JP2002246697A - Semiconductor laser element and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor laser element and method of manufacturing the same

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JP2002246697A JP2001240413A JP2001240413A JP2002246697A JP 2002246697 A JP2002246697 A JP 2002246697A JP 2001240413 A JP2001240413 A JP 2001240413A JP 2001240413 A JP2001240413 A JP 2001240413A JP 2002246697 A JP2002246697 A JP 2002246697A
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Yoshio Honda
善央 本田
Norifumi Kameshiro
典史 亀代
Masafumi Yamaguchi
雅史 山口
Norikatsu Koide
典克 小出
Shigetoshi Ito
茂稔 伊藤
Tomoteru Ono
智輝 大野
Masaki Furukawa
勝紀 古川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element which can reduce the occurrence of a crack and has a excellent photoelectric characteristics. SOLUTION: The semiconductor laser element comprises a substrate 1 and an n-GaN layer 102 which is formed on the substrate 1 and consists of a nitride semiconductor. The substrate 1 comprises a groove having a surface tilted at 62 deg. from the major surface of the substrate or a surface tilted from the surface by 3 deg. or less in an arbitrary direction as a slope. The n-GaN layer 102 is formed on the slope and has a lower clad layer 103, an active layer 105, and an upper clad layer 108 consisting of nitride semiconductors thereon. Further, the active layer 105 has a plane orientation substantially conforming to the major surface.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体を用
いた半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor laser device using a nitride semiconductor and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN,InN,AlNおよびそれらの
混晶半導体からなる窒化物半導体材料を用いて、これま
で、サファイア基板、GaN基板、SiC基板もしくは
シリコン(111)基板上にInxGa1-xN結晶を発光
層として用いた発光素子が作製されている。
2. Description of the Related Art A nitride semiconductor material composed of GaN, InN, AlN and a mixed crystal semiconductor thereof has been used to form In x Ga 1- on a sapphire substrate, a GaN substrate, a SiC substrate or a silicon (111) substrate. A light-emitting element using an xN crystal as a light-emitting layer has been manufactured.

【0003】特にシリコン基板は、他の基板と比較して
大面積で品質の一定したものが安価に得られるため、こ
れを採用することにより低コストで上記発光素子を製造
できるのではないかと期待されている。また、これらの
混晶半導体からなる窒化物半導体材料を用いて、半導体
レーザ素子の試作も試みられている。
In particular, since a silicon substrate having a large area and a constant quality can be obtained at a low cost as compared with other substrates, it is expected that the light emitting element can be manufactured at low cost by adopting the silicon substrate. Have been. Also, trial production of a semiconductor laser device has been attempted using a nitride semiconductor material composed of these mixed crystal semiconductors.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところがシリコン(1
11)基板を用い、窒化物半導体の成長を行うとC面を
成長面として有する窒化物半導体膜が得られるものの、
このエピタキシャル半導体膜は、原子レベルでの平坦性
があまり良くなかった。
However, silicon (1)
11) When a nitride semiconductor is grown using a substrate, a nitride semiconductor film having a C-plane as a growth surface is obtained.
This epitaxial semiconductor film was not very flat at the atomic level.

【0005】例えばこれらの基板上にn型のクラッド
層、量子井戸型のInxGa1-xNからなる発光層、p型
のクラッド層を積層し微細構造のLD(レーザダイオー
ド)を作製した場合、膜の非平坦性が与える影響から、
発光層の厚みやIn組成の不均一が生じるため、その発
光に影響を及ぼしす。そのため、40nmと半値幅の広
い発光スペクトルを有するため誘導放出光を得にくく、
よって発振閾値が高い半導体レーザ素子しか得られにく
く、サファイア基板あるいはSiC基板上の素子と比較
すると劣るものしか得られていなかった。そのため、駆
動電流の小さい半導体レーザ素子を得ることは困難であ
った。
For example, an n-type cladding layer, a quantum well type light emitting layer made of In x Ga 1 -xN, and a p-type cladding layer are laminated on these substrates to produce an LD (laser diode) having a fine structure. In this case, due to the effect of the unevenness of the film,
Since the thickness and the In composition of the light emitting layer become non-uniform, the light emission is affected. Therefore, it has an emission spectrum with a wide half-value width of 40 nm, so that it is difficult to obtain stimulated emission light,
Therefore, it is difficult to obtain only a semiconductor laser device having a high oscillation threshold, and only an inferior device as compared with a device on a sapphire substrate or a SiC substrate has been obtained. Therefore, it has been difficult to obtain a semiconductor laser device having a small driving current.

【0006】また、窒化物半導体材料を用いたレーザの
問題として、活性層の上下に形成されるクラッド層の双
方にエネルギーギャップの大きい、Alを含有する窒化
物半導体材料を用いないと、活性層に充分に光および電
子を閉じ込め、高効率の発光を行わせ、もって駆動電流
の低い半導体レーザ素子を製造することが不可能である
ことがわかった。
A problem with lasers using a nitride semiconductor material is that if an Al-containing nitride semiconductor material having a large energy gap is not used in both the cladding layers formed above and below the active layer, the active layer will It has been found that it is impossible to manufacture a semiconductor laser device having a low driving current by sufficiently confining light and electrons to emit light with high efficiency.

【0007】しかしながら、Alを含有する窒化物半導
体材料は結晶成長するにしたがってクラックを生じやす
い問題があり、半導体レーザの閾値等の初期特性の向上
また寿命の悪化を防止するために、活性層の上下に形成
されるクラッド層の双方にAlを含有する窒化物半導体
材料を用いた場合、クラックの発生を防止することが求
められていた。特に、シリコン基板を用いた場合には、
シリコンは窒化物半導体と比較して熱膨張係数が小さ
く、よって成長後、常温に戻した際に、成長した窒化物
半導体が引張り応力を受けるため、サファイア基板等と
比べて非常にクラックが生じやすいという問題があっ
た。
However, the nitride semiconductor material containing Al has a problem that cracks are likely to occur as the crystal grows. In order to improve the initial characteristics such as the threshold value of the semiconductor laser and prevent the life of the semiconductor layer from deteriorating, the active layer of the nitride semiconductor material has a problem. When a nitride semiconductor material containing Al is used for both the upper and lower clad layers, it has been required to prevent the occurrence of cracks. In particular, when a silicon substrate is used,
Silicon has a smaller coefficient of thermal expansion than nitride semiconductors, and thus, when grown and returned to room temperature, the grown nitride semiconductors are subjected to tensile stress, so cracks are much more likely to occur than sapphire substrates and the like There was a problem.

【0008】本発明は、上記の課題を解決するものであ
り、クラックの発生を抑制し、かつ優れた光電特性を有
する半導体レーザ素子およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device which suppresses generation of cracks and has excellent photoelectric characteristics and a method for manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体レー
ザ素子は、1つの局面では、基板と、基板上に形成され
た窒化物半導体で構成される化合物半導体層とを有し、
上記基板は、基板の主面より62度の傾斜した面か、も
しくはこの面から任意の方向に3度以内の範囲で傾いた
面を斜面として有する溝を備え、化合物半導体層はこの
斜面上に形成されるとともに、化合物半導体層上に、各
々窒化物半導体で構成される下部クラッド層、活性層、
上部クラッド層を有し、かつ活性層は、上記主面に概略
一致した面方位をもつことを特徴とする。
According to one aspect, a semiconductor laser device according to the present invention has a substrate and a compound semiconductor layer formed of a nitride semiconductor formed on the substrate.
The substrate includes a groove having a surface inclined at 62 degrees from the main surface of the substrate or a surface inclined within 3 degrees in an arbitrary direction from the surface as a slope, and the compound semiconductor layer is provided on the slope. Formed on the compound semiconductor layer, a lower cladding layer each composed of a nitride semiconductor, an active layer,
The active layer has an upper clad layer, and the active layer has a plane orientation substantially coincident with the main surface.

【0010】本発明に係る半導体レーザ素子は、他の局
面では、基板と、該基板上に形成された窒化物半導体で
構成される化合物半導体層とを有し、上記基板は、基板
の主面より62度の傾斜した面か、もしくはこの面から
任意の方向に3度以内の範囲で傾いた面を斜面として有
する溝を備え、化合物半導体層はこの斜面上に形成され
るとともに、化合物半導体層上に、窒化物半導体で構成
される下部クラッド層、窒化物半導体で構成される活性
層、上部クラッド層を有し、かつ下部クラッド層および
上部クラッド層は、Alを含有する窒化物半導体で構成
されることを特徴とする。
In another aspect, a semiconductor laser device according to the present invention includes a substrate and a compound semiconductor layer formed of a nitride semiconductor formed on the substrate, wherein the substrate has a main surface of the substrate. A groove having a surface inclined at an angle of 62 degrees or a surface inclined within 3 degrees in an arbitrary direction from the surface as a slope, the compound semiconductor layer is formed on the slope and the compound semiconductor layer is formed on the surface; A lower clad layer composed of a nitride semiconductor, an active layer composed of a nitride semiconductor, and an upper clad layer are formed thereon, and the lower clad layer and the upper clad layer are composed of a nitride semiconductor containing Al. It is characterized by being performed.

【0011】上記基板は、シリコンで構成されることが
好ましい。本発明に係る半導体レーザ素子は、さらに他
の局面では、シリコン基板と、該シリコン基板上に形成
された窒化物半導体で構成される化合物半導体層とを有
し、シリコン基板は、シリコン基板の主面より62度の
傾斜した面か、もしくはこの面から任意の方向に3度以
内の範囲で傾いた面を斜面として有する溝を備え、化合
物半導体層は上記斜面上に形成されるとともに、各々窒
化物半導体で構成される下部クラッド層、活性層、上部
クラッド層を有することを特徴とする。
Preferably, the substrate is made of silicon. In still another aspect, a semiconductor laser device according to the present invention has a silicon substrate and a compound semiconductor layer formed of a nitride semiconductor formed on the silicon substrate. A groove having a surface inclined at an angle of 62 degrees from the surface or a surface inclined within 3 degrees in an arbitrary direction from this surface as an inclined surface, and the compound semiconductor layer is formed on the inclined surface and nitrided. A lower cladding layer, an active layer, and an upper cladding layer composed of a semiconductor.

【0012】本発明に係る半導体レーザ素子は、さらに
他の局面では、シリコン基板と、該シリコン基板上に形
成された窒化物半導体で構成される化合物半導体層とを
有し、化合物半導体層が、(100)面を[01−1]
軸のまわりで7.3度回転した面もしくはこの面から任
意の方向に3度以内傾けた範囲にある面で構成される主
面を有するシリコン基板を用いて形成され、シリコン基
板は(111)面を斜面として有する溝を備え、化合物
半導体層はこの斜面上に形成されるとともに、各々窒化
物半導体で構成される下部クラッド層、活性層、上部ク
ラッド層を有することを特徴とする。
In still another aspect, a semiconductor laser device according to the present invention has a silicon substrate and a compound semiconductor layer formed of a nitride semiconductor formed on the silicon substrate. The (100) plane is [01-1]
It is formed using a silicon substrate having a main surface composed of a plane rotated by 7.3 degrees around the axis or a plane inclined within 3 degrees in an arbitrary direction from this plane, and the silicon substrate is formed of (111) A compound semiconductor layer is formed on the slope, and has a lower cladding layer, an active layer, and an upper cladding layer each formed of a nitride semiconductor.

【0013】上部クラッド層および下部クラッド層は、
好ましくは、Alを含有する窒化物半導体で構成され
る。また、上記活性層は、基板の主面と概略一致した面
方位をもつものであってもよい。
The upper clad layer and the lower clad layer are
Preferably, it is composed of a nitride semiconductor containing Al. Further, the active layer may have a plane orientation substantially coincident with the main surface of the substrate.

【0014】さらに、上記化合物半導体層の<0001
>方向は、上記斜面に略垂直であってもよい。また、上
記活性層は、(1−101)面を面方位として有するも
のであってもよい。
[0014] Further, the compound semiconductor layer has a <0001
The> direction may be substantially perpendicular to the slope. Further, the active layer may have a (1-101) plane as a plane orientation.

【0015】上記溝は、活性層を構成する窒化物半導体
の、[11−20]方向に沿って延伸するものであって
もよい。また、該溝に沿ってレーザ光の導波ストライプ
構造が形成されるものであってもよい。
The groove may extend in the [11-20] direction of the nitride semiconductor constituting the active layer. Further, a waveguide stripe structure of laser light may be formed along the groove.

【0016】また、上記斜面以外の基板の表面の少なく
とも一部に、窒化物半導体の成長が抑制される膜が形成
されるものであってもよい。
[0016] A film may be formed on at least a part of the surface of the substrate other than the inclined surface so as to suppress the growth of the nitride semiconductor.

【0017】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
は、1つの局面では、基板の主面に、該主面より62度
の傾斜した面か、もしくはこの面から任意の方向に3度
以内の範囲で傾いた面を斜面として有する溝を形成する
工程と、上記斜面上に窒化物半導体を結晶成長し、化合
物半導体層を形成する工程と、該化合物半導体層上に、
各々窒化物半導体で構成される下部クラッド層、活性
層、上部クラッド層を順次積層する工程とを備える。
In one aspect, a method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention includes the steps of: providing, on a main surface of a substrate, a surface inclined at 62 degrees from the main surface or within 3 degrees in an arbitrary direction from the main surface; Forming a groove having a surface inclined as a slope as a slope, crystal growing a nitride semiconductor on the slope to form a compound semiconductor layer, and forming the compound semiconductor layer on the compound semiconductor layer;
Sequentially stacking a lower cladding layer, an active layer, and an upper cladding layer each formed of a nitride semiconductor.

【0018】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
は、他の局面では、(100)面を[01−1]軸のま
わりで7.3度回転した面もしくはこの面から任意の方
向に3度以内傾けた範囲内にある面で構成される主面を
有するシリコン基板の主面に、(111)面を斜面とし
て有する溝を形成する工程と、上記斜面上に窒化物半導
体を結晶成長し、化合物半導体層を形成する工程と、該
化合物半導体層上に、各々窒化物半導体で構成される下
部クラッド層、活性層、上部クラッド層を順次積層する
工程とを備える。
In another aspect of the method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, the (100) plane is rotated by 7.3 degrees around the [01-1] axis or from the plane in any direction. Forming a groove having a (111) plane as a slope on a main surface of a silicon substrate having a main surface constituted by a plane inclined within a degree, and crystal-growing a nitride semiconductor on the slope. Forming a compound semiconductor layer, and sequentially laminating a lower clad layer, an active layer, and an upper clad layer each composed of a nitride semiconductor on the compound semiconductor layer.

【0019】上記半導体レーザ素子の製造方法は、化合
物半導体層を形成する前に、斜面以外の基板の表面の少
なくとも一部に、窒化物半導体の成長が抑制される膜を
形成する工程を備えるものであってもよい。
The method for manufacturing a semiconductor laser device includes a step of forming a film on which growth of a nitride semiconductor is suppressed on at least a part of the surface of the substrate other than the slope before forming the compound semiconductor layer. It may be.

【0020】上記溝は基板上に複数設けられる。この場
合、上述の半導体レーザ素子の製造方法において、溝の
斜面上に形成された化合物半導体層を、結晶成長にした
がって合体させる。
The plurality of grooves are provided on the substrate. In this case, in the method of manufacturing a semiconductor laser device described above, the compound semiconductor layers formed on the slopes of the grooves are united according to crystal growth.

【0021】上記化合物半導体層形成後に、基板を除去
する工程を備えるものであってもよい。また、化合物半
導体層の<0001>方向が前記斜面に略垂直であるよ
うに結晶成長させることが好ましい。また、上部クラッ
ド層および下部クラッド層を、Alを含有する窒化物半
導体で形成するものであってもよい。
After the compound semiconductor layer is formed, a step of removing the substrate may be provided. Preferably, the crystal is grown so that the <0001> direction of the compound semiconductor layer is substantially perpendicular to the slope. Further, the upper clad layer and the lower clad layer may be formed of a nitride semiconductor containing Al.

【0022】上記活性層を、基板の主面と概略一致した
面方位をもつように結晶成長させることが好ましい。ま
た、該活性層は、(1−101)面を面方位として有す
ることが好ましい。
Preferably, the active layer is grown so as to have a plane orientation substantially coincident with the main surface of the substrate. Further, the active layer preferably has a (1-101) plane as a plane orientation.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明について、以下に実施の形
態を示しつつ説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments.

【0024】<実施の形態1>図1は本実施の形態にお
ける窒化物半導体膜の(1−101)ファセット面70を
形成するための概念図、図2は、本実施の形態の窒化物
半導体レーザ素子の構造を示す概略断面図である。
<First Embodiment> FIG. 1 is a conceptual diagram for forming a (1-101) facet surface 70 of a nitride semiconductor film according to the present embodiment, and FIG. 2 is a nitride semiconductor according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a laser element.

【0025】本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子
は、[0−1−1]方向への7.3度(001)Siオ
フ基板1上に形成される。該基板1は、その主面60か
ら62度の角度の斜面を(111) ファセット面61と
して有するストライプ状の溝を有しており、そのファセ
ット面61から下記の説明の通りに順次平坦化されて積
層されていくn−AlGaInN層10、n−GaN層
102を有している。
The nitride semiconductor laser device of the present embodiment is formed on a 7.3 degree (001) Si off substrate 1 in the [0-1-1] direction. The substrate 1 has a stripe-shaped groove having an inclined surface at an angle of 62 degrees from its main surface 60 as a (111) facet surface 61, and is sequentially flattened from the facet surface 61 as described below. It has an n-AlGaInN layer 10 and an n-GaN layer 102 that are stacked one upon another.

【0026】n−GaN層102の上面は、ほぼ基板主
面と平行であり、(1−101)面となっている。その
上に、順次、n−AlX1Ga1-X1N(X1=0.1)下
部クラッド層103(膜厚1.2μm)、n−GaN下
部ガイド層104(膜厚0.1μm)、InWGa1-W
(0<W<1)井戸層とInVGa1-VN(0≦V<W)
障壁層との交互多層構造からなる3重量子井戸活性層1
05(発光波長400nm、総膜厚40nm)、AlG
aNキャップ層106(膜厚20nm)、p−GaN上
部ガイド層107(膜厚0.1μm)、p−AlX2Ga
1-X2N(X2=0.1)クラッド層108(膜厚0.4
μm)、p−AlaInbGa1-a-bN(a=0,b=
0.1)コンタクト層109(膜厚0.03μm)の各
窒化物半導体層が形成されている。
The upper surface of the n-GaN layer 102 is substantially parallel to the main surface of the substrate and is a (1-101) plane. On top of this, n-Al X1 Ga 1-X1 N (X1 = 0.1) lower cladding layer 103 (1.2 μm in thickness), n-GaN lower guide layer 104 (0.1 μm in thickness), and In W Ga 1-W N
(0 <W <1) well layer and In V Ga 1 -V N (0 ≦ V <W)
Triple quantum well active layer 1 having an alternate multilayer structure with a barrier layer
05 (emission wavelength 400 nm, total film thickness 40 nm), AlG
aN cap layer 106 (20 nm thick), p-GaN upper guide layer 107 (0.1 μm thick), p-Al X2 Ga
1-X2 N (X2 = 0.1) cladding layer 108 (film thickness 0.4
μm), p-Al a In b Ga 1-ab N (a = 0, b =
0.1) Each nitride semiconductor layer of the contact layer 109 (having a thickness of 0.03 μm) is formed.

【0027】さらに、p−AlaInbGa1-a-bNコン
タクト層109の上面には、金属電極110が形成さ
れ、シリコン基板の裏面には金属電極111が形成され
ている。pクラッド層108の一部およびp−Ala
bGa1-a-bNコンタクト層109は、リッジストライ
プ形状に形成され、半導体レーザの横方向光閉じ込め構
造を構成している。
Furthermore, on the upper surface of the p-Al a In b Ga 1 -ab N contact layer 109, a metal electrode 110 is formed, the back surface of the silicon substrate metal electrode 111 is formed. Part of p-cladding layer 108 and p-Al a I
The n b Ga 1-ab N contact layer 109 is formed in a ridge stripe shape, and forms a lateral light confinement structure of the semiconductor laser.

【0028】図2のように、本実施の形態の半導体レー
ザでは、金属電極110をストライプ状に形成したが、
金属電極110は、リッジストライプ部分のみ半導体層
と接し、その他の部分には半導体層(pクラッド層10
8)との間に絶縁膜が介在されるようにして、リッジス
トライプ部分以外まで延びていてもよい。この場合も、
電流がリッジストライプ部分のみを流れることとなり、
電流狭窄構造を実現することができる。
As shown in FIG. 2, in the semiconductor laser of this embodiment, the metal electrodes 110 are formed in a stripe shape.
The metal electrode 110 is in contact with the semiconductor layer only in the ridge stripe portion, and the semiconductor layer (p clad layer 10
8), and may extend to portions other than the ridge stripe portion with an insulating film interposed therebetween. Again,
The current flows only through the ridge stripe,
A current confinement structure can be realized.

【0029】n型半導体を形成するためのドーパントと
しては、好ましくはSi,Ge,O,S,Seが用いら
れる。また、p型半導体を形成するためのドーパントと
しては、好ましくはBe,Cd,Mgが用いられる。B
e,Cd,Mgと同時にSi,Ge,O,S,Seのい
ずれかを添加することも、低抵抗、ドーパント拡散の少
ないp型層を得るために有効であった。
As a dopant for forming the n-type semiconductor, Si, Ge, O, S, Se is preferably used. In addition, Be, Cd, and Mg are preferably used as a dopant for forming a p-type semiconductor. B
Addition of any of Si, Ge, O, S, and Se simultaneously with e, Cd, and Mg was also effective for obtaining a p-type layer having low resistance and low dopant diffusion.

【0030】次に、本実施形態の半導体レーザ装置の製
造方法について図4ないし図8も参照しつつ説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0031】まず、[0−1−1]方向へ7.3度オフ
した(001)シリコン基板を洗浄し、その上に、スパ
ッタリングもしくはCVD(Chemical Vapor Depositio
n)技術を用い、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜
52を、100nm堆積させる。その後、図4に示すよ
うに、フォトリソグラフィを行なうことで、シリコン酸
化膜もしくはシリコン窒化膜52をストライプ状に除去
する。このときのストライプの方向は、Si[01−
1]方向に沿っている。
First, the (001) silicon substrate which has been turned off by 7.3 degrees in the [0-1-1] direction is cleaned, and sputtering or CVD (Chemical Vapor Depositio) is performed thereon.
n) Using a technique, a silicon oxide film or a silicon nitride film 52 is deposited to a thickness of 100 nm. Thereafter, as shown in FIG. 4, the silicon oxide film or the silicon nitride film 52 is removed in a stripe shape by performing photolithography. At this time, the direction of the stripe is Si [01-
1] direction.

【0032】さらにそのウエハーを、KOH等のアルカ
リのエッチャント、バッファードフッ酸などの酸エッチ
ャントによって、図5に示すようにSi(111)ファ
セット面61をもつ溝を形成する。この溝は、Si[0
1−1]方向に延伸したストライプ状の溝である。図1
に示すように、(111)ファセット面61は、シリコ
ン基板の主面60に対して62度の関係を有しているも
のであった。この面は、上記エッチングにより得られる
平坦なファセット面であり、エッチャントの温度、エッ
チング速度を適宜調整することで容易に形成できる。
Further, a groove having a Si (111) facet surface 61 as shown in FIG. 5 is formed on the wafer by an alkali etchant such as KOH or an acid etchant such as buffered hydrofluoric acid. This groove is formed by Si [0
1-1] are stripe-shaped grooves extending in the direction. Figure 1
As shown in (1), the (111) facet surface 61 had a relationship of 62 degrees with the main surface 60 of the silicon substrate. This surface is a flat facet surface obtained by the above-described etching, and can be easily formed by appropriately adjusting the temperature of the etchant and the etching rate.

【0033】このとき、溝の形状自体は、V字もしくは
底部が平坦になっている略V字形状を有し、もう一方の
斜面は、(1−1−1)ファセット面となる。なお、シ
リコン基板がオフ基板であるので、V字形状は左右対称
ではない。そのため、(111)斜面は基板主面に対し
て約62度傾斜した面であるが、(1−1−1)斜面は
基板主面に対して約47度傾斜した面である。
At this time, the groove itself has a V-shape or a substantially V-shape having a flat bottom, and the other slope is a (1-1-1) facet surface. Since the silicon substrate is an off-substrate, the V-shape is not symmetrical. Therefore, the (111) slope is a plane inclined at about 62 degrees with respect to the substrate main surface, while the (1-1-1) slope is a plane inclined at about 47 degrees with respect to the substrate main surface.

【0034】この基板をスパッタリング装置内で傾けた
状態とすることで、(111)ファセット面61上に膜
が形成されないように製膜を行い、図6に示すように、
(1−1−1)ファセット面を覆うようにシリコン酸化
膜もしくはシリコン窒化膜からなるマスク52を形成す
る。これを、窒化物半導体基板作成用の基板とする。図
8に、この際のシリコン基板とファセット面等との方位
関係について示す。
The substrate is tilted in the sputtering apparatus to form a film on the (111) facet surface 61 so that the film is not formed on the (111) facet surface 61. As shown in FIG.
(1-1-1) A mask 52 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed so as to cover the facet surface. This is used as a substrate for producing a nitride semiconductor substrate. FIG. 8 shows the orientation relationship between the silicon substrate and the facet surface and the like at this time.

【0035】そして、MOCVD(有機金属化学気相成
長)法を用いて、以下の成長条件で窒化物半導体膜を成
長する。
Then, a nitride semiconductor film is grown by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) under the following growth conditions.

【0036】上記のプロセスを経たシリコン基板のファ
セット面61上に、n−AlGaInN中間層10、n
−GaN層102(化合物半導体層)を結晶成長するこ
とで、図7(a)〜(b)のような成長過程を経て、上
面に平坦なGaN(1−101)面をもったGaN結晶
膜を作製することができる。ここで、中間層10はバッ
ファ層としての役割を果たす、膜厚数100nm程度以
下の薄い膜である。
On the facet surface 61 of the silicon substrate having undergone the above process, the n-AlGaInN intermediate layers 10 and n
-A GaN crystal film having a flat GaN (1-101) surface on the upper surface through a growth process as shown in FIGS. 7A and 7B by growing the crystal of the GaN layer 102 (compound semiconductor layer). Can be produced. Here, the intermediate layer 10 is a thin film having a thickness of about 100 nm or less, which plays a role as a buffer layer.

【0037】結晶成長は、露出する(111)ファセッ
ト面上から開始する。具体的には、図7(a)および
(b)に示すように、成長する窒化物半導体は、斜面に
対して<0001>方向が垂直に配向する。成長した結
晶の上面には、基板主面にほぼ平行にGaN(1−10
1)面70が現れ、そのため成長途中の段階ではストラ
イプ状に延びた三角柱のような形状の結晶となる。
Crystal growth starts on the exposed (111) facet plane. Specifically, as shown in FIGS. 7A and 7B, the growing nitride semiconductor is oriented so that the <0001> direction is perpendicular to the slope. On the upper surface of the grown crystal, GaN (1-10
1) The surface 70 appears, and during the growth stage, it becomes a crystal having a shape like a triangular prism extending in a stripe shape.

【0038】図3に、窒化物半導体の成長進行方向を示
す。この図3において、80は、窒化物半導体のc軸を
示し、81は窒化物半導体の成長進行方向を示す。な
お、成長初期に用いた中間層としては、AlInN中間
層、AlGaN中間層、AlN中間層を用いても同様の
結果が得られた。
FIG. 3 shows the growth direction of the nitride semiconductor. In FIG. 3, 80 indicates the c-axis of the nitride semiconductor, and 81 indicates the growth progress direction of the nitride semiconductor. Similar results were obtained even when an AlInN intermediate layer, an AlGaN intermediate layer, and an AlN intermediate layer were used as the intermediate layers used in the initial stage of growth.

【0039】シリコン基板を用いた場合、窒化物半導体
膜は、基板に対してc軸配向の結晶成長が行われやすい
が、本発明では、ファセットと基板のオフ角の関係が6
2度からなる基板を用いることで、平坦な窒化物半導体
の(1−101)ファセット面を有する結晶膜を用いる
ことができる。
When a silicon substrate is used, the nitride semiconductor film is liable to undergo c-axis oriented crystal growth on the substrate. However, in the present invention, the relationship between the facet and the off-angle of the substrate is six.
By using a substrate formed twice, a crystal film having a flat (1-101) facet plane of a nitride semiconductor can be used.

【0040】続いて、n−AlX1Ga1-X1N(X1=
0.1)下部クラッド層103、n−GaN下部ガイド
層104、InWGa1-WN(0<W<1)井戸層とIn
VGa1 -VN(0≦V<W)障壁層との交互多層構造から
なる3重量子井戸活性層105、AlGaNキャップ層
106、p−GaN上部ガイド層107、p−AlX2
1-X2N(X2=0.1)クラッド層108、p−Al
aInbGa1-a-bN(a=0,b=0.1)コンタクト
層109を、MOCVD(有機金属化学気相成長)法に
より、順次積層形成する。
Subsequently, n-Al X1 Ga 1-X1 N (X1 =
0.1) Lower clad layer 103, n-GaN lower guide layer 104, In W Ga 1 -W N (0 <W <1) well layer and In
A triple quantum well active layer 105, an AlGaN cap layer 106, a p-GaN upper guide layer 107, and a p-Al X2 G having an alternate multilayer structure with a V Ga 1 -V N (0 ≦ V <W) barrier layer.
a 1-X2 N (X2 = 0.1) cladding layer 108, p-Al
By a an In b a Ga 1-ab N (a = 0, b = 0.1) contact layer 109, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, are sequentially stacked.

【0041】その後、エッチングにより、p−AlX2
1-X2N(X2=0.1)クラッド層108、p−Al
aInbGa1-a-bN(a=0,b=0.1)コンタクト
層109を、幅2μmのストライプ状の部分を残して除
去することにより、図2に示す素子構造を作製する。
Thereafter, p-Al X2 G
a 1-X2 N (X2 = 0.1) cladding layer 108, p-Al
The element structure shown in FIG. 2 is manufactured by removing the a- In b Ga 1-ab N (a = 0, b = 0.1) contact layer 109 except for a stripe-shaped portion having a width of 2 μm.

【0042】その後、上記の選択成長技術によって作製
したエピタキシャル膜に部分的にマスクを形成し、RI
BE(リアクティブ・イオンビーム・エッチング)等に
よるエッチング技術を用いることでミラー端面を形成す
る。なお、ミラー端面の形成は、へき開技術によっても
よい。
Thereafter, a mask is partially formed on the epitaxial film formed by the above selective growth technique,
The mirror end face is formed by using an etching technique such as BE (reactive ion beam etching). The mirror end face may be formed by a cleavage technique.

【0043】p−AlaInbGa1-a-bNコンタクト層
109の上面に、金属電極110を形成する。金属電極
110としては、Pd/Au,Ni/Pd/Au,Pd
/Pt/Au,Pd/Mo/Au,Pd/W/Auのい
ずれを用いてもよく、総膜厚として0.05〜3μm程
度とすればよい。その後、基板裏面に金属電極111を
形成する。金属電極111としては、Ti/Al,Zr
/Al,Hf/Al,W/Alのいずれを用いてもよ
く、総膜厚として0.05〜3μm程度とすればよい。
[0043] upper surface of p-Al a In b Ga 1 -ab N contact layer 109, a metal electrode 110. Pd / Au, Ni / Pd / Au, Pd
/ Pt / Au, Pd / Mo / Au, Pd / W / Au may be used, and the total thickness may be about 0.05 to 3 μm. After that, a metal electrode 111 is formed on the back surface of the substrate. As the metal electrode 111, Ti / Al, Zr
/ Al, Hf / Al or W / Al may be used, and the total thickness may be about 0.05 to 3 μm.

【0044】さらに、金属電極111を覆って、Mo/
Au,Mo/Ni,W/Au,Cr/Ni等の積層構造
を形成し、ワイヤボンディングあるいはダイボンディン
グが容易に行えるように工夫してもよい。
Further, by covering the metal electrode 111, Mo /
A stacked structure of Au, Mo / Ni, W / Au, Cr / Ni, or the like may be formed so that wire bonding or die bonding can be easily performed.

【0045】ここで用いたシリコン基板は、(001)
面から7.3度[0−1−1]方向に傾けた、すなわち
(001)面から[01−1]軸のまわりで7.3度回
転した主面60を持つものであり、これより活性層は
(1−101)を面方位としてもち、また、これがシリ
コン基板の主面60とほぼ同じ面方位を持つことができ
る。この面から任意の方向に3度以内の範囲で傾いた場
合も、(1−101)面に近い面方位を有する極めて平
坦な窒化物半導体界面が得られた。
The silicon substrate used here is (001)
It has a main surface 60 tilted 7.3 degrees [0-1-1] from the plane, that is, rotated 7.3 degrees around the [01-1] axis from the (001) plane. The active layer has (1-101) as a plane orientation, and this can have substantially the same plane orientation as the main surface 60 of the silicon substrate. When the surface was tilted in any direction within 3 degrees from this surface, an extremely flat nitride semiconductor interface having a plane orientation close to the (1-101) plane was obtained.

【0046】本実施の形態は、図1のように溝上にの
み、窒化物半導体膜を成長し、窒化物半導体膜の(1−
101)ファセット面70の上につづけてレーザ構造を
形成することで、図2に示すように、個々の三角柱形状
の結晶体に分離した半導体発光素子を別個に形成し、個
別に半導体レーザ素子を作製するものである。
In this embodiment, the nitride semiconductor film is grown only on the trench as shown in FIG.
101) By forming a laser structure continuously on the facet surface 70, as shown in FIG. 2, semiconductor light emitting devices separated into individual triangular prism-shaped crystals are separately formed, and the semiconductor laser devices are individually formed. It is to be produced.

【0047】そして、作製した半導体素子の特性を測定
したところ、発振閾値15mAと極めて低い半導体レー
ザ素子が得られた。これは、上記所定の面方位を持つ活
性層としたことで、極めて平坦性の高く、その層厚のゆ
らぎが少ない量子井戸構造が得られたこと、またGaN
膜のc軸が活性層面から傾くことで、活性層内の井戸お
よび障壁層界面にピエゾ効果によって生じる電流が減少
するため、電子正孔対のキャリア再結合確率が上がるの
で、発光効率が上がること、さらには結晶成長方向が結
晶初期から途中で(1−101)方向に変化することか
ら、基板界面付近から延びる貫通転移が活性層に達しな
くなり、非発光再結合が減少したこと等の複合的効果に
よるものと考えられる。
When the characteristics of the manufactured semiconductor device were measured, a semiconductor laser device having an extremely low oscillation threshold of 15 mA was obtained. This is because an active layer having the above-mentioned predetermined plane orientation was used, so that a quantum well structure with extremely high flatness and little fluctuation in the layer thickness was obtained.
Since the current generated by the piezo effect at the interface between the well and the barrier layer in the active layer is reduced by tilting the c-axis of the film from the active layer surface, the probability of carrier recombination of the electron-hole pair is increased, thereby increasing the luminous efficiency Furthermore, since the crystal growth direction changes in the (1-101) direction in the middle of the crystal from the initial stage, the threading dislocation extending from the vicinity of the substrate interface does not reach the active layer, and non-radiative recombination is reduced. This is probably due to the effect.

【0048】さらに、本発明においては、有効にクラッ
クの発生を抑制することができた。これは、AlGaN
クラッド層の結晶成長が[1−101]方向に進むこ
と、また基板主面から相当に傾斜した傾斜面上から窒化
物半導体の成長を開始し、成長方向が途中より(1−1
01)方向に変化する効果によるものと考えられる。
Further, in the present invention, generation of cracks could be effectively suppressed. This is AlGaN
The crystal growth of the cladding layer proceeds in the [1-101] direction, and the growth of the nitride semiconductor is started on an inclined plane considerably inclined from the main surface of the substrate, and the growth direction is changed from the middle ((1-1)).
This is considered to be due to the effect of changing in the 01) direction.

【0049】通常、シリコン基板上に本実施の形態と同
様のレーザ構造を作製すると、数百本/mmものクラッ
クが発生するが、本発明によりクラックの発生はほぼ皆
無となった。これは、サファイア基板上に本実施の形態
と同様のレーザ構造を作製した場合と比べてもクラック
が発生しにくく、クラックの抑制効果は顕著である。
Normally, when a laser structure similar to that of the present embodiment is formed on a silicon substrate, several hundred cracks / mm are generated, but almost no cracks are generated by the present invention. This is because cracks are less likely to occur than in the case where the same laser structure as in this embodiment is formed on a sapphire substrate, and the effect of suppressing cracks is remarkable.

【0050】以上より、半導体レーザ素子において閾値
が低減し、またクラックが抑制されたことにより、素子
寿命も向上した。
As described above, the threshold value of the semiconductor laser device was reduced and the crack was suppressed, so that the device life was improved.

【0051】本実施の形態をはじめとして、以下の実施
の形態において、成長初期に用いた中間層としては、A
lGaInN中間層の他に、AlInN中間層、AlG
aN中間層を用いてもよく、AlNを用いてもよい。中
間層の組成を選定するにあたっては、成長初期時の基板
の荒れを抑制するためにはGa組成を小さくすることが
よく、またシリコン基板を通じて電流を流す場合に、界
面の抵抗を減少させる目的には、Al組成を小さくし、
またSi等のn型不純物を1017cm-3以上ドープする
ことが望ましい。
In this embodiment and the following embodiments, the intermediate layer used in the initial stage of the growth includes A
In addition to the lGaInN intermediate layer, an AlInN intermediate layer, AlG
An aN intermediate layer or AlN may be used. In selecting the composition of the intermediate layer, it is preferable to reduce the Ga composition in order to suppress the roughness of the substrate at the beginning of growth, and to reduce the resistance at the interface when a current flows through the silicon substrate. Reduces the Al composition,
It is desirable to dope an n-type impurity such as Si at 10 17 cm −3 or more.

【0052】また、本実施の形態では、n電極をシリコ
ン基板に設け、窒化物半導体から基板に電流を流す構成
としたが、窒化物半導体とシリコン基板との界面で、電
圧効果を生じやすい問題がある。この問題を回避するた
めに、n電極をn型窒化物半導体に直接設けたり、n型
窒化物半導体とシリコン基板とを接続する電極を設ける
ことも有効であり、これは成長抑制膜と兼用することも
できる。
In this embodiment, the n-electrode is provided on the silicon substrate, and a current flows from the nitride semiconductor to the substrate. However, a voltage effect is likely to occur at the interface between the nitride semiconductor and the silicon substrate. There is. In order to avoid this problem, it is effective to provide an n-electrode directly on the n-type nitride semiconductor or to provide an electrode for connecting the n-type nitride semiconductor to the silicon substrate, which also serves as a growth suppressing film. You can also.

【0053】<実施の形態2>実施の形態1において
は、(001)面より7.3度傾けたシリコン基板上に
直接レーザ素子構造の作製を行なったが、このシリコン
オフ基板をGaN基板作製のための下地基板として用
い、連続膜からなるGaN基板を作製した後に半導体レ
ーザ素子を形成することも可能である。
<Second Embodiment> In the first embodiment, the laser device structure was directly manufactured on a silicon substrate inclined by 7.3 degrees from the (001) plane. It is also possible to form a semiconductor laser device after forming a GaN substrate composed of a continuous film by using the substrate as a base substrate for GaN.

【0054】実施の形態1と同様の処理を行ったシリコ
ン基板に、MOCVD(有機金属気相成長)法を用い、
AlInN中間層の成長を行い、続いてGaNの成長を
行なうことで、図7(a)〜(d)のような成長過程を
経て、連続膜からなるGaN基板を作製することができ
る。
Using a MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method on a silicon substrate which has been subjected to the same processing as in the first embodiment,
By growing the AlInN intermediate layer and then growing GaN, a GaN substrate composed of a continuous film can be manufactured through the growth process shown in FIGS. 7A to 7D.

【0055】具体的には、図7(a)に示すように、結
晶成長は(111)ファセット上から開始する。成長す
る窒化物半導体は、斜面に対して<0001>方向が垂
直となるように配向する。成長した結晶の上面には、図
7(b)に示すように基板主面にほぼ平行にGaN(1
−101)面70が現れ、そのため成長途中の段階では
ストライプ状に延びた三角柱のような形状の結晶とな
る。さらに、成長が進むにしたがって三角柱の径は大き
くなり、図7(c)に示すように、ついには隣接する三
角柱状結晶同士が接触するようになる。これからさらに
成長を続けると、分離していた各三角柱状結晶は合体
し、図7(d)に示すように、表面に平坦なGaN(1
−101)面72をもったGaN結晶膜が得られる。
Specifically, as shown in FIG. 7A, crystal growth starts on the (111) facet. The growing nitride semiconductor is oriented such that the <0001> direction is perpendicular to the slope. On the upper surface of the grown crystal, as shown in FIG.
-101) The plane 70 appears, and during the growth stage, it becomes a crystal having a shape like a triangular prism extending in a stripe shape. Further, as the growth proceeds, the diameter of the triangular prism increases, and as shown in FIG. 7 (c), the adjacent triangular prism crystals finally come into contact with each other. When the growth is further continued, the separated triangular columnar crystals are united to form a flat GaN (1) as shown in FIG.
-101) A GaN crystal film having the plane 72 is obtained.

【0056】成長初期に用いた中間層としては、AlI
nN中間層、AlGaN中間層、AlGaInN中間層
を用いても同様の結果が得られた。
The intermediate layer used at the beginning of the growth was made of AlI
Similar results were obtained using an nN intermediate layer, an AlGaN intermediate layer, and an AlGaInN intermediate layer.

【0057】そのウェハをHVPE(ハイドライドVP
E)装置内に導入する。N2キャリアガスとNH3を、そ
れぞれ5l/min.流しながら、基板の温度を約1050℃
まで昇温する。その後、基板上にGaClを100cc/min.
導入してGaNの厚膜の成長を開始する。GaClは約
850℃に保持されたGa金属にHClガスを流すこと
により生成される。また、基板近傍まで単独で配管して
ある不純物ドーピングラインを用いて不純物ガスを流す
ことにより、任意に成長中に不純物のドーピングを行な
うことができる。本実施例ではSiをドーピングする目的
で、成長を開始すると同時に、モノシラン(SiH4
を200nmol/min.供給(Si不純物濃度約3.8x1018cm-3)し
てSiドープGaN膜を成長した。
The wafer is subjected to HVPE (hydride VP).
E) Introduce into the device. While flowing N 2 carrier gas and NH 3 respectively at 5 l / min., The temperature of the substrate was set to about 1050 ° C.
Heat up to Then, 100 cc / min of GaCl on the substrate.
To start the growth of a thick GaN film. GaCl is generated by flowing HCl gas through Ga metal maintained at about 850 ° C. In addition, the impurity gas can be arbitrarily doped during the growth by flowing the impurity gas using the impurity doping line which is independently piped to the vicinity of the substrate. In this embodiment, for the purpose of doping Si, the growth is started and, at the same time, monosilane (SiH 4 )
Was supplied (Si impurity concentration: about 3.8 × 10 18 cm −3 ) to grow a Si-doped GaN film.

【0058】上記方法で、8時間の成長を行ない、膜厚
の合計が約350μmの厚さのGaNをシリコン基板上
に成長した。成長後、研磨乃至はエッチングによりシリ
コン基板を除去し、(1−101)面を有する極めて平
坦なGaN基板を得る。こうして、本実施の形態によれ
ば、(1−101)面を表面に有するGaN基板を得る
ことができる。
By the above method, GaN was grown for 8 hours, and GaN having a total thickness of about 350 μm was grown on the silicon substrate. After the growth, the silicon substrate is removed by polishing or etching to obtain an extremely flat GaN substrate having a (1-101) plane. Thus, according to the present embodiment, a GaN substrate having (1-101) plane on the surface can be obtained.

【0059】このn−GaN基板(膜厚100μm)上
に、実施の形態1と同様に、n−AlX1Ga1-X1N下部
クラッド層103、n−GaN下部ガイド層104、3
重量子井戸活性層105、AlGaNキャップ層10
6、p−GaN上部ガイド層107、p−AlX2Ga
1-X2Nクラッド層108、p−AlaInbGa1-a-b
コンタクト層109を、MOCVD法により、順次積層
形成し、半導体レーザ素子ウェハを得る。ただし、n−
GaN基板の裏面に、n側の金属電極を形成する。良好
なへき開端面を得やすくするためには、ウェハの厚みを
70〜300μmに調整しておくことが好ましく、本実
施の形態では150μmとした。
On this n-GaN substrate (film thickness: 100 μm), as in the first embodiment, the n-Al X1 Ga 1 -X1N lower cladding layer 103, the n-GaN lower guide layer 104,
Quantum well active layer 105, AlGaN cap layer 10
6, p-GaN upper guide layer 107, p-Al X2 Ga
1-X2 N cladding layer 108, p-Al a In b Ga 1-ab N
The contact layer 109 is sequentially formed by MOCVD to obtain a semiconductor laser device wafer. Where n-
An n-side metal electrode is formed on the back surface of the GaN substrate. In order to easily obtain a good cleaved end face, the thickness of the wafer is preferably adjusted to 70 to 300 μm, and in this embodiment, it is set to 150 μm.

【0060】スクライビング法、ダイシング法などの分
割手法を用いて、適宜連なったレーザ素子をバーから切
り出すことにより、個々の半導体レーザ素子(チップ)
を製造した。得られた半導体レーザ素子は、ステム、リ
ードフレームなどの基台の上に金属電極110を下にし
て設置し、n側の金属電極にワイヤを接続するか、もし
くはn側の金属電極を下にして設置し、金属電極110
にワイヤを接続して外部からの電力供給を行い動作させ
る。
Each of the semiconductor laser elements (chips) is cut out from a bar by cutting a laser element that is appropriately connected using a dividing method such as a scribing method or a dicing method.
Was manufactured. The obtained semiconductor laser device is placed on a base such as a stem or a lead frame with the metal electrode 110 facing down, and a wire is connected to the n-side metal electrode, or the n-side metal electrode is facing down. The metal electrode 110
Is connected to a wire to supply power from the outside and operate.

【0061】そして、作製した半導体レーザ素子の特性
を測定したところ、発振閾値20mAと極めて低い半導
体レーザ素子が得られた。これは、上記所定の面方位を
持つ活性層としたことで、極めて平坦性の高く、その層
厚のゆらぎが少ない量子井戸構造が得られたこと、また
GaN膜のc軸が活性層面から傾くことで、活性層内の
井戸および障壁層界面にピエゾ効果によって生じる電流
が減少するため、電子正孔対のキャリア再結合確率が上
がるので、発光効率が上がること、さらには結晶成長方
向が結晶初期から途中で(1−101)方向に変化する
ことから、シリコン基板界面付近から延びる貫通転位が
活性層に達しなくなり、非発光再結合が減少したこと等
の複合的効果によるものと考えられる。
When the characteristics of the manufactured semiconductor laser device were measured, a semiconductor laser device having an extremely low oscillation threshold of 20 mA was obtained. This is because the active layer having the predetermined plane orientation has a quantum well structure with extremely high flatness and a small fluctuation in the layer thickness, and the c-axis of the GaN film is inclined from the active layer surface. As a result, the current generated by the piezo effect at the interface between the well and the barrier layer in the active layer is reduced, and the probability of carrier recombination of electron-hole pairs is increased. Since it changes in the (1-101) direction halfway through, it is considered that threading dislocations extending from the vicinity of the interface with the silicon substrate do not reach the active layer and non-radiative recombination is reduced.

【0062】さらに、本実施の形態においても、有効に
クラックの発生を抑制することができた。これは、Al
GaNクラッド層の結晶成長が[1−101]方向に進
むこと、またAlGaNクラッド層の成長時にはシリコ
ン基板が除去されていることの効果によるものと考えら
れる。
Further, also in the present embodiment, the occurrence of cracks could be effectively suppressed. This is Al
This is probably because the crystal growth of the GaN clad layer proceeds in the [1-101] direction, and the silicon substrate was removed during the growth of the AlGaN clad layer.

【0063】以上より、半導体レーザ素子において閾値
が低減し、またクラックが抑制されたことにより素子寿
命も向上した。
As described above, in the semiconductor laser device, the threshold value was reduced, and cracks were suppressed, so that the device life was improved.

【0064】<実施の形態3>実施の形態1において
は、Si(111)面が、エッチャントを用いたエッチ
ング法(湿式エッチング)により容易に形成される性質
を利用し、シリコン主面から約62度傾斜した傾斜面を
得ていた。こうして得られた斜面は、いわゆる結晶ファ
セットであり、加工精度が安定しているだけでなく、平
坦性にも優れており、窒化物半導体を成長させる下地と
して非常に優れている。
<Third Embodiment> In the first embodiment, the Si (111) surface is easily formed by an etching method using an etchant (wet etching), and is about 62 cm from the silicon main surface. A slanted surface was obtained. The slope obtained in this manner is a so-called crystal facet, and has not only stable processing accuracy but also excellent flatness, and is extremely excellent as a base for growing a nitride semiconductor.

【0065】しかしながら、本発明の適用範囲はこれだ
けに限られるものではない。発明者の数々の実験より
(001)面より7.3度傾けたシリコン基板を主面と
して用いるだけでなく、他の面においてもシリコン主面
に実施の形態1と同様に、部分的にマスク52を施し、
さらにエッチングの温度、速度を変えることで、主面に
対して62度からなる傾斜溝を形成することが可能とな
った。
However, the scope of the present invention is not limited to this. According to various experiments by the inventor, not only the silicon substrate tilted by 7.3 degrees from the (001) plane is used as the main surface, but also in other surfaces, the silicon main surface is partially masked as in the first embodiment. 52,
Further, by changing the temperature and speed of the etching, it was possible to form an inclined groove of 62 degrees with respect to the main surface.

【0066】そこで、その面を用い検討を行ったとこ
ろ、同様の結果が得られた。つまり、実施の形態1と同
様に、GaN(1−101)面が、基板主面とほぼ平行
になるような結晶成長が可能であり、このような成長を
続ける結果、平坦なGaN(1−101)面を表面に有
する連続した結晶膜が得られた。GaNは配向性の強い
結晶であり、通常の方法では主面に垂直にc軸配向し、
よって得られる結晶はC面を主面とするものしか得られ
ず、C面とは異なる面を有する結晶を得ることは困難で
あった。しかし、本発明によりGaN(1−101)面
を表面にもつ結晶が容易に得られるようになった。
Then, when the surface was examined using the surface, similar results were obtained. That is, similar to the first embodiment, crystal growth can be performed such that the GaN (1-101) plane is substantially parallel to the main surface of the substrate. As a result of such growth, flat GaN (1-101) is obtained. 101) A continuous crystal film having a plane on the surface was obtained. GaN is a crystal with a strong orientation, and is c-axis oriented perpendicular to the main surface in a normal method,
Therefore, only crystals having a C-plane as a main surface were obtained, and it was difficult to obtain crystals having a plane different from the C-plane. However, according to the present invention, a crystal having a GaN (1-101) plane on the surface can be easily obtained.

【0067】例えばこの場合、(2−1−1)面から
[100]方向に8.6度オフしたシリコン基板上に、
[01−1]方向に延伸したストライプ状溝を作製する
ことで(211)ファセット面を主面から62度傾斜し
た傾斜面として形成することができ、これによっても上
記と同様な表面が平坦なGaN結晶膜が得られた。
For example, in this case, on a silicon substrate which is 8.6 degrees off in the [100] direction from the (2-1-1) plane,
By producing a stripe-shaped groove extending in the [01-1] direction, the (211) facet surface can be formed as an inclined surface inclined at 62 degrees from the main surface, and the surface similar to the above is also flat. A GaN crystal film was obtained.

【0068】これは、窒化物半導体結晶が、この(21
1)ファセット面に対しても垂直軸をc軸として成長
し、この場合にも(211)面から62度の角度の関係
を有するシリコンオフ基板を用いることで、同様に平坦
なGaN基板が得られるものと考えられる。
This is because the nitride semiconductor crystal has the (21)
1) Similarly, a flat GaN substrate can be obtained by using a silicon-off substrate having a relationship of an angle of 62 degrees from the (211) plane also with the facet plane grown with the vertical axis as the c-axis. It is thought that it is possible.

【0069】このように本発明では、シリコン基板を用
いた場合、窒化物半導体膜は基板に対してc軸配向の結
晶成長が行われやすく、ファセットと基板のオフ角の関
係が62度からなる基板を用いることで、平坦な窒化物
半導体の(1−101)ファセット面を有する結晶膜を
用いることができる。
As described above, according to the present invention, when a silicon substrate is used, the nitride semiconductor film is liable to grow c-axis oriented crystals on the substrate, and the relationship between the facet and the off angle of the substrate is 62 degrees. By using the substrate, a crystal film having a flat (1-101) facet plane of a nitride semiconductor can be used.

【0070】このようにして得られた連続膜からなる窒
化物半導体膜上に、実施の形態1と同様にして図2の半
導体レーザ素子を形成することで、シリコン基板上への
高輝度の半導体レーザ素子の作製が可能となった。この
半導体レーザ素子では、発光層(活性層)が(1−10
1)面を主面として有している。これは、従来、サファ
イア基板、SiC基板、Si(111)基板を用いて形
成されていた素子が(0001)を主面としていたのと
異なっている。ウルツ鉱構造結晶である窒化物半導体の
(0001)を主面としていた薄膜は、その主面に平行
な方向では、バンド構造的に等価であるが、本発明のよ
うに(1−101)面を主面とした薄膜は、その主面に
平行な方向もバンド構造的に等価ではない。よって、本
発明を応用した発光素子は、発光層(活性層)に平行な
方向のバンドの縮退が解けており、よって発光効率が高
く、また半導体レーザ素子に応用した場合に格段の低閾
値を実現することができる。
By forming the semiconductor laser device of FIG. 2 on the nitride semiconductor film made of the continuous film thus obtained in the same manner as in the first embodiment, a high-brightness semiconductor on the silicon substrate is formed. Laser elements can now be manufactured. In this semiconductor laser device, the light emitting layer (active layer) has (1-10)
1) It has a surface as a main surface. This is different from an element formed conventionally using a sapphire substrate, a SiC substrate, or a Si (111) substrate, having (0001) as a main surface. A thin film having a wurtzite structure crystal whose main surface is (0001) of a nitride semiconductor is equivalent in band structure in a direction parallel to the main surface, but as in the present invention, the (1-101) plane Is not equivalent in band structure in the direction parallel to the main surface. Therefore, in the light emitting device to which the present invention is applied, the band degeneracy in the direction parallel to the light emitting layer (active layer) is released, and thus the light emitting efficiency is high. Can be realized.

【0071】さらには、基板はシリコンだけに限られる
ものではない。たとえばGaAs等の他の立方晶基板を
用い、面方位の関係を実施の形態1ないし3のシリコン
の場合と同様としても、半導体レーザ素子を構成でき
る。ただし、実施の形態1ないし3で説明したシリコン
基板は、比較的窒化物半導体を成長する際の成長雰囲気
に対して安定であり、結晶成長時に成長面を平坦なまま
に保ちやすく本発明の効果が安定して得られやすい利点
がある。
Further, the substrate is not limited to silicon. For example, a semiconductor laser device can be formed even if another cubic substrate such as GaAs is used and the plane orientation is the same as that of the silicon of the first to third embodiments. However, the silicon substrate described in the first to third embodiments is relatively stable in a growth atmosphere when a nitride semiconductor is grown, and it is easy to keep the growth surface flat during crystal growth. Has the advantage of being easily obtained in a stable manner.

【0072】また、立方晶に限らず、任意の材料を基板
として用い、溝の形状を本明細書で規定するとおりに加
工してもよい。ただし、実施の形態1ないし3で説明し
たシリコン基板に溝を形成する手法では、いわゆるファ
セット面を斜面として用いているので、平坦性、窒化物
半導体を成長する際の成長雰囲気に対する安定性が優れ
ており、本発明の効果が安定して得られやすいという利
点がある。
In addition, not limited to the cubic crystal, any material may be used as the substrate and the shape of the groove may be processed as specified in this specification. However, in the method of forming a groove in a silicon substrate described in the first to third embodiments, since a so-called facet surface is used as a slope, the flatness and the stability to a growth atmosphere when a nitride semiconductor is grown are excellent. Therefore, there is an advantage that the effect of the present invention is easily and stably obtained.

【0073】<実施の形態4>本実施の形態は、実施の
形態1の応用例であり、実施の形態1の半導体レーザ素
子の構造の周りを、図9に示すとおりにしたものであ
る。シリコン基板の溝のエッチングを実施の形態1より
もさらに深く施し、選択成長部つまり半導体レーザ構造
部をシリコン基板表面から下側に形成し、さらにそのレ
ーザ端面に対して平行に45度の角度をなしてシリコン
基板をエッチングすることで、レーザ出射光を反射する
反射面201を形成する。
<Fourth Embodiment> This embodiment is an application of the first embodiment, and the structure around the semiconductor laser device of the first embodiment is as shown in FIG. The groove of the silicon substrate is etched deeper than in the first embodiment, a selective growth portion, that is, a semiconductor laser structure is formed below the surface of the silicon substrate, and an angle of 45 degrees is parallel to the laser end surface. The reflection surface 201 that reflects the laser emission light is formed by etching the silicon substrate.

【0074】この構造とすることで、半導体レーザから
放出されたレーザ光をシリコン基板から容易に垂直に取
り出すことが可能となった。
With this structure, the laser light emitted from the semiconductor laser can be easily extracted vertically from the silicon substrate.

【0075】以上のように本発明の実施の形態について
説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示さ
れ、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ
ての変更が含まれる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, it should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the claims.

【0076】[0076]

【発明の効果】本発明によれば、シリコン基板上に作製
する窒化物半導体素子に関し、シリコン基板(001)
面より<1−10>軸に沿って7.3度回転した基板、
もしくは、この面から任意の方向に3度以内の範囲で傾
いた面を用いることで、(1−101)エピタキシャル
面を有する極めて平坦な高品質結晶膜を得ることが可能
となり、そのエピタキシャル面を用いることで界面の急
峻な、クラックの発生が抑制された、優れた光電特性を
有する半導体レーザ素子を提供することが可能となっ
た。
According to the present invention, there is provided a nitride semiconductor device formed on a silicon substrate.
Substrate rotated 7.3 degrees along the <1-10> axis from the plane,
Alternatively, by using a plane inclined within 3 degrees in an arbitrary direction from this plane, it becomes possible to obtain a very flat high-quality crystal film having a (1-101) epitaxial plane. By using such a semiconductor laser, it is possible to provide a semiconductor laser device having excellent photoelectric characteristics in which generation of cracks is suppressed at a steep interface.

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

【図1】 窒化物半導体膜の(1−101)ファセット面
を形成するための概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram for forming a (1-101) facet surface of a nitride semiconductor film.

【図2】 本発明の実施の形態の半導体レーザ素子を示
す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.

【図3】 本発明に用いた基板と窒化物半導体膜の関係
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a substrate and a nitride semiconductor film used in the present invention.

【図4】 本発明の半導体レーザ素子の製造方法の第1
工程を説明するための図である。
FIG. 4 shows a first example of a method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention.
It is a figure for explaining a process.

【図5】 本発明の半導体レーザ素子の製造方法の第2
工程を説明するための図である。
FIG. 5 shows a second example of the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention.
It is a figure for explaining a process.

【図6】 本発明の半導体レーザ素子の製造方法の第3
工程を説明するための図である。
FIG. 6 shows a third method of manufacturing the semiconductor laser device of the present invention.
It is a figure for explaining a process.

【図7】 (a)〜(d)は、本発明の半導体レーザ素
子の製造方法の第4工程を説明するための図である。
FIGS. 7A to 7D are views for explaining a fourth step of the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention.

【図8】 実施の形態1のシリコン基板における結晶方
位関係を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a crystal orientation relationship in the silicon substrate of the first embodiment.

【図9】 実施の形態4の半導体レーザ素子構造を示す
斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a semiconductor laser device structure according to a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si(001)オフ基板、10 n−AlGaIn
N中間層、52 マスク(シリコン酸化膜、もしくはシ
リコン窒化膜)、53 窒化物半導体結晶、60 シリ
コンの(001)面、61 シリコンの(111)ファ
セット面、70窒化物半導体の(1−101)ファセッ
ト面、71 窒化物半導体の(0001)ファセット
面、72 連続膜の状態になった窒化物半導体の(1−
101)面、80 窒化物半導体のc軸、81 窒化物
半導体の成長進行方向、102n−GaN層、103
n−AlX1Ga1-X1N下部クラッド層、104 n−G
aN下部ガイド層、105 量子井戸活性層、106
AlGaNキャップ層、107 p−GaN上部ガイド
層、108 p−AlX2Ga1-X2N上部クラッド層、1
09 p−AlaInbGa1-a-bNコンタクト層、11
0,111 金属電極、201 反射面。
1 Si (001) off substrate, 10 n-AlGaIn
N intermediate layer, 52 mask (silicon oxide film or silicon nitride film), 53 nitride semiconductor crystal, (001) face of 60 silicon, (111) facet face of 61 silicon, (1-101) of 70 nitride semiconductor Facet surface, 71 (0001) facet surface of nitride semiconductor, 72 (1-) of nitride semiconductor in a continuous film state
101) plane, 80 c-axis of nitride semiconductor, 81 growth direction of nitride semiconductor, 102 n-GaN layer, 103
n-Al X1 Ga 1-X1 N lower cladding layer, 104 n-G
aN lower guide layer, 105 quantum well active layer, 106
AlGaN cap layer, 107 p-GaN upper guide layer, 108 p-Al X2 Ga 1-X2 N upper cladding layer, 1
09 p-Al a In b Ga 1-ab N contact layer, 11
0,111 metal electrode, 201 reflective surface.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 善央 愛知県名古屋市千種区日和町1−1−19 ハイツグリーンピア505 (72)発明者 亀代 典史 愛知県名古屋市昭和区楽園町80番地 若竹 荘2号室 (72)発明者 山口 雅史 愛知県名古屋市瑞穂区洲雲町4−54 名古 屋大学洲雲町宿舎1号 (72)発明者 小出 典克 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 伊藤 茂稔 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 大野 智輝 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 古川 勝紀 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F073 AA11 AA74 AB19 CA07 CB04 CB07 DA05 DA07 DA23 DA25 DA32  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Yoshio Honda Honda 1-1-19 Hiwacho, Chikusa-ku, Nagoya-shi, Aichi 505 Heights Green Pier Room No.2 (72) Inventor Masafumi Yamaguchi 4-54 Suuncho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture Nagoya University Suuncho-cho Dormitory No.1 No. 22 Inside Sharp Corporation (72) Inventor Shigenori Ito 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Inside (72) Inventor Tomoki Ohno 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture (72) Inventor Katsunori Furukawa 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F-term in Sharp Corporation (reference) 5F073 AA11 AA74 AB19 CA07 CB04 CB0 7 DA05 DA07 DA23 DA25 DA32

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、前記基板上に形成された窒化物
半導体で構成される化合物半導体層とを有する半導体レ
ーザ素子であって、前記基板は、前記基板の主面より6
2度の傾斜した面か、もしくはこの面から任意の方向に
3度以内の範囲で傾いた面を斜面として有する溝を備
え、前記化合物半導体層は前記斜面上に形成されるとと
もに、前記化合物半導体層上に、各々窒化物半導体で構
成される下部クラッド層、活性層、上部クラッド層を有
し、かつ前記活性層は、前記主面に概略一致した面方位
をもつことを特徴とする半導体レーザ素子。
1. A semiconductor laser device comprising: a substrate; and a compound semiconductor layer formed of a nitride semiconductor formed on the substrate.
A groove having a surface inclined at 2 degrees or a surface inclined within 3 degrees in an arbitrary direction from the surface as an inclined surface, wherein the compound semiconductor layer is formed on the inclined surface and the compound semiconductor layer is formed on the inclined surface; A semiconductor laser having a lower cladding layer, an active layer, and an upper cladding layer each formed of a nitride semiconductor on the layer, and the active layer having a plane orientation substantially coincident with the main surface. element.
【請求項2】 基板と、前記基板上に形成された窒化物
半導体で構成される化合物半導体層とを有する半導体レ
ーザ素子であって、前記基板は、前記基板の主面より6
2度の傾斜した面か、もしくはこの面から任意の方向に
3度以内の範囲で傾いた面を斜面として有する溝を備
え、前記化合物半導体層は前記斜面上に形成されるとと
もに、前記化合物半導体層上に、窒化物半導体で構成さ
れる下部クラッド層、窒化物半導体で構成される活性
層、上部クラッド層を有し、かつ前記下部クラッド層お
よび上部クラッド層は、Alを含有する窒化物半導体で
構成されることを特徴とする半導体レーザ素子。
2. A semiconductor laser device comprising: a substrate; and a compound semiconductor layer formed of a nitride semiconductor formed on the substrate.
A groove having a surface inclined at 2 degrees or a surface inclined within 3 degrees in an arbitrary direction from the surface as an inclined surface, wherein the compound semiconductor layer is formed on the inclined surface and the compound semiconductor layer is formed on the inclined surface; A lower clad layer composed of a nitride semiconductor, an active layer composed of a nitride semiconductor, and an upper clad layer, wherein the lower clad layer and the upper clad layer are each composed of a nitride semiconductor containing Al A semiconductor laser device comprising:
【請求項3】 シリコン基板と、前記シリコン基板上に
形成された窒化物半導体で構成される化合物半導体層と
を有する半導体レーザ素子であって、前記シリコン基板
は、前記シリコン基板の主面より62度の傾斜した面
か、もしくはこの面から任意の方向に3度以内の範囲で
傾いた面を斜面として有する溝を備え、前記化合物半導
体層は前記斜面上に形成されるとともに、各々窒化物半
導体で構成される下部クラッド層、活性層、上部クラッ
ド層を有することを特徴とする半導体レーザ素子。
3. A semiconductor laser device comprising: a silicon substrate; and a compound semiconductor layer formed of a nitride semiconductor formed on the silicon substrate, wherein the silicon substrate is located at a distance of 62 from a main surface of the silicon substrate. A groove having a surface inclined at an angle or a surface inclined within 3 degrees in an arbitrary direction from this surface as an inclined surface, wherein the compound semiconductor layer is formed on the inclined surface and each of the nitride semiconductors is A semiconductor laser device having a lower cladding layer, an active layer, and an upper cladding layer composed of:
【請求項4】 シリコン基板と、前記シリコン基板上に
形成された窒化物半導体で構成される化合物半導体層と
を有する半導体レーザ素子であって、前記化合物半導体
層が、(100)面を[01−1]軸のまわりで7.3
度回転した面もしくはこの面から任意の方向に3度以内
傾けた範囲にある面で構成される主面を有するシリコン
基板を用いて形成され、前記シリコン基板は(111)
面を斜面として有する溝を備え、前記化合物半導体層は
前記斜面上に形成されるとともに、各々窒化物半導体で
構成される下部クラッド層、活性層、上部クラッド層を
有することを特徴とする半導体レーザ素子。
4. A semiconductor laser device having a silicon substrate and a compound semiconductor layer formed of a nitride semiconductor formed on the silicon substrate, wherein the compound semiconductor layer has a (100) plane of [01]. -1] 7.3 around axis
A silicon substrate having a main surface composed of a plane rotated by degrees or a plane inclined within 3 degrees in an arbitrary direction from this plane, wherein the silicon substrate is (111)
A semiconductor laser having a groove having a surface as a slope, wherein the compound semiconductor layer is formed on the slope, and has a lower cladding layer, an active layer, and an upper cladding layer each composed of a nitride semiconductor. element.
【請求項5】 前記基板は、シリコンで構成される、請
求項1または2に記載の半導体レーザ素子。
5. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said substrate is made of silicon.
【請求項6】 前記上部クラッド層および前記下部クラ
ッド層は、Alを含有する窒化物半導体で構成される、
請求項1,3,4のいずれかに記載の半導体レーザ素
子。
6. The upper cladding layer and the lower cladding layer are made of a nitride semiconductor containing Al.
The semiconductor laser device according to claim 1.
【請求項7】 前記活性層は、前記基板の主面と概略一
致した面方位をもつ、請求項2から4のいずれかに記載
の半導体レーザ素子。
7. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein said active layer has a plane orientation substantially coincident with a main surface of said substrate.
【請求項8】 前記化合物半導体層の<0001>方向
は、前記斜面に略垂直である、請求項1から7のいずれ
かに記載の半導体レーザ素子。
8. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a <0001> direction of said compound semiconductor layer is substantially perpendicular to said slope.
【請求項9】 前記活性層は、(1−101)面を面方
位として有する、請求項1から7のいずれかに記載の半
導体レーザ素子。
9. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said active layer has a (1-101) plane as a plane orientation.
【請求項10】 前記溝は、前記活性層を構成する窒化
物半導体の、[11−20]方向に沿って延伸する、請
求項1から7のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
10. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said groove extends along a [11-20] direction of a nitride semiconductor constituting said active layer.
【請求項11】 前記溝に沿ってレーザ光の導波ストラ
イプ構造が形成される、請求項1から10のいずれかに
記載の半導体レーザ素子。
11. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a waveguide stripe structure of laser light is formed along said groove.
【請求項12】 前記斜面以外の基板の表面の少なくと
も一部に、窒化物半導体の成長が抑制される膜が形成さ
れた、請求項1から11のいずれかに記載の半導体レー
ザ素子。
12. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a film that suppresses growth of a nitride semiconductor is formed on at least a part of the surface of the substrate other than the slope.
【請求項13】 基板の主面に、該主面より62度の傾
斜した面か、もしくはこの面から任意の方向に3度以内
の範囲で傾いた面を斜面として有する溝を形成する工程
と、 前記斜面上に窒化物半導体を結晶成長し、化合物半導体
層を形成する工程と、 該化合物半導体層上に、各々窒化物半導体で構成される
下部クラッド層、活性層、上部クラッド層を順次積層す
る工程と、 を備えた、半導体レーザ素子の製造方法。
13. A step of forming a groove in the main surface of the substrate, the surface having a surface inclined at 62 degrees from the main surface or a surface inclined within a range of 3 degrees in an arbitrary direction from the surface. Forming a compound semiconductor layer by crystal-growing a nitride semiconductor on the slope, and sequentially laminating a lower cladding layer, an active layer, and an upper cladding layer each composed of a nitride semiconductor on the compound semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising:
【請求項14】 (100)面を[01−1]軸のまわ
りで7.3度回転した面もしくはこの面から任意の方向
に3度以内傾けた範囲内にある面で構成される主面を有
するシリコン基板の前記主面に、(111)面を斜面と
して有する溝を形成する工程と、 前記斜面上に窒化物半導体を結晶成長し、化合物半導体
層を形成する工程と、 該化合物半導体層上に、各々窒化物半導体で構成される
下部クラッド層、活性層、上部クラッド層を順次積層す
る工程と、 を備えた、半導体レーザ素子の製造方法。
14. A principal surface comprising a surface rotated by 7.3 degrees around the [01-1] axis or a surface inclined within 3 degrees in an arbitrary direction from this surface. Forming a groove having the (111) plane as a slope in the main surface of the silicon substrate having: a crystal growth of a nitride semiconductor on the slope to form a compound semiconductor layer; Forming a lower cladding layer, an active layer, and an upper cladding layer, each of which is made of a nitride semiconductor.
【請求項15】 前記化合物半導体層を形成する前に、
前記斜面以外の前記基板の表面の少なくとも一部に、窒
化物半導体の成長が抑制される膜を形成する工程を備え
た、請求項13または14に記載の半導体レーザ素子の
製造方法。
15. Before forming the compound semiconductor layer,
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 13, further comprising a step of forming a film on which growth of a nitride semiconductor is suppressed on at least a part of the surface of the substrate other than the slope.
【請求項16】 前記溝は前記基板上に複数設けられ、
前記溝の斜面上に形成された前記化合物半導体層を、結
晶成長にしたがって合体させる、請求項13から15の
いずれかに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
16. A plurality of grooves are provided on the substrate,
16. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 13, wherein the compound semiconductor layers formed on the slopes of the grooves are united according to crystal growth.
【請求項17】 前記化合物半導体層形成後に、前記基
板を除去する工程を備える、請求項16に記載の半導体
レーザ素子の製造方法。
17. The method according to claim 16, further comprising a step of removing the substrate after forming the compound semiconductor layer.
【請求項18】 前記化合物半導体層の<0001>方
向が前記斜面に略垂直であるように結晶成長させる、請
求項13から17のいずれかに記載の半導体レーザ素子
の製造方法。
18. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 13, wherein crystal growth is performed such that a <0001> direction of said compound semiconductor layer is substantially perpendicular to said slope.
【請求項19】 前記上部クラッド層および前記下部ク
ラッド層を、Alを含有する窒化物半導体で形成する、
請求項13から18のいずれかに記載の半導体レーザ素
子の製造方法。
19. The method according to claim 19, wherein the upper clad layer and the lower clad layer are formed of a nitride semiconductor containing Al.
A method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 13.
【請求項20】 前記活性層を、前記基板の主面と概略
一致した面方位をもつように結晶成長させる、請求項1
3から19のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造
方法。
20. The method according to claim 1, wherein the active layer is grown so as to have a plane orientation substantially coincident with a main surface of the substrate.
20. The method for manufacturing a semiconductor laser device according to any one of 3 to 19.
【請求項21】 前記活性層は、(1−101)面を面
方位として有する、請求項20に記載の半導体レーザ素
子の製造方法。
21. The method according to claim 20, wherein the active layer has a (1-101) plane as a plane orientation.
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