なお、n電極111はマスク基板100の
裏面上に形成されたが、ドライエッチング法を用いてエ
ピウエハの表側からn型Al0.05Ga0.95N膜102の
一部を露出させて、その露出領域上にn電極が形成され
てもよい。
Although the n-electrode 111 was formed on the back surface of the mask substrate 100, a part of the n-type Al 0.05 Ga 0.95 N film 102 was exposed from the front side of the epiwafer by using a dry etching method. An n-electrode may be formed on the region.

【0178】(パッケージ実装)得られた半導体レーザ
素子は、パッケージに実装される。高出力(30mW以
上)の窒化物半導体レーザ素子を用いる場合、放熱対策
に注意を払わなければならない。高出力窒化物半導体レ
ーザ素子はInはんだやPbSn系はんだ、AuSn系
はんだ等のはんだ材を用いて半導体接合を上または下の
いずれかにしてパッケージ本体に接続することができる
が、半導体接合を下側にして接続するほうが放熱の観点
から好ましい。なお、高出力窒化物半導体レーザ素子
は、通常は直接パッケージ本体やヒートシンク部に取付
けられ得るが、Si、AlN、ダイヤモンド、Mo、C
uW、BN、Fe、SiC、Cu、またはAuなどのサ
ブマウントを介して接続されてもよい。
(Package mounting) The obtained semiconductor laser device is mounted on a package. When using a high output (30 mW or more) nitride semiconductor laser device, attention must be paid to heat dissipation measures. The high-power nitride semiconductor laser element can be connected to the package body by using a solder material such as In solder, PbSn-based solder, or AuSn-based solder with the semiconductor bonding being either up or down, It is preferable to make connection on the side from the viewpoint of heat radiation. Incidentally, the high power nitride semiconductor laser device can be usually directly attached to the package body or the heat sink portion. However, Si, AlN, diamond, Mo, C
The connection may be made via a submount such as uW, BN, Fe, SiC, Cu, or Au.

【0179】以上のようにして、本実施形態による窒化
物半導体レーザ素子が作製された。なお、本実施形態で
はGaNのマスク基板100が用いられたが、他の窒化
物半導体の加工基板が用いられてもよい。たとえば、窒
化物半導体レーザの場合、垂直横モードの単峰化のため
にはクラッド層よりも屈折率の低い層がそのクラッド層
の外側に接している必要があり、AlGaN基板が好ま
しく用いられ得る。
As described above, the nitride semiconductor laser device according to the present embodiment is manufactured. Although the GaN mask substrate 100 is used in the present embodiment, a processed substrate of another nitride semiconductor may be used. For example, in the case of a nitride semiconductor laser, a layer having a lower refractive index than the cladding layer needs to be in contact with the outside of the cladding layer in order to make the vertical and transverse modes unimodal, and an AlGaN substrate can be preferably used. .

【0180】本実施形態においては、窪み付き基板上に
窒化物半導体レーザ素子が形成されることによって、結
晶歪みが緩和されるとともにクラック発生が抑制され、
雰囲気温度60℃の条件の下で30mWのレーザ出力で
約18000時間のレーザ発振寿命が得られるととも
に、クラックの抑制効果による素子歩留まりの向上が達
成された。
In the present embodiment, the formation of the nitride semiconductor laser device on the substrate having the depressions alleviates the crystal distortion and suppresses the occurrence of cracks.
A laser oscillation life of about 18000 hours was obtained with a laser output of 30 mW under the condition of an ambient temperature of 60 ° C., and an improvement in element yield by crack suppression effect was achieved.

【0181】[実施形態10]実施形態10において
は、実施形態1〜8におけるいずれかの窪み付き基板上
に窒化物半導体発光ダイオード(LED)素子が形成さ
れた。この際に、窒化物半導体LED素子層は、従来と
同様の方法で形成された。
[Tenth Embodiment] In the tenth embodiment, a nitride semiconductor light emitting diode (LED) element is formed on any of the recessed substrates in the first to eighth embodiments. At this time, the nitride semiconductor LED element layer was formed by a method similar to the conventional method.

【0182】本実施形態による窒化物半導体LED素子
においては、その色むらが低減するとともに発光強度が
従来に比べて向上した。特に、窒化物半導体を原材料と
する白色窒化物半導体LED素子や琥珀色窒化物半導体
LED素子のように、発光波長が短波長(450nm以
下)または長波長(600nm以上)のLED素子は、
実施形態1〜8における窪み付き基板上に形成されるこ
とによって、従来に比較して約2倍以上の発光強度を有
することができた。
In the nitride semiconductor LED device according to the present embodiment, the color unevenness is reduced and the light emission intensity is improved as compared with the conventional case. Particularly, an LED element having a short wavelength (450 nm or less) or a long wavelength (600 nm or more), such as a white nitride semiconductor LED element or an amber nitride semiconductor LED element using a nitride semiconductor as a raw material,
By being formed on the substrate with depressions in Embodiments 1 to 8, it was possible to have an emission intensity about twice or more as compared with the conventional case.

【0183】[実施形態11]実施形態11において
は、Nの一部と置換すべきAs、P、およびSbの少な
くともいずれかの置換元素を発光層に含ませたこと以外
は、実施形態9および10と同様であった。より具体的
には、As、P、およびSbの少なくともいずれかの置
換元素が、窒化物半導体発光素子の発光層中で少なくと
も井戸層のNの一部に置換して含められた。このとき、
井戸層に含まれたAs、P、および/またはSbの総和
の組成比をxとしてNの組成比をyとするときに、xは
yよりも小さくかつx/(x+y)は0.3(30%)
以下でなければならず、好ましくは0.2(20%)以
下である。また、As、P、および/またはSbの総和
の好ましい濃度の下限値は、1×1018/cm3以上で
あった。
[Embodiment 11] The embodiment 11 is similar to the embodiment 9 except that the light emitting layer contains at least any one of As, P and Sb to be substituted for a part of N. Same as 10. More specifically, at least one of the substitution elements of As, P, and Sb was included in the light emitting layer of the nitride semiconductor light emitting element by substituting at least a part of N of the well layer. At this time,
When the total composition ratio of As, P, and / or Sb contained in the well layer is x and the composition ratio of N is y, x is smaller than y and x / (x + y) is 0.3 ( 30%)
Or less, and preferably 0.2 (20%) or less. Further, the lower limit of the preferable concentration of the total of As, P, and / or Sb was 1 × 10 18 / cm 3 or more.

【0184】この理由は、置換元素の組成比xが20%
よりも高くなれば井戸層内において置換元素の組成比の
異なる濃度分離が生じ始め、さらに組成比xが30%よ
りも高くなれば濃度分離から六方晶系と立方晶系が混在
する結晶系分離に移行し始めて、井戸層の結晶性が低下
する可能性が高くなるからである。他方、置換元素の総
和の濃度が1×1018/cm3よりも小さくなれば、井
戸層中に置換元素を含有させたことによる効果が得られ
難くなるからである。
The reason is that the substitution element composition ratio x is 20%
If the composition ratio x is higher than 30%, the separation of the hexagonal system and the cubic system are mixed. This is because there is a high possibility that the crystallinity of the well layer will decrease when the process starts to shift to. On the other hand, if the total concentration of the substituting elements is less than 1 × 10 18 / cm 3 , the effect of including the substituting element in the well layer becomes difficult to obtain.

【0185】本実施形態による効果としては、井戸層に
As、P、およびSbの少なくともいずれかの置換元素
を含ませることによって、井戸層中の電子とホールの有
効質量が小さくなりかつ移動度が大きくなる。半導体レ
ーザ素子の場合、小さな有効質量は小さい電流注入量で
レーザ発振のためのキャリア反転分布が得られることを
意味し、大きな移動度は発光層中で電子とホールが発光
再結合によって消滅しても新たな電子とホールが拡散に
よって高速で注入され得ることを意味する。すなわち、
発光層にAs、P、およびSbのいずれをも含有しない
InGaN系窒化物半導体レーザ素子に比べて、本実施
形態では、しきい値電流密度が低くかつ自励発振特性の
優れた(雑音特性に優れた)半導体レーザを得ることが
可能である。
The effect of the present embodiment is that the effective mass of electrons and holes in the well layer is reduced and the mobility is reduced by including at least one of the substitution elements of As, P and Sb in the well layer. growing. In the case of a semiconductor laser device, a small effective mass means that a carrier inversion distribution for laser oscillation can be obtained with a small current injection amount, and a large mobility means that electrons and holes disappear in the light emitting layer due to radiative recombination. This also means that new electrons and holes can be injected at high speed by diffusion. That is,
Compared to an InGaN-based nitride semiconductor laser device in which the light-emitting layer does not contain any of As, P, and Sb, in the present embodiment, the threshold current density is low and the self-sustained pulsation characteristics are excellent (the Excellent) semiconductor lasers can be obtained.

【0186】他方、本実施形態が窒化物半導体LEDに
適用された場合、井戸層にAs、P、および/またはS
bの置換元素を含ませることによって、従来のInGa
N井戸層を含む窒化物半導体LED素子と比較して、井
戸層中のIn組成比が低減され得る。これは、Inの濃
度分離による結晶性の低下が抑制され得ることを意味す
る。したがって、置換元素の添加による効果は、実施形
態8の窒化物半導体LEDに関する効果と相乗され、よ
り一層の発光強度の向上と色むらの低減を生じる。特
に、窒化物半導体を原材料とする白色窒化物半導体LE
D素子や琥珀色窒化物半導体LED素子のように、発光
波長が短波長(450nm以下)または長波長(600
nm以上)の窒化物半導体LED素子の場合、In組成
比が低いか全く含有されることなく井戸層が形成され得
るので、従来のInGaN系窒化物半導体LED素子と
比較して色むらが小さく、強い発光強度が得られる。
On the other hand, when the present embodiment is applied to a nitride semiconductor LED, As, P, and / or S
b, the conventional InGa
The In composition ratio in the well layer can be reduced as compared with the nitride semiconductor LED element including the N well layer. This means that a decrease in crystallinity due to the separation of the concentration of In can be suppressed. Therefore, the effect of the addition of the substitution element is synergistic with the effect of the nitride semiconductor LED according to the eighth embodiment, thereby further improving the emission intensity and reducing the color unevenness. In particular, a white nitride semiconductor LE using a nitride semiconductor as a raw material
As in the case of the D element and the amber nitride semiconductor LED element, the emission wavelength is short (450 nm or less) or long (600 nm).
nm or more), the well layer can be formed without a low or no In composition ratio, so that the color unevenness is small as compared with the conventional InGaN-based nitride semiconductor LED element, Strong emission intensity can be obtained.

【0187】[実施形態12]実施形態12において
は、実施形態9または11の窒化物半導体レーザ素子が
光学装置において適用された。実施形態9または11に
よる青紫色(380〜420nmの波長)の窒化物半導
体レーザ素子は、種々の光学装置において好ましく利用
することができ、たとえば光ピックアップ装置に利用す
れば以下の点において好ましい。すなわち、そのような
窒化物半導体レーザ素子は、高温雰囲気中(60℃)に
おいて高出力(30mW)で安定して動作し、素子不良
が少なくかつレーザ発振寿命が長いことから、信頼性の
高い高密度記録再生用光ディスク装置に最適である(光
波長が短いほど、より高密度の記録再生が可能であ
る)。
[Twelfth Embodiment] In the twelfth embodiment, the nitride semiconductor laser device of the ninth or eleventh embodiment is applied to an optical device. The blue-violet (380 to 420 nm wavelength) nitride semiconductor laser device according to the ninth or eleventh embodiment can be preferably used in various optical devices. For example, when used in an optical pickup device, it is preferable in the following points. That is, such a nitride semiconductor laser device operates stably at a high output (30 mW) in a high-temperature atmosphere (60 ° C.), has few device defects, and has a long laser oscillation life. It is most suitable for an optical disk device for density recording / reproducing (the shorter the light wavelength, the higher density recording / reproducing is possible).

【0188】図20において、実施形態9または11に
よる窒化物半導体レーザ素子が光学装置に利用された一
例として、たとえばDVD装置のように光ピックアップ
を含む光ディスク装置が模式的なブロック図で示されて
いる。この光学情報記録再生装置において、窒化物半導
体レーザ素子を含む光源1から射出されたレーザ光3は
入力情報に応じて光変調器4で変調され、走査ミラー5
およびレンズ6を介してディスク7上に記録される。デ
ィスク7は、モータ8によって回転させられる。再生時
にはディスク7上のビット配列によって光学的に変調さ
れた反射レーザ光がビームスプリッタ9を介して検出器
10で検出され、これによって再生信号が得られる。こ
れらの各要素の動作は、制御回路11によって制御され
る。レーザ素子1の出力については、通常は記録時に3
0mWであり、再生時には5mW程度である。
FIG. 20 is a schematic block diagram showing an optical disk device including an optical pickup such as a DVD device as an example in which the nitride semiconductor laser device according to the ninth or eleventh embodiment is used in an optical device. I have. In this optical information recording / reproducing apparatus, a laser beam 3 emitted from a light source 1 including a nitride semiconductor laser element is modulated by an optical modulator 4 according to input information, and a scanning mirror 5 is provided.
And recorded on the disk 7 via the lens 6. The disk 7 is rotated by a motor 8. At the time of reproduction, the reflected laser light optically modulated by the bit arrangement on the disk 7 is detected by the detector 10 via the beam splitter 9, and thereby a reproduction signal is obtained. The operation of each of these elements is controlled by the control circuit 11. The output of the laser element 1 is usually 3 at the time of recording.
0 mW, and about 5 mW during reproduction.

【0189】本発明によるレーザ素子は上述のような光
ディスク記録再生装置に利用され得るのみならず、レー
ザプリンタ、バーコードリーダ、光の3原色(青色、緑
色、赤色)レーザによるプロジェクタなどにも利用し得
る。
The laser device according to the present invention can be used not only in the above-described optical disk recording / reproducing apparatus but also in a laser printer, a bar code reader, a projector using three primary colors of light (blue, green, and red) lasers. I can do it.

【0190】[実施形態13]実施形態13において
は、実施形態10または11による窒化物半導体発光ダ
イオード素子が半導体発光装置において利用された。す
なわち、実施形態10または11による窒化物半導体発
光ダイオード素子は、少なくとも光の3原色(赤色、緑
色、青色)の1つとして、たとえば表示装置のような
(半導体発光装置)において利用可能である。そのよう
な窒化物半導体発光ダイオード素子を利用することによ
って、色むらが少なくかつ発光強度の高い表示装置が作
製され得る。
[Thirteenth Embodiment] In the thirteenth embodiment, the nitride semiconductor light emitting diode element according to the tenth or eleventh embodiment is used in a semiconductor light emitting device. That is, the nitride semiconductor light-emitting diode element according to Embodiment 10 or 11 can be used in at least one of the three primary colors of light (red, green, and blue) in, for example, a display device (semiconductor light-emitting device). By using such a nitride semiconductor light emitting diode element, a display device with less color unevenness and high light emission intensity can be manufactured.

【0191】また、そのような光の3原色を生じ得る窒
化物半導体発光ダイオード素子は、白色光源装置におい
ても利用され得る。他方、発光波長が紫外領域から紫色
領域(380〜420nm程度)にある本発明による窒
化物半導体発光ダイオード素子は、蛍光塗料を塗布する
ことによって白色光源素子としても利用し得る。
Further, such a nitride semiconductor light emitting diode element capable of producing three primary colors of light can be used also in a white light source device. On the other hand, the nitride semiconductor light emitting diode device according to the present invention having an emission wavelength in the ultraviolet region to the violet region (about 380 to 420 nm) can be used as a white light source device by applying a fluorescent paint.

【0192】このような白色光源を用いることによっ
て、従来の液晶ディスプレイに用いられてきたハロゲン
光源に代わって、低消費電力で高輝度のバックライトの
実現が可能になる。これは、携帯ノートパソコンや携帯
電話におけるマン・マシンインターフェイスの液晶ディ
スプレイ用バックライトとしても利用することができ、
小型で高鮮明な液晶ディスプレイを提供することができ
る。
By using such a white light source, a backlight with low power consumption and high luminance can be realized instead of the halogen light source used in the conventional liquid crystal display. It can also be used as a backlight for a liquid crystal display of a man-machine interface in a mobile notebook computer or mobile phone,
A small and clear liquid crystal display can be provided.

【0193】[0193]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、窒化物
半導体発光素子において、発光寿命と発光強度を改善す
ることができる。また、本発明によれば、窒化物半導体
発光素子において、クラック発生と電極剥がれとワイヤ
ボンドの剥がれとを防止することができる。
As described above, according to the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device, the light emission lifetime and light emission intensity can be improved. Further, according to the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device, it is possible to prevent cracks, electrode peeling, and wire bond peeling.

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

【図1】 (a)は本発明において用いられ得る窒化物
半導体基板を含むマスク基板の一例を示す模式的な断面
図であり、(b)は基礎基板を含むマスク基板を示して
いる。
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a mask substrate including a nitride semiconductor substrate that can be used in the present invention, and FIG. 1B illustrates a mask substrate including a base substrate.

【図2】 本発明において用いられ得るマスク基板に含
まれる成長抑制の形態を示しており、(a)は2種類の
方向を有するストライプ状成長抑制膜が互いに直交する
場合を示し、(b)は2種類の方向を有するストライプ
状成長抑制膜が互いに60°の角度で交差する場合を示
し、そして(c)は3種類の方向を有するストライプ状
成長抑制膜が互いに60°の角度で交差する場合を示し
ている。
FIGS. 2A and 2B show forms of growth suppression included in a mask substrate that can be used in the present invention, wherein FIG. 2A shows a case where stripe-like growth suppression films having two types of directions are orthogonal to each other, and FIG. Shows the case where the stripe-shaped growth suppressing films having two kinds of directions cross each other at an angle of 60 °, and (c) shows the case where the stripe-shaped growth suppressing films having three kinds of directions cross each other at an angle of 60 °. Shows the case.

【図3】 本発明において用いられ得る窪み付き基板の
一例を示す模式的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a substrate having a depression that can be used in the present invention.

【図4】 本発明において用いられ得る加工基板の一例
を示す模式的な断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a processed substrate that can be used in the present invention.

【図5】 本発明において加工基板を利用した場合の窪
み付き基板を示す模式的な断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a substrate with a depression when a processed substrate is used in the present invention.

【図6】 マスク基板上における窒化物半導体膜の結晶
成長形態を表わす模式的な断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a crystal growth mode of a nitride semiconductor film on a mask substrate.

【図7】 加工基板上における窒化物半導体膜の結晶成
長形態を表わす模式的な断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a crystal growth mode of a nitride semiconductor film on a processing substrate.

【図8】 本発明においてマスク基板を含む窪み付き基
板上において発光素子構造を形成するために好ましい領
域を示す模式的な断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a preferable region for forming a light emitting element structure on a substrate having a depression including a mask substrate in the present invention.

【図9】 本発明において用いられ得るマスク基板を含
む窪み付き基板の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a recessed substrate including a mask substrate that can be used in the present invention.

【図10】 本発明において用いられ得るマスク基板を
含む窪み付き基板上に形成された窒化物半導体レーザ素
子のリッジストライプ部の形成位置とレーザ発振寿命と
の関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a formation position of a ridge stripe portion of a nitride semiconductor laser device formed on a substrate having a depression including a mask substrate which can be used in the present invention and a laser oscillation life.

【図11】 本発明において用いられ得る加工基板を含
む窪み付き基板上に形成される発光素子構造における発
光部の好ましい領域を示す模式的な断面図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a preferred region of a light emitting portion in a light emitting element structure formed on a substrate having a depression including a processed substrate that can be used in the present invention.

【図12】 本発明において用いられ得る加工基板を含
む窪み付き基板上に形成された窒化物半導体レーザ素子
のリッジストライプ部の形成位置とレーザ発振寿命との
関係を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a formation position of a ridge stripe portion of a nitride semiconductor laser element formed on a substrate having a depression including a processed substrate which can be used in the present invention and a laser oscillation life;

【図13】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another example of a substrate with a depression that can be used in the present invention.

【図14】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing another example of a recessed substrate that can be used in the present invention.

【図15】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing another example of a recessed substrate that can be used in the present invention.

【図16】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing another example of a substrate with a depression that can be used in the present invention.

【図17】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing another example of a recessed substrate that can be used in the present invention.

【図18】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing another example of a substrate with a depression that can be used in the present invention.

【図19】 本発明における窪み付き基板上に形成され
た窒化物半導体レーザ素子の一例を示す模式的な断面図
である。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing one example of a nitride semiconductor laser device formed on a substrate with a depression according to the present invention.

【図20】 本発明による窒化物半導体レーザ素子を利
用した光ピックアップ装置を含む光学装置の一例を示す
模式的なブロック図である。
FIG. 20 is a schematic block diagram showing an example of an optical device including an optical pickup device using a nitride semiconductor laser device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

200 窪み付き基板、100 n型GaN基板、10
1 成長抑制膜、102 n型Al0.05Ga0.95N下地
層、103 n型In0.07Ga0.93Nクラック防止層、
104 n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層、105 n
型GaN光ガイド層、106 発光層、107 p型A
0.2Ga0.8Nキャリアブロック層、108 p型Ga
Nガイド層、109 p型Al0.1Ga0.9Nクラッド
層、110p型GaNコンタクト層、111 n電極、
112 p電極、113 SiO 2誘電体膜。
 200 substrate with depression, 100 n-type GaN substrate, 10
1 growth suppression film, 102 n-type Al0.05Ga0.95N base
Layer, 103 n-type In0.07Ga0.93N crack prevention layer,
104 n-type Al0.1Ga0.9N cladding layer, 105 n
-Type GaN light guide layer, 106 light-emitting layer, 107 p-type A
l0.2Ga0.8N carrier block layer, 108 p-type Ga
N guide layer, 109 p-type Al0.1Ga0.9N clad
Layer, 110 p-type GaN contact layer, 111 n electrode,
112 p electrode, 113 SiO TwoDielectric film.

フロントページの続き Fターム(参考) 5F041 AA03 AA40 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA53 CA54 CA56 CA57 CA58 CA65 DA07 EE25 5F073 AA13 AA45 AA51 AA72 AA77 AA89 CA17 CB02 CB05 CB13 CB19 DA05 DA34 EA23 EA28Continued on front page F term (reference) 5F041 AA03 AA40 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA53 CA54 CA56 CA57 CA58 CA65 DA07 EE25 5F073 AA13 AA45 AA51 AA72 AA77 AA89 CA17 CB02 CB05 CB13 CB19 DA05 DA34 EA23 EA28

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化物半導体の基板表面または窒化物半
導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体基板層表
面上に成長させられた窒化物半導体下地層と、 前記窒化物半導体下地層上でn型層とp型層との間にお
いて量子井戸層または量子井戸層とこれに接する障壁層
を含む発光層を含む発光素子構造とを含み、 前記発光素子構造を成長させた後においてもその表面に
平坦化されていない窪みを含んでいることを特徴とする
窒化物半導体発光素子。
1. A nitride semiconductor underlayer grown on a nitride semiconductor substrate surface or a nitride semiconductor substrate layer surface grown on a basic substrate other than a nitride semiconductor, and on the nitride semiconductor underlayer. a light-emitting element structure including a light-emitting layer including a quantum well layer or a quantum well layer and a barrier layer in contact with the quantum well layer between the n-type layer and the p-type layer; A nitride semiconductor light emitting device, characterized by including a depression that is not planarized.
【請求項2】 前記窒化物半導体の基板表面または前記
窒化物半導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体
基板層表面の上で窒化物半導体の成長を抑制する成長抑
制膜が部分的に形成されてマスク基板にされており、前
記窒化物半導体下地層は前記マスク基板上に成長させら
れていることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導
体発光素子。
2. A growth suppression film for suppressing the growth of a nitride semiconductor is partially formed on the surface of the nitride semiconductor substrate or on the surface of a nitride semiconductor substrate layer grown on a basic substrate other than the nitride semiconductor. 2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor underlayer is grown on the mask substrate. 3.
【請求項3】 前記成長抑制膜はストライプ状のパター
ンに形成されていることを特徴とする請求項2に記載の
窒化物半導体発光素子。
3. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the growth suppressing film is formed in a stripe pattern.
【請求項4】 前記ストライプ状成長抑制膜の長手方向
が前記マスク基板に含まれる窒化物半導体結晶の<1−
100>方向または<11−20>方向に実質的に平行
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
発光素子。
4. The method according to claim 1, wherein a longitudinal direction of said stripe-shaped growth suppressing film is <1--
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the nitride semiconductor light emitting device is substantially parallel to a 100> direction or a <11-20> direction.
【請求項5】 前記ストライプ状成長抑制膜の上方に前
記窪みが形成されており、前記窪みの側端部からその成
長抑制膜の幅方向に2μm以上離れかつその成長抑制膜
の幅内の領域の上方に前記発光素子構造の発光部が含ま
れていることを特徴とする請求項3または4のいずれか
の項に記載の窒化物半導体発光素子。
5. A region in which the depression is formed above the stripe-shaped growth suppression film, and is located at least 2 μm in a width direction of the growth suppression film from a side end of the depression and within the width of the growth suppression film. 5. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein a light emitting portion of the light emitting device structure is included above the light emitting device.
【請求項6】 前記成長抑制膜とその上方の前記窪みと
の間に空隙が存在していることを特徴とする請求項5に
記載の窒化物半導体発光素子。
6. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 5, wherein a void exists between the growth suppressing film and the depression above the growth suppressing film.
【請求項7】 前記成長抑制膜の幅が7〜100μmの
範囲内にあることを特徴とする請求項3から6のいずれ
かの項に記載の窒化物半導体発光素子。
7. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein a width of said growth suppressing film is in a range of 7 to 100 μm.
【請求項8】 前記成長抑制膜の厚さが0.05〜10
μmの範囲内にあることを特徴とする請求項2から7の
いずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子。
8. The growth suppressing film having a thickness of 0.05 to 10
The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 2 to 7, wherein the thickness is within a range of μm.
【請求項9】 前記成長抑制膜はSiO2、SiO、S
iNx、およびSiONxの少なくともいずれかの誘電体
またはW、Moの少なくともいずれかの金属を含むこと
を特徴とする請求項2から8のいずれかの項に記載の窒
化物半導体発光素子。
9. The growth suppressing film is made of SiO 2 , SiO, S
9. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the nitride semiconductor light emitting device includes at least one of iN x and SiON x or at least one of W and Mo. 9.
【請求項10】 前記窒化物半導体下地層はAlとIn
の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1から
9のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子。
10. The nitride semiconductor underlayer is composed of Al and In.
10. The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1, comprising at least one of the following.
【請求項11】 前記窒化物半導体下地層はGaNであ
って、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、M
gおよびBeの不純物群のうちで少なくとも1種類以上
を含み、かつその添加量が1×1017/cm3以上で5
×1018/cm3以下であることを特徴とする請求項1
から9のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子。
11. The nitride semiconductor underlayer is GaN, and Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, M
g and Be containing at least one or more of the impurity groups, and the amount of addition is 1 × 10 17 / cm 3 or more and 5
2. The composition according to claim 1, wherein the density is not more than × 10 18 / cm 3.
10. The nitride semiconductor light emitting device according to any one of items 9 to 9.
【請求項12】 前記窒化物半導体下地層はAlxGa
1-xN(0.01≦x≦0.15)であって、Si、
O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、MgおよびBe
の不純物群のうちで少なくとも1種類以上を含み、かつ
その添加量が3×1017/cm3以上で5×1018/c
3以下であることを特徴とする請求項1から9のいず
れかの項に記載の窒化物半導体発光素子。
12. The nitride semiconductor underlayer is made of Al x Ga.
1-xN (0.01 ≦ x ≦ 0.15) and Si,
O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg and Be
Of at least one of the impurity groups described above, and the added amount is 3 × 10 17 / cm 3 or more and 5 × 10 18 / c
The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 9, characterized in that m 3 or less.
【請求項13】 前記窒化物半導体下地層はInxGa
1-xN(0.01≦x≦0.15)であって、Si、
O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、MgおよびBe
の不純物群のうちで少なくとも1種類以上を含み、かつ
その添加量が1×1017/cm3以上で4×1018/c
3以下であることを特徴とする請求項1から9のいず
れかの項に記載の窒化物半導体発光素子。
13. The nitride semiconductor underlayer is made of In x Ga.
1-xN (0.01 ≦ x ≦ 0.15) and Si,
O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg and Be
And at least one of the impurity groups described above, and the added amount is 1 × 10 17 / cm 3 or more and 4 × 10 18 / c
The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the value is not more than m 3 .
【請求項14】 前記窪みを2つ以上含む領域上に電極
が形成されていることを特徴とする請求項1から13の
いずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子。
14. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an electrode is formed on a region including at least two of the depressions.
【請求項15】 前記窪みを2つ以上含む領域上に誘電
体膜が形成されていることを特徴とする請求項1から1
4のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子。
15. The method according to claim 1, wherein a dielectric film is formed on a region including at least two of the depressions.
5. The nitride semiconductor light emitting device according to any one of items 4.
【請求項16】 ワイヤボンドと前記窒化物半導体素子
との間の接合領域に前記窪みが1つ以上含まれているこ
とを特徴とする請求項1から15のいずれかの項に記載
の窒化物半導体発光素子。
16. The nitride according to claim 1, wherein one or more dents are included in a bonding region between a wire bond and the nitride semiconductor element. Semiconductor light emitting device.
【請求項17】 前記量子井戸層はAs、P、およびS
bのうちの少なくとも1種の元素を含んでいることを特
徴とする請求項1から16のいずれかの項に記載の窒化
物半導体発光素子。
17. The quantum well layer comprises As, P, and S
17. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, comprising at least one element of b.
【請求項18】 請求項1から17のいずれかの項に記
載された窒化物半導体発光素子を含むことを特徴とする
光学装置または半導体発光装置。
18. An optical device or a semiconductor light emitting device comprising the nitride semiconductor light emitting device according to claim 1. Description:
【請求項19】 窒化物半導体の基板表面または窒化物
半導体以外の基礎基板上に成長した窒化物半導体基板層
表面上に窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜を部
分的に形成してマスク基板とし、 前記マスク基板上に窒化物半導体下地層を成長させ、 前記窒化物半導体下地層上でn型層とp型層との間にお
いて量子井戸層または量子井戸層とこれに接する障壁層
を含む発光層を含む発光素子構造を成長させる工程を含
み、 前記発光素子構造を成長させたあとのその表面において
も前記成長抑制膜の上方において平坦化されていない窪
みが形成されていることを特徴とする窒化物半導体発光
素子の製造方法。
19. A mask formed by partially forming a growth suppressing film for suppressing the growth of a nitride semiconductor on a surface of a nitride semiconductor substrate or on a surface of a nitride semiconductor substrate layer grown on a basic substrate other than the nitride semiconductor. A nitride semiconductor underlayer is grown on the mask substrate; and a quantum well layer or a quantum well layer and a barrier layer in contact with the quantum well layer between the n-type layer and the p-type layer on the nitride semiconductor underlayer. A step of growing a light-emitting element structure including a light-emitting layer including the step of growing the light-emitting element structure, wherein a non-planarized depression is formed above the growth suppression film also on the surface of the light-emitting element structure after the growth. A method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device.
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