JP2011096870A - Nitride semiconductor laser element - Google Patents

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和隆 津嘉山
Hiroaki Takahashi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor laser element with high reliability that can secure sufficient heat dissipation without generating a crack on a nitride semiconductor layer. <P>SOLUTION: The nitride semiconductor laser element includes a substrate 10, a nitride semiconductor layer 13 laminated over the substrate 10 and having a ridge on its top surface, and an electrode 16 electrically connected to the nitride semiconductor layer 13, wherein first films 15a, formed of Al-containing nitride films differing in lattice constant within the films, are included as protective films 15 on surfaces of the nitride semiconductor layers 13 on both sides of the ridge 14 from side faces of the ridge 14. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ素子に関し、より詳細には、リッジ導波路構造を有した窒化物半導体レーザ素子に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor laser device, and more particularly to a nitride semiconductor laser device having a ridge waveguide structure.

窒化物半導体は、InxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、0≦x+y≦1)を含む窒化物半導体によって形成されており、特に有望視されている構造として、リッジ導波路構造を有するものがある。このような構造の半導体レーザ素子は、通常、リッジ側面から、リッジ両側の窒化物半導体層の表面にわたって、光閉じ込めを行うために、保護膜が形成されている。
このような保護膜は、窒化物半導体層との屈折率差、密着性などを考慮して、例えば、SiO2、Al23等の酸化物誘電体又はAlN等の窒化物誘電体によって形成されている(例えば、特許文献1等参照)。AlNは、熱伝導率が高いために、リッジ両側を被覆する保護膜として有用である。
Nitride semiconductor, In x Al y Ga 1- xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, 0 ≦ x + y ≦ 1) being formed by a nitride semiconductor containing, as structure being particularly promising, the ridge Some have a waveguide structure. In the semiconductor laser device having such a structure, a protective film is usually formed for light confinement from the side surface of the ridge to the surface of the nitride semiconductor layer on both sides of the ridge.
Such a protective film is formed of, for example, an oxide dielectric such as SiO 2 or Al 2 O 3 or a nitride dielectric such as AlN in consideration of a difference in refractive index and adhesion with the nitride semiconductor layer. (See, for example, Patent Document 1). AlN is useful as a protective film covering both sides of the ridge because of its high thermal conductivity.

特開2009−4645号JP 2009-4645

しかし、半導体層上にAlN膜を、レーザ素子の特性を損なわず、放熱性に寄与する程度の比較的厚膜を半導体層と密着性よく成膜しようとすると、半導体層との格子定数の差によって、AlN膜中にクラックが入るという問題があり、薄膜状で形成しようとすると、絶縁性が確保できず、リークが発生することがあるという課題がある。   However, if an AlN film on the semiconductor layer is deposited with a relatively thick film that contributes to heat dissipation without impairing the characteristics of the laser element, and with good adhesion to the semiconductor layer, the difference in lattice constant from the semiconductor layer Therefore, there is a problem that cracks occur in the AlN film, and there is a problem that when the film is formed in a thin film shape, insulation cannot be ensured and leakage may occur.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、特に、窒化物半導体層上に、クラックを発生することなく、十分な放熱性を確保することができ、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in particular, a nitride semiconductor that can ensure sufficient heat dissipation without generating cracks on the nitride semiconductor layer and has high reliability. An object is to provide a laser element.

本発明の窒化物半導体レーザ素子は、
基板と、該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、該窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の表面に、膜厚方向に結晶性が異なる2以上の部位を有するAl含有窒化物膜からなる第1膜を保護膜として備えていることを特徴とする。
The nitride semiconductor laser device of the present invention is
A nitride semiconductor laser device comprising a substrate, a nitride semiconductor layer stacked on the substrate and having a ridge on the surface, and an electrode electrically connected to the nitride semiconductor layer,
A first film made of an Al-containing nitride film having two or more portions having different crystallinity in the film thickness direction is provided as a protective film on the surface of the nitride semiconductor layer on both sides of the ridge from the side surface of the ridge. And

このような窒化物半導体レーザ素子では、以下の1以上を備えることが好ましい。
前記保護膜が、第1膜上に、多結晶又はアモルファスであり、前記第1膜と異なる組成の窒化膜からなる第2膜を備える。
前記第1膜は、窒化物半導体層側が前記窒化物半導体層と同軸配向であり、膜厚方向に、結晶性が異なる部位が存在する。
前記第1膜は、窒化物半導体層側がC軸配向であり、膜厚方向に、結晶性が異なる部位が存在する。
第1膜は、六方晶構造の結晶を含む。
第2膜が、InxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、0≦x+y≦1)である。
前記第1膜は、窒化物半導体層側に単結晶を含有する。
Such a nitride semiconductor laser device preferably includes one or more of the following.
The protective film includes a second film made of a nitride film having a composition different from that of the first film, which is polycrystalline or amorphous on the first film.
The first film has a portion having different crystallinity in the film thickness direction, the nitride semiconductor layer side being coaxially aligned with the nitride semiconductor layer.
The first film has a C-axis orientation on the nitride semiconductor layer side, and there are portions having different crystallinity in the film thickness direction.
The first film includes a hexagonal crystal.
The second film is In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, 0 ≦ x + y ≦ 1).
The first film contains a single crystal on the nitride semiconductor layer side.

また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、
基板と、該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、該窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の表面に、
(1)X線回折法によるωスキャンにより測定されたロッキングカーブが複数のピークを有するか、あるいは、
(2)X線回折法によるω/2θスキャンにより測定されたロッキングカーブが膜厚を示す周期性を有するピーク以外の複数のピークを有する
Al含有窒化物膜からなる第1膜を保護膜として備えていることを特徴とする。
The nitride semiconductor laser element of the present invention is
A nitride semiconductor laser device comprising a substrate, a nitride semiconductor layer stacked on the substrate and having a ridge on the surface, and an electrode electrically connected to the nitride semiconductor layer, wherein the side surface of the ridge To the surface of the nitride semiconductor layer on both sides of the ridge,
(1) The rocking curve measured by the ω scan by the X-ray diffraction method has a plurality of peaks, or
(2) The protective film includes a first film made of an Al-containing nitride film having a plurality of peaks other than a peak having a periodicity whose rocking curve measured by an ω / 2θ scan by an X-ray diffraction method indicates a film thickness. It is characterized by.

上述したいずれの本発明の窒化物半導体レーザ素子でも、第1膜は、X線回折法によるωスキャンにより測定されたロッキングカーブの半値幅が0.5°以下であることが好ましい。   In any of the above-described nitride semiconductor laser elements of the present invention, the first film preferably has a rocking curve half-value width of 0.5 ° or less measured by an ω scan by an X-ray diffraction method.

本発明によれば、窒化物半導体層上に、クラックを発生することなく、十分な放熱性を確保することができ、信頼性を向上させた窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a nitride semiconductor laser device that can ensure sufficient heat dissipation without generating cracks on the nitride semiconductor layer and has improved reliability.

本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the principal part for demonstrating the structure of the nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の保護膜の積層状態を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the lamination | stacking state of the protective film of this invention. 材料の結晶性について説明するための電子線回像である。It is an electron beam image for demonstrating crystallinity of material. 本発明の窒化物半導体レーザ素子の第1膜の上面からのXRD分析結果(ωスキャン)を示すグラフである。It is a graph which shows the XRD analysis result (omega scan) from the upper surface of the 1st film | membrane of the nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の窒化物半導体レーザ素子の第1膜の上面からのXRD分析結果(ω/2θスキャン)を示すグラフである。It is a graph which shows the XRD analysis result ((omega) / 2 (theta) scan) from the upper surface of the 1st film | membrane of the nitride semiconductor laser element of this invention. 比較のための窒化物半導体レーザ素子の第1膜の上面からのXRD分析結果(ω/2θスキャン)を示すグラフである。It is a graph which shows the XRD analysis result ((omega) / 2 (theta) scan) from the upper surface of the 1st film | membrane of the nitride semiconductor laser element for a comparison.

本発明の窒化物半導体レーザ素子は、主として、図1に示すように、基板10、窒化物半導体層、つまり、n側窒化物半導体層11、活性層12、p側窒化物半導体層13、電極16及び保護膜15を含んで構成される。
保護膜は、埋込膜とも称されるものであり、通常、窒化物半導体層の表面からリッジ14の側面にわたって形成されている。つまり、この保護膜は、窒化物半導体層上であって、窒化物半導体層と後述する電極とが直接接触して、電気的な接続をとる領域以外の領域に形成されている。
ここで、窒化物半導体層と電極との接続領域としては、特にその位置、大きさ、形状等は限定されず、窒化物半導体層の表面の一部、例えば、窒化物半導体層の表面に形成されるストライプ状のリッジ上面のほぼ全面又はリッジ上面のほぼ全面からその両側にわたる部分が例示される。
As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor laser device of the present invention mainly includes a substrate 10, a nitride semiconductor layer, that is, an n-side nitride semiconductor layer 11, an active layer 12, a p-side nitride semiconductor layer 13, and an electrode. 16 and the protective film 15.
The protective film is also referred to as a buried film, and is usually formed from the surface of the nitride semiconductor layer to the side surface of the ridge 14. That is, the protective film is formed on the nitride semiconductor layer in a region other than the region in which the nitride semiconductor layer and an electrode described later are in direct contact and electrically connected.
Here, the position, size, shape and the like of the connection region between the nitride semiconductor layer and the electrode are not particularly limited, and are formed on a part of the surface of the nitride semiconductor layer, for example, the surface of the nitride semiconductor layer. Illustrated are almost the entire surface of the stripe-shaped ridge upper surface or the portion extending from almost the entire surface of the ridge upper surface to both sides thereof.

保護膜は、少なくとも第1膜からなる。
第1膜は、リッジの側面から、リッジの両側の窒化物半導体表面に直接接触して形成されている。
第1膜は、Al含有窒化物膜からなる。Al含有窒化物膜としては、熱伝導率の良好な材料が挙げられ、例えば、熱伝導率が0℃において10W/m・K以上、好ましくは50W/m・K以上、さらに100W/m・K以上の材料が好ましい。具体的には、AlNが挙げられる。これにより、従来から埋込膜として形成されているSi、Ce、In、Sb、Zn等の酸化物、窒化物、酸化窒化物等の絶縁膜に比較して、より優れた放熱性を確保することができる。
The protective film is composed of at least a first film.
The first film is formed in direct contact with the nitride semiconductor surface on both sides of the ridge from the side surface of the ridge.
The first film is made of an Al-containing nitride film. Examples of the Al-containing nitride film include materials having good thermal conductivity. For example, the thermal conductivity is 10 W / m · K or more at 0 ° C., preferably 50 W / m · K or more, and further 100 W / m · K. The above materials are preferable. Specifically, AlN is mentioned. This ensures better heat dissipation compared to insulating films such as oxides, nitrides, oxynitrides, etc., such as Si, Ce, In, Sb, Zn, etc. that have been conventionally formed as buried films. be able to.

第1膜は、結晶性が膜内において異なる、つまり、膜内において結晶性が変化している部位を含む。つまり、この第1膜は、結晶格子の相当異なる窒化物半導体層上に形成されるために応力を内在していることから、クラックを生じやすくなっている。そのため、第1膜がその膜内において、結晶性の異なる部位を包含することにより、窒化物半導体層、特にp側半導体層に対する結晶性の差異に起因して第1膜に負荷される応力を緩和することができ、第1膜にクラックが生じることを有効に防止することができる。その結果、リッジ基底部近傍等において絶縁性を確保することができるとともに、クラック等によるリーク電流の発生を回避することができる。   The first film includes a portion where the crystallinity is different in the film, that is, the crystallinity is changed in the film. That is, since the first film is formed on the nitride semiconductor layer having a considerably different crystal lattice and contains stress, the first film is easily cracked. Therefore, when the first film includes a portion having different crystallinity in the film, the stress applied to the first film due to the difference in crystallinity with respect to the nitride semiconductor layer, particularly the p-side semiconductor layer, is increased. It can be mitigated and can effectively prevent cracks from occurring in the first film. As a result, insulation can be ensured in the vicinity of the ridge base and the like, and the occurrence of leakage current due to cracks and the like can be avoided.

ここで、第1膜の結晶性は、電子線による回折像によって容易に判定することができる。
一般に、膜の材料の結晶度合いの大きさによって、単結晶、多結晶、アモルファスに分類される。
単結晶は、通常の状態では、材料中で格子定数の変動がほぼなく、格子面傾斜がほぼないものである。言い換えると、材料中で原子配列が規則的に並び、長距離的な秩序が保たれたものであり、格子定数の変動がほぼなく、格子面傾斜がほぼないものである。
多結晶とは、多数の微小な単結晶、すなわち微結晶から構成されているものである。
アモルファスは、結晶におけるような周期的構造をもたないもの、つまり原子配列が不規則、長距離秩序がないものを意味する。
Here, the crystallinity of the first film can be easily determined from a diffraction image by an electron beam.
Generally, it is classified into single crystal, polycrystal, and amorphous depending on the degree of crystallinity of the material of the film.
In a normal state, the single crystal has almost no change in lattice constant in the material and almost no lattice plane inclination. In other words, the atomic arrangement is regularly arranged in the material and the long-range order is maintained, there is almost no change in lattice constant, and there is almost no lattice plane inclination.
The polycrystal is composed of a large number of minute single crystals, that is, microcrystals.
Amorphous means one that does not have a periodic structure as in crystals, that is, one that has an irregular atomic arrangement and no long-range order.

これらの材料に電子線を入射することによって、格子定数の大きさと面方向に対応して、電子線回折像が規則正しく表れることが知られている。例えば、単結晶の場合は、結晶面が略そろっているため、図3Aのように規則正しく回折点が並んでいる。多結晶の場合は、微結晶から構成されるため、それぞれの格子面の向きがそろっておらず、図3Bのように回折点が複雑に合わさった状態でみられたり、デバイリングがみられたりする。一方、アモルファスの場合、原子配列が長距離に周期的な構造をもたないため、電子線回折がおこらない。したがって、回折像に回折点はなく、図3Cのようになる。   It is known that when an electron beam is incident on these materials, an electron beam diffraction image appears regularly corresponding to the size of the lattice constant and the surface direction. For example, in the case of a single crystal, since the crystal planes are substantially aligned, diffraction points are regularly arranged as shown in FIG. 3A. In the case of a polycrystal, since it is composed of microcrystals, the directions of the respective lattice planes are not aligned, and it can be seen in a state where diffraction points are intricately combined as shown in FIG. To do. On the other hand, in the case of amorphous, since the atomic arrangement does not have a periodic structure over a long distance, electron beam diffraction does not occur. Therefore, there is no diffraction point in the diffraction image, as shown in FIG. 3C.

本発明では、結晶性が異なるとは、軸方向(配向性)又は/及び格子定数が異なっていることを意味する。この場合、第1膜の窒化物半導体層に隣接する部位において窒化物半導体層と近い結晶性を有し、遠ざかるにつれて異なっていてもよいし、第1膜の窒化物半導体層に遠い部位において、窒化物半導体層と近い結晶性を有し、近づくにつれて異なっていてもよく、窒化物半導体層に遠い/近いにかかわらず、その面内又は膜厚方向に窒化物半導体層と近い結晶性及びそれと異なる結晶性を有してればよい。   In the present invention, the difference in crystallinity means that the axial direction (orientation) or / and the lattice constant are different. In this case, the portion adjacent to the nitride semiconductor layer of the first film has a crystallinity close to that of the nitride semiconductor layer, and may be different as the distance increases, or in a portion far from the nitride semiconductor layer of the first film, Crystallinity close to that of the nitride semiconductor layer, which may be different as it approaches, and crystallinity close to the nitride semiconductor layer in the plane or in the film thickness direction regardless of whether it is far / close to the nitride semiconductor layer and What is necessary is just to have different crystallinity.

第1膜の結晶性の形態としては、窒化物半導体層側においては、窒化物半導体層と同軸配向で成長させ、窒化物半導体層から離れるにしたがって、結晶性が変化することが好ましい。これにより、第1膜の下地となる窒化物半導体層との密着性を確保しつつ、クラックの発生を抑制することができる。
第1膜は、単結晶を含有する膜、特に、窒化物半導体層と接触する側において単結晶を含有することが好ましい。本願において、単結晶を含有する膜は、必ずしも膜内全部に渡って単結晶でなくてもよく、多少の多結晶の部分が存在してもよい。また、単結晶を含有する膜は、部分的に結晶の配向性が乱れている、言い換えると、配向軸の方向が異なっていてもよい。
さらに、多結晶を含有する膜であってもよく、部分的に膜内において単結晶を含んでいてもよい。この場合、多結晶であっても、軸配光の配向性の優勢又は傾向が認められることから、多結晶の部分において結晶性が変化している(異なる)部分が認められればよい。
第1膜は、窒化物半導体層側が窒化物半導体層と同軸配向であることが好ましい。また、リッジの底面と、リッジの側面とでは、異なる配向を有していてもよい。例えば、リッジの底面においてはC軸配向、リッジの側面においてはM軸配向となっていてもよい。
本願発明者が実験したところ、C軸配向の窒化物半導体層の上にC軸配向させたAlNと、M軸配向の窒化物半導体層の上にM軸配向させたAlNとでは、C軸配向のAlNのほうが、半値幅が小さい傾向があることを見出した。なお、半値幅が小さい程、膜の結晶性が良好であることを示す。このことから、窒化物半導体層側がC軸配向であることがより好ましい。
さらに、M軸配向の窒化物半導体層の上に第1膜としてAlNをM軸配向させ、第1膜がその上にM軸配向とC軸配向とが混在する領域を有し、第1膜の最も上面においてC軸配向となっていてもよい。
また、第1膜は、六方晶構造の結晶を含有する膜であることが好ましい。特に、窒化物半導体層側において、C軸配向をした六方晶構造の結晶を含有することが好ましい。
As the crystallinity of the first film, it is preferable that the nitride semiconductor layer is grown in the same orientation as the nitride semiconductor layer, and the crystallinity changes as the distance from the nitride semiconductor layer increases. Thereby, generation | occurrence | production of a crack can be suppressed, ensuring the adhesiveness with the nitride semiconductor layer used as the foundation | substrate of a 1st film | membrane.
The first film preferably contains a single crystal, particularly on the side in contact with the nitride semiconductor layer. In the present application, a film containing a single crystal does not necessarily have to be a single crystal over the entire film, and some polycrystalline portions may exist. In addition, a film containing a single crystal is partially disordered in crystal orientation, in other words, the direction of the orientation axis may be different.
Further, it may be a film containing polycrystal, and may partially contain a single crystal in the film. In this case, even if it is a polycrystal, since the predominance or tendency of the orientation of axial light distribution is recognized, it is only necessary to recognize a portion where the crystallinity is changed (different) in the polycrystal portion.
The first film is preferably oriented coaxially with the nitride semiconductor layer on the nitride semiconductor layer side. The bottom surface of the ridge and the side surface of the ridge may have different orientations. For example, the bottom surface of the ridge may be C-axis oriented, and the side surface of the ridge may be M-axis oriented.
As a result of an experiment by the present inventor, C-axis orientation is obtained with AlN that is C-axis oriented on a C-axis oriented nitride semiconductor layer and AlN that is M-axis oriented on an M-axis oriented nitride semiconductor layer. It was found that AlN tends to have a smaller half width. Note that the smaller the half width, the better the crystallinity of the film. For this reason, the nitride semiconductor layer side is more preferably C-axis oriented.
Furthermore, AlN is M-axis oriented as a first film on the M-axis oriented nitride semiconductor layer, and the first film has a region in which M-axis orientation and C-axis orientation are mixed on the first film. The uppermost surface of each layer may be C-axis oriented.
Further, the first film is preferably a film containing a hexagonal crystal. In particular, the nitride semiconductor layer side preferably contains C-axis-oriented hexagonal crystal.

第1膜の格子定数は、Al含有窒化物膜である第1膜の物質固有値から窒化物半導体層の物質固有値の範囲内で異なっていることが好ましい。ここでの物質固有値とは、それぞれ、Al含有窒化物又は窒化物半導体自体が有する物質固有値としての格子定数であり、一般に文献に記載されている値を意味する。この文献としては、例えば、「アドバンスト エレクトロニクスI-1 III-V族化合物半導体」(株式会社培風館発行)等が挙げられる。具体的には、AlNでは、C軸方向の格子定数は4.980、A軸方向の格子定数は3.111、GaNでは、C軸方向の格子定数は5.1666、A軸方向の格子定数は3.180である。なお、InGaNでは、Inの混晶比によるが、Inの混晶比を5〜50%とすると、C軸方向の格子定数は5.210〜5.442、A軸方向の格子定数は3.207〜3.363となる。   The lattice constant of the first film is preferably different within the range from the material eigenvalue of the first film, which is an Al-containing nitride film, to the material eigenvalue of the nitride semiconductor layer. The material eigenvalue here is a lattice constant as a material eigenvalue of the Al-containing nitride or the nitride semiconductor itself, and generally means a value described in the literature. Examples of this document include “advanced electronics I-1 III-V compound semiconductor” (published by Baifukan Co., Ltd.). Specifically, in AlN, the lattice constant in the C-axis direction is 4.980, the lattice constant in the A-axis direction is 3.111, and in GaN, the lattice constant in the C-axis direction is 5.1666, and the lattice constant in the A-axis direction. Is 3.180. In InGaN, depending on the In mixed crystal ratio, if the In mixed crystal ratio is 5 to 50%, the lattice constant in the C-axis direction is 5.210 to 5.442, and the lattice constant in the A-axis direction is 3. 207 to 3.363.

例えば、窒化物半導体層がGaNであり、第1膜がAlNである場合、第1膜のAlNのC軸方向の格子定数は、GaNの5.1666からAlNの4.980の範囲内の格子定数を有し、A軸方向の格子定数はGaNの3.180からAlNの3.111の範囲内の格子定数を有することが好ましい。
この場合、第1膜の格子定数は、窒化物半導体層側から表面に向かって小さくなる、つまり、GaNの格子定数からAlNの格子定数に近くなるように変化していることが好ましい。これにより、窒化物半導体層と第1膜との密着性を向上させることができる。
For example, when the nitride semiconductor layer is GaN and the first film is AlN, the lattice constant in the C-axis direction of AlN of the first film is a lattice within the range of 5.1666 to 4.980 of GaN. The lattice constant in the A-axis direction preferably has a lattice constant in the range of 3.180 for GaN to 3.111 for AlN.
In this case, it is preferable that the lattice constant of the first film decreases from the nitride semiconductor layer side toward the surface, that is, changes from the lattice constant of GaN to the lattice constant of AlN. Thereby, the adhesion between the nitride semiconductor layer and the first film can be improved.

一方、第1膜の格子定数は、窒化物半導体層側から表面に向かって大きくなる、つまり、AlNの格子定数からGaNの格子定数からに近くなるように変化していてもよい。これにより、第1膜を厚膜に成長させた場合であっても、第1膜のクラックの発生を抑制することができる。   On the other hand, the lattice constant of the first film may increase from the nitride semiconductor layer side toward the surface, that is, may change so as to approach the lattice constant of GaN from the lattice constant of AlN. Thereby, even if it is a case where the 1st film | membrane is made to grow into a thick film, generation | occurrence | production of the crack of a 1st film | membrane can be suppressed.

このように、第1膜内での軸方向又は格子定数の変化は、膜厚方向において異なっていることが適している。ただし、膜厚方向の全てにおいて変化していなくてもよく、膜厚方向の一部において、軸方向又は格子定数が窒化物半導体層側と異なる部位が存在していればよい。
これにより、窒化物半導体層との格子定数を緩和することができ、第1膜へのクラックの発生を確実に防止することができる。つまり、第1膜内の窒化物半導体層に接触する側においては、窒化物半導体層の格子定数又は配向性に支配され、比較的窒化物半導体層の物質固有の格子定数に近い値となる配向が優勢となっており、窒化物半導体層から離れるにつれて第1膜の配向性が異なる領域を有することにより、格子緩和を起こし、クラックを抑制することができる。その結果、窒化物半導体層の結晶に対応して、窒化物半導体層に対する応力を最小限に止めることができる。
Thus, the change in the axial direction or lattice constant in the first film is suitably different in the film thickness direction. However, it does not have to change in all of the film thickness direction, and it is only necessary that a part having a different axial direction or lattice constant from the nitride semiconductor layer side exists in a part of the film thickness direction.
Thereby, the lattice constant with the nitride semiconductor layer can be relaxed, and the occurrence of cracks in the first film can be reliably prevented. That is, on the side in contact with the nitride semiconductor layer in the first film, the orientation is controlled by the lattice constant or orientation of the nitride semiconductor layer and is relatively close to the lattice constant inherent to the material of the nitride semiconductor layer. And having a region in which the orientation of the first film differs as the distance from the nitride semiconductor layer increases, lattice relaxation can be caused and cracks can be suppressed. As a result, the stress on the nitride semiconductor layer can be minimized corresponding to the crystal of the nitride semiconductor layer.

第1膜内での軸方向又は格子定数の変化は、例えば、第1膜のX線回折法によって確認することができる。
一般に、膜内においてほぼ均一な結晶性を有する膜を測定すると、ωスキャンのグラフは、単一のピークを示す(例えば、図4Aの点線及びピークD参照)。このピークが複数出現している場合には、第1膜内での軸方向又は格子定数が変化していると判断することができる(例えば、図4Aの実線及びピークA〜C参照)。
ω/2θスキャンのグラフでは、一般に、膜内においてほぼ均一な結晶性を有する膜を測定すると、例えば、図4Cに示すように、単一のピーク(ピークPAlN)を示し、その両側に膜厚を示す周期性を有するピーク(ピークPb)が現れる。この膜厚を示す周期性を有するピーク以外のピークが(例えば、図4BのピークPa参照)見られる場合には、第1膜内での軸方向又は格子定数が変化していると判断することができる。
第1膜は、このようなX線回折法によるωスキャンにより測定されたロッキングカーブの半値幅が、例えば、0.5°以下であることが適している。実際、図4Aにおいて、ロッキングカープの半値幅が、0.5°以下であることを確認している。なお、半値幅が小さい程、膜の結晶性が良好であることを示す。半値幅をこのような範囲にすることにより、結晶性の良い膜となり、放熱性を向上させることができる。
The change in the axial direction or lattice constant in the first film can be confirmed, for example, by the X-ray diffraction method of the first film.
In general, when a film having substantially uniform crystallinity is measured in the film, the graph of ω scan shows a single peak (see, for example, the dotted line and peak D in FIG. 4A). When a plurality of peaks appear, it can be determined that the axial direction or the lattice constant in the first film has changed (see, for example, the solid line and peaks A to C in FIG. 4A).
In the graph of ω / 2θ scan, generally, when a film having almost uniform crystallinity is measured in the film, for example, as shown in FIG. 4C, a single peak (peak P AlN ) is shown, and the film is present on both sides thereof. A peak having a periodicity indicating the thickness (peak Pb) appears. When a peak other than the peak having periodicity indicating the film thickness is observed (for example, see the peak Pa in FIG. 4B), it is determined that the axial direction or the lattice constant in the first film is changed. Can do.
The first film suitably has a half-value width of the rocking curve measured by the ω scan by such an X-ray diffraction method, for example, 0.5 ° or less. In fact, in FIG. 4A, it has been confirmed that the half width of the rocking carp is 0.5 ° or less. Note that the smaller the half width, the better the crystallinity of the film. By setting the full width at half maximum in such a range, a film with good crystallinity can be obtained and heat dissipation can be improved.

X線回折法は、例えば、以下の条件として上述したスキャンを実施することができる。
使用X線:CuKα線(λ=0.154nm)、モノクロメータ:Ge(220)、測定方法:ωスキャン又はω/2θスキャン、ステップ幅:0.01°、スキャンスピード:0.2秒/ステップ。
In the X-ray diffraction method, for example, the scan described above can be performed under the following conditions.
X-ray used: CuKα ray (λ = 0.154 nm), monochromator: Ge (220), measurement method: ω scan or ω / 2θ scan, step width: 0.01 °, scan speed: 0.2 sec / step .

また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、上述した第1膜とは別に、単に、第1膜が、X線回折法によるωスキャンにより測定されたロッキングカーブが複数のピークを有するAl含有窒化物膜からなるか、あるいは、X線回折法によるω/2θスキャンにより測定されたロッキングカーブが膜厚を示す周期性を有するピーク以外の複数のピークを有するAl含有窒化物膜からなる膜であってもよい。このような膜においても、X線回折法によるωスキャンにより測定されたロッキングカーブの半値幅が、例えば、0.5°以下であることが適している。
このようなピークを有することにより、上述したように、第1膜へのクラックの発生を確実に防止することができる。その結果、窒化物半導体層の結晶に対応して、窒化物半導体層に対する応力を最小限に止めることができる。
In the nitride semiconductor laser device of the present invention, in addition to the first film described above, the first film simply contains Al whose rocking curve measured by the ω scan by the X-ray diffraction method has a plurality of peaks. It is made of a nitride film or a film made of an Al-containing nitride film having a plurality of peaks other than a peak having a periodicity whose rocking curve measured by an ω / 2θ scan by an X-ray diffraction method indicates the film thickness. There may be. Also in such a film, it is suitable that the half width of the rocking curve measured by the ω scan by the X-ray diffraction method is, for example, 0.5 ° or less.
By having such a peak, as described above, the occurrence of cracks in the first film can be reliably prevented. As a result, the stress on the nitride semiconductor layer can be minimized corresponding to the crystal of the nitride semiconductor layer.

本発明の保護膜は、第1膜の上に、第2膜が積層された積層構造であることが好ましい。
具体的には、図2(a)〜(e)に示したように、リッジ14の側面を完全に被覆するか否かにかかわらず、第1膜15aが第2膜15bから一部を露出するように積層された状態(図2(a)、(b)、(e))、第1膜15aが第2膜15bに完全に被覆された積層状態(図2(c)、(d))等が挙げられる。
The protective film of the present invention preferably has a laminated structure in which the second film is laminated on the first film.
Specifically, as shown in FIGS. 2A to 2E, the first film 15a partially exposes the second film 15b regardless of whether or not the side surface of the ridge 14 is completely covered. The stacked state in which the first film 15a is completely covered with the second film 15b (FIGS. 2C and 2D). ) And the like.

第2膜は、第1膜と異なる組成を有し、多結晶又はアモルファスの窒化膜からなる。
第2膜は、絶縁体、誘電体、半導体、導電体(例えば、金属)のいずれから形成されていてもよいが、放熱性の良好な材料からなることが好ましい。例えば、熱伝導率が0℃において10W/m・K以上、好ましくは50W/m・K以上、さらに100W/m・K以上の材料が好ましい。具体的には、InxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、0≦x+y≦1)が挙げられ、GaN、InGaN、AlGaN等が適している。
The second film has a composition different from that of the first film and is made of a polycrystalline or amorphous nitride film.
The second film may be formed of any of an insulator, a dielectric, a semiconductor, and a conductor (for example, metal), but is preferably made of a material having good heat dissipation. For example, a material having a thermal conductivity of 10 W / m · K or higher at 0 ° C., preferably 50 W / m · K or higher, and more preferably 100 W / m · K or higher is preferable. Specifically, In x Al y Ga 1- xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, 0 ≦ x + y ≦ 1) can be mentioned, GaN, InGaN, AlGaN and the like are suitable.

つまり、放熱性の良好な保護膜を窒化物半導体層に密着性良く形成する場合に、その材料固有の特性等の問題から、所望される程度の厚膜で形成することが困難であることが多い。その一方、保護膜には、良好な放熱性を有し、リークを発生させない程度の絶縁性又はその上に形成される電極による光の吸収を最小限にとどめるために、電極と活性層との距離を稼ぐための膜厚が要求される。また、製造工程で晒される酸又はアルカリ等の化学物質に耐性を有するという種々の機能を備えることが意図される。
このようなことから、本発明においては、窒化物半導体層と直接接触する第1膜として、放熱性の良好な材料を選択するとともに、この第1膜上に第2膜を形成することにより、第1膜の有効な機能を最大限に発揮させるとともに、第1膜に対して上述した多種多様な機能を補うことができ、得られる窒化物半導体レーザの特性を向上及び安定させることができる。
In other words, when a protective film with good heat dissipation is formed on the nitride semiconductor layer with good adhesion, it may be difficult to form a thick film as desired due to problems such as the characteristics inherent in the material. Many. On the other hand, the protective film has a good heat dissipation property, in order to keep the insulation between the electrodes and the active layer to a minimum so as not to cause leaks or to absorb light by the electrodes formed thereon. The film thickness for earning the distance is required. In addition, it is intended to have various functions of having resistance to chemical substances such as acid or alkali exposed in the manufacturing process.
For this reason, in the present invention, by selecting a material with good heat dissipation as the first film in direct contact with the nitride semiconductor layer, and forming the second film on the first film, The effective function of the first film can be maximized, and the first film can be supplemented with the various functions described above, and the characteristics of the resulting nitride semiconductor laser can be improved and stabilized.

第2膜は、多結晶又はアモルファスからなる膜であればよい。第2膜は、第1膜の機能を発揮又は補うために設けられる膜であるために、第1膜とはその組成が異なる材料によって形成される。よって、第2膜を単結晶の膜で形成した場合には、第1膜との間に、顕著な格子定数の差異を生じさせることとなる。そのために、第2膜を、多結晶又はアモルファスからなる膜とすることにより、第1膜との間の格子定数の差異に起因するさらなる応力の発生を回避して、クラック及びリークの発生を防止することができる。さらに、第2膜を多結晶又はアモルファスからなる膜とすることにより、窒化物半導体層から第1膜に伝播された転位や第1膜内で発生した転位を電極と接触する面に露出させずに、第1膜と第2膜の界面で遮断することができる。   The second film may be a film made of polycrystalline or amorphous. Since the second film is a film provided to exhibit or supplement the function of the first film, the second film is formed of a material having a composition different from that of the first film. Therefore, when the second film is formed of a single crystal film, a significant lattice constant difference is caused between the second film and the first film. Therefore, by making the second film a film made of polycrystal or amorphous, the generation of further stress due to the difference in the lattice constant from the first film is avoided, and the generation of cracks and leaks is prevented. can do. Furthermore, dislocations propagated from the nitride semiconductor layer to the first film and dislocations generated in the first film are not exposed to the surface in contact with the electrode by making the second film a film made of polycrystalline or amorphous. In addition, it can be blocked at the interface between the first film and the second film.

第2膜は、第1膜よりも薄膜であることが好ましい。これによって、保護膜の応力を効果的に抑制することができる。
例えば、保護膜は、60nm〜700nm程度の総膜厚であることが適しており、200〜500nm程度の総膜厚であることが好ましい。この範囲の総膜厚とすることにより、絶縁性を確保し、光閉じ込めの効果を有し、かつ電極による光吸収を有効に防止することができる。また、応力による保護膜の剥がれや割れを抑止することができる。
第2膜は、保護膜の3〜20%程度の膜厚、さらに4〜10%程度の膜厚であることが適している。
具体的には、第1膜は、50nm以上、好ましくは80nm以上の膜厚が挙げられる。
第2膜は、10〜100nm程度、好ましくは20〜50nm程度の膜厚が挙げられる。
第2膜は積層構造でもよい。この場合、その材料又は組成、結晶系、成膜方法等のいずれか又は2以上が異なる膜の積層構造とすることができる。
The second film is preferably thinner than the first film. Thereby, the stress of the protective film can be effectively suppressed.
For example, the protective film suitably has a total film thickness of about 60 nm to 700 nm, and preferably has a total film thickness of about 200 to 500 nm. By setting the total film thickness within this range, it is possible to ensure insulation, have an optical confinement effect, and effectively prevent light absorption by the electrodes. In addition, peeling and cracking of the protective film due to stress can be suppressed.
The second film is suitably about 3 to 20% of the thickness of the protective film, and more preferably about 4 to 10%.
Specifically, the first film has a thickness of 50 nm or more, preferably 80 nm or more.
The second film has a thickness of about 10 to 100 nm, preferably about 20 to 50 nm.
The second film may have a laminated structure. In this case, any of the material or composition, the crystal system, the film formation method, or the like, or a stacked structure of films having two or more different layers can be used.

例えば、保護膜を形成する多層膜において、窒化物半導体層に接触する第1膜の放熱性が悪いと、活性層で発生した熱を逃がすことができず、結果として特性、特性の安定性及び寿命等に不利となる。第1膜がアモルファスの膜では、窒化物半導体層との密着性が不十分となり、保護膜の剥がれが生じたり、熱の伝わりが悪くなったりすることになる。これでは、窒化物半導体レーザ素子の長寿命を確保することができない。保護膜を単結晶の単層構造とすれば、保護膜と窒化物半導体との間の応力が大きくなる。そのため、所望の膜厚を確保しようとすれば保護膜や窒化物半導体層に割れが生じ、この割れによってリークが生じ、窒化物半導体レーザ素子の劣化速度が大きくなる。
一方、本発明のように、保護膜を第1膜とすることにより、これらの課題を解消することができる。
For example, in the multilayer film forming the protective film, if the heat dissipation of the first film in contact with the nitride semiconductor layer is poor, the heat generated in the active layer cannot be released, resulting in characteristics and stability of characteristics and It is disadvantageous for life. When the first film is an amorphous film, the adhesion with the nitride semiconductor layer is insufficient, and the protective film is peeled off or the heat transfer is deteriorated. This cannot ensure a long life of the nitride semiconductor laser element. If the protective film has a single crystal single layer structure, the stress between the protective film and the nitride semiconductor increases. Therefore, if an attempt is made to secure a desired film thickness, a crack occurs in the protective film and the nitride semiconductor layer, a leak occurs due to the crack, and the deterioration rate of the nitride semiconductor laser element increases.
On the other hand, these problems can be solved by using the first film as the protective film as in the present invention.

保護膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ECRプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、CVD法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の2種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と酸化処理(熱処理)とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。   The protective film can be formed by a method known in the art. For example, evaporation method, sputtering method, reactive sputtering method, ECR plasma sputtering method, magnetron sputtering method, ion beam assisted evaporation method, ion plating method, laser ablation method, CVD method, spray method, spin coating method, dip method or Various methods such as a method of combining two or more of these methods or a method of combining these methods and oxidation treatment (heat treatment) can be used.

特に、結晶性を有した膜を得るためには、ECRプラズマスパッタ法を用いることが適している。その成膜条件は、例えば、マイクロ波電力300〜800W、RF電力300〜800W、アルゴン流量10〜40sccmの場合に、窒素流量を5〜20sccmとすることが適している。
また、保護膜、つまり、第1膜の形成途中及び/又は後、第2膜の形成途中及び/又は後等の任意の段階で、加熱処理を行うことが適している。加熱処理は、例えば、150℃以上の温度が挙げられる。
In particular, the ECR plasma sputtering method is suitable for obtaining a film having crystallinity. As the film forming conditions, for example, when the microwave power is 300 to 800 W, the RF power is 300 to 800 W, and the argon flow rate is 10 to 40 sccm, the nitrogen flow rate is suitably 5 to 20 sccm.
In addition, it is suitable to perform the heat treatment at any stage such as during and / or after the formation of the protective film, that is, the first film, and / or after the formation of the second film. As for heat processing, the temperature of 150 degreeC or more is mentioned, for example.

保護膜は、一般に、窒化物半導体層よりも屈折率が小さな絶縁材料によって形成されている。具体的には、屈折率が2.4以下のものが適している。屈折率は、エリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、J.A.WOOLLAM社製のHS−190等を用いて測定することができる。   The protective film is generally formed of an insulating material having a refractive index smaller than that of the nitride semiconductor layer. Specifically, those having a refractive index of 2.4 or less are suitable. The refractive index is a spectroscopic ellipsometer using ellipsometry. A. It can be measured using HS-190 manufactured by WOOLLAM.

本発明の窒化物半導体レーザ素子としては、例えば、図1に示したように、p側電極16とn側電極19は、基板10に対して異なる主面側に形成されている。基板10の第1主面上に、窒化物半導体層として、n側半導体層11、活性層12、p側半導体層13がこの順に形成されている。窒化物半導体の表面にはリッジ14が形成されており、リッジ14の側面から、窒化物半導体層の表面にわたって上述した保護膜15が第1膜15a、第2膜15bの2層構造で形成されている。
リッジ14上面にはp側電極16が形成されている。基板10の第2主面側にはn側電極19が形成されている。
さらに、窒化物半導体層の側面から、上面にかけて、窒化物半導体層を保護するために、リッジ14の側面から連続して、保護膜15が形成されている。保護膜15、p側電極16の上面には、pパッド電極18が形成されている。
In the nitride semiconductor laser element of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, the p-side electrode 16 and the n-side electrode 19 are formed on different principal surface sides with respect to the substrate 10. On the first main surface of the substrate 10, an n-side semiconductor layer 11, an active layer 12, and a p-side semiconductor layer 13 are formed in this order as nitride semiconductor layers. A ridge 14 is formed on the surface of the nitride semiconductor, and the protective film 15 described above is formed in a two-layer structure of the first film 15a and the second film 15b from the side surface of the ridge 14 to the surface of the nitride semiconductor layer. ing.
A p-side electrode 16 is formed on the upper surface of the ridge 14. An n-side electrode 19 is formed on the second main surface side of the substrate 10.
Further, a protective film 15 is formed continuously from the side surface of the ridge 14 to protect the nitride semiconductor layer from the side surface to the upper surface of the nitride semiconductor layer. A p-pad electrode 18 is formed on the upper surfaces of the protective film 15 and the p-side electrode 16.

本発明において、基板10は、導電性基板であることが適している。基板としては、例えば、第1主面及び/又は第2主面に0°より大きく10°以下のオフ角を有する窒化物半導体基板であることが好ましい。その膜厚は、例えば、50μm以上10mm以下が挙げられる。例えば、特開2006−24703号公報に例示されている種々の基板等の公知の基板、市販の基板等を用いてもよい。
窒化物半導体基板は、MOCVD法、HVPE法、MBE法等の気相成長法、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。
In the present invention, the substrate 10 is suitably a conductive substrate. The substrate is preferably a nitride semiconductor substrate having an off angle of greater than 0 ° and less than or equal to 10 ° on the first main surface and / or the second main surface, for example. As for the film thickness, 50 micrometers or more and 10 mm or less are mentioned, for example. For example, known substrates such as various substrates exemplified in JP 2006-24703 A, commercially available substrates, and the like may be used.
The nitride semiconductor substrate can be formed by vapor phase growth methods such as MOCVD method, HVPE method, MBE method, hydrothermal synthesis method for crystal growth in a supercritical fluid, high pressure method, flux method, melting method and the like.

窒化物半導体層としては、一般式InxAlyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)を含むものを用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてBが一部に置換されたものを用いてもよいし、V族元素としてNの一部をP、Asで置換されたものを用いてもよい。n側半導体層は、n型不純物として、Si、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr、CdなどのIV族元素又はVI族元素等のいずれか1つ以上を含有していてもよい。また、p側半導体層は、p型不純物として、Mg、Zn、Be、Mn、Ca、Sr等を含有していてもよい。不純物は、例えば、5×1016/cm3〜1×1021/cm3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。 As the nitride semiconductor layer, the general formula In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1) can be used including. In addition to this, a group III element partially substituted with B may be used, or a group V element partially substituted with P and As may be used. The n-side semiconductor layer may contain any one or more of IV group elements or VI group elements such as Si, Ge, Sn, S, O, Ti, Zr, and Cd as n-type impurities. Further, the p-side semiconductor layer may contain Mg, Zn, Be, Mn, Ca, Sr, etc. as p-type impurities. The impurities are preferably contained in a concentration range of, for example, about 5 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 .

活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。
窒化物半導体層は、n側半導体層とp側半導体層に光の導波路を構成する光ガイド層を有することで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるSCH(Separate Confinement Heterostructure)構造とすることが好ましい。但し、本発明は、これらの構造に限定されるものではない。
The active layer may have either a multiple quantum well structure or a single quantum well structure.
The nitride semiconductor layer has a light guide layer that constitutes an optical waveguide in the n-side semiconductor layer and the p-side semiconductor layer, so that an SCH (Separate Confinement Heterostructure) structure that is a separated light confinement structure with an active layer sandwiched therebetween. It is preferable that However, the present invention is not limited to these structures.

窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、MOVPE(有機金属気相成長法)、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハイドライド気相成長法)、MBE(分子線エピタキシー法)など、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、MOCVD又はMBEは結晶性良く成長させることができるので好ましい。   The growth method of the nitride semiconductor layer is not particularly limited, but MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy). All methods known as nitride semiconductor growth methods can be suitably used. In particular, MOCVD or MBE is preferable because it can be grown with good crystallinity.

窒化物半導体層、つまり、p側半導体層の表面には、リッジが形成されている。リッジは、導波路領域として機能するものであり、その幅は1.0μm〜30.0μm程度、さらに、1.0μm〜3.0μm程度が好ましい。その高さ(エッチングの深さ)は、p側半導体層を構成する層の膜厚、材料等、さらに光閉じ込めの程度等を適宜調整することができ、例えば、0.1〜2μmが挙げられる。リッジは、共振器方向の長さが100μm〜2000μm程度になるように設定することが好ましい。また、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であってもよい。この場合のテーパー角は45°〜90°程度が適当である。   A ridge is formed on the surface of the nitride semiconductor layer, that is, the p-side semiconductor layer. The ridge functions as a waveguide region, and the width is preferably about 1.0 μm to 30.0 μm, and more preferably about 1.0 μm to 3.0 μm. The height (etching depth) can be adjusted as appropriate, such as the film thickness, material, and the like of the p-side semiconductor layer, and the degree of light confinement, for example, 0.1 to 2 μm. . The ridge is preferably set so that the length in the resonator direction is about 100 μm to 2000 μm. Further, they may not all have the same width in the resonator direction, and the side surfaces thereof may be vertical or tapered. The taper angle in this case is suitably about 45 ° to 90 °.

リッジの形成は、当該分野で通常用いられる方法により形成することができる。例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程が挙げられる。この際のエッチングは、ドライエッチング(例えば、RIE法)、ウェットエッチングのいずれでもよいし、双方を、この順序又は逆の順序で、行ってもよい。なかでも、窒化物半導体の表面をドライエッチング、続いてウェットエッチングすることが好ましい。このようなリッジの形成により、上述した第1膜及び第2膜からなる保護膜を形成することができる。   The ridge can be formed by a method usually used in this field. For example, photolithography and an etching process are mentioned. The etching at this time may be either dry etching (for example, RIE method) or wet etching, or both may be performed in this order or in the reverse order. In particular, it is preferable to dry-etch the surface of the nitride semiconductor and then perform wet etching. By forming such a ridge, a protective film composed of the first film and the second film described above can be formed.

本発明における電極は、p及びn側窒化物半導体層と電気的に接続された一対の電極をさす。p側電極は、窒化物半導体層及び保護膜上に形成されることが好ましい。電極が最上層の窒化物半導体層及び保護膜の第1膜上に連続して形成されていることにより、第1膜の剥がれを防止することができる。特に、リッジ側面に形成された保護膜の表面までp側電極が形成されていれば、保護膜の剥がれを有効に防止することができる。   The electrodes in the present invention refer to a pair of electrodes electrically connected to the p and n side nitride semiconductor layers. The p-side electrode is preferably formed on the nitride semiconductor layer and the protective film. Since the electrode is continuously formed on the uppermost nitride semiconductor layer and the first film of the protective film, peeling of the first film can be prevented. In particular, if the p-side electrode is formed up to the surface of the protective film formed on the side surface of the ridge, it is possible to effectively prevent the protective film from peeling off.

電極は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム、ITO等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。具体的には、Ni/Pd/Pt/Au、Ti/Pd/Pt/Au等が例示される。電極の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、例えば、50〜500nm程度が適当である。
電極は、少なくともp側及びn側半導体層又は基板上にそれぞれ形成していればよく、さらにこの電極上にパッド電極等、単数又は複数の導電層を形成してもよい。
The electrode is formed of a single layer film or a laminated film of a metal or an alloy such as palladium, platinum, nickel, gold, titanium, tungsten, copper, silver, zinc, tin, indium, aluminum, iridium, rhodium, and ITO. Can do. Specifically, Ni / Pd / Pt / Au, Ti / Pd / Pt / Au, etc. are illustrated. The film thickness of an electrode can be suitably adjusted with the material etc. to be used, for example, about 50-500 nm is suitable.
The electrodes only need to be formed on at least the p-side and n-side semiconductor layers or the substrate, respectively, and one or more conductive layers such as pad electrodes may be formed on the electrodes.

また、保護膜上には、第2の保護膜が形成されていることが好ましい。このような第2の保護膜は、少なくとも窒化物半導体層表面において保護膜上に配置していればよく、保護膜を介して又は介さないで、窒化物半導体層の側面及び/又は基板の側面又は表面等をさらに被覆していることが好ましい。第2の保護膜は、保護膜で例示したものと同様の材料で形成することができる。これにより、絶縁性のみならず、露出した窒化物半導体層の側面又は表面等を確実に保護することができる。   Further, it is preferable that a second protective film is formed on the protective film. Such a second protective film may be disposed on the protective film at least on the surface of the nitride semiconductor layer, and may be disposed on the side surface of the nitride semiconductor layer and / or the side surface of the substrate with or without the protective film interposed therebetween. Or it is preferable that the surface etc. are further coat | covered. The second protective film can be formed of the same material as that exemplified for the protective film. Thereby, not only the insulating property but also the exposed side surface or surface of the nitride semiconductor layer can be reliably protected.

なお、共振器端面には、反射ミラーが形成されていることが適している。反射ミラーは、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、これらの組み合わせ等により形成することができる。具体的には、SiO2、ZrO2、TiO2、Al23、Nb25、SiN、AlN、SiON、AlON等の酸化膜、窒化膜等からなる誘電体多層膜である。反射ミラーは、共振面の光反射側及び/又は光出射面に形成することが好ましく、さらに、共振面の光反射側及び光出射面に形成することが好ましい。劈開によって形成された共振面であれば、反射ミラーを再現性よく形成することができる。 In addition, it is suitable that a reflection mirror is formed on the end face of the resonator. The reflection mirror can be formed of an oxide film, a nitride film, an oxynitride film, a combination thereof, or the like. Specifically, it is a dielectric multilayer film made of an oxide film such as SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , SiN, AlN, SiON, AlON, or a nitride film. The reflection mirror is preferably formed on the light reflection side and / or the light emission surface of the resonance surface, and more preferably on the light reflection side and the light emission surface of the resonance surface. If the resonance surface is formed by cleavage, the reflection mirror can be formed with good reproducibility.

以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例1
この実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図1Aに示すように、基板10上に、窒化物半導体層として、n側半導体層11、活性層12、p側半導体層13がこの順に形成されており、p側半導体層13の表面にリッジ14が形成されている。リッジ14の側面から、窒化物半導体層の表面にわたって第1膜15a(膜内において結晶性が異なる部位を有するAlN膜)及び第2膜15b(多結晶又はアモルファスのGaN)からなる保護膜15が形成されている。
Hereinafter, embodiments of the nitride semiconductor laser device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Example 1
In the nitride semiconductor laser device of this embodiment, as shown in FIG. 1A, an n-side semiconductor layer 11, an active layer 12, and a p-side semiconductor layer 13 are formed in this order on a substrate 10 as a nitride semiconductor layer. A ridge 14 is formed on the surface of the p-side semiconductor layer 13. A protective film 15 made of a first film 15a (an AlN film having a portion with different crystallinity in the film) and a second film 15b (polycrystalline or amorphous GaN) extends from the side surface of the ridge 14 to the surface of the nitride semiconductor layer. Is formed.

リッジ14上面にはp側電極16が形成されている。基板10の第2主面側には、n側電極19が形成されている。保護膜15及びp側電極16及び保護膜17の上面には、pパッド電極18が形成されている。   A p-side electrode 16 is formed on the upper surface of the ridge 14. An n-side electrode 19 is formed on the second main surface side of the substrate 10. A p-pad electrode 18 is formed on the upper surfaces of the protective film 15, the p-side electrode 16 and the protective film 17.

このレーザ素子は、以下の方法で製造することができる。
(基板)
まず、n型不純物を含有したGaN基板を準備する。このGaN基板の第1主面を成長面として、MOCVD反応容器内にセットする。
This laser element can be manufactured by the following method.
(substrate)
First, a GaN substrate containing n-type impurities is prepared. The first main surface of the GaN substrate is set as a growth surface in the MOCVD reaction vessel.

(n側半導体層11)
成長温度を1050℃まで昇温して、原料ガスとして、トリメチルガリウム(TMG)、TMA(トリメチルアルミニウム)、アンモニア(NH3)、不純物ガスにシランガスを用い、Siを1×1019/cm3ドープしたAl0.03Ga0.97Nを2.5μmの膜厚で成長させる。この層をn側クラッド層とする。
(N-side semiconductor layer 11)
The growth temperature is raised to 1050 ° C., trimethyl gallium (TMG), TMA (trimethyl aluminum), ammonia (NH 3 ) are used as source gases, silane gas is used as impurity gas, and Si is doped at 1 × 10 19 / cm 3 Al 0.03 Ga 0.97 N is grown to a thickness of 2.5 μm. This layer is an n-side cladding layer.

続いて、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、1050℃の温度で、アンドープのGaNよりなるn側光ガイド層を170nmの膜厚で成長させる。   Subsequently, TMG and ammonia are used as source gases, and an n-side light guide layer made of undoped GaN is grown at a thickness of 170 nm at a temperature of 1050 ° C.

(活性層12)
温度を900℃にして、原料ガスにトリメチルインジウム(TMI)、TMG及びアンモニア、シランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたIn0.02Ga0.98Nよりなる障壁層を14nmの膜厚で成長させる。続いて、温度を820℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのIn0.07Ga0.93Nよりなる井戸層を8nmの膜厚で成長させる。
この障壁層、井戸層、中間層の3層構造をさらに2回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚58nmの多重量子井戸(MQW)からなる活性層12を成長させる。
(Active layer 12)
A barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N doped with 5 × 10 18 / cm 3 of Si using trimethylindium (TMI), TMG, ammonia, and silane gas as a source gas at a temperature of 900 ° C. with a film thickness of 14 nm Grow. Subsequently, the temperature is lowered to 820 ° C., the silane gas is stopped, and a well layer made of undoped In 0.07 Ga 0.93 N is grown to a thickness of 8 nm.
The three-layer structure of the barrier layer, the well layer, and the intermediate layer is laminated twice more, and finally the barrier layer is formed to grow the active layer 12 composed of multiple quantum wells (MQW) having a total film thickness of 58 nm. .

(p側半導体層13)
TMIを止め、TMA及びCp2Mgを流し、Mgを1×1020/cm3ドープしたAl0.25Ga0.75Nよりなるp側キャップ層を10nmの膜厚で成長させる。続いてCp2Mg、TMAを止め、1000℃で、アンドープGaNよりなるp側光ガイド層を0.15μmの膜厚で成長させる。このp側光ガイド層は、アンドープとして成長させるが、p側キャップ層からのMgの拡散により、Mg濃度が5×1016/cm3となりp側を示す。
(P-side semiconductor layer 13)
Stop the TMI, flow TMA and Cp 2 Mg, and grow a p-side cap layer made of Al 0.25 Ga 0.75 N doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg to a thickness of 10 nm. Subsequently, Cp 2 Mg and TMA are stopped, and a p-side light guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.15 μm at 1000 ° C. This p-side light guide layer is grown as undoped, but due to the diffusion of Mg from the p-side cap layer, the Mg concentration becomes 5 × 10 16 / cm 3 , indicating the p-side.

Cp2Mgを止め、TMAを流し、1000℃でアンドープAl0.1Ga0.9Nよりなる層を2.5nmの膜厚で成長させる。TMAを止め、Cp2Mgを流し、Mg濃度が1×1019/cm3からなるアンドープGaNよりなる層を2.5nmの膜厚で成長させる。これを繰り返して、総膜厚0.45μmの超格子層よりなるp側クラッド層を成長させる。
最後に、p側クラッド層の上に、Mgを1×1020/cm3ドープしたp−GaNよりなるp側コンタクト層を15nmの膜厚で成長させる。
Cp 2 Mg is stopped, TMA is flown, and a layer made of undoped Al 0.1 Ga 0.9 N is grown at a thickness of 2.5 nm at 1000 ° C. The TMA is stopped, Cp 2 Mg is allowed to flow, and a layer made of undoped GaN having an Mg concentration of 1 × 10 19 / cm 3 is grown to a thickness of 2.5 nm. By repeating this, a p-side cladding layer made of a superlattice layer having a total film thickness of 0.45 μm is grown.
Finally, a p-side contact layer made of p-GaN doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg is grown on the p-side cladding layer to a thickness of 15 nm.

(リッジ14の形成)
得られた窒化物半導体を成長させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のp側コンタクト層の表面に、所定の形状のマスクを介して、幅2.0μmのストライプ状のSiO2よりなる保護膜を形成する。その後、RIE(反応性イオンエッチング)を用い、p側クラッド層とp側光ガイド層との界面付近までエッチングを行い、任意に酸性溶液(例えば、リン酸と硫酸との混合溶液)を用いたウェットエッチング(表面処理)を行い、幅2.0μmのストライプ状のリッジ14を形成する。
(Formation of ridge 14)
The obtained nitride semiconductor-grown wafer is taken out of the reaction vessel, and a protective layer made of stripe-shaped SiO 2 having a width of 2.0 μm is formed on the surface of the uppermost p-side contact layer through a mask having a predetermined shape. A film is formed. Then, using RIE (reactive ion etching), etching was performed to the vicinity of the interface between the p-side cladding layer and the p-side light guide layer, and an acidic solution (for example, a mixed solution of phosphoric acid and sulfuric acid) was arbitrarily used. Wet etching (surface treatment) is performed to form a stripe-shaped ridge 14 having a width of 2.0 μm.

(保護膜15の形成)
続いて、SiO2マスクをつけたまま、窒化物半導体層の表面に、ECRプラズマスパッタ装置にて、Alターゲットを用いて、マイクロ波電力500W、RF電力250W、アルゴン雰囲気で、窒素を流しながら、室温にて、第1膜15aとしてAlN膜を150nm形成する。続いて、温度を400℃に上げて、同様の条件でAlN膜を50nm形成する。
(Formation of protective film 15)
Subsequently, with the SiO 2 mask on, the surface of the nitride semiconductor layer is subjected to nitrogen power in an argon atmosphere using an ECR plasma sputtering apparatus using an Al target with a microwave power of 500 W, an RF power of 250 W, and an argon atmosphere. At room temperature, an AlN film of 150 nm is formed as the first film 15a. Subsequently, the temperature is raised to 400 ° C., and an AlN film of 50 nm is formed under the same conditions.

得られた窒化物半導体レーザ素子の保護膜を検証するために、n−GaN基板(c軸配向:C面)上に、上記と同様の材料及び実質的に同様の成膜方法で、具体的には、前処理したGaN基板上に、ECRスパッタ装置を用いて、アルゴン雰囲気で窒素を流しながら、マイクロ波電力500W、RF電力250Wの条件で、室温にてAlN膜を150nm成膜させ、その後、同様の条件で加熱処理を行いながらAlN膜を50nm成膜(総膜厚200nm)した。
また、比較用として、室温で成膜する以外は同様の条件で、AlN膜を100nm成膜した。
得られた保護膜について、X線回折法により、XRD装置(使用X線:CuKα線(λ=0.154nm)、モノクロメータ:Ge(220)、測定方法:ωスキャン又はω/2θスキャン、ステップ幅:0.01°、スキャンスピード:0.2秒/ステップ)を用いて分析した。この装置では、18°付近がC軸配向性を有するAlNに由来するピークに対応する。
その結果を図4A〜図4Cに示す。図4Aはωスキャン、図4B及び図4Cはω/2θスキャンの結果を示す。
In order to verify the protective film of the obtained nitride semiconductor laser device, on the n-GaN substrate (c-axis orientation: C plane), using the same material and substantially the same film formation method as above, First, an AlN film is formed on a pretreated GaN substrate using an ECR sputtering apparatus while flowing nitrogen in an argon atmosphere under conditions of microwave power of 500 W and RF power of 250 W at room temperature, and then The AlN film was formed to a thickness of 50 nm (total film thickness 200 nm) while performing the heat treatment under the same conditions.
For comparison, an AlN film having a thickness of 100 nm was formed under the same conditions except that the film was formed at room temperature.
About the obtained protective film, an XRD apparatus (used X-ray: CuKα ray (λ = 0.154 nm), monochromator: Ge (220), measurement method: ω scan or ω / 2θ scan, step) (Width: 0.01 °, scan speed: 0.2 sec / step). In this apparatus, the vicinity of 18 ° corresponds to a peak derived from AlN having C-axis orientation.
The results are shown in FIGS. 4A to 4C. 4A shows the results of the ω scan, and FIGS. 4B and 4C show the results of the ω / 2θ scan.

AlN膜を200nm成膜した場合、ωスキャン結果である図4Aに示したように、C軸配向性を有するAlNに由来するピーク付近に現れた1つのピーク(図4A中の実線、ピークA)とともに、第1膜内での軸方向又は格子定数が変化していることを示す複数のピーク(図4A中の実線、ピークB、C)が認められた。
また、ω/2θスキャン結果である図4Bに示したように、C軸配向性を有するAlNに由来するピーク付近(PAlN)の片側に、膜厚を示す周期性を有するピーク以外の複数のピーク(Pa)が認められた。
これによって、AlNが膜内において、結晶性が異なる2以上の部位を有して形成されていることが確認された。つまり、加熱処理を行いながらAlN膜を成膜することにより、窒化物半導体層に隣接する領域の結晶性と、異なる結晶性を有する領域を並存させることができる。
When an AlN film having a thickness of 200 nm is formed, as shown in FIG. 4A, which is the ω scan result, one peak appears in the vicinity of the peak derived from AlN having C-axis orientation (solid line, peak A in FIG. 4A). In addition, a plurality of peaks (solid lines, peaks B and C in FIG. 4A) indicating that the axial direction or the lattice constant in the first film was changed were recognized.
Further, as shown in FIG. 4B which is the ω / 2θ scan result, a plurality of peaks other than the peak having periodicity indicating the film thickness are formed on one side in the vicinity of the peak derived from AlN having C-axis orientation (P AlN ). A peak (Pa) was observed.
This confirmed that AlN was formed in the film having two or more sites having different crystallinity. In other words, by forming the AlN film while performing the heat treatment, the crystallinity of the region adjacent to the nitride semiconductor layer and the region having different crystallinity can coexist.

一方、図4Aに示したように、AlN膜を100nm成膜した場合、C軸配向性を有するAlNに由来するピーク付近に1つのピーク(図4Aの点線、ピークD)が見られたが、ω/2θスキャン結果である図4Cに示したように、C軸配向性を有するAlNに由来するピーク付近(PAlN)の両側に、膜厚を示す周期性を有するピーク(Pb)が認められたのみであった。
なお、上述したように、窒化物半導体レーザ素子の保護膜を検証するための保護膜においては、ωスキャン又はω/2θスキャン結果から、配向性が確認されたことから、単結晶及び/又は多結晶であることが確認された。
On the other hand, as shown in FIG. 4A, when an AlN film was formed to a thickness of 100 nm, one peak (dotted line in FIG. 4A, peak D) was observed near the peak derived from AlN having C-axis orientation. As shown in FIG. 4C, which is the ω / 2θ scan result, peaks (Pb) having periodicity indicating the film thickness are recognized on both sides of the vicinity of the peak derived from AlN having C-axis orientation (P AlN ). It was only.
Note that, as described above, in the protective film for verifying the protective film of the nitride semiconductor laser element, the orientation was confirmed from the ω scan or ω / 2θ scan results. It was confirmed to be a crystal.

続いて、第2膜15bとして、マグネトロンスパッタ装置にて、GaNターゲットを用いて、RF電力100W、アルゴン雰囲気で、窒素を流しながら、室温にてGaN膜を20nm形成する。
得られたGaN膜は、多結晶状態で成膜されていることが分かった。
Subsequently, as the second film 15b, a GaN film having a thickness of 20 nm is formed at room temperature by using a GaN target and flowing nitrogen in an argon atmosphere using a GaN target in a magnetron sputtering apparatus.
It was found that the obtained GaN film was formed in a polycrystalline state.

その後、バッファードフッ酸に浸漬して、p側コンタクト層上に形成したSiO2を溶解除去し、リフトオフ法により第2膜15bであるGaN膜と共に、p側コンタクト層上にある第1膜15aであるAlN膜を除去する。 Thereafter, it is immersed in buffered hydrofluoric acid to dissolve and remove the SiO 2 formed on the p-side contact layer, and together with the GaN film as the second film 15b by the lift-off method, the first film 15a on the p-side contact layer. The AlN film is removed.

(電極及びパッド電極の形成)
p側コンタクト層のリッジ最表面にNi/Au/Ptを順に形成してなるp側電極16をストライプ状に形成する。保護膜15を介してp側電極16と電気的に接続したp側パッド電極18を形成する。一方、Ti/Pt/Auを順に形成してなるn側電極19を、基板10の第2主面側に形成する。
(Formation of electrodes and pad electrodes)
A p-side electrode 16 formed by sequentially forming Ni / Au / Pt on the ridge outermost surface of the p-side contact layer is formed in a stripe shape. A p-side pad electrode 18 electrically connected to the p-side electrode 16 through the protective film 15 is formed. On the other hand, an n-side electrode 19 formed by sequentially forming Ti / Pt / Au is formed on the second main surface side of the substrate 10.

(分割)
その後、基板10を劈開してバー状とし、そのバーの劈開面に共振面を作製する。共振面作製後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウェハを切断してレーザチップとする。
(Split)
Thereafter, the substrate 10 is cleaved into a bar shape, and a resonance surface is formed on the cleavage surface of the bar. After producing the resonance surface, the bar-shaped wafer is further cut in a direction perpendicular to the resonance surface to obtain a laser chip.

(評価)
得られた半導体レーザをフェースダウン実装した場合、第1膜及び第2膜からなる保護膜を、SiO2膜(200nm厚)とした以外、同様の構成によって作成した半導体レーザと比較して、1.0℃/W程度熱抵抗を低下させることができる。
つまり、上述したような第1膜を形成することにより、保護膜において、格子緩和を発生させ、クラックを抑制することができる。その結果、窒化物半導体層と良好な密着性を有しつつ、保護膜の剥がれを防止すると共に厚膜の成膜ができ、ひいては、放熱性を向上させることができる。
(Evaluation)
When the obtained semiconductor laser is mounted face-down, the protective film made of the first film and the second film is made of SiO 2 film (thickness: 200 nm), compared with a semiconductor laser manufactured by the same configuration, Thermal resistance can be reduced by about 0.0 ° C./W.
That is, by forming the first film as described above, lattice relaxation can be generated and cracks can be suppressed in the protective film. As a result, while having good adhesion to the nitride semiconductor layer, it is possible to prevent the protective film from peeling off and to form a thick film, thereby improving heat dissipation.

実施例2
この実施例の窒化物半導体レーザ素子は、n側の半導体層の積層状態が異なる以外は実施例1と同様の構成である。
この窒化物半導体レーザ素子は、以下のように製造することができる。
(基板)
まず、n型不純物を含有したGaN基板を準備する。このGaN基板の第1主面を成長面として、MOCVD反応容器内にセットする。
(n側半導体層11)
成長温度を1050℃まで昇温して、原料ガスとして、トリメチルガリウム(TMG)、TMA(トリメチルアルミニウム)、アンモニア(NH3)、不純物ガスにシランガスを用い、Siを3×1018/cm3ドープしたAl0.02Ga0.98Nを1.0μmの膜厚で成長させる。この層をn側コンタクト層とする。
その後、原料ガスとして、トリメチルインジウム(TMI)、TMG、アンモニア、不純物ガスにシランガスを用い、Siを3×1018/cm3ドープしたInyGa1-yN(0<y≦1)層を150nmの膜厚で成長させる。この層をn側クラック防止層とする。
成長温度を1000℃に設定して、原料ガスとして、TMG、TMA、NH3、不純物ガスにシランガスを用い、Siを3×1018/cm3ドープしたAl0.053Ga0.947Nを2.0μmの膜厚で成長させる。この層をn側クラッド層とする。
続いて、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるn側光ガイド層を300nmの膜厚で成長させる。
Example 2
The nitride semiconductor laser device of this example has the same configuration as that of Example 1 except that the stacked state of the n-side semiconductor layer is different.
This nitride semiconductor laser device can be manufactured as follows.
(substrate)
First, a GaN substrate containing n-type impurities is prepared. The first main surface of the GaN substrate is set as a growth surface in the MOCVD reaction vessel.
(N-side semiconductor layer 11)
The growth temperature is raised to 1050 ° C., trimethyl gallium (TMG), TMA (trimethyl aluminum), ammonia (NH 3 ) are used as source gases, silane gas is used as impurity gas, and Si is doped at 3 × 10 18 / cm 3 Al 0.02 Ga 0.98 N is grown to a thickness of 1.0 μm. This layer is an n-side contact layer.
Thereafter, an In y Ga 1-y N (0 <y ≦ 1) layer doped with 3 × 10 18 / cm 3 of Si using trimethylindium (TMI), TMG, ammonia, and silane gas as an impurity gas as a source gas. Growth is performed with a film thickness of 150 nm. This layer is an n-side crack prevention layer.
A film having a growth temperature of 1000 ° C., TMG, TMA, NH 3 as source gas, silane gas as impurity gas, and Al 0.053 Ga 0.947 N doped with Si 3 × 10 18 / cm 3 is 2.0 μm Grow with thickness. This layer is an n-side cladding layer.
Subsequently, TMG and ammonia are used as source gases, and an n-side light guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 300 nm.

(活性層12)
温度を920℃にして、原料ガスにTMI、TMG及びアンモニア、シランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたIn0.02Ga0.98Nよりなる第1障壁層を140nmの膜厚で成長させる。続いて、温度を850℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのIn0.13Ga0.87Nよりなる井戸層を3nmの膜厚で成長させる。さらに、温度を920℃まで昇温し、TMIを止め、アンドープのGaNよりなる第2障壁層を14nmの膜厚で成長させる。再び温度を850℃に下げ、TMIを流して井戸層を積層させ、最後に温度を920℃まで昇温してアンドープのIn0.13Ga0.87Nよりなる最終障壁層を70nmの膜厚で成長させる。
(Active layer 12)
A temperature of 920 ° C. is used, and a first barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N doped with Si at 5 × 10 18 / cm 3 is grown to a film thickness of 140 nm using TMI, TMG, ammonia, and silane gas as source gases. . Subsequently, the temperature is lowered to 850 ° C., the silane gas is stopped, and a well layer made of undoped In 0.13 Ga 0.87 N is grown to a thickness of 3 nm. Further, the temperature is raised to 920 ° C., TMI is stopped, and a second barrier layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 14 nm. The temperature is lowered again to 850 ° C., TMI is flown to deposit a well layer, and finally the temperature is raised to 920 ° C. to grow a final barrier layer made of undoped In 0.13 Ga 0.87 N with a thickness of 70 nm.

(p側半導体層13)
TMIを止め、TMAおよびCp2Mgを流し、Mgを1×1020/cm3ドープしたAl0.20Ga0.80Nよりなるp側キャップ層を10nmの膜厚で成長させる。続いてCp2Mgを止め、1000℃で、アンドープAl0.02Ga0.98Nよりなるp側光ガイド層を0.3μmの膜厚で成長させる。このp側光ガイド層は、アンドープとして成長させるが、p側キャップ層からのMgの拡散により、Mg濃度が5×1016/cm3となりp型を示す。
TMAを流し、1000℃でアンドープAl0.1Ga0.9Nよりなる層を2.5nmの膜厚で成長させ、TMAを止め、Cp2Mgを流し、Mg濃度が1×1019/cm3からなるアンドープGaNよりなる層を2.5nmの膜厚で成長させ、総膜厚0.45μmの超格子層よりなるp側クラッド層を成長させる。
最後に、p側クラッド層の上に、Mgを1×1020/cm3ドープしたp−GaNよりなるp側コンタクト層を15nmの膜厚で成長させる。
これ以降は、実施例1と同様に、窒化物半導体レーザ素子を製造する。
得られた窒化物半導体レーザについて、実施例1と同様にフェースダウン実装することにより、実施例1と同様に熱抵抗を低下させることができる。
(P-side semiconductor layer 13)
TMI is stopped, TMA and Cp 2 Mg are allowed to flow, and a p-side cap layer made of Al 0.20 Ga 0.80 N doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg is grown to a thickness of 10 nm. Subsequently, Cp 2 Mg is stopped, and a p-side light guide layer made of undoped Al 0.02 Ga 0.98 N is grown at a film thickness of 0.3 μm at 1000 ° C. This p-side light guide layer is grown as undoped, but due to diffusion of Mg from the p-side cap layer, the Mg concentration becomes 5 × 10 16 / cm 3 and exhibits p-type.
Flowing TMA, growing a layer made of undoped Al 0.1 Ga 0.9 N to a thickness of 2.5 nm at 1000 ° C., stopping TMA, flowing Cp 2 Mg, undoped with Mg concentration of 1 × 10 19 / cm 3 A layer made of GaN is grown to a thickness of 2.5 nm, and a p-side cladding layer made of a superlattice layer having a total thickness of 0.45 μm is grown.
Finally, a p-side contact layer made of p-GaN doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg is grown on the p-side cladding layer to a thickness of 15 nm.
Thereafter, a nitride semiconductor laser element is manufactured in the same manner as in the first embodiment.
By mounting the obtained nitride semiconductor laser face down in the same manner as in the first embodiment, the thermal resistance can be reduced in the same manner as in the first embodiment.

実施例3
この実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図1に示すように、第1膜15aとして膜内において結晶性が異なる部位を有するAlN膜及び第2膜15bとしてアモルファスのGaNからなる保護膜がされているが、第1膜15aが、以下のような成膜条件で形成されている以外、実質的に実施例1の半導体レーザ素子と同様の構成である。
ECRプラズマスパッタ装置にて、Alターゲットを用いて、マイクロ波電力500W、RF電力250W、アルゴン雰囲気で、窒素を流しながら、室温にて、第1膜15aとしてAlN膜を50nm形成する。続いて、温度200℃にて、同様の条件でAlN膜を150nm形成する。続いて、温度400℃にて、同条件でAlN膜を50nm形成する。
このようにして形成した第1膜15aは、実施例1と同様に、膜内において配向性が異なる2以上の部位を有し、実施例1と同様の効果が得られる。
Example 3
In the nitride semiconductor laser device of this embodiment, as shown in FIG. 1, an AlN film having a portion with different crystallinity in the film is formed as the first film 15a, and a protective film made of amorphous GaN is formed as the second film 15b. However, the structure is substantially the same as that of the semiconductor laser device of Example 1 except that the first film 15a is formed under the following film forming conditions.
In an ECR plasma sputtering apparatus, using an Al target, an AlN film of 50 nm is formed as the first film 15a at room temperature while flowing nitrogen in a microwave power of 500 W, an RF power of 250 W, and an argon atmosphere. Subsequently, an AlN film having a thickness of 150 nm is formed under the same conditions at a temperature of 200.degree. Subsequently, an AlN film is formed to a thickness of 50 nm under the same conditions at a temperature of 400 ° C.
The first film 15a formed in this manner has two or more portions having different orientations in the film, as in the first embodiment, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

実施例4
この実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図1に示すように、第1膜15aとして膜内において配向性が異なる部位を有するAlN膜及び第2膜15bとしてアモルファスのGaNからなる保護膜が形成されているが、第1膜15aが、以下のような成膜条件で形成されている以外、実質的に実施例1の半導体レーザ素子と同様の構成である。
ECRプラズマスパッタ装置にて、Alターゲットを用いて、マイクロ波電力350W、RF電力350W、アルゴン流量雰囲気で、窒素を流しながら、室温にて、第1膜15aとしてAlN膜を150nm形成する。続いて、温度400℃にて、マイクロ波電力500W、RF電力250W、アルゴン雰囲気で、窒素を流しながらAlN膜を50nm形成する。
このようにして形成した第1膜15aは、実施例1と同様に、膜内において配向性が異なる2以上の部位を有し、実施例1と同様の効果が得られる。
Example 4
In the nitride semiconductor laser device of this embodiment, as shown in FIG. 1, an AlN film having a portion with different orientation in the film as the first film 15a and a protective film made of amorphous GaN are formed as the second film 15b. However, the structure is substantially the same as that of the semiconductor laser device of Example 1 except that the first film 15a is formed under the following film forming conditions.
In an ECR plasma sputtering apparatus, using an Al target, an AlN film having a thickness of 150 nm is formed as the first film 15a at room temperature while flowing nitrogen in an atmosphere of microwave power 350W, RF power 350W, and argon flow rate. Subsequently, an AlN film is formed to a thickness of 50 nm while flowing nitrogen at a temperature of 400 ° C. in a microwave power of 500 W, an RF power of 250 W, and an argon atmosphere.
The first film 15a formed in this manner has two or more portions having different orientations in the film, as in the first embodiment, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

実施例5
この実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図1に示すように、第1膜15aとして膜内において配向性が異なる部位を有するAlN膜が形成されており、第2膜15bとしてアモルファスのAlGaNからなる保護膜が形成されている以外、実質的に実施例1の半導体レーザ素子と同様の構成である。
このようにして形成した第1膜15aは、実施例1と同様に、膜内において配向性が異なる2以上の部位を有し、実施例1と同様の効果が得られる。
Example 5
In the nitride semiconductor laser device of this embodiment, as shown in FIG. 1, an AlN film having a different orientation in the film is formed as the first film 15a, and the second film 15b is made of amorphous AlGaN. The structure is substantially the same as that of the semiconductor laser device of Example 1 except that a protective film is formed.
The first film 15a formed in this manner has two or more portions having different orientations in the film, as in the first embodiment, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

本発明の窒化物半導体レーザは、例えば、照明用光源、光ディスク用途、光通信システム、ディスプレイ、印刷機、露光用途、測定、バイオ関連の励起用光源等、広範に利用することができる。   The nitride semiconductor laser of the present invention can be widely used, for example, for illumination light sources, optical disc applications, optical communication systems, displays, printers, exposure applications, measurement, bio-related excitation light sources, and the like.

10 基板
11 n側半導体層
12 活性層
13 p側半導体層
14 リッジ
15 保護膜
15a 第1膜
15b 第2膜
16 p側電極
17 保護極
18 pパッド電極
19 n側電極
10 substrate 11 n-side semiconductor layer 12 active layer 13 p-side semiconductor layer 14 ridge 15 protective film 15a first film 15b second film 16 p-side electrode 17 protective electrode 18 p-pad electrode 19 n-side electrode

Claims (10)

基板と、該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、該窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の表面に、膜厚方向に結晶性が異なる2以上の部位を有するAl含有窒化物膜からなる第1膜を保護膜として備えていることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
A nitride semiconductor laser device comprising a substrate, a nitride semiconductor layer stacked on the substrate and having a ridge on the surface, and an electrode electrically connected to the nitride semiconductor layer,
A first film made of an Al-containing nitride film having two or more portions having different crystallinity in the film thickness direction is provided as a protective film on the surface of the nitride semiconductor layer on both sides of the ridge from the side surface of the ridge. Nitride semiconductor laser device.
前記保護膜が、第1膜上に、多結晶又はアモルファスであり、前記第1膜と異なる組成の窒化膜からなる第2膜を備える請求項1に記載の窒化物半導体レーザ素子。   2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the protective film includes a second film made of a nitride film having a composition different from that of the first film on the first film. 前記第1膜は、窒化物半導体層側が前記窒化物半導体層と同軸配向であり、膜厚方向に、結晶性が異なる部位が存在する請求項1又は2に記載の窒化物半導体レーザ素子。   3. The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the first film is coaxially oriented with the nitride semiconductor layer on the nitride semiconductor layer side and has a portion having different crystallinity in the film thickness direction. 前記第1膜は、窒化物半導体層側がC軸配向であり、膜厚方向に、結晶性が異なる部位が存在する請求項1から3のいずれか1つに記載の窒化物半導体レーザ素子。   4. The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the first film has a C-axis orientation on the nitride semiconductor layer side and a portion having different crystallinity exists in the film thickness direction. 5. 第1膜は、六方晶構造の結晶を含む請求項1から4のいずれか1つに記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the first film includes a hexagonal crystal. 第2膜が、InxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、0≦x+y≦1)である請求項2から5のいずれか1つに記載の窒化物半導体レーザ素子。 A second layer, In x Al y Ga 1- xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, 0 ≦ x + y ≦ 1) a nitride semiconductor laser device according to claims 2 to any one of 5 is. 前記第1膜は、窒化物半導体層側に単結晶を含有する請求項1から6のいずれか1つに記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the first film contains a single crystal on the nitride semiconductor layer side. 基板と、該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、該窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の表面に、X線回折法によるωスキャンにより測定されたロッキングカーブが複数のピークを有するAl含有窒化物膜からなる第1膜を保護膜として備えていることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
A nitride semiconductor laser device comprising a substrate, a nitride semiconductor layer stacked on the substrate and having a ridge on the surface, and an electrode electrically connected to the nitride semiconductor layer,
A protective film is provided on the surface of the nitride semiconductor layer on both sides of the ridge from the side surface of the ridge as a protective film with an Al-containing nitride film having a plurality of rocking curves measured by ω-scanning by an X-ray diffraction method. A nitride semiconductor laser device characterized by comprising:
基板と、該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、該窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の表面に、X線回折法によるω/2θスキャンにより測定されたロッキングカーブが膜厚を示す周期性を有するピーク以外の複数のピークを有するAl含有窒化物膜からなる第1膜を保護膜として備えていることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
A nitride semiconductor laser device comprising a substrate, a nitride semiconductor layer stacked on the substrate and having a ridge on the surface, and an electrode electrically connected to the nitride semiconductor layer,
Al content having a plurality of peaks other than a peak having a periodicity in which a rocking curve measured by a ω / 2θ scan by an X-ray diffraction method is present on the surface of the nitride semiconductor layer on both sides of the ridge from the side surface of the ridge A nitride semiconductor laser device comprising a first film made of a nitride film as a protective film.
前記第1膜は、X線回折法によるωスキャンにより測定されたロッキングカーブの半値幅が0.5°以下である請求項1から9のいずれか1つに記載の窒化物半導体レーザ素子。   10. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first film has a half-value width of a rocking curve measured by an ω scan by an X-ray diffraction method of 0.5 ° or less. 11.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017017928A1 (en) * 2015-07-30 2017-02-02 パナソニック株式会社 Nitride semiconductor laser element

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000223781A (en) * 1998-11-26 2000-08-11 Sony Corp Semiconductor laser and its manufacture as well as semiconductor device and its manufacture
JP2004119702A (en) * 2002-09-26 2004-04-15 Sharp Corp GaN-BASED SEMICONDUCTOR LASER ELEMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD
JP2004274042A (en) * 2003-02-19 2004-09-30 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor device
JP2008182202A (en) * 2006-12-28 2008-08-07 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000223781A (en) * 1998-11-26 2000-08-11 Sony Corp Semiconductor laser and its manufacture as well as semiconductor device and its manufacture
JP2004119702A (en) * 2002-09-26 2004-04-15 Sharp Corp GaN-BASED SEMICONDUCTOR LASER ELEMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD
JP2004274042A (en) * 2003-02-19 2004-09-30 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor device
JP2008182202A (en) * 2006-12-28 2008-08-07 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017017928A1 (en) * 2015-07-30 2017-02-02 パナソニック株式会社 Nitride semiconductor laser element
CN107851969A (en) * 2015-07-30 2018-03-27 松下电器产业株式会社 Nitride semiconductor Laser device
US10141720B2 (en) 2015-07-30 2018-11-27 Panasonic Corporation Nitride semiconductor laser element

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