JP2002329932A - Nitride iii-v compound semiconductor laser element and manufacturing method therefor - Google Patents

Nitride iii-v compound semiconductor laser element and manufacturing method therefor

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JP2002329932A
JP2002329932A JP2001135004A JP2001135004A JP2002329932A JP 2002329932 A JP2002329932 A JP 2002329932A JP 2001135004 A JP2001135004 A JP 2001135004A JP 2001135004 A JP2001135004 A JP 2001135004A JP 2002329932 A JP2002329932 A JP 2002329932A
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layer
seed crystal
stripe
crystal layer
semiconductor laser
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Takeharu Asano
竹春 浅野
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride III-V compound semiconductor laser element and a manufacturing method therefor which has a flatter resonator end face than a conventional one and a low threshold current. SOLUTION: The GaN type semiconductor laser element 40 has the same constitution as the conventional one, except the constitution of a seed crystal layer 42 which is a stripe type seed crystal layer of AlXGa1- XN (0<X<=1, e.g. X=0.08) in the form of a stripe ridge structure making an angle of 30 deg. to cracks grown in the AlGaN layer forming a seed crystal layer. The semiconductor laser element has a resonator end face formed perpendicularly to the laser stripe direction, the stripe direction of the crystal layer 42. This layer 42 is formed in an accurate orientation relative to a reference line. Hence, the resonator end face is smoother and flatter cleavage plane than the conventional GaN type semiconductor laser element 10, and the threshold current is also low.

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、窒化物系III −V
族化合物半導体レーザ素子及びその作製方法に関し、更
に詳細には、共振器端面が平坦で、閾値電流の低い窒化
物系III −V族化合物半導体レーザ素子、及び共振器端
面の平坦性を面内均一にできる、窒化物系III −V族化
合物半導体レーザ素子の作製する方法に関するものであ
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nitride-based III-V
More specifically, the present invention relates to a nitride-based III-V compound semiconductor laser device having a flat cavity facet and a low threshold current, and a method of making the cavity facet uniform in-plane. And a method for manufacturing a nitride-based III-V compound semiconductor laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化物系III −V族化合物化合物半導体
レーザ素子(以下、簡単に窒化物系半導体レーザ素子と
言う)は、経済的なGaN基板を入手することが難しい
こと等から、一般には、サファイア基板、SiC、S
i、スピネル等の上に作製されている。従来、サファイ
ア基板上に窒化物系半導体レーザ素子を形成する際に
は、サファイア基板のオリエンテーション・フラットを
基準にして横方向成長のストライプ状種結晶層を形成
し、続いてストライプ状種結晶層に平行にレーザストラ
イプを形成する。次いで、レーザストライプに垂直に劈
開を行って共振器端面を形成し、窒化物系半導体レーザ
素子を作製している。
2. Description of the Related Art A nitride-based III-V compound semiconductor laser device (hereinafter simply referred to as a nitride-based semiconductor laser device) is generally used because it is difficult to obtain an economical GaN substrate. , Sapphire substrate, SiC, S
i, spinel, etc. Conventionally, when forming a nitride-based semiconductor laser device on a sapphire substrate, a laterally grown stripe-shaped seed crystal layer is formed with reference to the orientation flat of the sapphire substrate, and then a stripe-shaped seed crystal layer is formed. A laser stripe is formed in parallel. Next, cleavage is performed perpendicularly to the laser stripe to form an end face of the resonator, thereby manufacturing a nitride-based semiconductor laser device.

【0003】ここで、図6を参照して、窒化物系半導体
レーザ素子の典型的な構成の一例を説明し、更に図7及
び図8を参照して、その作製方法の要部を説明する。図
6はGaN系半導体レーザ素子の典型的構成を示す断面
図である。図7(a)から(d)、及び図8は、それぞ
れ、従来の方法に従ってGaN系半導体レーザ素子を作
製する際の工程毎の断面図である。窒化物系半導体レー
ザ素子10は、GaN系半導体レーザ素子であって、図
6に示すように、サファイア基板12のc面上に、又は
低温成長のGaNバッファ層を介してサファイア基板1
2のc面上に、GaN種結晶層14、n型GaNコンタ
クト層16、n型AlGaNクラッド層18、n型Ga
N光ガイド層20、活性層22、p型GaN光ガイド層
24、p型AlGaNクラッド層26、及びp型GaN
コンタクト層28を、順次、積層した積層構造を備えて
いる。
Here, an example of a typical structure of a nitride-based semiconductor laser device will be described with reference to FIG. 6, and a main part of a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. 7 and 8. . FIG. 6 is a sectional view showing a typical configuration of a GaN-based semiconductor laser device. 7 (a) to 7 (d) and FIG. 8 are cross-sectional views for respective steps when fabricating a GaN-based semiconductor laser device according to a conventional method. The nitride-based semiconductor laser device 10 is a GaN-based semiconductor laser device, as shown in FIG. 6, on a c-plane of a sapphire substrate 12, or via a low-temperature-grown GaN buffer layer.
GaN seed crystal layer 14, n-type GaN contact layer 16, n-type AlGaN cladding layer 18, n-type Ga
N light guide layer 20, active layer 22, p-type GaN light guide layer 24, p-type AlGaN cladding layer 26, and p-type GaN
It has a laminated structure in which the contact layers 28 are sequentially laminated.

【0004】p型AlGaNクラッド層26の上層部及
びp型GaNコンタクト層28は、一方向にリッジスト
ライプ状に延びるリッジストライプ部として形成されて
いる。また、n型GaNコンタクト層16の上層部、n
型AlGaNクラッド層18、n型GaN光ガイド層2
0、活性層22、p型GaN光ガイド層24、及びp型
AlGaNクラッド層26の下層部は、リッジストライ
プ部の延在する方向と同じ方向に延在するメサ部として
形成されている。更に、GaN種結晶層14は、リッジ
ストライプ部及びメサ部の延在方向と同じ方向に延びる
凹凸構造として形成されていて、リッジストライプ部は
凹凸構造の2個の凸部間に設けてある。
The upper layer of the p-type AlGaN cladding layer 26 and the p-type GaN contact layer 28 are formed as ridge stripes extending in one direction in the form of a ridge stripe. Further, an upper layer portion of the n-type GaN contact layer 16, n
-Type AlGaN cladding layer 18, n-type GaN optical guide layer 2
The lower layers of the active layer 22, the p-type GaN light guide layer 24, and the p-type AlGaN cladding layer 26 are formed as mesa portions extending in the same direction as the ridge stripe portion. Further, the GaN seed crystal layer 14 is formed as an uneven structure extending in the same direction as the extending direction of the ridge stripe portion and the mesa portion, and the ridge stripe portion is provided between two convex portions of the uneven structure.

【0005】リッジストライプ部、メサ部、及びメサ部
脇のn型GaNコンタクト層16は、リッジストライプ
部の上面及びn型GaNコンタクト層16の一部領域に
それぞれ設けた開口部30a及び30bを除いて、Si
2 膜からなる保護膜30で被覆されている。p型Ga
Nコンタクト層28上には、開口部30aを介してPd
/Pt/Au電極のような多層金属膜のp側電極32が
オーミック接合電極として設けられ、また、n型GaN
コンタクト層16上には、開口部30bを介してTi/
Al/Pt/Au電極のような多層金属膜のn側電極3
4がオーミック接合電極として設けられている。
[0005] The ridge stripe portion, the mesa portion, and the n-type GaN contact layer 16 beside the mesa portion, except for the openings 30a and 30b provided on the upper surface of the ridge stripe portion and a partial region of the n-type GaN contact layer 16, respectively. And Si
It is covered with a protective film 30 made of an O 2 film. p-type Ga
Pd is formed on the N contact layer 28 through the opening 30a.
A p-side electrode 32 of a multilayer metal film such as a / Pt / Au electrode is provided as an ohmic junction electrode.
Ti / Ti is formed on the contact layer 16 through the opening 30b.
N-side electrode 3 of a multilayer metal film such as an Al / Pt / Au electrode
4 is provided as an ohmic junction electrode.

【0006】上述のGaN系半導体レーザ素子10を作
製する際には、先ず、図7(a)に示すように、c面の
サファイア基板12上に、有機金属化学気相成長(MO
CVD)法によりGaN種結晶層14を成長させる。G
aNバッファ層を介してサファイア基板12上にGaN
種結晶層14を成長させる際には、サファイア基板12
上にMOCVD法によりGaNバッファ層を低温成長さ
せ、引き続いて、GaNバッファ層上にGaN種結晶層
14を成膜する。ここで、一旦、MOCVD装置から基
板を取り出し、図7(b)に示すように、ウエハのオリ
エンテーション・フラットに直交する方向に延在する所
定のストライプ形状の保護マスク15をGaN種結晶層
14上に形成する。
When manufacturing the above-mentioned GaN-based semiconductor laser device 10, first, as shown in FIG. 7A, a metalorganic chemical vapor deposition (MO) is performed on a c-plane sapphire substrate 12.
The GaN seed crystal layer 14 is grown by a CVD method. G
GaN on sapphire substrate 12 via aN buffer layer
When growing the seed crystal layer 14, the sapphire substrate 12
A GaN buffer layer is grown at a low temperature by MOCVD, and a GaN seed crystal layer 14 is subsequently formed on the GaN buffer layer. Here, the substrate is once taken out from the MOCVD apparatus, and a predetermined stripe-shaped protection mask 15 extending in a direction orthogonal to the orientation flat of the wafer is placed on the GaN seed crystal layer 14 as shown in FIG. Formed.

【0007】続いて、保護マスク15を用いて反応性イ
オンエッチング(RIE)法により、図7(c)に示す
ように、GaN種結晶層14をエッチングし、エッチン
グ後、マスクを除去する。これにより、図7(d)に示
すように、サファイア基板12上に、GaN種結晶層1
4のストライプ状の凹凸構造が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7C, the GaN seed crystal layer 14 is etched by reactive ion etching (RIE) using the protective mask 15, and after the etching, the mask is removed. Thereby, as shown in FIG. 7D, the GaN seed crystal layer 1 is formed on the sapphire substrate 12.
4 are formed.

【0008】再び、MOCVD装置に基板を戻し、横方
向成長速度が高い成長条件で、図8に示すように、凹凸
構造の凸部のGaN種結晶層14上に、n型GaNコン
タクト層16を成膜し、その上に、n型AlGaNクラ
ッド層18、n型GaN光ガイド層20、活性層22、
p型GaN光ガイド層24、p型AlGaNクラッド層
26、及びp型GaNコンタクト層28を、順次、積層
して積層構造を形成する。続いて、積層構造をエッチン
グして、ストライプ状リッジ部及びメサ構造を形成し、
保護膜30を成膜し、p側電極32及びn側電極34を
形成する。次いで、ストライプ状リッジ部に直交する面
で劈開を行ってバー状にウエハを分割し、更にストライ
プ状リッジ部に平行に分割すると、図6に示すGaN系
半導体レーザ素子10を作製することができる。
[0008] The substrate is returned to the MOCVD apparatus again, and under the growth conditions of a high lateral growth rate, an n-type GaN contact layer 16 is formed on the GaN seed crystal layer 14 having the projections and depressions as shown in FIG. A n-type AlGaN cladding layer 18, an n-type GaN light guide layer 20, an active layer 22,
The p-type GaN optical guide layer 24, the p-type AlGaN cladding layer 26, and the p-type GaN contact layer 28 are sequentially laminated to form a laminated structure. Subsequently, the laminated structure is etched to form a stripe-shaped ridge portion and a mesa structure,
A protective film 30 is formed, and a p-side electrode 32 and an n-side electrode 34 are formed. Next, the wafer is divided into bars by cleavage along a plane orthogonal to the stripe-shaped ridge portion, and further divided in parallel to the stripe-shaped ridge portion, whereby the GaN-based semiconductor laser device 10 shown in FIG. 6 can be manufactured. .

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、サファイア
基板は、劈開性が乏しいので、平滑で平坦な劈開面を形
成するように劈開することが難しく、その結果、共振器
端面が平滑でなく、凹凸面になることが多い。共振器端
面が平滑でないと、端面反射率が低下する結果、閾値電
流が増大しがちである。しかも、上述した従来の窒化物
系半導体レーザ素子の作製方法では、共振器端面となる
劈開面は、角度精度の低いオリエンテーション・フラッ
トを基準にして、オリエンテーション・フラットに直交
する方向にストライプ状リッジを形成し、劈開している
ので、共振器端面の平坦性が、ウエハ毎に、更には面内
でばらつくことが多い。その結果、閾値電流がばらつ
き、しかも高くなるという問題があった。例えば、オリ
エンテーション・フラットの精度は、サファイア基板の
A面に対して±2°程度の精度がせいぜいである。これ
では、面内均一に更にはウエハ毎にばらつかないように
して、平坦な劈開面を得ることは難しい。
However, since the sapphire substrate has poor cleavage properties, it is difficult to cleave the sapphire substrate so as to form a smooth and flat cleavage plane. Often face. If the cavity facets are not smooth, the threshold current tends to increase as a result of reduced facet reflectivity. In addition, in the above-described conventional method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device, the cleavage plane serving as the cavity end face has a stripe-shaped ridge in a direction orthogonal to the orientation flat with respect to the orientation flat having low angular accuracy. Since it is formed and cleaved, the flatness of the cavity end face often varies from wafer to wafer and further within the plane. As a result, there is a problem that the threshold current varies and increases. For example, the accuracy of the orientation flat is at most about ± 2 ° with respect to the surface A of the sapphire substrate. In this case, it is difficult to obtain a flat cleaved surface without dispersing the uniformity in the plane or even between the wafers.

【0010】そこで、本発明の目的は、サファイア基板
のオリエンテーション・フラットの角度精度に依存する
ことなく、従来に比べて平坦な共振器端面を備え、閾値
電流の低い窒化物系III −V族化合物半導体レーザ素子
及びその作製方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nitride III-V compound having a flat resonator facet and a lower threshold current than conventional ones without depending on the angular accuracy of the orientation flat of the sapphire substrate. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決する研究の過程で、サファイア基板上にAlGaN
層又はAlN層をエピタキシャル成長させると、AlG
aN層又はAlN層の結晶面に沿ってクラックがサファ
イア基板に垂直な方向で発生することに注目した。Al
GaN層及びAlN層の結晶面はサファイア基板の面方
位に対して一定の方位で形成されるので、極めて厳密な
基準線となり得る。しかも、AlGaN層及びAl層の
表面までクラックが成長してクラック線として表面に現
れるので、確認が容易である。そこで、例えばAlGa
N層を成長させる際、AlGaN層に発生するクラック
を基準にしてストライプ状種結晶層を形成し、更にスト
ライプ状種結晶層に沿ってレーザストライプを形成し、
レーザストライプに直交して劈開することにより、ウエ
ハ毎に変わること無く、また面内一様に共振器端面を形
成することを着想した。そして、着想に基づいて、本発
明者は、実験を重ね、本発明を発明するに到った。
Means for Solving the Problems In the course of research for solving the above problems, the present inventor has made AlGaN on a sapphire substrate.
Layer or AlN layer is grown epitaxially,
It was noted that cracks were generated in the direction perpendicular to the sapphire substrate along the crystal plane of the aN layer or AlN layer. Al
Since the crystal planes of the GaN layer and the AlN layer are formed in a certain direction with respect to the plane direction of the sapphire substrate, they can be very strict reference lines. Moreover, cracks grow to the surface of the AlGaN layer and the Al layer and appear on the surface as crack lines, so that it is easy to confirm. Therefore, for example, AlGa
When growing the N layer, a stripe-shaped seed crystal layer is formed based on cracks generated in the AlGaN layer, and a laser stripe is formed along the stripe-shaped seed crystal layer.
The idea was to cleave perpendicularly to the laser stripe to form the cavity end face uniformly without changing for each wafer. Then, based on the idea, the inventor repeated experiments and came to invent the present invention.

【0012】上記目的を達成するために、上述の知見に
基づいて、本発明に係る窒化物系III −V族化合物半導
体レーザ素子(以下、第1の発明と言う)は、基板上に
形成された窒化物系III −V族化合物半導体レーザ素子
において、基板上に形成された、又はバッファ層を介し
て基板上に形成された、AlX Ga1-X N(0<X≦
1、以下、AlGaNと表記する)層からなるストライ
プ状種結晶層、又はAlGaN層を最上層に有するスト
ライプ状種結晶層と、種結晶層上に形成され、共振器構
造を構成する窒化物系III −V族化合物半導体層の積層
構造と、種結晶層に沿って形成されたレーザストライプ
と、レーザストライプに直交して劈開された劈開面から
なる共振器端面とを備え、種結晶層が、種結晶層を構成
するAlGaN層内に発生しているクラックに対して所
定の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成され
ていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, based on the above findings, a nitride III-V compound semiconductor laser device according to the present invention (hereinafter referred to as a first invention) is formed on a substrate. In the nitride-based III-V compound semiconductor laser device, Al X Ga 1 -X N (0 <X ≦) formed on the substrate or formed on the substrate via a buffer layer.
1, hereinafter referred to as AlGaN), or a stripe-shaped seed crystal layer having an AlGaN layer as an uppermost layer, and a nitride-based seed crystal layer formed on the seed crystal layer and constituting a resonator structure. A stacked structure of a group III-V compound semiconductor layer, a laser stripe formed along the seed crystal layer, and a resonator end face composed of a cleavage plane cleaved perpendicular to the laser stripe, wherein the seed crystal layer has It is characterized in that it is formed as a stripe-shaped ridge structure at a predetermined angle with respect to cracks generated in the AlGaN layer constituting the seed crystal layer.

【0013】第1の発明では、種結晶層は、AlGaN
層のみでもよく、AlGaN層を最上層に有する多層
膜、例えばGaN層とAlGaN層との2層膜でもよ
い。GaN層とAlGaN層との2層膜にしてAlGa
N層の膜厚を薄くすることにより、種結晶層のクラック
の数を抑制することができる。尚、ここで、AlGaN
層は、AlX Ga1-X N(0<X≦1)層であって、X
=1のときのAlN層を含む概念である。
In the first invention, the seed crystal layer is made of AlGaN
It may be a multilayer film having an AlGaN layer as the uppermost layer, for example, a two-layer film of a GaN layer and an AlGaN layer. AlGa as a two-layer film of a GaN layer and an AlGaN layer
By reducing the thickness of the N layer, the number of cracks in the seed crystal layer can be suppressed. Here, AlGaN
The layer is an Al x Ga 1 -xN (0 <X ≦ 1) layer,
= 1 when the AlN layer is included.

【0014】本発明に係る別の窒化物系III −V族化合
物半導体レーザ素子(以下、第2の発明と言う)は、基
板上に形成された窒化物系III −V族化合物半導体レー
ザ素子において、基板上に形成された、又はバッファ層
を介して基板上に形成された、それぞれが超格子構造の
GaN層、及びGaN層上に成膜されたAlX Ga1-X
N(0<X≦1、以下、AlGaNと表記する)層との
2層膜を多数周期で積層した超格子積層膜からなるスト
ライプ状種結晶層と、種結晶層上に形成され、共振器構
造を構成する窒化物系III −V族化合物半導体層の積層
構造と、種結晶層に沿って形成されたレーザストライプ
と、レーザストライプに直交して劈開された劈開面から
なる共振器端面とを備え、種結晶層が、種結晶層を構成
するAlGaN層内に発生しているクラックに対して所
定の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成され
ていることを特徴としている。
Another nitride-based III-V compound semiconductor laser device according to the present invention (hereinafter, referred to as a second invention) is a nitride-based III-V compound semiconductor laser device formed on a substrate. A GaN layer having a superlattice structure formed on a substrate or formed on a substrate via a buffer layer, and an Al x Ga 1-x film formed on the GaN layer, respectively.
A N-type (0 <X ≦ 1, hereinafter referred to as AlGaN) layered superlattice laminated film in which a two-layer film is laminated in a large number of periods; a stripe-shaped seed crystal layer; and a resonator formed on the seed crystal layer. The laminated structure of the nitride III-V compound semiconductor layers constituting the structure, the laser stripe formed along the seed crystal layer, and the cavity end face composed of a cleavage plane cleaved orthogonal to the laser stripe are formed. And wherein the seed crystal layer is formed as a stripe-shaped ridge structure that forms a predetermined angle with a crack generated in the AlGaN layer that forms the seed crystal layer.

【0015】第2の発明では、種結晶層が多数周期の超
格子積層膜で形成されているので、種結晶層上に形成さ
れた積層構造の各層が平坦化して、各層の表面にうねり
(又は波面)がなくなるので、レーザ特性が向上する。
また、種結晶層が超格子構造で形成されているので、種
結晶層中の転位等の結晶欠陥が少なく、また転位等があ
っても種結晶層の上部まで伝搬し難くなるので、種結晶
層上の積層構造に対する影響が小さい。
In the second invention, since the seed crystal layer is formed of a superlattice laminated film having a large number of periods, each layer of the laminated structure formed on the seed crystal layer is flattened, and the surface of each layer has undulations ( Or a wavefront), so that the laser characteristics are improved.
Further, since the seed crystal layer is formed in a superlattice structure, crystal defects such as dislocations in the seed crystal layer are small, and even if dislocations are present, it is difficult to propagate to the upper part of the seed crystal layer. The effect on the laminated structure on the layer is small.

【0016】本発明に係る窒化物系III −V族化合物半
導体レーザ素子の作製方法(以下、第1の発明方法と言
う)は、基板上に窒化物系III −V族化合物半導体レー
ザ素子を作製する方法において、基板上に、又はバッフ
ァ層を介して基板上に、AlX Ga1-X N(0<X≦
1、以下、AlGaNと表記する)層、又はAlGaN
層を最上層に有する積層膜をエピタキシャル成長させる
成長工程と、AlGaN層内に発生しているクラックに
対して所定の角度をなすストライプ状リッジ構造になる
ようにAlGaN層をパターニングして、AlGaN層
からなる種結晶層、又はAlGaN層を最上層に有する
積層膜からなる種結晶層を形成する工程と、種結晶層上
に、共振器構造を構成する窒化物系III −V族化合物半
導体層の積層構造を形成する工程と、種結晶層に沿って
レーザストライプを形成する工程と、レーザストライプ
に直交して劈開し、共振器端面を形成する工程とを有す
ことを特徴としている。
The method for fabricating a nitride III-V compound semiconductor laser device according to the present invention (hereinafter referred to as the first invention method) comprises fabricating a nitride III-V compound semiconductor laser device on a substrate. In this method, Al x Ga 1 -xN (0 <X ≦ N) is formed on the substrate or on the substrate via a buffer layer.
1, hereinafter referred to as AlGaN) layer or AlGaN
A growth step of epitaxially growing a laminated film having a layer as an uppermost layer, and patterning the AlGaN layer so as to form a stripe-shaped ridge structure forming a predetermined angle with respect to cracks generated in the AlGaN layer. Forming a seed crystal layer or a seed crystal layer composed of a laminated film having an AlGaN layer as an uppermost layer, and laminating a nitride III-V compound semiconductor layer constituting a resonator structure on the seed crystal layer The method is characterized by including a step of forming a structure, a step of forming a laser stripe along the seed crystal layer, and a step of cleaving perpendicular to the laser stripe to form a cavity end face.

【0017】第1の発明方法では、種結晶層は、AlG
aN層のみでもよく、AlGaN層を最上層に有する多
層膜、例えばGaN層とAlGaN層との2層膜でもよ
い。更には、AlGaN層上の層が透明であれば、Al
GaN層が必ずしも最上層にある必要はない。尚、ここ
で、AlGaN層は、AlX Ga1-X N(0<X≦1)
層であって、X=1のときのAlN層を含む概念であ
る。第1の発明方法では、方位が一定のクラック線を基
準にしてストライプ状種結晶層を形成しているので、共
振器端面が、ウエハ面内で、更には対象ウエハの全てに
わたり同じ面方位の一様な劈開面になるので、閾値電流
がばらつくようなことが生じない。また、共振器端面が
平滑で平坦な劈開面で形成されるので、閾値電流を低減
させることができる。
In the first invention method, the seed crystal layer is made of AlG
An aN layer alone may be used, or a multilayer film having an AlGaN layer as the uppermost layer, for example, a two-layer film of a GaN layer and an AlGaN layer may be used. Furthermore, if the layer on the AlGaN layer is transparent,
The GaN layer need not necessarily be on the top layer. Here, the AlGaN layer is made of Al x Ga 1 -xN (0 <X ≦ 1).
This is a concept including an AlN layer when X = 1. In the first invention method, since the stripe-shaped seed crystal layer is formed on the basis of a crack line having a constant orientation, the cavity end face has the same plane orientation in the wafer plane and further over the entire target wafer. Since the cleavage plane is uniform, the threshold current does not vary. Further, since the cavity end face is formed by a smooth and flat cleavage plane, the threshold current can be reduced.

【0018】ストライプ状種結晶層を超格子構造の種結
晶層として形成しても良い。その際には、AlGaN層
をエピタキシャル成長させる工程では、それぞれが超格
子構造のGaN層及びAlGaN層の2層膜を多数周期
で積層してなる超格子積層膜を形成し、種結晶層を形成
する工程では、AlGaN層内に発生しているクラック
に対して所定の角度をなすストライプ状リッジ構造にな
るように超格子積層膜をパターニングして、超格子積層
膜からなる種結晶層を形成する。種結晶層を超格子積層
膜にすることにより、種結晶層上に形成する積層構造の
各層が平坦化され、各層の表面にうねり(又は波面)が
ないようにすることができるので、レーザ特性が向上す
る。また、種結晶層を超格子構造として形成することに
より、種結晶層中の転位等の結晶欠陥の発生を抑制し、
また発生しても、種結晶層上部への伝搬を抑制すること
ができる。
The striped seed crystal layer may be formed as a seed crystal layer having a super lattice structure. In that case, in the step of epitaxially growing the AlGaN layer, a superlattice laminated film is formed by laminating a two-layer film of a GaN layer and an AlGaN layer each having a superlattice structure in a large number of cycles, and a seed crystal layer is formed. In the step, the superlattice laminated film is patterned so as to form a stripe-shaped ridge structure at a predetermined angle with respect to a crack generated in the AlGaN layer, thereby forming a seed crystal layer made of the superlattice laminated film. By forming the seed crystal layer into a superlattice laminated film, each layer of the laminated structure formed on the seed crystal layer can be flattened, and the surface of each layer can be made free from undulation (or wavefront). Is improved. Further, by forming the seed crystal layer as a superlattice structure, the occurrence of crystal defects such as dislocations in the seed crystal layer is suppressed,
Even if it occurs, propagation to the upper portion of the seed crystal layer can be suppressed.

【0019】また、本発明に係る別の窒化物系III −V
族化合物半導体レーザの作製方法(以下、第2の発明方
法という)は、基板上に窒化物系III −V族化合物半導
体レーザ素子を作製する方法において、基板上に、又は
バッファ層を介して基板上に、GaN層、次いでAlX
Ga1- X N(0<X≦1、以下、AlGaNと表記す
る)層をエピタキシャル成長させる工程と、AlGaN
層内に発生しているクラックに対して所定の角度をなす
ストライプ状リッジ構造になるようにGaN層及びAl
GaN層の積層膜をパターニングして、GaN層及びA
lGaN層からなる種結晶層を形成する工程と、種結晶
層からAlGaN層をエッチングして除去する工程と、
種結晶層上に共振器構造を構成する窒化物系III −V族
化合物半導体層の積層構造を形成する工程と、種結晶層
に沿ってレーザストライプを形成する工程と、レーザス
トライプに直交して劈開し、共振器端面を形成する工程
とを有すことを特徴としている。
Further, another nitride III-V according to the present invention
A method for manufacturing a group III compound semiconductor laser (hereinafter, referred to as a second invention method) is a method for manufacturing a nitride III-V compound semiconductor laser element on a substrate, the method comprising: forming a substrate on a substrate or via a buffer layer; On top, a GaN layer, then Al X
Ga 1- X N (0 <X ≦ 1, hereinafter referred to as AlGaN) and epitaxially growing a layer, AlGaN
The GaN layer and the Al are formed so as to form a stripe-shaped ridge structure at a predetermined angle with respect to cracks generated in the layer.
The GaN layer and A
forming a seed crystal layer composed of an lGaN layer, etching the AlGaN layer from the seed crystal layer, and removing;
Forming a stacked structure of a nitride III-V compound semiconductor layer constituting a resonator structure on the seed crystal layer, forming a laser stripe along the seed crystal layer, and orthogonally intersecting the laser stripe. Cleaving and forming a resonator end face.

【0020】第2の発明方法では、種結晶層をGaN層
のみで形成しているので、種結晶層のクラック数が著し
く減少し、長期間の安定した動作が可能で、レーザ特性
に優れた窒化物系III −V族化合物半導体レーザ素子を
作製することできる。第2の発明方法では、第1の発明
方法と同様に、方位が一定のクラック線を基準にしてス
トライプ状種結晶層を形成しているので、共振器端面
が、ウエハ面内で、更には対象ウエハの全てにわたり同
じ面方位の一様な劈開面になるので、閾値電流がばらつ
くようなことが生じない。また、共振器端面が平滑で平
坦な劈開面で形成されるので、閾値電流を低減させるこ
とができる。
In the second invention method, since the seed crystal layer is formed only of the GaN layer, the number of cracks in the seed crystal layer is significantly reduced, stable operation can be performed for a long time, and excellent laser characteristics are obtained. A nitride-based III-V compound semiconductor laser device can be manufactured. In the second invention method, as in the first invention method, since the stripe-shaped seed crystal layer is formed with reference to the crack line having a constant orientation, the cavity end face is further formed within the wafer plane. Since a uniform cleavage plane having the same plane orientation is obtained over the entire target wafer, the threshold current does not vary. Further, since the cavity end face is formed by a smooth and flat cleavage plane, the threshold current can be reduced.

【0021】第1及び第2の発明及び発明方法で、Al
GaN層のクラックは、サファイア基板の基板面の面方
位に依存して一定の方位に成長し、例えばサファイア基
板のC面上にAlGaN層を成膜した際には、クラック
はGaNの<1−100>方位に発生する。サファイア
基板のオリエンテーション・フラットがA面に沿って設
けてあるときには、サファイア基板のC面上にAlGa
N層を成膜すると、クラックはオリエンテーション・フ
ラットに対して約60°の角度を成して成長する。そこ
で、クラックに対して30°の角度でストライプ状種結
晶層を形成すると、オリエンテーション・フラットに直
交する方向になるので、作製上で便利である。
In the first and second inventions and the invention method, Al
The cracks in the GaN layer grow in a certain direction depending on the plane orientation of the substrate surface of the sapphire substrate. For example, when an AlGaN layer is formed on the C-plane of the sapphire substrate, the cracks are less than <1-- 100> occurs in the azimuth. When the orientation flat of the sapphire substrate is provided along the A-plane, the AlGa
When the N layer is formed, cracks grow at an angle of about 60 ° with respect to the orientation flat. Therefore, when the stripe-shaped seed crystal layer is formed at an angle of 30 ° with respect to the crack, the direction becomes orthogonal to the orientation flat, which is convenient in manufacturing.

【0022】AlX Ga1-X N(0<X≦1)層のAl
組成は、好適には0.03から0.20である。また、
窒化物系III −V族化合物半導体層とは、広く、Ala
b Gac In d N(a+b+c+d=1、0≦a、
b、c、d≦1)層を意味する。第1及び第2の発明及
び発明方法は、サファイア基板、SiC基板、GaN基
板、スピネル基板等の基板を使うときに適用できる。ま
た、第1及び第2の発明及び発明方法は、ストライプ状
種結晶層の方向に特徴を有するのであって、ストライプ
状種結晶層の上の積層構造、レーザストライプ等の構成
には制約はない。レーザストライプは、例えばエアリッ
ジ型でも、埋め込みリッジ型でも、非リッジ型の内部ス
トライプ構造でもよい。また、導波路構造にも制約はな
く、屈折率導波路構造でも利得導波路構造でも良い。ま
た、ストライプ状種結晶層の下部構造にも制約はない。
つまり、バッファ層を介してサファイア基板上にAlG
aN種結晶層を形成する際には、バッファ層が種結晶層
の一部を構成し、更にサファイア基板の表層をエッチン
グしてリッジ構造の下部とし、サファイア基板と積層構
造との間に間隙を設けるようにしても良い。また、バッ
ファ層を省いた場合でも、種結晶層をエッチングしてス
トライプ状種結晶層を形成する際、サファイア基板の表
層をエッチングしてリッジ構造の下部とし、サファイア
基板と積層構造との間に間隙を設けるようにしても良
い。
AlXGa1-XAl of N (0 <X ≦ 1) layer
The composition is preferably between 0.03 and 0.20. Also,
The nitride-based III-V compound semiconductor layer is widely referred to as Ala
BbGacIn dN (a + b + c + d = 1, 0 ≦ a,
b, c, d ≦ 1) means a layer. First and second inventions
And the invention method comprises a sapphire substrate, a SiC substrate, a GaN-based
It can be applied when using a substrate such as a plate or a spinel substrate. Ma
Further, the first and second inventions and the invention method are characterized in that they have a stripe shape.
It has a feature in the direction of the seed crystal layer,
Of laminated structure, laser stripe, etc. on the seed crystal layer
Has no restrictions. Laser stripes are
Non-ridged internal switches
A tripe structure may be used. There are no restrictions on the waveguide structure.
Alternatively, a refractive index waveguide structure or a gain waveguide structure may be used. Ma
The lower structure of the stripe-shaped seed crystal layer is not limited.
That is, the AlG is formed on the sapphire substrate via the buffer layer.
When forming the aN seed crystal layer, the buffer layer
Of the sapphire substrate
To the lower part of the ridge structure.
A gap may be provided between the structure. In addition,
Even if the wafer layer is omitted, the seed crystal layer is etched and
When forming a tripe-shaped seed crystal layer, the surface of the sapphire substrate
Etch the layer to the bottom of the ridge structure and sapphire
A gap may be provided between the substrate and the laminated structure.
No.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。尚、以下の実施形態例で示した膜種、膜厚、
成膜方法、その他寸法等は、本発明の理解を容易にする
ための例示であって、本発明はこれら例示に限定される
ものではない。窒化物系半導体レーザ素子の実施形態例1 本実施形態例は、第1の発明に係る窒化物系III −V族
化合物半導体レーザ素子(以下、窒化物系半導体レーザ
素子と言う)の実施形態の一例であって、図1は、本実
施形態例の窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す断面
図である。図1中、図6から図8に示すものと同じもの
には同じ符合を付している。以下の図2から図5でも、
同様である。本実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子
40は、GaN系半導体レーザ素子であって、図1に示
すように、種結晶層42の構成を除いて、前述の従来の
GaN系半導体レーザ素子10と同じ構成を備えてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the film type, film thickness,
The film forming method, other dimensions, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these examples. Embodiment 1 of the Nitride-Based Semiconductor Laser Device This embodiment is an embodiment of the nitride-based III-V compound semiconductor laser device according to the first invention (hereinafter referred to as a nitride-based semiconductor laser device). As an example, FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a nitride-based semiconductor laser device of the present embodiment. In FIG. 1, the same components as those shown in FIGS. 6 to 8 are denoted by the same reference numerals. 2 to 5 below,
The same is true. The nitride-based semiconductor laser device 40 according to the present embodiment is a GaN-based semiconductor laser device, and as shown in FIG. It has the same configuration as.

【0024】種結晶層42は、膜厚0.1μmのAlX
Ga1-X N(0<X≦1、例えばX=0.08、以下、
AlGaNと表記する)層からなるストライプ状種結晶
層であって、種結晶層を構成するAlGaN層内に発生
しているクラックを基準線とし、基準線に対して30°
の角度をなすストライプ状リッジ構造として形成されて
いる。
The seed crystal layer 42 is formed of a 0.1 μm-thick Al X
Ga 1−X N (0 <X ≦ 1, for example, X = 0.08, hereinafter,
(Referred to as AlGaN) layer, and a crack generated in the AlGaN layer constituting the seed crystal layer is defined as a reference line, and is 30 ° with respect to the reference line.
Is formed as a stripe-shaped ridge structure having an angle of.

【0025】本実施形態例では、共振器端面は、レーザ
ストライプ、つまり種結晶層42のストライプ方向に直
交して形成されていて、種結晶層42が基準線に対して
正確な方位で形成されているので、共振器端面が、従来
のGaN系半導体レーザ素子10に比べて平滑で平坦な
劈開面となり、閾値電流が低い。
In this embodiment, the cavity facet is formed perpendicular to the laser stripe, ie, the stripe direction of the seed crystal layer 42, and the seed crystal layer 42 is formed in an accurate direction with respect to the reference line. Therefore, the cavity end face becomes a smooth and flat cleavage plane as compared with the conventional GaN-based semiconductor laser device 10, and the threshold current is low.

【0026】窒化物系半導体レーザ素子の作製方法の実
施形態例1 本実施形態例は、第1の発明方法に係る窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法をGaN系半導体レーザ素子40
の作製に適用した実施形態の一例である。図2(a)か
ら(d)は、それぞれ、本実施形態例の方法に従ってG
aN系半導体レーザ素子40を作製する際の工程毎の断
面図である。本実施形態例の方法では、先ず、図2
(a)に示すように、サファイア基板12のC面上にM
OCVD法によってAl0.08Ga0.92N層(以下、Al
GaN層と表記)42を種結晶層としてエピタキシャル
成長させる。AlGaN層42の膜厚は、例えば0.5
μmから2μmで良い。次いで、種結晶層として成長さ
せたAlGaN層42上にSiO2 膜を成膜し、SiO
2 膜をパターニングして、図2(b)に示すように、所
定のストライプ状パターンのエッチングマスク44を形
成する。
Actual method of manufacturing a nitride-based semiconductor laser device
Embodiment 1 In this embodiment, a method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the first invention method is described by using a GaN-based semiconductor laser device 40.
1 is an example of an embodiment applied to the manufacture of the present invention. FIGS. 2A to 2D respectively show G according to the method of the present embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of each step when manufacturing the aN-based semiconductor laser element 40. In the method of this embodiment, first, FIG.
As shown in (a), M is placed on the C surface of the sapphire substrate 12.
The Al 0.08 Ga 0.92 N layer (hereinafter referred to as Al
GaN layer) is epitaxially grown as a seed crystal layer. The thickness of the AlGaN layer 42 is, for example, 0.5
It may be from 2 μm to 2 μm. Next, an SiO 2 film is formed on the AlGaN layer 42 grown as a seed crystal layer,
The two films are patterned to form an etching mask 44 having a predetermined stripe pattern, as shown in FIG.

【0027】エッチングマスク44のストライプ方向
は、図3に示すように、AlGaN層42で発生したク
ラックが成長してなすクラック線を基準線としたとき、
基準線に対して30°の角度Φをなしている。クラック
線は、ウエハのオリエンテーション・フラット(OF)
に対して約60°の角度θで傾斜した方向に延在するの
で、エッチングマスク44は、オリエンテーション・フ
ラットに対してほぼ直交する方向に配置されることにな
る。
As shown in FIG. 3, the stripe direction of the etching mask 44 is such that a crack line formed by growing a crack generated in the AlGaN layer 42 is used as a reference line.
It forms an angle Φ of 30 ° with respect to the reference line. The crack line is the wafer orientation flat (OF)
Extends in a direction inclined at an angle θ of about 60 °, the etching mask 44 is arranged in a direction substantially orthogonal to the orientation flat.

【0028】エッチングマスク44を使って、RIE法
によりAlGaN層42をエッチングして、図2(c)
に示すように、ストライプ状リッジを形成する。エッチ
ングマスク44を除去した後、図2(d)に示すよう
に、続いて横方向成長法によりストライプ状リッジ上に
n型コンタクト層16となるGaN層16′を成長させ
る。尚、図2(d)はGaN層16′の横方向成長の途
中経過を示している。
Using the etching mask 44, the AlGaN layer 42 is etched by the RIE method, as shown in FIG.
As shown in FIG. 7, a stripe-shaped ridge is formed. After removing the etching mask 44, as shown in FIG. 2D, a GaN layer 16 'to be the n-type contact layer 16 is grown on the stripe-shaped ridge by a lateral growth method. FIG. 2D shows the progress of the lateral growth of the GaN layer 16 '.

【0029】以下、従来の窒化物系半導体レーザ素子の
作製方法と同様にして、コンタクト層、クラッド層、光
ガイド層、活性層等を順次成膜して共振器構造を構成す
る積層構造を形成する。次いで、積層構造をエッチング
して、ストライプ状種結晶層に沿ってレーザストライプ
を形成し、レーザストライプに直交する方向に劈開して
共振器端面を形成する。本実施形態例では、各種結晶層
42が基準線に対して正確な方位で形成されているの
で、面内均一で、しかもウエハ毎にばらつくことなく、
平坦な共振器端面を有し、閾値電流の低い実施形態例の
窒化物系半導体レーザ素子を作製することができる。
Subsequently, in the same manner as in the conventional method of manufacturing a nitride-based semiconductor laser device, a contact layer, a clad layer, an optical guide layer, an active layer, and the like are sequentially formed to form a laminated structure constituting a resonator structure. I do. Next, the laminated structure is etched to form a laser stripe along the stripe-shaped seed crystal layer, and is cleaved in a direction perpendicular to the laser stripe to form a cavity end face. In the present embodiment, since the various crystal layers 42 are formed in an accurate orientation with respect to the reference line, the crystal layers are uniform in the plane, and do not vary from wafer to wafer.
The nitride-based semiconductor laser device according to the embodiment having a flat cavity end face and a low threshold current can be manufactured.

【0030】窒化物系半導体レーザ素子の実施形態例2 本実施形態例は、第2の発明に係る窒化物系半導体レー
ザ素子の実施形態の一例であって、図4は、本実施形態
例の窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す断面図であ
る。本実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子50は、
GaN系半導体レーザ素子であって、図4に示すよう
に、種結晶層52の構成を除いて、前述の従来のGaN
系半導体レーザ素子10と同じ構成を備えている。
Embodiment 2 of the Nitride-Based Semiconductor Laser Device This embodiment is an example of an embodiment of the nitride-based semiconductor laser device according to the second invention, and FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a nitride-based semiconductor laser device. The nitride-based semiconductor laser device 50 of the present embodiment is
A GaN-based semiconductor laser device, as shown in FIG.
It has the same configuration as that of the system semiconductor laser device 10.

【0031】種結晶層52は、例えば膜厚2.5nmの
GaN層52aと、膜厚2.5nmのAlX Ga1-X
(0<X≦1、例えばX=0.08、以下、AlGaN
と表記する)層52bとの2層膜を100周期から20
0周期で積層してなる超格子多層膜のストライプ状種結
晶層であって、種結晶層52を構成するAlGaN層5
2b内に発生しているクラックに対して30°の角度を
なすストライプ状リッジ構造として形成されている。本
実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子50は、上述の
実施形態例1の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法
で、AlGaN層42の成膜に変えて、上述の超格子多
層膜を形成することにより、作製することができる。
The seed crystal layer 52 includes, for example, a 2.5-nm-thick GaN layer 52a and a 2.5-nm-thick Al x Ga 1 -xN
(0 <X ≦ 1, for example, X = 0.08, hereinafter, AlGaN
The two-layer film with the layer 52b is changed from 100 periods to 20 periods.
An AlGaN layer 5 that is a stripe-shaped seed crystal layer of a superlattice multilayer film stacked in zero cycle and that forms the seed crystal layer 52
It is formed as a stripe-shaped ridge structure forming an angle of 30 ° with the crack generated in 2b. The nitride-based semiconductor laser device 50 of the present embodiment is obtained by forming the above-described superlattice multilayer film instead of forming the AlGaN layer 42 by the method of manufacturing the nitride-based semiconductor laser device of the above-described first embodiment. By doing so, it can be manufactured.

【0032】本実施形態例では、共振器端面は、レーザ
ストライプ、つまり種結晶層52のストライプ方向に直
交して形成されている。種結晶層52が基準線に対して
正確な方位で形成されているので、共振器端面が、従来
のGaN系半導体レーザ素子10に比べて平滑で平坦な
劈開面となっており、閾値電流が低い。また、種結晶層
52が超格子積層膜となっているので、種結晶層52上
に形成された積層構造の各化合物半導体層が平坦化し、
各化合物半導体層の表面にうねり(又は波面)がなくな
るので、レーザ特性が向上する。
In this embodiment, the cavity facets are formed perpendicular to the laser stripe, ie, the stripe direction of the seed crystal layer 52. Since the seed crystal layer 52 is formed in an accurate orientation with respect to the reference line, the cavity facet is a smooth and flat cleavage plane as compared with the conventional GaN-based semiconductor laser device 10, and the threshold current is reduced. Low. Further, since the seed crystal layer 52 is a superlattice laminated film, each compound semiconductor layer having a laminated structure formed on the seed crystal layer 52 is flattened,
Since there is no undulation (or wavefront) on the surface of each compound semiconductor layer, laser characteristics are improved.

【0033】窒化物系半導体レーザ素子の作製方法の実
施形態例2 本実施形態例は、第2の発明方法に係る窒化物系半導体
レーザ素子の作製方法を従来のGaN系半導体レーザ素
子10と同じ構成のGaN系半導体レーザ素子の作製に
適用した実施形態の一例である。図5(a)から(e)
は、それぞれ、本実施形態例の方法に従ってGaN系半
導体レーザ素子10と同じ構成のGaN系半導体レーザ
素子を作製する際の工程毎の断面図である。本実施形態
例の方法では、先ず、図5(a)に示すように、サファ
イア基板12のC面上にMOCVD法によって、膜厚1
μmのGaN層54、次いで膜厚1μmのAl0.08Ga
0.92N層(以下、AlGaN層と表記)56を種結晶層
としてエピタキシャル成長させる。
The actual method of manufacturing a nitride-based semiconductor laser device
Embodiment 2 This embodiment is an embodiment in which the method of manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second invention method is applied to manufacture of a GaN-based semiconductor laser device having the same configuration as the conventional GaN-based semiconductor laser device 10. It is an example of a form. 5 (a) to 5 (e)
FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views for respective steps when manufacturing a GaN-based semiconductor laser device having the same configuration as the GaN-based semiconductor laser device 10 according to the method of the present embodiment. In the method of this embodiment, first, as shown in FIG. 5A, a film having a thickness of 1 is formed on the C surface of the sapphire substrate 12 by MOCVD.
μm GaN layer 54 and then 1 μm thick Al 0.08 Ga
A 0.92 N layer (hereinafter referred to as an AlGaN layer) 56 is epitaxially grown as a seed crystal layer.

【0034】次いで、AlGaN層56上にSiO2
を成膜し、SiO2 膜をパターニングして、図5(b)
に示すように、所定のストライプ状パターンのエッチン
グマスク58を形成する。エッチングマスク58のスト
ライプ方向は、図3に示すように、AlGaN層56で
発生したクラックが成長してなすクラック線を基準線と
したとき、基準線に対して30°の角度Φをなしてい
る。クラック線は、ウエハのオリエンテーション・フラ
ットに対して約60°の角度θで傾斜した方向に延在す
るので、エッチングマスク58は、オリエンテーション
・フラットに対してほぼ直交する方向に配置されること
になる。
Next, an SiO 2 film is formed on the AlGaN layer 56, and the SiO 2 film is patterned, as shown in FIG.
As shown in FIG. 7, an etching mask 58 having a predetermined stripe pattern is formed. As shown in FIG. 3, the stripe direction of the etching mask 58 forms an angle Φ of 30 ° with respect to the reference line when a crack line formed by growing a crack generated in the AlGaN layer 56 is used as a reference line. . Since the crack line extends in a direction inclined at an angle θ of about 60 ° with respect to the orientation flat of the wafer, the etching mask 58 is arranged in a direction substantially orthogonal to the orientation flat. .

【0035】エッチングマスク58を使って、RIE法
によりAlGaN層56及びGaN層54をエッチング
して、図5(c)に示すように、ストライプ状リッジを
形成する。エッチングマスク58を除去した後、図5
(d)に示すように、RIE法によりAlGaN層56
を除去して、GaN層54のみからなる種結晶層を形成
する。続いて、図5(e)に示すように、横方向成長法
によりストライプ状リッジ上にn型コンタクト層16と
なるGaN層16′を成長させる。尚、図5(e)はG
aN層16′の横方向成長の途中経過を示している。
Using the etching mask 58, the AlGaN layer 56 and the GaN layer 54 are etched by the RIE method to form a stripe-shaped ridge as shown in FIG. After removing the etching mask 58, FIG.
As shown in (d), the AlGaN layer 56 is formed by the RIE method.
Is removed to form a seed crystal layer consisting only of the GaN layer 54. Subsequently, as shown in FIG. 5E, a GaN layer 16 'serving as the n-type contact layer 16 is grown on the stripe-shaped ridge by a lateral growth method. In addition, FIG.
The middle part of the lateral growth of the aN layer 16 'is shown.

【0036】以下、従来の窒化物系半導体レーザ素子の
作製方法と同様にして、コンタクト層、クラッド層、光
ガイド層、活性層等を順次成膜して共振器構造を構成す
る積層構造を形成する。次いで、積層構造をエッチング
して、ストライプ状種結晶層に沿ってレーザストライプ
を形成し、レーザストライプに直交する方向に劈開して
共振器端面を形成する。
Thereafter, in the same manner as in the conventional method of manufacturing a nitride-based semiconductor laser device, a contact layer, a clad layer, an optical guide layer, an active layer and the like are sequentially formed to form a laminated structure constituting a resonator structure. I do. Next, the laminated structure is etched to form a laser stripe along the stripe-shaped seed crystal layer, and is cleaved in a direction perpendicular to the laser stripe to form a cavity end face.

【0037】本実施形態例では、各種結晶層52が基準
線に対して正確な方位で形成されているので、面内均一
で、しかもウエハ毎にばらつくことなく、平坦な共振器
端面を有し、閾値電流の低い実施形態例の窒化物系半導
体レーザ素子を作製することができる。また、クラック
が存在するAlGaN層56が除去されているので、種
結晶層に存在するクラック数が実施形態例1の作製方法
に比べて著しく少ない。
In this embodiment, since the various crystal layers 52 are formed in an accurate orientation with respect to the reference line, the crystal layers 52 have a flat resonator end face that is uniform in the plane and does not vary from wafer to wafer. Thus, a nitride-based semiconductor laser device according to the embodiment having a low threshold current can be manufactured. Further, since the AlGaN layer 56 having the cracks has been removed, the number of cracks existing in the seed crystal layer is significantly smaller than that in the manufacturing method of the first embodiment.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、種結晶層を構成するA
lGaN層内に発生しているクラックに対して所定の角
度をなすストライプ状リッジ構造として種結晶層を形成
し、種結晶層に沿って形成したレーザストライプに直交
する面で劈開した劈開面を共振器端面とすることによ
り、平滑な共振器端面を有し、閾値電流が低い窒化物系
III −V族化合物半導体レーザ素子を実現している。本
発明方法は、本発明に係る、平坦な共振器端面を有し、
閾値電流の低い窒化物系III −V族化合物半導体レーザ
素子を、面内均一で、しかもウエハ毎にばらつくことな
く、作製する方法を実現している。
According to the present invention, according to the present invention, A
A seed crystal layer is formed as a stripe-shaped ridge structure at a predetermined angle with respect to cracks generated in the lGaN layer, and a cleavage plane cleaved at a plane orthogonal to a laser stripe formed along the seed crystal layer resonates. Nitride based material with a smooth cavity facet and low threshold current
A III-V compound semiconductor laser device is realized. The method of the present invention has a flat resonator end face according to the present invention,
A method for fabricating a nitride III-V compound semiconductor laser device having a low threshold current, which is uniform in a plane and does not vary from wafer to wafer, is realized.

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

【図1】実施形態例1のGaN系半導体レーザ素子の構
成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a GaN-based semiconductor laser device according to a first embodiment.

【図2】図2(a)から(d)は、それぞれ、実施形態
例1の方法に従ってGaN系半導体レーザ素子を作製す
る際の工程毎の断面図である。
2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views for respective steps when fabricating a GaN-based semiconductor laser device according to the method of Embodiment 1;

【図3】クラック線とエッチングマスクの位置関係を示
すウエハ平面図である。
FIG. 3 is a plan view of a wafer showing a positional relationship between a crack line and an etching mask.

【図4】実施形態例2のGaN系半導体レーザ素子の構
成を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a GaN-based semiconductor laser device according to a second embodiment.

【図5】図5(a)から(e)は、それぞれ、実施形態
例2の方法に従ってGaN系半導体レーザ素子を作製す
る際の工程毎の断面図である。
5 (a) to 5 (e) are cross-sectional views for respective steps when fabricating a GaN-based semiconductor laser device according to the method of Embodiment 2;

【図6】GaN系半導体レーザ素子の典型的構成を示す
断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a typical configuration of a GaN-based semiconductor laser device.

【図7】図7(a)から(d)は、それぞれ、従来の方
法に従ってGaN系半導体レーザ素子を作製する際の工
程毎の断面図である。
FIGS. 7A to 7D are cross-sectional views for respective steps when fabricating a GaN-based semiconductor laser device according to a conventional method.

【図8】図7(d)に引き続いて、従来の方法に従って
GaN系半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の断面
図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of each step of manufacturing a GaN-based semiconductor laser device according to a conventional method, following FIG. 7 (d).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10……GaN系半導体レーザ素子、12……サファイ
ア基板、14……GaN種結晶層、16……n型GaN
コンタクト層、18……n型AlGaNクラッド層、2
0……n型GaN光ガイド層、22……活性層、24…
…p型GaN光ガイド層、26……p型AlGaNクラ
ッド層、28……p型GaNコンタクト層、30……S
iO2 保護膜、32……p側電極、34……n側電極、
40……実施形態例1のGaN系半導体レーザ素子、4
2……AlGaN種結晶層、44……エッチングマス
ク、50……実施形態例2のGaN系半導体レーザ素
子、52……GaN層とAlGaN層の2層膜を多数周
期で積層してなる超格子積層膜、54……GaN層、5
6……AlGaN層、58……エッチングマスク。
10: GaN-based semiconductor laser device, 12: sapphire substrate, 14: GaN seed crystal layer, 16: n-type GaN
Contact layer, 18 n-type AlGaN cladding layer, 2
0 ... n-type GaN light guide layer, 22 ... active layer, 24 ...
... p-type GaN optical guide layer, 26 ... p-type AlGaN cladding layer, 28 ... p-type GaN contact layer, 30 ... S
iO 2 protective film, 32... p-side electrode, 34.
40... The GaN-based semiconductor laser device of the first embodiment, 4
2 ... AlGaN seed crystal layer, 44 ... etching mask, 50 ... GaN-based semiconductor laser device of Embodiment 2, 52 ... superlattice formed by laminating a two-layer film of a GaN layer and an AlGaN layer in a large number of periods Laminated film, 54 GaN layer, 5
6 ... AlGaN layer, 58 ... Etching mask.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された窒化物系III −V族
化合物半導体レーザ素子において、 基板上に形成された、又はバッファ層を介して基板上に
形成された、AlX Ga1-X N(0<X≦1、以下、A
lGaNと表記する)層からなるストライプ状種結晶
層、又はAlGaN層を最上層に有するストライプ状種
結晶層と、 種結晶層上に形成され、共振器構造を構成する窒化物系
III −V族化合物半導体層の積層構造と、 種結晶層に沿って形成されたレーザストライプと、 レーザストライプに直交して劈開された劈開面からなる
共振器端面とを備え、 種結晶層が、種結晶層を構成するAlGaN層内に発生
しているクラックに対して所定の角度をなすストライプ
状リッジ構造として形成されていることを特徴とする窒
化物系III −V族化合物半導体レーザ素子。
1. A nitride III-V compound semiconductor laser device formed on a substrate, comprising: Al X Ga 1 -X formed on the substrate or formed on the substrate via a buffer layer. N (0 <X ≦ 1, hereinafter, A
and a stripe-shaped seed crystal layer having an AlGaN layer as an uppermost layer; and a nitride-based layer formed on the seed crystal layer and constituting a resonator structure.
A stacked structure of III-V compound semiconductor layers, a laser stripe formed along the seed crystal layer, and a cavity end face formed by a cleavage plane cleaved perpendicular to the laser stripe; A nitride-based III-V compound semiconductor laser device having a stripe-shaped ridge structure formed at a predetermined angle with respect to a crack generated in an AlGaN layer constituting a seed crystal layer.
【請求項2】 基板上に形成された窒化物系III −V族
化合物半導体レーザ素子において、 基板上に形成された、又はバッファ層を介して基板上に
形成された、それぞれが超格子構造のGaN層、及びG
aN層上に成膜されたAlX Ga1-X N(0<X≦1、
以下、AlGaNと表記する)層との2層膜を多数周期
で積層した超格子積層膜からなるストライプ状種結晶層
と、 種結晶層上に形成され、共振器構造を構成する窒化物系
III −V族化合物半導体層の積層構造と、 種結晶層に沿って形成されたレーザストライプと、 レーザストライプに直交して劈開された劈開面からなる
共振器端面とを備え、 種結晶層が、種結晶層を構成するAlGaN層内に発生
しているクラックに対して所定の角度をなすストライプ
状リッジ構造として形成されていることを特徴とする窒
化物系III −V族化合物半導体レーザ素子。
2. A nitride-based III-V compound semiconductor laser device formed on a substrate, wherein each of the nitride-based III-V compound semiconductor laser devices has a superlattice structure formed on the substrate or formed on the substrate via a buffer layer. GaN layer and G
Al x Ga 1 -xN formed on the aN layer (0 <X ≦ 1,
(Hereinafter abbreviated as AlGaN)), a stripe-shaped seed crystal layer composed of a superlattice laminated film obtained by laminating a two-layer film with a large number of periods, and a nitride-based layer formed on the seed crystal layer and constituting a resonator structure.
A stacked structure of III-V compound semiconductor layers, a laser stripe formed along the seed crystal layer, and a cavity end face formed by a cleavage plane cleaved perpendicular to the laser stripe; A nitride-based III-V compound semiconductor laser device having a stripe-shaped ridge structure formed at a predetermined angle with respect to a crack generated in an AlGaN layer constituting a seed crystal layer.
【請求項3】 上記所定の角度が30°又は90°であ
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物系II
I −V族化合物半導体レーザ素子。
3. The nitride-based II according to claim 1, wherein the predetermined angle is 30 ° or 90 °.
Group IV compound semiconductor laser device.
【請求項4】 基板上に窒化物系III −V族化合物半導
体レーザ素子を作製する方法において、 基板上に、又はバッファ層を介して基板上に、AlX
1-X N(0<X≦1、以下、AlGaNと表記する)
層、又はAlGaN層を最上層に有する積層膜をエピタ
キシャル成長させる成長工程と、 AlGaN層内に発生しているクラックに対して所定の
角度をなすストライプ状リッジ構造になるようにAlG
aN層をパターニングして、AlGaN層からなる種結
晶層、又はAlGaN層を最上層に有する積層膜からな
る種結晶層を形成する工程と、 種結晶層上に、共振器構造を構成する窒化物系III −V
族化合物半導体層の積層構造を形成する工程と、 種結晶層に沿ってレーザストライプを形成する工程と、 レーザストライプに直交して劈開し、共振器端面を形成
する工程とを有すことを特徴とする窒化物系III −V族
化合物半導体レーザ素子の作製方法。
4. A method of fabricating a nitride III-V compound semiconductor laser device on a substrate, comprising the steps of: forming an Al X G on a substrate or on a substrate via a buffer layer;
a 1-X N (0 <X ≦ 1, hereinafter referred to as AlGaN)
A step of epitaxially growing a layer or a laminated film having an AlGaN layer as an uppermost layer; and forming an AlG layer so as to form a stripe-shaped ridge structure at a predetermined angle with respect to cracks generated in the AlGaN layer.
patterning the aN layer to form a seed crystal layer made of an AlGaN layer or a seed crystal layer made of a laminated film having an AlGaN layer as an uppermost layer; and a nitride forming a resonator structure on the seed crystal layer System III-V
Forming a stacked structure of group compound semiconductor layers, forming a laser stripe along the seed crystal layer, and cleaving perpendicular to the laser stripe to form a cavity facet. Of producing a nitride III-V compound semiconductor laser device.
【請求項5】 成長工程では、それぞれが超格子構造の
GaN層及びAlGaN層の2層膜を多数周期で積層し
てなる超格子積層膜を形成し、 種結晶層を形成する工程では、AlGaN層内に発生し
ているクラックに対して所定の角度をなすストライプ状
リッジ構造になるように超格子積層膜をパターニングし
て、超格子積層膜からなる種結晶層を形成することを特
徴とする請求項4に記載の窒化物系III −V族化合物半
導体レーザ素子の作製方法。
5. In the growing step, a superlattice laminated film is formed by laminating a two-layer film of a GaN layer and an AlGaN layer each having a superlattice structure in a large number of cycles, and in the step of forming a seed crystal layer, Patterning the superlattice laminated film so as to form a stripe-shaped ridge structure at a predetermined angle with respect to cracks generated in the layer, thereby forming a seed crystal layer composed of the superlattice laminated film. A method for manufacturing a nitride III-V compound semiconductor laser device according to claim 4.
【請求項6】 基板上に窒化物系III −V族化合物半導
体レーザ素子を作製する方法において、 基板上に、又はバッファ層を介して基板上に、GaN
層、次いでAlX Ga1- X N(0<X≦1、以下、Al
GaNと表記する)層をエピタキシャル成長させる工程
と、 AlGaN層内に発生しているクラックに対して所定の
角度をなすストライプ状リッジ構造になるようにGaN
層及びAlGaN層の積層膜をパターニングして、Ga
N層及びAlGaN層からなる種結晶層を形成する工程
と、 種結晶層からAlGaN層をエッチングして除去する工
程と、 種結晶層上に共振器構造を構成する窒化物系III −V族
化合物半導体層の積層構造を形成する工程と、 種結晶層に沿ってレーザストライプを形成する工程と、 レーザストライプに直交して劈開し、共振器端面を形成
する工程とを有すことを特徴とする窒化物系III −V族
化合物半導体レーザ素子の作製方法。
6. A method of fabricating a nitride III-V compound semiconductor laser device on a substrate, comprising: forming a GaN film on the substrate or on the substrate via a buffer layer.
Layer, followed by Al X Ga 1- X N (0 <X ≦ 1, or less, Al
A step of epitaxially growing a layer (denoted as GaN); and forming a GaN layer into a stripe-shaped ridge structure at a predetermined angle with respect to cracks generated in the AlGaN layer.
Patterning the layered film of the AlGaN layer and the AlGaN layer to obtain Ga
Forming a seed crystal layer composed of an N layer and an AlGaN layer; etching and removing the AlGaN layer from the seed crystal layer; and a nitride III-V compound forming a resonator structure on the seed crystal layer Forming a stacked structure of semiconductor layers, forming a laser stripe along the seed crystal layer, and cleaving perpendicular to the laser stripe to form a cavity facet. A method for manufacturing a nitride III-V compound semiconductor laser device.
【請求項7】 上記所定の角度が30°又は90°であ
ることを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記
載の窒化物系III −V族化合物半導体レーザ素子の作製
方法。
7. The method for manufacturing a nitride III-V compound semiconductor laser device according to claim 4, wherein said predetermined angle is 30 ° or 90 °.
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