JP2010003806A - Nitride compound semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化化合物半導体素子に関し、特に、リッジストライプ領域を有する窒化化合物半導体素子に関する。 The present invention relates to a nitride compound semiconductor device, and more particularly to a nitride compound semiconductor device having a ridge stripe region.
組成が一般式InxGayAlzN(但し、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1である。)で表される窒化化合物半導体のバンドギャップエネルギーは、各元素の組成比を調整することにより、青色光又は紫外光に対応する大きさを持たせることができる。このため、窒化化合物半導体を活性層に有する半導体レーザ素子等の窒化ガリウム(GaN)系発光素子が活発に研究されている。 The band gap energy of a nitride compound semiconductor whose composition is represented by the general formula In x Ga y Al z N (where x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1). Can have a size corresponding to blue light or ultraviolet light by adjusting the composition ratio of each element. For this reason, gallium nitride (GaN) -based light emitting devices such as semiconductor laser devices having a nitride compound semiconductor in the active layer have been actively studied.
GaN系半導体レーザ素子は、ブルーレイ(Blu-ray)ディスクに代表される次世代DVD(Digital Versatile Disc)用の光源として重要である。次世代DVDに対するさらなる高速記録動作を実現するには、GaN系半導体レーザ素子のさらなる高出力化が必須となる。しかしながら、安定した光出射形状、すなわち遠視野像(FFP:Far Field Pattern)で200mWを超える光出力を安定して動作し且つ維持することは困難である。また、DVDセットにおいては、単体のGaN系半導体レーザ素子を記録用と再生用との双方の光源に用いるため、高出力化と低ノイズ化とを同時に実現する必要がある。 A GaN-based semiconductor laser element is important as a light source for a next-generation DVD (Digital Versatile Disc) represented by a Blu-ray disc. In order to realize further high-speed recording operation for the next-generation DVD, it is essential to further increase the output of the GaN-based semiconductor laser element. However, it is difficult to stably operate and maintain a light output exceeding 200 mW in a stable light emission shape, that is, a far field pattern (FFP). In addition, in a DVD set, since a single GaN-based semiconductor laser element is used for both light sources for recording and reproduction, it is necessary to simultaneously realize high output and low noise.
一般に、GaN系半導体レーザ素子において、基板面に平行な方向の注入電流狭窄は、GaN系半導体層の上部をストライプ状にエッチングして形成されるリッジ構造を用いている。従って、基板に平行な方向における光の閉じ込め構造は、実屈折率導波構造となる。このため、ストライプ状の光導波領域内を伝播するレーザ光は、基板に平行な方向に漏洩しやすく、この漏れ光(迷光)がレーザ共振器方向において多重反射し、出射端面から漏洩してレーザ光と干渉する。これにより、GaN系半導体レーザ素子の遠視野像にはリップルが混在しやすく、ガウシアン形状から外れることが多い。 In general, in a GaN-based semiconductor laser element, the injection current constriction in the direction parallel to the substrate surface uses a ridge structure formed by etching the upper portion of the GaN-based semiconductor layer in a stripe shape. Therefore, the light confinement structure in the direction parallel to the substrate is an actual refractive index waveguide structure. For this reason, laser light propagating in the stripe-shaped optical waveguide region is likely to leak in a direction parallel to the substrate, and this leaked light (stray light) is multiple-reflected in the direction of the laser resonator and leaks from the exit end face. Interferes with light. As a result, the ripple is likely to be mixed in the far-field image of the GaN-based semiconductor laser element, and often deviates from the Gaussian shape.
このようなレーザ素子をDVDセットに用いた場合は、有効利用光の減少により、レーザ素子に対して、さらなる高出力化への負荷、高ノイズ化及び読み取りエラー発生等の要因となる。 When such a laser element is used in a DVD set, a reduction in effective light usage causes a load on the laser element to further increase output, increase noise, and cause a reading error.
GaN系半導体レーザ素子において、良好なFFP形状を得る方法として、特許文献1及び特許文献2に記載された方法が知られている。
As a method for obtaining a good FFP shape in a GaN-based semiconductor laser element, methods described in
特許文献1には、出射端面の光導波領域付近に複数の凹部を形成し、光導波領域の外部に漏洩した迷光を散乱及び屈折させることにより、FFPに生じるリップルを抑制する方法が記載されている。
特許文献2には、GaNからなる基板の上部に、あらかじめ底面以外の壁面を粗面とした凹部を形成し、粗面化された壁面を有する凹部を共振器端面に表出するように劈開して、光導波領域外に漏洩した迷光を凹部で散乱及び屈折させることにより、FFPに生じるリップルを抑制する方法が記載されている。 In Patent Document 2, a concave portion having a rough wall surface other than the bottom surface is formed in advance on the top of a substrate made of GaN, and the concave portion having the roughened wall surface is cleaved so as to be exposed on the end face of the resonator. Thus, there is described a method for suppressing ripples generated in the FFP by scattering and refracting stray light leaking out of the optical waveguide region in the recesses.
ここで、図10に窒化化合物半導体の結晶構造を示す。図10に示すように、窒化化合物半導体は、六方晶系の結晶構造を有している。このため、素子の上面の面方位を(0001)面とし、共振器端面の面方位を(1−100)面(=M面)とする半導体レーザ素子を作製する場合、これらの面に共に垂直な(11−20)面(=A面)ではなく、該A面から30°だけ傾斜した結晶面に沿った劈開が生じやすくなる。その結果、A面に沿った劈開を行うときだけでなく、M面に沿った劈開を行って共振器端面を形成するときにも、M面から60°だけ傾斜した方向に劈開ずれ(端面クラック)が発生するという問題がある。 Here, FIG. 10 shows a crystal structure of a nitride compound semiconductor. As shown in FIG. 10, the nitride compound semiconductor has a hexagonal crystal structure. For this reason, when fabricating a semiconductor laser device in which the plane orientation of the upper surface of the element is the (0001) plane and the plane orientation of the resonator end face is the (1-100) plane (= M plane), both are perpendicular to these planes. Cleavage is likely to occur along the crystal plane that is inclined by 30 ° from the A plane instead of the (11-20) plane (= A plane). As a result, not only when cleaving along the A-plane, but also when cleaving along the M-plane to form the resonator end faces, the cleavage shift (end-face cracks) in a direction inclined by 60 ° from the M-plane. ) Occurs.
このため、従来から、平滑な共振器端面を有する窒化化合物半導体素子を作製することは非常に困難である。 For this reason, conventionally, it is very difficult to manufacture a nitride compound semiconductor element having a smooth resonator end face.
ところで、近年用いられる窒化ガリウム(GaN)基板の上に形成された半導体レーザ素子を劈開する場合に、GaN基板の上に成長した窒化化合物半導体層の側からM面に沿ってスクライブ溝を形成し、形成したスクライブ溝によって、劈開を容易にする試みがなされている。上記の特許文献1及び特許文献2においても、窒化化合物半導層にスクライブ溝を線状に形成した後、ブレーキング等によって劈開を行う方法が記載されている。
By the way, when cleaving a semiconductor laser device formed on a gallium nitride (GaN) substrate used in recent years, a scribe groove is formed along the M plane from the side of the nitride compound semiconductor layer grown on the GaN substrate. Attempts have been made to facilitate cleavage by the formed scribe grooves.
なお、本願明細書において、結晶の面方位及び結晶軸を表す指数に付した負の符号は、該符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。
しかしながら、前記従来例に係る半導体レーザ素子は、出力が200mWを超える(以下、200mW超級と呼ぶ。)ような高出力動作をさせる場合は、良好なFFP形状を安定して得ることが困難である。なぜなら、上記の特許文献1及び特許文献2は、凹部の形成時に光導波領域に含まれるGaN結晶の内部にまで結晶欠陥等のダメージが印加されることを回避するために、光導波路から離れた位置に凹部を形成している。このため、200mW超級の高出力動作時には、光導波領域及びその近傍の光密度が非常に高くなるので、凹部における迷光散乱及び屈折の効果が弱まるからである。なお、凹部形成時に生じるダメージとは、上記の特許文献1においては、エッチングダメージであり、特許文献2においては、結晶成長時の異常成長等である。
However, it is difficult to stably obtain a good FFP shape when the semiconductor laser device according to the conventional example is operated at a high output such that the output exceeds 200 mW (hereinafter referred to as “over 200 mW class”). . This is because the above-mentioned
さらに、特許文献2においては、凹部が形成された加工基板上への結晶成長が必要となるため、結晶成長条件の変化等により、所望の形状を有する凹部を安定して形成することは困難である。従って、上記の従来例においては、200mW超級の高出力動作時に良好なFFP形状を安定して得ることは難しい。 Further, in Patent Document 2, since crystal growth on a processed substrate having a recess is required, it is difficult to stably form a recess having a desired shape due to a change in crystal growth conditions or the like. is there. Therefore, in the above conventional example, it is difficult to stably obtain a good FFP shape at the time of high output operation exceeding 200 mW.
本発明は、前記の従来の問題を解決し、その主たる目的は、200mW超級の高出力動作時においてもガウシアン形状が良好な遠視野像(FFP)を得ることができ、且つ長期信頼性を歩留まり良く得ることができるようにすることにある。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and its main object is to obtain a far field image (FFP) having a good Gaussian shape even during high output operation exceeding 200 mW, and to obtain long-term reliability. There is to be able to get well.
前記の目的を達成するため、本発明は、窒化化合物半導体素子を、複数の窒化化合物半導体からなる積層構造体に、リッジストライプ領域と接するように段差部を設けるか、又はリッジストライプ領域と接しない段差部及びリッジストライプ領域と接する溝部を設ける構成とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a nitride compound semiconductor device is provided with a stepped portion so as to be in contact with a ridge stripe region in a laminated structure composed of a plurality of nitride compound semiconductors or not in contact with a ridge stripe region. A groove portion in contact with the step portion and the ridge stripe region is provided.
具体的に、本発明に係る第1の窒化化合物半導体素子は、基板の上に形成され、n型窒化化合物半導体層、活性層及びp型窒化化合物半導体層を含む積層構造体を備え、積層構造体は、該積層構造体の上部に形成されたリッジストライプ領域と、該リッジストライプ領域が延びる方向に対して垂直な方向に形成された端面からなる共振面とを有し、積層構造体には、端面をリッジストライプ領域が延びる方向に彫り込んだ段差部が形成されており、段差部におけるリッジストライプ領域側の端部は、リッジストライプ領域と接していることを特徴とする。 Specifically, a first nitride compound semiconductor device according to the present invention includes a multilayer structure formed on a substrate and including an n-type nitride compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride compound semiconductor layer. The body has a ridge stripe region formed in the upper part of the laminated structure and a resonance surface composed of an end face formed in a direction perpendicular to the direction in which the ridge stripe region extends. The step portion is formed by carving the end face in the direction in which the ridge stripe region extends, and the end portion of the step portion on the ridge stripe region side is in contact with the ridge stripe region.
第1の窒化化合物半導体素子によると、リッジストライプ領域と端部が接する段差部を積層構造体に設けているため、200mW超級の高出力動作時においても、ガウシアン形状が良好なFFP形状を得ることができる。さらに、この段差部を設けたことにより、リッジストライプ領域からの漏洩光が出射端面から漏出することを抑制できるため、低ノイズ化をも同時に図ることができる。 According to the first nitride compound semiconductor device, since the step portion in contact with the ridge stripe region and the end portion is provided in the laminated structure, an FFP shape having a good Gaussian shape can be obtained even during high output operation exceeding 200 mW. Can do. Furthermore, by providing the stepped portion, it is possible to suppress leakage light from the ridge stripe region from leaking from the emission end face, so that noise can be reduced at the same time.
第1の窒化化合物半導体素子において、段差部におけるリッジストライプ領域側の端部は共振面と接していることが好ましい。 In the first nitride compound semiconductor element, it is preferable that an end of the step portion on the ridge stripe region side is in contact with the resonance surface.
第1の窒化化合物半導体素子において、端面はレーザ光を出射する出射端面とレーザ光を反射する反射端面とからなり、段差部は、出射端面側に設けられていることが好ましい。 In the first nitride compound semiconductor element, the end surface is preferably composed of an emitting end surface that emits laser light and a reflecting end surface that reflects the laser light, and the stepped portion is preferably provided on the emitting end surface side.
第1の窒化化合物半導体素子において、段差部は、該段差部の側面と共振面との距離がリッジストライプ領域の近傍部分において他の部分よりも大きくなるように形成されていることが好ましい。 In the first nitride compound semiconductor element, the step portion is preferably formed such that the distance between the side surface of the step portion and the resonance surface is larger in the vicinity of the ridge stripe region than in the other portions.
第1の窒化化合物半導体素子において、段差部は、その側面が第1の絶縁膜により覆われていることが好ましい。 In the first nitride compound semiconductor element, the side surface of the stepped portion is preferably covered with the first insulating film.
第1の窒化化合物半導体素子において、段差部は、その側面が光吸収膜により覆われていることが好ましい。 In the first nitride compound semiconductor element, the side surface of the step portion is preferably covered with a light absorption film.
第1の窒化化合物半導体素子において、リッジストライプ領域は、その上面の一部が共振面と接するように形成された第2の絶縁膜により覆われていることが好ましい。 In the first nitride compound semiconductor element, the ridge stripe region is preferably covered with a second insulating film formed so that a part of its upper surface is in contact with the resonance surface.
第1の窒化化合物半導体素子において、段差部におけるリッジストライプ領域側の端部は、共振面から離れており、積層構造体には、段差部から間隔をおき、且つ段差部に沿った溝部が形成され、溝部におけるリッジストライプ領域側の端部は、リッジストライプ領域と接していることが好ましい。 In the first nitride compound semiconductor element, the end of the step portion on the ridge stripe region side is away from the resonance surface, and the laminated structure is formed with a groove portion spaced from the step portion and along the step portion. The end of the groove on the ridge stripe region side is preferably in contact with the ridge stripe region.
本発明に係る第2の窒化化合物半導体素子は、基板の上に形成され、n型窒化化合物半導体層、活性層及びp型窒化化合物半導体層を含む積層構造体を備え、積層構造体は、該積層構造体の上部に形成されたリッジストライプ領域と、該リッジストライプ領域が延びる方向に対して垂直な方向に形成された端面からなる共振面とを有し、積層構造体には、端面をリッジストライプ領域が延びる方向に彫り込んだ段差部が形成されており、段差部におけるリッジストライプ領域側の端部はリッジストライプ領域から離れており、積層構造体には段差部から間隔をおき且つ段差部に沿った溝部が形成され、溝部におけるリッジストライプ領域側の端部は、リッジストライプ領域と接していることを特徴とする。 A second nitride compound semiconductor device according to the present invention includes a stacked structure formed on a substrate and including an n-type nitride compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride compound semiconductor layer. The laminated structure has a ridge stripe region formed on the upper portion and a resonance surface composed of an end face formed in a direction perpendicular to a direction in which the ridge stripe region extends. A stepped portion engraved in the direction in which the stripe region extends is formed, the end of the stepped portion on the ridge stripe region side is away from the ridge stripe region, and the stacked structure is spaced from the stepped portion and is A groove portion is formed along the ridge stripe region, and an end of the groove portion on the ridge stripe region side is in contact with the ridge stripe region.
第2の窒化化合物半導体素子によると、リッジストライプ領域と端部が接する段差部を積層構造体に設けているため、200mW超級の高出力動作時においても、ガウシアン形状が良好なFFP形状を得ることができる。さらに、積層構造体には、段差部から間隔をおき且つ段差部に沿った溝部が形成され、溝部におけるリッジストライプ領域側の端部は、リッジストライプ領域と接しているため、リッジストライプ領域からの漏洩光がこの溝部(迷光抑制溝)によって出射端面から漏出することを抑制できるため、低ノイズ化をも同時に図ることができる。 According to the second nitride compound semiconductor element, since the stepped portion where the ridge stripe region and the end portion are in contact is provided in the laminated structure, an FFP shape having a favorable Gaussian shape can be obtained even during high output operation exceeding 200 mW. Can do. Further, in the laminated structure, a groove portion is formed at a distance from the step portion and along the step portion, and the end portion on the ridge stripe region side of the groove portion is in contact with the ridge stripe region. Since leakage light can be suppressed from leaking from the exit end face by the groove (stray light suppression groove), noise can be reduced at the same time.
第2の窒化化合物半導体素子において、段差部におけるリッジストライプ領域側の端部は、共振面と接していることが好ましい。 In the second nitride compound semiconductor element, it is preferable that an end of the step portion on the ridge stripe region side is in contact with the resonance surface.
第2の窒化化合物半導体素子において、端面は、レーザ光を出射する出射端面とレーザ光を反射する反射端面とからなり、段差部は、出射端面側に設けられていることが好ましい。 In the second nitride compound semiconductor element, the end face is preferably composed of an emission end face that emits laser light and a reflection end face that reflects the laser light, and the stepped portion is preferably provided on the emission end face side.
第2の窒化化合物半導体素子において、段差部はその側面が第1の絶縁膜により覆われていることが好ましい。 In the second nitride compound semiconductor element, the side surface of the stepped portion is preferably covered with the first insulating film.
第2の窒化化合物半導体素子において、段差部はその側面が光吸収膜により覆われていることが好ましい。 In the second nitride compound semiconductor element, the side surface of the step portion is preferably covered with a light absorption film.
第2の窒化化合物半導体素子において、リッジストライプ領域は、その上面の一部が共振面と接するように形成された第2の絶縁膜により覆われていることが好ましい。 In the second nitride compound semiconductor element, the ridge stripe region is preferably covered with a second insulating film formed so that a part of the upper surface thereof is in contact with the resonance surface.
本発明に係る窒化化合物半導体素子によると、高出力動作時においても迷光を抑制し、且つ良好なFFP形状を高歩留まりで得ることができる。 According to the nitride compound semiconductor device of the present invention, stray light can be suppressed even during a high output operation, and a good FFP shape can be obtained with a high yield.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)は本発明の第1の実施形態に係る窒化化合物半導体素子であって、半導体レーザ素子の出射端面側の平面構成を示し、(b)は(a)のIb−Ib線における断面構成を示し、(c)は(a)のIc−Ic線における断面構成を示している。 FIG. 1A shows a nitride compound semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, which shows a planar configuration on the emission end face side of the semiconductor laser device, and FIG. 1B shows a line Ib-Ib in FIG. A cross-sectional structure is shown, and (c) shows a cross-sectional structure taken along line Ic-Ic in (a).
図1(a)〜図1(c)に示すように、第1の実施形態に係る半導体レーザ素子は、例えば主面の面方位が(0001)面のn型窒化ガリウム(GaN)からなる基板1Aの主面上に形成された、InxGayAlzN(但し、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で示される窒化化合物半導体からなる積層構造体40を有している。
As shown in FIGS. 1A to 1C, the semiconductor laser device according to the first embodiment includes, for example, a substrate made of n-type gallium nitride (GaN) whose principal plane has a (0001) plane orientation. It is made of a nitride compound semiconductor represented by In x Ga y Al z N (x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) formed on the main surface of 1A. A
積層構造体40の上部には、光導波領域であるリッジストライプ領域18が結晶軸の<1−100>方向に平行に形成され、該<1−100>方向に垂直な面である(1−00)面(M面)が共振面として劈開により露出されている。
A
本発明の特徴として、互いに対向する共振面(出射端面のみを図示)の少なくとも出射端面側の積層構造体40には、共振面をリッジストライプ領域18が延びる方向に彫り込んだ段差部19aが形成されている。また、段差部19aにおけるリッジストライプ領域18側の端部は、該リッジストライプ領域18及び共振面と接している。
As a feature of the present invention, a stepped
また、積層構造体40における段差部19aを含む露出面は、リッジストライプ領域18の上面を除いて、酸化シリコン(SiO2)からなる絶縁膜20により覆われている。
Further, the exposed surface including the
ここで、積層構造体40の構成の一例を示す。基板1Aの主面上には、厚さが約0.2μmのn型GaN層10、厚さが約2.0μmのn型Al0.03Ga0.97Nからなるn型クラッド層11、厚さが約150nmのn型GaNからなる第1の光ガイド層12、厚さが約9nmのIn0.01Ga0.99N層と厚さが約3nmのIn0.08Ga0.92Nからなる量子井戸(3層)と厚さが約9nmのIn0.01Ga0.99Nからなるバリア層(2層)とにより構成された多重量子井戸活性層13と、厚さが約70nmのIn0.01Ga0.99Nからなる活性層保護層14と、厚さが約10nmのp型Al0.20Ga0.80Nからなるキャップ層15と、厚さが約0.4μmのp型Al0.03Ga0.97Nからなるp型クラッド層16と、厚さが約0.1μmのp型GaNからなるp型コンタクト層17とが順次形成されている。
Here, an example of the structure of the
以下、前記のように構成された半導体レーザ素子の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor laser device configured as described above will be described.
まず、図2(a)及び図2(b)を参照しながら、ウェハ1の主面上に積層構造体40を形成する工程を説明する。なお、図2(a)及び図2(b)は、部分断面図であり、図示されている部分は、実際には直径が50mm程度の大きさを持つウェハ1の一部に過ぎない。
First, the process of forming the
図2(a)に示すように、主面の面方位が(0001)面であるn型GaNからなるウェハ1を用意する。ここで、図2(a)に現れているウェハ1の断面は、(1−100)面であり、1次劈開によって露出する。<11−20>方向は、図の紙面上にあり、ウェハ1の主面の面方位である(0001)面に平行である。
As shown in FIG. 2A, a
次に、図2(b)に示すように、ウェハ1の主面上に窒化化合物半導体からなる積層構造体40を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a
まず、GaNからなるウェハ1を、有機金属気相堆積(MOVPE:metal-orgnic vapor phase epitaxy)装置における反応炉内のサセプタに保持する。続いて、反応炉を約1000℃にまで昇温し、原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)及びアンモニア(NH3)ガスと、キャリアガスである水素及び窒素とを同時に供給する。これと同時に、n型ドーパントとしてシラン(SiH4)ガスを供給して、厚さが約0.2μmでSiの不純物濃度が約5×1017cm−3のn型GaN層10を成長する。
First, a
その後、n型GaN層10の上に、トリメチルアルミニウム(TMA)も供給しながら、厚さが約2.0μmでSiの不純物濃度が約5×1017cm−3のn型Al0.03Ga0.97Nからなるn型クラッド層11を成長する。その後、n型クラッド層11の上に厚さが約150nmでSiの不純物濃度が約5×1017cm−3のn型GaNからなる第1の光ガイド層12を成長し、その後、成長温度を約800℃にまで降温し、キャリアガスを窒素のみに変更して、トリメチルインジウム(TMI)とTMGとを供給して、厚さが約9nmのIn0.01Ga0.99N層を成長する。さらに、厚さが約3nmのIn0.08Ga0.92Nからなる量子井戸層(3層)と膜厚約9nmのIn0.01Ga0.99Nバリア層(2層)とを交互に成長して多重量子井戸活性層13を形成する。その後、多重量子井戸活性層13の上に、厚さが約70nmのIn0.01Ga0.99Nからなる活性層保護層14を成長して、多重量子井戸活性層13の表面を保護する。
Thereafter, while also supplying trimethylaluminum (TMA) onto the n-
次に、再び反応炉内の温度を約1000℃にまで昇温し、キャリアガスに水素を混合して、p型ドーパントであるビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)ガスを供給しながら、活性層保護層14の上に、厚さが約10nmでMgの不純物濃度が約1×1020cm−3のp型Al0.20Ga0.80Nからなるキャップ層15を成長する。
Next, the temperature in the reactor is again raised to about 1000 ° C., hydrogen is mixed into the carrier gas, and p-type dopant biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) gas is supplied, A
次に、キャップ層15の上に、厚さが約0.4μmでMgの不純物濃度が約1×1020cm−3のp型Al0.03Ga0.97Nからなるp型クラッド層16を成長する。
Next, the p-
次に、p型クラッド層16の上に、厚さが約0.1μmでMgの不純物濃度が約1×1021cm−3のp型GaNからなるp型コンタクト層17を成長する。
Next, a p-
なお、本発明において、積層構造体40の具体的な構成及び各半導体層10〜17の成長方法は任意であり、上記の構成及び成長方法は一例に過ぎない。
In the present invention, the specific configuration of the stacked
次に、積層構造体40を形成した後は、ドライエッチングにより積層構造体40の上部に電流狭窄用の、幅が約1.2μmのリッジストライプ領域18を形成する工程、ドライエッチングによりウェハ1を劈開する劈開領域に段差部19aを構成する劈開ガイド溝19を形成する工程、スパッタによりリッジストライプ領域18を除く積層構造体40の上に絶縁膜20を形成する工程、真空蒸着法によりリッジストライプ領域18の上にp側電極(コンタクト電極)を形成する工程、ウェハ1の裏面を研磨してその厚さを約80μmとする工程、及びn側電極を形成する工程等を順次行う。ここで、p側電極には、パラジウム(Pd)及び白金(Pt)の積層膜を用い、n側電極にはチタン(Ti)、白金(Pt)及び金(Au)からなる積層膜を用いる。さらに、p側電極の上には、n側電極と同様の構成を持つチタン(Ti)/白金(Pt)/金(Au)からなる配線電極を形成する。
Next, after the
以下、図3(a)及び図3(b)を参照しながら、劈開ガイド溝19の配置例とその形成方法とを説明する。図3(a)は分割(劈開)前の状態を示しており、図3(b)は、分割された個々のレーザチップの1つを示している。図3(a)及び図3(b)においては、簡単のため、積層構造体40の詳細な構成は省略している。また、リッジストライプ領域18の上面にはp側電極等が形成されているが、ここでは省略している。
Hereinafter, an arrangement example of the
図3(a)に示すように、積層構造体40の上部に形成された複数の劈開ガイド溝19は、それぞれが結晶軸の<11−20>方向に離散的に、すなわち不連続に配列されると共に、<1−100>方向にも離散的に配列されている。また、図3(b)に示す劈開されたレーザチップのように、劈開ガイド溝19、ここでは劈開ガイド溝19が劈開されてなる段差部19aは、積層構造体40に形成されるリッジストライプ領域18とは交差していない。
As shown in FIG. 3A, the plurality of
まず、劈開ガイド溝19の<11−20>方向の配列について詳述する。リッジストライプ領域18における共振器端面を精度良く平滑に形成するには、劈開ガイド溝19は<11−20>方向においてリッジストライプ領域18の側面にまで及んでいることが好ましい。さらには、劈開ガイド溝19をエッチングにより形成する際のリッジストライプ領域18へのダメージを回避するために、リッジストライプ領域18に近づくにつれて劈開ガイド溝19はその幅が減少するように形成されることが好ましい。劈開ガイド溝19をこのような形態とすることにより、光導波路であるリッジストライプ領域18へのダメージが緩和されるため、レーザ素子の特性及び信頼性に与える影響を軽微にすることができる。
First, the arrangement of the
一方、劈開ガイド溝19の<1−100>方向における配列ピッチは、各レーザ素子の共振器長に等しい値に設定する。第1の実施形態においては、共振器長が約300μm〜900μmであるため、劈開ガイド溝19の<1−100>方向における配列ピッチも300〜900μmに設定される。なお、レーザ素子における共振器長の寸法は上記の値に限定されない。従って、劈開ガイド溝19の配列間隔は、レーザ素子の設計寸法に応じて適切な値に設定される。
On the other hand, the arrangement pitch of the
次に、各劈開ガイド溝19の形状について詳述する。第1の実施形態においては、劈開ガイド溝19の平面形状は、典型的には六角形状を有しているが、各角部が丸みを帯びた楕円形状を有していてもよい。劈開ガイド溝19は、その延びる方向が<11−20>方向であり、長さ寸法は200μm以下に設定される。また、劈開ガイド溝19の幅方向は<1−100>方向であり、その幅寸法は例えば2μm〜6μm程度に設定される。なお、劈開ガイド溝19の深さは、図2(b)に示した積層構造体40の結晶成長表面であるp型コンタクト層17から深さ方向に向かって少なくとも多重量子井戸活性層13に至り、好ましくはn型光ガイド層12、さらに好ましくはn型クラッド層11に至るように形成する。さらには、劈開ガイド溝19の深さは、1次劈開の容易性を考えると、ウェハ1にまで及んでも構わない。
Next, the shape of each
図3(a)に示す第1劈開ライン21は、<11−20>方向に配列された複数の劈開ガイド溝19を規制しており、ウェハ1は第1劈開ライン21に沿って1次劈開される。このように、劈開ガイド溝19を図3(a)に示す第1劈開ライン21に沿って正確に配列することにより、レーザ素子の共振器端面を形成する1次劈開を精度良く且つ高歩留まりを得られる正確な位置で行うことが可能となる。なお、図3(a)に示す<1−100>方向に延びる第2劈開ライン22は、互いに隣り合うレーザ素子を分割するラインである。
A
以下、図3(a)及び図3(b)を参照しながら劈開工程を詳述する。 Hereinafter, the cleavage process will be described in detail with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
上述した方法により劈開ガイド溝19を形成した後、図3(a)に示す第1劈開ライン21に沿って1次劈開を行う。このとき、図示しない装置を用いてウェハ1の裏面から応力を印加すると、<11−20>方向に平行な第1劈開ライン21の上に配列された複数の劈開ガイド溝19に沿って劈開が進行する。このため、60°方向への劈開ずれ発生が抑制されるので、M面すなわち(1−100)面の平滑な共振器端面を有するレーザバーを作製できる。なお、レーザバーとは、ウェハ1に対して各第1劈開ライン21に沿った劈開のみを行ったことにより得られる、レーザチップが横方向に連なった状態のバー状のウェハをいう。
After the
その上、第1の実施形態においては、劈開領域に劈開ガイド溝19を設けていることにより、劈開ずれの発生を原因とするレーザバーの分断が生じにくくなる。このため、レーザバー自体の長さを延長することが可能となるので、この製造効率の改善に伴って製造コストが低減し、歩留まりをも向上することができる。
In addition, in the first embodiment, the
図4(a)及び図4(b)は、それぞれ1次劈開後の出射端面におけるリッジストライプ領域18付近の平面構成を表している。図4(a)及び図4(b)においては、簡単のため、絶縁膜20及びp側電極等は省略している。
FIG. 4A and FIG. 4B each show a planar configuration in the vicinity of the
図4(a)に示す例では、劈開ガイド溝19が劈開により分割されてなる段差部19aは、そのリッジストライプ領域18側の端部を該リッジストライプ18領域と接するように形成されている。なお、図4(a)においては、ウェハ1の主面に平行な面内において劈開ガイド溝19が六角形的な平面形状を有するように表しているが、これは一例に過ぎず、ドライエッチングのマスク形状を調整することにより、多様な平面形状を有する劈開ガイド溝19を形成することができる。1次劈開を所定の方向に案内するには、各劈開ガイド溝19が劈開方向に長軸を有する異方的な形状を有していることが好ましい。
In the example shown in FIG. 4A, the stepped
また、図4(b)に示す他の例では、劈開ガイド溝19の幅方向の寸法を<11−20>方向で連続的に変化させた場合を示している。レーザ素子の共振器端面を形成する1次劈開は、図3(a)の第1劈開ライン21に沿って規制される。このため、共振器長の精度を上げるには、劈開ガイド溝19の幅寸法を例えば2μm程度と極力小さくする方が好ましい。しかしながら、リッジストライプ領域18の側方に漏洩し、該リッジストライプ領域18を除く領域の共振器端面で多重反射する迷光が、出射端面から出射してレーザ光と干渉する現象を抑制するには、リッジストライプ領域18と隣接する劈開ガイド溝19の幅寸法は1次劈開に影響を与えない寸法、例えば6μm程度を限度として大きくする方が好ましい。
In addition, in another example shown in FIG. 4B, a case is shown in which the dimension in the width direction of the
従って、図4(b)に示す例では、迷光がレーザ光と干渉する程度が大きく低減されるため、リップルが少なくガウシアン形状に近い良好なFFPを得ることが容易となる。 Therefore, in the example shown in FIG. 4B, since the degree of interference of the stray light with the laser light is greatly reduced, it is easy to obtain a good FFP with little ripple and a Gaussian shape.
図5(a)に、図4(a)に示すレーザ構造である積層構造体40の上に絶縁膜20を設けた平面構成を示す。
FIG. 5A shows a planar configuration in which the insulating
図5(a)に示すように、リッジストライプ領域18の上面を除き、段差部19aの側面及び底面を含む全体を絶縁膜20で被覆することにより、段差部19aにおける電気的絶縁を維持できると共に、特に段差部19aがリッジストライプ領域18と接する位置における電気的リークを回避することができる。
As shown in FIG. 5A, by covering the entire surface including the side and bottom surfaces of the stepped
なお、図5(b)は図5(a)のVb−Vb線における断面構成、すなわち出射端面付近の段差部19aに沿った断面構成を示し、図5(c)は図5(a)のVc−Vc線における断面構成、すなわち出射端面から離れた位置のレーザ構造(積層構造体40)の内部の断面構成を示している。また、図5(b)及び図5(c)においては、積層構造体40のうち多重量子井戸活性層13の位置のみを模式的に示している。図5(c)からは、劈開端面から離れた積層構造体40の内部ではリッジストライプ領域18の下部が多重量子井戸活性層13の上側に位置することが分かる。これに対し、図5(b)からは、端面部分においては、リッジストライプ領域18の下部は多重量子井戸活性層13の上側に位置するものの、段差部19aの底部は多重量子井戸活性層13を横断していることが分かる。従って、図5(a)〜図5(c)から分かるように、出射端面において多重量子井戸活性層13における基板に平行な方向の幅が制約されることにより、リッジストライプ領域18から該リッジストライプ領域18の側方に漏洩して伝播する光(迷光)が出射端面から漏出することを抑制できる。
5B shows a cross-sectional configuration along the line Vb-Vb in FIG. 5A, that is, a cross-sectional configuration along the stepped
次に、レーザチップ製造工程として、電子サイクロトロン共鳴(ECR:Electron Cyclotron Resonance)装置を用いたスパッタ法により、1次劈開により得られたレーザバーの共振器端面のうち出射端面には、酸化アルミニウム(Al2O3)等からなる誘電体保護膜を成膜し、他方の反射端面には、酸化シリコン(SiO2)と酸化ジルコニウム(ZrO2)等からなる誘電体多層膜をする。 Next, as a laser chip manufacturing process, aluminum oxide (Al A dielectric protective film made of 2 O 3 ) or the like is formed, and a dielectric multilayer film made of silicon oxide (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ) or the like is formed on the other reflection end face.
GaN系半導体レーザ素子において、200mW超級の高出力化を実現するには、出射端面に生じる瞬時的光学損傷(COD:Catastrophic Optical Damage)を防止する必要がある。従って、出射端面側の誘電体膜コートについて詳述する。 In a GaN-based semiconductor laser device, in order to achieve a high output of over 200 mW, it is necessary to prevent instantaneous optical damage (COD: Catastrophic Optical Damage) that occurs on the emission end face. Therefore, the dielectric film coating on the emission end face side will be described in detail.
積層構造体40に1次劈開により形成された出射端面は、ECR装置により誘電体膜コートが成膜されるまでの間に大気中に暴露されるため、水分及び有機物等が容易に付着して汚染される。ウェハ1の劈開を真空中で実施する方法もあるが、製造時の作業性及びコストを考慮すると、量産性に欠ける。GaN系半導体レーザ素子は、従来の赤外レーザ素子及び赤色レーザ素子と比較すると、生成されるレーザ光が短波長で且つその光エネルギーが大きいため、レーザ光自身で端面に付着した汚染物が分解される。分解された異物は端面の酸化、端面における光吸収、及び端面反射率の変化を誘発する。このため、CODが生じる時点の光出力値の低下、及びエージング中のCODレベルの低下によるレーザ素子の頓死を促す。
Since the emission end face formed by the primary cleavage on the
従って、特に出射端面側において、誘電体膜コートの成膜直前の端面処理方法が重要である。具体的には、ECR装置内の高真空状態における希ガスと不活性ガスとを混合させた雰囲気でのプラズマ処理及びそれに続くAl2O3コートが、エージング中のCOD発生による頓死を抑制する手段として効果的である。この方法によれば、1次劈開から誘電体膜コートまでの大気中の放置時間に依存することなく、COD発生による頓死を抑制することが可能となる。 Therefore, particularly on the emission end face side, the end face treatment method immediately before the formation of the dielectric film coat is important. Specifically, the plasma processing in an atmosphere in which a rare gas and an inert gas in a high vacuum state in the ECR apparatus are mixed, and the subsequent Al 2 O 3 coating suppress the death due to COD generation during aging. As effective. According to this method, it is possible to suppress death due to the generation of COD without depending on the standing time in the atmosphere from the primary cleavage to the dielectric film coating.
次に、端面コートを行ったレーザバーに対して第2劈開ライン沿って劈開(2次劈開)することにより、レーザバーから複数のレーザチップ(個々の半導体レーザ素子)を得る。個々の半導体レーザ素子は、ウェハ1から分割されたチップを基板1Aとして備える。
Next, a plurality of laser chips (individual semiconductor laser elements) are obtained from the laser bar by cleaving (secondary cleavage) along the second cleavage line with respect to the laser bar on which the end surface coating has been performed. Each semiconductor laser element includes a chip divided from the
このように、2次劈開工程が終了した後は、半導体レーザ素子のn側部分、例えば基板1Aを窒化アルミニウム(AlN)等からなるサブマウントの上に半田材を介して固着しし、さらに、p側電極をワイヤボンディングにより配線する。
Thus, after the secondary cleavage step is completed, the n-side portion of the semiconductor laser element, for example, the
このとき、段差部19aが半導体レーザ素子の特定の位置に形成されていることを利用して、実装工程における位置決めマーカーとしての機能を段差部19aに発揮させることもできる。
At this time, utilizing the fact that the
上記の方法によって製造された半導体レーザ素子は、劈開ガイド溝19に導かれた平滑な共振器端面を有しており、且つ出射端面側にはCOD劣化を抑制した誘電体膜コートが施されているため、室温下のパルス測定において、閾値電流が30mAで250mWの出力時に120mAの動作電流で発振することが確認され、1000時間以上の寿命を示している。
The semiconductor laser device manufactured by the above method has a smooth resonator end face led to the
また、基板に平行な方向の遠視野像(FFP)を評価すると、迷光によるレーザ光の干渉が抑制されることから、リップルが少ないガウシアン分布の良好なFFP形状が5mW程度の低出力動作から250mW程度の高出力動作までの高範囲で得られている。また、5mW程度の低出力時におけるノイズ(RIN:Rerative Intensity Noise)を300MHz程度の高周波を重畳することにより評価したところ、−125dB/Hz以下となり、次世代DVDセット用の光源として実用可能な低ノイズ化を実現できている。 Further, when a far field image (FFP) in a direction parallel to the substrate is evaluated, interference of the laser beam due to stray light is suppressed. Therefore, a good FFP shape with a small Gaussian distribution with a small ripple is 250 mW from a low output operation of about 5 mW. It has been obtained in a high range up to high power operation. Further, when evaluating a low output noise (RIN: Referential Intensity Noise) of about 5 mW by superimposing a high frequency of about 300 MHz, it becomes −125 dB / Hz or less, which is a low practical light source for the next generation DVD set. Noise can be achieved.
なお、第1の実施形態においては、段差部19aの端部はリッジストライプ領域18の側面と接しているが、段差部19aの端部はリッジストライプ領域18の側面と必ずしも接する必要はない。例えば、段差部19aとリッジストライプ領域18の側面との距離が0.1μmよりも小さければ、段差部19aの端部がリッジストライプ領域18と接している場合と同等の効果を得られている。すなわち、段差部19aとリッジストライプ領域18との距離が0.1μmより小さい場合であっても両者が接しているとみなすことができる。この理由は定かではないが、リッジストライプ領域18からその外側に漏洩したキャリア(特に正孔)の拡散長(0.1μm程度)に起因して、段差部19aとリッジストライプ領域18との距離が0.1μmよりも小さい領域では、レーザ光に寄与する成分が主であり、迷光となりにくい可能性が推測される。
In the first embodiment, the end portion of the
(第1の実施形態の一変形例)
本変形例は、劈開ガイド溝19の平面形状を種々に変化させた構成を有している。図6(a)〜図6(e)に本変形例に係るレーザ構造を示す。図6(a)〜図6(e)に示すように、本変形例に係る劈開ガイド溝19(段差部19a)は、<11−20>方向に複数に分割されて形成されている。
(One modification of the first embodiment)
This modification has a configuration in which the planar shape of the
図6(a)及びその劈開後の拡大図である図6(b)は、第1劈開ライン21に沿った複数の劈開ガイド溝19(段差部19a)の長さが互いに等しい場合を示し、図6(c)は、第1劈開ライン21に沿った複数の劈開ガイド溝19(段差部19a)の長さが異なる場合を示す。劈開精度の観点では、図6(b)及び(c)に大きな差異はない。
FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b), which is an enlarged view after cleavage, show a case where the lengths of the plurality of cleavage guide grooves 19 (
これに対し、図6(d)及び図6(e)は、リッジストライプ領域18の近傍の劈開ガイド溝19(段差部19a)において、その平面形状が変化していることを特徴とする。すなわち、図6(d)においては、リッジストライプ領域18と接する段差部19aにおいてのみ、出射端面と段差部19aの側面との距離が大きくなっている。このため、リッジストライプ領域18から漏洩した迷光がレーザ光と干渉する割合を低減することができるため、高出力動作時においても良好なFFP形状を実現することができる。
On the other hand, FIGS. 6D and 6E are characterized in that the planar shape of the cleavage guide groove 19 (
また、図6(e)においては、リッジストライプ領域18と接する段差部19aにおいてのみ、段差部19aの側面が直線形状でなく波形状となっている。このため、高出力動作時においても迷光を散乱させることができ、良好なFFP形状を実現できる。
In FIG. 6E, the side surface of the stepped
なお、図6(d)及び図6(e)において、積層構造体40に対して行う劈開は、リッジストライプ領域18から離れた第1劈開ライン21に沿った長い劈開ガイド溝19によって制約されるため、劈開自体の精度に支障を来すことはない。
In FIG. 6D and FIG. 6E, the cleavage performed on the
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第2の実施形態においては、第1の実施形態により得られたFFP形状をさらに改善できるよう、積層構造体を覆う絶縁膜の構成を変えている。 In the second embodiment, the configuration of the insulating film covering the stacked structure is changed so that the FFP shape obtained by the first embodiment can be further improved.
図7(a)は本発明の第2の実施形態に係る窒化化合物半導体素子であって、半導体レーザ素子の出射端面側の平面構成を示し、(b)は(a)のVIIb−VIIb線における断面構成を示し、(c)は(a)のVIIc−VIIc線における断面構成を示している。なお、図7(a)〜図7(c)において、図1(a)〜図1(c)に示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。 FIG. 7A is a nitride compound semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and shows a planar configuration on the emission end face side of the semiconductor laser device, and FIG. 7B is a line VIIb-VIIb in FIG. A cross-sectional structure is shown, (c) has shown the cross-sectional structure in the VIIc-VIIc line of (a). In FIGS. 7A to 7C, the same components as those shown in FIGS. 1A to 1C are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図7(a)〜図7(c)に示すように、第2の実施形態に係る半導体レーザ素子は、積層構造体40を覆う絶縁膜20における出射端面を含む端部の上に、迷光を吸収する光吸収膜23を設けている。ここで、絶縁膜20は、第1の実施形態と同様に、電気的パッシベ−ション機能と屈折率差による光閉じ込め機能とを担っている。
As shown in FIGS. 7A to 7C, the semiconductor laser device according to the second embodiment emits stray light on the end including the emission end face in the insulating
以下、光導波領域であるリッジストライプ領域18から基板の主面の面内方向に漏洩する迷光の波長について詳述する。
Hereinafter, the wavelength of stray light leaking in the in-plane direction of the main surface of the substrate from the
本願発明者は、迷光を確実に抑制することを目的として、その波長成分をレーザラマン顕微鏡で調査した。その結果、主レーザ光の波長である405nmに混在して、波長が405nm以上(且つ600nm程度以下)の広域に及ぶ長波長光を観測した。この長波長光の起源は明確ではないが、リッジストライプ領域18の内部を伝播する、波長が405nmのレーザ光が漏洩した場合に、この漏洩したレーザ光が波長が405nmよりも小さいバンドギャップエネルギーを持つ領域を励起して発光させることに起因していると推測される。ここで、励起される領域とは波長が405nmよりも小さいエネルギーレベル(準位)を有すると推測される多重量子井戸活性層13におけるインジウム(In)の偏析領域、キャップ層15等のp型半導体層におけるMgからなる不純物添加領域(拡散された領域を含む)、及び第1の光ガイド層12等のn型半導体層におけるSiからなる不純物添加領域のことである。
The inventor of the present application investigated the wavelength component with a laser Raman microscope for the purpose of reliably suppressing stray light. As a result, long wavelength light over a wide area having a wavelength of 405 nm or more (and about 600 nm or less) was observed mixed with 405 nm which is the wavelength of the main laser light. The origin of this long wavelength light is not clear, but when a laser beam having a wavelength of 405 nm leaking through the
このことから、迷光を確実に抑制するには、主レーザ光よりも波長が長い光を抑制することが有効である。そこで、第2の実施形態においては、迷光を吸収する光吸収膜23として、波長が405nm以上の長波長域に及ぶ広域で光吸収を有するアモルファスシリコン(α−Si)を用いている。
For this reason, in order to reliably suppress stray light, it is effective to suppress light having a wavelength longer than that of the main laser light. Therefore, in the second embodiment, amorphous silicon (α-Si) having light absorption in a wide area extending over a long wavelength region having a wavelength of 405 nm or more is used as the
ここで、α−Siからなる光吸収膜23は、ECR装置等によって堆積され、図7(a)及び図7(c)に示すように、出射端面付近にのみ形成してもよく、また、リッジストライプ領域18に沿って共振器長方向の全域に形成してもよい。
Here, the
さらには、第2の実施形態においては、絶縁膜20の上に光吸収膜23を形成しているが、これとは逆に、光吸収膜を積層構造遺体40の上に堆積した後、絶縁膜20を形成してもよい。
Furthermore, in the second embodiment, the
また、第2の実施形態においては、光吸収膜23にα−Siを用いているが、迷光を吸収する媒体であれば、誘電体膜に限られない。例えば、パラジウム(Pd)及び金(Au)等の金属であっても構わない。
In the second embodiment, α-Si is used for the
また、第2の実施形態においても、段差部19aの端部はリッジストライプ領域18の側面と接しているが、段差部19aがリッジストライプ領域18と接していない場合であっても、段差部19aとリッジストライプ領域18との距離が0.1μmよりも小さければ、段差部19aの端部がリッジストライプ領域19aと接している場合と同等の効果を得ることができる。すなわち、段差部19aとリッジストライプ領域18との距離が0.1μmよりも小さい場合であっても接しているとみなすことができる。
Also in the second embodiment, the end portion of the
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第3の実施形態においては、第1の実施形態及び第2の実施形態により得られたCODレベルをさらに高出力化し、200mW超級の信頼性を改善できるよう、積層構造体を覆う絶縁膜20の形成位置を変更している。
In the third embodiment, the insulating
図8(a)は本発明の第3の実施形態に係る窒化化合物半導体素子であって、半導体レーザ素子の出射端面側の平面構成を示し、(b)は(a)のVIIIb−VIIIb線における断面構成を示し、(c)は(a)のVIIIc−VIIIc線における断面構成を示している。なお、図8(a)〜図8(c)において、図1(a)〜図1(c)に示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。 FIG. 8A is a nitride compound semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and shows a planar configuration on the emission end face side of the semiconductor laser device, and FIG. 8B is a line VIIIb-VIIIb in FIG. A cross-sectional structure is shown, (c) has shown the cross-sectional structure in the VIIIc-VIIIc line | wire of (a). In FIG. 8A to FIG. 8C, the same components as those shown in FIG. 1A to FIG.
図8(a)〜図8(c)に示すように、第3の実施形態に係る半導体レーザ素子は、リッジストライプ領域18の側面を含む積層構造体40の上に形成されるSiO2からなる絶縁膜20が、リッジストライプ領域18上における出射端面側の端部にも、p側電極と接しないように形成されている。
As shown in FIGS. 8A to 8C, the semiconductor laser device according to the third embodiment is made of SiO 2 formed on the
共振器端面は、積層構造体40を構成するpn接合及び活性層(多重量子井戸活性層13)が露出しているため、界面準位等の非発光再結合中心が存在し、且つ、出射端面においては特に光密度が高いため、非発光再結合中心を介した無効電流の増大、発熱の増大及びCODの劣化が加速される。
Since the pn junction and the active layer (multiple quantum well active layer 13) constituting the
第3の実施形態においては、図8(a)及び図8(b)に示すように、リッジストライプ領域18上における出射端面側の端部に形成された絶縁膜20によって、p側電極からリッジストライプ領域18への電流注入が阻止される。これにより、出射端面付近では多重量子井戸活性層13からの発光が抑制されるので、COD劣化の進行が抑制される。さらに、図8(a)に示すような端面非注入構造とすることにより、段差部19aがリッジストライプ領域18と接することに起因する該リッジストライプ領域18へのダメージの導入の影響を軽微にすることができる。
In the third embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, a ridge is formed from the p-side electrode by the insulating
図8(a)〜図8(c)には、SiO2からなる絶縁膜20のみを示したが、第2の実施形態と同様に、例えばα−Siからなる光吸収膜を形成することにより、迷光を効果的に抑制する構成としてもよい。
Although only the insulating
また、第3の実施形態においては、積層構造体40におけるリッジストライプ領域18の側方に形成される絶縁膜20と、リッジストライプ領域18上における端面側に形成される絶縁膜20とをいずれもSiO2により形成したが、リッジストライプ領域18上に形成される絶縁膜20と、リッジストライプ領域18の側方に形成される絶縁膜20とは互いに異なる組成の絶縁膜とすることも可能である。例えば、いずれか一方を窒化シリコン(SiN)としてもよい。
In the third embodiment, both the insulating
ここで、第3の実施形態を第1の実施形態及び第2の実施形態と比較すると、第3の実施形態に係る半導体レーザ素子は、エージング前のCODレベルが100mW程度向上し、且つエージング中のCODレベルの低下も抑制された。このため、200mWの高出力エージングにおいても1000時間以上の安定動作を高歩留まりで確保することができる。 Here, when the third embodiment is compared with the first embodiment and the second embodiment, the semiconductor laser device according to the third embodiment has a COD level before aging improved by about 100 mW and is aging. The decrease in COD level was also suppressed. For this reason, a stable operation of 1000 hours or more can be ensured with a high yield even at a high output aging of 200 mW.
なお、第3の実施形態においては、出射端面への電流注入を阻止する構成をリッジストライプ領域18上に設けた絶縁膜20により実現したが、この構成に限られず、p側半導体層への電流注入を阻害する構成であれば他の構成でも同様の効果を得ることができる。
In the third embodiment, the configuration for preventing current injection to the emission end face is realized by the insulating
また、第3の実施形態においても、段差部19aの端部はリッジストライプ領域18の側面と接しているが、段差部19aがリッジストライプ領域18と接していない場合であっても、段差部19aとリッジストライプ領域18との距離が0.1μmよりも小さければ、段差部19aの端部がリッジストライプ領域19aと接している場合と同等の効果を得ることができる。すなわち、段差部19aとリッジストライプ領域18との距離が0.1μmよりも小さい場合であっても接しているとみなすことができる。
Also in the third embodiment, the end portion of the stepped
(第3の実施形態の一変形例)
本変形例は、第3の実施形態における高出力化を図る構成に対して、劈開ガイド溝19(段差部19a)に持たせた劈開ガイド機能と迷光抑制機能とを分離した構成を採る。図9(a)〜図9(d)に本変形例に係るレーザ構造を示す。
(One Modification of Third Embodiment)
The present modification adopts a configuration in which the cleavage guide function provided in the cleavage guide groove 19 (
図9(a)〜図9(c)に示すように、積層構造体40の出射端面において、段差部19aがリッジストライプ18の側面と接しない構成とする。
As shown in FIGS. 9A to 9C, the stepped
さらに、積層構造体40の上部における段差部19aの内側の領域には、段差部19aと5μm程度の間隔をおくと共に、該段差部19aに沿った迷光抑制溝24が形成されている。ここで、迷光抑制溝24の幅寸法は10μm程度であり、その深さ寸法は、劈開ガイド溝19と同程度としている。このように、迷光抑制溝24を設けることにより、リッジストライプ領域18からの迷光の出射端面への漏出が抑制される。なお、迷光抑制溝24は、段差部19aと異なり、そのリッジストライプ領域18側の端部は該リッジストライプ領域18の側面と接していることが好ましい。
Further, in the region inside the stepped
また、絶縁膜20は、リッジストライプ領域18上には、出射端面側の端部にp側電極と接することなく且つ迷光抑制溝24を越える領域にまで形成されている。
The insulating
このように、本変形例によると、劈開ガイド溝19(段差部19a)の端部をリッジストライプ領域18の側面から離す構成とすることにより、劈開端面におけるリッジストライプ領域18の周辺部が物理的に強固となるため、1次劈開時のリッジストライプ領域18に印加される応力負荷を軽減することができる。
As described above, according to the present modification, the peripheral portion of the
また、絶縁膜20をリッジストライプ領域18上の出射端面側にも形成した端面非注入構造とあいまって、高出力安定動作を実現できる半導体レーザ素子の歩留まりをさらに改善することが可能になる。
Further, in combination with the end face non-injection structure in which the insulating
なお、本変形例においても、絶縁膜20のみを示したが、第2の実施形態と同様に、例えばα−Siからなる光吸収膜を形成することにより、迷光を効果的に抑制する構成としてもよい。
In the present modification, only the insulating
本発明に係る窒化化合物半導体素子は、高出力動作時においても迷光を抑制し且つ良好なFFP形状を高歩留まりで得ることができ、特にリッジストライプ領域を有する窒化化合物半導体レーザ素子等に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The nitride compound semiconductor device according to the present invention can suppress stray light and obtain a good FFP shape at a high yield even during high output operation, and is particularly useful for a nitride compound semiconductor laser device having a ridge stripe region. .
1 ウェハ
1A 基板
10 n型GaN層
11 n型クラッド層
12 第1の光ガイド層
13 多重量子井戸活性層
14 活性層保護層
15 キャップ層
16 p型クラッド層
17 p型コンタクト層
18 リッジストライプ領域
19 劈開ガイド溝
19a 段差部
20 絶縁膜
21 第1劈開ライン(共振面形成)
22 第2劈開ライン(チップ分割)
23 光吸収膜
24 迷光抑制溝(溝部)
40 積層構造体
1
22 Second cleavage line (chip division)
23
40 Laminated structure
Claims (13)
前記積層構造体は、該積層構造体の上部に形成されたリッジストライプ領域と、該リッジストライプ領域が延びる方向に対して垂直な方向に形成された端面からなる共振面とを有し、
前記積層構造体には、前記端面を前記リッジストライプ領域が延びる方向に彫り込んだ段差部が形成されており、
前記段差部における前記リッジストライプ領域側の端部は、前記リッジストライプ領域と接していることを特徴とする窒化化合物半導体素子。 A stacked structure formed on a substrate and including an n-type nitride compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride compound semiconductor layer;
The multilayer structure has a ridge stripe region formed on the top of the multilayer structure, and a resonance surface composed of an end surface formed in a direction perpendicular to a direction in which the ridge stripe region extends,
In the stacked structure, a stepped portion is formed by carving the end face in the direction in which the ridge stripe region extends,
An end of the step portion on the ridge stripe region side is in contact with the ridge stripe region.
前記段差部は、前記出射端面側に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化化合物半導体素子。 The end face includes an emission end face that emits laser light and a reflection end face that reflects the laser light,
3. The nitride compound semiconductor device according to claim 1, wherein the step portion is provided on the emission end face side. 4.
前記積層構造体は、該積層構造体の上部に形成されたリッジストライプ領域と、該リッジストライプ領域が延びる方向に対して垂直な方向に形成された端面からなる共振面とを有し、
前記積層構造体には、前記端面を前記リッジストライプ領域が延びる方向に彫り込んだ段差部が形成されており、
前記段差部における前記リッジストライプ領域側の端部は、前記リッジストライプ領域から離れており、
前記積層構造体には、前記段差部から間隔をおき、且つ前記段差部に沿った溝部が形成され、
前記溝部における前記リッジストライプ領域側の端部は、前記リッジストライプ領域と接していることを特徴とする窒化化合物半導体素子。 A stacked structure formed on a substrate and including an n-type nitride compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride compound semiconductor layer;
The multilayer structure has a ridge stripe region formed on the top of the multilayer structure, and a resonance surface composed of an end surface formed in a direction perpendicular to a direction in which the ridge stripe region extends,
In the stacked structure, a stepped portion is formed by carving the end face in the direction in which the ridge stripe region extends,
An end of the step portion on the ridge stripe region side is away from the ridge stripe region,
The laminated structure is formed with a groove portion spaced from the step portion and along the step portion,
An end of the groove portion on the ridge stripe region side is in contact with the ridge stripe region.
前記段差部は、前記出射端面側に設けられていることを特徴とする請求項8又は9に記載の窒化化合物半導体素子。 The end face includes an emission end face that emits laser light and a reflection end face that reflects the laser light,
10. The nitride compound semiconductor device according to claim 8, wherein the step portion is provided on the emission end face side. 11.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008160349A JP2010003806A (en) | 2008-06-19 | 2008-06-19 | Nitride compound semiconductor device |
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JP2008160349A JP2010003806A (en) | 2008-06-19 | 2008-06-19 | Nitride compound semiconductor device |
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JP2008160349A Pending JP2010003806A (en) | 2008-06-19 | 2008-06-19 | Nitride compound semiconductor device |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2010003806A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010205748A (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-16 | Nichia Corp | Semiconductor light emitting element, and manufacturing method therefor |
JP2017033969A (en) * | 2015-07-29 | 2017-02-09 | 日亜化学工業株式会社 | Manufacturing method of semiconductor laser element |
-
2008
- 2008-06-19 JP JP2008160349A patent/JP2010003806A/en active Pending
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