JP2009016561A - Nitride semiconductor light emitting element - Google Patents

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Hiroyuki Nishimoto
浩之 西本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor light emitting element capable of substantially improving an yield. <P>SOLUTION: The nitride semiconductor light emitting element includes: a substrate; and a nitride semiconductor laminate configuration comprising a plurality of nitride semiconductor layers laminated on the surface of the substrate. A dug region dug in a recessed shape and a non-dug region which is not dug are formed on the surface of the substrate, the dug region is provided with a bottom surface and a side face extending upwards from the end part of the bottom surface, and the side face of the dug region and the surface of the non-dug region are connected through a curved surface. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ素子等の窒化物半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device such as a nitride semiconductor laser device.

GaN(窒化ガリウム)、AlN(窒化アルミニウム)、InN(窒化インジウム)およびそれらの混晶に代表される窒化物半導体材料により、紫外から可視域の波長の光が発振する窒化物半導体レーザ素子が試作されている。ここで、窒化物半導体レーザ素子の基板としてはGaN基板が用いられることが多く、各研究機関において精力的に研究されている。   Nitride semiconductor laser devices that emit light in the ultraviolet to visible wavelength range using GaN (gallium nitride), AlN (aluminum nitride), InN (indium nitride), and nitride semiconductor materials typified by their mixed crystals are prototyped. Has been. Here, a GaN substrate is often used as the substrate of the nitride semiconductor laser device, and has been energetically studied by each research institution.

現在、窒化物半導体レーザ素子の歩留まりが低いため、製造コストを低下させるために窒化物半導体レーザ素子の歩留まりの向上が求められている。   Currently, since the yield of nitride semiconductor laser devices is low, improvement of the yield of nitride semiconductor laser devices is required in order to reduce manufacturing costs.

そこで、たとえば、特許文献1には、凹状の掘り込み領域を含む加工基板の表面上に最初に成膜する窒化物半導体層にGaNを組成に含む化合物を用いることでクラックの発生を防止することができ、さらにはその後に成膜される窒化物半導体層の層厚の均一性が高く、表面が平坦になることが記載されている(たとえば、特許文献1の段落[0006]および[0007]等参照)。
特開2006−156953号公報
Therefore, for example, in Patent Document 1, the use of a compound containing GaN in the nitride semiconductor layer first formed on the surface of the processed substrate including the recessed digging region prevents the occurrence of cracks. In addition, it is described that the nitride semiconductor layer formed thereafter has high uniformity in thickness and the surface becomes flat (for example, paragraphs [0006] and [0007] of Patent Document 1). Etc.).
JP 2006-156953 A

しかしながら、特許文献1に記載されている加工基板を用い、その加工基板上に窒化物半導体層をMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相成長)法等により成長させた窒化物半導体レーザ素子を作製した場合には、クラックの発生に対して抑制効果が得られたが、大きな歩留まりの向上は見られなかった。   However, a nitride semiconductor laser using a processed substrate described in Patent Document 1 and growing a nitride semiconductor layer on the processed substrate by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method or the like. In the case of producing the element, an effect of suppressing the generation of cracks was obtained, but no significant yield improvement was observed.

そこで、本発明の目的は、歩留まりを大きく向上することができる窒化物半導体発光素子を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device that can greatly improve the yield.

本発明は、基板と基板の表面上に積層された複数の窒化物半導体層からなる窒化物半導体積層構造体とを含み、基板の表面には、凹状に掘り込まれた掘り込み領域と掘り込まれていない非掘り込み領域とが形成されており、掘り込み領域は、底面と底面の端部から上方に伸びる側面とを有し、掘り込み領域の側面と非掘り込み領域の表面とが曲面を介して接続されている窒化物半導体発光素子である。   The present invention includes a substrate and a nitride semiconductor multilayer structure including a plurality of nitride semiconductor layers stacked on the surface of the substrate, and the surface of the substrate is recessed with a digging region and a digging region. An unexcavated non-excavated region is formed, and the excavated region has a bottom surface and a side surface extending upward from the end of the bottom surface, and the side surface of the excavated region and the surface of the non-excavated region are curved surfaces This is a nitride semiconductor light emitting device connected through the.

ここで、本発明の窒化物半導体発光素子においては、曲面の曲率半径が1μm以上70μm以下であることが好ましい。   Here, in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the curvature radius of the curved surface is preferably 1 μm or more and 70 μm or less.

また、本発明の窒化物半導体発光素子においては、掘り込み領域の底面の幅が1μm以上100μm以下であることが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the bottom width of the digging region is preferably 1 μm or more and 100 μm or less.

また、本発明の窒化物半導体発光素子においては、掘り込み領域の側面の高さが0.5μm以上50μm以下であることが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the height of the side surface of the digging region is preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less.

本発明によれば、歩留まりを大きく向上することができる窒化物半導体発光素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nitride semiconductor light-emitting device which can improve a yield significantly can be provided.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。   Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

図1(a)に、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子の一例の模式的な断面図を示す。また、図1(b)に、図1(a)に示す窒化物半導体レーザ素子の模式的な上面図を示す。   FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of an example of a nitride semiconductor laser device according to the present invention. FIG. 1B is a schematic top view of the nitride semiconductor laser element shown in FIG.

ここで、基板10のn型GaNからなる表面上には、窒化物半導体層の複数が順次エピタキシャル成長することによって構成された窒化物半導体積層構造体13が形成されており、窒化物半導体積層構造体13の上面にはレーザ光の導波路となるリッジストライプ部15が形成されている。また、リッジストライプ部15の両側面を埋めるようにして電流狭窄を目的として絶縁層であるSiO2層16が形成されており、リッジストライプ部15の上面に接するようにしてp型オーミック電極17が形成されている。また、基板10の裏面上にはn型オーミック電極18が形成されている。 Here, on the surface of the substrate 10 made of n-type GaN, a nitride semiconductor multilayer structure 13 formed by sequentially epitaxially growing a plurality of nitride semiconductor layers is formed. A ridge stripe portion 15 serving as a laser light waveguide is formed on the upper surface of 13. In addition, an SiO 2 layer 16 as an insulating layer is formed so as to confine both sides of the ridge stripe portion 15 for the purpose of current confinement, and the p-type ohmic electrode 17 is in contact with the upper surface of the ridge stripe portion 15. Is formed. An n-type ohmic electrode 18 is formed on the back surface of the substrate 10.

図2に、図1(a)に示す窒化物半導体積層構造体13の断面を模式的に示す。ここで、窒化物半導体積層構造体13は、厚さ3.5μmのn型GaN層20上に、厚さ2.3μmのn型Al0.062Ga0.938N第1クラッド層21、厚さ0.2μmのn型Al0.1Ga0.9N第2クラッド層22、厚さ0.1μmのn型Al0.062Ga0.938N第3クラッド層23、厚さ0.1μmのn型GaNガイド層24、厚さ4nmのInGaN層と厚さ8nmのGaN層とが交互に3周期積層された多重量子井戸構造の活性層25、厚さ20nmのp型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層26、厚さ0.05μmのp型GaNガイド層27、厚さ0.5μmのp型Al0.062Ga0.938Nクラッド層28および厚さ0.1μmのp型GaNコンタクト層29がこの順序に積層されて構成されている。 FIG. 2 schematically shows a cross section of the nitride semiconductor multilayer structure 13 shown in FIG. Here, the nitride semiconductor multilayer structure 13 has an n-type Al 0.062 Ga 0.938 N first cladding layer 21 having a thickness of 2.3 μm and a thickness of 0.2 μm on the n-type GaN layer 20 having a thickness of 3.5 μm. N-type Al 0.1 Ga 0.9 N second cladding layer 22, 0.1 μm thick n-type Al 0.062 Ga 0.938 N third cladding layer 23, 0.1 μm thick n-type GaN guide layer 24, 4 nm thick An active layer 25 having a multiple quantum well structure in which InGaN layers and GaN layers having a thickness of 8 nm are alternately stacked three periods, a p-type Al 0.3 Ga 0.7 N evaporation preventing layer 26 having a thickness of 20 nm, and a p having a thickness of 0.05 μm A p-type Al 0.062 Ga 0.938 N clad layer 28 having a thickness of 0.5 μm and a p-type GaN contact layer 29 having a thickness of 0.1 μm are stacked in this order.

また、図1(a)に示すように、基板10中には、欠陥集中領域11が形成されており、欠陥集中領域11以外の領域が低欠陥領域12となっている。そして、基板10には欠陥集中領域11を含む箇所に凹状に掘り込まれた掘り込み領域14が形成されている。なお、掘り込み領域14は、底面14aとその底面14aの両端部からそれぞれ上方に伸びる2つの側面14bから構成されている。   As shown in FIG. 1A, a defect concentration region 11 is formed in the substrate 10, and a region other than the defect concentration region 11 is a low defect region 12. The substrate 10 is formed with a dug area 14 dug into a portion including the defect concentration area 11. The digging region 14 includes a bottom surface 14a and two side surfaces 14b extending upward from both ends of the bottom surface 14a.

また、基板10の表面においては、掘り込み領域14に隣り合う位置に、曲面19を有する曲面領域34が形成されており、曲面領域34に隣り合う位置に掘り込みが行なわれていない非掘り込み領域44が位置している。   Further, on the surface of the substrate 10, a curved surface region 34 having a curved surface 19 is formed at a position adjacent to the digging region 14, and non-digging is not performed at a position adjacent to the curved surface region 34. Region 44 is located.

本発明者が特許文献1の発明において歩留まりが向上しない原因を調査した結果、特許文献1の発明においては、加工基板の表面に形成された凹状の掘り込み領域の側面と掘り込まれていない非掘り込み領域の表面とがほぼ90°の角度を為して直接に接続されているため、掘り込み領域上に窒化物半導体層を成長させた場合には、掘り込み領域の端部では盛り上がる成長をして表面が平坦ではない窒化物半導体層が形成される。そのため、窒化物半導体層の厚さに不均一性が生じ、窒化物半導体層の表面の平坦性が悪化することがわかった。   As a result of the inventors investigating the reason why the yield is not improved in the invention of Patent Document 1, in the invention of Patent Document 1, the side surface of the recessed digging region formed on the surface of the processed substrate is not dug. Since the surface of the digging region is directly connected at an angle of approximately 90 °, when a nitride semiconductor layer is grown on the digging region, the growth that rises at the end of the digging region Thus, a nitride semiconductor layer whose surface is not flat is formed. Therefore, it has been found that the thickness of the nitride semiconductor layer is non-uniform, and the surface flatness of the nitride semiconductor layer is deteriorated.

そこで、本発明者が鋭意検討した結果、たとえば図1(a)および図1(b)に示すように、掘り込み領域14の側面14bと非掘り込み領域44の表面44aとを曲面19で接続することによって、歩留まりが大きく向上することを見いだし、本発明を完成するに至ったものである。   Therefore, as a result of intensive studies by the inventor, for example, as shown in FIGS. 1A and 1B, the side surface 14b of the digging region 14 and the surface 44a of the non-digging region 44 are connected by the curved surface 19. As a result, it has been found that the yield is greatly improved, and the present invention has been completed.

本発明のように、掘り込み領域14の側面14bと非掘り込み領域44の表面44aとの接続部を角を有する形状ではなく、曲面19とすることによって、基板10の成長表面に対して局所的に不均一な窒化物半導体層の成長が発生することを抑制することができる。曲面19上においては、窒化物半導体層の成長が均一となり、曲面19上に成長した窒化物半導体層の表面の平坦性が向上し、ウエハ面内の特性の均一化が図られて、歩留まりを向上することができる。   As in the present invention, the connecting portion between the side surface 14b of the digging region 14 and the surface 44a of the non-digging region 44 is not a shape having a corner, but a curved surface 19, so that the local surface with respect to the growth surface of the substrate 10 is obtained. Generation of a non-uniform nitride semiconductor layer can be suppressed. On the curved surface 19, the growth of the nitride semiconductor layer becomes uniform, the flatness of the surface of the nitride semiconductor layer grown on the curved surface 19 is improved, the characteristics in the wafer surface are made uniform, and the yield is increased. Can be improved.

なお、掘り込み領域14は、たとえばICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)によって、基板10の表面を掘り込むことによって形成することができる。   The digging region 14 can be formed by digging the surface of the substrate 10 with, for example, ICP (Inductively Coupled Plasma).

また、リッジストライプ部15の中心と、掘り込み領域14のリッジストライプ部15側の端部との間の距離Dはここでは約130μmとされるが、本発明においては特に限定されるものではない。   The distance D between the center of the ridge stripe portion 15 and the end of the digging region 14 on the ridge stripe portion 15 side is about 130 μm here, but is not particularly limited in the present invention. .

また、本発明においては、曲面19の曲率半径が1μm以上70μm以下であることが好ましく、2μm以上10μm以下であることがより好ましい。曲面19の曲率半径が1μm以上70μm以下、特に2μm以上10μm以下である場合には、曲面19上に成長する窒化物半導体層の表面の平坦性が向上する傾向が大きくなる。   In the present invention, the radius of curvature of the curved surface 19 is preferably 1 μm or more and 70 μm or less, and more preferably 2 μm or more and 10 μm or less. When the radius of curvature of the curved surface 19 is 1 μm or more and 70 μm or less, particularly 2 μm or more and 10 μm or less, the flatness of the surface of the nitride semiconductor layer grown on the curved surface 19 tends to be improved.

また、本発明においては、掘り込み領域14の底面14aの幅dが1μm以上100μm以下であることが好ましく、3μm以上20μm以下であることがより好ましい。掘り込み領域14の底面14aの幅dが1μm以上100μm以下、特に3μm以上20μm以下である場合には、基板10上に成長した窒化物半導体層の厚さの面内均一性が向上する傾向が大きくなる。   In the present invention, the width d of the bottom surface 14a of the digging region 14 is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 20 μm or less. When the width d of the bottom surface 14a of the digging region 14 is 1 μm to 100 μm, particularly 3 μm to 20 μm, the in-plane uniformity of the thickness of the nitride semiconductor layer grown on the substrate 10 tends to be improved. growing.

また、本発明においては、掘り込み領域14の側面14bの高さhが0.5μm以上50μm以下であることが好ましく、5μm以上10μm以下であることがより好ましい。掘り込み領域14の側面14bの高さhが0.5μm以上50μm以下、特に5μm以上10μm以下である場合には、基板10上に成長した窒化物半導体層のクラック発生率が減少する傾向が大きくなる。   In the present invention, the height h of the side surface 14b of the digging region 14 is preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 10 μm or less. When the height h of the side surface 14b of the digging region 14 is not less than 0.5 μm and not more than 50 μm, particularly not less than 5 μm and not more than 10 μm, the crack generation rate of the nitride semiconductor layer grown on the substrate 10 tends to decrease. Become.

以下、図1(a)に示す窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例について説明する。まず、線状の欠陥集中領域11を有する基板10の作製方法について説明する。n型GaN板上にMOCVD法によりたとえば厚さ2.5μmのn型下地GaN層を成長させ、その上に周期的なストライプ状の開口部を有するSiO2マスクパターン(周期20μm)を形成し、再びMOCVD法により、たとえば厚さ15μmのn型GaN層を積層して、基板10が形成される。 Hereinafter, an example of a method for manufacturing the nitride semiconductor laser element shown in FIG. First, a method for manufacturing the substrate 10 having the linear defect concentration region 11 will be described. An n-type underlying GaN layer having a thickness of, for example, 2.5 μm is grown on the n-type GaN plate by MOCVD, and a SiO 2 mask pattern (period 20 μm) having periodic stripe-shaped openings is formed thereon, The substrate 10 is formed by laminating an n-type GaN layer having a thickness of 15 μm, for example, by MOCVD again.

ここで、SiO2マスク上にはn型GaNが成長しないため、ストライプ状の開口部からn型GaNの成長が始まる。そして、n型GaNがSiO2マスクよりも厚くなると、SiO2マスク上にこの開口部からn型GaNが横方向に成長する。 Here, since n-type GaN does not grow on the SiO 2 mask, the growth of n-type GaN starts from the stripe-shaped opening. Then, n-type GaN is becomes thicker than the SiO 2 mask, n-type GaN is grown laterally from the opening on the SiO 2 mask.

そして、SiO2マスクの中心部でSiO2マスクの左右から各々成長してきたn型GaNが会合し、会合した部分は高い欠陥密度を有する欠陥集中領域11となる。SiO2マスクが線状に形成されるため、欠陥集中領域11も線状に形成される。ここで、欠陥集中領域11の幅は約40μmであり、欠陥集中領域11同士の間隔は約400μmである。 Then, SiO 2 mask center SiO 2 each growing has n-type GaN is associated from the left and right of the mask in the association portion becomes a defect concentration region 11 having a high defect density. Since the SiO 2 mask is formed in a linear shape, the defect concentration region 11 is also formed in a linear shape. Here, the width of the defect concentration region 11 is about 40 μm, and the interval between the defect concentration regions 11 is about 400 μm.

なお、上記においては、ELOG(Epitaxial Lateral Over Growth)法を用いた基板10の作製方法を示したが、本発明においては、他の作製方法を用いることもできる。   In the above description, the manufacturing method of the substrate 10 using the ELOG (Epitaxial Lateral Over Growth) method is shown, but other manufacturing methods can be used in the present invention.

すなわち、本発明においては、凹状の掘り込み領域14が設けられ、欠陥集中領域11と低欠陥領域12とが形成された基板10の表面上に窒化物半導体層が成長するものであればよく、基板10としては、上記で説明したもの以外にも、たとえば、GaN、SiC、サファイア、GaAs、Si、スピネルまたはZnO等の基板であってもよい。   That is, in the present invention, it is sufficient if the nitride semiconductor layer is grown on the surface of the substrate 10 in which the concave digging region 14 is provided and the defect concentration region 11 and the low defect region 12 are formed. The substrate 10 may be a substrate made of GaN, SiC, sapphire, GaAs, Si, spinel, ZnO, or the like other than those described above.

次に、この基板10の表面の全面にSiO2等からなるマスクをたとえば400nmの厚さにEB(Electron Beam)蒸着等により形成し、その後、一般的なフォトリソグラフィ工程により、[1−100]方向にストライプ状のレジストを形成し、隣接するレジスト間にたとえば幅60μmのストライプ状の開口部を形成する。ここで、開口部は、欠陥集中領域を含むようにして形成される。なお、この開口部の下方の領域が図1(a)に示す掘り込み領域44に相当する領域となり、レジストの下方の領域が非掘り込み領域44および曲面領域34に相当する領域となる。 Next, a mask made of SiO 2 or the like is formed on the entire surface of the substrate 10 to a thickness of, for example, 400 nm by EB (Electron Beam) deposition or the like, and thereafter [1-100] by a general photolithography process. A stripe-shaped resist is formed in the direction, and a stripe-shaped opening having a width of, for example, 60 μm is formed between adjacent resists. Here, the opening is formed so as to include the defect concentration region. The region below the opening is a region corresponding to the digging region 44 shown in FIG. 1A, and the region below the resist is a region corresponding to the non-digging region 44 and the curved region 34.

なお、結晶面および方向を表わす場合に、本来であれば所要の数字の上にバーを付した表現をするべきであるが、表現手段に制約があるため、本明細書および図面においては、所要の数字の上にバーを付す表現の代わりに、所要の数字の前に「−」を付して表現している。   In addition, when expressing a crystal plane and a direction, it should be expressed by adding a bar on a required number. However, because there are restrictions on expression means, in this specification and drawings Instead of the expression with a bar above the number, the symbol “−” is added in front of the required number.

その後、バイアスパワーが制御可能なICPを用いて、SiO2等からなるマスクおよび基板10をドライエッチング(第1回目のドライエッチング)する。ここで、第1回目のドライエッチングの条件として、たとえば、ガスの圧力を1〜2mTorr、バイアス電圧を200〜300Vにすると、SiO2等からなるマスクと基板10との境界(界面)に達し、垂直性の高い側面14bを有する掘り込み領域44が形成される。ここでは、基板10のエッチング深さは3μmとされるが、特にこれに限定されるものではない。その後、フッ化水素(HF)等のエッチャントによりSiO2等からなるマスクを除去する。 Thereafter, using ICP capable of controlling the bias power, the mask made of SiO 2 or the like and the substrate 10 are dry-etched (first dry etching). Here, as the conditions for the first dry etching, for example, when the gas pressure is set to 1 to 2 mTorr and the bias voltage is set to 200 to 300 V, the boundary (interface) between the mask made of SiO 2 and the substrate 10 is reached. A dug region 44 having a highly perpendicular side surface 14b is formed. Here, the etching depth of the substrate 10 is 3 μm, but is not particularly limited thereto. Thereafter, the mask made of SiO 2 or the like is removed with an etchant such as hydrogen fluoride (HF).

そして、再度、基板10の表面の全面にSiO2等からなるマスクをたとえば400nmの厚さにEB蒸着し、一般的なフォトリソグラフィ工程により、[1−100]方向にストライプ状のレジストを形成し、隣接するレジスト間に、第1回目のドライエッチング時の開口部の幅よりも少し広めのたとえば幅61μmのストライプ状の開口部を形成する。ここで、開口部は、第1回目のドライエッチング時の開口部をすべて含むようにして形成される。なお、第1回目のドライエッチング時の開口部とは異なり、この開口部の下方の領域が図1(a)に示す掘り込み領域44および曲面領域34に相当する領域となり、レジストの下方の領域が非掘り込み領域44に相当する領域となる。 Then, again, a mask made of SiO 2 or the like is EB-deposited to a thickness of, for example, 400 nm on the entire surface of the substrate 10, and a stripe-like resist is formed in the [1-100] direction by a general photolithography process. A stripe-shaped opening having a width of 61 μm, for example, slightly wider than the width of the opening in the first dry etching is formed between adjacent resists. Here, the openings are formed so as to include all the openings at the time of the first dry etching. Unlike the opening at the time of the first dry etching, the region below the opening becomes a region corresponding to the digging region 44 and the curved region 34 shown in FIG. 1A, and the region below the resist. Is a region corresponding to the non-dig region 44.

その後、第1回目のドライエッチングと同様に、バイアスパワーが制御可能なICPを用いて、SiO2等からなるマスクおよび基板10をドライエッチング(第2回目のドライエッチング)する。 Thereafter, similarly to the first dry etching, the mask and the substrate 10 made of SiO 2 or the like are dry-etched (second dry etching) using ICP whose bias power can be controlled.

ここで、第2回目のドライエッチング中に、SiO2等からなるマスクと基板10との境界(界面)に達し、異方性が出にくい条件として、たとえば、ガスの圧力を10〜20mTorr、バイアス電圧を100V以下にした場合には、曲面19が形成される。その後、第1回目のドライエッチング後と同様に、HF等のエッチャントによりSiO2等からなるマスクを除去する。 Here, during the second dry etching, as a condition for reaching the boundary (interface) between the mask made of SiO 2 or the like and the substrate 10 and hardly causing anisotropy, for example, the gas pressure is set to 10 to 20 mTorr, bias When the voltage is 100 V or less, the curved surface 19 is formed. After that, the mask made of SiO 2 or the like is removed with an etchant such as HF as in the first dry etching.

これにより、図1(a)に示す基板10が得られる。そして、この基板10の表面上に複数の窒化物半導体層を積層して窒化物半導体積層構造体13を形成し、リッジストライプ部15、SiO2層16、p型オーミック電極17およびn型オーミック電極18を順次形成する。その後、n型オーミック電極18の形成後のウエハを分割することによって、図1(a)に示すチップ状の窒化物半導体レーザ素子が得られる。 Thereby, the board | substrate 10 shown to Fig.1 (a) is obtained. Then, a plurality of nitride semiconductor layers are stacked on the surface of the substrate 10 to form a nitride semiconductor multilayer structure 13, and a ridge stripe portion 15, an SiO 2 layer 16, a p-type ohmic electrode 17 and an n-type ohmic electrode. 18 are formed sequentially. Thereafter, the chip-shaped nitride semiconductor laser element shown in FIG. 1A is obtained by dividing the wafer after the formation of the n-type ohmic electrode 18.

このように、掘り込み領域14の側面14bと非掘り込み領域44の表面44aとを曲面19で接続した基板10の表面上に窒化物半導体層を成長した場合には、曲面19上に均一に窒化物半導体層が成長して窒化物半導体積層構造体13が形成される。   As described above, when the nitride semiconductor layer is grown on the surface of the substrate 10 in which the side surface 14 b of the digging region 14 and the surface 44 a of the non-digging region 44 are connected by the curved surface 19, the nitride semiconductor layer is uniformly formed on the curved surface 19. The nitride semiconductor layer 13 is formed by growing the nitride semiconductor layer.

そのため、リッジストライプ部15が形成される領域に欠陥集中領域11が侵入することなく、平坦な領域が確保される。そして、この平坦な領域にリッジストライプ部15を形成することにより、ウエハ面内における素子特性のばらつきを抑えることができるとともに、歩留まりを向上することができる。   Therefore, a flat region is secured without the defect concentration region 11 entering the region where the ridge stripe portion 15 is formed. Then, by forming the ridge stripe portion 15 in this flat region, it is possible to suppress variations in device characteristics within the wafer surface and to improve the yield.

以上のようにして得られた図1(a)に示す構成の窒化物半導体レーザ素子を温度60℃で光出力が30mWで一定になるように駆動電流値を制御して駆動(APC駆動)させることにより、寿命試験を行なった。   The nitride semiconductor laser device having the structure shown in FIG. 1A obtained as described above is driven (APC drive) by controlling the drive current value so that the light output is constant at 30 mW at a temperature of 60 ° C. Thus, a life test was conducted.

ここで言う寿命とは、寿命試験の開始時点のIo(光出力が30mW時の駆動電流値)が寿命試験によって1.5倍になった時点の時間を言う。各窒化物半導体レーザ素子の発光波長は405±5nmであった。また、上記のようにして作製した各ウェハから無作為に50個の窒化物半導体レーザ素子を取り出し、窒化物半導体レーザ素子の寿命が3000時間を越えた数の割合を歩留まりとして評価した。 The life here refers to the time when Io (drive current value when the optical output is 30 mW) at the start of the life test becomes 1.5 times as long as the life test. The emission wavelength of each nitride semiconductor laser element was 405 ± 5 nm. Further, 50 nitride semiconductor laser elements were randomly taken out from each wafer manufactured as described above, and the ratio of the number of nitride semiconductor laser elements whose lifetime exceeded 3000 hours was evaluated as a yield.

その結果、図1(a)に示す構成の窒化物半導体レーザ素子の歩留まりは90%を超えるものであった。   As a result, the yield of the nitride semiconductor laser device having the configuration shown in FIG. 1A exceeded 90%.

一方、特許文献1のように、掘り込み領域14の側面14bと非掘り込み領域44の表面44aとが90°の角度を為す基板を用いたこと以外は上記と同様にして作製した窒化物半導体レーザ素子の歩留まりは60%以下であった。   On the other hand, as in Patent Document 1, a nitride semiconductor manufactured in the same manner as described above except that a substrate in which the side surface 14b of the digging region 14 and the surface 44a of the non-digging region 44 form an angle of 90 ° is used. The yield of the laser element was 60% or less.

このように、窒化物半導体積層構造体13の表面平坦性(掘り込み領域14以外の箇所)の改善が、ウェハ面内の各窒化物半導体層の厚さ、組成の均一化を可能にし、歩留まりの向上に繋がると言える。   Thus, the improvement of the surface flatness (location other than the dug region 14) of the nitride semiconductor multilayer structure 13 enables the thickness and composition of each nitride semiconductor layer in the wafer surface to be uniform, and the yield. It can be said that it leads to improvement.

なお、本発明において、窒化物半導体積層構造体13の構成および窒化物半導体積層構造体13を構成する各窒化物半導体層の材質は上記のものに限定されないことは言うまでもない。窒化物半導体積層構造体13を構成する各窒化物半導体層の材質としては、たとえば、AlxInyGazN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)の組成式で表わされるアルミニウム、インジウムおよびガリウムからなる群から選択された少なくとも1種の3族元素と5族元素である窒素との化合物からなる結晶層を用いることができる。なお、窒化物半導体積層構造体13を構成する各窒化物半導体層には、n型ドーパントまたはp型ドーパントが適宜ドープされてもよい。 In the present invention, it goes without saying that the configuration of the nitride semiconductor multilayer structure 13 and the material of each nitride semiconductor layer constituting the nitride semiconductor multilayer structure 13 are not limited to those described above. The material of the nitride semiconductor layer constituting the nitride semiconductor stacked structure 13, e.g., Al x In y Ga z N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = A crystal layer composed of a compound of at least one group 3 element selected from the group consisting of aluminum, indium and gallium represented by the composition formula 1) and nitrogen which is a group 5 element can be used. Each nitride semiconductor layer constituting the nitride semiconductor multilayer structure 13 may be appropriately doped with an n-type dopant or a p-type dopant.

また、本発明においては、活性層25の材質および構成も上記のものには限定されず、活性層25は、多重量子井戸構造ではなく、単一量子井戸構造を有していてもよい。   In the present invention, the material and configuration of the active layer 25 are not limited to those described above, and the active layer 25 may have a single quantum well structure instead of a multiple quantum well structure.

今回開示され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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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ことが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明においては、基板の表面における凹状の掘り込み領域と非堀り込み領域とを曲面で接続することにより、曲面上に成長する窒化物半導体層のエッジグロース(非掘り込み領域の端部の成長速度が上がり、窒化物半導体層の厚さが厚くなる)を抑制することにより、掘り込み領域の端部近傍の窒化物半導体層の表面平坦性が向上し、ウェハ面内における窒化物半導体層の均一化が図られて、窒化物半導体発光素子の歩留まりを向上することができる。   In the present invention, by connecting the concave digging region and the non-digging region on the surface of the substrate with a curved surface, the edge growth of the nitride semiconductor layer grown on the curved surface (the end of the non-digging region) The surface flatness of the nitride semiconductor layer in the vicinity of the end of the digging region is improved, and the nitride semiconductor layer in the wafer plane is suppressed. As a result, the yield of the nitride semiconductor light emitting device can be improved.

このように歩留まりが向上した窒化物半導体発光素子としては、窒化物半導体レーザ素子だけでなく、窒化物半導体レーザ素子以外の窒化物半導体発光ダイオード素子等の発光素子にも適用可能であると考えられる。   The nitride semiconductor light emitting device with improved yield is considered to be applicable not only to nitride semiconductor laser devices but also to light emitting devices such as nitride semiconductor light emitting diode devices other than nitride semiconductor laser devices. .

(a)は本発明に係る窒化物半導体レーザ素子の一例の模式的な断面図であり、(b)は(a)に示す窒化物半導体レーザ素子の模式的な上面図である。(A) is typical sectional drawing of an example of the nitride semiconductor laser element concerning this invention, (b) is a typical top view of the nitride semiconductor laser element shown to (a). 図1(a)に示す窒化物半導体積層構造体の断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section of the nitride semiconductor laminated structure shown to Fig.1 (a).

符号の説明Explanation of symbols

10 基板、11 欠陥集中領域、12 低欠陥領域、13 窒化物半導体積層構造体、14 掘り込み領域、14a 底面、14b 側面、15 リッジストライプ部、16 SiO2層、17 p型オーミック電極、18 n型オーミック電極、19 曲面、20 n型GaN層、21 n型Al0.062Ga0.938N第1クラッド層、22 n型Al0.1Ga0.9N第2クラッド層、23 n型Al0.062Ga0.938N第3クラッド層、24 n型GaNガイド層、25 活性層、26 p型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層、27 p型GaNガイド層、28 p型Al0.062Ga0.938Nクラッド層、29 p型GaNコンタクト層、34 曲面領域、44 非掘り込み領域、44a 表面。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate, 11 Defect concentration region, 12 Low defect region, 13 Nitride semiconductor laminated structure, 14 Excavation region, 14a Bottom surface, 14b Side surface, 15 Ridge stripe part, 16 SiO 2 layer, 17 p-type ohmic electrode, 18 n Type ohmic electrode, 19 curved surface, 20 n-type GaN layer, 21 n-type Al 0.062 Ga 0.938 N first cladding layer, 22 n-type Al 0.1 Ga 0.9 N second cladding layer, 23 n-type Al 0.062 Ga 0.938 N third cladding Layer, 24 n-type GaN guide layer, 25 active layer, 26 p-type Al 0.3 Ga 0.7 N evaporation prevention layer, 27 p-type GaN guide layer, 28 p-type Al 0.062 Ga 0.938 N clad layer, 29 p-type GaN contact layer, 34 curved surface area, 44 non-digged area, 44a surface.

Claims (4)

基板と、前記基板の表面上に積層された複数の窒化物半導体層からなる窒化物半導体積層構造体と、を含み、
前記基板の表面には、凹状に掘り込まれた掘り込み領域と、掘り込まれていない非掘り込み領域と、が形成されており、
前記掘り込み領域は、底面と、前記底面の端部から上方に伸びる側面と、を有し、
前記掘り込み領域の側面と前記非掘り込み領域の表面とが曲面を介して接続されている、窒化物半導体発光素子。
A substrate, and a nitride semiconductor multilayer structure composed of a plurality of nitride semiconductor layers stacked on the surface of the substrate,
On the surface of the substrate, a digging region dug in a concave shape, and a non-digging region that is not dug, are formed,
The digging region has a bottom surface and a side surface extending upward from an end of the bottom surface,
A nitride semiconductor light emitting device, wherein a side surface of the digging region and a surface of the non-digging region are connected via a curved surface.
前記曲面の曲率半径が1μm以上70μm以下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発光素子。   2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a curvature radius of the curved surface is not less than 1 μm and not more than 70 μm. 前記掘り込み領域の底面の幅が1μm以上100μm以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の窒化物半導体発光素子。   3. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a width of a bottom surface of the digging region is 1 μm or more and 100 μm or less. 前記掘り込み領域の側面の高さが0.5μm以上50μm以下であることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。   4. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a height of a side surface of the digging region is 0.5 μm or more and 50 μm or less. 5.
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