JP2009170798A - Group iii nitride semiconductor laser - Google Patents

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Tatsuya Tanabe
達也 田辺
Katsushi Akita
勝史 秋田
Hitoshi Kasai
仁 笠井
Kensaku Motoki
健作 元木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor laser element capable of reducing influence of piezo polarization, having sufficiently low dislocation density, and having a structure suitable for an industrially-producible GaN wafer. <P>SOLUTION: In this group III nitride semiconductor laser 11, a semiconductor lamination 15 is formed on a principal surface 13a of a substrate 13 formed of a hexagonal n-type gallium nitride. A p-side electrode 17 is formed on a p-type gallium nitride-based semiconductor region 23 of the semiconductor lamination 15. An n-side electrode 19 is formed on the back surface 13b of the substrate 13. The principal surface 13a of the substrate 13 is tilted at an off-angle of 20-45° in the a-axis direction of the gallium nitride from a c-plane of the gallium nitride. When referring to an orthogonal coordinate system Cr, the c-coordinate axis is oriented to the c-axis of the hexagonal n-type gallium nitride of the substrate 13. The angle formed by a crystal axis vector C and the normal N of the principal surface 13a of the substrate 13 is the above off-angle. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、III族窒化物半導体レーザに関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor laser.

非特許文献1には、2インチ径の自立c面GaNウエハが記載されている。GaNウエハは、GaAs(111)A面上にマスクを形成した後に、HVPE法を用いて成長されたGaN結晶から作製される。マスクは6回対称性を有する。   Non-Patent Document 1 describes a 2-inch diameter free-standing c-plane GaN wafer. The GaN wafer is made from a GaN crystal grown by using the HVPE method after forming a mask on the GaAs (111) A plane. The mask has 6-fold symmetry.

非特許文献2には、2インチ径の自立c面GaNウエハが記載されている。また、非特許文献3には、Advance−DEEP(以下、A−DEEPと記す)法によるGaN結晶の作製が記載されている。極性差を利用する方法によって、GaN結晶において超低転位密度が実現されている。ドット状又はストライプ状のパターン形成された層がGaAs(111)A面上に形成した後に、HVPE法でGaN厚膜をGaAs(111)A面上に成長する。大部分のエリアでは、Ga極性のGaNが成長されるが、パターン形成された層上には、N極性のGaN結晶が成長される。N極性のGaN結晶はaコアを呼ぶ。コアでは、N極性のGaN結晶の成長レートが低いので、GaN結晶は常に凹形状を形作る。故に、凹形状部の底には、V形状の谷や逆ピラミッド状のピットが形成される。成長中、このV字谷やピットの位置は、コアによって固定される。成長が進むにつれて、V字谷やピットのファセット面に存在する転位はコアに向けて進む。これによって、低転位密度が達成される。非特許文献4には、A−DEEP法によるGaN結晶の作製が記載されている。   Non-Patent Document 2 describes a 2 inch diameter self-standing c-plane GaN wafer. Non-Patent Document 3 describes the production of a GaN crystal by the Advance-DEEP (hereinafter referred to as A-DEEP) method. An ultra-low dislocation density is realized in the GaN crystal by a method using the polarity difference. After a dot-shaped or striped patterned layer is formed on the GaAs (111) A surface, a GaN thick film is grown on the GaAs (111) A surface by HVPE. In most areas, Ga-polar GaN is grown, but N-polar GaN crystals are grown on the patterned layer. N-polar GaN crystals call a core. In the core, the growth rate of the N-polar GaN crystal is low, so the GaN crystal always forms a concave shape. Therefore, a V-shaped valley or an inverted pyramid-shaped pit is formed at the bottom of the concave portion. During the growth, the positions of the V-shaped valleys and pits are fixed by the core. As growth progresses, dislocations present on the facets of V-shaped valleys and pits progress toward the core. This achieves a low dislocation density. Non-Patent Document 4 describes the production of a GaN crystal by the A-DEEP method.

非特許文献5には、m面GaN単結晶上に形成されたInGaN/GaN発光ダイオードが記載されている。また、非特許文献6には、m面GaN上に形成された発光ダイオードが記載されている。   Non-Patent Document 5 describes an InGaN / GaN light-emitting diode formed on an m-plane GaN single crystal. Non-Patent Document 6 describes a light emitting diode formed on m-plane GaN.

特許文献1には、10cm−2以下の低転位のGaN単結晶を製造する方法が記載されている。この単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法では、気相成長の成長表面が平面状態でない。三次元的なファセット構造を形成すると共にファセット構造を持ったまま、ファセット構造を埋め込まないで成長して転位を低減する。 Patent Document 1 describes a method for producing a GaN single crystal having a low dislocation of 10 6 cm −2 or less. In this single crystal gallium nitride crystal growth method, the growth surface of vapor phase growth is not in a planar state. It forms a three-dimensional facet structure and grows without embedding the facet structure while maintaining the facet structure to reduce dislocations.

特許文献2では、低転位のGaN単結晶を製造する方法が記載されている。この方法では、下地基板の上に規則正しく種パターンを設けてその上にファセットよりなるピットを形成し維持しながらGaNをファセット成長させファセット面よりなるピット底部に閉鎖欠陥集合領域を形成する。そこへ転位を集めてその周囲の単結晶低転位随伴領域と単結晶低転位余領域を低転位化する。閉鎖欠陥集合領域は閉じているので、転位を閉じ込め再び解き放つということがない。   Patent Document 2 describes a method for producing a low dislocation GaN single crystal. In this method, a seed pattern is regularly provided on a base substrate, and facet pits are formed and maintained on the seed pattern, and GaN is facet grown to form a closed defect gathering region at the bottom of the pits comprising the facet surface. Dislocations are collected there, and the surrounding single crystal low dislocation associated region and single crystal low dislocation residual region are lowered. Since the closed defect collection region is closed, the dislocation is not confined and released again.

特許文献3には、下地基板の上に規則正しくストライプ・マスク・パターンを設けてその上にファセットよりなる直線状のV溝(谷)を形成しこれを維持しながらGaNをファセット成長させファセット面よりなるV溝(谷)底部に欠陥集合領域を形成しそこへ転位を集めてその周囲の低欠陥単結晶領域とC面成長領域を低転位化する。欠陥集合領域は閉じているので、転位を閉じ込め再び解き放つということがない。
SEIテクニカルレビュー第161号、第77頁 Journal of crystal growth 237 (2002) pp.912-921 Journal of crystal growth 305 (2007) pp.377-383 日本学術振興会第161委員会第54回研究会第5頁〜10頁 J.J.A.P.Vol.46、L126 (2007). J.J.A.P.Vol.45、L1197 (2006). 特開2001−102307号公報 特開2003−165799号公報 特開2003−183100号公報
In Patent Document 3, a stripe-mask pattern is regularly provided on a base substrate, and a linear V-groove (valley) made of facets is formed thereon, and while maintaining this, GaN is facet grown from the facet surface. A defect gathering region is formed at the bottom of the V groove (valley), and dislocations are collected there, and the surrounding low defect single crystal region and C-plane growth region are lowered. Since the defect gathering region is closed, the dislocations are not confined and released again.
SEI Technical Review No. 161, page 77 Journal of crystal growth 237 (2002) pp.912-921 Journal of crystal growth 305 (2007) pp.377-383 Japan Society for the Promotion of Science, 161st Committee, 54th meeting, pages 5-10 JJAPVol.46, L126 (2007). JJAPVol.45, L1197 (2006). JP 2001-102307 A JP 2003-165799 A JP 2003-183100 A

GaN結晶のc面は極性面であり、これ故に、ピエゾ分極の影響が発光素子に表れる。したがって、ピエゾ分極の影響を低減した発光素子が望まれている。このために、GaN結晶のa面及びm面といった非極性面を利用できる。これら非極性面上の半導体レーザを実現するためには、非極性面のGaN基板の供給が必要である。実用的なサイズを有するGaNウエハの供給がなされないと、非極性面半導体レーザの工業化は困難である。   The c-plane of the GaN crystal is a polar plane, and therefore, the influence of piezo polarization appears on the light-emitting element. Therefore, a light emitting device that reduces the influence of piezoelectric polarization is desired. For this purpose, nonpolar planes such as a-plane and m-plane of GaN crystal can be used. In order to realize a semiconductor laser on these nonpolar surfaces, it is necessary to supply a GaN substrate having a nonpolar surface. Unless a GaN wafer having a practical size is supplied, it is difficult to industrialize a nonpolar semiconductor laser.

しかしながら、現存する非極性面の基板のサイズは、たった数ミリメートル〜数十ミリメートル程度である。また、優れた品質の半導体レーザを得るためには、転位欠陥密度が低いGaNウエハを用いて作成せねばならない。非極性面半導体レーザの実現には、これらの技術的な課題を解決する必要がある。   However, the size of existing nonpolar plane substrates is only a few millimeters to tens of millimeters. In addition, in order to obtain a semiconductor laser of excellent quality, it must be formed using a GaN wafer having a low dislocation defect density. In order to realize a nonpolar plane semiconductor laser, it is necessary to solve these technical problems.

一方、c面GaNウエハに関しては、2インチといった実用的なサイズ(つまり、大口径)を有するGaNウエハの供給がなされている。大口径のc面GaNウエハは、非特許文献1、2、3、6に記載された方法で作製可能であり、高転位領域の制御のためには、非特許文献3及び6のA−DEEP法が好適である。   On the other hand, regarding c-plane GaN wafers, GaN wafers having a practical size (ie, large diameter) such as 2 inches have been supplied. Large-diameter c-plane GaN wafers can be produced by the methods described in Non-Patent Documents 1, 2, 3, and 6. For control of high dislocation regions, A-DEEP in Non-Patent Documents 3 and 6 are used. The method is preferred.

GaNウエハの結晶作製では、HVPE法を用いて、GaAs(111)A面基板といった異種基板上にヘテロエピタキシャル成長によりGaN結晶を成長している。このGaN結晶の成長ではc面の結晶成長が生じ、GaN結晶はc軸方向に成長していく。このGaN結晶から、m面、a面のウエハを切り出そうとすると、ウエハの直径と同じ程度の厚みの非常に厚い結晶が必要である。故に、このような厚みのGaN結晶の工業的な実現は困難であり、仮に技術的に実現可能であるとしてもコスト的な面で工業的な実現とはならない。故に、求められていることは、工業的に生産可能なGaNウエハに対して好適な構造を有する窒化物半導体レーザ素子を作製することである。   In crystal production of a GaN wafer, a GaN crystal is grown by heteroepitaxial growth on a heterogeneous substrate such as a GaAs (111) A-plane substrate using the HVPE method. In the growth of this GaN crystal, c-plane crystal growth occurs, and the GaN crystal grows in the c-axis direction. If an m-plane or a-plane wafer is to be cut out from this GaN crystal, a very thick crystal having the same thickness as the wafer diameter is required. Therefore, industrial realization of GaN crystals with such a thickness is difficult, and even if technically feasible, it is not industrial realization in terms of cost. Therefore, what is required is to produce a nitride semiconductor laser device having a structure suitable for industrially producible GaN wafers.

そこで、本発明は、上記事情を鑑みて為されたものであり、ピエゾ分極の影響を低減可能であり、また十分に低い転位密度であり工業的に生産可能なGaNウエハに好適である構造を有する窒化物半導体レーザを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and has a structure that can reduce the influence of piezoelectric polarization and has a sufficiently low dislocation density and is suitable for industrially producible GaN wafers. An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor laser having the same.

発明者らは、c面GaNウエハのための上記の結晶成長技術と、レーザ発光特性へのピエゾ分極の影響とを検討して、以下のような方針により技術検討を進めることとした。即ち、半導体レーザにおいて、
(a)ピエゾ分極の影響がゼロでなくても、ピエゾ分極の影響を極力低減する。
(b)結晶成長における複雑さを避けるために、非極性面だけでなく、半極性面を用いることまで検討範囲に含める。
(c)GaNウエハのデバイス領域における転位欠陥密度は十分に低減する。
これらの方針の下に、半導体レーザの構造及び製作について検討を重ねた。
The inventors examined the above crystal growth technique for c-plane GaN wafers and the influence of piezo polarization on laser emission characteristics, and decided to proceed with the technical investigation based on the following policy. That is, in a semiconductor laser,
(A) Even if the influence of piezoelectric polarization is not zero, the influence of piezoelectric polarization is reduced as much as possible.
(B) In order to avoid the complexity in crystal growth, not only the nonpolar plane but also the semipolar plane is included in the examination range.
(C) The dislocation defect density in the device region of the GaN wafer is sufficiently reduced.
Under these policies, we studied the structure and fabrication of semiconductor lasers.

そして、重要なことは、どのようなGaNウエハを用いるか、と言う点であることが明確となった。発明者らは、GaNウエハの量産に至るまでの多数の技術的課題を解決が必要であるが、a面及びm面に限定することなく、既に製造が可能であることは実証されたGaN結晶面を用いることにした。GaN結晶面は、c面から大きなオフ角を有する。c面から大きなオフ角度を有したウエハを利用することは、大口径のGaNウエハの作製の観点から、実現の困難な非極性面に替えて実現の可能な半極性面を使うことを意味する。半極性面は、c面からの大きなオフ角度を有しており、六方晶系においてc面と垂直な非極性面との間の角度で傾斜している。この半極性面におけるピエゾ分極の影響は、c面におけるピエゾ分極の影響よりも小さい。   It became clear that what is important is what kind of GaN wafer to use. The inventors need to solve a number of technical problems up to mass production of GaN wafers, but have not been limited to the a-plane and m-plane, but have already been demonstrated to be possible to manufacture. I decided to use the surface. The GaN crystal plane has a large off angle from the c-plane. Using a wafer having a large off-angle from the c-plane means that a semipolar surface that can be realized is used instead of a nonpolar surface that is difficult to realize from the viewpoint of manufacturing a large-diameter GaN wafer. . The semipolar plane has a large off-angle from the c-plane and is inclined at an angle between the c-plane and a nonpolar plane perpendicular to the hexagonal system. The influence of piezo polarization on the semipolar plane is smaller than the influence of piezo polarization on the c plane.

これらの検討の結果、使用する基板に関しては、以下のようなものである。
(1)ピエゾ分極を可能な限り低減した角度を有した半極性面を用いること
(2)作製されたGaNウエハの転位密度が低減されていること
(3)実用的なサイズである2インチ径ウエハを作製できること。
これら3条件を満たすために、下記のアプローチを実施した。
As a result of these studies, the substrate to be used is as follows.
(1) Use a semipolar plane having an angle with reduced piezo polarization as much as possible (2) Reduced dislocation density of the fabricated GaN wafer (3) Practical size of 2 inch diameter Able to produce a wafer.
In order to satisfy these three conditions, the following approach was implemented.

まず、条件(3)を満たすために、基板の製造プロセスは、既にc面ウエハの作製において実績のあるHVPE法によるGaNヘテロエピタキシャル成長を出発点にして、GaN結晶の成長後に下地基板を除去し、GaNウエハのためのGaN結晶を作製することが好適である。   First, in order to satisfy the condition (3), the substrate manufacturing process starts with GaN heteroepitaxial growth by the HVPE method already proven in the production of c-plane wafers, removes the underlying substrate after the growth of the GaN crystal, It is preferred to make GaN crystals for GaN wafers.

条件(2)の転位密度を低減するために、DEEP法あるいはA−DEEP法を用いて転位欠陥密度を低減することを試みた。また、条件(1)の半極性面を容易に得るために、c面成長のGaN結晶から半極性面を切り出すのではなく、GaNのヘテロエピタキシャル成長用の下地基板に大きなオフ角度を付与して主面上に、大きなオフ角度付きでGaN結晶を結晶成長させることを試みた。しかしながら、この下地結晶のオフ角度が大きいとき、良好な品質のGaN結晶が得られない。様々な試行の結果、良好な品質を提供できる範囲がオフ角度にあることが明らかになった。GaNウエハのオフ角度をなるべく大きくすることが、ピエゾ分極の影響を低減することになる。また、半極性面を有するGaNウエハの作製において、大きなオフ角度を有したGaNウエハは、A−DEEP法により作製されるエピタキシャル厚膜を角度を付けて斜めにスライスして加工することも可能である。GaNウエハを効率的に生産するためには、傾斜スライスよりも、適切なオフ角の主面上にGaN結晶を成長する基板製造方法が好ましい。   In order to reduce the dislocation density under the condition (2), an attempt was made to reduce the dislocation defect density using the DEEP method or the A-DEEP method. In order to easily obtain the semipolar plane of the condition (1), the semipolar plane is not cut out from the c-plane grown GaN crystal, but a large off angle is given to the base substrate for heteroepitaxial growth of GaN. An attempt was made to grow a GaN crystal on the surface with a large off-angle. However, when the off-angle of the base crystal is large, a good quality GaN crystal cannot be obtained. As a result of various trials, it became clear that there is an off-angle range that can provide good quality. Increasing the off-angle of the GaN wafer as much as possible reduces the influence of piezoelectric polarization. Also, in the production of GaN wafers having a semipolar surface, GaN wafers having a large off-angle can be processed by slicing the epitaxial thick film produced by the A-DEEP method at an angle. is there. In order to efficiently produce a GaN wafer, a substrate manufacturing method in which a GaN crystal is grown on a main surface with an appropriate off angle is preferable to an inclined slice.

これらの試みの結果、本発明のIII族窒化物半導体レーザは、良好にエピタキシャル成長可能であり大きなオフ角度のGaN主面を有する2インチ以上のGaNウエハを用いて作製可能である。且つ、本発明のIII族窒化物半導体レーザでは、GaNウエハの低転位の領域上に活性層を設けることができ、ピエゾ分極の影響も低減される。引き続き、III族窒化物半導体レーザの構成を説明する。   As a result of these attempts, the group III nitride semiconductor laser of the present invention can be fabricated using a GaN wafer of 2 inches or more that can be epitaxially grown well and has a large off-angle GaN main surface. Moreover, in the group III nitride semiconductor laser of the present invention, an active layer can be provided on the low dislocation region of the GaN wafer, and the influence of piezoelectric polarization is reduced. Next, the configuration of the group III nitride semiconductor laser will be described.

本発明の一側面によれば、III族窒化物半導体レーザは、(a)六方晶系のn型窒化ガリウムからなる基板と、(b)n型窒化ガリウム系半導体領域、p型窒化ガリウム系半導体領域、及び前記n型窒化ガリウム系半導体領域と前記p型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられた窒化ガリウム系半導体活性層を含み、前記基板の主面上に設けられた半導体積層と、(c)前記半導体積層の前記p型窒化ガリウム系半導体領域上に設けられたp側電極と、(d)前記基板の裏面上に設けられたn側電極とを備える。前記基板の前記主面は、窒化ガリウムのc面から窒化ガリウムのa軸方向に20度以上45度以下の角度で傾斜しており、前記基板は、前記c軸の方向に沿って前記基板の前記裏面から前記主面に至る第1の領域と、該第1の領域に沿って前記裏面から前記主面に至る第2の領域とを有しており、前記基板の前記第1の領域の転位密度は、前記基板の前記第2の領域の転位密度以下であり、前記基板の前記主面は、前記第1の領域が現れた第1のエリアと、前記第2の領域が現れた第2のエリアとを有しており、前記p側電極と前記p型窒化ガリウム系半導体領域とのオーミック接触領域は、前記第1のエリア上に設けられている。   According to one aspect of the present invention, a group III nitride semiconductor laser includes (a) a substrate made of hexagonal n-type gallium nitride, (b) an n-type gallium nitride semiconductor region, and a p-type gallium nitride semiconductor. A semiconductor stack provided on a main surface of the substrate, and a gallium nitride based semiconductor active layer provided between the n-type gallium nitride based semiconductor region and the p-type gallium nitride based semiconductor region, (C) a p-side electrode provided on the p-type gallium nitride based semiconductor region of the semiconductor stack, and (d) an n-side electrode provided on the back surface of the substrate. The main surface of the substrate is inclined from the c-plane of gallium nitride at an angle of 20 degrees or more and 45 degrees or less in the a-axis direction of gallium nitride, and the substrate extends along the c-axis direction of the substrate. A first region extending from the back surface to the main surface, and a second region extending from the back surface to the main surface along the first region, the first region of the substrate being The dislocation density is equal to or less than the dislocation density of the second region of the substrate, and the main surface of the substrate has a first area where the first region appears and a first region where the second region appears. The ohmic contact region between the p-side electrode and the p-type gallium nitride based semiconductor region is provided on the first area.

このIII族窒化物半導体レーザによれば、半導体積層が、窒化ガリウムのc面から窒化ガリウムのa軸方向に20度以上45度以下の角度で傾斜する基板主面上に設けられるので、ピエゾ分極の影響が低減される。また、基板の第1の領域の転位密度が第2の領域の転位密度より小さいので、転位密度が制御された基板上に、半導体レーザのための半導体積層が配置される。さらに、基板の裏面から主面までc軸の方向に延びる第1の領域と該第1の領域に沿って裏面から主面まで延びる第2の領域とを有し窒化ガリウムから成る大口径のGaNウエハ上に、エピタキシャル成長を行って半導体積層のためのエピタキシャルウエハを作製できる。   According to this group III nitride semiconductor laser, the semiconductor stack is provided on the main surface of the substrate inclined at an angle of 20 degrees or more and 45 degrees or less from the c-plane of gallium nitride to the a-axis direction of gallium nitride. The influence of is reduced. Further, since the dislocation density in the first region of the substrate is smaller than the dislocation density in the second region, a semiconductor stack for the semiconductor laser is disposed on the substrate in which the dislocation density is controlled. Furthermore, the large-diameter GaN made of gallium nitride has a first region extending in the c-axis direction from the back surface to the main surface of the substrate and a second region extending from the back surface to the main surface along the first region. An epitaxial wafer for semiconductor lamination can be produced by performing epitaxial growth on the wafer.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記第1及び第2の領域は所定の軸の方向に延びており、前記p側電極は前記所定の軸の方向に延びることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザによれば、第1及び第2の領域並びp側電極が所定の軸の方向に延びるので、レーザ共振器のための光導波路の向き付けが容易になる。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, preferably, the first and second regions extend in a direction of a predetermined axis, and the p-side electrode extends in the direction of the predetermined axis. According to this group III nitride semiconductor laser, since the first and second region alignment p-side electrodes extend in the direction of a predetermined axis, it is easy to orient the optical waveguide for the laser resonator.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板は、前記c軸の方向に沿って前記基板の前記裏面から前記主面に至る第1の部分と、前記第1の部分に沿って前記裏面から前記主面に至る第2の部分と、前記第2の部分に沿って前記裏面から前記主面に至る第3の部分とを有している。前記第1の部分の比抵抗は、前記第2の部分の比抵抗より低い。前記第3の部分の比抵抗は、前記第2の部分の比抵抗より低い。前記第2の部分は、前記第1の部分と前記第3の部分との間にある。前記第1の領域は前記第1、第2及び第3の部分を含む。このIII族窒化物半導体レーザによれば、第1〜第3の部分が、基板の主面に対してc軸の方向に沿って傾斜しているので、基板の裏面と半導体積層との間の基板領域に、第1及び第3の部分のいずれか一方が第2の部分に沿って傾斜してくる。故に、素子抵抗を低減できる。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the substrate includes a first portion extending from the back surface of the substrate to the main surface along the c-axis direction, and the first portion along the first portion. A second portion extending from the back surface to the main surface and a third portion extending from the back surface to the main surface along the second portion. The specific resistance of the first part is lower than the specific resistance of the second part. The specific resistance of the third part is lower than the specific resistance of the second part. The second portion is between the first portion and the third portion. The first region includes the first, second and third portions. According to this group III nitride semiconductor laser, the first to third portions are inclined along the c-axis direction with respect to the main surface of the substrate. In the substrate region, one of the first and third portions is inclined along the second portion. Therefore, element resistance can be reduced.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板は、低い比抵抗の第1の部分と、高い比抵抗の第1の部分と、低い比抵抗の第3の部分とを含むことができる。第1及び第2の部分は、5×10−3Ω・cm以上3×10−2Ω・cm以下の範囲の比抵抗を有しており窒化ガリウム系半導体活性層と平行に設けられる。第2の部分は、第1及び第3の部分に隣接しており4×10−2Ω・cm以上5×10Ω・cm以下の範囲の比抵抗を有する。 In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the substrate may include a first portion having a low specific resistance, a first portion having a high specific resistance, and a third portion having a low specific resistance. . The first and second portions have a specific resistance in the range of 5 × 10 −3 Ω · cm to 3 × 10 −2 Ω · cm, and are provided in parallel with the gallium nitride based semiconductor active layer. The second portion is adjacent to the first and third portions and has a specific resistance in the range of 4 × 10 −2 Ω · cm to 5 × 10 6 Ω · cm.

このIII族窒化物半導体レーザによれば、上記の範囲の低い比抵抗の第1及び第3の部分並びに高い比抵抗の第2の部分が互いに隣接しているので、半導体レーザの注入電流は高比抵抗の部分だけでなく低比抵抗の部分にも流れる。   According to the group III nitride semiconductor laser, the first and third portions having a low specific resistance and the second portion having a high specific resistance in the above range are adjacent to each other, so that the injection current of the semiconductor laser is high. It flows not only in the specific resistance part but also in the low specific resistance part.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板の前記第2の領域は、c軸の方向に第1の極性を有する極性反転領域を含み、前記基板は、前記極性反転領域と、前記第1の極性と反対の極性を有する極性非反転領域とをからなる。前記基板の前記第2の領域内の前記極性反転領域は、前記極性非反転領域の転位密度よりも大きな転位密度を有することができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、極性反転領域に転位が集まり高い転位密度になり、これ故に、極性非反転領域の転位密度が低減される。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the second region of the substrate includes a polarity reversal region having a first polarity in a c-axis direction, and the substrate includes the polarity reversal region, A non-inversion region having a polarity opposite to the first polarity. The polarity inversion region in the second region of the substrate may have a dislocation density that is greater than a dislocation density of the polarity non-inversion region. According to this group III nitride semiconductor laser, dislocations gather in the polarity inversion region, resulting in a high dislocation density. Therefore, the dislocation density in the polarity non-inversion region is reduced.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記第2の領域は、c軸の方向に第1の極性を有する極性反転領域であり、前記基板は、前記極性反転領域と、前記第1の極性と反対の極性を有する極性非反転領域とをからなる。当該III族窒化物半導体レーザは、m軸の方向に延びる側面を更に備えることができる。前記基板の前記第2の領域内の前記極性反転領域は、前記側面の少なくとも一部に存在することができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、高い転位密度の極性反転領域が、半導体レーザの側面の少なくとも一部に存在するように、第1及び第2の領域を配置することによって、低い転位密度の領域を半導体レーザの側面の間に配置できる。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the second region is a polarity reversal region having a first polarity in the c-axis direction, and the substrate includes the polarity reversal region and the first reversal region. A non-inversion region having a polarity opposite to the polarity. The group III nitride semiconductor laser may further include a side surface extending in the m-axis direction. The polarity inversion region in the second region of the substrate may be present on at least a part of the side surface. According to this group III nitride semiconductor laser, the dislocation density is low by arranging the first and second regions so that the polarity inversion region having a high dislocation density exists in at least a part of the side surface of the semiconductor laser. These regions can be arranged between the side surfaces of the semiconductor laser.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板の前記第2の領域は、c軸の方向に第1の極性を有する極性反転領域を含み、前記基板は、前記極性反転領域と、前記第1の極性と反対の極性を有する極性非反転領域とをからなり、前記極性反転領域と前記極性非反転領域との境界は、前記主面の交差する基準面に沿って延びていることができる。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the second region of the substrate includes a polarity reversal region having a first polarity in a c-axis direction, and the substrate includes the polarity reversal region, A polarity non-inversion region having a polarity opposite to the first polarity, and a boundary between the polarity inversion region and the polarity non-inversion region extends along a reference plane intersecting the main surface. it can.

このIII族窒化物半導体レーザによれば、極性反転領域及び極性非反転領域が転位密度と関係すると共に、極性反転領域と極性非反転領域との境界が主面の交差する基準面に沿って延びているので、半導体積層内における発光領域を極性反転領域及び極性非反転領域に対する位置を調整することによって、発光領域を低転位領域上に配置できる。   According to this group III nitride semiconductor laser, the polarity inversion region and the polarity non-inversion region are related to the dislocation density, and the boundary between the polarity inversion region and the polarity non-inversion region extends along the reference plane where the main surfaces intersect. Therefore, the light emitting region can be arranged on the low dislocation region by adjusting the position of the light emitting region in the semiconductor stack with respect to the polarity inversion region and the polarity non-inversion region.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記極性反転領域は、前記基板の窒化ガリウムのc軸の方向に延びていることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、転位の多くはc軸の方向(成長の方向)に延びているので、オフ角に応じて基板の主面における転位密度が低くなる。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the polarity inversion region may extend in the c-axis direction of gallium nitride of the substrate. According to this group III nitride semiconductor laser, most of the dislocations extend in the c-axis direction (growth direction), so that the dislocation density on the main surface of the substrate decreases according to the off angle.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記極性反転領域の比抵抗は、前記極性非反転領域の比抵抗よりも低く、前記極性反転領域は、前記主面の法線とc軸との成す角度で前記主面に対して傾斜した基準面に沿って延びていることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、極性反転領域が、上記の基準面に従って傾斜することによって、非反転極性を有しておりp側電極とn側電極との間に位置する領域に近づいてくる。極性反転領域の比抵抗が極性非反転領域の比抵抗よりも低いので、素子抵抗を下げることができる。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the specific resistance of the polarity inversion region is lower than the specific resistance of the non-polarity inversion region, and the polarity inversion region has a normal line between the main surface and a c-axis. It may extend along a reference plane inclined with respect to the main surface at an angle formed. According to the group III nitride semiconductor laser, the polarity inversion region is inclined according to the reference plane, thereby approaching a region having non-inversion polarity and located between the p-side electrode and the n-side electrode. Come. Since the specific resistance in the polarity inversion region is lower than the specific resistance in the polarity non-inversion region, the element resistance can be lowered.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記第1の領域の転位密度は、1×10cm−2以上1×10cm−2以下の範囲にあり、前記第2の領域の転位密度は、1×10cm−2以上1×10cm−2以下の範囲にあることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、低い転位密度の領域は1×10cm−2以下の転位密度を有することができる。 In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the dislocation density of the first region is in the range of 1 × 10 2 cm −2 to 1 × 10 6 cm −2 , and the dislocation in the second region is The density can be in the range of 1 × 10 6 cm −2 to 1 × 10 8 cm −2 . According to this group III nitride semiconductor laser, the region having a low dislocation density can have a dislocation density of 1 × 10 6 cm −2 or less.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記第2の領域の平均転位密度は、前記第1の領域における平均転位密度の3倍以上の値であることができる。このIII族窒化物半導体レーザに用いる基板では、極性反転領域の間に存在する低転位のGaN領域は転位密度分布を有する。統計的に平均転位密度を測定すると、中心領域が最も低転位密度であり、外側の極性反転領域に向かって転位密度が減少する。半導体レーザのチップ寸法を考慮して見積もると、半導体レーザ内において、高転位密度のGaN領域の平均転位密度は、低転位密度のGaN領域の平均転位密度の3倍程度以上である。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the average dislocation density in the second region may be a value that is three times or more the average dislocation density in the first region. In the substrate used for this group III nitride semiconductor laser, the low dislocation GaN region existing between the polarity inversion regions has a dislocation density distribution. When the average dislocation density is measured statistically, the center region has the lowest dislocation density, and the dislocation density decreases toward the outer polarity inversion region. When estimated in consideration of the chip size of the semiconductor laser, the average dislocation density in the GaN region having a high dislocation density in the semiconductor laser is about three times or more the average dislocation density in the GaN region having a low dislocation density.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザは、m軸に交差する第1及び第2の劈開面を更に備えることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、m面での劈開の歩留まりが向上する。   The group III nitride semiconductor laser according to the present invention may further include first and second cleavage planes intersecting the m-axis. According to this group III nitride semiconductor laser, the yield of cleavage at the m-plane is improved.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板の前記主面は、窒化ガリウムのc面から窒化ガリウムのa軸方向に28度以上32度以下の角度で傾斜していることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザによれば、ピエゾ分極の影響が低減される。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the main surface of the substrate is preferably inclined at an angle of 28 degrees or more and 32 degrees or less with respect to the a-axis direction of gallium nitride from the c-plane of gallium nitride. According to this group III nitride semiconductor laser, the influence of piezoelectric polarization is reduced.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記半導体積層は半導体リッジを含み、前記窒化ガリウム系半導体活性層は前記半導体リッジ内にあり、前記窒化ガリウム系半導体活性層は前記第1のエリア上に設けられていることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、半導体リッジ構造を形成することによって、半導体積層が高転位密度を引き継いだ半導体領域を含まない。また、電流の閉じ込めが良好になる。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the semiconductor stack includes a semiconductor ridge, the gallium nitride based semiconductor active layer is in the semiconductor ridge, and the gallium nitride based semiconductor active layer is on the first area. Can be provided. According to this group III nitride semiconductor laser, the semiconductor ridge structure is formed so that the semiconductor stack does not include a semiconductor region that has inherited a high dislocation density. Also, current confinement is improved.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記主面がc面からm軸方向に傾斜した角度は、−1度以上+1度以下の範囲内にある。このIII族窒化物半導体レーザによれば、主面がc面からm軸方向に傾斜した角度が±1度を超えると、レーザ特性の低下が見られる。   In the group III nitride semiconductor laser according to the present invention, the angle at which the main surface is inclined in the m-axis direction from the c-plane is in the range of −1 degree or more and +1 degree or less. According to this group III nitride semiconductor laser, when the angle at which the main surface is inclined in the m-axis direction from the c-plane exceeds ± 1 °, the laser characteristics are deteriorated.

以上説明したように、本発明によれば、ピエゾ分極の影響を低減可能であり、十分に低い転位密度の工業的に生産可能なGaNウエハに好適である構造を有する窒化物半導体レーザが提供される。   As described above, according to the present invention, there can be provided a nitride semiconductor laser that can reduce the influence of piezo polarization and has a structure suitable for industrially producible GaN wafers having a sufficiently low dislocation density. The

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体レーザに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。   The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Next, embodiments of the group III nitride semiconductor laser of the present invention will be described with reference to the attached drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す。図2は、図1に示されたI−I線に沿ってとられた模式的な断面を示す。III族窒化物半導体レーザ11は、六方晶系のn型窒化ガリウムからなる基板13と、n型窒化ガリウム系半導体からなる半導体積層15とを備える。半導体積層15は基板13の主面13a上に設けられている。半導体積層15は、n型窒化ガリウム系半導体領域21、p型窒化ガリウム系半導体領域23、及び窒化ガリウム系半導体活性層25を含み、また窒化ガリウム系半導体活性層25は、n型窒化ガリウム系半導体領域21とp型窒化ガリウム系半導体領域23との間に設けられている。p側電極17は、半導体積層15のp型窒化ガリウム系半導体領域23に接続される。n側電極19は、基板13の裏面13bに接続される。   FIG. 1 schematically shows the structure of a group III nitride semiconductor laser according to the present embodiment. FIG. 2 shows a schematic cross section taken along the line II shown in FIG. The group III nitride semiconductor laser 11 includes a substrate 13 made of hexagonal n-type gallium nitride and a semiconductor stack 15 made of n-type gallium nitride semiconductor. The semiconductor stack 15 is provided on the main surface 13 a of the substrate 13. The semiconductor stack 15 includes an n-type gallium nitride semiconductor region 21, a p-type gallium nitride semiconductor region 23, and a gallium nitride semiconductor active layer 25. The gallium nitride semiconductor active layer 25 is an n-type gallium nitride semiconductor. It is provided between region 21 and p-type gallium nitride semiconductor region 23. The p-side electrode 17 is connected to the p-type gallium nitride semiconductor region 23 of the semiconductor stack 15. The n-side electrode 19 is connected to the back surface 13 b of the substrate 13.

基板13の主面13aは、窒化ガリウムのc面から窒化ガリウムのa軸方向に20度以上のオフ角度で傾斜している。また、基板13の主面13aは、45度以下のオフ角度で傾斜している。図1の直交座標系Crを参照すると、c座標軸は、基板13の六方晶系のn型窒化ガリウムのc軸に向いており、m座標軸は、基板13の六方晶系のn型窒化ガリウムのm軸に向いており、a座標軸は、基板13の六方晶系のn型窒化ガリウムのa軸に向いている。結晶軸ベクトルC、Mは、それぞれ、c座標軸及びm座標軸の方向を指しており、ベクトルCと基板13の主面13aの法線Nとの成す角は上記のオフ角度である。例えば、m座標軸は、直交座標系SのY軸の方向に向いていることができる。   The main surface 13a of the substrate 13 is inclined at an off angle of 20 degrees or more in the a-axis direction of gallium nitride from the c-plane of gallium nitride. The main surface 13a of the substrate 13 is inclined at an off angle of 45 degrees or less. Referring to the orthogonal coordinate system Cr in FIG. 1, the c coordinate axis is directed to the c axis of the hexagonal n-type gallium nitride of the substrate 13, and the m coordinate axis is the hexagonal n-type gallium nitride of the substrate 13. The a coordinate axis is directed to the a axis of the hexagonal n-type gallium nitride of the substrate 13. The crystal axis vectors C and M indicate the directions of the c coordinate axis and the m coordinate axis, respectively, and the angle formed by the vector C and the normal N of the principal surface 13a of the substrate 13 is the above-described off angle. For example, the m coordinate axis can be oriented in the direction of the Y axis of the Cartesian coordinate system S.

ピエゾ分極の影響を低減するためには、20度程度のオフ角が必要である。窒化ガリウムウエハの製造方法におけるGaN結晶の成長において、下地結晶のオフ角度が35度程度までは良好な結晶成長が行われるが、下地結晶のオフ角度が45度を超えると、多結晶化する可能性が高い。   In order to reduce the influence of piezoelectric polarization, an off angle of about 20 degrees is required. In the growth of GaN crystals in the method of manufacturing a gallium nitride wafer, good crystal growth is performed until the off-angle of the base crystal is about 35 degrees. However, when the off-angle of the base crystal exceeds 45 degrees, polycrystallization is possible. High nature.

基板13では、主面13aは、窒化ガリウムのc面から窒化ガリウムのa軸方向に28度以上の角度で傾斜していることが好ましく、主面13aは32度以下の角度で傾斜していることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザによれば、ピエゾ分極の影響が低減される。傾斜角が28度以上であれば、使用上効果的な程度に、より分極の低減がなされるという利点がある。傾斜角が32度以下であれば、この範囲においてより良好な結晶性が維持される、という利点がある。   In the substrate 13, the main surface 13a is preferably inclined at an angle of 28 degrees or more from the c-plane of gallium nitride in the a-axis direction of gallium nitride, and the main surface 13a is inclined at an angle of 32 degrees or less. It is preferable. According to this group III nitride semiconductor laser, the influence of piezoelectric polarization is reduced. If the inclination angle is 28 degrees or more, there is an advantage that the polarization is further reduced to an extent effective in use. If the inclination angle is 32 degrees or less, there is an advantage that better crystallinity is maintained in this range.

基板13は、第1の領域13c、13f、13g及び第2の領域13d、13eを含み、第1の領域13cは、c軸の方向に沿って基板13の裏面13bから主面13aに至る。第2の領域13dは、第1の領域13cに沿って裏面13bから主面13aに至る。第1の領域13c、13f、13gの転位密度は、第2の領域13d、13eの転位密度以下である。例えば、第1の領域13c、13f、13gの転位密度は、第2の領域13d、13eの転位密度の最大値よりも小さく、第1の領域13c、13f、13gの転位密度の最小値は、第2の領域13d、13eの転位密度の最小値よりも小さい。   The substrate 13 includes first regions 13c, 13f, 13g and second regions 13d, 13e. The first region 13c extends from the back surface 13b of the substrate 13 to the main surface 13a along the c-axis direction. The second region 13d extends from the back surface 13b to the main surface 13a along the first region 13c. The dislocation density of the first regions 13c, 13f, and 13g is less than or equal to the dislocation density of the second regions 13d and 13e. For example, the dislocation density of the first regions 13c, 13f, 13g is smaller than the maximum value of the dislocation density of the second regions 13d, 13e, and the minimum value of the dislocation density of the first regions 13c, 13f, 13g is It is smaller than the minimum value of the dislocation density of the second regions 13d and 13e.

図2に示されるように、基板13の主面13aは、第1のエリア13h、13iと、第2のエリア13j、13kとを有する。主面13aの第1のエリア13h、13iには、それぞれ、第1の領域13c、13fが現れている。第2のエリア13j、13kには、それぞれ、第2の領域13d、13eが現れている。基板13の裏面13bは、第3のエリア13m、13qと、第4のエリア13n、13pとを有する。裏面13bの第3のエリア13m、13qには、それぞれ、第1の領域13c、13gが現れている。第2のエリア13n、13pには、それぞれ、第2の領域13d、13eが現れている。   As shown in FIG. 2, the main surface 13a of the substrate 13 has first areas 13h and 13i and second areas 13j and 13k. In the first areas 13h and 13i of the main surface 13a, first regions 13c and 13f appear, respectively. Second areas 13d and 13e appear in the second areas 13j and 13k, respectively. The back surface 13b of the substrate 13 has third areas 13m and 13q and fourth areas 13n and 13p. First regions 13c and 13g appear in the third areas 13m and 13q of the back surface 13b, respectively. Second areas 13d and 13e appear in the second areas 13n and 13p, respectively.

第1の領域13cは、c軸の傾斜角を示すベクトルCの方向に傾斜して裏面13bから主面13aに延び、この傾斜に対応して、図1の直交座標系SのX軸の方向に関してエリア13hはエリア13mに対してシフトされており、エリア13mの両端の座標X1,X3は、それぞれ、エリア13hの両端の座標X2,X4と異なる。この座標の差分がc軸の傾斜と関係しており、c軸の傾斜は(X2−X1)/(Z1−Z2)或いは(X4−X3)/(Z1−Z2)で表される。Z座標は、基板13の上限と下限の位置を表す。p側電極17のオーミック接触は第1のエリア13上に設けられ、n側電極19は、裏面13bの全面に設けられる。   The first region 13c is inclined in the direction of the vector C indicating the inclination angle of the c-axis and extends from the back surface 13b to the main surface 13a. Corresponding to this inclination, the X-axis direction of the orthogonal coordinate system S in FIG. The area 13h is shifted with respect to the area 13m, and the coordinates X1, X3 at both ends of the area 13m are different from the coordinates X2, X4 at both ends of the area 13h, respectively. The difference between the coordinates is related to the inclination of the c-axis, and the inclination of the c-axis is expressed by (X2-X1) / (Z1-Z2) or (X4-X3) / (Z1-Z2). The Z coordinate represents the upper and lower limit positions of the substrate 13. The ohmic contact of the p-side electrode 17 is provided on the first area 13, and the n-side electrode 19 is provided on the entire back surface 13b.

このIII族窒化物半導体レーザ11によれば、半導体積層15が、窒化ガリウムのc面から窒化ガリウムのa軸方向に20度以上45度以下の角度で傾斜する基板主面13a上に設けられるので、ピエゾ分極の影響が低減される。また、基板13の第1の領域13cの転位密度が第2の領域13d、13eの転位密度より小さいので、転位密度が制御された基板13上に、半導体レーザのための半導体積層15が配置される。さらに、第1の領域13cに対応する低転位密度領域と第2の領域13d、13eに対応する高転位密度領域とを含み窒化ガリウムから成る大口径のGaNウエハ上に、エピタキシャル成長を行って半導体積層15のためのエピタキシャルウエハを作製できる。   According to this group III nitride semiconductor laser 11, the semiconductor stack 15 is provided on the substrate main surface 13 a inclined from the c-plane of gallium nitride at an angle of 20 degrees or more and 45 degrees or less in the a-axis direction of gallium nitride. The effect of piezo polarization is reduced. Further, since the dislocation density in the first region 13c of the substrate 13 is smaller than the dislocation density in the second regions 13d and 13e, the semiconductor stack 15 for the semiconductor laser is disposed on the substrate 13 in which the dislocation density is controlled. The Further, a semiconductor stack is formed by epitaxial growth on a large-diameter GaN wafer made of gallium nitride including a low dislocation density region corresponding to the first region 13c and a high dislocation density region corresponding to the second regions 13d and 13e. 15 can be produced.

再び図1を参照すると、III族窒化物半導体レーザ11では、第1及び第2の領域は13c〜13gは、所定の軸の方向(例えばm軸の方向を示すベクトルMの方向)に延びている。また、p側電極17も、同様に所定の軸の方向に延びることが好ましい。これによって、レーザ共振器のための光導波路の向き付けが容易になる。半導体積層15の表面は絶縁膜27で覆われており、絶縁膜27の開口を通してp側電極17がp型窒化ガリウム系半導体とオーミック接触を成す。   Referring to FIG. 1 again, in the group III nitride semiconductor laser 11, the first and second regions 13c to 13g extend in a predetermined axis direction (for example, the direction of the vector M indicating the m-axis direction). Yes. Similarly, the p-side electrode 17 preferably extends in the direction of a predetermined axis. This facilitates the orientation of the optical waveguide for the laser resonator. The surface of the semiconductor laminate 15 is covered with an insulating film 27, and the p-side electrode 17 is in ohmic contact with the p-type gallium nitride semiconductor through the opening of the insulating film 27.

半導体積層15は半導体リッジ29を含むことができる。窒化ガリウム系半導体活性層25は半導体リッジ29内にあり、光閉じ込めのためにリッジ構造は好適である。窒化ガリウム系半導体活性層25は第1のエリア13h上に設けられている。半導体リッジ構造を形成することによって、半導体積層15が高転位密度を引き継いだ半導体領域を含まない。これ故に、作成されたリッジ構造内の転位密度が低く、作成されたデバイスの長寿命化がなされる。窒化ガリウム系半導体活性層25は、例えばMQW、SQWといった量子井戸構造を有することができる。   The semiconductor stack 15 can include a semiconductor ridge 29. The gallium nitride based semiconductor active layer 25 is in the semiconductor ridge 29, and a ridge structure is suitable for optical confinement. The gallium nitride based semiconductor active layer 25 is provided on the first area 13h. By forming the semiconductor ridge structure, the semiconductor stack 15 does not include a semiconductor region that has inherited a high dislocation density. Therefore, the dislocation density in the fabricated ridge structure is low, and the lifetime of the fabricated device is extended. The gallium nitride based semiconductor active layer 25 can have a quantum well structure such as MQW or SQW.

半導体リッジ29は、p型窒化ガリウム系半導体領域23を含むことができる。p型窒化ガリウム系半導体領域23は、例えば電子ブロック層31、p型クラッド層33及びp型コンタクト層35を含むことができる。n型窒化ガリウム系半導体領域21は、例えばn型クラッド層37、n型バッファ層39を含むことができる。半導体リッジ29は、例えばn型クラッド層37の一部又は全部を含むことができる。   The semiconductor ridge 29 can include a p-type gallium nitride based semiconductor region 23. The p-type gallium nitride based semiconductor region 23 can include, for example, an electron block layer 31, a p-type cladding layer 33, and a p-type contact layer 35. The n-type gallium nitride based semiconductor region 21 can include, for example, an n-type cladding layer 37 and an n-type buffer layer 39. The semiconductor ridge 29 can include, for example, a part or all of the n-type cladding layer 37.

III族窒化物半導体レーザ11は、第1及び第2の劈開面41、43を有している。劈開面41、43は、当該III族窒化物半導体レーザ11の光共振器を構成する。主面13aがc面からm軸方向に傾斜した角度は−1度以上+1度以下の範囲内にあることが好ましい。m面での劈開の歩留まりが向上する。レーザストライプに対して劈開面の成す傾斜角の絶対値が1度を超えると、レーザ特性の低下が見られる。   The group III nitride semiconductor laser 11 has first and second cleavage surfaces 41 and 43. The cleavage planes 41 and 43 constitute an optical resonator of the group III nitride semiconductor laser 11. The angle at which the main surface 13a is inclined in the m-axis direction from the c-plane is preferably in the range of −1 degree to +1 degree. The cleavage yield on the m-plane is improved. When the absolute value of the inclination angle formed by the cleavage plane with respect to the laser stripe exceeds 1 degree, the laser characteristics are deteriorated.

基板13は、c軸の方向に第1の極性を有する極性反転領域と、第1の極性と反対の極性を有する極性非反転領域とをからなる。c軸に直交する平面において、極性反転領域ではN面及びGa面の一方が現れており、極性非反転領域ではN面及びGa面の他方が現れている。基板13の第2の領域13dは、極性反転領域を含む。基板13の第1の領域13cは極性非反転領域を含む。極性反転領域は、極性非反転領域の転位密度よりも大きな転位密度を有する。極性反転領域の平均転位密度は、例えば1×10cm−2以上1×10cm−2以下の範囲にあり、極性非反転領域は、例えば1×10cm−2以上1×10cm−2以下の範囲にある。III族窒化物半導体レーザ11によれば、低い転位密度の領域は1×10cm−2以下の転位密度を有することができる。極性反転領域に転位を集めて高い転位密度にすると共に、極性非反転領域の転位密度を低減している。 The substrate 13 includes a polarity inversion region having a first polarity in the c-axis direction and a polarity non-inversion region having a polarity opposite to the first polarity. In the plane orthogonal to the c-axis, one of the N plane and the Ga plane appears in the polarity inversion region, and the other of the N plane and the Ga plane appears in the polarity non-inversion region. The second region 13d of the substrate 13 includes a polarity inversion region. The first region 13c of the substrate 13 includes a polarity non-inversion region. The polarity inversion region has a dislocation density larger than the dislocation density of the polarity non-inversion region. The average dislocation density of the polarity inversion region is, for example, in the range of 1 × 10 6 cm −2 to 1 × 10 8 cm −2 , and the polarity non-inversion region is, for example, 1 × 10 2 cm −2 to 1 × 10 6. It is in the range of cm −2 or less. According to the group III nitride semiconductor laser 11, the region having a low dislocation density can have a dislocation density of 1 × 10 6 cm −2 or less. Dislocations are collected in the polarity inversion region to increase the dislocation density, and the dislocation density in the nonpolarity inversion region is reduced.

第2の領域13d、13eの平均転位密度は、第1の領域13cにおける平均転位密度の3倍以上の値であることができる。基板13では、極性反転領域の間に存在する低転位のGaN領域は転位密度分布を有する。統計的に平均転位密度を測定すると、中心領域が最も低転位密度であり、外側の反転領域に近づくにつれて転位密度が上昇する。半導体レーザのチップ寸法を考慮して見積もると、半導体レーザ内において、高転位密度GaN領域の平均転位密度は、低転位密度GaN領域の平均転位密度の3倍程度以上である。   The average dislocation density in the second regions 13d and 13e can be a value that is three times or more the average dislocation density in the first region 13c. In the substrate 13, the low dislocation GaN region existing between the polarity inversion regions has a dislocation density distribution. When the average dislocation density is measured statistically, the central region has the lowest dislocation density, and the dislocation density increases as the outer inversion region is approached. When estimated in consideration of the chip size of the semiconductor laser, the average dislocation density in the high dislocation density GaN region in the semiconductor laser is about three times or more the average dislocation density in the low dislocation density GaN region.

第1の領域13cは、半導体リッジ29と電極19との間に位置し、半導体リッジ29とほぼ平行に延びる。第2の領域13d、13eは、第1の領域13cに隣接しており、半導体リッジ29とほぼ平行に延びている。また、極性反転領域は、窒化ガリウムのc軸の方向に延び、貫通転位の多くはc軸の方向(成長の方向)に延びるので、オフ角に応じて基板の主面における転位密度が低くなる。   The first region 13 c is located between the semiconductor ridge 29 and the electrode 19 and extends substantially parallel to the semiconductor ridge 29. The second regions 13 d and 13 e are adjacent to the first region 13 c and extend substantially parallel to the semiconductor ridge 29. In addition, the polarity inversion region extends in the c-axis direction of gallium nitride, and many threading dislocations extend in the c-axis direction (growth direction), so that the dislocation density on the main surface of the substrate decreases according to the off angle. .

III族窒化物半導体レーザ11は、m軸の方向に延びる側面45、47を更に備えることができる。基板13の第2の領域13e内の極性反転領域が側面45の少なくとも一部に現れており、極性非反転領域が側面45の少なくとも一部に現れている。また、基板13の第2の領域13d内の極性反転領域が側面47の少なくとも一部に現れており、極性非反転領域が側面47に現れている。極性反転領域は、図1のように側面45、47に現れていても良いが、側面45、47のいずれか一方にのみ現れていてもよく、他方の側面には極性非反転領域が現れる。このIII族窒化物半導体レーザ11では、高い転位密度の極性反転領域が、半導体レーザの側面45、47の少なくとも一部に存在するように、第1及び第2の領域13c、13d、13eを配置することによって、半導体レーザの側面45、47の間に、低い転位密度の領域13cを配置できる。極性反転領域と極性非反転領域との境界は、主面13aの交差する基準平面に沿って延びている。このため、半導体積層15内における発光領域の位置を極性反転領域及び極性非反転領域の位置に対して調整することによって、発光領域を低転位領域上に配置できる。   The group III nitride semiconductor laser 11 can further include side surfaces 45 and 47 extending in the m-axis direction. The polarity inversion region in the second region 13 e of the substrate 13 appears on at least a part of the side surface 45, and the polarity non-inversion region appears on at least a part of the side surface 45. Further, the polarity inversion region in the second region 13 d of the substrate 13 appears on at least a part of the side surface 47, and the polarity non-inversion region appears on the side surface 47. The polarity inversion region may appear on the side surfaces 45 and 47 as shown in FIG. 1, but may appear only on one of the side surfaces 45 and 47, and the polarity non-inversion region appears on the other side surface. In this group III nitride semiconductor laser 11, the first and second regions 13 c, 13 d, and 13 e are arranged so that a polarity inversion region having a high dislocation density exists at least at a part of the side surfaces 45 and 47 of the semiconductor laser. By doing so, the region 13c having a low dislocation density can be disposed between the side surfaces 45 and 47 of the semiconductor laser. The boundary between the polarity inversion region and the polarity non-inversion region extends along a reference plane where the main surface 13a intersects. For this reason, the light emitting region can be arranged on the low dislocation region by adjusting the position of the light emitting region in the semiconductor stack 15 with respect to the positions of the polarity inversion region and the polarity non-inversion region.

図1を参照すると、III族窒化物半導体レーザ11では、基板13は、第1の部分13u、第2の部分13v、及び第3の部分13wとを有している。第1の部分13uは、c軸の方向に沿って基板13の裏面13bから主面13aに至る。第2の部分13vは、第1の部分13uに沿って裏面13bから主面13aに至る。第3の部分13wは、第2の部分13vに沿って裏面13bから主面13aに至る。第1の部分13uの比抵抗R13uは、第2の部分13vの比抵抗R13vより低い。第3の部分13wの比抵抗R13wは、第2の部分13vの比抵抗R13vより低い。第2の部分13vは、第1の部分13uと第3の部分13wとの間にある。第1の領域13cは第1、第2及び第3の部分13u、13v、13wを含む。このIII族窒化物半導体レーザ11によれば、第1〜第3の部分13u〜13wが、基板13の主面13aに対してc軸の方向に沿って傾斜しているので、基板13の裏面13bと半導体積層15との間の基板領域に、第1及び第3の部分13u、13wのいずれか一方(図1の形態では第3の領域13w)が第2の部分13vに沿って傾斜してくる。故に、素子抵抗を低減できる。第2の領域13dは、第1の部分13uと第3の部分13wとの間にあることができ、第2の領域13eは、第1の部分13uと第3の部分13wとの間にある。第1、第2及び第3の部分13u、13v、13wは、半導体レーザ11の一方の端面41から他方の端面43に向かう方向に延びている。 Referring to FIG. 1, in the group III nitride semiconductor laser 11, the substrate 13 has a first portion 13u, a second portion 13v, and a third portion 13w. The first portion 13u extends from the back surface 13b of the substrate 13 to the main surface 13a along the c-axis direction. The second portion 13v extends from the back surface 13b to the main surface 13a along the first portion 13u. The third portion 13w extends from the back surface 13b to the main surface 13a along the second portion 13v. The specific resistance R 13u of the first portion 13u is lower than the specific resistance R 13v of the second portion 13v. Resistivity R 13w of the third portion 13w is lower than the specific resistance R 13v of the second portion 13v. The second portion 13v is between the first portion 13u and the third portion 13w. The first region 13c includes first, second, and third portions 13u, 13v, and 13w. According to this group III nitride semiconductor laser 11, the first to third portions 13 u to 13 w are inclined along the c-axis direction with respect to the main surface 13 a of the substrate 13. One of the first and third portions 13u and 13w (the third region 13w in the form of FIG. 1) is inclined along the second portion 13v in the substrate region between the semiconductor layer 15b and the semiconductor stack 15. Come. Therefore, element resistance can be reduced. The second region 13d can be between the first portion 13u and the third portion 13w, and the second region 13e is between the first portion 13u and the third portion 13w. . The first, second, and third portions 13u, 13v, and 13w extend in a direction from one end face 41 of the semiconductor laser 11 toward the other end face 43.

基板13の主面13aの第1のエリア13hは、第1、第2及び第3の部分13u、13v、13wがそれぞれ現れた3つのエリア部からなる。第1のエリア13hが、Y軸の方向に延びるストライプ状を成すときは、これらのエリア部もY軸の方向に延びるストライプ状を成す。裏面13bの第3のエリア13mは、第1、第2及び第3の部分13u、13v、13wがそれぞれ現れた3つのエリア部を含む。第3のエリア13mが、Y軸の方向に延びるストライプ状を成すときは、これらのエリア部もY軸の方向に延びるストライプ状を成す。   The first area 13h of the main surface 13a of the substrate 13 includes three area portions where the first, second, and third portions 13u, 13v, and 13w respectively appear. When the first area 13h has a stripe shape extending in the Y-axis direction, these area portions also have a stripe shape extending in the Y-axis direction. The third area 13m of the back surface 13b includes three area portions where the first, second, and third portions 13u, 13v, and 13w respectively appear. When the third area 13m has a stripe shape extending in the Y-axis direction, these area portions also have a stripe shape extending in the Y-axis direction.

第1の領域13cの第1、第2及び第3の部分13u、13v、13wは、c軸の傾斜角を示すベクトルCの方向に傾斜して裏面13bから主面に延び、この傾斜に対応して、図1の直交座標系SのX軸の方向に関してエリア13hはエリア13mに対してシフトされている。図2に示されるように、エリア13m内の第2の部分13vの両端の座標X11,X31は、それぞれ、エリア13h内の第2の部分13vの両端の座標X21,X41と異なる。この座標の差分がc軸の傾斜と関係しており、c軸の傾斜は(X21−X11)/(Z1−Z2)或いは(X41−X31)/(Z1−Z2)で表される。図2に示された実施例では、p側電極17からの電流の大部分は、半導体積層15、第2の部分13v及び第3の部分13wを介してn側電極19に到達する。p側電極17からの電流の一部分は、半導体積層15及び第1の部分13vを介してn側電極19に到達する。このため、本実施例によれば、素子抵抗を低減する低抵抗の電流経路が提供される。   The first, second, and third portions 13u, 13v, and 13w of the first region 13c are inclined in the direction of the vector C indicating the inclination angle of the c-axis and extend from the back surface 13b to the main surface, corresponding to this inclination. Thus, the area 13h is shifted with respect to the area 13m with respect to the X-axis direction of the orthogonal coordinate system S of FIG. As shown in FIG. 2, the coordinates X11 and X31 at both ends of the second portion 13v in the area 13m are different from the coordinates X21 and X41 at both ends of the second portion 13v in the area 13h, respectively. The difference between the coordinates is related to the inclination of the c-axis, and the inclination of the c-axis is expressed by (X21-X11) / (Z1-Z2) or (X41-X31) / (Z1-Z2). In the embodiment shown in FIG. 2, most of the current from the p-side electrode 17 reaches the n-side electrode 19 via the semiconductor stack 15, the second portion 13v, and the third portion 13w. A part of the current from the p-side electrode 17 reaches the n-side electrode 19 through the semiconductor stack 15 and the first portion 13v. For this reason, according to the present embodiment, a low-resistance current path for reducing the element resistance is provided.

すでに説明したように、基板13は、高い比抵抗の第2の部分と低い比抵抗の第1及び第3の部分とを含む。第1の部分は、5×10−3Ω・cm以上3×10−2Ω・cm以下の範囲の比抵抗を有しており活性層と平行に設けられる。また、第3の部分は、5×10−3Ω・cm以上3×10−2Ω・cm以下の範囲の比抵抗を有しており活性層と平行に設けられる。第2の部分は、第1及び第3の部分の間に設けられ4×10−2Ω・cm以上5×10Ω・cm以下の範囲の比抵抗を有する。半導体レーザ11に用いる基板13の製造方法では、c面で成長した領域の比抵抗が高くなる傾向があるが、{11−22}面等のファセット面で成長した領域の比抵抗は低く、両者は明確な境界で区別されている。極性反転領域の比抵抗は極性非反転領域の第1及び第3の部分の比抵抗と同程度に低い。一実施例では、第1及び第3の部分は極性非反転領域であり、第2の部分も極性非反転領域である。 As already described, the substrate 13 includes a high resistivity second portion and a low resistivity first and third portions. The first portion has a specific resistance in the range of 5 × 10 −3 Ω · cm to 3 × 10 −2 Ω · cm and is provided in parallel with the active layer. The third portion has a specific resistance in the range of 5 × 10 −3 Ω · cm to 3 × 10 −2 Ω · cm, and is provided in parallel with the active layer. The second portion is provided between the first and third portions and has a specific resistance in the range of 4 × 10 −2 Ω · cm to 5 × 10 6 Ω · cm. In the method of manufacturing the substrate 13 used for the semiconductor laser 11, the specific resistance of the region grown on the c-plane tends to be high, but the specific resistance of the region grown on the facet plane such as the {11-22} plane is low. Are distinguished by clear boundaries. The specific resistance of the polarity inversion region is as low as the specific resistance of the first and third portions of the polarity non-inversion region. In one embodiment, the first and third portions are non-polar inversion regions, and the second portion is also a non-polarity inversion region.

このIII族窒化物半導体レーザによれば、低い比抵抗の第1及び第3の部分と高い比抵抗の第2の部分とが互いに隣接しているので、半導体レーザの注入電流を第1及び第3の部分の少なくともいずれか一方と第2の部分との両方に流すことによって、素子抵抗を低減できる。   According to the group III nitride semiconductor laser, the first and third portions having a low specific resistance and the second portion having a high specific resistance are adjacent to each other. The element resistance can be reduced by flowing in at least one of the three portions and the second portion.

例えば、極性反転領域は、主面13aの法線Nとc軸との成す角度で主面13aに対して傾斜した基準平面に沿って延びている。極性反転領域が上記の基準面に沿って傾斜するので、極性反転領域(例えば領域13e)並びに第1及び第3の部分13u、13wの一方がp側電極17とn側電極19との間に位置する領域(非反転極性の領域)に近づいてくる。p側電極17からn側電極19への電流は、極性非反転領域だけでなく、第1及び第3の部分13u、13wの一方並びに極性反転領域にも流れる。第1及び第3の部分13u、13wの一方並びに極性反転領域の比抵抗が極性非反転領域の比抵抗よりも低いので、素子抵抗を下げることができる。   For example, the polarity inversion region extends along a reference plane that is inclined with respect to the main surface 13a at an angle formed by the normal line N of the main surface 13a and the c-axis. Since the polarity inversion region is inclined along the reference plane, one of the polarity inversion region (for example, the region 13e) and the first and third portions 13u and 13w is between the p-side electrode 17 and the n-side electrode 19. It approaches the position of the region (region of non-inverted polarity). The current from the p-side electrode 17 to the n-side electrode 19 flows not only in the polarity non-inversion region but also in one of the first and third portions 13u and 13w and the polarity inversion region. Since the specific resistance of one of the first and third portions 13u and 13w and the polarity inversion region is lower than that of the non-polarity inversion region, the element resistance can be lowered.

(実施例)
本実施の形態に係るGaN系半導体レーザは、GaAsウエハ上に形成されたストライプ状のパターンを有するマスク層上にA−DEEP法で成長されたGaN結晶から形成されたGaNウエハ上に作製される。GaNウエハは、c軸方向が向きづけられた極性のストライプ状の領域を含む。この領域はGaNのファセット面によるV形状谷として結晶成長され、これによってV形状谷の底に転位を集めることにより転位密度を制御できる。
(Example)
The GaN semiconductor laser according to the present embodiment is fabricated on a GaN wafer formed from a GaN crystal grown by the A-DEEP method on a mask layer having a stripe pattern formed on a GaAs wafer. . The GaN wafer includes polar stripe-shaped regions oriented in the c-axis direction. This region is crystal-grown as a V-shaped valley due to the facet surface of GaN, and thereby the dislocation density can be controlled by collecting dislocations at the bottom of the V-shaped valley.

大きなオフ角度を有した異種の下地スタート基板上に成長されたGaN結晶からGaNウエハを作製する。GaN成長では、この下地のオフ角と同じオフ角度のGaN結晶が成長される。この結晶成長において、極性反転したGaN領域はc軸方向に成長していく。このように成長されたGaN結晶を下地スタート基板の主面に直交する軸に平行な面に沿ってスライスして、表面研磨を施して平坦な主面を有するGaNウエハを形成する。このGaNウエハにおける極性反転領域は、GaNウエハの主面に対して上記のオフ角度で傾いている。   A GaN wafer is fabricated from GaN crystals grown on different kinds of underlying start substrates having large off angles. In the GaN growth, a GaN crystal having the same off angle as the off angle of the base is grown. In this crystal growth, the polarity-inverted GaN region grows in the c-axis direction. The GaN crystal thus grown is sliced along a plane parallel to an axis orthogonal to the main surface of the underlying start substrate, and surface polishing is performed to form a GaN wafer having a flat main surface. The polarity inversion region in the GaN wafer is inclined at the above-mentioned off angle with respect to the main surface of the GaN wafer.

このGaNウエハを用いて、半導体レーザ素子を作製した。まず、GaNウエハ上に有機金属気相成長法等の結晶成長法により、複数の窒化物系半導体層のエピタキシャル成長を行った。例えば、n型GaN系半導体層を成長した後に、n型窒化ガリウム系クラッド層を成長し、多重量子構造を形成するために井戸層及び障壁層等を含む活性層を成長した。この多重量子構造上に、電子ブロック層、p型窒化ガリウム系クラッド層、及びp型窒化ガリウム系コンタクト層を成長してエピタキシャル多層膜を有するエピタキシャルウエハを形成した。さらに、ストライプパターンを有するフォトレジストの形成後にエッチングのエピタキシャル多層膜を行って、レーザリッジ構造を形成した。レーザリッジ構造上に開口を有する絶縁膜を形成した後に、レーザリッジ構造上にアノード電極を形成すると共に、ウエハ裏面にカソード電極を形成した。このレーザリッジ構造は、ストライプ状の極性反転領域に平行にかつ、極性反転領域を避けて形成された。この半導体レーザチップは、鏡面状の共振面のための劈開面を有する。この共振器を作製するために、m面である{1−100}面で劈開を行って半導体レーザ片を作製した。このm面は、レーザリッジ構造及び極性反転領域が延びるm軸方向に垂直である。   A semiconductor laser device was manufactured using this GaN wafer. First, a plurality of nitride-based semiconductor layers were epitaxially grown on a GaN wafer by a crystal growth method such as metal organic chemical vapor deposition. For example, after growing an n-type GaN-based semiconductor layer, an n-type gallium nitride-based cladding layer is grown, and an active layer including a well layer and a barrier layer is grown to form a multiple quantum structure. An epitaxial wafer having an epitaxial multilayer film was formed by growing an electron block layer, a p-type gallium nitride based cladding layer, and a p-type gallium nitride based contact layer on the multiple quantum structure. Further, after forming a photoresist having a stripe pattern, an epitaxial multilayer film was formed by etching to form a laser ridge structure. After forming an insulating film having an opening on the laser ridge structure, an anode electrode was formed on the laser ridge structure and a cathode electrode was formed on the back surface of the wafer. This laser ridge structure was formed in parallel to the striped polarity inversion region and avoiding the polarity inversion region. This semiconductor laser chip has a cleavage plane for a mirror-like resonance surface. In order to produce this resonator, a semiconductor laser piece was produced by cleaving on the {1-100} plane which is the m plane. The m-plane is perpendicular to the m-axis direction in which the laser ridge structure and the polarity inversion region extend.

また、このGaNウエハを用いた場合には、最終のIII族窒化物半導体レーザとして半導体レーザ片を分離するために、m面の劈開面以外では、極性反転した領域をダイシングして側面を形成して、個々の半導体レーザを作製した。   In addition, when this GaN wafer is used, in order to separate the semiconductor laser piece as the final group III nitride semiconductor laser, the polarity-reversed region is diced to form the side surface except for the cleaved surface of the m-plane. Thus, individual semiconductor lasers were manufactured.

また、図3は、c面、m面及び半極性面のGaNウエハ上に作製されたGaN系半導体レーザの特性を示す図面である。半極性面上に作製されたIII族窒化物半導体レーザは、非極性面上に作製されたIII族窒化物半導体レーザと比較して、大きな特性差を示さないことが判明した。半極性面上に作製されたIII族窒化物半導体レーザは、レーザ素子として十分な特性を有しており、また極性面上のレーザ素子と比較して、ピエゾ分極の影響が低減された特性を有する。この様にして作製されたIII族窒化物半導体レーザは、非極性面では無く半極性面を有するけれども、図3に示されるように、半極性面(28度のオフ角)上に半導体レーザのブルーシフトは十分に小さい。   FIG. 3 is a drawing showing the characteristics of a GaN-based semiconductor laser fabricated on a c-plane, m-plane, and semipolar plane GaN wafer. It has been found that the group III nitride semiconductor laser fabricated on the semipolar plane does not show a large difference in characteristics compared to the group III nitride semiconductor laser fabricated on the nonpolar plane. The group III nitride semiconductor laser fabricated on the semipolar plane has sufficient characteristics as a laser element, and has the characteristics that the influence of piezoelectric polarization is reduced compared to the laser element on the polar plane. Have. Although the III-nitride semiconductor laser fabricated in this way has a semipolar plane instead of a nonpolar plane, as shown in FIG. 3, the semiconductor laser on the semipolar plane (off angle of 28 degrees) is shown in FIG. The blue shift is small enough.

具体的な実施例を説明する。半導体レーザ素子の作製に用いるGaNウエハは、ストライプ型のA−DEEP法で作製された。このGaNウエハはn型導電性を有し、ストライプ方向は、<1−100>方向(m軸方向)であり、この方向に伸びるように、低転位密度領域、高転位密度領域、ストライプ形状の極性反転領域が平行に並んで交互に配列されている。また、このGaNウエハの主面は、c面に対して<11−20>方向(つまり、A軸の方向)に20度〜40度のオフ角を有している。極性反転領域間での転位密度分布は、極性反転領域の中心部が最も低転位密度となっている。この極性反転領域及びその間の低転位密度領域が現れたウエハ主面上にレーザ構造(エピタキシャル積層構造)を成長して、エピタキシャルウエハを作製する。次いで、窒化ガリウム系半導体からなるエピタキシャル積層構造及びn型導電性GaNウエハを含むエピタキシャルウエハの上面及び下面にそれぞれp側電極及びn側電極を形成して、基板生産物を作製する。半導体レーザ素子の共振面は、劈開面のm面であり、GaNウエハの主面に対して、ほぼ垂直である。基板生産物から、レーザバーを作成した後に、レーザバーを分割して個々のレーザ素子を形成する。基本的には極性反転領域内の位置で分割することが好ましい。極性反転領域で分割すると、半導体レーザの両側面に反転領域が存在している場合がある。この極性反転領域は、半導体レーザのGaN基板の主面に垂直な断面からオフ角度と同じ角度αで傾いて、GaN基板の主面から裏面に延びている。分割の際に極性反転領域をダイシングソーで切断するとき、切断によるロス(切りしろ)により、極性反転領域が半導体レーザから消失してしまうこともある。また、極性非反転領域の中央で分割し、極性反転領域の間に2個のレーザ素子を取ることもできる。特性評価の結果、上記の様に作製された半導体レーザ素子は、ピエゾ分極の影響が大きく低減され、良好な特性を有していることが示された。電流注入量の増加に伴って生じる波長変化量(blue shift)は、極性面である(0001)面(c面)上のレーザ素子構造の波長変化量に比べて、10%から30%程度に低減され、良好な特性を有していた。   A specific embodiment will be described. A GaN wafer used for manufacturing a semiconductor laser device was manufactured by a stripe A-DEEP method. This GaN wafer has n-type conductivity, and the stripe direction is the <1-100> direction (m-axis direction). The low dislocation density region, the high dislocation density region, and the stripe shape extend in this direction. The polarity inversion regions are alternately arranged in parallel. The main surface of the GaN wafer has an off angle of 20 degrees to 40 degrees in the <11-20> direction (that is, the A-axis direction) with respect to the c-plane. In the dislocation density distribution between the polarity inversion regions, the center of the polarity inversion region has the lowest dislocation density. An epitaxial wafer is manufactured by growing a laser structure (epitaxial multilayer structure) on the main surface of the wafer where the polarity inversion region and the low dislocation density region between them appear. Next, a p-side electrode and an n-side electrode are formed on the upper and lower surfaces of the epitaxial wafer including the epitaxial multilayer structure made of a gallium nitride semiconductor and the n-type conductive GaN wafer, respectively, to produce a substrate product. The resonant surface of the semiconductor laser element is the c-plane m-plane and is substantially perpendicular to the main surface of the GaN wafer. After producing the laser bar from the substrate product, the laser bar is divided to form individual laser elements. Basically, it is preferable to divide at a position in the polarity inversion region. When the polarity inversion region is divided, inversion regions may exist on both side surfaces of the semiconductor laser. This polarity inversion region is inclined at an angle α equal to the off-angle from a cross section perpendicular to the main surface of the GaN substrate of the semiconductor laser, and extends from the main surface of the GaN substrate to the back surface. When the polarity reversal region is cut with a dicing saw during division, the polarity reversal region may disappear from the semiconductor laser due to a loss (cutting off) due to cutting. It is also possible to divide at the center of the polarity non-inversion region and take two laser elements between the polarity inversion regions. As a result of the characteristic evaluation, it was shown that the semiconductor laser device manufactured as described above has a good characteristic with greatly reduced influence of piezoelectric polarization. The amount of wavelength change (blue shift) that accompanies an increase in current injection amount is about 10% to 30% compared to the amount of wavelength change of the laser element structure on the (0001) plane (c-plane) that is the polar plane. Reduced and had good properties.

このように、半導体レーザ素子は、窒化ガリウム基板の主面上に作製され、この主面はc面からa軸方向に20度から45度傾斜した結晶面を有する。半導体レーザ素子は、m面の劈開面を共振面として使用し、ストライプ状のレーザ活性層が低転位密度領域に形成され、高転位密度領域がレーザ活性層と離れて平行にかつ共振面に垂直方向に設けられている。n型導電性を有したGaN基板の裏面にn側電極が設けられ、ストライプ状のレーザ活性層上のp型窒化ガリウム系半導体層上にp側電極が設けられている。III族窒化物半導体レーザ素子は、工業生産の可能な量産性及び優れた電気的特性を有する。   Thus, the semiconductor laser device is fabricated on the main surface of the gallium nitride substrate, and this main surface has a crystal plane inclined from 20 degrees to 45 degrees in the a-axis direction from the c plane. The semiconductor laser device uses an m-plane cleavage plane as a resonance surface, a stripe-shaped laser active layer is formed in a low dislocation density region, and the high dislocation density region is separated from the laser active layer in parallel and perpendicular to the resonance surface. In the direction. An n-side electrode is provided on the back surface of the GaN substrate having n-type conductivity, and a p-side electrode is provided on the p-type gallium nitride based semiconductor layer on the stripe-shaped laser active layer. The group III nitride semiconductor laser device has mass productivity capable of industrial production and excellent electrical characteristics.

下記の通り、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製した。まず、GaN基板の準備を行った。下地基板について説明する。GaAs(111)ウエハを下地スタート基板として用いた。ただし、当該下地基板の表面の法線ベクトルに対し、結晶方位<111>が<1−10>方向に0度、15度、20度、25度、30度、35度、40度の角度で傾斜したGaAsウエハを準備した。それぞれの傾斜角において、<11−2>軸方向には−1〜+1度以内の傾斜のGaAsウエハ、絶対値2度程度の傾斜のGaAsウエハの2種類を準備した。即ち、14種類のGaAsウエハを用いてデバイスの作製を行った。これらの下地スタート基板の表面に、A−DEEP法のためのパターンを有するマスク層を形成した。マスク層のパターンは、例えばストライプ状を有する。このマスク層は、例えば酸化シリコン(SiO)からなる。マスク層のストライプ状パターンの幅は、50μmであり、繰り返しピッチを400μmとした。 A group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment was fabricated as follows. First, a GaN substrate was prepared. The base substrate will be described. A GaAs (111) wafer was used as the base start substrate. However, with respect to the normal vector of the surface of the base substrate, the crystal orientation <111> is at angles of 0 degrees, 15 degrees, 20 degrees, 25 degrees, 30 degrees, 35 degrees, and 40 degrees in the <1-10> direction. An inclined GaAs wafer was prepared. At each inclination angle, two types were prepared: a GaAs wafer having an inclination of −1 to +1 degrees and a GaAs wafer having an inclination of about 2 degrees in the <11-2> axis direction. That is, a device was fabricated using 14 types of GaAs wafers. A mask layer having a pattern for the A-DEEP method was formed on the surface of these base start substrates. The pattern of the mask layer has a stripe shape, for example. This mask layer is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ). The width of the stripe pattern of the mask layer was 50 μm, and the repetition pitch was 400 μm.

次いで、成長条件について説明する。上述の14種類の下地スタート基板の表面上に、HVPE法により下地基板の表面上にGaN結晶を成長した。GaN結晶を形成しために用いた成長条件を以下に示す。結晶成長の最初に、比較的低温で薄いバッファ層を成長した。このバッファ層の成膜条件として、摂氏500度の成膜温度、100Pa(1×10−3atm)のHClの分圧、10000Pa(0.1atm)のNHの分圧を用いて、60分の成膜を行った。バッファ層の厚みは60nmであった。その後、高温で、バッファ層上に厚いGaNエピタキシャル膜を成長して、エピタキシャル結晶生産物を作製した。GaNエピタキシャル厚膜の成膜条件として、摂氏1010度の成膜温度、3000Pa(3×10−2atm)のHCl分圧を、20000Pa(0.2atm)のNH分圧を用いて、100時間の成膜を行った。エピタキシャル結晶層の厚みが10mmであった。 Next, growth conditions will be described. A GaN crystal was grown on the surface of the base substrate by the HVPE method on the surface of the above-mentioned 14 types of base substrate. The growth conditions used to form the GaN crystal are shown below. At the beginning of crystal growth, a thin buffer layer was grown at a relatively low temperature. As the buffer layer deposition conditions, a deposition temperature of 500 degrees Celsius, a partial pressure of HCl of 100 Pa (1 × 10 −3 atm), and a partial pressure of NH 3 of 10,000 Pa (0.1 atm) are used for 60 minutes. The film was formed. The thickness of the buffer layer was 60 nm. Thereafter, a thick GaN epitaxial film was grown on the buffer layer at a high temperature to produce an epitaxial crystal product. As a film forming condition of the GaN epitaxial thick film, a film forming temperature of 1010 degrees Celsius, an HCl partial pressure of 3000 Pa (3 × 10 −2 atm), and an NH 3 partial pressure of 20000 Pa (0.2 atm) are used for 100 hours. The film was formed. The thickness of the epitaxial crystal layer was 10 mm.

しかしながら、オフ角40度のウエハを用いた成長においては、このオフ角のウエハでは、成膜毎に表面のモフォロジが変化し、安定な成長が行えなかった。しかしながら、比較的良好な表面のモフォロジを有するGaN結晶を選別した。   However, in the growth using a wafer with an off angle of 40 degrees, the surface morphology of the wafer with the off angle changes every time the film is formed, and stable growth cannot be performed. However, GaN crystals with relatively good surface morphology were selected.

GaN結晶の作成を説明する。その後、エピタキシャル結晶生産物のエッチングにより、GaNエピタキシャル厚膜からGaAs基板を除去した。このようにして、図4に示されるような10mmの厚みのGaN結晶55を得た。GaN結晶55は、交互に配列された極性反転領域55a及び極性非反転領域55bを含む。このGaN結晶55を、図4の一点鎖線で示される基準面R1に沿って、ワイヤーソーを用いて厚み400μmにスライスすると共に、その表面を研磨することによりGaNウエハを作製した。基準面R1は、ベクトルr1と(m軸の方向を示す)ベクトルmによって規定される。GaNウエハの主面の法線n1とc軸Cとの成す角度α1がオフ角である。基板評価について説明する。X線回折法により、これらのGaNウエハの主面は下地GaAs基板のオフ角度と同じオフ角度を有することを確認した。   The creation of the GaN crystal will be described. Thereafter, the GaAs substrate was removed from the GaN epitaxial thick film by etching the epitaxial crystal product. In this way, a GaN crystal 55 having a thickness of 10 mm as shown in FIG. 4 was obtained. The GaN crystal 55 includes polarity inversion regions 55a and polarity non-inversion regions 55b that are alternately arranged. The GaN crystal 55 was sliced to a thickness of 400 μm using a wire saw along the reference plane R1 indicated by the one-dot chain line in FIG. 4, and the surface was polished to prepare a GaN wafer. The reference plane R1 is defined by a vector r1 and a vector m (indicating the direction of the m-axis). An angle α1 formed between the normal line n1 of the main surface of the GaN wafer and the c-axis C is an off-angle. Substrate evaluation will be described. It was confirmed by X-ray diffraction that the main surfaces of these GaN wafers had the same off angle as the off angle of the underlying GaAs substrate.

より大きなオフ角のGaNウエハを得るために、A−DEEP法によるエピタキシャル成長により成長された大きなオフ角度のGaN結晶を形成した後に、図4の一点鎖線によって示される基準面R2に沿って、基準面R1に対して角度を付けて斜めにGaN結晶をスライスして加工することも可能である。基準面R2は、ベクトルr2とベクトルmによって規定される。GaNウエハの主面の法線n2とc軸との成す角度α2(>α1)を大きくできる。   In order to obtain a larger off-angle GaN wafer, after forming a large off-angle GaN crystal grown by epitaxial growth by the A-DEEP method, a reference plane along the reference plane R2 indicated by the one-dot chain line in FIG. It is also possible to slice and process the GaN crystal at an angle with respect to R1. The reference plane R2 is defined by a vector r2 and a vector m. The angle α2 (> α1) formed between the normal line n2 of the main surface of the GaN wafer and the c-axis can be increased.

カソードルミネッセンス(CL)により転位密度を観察すると、下地GaAs基板上のマスク層のストライプ状パターンに対応して、高転位密度のGaN領域であるストライプ状の極性反転領域が400μmの間隔で配列している様子が観察された。極性反転領域の間には、低転位密度の領域が観察された。また、これら12種類のGaNウエハの主面のオフ角度は、<1−100>方向に関して、ほぼ−1度から+1度以内或いは−1度から−2度及び+1度から+2度であって、また<11−20>方向には、ほぼ0度、15度、20度、25度、30度、35度、40度のオフ角度を有していた。故に、作製されたGaNウエハ全てのオフ角は初期の下地GaAs基板の表面のオフ角度を反映していることを確認できた。また、これらのGaNウエハをカソードルミネッセンス法の測定結果において、ストライプ状の明確な極性反転領域が観察された。また、カソードルミネッセンスの測定結果において、隣り合う極性反転領域の間のほぼ中央部分に、帯状のコントラストの暗い領域が明確に観察された。この領域の幅は、変動しており、狭いところも広いところもある。狭い部分の幅はほとんどゼロであり、広い部分の幅は250μm程度あった。平均した幅は、5mm長における等間隔10点平均幅測定の結果、100μm程度であった。   When dislocation density is observed by cathodoluminescence (CL), stripe-like polarity inversion regions, which are GaN regions with high dislocation density, are arranged at intervals of 400 μm corresponding to the stripe pattern of the mask layer on the underlying GaAs substrate. I was observed. A region of low dislocation density was observed between the polarity inversion regions. The off-angles of the main surfaces of these 12 types of GaN wafers are about −1 to +1 degrees or −1 to −2 degrees and +1 to +2 degrees with respect to the <1-100> direction, Further, in the <11-20> direction, there were off-angles of almost 0 degrees, 15 degrees, 20 degrees, 25 degrees, 30 degrees, 35 degrees, and 40 degrees. Therefore, it was confirmed that the off angles of all the produced GaN wafers reflected the off angle of the surface of the initial base GaAs substrate. Further, in the measurement result of the cathode luminescence method for these GaN wafers, a stripe-like clear polarity inversion region was observed. Further, in the measurement result of the cathodoluminescence, a band-like dark region of contrast was clearly observed in the substantially central portion between adjacent polarity inversion regions. The width of this region varies and can be narrow or wide. The width of the narrow portion was almost zero, and the width of the wide portion was about 250 μm. The average width was about 100 μm as a result of 10-point average width measurement at an equal interval in a length of 5 mm.

また、マイクロρ測定により、ウエハのバルク比抵抗を測定した。その結果、極性反転領域の間の暗いコントラストの領域は、高い比抵抗を示し、例えば0.2Ω・cmであった。この領域の比抵抗の値は4×10−2Ω・cm〜5×10Ω・cmの範囲にあった。それ以外の領域は低い比抵抗を示し、例えば、8×10−3Ω・cmであった。この領域の比抵抗の値は、5×10−3Ω・cmから3×10−2Ω・cmにあった。 Further, the bulk specific resistance of the wafer was measured by micro rho measurement. As a result, the dark contrast region between the polarity inversion regions showed a high specific resistance, for example, 0.2 Ω · cm. The specific resistance value in this region was in the range of 4 × 10 −2 Ω · cm to 5 × 10 6 Ω · cm. The other region showed a low specific resistance, for example, 8 × 10 −3 Ω · cm. The value of the specific resistance in this region was from 5 × 10 −3 Ω · cm to 3 × 10 −2 Ω · cm.

レーザ素子の作製について説明する。さらに、これら14種類のGaNウエハ上に、有機金属気相成長(MOVPE)法によりエピタキシャル成長を行って窒化ガリウム系半導体膜の積層を作製した。積層は、n型バッファ層、n型クラッド層、MQW活性層、電子ブロック層、p型クラッド層、p型コンタクト層を含んでいた。具体的には、
基板:GaNウエハ
n型バッファ層:n-AlGaN(20nm)
n型クラッド層:n-GaN(2μm)
MQW活性層:InGaN井戸層(5nm)/InGaN障壁層(15nm)の6MQW
電子ブロック層:p-AlGaN層(20nm)
p型クラッド層:p-GaN層(25nm)
p型コンタクト層:p+-GaN層(25nm)
である。
The production of the laser element will be described. Further, epitaxial growth was performed on these 14 types of GaN wafers by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) to produce a gallium nitride based semiconductor film stack. The stack included an n-type buffer layer, an n-type cladding layer, an MQW active layer, an electron block layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer. In particular,
Substrate: GaN wafer n-type buffer layer: n-AlGaN (20 nm)
n-type cladding layer: n-GaN (2μm)
MQW active layer: 6MQW of InGaN well layer (5nm) / InGaN barrier layer (15nm)
Electron blocking layer: p-AlGaN layer (20 nm)
p-type cladding layer: p-GaN layer (25 nm)
p-type contact layer: p + -GaN layer (25 nm)
It is.

その後、フォトリソグラフィによりマスクを形成した後に、ドライエッチング法により上記の積層を加工して、ストライプ型のレーザリッジ構造を形成した。このレーザリッジ構造は、隣り合うストライプ状の極性反転領域の間の極性非反転領域上に極性反転領域の方向に延びるように、例えば極性非反転領域に平行に形成した。レーザリッジ構造を保護する絶縁膜を形成した後に、レーザリッジ構造の最上層のp型導電層に合わせて開口を形成した。p型導電層に電気的に接続されるp側電極をp型導電層及び絶縁膜上に形成すると共に、GaNウエハ裏面上にn側電極を形成した。これによって、複数の窒化ガリウム系半導体レーザ素子が得られた。   Then, after forming a mask by photolithography, the above-described lamination was processed by a dry etching method to form a stripe type laser ridge structure. This laser ridge structure was formed in parallel with the polarity non-inversion region, for example, so as to extend in the direction of the polarity inversion region on the polarity non-inversion region between adjacent stripe-like polarity inversion regions. After forming an insulating film for protecting the laser ridge structure, an opening was formed in accordance with the uppermost p-type conductive layer of the laser ridge structure. A p-side electrode electrically connected to the p-type conductive layer was formed on the p-type conductive layer and the insulating film, and an n-side electrode was formed on the back surface of the GaN wafer. As a result, a plurality of gallium nitride based semiconductor laser elements were obtained.

これらの窒化ガリウム系半導体レーザ素子の評価結果を説明する。数個の半導体レーザ素子の電極を剥がした後に、カソードルミネッセンスにより半導体レーザ素子のエピタキシャル層の表面を観察した。カソードルミネッセンスによりエピタキシャル層の貫通転位を観察した。カソードルミネッセンス像において黒点として観察される貫通転位を測定して貫通転位密度を見積もった。貫通転位密度の測定結果によると、ストライプ型の極性反転領域の間に位置する極性非反転領域は低転位であり、その貫通転位密度は、多いところでも1×10cm−2以下であった。半導体レーザ素子によっては、ほとんど転位がないものもあり、この領域の貫通転位密度は1×10cm−2程度と考えられる。レーザリッジ構造は、この低転位領域に形成されていた。一方、極性反転領域に近いところでは、1×10cm−2から1×10cm−2の貫通転位密度の領域がしばしば観測された。しかしながら、半導体レーザ素子によっては、極性反転領域の近いところでも、全く貫通転位が観察されない低転位の領域もあった。これらの半導体レーザ素子は、大きなオフ角度を有し、かつ、低転位密度のレーザ素子である。図5は、高転位密度領域(コア)の間の転位密度分布の一例を示す。横軸の座標0μm及び400μmの位置に幅30μmの高転位密度領域Hがあり、高転位密度領域Hの間に低転位密度領域Lが位置する。転位密度の分布線Dによれば、転位密度は、両側の高転位密度領域Hから単調に減少しており、ほぼ中央で転位密度の最小値を示している。高転位密度領域Hの転位密度は低転位密度領域Lの転位密度よりも大きい。また、高転位密度領域Hの比抵抗は低く、低転位密度領域Lの比抵抗は高い。 The evaluation results of these gallium nitride based semiconductor laser elements will be described. After peeling off the electrodes of several semiconductor laser elements, the surface of the epitaxial layer of the semiconductor laser elements was observed by cathodoluminescence. The threading dislocations in the epitaxial layer were observed by cathodoluminescence. The threading dislocation density observed as black spots in the cathodoluminescence image was measured to estimate the threading dislocation density. According to the measurement result of the threading dislocation density, the polarity non-inversion region located between the stripe-type polarity inversion regions is a low dislocation, and the threading dislocation density is 1 × 10 6 cm −2 or less at most. . Some semiconductor laser elements have almost no dislocations, and the threading dislocation density in this region is considered to be about 1 × 10 2 cm −2 . The laser ridge structure was formed in this low dislocation region. On the other hand, in the vicinity of the polarity inversion region, a region having a threading dislocation density of 1 × 10 6 cm −2 to 1 × 10 8 cm −2 was often observed. However, depending on the semiconductor laser element, there was a low dislocation region where no threading dislocation was observed even near the polarity inversion region. These semiconductor laser elements are laser elements having a large off angle and a low dislocation density. FIG. 5 shows an example of a dislocation density distribution between high dislocation density regions (cores). There is a high dislocation density region H having a width of 30 μm at the coordinates of 0 μm and 400 μm on the horizontal axis, and a low dislocation density region L is located between the high dislocation density regions H. According to the dislocation density distribution line D, the dislocation density monotonously decreases from the high dislocation density regions H on both sides, and shows the minimum value of the dislocation density at approximately the center. The dislocation density in the high dislocation density region H is larger than the dislocation density in the low dislocation density region L. The specific resistance of the high dislocation density region H is low, and the specific resistance of the low dislocation density region L is high.

次いで、電極を剥がしていない残りの半導体レーザ素子に電流を流し、エレクトロルミネッセンスによる発光特性を調査した。14種類全部の半導体レーザ素子について調査を行った。   Next, a current was passed through the remaining semiconductor laser element from which the electrode was not peeled, and the light emission characteristics by electroluminescence were investigated. All 14 types of semiconductor laser devices were investigated.

まずは、<1−100>方向に付けた微小なオフ角度1度以内の半導体レーザ素子LD及びオフ角度2度程度の半導体レーザ素子LDに電流注入して発光輝度を比較した。その結果、半導体レーザ素子LDより、半導体レーザ素子LDが輝度が高く、<1−100>方向に付けた角度は小さいことが好ましいことが判った。 First, we compared the emission brightness and the current injected into the semiconductor laser device LD 2 of the semiconductor laser device LD about 1 and the off-angle twice within the <1-100> small off-angle once attached to the directions. As a result, a semiconductor laser device LD 2, the semiconductor laser device LD 1 has a higher brightness was found to be preferable that the angle with the <1-100> direction small.

次に、<1−100>方向に付けた微小なオフ角度1度以内の半導体レーザ素子において、<11−20>方向のオフ角度の0度、15度、20度、25度、30度、35度、40度をそれぞれ有する半導体レーザ素子LD(0)、LD(15)、LD(20)、LD(25)、LD(30)、LD(35)、LD(40)を準備した。これらの半導体レーザ素子の発光特性をエレクトロルミネッセンスにより比較した。また、電流注入量を上げていった場合の、ブルーシフト(blue shift)による発光波長の変化量も測定した。その結果、上記の半導体レーザ素子LD(0)〜LD(40)において、電流注入200mAにおける波長変化率として、以下の値が得られた。波長変化率は、上記の半導体レーザ素子LD(0)〜LD(40)における発光波長の変化量△λBS(0)〜△λBS(40)を半導体レーザ素子X(0)の変化量△λBS(0)で規格化した値である。オフ角度(deg)と波長変化量(%)との対応は、(角度0°、変化量100%)、(角度15°、変化量82%)、(角度20°、変化量50%)、(角度25°、変化量32%)、(角度30°、変化量17%)、(角度35°、変化量6%)、(角度40°、変化量5%)である。これらの結果より、オフ角度を大きくしていくにつれて、波長変化量△λBSが低減し、ブルーシフトによる影響が少なくなっていることが確認された。即ち、分極の影響が低減された。この波長変化量は、無極性面で無くても、オフ角度が20度以上における低減量が大きいことが示された。発明者らの実験から、20度から45度のオフ角度の半極性面において、ピエゾ分極の低減効果が大きいことが示された。 Next, in the semiconductor laser element with a small off angle of 1 degree or less attached in the <1-100> direction, the off angle in the <11-20> direction is 0 degree, 15 degrees, 20 degrees, 25 degrees, 30 degrees, Semiconductor laser elements LD 1 (0), LD 1 (15), LD 1 (20), LD 1 (25), LD 1 (30), LD 1 (35), LD 1 ( 40) was prepared. The light emission characteristics of these semiconductor laser elements were compared by electroluminescence. In addition, the amount of change in emission wavelength due to blue shift when the current injection amount was increased was also measured. As a result, in the semiconductor laser device LD 1 (0) ~LD 1 ( 40), as a wavelength change rate of the current injection 200 mA, the following values were obtained. Wavelength change rate, the semiconductor laser device LD 1 of the (0) ~LD 1 (40) the variation of the emission wavelength at △ λ BS (0) ~ △ λ BS (40) semiconductor laser element X 1 (0) a This is a value normalized by the change amount Δλ BS (0). Correspondence between off angle (deg) and wavelength change (%) is (angle 0 °, change 100%), (angle 15 °, change 82%), (angle 20 °, change 50%), (Angle 25 °, change 32%), (angle 30 °, change 17%), (angle 35 °, change 6%), (angle 40 °, change 5%). From these results, it was confirmed that as the off-angle was increased, the amount of wavelength change Δλ BS was reduced and the influence of blue shift was reduced. That is, the influence of polarization was reduced. Even if this wavelength change amount is not a nonpolar surface, it has been shown that the reduction amount is large when the off angle is 20 degrees or more. The inventors' experiments have shown that the effect of reducing piezo polarization is large on a semipolar surface with an off angle of 20 degrees to 45 degrees.

上記の半導体レーザ素子の3つの効果について説明する。まず、半導体レーザ素子の素子抵抗について説明する。A−DEEP法によるGaN結晶は、結晶成長時にc面での成長により形成された部分と{11−22}面からなるファセット面での成長により形成された部分とを含み、これらの部分の比抵抗に差が生じる。一般には、c面成長した結晶部分の比抵抗は、ファセット面の成長による結晶部分に比べて高くなる傾向がある。一方、結晶成長はc軸の方向に成長していく。その際、c面ジャスト基板を用いた場合は、隣り合う極性反転領域のちょうど中央部にc面成長の結晶領域を形成しながら成長する。したがって、この成長で作製されたc面ジャストGaNウエハでは、隣り合う極性反転領域の中央に比抵抗の高い結晶部分(c面成長領域)が基板の主面に垂直に延びる。このGaNウエハ上に半導体レーザ素子を作製するとき、GaNウエハの表面にGaN系半導体のエピタキシャル成長がなされる。そして、隣り合う極性反転領域の中央にレーザリッジ構造が形成される。レーザリッジ構造の直下に、高い比抵抗の結晶部分(c面成長領域)が位置する。これ故に、半導体レーザ素子の電流経路の抵抗値が大きく、レーザ動作時の順方向電圧Vfが上昇する。   Three effects of the semiconductor laser element will be described. First, the element resistance of the semiconductor laser element will be described. The GaN crystal by the A-DEEP method includes a portion formed by growth on the c-plane during crystal growth and a portion formed by growth on the facet plane consisting of {11-22} plane, and the ratio of these portions There is a difference in resistance. In general, the specific resistance of the crystal part grown on the c-plane tends to be higher than that of the crystal part due to the growth of the facet plane. On the other hand, crystal growth grows in the c-axis direction. At this time, when a c-plane just substrate is used, the crystal grows while forming a crystal region for c-plane growth at the exact center of adjacent polarity inversion regions. Therefore, in the c-plane just GaN wafer produced by this growth, a crystal portion (c-plane growth region) having a high specific resistance extends perpendicularly to the main surface of the substrate in the center of adjacent polarity inversion regions. When a semiconductor laser device is fabricated on this GaN wafer, a GaN-based semiconductor is epitaxially grown on the surface of the GaN wafer. A laser ridge structure is formed at the center of the adjacent polarity inversion regions. A high resistivity crystal portion (c-plane growth region) is located immediately below the laser ridge structure. For this reason, the resistance value of the current path of the semiconductor laser element is large, and the forward voltage Vf during laser operation increases.

しかしながら、上記のような半極性面を有するGaNウエハ上に半導体レーザ素子を形成するとき、GaNウエハの主面そのものが大きなオフ角度を有しているので、高い比抵抗のGaN結晶領域(c面成長領域)が、レーザリッジ構造の直下に基板主面から垂直に延びることなく、大きなオフ角度と同じ角度でレーザリッジ構造の直下から傾いて延びている。また、これと同様に、極性反転領域もGaNウエハの主面から大きなオフ角度と同じ角度で傾いて延びて、レーザリッジ構造とウエハ裏面との間に位置するGaN結晶領域に近づいてくる。故に、レーザリッジ構造から流れ出た電流は、GaNウエハ内に拡がって、高い比抵抗のc面成長領域だけでなく低抵抗の極性反転領域も通過した後に、ウエハ裏面のn側電極に到達する。好適な例では、レーザリッジ構造とウエハ裏面との間に位置するGaN結晶領域は、高い比抵抗のc面成長領域だけでなく、低抵抗の極性反転領域も含まれる。その結果、電流経路の抵抗値が下がり、レーザ動作時の順方向電圧Vfを低減できる。   However, when a semiconductor laser device is formed on a GaN wafer having a semipolar surface as described above, the main surface of the GaN wafer itself has a large off angle, so that a high resistivity GaN crystal region (c-plane) The growth region does not extend perpendicularly from the main surface of the substrate directly below the laser ridge structure, but extends obliquely from directly below the laser ridge structure at the same angle as the large off-angle. Similarly, the polarity inversion region also extends from the main surface of the GaN wafer with an inclination that is the same as the large off angle, and approaches the GaN crystal region located between the laser ridge structure and the back surface of the wafer. Therefore, the current flowing out of the laser ridge structure spreads in the GaN wafer and reaches the n-side electrode on the back surface of the wafer after passing through not only the high resistivity c-plane growth region but also the low resistance polarity reversal region. In a preferred example, the GaN crystal region located between the laser ridge structure and the wafer back surface includes not only a high resistivity c-plane growth region but also a low resistance polarity reversal region. As a result, the resistance value of the current path decreases, and the forward voltage Vf during laser operation can be reduced.

次いで、バックグラインド時の割れ発生が抑制されることについて説明する。半導体レーザ素子の製造には、エピタキシャル成長後に、GaNウエハの裏面をバックグラインディングして、ウエハ厚を薄くする工程がある。ウエハ厚を小さくすると、次の工程に行われる劈開を容易にするためである。この劈開により、レーザバーが形成される。この工程において、大きくオフ角度を有したGaNウエハを使用することによって、c面ジャストのGaNウエハに比べて、ウエハ割れの発生率の大きな低下が見られた。本実施の形態のようなオフ角を有するGaNウエハを用いて、半導体レーザ素子を作成する事で割れ発生頻度が下がり、低コスト化が可能である。   Next, suppression of cracking during back grinding will be described. In manufacturing a semiconductor laser device, there is a step of thinning the wafer by back-grinding the back surface of the GaN wafer after epitaxial growth. This is because when the wafer thickness is reduced, the cleavage performed in the next step is facilitated. By this cleavage, a laser bar is formed. In this step, the use of a GaN wafer having a large off angle significantly reduced the rate of wafer cracking compared to a c-plane just GaN wafer. By using a GaN wafer having an off-angle as in the present embodiment to produce a semiconductor laser element, the frequency of cracks can be reduced and the cost can be reduced.

三番目に、劈開性改善について説明する。半導体レーザ素子の製造では、電極が形成された基板生産物を劈開面で劈開してバー状の半導体片を作製する。これは、劈開により、鏡面状の劈開面を形成する重要な工程がある。一般に、A−DEEP法によるGaN結晶のウエハを用いるとき、この劈開面はm面{1−100}である。A−DEEP法によるGaN結晶のc面ジャストGaNウエハに比べて、本実施の形態のような大きなオフ角度を有するGaNウエハを用いるとき、この劈開工程の歩留まりが上昇した。これは、極性反転領域が劈開の伝播の進行方向に対して斜めに入ることによって、劈開の際に伝播している劈開面の周辺の応力状況が変化しているからであると考えられる。   Third, the improvement of cleavage is explained. In the manufacture of a semiconductor laser device, a substrate product on which electrodes are formed is cleaved at a cleavage plane to produce a bar-shaped semiconductor piece. This is an important process for forming a mirror-like cleavage surface by cleavage. In general, when a GaN crystal wafer by A-DEEP method is used, this cleavage plane is m-plane {1-100}. Compared with a c-plane just GaN wafer of GaN crystal by A-DEEP method, when using a GaN wafer having a large off angle as in this embodiment, the yield of this cleavage process increased. This is presumably because the state of stress around the cleavage plane propagating at the time of cleavage changes due to the polarity inversion region entering obliquely with respect to the traveling direction of the propagation of cleavage.

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。   While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.

窒化物系化合物半導体からなるレーザは、既に、高密度光ディスクの情報読み取り、書き込み用の青紫色レーザが市場に出ている。これらの半導体レーザは、導電性のGaNウエハを用いて製造されている。GaNウエハのためのGaN結晶は、異種基板の上にHVPE法と呼ばれる気相成長法によって、ヘテロエピタキシャル成長により結晶成長される。この後に、異種基板を分離することによりGaN結晶が得られる。商業的に利用可能なこれまでのGaNウエハの主面は、すべてc面である。しかしながら、これらのGaN結晶は、ヘテロエピタキシャル成長を用いるので、下地の異種基板とGaN結晶との間に大きな結晶格子のミスマッチに起因して、多量の転位欠陥を含んでいる。また、長寿命化、高出力化といったレーザ特性を向上させるためには、基板結晶中の転位欠陥を低減する必要がある。高い転位欠陥密度の結晶を用いる半導体レーザでは、レーザ寿命は短くなり、転位結果密度の低減は、レーザ寿命を伸ばすためには必要である。   As a laser made of a nitride compound semiconductor, a blue-violet laser for reading and writing information on a high-density optical disk has already been put on the market. These semiconductor lasers are manufactured using a conductive GaN wafer. A GaN crystal for a GaN wafer is grown on a heterogeneous substrate by heteroepitaxial growth by a vapor phase growth method called HVPE. Thereafter, a GaN crystal is obtained by separating the heterogeneous substrate. The main surface of all commercially available GaN wafers so far is the c-plane. However, since these GaN crystals use heteroepitaxial growth, they contain a large amount of dislocation defects due to a large crystal lattice mismatch between the underlying heterogeneous substrate and the GaN crystal. Further, in order to improve laser characteristics such as long life and high output, it is necessary to reduce dislocation defects in the substrate crystal. In a semiconductor laser using a crystal having a high dislocation defect density, the laser life is shortened, and a reduction in the dislocation result density is necessary to extend the laser life.

例えば、サファイア等の異種基板上に、HVPE法により鏡面状のc面を有するエピタキシャル厚膜を成長し、その後、サファイア基板を除去してGaN自立ウエハを作製した場合、このウエハを使って優れた品質の半導体レーザは出来ない。なぜなら、結晶格子のミスマッチに基づく10cm−2程度以上の密度の転位欠陥が形成されたからである。 For example, when an epitaxial thick film having a mirror-like c-plane is grown on a heterogeneous substrate such as sapphire by HVPE, and then the sapphire substrate is removed to produce a GaN free-standing wafer, this wafer is excellent. Quality semiconductor lasers are not possible. This is because dislocation defects having a density of about 10 7 cm −2 or more based on crystal lattice mismatch were formed.

この転位密度を低減するためにGaNの結晶成長の手法としては、既に、DEEP法及びA−DEEP法が開発されている。これらは、結晶成長時の成長表面形状において、ファセット面からなるファセット構造を形成して維持しながら結晶成長する。これによって、転位欠陥の低減を行う。   In order to reduce the dislocation density, the DEEP method and the A-DEEP method have already been developed as a method for crystal growth of GaN. These crystals grow while forming and maintaining a facet structure composed of facet surfaces in the growth surface shape during crystal growth. Thereby, dislocation defects are reduced.

DEEP法は、例えばHVEP法によるGaN結晶成長の際にファセット面からなるピットを全面に形成して成長することで、ピットの領域に存在する転位欠陥をそのピットの中心(深さ方向の底に当たる)に集める。それによって逆に、その周辺の転位欠陥密度を低減する。こうして得られたGaN結晶には、転位欠陥が集まったピットの中央領域で転位欠陥密度が高く、それ以外の領域で転位欠陥密度が低い。また、この転位欠陥密度の高いピットの底にあたる領域の位置は、ランダムである。   In the DEEP method, for example, when a GaN crystal is grown by the HVEP method, a pit having a facet surface is formed on the entire surface and grown, so that a dislocation defect existing in the pit region hits the center of the pit (the bottom in the depth direction). ) To collect. On the contrary, the density of dislocation defects around it is reduced. In the GaN crystal thus obtained, the dislocation defect density is high in the central region of the pits where dislocation defects are collected, and the dislocation defect density is low in other regions. Further, the position of the region corresponding to the bottom of the pit having a high dislocation defect density is random.

A−DEEP法は更に進んだ手法である。GaNの結晶成長では、結晶成長はc軸方向に成長されるが、結晶のファセット面からなる構造の底(深さ方向で最も深い位置)に当たる領域のc軸方向が逆向きに180度反転している。この極性反転領域を底として、ファセット面からなるピットやV形状の溝を形成して、これを維持しながら結晶成長を行うと共に、結晶成長中に、その極性反転領域に転位欠陥を集める。この極性反転領域に結晶内の転位欠陥を集合させることにより、極性反転領域の周辺の領域の転位欠陥を低減できる。この方法の特徴は、こうして反転領域に転位欠陥の密度が高く、極性反転領域以外の極性非反転領域の転位欠陥密度が低いことである。極性反転領域と極性非反転領域とは明確な境界を有しており、通常の結晶成長の方向であるc軸に平行に伸びて成長する。このDEEP及びA−DEEPの違いは、前者がピットの位置(即ち、転位欠陥の集合場所)がランダムであり、所望する場所に固定できないのに対し、後者は、反転領域の場所を予め決めた所定の場所に固定できる点にある。また、この極性反転領域を形成して成長することによって、ファセット面が安定に維持されたまま成長することができ、より一層の転位密度低減が可能になる。この極性反転領域の存在は非常に重要である。   The A-DEEP method is a more advanced method. In the GaN crystal growth, the crystal growth is grown in the c-axis direction, but the c-axis direction of the region corresponding to the bottom (the deepest position in the depth direction) of the structure composed of the crystal facets is reversed 180 degrees in the reverse direction. ing. Using this polarity reversal region as a bottom, pits and V-shaped grooves formed of facets are formed, and crystal growth is performed while maintaining this, and dislocation defects are collected in the polarity reversal region during crystal growth. By gathering dislocation defects in the crystal in the polarity inversion region, dislocation defects in the area around the polarity inversion region can be reduced. This method is characterized in that the density of dislocation defects in the inversion region is high and the density of dislocation defects in the polarity non-inversion region other than the polarity inversion region is low. The polarity inversion region and the polarity non-inversion region have a clear boundary, and grow while extending parallel to the c-axis, which is the normal crystal growth direction. The difference between DEEP and A-DEEP is that the former has a random pit position (that is, a dislocation defect gathering location) and cannot be fixed at a desired location, whereas the latter has a predetermined inversion region location. The point is that it can be fixed in place. Further, by forming the polarity inversion region and growing it, it is possible to grow while maintaining the facet surface stably, and it becomes possible to further reduce the dislocation density. The presence of this polarity reversal region is very important.

この反転領域の形成には、例えばフォトリソグラフィによる異種材料からなるマスク層形成の手法が用いられる。この異種材料として、SiO、Al、ZrO、ZnO、MgO、SiN、AlN等の材料を用いることができる。予め決められた所定の場所を覆うマスク層を形成することによって、GaN結晶成長のときに、マスク層のちょうど上に極性反転領域が形成される。即ち、極性反転領域以外の領域においては、GaNのc軸が結晶の成長方向を向いて結晶成長が進むけれども、極性反転領域においてのみ、c軸が成長方向と反対(180度の反転)を向いて結晶成長が進む。これにより、予め定められた場所に規則正しく極性反転領域が配置されたGaN結晶を得ることができる。もちろん、以上に述べたように、これらの手法は3次元的なファセット構造を形成して結晶成長するので、実用的なウエハとして形成するためには、加工・研磨により平坦化して、フラットな形状に加工しなければならない。また、こうして得られたGaNウエハを用いて、レーザデバイスを作成するためには、予め設計されて、規則正しく配置された低転位欠陥領域にレーザ活性層を位置合わせすることが必要である。これにより、長寿命の、優れた品質のレーザデバイスを作成できる。 For forming the inversion region, for example, a method of forming a mask layer made of a different material by photolithography is used. As this different material, materials such as SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , ZnO, MgO, SiN, and AlN can be used. By forming a mask layer that covers a predetermined place, a polarity inversion region is formed immediately above the mask layer during GaN crystal growth. That is, in the regions other than the polarity inversion region, the c-axis of GaN faces the crystal growth direction and the crystal growth proceeds. However, only in the polarity inversion region, the c-axis is opposite to the growth direction (180 ° inversion). The crystal growth proceeds. As a result, a GaN crystal in which polarity inversion regions are regularly arranged at predetermined locations can be obtained. Of course, as described above, these methods form a three-dimensional facet structure and grow crystals, so in order to form a practical wafer, it is flattened by processing and polishing, and has a flat shape. Must be processed into. Further, in order to produce a laser device using the GaN wafer thus obtained, it is necessary to align the laser active layer with low dislocation defect regions which are designed in advance and regularly arranged. Thereby, it is possible to produce a laser device with a long life and excellent quality.

一方、窒化物系半導体を用いた、より長波長のレーザが求められている。例えば、RGBの可視レーザを用いて、投影型のプロジェクションテレビを実現する試みがなされている。青色レーザは既に実現されているが、さらには、緑色レーザの実現を求めて、研究開発が進められている。しかしながら、より長波長のレーザ実現のためには、従来のc面GaNウエハでは、実現できないと予測されている。その理由の一つは、下記のように言われている。GaN結晶は、c軸方向に分極している。長波長化させるためにInGaN層のIn比率を上げることが必要であり、インジウム比率の増加による格子定数差に起因する歪みが増大し、このためにピエゾ分極の影響がより大きくなる。長波長化したレーザでは、この分極効果により活性層内のホールと電子の存在に偏りが生じ、再結合発光確率が著しく低下する。このため、内部量子効率が低下するので、レーザ発振に至らず、緑色レーザの実現が困難である。これはその理由である。   On the other hand, there is a need for a longer wavelength laser using a nitride-based semiconductor. For example, an attempt has been made to realize a projection type projection television using RGB visible lasers. The blue laser has already been realized, and further research and development is being pursued in search of the realization of the green laser. However, it is predicted that a conventional c-plane GaN wafer cannot be realized for realizing a longer wavelength laser. One of the reasons is said as follows. The GaN crystal is polarized in the c-axis direction. In order to increase the wavelength, it is necessary to increase the In ratio of the InGaN layer, and the distortion caused by the difference in lattice constant due to the increase of the indium ratio increases, and thus the influence of piezo polarization becomes greater. In a laser having a longer wavelength, the polarization effect causes a bias in the presence of holes and electrons in the active layer, and the recombination emission probability is significantly reduced. For this reason, since internal quantum efficiency falls, it does not reach laser oscillation and it is difficult to realize a green laser. This is the reason.

これらの問題を解決するためには、非極性面を主面とした非極性面基板が有望であると言われている。なぜなら、ピエゾ分極の影響が理論的に無いからである。既に非極性面である、M面{1−100}面やA面{11−20}面を使用したレーザデバイスが提案されている。しかしながら、これらの非極性面基板は、異種基板上にわずか数ミリメートルの厚さでc面GaN結晶を成長し、このGaN結晶をc面に垂直方向に切断し、M面{1−100}面やA面{11−20}面を主面とする微小結晶片を切り出したものである。したがって、ここで基板と呼ばれるサイズのものは、商業的に利用可能なウエハサイズに比べて小さく、c軸方向は、せいぜい数ミリメートル程度の結晶片である。これでは、将来的にもレーザ素子の工業的な生産は不可能である。   In order to solve these problems, it is said that a nonpolar plane substrate having a nonpolar plane as a main surface is promising. This is because there is theoretically no influence of piezo polarization. Laser devices using an M-plane {1-100} plane or an A-plane {11-20} plane that are already nonpolar planes have been proposed. However, these non-polar plane substrates grow c-plane GaN crystals on a heterogeneous substrate with a thickness of only a few millimeters, and cut the GaN crystals in a direction perpendicular to the c-plane to obtain M-plane {1-100} planes. And a microcrystal piece having a principal plane of the A-plane {11-20} plane. Accordingly, the size called a substrate here is smaller than the commercially available wafer size, and the c-axis direction is a crystal piece of about several millimeters at most. Thus, industrial production of the laser element is impossible in the future.

一方、本実施例における半導体レーザ素子によれば、非極性面ではないが、半極性面を用いたIII族窒化物半導体レーザが提供される。上記の説明から理解される技術背景によれば、技術的な重要性は十分に理解される。   On the other hand, according to the semiconductor laser device of the present embodiment, a group III nitride semiconductor laser using a semipolar surface, not a nonpolar surface, is provided. According to the technical background understood from the above description, the technical significance is fully understood.

図1は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。FIG. 1 is a drawing schematically showing the structure of a group III nitride semiconductor laser according to the present embodiment. 図2は、図1に示されたI−I線の断面を示す図面である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I shown in FIG. 図3は、c面(極性面)、m面(非極性面)及び半極性面上に作製された半導体レーザのブルーシフトを示す図面である。FIG. 3 is a drawing showing the blue shift of a semiconductor laser fabricated on the c-plane (polar plane), m-plane (nonpolar plane), and semipolar plane. 図4は、このGaN結晶を模式的に示す図面である。FIG. 4 is a drawing schematically showing this GaN crystal. 図5は、高転位密度領域の間の比抵抗分布の一例を示す図面である。FIG. 5 is a drawing showing an example of a specific resistance distribution between high dislocation density regions.

符号の説明Explanation of symbols

11…III族窒化物半導体レーザ、13…基板、13b…基板裏面、13a…基板主面、13c、13f、13g…第1の領域、13d、13e…第2の領域、13h、13i…第1のエリア、13j、13k…第2のエリア、13m、13q…第3のエリア、13n、13p…第4のエリア、15…半導体積層、17…p側電極、19…n側電極、21…n型窒化ガリウム系半導体領域、23…p型窒化ガリウム系半導体領域、25…窒化ガリウム系半導体活性層、C、M…結晶軸ベクトル、N…法線ベクトル、29…半導体リッジ、31…電子ブロック層、33…p型クラッド層、35…p型コンタクト層、37…n型クラッド層、39…n型バッファ層、41、43…劈開面、45、47…側面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Group III nitride semiconductor laser, 13 ... Substrate, 13b ... Substrate back surface, 13a ... Substrate main surface, 13c, 13f, 13g ... First region, 13d, 13e ... Second region, 13h, 13i ... First 13j, 13k ... second area, 13m, 13q ... third area, 13n, 13p ... fourth area, 15 ... semiconductor stack, 17 ... p-side electrode, 19 ... n-side electrode, 21 ... n Type gallium nitride based semiconductor region, 23... P type gallium nitride based semiconductor region, 25... Gallium nitride based semiconductor active layer, C, M... Crystal axis vector, N. 33 ... p-type cladding layer, 35 ... p-type contact layer, 37 ... n-type cladding layer, 39 ... n-type buffer layer, 41, 43 ... cleavage surface, 45, 47 ... side surface

Claims (15)

六方晶系のn型窒化ガリウムからなる基板と、
n型窒化ガリウム系半導体領域、p型窒化ガリウム系半導体領域、及び前記n型窒化ガリウム系半導体領域と前記p型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられた窒化ガリウム系半導体活性層を含み、前記基板の主面上に設けられた半導体積層と、
前記半導体積層の前記p型窒化ガリウム系半導体領域上に設けられたp側電極と、
前記基板の裏面上に設けられたn側電極と
を備え、
前記基板の前記主面は、窒化ガリウムのc面から窒化ガリウムのa軸方向に20度以上45度以下の角度で傾斜しており、
前記基板は、前記c軸の方向に沿って前記基板の前記裏面から前記主面に至る第1の領域と、該第1の領域に沿って前記裏面から前記主面に至る第2の領域とを有しており、
前記基板の前記第1の領域の転位密度は、前記基板の前記第2の領域の転位密度より小さく、
前記基板の前記主面は、前記第1の領域が現れた第1のエリアと、前記第2の領域が現れた第2のエリアとを有しており、
前記p側電極と前記p型窒化ガリウム系半導体領域とのオーミック接触領域は、前記第1のエリア上に設けられている、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ。
A substrate made of hexagonal n-type gallium nitride;
an n-type gallium nitride based semiconductor region, a p-type gallium nitride based semiconductor region, and a gallium nitride based semiconductor active layer provided between the n-type gallium nitride based semiconductor region and the p-type gallium nitride based semiconductor region, A semiconductor stack provided on the main surface of the substrate;
A p-side electrode provided on the p-type gallium nitride based semiconductor region of the semiconductor stack;
An n-side electrode provided on the back surface of the substrate,
The main surface of the substrate is inclined at an angle of 20 degrees or more and 45 degrees or less in the a-axis direction of gallium nitride from the c-plane of gallium nitride,
The substrate includes a first region extending from the back surface to the main surface along the c-axis direction, and a second region extending from the back surface to the main surface along the first region. Have
The dislocation density of the first region of the substrate is smaller than the dislocation density of the second region of the substrate,
The main surface of the substrate has a first area where the first region appears, and a second area where the second region appears,
The group III nitride semiconductor laser, wherein an ohmic contact region between the p-side electrode and the p-type gallium nitride based semiconductor region is provided on the first area.
前記第1及び第2の領域は所定の軸の方向に延びており、
前記p側電極は前記所定の軸の方向に延びる、ことを特徴とする請求項1に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
The first and second regions extend in the direction of a predetermined axis;
2. The group III nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the p-side electrode extends in the direction of the predetermined axis.
前記基板は、前記c軸の方向に沿って前記基板の前記裏面から前記主面に至る第1の部分と、前記第1の部分に沿って前記裏面から前記主面に至る第2の部分と、前記第2の部分に沿って前記裏面から前記主面に至る第3の部分とを有しており、
前記第1の部分の比抵抗は、前記第2の部分の比抵抗より低く、
前記第3の部分の比抵抗は、前記第2の部分の比抵抗より低く、
前記第2の部分は、前記第1の部分と前記第3の部分との間にあり、
前記第1の領域は前記第1、第2及び第3の部分を含む、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
The substrate includes a first portion extending from the back surface to the main surface along the c-axis direction, and a second portion extending from the back surface to the main surface along the first portion. A third portion extending from the back surface to the main surface along the second portion,
The specific resistance of the first part is lower than the specific resistance of the second part,
The specific resistance of the third part is lower than the specific resistance of the second part,
The second part is between the first part and the third part;
3. The group III nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the first region includes the first, second, and third portions. 4.
前記第1の部分は、5×10−3Ω・cm以上3×10−2Ω・cm以下の範囲の比抵抗を有しており前記窒化ガリウム系半導体活性層と平行に設けられ、前記第3の部分は、5×10−3Ω・cm以上3×10−2Ω・cm以下の範囲の比抵抗を有しており前記窒化ガリウム系半導体活性層と平行に設けられ、前記第2の部分は、前記第1及び第3の部分に隣接しており4×10−2Ω・cm以上5×10Ω・cm以下の範囲の比抵抗を有する、ことを特徴とする請求項3に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。 The first portion has a specific resistance in the range of 5 × 10 −3 Ω · cm to 3 × 10 −2 Ω · cm, and is provided in parallel with the gallium nitride based semiconductor active layer. 3 has a specific resistance in the range of 5 × 10 −3 Ω · cm to 3 × 10 −2 Ω · cm, and is provided in parallel with the gallium nitride based semiconductor active layer. The portion is adjacent to the first and third portions and has a specific resistance in the range of 4 × 10 −2 Ω · cm to 5 × 10 6 Ω · cm. The group III nitride semiconductor laser described. 前記基板の前記第2の領域は、c軸の方向に第1の極性を有する極性反転領域からなり、
前記基板の前記第1の領域は、前記極性反転領域の前記第1の極性と反対の極性を有する極性非反転領域からなり、
前記基板の前記第2の領域内の前記極性反転領域は、前記極性非反転領域の転位密度よりも大きな転位密度を有する、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
The second region of the substrate comprises a polarity reversal region having a first polarity in the c-axis direction;
The first region of the substrate comprises a polarity non-inversion region having a polarity opposite to the first polarity of the polarity inversion region;
The polarity reversal region in the second region of the substrate has a dislocation density larger than that of the non-polarity reversal region, according to any one of claims 1 to 4. The group III nitride semiconductor laser described.
前記基板の前記第2の領域は、c軸の方向に第1の極性を有する極性反転領域を含み、
前記基板の前記第1の領域は、前記極性反転領域の前記第1の極性と反対の極性を有する極性非反転領域からなり、
当該III族窒化物半導体レーザは、m軸の方向に延びる側面を更に備え、
前記基板の前記第2の領域内の前記極性反転領域は、前記側面の少なくとも一部に存在する、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
The second region of the substrate includes a polarity reversal region having a first polarity in a c-axis direction;
The first region of the substrate comprises a polarity non-inversion region having a polarity opposite to the first polarity of the polarity inversion region;
The group III nitride semiconductor laser further includes a side surface extending in the m-axis direction,
5. The group III nitride according to claim 1, wherein the polarity inversion region in the second region of the substrate is present in at least a part of the side surface. Semiconductor laser.
前記基板の前記第2の領域は、c軸の方向に第1の極性を有する極性反転領域からなり、
前記基板の前記第1の領域は、前記極性反転領域の前記第1の極性と反対の極性を有する極性非反転領域からなり、
前記極性反転領域と前記極性非反転領域との境界は、前記主面の交差する基準面に沿って延びている、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
The second region of the substrate comprises a polarity reversal region having a first polarity in the c-axis direction;
The first region of the substrate comprises a polarity non-inversion region having a polarity opposite to the first polarity of the polarity inversion region;
5. The boundary between the polarity inversion region and the polarity non-inversion region extends along a reference plane where the main surfaces intersect with each other. Group III nitride semiconductor laser.
前記極性反転領域は、前記基板の窒化ガリウムのc軸の方向に延びている、ことを特徴とする請求項5、請求項6又は請求項7に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。   8. The group III nitride semiconductor laser according to claim 5, wherein the polarity reversal region extends in a c-axis direction of gallium nitride of the substrate. 前記極性反転領域の比抵抗は、前記第2の部分の比抵抗より低く、
前記極性反転領域は、前記主面の法線とc軸との成す角度で前記主面に対して傾斜した基準面に沿って延びている、ことを特徴とする請求項5〜請求項8のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
The specific resistance of the polarity inversion region is lower than the specific resistance of the second portion,
The said polarity inversion area | region is extended along the reference plane inclined with respect to the said main surface by the angle which the normal line of the said main surface and c axis | shaft make. The group III nitride semiconductor laser described in any one of the above.
前記第1の領域の転位密度は、1×10cm−2以上1×10cm−2以下の範囲にあり、
前記第2の領域の転位密度は、1×10cm−2以上1×10cm−2以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
The dislocation density of the first region is in the range of 1 × 10 2 cm −2 or more and 1 × 10 6 cm −2 or less,
10. The dislocation density in the second region is in a range from 1 × 10 6 cm −2 to 1 × 10 8 cm −2. 10. Group III nitride semiconductor laser.
前記第2の領域の平均転位密度は、前記第1の領域における平均転位密度の3倍以上の値である、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。   The average dislocation density in the second region is a value that is three times or more the average dislocation density in the first region, and is described in any one of claims 1 to 10. Group III nitride semiconductor laser. m軸に交差する第1及び第2の劈開面を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。   The group III nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 11, further comprising first and second cleavage planes intersecting the m-axis. 前記基板の前記主面は、窒化ガリウムのc面から窒化ガリウムのa軸方向に28度以上32度以下の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。   The main surface of the substrate is inclined at an angle of not less than 28 degrees and not more than 32 degrees in the a-axis direction of gallium nitride from the c-plane of gallium nitride. A group III nitride semiconductor laser as described in one item. 前記半導体積層は半導体リッジを含み、
前記窒化ガリウム系半導体活性層は前記半導体リッジ内にあり、
前記窒化ガリウム系半導体活性層は前記第1のエリア上に設けられている、ことを特徴とする請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
The semiconductor stack includes a semiconductor ridge;
The gallium nitride based semiconductor active layer is in the semiconductor ridge;
The group III nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the gallium nitride based semiconductor active layer is provided on the first area.
前記主面がc面からm軸方向に傾斜した角度は、−1度以上+1度以下の範囲内にある、ことを特徴とする請求項1〜請求項14のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。   The angle at which the main surface is inclined in the m-axis direction from the c-plane is in the range of -1 degree or more and +1 degree or less, and is described in any one of claims 1 to 14. Group III nitride semiconductor laser.
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