JP2009224602A - Nitride semiconductor laser, method of manufacturing nitride semiconductor laser, and epitaxial wafer for nitride semiconductor laser - Google Patents
Nitride semiconductor laser, method of manufacturing nitride semiconductor laser, and epitaxial wafer for nitride semiconductor laser Download PDFInfo
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本発明は、窒化物半導体レーザ、窒化物半導体レーザを作製する方法、及び窒化物半導体レーザのためのエピタキシャルウエハに関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor laser, a method of manufacturing a nitride semiconductor laser, and an epitaxial wafer for the nitride semiconductor laser.
特許文献1には、半導体発光素子が記載されている。半導体発光素子は、レーザ発振に必要な閾値電流密度を低減し、クラキングの発生し難い半導体層を有するとともに、面発光半導体レーザにおいては光の振動面を固定し且つ振動面の変動を抑制する。 Patent Document 1 describes a semiconductor light emitting element. The semiconductor light-emitting element has a semiconductor layer that reduces the threshold current density necessary for laser oscillation and is less susceptible to cracking. In addition, in a surface-emitting semiconductor laser, the vibration surface of light is fixed and fluctuation of the vibration surface is suppressed.
特許文献2には、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた半導体レーザが記載されている。GaN基板上にレーザ構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層をエピタキシャル成長させる。GaN基板は、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物系III−V族化合物半導体からなり、またその主面は{0001}面にほぼ垂直な面、例えば{01−10}面、{11−20}面またはこれらの面から−5度〜+5度以内オフしている。GaN基板をその上の窒化物系III−V族化合物半導体層とともに劈開容易面である{0001}面に沿って劈開して、共振器端面を形成する。 Patent Document 2 describes a semiconductor laser using a nitride III-V compound semiconductor. A nitride III-V compound semiconductor layer forming a laser structure is epitaxially grown on a GaN substrate. The GaN substrate is made of a nitride III-V group compound semiconductor having a wurtzite crystal structure, and its main surface is a plane substantially perpendicular to the {0001} plane, for example, {01-10} plane, {11-20 } The plane or these planes are off within -5 degrees to +5 degrees. The GaN substrate is cleaved along with the nitride-based III-V compound semiconductor layer thereon along the {0001} plane, which is an easy cleavage plane, to form a resonator end face.
特許文献3には、III族窒化物半導体から作製された発光ダイオード素子、半導体レーザ素子、受光素子、トランジスタが記載されている。これらのIII族窒化物半導体では、大きなAl組成及び高キャリア濃度を有するAlGaN層が求められている。AlGaN層の成長においては、Al原子の表面拡散が小さいけれども、Al原子の表面拡散を促進させている。結晶品質を損なうことなく、大きなAl組成及び高キャリア濃度のAlGaN層を1度から20度のGaN傾斜面の基板上に成長可能にしている。 Patent Document 3 describes a light-emitting diode element, a semiconductor laser element, a light-receiving element, and a transistor manufactured from a group III nitride semiconductor. In these group III nitride semiconductors, an AlGaN layer having a large Al composition and a high carrier concentration is required. In the growth of the AlGaN layer, although the surface diffusion of Al atoms is small, the surface diffusion of Al atoms is promoted. An AlGaN layer having a large Al composition and a high carrier concentration can be grown on a substrate having a GaN inclined surface of 1 to 20 degrees without impairing the crystal quality.
非特許文献1には、InGaN発光ダイオードが記載されている。この発光ダイオードは、半極性(11−22)面(c面からa軸方向に56度のオフ角)GaN基板上に作製される。発光ダイオードは、幅3nmのInGaN井戸層からなる単一量子井戸構造を有する。以下の特性が得られた:青色(波長430nm)で光出力は1.76mWであり、外部量子効率が3.0%であった。緑色(波長530nm)で光出力が1.91mWであり、外部量子効率が4.1%であった。アンバー(波長580nm)で光出力が0.54mWであり、外部量子効率が1.3%であった。出射光には[1−100]方向への偏光が確認された。 Non-Patent Document 1 describes an InGaN light emitting diode. This light emitting diode is fabricated on a semipolar (11-22) plane (off angle of 56 degrees in the a-axis direction from the c-plane) GaN substrate. The light emitting diode has a single quantum well structure composed of an InGaN well layer having a width of 3 nm. The following characteristics were obtained: blue (wavelength 430 nm), light output 1.76 mW, external quantum efficiency 3.0%. It was green (wavelength 530 nm), the light output was 1.91 mW, and the external quantum efficiency was 4.1%. The optical output was 0.54 mW at amber (wavelength 580 nm), and the external quantum efficiency was 1.3%. The emitted light was confirmed to be polarized in the [1-100] direction.
非特許文献2及び非特許文献3には、緑色の光を発生するInGaN系発光ダイオードが記載されている。
上記の特許文献及び非特許文献に示されるように、c面だけでなく、m面及びa面、更には半極性面を有するGaN基板上に発光素子が作製されている。 As shown in the above-mentioned patent documents and non-patent documents, a light emitting element is fabricated on a GaN substrate having not only the c-plane but also the m-plane and a-plane and further a semipolar plane.
特許文献1及び特許文献2には、非極性面を利用した半導体レーザが記載されている。特許文献3には、c面から傾斜したGaN表面上に、小さいインジウム組成の活性層を用いて発光素子を作製している。しかしながら、半極性面を用いる半導体レーザでは、大きなインジウム組成の活性層が用いられる。非特許文献1〜3には、発光ダイオードが記載されており、半導体レーザには言及されていない。 Patent Documents 1 and 2 describe semiconductor lasers using nonpolar surfaces. In Patent Document 3, a light emitting device is fabricated using an active layer having a small indium composition on a GaN surface inclined from the c-plane. However, in a semiconductor laser using a semipolar plane, an active layer having a large indium composition is used. Non-Patent Documents 1 to 3 describe light-emitting diodes and do not mention semiconductor lasers.
半極性面を用いる半導体レーザでは、c面を用いる半導体レーザに比べピエゾ電界が小さいので、比較的大きなインジウム組成の活性層で発光効率を上げれ、長波長化に有利である。 A semiconductor laser using a semipolar plane has a smaller piezo electric field than a semiconductor laser using a c-plane, so that an active layer having a relatively large indium composition can increase luminous efficiency and is advantageous for longer wavelengths.
半導体レーザの作製では、エピタキシャル層の結晶品質が重要であるが、発振特性は、この結晶品質だけでなく、ファブリペロー共振器のための端面の品質も大きく影響している。半極性面上に半導体レーザを作製するとき、ファブリペロー共振器のための端面は、劈開により作製される。これ故に、半極性面を利用する半導体レーザの作製では、劈開の結晶面について考慮が必要である。 In the production of a semiconductor laser, the crystal quality of the epitaxial layer is important, but the oscillation characteristics are greatly influenced not only by this crystal quality but also by the quality of the end face for the Fabry-Perot resonator. When fabricating a semiconductor laser on a semipolar plane, the end face for a Fabry-Perot resonator is fabricated by cleavage. Therefore, in the production of a semiconductor laser using a semipolar plane, it is necessary to consider the cleaved crystal plane.
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、良好な品質の劈開面を有する窒化物半導体レーザを提供することを目的とし、またこの窒化物半導体レーザを作製する方法を提供することを目的とし、さらにこの窒化物半導体レーザのためのエピタキシャルウエハを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor laser having a cleaved surface of good quality, and a method for manufacturing the nitride semiconductor laser. It is another object of the present invention to provide an epitaxial wafer for the nitride semiconductor laser.
本発明の一側面によれば、窒化物半導体レーザは、(a)六方晶系窒化物半導体からなり、該六方晶系窒化物半導体のc面から所定の方向に傾斜した主面及び裏面を有する支持基体と、(b)第1導電型窒化物半導体層、第2導電型窒化物半導体層及び活性層を含んでおり、前記支持基体の前記主面上に設けられており半導体レーザのための半導体積層とを備える。前記半導体積層の表面モフォロジは、第1の方向に延びる複数の突起を有しており、前記半導体積層は、前記第1の方向に交差する第2の方向に延びる第1及び第2の劈開面を有しており、前記支持基体の前記主面の傾斜角は20度以上であり、前記傾斜角は40度以下であり、前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を有しており、前記窒化ガリウム系半導体層のインジウム組成は0.2以上であり、前記活性層は前記第1導電型窒化物半導体層と前記第2導電型窒化物半導体層との間に設けられている。 According to one aspect of the present invention, a nitride semiconductor laser comprises (a) a hexagonal nitride semiconductor, and has a main surface and a back surface that are inclined in a predetermined direction from the c-plane of the hexagonal nitride semiconductor. A support base; and (b) a first conductivity type nitride semiconductor layer, a second conductivity type nitride semiconductor layer, and an active layer, provided on the main surface of the support base, for a semiconductor laser. A semiconductor stack. The surface morphology of the semiconductor stack has a plurality of protrusions extending in a first direction, and the semiconductor stack includes first and second cleavage planes extending in a second direction intersecting the first direction. The inclination angle of the main surface of the support base is 20 degrees or more, the inclination angle is 40 degrees or less, and the active layer includes a gallium nitride based semiconductor layer containing indium. The gallium nitride based semiconductor layer has an indium composition of 0.2 or more, and the active layer is provided between the first conductivity type nitride semiconductor layer and the second conductivity type nitride semiconductor layer. .
この窒化物半導体レーザによれば、高いインジウム組成0.2以上の半導体層が活性層に含まれる。半導体積層の表面モフォロジは、第1の方向に延びる複数の突起を有する。このため、半導体積層の第1及び第2の劈開面が、この第1の方向に交差する第2の方向に延在するように形成されるので、劈開面の品質が良好であり、また劈開の歩留まりが良好である。 According to this nitride semiconductor laser, a semiconductor layer having a high indium composition of 0.2 or more is included in the active layer. The surface morphology of the semiconductor stack has a plurality of protrusions extending in the first direction. For this reason, the first and second cleavage planes of the semiconductor stack are formed so as to extend in the second direction intersecting the first direction, so that the quality of the cleavage plane is good and the cleavage plane is also good. The yield is good.
本発明の窒化物半導体レーザでは、前記所定の方向は、<11−20>方向から−0.1度以下+0.1度以上の角度範囲であることが好ましい。この窒化物半導体レーザによれば、支持基体のc軸が傾斜される方向を支持基体のa軸を基準にして僅かにシフトさせるとき、高いインジウム組成0.2以上の半導体層を含む半導体積層の表面モフォロジにおいて、突起の配列の規則性が高くなる。 In the nitride semiconductor laser of the present invention, the predetermined direction is preferably in an angle range of −0.1 degrees or less +0.1 degrees or more from the <11-20> direction. According to this nitride semiconductor laser, when the direction in which the c-axis of the support base is inclined is slightly shifted with respect to the a-axis of the support base, the semiconductor laminated layer including a semiconductor layer having a high indium composition of 0.2 or more In the surface morphology, the regularity of the arrangement of the protrusions becomes high.
本発明の窒化物半導体レーザでは、前記所定の方向は、<11−20>方向から−0.1度以上+1度以下の角度範囲であることが好ましい。この窒化物半導体レーザによれば、レーザキャビティの延在方向のぶれによる利得の低下を避けることができる。 In the nitride semiconductor laser according to the aspect of the invention, it is preferable that the predetermined direction is an angle range of not less than −0.1 degrees and not more than +1 degree from the <11-20> direction. According to this nitride semiconductor laser, it is possible to avoid a decrease in gain due to the shaking in the extending direction of the laser cavity.
本発明の窒化物半導体レーザでは、前記支持基体は、貫通転位密度1×107cm−2以下の窒化ガリウム系半導体領域を有しており、前記第1導電型窒化物半導体層、前記活性層及び前記第2導電型窒化物半導体層は、前記窒化ガリウム系半導体領域上に位置することができる。この窒化物半導体レーザによれば、第1導電型窒化物半導体層、活性層及び第2導電型窒化物半導体層が低転位領域上に成長されるので、半導体積層の表面モフォロジに対する転位の影響が低減されて、半極性面及び高インジウム組成に由来する特徴が明瞭になる。 In the nitride semiconductor laser of the present invention, the support base has a gallium nitride based semiconductor region having a threading dislocation density of 1 × 10 7 cm −2 or less, and the first conductivity type nitride semiconductor layer, the active layer In addition, the second conductivity type nitride semiconductor layer may be located on the gallium nitride based semiconductor region. According to this nitride semiconductor laser, since the first conductivity type nitride semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type nitride semiconductor layer are grown on the low dislocation region, the influence of dislocation on the surface morphology of the semiconductor stack is affected. Reduced to reveal features from semipolar planes and high indium compositions.
本発明の窒化物半導体レーザでは、前記支持基体はGaNからなり、前記支持基体は、第1の貫通転位密度より小さい貫通転位密度を有する第1の領域と、前記第1の貫通転位密度より大きな貫通転位密度を有する第2の領域とを含み、前記第1の領域は、前記所定の方向及び前記六方晶系窒化物半導体のc軸の方向に直交する方向に延びていることができる。この窒化物半導体レーザによれば、大口径のGaNウエハの低転位領域に半導体レーザを作製できる。 In the nitride semiconductor laser of the present invention, the support base is made of GaN, and the support base is a first region having a threading dislocation density smaller than the first threading dislocation density, and larger than the first threading dislocation density. A first region having a threading dislocation density, and the first region may extend in a direction perpendicular to the predetermined direction and a c-axis direction of the hexagonal nitride semiconductor. According to this nitride semiconductor laser, a semiconductor laser can be fabricated in a low dislocation region of a large-diameter GaN wafer.
本発明の窒化物半導体レーザでは、前記第1及び第2の劈開面はm面であることが好ましい。この窒化物半導体レーザによれば、m面は劈開容易である。 In the nitride semiconductor laser of the present invention, the first and second cleavage planes are preferably m-planes. According to this nitride semiconductor laser, the m-plane is easy to cleave.
本発明の窒化物半導体レーザは、前記第1の劈開面から前記第2の劈開面への方向に延在しており前記半導体積層の表面に設けられた電極を更に備えることができる。この窒化物半導体レーザによれば、第1の劈開面及び第2の劈開面を含むレーザキャビティに沿って電極が設けられており、良好な特性の半導体レーザが提供される。 The nitride semiconductor laser of the present invention can further include an electrode extending in the direction from the first cleavage plane to the second cleavage plane and provided on the surface of the semiconductor stack. According to this nitride semiconductor laser, the electrodes are provided along the laser cavity including the first cleaved surface and the second cleaved surface, and a semiconductor laser with good characteristics is provided.
本発明の別の側面は、窒化物半導体レーザを作製する方法である。この方法は、(a)六方晶系窒化物半導体のc面から所定の方向に傾斜した主面及び裏面を有し該六方晶系窒化物半導体からなるウエハを準備する工程と、(b)第1導電型窒化物半導体層を前記ウエハ上に成長する工程と、(c)前記第1導電型窒化物半導体層を成長した後に、当該窒化物半導体レーザの活性層のための窒化ガリウム系半導体層を前記ウエハ上に成長する工程と、(d)前記活性層を形成した後に、第2導電型窒化物半導体層を前記ウエハ上に成長して、半導体積層を含むエピタキシャルウエハを形成する工程と、(e)前記エピタキシャルウエハを形成した後に、電極を形成して基板生産物を作製する工程と、(f)前記電極を形成した後に、前記基板生産物の劈開により劈開面を形成する工程とを備えることができる。前記エピタキシャルウエハの表面モフォロジは、前記六方晶系窒化物半導体のc軸に交差する第1の方向に延びる複数の突起を有しており、前記ウエハの前記六方晶系窒化物半導体は、前記第1の方向に交差する第2の方向に延びる劈開可能な結晶面を有しており、前記エピタキシャルウエハの劈開面は、前記第1の方向に交差する第2の方向に延びており、前記ウエハの前記主面の傾斜角は20度以上であり、前記傾斜角は40度以下であり、前記窒化ガリウム系半導体層は、インジウムを含む半導体からなり、前記窒化ガリウム系半導体層のインジウム組成は0.2以上である。 Another aspect of the present invention is a method for fabricating a nitride semiconductor laser. This method includes (a) preparing a wafer made of a hexagonal nitride semiconductor having a main surface and a back surface inclined in a predetermined direction from the c-plane of the hexagonal nitride semiconductor, and (b) A step of growing a one-conductivity-type nitride semiconductor layer on the wafer; and (c) a gallium nitride-based semiconductor layer for an active layer of the nitride semiconductor laser after the first-conductivity-type nitride semiconductor layer is grown And (d) after forming the active layer, growing a second conductivity type nitride semiconductor layer on the wafer to form an epitaxial wafer including a semiconductor stack; (E) forming an electrode after forming the epitaxial wafer to produce a substrate product; and (f) forming a cleavage plane by cleaving the substrate product after forming the electrode. Can be preparedThe surface morphology of the epitaxial wafer has a plurality of protrusions extending in a first direction intersecting the c-axis of the hexagonal nitride semiconductor, and the hexagonal nitride semiconductor of the wafer A cleaved crystal plane extending in a second direction intersecting the first direction, the cleavage plane of the epitaxial wafer extending in a second direction intersecting the first direction, and the wafer The tilt angle of the main surface is 20 degrees or more, the tilt angle is 40 degrees or less, the gallium nitride based semiconductor layer is made of a semiconductor containing indium, and the indium composition of the gallium nitride based semiconductor layer is 0 .2 or more.
この方法によれば、半極性面上に、インジウム組成0.2以上の半導体層が成長される。このため、半導体積層の表面モフォロジは、第1の方向に延びる複数の突起を有する。第1の方向に交差する第2の方向にエピタキシャルウエハを劈開するので、劈開の歩留まりが良好であり、また劈開面の品質も良好である。 According to this method, a semiconductor layer having an indium composition of 0.2 or more is grown on the semipolar plane. For this reason, the surface morphology of the semiconductor stack has a plurality of protrusions extending in the first direction. Since the epitaxial wafer is cleaved in the second direction intersecting the first direction, the cleavage yield is good and the quality of the cleavage plane is also good.
本発明の方法では、前記ウエハのエッジ上の2点間の距離の最大値は45mm以上であることが好ましい。この方法によれば、大口径のウエハを用いることができる。 In the method of the present invention, the maximum value of the distance between two points on the edge of the wafer is preferably 45 mm or more. According to this method, a large-diameter wafer can be used.
本発明の方法では、前記所定の方向は、<11−20>方向から−1度〜−0.1度及び+0.1度〜+1度の角度範囲であることが好ましい。この方法によれば、ウエハのc軸が傾斜される方向をウエハのa軸を基準にして僅かにシフトさせるとき、高いインジウム組成0.2以上の半導体層を含む半導体積層の表面モフォロジにおいて、突起の配列の規則性が高くなる。 In the method of the present invention, the predetermined direction is preferably in an angle range of −1 to −0.1 degrees and +0.1 to +1 degrees from the <11-20> direction. According to this method, when the direction in which the c-axis of the wafer is tilted is slightly shifted with respect to the a-axis of the wafer, the protrusion in the surface morphology of the semiconductor stack including the semiconductor layer having a high indium composition of 0.2 or more The regularity of the arrangement of becomes high.
本発明の方法では、前記ウエハは、貫通転位密度1×107cm−2以下の窒化ガリウム系半導体領域を有することが好ましい。この方法によれば、低転位領域上に成長される半導体積層の表面モフォロジに対して、転位の影響が低減されるので、半極性面及び高インジウム組成に由来する特徴が明瞭になる。 In the method of the present invention, the wafer preferably has a gallium nitride based semiconductor region having a threading dislocation density of 1 × 10 7 cm −2 or less. According to this method, since the influence of dislocation is reduced on the surface morphology of the semiconductor stack grown on the low dislocation region, the characteristics derived from the semipolar plane and the high indium composition become clear.
本発明の方法では、前記ウエハは、第1の貫通転位密度より小さい貫通転位密度を有する第1の領域と、前記第1の貫通転位密度より大きな貫通転位密度を有する第2の領域とを含み、前記第1の領域は、前記所定の方向及び前記六方晶系窒化物半導体のc軸の方向に直交する方向に延びていることができる。この方法によれば、大口径のGaNウエハの低転位領域に半導体レーザを作製できる。 In the method of the present invention, the wafer includes a first region having a threading dislocation density smaller than a first threading dislocation density, and a second region having a threading dislocation density larger than the first threading dislocation density. The first region may extend in a direction orthogonal to the predetermined direction and a c-axis direction of the hexagonal nitride semiconductor. According to this method, a semiconductor laser can be manufactured in a low dislocation region of a large-diameter GaN wafer.
本発明の方法では、前記劈開面はm面であることが好ましい。この方法によれば、m面は劈開容易である。 In the method of the present invention, the cleavage plane is preferably an m-plane. According to this method, the m-plane is easy to cleave.
本発明の更なる別の側面は、窒化物半導体レーザのためのエピタキシャルウエハである。このエピタキシャルウエハは、(a)六方晶系窒化物半導体からなり、該六方晶系窒化物半導体のc面から所定の方向に傾斜した主面及び裏面を有するウエハと、(b)第1導電型窒化物半導体層、第2導電型窒化物半導体層及び活性層を含んでおり、前記ウエハ上に設けられた半導体積層とを備える。前記半導体積層の表面モフォロジは、第1の方向に延びる複数の突起を有しており、前記ウエハの前記六方晶系窒化物半導体は、前記第1の方向に交差する第2の方向に延びる劈開可能な結晶面を有しており、前記ウエハの前記主面の傾斜角は20度以上であり、前記傾斜角は40度以下であり、前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を有しており、前記窒化ガリウム系半導体層のインジウム組成は0.2以上であり、前記活性層は前記第1導電型窒化物半導体層と前記第2導電型窒化物半導体層との間に設けられている。 Yet another aspect of the present invention is an epitaxial wafer for a nitride semiconductor laser. The epitaxial wafer includes (a) a hexagonal nitride semiconductor, a wafer having a main surface and a back surface inclined in a predetermined direction from the c-plane of the hexagonal nitride semiconductor, and (b) a first conductivity type. The semiconductor device includes a nitride semiconductor layer, a second conductivity type nitride semiconductor layer, and an active layer, and a semiconductor stack provided on the wafer. The surface morphology of the semiconductor stack has a plurality of protrusions extending in a first direction, and the hexagonal nitride semiconductor of the wafer is cleaved in a second direction intersecting the first direction. The main surface of the wafer has an inclination angle of 20 degrees or more, the inclination angle is 40 degrees or less, and the active layer is a gallium nitride based semiconductor layer containing indium. The gallium nitride based semiconductor layer has an indium composition of 0.2 or more, and the active layer is provided between the first conductivity type nitride semiconductor layer and the second conductivity type nitride semiconductor layer. It has been.
このエピタキシャルウエハによれば、高いインジウム組成0.2以上の半導体層が活性層に含まれる。このため、半導体積層の表面モフォロジは、第1の方向に延びる複数の突起を有する。エピタキシャルウエハの劈開可能な結晶面が、第1の方向に交差する第2の方向に延びるので、劈開の歩留まりが良好なエピタキシャルウエハが提供される。 According to this epitaxial wafer, a semiconductor layer having a high indium composition of 0.2 or more is included in the active layer. For this reason, the surface morphology of the semiconductor stack has a plurality of protrusions extending in the first direction. Since the crystallizable crystal plane of the epitaxial wafer extends in the second direction crossing the first direction, an epitaxial wafer having a good cleavage yield is provided.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記ウエハのエッジ上の2点間の距離の最大値は45mm以上であることが好ましい。このエピタキシャルウエハによれば、大口径のウエハを用いた大口径のエピタキシャルウエハを作製できる。 In the epitaxial wafer of the present invention, the maximum value of the distance between two points on the edge of the wafer is preferably 45 mm or more. According to this epitaxial wafer, a large-diameter epitaxial wafer using a large-diameter wafer can be produced.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記所定の方向は、<11−20>方向から−1度〜−0.1度及び+0.1度〜+1度の角度範囲であることが好ましい。このエピタキシャルウエハによれば、ウエハのc軸が傾斜される方向をウエハのa軸を基準にして僅かにシフトさせるとき、高いインジウム組成0.2以上の半導体層を含む半導体積層の表面モフォロジにおいて、突起の配列の規則性が高くなる。 In the epitaxial wafer of the present invention, the predetermined direction is preferably in the angle range of −1 to −0.1 degrees and +0.1 to +1 degrees from the <11-20> direction. According to this epitaxial wafer, when the direction in which the c-axis of the wafer is inclined is slightly shifted with reference to the a-axis of the wafer, in the surface morphology of the semiconductor stack including a semiconductor layer having a high indium composition of 0.2 or more, The regularity of the arrangement of the protrusions becomes high.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記ウエハは、貫通転位密度1×107cm−2以下の窒化ガリウム系半導体領域を有することが好ましい。このエピタキシャルウエハによれば、低転位領域上に成長される半導体積層の表面モフォロジに対して、転位の影響が低減されるので、半極性面及び高インジウム組成に由来する特徴が明瞭になる。 In the epitaxial wafer of the present invention, it is preferable that the wafer has a gallium nitride based semiconductor region having a threading dislocation density of 1 × 10 7 cm −2 or less. According to this epitaxial wafer, since the influence of dislocation is reduced on the surface morphology of the semiconductor stack grown on the low dislocation region, the characteristics derived from the semipolar plane and the high indium composition become clear.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記ウエハは、前記第1の方向に交差する第2の方向に交互に配置された複数の第1及び第2の領域を含み、前記第1の領域は、第1の貫通転位密度より小さい貫通転位密度を有しており、前記第2の領域は、前記第1の貫通転位密度より大きな貫通転位密度を有しており、前記第1の領域は、前記ウエハのエッジ上の一地点から該エッジ上の別の地点まで第2の方向に交差する第3の方向に延びることができる。このエピタキシャルウエハによれば、大口径のGaNウエハの低転位領域に半導体レーザを作製できる。 In the epitaxial wafer of the present invention, the wafer includes a plurality of first and second regions alternately arranged in a second direction intersecting the first direction, and the first region includes the first region The second region has a threading dislocation density greater than the first threading dislocation density, and the first region is formed on the wafer. It can extend in a third direction that intersects the second direction from one point on the edge to another point on the edge. According to this epitaxial wafer, a semiconductor laser can be fabricated in a low dislocation region of a large-diameter GaN wafer.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記劈開可能な結晶面は前記第3の方向にほぼ直交することが好ましい。 In the epitaxial wafer of the present invention, it is preferable that the cleaved crystal plane is substantially orthogonal to the third direction.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記第1の方向はm軸の方向であることが好ましい。このエピタキシャルウエハによれば、m面は劈開容易である。 In the epitaxial wafer of the present invention, the first direction is preferably an m-axis direction. According to this epitaxial wafer, the m-plane is easy to cleave.
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。 The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
以上説明したように、本発明によれば、良好な品質の劈開面を有する窒化物半導体レーザが提供される。また、本発明によれば、この窒化物半導体レーザを作製する方法が提供される。さらに、本発明によれば、この窒化物半導体レーザのためのエピタキシャルウエハが提供される。 As described above, according to the present invention, a nitride semiconductor laser having a cleavage plane of good quality is provided. The present invention also provides a method for producing this nitride semiconductor laser. Furthermore, according to the present invention, an epitaxial wafer for the nitride semiconductor laser is provided.
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、本発明の窒化物半導体レーザ、窒化物半導体レーザを作製する方法、及び窒化物半導体レーザのためのエピタキシャルウエハ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. Subsequently, embodiments of the nitride semiconductor laser, the method of manufacturing the nitride semiconductor laser, and the epitaxial wafer for the nitride semiconductor laser of the present invention will be described with reference to the accompanying 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半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。窒化物半導体レーザ11は、支持基体13及び半導体積層15を備える。図1には直交座標系Sが示されている。支持基体13は、六方晶系窒化物半導体からなり、例えばGaNといった窒化ガリウム系半導体、窒化アルミニウム系半導体、等である。また、支持基体13は、六方晶系窒化物半導体のc面から所定の方向に傾斜した主面13a及び裏面13bを有する。支持基体13の主面13aの傾斜角は20度以上であり、傾斜角は40度以下である。六方晶系窒化物半導体のc軸の傾斜角は、図1に示されたベクトルCによって示される。一点鎖線13cは、支持基体13における六方晶系窒化物半導体の代表的なc面を示す。半導体積層15は、支持基体13の主面13a上に設けられている。半導体積層15は、半導体レーザのための複数の半導体膜を含み、例えば第1導電型窒化物半導体層21、活性層23及び第2導電型窒化物半導体層25を含む。第1導電型窒化物半導体層21、活性層23及び第2導電型窒化物半導体層25は、支持基体13の主面13aに交差する方向(Z軸の方向)に順に配置されている。活性層23は第1導電型窒化物半導体層21と第2導電型窒化物半導体層25との間に設けられている。活性層23は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を有しており、この窒化ガリウム系半導体層のインジウム組成は0.2以上である。半導体積層15の表面15aは、第1の方向(例えばX軸の方向)に延びる複数の突起19aを有しており、複数の突起19aは、第1の方向に交差する第2の方向(例えばY軸の方向)に配列されている。半導体積層15は、第2の方向に延びる第1及び第2の劈開面17a、17bを有する。
FIG. 1 is a drawing schematically showing a structure of a semiconductor laser according to the present embodiment. The
この窒化物半導体レーザ11によれば、高いインジウム組成0.2以上の半導体層が活性層23に含まれる。このため、半導体積層15の表面15aは、第1の方向に延びる複数の突起19aを含むモフォロジを示す。突起19aの高さは、例えば0.5〜2nm程度であり、また単位長さ当たりの突起密度は、例えば0.1〜5/nm程度である。半導体積層15の第1及び第2の劈開面17a、17bが第2の方向に延びるように形成されるので、劈開面の品質が良好になると共に劈開の歩留まりも良好である。
According to the
窒化物半導体レーザ11では、支持基体13の主面13aの傾斜角は20度より大きいことが好ましい。c面からのオフ角が大きいので、半導体レーザの特性は、c面由来の特性よりも半極性面に由来する特性を主に示すようになる。
In the
図2(a)は、図1のX軸の方向が<10−10>方向に一致したウエハ上に成長された半導体積層15において観察された表面モフォロジのスケッチを示す図面である。この観察は、原子間力顕微鏡を用いて行われた。結晶成長における安定面がm面であるので、個々の突起19bは、蛇行しながらm軸の方向に延びている。全体としては、突起19aは、m軸の方向に延びている。シンボルDcは、c軸の傾斜方向を示す。方向Dcはm軸にほぼ直交している。
FIG. 2A is a drawing showing a sketch of the surface morphology observed in the
図2(b)は、図2(a)に示された半導体積層15の表面モフォロジの断面のスケッチを示す図面である。この断面は、図2(a)に示されたI−I線に沿って取られている。図2(b)には、六方晶系窒化物の主要な結晶軸を示す座標系CRが示されている。ベクトルNは、支持基体13の主面13aの法線ベクトルを示し、ベクトルCは、支持基体13上にエピタキシャル成長された半導体積層15のc軸の方向、つまり支持基体13のc軸の方向を示す。ベクトルNはベクトルCと角度θを成す。図2(a)に示されるように、突起19bは、第1の方向(例えば<10−10>の方向)に延びると共に、第2の方向(例えば<11−20>の方向)に配列されている。図2(b)に示されるように、突起19bの典型的な構造は、主要な構成面として面Sc及び面Saを含んでおり、更に高次の結晶面を含むことができる。面Scはc面からなり、面Saはa面からなる。突起19bの配列によれば、好適な劈開面が形成される。
FIG. 2B is a drawing showing a sketch of a cross-section of the surface morphology of the
図3は、支持基体13のc軸の傾斜方向が、a軸(<11−20>)方向に対して僅かな角度δだけオフしたウエハ上に成長された半導体積層15において観察された表面モフォロジのスケッチを示す図面である。支持基体13のc軸が傾斜される方向を支持基体13のa軸を基準にして僅かにシフトさせるとき、半導体積層15の表面モフォロジにおいて、突起の配列の規則性が高くなる。発明者らの実験によれば、規則性を高めるc軸の傾斜範囲は、六方晶系窒化物半導体のa軸から角度の絶対値が0.1度以上であることが好ましい。半導体レーザの劈開面17a、17bを含む好適なレーザキャビティの特性を得るために、劈開面17a、17bの各々に対する光に入射角の絶対値が1度以下であることが好ましく、この値は、突起配列の規則性とは直接に関係していない。c軸の傾斜方向は、<11−20>方向から−1度〜−0.1度及び+0.1度〜+1度の角度範囲であることが好ましい。窒化物半導体レーザ11では、m面は劈開容易であるので、第1及び第2の劈開面17a、17bはm面であることが好ましい。
FIG. 3 shows the surface morphology observed in the
InGaNは二次元核成長を行う。成長速度、インジウム組成等が、半導体積層15の表面15aにおける突起の密度や突起の間隔等に影響を与える。発明者らの実験によれば、突起の間隔の規則性が高まると、InGaN層の膜厚や組成に関して、微視的な均一性が良好になる。この結果、半導体レーザ11の発光スペクトルにおける半値全幅が小さくなる。また、半導体レーザ11の利得が改善されて、発振閾値も低くできる。
InGaN performs two-dimensional nuclear growth. The growth rate, indium composition, and the like affect the density of protrusions and the interval between protrusions on the
ファブリペロー型レーザにおいて、劈開面を利用するレーザキャビティに利用するとき、劈開面の平坦性が重要である。ウエハ上に成長されたエピタキシャル膜表面及びウエハ裏面における形態的な不規則性は、劈開面の品質に影響を与える。半導体積層15の表面15aにおける突起の規則性が高まると、形態的な規則性が増して、劈開面の品質が向上すると共に、劈開歩留まりも向上する。
In a Fabry-Perot laser, the flatness of the cleaved surface is important when used in a laser cavity that utilizes a cleaved surface. Morphological irregularities on the surface of the epitaxial film grown on the wafer and on the back surface of the wafer affect the quality of the cleavage plane. When the regularity of the protrusions on the
発明者らの実験によれば、この傾向は、高いインジウム組成のInGaNにおいて観察される。例えば、活性層23のInXGa1−XN井戸層のIn組成Xが0.2以上であることが好ましい。また、In組成が高すぎると欠陥密度が高くなるので、In組成Xが0.5以下であることが好ましい。
According to the inventors' experiments, this tendency is observed in InGaN with a high indium composition. For example, the In composition X of the In X Ga 1-X N well layer of the
窒化物半導体レーザ11では、支持基体13は、貫通転位密度1×107cm−2以下の低転位の窒化ガリウム系半導体領域を有することが好ましい。第1導電型窒化物半導体層21、活性層23及び第2導電型窒化物半導体層25は、低転位の窒化ガリウム系半導体領域上に成長されるので、半導体積層15の表面モフォロジに対する転位の影響が低減されて、半極性面及び高インジウム組成に由来する特徴が明瞭になる。
In the
また、後ほど詳細に説明するけれども、支持基体13は以下の構造を有することができる。支持基体13は、第1の貫通転位密度より小さい貫通転位密度を有する第1の領域と、第1の貫通転位密度より大きな貫通転位密度を有する第2の領域とを含むことができる。第1の領域は、所定の方向及び六方晶系窒化物半導体のc軸の方向にほぼ直交する方向に延びていることができる。このような構造の大口径のGaNウエハを用いて、支持基体13を含む半導体レーザ11を作製できる。
Although described in detail later, the
再び図1を参照しながら、更に窒化物半導体レーザ11を説明する。第1導電型窒化物半導体層21は、例えばn型クラッド層31を含んでおり、必要な場合は、n型バッファ層33を含むことができる。活性層23は、光導波領域35に含まれている。必要な場合には、光導波領域35は、第1の光ガイド層37a及び第2の光ガイド層37bを含むことができる。活性層23は、第1の光ガイド層37a及び第2の光ガイド層37bの間に位置している。第2導電型窒化物半導体層25は、例えばp型クラッド層39及びp型コンタクト層41を含むことができる。
With reference to FIG. 1 again, the
半導体積層15の表面15aは、絶縁膜43で覆われている。絶縁膜43には開口43aが設けられている。p型コンタクト層41及び絶縁膜43には、電極45が設けられており、電極45(例えば、アノード)は開口43aを介してコンタクト層41に接続されている。また、支持基体13の裏面13bには、別の電極(例えば、カソード)47が設けられている。本実施例では、電極47は、裏面13bの全面に設けられている。電極45は、劈開面17a、17bの一方から劈開面17a、17bの他方への方向に延在している。電極45は、レーザキャビティの延在方向に沿って延びるストライプ形状を成す。これによって、良好な特性の半導体レーザが提供される。
The
活性層23は、例えば量子井戸構造49であることができる。量子井戸構造49は、井戸層49a及び障壁層49bを含むことができる。井戸層49a及び障壁層49bは交互に配列されている。好ましくは、井戸層49aは、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなることができ、例えばInGaN等である。また、障壁層49bは、井戸層49aよりも大きいバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなることができ、例えばInGaN、GaN等である。
The
半導体レーザ11の発光波長は、450nm以上550nm以下であることができる。このような波長範囲に合わせて、InGaN井戸層におけるIn組成の範囲は、0.2以上0.4以下である。また、InGaN井戸層における厚さの範囲は、1nm以上10nm以下である。半導体レーザ11の発光波長は、例えば、実用的な見地から緑の波長範囲であることができる。
The emission wavelength of the
図4及び図5は、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ及び窒化物半導体レーザを作製する方法の主要な工程を示す図面である。製造工程におけるエピタキシャル膜は、例えば有機金属気相成長法により作製される。原料にはトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TMI)、アンモニア(NH3)を用い、またドーパントしてシラン(SiH4)、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CP2Mg)を用いる。 4 and 5 are drawings showing the main steps of the method of manufacturing the epitaxial wafer and the nitride semiconductor laser according to the present embodiment. The epitaxial film in the manufacturing process is produced, for example, by metal organic vapor phase epitaxy. Trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), trimethylindium (TMI), ammonia (NH 3 ) are used as raw materials, and silane (SiH 4 ) and biscyclopentadienyl magnesium (CP 2 Mg) are used as dopants. Is used.
図4(a)に示されるように、六方晶系窒化物半導体からなるウエハ51を準備する。ウエハ51は、六方晶系窒化物半導体のc面から所定の方向に傾斜した主面51a及び裏面51bを有する。主面51a及び裏面51bは、実質的に互いに平行になるように作製されている。ウエハ51の主面51aのオフ角は20度以上である。このウエハ上に成長させるInを含む発光層(とくに発光波長500nm以上)に発生するピエゾがc面に比べ低減でき効率が向上できるためである。また、傾斜角は40度以下である。この角度以上ではウエハ上に成長するエピタキシャル膜のモフォロジーが悪化するためである。オフ角度は、m軸の方向への傾斜角θM及びa軸の方向への傾斜角θAを用いてsqrt(θM 2+θA 2)によって規定され、シンボル「sqrt」は平方根の演算を示す。ウエハ51の形状は、実質的には円盤状を成していることができる。ウエハ51のエッジ51c上の2点の間隔の最大値は45mm以上(例えば2インチ)であるものを用いることが好ましい。六方晶系窒化物半導体は、例えばGaNである。GaNウエハは、例えば酸素ドープされており、また電子キャリア濃度は、例えば1×107cm−3〜1×109cm−3である。GaNウエハの厚みは、例えば300マイクロメートル程度である。
As shown in FIG. 4A, a
図4(b)に示されるように、ウエハ51上に、第1導電型窒化物半導体層53を形成する。第1導電型窒化物半導体層53は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体膜を含むことができる。第1導電型窒化物半導体層53は、例えばn型GaNバッファ層及びn型AlGaNクラッド層を含むことができる。
As shown in FIG. 4B, the first conductivity type
図4(c)に示されるように、第1導電型窒化物半導体層53を形成した後に、必要な場合には、光ガイド層55aをウエハ51上に形成する。光ガイド層55aは、クラッド層より大きい屈折率の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばGaNまたはInGaN等である。次いで、図5(a)に示されるように、光ガイド層55aを形成した後に、活性層57をウエハ51上に形成する。活性層53は、既に説明したように一又は複数の窒化ガリウム系半導体層を含むことができ、例えば多重量子井戸構造を有することができる。この後に、光ガイド層55aを形成した場合には、活性層53を成長した後に、図5(b)に示されるように、光ガイド層55bをウエハ51上に形成する。光ガイド層55bは、クラッド層に屈折率より大きい屈折率の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばGaNまたはInGaN等である。光ガイド層55a、55bは、活性層57の障壁層と同程度のバンドギャップを有する材料からなることが好ましい。
As shown in FIG. 4C, after forming the first conductivity type
図5(c)に示されるように、ウエハ51上に、第2導電型窒化物半導体層59を形成する。第2導電型窒化物半導体層59は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体膜を含むことができる。第2導電型窒化物半導体層59は、例えばp型AlGaNクラッド層及びp型GaNコンタクト層を含むことができる。
As shown in FIG. 5C, the second conductivity type
これらの工程によって、エピタキシャルウエハE1が作製される。このエピタキシャルウエハE1は、窒化物半導体レーザのために好適な半導体積層構造を有する。図5(c)に示されるように、エピタキシャルウエハE1は、ウエハ51及び半導体積層61を備える。ウエハ51及び半導体積層61は、六方晶系窒化物半導体からなる。六方晶系窒化物半導体のc軸の傾斜角は、図1に示されたベクトルCと同様に傾斜している。ウエハ51の表面51aだけでなく、半導体積層61の表面61aも、六方晶系窒化物半導体のc面から所定の方向に傾斜している。ウエハ51の主面51aの傾斜角に応じて、半導体積層61の表面61aの傾斜角は20度以上であり、40度以下である。半導体積層61は、半導体レーザのための複数の半導体膜を含み、またウエハ51の主面51a上に設けられている。半導体積層61は、第1導電型窒化物半導体層53、活性層57及び第2導電型窒化物半導体層59を含む。第1導電型窒化物半導体層53、活性層57及び第2導電型窒化物半導体層59は、ウエハ51の主面51aに垂直な方向に順に配置されている。活性層57は第1導電型窒化物半導体層21と第2導電型窒化物半導体層59との間に設けられている。活性層57は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を有しており、この窒化ガリウム系半導体層のインジウム組成は0.2以上である。半導体積層61の表面61aのモフォロジは、図5(c)に示されるように、第1の方向に延びる複数の突起を有しており、複数の突起19aは、第1の方向に交差する第2の方向に配列されている。ウエハ51の六方晶系窒化物半導体は、第2の方向に延びる劈開可能な結晶面を有する。
Through these steps, the epitaxial wafer E1 is manufactured. The epitaxial wafer E1 has a semiconductor laminated structure suitable for a nitride semiconductor laser. As shown in FIG. 5C, the epitaxial wafer E <b> 1 includes a
このエピタキシャルウエハE1によれば、劈開可能な結晶面が第1の方向に交差する第2の方向に延びる。このため、高いインジウム組成0.2以上の半導体層が活性層に含まれると共に半導体積層61の表面61aには複数の突起が第1の方向に延びるので、エピタキシャルウエハを用いて窒化物半導体レーザを作製するとき、劈開の歩留まりが良好になる。
According to this epitaxial wafer E1, the crystal plane that can be cleaved extends in the second direction intersecting the first direction. For this reason, a semiconductor layer having a high indium composition of 0.2 or more is included in the active layer, and a plurality of protrusions extend in the first direction on the surface 61a of the
引き続き、図6及び図7は、窒化物半導体レーザを作製する方法の主要な工程を示す図面である。図6(a)に示されるように、第1導電型窒化物半導体層53は、例えばn型GaNバッファ層63a及びn型AlGaNクラッド層63bを含む。第2導電型窒化物半導体層59は、例えばp型AlGaNクラッド層65a及びp型GaNコンタクト層65bを含む。エピタキシャルウエハE1の半導体積層61上に、開口を有する絶縁膜67を形成する。絶縁膜67は、例えばシリコン酸化物等からなることができる。絶縁膜67を形成した後に、エピタキシャルウエハE1の表面に電極69aを形成する。次に、ウエハ51の厚みを薄くしてウエハ51dを形成する。この工程は、例えばウエハ51の裏面51bを研削することによって行うことができる。ウエハ51dの裏面51eに電極69bを形成する。これらの工程により基板生産物P1が作製された。裏面51eは、主面51aに実質的に平行である。
6 and 7 are drawings showing the main steps of a method for fabricating a nitride semiconductor laser. As shown in FIG. 6A, the first conductivity type
図6(b)に示されるように、電極68a、69bを形成した後に、エピタキシャルウエハE1を劈開して劈開面71a、71bを形成する。劈開により、レーザバー73a、73b等が順に形成される。レーザバー73a、73bの各々は、対向する劈開面71a、71bを有している。m面は劈開容易であるので、劈開面71a、71bはm面であることが好ましい。。
As shown in FIG. 6B, after the
ウエハ51及びエピタキシャルウエハE1は、図6(b)において一点鎖線によって示される劈開可能な結晶面CLを有する。レーザバー73a、73bは、この劈開可能な結晶面CLにおける劈開により作製されている。既に説明したように、エピタキシャルウエハE1の表面には、図6(b)に示されるように、第1の方向に延びる複数の突起が形成されている。結晶面CLは、第1の方向に交差する第2の方向に延びる。これ故に、劈開面の平坦性が良好になる。また、第1の方向に交差する第2の方向に基板生産物P1、エピタキシャルウエハE1を劈開するので、劈開の歩留まりが良好である。
The
c軸の傾斜の方向が<11−20>方向から−1度〜−0.1度及び+0.1度〜+1度の角度範囲であるとき、高いインジウム組成0.2以上の半導体層を含む半導体積層61の表面モフォロジにおいて、突起の配列の規則性が高くなる。規則性の向上は、劈開の歩留まりに有効である。
When the direction of inclination of the c-axis is an angle range of −1 degree to −0.1 degree and +0.1 degree to +1 degree from the <11-20> direction, a semiconductor layer having a high indium composition of 0.2 or more is included. In the surface morphology of the
また、ウエハ51の主面51aの傾斜角が20度より大きいとき、半導体レーザの特性は、c面由来の特性よりも半極性面に由来する特性を主に示すようになる。
When the inclination angle of the
ウエハ51は、貫通転位密度1×107cm−2以下の窒化ガリウム系半導体領域を有するとき、低転位領域上に成長される半導体積層の表面モフォロジに対して、転位の影響が低減されるので、半極性面及び高インジウム組成に由来する特徴が明瞭になる。故に、劈開の歩留まりが良好である。
When the
図7は、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ及び窒化物半導体レーザを作製する方法に使用可能なウエハの一例を示す図面である。ウエハ81は、複数の第1の領域83及び複数の第2の領域85を含む。第1の領域83は、ウエハ81のエッジ上の一地点から該エッジ上の別の地点まで第1の方向(例えば、m軸の方向)に延びており、第1の領域83及び第2の領域85は、第1の方向に交差する第2の方向(例えば、a軸の方向)に交互に配置されている。第1の領域83は、例えば1×107cm−2以下の貫通転位密度を有しており、第2の領域85は、第1の領域83の貫通転位密度より大きな貫通転位密度を有する。ウエハ81を用いて作製される半導体レーザにおいて、レーザキャビティは第1の領域83上に形成され、第1の領域83に沿って延びる。ウエハ81では、劈開可能な結晶面が第2の方向(例えば、Y軸の方向)に延びる。このウエハ81は、例えばGaNウエハであることができる。このため、大口径のGaNウエハの低転位領域に半導体レーザを作製できる。レーザキャビティの延在方向はm軸の方向であることができる。m面は劈開容易である。
FIG. 7 is a drawing showing an example of a wafer that can be used in the method of manufacturing an epitaxial wafer and a nitride semiconductor laser according to the present embodiment. The
ウエハ81を用いて作製されるエピタキシャルウエハによれば、低転位領域上に成長される半導体積層の表面モフォロジに対して、転位の影響が低減されるので、半極性面及び高インジウム組成による特徴が半導体積層で明瞭になる。
According to the epitaxial wafer manufactured using the
(実施例1)
GaNウエハ上に半導体レーザのためのエピタキシャル構造を作製した。c軸の[11−20]方向へ0.1度、10度、21度、26度、30度の傾斜角αで傾斜している主面を有するGaNウエハを準備した。それぞれの傾斜角のGaNウエハにおいて、[10−10]方向への傾斜角βが、0.02度、0.1度、1度であった。これら12種類のGaNウエハ上に。レーザダイオード構造のエピタキシャル成長を行った。レーザダイオード構造は複数の窒化ガリウム系半導体膜を有する。エピタキシャル成長は、有機金属気相成長法で行われた。エピタキシャル成長に先だって、アンモニア及び水素を用いてGaNウエハの表面の熱処理を行った。
Example 1
An epitaxial structure for a semiconductor laser was fabricated on a GaN wafer. A GaN wafer having a principal surface inclined at an inclination angle α of 0.1 degree, 10 degrees, 21 degrees, 26 degrees, and 30 degrees in the [11-20] direction of the c-axis was prepared. In the GaN wafers having respective inclination angles, the inclination angles β in the [10-10] direction were 0.02 degrees, 0.1 degrees, and 1 degree. On these 12 types of GaN wafers. The epitaxial growth of the laser diode structure was performed. The laser diode structure has a plurality of gallium nitride based semiconductor films. Epitaxial growth was performed by metal organic vapor phase epitaxy. Prior to the epitaxial growth, the surface of the GaN wafer was heat-treated using ammonia and hydrogen.
[11−20]方向へ異なる傾きを有するGaNウエハ上に、同一の成膜条件で井戸層となるInGaN層を成長すると、InGaN層のIn組成が互いに異なるものになる。具体的には、傾斜角が大きくなるにつれて、InGaN層のIn組成が小さくなる。このため、異なる傾きのGaNウエハ上においてもほぼ同じIn組成のInGaN層が成長されるように、InGaN層の成長条件を調整した。エピタキシャル膜の成長条件は、成長温度、原料の供給量等の調整により行われた。成長温度の変更は、摂氏600度以上から760度以下の範囲である。原料の調節のために、TMG及びTMIの供給量を変更した。
InGaNが表面をマイグレーションする余裕が必要なので成長速度は0.5μm/hr以下、さらには0.2μm/hr以下であることが望ましい。井戸層とバリア層の間に成長中断をもうけるとInGaN層の表面が変質しモフォロジーが悪化する。井戸層とバリア層の間は1分以上の中断は行わないほうがよく、連続で成長するのが望ましい。電子ブロックの成長温度の範囲は摂氏900〜摂氏1200度(℃)である。p型クラッドの成長温度の範囲は摂氏900〜摂氏1200度(℃)である。p型コンタクトの成長温度の範囲は摂氏900〜摂氏1200度(℃)である。
When an InGaN layer serving as a well layer is grown under the same film forming conditions on a GaN wafer having different inclinations in the [11-20] direction, the In compositions of the InGaN layers are different from each other. Specifically, as the tilt angle increases, the In composition of the InGaN layer decreases. For this reason, the growth conditions of the InGaN layer were adjusted so that an InGaN layer having substantially the same In composition was grown on GaN wafers having different inclinations. The growth conditions of the epitaxial film were performed by adjusting the growth temperature, the amount of raw material supplied, and the like. The change of the growth temperature is in the range of 600 to 760 degrees Celsius. In order to adjust the raw materials, the supply amounts of TMG and TMI were changed.
Since it is necessary for InGaN to migrate the surface, the growth rate is preferably 0.5 μm / hr or less, and more preferably 0.2 μm / hr or less. If the growth is interrupted between the well layer and the barrier layer, the surface of the InGaN layer is altered and the morphology deteriorates. It is better not to interrupt more than 1 minute between the well layer and the barrier layer, and it is desirable to grow continuously. The growth temperature range of the electronic block is 900 to 1200 degrees Celsius (° C.). The growth temperature range of the p-type cladding is 900 to 1200 degrees Celsius (° C.). The growth temperature range of the p-type contact is 900 to 1200 degrees Celsius (° C.).
図8に示された半導体レーザのためのエピタキシャルウエハを作製した。
ウエハ91a:2インチのn型GaNウエハ
n型クラッド91b:SiドープAl0.04Ga0.96N、2300nm
n側光ガイド91c:アンドープIn0.06Ga0.94N、100nm
活性層91d:6つの井戸層
障壁層91e:アンドープIn0.02Ga0.98N、15nm
井戸層91f:アンドープIn0.35Ga0.65N、1.8nm
p側光ガイド91g:アンドープIn0.06Ga0.94N、100nm
p型電子ブロック91h:MgドープAl0.18Ga0826N、20nm
p型クラッド91i:SiドープAl0.06Ga0.94N、400nm
p型コンタクト91j:SiドープGaN、50nm。
An epitaxial wafer for the semiconductor laser shown in FIG. 8 was produced.
n-side
Well layer 91f: undoped In 0.35 Ga 0.65 N, 1.8 nm
p-
p-
p-type cladding 91i: Si-doped Al 0.06 Ga 0.94 N, 400 nm
p-type contact 91j: Si-doped GaN, 50 nm.
これらのエピタキシャルウエハのフォトルミネッセンス(PL)の測定を行った。励起光レーザの波長は375nmであった。PLスペクトルのピーク波長は、510nm〜530nmの範囲にあった。0.02度の傾斜角βを有するエピタキシャルウエハのPLスペクトルの半値全幅は、40nm〜50nmであったけれども、0.1度及び1度の傾斜角βを有するエピタキシャルウエハのPLスペクトルの半値全幅は、30nm〜40nmであった。この理由はこのウエハの方が突起間隔が均一でIn組成分布が均一なためである。 The photoluminescence (PL) of these epitaxial wafers was measured. The wavelength of the excitation light laser was 375 nm. The peak wavelength of the PL spectrum was in the range of 510 nm to 530 nm. Although the full width at half maximum of the PL spectrum of the epitaxial wafer having the tilt angle β of 0.02 degrees was 40 nm to 50 nm, the full width at half maximum of the PL spectrum of the epitaxial wafer having the tilt angles β of 0.1 degree and 1 degree is 30 nm to 40 nm. This is because this wafer has a more uniform projection interval and a uniform In composition distribution.
フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングを用いて上記のエピタキシャルウエハにリッジ構造を形成した。リッジ構造の幅は、例えば1.5μmであった。リッジ構造の深さは、500nmである。リッジ構造は、p型電子ブロック、p型クラッド91i及びp型コンタクト91jを含んでいた。リッジ構造を形成した後に、開口を有する絶縁膜91kをリッジ構造及びウエハ上に堆積した。この後に、p側電極91mを形成した。GaNウエハの裏面を研削した。研削されたGaNウエハの厚さは、150μmであった。研削されたGaNウエハの裏面に、n側電極91nを作製した。これらの電極を作製した後に、合金化アニールを行って、基板生産物を作製した。
A ridge structure was formed on the epitaxial wafer using photolithography and reactive ion etching. The width of the ridge structure was 1.5 μm, for example. The depth of the ridge structure is 500 nm. The ridge structure included a p-type electron block, a p-type cladding 91i, and a p-type contact 91j. After forming the ridge structure, an insulating
次いで、600μmのレーザキャビティ長を有するように、この基板生産物を(10−10)面で劈開を行って、レーザバーを作製した。劈開面を光学顕微鏡を用いて観察したところ、[10−10]方向への傾きが0.02度の基板生産物から作製されたレーザバーのうちの70%に、劈開面に筋状の模様が観察された。[10−10]方向への傾きが0.1度及び1.0度の基板生産物から作製されたレーザバーには、筋状の模様が劈開面に観察されず、良好な鏡面が劈開により形成されていた。作製されたレーザバーから、鏡面端面を有するレーザバーを選別した。選別されたレーザバーの端面に反射膜を形成した後に、レーザバーを分離して、図8に示される半導体レーザチップを作製した。半導体レーザチップをパッケージに実装して半導体レーザ素子を作製した。 Next, this substrate product was cleaved on the (10-10) plane so as to have a laser cavity length of 600 μm, thereby producing a laser bar. When the cleaved surface was observed using an optical microscope, 70% of the laser bars produced from the substrate product having an inclination in the [10-10] direction of 0.02 degrees had a streak pattern on the cleaved surface. Observed. In the laser bar produced from substrate products with inclinations in the [10-10] direction of 0.1 degrees and 1.0 degrees, a streaky pattern is not observed on the cleavage plane, and a good mirror surface is formed by cleavage. It had been. Laser bars having a mirror end face were selected from the manufactured laser bars. After forming a reflection film on the end face of the selected laser bar, the laser bar was separated to produce the semiconductor laser chip shown in FIG. A semiconductor laser device was fabricated by mounting a semiconductor laser chip on a package.
半導体レーザ素子に通電して、電気的特性を測定した。通電では、周期5μsec及びDuty0.5%のパルス電流を50kAcm−2まで印加した。
(1)c軸の[11−20]方向への0.1度及び10度の傾斜のGaNウエハを用いて作製された半導体レーザ素子では、レーザ発振は観測されなかった。これらの半導体レーザでは、大きなピエゾ電界が発光再結合確率を下げていると考えられる。
(2)c軸の[10−10]方向への0.01度の傾斜のGaNウエハを用いて作製された半導体レーザ素子では、レーザ発振は観測されなかった。これらの半導体レーザでは、PLスペクトルの半値全幅が大きいので、レーザ発振に必要な利得が得られていないと考えられる。
(3)その他の傾斜角のGaNウエハを用いて作製された半導体レーザ素子では、レーザ発振が観測された。つまり、c軸の[11−20]方向へ21度、26度、30度の傾斜角αで傾斜している主面を有するGaNウエハであって、[10−10]方向への傾斜角βが0.1度及び1度であるGaNウエハ上に作製されたレーザダイオード構造では、レーザ発振が観測された。
The semiconductor laser element was energized and the electrical characteristics were measured. In energization, a pulse current having a period of 5 μsec and a duty of 0.5% was applied up to 50 kAcm −2 .
(1) No laser oscillation was observed in a semiconductor laser device fabricated using GaN wafers inclined at 0.1 degrees and 10 degrees in the [11-20] direction of the c-axis. In these semiconductor lasers, it is considered that a large piezo electric field lowers the emission recombination probability.
(2) No laser oscillation was observed in a semiconductor laser device manufactured using a GaN wafer tilted by 0.01 degrees in the [10-10] direction of the c-axis. In these semiconductor lasers, since the full width at half maximum of the PL spectrum is large, it is considered that a gain necessary for laser oscillation is not obtained.
(3) Laser oscillation was observed in semiconductor laser devices fabricated using GaN wafers having other inclination angles. That is, a GaN wafer having a main surface inclined at an inclination angle α of 21 degrees, 26 degrees, and 30 degrees in the [11-20] direction of the c axis, and an inclination angle β in the [10-10] direction. Laser oscillation was observed in the laser diode structure fabricated on a GaN wafer with 0.1 ° and 1 °.
緑色発光の半導体レーザには、高いインジウム組成のエピタキシャル層が必要である。半極性面を有するウエハ上の窒化ガリウム系半導体薄膜の成長する際のウエハ主面のオフ角依存性が、本実施の形態において示された。また、エピタキシャル膜の表面モフォロジが、高いインジウム組成のInGaNに関連に関連していることを示している。また、半極性ウエハに特有の成長様式が本実施の形態において示されている。この成長様式は、半導体レーザ構造における劈開性に関連している。 A green light emitting semiconductor laser requires an epitaxial layer having a high indium composition. The off-angle dependency of the main surface of the wafer when a gallium nitride based semiconductor thin film is grown on a wafer having a semipolar surface has been shown in the present embodiment. It also shows that the surface morphology of the epitaxial film is related to InGaN with a high indium composition. Further, a growth mode peculiar to a semipolar wafer is shown in this embodiment. This growth mode is related to the cleaving property in the semiconductor laser structure.
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.
半極性面を有するGaNウエハを用いた発光素子は、緑色の発光源として期待されている。 A light emitting device using a GaN wafer having a semipolar plane is expected as a green light source.
発光素子は液晶TVなどの光源として用いられている。ホワイト・バランスを満足する白色を作るためには,RGBの発光素子の光量の割合を約3:6:1にする必要がある。故に、緑色の発光素子の高出力化が必要となる。現状市販されているInGaN系緑色発光ダイオードの外部量子効率は,赤色発光ダイオード及び青色発光ダイオードの外部量子効率より低い。たとえば同じInGaN系の青色発光ダイオードでは外部量子効率が約45%に達するけれども、InGaN系緑色発光ダイオードは20%程度である。このようにInGaN系緑色発光素子の外部量子効率が低い原因は、以下のものと考えられる。
(1)格子不整合が大きくなりInGaN発光層の品質が低下する。
(2)ピエゾ電界による電子/正孔の分布が分離することにより発光効率が低下する。
特に、項目(2)の結晶構造の歪みによって生じた圧電分極によって発生するピエゾ電界は物性上の問題であり、GaN系材料に本質的である。入手可能なInGaN系緑色発光ダイオードは,GaN結晶の極性面であるc面(0001)のGaN基板上に作製されている。c軸方向が成長軸となるので、発光素子にピエゾ電界が生じる。ピエゾ電界は、発光層に注入される電子と正孔の分離を引き起こし,発光に寄与する再結合確率が低下させる。この結果、発光素子の外部量子効率が低下する。c軸方向にピエゾ電界が生じる理由は、InGaN層の結晶構造が歪んで圧電分極が生じるからである。圧電分極のほかInGaN層には自発分極も生じる。しかしながら、圧電分極が大きいため自発分極による電界はピエゾ電界に比べて非常に小さい。青色InGaN系発光ダイオードでは,緑色発光ダイオードのInGaN層に生じるピエゾ電界に比べ低い。これ故に、発光効率が高い。緑色発光ダイオードではInGaNのIn組成が青色発光ダイオードよりも高く、緑色発光ダイオ−ドにおけるInGaNの結晶に生じる歪みが青色発光ダイオードよりも大きくなり,これ故に、ピエゾ電界が増加し、発光効率を低下させている。
Light emitting elements are used as light sources for liquid crystal TVs and the like. In order to produce a white color that satisfies the white balance, it is necessary to set the light quantity ratio of the RGB light emitting elements to about 3: 6: 1. Therefore, it is necessary to increase the output of the green light emitting element. The external quantum efficiency of InGaN-based green light emitting diodes currently on the market is lower than that of red light emitting diodes and blue light emitting diodes. For example, although the external quantum efficiency reaches about 45% in the same InGaN-based blue light-emitting diode, the InGaN-based green light-emitting diode is about 20%. The reason why the external quantum efficiency of the InGaN-based green light emitting element is low is considered as follows.
(1) The lattice mismatch becomes large and the quality of the InGaN light emitting layer is lowered.
(2) Luminous efficiency decreases due to separation of electron / hole distribution due to the piezoelectric field.
In particular, the piezoelectric field generated by piezoelectric polarization caused by the distortion of the crystal structure of item (2) is a problem in physical properties and is essential for GaN-based materials. Available InGaN-based green light-emitting diodes are fabricated on a c-plane (0001) GaN substrate which is a polar plane of a GaN crystal. Since the c-axis direction is the growth axis, a piezoelectric field is generated in the light emitting element. The piezoelectric field causes separation of electrons and holes injected into the light emitting layer, and the recombination probability contributing to light emission is lowered. As a result, the external quantum efficiency of the light emitting element is lowered. The reason why a piezoelectric field is generated in the c-axis direction is that the crystal structure of the InGaN layer is distorted and piezoelectric polarization occurs. In addition to piezoelectric polarization, spontaneous polarization also occurs in the InGaN layer. However, since the piezoelectric polarization is large, the electric field due to spontaneous polarization is very small compared to the piezo electric field. In a blue InGaN-based light emitting diode, it is lower than the piezoelectric field generated in the InGaN layer of the green light emitting diode. Therefore, the luminous efficiency is high. In green light-emitting diodes, the In composition of InGaN is higher than that of blue light-emitting diodes, and the strain generated in the InGaN crystals in the green light-emitting diodes is larger than that of blue light-emitting diodes, thus increasing the piezo electric field and reducing luminous efficiency. I am letting.
このような発光に係る技術的課題は、緑色発光の半導体レーザにも通じるものがある。一方、本実施の形態によれば、半導体レーザが提供される。半導体レーザは半極性面を用いると共に高いインジウム組成の発光層を含むので、緑色の発光に好適である。 Some of the technical problems related to light emission are also related to a green light emitting semiconductor laser. On the other hand, according to the present embodiment, a semiconductor laser is provided. Since a semiconductor laser uses a semipolar plane and includes a light emitting layer having a high indium composition, it is suitable for green light emission.
11…窒化物半導体レーザ、13…支持基体、13a…支持基体の主面、13b…支持基体の裏面、15…半導体積層、15a…半導体積層の表面、17a、17b…劈開面、19a、19b…突起、21…第1導電型窒化物半導体層、23…活性層、25…第2導電型窒化物半導体層、31…n型クラッド層、33…n型バッファ層、35…光導波領域、37a、37b…光ガイド層、39…p型クラッド層、41…p型コンタクト層、43…絶縁膜、45、47…電極、49…量子井戸構造、49a…井戸層、49b…障壁層、51…ウエハ、51a…ウエハの主面、51b…ウエハの裏面、51d…研削されたウエハ、51e…研削された裏面、53…第1導電型窒化物半導体層、55a…光ガイド層、57…活性層、55b…光ガイド層、59…第2導電型窒化物半導体層、E1…エピタキシャルウエハ、61…半導体積層、61a…半導体積層の表面、63a…n型GaNバッファ層、63b…n型AlGaNクラッド層、65a…p型AlGaNクラッド層、65b…p型GaNコンタクト層、67…絶縁膜、69a、69b…電極、71a、71b…劈開面、73a、73b…レーザバー、91a…ウエハ、91b…n型クラッド、91c…n側光ガイド、91d…活性層、91e…障壁層、91f…井戸層、91g…p側光ガイド、91h…p型電子ブロック、91i…p型クラッド、91j…p型コンタクト
DESCRIPTION OF
Claims (20)
第1導電型窒化物半導体層、第2導電型窒化物半導体層及び活性層を含んでおり、前記支持基体の前記主面上に設けられ半導体レーザのための構造を有する半導体積層と
を備え、
前記半導体積層の表面モフォロジは、第1の方向に延びる複数の突起を有しており、
前記半導体積層は、前記第1の方向に交差する第2の方向に延びる第1及び第2の劈開面を有しており、
前記支持基体の前記主面の傾斜角は20度以上であり、前記傾斜角は40度以下であり、
前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を有しており、
前記窒化ガリウム系半導体層のインジウム組成は0.2以上であり、
前記活性層は前記第1導電型窒化物半導体層と前記第2導電型窒化物半導体層との間に設けられている、ことを特徴とする窒化物半導体レーザ。 A support base made of a hexagonal nitride semiconductor, having a main surface and a back surface inclined in a predetermined direction from the c-plane of the hexagonal nitride semiconductor;
A semiconductor stack including a first conductivity type nitride semiconductor layer, a second conductivity type nitride semiconductor layer, and an active layer, provided on the main surface of the support base, and having a structure for a semiconductor laser;
The surface morphology of the semiconductor stack has a plurality of protrusions extending in a first direction,
The semiconductor stack has first and second cleavage planes extending in a second direction intersecting the first direction;
The inclination angle of the main surface of the support base is 20 degrees or more, the inclination angle is 40 degrees or less,
The active layer has a gallium nitride based semiconductor layer containing indium,
The indium composition of the gallium nitride based semiconductor layer is 0.2 or more,
The nitride semiconductor laser, wherein the active layer is provided between the first conductivity type nitride semiconductor layer and the second conductivity type nitride semiconductor layer.
前記第1導電型窒化物半導体層、前記活性層及び前記第2導電型窒化物半導体層は、前記窒化ガリウム系半導体領域上に位置する、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。 The support base has a gallium nitride based semiconductor region having a threading dislocation density of 1 × 10 7 cm −2 or less,
The first conductive nitride semiconductor layer, the active layer, and the second conductive nitride semiconductor layer are located on the gallium nitride based semiconductor region. A nitride semiconductor laser according to any one of the preceding claims.
前記支持基体は、第1の貫通転位密度より小さい貫通転位密度を有する第1の領域と、前記第1の貫通転位密度より大きな貫通転位密度を有する第2の領域とを含み、
前記第1の領域は、前記第1の劈開面から第2の劈開面に向かう方向に延びている、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窒化物半導体レーザ。 The support base is made of GaN,
The support substrate includes a first region having a threading dislocation density smaller than a first threading dislocation density, and a second region having a threading dislocation density larger than the first threading dislocation density.
The nitride according to any one of claims 1 to 4, wherein the first region extends in a direction from the first cleavage plane toward the second cleavage plane. Semiconductor laser.
六方晶系窒化物半導体のc面から所定の方向に傾斜した主面及び裏面を有し該六方晶系窒化物半導体からなるウエハを準備する工程と、
第1導電型窒化物半導体層を前記ウエハ上に成長する工程と、
前記第1導電型窒化物半導体層を成長した後に、当該窒化物半導体レーザの活性層のための窒化ガリウム系半導体層を前記ウエハ上に成長する工程と、
前記活性層を形成した後に、第2導電型窒化物半導体層を前記ウエハ上に形成して、半導体積層を含むエピタキシャルウエハを形成する工程と、
前記エピタキシャルウエハを形成した後に、電極を形成して基板生産物を作製する工程と、
前記電極を形成した後に、前記基板生産物の劈開により劈開面を形成する工程と
を備え、
前記エピタキシャルウエハの前記表面は、前記六方晶系窒化物半導体のc軸に交差する第1の方向に延びる複数の突起を有しており、
前記ウエハの前記六方晶系窒化物半導体は、前記第1の方向に交差する第2の方向に延びる劈開可能な結晶面を有しており、
前記劈開面は前記第2の方向に延びており、
前記ウエハの前記主面の傾斜角は20度以上であり、前記傾斜角は40度以下であり、
前記窒化ガリウム系半導体層は、インジウムを含む半導体からなり、
前記窒化ガリウム系半導体層のインジウム組成は0.2以上である、ことを特徴とする方法。 A method for fabricating a nitride semiconductor laser comprising:
Preparing a wafer made of the hexagonal nitride semiconductor having a main surface and a back surface inclined in a predetermined direction from the c-plane of the hexagonal nitride semiconductor;
Growing a first conductivity type nitride semiconductor layer on the wafer;
Growing a gallium nitride based semiconductor layer for the active layer of the nitride semiconductor laser on the wafer after growing the first conductivity type nitride semiconductor layer;
Forming a second conductivity type nitride semiconductor layer on the wafer after forming the active layer, and forming an epitaxial wafer including a semiconductor stack;
Forming an electrode and forming a substrate product after forming the epitaxial wafer;
Forming a cleaved surface by cleaving the substrate product after forming the electrode,
The surface of the epitaxial wafer has a plurality of protrusions extending in a first direction intersecting the c-axis of the hexagonal nitride semiconductor,
The hexagonal nitride semiconductor of the wafer has a cleaveable crystal plane extending in a second direction intersecting the first direction;
The cleaved surface extends in the second direction;
The inclination angle of the main surface of the wafer is 20 degrees or more, and the inclination angle is 40 degrees or less,
The gallium nitride based semiconductor layer is made of a semiconductor containing indium,
The indium composition of the gallium nitride based semiconductor layer is 0.2 or more.
前記第1の領域は、前記所定の方向及び前記六方晶系窒化物半導体のc軸の方向に交差する方向に延びている、ことを特徴とする請求項8〜請求項11のいずれか一項に記載された方法。 The wafer includes a first region having a threading dislocation density smaller than a first threading dislocation density, and a second region having a threading dislocation density larger than the first threading dislocation density.
12. The first region according to claim 8, wherein the first region extends in a direction intersecting with the predetermined direction and a c-axis direction of the hexagonal nitride semiconductor. The method described in.
六方晶系窒化物半導体からなり、該六方晶系窒化物半導体のc面から所定の方向に傾斜した主面及び裏面を有するウエハと、
第1導電型窒化物半導体層、第2導電型窒化物半導体層及び活性層を含んでおり、前記ウエハ上に設けられた半導体積層と
を備え、
前記半導体積層の前記表面は、第1の方向に延びる複数の突起を有しており、
前記ウエハの前記六方晶系窒化物半導体は、前記第1の方向に交差する第2の方向に延びる劈開可能な結晶面を有しており、
前記ウエハの前記主面の傾斜角は20度以上であり、前記傾斜角は40度以下であり、
前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を有しており、
前記窒化ガリウム系半導体層のインジウム組成は0.2以上であり、
前記活性層は前記第1導電型窒化物半導体層と前記第2導電型窒化物半導体層との間に設けられている、ことを特徴とするエピタキシャルウエハ。 An epitaxial wafer for a nitride semiconductor laser comprising:
A wafer comprising a hexagonal nitride semiconductor and having a main surface and a back surface inclined in a predetermined direction from the c-plane of the hexagonal nitride semiconductor;
Including a first conductivity type nitride semiconductor layer, a second conductivity type nitride semiconductor layer and an active layer, and a semiconductor stack provided on the wafer,
The surface of the semiconductor stack has a plurality of protrusions extending in a first direction;
The hexagonal nitride semiconductor of the wafer has a cleaveable crystal plane extending in a second direction intersecting the first direction;
The inclination angle of the main surface of the wafer is 20 degrees or more, and the inclination angle is 40 degrees or less,
The active layer has a gallium nitride based semiconductor layer containing indium,
The indium composition of the gallium nitride based semiconductor layer is 0.2 or more,
An epitaxial wafer, wherein the active layer is provided between the first conductive nitride semiconductor layer and the second conductive nitride semiconductor layer.
20. The epitaxial wafer according to claim 19, wherein the cleaved crystal plane is substantially perpendicular to the third direction.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012156518A (en) * | 2012-03-08 | 2012-08-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Group iii nitride semiconductor laser element and method of manufacturing group iii nitride semiconductor laser element |
US8953656B2 (en) | 2011-01-21 | 2015-02-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | III-nitride semiconductor laser device and method for fabricating III-nitride semiconductor laser device |
CN111948235A (en) * | 2020-08-07 | 2020-11-17 | 广西大学 | Method for measuring semipolar plane III group nitride film defect density and application thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001230497A (en) * | 1999-12-06 | 2001-08-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nitride semiconductor device |
JP2002016000A (en) * | 2000-06-27 | 2002-01-18 | Sanyo Electric Co Ltd | Nitride semiconductor element and nitride semiconductor substrate |
JP2002344089A (en) * | 2001-05-14 | 2002-11-29 | Sharp Corp | Nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method therefor |
JP2003133649A (en) * | 2001-10-29 | 2003-05-09 | Sharp Corp | Nitride semiconductor laser device and method of manufacturing the same, and semiconductor optical device provided therewith |
JP2006093683A (en) * | 2004-08-24 | 2006-04-06 | Toshiba Corp | Semiconductor substrate, semiconductor element and semiconductor light emitting element |
-
2008
- 2008-03-17 JP JP2008068255A patent/JP2009224602A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001230497A (en) * | 1999-12-06 | 2001-08-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nitride semiconductor device |
JP2002016000A (en) * | 2000-06-27 | 2002-01-18 | Sanyo Electric Co Ltd | Nitride semiconductor element and nitride semiconductor substrate |
JP2002344089A (en) * | 2001-05-14 | 2002-11-29 | Sharp Corp | Nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method therefor |
JP2003133649A (en) * | 2001-10-29 | 2003-05-09 | Sharp Corp | Nitride semiconductor laser device and method of manufacturing the same, and semiconductor optical device provided therewith |
JP2006093683A (en) * | 2004-08-24 | 2006-04-06 | Toshiba Corp | Semiconductor substrate, semiconductor element and semiconductor light emitting element |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8953656B2 (en) | 2011-01-21 | 2015-02-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | III-nitride semiconductor laser device and method for fabricating III-nitride semiconductor laser device |
JP2012156518A (en) * | 2012-03-08 | 2012-08-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Group iii nitride semiconductor laser element and method of manufacturing group iii nitride semiconductor laser element |
CN111948235A (en) * | 2020-08-07 | 2020-11-17 | 广西大学 | Method for measuring semipolar plane III group nitride film defect density and application thereof |
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