JP2010062213A - 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光やキャリアの閉じ込め効率が高く、遠視野像がガウシアン形状で単峰である窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも２本の溝と、前記２本の溝に挟まれたストライプ状の凸部と、を有するチップ基本単位が複数配列されたウエハを準備するウエハ準備ステップと、前記ウエハ上に、第一導電型クラッド層と、活性層と、第二導電型クラッド層と、を含む窒化物半導体層を結晶成長させる結晶成長ステップと、前記ウエハを前記チップ基本単位に分割するチップ分割ステップと、を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関し、詳しくは、光やキャリアの閉じ込め効率の高い窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。

ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＮＡｓ等の窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、紫外から可視領域の光を良好に取り出すことができるので、光通信、光ピックアップ等に広く使用されている。

近年、窒化物半導体発光素子の発光特性の更なる向上が求められており、光やキャリアを発光領域（活性層）に効率的に閉じ込めることにより、発光特性を向上させる技術に対する注目が高まっている。

このような中、特許文献１は、光やキャリアを閉じ込めるために、活性層にストライプ状のリッジ（リッジストライプ）を形成した半導体レーザ素子を開示している。また、この技術では、リッジストライプ以外の部分に半導体組成を変化させた領域を設けている。

特開２００６−２１６７３１号公報

図５に、特許文献１にかかる窒化物半導体レーザ素子を示す。この技術にかかる窒化物半導体レーザ素子１００は、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０２、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０３、ｎ型ＧａＮガイド層１０４、ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層１０５、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアバリア層１０６、ｐ型ＧａＮガイド層１０７、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０８、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９、ｐ型電極１１２が、順次積層された構造である。

上記ｐ型ＧａＮガイド層１０７、ｐ型クラッド層１０８、およびｐ型コンタクト層１０９は、その一部がエッチング除去され、共振器方向に延伸したストライプ状のリッジ（リッジストライプ）１１０が形成されている。そして、リッジストライプ１１０が形成された面であってリッジストライプ１１０以外の少なくとも一部に、不純物を添加したＧａＮ層１１１が形成されている。

また、ｐ型電極１１２とＧａＮ不純物添加層１１１およびリッジストライプ１１０との間には、リッジストライプ１１０の頭頂部を除いて、絶縁膜１１３が設けられている。さらに、ｎ型ＧａＮ基板１０１の積層構造を形成した面と反対の面には、ｎ型電極１１４が形成されている。

この技術では、リッジストライプ１１０が設けられており、リッジストライプ１１０と絶縁膜１１３との界面において、屈折率が大きく変化するため、この屈折率の差により、光やキャリアがリッジストライプ１１０から絶縁膜１１３に漏れ出すことが抑制される。しかしながら、屈折率に差があっても、リッジストライプ１１０から一部の光が漏れ出してしまう。この技術では、この漏れ出し光を、不純物を添加したＧａＮ層１１１が吸収する。これらにより、放射される光強度分布の形状（遠視野像）を、好ましい形状である、単峰でガウシアン形状とすることができるとされる。

特許文献１にかかる技術は、リッジストライプを設けることにより光やキャリアの閉じ込め効率を高め、且つリッジストライプから一部漏れ出した、発光特性に悪影響を及ぼす光を、リッジストライプ外部（不純物を添加したＧａＮ層）で吸収することにより、発光特性の低下を防止している。しかしながら、リッジストライプから光やキャリア（電子とホール）が漏れ出すこと自体をより効果的に抑制できれば、キャリアの利用効率が向上して、レーザ発振に必要な電流を小さくできるとともに、上記特許文献１のような漏れ出した光を吸収するための構成（不純物添加ＧａＮ層）を不要とすることができる。しかし、このような窒化物半導体レーザ素子は、未だ実現されていない。

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、光やキャリアがリッジストライプ外部に漏れ出すことを防止することにより、高い変換効率を有し、放射される光強度分布の形状（遠視野像）が単峰でガウシアン形状である窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明者らが上記課題を解決するために鋭意研究した結果、窒化物半導体層を結晶成長させるウエハに溝を形成し、この溝形成ウエハに半導体層を結晶成長させた場合には、溝部分から放射される光と、残余の平坦領域から放射される光は、波長に違いがあることを知った。

本発明者らが行った試験例を用いて、上記現象を詳細に説明する。
図４は、試験例にかかる窒化物半導体発光素子を示す断面図である。試験例にかかる窒化物半導体発光素子は、サファイアウエハ１０上にＧａＮテンプレート１１を設けた試験基板を備え、この試験基板は、エッチングにより幅２０μｍ、深さ５８０μｍの溝が形成されている。この試験基板上に、ｎ−ＧａＮバッファー層１２、Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層１３とＳｉがドープされたＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ井戸層１４とが積層された活性層（４つの障壁層と３つの井戸層からなる多重量子井戸活性層）と、ＧａＮ層１５と、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ層１６と、が順次積層されている。

この窒化物半導体発光素子の外観を観察したところ、図４に示すように、試験基板上に結晶成長された窒化物半導体層は、試験基板の溝による凹凸の影響を受けた凹凸が確認された。

この窒化物半導体発光素子に電流を注入し、その発光を確認した。このとき、溝部分上に結晶成長された窒化物半導体層からは青色発光（波長：３９０ｎｍ）が確認され、残余の平坦領域（凸部）上に結晶成長された窒化物半導体層からは緑色発光（波長：４３０ｎｍ）が確認された。

このように発光波長が異なった理由は、溝を形成した試験基板に半導体層を結晶成長させる場合、凸部や溝側面よりも、溝底面に先に窒化物半導体が結晶成長しやすい性質があり、溝部分上に結晶成長された半導体層と、凸部上に結晶成長された半導体層とでは、微視的な半導体組成や厚みが異なるようになるためであると考えられる。

上記発光波長の違いは、溝部分上に結晶成長された窒化物半導体層におけるエネルギーバンドギャップが、凸部上に結晶成長された窒化物半導体層におけるエネルギーバンドギャップより大きいことを示すものである。上記波長の違いから計算すると、エネルギーバンドギャップ差は約３７０ｍｅＶとなる。

このエネルギーバンドギャップ差は、キャリア（電子とホール）が凸部から溝へ拡散することを防止することができる大きなポテンシャル障壁となるものと考えられる。

また、このように大きなエネルギーバンドギャップ差の存在は、溝部分上に結晶成長された窒化物半導体層と凸部上に結晶成長された窒化物半導体層とに大きな屈折率の差があることを意味する。そして、この屈折率の差は、光が凸部上に結晶成長された窒化物半導体層から溝部分上に結晶成長された窒化物半導体層へ漏れ出すこと防止できるものと考えられる。

したがって、上記を利用して窒化物半導体発光素子にリッジストライプを形成すれば、光やキャリアの閉じ込め効率が極めて高い窒化物半導体発光素子を実現できるものと考えられる。本発明者らは、この知見に基づきさらに鋭意研究を行い、本発明を完成させた。

上記知見に基づき完成された第１の本発明は、少なくとも２本の溝と、前記２本の溝に挟まれたストライプ状の凸部と、を有する基板と、前記基板上に結晶成長された、第一導電型クラッド層と、活性層と、第二導電型クラッド層と、を含む窒化物半導体層と、を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子である。

この構成によると、ストライプ状の凸部の両脇に溝が形成されている基板上に活性層を含む窒化物半導体層が結晶成長されているため、上述したように、ストライプ状の凸部（上記説明における残余の平坦領域）上に結晶成長された窒化物半導体層は、溝部分上に結晶成長された窒化物半導体層より突出した構造となり、ストライプ状の凸部上に結晶成長された窒化物半導体層はリッジストライプとなる。このため、リッジストライプを有する従来技術と同様に、リッジストライプに光やキャリアが閉じ込められる。

上記に加え、リッジストライプを構成する窒化物半導体層と溝部分上に結晶成長された窒化物半導体層とにエネルギーギャップ及び屈折率差が生じるので、従来技術ではリッジストライプから漏れ出していたキャリア、光がリッジストライプに閉じ込められる。これにより、光の変換効率が高まるとともに、放射される光強度分布の形状を単峰でガウシアン形状とすることができる。

なお、窒化物半導体層としては、第一導電型クラッド層と、活性層と、第二導電型クラッド層と、が必須であるが、これ以外に、バッファー層、バリア層、コンタクト層等を含んでもよい。

本発明を好適に利用できる窒化物半導体発光素子としては、窒化物半導体レーザ素子や窒化物半導体発光ダイオード等が挙げられる。

窒化物半導体レーザ素子としては、片端面出射型レーザ素子や両端面出射型レーザ素子等があるが、本発明を片端面出射型レーザ素子に適用する場合、レーザ出射端面における前記ストライプ状の凸部の幅を、レーザ反射端面よりも小さくする構成を採用できる。

上述したように、溝が形成されている基板に結晶成長させる場合、凸部や溝の側面に比べ、溝の底面に供給元素が吸着されやすい。上記構成を採用する場合、ストライプ状の凸部のレーザ出射端面近傍における結晶成長では、溝との距離が小さいため、上述した溝の影響を受けやすい。他方、ストライプ状凸部のレーザ反射端面近傍の中央領域（レーザ導波路となる領域）における結晶成長では、溝との距離が大きいため、上述した溝の影響を受けにくい。したがって、ストライプ状の凸部上に形成されたリッジストライプでは、レーザ出射端面近傍における半導体組成や厚みと、レーザ反射端面近傍における半導体組成や厚みと、に違いが生じやすい。

このような半導体組成や厚みの変化により、次のような効果が得られる。
（１）幅の広い領域では、均質な組成、厚みの活性層により、安定した光が発振される。
（２）幅の狭いレーザ出射端面近傍では、組成、厚みの変化により、幅の広い領域で発振した光の吸収率が低下し、レーザ出射端面の端面破壊が抑制されるので、素子寿命を長寿命化できる。

前記レーザ出射端面における前記ストライプ状の凸部の幅を０．５〜１０μｍとし、前記レーザ反射端面における前記ストライプ状の凸部の幅を５０〜６００μｍとすると、上記効果が顕著に得られるので好ましい。

また、前記ストライプ状の凸部の幅が０．５〜１０μｍである領域のストライプ方向長さを、前記半導体発光素子のストライプ方向長さの５〜５０％とし、前記ストライプ状の凸部の幅が５０〜６００μｍである領域のストライプ方向長さを、前記半導体発光素子のストライプ方向長さの５０〜９５％とすると、上記効果が顕著に得られるので好ましい。

上記構成において、前記活性層は、障壁層と井戸層とからなる多重量子井戸活性層であり、前記障壁層と前記井戸層の少なくとも一方は、２種以上のIII族元素及び／又は２種以上のＶ族元素を含む構成とすることができる。

この構成では、活性層を構成する障壁層、井戸層の少なくとも一方は、２種以上のIII族元素及び／又は２種以上のＶ族元素を含む。このため、２種以上含まれる元素の凸部、溝側面、溝底面への吸着傾向の違いを利用して、溝部分上と凸部上に形成される活性層の半導体組成の変化がより顕著に現れるようになる。

上記構成において、効率よくキャリア、光を閉じ込めるためには、前記溝の幅を１〜１００μｍとし、前記溝の高さを０．５〜１０μｍとすることが好ましい。

基板としては、ＧａＮ基板、サファイア基板又はサファイア基板上にＧａＮテンプレートが形成された基板が好適である。

上記知見に基づき完成された第２の本発明は、少なくとも２本の溝と、前記２本の溝に挟まれたストライプ状の凸部と、を有するチップ基本単位が複数配列されたウエハを準備するウエハ準備ステップと、前記ウエハ上に、第一導電型クラッド層と、活性層と、第二導電型クラッド層と、を含む窒化物半導体層を結晶成長させる結晶成長ステップと、前記ウエハを前記チップ基本単位に分割するチップ分割ステップと、を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法である。

上記方法を用いることにより、上記第１の本発明にかかる窒化物半導体発光素子を生産性よく製造できる。

片端面出射型半導体レーザ素子を作製する場合、上記第１の本発明で説明したように、レーザ出射端面におけるリッジストライプの幅を、レーザ反射端面よりも大きくする構成を採用することが好ましい。

また、上記第１の本発明で説明したように、前記活性層は、障壁層と井戸層とからなる多重量子井戸活性層であり、前記障壁層と前記井戸層の少なくとも一方は、２種以上のIII族元素及び／又は２種以上のＶ族元素を含む構成を採用することが好ましい。
ストライプ状の凸部の幅、領域ごとの長さは、上記第１の本発明と同様でよい。

上記構成において、前記ウエハ準備ステップは、ウエハ表面をエッチングして前記溝を形成するステップであるとすると、ウエハの準備が簡便となるため好ましい。

ウエハとしては、ＧａＮ、サファイア又はサファイア上にＧａＮテンプレートが形成されたものが好適である。

上記第１の本発明と同様に、前記活性層は、障壁層と井戸層とからなる多重量子井戸活性層であり、前記障壁層と前記井戸層の少なくとも一方は、２種以上のIII族元素及び／又は２種以上のＶ族元素を含む構成とすることができる。

上記第１の本発明と同様に、前記溝の幅を１〜１００μｍとし、前記溝の高さを０．５〜１０μｍとすることが好ましい。

窒化物半導体層の結晶成長方法としては、有機金属気層成長法（ＭＯＣＶＤ法）や、電子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）等の公知の方法を用いることができるが、有機金属気層成長法は生産性高く良質な窒化物半導体層を結晶成長させることができるので、好ましい。

上記に説明したように、本発明によれば、少なくとも２本の溝と、前記２本の溝に挟まれたストライプ状の凸部と、からなるチップ基本単位を有するウエハ上に半導体層を結晶成長させ、チップ基本単位に分割するという簡便な方法で、発振電流が低く、高い変換効率を有し、放射される光強度分布の形状（遠視野像）が単峰でガウシアン形状である窒化物半導体発光素子を実現できる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

図１は、本実施の形態にかかる窒化物半導体レーザ素子１００のレーザ出射端面を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる窒化物レーザ素子１００は、ｎ型ＧａＮ基板２０上に、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層（第一導電型クラッド層）２１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層２２、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層（第二導電型クラッド層）２３、ＳｉＯ₂ブロック層２４、上コンタクト層２５が順次積層された構成である。なおｎ型ＧａＮ基板２０の下面には下コンタクト層２６が形成されている。また、上下コンタクト層の表面に、それぞれ金属電極（図示せず）が形成されている。

ＳｉＯ₂ブロック層２４は、上コンタクト層２５とリッジストライプ２７との間であって、リッジストライプ２７の頭頂部を除いた領域に設けられている。

なお、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層２２は、上記試験例と同様に、Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎからなる障壁層と、Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなる井戸層とからなり、障壁層、井戸層、障壁層、井戸層、障壁層、井戸層、障壁層と繰り返し積層され、３つの井戸層と４つの障壁層とを有する多重量子井戸構造となっている。

障壁層、井戸層には、不純物を添加することができ、例えばＳｉを添加することにより、活性層からの発光強度を強くすることができる場合がある。

図２に、本実施の形態にかかる半導体レーザ素子１００の結晶成長に用いるウエハのチップ基本単位を示す。図２（ａ）はチップ基本単位の左側面図（レーザ出射端面となる面）、図２（ｂ）はチップ基本単位の平面図、図２（ｃ）はチップ基本単位の右側面図（レーザ反射端面となる面）である。

図２に示すように、チップ基本単位３０には、溝３１が２本設けられており、この溝の間の領域がストライプ状の凸部３２となっている。また、溝３１の外側の領域は、平坦な凸領域３３となっている。

ストライプ状の凸部３２の幅は、レーザ出射端面では小さく、レーザ反射端面では大きく構成されている。チップ基本単位のストライプ方向長さＥ３に占めるストライプ幅の狭い領域のストライプ方向長さＥ１の割合（Ｅ１／Ｅ３×１００）は、５〜５０％であることが好ましく、チップ基本単位のストライプ方向長さＥ３に占めるストライプ幅の広い領域のストライプ方向長さＥ２の割合（Ｅ２／Ｅ３×１００）は、５０〜９５％であることが好ましい。
なお、本実施の形態では、Ｅ１＋Ｅ２＜Ｅ３であり、幅の狭い領域と幅の広い領域との間に移行領域を設けているが、これを設けなくてもよい。

また、レーザ出射端面におけるストライプ幅Ｌ３は０．５〜１０μｍであることが好ましく、レーザ反射端面におけるストライプ幅Ｌ６は５０〜６００μｍであることが好ましい。
なお、ストライプ状の凸部３２の幅を一定としてもかまわない。

溝の幅Ｌ１，Ｌ４は、１〜１００μｍとすることが好ましい。また、溝の高さＬ２，Ｌ５は、０．５〜１０μｍとすることが好ましい。また、エネルギーバンドギャップ差を一定にするために、溝の幅、溝の高さは均一であることが好ましい。

以下に、本実施の形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の製造方法について説明する。

（ウエハ準備ステップ）
まず、予めＳｉＯ₂マスク、フォトリソグラフィー技術およびＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）を使用することにより、図２に示すような段差構造を有するチップ基本単位が複数配列されたウエハ（図３参照）を作製する。

ウエハに形成されたストライプの幅Ｌ３は１０μｍ、Ｌ６は２００μｍ、溝の高さＬ２，Ｌ５は一定で５００ｎｍ、溝の幅Ｌ１，Ｌ４は一定で１０μｍである。

（結晶成長ステップ）
このウエハ上に、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層２１、ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層２２、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層２３を、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置を用いて結晶成長させる。

なお、これらの半導体層を結晶成長させた後、ｐ型層の抵抗が高い場合には、熱処理等を施すことにより、抵抗を下げることができる場合がある。

（電極形成ステップ）
まず、全面に膜厚１μｍのＳｉＯ₂などをスパッタ蒸着する。次に、開口部を備えるストライプ形状のフォトレジストパターンを形成する。次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）技術などのドライエッチング技術を用い、フォトレジストパターン及びフォトレジストパターンの開口部における幅１．４μｍのストライプ状にＳｉＯ₂ブロック層２４を除去し、その上にｐ型ＧａＮコンタクト層を形成する。その後、エッチャントとしてＨＦ（フッ酸）などを用いてフォトレジストパターンを除去することで、図１に示すように、その表面にストライプ状の溝が周期的に形成される。尚、上述したＳｉＯ₂などの蒸着方法はスパッタ蒸着に限定されるものではなく、電子ビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ法などの方法を用いても構わない。

金属電極から構成されるオーミックコンタクト層２５・２６を、ウエハの両面に形成する。

リッジストライプ２７の頭頂部に接するように、上コンタクト層２５表面にＰｄ／Ｍｏ／Ａｕの積層構造からなるｐ電極（図示せず）を真空蒸着装置やスパッタ装置等を利用して形成する。

そして、下コンタクト層２６表面に、Ｈｆ／Ａｌ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造からなるｎ型電極（図示せず）を形成する。

（チップ分割ステップ）
半導体層が形成されたウエハを、図３に示す分割ラインでチップ基本単位にチップ分割（へき開）し、半導体レーザ素子を得る。

なお、ｎ型電極を形成する前に、ウエハを裏面側から一部研磨やエッチング等により除去することにより層厚を薄くして、チップ分割を容易にしてもよい。

なお、チップ分割により半導体レーザ素子の端面を形成した後、出射端面、反射端面の反射性を制御するために、誘電体多層膜によるＨＲコーティングやＡＲコーティングを施してもよい。

なお、ＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析）による元素分析により、それぞれの窒化物半導体層の組成を同定できる。

また、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）あるいはＴＥＭ（透過電子顕微鏡）による断面観察法により、それぞれの窒化物半導体層の層厚を同定できる。

このようにして得られた窒化物半導体レーザ素子１００を、ステムにハンダ等を用いて接着し、電極に金属ワイヤーを接続することにより、最終的に、通電による素子動作が可能である窒化物半導体レーザ装置とする。

このような溝が形成されたウエハ上に窒化物半導体層を成長させると、ウエハの溝による段差の影響を受けて、窒化物半導体層もまた段差を有するようになる。すなわち、ストライプ状の凸部上及び凸領域上に結晶成長された半導体層が突出し、これらの間の溝は凹んだ形状となる。このため、ストライプ状の凸部上に結晶成長された活性層が、リッジストライプとなる。

また、段差の影響により、半導体層を微視的に見ると、組成の不均一や厚みの不均一が生じることになる。これについて、レーザ導波路となるリッジストライプ部分の半導体層を例にして説明する。

溝３１が形成されている場合、凸部３２や溝３１の側面に比べ、溝３１の底面に供給される元素が吸着されやすい。ここで、レーザ出射端面近傍では２つの溝の間隔（ストライプ幅Ｌ３）が狭く、レーザ反射端面近傍では２つの溝の間隔（ストライプ幅Ｌ６）が広い。したがって、ストライプ状凸部３２のレーザ出射端面近傍における結晶成長では、溝３１との距離が小さいため、溝３１の影響を受けやすい。他方、ストライプ状凸部３２のレーザ反射端面近傍の中央領域（レーザ導波路近傍）における結晶成長では、溝３１との距離が大きいため、溝３１の影響を受けにくい。このため、レーザ導波路となるリッジストライプ部分では、レーザ反射端面近傍における半導体組成や厚みと、レーザ反射端面近傍における半導体組成や厚みとに違いが生じるようになる。

この窒化物半導体レーザ装置の発光特性を評価したところ、遠視野像はリップルが生じることなくガウシアン形状で単峰であった。

また、本窒化物半導体レーザ装置を高温動作信頼性試験に投入しても、十分な信頼性を得ることができた。そして、素子の作製歩留りは十分に高かった。また、長時間（３千時間）駆動しても端面破壊は確認されなかった。

以上より、本実施の形態によると、溝が形成されたウエハ上に半導体層を結晶成長させるという簡便な手法で、発光特性に優れ、長寿命な半導体レーザ素子を実現できる。

なお、本実施の形態では、結晶成長方法としてＭＯＣＶＤ（有機金属気層成長法）法を用いたが、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ法）を用いることもできる。

また、リッジストライプを２以上有する窒化物半導体発光素子としてもよい。この場合、それぞれのストライプ状の凸部の両脇に溝が形成されていればよく、隣り合うストライプ状の凸部間に位置する溝が、２つのストライプ状の凸部脇の溝を兼ねる構成であってもよい。

また、本発明を適用可能な窒化物窒化物半導体発光素子としては、窒化物半導体レーザ素子以外に、窒化物半導体発光ダイオード等が挙げられる。

本発明においては、少なくとも２本の溝と、２本の溝に挟まれたストライプ状の凸部が形成されたウエハ上に窒化物半導体層を結晶成長させるという簡便な手法で、光やキャリアをリッジストライプに効率的に閉じ込めることが可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。この窒化物窒化物半導体発光素子は、発光効率が高く且つ発光特性に優れる。また、この手法は、生産性が高い。よって、産業上の意義は大きい。

実施の形態にかかる窒化物半導体レーザ素子のレーザ出射端面を示す模式図である。 実施の形態にかかる窒化物半導体レーザ素子のウエハのチップ基本単位を示す図である。 実施の形態にかかる窒化物半導体レーザ素子のウエハを示す図である。 試験例にかかる窒化物半導体レーザ素子のレーザ出射端面を示す模式図である。 特許文献１にかかる窒化物半導体レーザ素子を示す模式図である。

符号の説明

１００ 半導体レーザ素子
１０ サファイアウエハ
１１ ＧａＮテンプレート
１２ ｎ−ＧａＮバッファー層
１３ Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層
１４ Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ井戸層
１５ ＧａＮ層
１６ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ層
２０ ＧａＮ基板
２１ ＡｌＧａＮ下クラッド層
２２ ＩｎＧａＮ活性層
２３ ＡｌＧａＮ上クラッド層
２４ ＳｉＯ₂ブロック層
２５ 上コンタクト層
２６ 下コンタクト層
２７ リッジストライプ
３０ チップ基本単位
３１ 溝
３２ ストライプ状の凸部
３３ 凸領域

Claims (16)

1. 少なくとも２本の溝と、前記２本の溝に挟まれたストライプ状の凸部と、を有する基板と、
   前記基板上に結晶成長された、第一導電型クラッド層と、活性層と、第二導電型クラッド層と、を含む窒化物半導体層と、
   を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
2. 請求項１に記載の窒化物半導体発光素子において、
   前記窒化物半導体発光素子は、片端面出射型半導体レーザ素子であり、
   レーザ出射端面における前記ストライプ状の凸部の幅は、レーザ反射端面よりも小さい、
   ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
3. 請求項２に記載の窒化物半導体発光素子において、
   前記レーザ出射端面における前記ストライプ状の凸部の幅が０．５〜１０μｍであり、
   前記レーザ反射端面における前記ストライプ状の凸部の幅が５０〜６００μｍである、
   ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
4. 請求項３に記載の窒化物半導体発光素子において、
   前記ストライプ状の凸部の幅が０．５〜１０μｍである領域のストライプ方向長さが、前記半導体発光素子のストライプ方向長さの５〜５０％であり、
   前記ストライプ状の凸部の幅が５０〜６００μｍである領域のストライプ方向長さが、前記半導体発光素子のストライプ方向長さの５０〜９５％である、
   ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
5. 請求項１ないし４いずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子において、
   前記活性層は、障壁層と井戸層とからなる多重量子井戸活性層であり、
   前記障壁層と前記井戸層の少なくとも一方は、２種以上のIII族元素及び／又は２種以上のＶ族元素を含む、
   ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
6. 請求項１ないし５いずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子において、
   前記溝の幅が１〜３００μｍであり、
   前記溝の高さが０．５〜１０μｍである、
   ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
7. 請求項１ないし６いずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子において、
   前記基板が、ＧａＮ基板、サファイア基板又はサファイア基板上にＧａＮテンプレートが形成された基板である、
   ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
8. 少なくとも２本の溝と、前記２本の溝に挟まれたストライプ状の凸部と、を有するチップ基本単位が複数配列されたウエハを準備するウエハ準備ステップと、
   前記ウエハ上に、第一導電型クラッド層と、活性層と、第二導電型クラッド層と、を含む窒化物半導体層を結晶成長させる結晶成長ステップと、
   前記ウエハを前記チップ基本単位に分割するチップ分割ステップと、
   を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
9. 請求項８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、
   前記窒化物半導体発光素子は、片端面出射型半導体レーザ素子であり、
   レーザ出射端面における前記ストライプ状の凸部の幅は、レーザ反射端面よりも大きい、
   ことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
10. 請求項９に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、
    前記レーザ出射端面における前記ストライプ状の凸部の幅が０．５〜１０μｍであり、
    前記レーザ反射端面における前記ストライプ状の凸部の幅が５０〜６００μｍである、
    ことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
11. 請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子において、
    前記ストライプ状の凸部の幅が０．５〜１０μｍである領域のストライプ方向長さが、前記半導体発光素子のストライプ方向長さの５〜５０％であり、
    前記ストライプ状の凸部の幅が５０〜６００μｍである領域のストライプ方向長さが、前記半導体発光素子のストライプ方向長さの５０〜９５％である、
    ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
12. 請求項８ないし１１いずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、
    前記ウエハ準備ステップは、ウエハ表面をエッチングして前記溝を形成するステップである、
    ことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
13. 請求項８ないし１２いずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、
    前記ウエハが、ＧａＮ、サファイア又はサファイア上にＧａＮテンプレートが形成されたものからなる、
    ことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
14. 請求項８ないし１３いずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、
    前記活性層は、障壁層と井戸層とからなる多重量子井戸活性層であり、
    前記障壁層と前記井戸層の少なくとも一方は、２種以上のIII族元素及び／又は２種以上のＶ族元素を含む、
    ことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
15. 請求項８ないし１４いずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、
    前記溝の幅が１〜１００μｍであり、
    前記溝の高さが０．５〜１０μｍである、
    ことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
16. 請求項８ないし１５いずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、
    前記活性層成長ステップは、有機金属気層成長法により行われる、
    ことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。