JP2005064469A - 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 欠陥密度が106cm-2以下と低いGaN基板(10)に、エッチングによってストライプ状の凹部(16)を形成する。その基板(10)上に窒化物半導体膜(11)を成長し、凹部(16)の上方から外れた部位にレーザストライプ(12)を形成する。これにより、レーザストライプ(12)の歪みが解放されて、長寿命の半導体レーザ素子が得られ、窒化物半導体膜(11)のクラックも抑えられて、歩留まりが大きく向上する。
【選択図】 図1
Description
ここでは、ELOG法を用いた基板の作製方法を示したが、基板の作成方法の違いにより本発明の主旨や効果が変わることはない。すなわち、その表面に低欠陥領域を有する窒化物半導体基板を用いればよい。
先に述べた方法等により、低欠陥領域のあるGaN基板を得ることができる。本実施形態における基板は、基板全面において、ほぼ106cm-2以下の欠陥密度であるとする。
基板面内に低欠陥領域が存在する基板上に、そのまま窒化物半導体膜を成長した場合について、図3を参照して説明する。31は低欠陥密度の領域を含む基板に、図4に示す窒化物半導体薄膜膜をMOCVDで成長したウエハーである。32はそのウエハーに入ったクラックである。
レーザストライプの位置を掘り込み領域上に作製した比較例の半導体レーザ素子を作製した。レーザストライプの位置以外については本実施形態の構成と同じである。レーザストライプを掘り込み領域16の直上に作製した構成について、素子化を行い、上記と同様にして寿命試験を行った。この場合の歩留まりは35%以下であった。この歩留まりの低下は、半導体レーザ素子に内包される歪みの違いにより引き起こされると考えられる。基板に掘り込み領域を形成しなかった場合に多数のクラックが発生したように、かなりの歪みが内包されていると考えられる。
また、歩留まりが、掘り込み領域の掘り込み幅X(図2参照)、掘り込み深さZ、および基板上に成長される窒化物半導体膜の全膜厚とに相関することを見出した。なお、窒化物半導体膜の全膜厚とは図4に示したn型GaN層40からp型GaNコンタクト層49までの窒化物半導体の全ての層を含む厚さである。
さらに、リッジを作製する位置に関しては、掘り込み領域16の端から5μm以内に作製した場合、大きく寿命試験の歩留まりを落とした。これは、掘り込み領域周辺に大きな歪みが存在しているためと考えられる。よって、レーザストライプの位置は、掘り込み領域の端から5μm以上離した領域に作製する必要がある。さらに、レーザストライプの位置を決める上で、歪みが小さい領域に作製するだけでなく、平坦性の高い領域に作製する必要がある。
11、71 窒化物半導体膜
12、72 レーザストライプ
13、73 電流狭窄用SiO2
14、74、133 p型電極
15、75、134 n型電極
16、22、52、76、82、131、1002 掘り込み領域
31、135 GaN基板上の窒化物半導体膜
32 クラック
40 n型GaN層
41 n型Al0.062Ga0.938N第一クラッド層
42 n型Al0.1Ga0.9N第二クラッド層
43 n型Al0.062Ga0.938N第三クラッド層
44 n型GaNガイド層
45 InGaN/GaN―3MQW活性層
46 p型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層
47 p型GaNガイド層
48 p型Al0.062Ga0.938Nクラッド層
49 p型GaNコンタクト層
1003 掘りこみ領域間の領域
1004 導波路ストライプ
1005 波線状のモフォロジー
Claims (12)
- 少なくとも表面が窒化物半導体である基板と、基板の前記表面上に積層されストライプ状のレーザ光導波路構造を有する窒化物半導体膜より成る窒化物半導体レーザ素子において、
基板の前記表面が、欠陥密度が106cm-2以下の低欠陥領域と凹部とを有し、
窒化物半導体膜の前記レーザ光導波路構造が、基板の表面の前記凹部から外れた前記低欠陥領域の上方に位置する
ことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 - 基板の表面の前記凹部がストライプ状であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体レーザ素子。
- 基板の表面の前記凹部の横断面の面積が30μm2以上であることを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体レーザ素子。
- 基板の表面の前記凹部の横断面の面積が5μm2以上かつ30μm2以下であり、前記窒化物半導体膜の厚さが2μm以上かつ10μm以下であることを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体レーザ素子。
- 基板の表面が前記凹部を複数有し、複数の前記凹部の間隔が50μm以上かつ2mm以下であることを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体レーザ素子。
- 窒化物半導体膜の前記レーザ光導波路構造の中央が、基板の表面に沿う方向について、基板の表面の前記凹部の縁から5μm以上離れていることを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体レーザ素子。
- 少なくとも表面が窒化物半導体である基板と、基板の前記表面上に積層されストライプ状のレーザ光導波路構造を有する窒化物半導体膜より成る窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、
基板の前記表面に、欠陥密度が106cm-2以下の低欠陥領域と凹部とを設けておき、
窒化物半導体膜の前記レーザ光導波路構造を、基板の表面の前記凹部から外れた前記低欠陥領域の上方に設ける
ことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 - 低欠陥領域を有する第1の窒化物半導体の上に第2の窒化物半導体の層を設けて、少なくとも第2の窒化物半導体の一部を除去することにより、前記低転位領域と前記凹部とを有する基板を作製することを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 少なくとも表面が窒化物半導体である基板と、基板の前記表面上に積層されストライプ状のレーザ光導波路構造を有する窒化物半導体膜より成る窒化物半導体レーザ素子において、
基板の前記表面が凹部を有し、
窒化物半導体膜の前記レーザ光導波路構造が、基板の表面の前記凹部から外れた領域の上方に位置する
ことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 - 少なくとも表面が窒化物半導体である基板と、基板の前記表面上に積層された発光領域を有する窒化物半導体膜より成る窒化物半導体発光素子において、
基板の表面が凹部を有し、
窒化物半導体膜の前記発光領域が、基板の表面の前記凹部から外れた領域の上方に位置する
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 基板の表面の前記凹部がストライプ状であり、網目状に形成されていることを特徴とする請求項10に記載の窒化物半導体発光素子。
- 少なくとも表面が窒化物半導体である基板と、基板の前記表面上に積層され発光領域を有する窒化物半導体膜より成る窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、
基板の前記表面に凹部を設け、
凹部を設けた基板の表面に窒化物半導体膜を形成し、
前記発光領域を基板の表面の前記凹部から外れた領域の上方に設ける
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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