JP2014086507A - Nitride semiconductor laser, nitride semiconductor laser manufacturing method - Google Patents

Nitride semiconductor laser, nitride semiconductor laser manufacturing method Download PDF

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哲弥 熊野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor laser having a structure which can separately adjust current confinement and optical confinement.SOLUTION: A nitride semiconductor laser 11 comprises: an optical guide layer 25 including a second optical guide layer 25a having a first region 26a and a second region 26b which are arranged along a reference surface REF1 crossing a first axis Ax; and a ridge structure 35 lying on the first region 26a, in which the second region 26b of the second optical guide layer 25a has an n-type dopant doped at a first concentration. In the second optical guide layer 25a, the second region 26b provides potential barrier to the first region 26a. Although a carrier flowing from the ridge structure 35 to the first region 26a of the second optical guide layer 25a is guided by the second region 26b which forms potential barrier, light propagating a laser waveguide can be waveguided in the second region 26b of the semiconductor.

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ、及び窒化物半導体レーザを作製する方法に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor laser and a method for manufacturing a nitride semiconductor laser.

特許文献1及び特許文献2は、窒化物半導体レーザ素子の作製において、リッジ形成時にp型半導体層をエッチングして、露出させたp型半導体層上に絶縁膜を形成している。   In Patent Document 1 and Patent Document 2, an insulating film is formed on an exposed p-type semiconductor layer by etching the p-type semiconductor layer at the time of ridge formation in the fabrication of a nitride semiconductor laser device.

特許文献3は、n型GaN基板の高欠陥領域に貫通孔を形成した後に、この貫通孔に合わせて形成されたマスクを用いてp型コンタクト層に、ボロン、プロトン、窒素のイオン注入を行う。   In Patent Document 3, after a through hole is formed in a highly defective region of an n-type GaN substrate, boron, proton, and nitrogen ions are implanted into the p-type contact layer using a mask formed in accordance with the through hole. .

特許3431389号公報Japanese Patent No. 3431389 特許3772651号公報Japanese Patent No. 3776511 特開2003−229623号公報JP 2003-229623 A

窒化物半導体レーザでは、電流閉じ込めのためにリッジ構造を用いる。リッジ構造は、半導体領域の形状によりキャリアの通路を規定するので、半導体領域の形状は、また屈折率の分布も規定する。これ故に、リッジ構造の利用は、電流閉じ込めを強めるだけでなく、光閉じ込めも強める。しかしながら、発明者らの知見によれば、光閉じ込めが所望の程度を越えるとき、窒化物半導体レーザの特性が所望の特性範囲から外れる。逆に、電流閉じ込めが不足するとき、その影響は、しきい値の上昇といった窒化物半導体レーザの特性に現れる。このため、望まれていることは、電流閉じ込め及び光閉じ込めを互いに分離して調整可能にすることにある。   A nitride semiconductor laser uses a ridge structure for current confinement. Since the ridge structure defines the carrier path by the shape of the semiconductor region, the shape of the semiconductor region also defines the refractive index distribution. Therefore, the use of the ridge structure not only enhances current confinement but also enhances light confinement. However, according to the knowledge of the inventors, when the optical confinement exceeds a desired level, the characteristics of the nitride semiconductor laser deviate from the desired characteristic range. Conversely, when current confinement is insufficient, the effect appears in the characteristics of the nitride semiconductor laser such as an increase in threshold value. Thus, what is desired is to make current confinement and optical confinement separately adjustable.

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、電流閉じ込め及び光閉じ込めを互いに分離して調整可能にする構造を有する窒化物半導体レーザを提供することを目的とし、またこの窒化物半導体レーザを作製する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor laser having a structure in which current confinement and optical confinement can be adjusted separately from each other. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor laser.

本発明に係る窒化物半導体レーザは、(a)III族窒化物半導体からなる半導体面上に設けられ、第1III族窒化物半導体からなる第1半導体層を含むp側光ガイド領域と、(b)前記半導体面上に設けられ、第2III族窒化物半導体からなるn側光ガイド領域と、(c)前記n側光ガイド領域と前記p側光ガイド領域との間に設けられた活性層と、(d)p型クラッド層を含むリッジ構造とを備える。前記n側光ガイド領域、前記活性層、前記p側光ガイド領域及び前記リッジ構造は順に第1軸の方向に配置されて積層構造を成し、前記p側光ガイド領域は、前記活性層に接して第1界面を形成しており、前記第1半導体層は第1領域及び第2領域を有し、前記第1領域及び第2領域は、前記第1軸に交差する基準面に沿って配列されており、前記リッジ構造は、前記第1半導体層の前記第1領域上に設けられ、前記第1半導体層の前記第2領域は、第1濃度でドープしたn型ドーパントを含み、前記第1半導体層の前記第2領域は、前記第1半導体層の前記第1領域に対して電位障壁を提供する。   A nitride semiconductor laser according to the present invention includes (a) a p-side light guide region provided on a semiconductor surface made of a group III nitride semiconductor and including a first semiconductor layer made of a first group III nitride semiconductor; ) An n-side light guide region provided on the semiconductor surface and made of a Group III nitride semiconductor; and (c) an active layer provided between the n-side light guide region and the p-side light guide region. (D) a ridge structure including a p-type cladding layer. The n-side light guide region, the active layer, the p-side light guide region, and the ridge structure are sequentially arranged in the direction of the first axis to form a stacked structure, and the p-side light guide region is formed on the active layer. A first interface is formed in contact with the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer has a first region and a second region, and the first region and the second region are along a reference plane intersecting the first axis. The ridge structure is provided on the first region of the first semiconductor layer, and the second region of the first semiconductor layer includes an n-type dopant doped at a first concentration, The second region of the first semiconductor layer provides a potential barrier to the first region of the first semiconductor layer.

この窒化物半導体レーザによれば、p側光ガイド領域の第1半導体層は、第1軸に交差する基準面に沿って配列された第1領域及び第2領域を有する。この第1半導体層の第1領域はリッジ構造を搭載しており、第1半導体層の第2領域は、第1濃度でドープしたn型ドーパントを含む。第1半導体層においては、第2領域は第1領域に対して電位障壁を提供する。リッジ構造から第1半導体層の第1領域に流れるキャリアは、電位障壁を形成する第2領域によって案内されるけれども、レーザ導波路を伝搬する光は半導体の第2領域を導波できる。   According to this nitride semiconductor laser, the first semiconductor layer in the p-side light guide region has the first region and the second region arranged along the reference plane intersecting the first axis. The first region of the first semiconductor layer has a ridge structure, and the second region of the first semiconductor layer contains an n-type dopant doped at a first concentration. In the first semiconductor layer, the second region provides a potential barrier to the first region. Although carriers flowing from the ridge structure to the first region of the first semiconductor layer are guided by the second region forming the potential barrier, light propagating through the laser waveguide can be guided through the second region of the semiconductor.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第1界面は、前記III族窒化物半導体からなるc軸方向に延びる第1軸に直交する第1基準面に対して傾斜しており、前記半導体面は半極性を示すことができる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the first interface is inclined with respect to a first reference plane orthogonal to a first axis extending in the c-axis direction made of the group III nitride semiconductor, and the semiconductor surface Can be semipolar.

この窒化物半導体レーザによれば、半極性面の利用は、長波長の発光を可能にする。光閉じ込めと電流閉じ込めを分離することにより、遠視野像(FFP)の調整を可能にする。   According to this nitride semiconductor laser, the use of the semipolar plane enables long wavelength light emission. Separating optical confinement and current confinement allows adjustment of the far field image (FFP).

本発明に係る窒化物半導体レーザは、前記第1半導体層の前記第2領域の表面を覆うと共に前記リッジ構造の側面に接して前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を更に備える。前記絶縁体の屈折率は前記p側光ガイド領域の屈折率より低いようにしてもよい。   The nitride semiconductor laser according to the present invention further includes an insulator that covers the surface of the second region of the first semiconductor layer and embeds the ridge structure in contact with a side surface of the ridge structure. The refractive index of the insulator may be lower than the refractive index of the p-side light guide region.

この窒化物半導体レーザによれば、絶縁膜が第1半導体層の第2領域の表面を覆うけれども、半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく第1半導体層の第2領域の電位障壁によりガイドされる。一方、レーザ導波路を伝搬する光はリッジ及び絶縁膜によりガイドされる。   According to this nitride semiconductor laser, although the insulating film covers the surface of the second region of the first semiconductor layer, carriers from the semiconductor ridge are not guided by the ridge and the insulating film, but are not guided by the first semiconductor layer. Guided by two potential barriers. On the other hand, light propagating through the laser waveguide is guided by the ridge and the insulating film.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第1半導体層の前記第2領域上の前記絶縁膜と前記活性層との間隔は100nm以上であるようにしてもよい。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, a distance between the insulating film on the second region of the first semiconductor layer and the active layer may be 100 nm or more.

この窒化物半導体レーザによれば、上記の間隔が100nm以上であるとき、第1半導体層の第2領域上の絶縁膜が、レーザ導波路を伝搬する光を蹴ることを避けることができる。   According to this nitride semiconductor laser, when the interval is 100 nm or more, the insulating film on the second region of the first semiconductor layer can avoid kicking the light propagating through the laser waveguide.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第1半導体層の前記第2領域上の前記絶縁膜と前記活性層との間隔は300nm以下であるようにしてもよい。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, a distance between the insulating film on the second region of the first semiconductor layer and the active layer may be 300 nm or less.

この窒化物半導体レーザによれば、第1半導体層の第2領域の働きにより、レーザ導波路を伝搬する光に対して、電流閉じ込めと光閉じ込めとの分離が可能になる。   According to the nitride semiconductor laser, the current confinement and the light confinement can be separated from the light propagating through the laser waveguide by the action of the second region of the first semiconductor layer.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記p型クラッド層は、InX1AlY1Ga1−X1−Y1N(0≦X<0.05、0≦Y<0.20)であり、前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1Nは前記p側光ガイド領域のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するようにしてもよい。 In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the p-type cladding layer is In X1 Al Y1 Ga 1-X1-Y1 N (0 ≦ X <0.05, 0 ≦ Y <0.20), and the In X1 Al Y1 Ga 1-X1- Y1 N can may have a larger band gap than the band gap profile of the p-side optical guiding region.

この窒化物半導体レーザによれば、p型クラッド層は、p側光ガイド領域のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するGaN、AlGaN、AlInN等からなることができる。   According to this nitride semiconductor laser, the p-type cladding layer can be made of GaN, AlGaN, AlInN or the like having a larger band gap than the band gap profile of the p-side light guide region.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第1半導体層はInU1Ga1−U1Nからなり、前記第1半導体層のインジウムの組成U1は、0.02以上0.05以下であるようにしてもよい。 In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the first semiconductor layer is made of In U1 Ga 1-U1 N, and the indium composition U1 of the first semiconductor layer is 0.02 or more and 0.05 or less. May be.

この窒化物半導体レーザによれば、InU1Ga1−U1N(0.02≦X≦0.05)はp側光ガイド領域に適切な屈折率を提供できる。 According to this nitride semiconductor laser, In U1 Ga 1-U1 N (0.02 ≦ X ≦ 0.05) can provide an appropriate refractive index in the p-side light guide region.

本発明に係る窒化物半導体レーザは、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を更に備えることができる。前記n側光ガイド領域、前記活性層、前記p側光ガイド領域、及び前記p型クラッド層は、前記基板の前記主面上に順に配列されており、前記基板の前記主面は、前記III族窒化物半導体のc軸方向に延在する軸に直交する基準面から、前記III族窒化物半導体のc軸から前記III族窒化物半導体のm軸方向に10度以上80度未満の範囲内の角度で傾斜しているようにしてもよい。この窒化物半導体レーザによれば、第1界面に半極性のための傾斜を付与できる。   The nitride semiconductor laser according to the present invention can further include a substrate having a main surface made of a group III nitride semiconductor. The n-side light guide region, the active layer, the p-side light guide region, and the p-type cladding layer are sequentially arranged on the main surface of the substrate, and the main surface of the substrate is the III Within a range of 10 degrees or more and less than 80 degrees in the m-axis direction of the group III nitride semiconductor from the c-axis of the group III nitride semiconductor from the reference plane orthogonal to the axis extending in the c-axis direction of the group nitride semiconductor You may make it incline at the angle of. According to this nitride semiconductor laser, the first interface can be given an inclination for semipolarity.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造、又は複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有するようにしてもよい。この窒化物半導体レーザによれば、活性層は、単一量子井戸構造や多重量子井戸構造といった様々な構造を有することができる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the active layer has a single quantum well structure including a single quantum well layer or a multiple quantum well structure including a plurality of quantum well layers and a plurality of barrier layers. It may be. According to this nitride semiconductor laser, the active layer can have various structures such as a single quantum well structure and a multiple quantum well structure.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記活性層の発振波長は、480nm以上550nm以下の範囲にあるようにしてもよい。この窒化物半導体レーザによれば、450nm程度の青色帯よりも長波長の光を発生できる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the oscillation wavelength of the active layer may be in the range of 480 nm to 550 nm. According to this nitride semiconductor laser, light having a longer wavelength than the blue band of about 450 nm can be generated.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記活性層の発振波長は、510nm以上540nm以下の範囲にあるようにしてもよい。この窒化物半導体レーザによれば、緑色帯の長波長の光を発生できる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the oscillation wavelength of the active layer may be in a range from 510 nm to 540 nm. According to this nitride semiconductor laser, long wavelength light in the green band can be generated.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第1半導体層の前記第2領域はn型導電性を示し、前記第1半導体層において、前記第1領域は前記第2領域とp−n接合を成すようにしてもよい。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the second region of the first semiconductor layer exhibits n-type conductivity, and in the first semiconductor layer, the first region has a pn junction with the second region. It may be made.

この窒化物半導体レーザによれば、第1半導体層において、第1領域は第2領域とp−n接合を成すとき、p−n接合の接合電位が、半導体リッジからのキャリアを閉じ込めるための電位障壁を提供する。   According to this nitride semiconductor laser, when the first region forms a pn junction with the second region in the first semiconductor layer, the junction potential of the pn junction is a potential for confining carriers from the semiconductor ridge. Provides a barrier.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記n型ドーパントは活性化されておらず、前記第1半導体層において、前記第1領域は前記第2領域にp−i接合を成すようにしてもよい。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the n-type dopant is not activated, and in the first semiconductor layer, the first region may form a pi junction with the second region. .

この窒化物半導体レーザによれば、第1半導体層において、第1領域は第2領域にp−i接合を成すとき、第2領域の高比抵抗が、半導体リッジからのキャリアを閉じ込めるための電位障壁を提供する。   According to this nitride semiconductor laser, in the first semiconductor layer, when the first region forms a pi junction with the second region, the high specific resistance of the second region is a potential for confining carriers from the semiconductor ridge. Provides a barrier.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第1半導体層の前記第2領域における前記n型ドーパントは、イオン注入により導入されていることができる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the n-type dopant in the second region of the first semiconductor layer may be introduced by ion implantation.

この窒化物半導体レーザによれば、イオン注入の利用により、リッジ構造に対して自己整合的にn型ドーパントを導入して第2領域を形成できる。   According to this nitride semiconductor laser, the second region can be formed by introducing the n-type dopant in a self-aligned manner with respect to the ridge structure by using ion implantation.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第1半導体層の前記第1領域及び前記第2領域は、p型ドーパントを含むことができる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the first region and the second region of the first semiconductor layer may include a p-type dopant.

この窒化物半導体レーザによれば、第1半導体層の第1領域及び第2領域はp型ドーパントを含み、第2領域にn型ドーパントが添加されると共に第1領域にn型ドーパントが添加されていない。   According to this nitride semiconductor laser, the first region and the second region of the first semiconductor layer include the p-type dopant, the n-type dopant is added to the second region, and the n-type dopant is added to the first region. Not.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第1半導体層の前記第2領域は、第2濃度のp型ドーパントを含み、前記第1半導体層の前記第2領域において、前記第1濃度は前記第2濃度より大きいようにしてもよい。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the second region of the first semiconductor layer includes a second concentration of p-type dopant, and the first concentration of the second region of the first semiconductor layer is You may make it larger than a 2nd density | concentration.

この窒化物半導体レーザによれば、第2領域において、第2濃度のp型ドーパントを含み、第1半導体層の前記第2領域において、n型ドーパントの第1濃度はp型ドーパントの第2濃度より大きい。   According to the nitride semiconductor laser, the second region includes a second concentration of p-type dopant, and the first concentration of the n-type dopant is the second concentration of the p-type dopant in the second region of the first semiconductor layer. Greater than.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記半導体面は、前記III族窒化物半導体のc軸方向に延在する軸に直交する基準面から、前記III族窒化物半導体のc軸から前記III族窒化物半導体のm軸方向に63度以上80度以下の範囲内の角度で傾斜しているようにしてもよい。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the semiconductor surface is from a reference plane orthogonal to an axis extending in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor, and from the c-axis of the group III nitride semiconductor to the group III The nitride semiconductor may be inclined at an angle in the range of not less than 63 degrees and not more than 80 degrees in the m-axis direction.

この窒化物半導体レーザによれば、上記の角度範囲及び面方位は、高いIn組成及び高い組成均一性を有するInGaNを成長することを可能にする。   According to this nitride semiconductor laser, the above angle range and plane orientation make it possible to grow InGaN having a high In composition and high composition uniformity.

本発明に係る窒化物半導体レーザは、前記リッジ構造の上面に接触をなす電極を更に備えることができる。この窒化物半導体レーザによれば、リッジ構造を流れるキャリアは、電極からリッジ構造の上面を介して供給される。   The nitride semiconductor laser according to the present invention may further include an electrode in contact with the upper surface of the ridge structure. According to this nitride semiconductor laser, carriers flowing through the ridge structure are supplied from the electrode through the upper surface of the ridge structure.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第1半導体層のインジウムの組成U1は0.04以下であることができる。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the indium composition U1 of the first semiconductor layer may be 0.04 or less.

本発明に係る窒化物半導体レーザは、前記p側光ガイド領域はアンドープのInU2Ga1−U2N層を備えることができる。前記InU2Ga1−U2N層は前記活性層と前記第1半導体層との間に設けられるようにしてもよい。 In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the p-side light guide region may include an undoped In U2Ga1 -U2N layer. The In U2Ga1 -U2N layer may be provided between the active layer and the first semiconductor layer.

この窒化物半導体レーザによれば、p側光ガイド領域はアンドープのInU2Ga1−U2N層及びpドープのInU1Ga1−U1N層を含むことができる。 According to this nitride semiconductor laser, the p-side light guide region can include an undoped In U2Ga1 -U2N layer and a p-doped InU1Ga1 -U1N layer.

本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記リッジ構造は、前記p側光ガイド領域の前記第1半導体層の前記第1領域と前記p型クラッド層との間に設けられたp型GaN層を更に含み、前記p型クラッド層は前記p型GaN層に接触を成し、前記第1半導体層は前記p型GaN層に接触を成し、前記活性層は前記p側光ガイド領域に接触を成し、前記p側光ガイド領域は前記p型GaN層を含むようにしてもよい。   In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the ridge structure includes a p-type GaN layer provided between the first region of the first semiconductor layer in the p-side light guide region and the p-type cladding layer. Further, the p-type cladding layer is in contact with the p-type GaN layer, the first semiconductor layer is in contact with the p-type GaN layer, and the active layer is in contact with the p-side light guide region. The p-side light guide region may include the p-type GaN layer.

この窒化物半導体レーザによれば、上記の積層構造は、好適な光閉じ込めのための屈折率プロファイルを提供できる。   According to this nitride semiconductor laser, the above laminated structure can provide a refractive index profile for suitable optical confinement.

本発明は、窒化物半導体レーザを作製する方法に係る。この方法は、(a)n側光ガイド領域、活性層、及びp側光ガイド領域、及びpドープ半導体領域を含むエピタキシャル構造を有するエピタキシャル基板を準備する工程と、(b)前記pドープ半導体領域上に、リッジ構造のためのマスクを形成する工程と、(c)前記マスクを用いて前記pドープ半導体領域及び前記p側光ガイド領域のエッチングを行って、エッチングされたp側光ガイド領域及びリッジ構造を形成する工程と、(d)前記リッジ構造を形成した後に、前記エッチングされたp側光ガイド領域にn型ドーパントのイオン注入を行う工程とを備える。前記n側光ガイド領域、前記活性層、前記p側光ガイド領域及び前記リッジ構造は順に第1軸の方向に配置されて積層構造を成し、前記p側光ガイド領域は、第1III族窒化物半導体からなる第1半導体層を含み、前記第1半導体層は第1領域及び第2領域を有し、前記第1領域及び第2領域は、前記第1軸に交差する基準面に沿って配列されており、前記リッジ構造は、前記第1半導体層の前記第1領域上に設けられ、前記第1半導体層の前記第2領域は、前記イオン注入により第1濃度で導入されたn型ドーパントを含み、前記第1半導体層の前記第2領域は、前記第1半導体層の前記第1領域に対して電位障壁を提供する。   The present invention relates to a method for fabricating a nitride semiconductor laser. The method includes (a) preparing an epitaxial substrate having an epitaxial structure including an n-side light guide region, an active layer, a p-side light guide region, and a p-doped semiconductor region; and (b) the p-doped semiconductor region. Forming a mask for the ridge structure; and (c) etching the p-doped semiconductor region and the p-side light guide region using the mask, and etching the p-side light guide region and Forming a ridge structure; and (d) performing an ion implantation of an n-type dopant into the etched p-side light guide region after forming the ridge structure. The n-side light guide region, the active layer, the p-side light guide region, and the ridge structure are sequentially arranged in the direction of the first axis to form a stacked structure, and the p-side light guide region includes a first group III nitride. A first semiconductor layer made of a physical semiconductor, wherein the first semiconductor layer has a first region and a second region, and the first region and the second region are along a reference plane intersecting the first axis. The ridge structure is provided on the first region of the first semiconductor layer, and the second region of the first semiconductor layer is introduced at a first concentration by the ion implantation. Including a dopant, the second region of the first semiconductor layer provides a potential barrier to the first region of the first semiconductor layer.

この窒化物半導体レーザを作製する方法(以下、「作製方法」と記す)によれば、p側光ガイド領域の第1半導体層は、第1軸に交差する基準面に沿って配列された第1領域及び第2領域を有する。この第1半導体層の第1領域はリッジ構造を搭載しており、第1半導体層の第2領域は、第1濃度でドープしたn型ドーパントを含む。第1半導体層においては、第2領域は第1領域に対して電位障壁を提供する。リッジ構造から第1半導体層の第1領域に流れるキャリアは、電位障壁を形成する第2領域によって案内される。   According to the method for manufacturing the nitride semiconductor laser (hereinafter referred to as “manufacturing method”), the first semiconductor layer in the p-side light guide region is arranged along the reference plane intersecting the first axis. It has 1 area | region and 2nd area | region. The first region of the first semiconductor layer has a ridge structure, and the second region of the first semiconductor layer contains an n-type dopant doped at a first concentration. In the first semiconductor layer, the second region provides a potential barrier to the first region. Carriers flowing from the ridge structure to the first region of the first semiconductor layer are guided by the second region forming the potential barrier.

本発明に係る作製方法では、前記p側光ガイド領域は、前記活性層に接して第1界面を形成しており、前記第1界面は、前記III族窒化物半導体からなるc軸方向に延びる第1軸に直交する第1基準面に対して傾斜しており、前記半導体面は半極性を示すことができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the p-side light guide region forms a first interface in contact with the active layer, and the first interface extends in a c-axis direction made of the group III nitride semiconductor. The semiconductor surface is inclined with respect to a first reference plane orthogonal to the first axis, and the semiconductor surface can exhibit semipolarity.

この作製方法によれば、半極性面の利用は、長波長の発光を可能にする。光閉じ込めと電流閉じ込めを分離することにより、遠視野像(FFP)の調整を可能にする。   According to this manufacturing method, the use of the semipolar plane enables long-wavelength light emission. Separating optical confinement and current confinement allows adjustment of the far field image (FFP).

本発明に係る作製方法は、前記第1半導体層の前記第2領域の表面上、及び前記リッジ構造上に絶縁膜を成長する工程を更に備えることができる。前記イオン注入は前記絶縁膜を通して行われることができる。この作製方法によれば、第2領域にn型ドーパントをイオン注入により導入する際に、薄い絶縁膜はイオン注入によるダメージや汚染を抑制できる。   The manufacturing method according to the present invention may further include a step of growing an insulating film on the surface of the second region of the first semiconductor layer and on the ridge structure. The ion implantation may be performed through the insulating film. According to this manufacturing method, when an n-type dopant is introduced into the second region by ion implantation, the thin insulating film can suppress damage and contamination due to ion implantation.

本発明に係る作製方法では、前記第1半導体層の前記第1領域及び前記第2領域は、p型ドーパントを含むことができる。この作製方法によれば、第1半導体層の第1領域及び第2領域内のp型ドーパントは、第1半導体層のエピタキシャル成長の際に導入される。   In the manufacturing method according to the present invention, the first region and the second region of the first semiconductor layer may include a p-type dopant. According to this manufacturing method, the p-type dopant in the first region and the second region of the first semiconductor layer is introduced during the epitaxial growth of the first semiconductor layer.

本発明に係る作製方法では、前記活性層の発振波長は、480nm以上550nm以下の範囲にあることができる。この作製方法によれば、450nm程度の青色帯よりも長波の光を発生できる。   In the manufacturing method according to the present invention, the oscillation wavelength of the active layer may be in the range of 480 nm to 550 nm. According to this manufacturing method, longer wave light can be generated than the blue band of about 450 nm.

本発明に係る作製方法は、前記イオン注入を行った後に、n型ドーパントの活性化のためのアニール処理を行う工程を更に備えることができる。この作製方法によれば、イオン注入により導入されたn型ドーパントは、アニール処理により活性化される。   The manufacturing method according to the present invention may further include a step of performing an annealing process for activating the n-type dopant after performing the ion implantation. According to this manufacturing method, the n-type dopant introduced by ion implantation is activated by the annealing process.

本発明に係る作製方法は、前記アニール処理を行った後に、前記絶縁膜を除去する工程と、前記絶縁膜を除去した後に、前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を形成する工程と、前記絶縁体を形成した後に、前記リッジ構造の上面に接触を成す電極を形成する工程とを更に備えることができる。   The manufacturing method according to the present invention includes a step of removing the insulating film after performing the annealing treatment, a step of forming an insulator for embedding the ridge structure after removing the insulating film, And forming an electrode in contact with the upper surface of the ridge structure after the formation.

この作製方法によれば、絶縁膜が第1半導体層の第2領域の表面を覆うけれども、半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく第1半導体層のアニールされた第2領域の電位障壁によりガイドされる。一方、レーザ導波路を伝搬する光はリッジ及び絶縁膜によりガイドされる。   According to this manufacturing method, although the insulating film covers the surface of the second region of the first semiconductor layer, carriers from the semiconductor ridge are not guided by the ridge and the insulating film, but are annealed in the first semiconductor layer. Guided by the potential barrier of the second region. On the other hand, light propagating through the laser waveguide is guided by the ridge and the insulating film.

また、絶縁膜の厚さがリッジ構造の高さより小さいので、この薄い絶縁膜は、実質的に第2領域を覆いリッジ構造の側面を覆わない。イオン注入にさらされた絶縁膜は、リッジ構造の保護のために用いられない。   Moreover, since the thickness of the insulating film is smaller than the height of the ridge structure, the thin insulating film substantially covers the second region and does not cover the side surface of the ridge structure. The insulating film exposed to the ion implantation is not used for protecting the ridge structure.

本発明に係る作製方法では、前記第1半導体層の前記第2領域はn型導電性を示し、前記第1半導体層において、前記第1領域は前記第2領域とp−n接合を成すことができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the second region of the first semiconductor layer exhibits n-type conductivity, and in the first semiconductor layer, the first region forms a pn junction with the second region. Can do.

この作製方法によれば、第1半導体層の第2領域はアニールされてn導電性を示す。半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく第1半導体層の第2領域に係るp−n接合の電位障壁によりガイドされる。   According to this manufacturing method, the second region of the first semiconductor layer is annealed and exhibits n conductivity. Carriers from the semiconductor ridge are not guided by the ridge and the insulating film, but are guided by the potential barrier of the pn junction related to the second region of the first semiconductor layer.

本発明に係る作製方法は、前記エピタキシャル基板を準備した後に前記マスクを形成する前に、前記エピタキシャル基板上に金属膜を形成する工程を更に備えることができる。前記マスクは前記金属膜上に形成され、前記金属膜は、前記マスクを用いてエッチングされることができる。   The manufacturing method according to the present invention may further include a step of forming a metal film on the epitaxial substrate before the mask is formed after the epitaxial substrate is prepared. The mask may be formed on the metal film, and the metal film may be etched using the mask.

この窒化物半導体レーザを作製する方法によれば、リッジ形成前にエピタキシャル基板上に金属膜を形成するので、エピタキシャル基板の表面の汚染を避けながらエピタキシャル基板の表面と金属膜との界面を形成できる。   According to this method for fabricating a nitride semiconductor laser, since the metal film is formed on the epitaxial substrate before the ridge is formed, the interface between the surface of the epitaxial substrate and the metal film can be formed while avoiding contamination of the surface of the epitaxial substrate. .

本発明に係る作製方法は、前記イオン注入した後に、前記絶縁膜を除去する工程と、前記絶縁膜を除去した後に、前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を形成する工程と、前記絶縁体を形成した後に、前記リッジ構造の上面に接触を成すオーミック電極を形成する工程とを更に備えることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, after the ion implantation, the step of removing the insulating film, the step of forming an insulator that embeds the ridge structure after removing the insulating film, and the insulator are formed. And a step of forming an ohmic electrode in contact with the upper surface of the ridge structure.

この作製方法によれば、イオン注入に際に絶縁膜が第1半導体層の第2領域の表面を覆うけれども、イオン注入した後にアニールを行うことなく絶縁膜は除去される。半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく、第1半導体層のアニールされていない第2領域の電位障壁によりガイドされる。一方、レーザ導波路を伝搬する光はリッジ及び絶縁膜によりガイドされる。   According to this manufacturing method, the insulating film covers the surface of the second region of the first semiconductor layer during the ion implantation, but the insulating film is removed without performing annealing after the ion implantation. Carriers from the semiconductor ridge are not guided by the ridge and the insulating film, but are guided by the potential barrier in the second region of the first semiconductor layer that is not annealed. On the other hand, light propagating through the laser waveguide is guided by the ridge and the insulating film.

また、絶縁膜の厚さがリッジ構造の高さより小さいので、この薄い絶縁膜は、実質的に第2領域を覆いリッジ構造の側面を覆わない。イオン注入にさらされた絶縁膜は、リッジ構造の保護絶縁膜として用いられない。   Moreover, since the thickness of the insulating film is smaller than the height of the ridge structure, the thin insulating film substantially covers the second region and does not cover the side surface of the ridge structure. An insulating film exposed to ion implantation is not used as a protective insulating film having a ridge structure.

本発明に係る作製方法では、前記n型ドーパントは活性化されておらず、前記第1半導体層において、前記第1領域は前記第2領域にp−i接合を成すことができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the n-type dopant is not activated, and in the first semiconductor layer, the first region can form a pi junction with the second region.

この作製方法によれば、第1半導体層の第2領域はアニールされないのでn型ドーパントは活性化されていない。半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく、第1半導体層の第2領域に係るp−i接合の電位障壁によりガイドされる。第2領域内のn型ドーパントは活性化されることなく、電極は熱的ダメージを受けない。   According to this manufacturing method, since the second region of the first semiconductor layer is not annealed, the n-type dopant is not activated. Carriers from the semiconductor ridge are not guided by the ridge and the insulating film, but are guided by the potential barrier of the pi junction associated with the second region of the first semiconductor layer. The n-type dopant in the second region is not activated and the electrode is not thermally damaged.

以上説明したように、本発明によれば、電流閉じ込め及び光閉じ込めを互いに分離して調整可能にする構造を有する窒化物半導体レーザが提供される。また。本発明によれば、この窒化物半導体レーザを作製する方法が提供される。   As described above, according to the present invention, there is provided a nitride semiconductor laser having a structure that allows current confinement and optical confinement to be adjusted separately from each other. Also. According to the present invention, a method for fabricating this nitride semiconductor laser is provided.

図1は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザに係る構造を示す図面である。FIG. 1 is a drawing showing a structure related to a nitride semiconductor laser according to the present embodiment. 図2は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。FIG. 2 is a drawing showing a process flow in a method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. 図3は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。FIG. 3 is a drawing showing a process flow in the method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. 図4は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 4 is a drawing schematically showing main steps in the method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. 図5は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 5 is a drawing schematically showing main steps in the method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. 図6は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 6 is a drawing schematically showing main steps in the method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. 図7は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 7 is a drawing schematically showing main steps in the method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. 図8は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 8 is a drawing schematically showing main steps in the method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. 図9は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 9 is a drawing schematically showing main steps in the method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. 図10は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。FIG. 10 is a drawing showing a process flow in the method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. 図11は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。FIG. 11 is a drawing showing a process flow in the method for producing a group III nitride semiconductor light-emitting device according to the present embodiment. 図12は、窒化物半導体レーザの一例を示す図面である。FIG. 12 is a drawing showing an example of a nitride semiconductor laser.

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

図1は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザに係る構造を示す図面である。図1には、直交XYZ座標系S及び結晶座標系CRが記載されている。図1を参照すると、窒化物半導体レーザ11は、リッジ構造を有する。図1には、XYZ座標系S及び結晶座標系CRが記載されている。結晶座標系CRはc軸、a軸及びm軸を有する。直交座標系SはX軸、Y軸及びZ軸を有する。Z軸は半導体の積層方向を示す。個々の半導体層及び界面はXY平面に平行な平面に沿って延在する。   FIG. 1 is a drawing showing a structure related to a nitride semiconductor laser according to the present embodiment. FIG. 1 shows an orthogonal XYZ coordinate system S and a crystal coordinate system CR. Referring to FIG. 1, the nitride semiconductor laser 11 has a ridge structure. FIG. 1 shows an XYZ coordinate system S and a crystal coordinate system CR. The crystal coordinate system CR has a c-axis, a-axis, and m-axis. The orthogonal coordinate system S has an X axis, a Y axis, and a Z axis. The Z axis indicates the semiconductor stacking direction. Individual semiconductor layers and interfaces extend along a plane parallel to the XY plane.

III族窒化物半導体レーザ11は、第1III族窒化物半導体領域13、活性層15、及び第2III族窒化物半導体領域17を含む。第1III族窒化物半導体領域13は、六方晶系のIII族窒化物半導体からなる半導体面13aを有する。活性層15は、第1III族窒化物半導体領域13の半導体面13a上に設けられる。第2III族窒化物半導体領域17は第1III族窒化物半導体領域13の半導体面13a上に設けられる。   The group III nitride semiconductor laser 11 includes a first group III nitride semiconductor region 13, an active layer 15, and a second group III nitride semiconductor region 17. The first group III nitride semiconductor region 13 has a semiconductor surface 13a made of a hexagonal group III nitride semiconductor. The active layer 15 is provided on the semiconductor surface 13 a of the first group III nitride semiconductor region 13. The second group III nitride semiconductor region 17 is provided on the semiconductor surface 13 a of the first group III nitride semiconductor region 13.

光ガイド領域21は活性層15に接して界面を構成しており、この界面は、III族窒化物半導体からなるc軸方向に延びる第1基準軸Cxに直交する第1基準面に対して傾斜しており、半導体面13aは半極性を示すことができる。したがって、半導体面13aは半極性面であることができ、以下の説明では、半導体面13aを半極性面として参照する。半極性面の利用は、長波長の発光を可能にする。III族窒化物半導体からなるc軸は、活性層15よりも基板に近い半導体、例えば第1III族窒化物半導体領域内の窒化物半導体や基板39の窒化物半導体に基づくことができる。   The light guide region 21 forms an interface in contact with the active layer 15, and this interface is inclined with respect to a first reference plane perpendicular to the first reference axis Cx extending in the c-axis direction made of a group III nitride semiconductor. In addition, the semiconductor surface 13a can exhibit semipolarity. Therefore, the semiconductor surface 13a can be a semipolar surface, and in the following description, the semiconductor surface 13a is referred to as a semipolar surface. The use of a semipolar surface allows long wavelength light emission. The c-axis made of a group III nitride semiconductor can be based on a semiconductor closer to the substrate than the active layer 15, for example, a nitride semiconductor in the first group III nitride semiconductor region or a nitride semiconductor of the substrate 39.

活性層15は第1III族窒化物半導体領域13と第2III族窒化物半導体領域17との間に設けられる。活性層15の発振波長は400nm以上550nm以下の範囲にあることができる。特に、発振波長は480nm以上550nm以下の範囲にあることが好ましく、またより好ましくは、活性層15の発振波長は510nm以上540nm以下の範囲にある。活性層15は、例えば単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造といった量子井戸構造を有することができる。第1III族窒化物半導体領域13、活性層15及び第2のIII族窒化物半導体領域17は、積層軸Ax(座標系SのZ軸の方向)に沿って順に配列される。電極19は、第2III族窒化物半導体領域17上に設けられ、また第2III族窒化物半導体領域17のコンタクト層29に接触を成す。半極性面13a(基板主面も同様に)は、座標系SのX軸及びY軸により規定される平面に実質的に平行に設けられる。
電極19は、リッジ構造35の上面35aに接触をなすことができる。リッジ構造35を流れるキャリアは、電極19からリッジ構造35の上面35aを介して供給される。
The active layer 15 is provided between the first group III nitride semiconductor region 13 and the second group III nitride semiconductor region 17. The oscillation wavelength of the active layer 15 can be in the range of 400 nm to 550 nm. In particular, the oscillation wavelength is preferably in the range of 480 nm to 550 nm, and more preferably, the oscillation wavelength of the active layer 15 is in the range of 510 nm to 540 nm. The active layer 15 can have a quantum well structure such as a single quantum well structure or a multiple quantum well structure. The first group III nitride semiconductor region 13, the active layer 15, and the second group III nitride semiconductor region 17 are sequentially arranged along the stacking axis Ax (the Z-axis direction of the coordinate system S). The electrode 19 is provided on the second group III nitride semiconductor region 17 and makes contact with the contact layer 29 of the second group III nitride semiconductor region 17. The semipolar surface 13a (same for the substrate main surface) is provided substantially parallel to a plane defined by the X axis and the Y axis of the coordinate system S.
The electrode 19 can make contact with the upper surface 35 a of the ridge structure 35. Carriers flowing through the ridge structure 35 are supplied from the electrode 19 through the upper surface 35 a of the ridge structure 35.

第1III族窒化物半導体領域13は、光ガイド層21及び第1クラッド層23を含む。光ガイド層21はn型クラッド層23上に設けられる。活性層15は、光ガイド層21上に設けられる。第1クラッド層23は第1導電型(例えばn型)のIII族窒化物半導体からなる。光ガイド層21は、活性層15と第1クラッド層23との間に設けられ、また活性層15に接している。光ガイド層21は、第1光ガイド層21aを含み、またIII族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を備える。第1III族窒化物半導体領域13の第1クラッド層23がn導電性を示すとき、光ガイド層21はn側光ガイド領域として参照される。第2III族窒化物半導体領域17は活性層15上に設けられる。第2III族窒化物半導体領域17は、別の光ガイド層25と第2クラッド層27とを含む。第2クラッド層27は、第2導電型(例えばp型)のIII族窒化物半導体からなり、また光ガイド層25上に設けられる。光ガイド層25は、活性層15と第2クラッド層27との間に設けられ、また活性層15に接することができる。光ガイド層25は、第1半導体層25aを含み、またIII族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を備える。引き続く説明では、第1半導体層25aは第2光ガイド層として参照される。第2III族窒化物半導体領域17の第2クラッド層27がp導電性を示すとき、光ガイド層25はp側光ガイド領域として参照される。第2III族窒化物半導体領域17はリッジ構造35を有する。必要な場合には、光ガイド層25はキャリアブロック層を含むことができる。光ガイド層(n側光ガイド領域)25、活性層15、別の光ガイド層25(p側光ガイド領域)及びリッジ構造35は、半導体面に交差する方向に延在する第1軸Axの方向に順に配置されて積層構造を成す。活性層15は、光ガイド層(n側光ガイド領域)21と別の光ガイド層(p側光ガイド領域)25との間に設けられる。光ガイド層(n側光ガイド領域)21、活性層15、別の光ガイド層(p側光ガイド領域)25は半導体面13aの法線軸に沿って配置されている。   The first group III nitride semiconductor region 13 includes a light guide layer 21 and a first cladding layer 23. The light guide layer 21 is provided on the n-type cladding layer 23. The active layer 15 is provided on the light guide layer 21. The first cladding layer 23 is made of a group III nitride semiconductor of a first conductivity type (for example, n-type). The light guide layer 21 is provided between the active layer 15 and the first cladding layer 23 and is in contact with the active layer 15. The light guide layer 21 includes a first light guide layer 21a, and includes a gallium nitride semiconductor including indium as a group III constituent element. When the first cladding layer 23 of the first group III nitride semiconductor region 13 exhibits n conductivity, the light guide layer 21 is referred to as an n-side light guide region. The second group III nitride semiconductor region 17 is provided on the active layer 15. The second group III nitride semiconductor region 17 includes another light guide layer 25 and a second cladding layer 27. The second cladding layer 27 is made of a second conductivity type (for example, p-type) group III nitride semiconductor, and is provided on the light guide layer 25. The light guide layer 25 is provided between the active layer 15 and the second cladding layer 27 and can be in contact with the active layer 15. The light guide layer 25 includes a first semiconductor layer 25a and includes a gallium nitride semiconductor including indium as a group III constituent element. In the following description, the first semiconductor layer 25a is referred to as the second light guide layer. When the second cladding layer 27 of the group III nitride semiconductor region 17 exhibits p conductivity, the light guide layer 25 is referred to as a p-side light guide region. The second group III nitride semiconductor region 17 has a ridge structure 35. If necessary, the light guide layer 25 can include a carrier blocking layer. The light guide layer (n-side light guide region) 25, the active layer 15, another light guide layer 25 (p-side light guide region), and the ridge structure 35 have a first axis Ax extending in a direction intersecting the semiconductor surface. Arranged sequentially in the direction to form a laminated structure. The active layer 15 is provided between the light guide layer (n-side light guide region) 21 and another light guide layer (p-side light guide region) 25. The light guide layer (n-side light guide region) 21, the active layer 15, and another light guide layer (p-side light guide region) 25 are arranged along the normal axis of the semiconductor surface 13a.

光ガイド層21は、第1光ガイド層21aに加えて第3光ガイド層21bを含む。第1光ガイド層21aは第3光ガイド層21bと活性層15との間に位置し、また活性層15に接している。第3光ガイド層21bは第1光ガイド層21aの半導体材料と異なる半導体からなり、第3光ガイド層21bのバンドギャップは第1光ガイド層21aのバンドギャップより大きい。   The light guide layer 21 includes a third light guide layer 21b in addition to the first light guide layer 21a. The first light guide layer 21 a is located between the third light guide layer 21 b and the active layer 15 and is in contact with the active layer 15. The third light guide layer 21b is made of a semiconductor different from the semiconductor material of the first light guide layer 21a, and the band gap of the third light guide layer 21b is larger than the band gap of the first light guide layer 21a.

別の光ガイド層25は、第2光ガイド層25aに加えて第4光ガイド層25b及び第5光ガイド層25cを含むことができる。第4光ガイド層25bは第2光ガイド層25aと活性層15との間に位置し、また活性層15に接している。第5光ガイド層25cは第2光ガイド層25aの半導体材料と異なる半導体からなり、第5光ガイド層25cのバンドギャップは第2光ガイド層25aのバンドギャップより大きい。第5光ガイド層25cは第2光ガイド層25aと第2クラッド層27との間に設けられる。光ガイド層21の厚さは、例えば150〜600nmであることができ、光ガイド層25の厚さは、例えば150〜600nmであることができる。   The another light guide layer 25 may include a fourth light guide layer 25b and a fifth light guide layer 25c in addition to the second light guide layer 25a. The fourth light guide layer 25 b is located between the second light guide layer 25 a and the active layer 15 and is in contact with the active layer 15. The fifth light guide layer 25c is made of a semiconductor different from the semiconductor material of the second light guide layer 25a, and the band gap of the fifth light guide layer 25c is larger than the band gap of the second light guide layer 25a. The fifth light guide layer 25 c is provided between the second light guide layer 25 a and the second cladding layer 27. The thickness of the light guide layer 21 can be, for example, 150 to 600 nm, and the thickness of the light guide layer 25 can be, for example, 150 to 600 nm.

光ガイド層21、活性層15及び別の光ガイド層25はコア領域31を構成し、コア領域31はn型クラッド層23とp型クラッド層27との間に設けられる。n型クラッド層23、コア領域31及びp型クラッド層27は光導波路構造を構成する。リッジ構造(半導体リッジ)35は、p型コンタクト層29、p型クラッド層27、及び光ガイド層25cを含むことができる。   The light guide layer 21, the active layer 15 and another light guide layer 25 constitute a core region 31, and the core region 31 is provided between the n-type cladding layer 23 and the p-type cladding layer 27. The n-type cladding layer 23, the core region 31 and the p-type cladding layer 27 constitute an optical waveguide structure. The ridge structure (semiconductor ridge) 35 can include a p-type contact layer 29, a p-type cladding layer 27, and a light guide layer 25c.

一実施例では、光ガイド層25は、第2光ガイド層25a、第4光ガイド層25b及び第5光ガイド層25cを含むことができる。別の光ガイド層25は、活性層15に接して第1界面HJ1を形成する。第2光ガイド層25aは第1領域26a及び第2領域26bを有する。第1領域26a及び第2領域26bは、軸Ax(法線軸)に交差する基準面REF1に沿って配列されている。リッジ構造35は、第2光ガイド層25aの第1領域上26aに設けられ、第2光ガイド層25aの第2領域26bは、第1濃度でドープしたn型ドーパントを含む。第2光ガイド層25aの第2領域26bは第1領域26aに対して電位障壁を提供する。   In one embodiment, the light guide layer 25 may include a second light guide layer 25a, a fourth light guide layer 25b, and a fifth light guide layer 25c. Another light guide layer 25 is in contact with the active layer 15 to form the first interface HJ1. The second light guide layer 25a has a first region 26a and a second region 26b. The first region 26a and the second region 26b are arranged along a reference plane REF1 that intersects the axis Ax (normal axis). The ridge structure 35 is provided on the first region 26a of the second light guide layer 25a, and the second region 26b of the second light guide layer 25a includes an n-type dopant doped at a first concentration. The second region 26b of the second light guide layer 25a provides a potential barrier for the first region 26a.

この窒化物半導体レーザ11によれば、光ガイド層25の第2光ガイド層25aは、法線軸Axに交差する基準面REF1に沿って配列された第1領域26a及び第2領域26bを有する。この第1領域26a上にリッジ構造35が位置しており、第2光ガイド層25aの第2領域26bは、第1濃度でドープしたn型ドーパントを含む。第2光ガイド層25aにおいては、第2領域26bは第1領域26aに対して電位障壁を提供する。リッジ構造35から第2光ガイド層25aの第1領域26aに流れるキャリアは、電位障壁を形成する第2領域26bによって案内されるけれども、レーザ導波路を伝搬する光は半導体の第2領域26bを導波できる。光閉じ込めと電流閉じ込めを分離することにより、遠視野像(FFP)の調整を可能にする。   According to the nitride semiconductor laser 11, the second light guide layer 25a of the light guide layer 25 has the first region 26a and the second region 26b arranged along the reference plane REF1 intersecting the normal axis Ax. A ridge structure 35 is located on the first region 26a, and the second region 26b of the second light guide layer 25a contains an n-type dopant doped at a first concentration. In the second light guide layer 25a, the second region 26b provides a potential barrier to the first region 26a. Although carriers flowing from the ridge structure 35 to the first region 26a of the second light guide layer 25a are guided by the second region 26b forming the potential barrier, the light propagating through the laser waveguide passes through the second region 26b of the semiconductor. Can be guided. Separating optical confinement and current confinement allows adjustment of the far field image (FFP).

活性層15と光ガイド層21とは第2界面HJ2を構成する。n型クラッド層23はIII族窒化物半導体からなり、第2界面HJ2は、n型クラッド層23のIII族窒化物半導体のc面に沿って延在する基準面Scに対して、ゼロより大きい傾斜角ANGLEで傾斜する。図1では、n型クラッド層23(他の半導体層も同じ)における基準面は、結晶座標系CRのc軸の方向を示す軸(ベクトルVCで示される軸)に実質的に直交する。活性層15と光ガイド層25とは第1接合HJ1を構成する。第1接合HJ1は、n型クラッド層23のIII族窒化物半導体のc面に沿って延在する基準面Scに対して、ゼロより大きい傾斜角ANGLEで傾斜する。   The active layer 15 and the light guide layer 21 constitute a second interface HJ2. The n-type cladding layer 23 is made of a group III nitride semiconductor, and the second interface HJ2 is larger than zero with respect to a reference plane Sc extending along the c-plane of the group III nitride semiconductor of the n-type cladding layer 23. Inclined at an inclination angle ANGLE. In FIG. 1, the reference plane in the n-type cladding layer 23 (the same applies to other semiconductor layers) is substantially orthogonal to the axis (axis indicated by the vector VC) indicating the c-axis direction of the crystal coordinate system CR. The active layer 15 and the light guide layer 25 constitute a first junction HJ1. First junction HJ1 is inclined at an inclination angle ANGLE greater than zero with respect to reference plane Sc extending along the c-plane of the group III nitride semiconductor of n-type cladding layer 23.

窒化物半導体レーザ11は、絶縁体43を更に備えることができる。絶縁体43は第2領域26bの表面26cを覆うと共にリッジ構造35の側面35bに接してリッジ構造を埋め込む。絶縁体43の屈折率はp側光ガイド領域25の屈折率より低い。絶縁膜43が第2領域26bの表面26cを覆うけれども、リッジ構造35からのキャリアは、リッジの形状を規定する絶縁膜43によりガイドされるのではなく半導体の第2領域26bの電位障壁によりガイドされた後に、活性層に到達する。一方、レーザ導波路を伝搬する光は、半導体の第2領域26bに影響されることなくリッジ構造35及び絶縁膜43によりガイドされる。   The nitride semiconductor laser 11 can further include an insulator 43. The insulator 43 covers the surface 26c of the second region 26b and is in contact with the side surface 35b of the ridge structure 35 to embed the ridge structure. The refractive index of the insulator 43 is lower than the refractive index of the p-side light guide region 25. Although the insulating film 43 covers the surface 26c of the second region 26b, carriers from the ridge structure 35 are not guided by the insulating film 43 that defines the shape of the ridge, but by the potential barrier of the second region 26b of the semiconductor. After reaching the active layer. On the other hand, light propagating through the laser waveguide is guided by the ridge structure 35 and the insulating film 43 without being affected by the second region 26b of the semiconductor.

絶縁体43の厚さがリッジ構造の高さにほぼ等しい。この厚い絶縁膜は、第2領域の表面及びリッジ構造の側面を覆う。イオン注入の際のキャップ絶縁膜は、リッジ構造の保護のために用いられない。   The thickness of the insulator 43 is substantially equal to the height of the ridge structure. This thick insulating film covers the surface of the second region and the side surface of the ridge structure. The cap insulating film at the time of ion implantation is not used for protecting the ridge structure.

また、リッジ構造35は、光ガイド層25とp型クラッド層27との第3接合HJ3を含む。第3接合HJ3は、n型クラッド層23のIII族窒化物半導体のc面に沿って延在する基準面Scに対して、ゼロより大きい傾斜角ANGLEで傾斜する。第3接合HJ3は、リッジ構造35の側面35bで終端する。リッジ構造35は上端TOP及び底BOTTOMを有する。半導体リッジ35の上面35aは電極19に接合J0を成す。第2領域26b上の絶縁膜43と活性層15との間隔Dは100nm以上であるようにしてもよい。この間隔が100nm以上であるとき、第2領域26b上の絶縁膜43が、レーザ導波路を伝搬する光を蹴ることを避けることができる。第2領域26b上の絶縁膜43と活性層15との間隔Dは300nm以下であるようにしてもよい。第2領域26bの働きにより、レーザ導波路を伝搬する光に対して、電流閉じ込めと光閉じ込めとの分離が可能になる。リッジ構造の幅(BOTTOM)は例えば1.0μm以上から5.0μm以下の範囲にある。   The ridge structure 35 includes a third junction HJ3 between the light guide layer 25 and the p-type cladding layer 27. The third junction HJ3 is inclined at an inclination angle ANGLE greater than zero with respect to the reference plane Sc extending along the c-plane of the group III nitride semiconductor of the n-type cladding layer 23. The third junction HJ3 terminates at the side surface 35b of the ridge structure 35. The ridge structure 35 has a top TOP and a bottom BOTTOM. The upper surface 35 a of the semiconductor ridge 35 forms a junction J 0 with the electrode 19. The distance D between the insulating film 43 on the second region 26b and the active layer 15 may be 100 nm or more. When this interval is 100 nm or more, the insulating film 43 on the second region 26b can avoid kicking light propagating through the laser waveguide. The distance D between the insulating film 43 on the second region 26b and the active layer 15 may be 300 nm or less. With the function of the second region 26b, current confinement and light confinement can be separated from light propagating through the laser waveguide. The width of the ridge structure (BOTTOM) is, for example, in the range of 1.0 μm to 5.0 μm.

活性層15は、少なくとも1つの井戸層33aを含み、この井戸層33aは例えば窒化ガリウム系半導体からなる。一実施例では、井戸層33aは三元InGaN層を含むことができる。井戸層33aは圧縮歪みを内包する。井戸層33aは例えばInGaN層を含むことができる。活性層15は、必要な場合には、複数の井戸層33a及び少なくとも1つの障壁層33bを含むことができる。隣り合う井戸層33aの間には障壁層33bが設けられる。活性層15の最外層は、井戸層からなることができる。障壁層33bは、例えばGaN又はInGaNからなることができる。   The active layer 15 includes at least one well layer 33a, and the well layer 33a is made of, for example, a gallium nitride based semiconductor. In one embodiment, the well layer 33a can include a ternary InGaN layer. The well layer 33a contains compressive strain. The well layer 33a can include, for example, an InGaN layer. The active layer 15 can include a plurality of well layers 33a and at least one barrier layer 33b, if necessary. A barrier layer 33b is provided between adjacent well layers 33a. The outermost layer of the active layer 15 can be a well layer. The barrier layer 33b can be made of, for example, GaN or InGaN.

既に説明したように、第2III族窒化物半導体領域17は半導体リッジ35を有する。リッジ35構造は、光ガイド層25の一部と、p型クラッド層27と、p型コンタクト層29とを含む。光ガイド層25はp型クラッド層27に接して設けられ、このp型クラッド層27に接してp型コンタクト層29が設けられる。本実施例では、半導体リッジ35は、n型クラッド層23のIII族窒化物半導体のc軸及びm軸によって規定されるm−c面(或いは、c軸及びa軸によって規定されるa−c面)にそって延在する。また、本実施例では、半導体リッジ35は、n型クラッド層23の主面の法線軸(或いは基板主面39aの法線方向)及びm軸によって規定されるm−n面(或いは、上記の法線軸びa軸によって規定されるa−n面)にそって延在する。III族窒化物半導体のc軸は、m−n面(或いはa−n面)にそって傾斜することができる。III族窒化物半導体レーザ11は端面37a及び37bを含み、一実施例では、端面37a及び37bは光共振器を構成することができる。端面37a及び37bの少なくとも一方には、誘電体多層膜47を設けることができる。また、リッジ構造35がm−n面に沿って延在するとき、しきい値電流を低くできる光学遷移をレーザ発振に利用できる。これは、リッジ構造35に係る閉じ込め能力だけでなく、しきい値電流の低減に寄与できる。   As already described, the group III nitride semiconductor region 17 has the semiconductor ridge 35. The ridge 35 structure includes a part of the light guide layer 25, a p-type cladding layer 27, and a p-type contact layer 29. The light guide layer 25 is provided in contact with the p-type cladding layer 27, and the p-type contact layer 29 is provided in contact with the p-type cladding layer 27. In this embodiment, the semiconductor ridge 35 has an mc plane defined by the c-axis and m-axis of the group III nitride semiconductor of the n-type cladding layer 23 (or ac defined by the c-axis and a-axis. Surface). Further, in this embodiment, the semiconductor ridge 35 has the mn plane defined by the normal axis of the main surface of the n-type cladding layer 23 (or the normal direction of the substrate main surface 39a) and the m axis (or the above-mentioned It extends along the normal axis and the a-n plane defined by the a-axis. The c-axis of the group III nitride semiconductor can be inclined along the mn plane (or the an plane). The group III nitride semiconductor laser 11 includes end faces 37a and 37b. In one embodiment, the end faces 37a and 37b can constitute an optical resonator. A dielectric multilayer film 47 can be provided on at least one of the end faces 37a and 37b. Further, when the ridge structure 35 extends along the mn plane, an optical transition capable of reducing the threshold current can be used for laser oscillation. This can contribute not only to the confinement capability related to the ridge structure 35 but also to the reduction of the threshold current.

このIII族窒化物半導体レーザ11によれば、第2III族窒化物半導体領域17はリッジ構造35を有しており、リッジ構造35は、その幅に応じて活性層15へ電流を閉じ込めることができると共に、第2III族窒化物半導体領域17における光閉じ込めにも影響する。このIII族窒化物半導体レーザ11における第2光ガイド層25の第2領域26bが半導体からなるけれども、キャリアに対しては電子障壁を形成する。これ故に、第2光ガイド層25の第2領域26bは、シリコン酸化物といった絶縁体と異なる屈折率を有する一方で、シリコン酸化物といった絶縁体と同様に電流の広がりを阻止できる。これ故に、第2光ガイド層25の第2領域26bの形状及び/又は構造(厚さ、深さ等)は、リッジ構造35と組み合わせることにより、光閉じ込めと電流閉じ込めとの分離制御を可能にする。   According to the group III nitride semiconductor laser 11, the second group III nitride semiconductor region 17 has the ridge structure 35, and the ridge structure 35 can confine a current to the active layer 15 according to the width thereof. At the same time, the optical confinement in the second group III nitride semiconductor region 17 is also affected. Although the second region 26b of the second light guide layer 25 in the group III nitride semiconductor laser 11 is made of a semiconductor, an electron barrier is formed against carriers. Therefore, the second region 26b of the second light guide layer 25 has a refractive index different from that of an insulator such as silicon oxide, but can prevent the spread of current as in the case of an insulator such as silicon oxide. Therefore, the shape and / or structure (thickness, depth, etc.) of the second region 26b of the second light guide layer 25 can be combined with the ridge structure 35 to enable separation control between light confinement and current confinement. To do.

窒化物半導体レーザ11では、p型クラッド層27は、InX1AlY1Ga1−X1−Y1N(0≦X1<0.05、0≦Y1<0.20)であり、このInX1AlY1Ga1−X1−Y1Nはp側光ガイド領域のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するようにしてもよい。p型クラッド層27は、光ガイド層25のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するGaN、AlGaN、AlInN等からなることができる。 In the nitride semiconductor laser 11, the p-type cladding layer 27 is In X1 Al Y1 Ga 1-X1-Y1 N (0 ≦ X1 <0.05, 0 ≦ Y1 <0.20), and this In X1 Al Y1 Ga 1-X1-Y1 N may have a larger band gap than the band gap profile of the p-side light guide region. The p-type cladding layer 27 can be made of GaN, AlGaN, AlInN or the like having a band gap larger than the band gap profile of the light guide layer 25.

光ガイド層25の第2光ガイド層25aはInU1Ga1−U1Nからなり、第2光ガイド層25aのインジウムの組成U1は0.02以上0.05以下であるようにしてもよい。InU1Ga1−U1N(0.02≦U1≦0.05)はp側光ガイド領域に適切な屈折率を提供できる。第2光ガイド層25aのインジウムの組成U1は0.04以下であることができる。このとき、第2光ガイド層25aのインジウムの組成U1が0.04以下であるとき、格子歪の影響によるミスフィット転位が生じず、良好な結晶性を得ることができる。 The second light guide layer 25a of the light guide layer 25 may be made of InU1Ga1 -U1N , and the composition U1 of indium in the second light guide layer 25a may be 0.02 or more and 0.05 or less. In U1 Ga 1-U1 N (0.02 ≦ U1 ≦ 0.05) can provide an appropriate refractive index in the p-side light guide region. The indium composition U1 of the second light guide layer 25a may be 0.04 or less. At this time, when the indium composition U1 of the second light guide layer 25a is 0.04 or less, misfit dislocation due to the influence of lattice strain does not occur, and good crystallinity can be obtained.

窒化物半導体レーザ11では、n型クラッド層21は、InX2AlY2Ga1−X2−Y2N(0≦X2<0.05、0≦Y2<0.20)であり、このInX2AlY2Ga1−X2−Y2Nはn側光ガイド領域のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するようにしてもよい。n型クラッド層21は、光ガイド層21のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するGaN、AlGaN、AlInN等からなることができる。 In the nitride semiconductor laser 11, the n-type cladding layer 21 is In X2 Al Y2 Ga 1-X2-Y2 N (0 ≦ X2 <0.05, 0 ≦ Y2 <0.20), and this In X2 Al Y2 Ga 1-X2-Y2 N may have a larger band gap than the band gap profile of the n-side light guide region. The n-type cladding layer 21 can be made of GaN, AlGaN, AlInN, or the like having a larger band gap than the band gap profile of the light guide layer 21.

光ガイド層21の第1光ガイド層21aはInV1Ga1−V1Nからなり、第2光ガイド層25aのインジウムの組成V1は0.02以上0.05以下であるようにしてもよい。InV1Ga1−V1N(0.02≦V1≦0.05)はp側光ガイド領域に適切な屈折率を提供できる。第1光ガイド層21aのインジウムの組成V1は0.04以下であることができる。このとき、第1光ガイド層21aのインジウムの組成V1が0.04以下であるとき、格子歪の影響によるミスフィット転位が生じず、良好な結晶性を得ることができる。 The first light guide layer 21a of the light guide layer 21 may be made of In V1 Ga 1 -V1N, and the indium composition V1 of the second light guide layer 25a may be 0.02 or more and 0.05 or less. In V1 Ga 1-V1 N (0.02 ≦ V1 ≦ 0.05) can provide an appropriate refractive index in the p-side light guide region. The indium composition V1 of the first light guide layer 21a may be 0.04 or less. At this time, when the composition V1 of indium in the first light guide layer 21a is 0.04 or less, misfit dislocation due to the influence of lattice strain does not occur, and good crystallinity can be obtained.

光ガイド層25はアンドープのInU2Ga1−U2N層(例えば光ガイド層25b)を備えることができる。このInU2Ga1−U2N層は活性層15と光ガイド層25aとの間に設けられるようにしてもよい。光ガイド層25はアンドープのInU2Ga1−U2N層(例えば光ガイド層25b)及びpドープのInU1Ga1−U1N層(例えば光ガイド層25a)を含むことができる。光ガイド層25bは、第1領域及び第2領域を含む。光ガイド層25bは、光ガイド層25aの第1領域26aと活性層15との間に設けられた第1領域と、光ガイド層25aの第2領域26bと活性層15との間に設けられた第2領域とを含む。 The light guide layer 25 may include an undoped In U2Ga1 -U2N layer (for example, the light guide layer 25b). The In U2Ga1 -U2N layer may be provided between the active layer 15 and the light guide layer 25a. The light guide layer 25 may include an undoped In U2Ga1 -U2N layer (for example, a light guide layer 25b) and a p-doped InU1Ga1 -U1N layer (for example, a light guide layer 25a). The light guide layer 25b includes a first region and a second region. The light guide layer 25b is provided between the first region 26a of the light guide layer 25a and the active layer 15, and between the second region 26b of the light guide layer 25a and the active layer 15. And the second region.

リッジ構造35は、光ガイド層25内の第1領域26aとp型クラッド層27との間に設けられたp型GaN層(例えば光ガイド層25c)を更に含むことができる。光ガイド層25cにはp型クラッド層27に接触を成し、光ガイド層25aは光ガイド層25cに接触を成す。活性層15は光ガイド層25に接触を成し、光ガイド層25はリッジ構造35内のp型GaN層を含むようにしてもよい。上記の光ガイドの積層構造は、好適な光閉じ込めのための屈折率プロファイルを提供できる。光ガイド層25cは光ガイド層25aの第1領域26aとp型クラッド層27との間に設けられる。   The ridge structure 35 can further include a p-type GaN layer (for example, the light guide layer 25 c) provided between the first region 26 a in the light guide layer 25 and the p-type cladding layer 27. The light guide layer 25c is in contact with the p-type cladding layer 27, and the light guide layer 25a is in contact with the light guide layer 25c. The active layer 15 may be in contact with the light guide layer 25, and the light guide layer 25 may include a p-type GaN layer in the ridge structure 35. The laminated structure of the light guide described above can provide a refractive index profile for suitable light confinement. The light guide layer 25 c is provided between the first region 26 a of the light guide layer 25 a and the p-type cladding layer 27.

光ガイド層25aの第1領域26a及び第2領域26bは同じ工程で成膜されるので、成膜されたものとしての光ガイド層25aの第1領域26a及び第2領域26bは実質的に同じ材料からなり、同じドーパント種及び同じドーパント濃度を有する。しかしながら、リッジ構造35を形成した後に、光ガイド層25aの第2領域26bにはイオン注入によりn型ドーパントが導入され、リッジ構造35がマスクとなって光ガイド層25aの第1領域26aにはイオン注入によりn型ドーパントが導入されない。これ故に、イオン注入の利用により、リッジ構造に対して自己整合的にn型ドーパントを導入して、第1領域26aと区別して第2領域26bを形成できる。第1領域26a及び第2領域26bはp型ドーパントを含むことができる。エピ成長の後に、適切な方法によりp型ドーパント活性化処理が施されて、第1領域26a及び第2領域26bは活性化されたp型ドーパントを含む。第2領域26bにn型ドーパントが添加されると共に第1領域26aにn型ドーパントが添加されていない。光ガイド層25bの第1領域は、光ガイド層25aの第1領域26aと活性層との間に設けられ、光ガイド層25bの第2領域26bは、光ガイド層25aの第2領域26aと活性層との間に設けられる。光ガイド層25cは、リッジ構造35内に含まれており、また光ガイド層25aの第1領域26aとp型クラッド層27との間に設けられる。光ガイド層25cは、第3濃度のp型ドーパントを含む。光ガイド層25cの第3濃度は光ガイド層25aのp型ドーパントより大きい。   Since the first region 26a and the second region 26b of the light guide layer 25a are formed in the same process, the first region 26a and the second region 26b of the light guide layer 25a as formed are substantially the same. Made of material, having the same dopant species and the same dopant concentration. However, after the ridge structure 35 is formed, an n-type dopant is introduced into the second region 26b of the light guide layer 25a by ion implantation, and the ridge structure 35 serves as a mask in the first region 26a of the light guide layer 25a. No n-type dopant is introduced by ion implantation. Therefore, by utilizing ion implantation, the n-type dopant can be introduced in a self-aligned manner with respect to the ridge structure, and the second region 26b can be formed separately from the first region 26a. The first region 26a and the second region 26b may include a p-type dopant. After the epi growth, a p-type dopant activation process is performed by an appropriate method, and the first region 26a and the second region 26b contain the activated p-type dopant. The n-type dopant is added to the second region 26b and the n-type dopant is not added to the first region 26a. The first region of the light guide layer 25b is provided between the first region 26a of the light guide layer 25a and the active layer, and the second region 26b of the light guide layer 25b is separated from the second region 26a of the light guide layer 25a. It is provided between the active layers. The light guide layer 25 c is included in the ridge structure 35 and is provided between the first region 26 a of the light guide layer 25 a and the p-type cladding layer 27. The light guide layer 25c includes a third concentration of p-type dopant. The third concentration of the light guide layer 25c is higher than the p-type dopant of the light guide layer 25a.

(実施例1)
光ガイド層25aの第2領域はn型導電性を示し、光ガイド層25aにおいて、第1領域26aは第2領域26bとp−n接合を成すようにしてもよい。光ガイド層25aにおいて、第1領域26aは第2領域26bとp−n接合を成すとき、p−n接合の接合電位が、半導体リッジからのキャリアを閉じ込めるための電位障壁を提供する。イオン注入により光ガイド層25aの第2領域26bに導入されたn型ドーパントは活性化されて、電子キャリアを生成する。第2領域26bはn型ドーパントの第1濃度を有し、第2濃度のp型ドーパントを有する。第1濃度は第2濃度より大きい。
Example 1
The second region of the light guide layer 25a may exhibit n-type conductivity, and in the light guide layer 25a, the first region 26a may form a pn junction with the second region 26b. In the optical guide layer 25a, when the first region 26a forms a pn junction with the second region 26b, the junction potential of the pn junction provides a potential barrier for confining carriers from the semiconductor ridge. The n-type dopant introduced into the second region 26b of the light guide layer 25a by ion implantation is activated to generate electron carriers. Second region 26b has a first concentration of n-type dopant and a second concentration of p-type dopant. The first concentration is greater than the second concentration.

(実施例2)
n型ドーパントは活性化されておらず、光ガイド層25aにおいて、第1領域26aは第2領域26bにp−i接合を成すようにしてもよい。光ガイド層25aにおいて第1領域26aが第2領域26bにp−i接合を成すとき、第2領域26bの高比抵抗が、半導体リッジからのキャリアを閉じ込めるための電位障壁を提供する。第2領域26bはn型ドーパントの第1濃度を有し、第2濃度のp型ドーパントを有する。第1濃度は第2濃度より大きいようにしてもよい。
(Example 2)
The n-type dopant is not activated, and the first region 26a may form a pi junction with the second region 26b in the light guide layer 25a. When the first region 26a forms a pi junction with the second region 26b in the light guide layer 25a, the high specific resistance of the second region 26b provides a potential barrier for confining carriers from the semiconductor ridge. Second region 26b has a first concentration of n-type dopant and a second concentration of p-type dopant. The first concentration may be greater than the second concentration.

(実施例3)
この実施例では、例えばSi注入によりp−GaN(p−InGaN)をn型化させた領域で電流狭窄を行う。p側半導体領域内のn型化領域とその内側のp型領域(レーザ導波路)との屈折率差がないので、光閉じ込めはへ水平方向に生じない。一方、クラッド層より低いマグネシウム濃度を有する半導体層にシリコンを注入するために、イオン注入されるべき半導体が露出するまでリッジ形成のためのエッチングを行う。例えば、Mg濃度は1×1018cm−3の光ガイド層に、イオン注入ダメージからの保護層としてイオン注入前にシリコン酸化膜(例えば20nm)を成長する。この絶縁膜を介して、40〜120keVの加速エネルギ、6E+13〜3E+15cm−2のドーズ量でシリコンのイオン注入を行う。必要な場合には、ドーズ量及び/又は加速エネルギを変更して、複数回の注入を行うことができるが、イオン注入の回数は一回でもよい。イオン注入後に、被覆シリコン酸化膜を除去する。被覆シリコン酸化膜とは別に保護のためのシリコン絶縁膜(例えば300nm)を蒸着により成膜する。Siイオン注入で形成したイオン注入半導体領域を用いて電流狭窄を行うとき、緑色半導体レーザの水平方向FFP広がり角を12度以下にすることができる。
(Example 3)
In this embodiment, current confinement is performed in a region where p-GaN (p-InGaN) is made n-type by Si implantation, for example. Since there is no refractive index difference between the n-type region in the p-side semiconductor region and the p-type region (laser waveguide) inside it, no optical confinement occurs in the horizontal direction. On the other hand, in order to implant silicon into a semiconductor layer having a magnesium concentration lower than that of the cladding layer, etching for ridge formation is performed until the semiconductor to be ion implanted is exposed. For example, a silicon oxide film (for example, 20 nm) is grown on the light guide layer having an Mg concentration of 1 × 10 18 cm −3 before ion implantation as a protective layer from ion implantation damage. Through this insulating film, silicon ions are implanted with an acceleration energy of 40 to 120 keV and a dose of 6E + 13 to 3E + 15 cm −2 . If necessary, the dose and / or acceleration energy can be changed to perform multiple implantations, but the number of ion implantations may be one. After the ion implantation, the covering silicon oxide film is removed. In addition to the covering silicon oxide film, a protective silicon insulating film (for example, 300 nm) is formed by vapor deposition. When current confinement is performed using an ion-implanted semiconductor region formed by Si ion implantation, the horizontal FFP divergence angle of the green semiconductor laser can be reduced to 12 degrees or less.

再び図1を参照しながら、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ11を説明する。窒化物半導体レーザ11は、基板39を更に備えることができる。基板39は、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性の主面39a及び裏面39bを有する。この半極性主面39aは、III族窒化物半導体のc軸の方向の延在する第2基準軸(ベクトルVCで示される軸Cx)に直交する第2基準面(例えば面Sc)に対して傾斜する、半極性主面39aと基準面Scとの成す角度(実質的に角度ANGLEに等しい角度)は、10度以上80度未満又は100度以上170度以下の範囲にあることができる。第1III族窒化物半導体領域13、活性層15及び第2III族窒化物半導体領域17は、半極性主面39a上にその法線軸(ベクトルNV)に沿って配置され、より具体的には、n型クラッド層21、光ガイド層21、活性層15、別の光ガイド層25、p型クラッド層27、及びp型コンタクト層29は基板39の主面39a上に順に配列されている。基板39の裏面39bには別の電極49が設けられている。   The group III nitride semiconductor laser 11 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 again. The nitride semiconductor laser 11 can further include a substrate 39. The substrate 39 has a semipolar main surface 39a and a back surface 39b made of a hexagonal group III nitride semiconductor. This semipolar main surface 39a is with respect to a second reference surface (for example, surface Sc) orthogonal to a second reference axis (axis Cx indicated by vector VC) extending in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor. The angle formed by the inclined semipolar main surface 39a and the reference surface Sc (substantially equal to the angle ANGLE) can be in the range of 10 degrees to less than 80 degrees or 100 degrees to 170 degrees. The first group III nitride semiconductor region 13, the active layer 15, and the second group III nitride semiconductor region 17 are arranged on the semipolar main surface 39a along the normal axis (vector NV), and more specifically, n The mold cladding layer 21, the light guide layer 21, the active layer 15, another light guide layer 25, the p-type cladding layer 27, and the p-type contact layer 29 are sequentially arranged on the main surface 39 a of the substrate 39. Another electrode 49 is provided on the back surface 39 b of the substrate 39.

上記の基板39上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層における個々の半導体層の表面は、基板39の半極性面の面方位を引き継ぎ、また半極性の性質を有する。これ故に、第1III族窒化物半導体領域13、活性層15及び第2III族窒化物半導体領域17の表面は、基板39の半極性面の面方位に対応した面方位を有することができる。界面HJ1、HJ2、HJ3に半極性のための傾斜を付与できる。   The surface of each semiconductor layer in the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the substrate 39 inherits the plane orientation of the semipolar plane of the substrate 39 and has a semipolar property. Therefore, the surfaces of the first group III nitride semiconductor region 13, the active layer 15, and the second group III nitride semiconductor region 17 can have a plane orientation corresponding to the plane orientation of the semipolar plane of the substrate 39. An inclination for semipolarity can be imparted to the interfaces HJ1, HJ2, and HJ3.

III族窒化物半導体レーザ11は、基板39の裏面39bに接触を成す電極49を備える。基板39は、例えばGaN、InGaN、AlGaN、及びInAlGaNのいずれかである、六方晶系の導電性III族窒化物を備えることができる。III族窒化物半導体レーザ11には、GaN、InGaN、AlGaN、及びInAlGaNのいずれかであるを適用可能である。基板39は例えばGaNからなることができる。GaN基板上にコヒーレントにエピタキシャル成長されるInGaN層には、圧縮歪みが内包される。   The group III nitride semiconductor laser 11 includes an electrode 49 that is in contact with the back surface 39 b of the substrate 39. The substrate 39 can include a hexagonal conductive group III nitride, for example, any one of GaN, InGaN, AlGaN, and InAlGaN. Any of GaN, InGaN, AlGaN, and InAlGaN can be applied to the group III nitride semiconductor laser 11. The substrate 39 can be made of GaN, for example. The InGaN layer coherently epitaxially grown on the GaN substrate contains compressive strain.

また、c軸に係る傾斜角ANGLEは、m−n面に沿った傾斜では63度以上80度以下の範囲にあることができる。上記の傾斜角ANGLEの半極性面39aは、均質なIn取り込み及び高In組成の窒化ガリウム系半導体の成長を可能にする。また、基板39の半極性主面39aと基準面Scとの成す角度が63度以上80度以下の範囲にあることができる。このIII族窒化物半導体レーザ11によれば、63度以上80度以下の範囲のc軸傾斜を有する基板39は、長い波長のレーザ発振に好適な活性層15の作製に好適な面方位を提供できる。長波長領域では、III族窒化物半導体における屈折率差が小さくなり、所望の光閉じ込めを達成することは容易ではなくなる。   In addition, the inclination angle ANGLE related to the c-axis can be in the range of not less than 63 degrees and not more than 80 degrees in the inclination along the mn plane. The semipolar surface 39a having the inclination angle ANGLE described above enables homogeneous In incorporation and growth of a gallium nitride based semiconductor having a high In composition. In addition, the angle formed by the semipolar main surface 39a of the substrate 39 and the reference surface Sc can be in the range of not less than 63 degrees and not more than 80 degrees. According to the group III nitride semiconductor laser 11, the substrate 39 having a c-axis inclination in the range of not less than 63 degrees and not more than 80 degrees provides a plane orientation suitable for the production of the active layer 15 suitable for long-wavelength laser oscillation. it can. In the long wavelength region, the refractive index difference in the group III nitride semiconductor becomes small, and it becomes difficult to achieve the desired optical confinement.

III族窒化物半導体レーザ11では、基板39の主面39aの法線Axは、基板39のIII族窒化物のc軸に対して傾斜を成し、この傾斜の傾斜角は10度以上80度以下の範囲にあることができる。III族窒化物のc軸が傾斜が10度未満であるとき、主面39aが極性面に近い性質を示す。III族窒化物半導体のc軸が傾斜が80度を超えるとき、主面39aが無極性面に近い性質を示す。   In the group III nitride semiconductor laser 11, the normal Ax of the main surface 39 a of the substrate 39 is inclined with respect to the c-axis of the group III nitride of the substrate 39, and the inclination angle of this inclination is 10 degrees or more and 80 degrees. It can be in the following range. When the c-axis of the group III nitride has an inclination of less than 10 degrees, the main surface 39a exhibits a property close to a polar surface. When the inclination of the c-axis of the group III nitride semiconductor exceeds 80 degrees, the main surface 39a exhibits a property close to a nonpolar surface.

活性層15の発振波長は480nm以上550nm以下の範囲にあることができる。このIII族窒化物半導体レーザ11によれば、比較的長波長のレーザ光を提供できる。また、活性層15は、500nm以上550nm以下の範囲内にピーク波長を有する発光スペクトルを生成するように設けられることができる。500nm以上550nm以下の範囲内にピーク波長を有する発光スペクトルを生成する活性層15は、半極性面を利用して作製される。さらに、活性層15の発振波長は510nm以上540nm以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ11によれば、長波長のレーザ光を提供できる。長波長にあるが故に、半導体材料差に基づく屈折率差だけでなく、リッジ構造35により光閉じ込めが有効である。また、リッジ構造35は電流閉じ込め及び光閉じ込めの両方に寄与するので、電流閉じ込めを大きく変更することなく、第1III族窒化物半導体領域13の厚い光ガイド層21aは当該III族窒化物半導体レーザ11における光閉じ込めと電流閉じ込めとの調整を容易にできる。   The oscillation wavelength of the active layer 15 can be in the range of 480 nm to 550 nm. This group III nitride semiconductor laser 11 can provide a laser beam having a relatively long wavelength. The active layer 15 can be provided so as to generate an emission spectrum having a peak wavelength within a range of 500 nm to 550 nm. The active layer 15 that generates an emission spectrum having a peak wavelength in the range of 500 nm or more and 550 nm or less is manufactured using a semipolar plane. Furthermore, the oscillation wavelength of the active layer 15 is preferably in the range from 510 nm to 540 nm. According to the group III nitride semiconductor laser 11, a long wavelength laser beam can be provided. Because of the long wavelength, not only the refractive index difference based on the semiconductor material difference but also the optical confinement is effective by the ridge structure 35. In addition, since the ridge structure 35 contributes to both current confinement and light confinement, the thick light guide layer 21a of the first group III nitride semiconductor region 13 can be used in the group III nitride semiconductor laser 11 without greatly changing the current confinement. The optical confinement and the current confinement can be easily adjusted.

活性層15はInGaN井戸層を含み、光ガイド層21aのインジウム組成は、InGaN井戸層のインジウム組成より小さく、光ガイド層21aのインジウム組成は2%以上であることができる。この構造では、インジウム組成2%以上の光ガイド層21aは、光ガイド層21aと基板39との間に設けられる半導体層に対する屈折率差を提供ができる。また、光ガイド層21aのインジウムの組成は6%以下であり、三元InGaN井戸層のインジウム組成より小さいことが良い。インジウム組成5%以下の光ガイド層21aは、レーザ導波路を伝搬する光に対して、光ガイド層21aと基板39との間に設けられる半導体層と活性層15との間の屈折率を提供ができる。   The active layer 15 includes an InGaN well layer, the indium composition of the light guide layer 21a is smaller than the indium composition of the InGaN well layer, and the indium composition of the light guide layer 21a can be 2% or more. In this structure, the light guide layer 21 a having an indium composition of 2% or more can provide a refractive index difference with respect to the semiconductor layer provided between the light guide layer 21 a and the substrate 39. Further, the indium composition of the light guide layer 21a is 6% or less, which is preferably smaller than the indium composition of the ternary InGaN well layer. The light guide layer 21a having an indium composition of 5% or less provides a refractive index between the active layer 15 and the semiconductor layer provided between the light guide layer 21a and the substrate 39 for light propagating through the laser waveguide. Can do.

第1III族窒化物半導体領域13は、複数の光ガイド層を含むことができる。光ガイド層21は、例えば光ガイド層21a、21bを含み、光ガイド層21bはInGaNと異なる材料(例えばGaN)を備える。光ガイド層21bは光ガイド層21aと第1クラッド層23との間に設けられ、光ガイド層21aの厚さは光ガイド層21bの厚さより大きいことができる。   The first group III nitride semiconductor region 13 may include a plurality of light guide layers. The light guide layer 21 includes, for example, light guide layers 21a and 21b, and the light guide layer 21b includes a material (for example, GaN) different from InGaN. The light guide layer 21b is provided between the light guide layer 21a and the first cladding layer 23, and the thickness of the light guide layer 21a can be larger than the thickness of the light guide layer 21b.

第2III族窒化物半導体領域17は、複数の光ガイド層を含むことができる。光ガイド層25は、例えば光ガイド層25a、25b、25cを含み、光ガイド層25a、25bはInGaNを備え、光ガイド層25cはInGaNと異なる材料(例えばGaN)を備える。光ガイド層25aは40nm〜100nmであることができる。光ガイド層25bは20nm〜100nmであることができる。光ガイド層25cは100nm〜400nmであることができる。   The second group III nitride semiconductor region 17 may include a plurality of light guide layers. The light guide layer 25 includes, for example, light guide layers 25a, 25b, and 25c. The light guide layers 25a and 25b include InGaN, and the light guide layer 25c includes a material different from InGaN (for example, GaN). The light guide layer 25a can be 40 nm to 100 nm. The light guide layer 25b can be 20 nm to 100 nm. The light guide layer 25c can be 100 nm to 400 nm.

III族窒化物半導体レーザ11は、リッジ構造35の上面35aに設けられたオーミック電極19を更に備えることができる。第2III族窒化物半導体領域17は、第2導電型のIII族窒化物半導体からなるコンタクト層29を更に含み、第2クラッド層27は、コンタクト層29と光ガイド層25との間に設けられ、オーミック電極19はコンタクト層29に接触を成すことができる。オーミック電極19がリッジ構造35の上面35aのコンタクト層29に接触を成すので、オーミック電極19からのキャリアがリッジ構造35の幅に応じて閉じ込め可能になる。オーミック電極19は例えばパラジウム(Pd)を備えることが好ましい。パラジウムは、コンタクト層29のIII族窒化物半導体に良好な接触を提供できる。   The group III nitride semiconductor laser 11 can further include an ohmic electrode 19 provided on the upper surface 35 a of the ridge structure 35. The second group III nitride semiconductor region 17 further includes a contact layer 29 made of a second conductivity type group III nitride semiconductor, and the second cladding layer 27 is provided between the contact layer 29 and the light guide layer 25. The ohmic electrode 19 can make contact with the contact layer 29. Since the ohmic electrode 19 makes contact with the contact layer 29 on the upper surface 35 a of the ridge structure 35, carriers from the ohmic electrode 19 can be confined according to the width of the ridge structure 35. The ohmic electrode 19 preferably includes, for example, palladium (Pd). Palladium can provide good contact with the group III nitride semiconductor of the contact layer 29.

III族窒化物半導体レーザ素子11は、保護絶縁膜43と、パッド電極45とを更に備えることができる。保護絶縁膜43は、リッジ構造35の上面35aに位置合わせした開口43aを有すると共に第2III族窒化物半導体領域17の表面17aを覆う。パッド電極45は、オーミック電極19の上面を覆うと共に保護膜43上に設けられる。保護膜43は、またリッジ構造35の側面35bを覆っており、保護膜43の屈折率は第2III族窒化物半導体領域17の屈折率より小さい。オーミック電極19は、保護膜43の開口43aを介して第2III族窒化物半導体領域17の上面17a(43a)に接触を成す。保護膜43の屈折率が第2III族窒化物半導体領域17の屈折率より小さいので、リッジ構造35の側面35bを覆う保護膜43が光閉じ込めに関係する。   The group III nitride semiconductor laser device 11 can further include a protective insulating film 43 and a pad electrode 45. The protective insulating film 43 has an opening 43 a aligned with the upper surface 35 a of the ridge structure 35 and covers the surface 17 a of the second group III nitride semiconductor region 17. The pad electrode 45 covers the upper surface of the ohmic electrode 19 and is provided on the protective film 43. The protective film 43 also covers the side surface 35 b of the ridge structure 35, and the refractive index of the protective film 43 is smaller than the refractive index of the second group III nitride semiconductor region 17. The ohmic electrode 19 is in contact with the upper surface 17a (43a) of the second group III nitride semiconductor region 17 through the opening 43a of the protective film 43. Since the refractive index of the protective film 43 is smaller than that of the second group III nitride semiconductor region 17, the protective film 43 covering the side surface 35b of the ridge structure 35 is related to light confinement.

III族窒化物半導体レーザ素子11では、第1クラッド層23は、n導電性のInX1AlY1Ga1−X1−Y1N(0<X1<0.05、0<Y1<0.20)であることができる。この第1クラッド層23は、光ガイド層21に対して良好な光閉じ込めを提供できる。また、第2クラッド層27は、p導電性のInX2AlY2Ga1−X2−Y2N(0<X2<0.05、0<Y2<0.20)であることができる。この第2クラッド層27は、光ガイド層に対して良好な光閉じ込めを提供できる。 In the group III nitride semiconductor laser element 11, the first cladding layer 23, in the n-conducting In X1 Al Y1 Ga 1-X1 -Y1 N (0 <X1 <0.05,0 <Y1 <0.20) Can be. The first cladding layer 23 can provide good light confinement with respect to the light guide layer 21. The second cladding layer 27 may be a p-conductive In X2 Al Y2 Ga 1-X2 -Y2 N (0 <X2 <0.05,0 <Y2 <0.20). The second cladding layer 27 can provide good light confinement with respect to the light guide layer.

図2及び図3は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。図4〜図9は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。図4〜図9の模式図では、矩形の基板が描かれているが、基板の形状はこれに限定されない。また、引き続く説明では、理解を容易にするために、一素子のサイズの基板上に窒化物半導体発光素子を作成する手順を説明すると共に、図1において用いられた参照符号を用いる。   2 and 3 are drawings showing a process flow in the method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. 4 to 9 are drawings schematically showing main steps in the method of manufacturing the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. In the schematic diagrams of FIGS. 4 to 9, a rectangular substrate is drawn, but the shape of the substrate is not limited to this. In the following description, in order to facilitate understanding, a procedure for producing a nitride semiconductor light emitting element on a substrate having a size of one element will be described, and the reference numerals used in FIG. 1 will be used.

この方法では、最初の工程S101で、n側光ガイド領域、活性層、及びp側光ガイド領域、及びpドープ半導体領域を含むエピタキシャル構造を含むエピタキシャル基板を準備する。窒化物半導体発光素子のためのエピタキシャル成長層を形成するための基板を準備する。基板(図4の(a)部における参照符号「39」)は、例えば六方晶系III族窒化物からなる主面(図1の(a)部における参照符号「39a」)を有する。基板39は、例えば六方晶系III族窒化物からなることができ、六方晶系III族窒化物は、例えば窒化ガリウム系半導体からなることができ、窒化ガリウム系半導体は例えばGaN、AlN等を含む。   In this method, in the first step S101, an epitaxial substrate including an epitaxial structure including an n-side light guide region, an active layer, a p-side light guide region, and a p-doped semiconductor region is prepared. A substrate for forming an epitaxial growth layer for a nitride semiconductor light emitting device is prepared. The substrate (reference numeral “39” in the part (a) of FIG. 4) has a main surface (reference numeral “39a” in the part (a) of FIG. 1) made of, for example, a hexagonal group III nitride. The substrate 39 can be made of, for example, a hexagonal group III nitride, the hexagonal group III nitride can be made of, for example, a gallium nitride semiconductor, and the gallium nitride semiconductor includes, for example, GaN, AlN, or the like. .

図4の(a)部に示されるように、工程S101において、基板39を成長炉10aに置いた後に、基板39上に窒化物半導体発光素子のためのエピタキシャル多層膜12を形成する。エピタキシャル多層膜12はIII族窒化物半導体領域であり、またエピタキシャル多層膜12は複数のIII族窒化物層を含む。   As shown in part (a) of FIG. 4, in step S <b> 101, after the substrate 39 is placed in the growth furnace 10 a, the epitaxial multilayer film 12 for the nitride semiconductor light emitting device is formed on the substrate 39. Epitaxial multilayer film 12 is a group III nitride semiconductor region, and epitaxial multilayer film 12 includes a plurality of group III nitride layers.

工程S102では、基板39を準備する。基板39は六方晶系III族窒化物からなる主面39aを有し、またこの主面39aは半極性を示す。エピタキシャル多層膜12は、六方晶系III族窒化物からなる主面39aに対してエピタキシャルに成長される。エピタキシャル多層膜12のIII族窒化物層の各々におけるc軸の向きは、該六方晶系III族窒化物のc軸の向きに一致する。図4の(a)部を参照すると、六方晶系III族窒化物のc軸Cxを示すc軸ベクトルCVが描かれており、結晶方位を示す結晶座標系CRが示されている。結晶座標系CRは、六方晶系III族窒化物のc軸、a軸及びm軸を示す軸を有する。本実施例では、基板39のc軸Cxは、基板主面39aの法線ベクトルNVで表される法線軸Nxを基準にして角度ALPHAで傾斜している。引き続き説明された実施例では、リッジ構造は、m軸及びc軸によって規定されるm−c面に沿って延在する。基板39のc軸Cxと基板主面39aの法線軸Nxとの成す角度ALPHAは45度以上80度以下又は100度以上135度以下の角度範囲にあることができる。   In step S102, a substrate 39 is prepared. The substrate 39 has a main surface 39a made of hexagonal group III nitride, and the main surface 39a is semipolar. Epitaxial multilayer film 12 is epitaxially grown on main surface 39a made of hexagonal group III nitride. The direction of the c-axis in each of the group III nitride layers of the epitaxial multilayer film 12 coincides with the direction of the c-axis of the hexagonal group III nitride. Referring to part (a) of FIG. 4, a c-axis vector CV indicating the c-axis Cx of the hexagonal group III nitride is drawn, and a crystal coordinate system CR indicating the crystal orientation is shown. The crystal coordinate system CR has axes indicating the c-axis, a-axis, and m-axis of hexagonal group III nitride. In this embodiment, the c-axis Cx of the substrate 39 is inclined at an angle ALPHA with respect to the normal axis Nx represented by the normal vector NV of the substrate main surface 39a. In the embodiment described subsequently, the ridge structure extends along the mc plane defined by the m-axis and the c-axis. An angle ALPHA formed by the c-axis Cx of the substrate 39 and the normal axis Nx of the substrate main surface 39a can be in an angle range of 45 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 135 degrees.

基板39のc軸Cxとエピタキシャル多層膜12の半極性主面12aの法線軸(本実施例では、法線軸Nxと同じ)との成す角度は45度以上80度以下又は100度以上135度以下の角度範囲にあることができる。エピタキシャル多層膜12のIII族窒化物半導体のc軸とエピタキシャル多層膜12の半極性主面13a(後工程においてリッジ部の上面)の法線軸との成す角度が45度以上80度以下又は100度以上135度以下の角度範囲にある。   The angle formed between the c-axis Cx of the substrate 39 and the normal axis of the semipolar main surface 12a of the epitaxial multilayer 12 (same as the normal axis Nx in this embodiment) is 45 degrees or more and 80 degrees or less, or 100 degrees or more and 135 degrees or less. Can be in the angular range. The angle formed between the c-axis of the group III nitride semiconductor of the epitaxial multilayer film 12 and the normal axis of the semipolar main surface 13a of the epitaxial multilayer film 12 (upper surface of the ridge portion in a later step) is 45 degrees or more and 80 degrees or less, or 100 degrees It is in the angle range of 135 degrees or less.

成長炉10aでは、エピタキシャル多層膜12の複数のIII族窒化物層が、例えば有機金属気相成長法で成長されて、法線軸Nxの方向に順に配列される。エピタキシャル多層膜12は、n型窒化ガリウム系半導体層15、n型窒化ガリウム系半導体クラッド層17、活性層21を含むことができる。この構造の形成のために、基板39上に、n型窒化ガリウム系半導体領域13、活性層15、及びn型窒化ガリウム系半導体領域27が成長される。工程S103では、n型クラッド層23を基板39上に成長する。n型クラッド層23を成長した後に、工程S104では、n側光ガイド領域21を基板39上に成長する。n側光ガイド領域21を成長した後に、工程S105では、活性層15を基板39上に成長する。活性層15を成長した後に、工程S106では、p側光ガイド領域25を基板39上に成長する。p側光ガイド領域25を成長した後に、工程S107では、p型クラッド層27を基板39上に成長する。p型クラッド層27を成長した後に、工程S108では、p型コンタクト層29を基板39上に成長する。活性層15は、井戸層33a及び障壁層33bを含み、これら井戸層33a及び障壁層33bが、基板主面39aの法線軸Nxの方向に交互に配列されている。   In the growth furnace 10a, a plurality of group III nitride layers of the epitaxial multilayer film 12 are grown by, for example, a metal organic chemical vapor deposition method and are sequentially arranged in the direction of the normal axis Nx. The epitaxial multilayer film 12 can include an n-type gallium nitride based semiconductor layer 15, an n-type gallium nitride based semiconductor cladding layer 17, and an active layer 21. In order to form this structure, an n-type gallium nitride based semiconductor region 13, an active layer 15, and an n-type gallium nitride based semiconductor region 27 are grown on a substrate 39. In step S103, an n-type cladding layer 23 is grown on the substrate 39. After the n-type cladding layer 23 is grown, the n-side light guide region 21 is grown on the substrate 39 in step S104. After growing the n-side light guide region 21, the active layer 15 is grown on the substrate 39 in step S105. After the active layer 15 is grown, the p-side light guide region 25 is grown on the substrate 39 in step S106. After the growth of the p-side light guide region 25, the p-type cladding layer 27 is grown on the substrate 39 in step S107. After the p-type cladding layer 27 is grown, a p-type contact layer 29 is grown on the substrate 39 in step S108. The active layer 15 includes well layers 33a and barrier layers 33b, and the well layers 33a and barrier layers 33b are alternately arranged in the direction of the normal axis Nx of the substrate main surface 39a.

エピタキシャル多層膜12の一例。
有機金属気相成長法を用いて成膜する。
n型窒化ガリウム系半導体クラッド層23:Siドープn型InAlGaN。
n側光ガイド領域21:Siドープn型GaN、アンドープInGaN。
活性層15:単一又は多重量子井戸構造。
井戸層33a:アンドープInGaN。
障壁層33b:アンドープInGaN又はアンドープGaN。
p側光ガイド領域25:アンドープInGaN、MgドープInGaN、MgドープGaN。
p型窒化ガリウム系半導体クラッド層27:Mgドープp型InAlGaN。
p型窒化ガリウム系半導体コンタクト層29:Mgドープp型GaN。
当該方法では、エピ成長の最終段階で、p型ドーパントのためのガス及び原料ガスを成長炉に供給して、III族窒化物半導体からなるpドープのコンタクト層29を有機金属気相成長法で成長する。一実施例では、このコンタクト層は、電極膜を形成する半極性主面を提供する。
An example of the epitaxial multilayer film 12.
A film is formed using a metal organic chemical vapor deposition method.
n-type gallium nitride based semiconductor clad layer 23: Si-doped n-type InAlGaN.
n-side light guide region 21: Si-doped n-type GaN, undoped InGaN.
Active layer 15: single or multiple quantum well structure.
Well layer 33a: undoped InGaN.
Barrier layer 33b: undoped InGaN or undoped GaN.
p-side light guide region 25: undoped InGaN, Mg-doped InGaN, Mg-doped GaN.
p-type gallium nitride based semiconductor clad layer 27: Mg-doped p-type InAlGaN.
p-type gallium nitride based semiconductor contact layer 29: Mg-doped p-type GaN.
In this method, at the final stage of epi growth, a gas for a p-type dopant and a source gas are supplied to a growth furnace, and a p-doped contact layer 29 made of a group III nitride semiconductor is formed by metal organic vapor phase epitaxy. grow up. In one embodiment, the contact layer provides a semipolar major surface that forms the electrode film.

活性層15の発光スペクトルのピーク波長は480nm以上550nm以下の波長範囲内にあることができる。半極性面の利用により、500nm以上540nm以下の範囲内の青色から緑の波長領域に発光スペクトルのピーク波長を有する発光素子を提供できる。また、活性層15の発光スペクトルのピーク波長は500nm以上540nm以下の波長範囲内にあることが好ましい。半極性面の利用により、500nm以上540nm以下の範囲内の緑の波長領域に発光スペクトルのピーク波長を有する発光素子を提供できる。   The peak wavelength of the emission spectrum of the active layer 15 can be in the wavelength range of 480 nm to 550 nm. By using a semipolar plane, a light emitting element having a peak wavelength of an emission spectrum in a blue to green wavelength region within a range of 500 nm to 540 nm can be provided. The peak wavelength of the emission spectrum of the active layer 15 is preferably in the wavelength range of 500 nm or more and 540 nm or less. By using a semipolar plane, a light emitting element having a peak wavelength of an emission spectrum in a green wavelength region within a range of 500 nm to 540 nm can be provided.

エピタキシャル多層膜12の成長が完了した後に、成長炉10aからエピタキシャル基板Eを取り出す。エピタキシャル基板Eの窒化物半導体領域は、基板主面39aの面方位を引き継いで半極性主面を示す。エピタキシャル基板Eの窒化物半導体領域は活性層15を含み、この活性層15も半極性に従う性質を有する。半極性の利点を生かして、500nm以上540nm以下の波長範囲内に発光スペクトルのピーク波長を有する発光素子を提供できる。   After the growth of the epitaxial multilayer 12 is completed, the epitaxial substrate E is taken out from the growth furnace 10a. The nitride semiconductor region of the epitaxial substrate E takes over the surface orientation of the substrate main surface 39a and exhibits a semipolar main surface. The nitride semiconductor region of the epitaxial substrate E includes an active layer 15, and this active layer 15 also has a semipolar property. Taking advantage of the semipolar property, a light emitting element having a peak wavelength of an emission spectrum in a wavelength range of 500 nm to 540 nm can be provided.

成長炉10aから取り出されたエピタキシャル基板Eは、酸素を含む大気にさらされる。次いで、工程S109では、エピタキシャル基板E上に、リッジ形成のためのマスクを形成する。   The epitaxial substrate E taken out from the growth furnace 10a is exposed to an atmosphere containing oxygen. Next, in step S109, a mask for ridge formation is formed on the epitaxial substrate E.

まず、工程S110では、エピタキシャル基板E上に、オーミック電極のための金属膜を成長炉10bで成膜する。電極のための金属層の成長に先立って、エピタキシャル基板Eの表面40aの自然酸化膜やコンタミネーションを除去するための前処理を行う。自然酸化膜やコンタミネーションを除去するためのウエット処理が行われ、好適な例では、エピタキシャル基板Eは酸溶液に浸される。この酸溶液は例えば塩酸を含むことが好ましい。   First, in step S110, a metal film for an ohmic electrode is formed on the epitaxial substrate E in the growth furnace 10b. Prior to the growth of the metal layer for the electrode, a pretreatment for removing a natural oxide film and contamination on the surface 40a of the epitaxial substrate E is performed. A wet process is performed to remove the natural oxide film and contamination, and in a preferred example, the epitaxial substrate E is immersed in an acid solution. The acid solution preferably contains hydrochloric acid, for example.

エピタキシャル基板Eの酸洗浄の後に、速やかに(例えば30分以下に)、図4の(b)部に示されるように、該エピタキシャル基板Eを成膜炉10bに配置することが好ましい。工程S110では、該酸洗浄された主面12a上に金属膜20を蒸着する。金属膜20は、例えば金層、パラジウム層及び白金層、Ti層の少なくともいずれかを含むことができる。これらの金属は、窒化物半導体半極性面に良好なコンタクト抵抗を提供できる。好ましくは、金属膜20としてPdを用いることがよい。Pdはp型GaN層に対してノンアロイで良好なオーミック特性を得ることができる。金属膜20は、例えば蒸着法で形成されることができる。金属膜20の厚さは例えば10nm以上であり、例えば200nm以下であることができる。   After the acid cleaning of the epitaxial substrate E, it is preferable to arrange the epitaxial substrate E in the film forming furnace 10b immediately (for example, within 30 minutes or less) as shown in FIG. In step S110, the metal film 20 is deposited on the acid-cleaned main surface 12a. The metal film 20 can include, for example, at least one of a gold layer, a palladium layer, a platinum layer, and a Ti layer. These metals can provide good contact resistance to the nitride semiconductor semipolar plane. Preferably, Pd is used as the metal film 20. Pd is non-alloyed and has good ohmic characteristics with respect to the p-type GaN layer. The metal film 20 can be formed by, for example, a vapor deposition method. The thickness of the metal film 20 is, for example, 10 nm or more, and can be, for example, 200 nm or less.

エピタキシャル基板Eのpドープ半導体領域上に、リッジ構造ためのマスクを形成する。一実施例においては、工程S111で、図5の(a)部に示されるように、金属膜31上に、リフトオフのための犠牲膜22を形成する。犠牲膜22は絶縁性を示すことが好ましい。犠牲膜22が樹脂からなるとき、犠牲膜22は、誘電体マスクから金属膜への応力を低減できる。犠牲膜22の樹脂は、例えばレジスト、ポリイミド、及びベンゾシクロブテンの少なくともいずれかを含むことができる。これらの樹脂を異方性エッチングにより加工してリフトオフ層を形成でき、またこれをリフトオフのために使用できる。犠牲膜22の樹脂膜の形成は、例えばスピナーといった成膜装置を用いた塗布により行われる。犠牲膜22は金属膜20に接触し、覆う。   On the p-doped semiconductor region of the epitaxial substrate E, a mask for the ridge structure is formed. In one embodiment, a sacrificial film 22 for lift-off is formed on the metal film 31 in step S111, as shown in part (a) of FIG. The sacrificial film 22 preferably exhibits insulating properties. When the sacrificial film 22 is made of resin, the sacrificial film 22 can reduce stress from the dielectric mask to the metal film. The resin of the sacrificial film 22 can include at least one of resist, polyimide, and benzocyclobutene, for example. These resins can be processed by anisotropic etching to form a lift-off layer, which can be used for lift-off. The resin film of the sacrificial film 22 is formed by application using a film forming apparatus such as a spinner. The sacrificial film 22 contacts and covers the metal film 20.

また、工程S112では、図5の(b)部に示されるように、金属膜20上に、誘電体膜24を成長する。誘電体膜24を成長する工程において、犠牲膜22は誘電体膜24と金属膜20との間に設けられる。誘電体膜24はシリコン系無機絶縁層、AlN、TiOを含むことができ、シリコン系無機絶縁層は例えばシリコン酸化物(具体的にはSiO)、SiN等からなることができる。誘電体膜35は例えば電子ビーム蒸着法、スパッタ法を適用可能な成膜装置で成長されることが好ましい。この方法によれば、成膜の際の熱から樹脂膜を保護するように、電子ビーム蒸着法でシリコン系無機絶縁層を成長できる。 In step S112, a dielectric film 24 is grown on the metal film 20 as shown in FIG. 5B. In the step of growing the dielectric film 24, the sacrificial film 22 is provided between the dielectric film 24 and the metal film 20. The dielectric film 24 can include a silicon-based inorganic insulating layer, AlN, TiO 2 , and the silicon-based inorganic insulating layer can be made of, for example, silicon oxide (specifically, SiO 2 ), SiN, or the like. The dielectric film 35 is preferably grown by a film forming apparatus to which, for example, an electron beam evaporation method or a sputtering method can be applied. According to this method, the silicon-based inorganic insulating layer can be grown by electron beam evaporation so as to protect the resin film from the heat during film formation.

工程S113では、図5の(b)部に示されるように、リッジのためのパターンを有するマスク28を誘電体膜35上に形成する。マスク28は例えばフォトレジストからなることができる。このレジストマスクの作成は例えば以下のように行われる。塗布器を用いてフォトレジストを誘電体膜24上に塗布した後に、露光装置でフォトマスクを介してフォトレジストに露光し、さらに露光したフォトレジストを現像装置で現像する。一実施例では、マスク28は例えばストライプ形状を成す。ストライプ幅は例えば2μmである。   In step S113, a mask 28 having a pattern for ridges is formed on the dielectric film 35, as shown in FIG. The mask 28 can be made of, for example, a photoresist. This resist mask is created as follows, for example. After applying a photoresist on the dielectric film 24 using an applicator, the photoresist is exposed to light through a photomask with an exposure device, and the exposed photoresist is developed with a developing device. In one embodiment, the mask 28 has a stripe shape, for example. The stripe width is 2 μm, for example.

工程S114では、図6の(a)部に示されるように、マスク28を用いて誘電体膜24をエッチング装置でエッチングして、誘電体マスク24aを形成する。このエッチングは、例えばインダクティブ・カップリング・プラズマ・反応性イオンエッチング法(ICP−RIE法)で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、異方的なエッチングを実現できる。誘電体膜24がシリコン酸化物からなるときは、エッチャントとしてCHFを用いることができる。誘電体膜24のエッチングにおけるエッチャントは、CHFといったフッ素系ガスを用いることができる。エッチャントとして、CHF、CF、CF4+Arの少なくともいずれかを使用できる。 In step S114, as shown in part (a) of FIG. 6, the dielectric film 24 is etched by an etching apparatus using the mask 28 to form a dielectric mask 24a. This etching is preferably performed, for example, by an inductive coupling plasma reactive ion etching method (ICP-RIE method). According to this etching method, anisotropic etching can be realized. When the dielectric film 24 is made of silicon oxide, CHF 3 can be used as an etchant. As an etchant for etching the dielectric film 24, a fluorine-based gas such as CHF 3 can be used. As an etchant, at least one of CHF 3 , CF 4 , and CF 4 + Ar can be used.

また、工程S114では、図6の(a)部に示されるように、誘電体マスク24aを用いて犠牲膜22のエッチングを行って、リフトオフ層22aを形成する。犠牲膜22が樹脂からなるときは、リフトオフ層22aも樹脂からなる。犠牲膜22のエッチングにおけるエッチャントはフッ素系ガス又は酸素を含むことが好ましい。フッ素系ガスとして、CF、CHF、CHF/Arの少なくともいずれかを使用できる。このエッチングは、例えばICP−RIE法で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、エッチングにおける異方性を実現できる。これ故に、リフトオフ層22aの幅は誘電体マスク24aの幅とほぼ同じであり、リフトオフ層22aに実質的なサイドエッチは生じない。リフトオフ層22aは電極膜20の表面に接している。 In step S114, as shown in FIG. 6A, the sacrificial film 22 is etched using the dielectric mask 24a to form the lift-off layer 22a. When the sacrificial film 22 is made of resin, the lift-off layer 22a is also made of resin. The etchant in the etching of the sacrificial film 22 preferably contains a fluorine gas or oxygen. As the fluorine-based gas, at least one of CF 4 , CHF 3 , and CHF 3 / Ar can be used. This etching is preferably performed by, for example, an ICP-RIE method. According to this etching method, anisotropy in etching can be realized. Therefore, the width of the lift-off layer 22a is substantially the same as the width of the dielectric mask 24a, and no substantial side etching occurs in the lift-off layer 22a. The lift-off layer 22 a is in contact with the surface of the electrode film 20.

次いで、工程S115では、マスク28を用いてリッジ構造を形成する。工程S116では、図6の(a)部に示されるように、誘電体マスク24aを用いて金属層20のエッチングを行って、電極19を形成する。電極19は、金層、パラジウム層及び白金層の少なくともいずれかを含むことができる。金属層20のエッチングは例えばアルゴン(Ar)を用いることができる。   Next, in step S115, a ridge structure is formed using the mask 28. In step S116, as shown in FIG. 6A, the metal layer 20 is etched using the dielectric mask 24a to form the electrode 19. The electrode 19 can include at least one of a gold layer, a palladium layer, and a platinum layer. For example, argon (Ar) can be used for etching the metal layer 20.

次いで、マスク(例えば誘電体マスク24a)を用いてpドープ半導体領域及びp側光ガイド領域のエッチングを行って、エッチングされたp側光ガイド領域及びリッジ構造を形成する。一実施例では、工程S117において、金属層31のエッチングが完了した後に、窒化物半導体領域39のエッチングを行って、エッチングされた窒化物半導体領域40を形成する。このエッチングは、ICP−RIE法で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、エッチングにおける異方性及び所望のリッジ高を実現できる。エッチングにより、p側光ガイド領域25dが露出される。本実施例では、p側光ガイド領域25のMgドープGaNがエッチングにより除去され、MgドープInGaNが露出される。アンドープInGaNはMgドープInGaNで覆われている。これ故に、イオン注入される領域は、p型ドーパントを含むことができる。   Next, the p-doped semiconductor region and the p-side light guide region are etched using a mask (for example, the dielectric mask 24a) to form an etched p-side light guide region and a ridge structure. In one example, after the etching of the metal layer 31 is completed in step S117, the nitride semiconductor region 39 is etched to form the etched nitride semiconductor region 40. This etching is preferably performed by the ICP-RIE method. According to this etching method, anisotropy in etching and a desired ridge height can be realized. The p-side light guide region 25d is exposed by etching. In this embodiment, the Mg-doped GaN in the p-side light guide region 25 is removed by etching, and the Mg-doped InGaN is exposed. Undoped InGaN is covered with Mg-doped InGaN. Thus, the ion implanted region can include a p-type dopant.

上記の工程に後に、イオン注入のための工程群に進む。リッジ構造を形成した後に、エッチングされたp側光ガイド領域にn型ドーパントのイオン注入を行う。一実施例では、工程S118において、マスク28を残したまま、基板上に絶縁膜30を成長する。露出されたp側光ガイド領域25d上に絶縁膜30aが形成されると共に、絶縁膜30bはマスク28上にも堆積される。絶縁膜30は例えばシリコン酸化膜からなることができる。成膜方法としてはEB蒸着法を適用できる。   After the above process, the process proceeds to a process group for ion implantation. After the ridge structure is formed, n-type dopant ions are implanted into the etched p-side light guide region. In one embodiment, in step S118, the insulating film 30 is grown on the substrate while leaving the mask 28 left. An insulating film 30a is formed on the exposed p-side light guide region 25d, and the insulating film 30b is also deposited on the mask 28. The insulating film 30 can be made of, for example, a silicon oxide film. As a film forming method, an EB vapor deposition method can be applied.

工程S119では、図7の(a)部に示されるように、n型ドーパントのイオン注入42を基板全面に行う。イオン種は、例えばシリコン等であることができる。リッジの上面には、多くの構造物28、24a、22aがあるので、イオン注入42されたイオンはリッジの上面には到達しない。イオン注入42されたイオンは、絶縁膜30aを介して半導体の表面25dに注入されて、破線で示されたドープ領域26cを形成する。ドープ領域26cは、リッジ構造の自己整合的に形成される。   In step S119, as shown in FIG. 7A, ion implantation 42 of n-type dopant is performed on the entire surface of the substrate. The ionic species can be, for example, silicon. Since there are many structures 28, 24a, and 22a on the top surface of the ridge, the ions implanted 42 do not reach the top surface of the ridge. The ions implanted 42 are implanted into the semiconductor surface 25d through the insulating film 30a to form a doped region 26c indicated by a broken line. The doped region 26c is formed in a self-aligned manner with a ridge structure.

工程S120では、絶縁膜30を除去する。絶縁膜30がシリコン酸化膜からなるときは、フッ化水素酸を用いて絶縁膜30を除去できる。露出された光ガイド層(第2領域26b)にn型ドーパントをイオン注入により導入する際に、薄い絶縁膜30bはイオン注入によるダメージや汚染を抑制できる。   In step S120, the insulating film 30 is removed. When the insulating film 30 is made of a silicon oxide film, the insulating film 30 can be removed using hydrofluoric acid. When an n-type dopant is introduced into the exposed light guide layer (second region 26b) by ion implantation, the thin insulating film 30b can suppress damage and contamination due to ion implantation.

イオン注入によって形成されたドープ領域について、図1を参照しながら説明する。光ガイド層25(p側光ガイド領域)は、第1III族窒化物半導体からなる第2光ガイド層25aを含む。光ガイド層25a内には、イオン注入によって第1領域26a及び第2領域26bが形成される。第1領域26a及び第2領域26bは、基板主面39aの法線軸に交差する基準面に沿って配列されている。第1領域26a上にはリッジ構造35が位置している。第2領域26bは、イオン注入により第1濃度で導入されたn型ドーパントを含む。イオン注入された状態を有する第2領域26bでは、n型ドーパントは活性化されておらず、高比抵抗を有する。これ故に、第2領域26bは第1領域26aに対して電位障壁を提供する。   A doped region formed by ion implantation will be described with reference to FIG. The light guide layer 25 (p-side light guide region) includes a second light guide layer 25a made of a first group III nitride semiconductor. A first region 26a and a second region 26b are formed in the light guide layer 25a by ion implantation. The first region 26a and the second region 26b are arranged along a reference plane that intersects the normal axis of the substrate main surface 39a. A ridge structure 35 is located on the first region 26a. The second region 26b includes an n-type dopant introduced at a first concentration by ion implantation. In the second region 26b having the ion implanted state, the n-type dopant is not activated and has a high specific resistance. Therefore, the second region 26b provides a potential barrier for the first region 26a.

工程S121では、図7の(b)部に示されるように、リッジ構造を埋め込むように絶縁体を形成するために、マスク膜24a及び犠牲膜22aを残したまま、絶縁膜44の堆積を行う。絶縁膜44aは、リッジ構造を埋め込む絶縁体44aと、マスク膜24a及び犠牲膜22a上に形成された堆積物44bとを含む。   In step S121, as shown in part (b) of FIG. 7, the insulating film 44 is deposited while leaving the mask film 24a and the sacrificial film 22a in order to form an insulator so as to embed the ridge structure. . The insulating film 44a includes an insulator 44a that embeds a ridge structure, and a deposit 44b formed on the mask film 24a and the sacrificial film 22a.

工程S122では、マスク内の犠牲膜22aを用いて絶縁膜44のリフトオフを行って、リッジ上面の金属層19を露出させると共に、マスク膜24a及び犠牲膜22a上に形成された堆積物44bを除去する。このリフトオフの結果、図8の(a)部に示されるように、絶縁体44aで埋め込まれたリッジ構造を有する基板生産物SPが作製される。   In step S122, the sacrificial film 22a in the mask is lifted off to expose the metal layer 19 on the top surface of the ridge, and the deposit 44b formed on the mask film 24a and the sacrificial film 22a is removed. To do. As a result of the lift-off, as shown in FIG. 8A, a substrate product SP having a ridge structure embedded with an insulator 44a is produced.

工程S123では、電極を形成する。例えばオーミック電極19上にパッド電極45を形成するために、図8の(b)部に示されるように、リフトオフ用のマスク47を形成する。このマスク47を形成した後に、電極のための金属膜を蒸着する。マスク47を用いて金属膜をリフトオフして、図9の(a)部に示されるように、パッド電極49を形成する。パッド電極49は例えばAu、Ti/Pt/Auからなることができる。また、必要な場合には、基板39の値面を研磨した後に、図9の(b)部に示されるように、基板の研磨面に裏面電極49を形成する。   In step S123, an electrode is formed. For example, in order to form the pad electrode 45 on the ohmic electrode 19, a lift-off mask 47 is formed as shown in FIG. 8B. After this mask 47 is formed, a metal film for electrodes is deposited. The metal film is lifted off using the mask 47 to form a pad electrode 49 as shown in FIG. 9A. The pad electrode 49 can be made of, for example, Au or Ti / Pt / Au. Further, if necessary, after the value surface of the substrate 39 is polished, a back electrode 49 is formed on the polished surface of the substrate as shown in FIG. 9B.

この作製方法によれば、イオン注入に際に絶縁膜30が第2領域26bの表面を覆うけれども、イオン注入した後にアニール処理を行うことなく絶縁膜30bは除去される。第2領域26bはアニールされていないので、そのn型ドーパントは活性化されていない。第2領域26bではn型ドーパントは活性化されていないので、第1領域26bは第2領域26aにp−i接合を成す。半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく、第2領域26bに係るp−i接合の電位障壁によりガイドされる。第2領域内26bのn型ドーパントは活性化されないので、電極20aに係る金属−半導体接合は熱的ダメージを受けない。   According to this manufacturing method, although the insulating film 30 covers the surface of the second region 26b during ion implantation, the insulating film 30b is removed without performing annealing after ion implantation. Since the second region 26b is not annealed, its n-type dopant is not activated. Since the n-type dopant is not activated in the second region 26b, the first region 26b forms a pi junction with the second region 26a. Carriers from the semiconductor ridge are not guided by the ridge and the insulating film, but are guided by the potential barrier of the pi junction related to the second region 26b. Since the n-type dopant in the second region 26b is not activated, the metal-semiconductor junction related to the electrode 20a is not thermally damaged.

この窒化物半導体レーザを作製する方法(以下、「作製方法」と記す)によれば、光ガイド層25の光ガイド層25aには、法線軸に交差する基準面に沿うように第1領域26a及び第2領域26bが形成される。光ガイド層25aの第2領域26bは、第1濃度でドープしたn型ドーパントを含むように形成される一方で、第1領域26aはリッジ構造直下にあり、エピ成長中に導入されたドーパントを含む。これ故に、第2領域26bは第1領域26aに対して電位障壁を提供する。リッジ構造35から第1領域26aに流れるキャリアは、電位障壁を形成する第2領域26bによって案内される。   According to the method of manufacturing this nitride semiconductor laser (hereinafter referred to as “manufacturing method”), the light guide layer 25a of the light guide layer 25 has a first region 26a along the reference plane intersecting the normal axis. And the 2nd field 26b is formed. The second region 26b of the light guide layer 25a is formed so as to include an n-type dopant doped at a first concentration, while the first region 26a is directly under the ridge structure, and the dopant introduced during the epi growth is removed. Including. Therefore, the second region 26b provides a potential barrier for the first region 26a. Carriers flowing from the ridge structure 35 to the first region 26a are guided by the second region 26b forming a potential barrier.

基板39が半極性面を有するとき、活性層は長波長の発光を可能にする。光閉じ込めと電流閉じ込めを分離することにより、遠視野像(FFP)の調整を可能にする。   When the substrate 39 has a semipolar surface, the active layer allows long wavelength light emission. Separating optical confinement and current confinement allows adjustment of the far field image (FFP).

図10及び図11は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。また、理解を容易にするために、可能な場合には、図3及び図4を参照しながら説明した実施例に用いられた参照符号を本実施例においても用いる。   10 and 11 are drawings showing a process flow in the method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment. In order to facilitate understanding, the reference numerals used in the embodiments described with reference to FIGS. 3 and 4 are also used in this embodiment, if possible.

工程S201では、エピタキシャル基板を準備する。この準備は、例えば図1及び2に示された工程フローに従って行われることができるが、これに限定されるものではない。引き続く説明では、エピタキシャル基板を符号Eとして参照する。   In step S201, an epitaxial substrate is prepared. This preparation can be performed according to the process flow shown in FIGS. 1 and 2, for example, but is not limited thereto. In the following description, the epitaxial substrate is referred to as E.

工程S202では、リッジ形状のためのマスクをエピタキシャル基板E上に形成する。本実施例では、マスク作製のために、工程S203では、エピタキシャル基板Eのpドープ半導体領域上に、リッジ構造のためのマスクを形成する。一実施例においては、エピタキシャル基板E上に、リフトオフのための犠牲膜22を形成する。犠牲膜22は絶縁性を示すことが好ましい。犠牲膜22はSiOからなるとき、イオン注入のためのアニール(熱処理)に対して熱耐性を有する。このような犠牲膜22は、例えばEB蒸着法によって作製されることができる。犠牲膜22はエピ表面を覆う。図5の(b)部には、金属膜10上に犠牲膜22が形成されているが、本実施例においては、エピタキシャル基板E上に金属膜を形成していないので、犠牲膜22はエピタキシャル基板E上に直接に形成される。 In step S202, a ridge-shaped mask is formed on the epitaxial substrate E. In this embodiment, in order to manufacture a mask, a mask for a ridge structure is formed on the p-doped semiconductor region of the epitaxial substrate E in step S203. In one embodiment, a sacrificial film 22 for lift-off is formed on the epitaxial substrate E. The sacrificial film 22 preferably exhibits insulating properties. When the sacrificial film 22 is made of SiO 2 , it has heat resistance against annealing (heat treatment) for ion implantation. Such a sacrificial film 22 can be produced, for example, by EB vapor deposition. The sacrificial film 22 covers the epi surface. In FIG. 5B, the sacrificial film 22 is formed on the metal film 10. However, in this embodiment, the sacrificial film 22 is epitaxial because the metal film is not formed on the epitaxial substrate E. It is formed directly on the substrate E.

また、工程S204では、犠牲膜22上に誘電体膜24を成長する。誘電体膜24を成長する工程において、犠牲膜22は誘電体膜24とエピタキシャル基板Eとの間に設けられ、金属層はこれらに挟まれていない。誘電体膜24はシリコン系無機絶縁層、AlN、TiOを含むことができ、シリコン系無機絶縁層は例えばシリコン酸化物(具体的にはSiO)、SiN等からなることができる。誘電体膜35は例えば電子ビーム蒸着法、スパッタ法を適用可能な成膜装置で成長されることが好ましい。この方法によれば、電子ビーム蒸着法でシリコン系無機絶縁層を成長できる。図5の(b)部には、金属膜10上に犠牲膜22及び誘電体膜24が形成されているが、本実施例においては、エピタキシャル基板E上に金属膜を形成していないので、犠牲膜22及び誘電体膜24がエピタキシャル基板E上に形成される。 In step S <b> 204, the dielectric film 24 is grown on the sacrificial film 22. In the step of growing the dielectric film 24, the sacrificial film 22 is provided between the dielectric film 24 and the epitaxial substrate E, and the metal layer is not sandwiched between them. The dielectric film 24 can include a silicon-based inorganic insulating layer, AlN, TiO 2 , and the silicon-based inorganic insulating layer can be made of, for example, silicon oxide (specifically, SiO 2 ), SiN, or the like. The dielectric film 35 is preferably grown by a film forming apparatus to which, for example, an electron beam evaporation method or a sputtering method can be applied. According to this method, the silicon-based inorganic insulating layer can be grown by electron beam evaporation. In FIG. 5B, a sacrificial film 22 and a dielectric film 24 are formed on the metal film 10, but in this embodiment, no metal film is formed on the epitaxial substrate E. A sacrificial film 22 and a dielectric film 24 are formed on the epitaxial substrate E.

工程S205では、リッジのためのパターンを有するマスク28を誘電体膜35上に形成する。マスク28は例えばフォトレジストからなることができる。このレジストマスクの作成は例えば以下のように行われる。塗布器を用いてフォトレジストを誘電体膜24上に塗布した後に、露光装置でフォトマスクを介してフォトレジストに露光し、さらに露光したフォトレジストを現像装置で現像する。
図5の(b)部には、マスク28が形成されているが、本実施例においては、エピタキシャル基板E上に金属膜を形成していないので、犠牲膜22、誘電体膜24及びマスク28がエピタキシャル基板E上に形成される。図5の(b)部に示される実施例と同様に、本実施例では、マスク28は例えばストライプ形状を成す。ストライプ幅は例えば2μmである。
In step S205, a mask 28 having a pattern for a ridge is formed on the dielectric film 35. The mask 28 can be made of, for example, a photoresist. This resist mask is created as follows, for example. After applying a photoresist on the dielectric film 24 using an applicator, the photoresist is exposed to light through a photomask with an exposure device, and the exposed photoresist is developed with a developing device.
In FIG. 5B, a mask 28 is formed. However, in this embodiment, since no metal film is formed on the epitaxial substrate E, the sacrificial film 22, the dielectric film 24, and the mask 28 are formed. Is formed on the epitaxial substrate E. Similar to the embodiment shown in FIG. 5B, in this embodiment, the mask 28 has, for example, a stripe shape. The stripe width is 2 μm, for example.

工程S206では、マスク28を用いて誘電体膜24をエッチング装置でエッチングして、誘電体マスク24aを形成する。このエッチングは、例えばインダクティブ・カップリング・プラズマ・反応性イオンエッチング法(ICP−RIE法)で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、異方的なエッチングを実現できる。誘電体膜24がシリコン酸化物からなるときは、エッチャントとしてCHFを用いることができる。誘電体膜24のエッチングにおけるエッチャントは、CHFといったフッ素系ガスを用いることができる。エッチャントとして、CHF、CF、CF+Arの少なくともいずれかを使用できる。また、工程S206では、誘電体マスク24aを用いて犠牲膜22のエッチングを行って、リフトオフ層22aを形成する。レジストではない犠牲膜22のエッチングにおけるエッチャントとしてCHF等を用いることが好ましい。このエッチングは、例えばICP−RIE法で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、エッチングにおける異方性を実現できる。これ故に、リフトオフ層22aの幅は誘電体マスク24aの幅とほぼ同じであり、リフトオフ層22aに実質的なサイドエッチは生じない。図6の(a)部には、誘電体マスク24a及びリフトオフ層22aを含む複合マスクが描かれており、本実施例では、この複合マスクがエピタキシャル基板E上に直接に形成される。 In step S206, the dielectric film 24 is etched with an etching apparatus using the mask 28 to form a dielectric mask 24a. This etching is preferably performed, for example, by an inductive coupling plasma reactive ion etching method (ICP-RIE method). According to this etching method, anisotropic etching can be realized. When the dielectric film 24 is made of silicon oxide, CHF 3 can be used as an etchant. As an etchant for etching the dielectric film 24, a fluorine-based gas such as CHF 3 can be used. As an etchant, at least one of CHF 3 , CF 4 , and CF 4 + Ar can be used. In step S206, the sacrificial film 22 is etched using the dielectric mask 24a to form the lift-off layer 22a. It is preferable to use CHF 3 or the like as an etchant in the etching of the sacrificial film 22 that is not a resist. This etching is preferably performed by, for example, an ICP-RIE method. According to this etching method, anisotropy in etching can be realized. Therefore, the width of the lift-off layer 22a is substantially the same as the width of the dielectric mask 24a, and no substantial side etching occurs in the lift-off layer 22a. In FIG. 6A, a composite mask including a dielectric mask 24a and a lift-off layer 22a is drawn. In this embodiment, this composite mask is formed directly on the epitaxial substrate E.

次いで、工程S207では、図6の(b)部に示されるように、マスク28を用いてリッジ構造を形成する。マスク(例えば誘電体マスク24a)を用いてpドープ半導体領域及びp側光ガイド領域のエッチングを行って、エッチングされたp側光ガイド領域及びリッジ構造を形成する。一実施例では、工程S207において、窒化物半導体領域39のエッチングを行って、エッチングされた窒化物半導体領域40を形成する。このエッチングは、ICP−RIE法で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、エッチングにおける異方性及び所望のリッジ高を実現できる。エッチングにより、p側光ガイド領域25dが露出される。本実施例では、p側光ガイド領域25のMgドープGaNがエッチングにより除去され、MgドープInGaNが露出される。アンドープInGaNはMgドープInGaNを覆っている。これ故に、イオン注入される領域は、p型ドーパントを含むことができる。   Next, in step S207, as shown in FIG. 6B, a ridge structure is formed using the mask. The p-doped semiconductor region and the p-side light guide region are etched using a mask (for example, the dielectric mask 24a) to form the etched p-side light guide region and the ridge structure. In one example, in the step S207, the nitride semiconductor region 39 is etched to form the etched nitride semiconductor region 40. This etching is preferably performed by the ICP-RIE method. According to this etching method, anisotropy in etching and a desired ridge height can be realized. The p-side light guide region 25d is exposed by etching. In this embodiment, the Mg-doped GaN in the p-side light guide region 25 is removed by etching, and the Mg-doped InGaN is exposed. Undoped InGaN covers Mg-doped InGaN. Thus, the ion implanted region can include a p-type dopant.

上記の工程に後に、イオン注入のための工程群に進む。リッジ構造を形成した後に、エッチングされたp側光ガイド領域にn型ドーパントのイオン注入を行う。一実施例では、工程S208において、マスク28を残したまま、基板上に絶縁膜30を成長する。絶縁膜30の厚さがリッジ構造の高さより小さいので、この薄い絶縁膜は、エッチングにより露出された領域(第2領域26bになるべき領域)を覆いリッジ構造の側面を覆わない。図7の(a)部に示されるように、露出されたp側光ガイド領域25d上に絶縁膜30aが形成されると共に、絶縁膜30bはマスク28上にも堆積される。絶縁膜30は例えばシリコン酸化膜からなることができる。絶縁膜30の厚さは例えば20〜50nmであり、本実施例では、例えば30nmである。   After the above process, the process proceeds to a process group for ion implantation. After the ridge structure is formed, n-type dopant ions are implanted into the etched p-side light guide region. In one embodiment, in step S208, the insulating film 30 is grown on the substrate while leaving the mask 28. Since the thickness of the insulating film 30 is smaller than the height of the ridge structure, the thin insulating film covers a region exposed by etching (a region to be the second region 26b) and does not cover the side surface of the ridge structure. As shown in FIG. 7A, an insulating film 30a is formed on the exposed p-side light guide region 25d, and the insulating film 30b is also deposited on the mask. The insulating film 30 can be made of, for example, a silicon oxide film. The thickness of the insulating film 30 is, for example, 20 to 50 nm, and in this embodiment, it is, for example, 30 nm.

工程S209では、図7の(a)部に示されるように、n型ドーパントのイオン注入42を基板全面に行う。イオン種は、例えばシリコン等であることができる。リッジの上面には、多くの構造物28、24a、22aがあるので、イオン注入42されたイオンはリッジの上面には到達しない。イオン注入42されたイオンは、絶縁膜30aを介して半導体の表面25dに注入されて、破線で示されたドープ領域26cを形成する。ドープ領域26cは、リッジ構造の自己整合的に形成される。イオン注入の加速エネルギは、40から120keVであり、またトータルドーズ量は6E+13から3E+15cm−2である。 In step S209, as shown in FIG. 7A, ion implantation 42 of n-type dopant is performed on the entire surface of the substrate. The ionic species can be, for example, silicon. Since there are many structures 28, 24a, and 22a on the top surface of the ridge, the ions implanted 42 do not reach the top surface of the ridge. The ions implanted 42 are implanted into the semiconductor surface 25d through the insulating film 30a to form a doped region 26c indicated by a broken line. The doped region 26c is formed in a self-aligned manner with a ridge structure. The ion implantation acceleration energy is 40 to 120 keV, and the total dose is 6E + 13 to 3E + 15 cm −2 .

工程S210では、絶縁膜30を除去する前に、イオン注入により窒化物結晶に形成されたダメージの回復及びドーパントの活性化のために熱アニールを行う。熱アニールの温度は、例えば摂氏500度以上であることが好ましく、活性化に必要な温度だからである。また、熱アニールの温度は、例えば摂氏1000度以下であることが好ましく、結晶の劣化が生じるからである。熱アニールの雰囲気は、例えば窒素100%であることができる。熱アニールの時間は、例えば3分から10分であることができる。このような熱アニールは、例えば輻射による高速アニール炉を用いて行われる。   In step S210, before the insulating film 30 is removed, thermal annealing is performed for recovery of damage formed in the nitride crystal by ion implantation and activation of the dopant. The temperature of the thermal annealing is preferably 500 degrees Celsius or higher, for example, because it is a temperature necessary for activation. Also, the temperature of the thermal annealing is preferably, for example, 1000 degrees Celsius or less, and crystal deterioration occurs. The atmosphere of the thermal annealing can be, for example, 100% nitrogen. The thermal annealing time can be, for example, 3 minutes to 10 minutes. Such thermal annealing is performed using, for example, a high-speed annealing furnace using radiation.

工程S211では、アニール処理の後に絶縁膜30を除去する。絶縁膜30がシリコン酸化膜からなるときは、フッ化水素酸を用いて絶縁膜30を除去できる。薄い絶縁膜30bは、露出された光ガイド層(第2領域26b)にn型ドーパントをイオン注入により導入する際に、イオン注入によるダメージや汚染を抑制できる。ドーパントの活性化処理により、領域26cは第2領域26bに改質される。   In step S211, the insulating film 30 is removed after the annealing process. When the insulating film 30 is made of a silicon oxide film, the insulating film 30 can be removed using hydrofluoric acid. The thin insulating film 30b can suppress damage and contamination due to ion implantation when an n-type dopant is introduced into the exposed light guide layer (second region 26b) by ion implantation. The region 26c is modified into the second region 26b by the dopant activation process.

イオン注入及びアニールによって形成されたドープ領域26cについて、図1を参照しながら説明する。光ガイド層25(p側光ガイド領域)の光ガイド層25a内には、イオン注入によって第1領域26a及び第2領域26bが区分けされる。第1領域26a及び第2領域26bは、基板主面39aの法線軸に交差する基準面に沿って配列されている。第1領域26a上にはリッジ構造35が位置している。第2領域26bは、イオン注入により導入されたn型ドーパントを含み、ドーパント濃度は第1濃度である。イオン注入された状態を有する第2領域26bにおいてn型ドーパントは活性化されており、活性化されたn型ドーパント濃度が活性化されたp型ドーパント濃度より大きいとき、第2領域26bはn導電性を有する。これ故に、第2領域26bは第1領域26aに対して電位障壁を提供する。   The doped region 26c formed by ion implantation and annealing will be described with reference to FIG. In the light guide layer 25a of the light guide layer 25 (p-side light guide region), the first region 26a and the second region 26b are divided by ion implantation. The first region 26a and the second region 26b are arranged along a reference plane that intersects the normal axis of the substrate main surface 39a. A ridge structure 35 is located on the first region 26a. The second region 26b includes an n-type dopant introduced by ion implantation, and the dopant concentration is the first concentration. In the second region 26b having the ion-implanted state, the n-type dopant is activated, and when the activated n-type dopant concentration is higher than the activated p-type dopant concentration, the second region 26b is n-conductive. Have sex. Therefore, the second region 26b provides a potential barrier for the first region 26a.

工程S212では、絶縁膜30を除去した後に、リッジ構造を埋め込むように別の絶縁体を形成するために、マスク膜24a及び犠牲膜22aを残したまま、絶縁膜44の堆積を行う。絶縁膜44aは、リッジ構造を埋め込む絶縁体44aと、マスク膜24a及び犠牲膜22a上に形成された堆積物44bとを含む。図7の(b)部においては金属層19の側面を絶縁体が覆っているけれども、本実施例では、絶縁体44aはリッジ構造を埋め込んでいる。   In step S212, after the insulating film 30 is removed, the insulating film 44 is deposited while leaving the mask film 24a and the sacrificial film 22a in order to form another insulator so as to embed the ridge structure. The insulating film 44a includes an insulator 44a that embeds a ridge structure, and a deposit 44b formed on the mask film 24a and the sacrificial film 22a. In FIG. 7B, although the insulator covers the side surface of the metal layer 19, in this embodiment, the insulator 44a embeds a ridge structure.

工程S213では、マスク内の犠牲膜22aを用いて絶縁膜44のリフトオフを行って、マスク膜24a及び犠牲膜22a上に形成された堆積物44bを除去してリッジ構造のリッジ上面を露出させる。このリフトオフの結果、絶縁体44aで埋め込まれたリッジ構造を有する基板生産物SPが作製される。   In step S213, the insulating film 44 is lifted off using the sacrificial film 22a in the mask, the deposit 44b formed on the mask film 24a and the sacrificial film 22a is removed, and the ridge upper surface of the ridge structure is exposed. As a result of this lift-off, a substrate product SP having a ridge structure embedded with an insulator 44a is produced.

アニール工程の後に、工程S214では、オーミック電極を形成する。例えば、リッジ構造のリッジ上面及び絶縁体44aの上面を覆って、オーミック電極を形成する。オーミック電極の形成では、リッジ上面及び絶縁体44aの上面を覆って金属膜を堆積した後に、フォトリソグラフィを用いて金属膜をエッチングすることができる。このエッチングは既に説明した条件が適用可能であるが、これに限定されるものではない。   After the annealing step, in step S214, an ohmic electrode is formed. For example, an ohmic electrode is formed to cover the ridge upper surface of the ridge structure and the upper surface of the insulator 44a. In the formation of the ohmic electrode, the metal film can be etched using photolithography after the metal film is deposited so as to cover the upper surface of the ridge and the upper surface of the insulator 44a. This etching can be performed under the conditions described above, but is not limited to this.

工程S215では、オーミック電極及び絶縁体44aの上面上にパッド電極45する。このパッド電極45の形成のために、例えば工程S123と同様にリフトオフ法を用いることができる。パッド電極45は例えばAu、Ti/Pt/Auからなることができる。また、必要な場合には、基板39の裏面39bを研磨した後に、基板の研磨面に裏面電極49を形成する。   In step S215, a pad electrode 45 is formed on the upper surface of the ohmic electrode and insulator 44a. In order to form the pad electrode 45, for example, a lift-off method can be used as in step S123. The pad electrode 45 can be made of, for example, Au or Ti / Pt / Au. If necessary, after the back surface 39b of the substrate 39 is polished, the back electrode 49 is formed on the polishing surface of the substrate.

この窒化物半導体レーザを作製する方法(以下、「作製方法」と記す)によれば、光ガイド層25の光ガイド層25aには、基板主面の法線軸に交差する基準面に沿うように第1領域26a及び第2領域26bが形成される。光ガイド層25aの第2領域は、第1濃度でドープした活性化されたn型ドーパントを含んでn導電性を有するように形成される一方で、第1領域26aはリッジ構造直下にあり、エピ成長中に導入されたp型ドーパントを含みイオン注入からのn型ドーパントを含まない。これ故に、第2領域26bは第1領域26aに対して電位障壁を提供する。リッジ構造から第1領域26aに流れるキャリアは、pn接合による電位障壁を形成する第2領域26bによって案内される。基板39が半極性面を有するとき、活性層は長波長の発光を可能にする。光閉じ込めと電流閉じ込めを分離することにより、遠視野像(FFP)の調整を可能にする。   According to the method for manufacturing this nitride semiconductor laser (hereinafter referred to as “manufacturing method”), the light guide layer 25a of the light guide layer 25 is along the reference plane that intersects the normal axis of the main surface of the substrate. A first region 26a and a second region 26b are formed. The second region of the light guide layer 25a is formed to have n conductivity including an activated n-type dopant doped at a first concentration, while the first region 26a is directly under the ridge structure, Includes p-type dopants introduced during epi growth and no n-type dopants from ion implantation. Therefore, the second region 26b provides a potential barrier for the first region 26a. Carriers flowing from the ridge structure to the first region 26a are guided by the second region 26b forming a potential barrier by a pn junction. When the substrate 39 has a semipolar surface, the active layer allows long wavelength light emission. Separating optical confinement and current confinement allows adjustment of the far field image (FFP).

(実施例4)
図12は、窒化物半導体レーザの一例を示す図面である。準備工程では、半極性GaN基板10aを準備する。この半極性GaN基板の主面は{20−21}面を有する。{20−21}面では、基板のGaNのc軸はこのGaNのm軸の方向に75度の角度で傾斜している。結晶成長は有機金属気相成長法で行われる。クリーニング工程では、成長炉においてGaN基板のサーマルクリーニングを行う。サーマルクリーニングは、アンモニア(NH)及び水素(H)を含む雰囲気中で行われ、熱処理温度は、摂氏1050度である。この前処理の後に、バッファ成長工程では、GaN基板の半極性主面上に、厚さ1000nmのn型GaN層(Siドープ:3×1018cm−3)を成長する。成長温度は摂氏1050度である。n型クラッド工程では、基板温度を摂氏840度に下げた後に、このn型GaN層上にn型クラッド層を成長する。本実施例では、n型クラッド層として、厚さ1000nmのn型InAlGaNクラッド層(Siドープ:3×1018cm−3)を成長する。このn型InAlGaNクラッド層のIn組成は0.03であり、Al組成は0.14である。n側光ガイド成長工程では、n型InAlGaNクラッド層上に、摂氏840度の基板温度において、厚さ200nmのn型GaN光ガイド層(Siドープ:3×1018cm−3)を成長する。次いで、n型GaN光ガイド層にヘテロ接合を成すように、厚さ160nmのn型InGaN光ガイド層(Siドープ:1×1018cm−3)を成長する。このInGaN層のIn組成は0.03である。これらの光ガイド層からなるn側の半導体層を形成した後に、活性層成長工程では、n側光ガイド領域上に活性層を成長する。この実施例では、活性層として、摂氏790度の基板温度においてInGaN井戸層を成長する。このInGaN層のIn組成は0.255であり、InGaN層の厚さは3nmである。この成長により活性層の作製が完了する。p側光ガイド成長工程では、活性層上に、例えば、基板温度を摂氏840度に上昇した後に、厚さ30nmのアンドープInGaN光ガイド層を活性層上に成長する。このInGaN層のIn組成は0.03である。アンドープInGaN光ガイド層上に、厚さ130nmのp型InGaN光ガイド層(Mgドープ:1×1018cm−3)を成長する。このInGaN層のIn組成は0.03である。p型InGaN光ガイド層上に、厚さ150nmのp型GaN光ガイド層(Mgドープ:2×1018cm−3)を成長する。これらの光ガイド層からなるp側半導体層を形成した後に、p型クラッド工程では、このp側光ガイド領域上に厚さ400nmのp型AlGaNクラッド層(Mgドープ:1×1019cm−3)を成長する。このp型AlGaNクラッド層のAl組成は0.05である。基板温度を摂氏1000度に上昇した後に、p型コンタクト工程では、p型AlGaNクラッド層上に厚さ50nmのp型GaNコンタクト層(Mgドープ:1×1020cm−3)を成長する。これらの工程によりエピタキシャル基板を作製できる。
(Example 4)
FIG. 12 is a drawing showing an example of a nitride semiconductor laser. In the preparation step, a semipolar GaN substrate 10a is prepared. The main surface of this semipolar GaN substrate has a {20-21} plane. In the {20-21} plane, the GaN c-axis of the substrate is inclined at an angle of 75 degrees in the direction of the GaN m-axis. Crystal growth is performed by metal organic vapor phase epitaxy. In the cleaning process, thermal cleaning of the GaN substrate is performed in a growth furnace. The thermal cleaning is performed in an atmosphere containing ammonia (NH 3 ) and hydrogen (H 2 ), and the heat treatment temperature is 1050 degrees Celsius. After this pretreatment, in the buffer growth step, an n-type GaN layer (Si doped: 3 × 10 18 cm −3 ) having a thickness of 1000 nm is grown on the semipolar main surface of the GaN substrate. The growth temperature is 1050 degrees Celsius. In the n-type cladding process, after the substrate temperature is lowered to 840 degrees Celsius, an n-type cladding layer is grown on the n-type GaN layer. In this example, an n-type InAlGaN cladding layer (Si-doped: 3 × 10 18 cm −3 ) having a thickness of 1000 nm is grown as an n-type cladding layer. The n-type InAlGaN cladding layer has an In composition of 0.03 and an Al composition of 0.14. In the n-side light guide growth step, an n-type GaN light guide layer (Si doping: 3 × 10 18 cm −3 ) having a thickness of 200 nm is grown on the n-type InAlGaN cladding layer at a substrate temperature of 840 degrees Celsius. Next, an n-type InGaN optical guide layer (Si doped: 1 × 10 18 cm −3 ) having a thickness of 160 nm is grown so as to form a heterojunction with the n-type GaN optical guide layer. The In composition of this InGaN layer is 0.03. After forming the n-side semiconductor layer composed of these light guide layers, in the active layer growth step, an active layer is grown on the n-side light guide region. In this embodiment, an InGaN well layer is grown as the active layer at a substrate temperature of 790 degrees Celsius. The In composition of this InGaN layer is 0.255, and the thickness of the InGaN layer is 3 nm. This growth completes the production of the active layer. In the p-side light guide growth step, for example, after raising the substrate temperature to 840 degrees Celsius, an undoped InGaN light guide layer having a thickness of 30 nm is grown on the active layer. The In composition of this InGaN layer is 0.03. A p-type InGaN optical guide layer (Mg doped: 1 × 10 18 cm −3 ) having a thickness of 130 nm is grown on the undoped InGaN optical guide layer. The In composition of this InGaN layer is 0.03. A p-type GaN optical guide layer (Mg doped: 2 × 10 18 cm −3 ) having a thickness of 150 nm is grown on the p-type InGaN optical guide layer. After forming the p-side semiconductor layer composed of these light guide layers, in the p-type cladding step, a p-type AlGaN cladding layer (Mg doped: 1 × 10 19 cm −3) having a thickness of 400 nm is formed on the p-side light guide region. ) Grow. The p-type AlGaN cladding layer has an Al composition of 0.05. After raising the substrate temperature to 1000 degrees Celsius, in the p-type contact process, a p-type GaN contact layer (Mg doped: 1 × 10 20 cm −3 ) having a thickness of 50 nm is grown on the p-type AlGaN cladding layer. An epitaxial substrate can be manufactured by these steps.

次いで、エピタキシャル基板から基板生産物を作製する。リッジ工程では、このエピタキシャル基板にフォトリソグラフィ、ドライエッチング及び蒸着を適用して、マスクを用いて幅2μmの半導体リッジを形成する。この作製において、第2III族窒化物半導体領域をエッチングして半導体リッジを形成する。半導体リッジの加工は、ドライエッチングにより行われる。この後のイオン注入工程では、このマスクを用いて、Siのイオン注入を行う。このイオン注入は、半導体リッジの底の両脇にドナーを添加するために行われる。イオン注入で改質された半導体の厚さは、例えば10〜100nmであり、p型InGaN光ガイド層の厚さより薄い。注入されたドナー濃度は、p型InGaN光ガイド層のアクセプタ密度(例えばMgドープ:1×1018cm−3)より大きく、例えば1E+18〜5E+18cm−3程度である。イオン注入で改質された半導体の側面及び底面は、p型半導体層に囲まれており、アンドープInGaN光ガイド層から隔置されている。イオン注入のエネルギ及びドーズ量は、上記の厚さ及び濃度を実現するように決定される。 A substrate product is then produced from the epitaxial substrate. In the ridge process, photolithography, dry etching and vapor deposition are applied to the epitaxial substrate to form a semiconductor ridge having a width of 2 μm using a mask. In this fabrication, the Group III nitride semiconductor region is etched to form a semiconductor ridge. The semiconductor ridge is processed by dry etching. In the subsequent ion implantation step, Si is implanted using this mask. This ion implantation is performed to add donors on both sides of the bottom of the semiconductor ridge. The thickness of the semiconductor modified by ion implantation is, for example, 10 to 100 nm, which is smaller than the thickness of the p-type InGaN optical guide layer. The implanted donor concentration is larger than the acceptor density of the p-type InGaN optical guide layer (for example, Mg-doped: 1 × 10 18 cm −3 ), for example, about 1E + 18 to 5E + 18 cm −3 . The side and bottom surfaces of the semiconductor modified by ion implantation are surrounded by a p-type semiconductor layer and are separated from the undoped InGaN light guide layer. The energy and dose of ion implantation are determined so as to realize the above thickness and concentration.

保護絶縁膜形成工程では、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜(具体的にはSiO)を形成する。この絶縁膜は、半導体リッジの側面及び光ガイド層の表面(エッチングにより形成された表面)を覆うと共に半導体リッジの上面(半極性を示すコンタクト面)に開口を有する。半導体リッジ及び絶縁膜上にオーミック電極(例えばNi/Au、Pd)及びパッド電極(例えばTi/Au)を形成する。GaN基板の裏面は研磨して、基板膜厚80μmの研磨基板を形成する。このGaN基板の研磨面上の全面にカソード電極(例えばTi/Al)とパッド電極(例えばTi/Au)を形成する。これらの工程により、基板生産物が作製される。 In the protective insulating film forming step, an insulating film, for example, a silicon oxide film (specifically, SiO 2 ) is formed. This insulating film covers the side surface of the semiconductor ridge and the surface of the light guide layer (surface formed by etching) and has an opening on the upper surface of the semiconductor ridge (contact surface showing semipolarity). An ohmic electrode (eg, Ni / Au, Pd) and a pad electrode (eg, Ti / Au) are formed on the semiconductor ridge and the insulating film. The back surface of the GaN substrate is polished to form a polished substrate having a substrate thickness of 80 μm. A cathode electrode (for example, Ti / Al) and a pad electrode (for example, Ti / Au) are formed over the entire polished surface of the GaN substrate. By these steps, a substrate product is produced.

電極を形成した後に、共振器形成工程では、基板生産物の割断を行って光共振器のための端面(へき開面と異なる端面)を有するレーザバーを形成する。レーザバーの端面上に誘電体多層膜を成膜する。誘電体多層膜工程では、誘電体多層膜はSiO/TiOからなる。分離工程では、レーザバーの分離により半導体レーザが作製される。これらの工程により、m軸方向に75度の角度で傾斜させた半極性GaN基板{20−21}面上に半導体レーザが作製される。この半導体レーザは520nm波長帯で発光できる。 After forming the electrodes, in the resonator forming step, the substrate product is cleaved to form a laser bar having an end surface (an end surface different from the cleaved surface) for the optical resonator. A dielectric multilayer film is formed on the end face of the laser bar. In the dielectric multilayer film process, the dielectric multilayer film is made of SiO 2 / TiO 2 . In the separation step, a semiconductor laser is manufactured by separating the laser bar. By these steps, a semiconductor laser is fabricated on the semipolar GaN substrate {20-21} plane inclined at an angle of 75 degrees in the m-axis direction. This semiconductor laser can emit light in the 520 nm wavelength band.

リッジ構造を有する緑色半導体レーザは、水平方向の光閉じ込めが強くなり、電流-出力特性にキンク(折れ曲がり)が生じやすい。リッジの深さを浅くすることにより水平方向の光閉じ込めを弱くできる。しかしながら、リッジの深さを浅くすると、リッジのよる電流狭窄も弱まって、レーザ発振のためのしきい値が大きくな。リッジ構造には、以下の役割がある。ひとつは、水平方向に光を閉じ込める。また、別のひとつは水平方向に電流を狭窄する。発明者らの知見によれば、緑色波長帯のような長波長の光を発光する半導体レーザでは、しきい値電流の低減のために電流狭窄を行う必要はあるけれども、光の閉じ込めはむしろ行わないほうが良い。シリコン酸化物といった無機絶縁膜でリッジ構造を埋め込むとき、シリコン酸化物がリッジ構造の側面に形成すると、光ガイド領域に、半導体より低い屈折率の領域が近づくので、光の閉じ込めが強くなる。これを避けるためには、シリコン酸化物といった無機絶縁膜とは別の材料(例えば窒化アルミニウム)を用いてリッジ構造を埋め込むことが良い。   A green semiconductor laser having a ridge structure has strong optical confinement in the horizontal direction, and is likely to be kinked (bent) in the current-output characteristics. The light confinement in the horizontal direction can be weakened by reducing the depth of the ridge. However, when the depth of the ridge is reduced, the current confinement due to the ridge is also weakened, and the threshold for laser oscillation is increased. The ridge structure has the following roles. One is to confine light in the horizontal direction. Another one constricts the current in the horizontal direction. According to the knowledge of the inventors, in a semiconductor laser that emits light having a long wavelength such as a green wavelength band, it is necessary to perform current confinement in order to reduce the threshold current, but light confinement is rather performed. Better not. When the ridge structure is embedded with an inorganic insulating film such as silicon oxide, if silicon oxide is formed on the side surface of the ridge structure, a region having a lower refractive index than the semiconductor approaches the light guide region, so that light confinement becomes strong. In order to avoid this, it is preferable to bury the ridge structure using a material (for example, aluminum nitride) different from the inorganic insulating film such as silicon oxide.

本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment.

本実施の形態によれば、電流閉じ込め及び光閉じ込めを互いに分離して調整可能にする構造を有する窒化物半導体レーザを提供できる。また、本実施の形態によれば、この窒化物半導体レーザを作製する方法を提供できる。   According to the present embodiment, a nitride semiconductor laser having a structure in which current confinement and optical confinement can be adjusted separately from each other can be provided. Further, according to the present embodiment, a method for manufacturing this nitride semiconductor laser can be provided.

11…窒化物半導体発光素子、13…第1のIII族窒化物半導体領域、15…活性層、17…第2のIII族窒化物半導体領域、19…センタ半導体領域、21…第1光ガイド領域、23…n型クラッド層、25…第2光ガイド領域、27…p型クラッド層、29…p型コンタクト層、Ax…積層軸、31…コア領域、HJ1、HJ2、HJ3…半導体接合、33a…井戸層、33b…障壁層、39…基板、39a…半極性主面、Angle…傾斜角、Sc…基準面、26a…n型イオン注入のpドープ領域、26b…pドープ領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Nitride semiconductor light emitting element, 13 ... 1st group III nitride semiconductor region, 15 ... Active layer, 17 ... 2nd group III nitride semiconductor region, 19 ... Center semiconductor region, 21 ... 1st light guide area | region 23 ... n-type cladding layer, 25 ... second light guide region, 27 ... p-type cladding layer, 29 ... p-type contact layer, Ax ... lamination axis, 31 ... core region, HJ1, HJ2, HJ3 ... semiconductor junction, 33a ... well layer, 33b ... barrier layer, 39 ... substrate, 39a ... semipolar main surface, Angle ... tilt angle, Sc ... reference plane, 26a ... p-doped region of n-type ion implantation, 26b ... p-doped region.

Claims (35)

窒化物半導体レーザであって、
III族窒化物半導体からなる半導体面上に設けられ、第1III族窒化物半導体からなる第1半導体層を含むp側光ガイド領域と、
前記半導体面上に設けられ、第2III族窒化物半導体からなるn側光ガイド領域と、
前記n側光ガイド領域と前記p側光ガイド領域との間に設けられた活性層と、
p型クラッド層を含むリッジ構造と、
を備え、
前記n側光ガイド領域、前記活性層、前記p側光ガイド領域及び前記リッジ構造は、前記半導体面に交差する方向に延在する第1軸の方向に順に配置されて積層構造を成し、
前記p側光ガイド領域は、前記活性層に接して第1界面を形成しており、
前記第1半導体層は第1領域及び第2領域を有し、前記第1領域及び前記第2領域は、前記第1軸に交差する基準面に沿って配列されており、
前記リッジ構造は、前記第1半導体層の前記第1領域上に設けられ、
前記第1半導体層の前記第2領域は、第1濃度でドープしたn型ドーパントを含み、
前記第1半導体層の前記第2領域は、前記第1半導体層の前記第1領域に対して電位障壁を提供する、窒化物半導体レーザ。
A nitride semiconductor laser comprising:
A p-side light guide region provided on a semiconductor surface made of a group III nitride semiconductor and including a first semiconductor layer made of a first group III nitride semiconductor;
An n-side light guide region provided on the semiconductor surface and made of a Group III nitride semiconductor;
An active layer provided between the n-side light guide region and the p-side light guide region;
a ridge structure including a p-type cladding layer;
With
The n-side light guide region, the active layer, the p-side light guide region, and the ridge structure are sequentially arranged in a direction of a first axis extending in a direction intersecting the semiconductor surface to form a stacked structure,
The p-side light guide region forms a first interface in contact with the active layer,
The first semiconductor layer has a first region and a second region, and the first region and the second region are arranged along a reference plane intersecting the first axis,
The ridge structure is provided on the first region of the first semiconductor layer;
The second region of the first semiconductor layer includes an n-type dopant doped at a first concentration;
The nitride semiconductor laser, wherein the second region of the first semiconductor layer provides a potential barrier to the first region of the first semiconductor layer.
前記第1界面は、前記III族窒化物半導体からなるc軸方向に延びる第1基準軸に直交する第1基準面に対して傾斜しており、
前記半導体面は半極性を示す、請求項1に記載された窒化物半導体レーザ。
The first interface is inclined with respect to a first reference plane perpendicular to a first reference axis extending in the c-axis direction made of the group III nitride semiconductor,
The nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor surface exhibits semipolarity.
前記第1半導体層の前記第2領域の表面を覆うと共に前記リッジ構造の側面に接して前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を更に備え、
前記絶縁体の屈折率は前記p側光ガイド領域の屈折率より低い、請求項1又は請求項2に記載された窒化物半導体レーザ。
An insulator that covers the surface of the second region of the first semiconductor layer and embeds the ridge structure in contact with a side surface of the ridge structure;
The nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein a refractive index of the insulator is lower than a refractive index of the p-side light guide region.
前記第1半導体層の前記第2領域上の前記絶縁体と前記活性層との間隔は100nm以上である、請求項3に記載の窒化物半導体レーザ。   The nitride semiconductor laser according to claim 3, wherein a distance between the insulator on the second region of the first semiconductor layer and the active layer is 100 nm or more. 前記第1半導体層の前記第2領域上の前記絶縁体と前記活性層との間隔は300nm以下である、請求項3又は請求項4に記載の窒化物半導体レーザ。   5. The nitride semiconductor laser according to claim 3, wherein a distance between the insulator on the second region of the first semiconductor layer and the active layer is 300 nm or less. 前記第1半導体層はInU1Ga1−U1Nからなり、
前記第1半導体層のインジウムの組成U1は、0.02以上0.05以下である、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
The first semiconductor layer is made of In U1 Ga 1-U1 N,
6. The nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein an indium composition U <b> 1 of the first semiconductor layer is 0.02 or more and 0.05 or less.
前記第1半導体層のインジウムの組成U1は0.04以下である、請求項6に記載された窒化物半導体レーザ。   The nitride semiconductor laser according to claim 6, wherein a composition U1 of indium in the first semiconductor layer is 0.04 or less. 六方晶系III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を更に備え、
前記n側光ガイド領域、前記活性層、前記p側光ガイド領域及び、前記p型クラッド層は、前記基板の前記主面上に順に配列されており、
前記基板の前記主面は、前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸方向に延在する第2基準軸に直交する第2基準面から、前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸から前記六方晶系III族窒化物半導体のm軸方向に10度以上80度未満の範囲内の角度で傾斜している、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
Further comprising a substrate having a main surface made of a hexagonal group III nitride semiconductor,
The n-side light guide region, the active layer, the p-side light guide region, and the p-type cladding layer are sequentially arranged on the main surface of the substrate,
The principal surface of the substrate is c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor from a second reference plane orthogonal to a second reference axis extending in the c-axis direction of the hexagonal group III nitride semiconductor. The nitride according to any one of claims 1 to 6, wherein the nitride is tilted at an angle in the range of 10 degrees to less than 80 degrees in the m-axis direction of the hexagonal group III nitride semiconductor. Semiconductor laser.
前記活性層は、単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造を有する、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。   The nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 8, wherein the active layer has a single quantum well structure or a multiple quantum well structure. 前記活性層の発振波長は、480nm以上550nm以下の範囲にある、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。   10. The nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein an oscillation wavelength of the active layer is in a range of 480 nm or more and 550 nm or less. 前記活性層の発振波長は、510nm以上540nm以下の範囲にある、請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。   11. The nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein an oscillation wavelength of the active layer is in a range from 510 nm to 540 nm. 前記第1半導体層の前記第2領域はn型導電性を示し、
前記第1半導体層において、前記第1領域は前記第2領域とp−n接合を成す、請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
The second region of the first semiconductor layer exhibits n-type conductivity;
11. The nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein in the first semiconductor layer, the first region forms a pn junction with the second region.
前記n型ドーパントは活性化されておらず、前記第1半導体層において、前記第1領域は前記第2領域にp−i接合を成す、請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。   11. The n-type dopant is not activated, and in the first semiconductor layer, the first region forms a pi junction with the second region. 11. Nitride semiconductor laser. 前記第1半導体層の前記第2領域における前記n型ドーパントは、イオン注入により導入されている、請求項12又は請求項13に記載された窒化物半導体レーザ。   The nitride semiconductor laser according to claim 12 or 13, wherein the n-type dopant in the second region of the first semiconductor layer is introduced by ion implantation. 前記第1半導体層の前記第1領域及び前記第2領域は、p型ドーパントを含む、請求項1〜請求項14のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。   The nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the first region and the second region of the first semiconductor layer include a p-type dopant. 前記第1半導体層の前記第2領域は、第2濃度のp型ドーパントを含み、
前記第1半導体層の前記第2領域において、前記第1濃度は前記第2濃度より大きい、請求項1〜請求項15のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
The second region of the first semiconductor layer includes a second concentration of p-type dopant;
The nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the first concentration is higher than the second concentration in the second region of the first semiconductor layer.
前記半導体面は、前記III族窒化物半導体からなるc軸方向に延びる第1基準軸に直交する第1基準面に対して前記III族窒化物半導体のc軸から前記III族窒化物半導体のm軸方向に63度以上80度以下の範囲内の角度で傾斜している、請求項1〜請求項16のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。   The semiconductor surface extends from the c-axis of the group III nitride semiconductor to the first reference plane perpendicular to the first reference axis extending in the c-axis direction made of the group III nitride semiconductor. The nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the nitride semiconductor laser is inclined at an angle in a range of not less than 63 degrees and not more than 80 degrees in the axial direction. 前記リッジ構造の上面に接触をなす電極を更に備える、請求項1〜請求項17のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。   The nitride semiconductor laser according to claim 1, further comprising an electrode in contact with an upper surface of the ridge structure. 前記p型クラッド層は、InX1AlY1Ga1−X1−Y1N(0≦X1<0.05、0≦Y1<0.20)であり、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1Nは前記p側光ガイド領域のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有する、請求項1〜請求項16のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
The p-type cladding layer is In X1 Al Y1 Ga 1-X1 -Y1 N (0 ≦ X1 <0.05,0 ≦ Y1 <0.20),
The In X1 Al Y1 Ga 1-X1 -Y1 N has a larger band gap than the band gap profile of the p-side optical guiding region, the nitride according to any one of claims 1 to 16 semiconductor laser.
前記p側光ガイド領域はアンドープのInU2Ga1−U2N層を備え、
前記InU2Ga1−U2N層は前記活性層と前記第1半導体層との間に設けられる、請求項1〜請求項19のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
The p-side light guide region includes an undoped In U2Ga1 -U2N layer,
The nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 19, wherein the In U2Ga1 -U2N layer is provided between the active layer and the first semiconductor layer.
前記リッジ構造は、前記p側光ガイド領域の前記第1半導体層の前記第1領域と前記p型クラッド層との間に設けられたp型GaN層を更に含み、
前記p型クラッド層は前記p型GaN層に接触を成し、
前記第1半導体層は前記p型GaN層に接触を成し、
前記活性層は前記p側光ガイド領域に接触を成し、
前記p側光ガイド領域は前記p型GaN層を含む、請求項1〜請求項20のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
The ridge structure further includes a p-type GaN layer provided between the first region of the first semiconductor layer of the p-side light guide region and the p-type cladding layer,
The p-type cladding layer is in contact with the p-type GaN layer;
The first semiconductor layer is in contact with the p-type GaN layer;
The active layer is in contact with the p-side light guide region;
The nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 20, wherein the p-side light guide region includes the p-type GaN layer.
窒化物半導体レーザを作製する方法であって、
n側光ガイド領域、活性層、及びp側光ガイド領域、及びpドープ半導体領域を含むエピタキシャル構造を含むエピタキシャル基板を準備する工程と、
前記エピタキシャル基板の前記pドープ半導体領域上に、リッジ構造ためのマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記pドープ半導体領域及び前記p側光ガイド領域のエッチングを行って、エッチングされたp側光ガイド領域及びリッジ構造を形成する工程と、
前記リッジ構造を形成した後に、前記エッチングされたp側光ガイド領域にn型ドーパントのイオン注入を行う工程と、
を備え、
前記n側光ガイド領域、前記活性層、前記p側光ガイド領域及び前記リッジ構造は、III族窒化物半導体からなる半導体面上において第1軸の方向に順に配置されて積層構造を成し、
前記p側光ガイド領域は第1半導体層を含み、前記第1半導体層は第1領域及び第2領域を有し、前記第1領域及び前記第2領域は、前記第1軸に交差する基準面に沿って配列されており、
前記リッジ構造は、前記第1半導体層の前記第1領域上に設けられ、
前記第1半導体層の前記第2領域は、前記イオン注入により第1濃度で導入されたn型ドーパントを含み、
前記第1半導体層の前記第2領域は、前記第1半導体層の前記第1領域に対して電位障壁を提供する、窒化物半導体レーザを作製する方法。
A method for fabricating a nitride semiconductor laser comprising:
preparing an epitaxial substrate including an epitaxial structure including an n-side light guide region, an active layer, and a p-side light guide region, and a p-doped semiconductor region;
Forming a mask for a ridge structure on the p-doped semiconductor region of the epitaxial substrate;
Etching the p-doped semiconductor region and the p-side light guide region using the mask to form an etched p-side light guide region and a ridge structure;
Performing ion implantation of an n-type dopant into the etched p-side light guide region after forming the ridge structure;
With
The n-side light guide region, the active layer, the p-side light guide region, and the ridge structure are sequentially arranged in the direction of the first axis on the semiconductor surface made of a group III nitride semiconductor to form a stacked structure,
The p-side light guide region includes a first semiconductor layer, and the first semiconductor layer has a first region and a second region, and the first region and the second region intersect with the first axis. Arranged along the plane,
The ridge structure is provided on the first region of the first semiconductor layer;
The second region of the first semiconductor layer includes an n-type dopant introduced at a first concentration by the ion implantation;
A method of fabricating a nitride semiconductor laser, wherein the second region of the first semiconductor layer provides a potential barrier to the first region of the first semiconductor layer.
前記p側光ガイド領域は、前記活性層に接して第1界面を形成しており、
前記第1界面は、前記III族窒化物半導体からなるc軸方向に延びる第1軸に直交する第1基準面に対して傾斜しており、
前記半導体面は半極性を示す、請求項22に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
The p-side light guide region forms a first interface in contact with the active layer,
The first interface is inclined with respect to a first reference plane orthogonal to a first axis extending in the c-axis direction made of the group III nitride semiconductor,
23. The method of fabricating a nitride semiconductor laser according to claim 22, wherein the semiconductor surface exhibits semipolarity.
前記第1半導体層の前記第2領域の表面上、及び前記リッジ構造上に絶縁膜を成長する工程を更に備え、
前記イオン注入は前記絶縁膜を通して行われる、請求項22又は請求項23に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
A step of growing an insulating film on the surface of the second region of the first semiconductor layer and on the ridge structure;
The method for producing a nitride semiconductor laser according to claim 22 or 23, wherein the ion implantation is performed through the insulating film.
前記第1半導体層の前記第1領域及び前記第2領域は、p型ドーパントを含む、請求項22〜請求項24のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。   The method for producing a nitride semiconductor laser according to any one of claims 22 to 24, wherein the first region and the second region of the first semiconductor layer include a p-type dopant. 前記活性層の発振波長は、480nm以上550nm以下の範囲にある、請求項22〜請求項25のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。   The method for producing a nitride semiconductor laser according to any one of claims 22 to 25, wherein an oscillation wavelength of the active layer is in a range of 480 nm to 550 nm. 前記活性層の発振波長は、510nm以上540nm以下の範囲にある、請求項22〜請求項26のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。   27. The method for producing a nitride semiconductor laser according to any one of claims 22 to 26, wherein an oscillation wavelength of the active layer is in a range from 510 nm to 540 nm. 前記イオン注入を行った後に、n型ドーパントの活性化のためのアニール処理を行う工程を更に備える、請求項22〜請求項27のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。   The method for producing a nitride semiconductor laser according to any one of claims 22 to 27, further comprising a step of performing an annealing process for activating the n-type dopant after performing the ion implantation. . 前記アニール処理を行った後に、前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を形成する工程と、
前記絶縁体を形成した後に、前記リッジ構造の上面に接触を成す電極を形成する工程と、
を更に備える、請求項28に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
Forming an insulator for embedding the ridge structure after the annealing treatment;
Forming an electrode in contact with the top surface of the ridge structure after forming the insulator;
The method for producing a nitride semiconductor laser according to claim 28, further comprising:
前記第1半導体層の前記第2領域はn型導電性を示し、
前記第1半導体層において、前記第1領域は前記第2領域とp−n接合を成す、請求項22〜請求項29のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
The second region of the first semiconductor layer exhibits n-type conductivity;
30. The method for producing a nitride semiconductor laser according to claim 22, wherein, in the first semiconductor layer, the first region forms a pn junction with the second region.
前記イオン注入した後に、前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を形成する工程と、
前記絶縁体を形成した後に、前記リッジ構造の上面に接触を成すオーミック電極を形成する工程と、
を更に備える、請求項22〜請求項30のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
Forming an insulator filling the ridge structure after the ion implantation;
Forming an ohmic electrode in contact with the top surface of the ridge structure after forming the insulator;
The method for producing a nitride semiconductor laser according to any one of claims 22 to 30, further comprising:
前記エピタキシャル基板を準備した後に前記マスクを形成する前に、前記エピタキシャル基板上に金属膜を形成する工程を更に備え、
前記マスクは前記金属膜上に形成され、
前記金属膜は、前記マスクを用いてエッチングされる、請求項22〜請求項27のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
Before preparing the mask after preparing the epitaxial substrate, further comprising forming a metal film on the epitaxial substrate,
The mask is formed on the metal film;
28. The method for producing a nitride semiconductor laser according to claim 22, wherein the metal film is etched using the mask.
前記n型ドーパントは活性化されておらず、前記第1半導体層において、前記第1領域は前記第2領域にp−i接合を成す、請求項22〜請求項27、及び請求項32のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。   The n-type dopant is not activated, and in the first semiconductor layer, the first region forms a pi junction with the second region, according to any one of claims 22 to 27, and 32. A method for producing the nitride semiconductor laser according to claim 1. 前記第1半導体層の前記第1領域及び前記第2領域は、p型ドーパントを含む、請求項22〜請求項33のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。   The method for producing a nitride semiconductor laser according to claim 22, wherein the first region and the second region of the first semiconductor layer contain a p-type dopant. 前記第1半導体層の前記第2領域は、第2濃度のp型ドーパントを含み、
前記第1半導体層の前記第2領域において、前記第1濃度は前記第2濃度より大きい、請求項22〜請求項34のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
The second region of the first semiconductor layer includes a second concentration of p-type dopant;
35. The method for producing a nitride semiconductor laser according to claim 22, wherein the first concentration is higher than the second concentration in the second region of the first semiconductor layer.
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