JP3278108B2 - Method for manufacturing nitride semiconductor laser element - Google Patents

Method for manufacturing nitride semiconductor laser element

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JP3278108B2
JP3278108B2 JP15381497A JP15381497A JP3278108B2 JP 3278108 B2 JP3278108 B2 JP 3278108B2 JP 15381497 A JP15381497 A JP 15381497A JP 15381497 A JP15381497 A JP 15381497A JP 3278108 B2 JP3278108 B2 JP 3278108B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体(In
Ga1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)より
なるレーザ素子に関し、特にファーフィールドパターン
が良好な、しきい値の低下されたレーザ素子に関する。
The present invention relates to a nitride semiconductor (In XA).
l Y Ga 1-X-Y N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, relates laser element consisting of X + Y ≦ 1), in particular the far field pattern is good, relates to a laser device which is reduced threshold.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明者等は、光導波効率を上げるため
に共振面間にリッジ構造を設け実効屈折率導波型のレー
ザ素子を提案している。窒化物半導体レーザ素子(以下
単に半導体レーザ素子とする場合がある。)は、活性層
の発光を半導体層内部で共振させるために共振面を有す
る。共振面は、エッチング(ドライエッチング、ウエッ
トエッチング等)や劈開等によって形成される。またリ
ッジ構造はエッチング等によって形成される。そして、
レーザ光は共振面から出射されるため、共振面が鏡のよ
うに平滑であるとレーザ光のファーフィールドパターン
が良好となる。
2. Description of the Related Art The present inventors have proposed a laser device of an effective refractive index guided type in which a ridge structure is provided between resonance surfaces in order to increase the optical waveguide efficiency. A nitride semiconductor laser device (hereinafter sometimes simply referred to as a semiconductor laser device) has a resonance surface for causing light emission of an active layer to resonate inside the semiconductor layer. The resonance surface is formed by etching (dry etching, wet etching, or the like), cleavage, or the like. The ridge structure is formed by etching or the like. And
Since the laser light is emitted from the resonance surface, if the resonance surface is smooth like a mirror, the far-field pattern of the laser light will be good.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化物
半導体にエッチングによりリッジ構造及び共振面を形成
すると、図2の窒化物半導体の部分的な構造を示す斜視
図で示すように共振面に2本の筋が生じて平滑な面にな
らない。また、劈開により共振面を形成しようとする
と、窒化物半導体がサファイア(Al)のような
劈開性をほとんど有しない基板上に形成されることが多
いため、基板を劈開して共振面とすることが難しい。基
板として用いられるサファイアはダイヤモンドと同じく
らいに硬い物質であるので、フルカットすると長時間を
要し、更に切断面にある窒化物半導体層に割れや欠け等
の欠陥が生じ易い傾向にある。
However, when a ridge structure and a resonance surface are formed on a nitride semiconductor by etching, two ridges are formed on the resonance surface as shown in the perspective view of FIG. 2 showing a partial structure of the nitride semiconductor. Streaks are formed and the surface is not smooth. In addition, when a resonance surface is formed by cleavage, a nitride semiconductor is often formed on a substrate such as sapphire (Al 2 O 3 ) having almost no cleavage, and thus the substrate is cleaved to form a resonance surface. Difficult to do. Since sapphire used as a substrate is a material as hard as diamond, it takes a long time to perform full cutting, and furthermore, there is a tendency that defects such as cracks and chips are easily generated in the nitride semiconductor layer on the cut surface.

【0004】この様に共振面に2本の筋が生じたり、半
導体が割れたりして共振面が十分平滑でないと、半導体
レーザから放出される光のファーフィールドパターンが
乱れ、良好な楕円形状等のレーザビームが得られない。
更にファーフィールドパターンが乱れると、レーザ光と
レンズとが結合し難くなり光源として使いにくい。また
エッチングにより共振面に2本の筋が生じると、光の帰
還率の低下により共振面での光損失が増加し、しきい値
が上昇する。レーザの連続発振を長時間に渡り可能とす
るためには、しきい値の低下が必要である。
[0004] If the resonance surface is not sufficiently smooth due to the formation of two streaks on the resonance surface or the breakage of the semiconductor, the far-field pattern of light emitted from the semiconductor laser is disturbed, resulting in a good elliptical shape or the like. Laser beam cannot be obtained.
Further, when the far-field pattern is disturbed, it becomes difficult to couple the laser beam and the lens, and it is difficult to use the laser beam as a light source. Further, when two streaks are formed on the resonance surface due to etching, light loss on the resonance surface increases due to a decrease in the feedback rate of light, and the threshold value increases. In order to enable continuous oscillation of the laser for a long time, it is necessary to lower the threshold value.

【0005】そこで、本発明の目的は、共振面が平滑
で、レーザ光のファーフィールドパターン形状の良好
な、更にしきい値の低下された窒化物半導体レーザ素子
の製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nitride semiconductor laser device having a smooth resonance surface, a good far-field pattern shape of laser light, and a reduced threshold. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の目的は以
下の構成によって達成することができる。 (1) n側コンタクト層を含むn型窒化物半導体層
と、活性層と、p側コンタクト層を含むp型窒化物半導
体層とを備え、光導波機構がリッジ構造である窒化物半
導体レーザ素子の製造方法において、エッチングして共
振面を形成した後、更にレジスト膜を形成し露光する際
に生じるレジスト膜の残存物を共振面の保護膜として活
用しエッチングによりリッジ構造を形成してなることを
特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
That is, the object of the present invention can be achieved by the following constitutions. (1) N-type nitride semiconductor layer including n-side contact layer
, P-type nitride semiconductor including active layer and p-side contact layer
And a body layer, in the manufacturing method of nitride semiconductor laser device optical waveguide mechanism is ridge structure, after forming the resonance surface by etching, when the resist film is formed exposure
The residue of the resist film generated at the time is used as a protective film on the resonance surface.
A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device, wherein a ridge structure is formed by etching.

【0007】更に本発明の目的は、以下好ましい態様に
より達成することができる。 (2) リッジ構造がp側の超格子層を含んだ上の層を
リッジとして形成されていることを特徴とする前記
(1)に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法
Further, the object of the present invention can be achieved by the following preferred embodiments. (2) The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to (1), wherein the ridge structure is formed as a ridge using an upper layer including the p-side superlattice layer.

【0008】つまり、本発明は、上記の如く共振面を形
成した後にリッジ構造を形成することによって、共振面
が平滑になり、これによりファーフィールドパターンが
正常になる。更に本発明は共振面が平滑となったので、
光の帰還率が向上し、しきい値の上昇が抑えられしきい
値を低下させることができる。
That is, according to the present invention, by forming the ridge structure after forming the resonance surface as described above, the resonance surface becomes smooth, and the far-field pattern becomes normal. Furthermore, in the present invention, since the resonance surface is smooth,
The feedback rate of light is improved, the rise of the threshold is suppressed, and the threshold can be lowered.

【0009】本発明者等は、ファーフィールドパターン
を乱す共振面の荒れについて種々検討した結果、リッジ
構造を形成後に共振面を形成すると、図2のように共振
面に2本の筋が生じることを見いだした。通常、フォト
リソグラフィの性質上、窒化物半導体をエッチングする
場合、エッチング深さの小さい部分から行う。これは、
エッチング深さが大きい部分を形成した後エッチング深
さが小さい部分を形成しようとすると、レジスト膜の厚
みに差が生じ、露光して現像しても段差が大きい部分に
レジスト膜が残り、所望する形状にフォトリソすること
が困難となる。従って当業者の多くは、エッチングの深
さが小さい部分からフォトリソを行う。
As a result of various studies on the roughness of the resonance surface that disturbs the far field pattern, the present inventors have found that if the resonance surface is formed after the formation of the ridge structure, two streaks are formed on the resonance surface as shown in FIG. Was found. Usually, due to the nature of photolithography, when etching a nitride semiconductor, the etching is performed from a portion having a small etching depth. this is,
When a portion having a small etching depth is formed and then an attempt is made to form a portion having a small etching depth, a difference occurs in the thickness of the resist film. It becomes difficult to photolithographically shape. Therefore, many persons skilled in the art perform photolithography from a portion having a small etching depth.

【0010】しかしながら、本発明者等は、フォトリソ
グラフィを行う際の上記のような常識に反し、エッチン
グ深さの大きい共振面を形成した後にエッチング深さの
小さいリッジ構造の形成を行うことによって平滑な共振
面を可能にした。そして、図1の窒化物半導体の部分的
な構造を示す斜視図のA部分のように、従来法ではエッ
チングされるべき箇所にわずかな段差が生じているが、
この段差によるレーザ素子への何らの悪影響もない。更
に、このように段差の生じる要因のレジスト膜の残存物
は、悪影響がないばかりか、リッジ構造をエッチングす
る際の共振面及びそれ以外の側面の不要な浸食を防止
し、共振面の不要な浸食による共振面の面角度の不具合
を防止することができる。即ち、本発明は、単に従来の
エッチングの順序を変更しただけではなく、エッチング
の順序を変更したことによって生じる不要の副産物とさ
れているレジスト膜の残存物を共振面の保護膜として活
用しリッジ構造を形成するものである。これによって、
共振面の面角度が基板に対しほぼ90°、且つ共振面が
平滑で鏡面状を保つことができ、ファーフィールドパタ
ーンが非常に良好となると共にしきい値の低下を可能に
し、劈開性のほとんどない基板上に形成され且つリッジ
構造を有する窒化物半導体レーザ素子に特有の上記問題
点を解決するに至った。
[0010] However, contrary to the above common sense when performing photolithography, the present inventors have formed a ridge structure with a small etching depth after forming a resonance surface with a large etching depth. Possible resonance surface. Then, as in part A of a perspective view showing a partial structure of the nitride semiconductor in FIG.
There is no adverse effect on the laser element due to this step. Further, the residue of the resist film which causes the step as described above has not only an adverse effect, but also prevents unnecessary erosion of the resonance surface and the other side surface when etching the ridge structure, and makes unnecessary the resonance surface. The problem of the surface angle of the resonance surface due to erosion can be prevented. That is, the present invention not only changes the conventional etching sequence, but also utilizes the remaining resist film, which is an unnecessary by-product generated by changing the etching sequence, as a protective film on the resonance surface. It forms the structure. by this,
The plane angle of the resonance plane is almost 90 ° with respect to the substrate, and the resonance plane is smooth and can maintain a mirror-like state. The far-field pattern becomes very good and the threshold value can be lowered. The present invention has solved the above-mentioned problems peculiar to a nitride semiconductor laser device formed on a substrate having no ridge and having a ridge structure.

【0011】更に本発明は、上記の如く半導体レーザか
ら出射される光のファーフィールドパターンが良好とな
ったので、楕円形状のレーザビームを得ることが可能と
なる。更にファーフィールドパターンが良好であるとレ
ーザ光とレンズとが結合し易くなり光源として使い易く
なる。
Further, according to the present invention, since the far-field pattern of the light emitted from the semiconductor laser is improved as described above, an elliptical laser beam can be obtained. Further, if the far-field pattern is good, the laser beam and the lens are easily coupled to each other, so that it is easy to use as a light source.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体レーザ素子
の製造方法は、少なくとも共振面を形成後にリッジ構造
が形成されているものである。そしてこのように形成さ
れた本発明の窒化物半導体レーザ素子は、平滑な共振面
を有することができる。本発明にかかる共振面は、共振
面の面上の凹凸が2μm以下、好ましくは1μm以下、
より好ましくは0.5μm以下である。つまり図3の図
2の斜視図を上から見た模式的平面図のdの値が凹凸の
値を示す。このような本発明における共振面は、例えば
図1で示すように、従来問題となっていたリッジ構造を
有する場合にリッジ構造のストライプ幅の両脇に生じて
いた2本の筋が発生していない。このことは図2で示し
た従来の共振面と比較すれば一目瞭然である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A nitride semiconductor laser device of the present invention
Is a method in which a ridge structure is formed at least after forming a resonance surface. The nitride semiconductor laser device of the present invention thus formed can have a smooth resonance surface. In the resonance surface according to the present invention, unevenness on the surface of the resonance surface is 2 μm or less, preferably 1 μm or less,
More preferably, it is 0.5 μm or less. That is, the value of d in the schematic plan view of the perspective view of FIG. 2 in FIG. As shown in FIG. 1, for example, the resonance surface in the present invention has two streaks that occur on both sides of the stripe width of the ridge structure when the ridge structure has been a problem in the related art. Absent. This is obvious when compared with the conventional resonance surface shown in FIG.

【0013】また、本発明の製造方法によって形成され
窒化物半導体レーザ素子は、図1に示されるように、
n型の窒化物半導体層の端部(図1のA部分)にわずか
な段差が生じる。この段差は、エッチング深さが大きい
共振面を形成後に、エッチング深さの小さいリッジ構造
を形成するために生じる。つまり、レジストを塗布し窒
化物半導体層に薄膜を形成し露光する際、エッチングに
よる段差が大きいとレジスト薄膜の厚みにむらが生じ均
一に露光できないため図1のような段差が生じる。しか
しながら、このように段差が生じても、レーザから出射
される光のファーフィールドパターン、しきい値等には
ほとんど悪影響を与えない。従って、この段差は、本発
明のレーザ素子に特有の構造であり、且つ本発明の製造
方法によって生じる特定の構造といえる。
[0013] In addition, it is formed by the manufacturing method of the present invention.
The nitride semiconductor laser device, as shown in FIG.
A slight step is generated at the end (portion A in FIG. 1) of the n-type nitride semiconductor layer. This step occurs because a ridge structure with a small etching depth is formed after forming a resonance surface with a large etching depth. In other words, when a resist is applied and a thin film is formed on the nitride semiconductor layer and exposed, if the step due to etching is large, the thickness of the resist thin film becomes uneven and exposure cannot be performed uniformly, so that a step as shown in FIG. 1 occurs. However, even if such a step occurs, it hardly affects the far field pattern, threshold value, and the like of the light emitted from the laser. Therefore, this step is a structure peculiar to the laser element of the present invention and a specific structure generated by the manufacturing method of the present invention.

【0014】共振面は、窒化物半導体をエッチングして
活性層のエッチング端面に形成される。共振面は、活性
層の端面に形成するレーザ光を共振させるための面を指
す。
The resonance surface is formed on the etching end face of the active layer by etching the nitride semiconductor. The resonance surface refers to a surface for resonating the laser light formed on the end surface of the active layer.

【0015】リッジ構造は、活性層の上部のp側層(p
型不純物を含有するp側の窒化物半導体層)を一定のス
トライプ幅を有してエッチングしてリッジ構造とされ
る。以下、本発明においてリッジ構造を有する部分をリ
ッジ部と言う場合がある。本発明において、ストライプ
状のリッジ構造の形状は特に限定されるものではない
が、例えば本発明者等が先に提案した特願平8−676
32号明細書等に記載のリッジ構造の形状を挙げること
ができる。またリッジ構造は活性層上のp側窒化物半導
体層に形成されていることが好ましい。
The ridge structure has a p-side layer (p
The p-side nitride semiconductor layer containing the p-type impurity is etched with a certain stripe width to form a ridge structure. Hereinafter, a portion having a ridge structure in the present invention may be referred to as a ridge portion. In the present invention, the shape of the stripe-shaped ridge structure is not particularly limited, but for example, Japanese Patent Application No. 8-676 previously proposed by the present inventors.
For example, the shape of the ridge structure described in JP-A No. 32 can be mentioned. The ridge structure is preferably formed in the p-side nitride semiconductor layer on the active layer.

【0016】リッジ構造の形状の好ましい一実施態様と
して、例えば、図4に示す様にp側コンタクト層20、
p側クラッド層19をエッチングしてリッジ形状を図の
様に形成する。このようにp側の超格子層を含んだ上の
層をリッジ構造とすることが好ましい。超格子層を含ん
でリッジを形成するとしきい値を低下させることができ
好ましい。超格子層とは、組成の異なる極めて薄い層が
積層されたものであって、各層の厚さが十分薄いため
に、格子不整に伴う欠陥が発生することなく積層された
層のことをいい、量子井戸構造を含む広い概念である。
また、この超格子層は、内部に欠陥は有しないが、通
常、格子不整に伴う歪みを有するので歪み超格子とも呼
ばれる。
As a preferred embodiment of the shape of the ridge structure, for example, as shown in FIG.
The p-side cladding layer 19 is etched to form a ridge shape as shown. Thus, it is preferable that the upper layer including the p-side superlattice layer has a ridge structure. It is preferable to form a ridge including a superlattice layer because the threshold value can be reduced. The superlattice layer is a layer in which extremely thin layers having different compositions are laminated, and since the thickness of each layer is sufficiently thin, a layer laminated without generating defects due to lattice irregularity is referred to. This is a broad concept including the quantum well structure.
The superlattice layer does not have any defects inside, but usually has a strain accompanying lattice irregularity, and thus is also referred to as a strained superlattice.

【0017】本発明において、共振面及びリッジ構造
は、エッチングにより形成される。窒化物半導体をエッ
チングする方法には、ウエットエッチング、ドライエッ
チング等の方法があり、共振面となるような平滑な面を
形成するには、好ましくはドライエッチングを用いる。
ドライエッチングには、例えば反応性イオンエッチング
(RIE)、反応性イオンビームエッチング(RIB
E)、電子サイクロトロンエッチング(ECR)、イオ
ンビームエッチング等の装置があり、いずれもエッチン
グガスを適宜選択することにより、窒化物半導体をエッ
チングして共振面を形成することができる。例えば、本
出願人が先に出願した特開平8−17803号公報記載
の窒化物半導体の具体的なエッチング手段を用いること
ができる。本発明は、上記のようなエッチング方法を用
い共振面を形成した後、リッジ構造を形成するものであ
る。
In the present invention, the resonance surface and the ridge structure are formed by etching. Methods for etching a nitride semiconductor include wet etching and dry etching, and dry etching is preferably used to form a smooth surface serving as a resonance surface.
The dry etching includes, for example, reactive ion etching (RIE) and reactive ion beam etching (RIB).
E), an electron cyclotron etching (ECR), an ion beam etching, and the like are available. In any case, by appropriately selecting an etching gas, a nitride semiconductor can be etched to form a resonance surface. For example, a specific nitride semiconductor etching means described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-17803 previously filed by the present applicant can be used. According to the present invention, a ridge structure is formed after forming a resonance surface using the above-described etching method.

【0018】本発明において、窒化物半導体の構成は特
に限定されず、いずれの層構成及び形状を有していても
よい。以下に本発明に用いることのできる好ましい窒化
物半導体素子の構成要素を記載する。
In the present invention, the structure of the nitride semiconductor is not particularly limited, and may have any layer structure and shape. Hereinafter, components of a preferred nitride semiconductor device that can be used in the present invention will be described.

【0019】図4は、本発明に係る一実施形態の窒化物
半導体素子の構造を示す模式的な断面図(レーザ光の共
振方向に垂直な断面)であり、該窒化物半導体素子は、
例えば、C面を主面とするサファイア等の基板10上
に、n型窒化物半導体層領域(n側コンタクト層12、
クラッド防止層13、n側クラッド層14及びn側光ガ
イド層15からなる。)とp型窒化物半導体領域(キャ
ップ層17、p側光ガイド層18、p側クラッド層19
及びp側コンタクト層20からなる。)とによって挟設
された窒化物半導体からなる活性層16を備えた窒化物
半導体レーザダイオード素子である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a structure of a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention (a cross section perpendicular to the resonance direction of laser light).
For example, an n-type nitride semiconductor layer region (an n-side contact layer 12,
It comprises a cladding prevention layer 13, an n-side cladding layer 14, and an n-side light guide layer 15. ) And a p-type nitride semiconductor region (cap layer 17, p-side light guide layer 18, p-side cladding layer 19)
And the p-side contact layer 20. ) Is a nitride semiconductor laser diode device provided with an active layer 16 made of a nitride semiconductor sandwiched between them.

【0020】ここで、本実施形態の窒化物半導体素子
は、n型窒化物半導体層領域におけるn側クラッド層1
4を超格子層で形成し、かつp型窒化物半導体領域にお
けるp側クラッド層19を超格子層で形成することによ
り、LD素子である窒化物半導体素子のしきい値電圧を
低く設定している。
Here, the nitride semiconductor device of the present embodiment has an n-side cladding layer 1 in an n-type nitride semiconductor layer region.
4 is formed of a superlattice layer, and the p-side cladding layer 19 in the p-type nitride semiconductor region is formed of a superlattice layer, so that the threshold voltage of the nitride semiconductor element as an LD element is set low. I have.

【0021】この実施形態の窒化物半導体素子において
は、まず、基板10上にバッファ層11と第2のバッフ
ァ層112を介してn側コンタクト層12が形成され、
さらにn側コンタクト層12上に、クラック防止層1
3、n側クラッド層14及びn側光ガイド層15が積層
されて、n型窒化物半導体層領域が形成される。なお、
クラック防止層13の両側に露出されたn側コンタクト
層12の表面にはそれぞれ、n側コンタクト層12とオ
ーミック接触するn側電極23が形成され、該n側電極
23上には、例えば、ワイヤーボンディング用のn側パ
ッド電極が形成される。そして、n側光ガイド層15上
に窒化物半導体からなる活性層16が形成され、さらに
該活性層16上に、キャップ層17、p側光ガイド層1
8、p側クラッド層19及びp側コンタクト層20が積
層されてp側窒化物半導体層領域が形成される。さら
に、p側コンタクト層20上に該p側コンタクト層20
とオーミック接触するp側電極21が形成され、該p側
電極21上には、例えば、ワイヤーボンディング用のp
側パッド電極が形成される。なお、p側コンタクト層2
0とp側クラッド層19の上部とによって、共振方向に
長く伸びた峰状のリッジ部が構成された該リッジ部を形
成することによって、活性層16において、光を幅方向
(共振方向に直交する方向)に閉じ込め、リッジ部(ス
トライプ状の電極)に垂直な方向で劈開された劈開面を
用いて、リッジ部の長手方向に共振する共振器を作製し
てレーザ発振させる。
In the nitride semiconductor device of this embodiment, first, an n-side contact layer 12 is formed on a substrate 10 with a buffer layer 11 and a second buffer layer 112 interposed therebetween.
Further, a crack prevention layer 1 is formed on the n-side contact layer 12.
3. The n-side cladding layer 14 and the n-side light guide layer 15 are stacked to form an n-type nitride semiconductor layer region. In addition,
On the surface of the n-side contact layer 12 exposed on both sides of the crack prevention layer 13, an n-side electrode 23 that makes ohmic contact with the n-side contact layer 12 is formed. On the n-side electrode 23, for example, a wire An n-side pad electrode for bonding is formed. Then, an active layer 16 made of a nitride semiconductor is formed on the n-side light guide layer 15, and a cap layer 17 and a p-side light guide layer 1 are further formed on the active layer 16.
8, p-side cladding layer 19 and p-side contact layer 20 are laminated to form a p-side nitride semiconductor layer region. Further, the p-side contact layer 20 is formed on the p-side contact layer 20.
A p-side electrode 21 that is in ohmic contact with the p-side electrode 21 is formed.
A side pad electrode is formed. The p-side contact layer 2
By forming a ridge having a peak-like ridge extending long in the resonance direction by the 0 and the upper part of the p-side cladding layer 19, light is transmitted in the active layer 16 in the width direction (perpendicular to the resonance direction). Using a cleavage plane cleaved in a direction perpendicular to the ridge portion (striped electrode), a resonator that resonates in the longitudinal direction of the ridge portion is produced, and laser oscillation is performed.

【0022】(基板10) 基板10にはC面を主面とするサファイアの他、R面、
A面を主面とするサファイア、その他、スピネル(Mg
A1)のような絶縁性の基板の他、SiC(6
H、4H、3Cを含む)、ZnS、ZnO、GaAs、
GaN等の半導体基板を用いることができる。
(Substrate 10) In addition to sapphire having a C surface as a main surface, an R surface,
Sapphire whose main surface is A, other spinel (Mg
A1 2 O 4 ) as well as an insulating substrate such as SiC (6
H, 4H, 3C), ZnS, ZnO, GaAs,
A semiconductor substrate such as GaN can be used.

【0023】(バッファ層11) バッファ層11は、例えばAlN、GaN、AlGa
N、InGaN等が900℃以下の温度で成長させて、
膜厚数十オングストローム〜数百オングストロームに形
成される。このバッファ層11は、基板と窒化物半導体
との格子定数不正を緩和するために形成されるが、窒化
物半導体の成長方法、基板の種類等によってはバッファ
層11を省略することも可能である。
(Buffer Layer 11) The buffer layer 11 is made of, for example, AlN, GaN, AlGa.
N, InGaN, etc. are grown at a temperature of 900 ° C. or less,
The film is formed to have a film thickness of several tens angstroms to several hundred angstroms. The buffer layer 11 is formed in order to reduce the lattice constant mismatch between the substrate and the nitride semiconductor. However, the buffer layer 11 may be omitted depending on the nitride semiconductor growth method, the type of the substrate, and the like. .

【0024】(第2のバッファ層112) 第2のバッファ層112は、前記バッファ層11の上
に、前記バッファ層よりも高温で成長させた単結晶の窒
化物半導体よりなる層であり、バッファ層11よりも厚
膜を有する。この第2のバッファ層112は次に成長さ
せるn側コンタクト層12よりもn型不純物濃度が少な
い層とするか、若しくはn型不純物をドープしない窒化
物半導体層、好ましくはGaN層とすると、第2のバッ
ファ層112の結晶性が良くなる。最も好ましくはn型
不純物をアンドープのGaNとすると最も結晶性が良い
窒化物半導体が得られる。従来のように負電極を形成す
るn側コンタクト層を数μm以上の膜厚で、高キャリア
濃度の単一の窒化物半導体層で構成しようとすると、n
型不純物濃度の大きい層を成長させる必要がある。不純
物濃度の大きい厚膜の層は結晶性が悪くなる傾向にあ
る。このため結晶性の悪い層の上に、活性層等の他の窒
化物半導体を成長させても、結晶欠陥を他の層が引き継
ぐことになって結晶性の向上が望めない。そこで、n側
コンタクト層12層を成長させる前に、不純物濃度が小
さい、結晶性の良い第2のバッファ層112を成長させ
ることにより、キャリア濃度が大きく結晶性の良いn側
コンタクト層12を成長させることができる。この第2
のバッファ層112の膜厚は、0.1μm以上、さらに
好ましくは0.5μm以上、最も好ましくは1μm以
上、20μm以下に調整することが望ましい。第2のバ
ッファ層112が0.1μmよりも薄いと、不純物濃度
の大きいn型コンタクト層12を厚く成長させなければ
ならず、n側コンタクト層12の結晶性の向上があまり
望めない傾向にある。また20μmよりも厚いと、第2
のバッファ層112自体に結晶欠陥が多くなりやすい傾
向にある。また第2のバッファ層112を厚く成長させ
る利点として、放熱性の向上が挙げられる。つまりレー
ザ素子を作製した場合に、第2のバッファ層112で熱
が広がりやすくレーザ素子の寿命が向上する。さらにレ
ーザ光の漏れ光が第2のバッファ層112内で広がっ
て、楕円形に近いレーザ光が得やすくなる。なお、第2
のバッファ層112は、基板にGaN、SiC、ZnO
等の導電性基板を使用した場合には省略してもよい。
(Second Buffer Layer 112) The second buffer layer 112 is a layer made of a single crystal nitride semiconductor grown on the buffer layer 11 at a higher temperature than the buffer layer. It has a thicker film than the layer 11. If the second buffer layer 112 is a layer having a lower n-type impurity concentration than the n-side contact layer 12 to be grown next, or a nitride semiconductor layer not doped with an n-type impurity, preferably a GaN layer, The crystallinity of the second buffer layer 112 is improved. Most preferably, when the n-type impurity is undoped GaN, a nitride semiconductor having the best crystallinity can be obtained. If the n-side contact layer for forming the negative electrode is formed of a single nitride semiconductor layer having a thickness of several μm or more and a high carrier concentration as in the related art, n
It is necessary to grow a layer having a high type impurity concentration. A thick film layer having a high impurity concentration tends to have poor crystallinity. For this reason, even if another nitride semiconductor such as an active layer is grown on a layer having poor crystallinity, the crystal defect is inherited by another layer, so that improvement in crystallinity cannot be expected. Therefore, before growing the n-side contact layer 12 layer, the second buffer layer 112 having a low impurity concentration and good crystallinity is grown to grow the n-side contact layer 12 having a large carrier concentration and good crystallinity. Can be done. This second
The thickness of the buffer layer 112 is preferably adjusted to 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and most preferably 1 μm or more and 20 μm or less. If the second buffer layer 112 is thinner than 0.1 μm, the n-type contact layer 12 having a high impurity concentration must be grown thick, and the crystallinity of the n-side contact layer 12 tends to be hardly expected to be improved. . When the thickness is larger than 20 μm, the second
The buffer layer 112 itself tends to have many crystal defects. An advantage of increasing the thickness of the second buffer layer 112 is improvement in heat dissipation. That is, when a laser element is manufactured, heat easily spreads in the second buffer layer 112, and the life of the laser element is improved. Further, the leakage light of the laser light spreads in the second buffer layer 112, so that a laser light having a nearly elliptical shape is easily obtained. The second
Buffer layer 112 is made of GaN, SiC, ZnO
When a conductive substrate such as that described above is used, it may be omitted.

【0025】(n側コンタクト層12) n側コンタクト層12は負電極を形成するコンタクト層
として作用する層であり、0.2μm以上、4μm以下
に調整することが望ましい。0.2μmよりも薄いと、
後で負電極を形成する際にこの層を露出させるようにエ
ッチングレートを制御するのが難しく、一方、4μm以
上にすると不純物の影響で結晶性が悪くなる傾向にあ
る。このn側コンタクト層12の窒化物半導体にドープ
するn型不純物の範囲は1×1017/cm〜1×1
21/cmの範囲、さらに好ましくは、1×10
18/cm〜1×1019/cmに調整することが
望ましい。1×1017/cmよりも小さいとn電極
の材料と好ましいオーミックが得られにくくなるので、
レーザ素子ではしきい値電流、電圧の低下が望めず、1
×1021/cmよりも大きいと、素子自体のリーク
電流が多くなったり、また結晶性も悪くなるため、素子
の寿命が短くなる傾向にある。なおn側コンタクト層1
2においては、n電極23とのオーミック接触抵抗を小
さくするために、該n側コンタクト層12のキャリア濃
度を上げる不純物の濃度を、n側クラッド層14よりも
大きくすることが望ましい。なお、n側コンタクト層1
2は基板にGaN、SiC、ZnO等の導電性基板を使
用し基板裏面側に負電極を設ける場合にはコンタクト層
としてではなくバッファ層として作用する。
(N-side contact layer 12) The n-side contact layer 12 is a layer that functions as a contact layer for forming a negative electrode, and is preferably adjusted to 0.2 μm or more and 4 μm or less. If it is thinner than 0.2 μm,
When forming a negative electrode later, it is difficult to control the etching rate so as to expose this layer. On the other hand, if the thickness is 4 μm or more, the crystallinity tends to be deteriorated due to the influence of impurities. The range of the n-type impurity doped into the nitride semiconductor of the n-side contact layer 12 is 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 1
0 21 / cm 3 , more preferably 1 × 10
It is desirable to adjust to 18 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . If it is smaller than 1 × 10 17 / cm 3, it becomes difficult to obtain a preferable ohmic material for the n-electrode.
The threshold current and voltage of the laser element cannot be expected to decrease.
If it is larger than × 10 21 / cm 3 , the leak current of the device itself increases, and the crystallinity also deteriorates, so that the life of the device tends to be shortened. The n-side contact layer 1
In (2), in order to reduce the ohmic contact resistance with the n-electrode 23, it is desirable that the impurity concentration for increasing the carrier concentration of the n-side contact layer 12 be higher than that of the n-side cladding layer 14. The n-side contact layer 1
Reference numeral 2 functions not as a contact layer but as a buffer layer when a conductive substrate such as GaN, SiC, or ZnO is used as the substrate and a negative electrode is provided on the back surface of the substrate.

【0026】また、第2のバッファ層112、及びn側
コンタクト層12の内の少なくとも一方の層を、超格子
層とすることもできる。超格子層とすると、この層の結
晶性が飛躍的に良くなり、しきい値電流が低下する。好
ましくは第2のバッファ層112よりも膜厚が薄いn側
コンタクト層12の方を超格子層とする。n側コンタク
ト層12を互いにバンドギャップエネルギーが異なる第
1の層と第2の層とが積層されてなる超格子構造とした
場合においては、好ましくはバンドギャップエネルギー
の小さな層を露出させてn電極23を形成することによ
り、n電極23との接触抵抗が低くできしきい値を低下
させることができる。なおn型窒化物半導体と好ましい
オーミックが得られるn電極23の材料としてはAl、
Ti、W、Si、Zn、Sn、In等の金属若しくは合
金が挙げられる。
In addition, at least one of the second buffer layer 112 and the n-side contact layer 12 may be a super lattice layer. When a superlattice layer is formed, the crystallinity of this layer is significantly improved, and the threshold current is reduced. Preferably, the n-side contact layer 12 having a smaller thickness than the second buffer layer 112 is used as a superlattice layer. When the n-side contact layer 12 has a superlattice structure in which a first layer and a second layer having different band gap energies are laminated, preferably, the n-electrode is formed by exposing a layer having a small band gap energy. By forming the layer 23, the contact resistance with the n-electrode 23 can be reduced and the threshold value can be reduced. In addition, as a material of the n-type electrode 23 which can obtain a preferable ohmic with an n-type nitride semiconductor, Al,
Examples include metals or alloys such as Ti, W, Si, Zn, Sn, and In.

【0027】また、n側コンタクト層12を不純物濃度
が異なる超格子層とすることにより、横方向の抵抗値を
低くでき、LD素子のしきい値電圧、電流を低くするこ
とができる。これは、バンドギャップエネルギーの大き
な層の方に、多くn型不純物をドープした超格子層をn
層側のコンタクト層として形成した場合について、以下
のようなHEMT(High−Electoron−M
obility−Transistor)に類似した作
用が出現した効果が推察される。n型不純物がドープさ
れたバンドギャップの大きい第1の層(第2の層)と、
バンドギャップが小さいアンドープ{(undop
e);以下、不純物がドープされてない状態をアンドー
プという}の第2の層(第1の層)とを積層した超格子
層では、n型不純物を添加した層と、アンドープの層と
のヘテロ接合界面で、バンドギャップエネルギーの大き
な層側が空乏化し、バンドギャップエネルギーの小さな
層側の厚さ(100オングストローム)前後の界面に電
子(二次元電子ガス)が蓄積する。この二次元電子ガス
がバンドギャップエネルギーの小さな層側にできるの
で、電子が走行するときに不純物による散乱を受けない
ため、超格子層の電子の移動度が高くなり、抵抗率が低
下すると推察される。
Further, by making the n-side contact layer 12 a superlattice layer having a different impurity concentration, the lateral resistance can be reduced, and the threshold voltage and current of the LD element can be reduced. This is because the superlattice layer doped with a large amount of n-type
In the case of forming a contact layer on the layer side, the following HEMT (High-Electron-M) is used.
Obviously, the effect appears to be similar to that of the “Obility-Transistor”. a first layer (second layer) having a large band gap doped with an n-type impurity,
Undoped with small band gap
e); hereinafter, a state in which an impurity is not doped is referred to as undoped. In a superlattice layer in which a second layer (first layer) indicated by} is laminated, an n-type impurity-added layer and an undoped layer At the heterojunction interface, the layer side having the larger band gap energy is depleted, and electrons (two-dimensional electron gas) are accumulated at the interface (about 100 Å) on the layer side having the smaller band gap energy. Since this two-dimensional electron gas is formed on the layer side having a small band gap energy, the electrons are not scattered by impurities when traveling, so that the mobility of the electrons in the superlattice layer increases, and the resistivity is assumed to decrease. You.

【0028】(クラック防止層13) クラック防止層13は、例えば、Siを5×1018
cmドープしたIn0.1Ga0.9Nからなり、例え
ば、500オングストロームの膜厚を有する。このクラ
ック防止層13はInを含むn型の窒化物半導体、好ま
しくはInGaNを成長させて形成することにより、そ
の上に形成されるAlを含む窒化物半導体層中にクラッ
クが入るのを防止することができる。なお、このクラッ
ク防止層13は100オングストローム以上、0.5μ
m以下の膜厚で成長させることが好ましい。100オン
グストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止と
して作用しにくく、0.5μmよりも厚いと、結晶自体
が黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層13
は、n型コンタクト層12を超格子とする場合、または
次に成長させるn型クラッド層14を超格子層とする場
合には省略してもよい。
(Crack Prevention Layer 13) The crack prevention layer 13 is made of, for example, 5 × 10 18 / Si.
It is made of cm 3 -doped In 0.1 Ga 0.9 N and has a thickness of, for example, 500 Å. The crack prevention layer 13 is formed by growing an n-type nitride semiconductor containing In, preferably InGaN, to thereby prevent cracks from entering the nitride semiconductor layer containing Al formed thereon. be able to. The crack preventing layer 13 has a thickness of at least 100 Å and a thickness of 0.5 μm.
It is preferable to grow with a film thickness of not more than m. When the thickness is less than 100 Å, it is difficult to function as a crack prevention as described above, and when the thickness is more than 0.5 μm, the crystal itself tends to turn black. The crack preventing layer 13
May be omitted when the n-type contact layer 12 is a superlattice or when the n-type clad layer 14 to be grown next is a superlattice layer.

【0029】 (n型超格子からなるn側クラッド層14) n側クラッド層は、例えばSiを5×1018/cm
ープしたn型Al0.2Ga0.8Nからなり、20オ
ングストロームの膜厚を有する第1の層、及びアンドー
プのGaNよりなり、20オングストロームの膜厚を有
する第2の層とが交互に積層された超格子層よりなり、
全体で例えば0.5μmの膜厚を有する。このn型クラ
ッド層14はキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層と
して作用し、超格子層とした場合にはいずれか一方の層
をAlを含む窒化物半導体、好ましくはAlGaNを成
長させることが望ましく、100オングストローム以
上、2μm以下、さらに好ましくは500オングストロ
ーム以上、1μm以下で成長させることにより良好なキ
ャリア閉じ込め層が成長できる。このn型クラッド層1
4は単一の窒化物半導体で成長させることもできるが、
超格子層とすることがクラックのない結晶性のよいキャ
リア閉じ込め層が形成できる。
(N-side cladding layer 14 made of n-type superlattice) The n-side cladding layer is made of, for example, n-type Al 0.2 Ga 0.8 N doped with 5 × 10 18 / cm 3 of Si, and has a thickness of 20 Å. A superlattice layer comprising a first layer having a thickness of 20 nm and undoped GaN, and a second layer having a thickness of 20 angstroms alternately laminated;
It has a thickness of, for example, 0.5 μm as a whole. The n-type cladding layer 14 functions as a carrier confinement layer and a light confinement layer. When a superlattice layer is formed, one of the layers is preferably made of a nitride semiconductor containing Al, preferably AlGaN, A good carrier confinement layer can be grown by growing at a thickness of 100 Å or more and 2 μm or less, more preferably 500 Å or more and 1 μm or less. This n-type cladding layer 1
4 can be grown with a single nitride semiconductor,
By using a superlattice layer, a carrier confinement layer having good crystallinity without cracks can be formed.

【0030】(n側光ガイド層15) n側光ガイド層15は、アンドープGaNからなり、
0.1μmの膜厚を有する。このn側光ガイド層6は、
活性層の光ガイド層として作用し、GaN、InGaN
を成長させて形成することが望ましく、通常100オン
グストローム〜5μm、さらに好ましくは200オング
ストローム〜1μmの膜厚で成長させることが望まし
い。なお、この光ガイド層15も超格子層にすることが
できる。n側光ガイド層15、n側クラッド層14を超
格子層にする場合、超格子層を構成する窒化物半導体層
の平均的なバンドギャップエネルギーは活性層よりも大
きくする。超格子層とする場合には、第1の層及び第2
の層の少なくとも一方にn型不純物をドープしてもよい
し、またアンドープでも良い。
(N-side light guide layer 15) The n-side light guide layer 15 is made of undoped GaN,
It has a thickness of 0.1 μm. This n-side light guide layer 6
GaN, InGaN
Is preferably formed by growing a film having a thickness of usually 100 Å to 5 μm, more preferably 200 Å to 1 μm. Note that the light guide layer 15 can also be a superlattice layer. When the n-side light guide layer 15 and the n-side cladding layer 14 are superlattice layers, the average band gap energy of the nitride semiconductor layer forming the superlattice layer is larger than that of the active layer. When a superlattice layer is used, the first layer and the second layer
At least one of the layers may be doped with an n-type impurity or undoped.

【0031】(活性層16) 活性層16は、例えば、Siを8×1018/cmでド
ープしたIn0.2Ga0.8Nよりなり、25オング
ストロームの膜厚を有する井戸層と、Siを8×10
18/cmドープしたIn0.05Ga0.95Nより
なり、50オングストロームの膜厚を有する障壁層とを
交互に積層することにより、所定の膜厚を有する多重量
子井戸構造(MQW)で構成する。活性層16において
は、井戸層、障壁層両方に不純物をドープしても良く、
いずれか一方にドープしてもよい。なおn型不純物をド
ープすると閾値が低下する傾向にある。また、このよう
に活性層16を多重量子井戸構造とする場合には必ずバ
ンドギャップエネルギーの小さい井戸層と、井戸層より
もバンドギャップエネルギーが小さい障壁層とを積層す
るため、超格子層とは区別される。井戸層の厚さは、1
00オングストローム以下、好ましくは70オングスト
ローム以下、最も好ましくは、50オングストローム以
下にする。障壁層の厚さは150オングストローム以
下、好ましくは100オングストローム以下、最も好ま
しくは70オングストローム以下にする。
(Active Layer 16) The active layer 16 is composed of, for example, In 0.2 Ga 0.8 N doped with Si at 8 × 10 18 / cm 3 and has a thickness of 25 Å, 8 × 10 Si
18 / cm 3 -doped In 0.05 Ga 0.95 N and a barrier layer having a thickness of 50 Å are alternately laminated to form a multiple quantum well structure (MQW) having a predetermined thickness. Constitute. In the active layer 16, both the well layer and the barrier layer may be doped with impurities.
Either one may be doped. The threshold value tends to decrease when doped with an n-type impurity. When the active layer 16 has a multiple quantum well structure, a well layer having a small band gap energy and a barrier layer having a smaller band gap energy than the well layer are always stacked. Be distinguished. The thickness of the well layer is 1
It should be less than 00 Angstroms, preferably less than 70 Angstroms, most preferably less than 50 Angstroms. The thickness of the barrier layer is less than 150 angstroms, preferably less than 100 angstroms, and most preferably less than 70 angstroms.

【0032】(p側キャップ層17) p側キャップ層17は、活性層16よりもバンドギャッ
プエネルギーが大きい、例えば、Mgを1×1020
cmドープしたp型Al0.3Ga0.7Nよりなり、
例えば、200オングストロームの膜厚を有する。本実
施形態では、このように、キャップ層17を用いること
が好ましいが、このキャップ層は、薄い膜厚に形成され
るので、本発明では、n型不純物をドープしてキャリア
が補償されたi型としてもよい。p側キャップ層17の
膜厚は0.1μm以下、さらに好ましくは500オング
ストローム以下、最も好ましくは300オングストロー
ム以下に調整する。0.1μmより厚い膜厚で成長させ
ると、p側キャップ層17中にクラックが入りやすくな
り、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからで
ある。また、p側キャップ層17の膜厚が、0.1μm
より大きいと、キャリアがこのエネルギーバリアとなる
p型キャップ層17をトンネル効果により通過できなく
なるからであり、該トンネル効果によるキャリアの通過
を考慮すると、上述のように500オングストローム以
下、さらには300オングストローム以下に設定するこ
とが好ましい
(P-side Cap Layer 17) The p-side cap layer 17 has a larger band gap energy than the active layer 16, for example, Mg is 1 × 10 20 / g.
made of p-type Al 0.3 Ga 0.7 N doped with cm 3 ,
For example, it has a thickness of 200 angstroms. In the present embodiment, it is preferable to use the cap layer 17 as described above. However, since the cap layer is formed to have a small thickness, the present invention does not use i-type impurities doped with n-type impurities to compensate for carriers. It may be a type. The thickness of the p-side cap layer 17 is adjusted to 0.1 μm or less, more preferably 500 Å or less, and most preferably 300 Å or less. This is because if the layer is grown with a thickness greater than 0.1 μm, cracks are likely to be formed in the p-side cap layer 17 and a nitride semiconductor layer having good crystallinity is difficult to grow. The thickness of the p-side cap layer 17 is 0.1 μm
If it is larger, carriers cannot pass through the p-type cap layer 17 serving as an energy barrier due to the tunnel effect. When the passage of the carriers due to the tunnel effect is taken into account, as described above, the thickness is 500 Å or less, and further 300 Å. It is preferable to set the following

【0033】また、p側キャップ層17には、LD素子
を発振しやすくするために、Alの組成比が大きいAl
GaNを用いて形成することが好ましく、該AlGaN
を薄く形成する程、LD素子は発振しやすくなる。例え
ば、Y値が0.2以上のAlGa1−YNであれば5
00オングストローム以下に調整することが望ましい。
p型キャップ層17の膜厚の下限は特に限定しないが、
10オングストローム以上の膜厚で形成することが望ま
しい。
In order to facilitate oscillation of the LD element, the p-side cap layer 17 has a large Al composition ratio.
Preferably, the AlGaN is formed using GaN.
As the thickness of the layer becomes thinner, the LD element becomes easier to oscillate. For example, if the Al Y value is 0.2 or more Y Ga 1-Y N 5
It is desirable to adjust it to not more than 00 angstroms.
Although the lower limit of the thickness of the p-type cap layer 17 is not particularly limited,
It is desirable to form the film with a thickness of 10 Å or more.

【0034】(p側光ガイド層18) p側光ガイド層18は、バンドギャップエネルギーがp
側キャップ層17よりも小さい、例えば、アンドープG
aNよりなり、0.1μmの膜厚を有する。このp側光
ガイド層18は、活性層16の光ガイド層として作用
し、n側光ガイド層15と同じくGaN、InGaNで
成長させて形成することが望ましい。また、この層はp
型クラッド層19を成長させる際のバッファ層としても
作用し、100オングストローム〜5μm、さらに好ま
しくは200オングストローム〜1μmの膜厚で成長さ
せることにより、好ましい光ガイド層として作用する。
このp側光ガイド層はMg等のp型不純物をドープして
p型の導電型としても良い。なお、このp側光ガイド層
を超格子層とすることもできる。超格子層とする場合に
は第1の層及び第2の層の少なくとも一方にp型不純物
をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
(P-side light guide layer 18) The p-side light guide layer 18 has a band gap energy of p
Smaller than the side cap layer 17, for example, undoped G
aN, and has a thickness of 0.1 μm. The p-side light guide layer 18 functions as a light guide layer of the active layer 16, and is preferably formed by growing GaN or InGaN similarly to the n-side light guide layer 15. Also, this layer is p
It also functions as a buffer layer when growing the mold cladding layer 19, and functions as a preferable light guide layer by growing it with a thickness of 100 Å to 5 μm, more preferably 200 Å to 1 μm.
The p-side light guide layer may be doped with a p-type impurity such as Mg to have a p-type conductivity. Note that the p-side light guide layer may be a superlattice layer. When a superlattice layer is formed, at least one of the first layer and the second layer may be doped with a p-type impurity or may be undoped.

【0035】(p側クラッド層19=超格子層) p側クラッド層19は、例えば、Mgを1×1020
cmドープしたp型Al0.2Ga0.8Nよりなり、
例えば、20オングストロームの膜厚を有する第1の層
と、例えばMgを1×1020/cmドープしたp型G
aNよりなり、20オングストロームの膜厚を有する第
2の層とが交互に積層された超格子層からなる。このp
側クラッド層19は、n側クラッド層14と同じくキャ
リア閉じ込め層として作用し、特にp型層の抵抗率を低
下させるための層として作用する。このp側クラッド層
19の膜厚も特に限定しないが、100オングストロー
ム以上、2μm以下、さらに好ましくは500オングス
トローム以上、1μm以下で形成することが望ましい。
(P-side cladding layer 19 = superlattice layer) The p-side cladding layer 19 is made of, for example, Mg of 1 × 10 20 /
made of p-type Al 0.2 Ga 0.8 N doped with cm 3 ,
For example, a first layer having a thickness of 20 angstroms and a p-type G doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg, for example.
A superlattice layer is formed by alternately stacking aN and a second layer having a thickness of 20 angstroms. This p
The side cladding layer 19 functions as a carrier confinement layer similarly to the n-side cladding layer 14, and particularly functions as a layer for lowering the resistivity of the p-type layer. Although the thickness of the p-side cladding layer 19 is not particularly limited, it is desirable that the thickness be 100 Å or more and 2 μm or less, more preferably 500 Å or more and 1 μm or less.

【0036】(p側コンタクト層20) p側コンタクト層20は、p側クラッド層19の上に、
例えば、Mgを2×1020/cmドープしたp型Ga
Nよりなり、例えば、150オングストロームの膜厚を
有する。このp側コンタクト層20はp型のInAl
Ga1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成
することができ、好ましくは、上述のようにMgをドー
プしたGaNとすれば、p電極21と最も好ましいオー
ミック接触が得られる。さらにp側コンタクト層の膜厚
を500オングストローム以下、さらに好ましくは30
0オングストローム以下、最も好ましくは200オング
ストローム以下に調整することが望ましい。なぜなら、
上述したように抵抗率が数Ω・cm以上もあるp型窒化
物半導体層の膜厚を500オングストローム以下に調整
することにより、さらに抵抗率を低下させることができ
るため、しきい値での電流、電圧が低下する。またp型
層から除去される水素の量を多くすることができ、さら
に抵抗率を低下させることができる。
(P-side Contact Layer 20) The p-side contact layer 20 is formed on the p-side cladding layer 19.
For example, p-type Ga doped with Mg at 2 × 10 20 / cm 3
N and has a thickness of, for example, 150 angstroms. This p-side contact layer 20 is made of a p-type In X Al
Y Ga 1- XYN (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) can be used. Preferably, GaN doped with Mg as described above is most preferably used as the p-electrode 21. Ohmic contact is obtained. Further, the thickness of the p-side contact layer is 500 Å or less, more preferably 30 Å.
It is desirable to adjust the thickness to 0 angstrom or less, most preferably 200 angstrom or less. Because
As described above, by adjusting the thickness of the p-type nitride semiconductor layer having a resistivity of several Ω · cm or more to 500 Å or less, the resistivity can be further reduced. , The voltage drops. Further, the amount of hydrogen removed from the p-type layer can be increased, and the resistivity can be further reduced.

【0037】なお、本発明では、p側コンタクト層20
も超格子層とすることもできる。超格子層とする場合に
は、特にバンドギャップエネルギーが異なる第1の層と
第2の層とを積層し、第1+第2+第1+第2+・・・
というように積層していき、最後にバンドギャップエネ
ルギーが小さい方の層が露出するようにすると、p電極
21と好ましいオーミック接触が得られる。p電極21
の材料としては、例えばNi、Pd、Ni/Au等を挙
げることができる。
In the present invention, the p-side contact layer 20
Can also be a superlattice layer. In the case of a superlattice layer, a first layer and a second layer having different band gap energies are laminated, and a first + second + first + second +...
When the layers having smaller band gap energies are finally exposed, a preferable ohmic contact with the p-electrode 21 is obtained. p electrode 21
Examples of the material include Ni, Pd, and Ni / Au.

【0038】次に、図4に示すようにp電極21と、n
電極23との間に露出した窒化物半導体層の表面にSi
よりなる絶縁膜25が形成され、この絶縁膜25に
形成された開口部を介してp電極21と電気的に接続さ
れたpパッド電極22、及びn電極23と接続されたn
パッド電極24が形成される。このpパッド電極22は
実質的なp電極21の表面積を広げて、p電極側をワイ
ヤーボンディング、ダイボンディングできるようにし、
一方nパッド電極24はn電極23の剥がれを防止す
る。
Next, as shown in FIG.
The surface of the nitride semiconductor layer exposed between the electrode 23 and Si
An insulating film 25 made of O 2 is formed, and a p pad electrode 22 electrically connected to the p electrode 21 and an n electrode connected to the n electrode 23 through an opening formed in the insulating film 25.
A pad electrode 24 is formed. The p pad electrode 22 enlarges the substantial surface area of the p electrode 21 so that the p electrode side can be wire-bonded and die-bonded,
On the other hand, the n-pad electrode 24 prevents the n-electrode 23 from peeling off.

【0039】以上の窒化物半導体素子は、第1の層、及
び第2の層を弾性歪み限界以下の膜厚にして積層された
超格子層である、結晶性のよいp型クラッド層19を備
えている。これによって、本実施形態の窒化物半導体素
子は、p側クラッド層19の抵抗値を、超格子構造を有
しないp側クラッド層に比較して1桁以上低くすること
ができるので、しきい値電圧、電流を低くすることがで
きる。
In the nitride semiconductor device described above, the p-type cladding layer 19 having good crystallinity, which is a superlattice layer formed by stacking the first layer and the second layer with a thickness equal to or less than the elastic strain limit, is formed. Have. Thereby, in the nitride semiconductor device of the present embodiment, the resistance value of the p-side cladding layer 19 can be reduced by one digit or more compared to the p-side cladding layer having no superlattice structure. Voltage and current can be reduced.

【0040】また、本実施形態の窒化物半導体素子では
p型AlGa1−YNを含むp側クラッド層19に接
して、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体
をp側コンタクト層20として、その膜厚を500オン
グストローム以下と薄く形成することにより、実質的に
p側コンタクト層20のキャリア濃度が高くなりp電極
と好ましいオーミックが得られて、素子のしきい値電
流、電圧を低くすることができる。さらに、n側コンタ
クト層を成長させる前に、第2のバッファ層112を備
えているので、第2のバッファ層112の上に成長させ
る窒化物半導体層の結晶性が良くなり、長寿命の素子を
実現できる。好ましくは、第2のバッファ層112の上
に成長させるn側コンタクト層を超格子とすると、横方
向の抵抗値が低くなり、しきい値電圧・しきい値電流の
低い素子が実現できる。
Further, in the nitride semiconductor device of this embodiment in contact with the p-side cladding layer 19 comprising a p-type Al Y Ga 1-Y N, the smaller nitride semiconductor band gap energy as the p-side contact layer 20, By forming the film thickness as thin as 500 angstroms or less, the carrier concentration of the p-side contact layer 20 is substantially increased, a preferable ohmic contact with the p-electrode is obtained, and the threshold current and voltage of the device are reduced. Can be. Further, since the second buffer layer 112 is provided before growing the n-side contact layer, the crystallinity of the nitride semiconductor layer grown on the second buffer layer 112 is improved, and a long-life element is formed. Can be realized. Preferably, when the n-side contact layer grown on the second buffer layer 112 is a superlattice, an element having a low lateral resistance value and a low threshold voltage / threshold current can be realized.

【0041】なお、本実施形態のLD素子ではInGa
Nのような、少なくともインジウムを含む窒化物半導体
を活性層16に備える場合には、InGa1−X
と、AlGa1−YNとが交互に積層された超格子層
を、活性層16を挟設する層(n側クラッド層14及び
p側クラッド層19)として用いることが好ましい。こ
れによって、活性層16と該超格子層とのバンドギャッ
プエネルギー差、屈折率差を大きくできるため、該超格
子層をレーザ素子を実現する際に非常に優れた光閉じ込
め層として動作させることができる。さらにInGaN
は結晶の性質が他のAlGaNのようなAlを含む窒化
物半導体に比べて柔らかいので、InGaNを活性層と
すると、積層した各窒化物層全体にクラックが入りにく
くなる。これによって、LD素子の寿命を長くすること
ができる。
It should be noted that the LD element of this embodiment has InGa
In the case where a nitride semiconductor containing at least indium, such as N, is provided in the active layer 16, In X Ga 1-X N
When the super lattice layer in which the Al Y Ga 1-Y N are alternately laminated, is preferably used as a layer for interpose the active layer 16 (n-side cladding layer 14 and the p-side cladding layer 19). Thereby, the band gap energy difference and the refractive index difference between the active layer 16 and the superlattice layer can be increased, so that the superlattice layer can be operated as a very excellent light confinement layer when realizing a laser device. it can. Further InGaN
Since In has a crystalline property that is softer than other nitride semiconductors containing Al such as AlGaN, when InGaN is used as an active layer, cracks hardly occur in the entire stacked nitride layers. Thereby, the life of the LD element can be extended.

【0042】本実施形態のように量子井戸構造を有する
活性層16を有するダブルヘテロ構造の半導体素子の場
合、その活性層16に接して、活性層16よりもバンド
ギャップエネルギーが大きい膜厚0.1μm以下の窒化
物半導体よりなるp側キャップ層17、好ましくはAl
を含む窒化物半導体よりなるp側キャップ層17を設
け、そのp側キャップ層17よりも活性層から離れた位
置に、p側キャップ層17よりもバンドギャップエネル
ギーが小さいp側光ガイド層18を設け、そのp側光ガ
イド層18よりも活性層から離れた位置に、p側光ガイ
ド層18よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体、
好ましくはAlを含む窒化物半導体を含む超格子構造を
有するp側クラッド層19を設けることは非常に好まし
い。しかもp側キャップ層17のバンドギャップエネル
ギーを大きくしてあるため、n層から注入された電子
が、このp側キャップ層17で阻止されて閉じ込めら
れ、電子が活性層をオーバーフローしないために、素子
のリーク電流が少なくなる。
In the case of a semiconductor device having a double heterostructure having an active layer 16 having a quantum well structure as in the present embodiment, a film thickness of 0.1 mm having a band gap energy larger than that of the active layer 16 in contact with the active layer 16. P-side cap layer 17 made of a nitride semiconductor of 1 μm or less, preferably Al
A p-side cap layer 17 made of a nitride semiconductor containing is provided, and a p-side light guide layer 18 having a smaller band gap energy than the p-side cap layer 17 is provided at a position farther from the active layer than the p-side cap layer 17. A nitride semiconductor having a larger band gap than the p-side light guide layer 18 at a position farther from the active layer than the p-side light guide layer 18;
It is very preferable to provide the p-side cladding layer 19 having a superlattice structure preferably containing a nitride semiconductor containing Al. Moreover, since the band gap energy of the p-side cap layer 17 is increased, electrons injected from the n-layer are blocked and confined by the p-side cap layer 17, and the electrons do not overflow the active layer. Leakage current is reduced.

【0043】以上の本実施形態の窒化物半導体素子で
は、レーザ素子の構造として好ましい構造を示したが、
本実施形態ではn型の超格子層は活性層16から下のn
型窒化物半導体層領域(n型層側)に少なくとも1層有
していれば良く、またp型の超格子層も活性層16から
上のp型窒化物半導体層領域(p型層側)に少なくとも
1層有していれば良く、素子構成は特に規定するもので
はない。但し、前記超格子層はp層側に形成する場合は
キャリア閉じ込め層としてのp側クラッド層19に形成
し、n層側に形成する場合はn電極23が接した電流注
入層としてのnコンタクト層12、またはキャリア閉じ
込めとしてのn側クラッド層14として形成することが
素子のVf、しきい値を低下させる上で最も好ましい傾
向にある。
In the above-described nitride semiconductor device of the present embodiment, a preferable structure is shown as the structure of the laser device.
In this embodiment, the n-type superlattice layer is an n-type superlattice layer below the active layer 16.
It is sufficient that at least one layer is provided in the p-type nitride semiconductor layer region (n-type layer side), and the p-type superlattice layer is also a p-type nitride semiconductor layer region above the active layer 16 (p-type layer side). It is sufficient that the device has at least one layer, and the element configuration is not particularly limited. However, when the superlattice layer is formed on the p-layer side, it is formed on the p-side clad layer 19 as a carrier confinement layer, and when formed on the n-layer side, the n-contact as an electric current injection layer to which the n-electrode 23 is in contact. Forming the layer 12 or the n-side cladding layer 14 for confining carriers tends to be the most preferable in decreasing the Vf and the threshold value of the device.

【0044】以上のように構成された実施形態2の窒化
物半導体素子では、各層が形成された後、水素を含まな
い雰囲気、例えば、窒素雰囲気中で、400℃以上、例
えば700℃でアニーリングを行うことが好ましく、こ
れによって、p型窒化物半導体層領域の各層をさらに低
抵抗化することができるので、これによって、さらにし
きい値電圧を低くすることができる。
In the nitride semiconductor device of Embodiment 2 configured as described above, after each layer is formed, annealing is performed at 400 ° C. or more, for example, 700 ° C. in an atmosphere containing no hydrogen, for example, a nitrogen atmosphere. It is preferable that the threshold voltage be further reduced because the resistance of each layer in the p-type nitride semiconductor layer region can be further reduced.

【0045】また、実施形態の窒化物半導体素子では、
p側コンタクト層12の表面にNiとAuよりなるp電
極21がストライプ状に形成され、このp電極21に対
して左右対称にn側コンタクト層を露出させて、そのn
側コンタクト層表面のほぼ全面にn電極23を設けてい
る。このように、絶縁性基板を用いた場合p電極21の
両側に左右対称にn電極23を設ける構造は、しきい値
電圧を低くする上で非常に有利である。
In the nitride semiconductor device of the embodiment,
A p-electrode 21 made of Ni and Au is formed in a stripe shape on the surface of the p-side contact layer 12, and the n-side contact layer is exposed symmetrically with respect to the p-electrode 21 so that the n-side is exposed.
An n-electrode 23 is provided on almost the entire surface of the side contact layer. As described above, when an insulating substrate is used, a structure in which the n-electrode 23 is provided symmetrically on both sides of the p-electrode 21 is very advantageous in lowering the threshold voltage.

【0046】なお、本実施形態では、リッジ部(ストラ
イプ状の電極)に垂直な方向で劈開した劈開面(共振器
面)にSiOとTiOよりなる誘電体多層膜を形成
してもよい。
In this embodiment, a dielectric multilayer film composed of SiO 2 and TiO 2 may be formed on a cleavage plane (resonator plane) cleaved in a direction perpendicular to the ridge portion (striped electrode). .

【0047】このように、本実施形態において、超格子
層は、活性層を挟設するn型領域又はp型領域に形成さ
れるキャリア閉じ込め層としてのクラッド層、活性層の
光ガイド層、若しくは電極が接して形成される電流注入
層として用いられるため、超格子層を構成する窒化物半
導体の平均バンドギャップエネルギーが活性層よりも大
きくなるように調整することが望ましい。
As described above, in the present embodiment, the superlattice layer is a clad layer as a carrier confinement layer formed in the n-type region or the p-type region sandwiching the active layer, a light guide layer of the active layer, or Since it is used as a current injection layer formed in contact with an electrode, it is desirable to adjust the average band gap energy of the nitride semiconductor constituting the superlattice layer to be larger than that of the active layer.

【0048】[0048]

【実施例】以下、実施例において本発明を更に詳細に説
明する。 [実施例1] 本発明に係る実施例1は図4に示す窒化物半導体素子
(LD素子)の作成例であり、以下の手順で作製され
る。まず、サファイア(C面)よりなる基板10を反応
容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、水
素を流しながら、基板の温度を1050℃まで上昇さ
せ、基板のクリーニングを行う。続いて、温度を510
℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニ
ア(NH)とTMG(トリメチルガリウム)とを用
い、基板10上にGaNよりなるバッファ層11を約2
00オングストロームの膜厚で成長させる。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. Example 1 Example 1 according to the present invention is an example of producing the nitride semiconductor device (LD device) shown in FIG. 4, and is produced by the following procedure. First, the substrate 10 made of sapphire (C plane) is set in a reaction vessel, and after sufficiently replacing the inside of the vessel with hydrogen, the temperature of the substrate is increased to 1050 ° C. while flowing hydrogen to clean the substrate. Subsequently, the temperature is raised to 510
C., and hydrogen was used as a carrier gas, ammonia (NH 3 ) and TMG (trimethylgallium) were used as source gases, and a buffer layer 11 made of GaN was formed on the substrate 10 by about 2 nm.
It is grown to a thickness of 00 Å.

【0049】バッファ層11成長後、TMGのみ止め
て、温度を1050℃まで上昇させる。1050℃にな
ったら、同じく原料ガスにTMG、アンモニアガスを用
い、キャリア濃度1×1018/cmアンドープGaN
よりなる第2のバッファ層112を5μmの膜厚で成長
させる。第2のバッファ層112はInAlGa
1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成で
き、その組成は特に問うものではないが、好ましくはア
ンドープでAl(Y値)が0.1以下のAlGa
1−YN、最も好ましくはアンドープのGaNとする。
続いて、1050℃でTMG、アンモニア、不純物ガス
にシランガス(SiH)を用い、Siを1×1019
/cmドープしたn型GaNよりなるn側コンタクト層
12を1μmの膜厚で成長させる。このn側コンタクト
層12は超格子で形成するとさらに好ましい。
After the growth of the buffer layer 11, only TMG is stopped, and the temperature is increased to 1050 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C., TMG and ammonia gas are used as source gases, and the carrier concentration is 1 × 10 18 / cm 3 undoped GaN.
The second buffer layer 112 is grown to a thickness of 5 μm. The second buffer layer 112 is made of In X Al Y Ga
1-X-Y N can be configured in (0 ≦ X, 0 ≦ Y , X + Y ≦ 1), but not its composition asks particularly preferably undoped Al (Y value) of 0.1 or less Al Y Ga
1-YN , most preferably undoped GaN.
Subsequently, at 1050 ° C., TMG, ammonia, and silane gas (SiH 4 ) were used as impurity gas, and Si was added to 1 × 10 19.
An n-side contact layer 12 of n-type GaN doped with / cm 3 is grown to a thickness of 1 μm. More preferably, the n-side contact layer 12 is formed of a super lattice.

【0050】次に、温度を800℃にして、原料ガスに
TMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、Siを5×10
18/cmドープしたIn0.1Ga0.9Nよりなる
クラック防止層13を500オングストロームの膜厚で
成長させる。
Next, the temperature was set to 800 ° C., and TMG, TMI (trimethyl indium) and ammonia were used as the source gas, silane gas was used as the impurity gas, and 5 × 10
A crack preventing layer 13 made of In 0.1 Ga 0.9 N doped with 18 / cm 3 is grown to a thickness of 500 Å.

【0051】そして、温度を1050℃にして、TMA
(トリメチルアルミニウム)、TMG、アンモニア、シ
ランガスを用い、Siを5×1018/cmドープした
n型Al0.2Ga0.8Nよりなる第1の層を20オ
ングストロームの膜厚で成長させ、続いて、TMA、シ
ランを止め、アンドープGaNよりなる第2の層を20
オングストロームの膜厚で成長させる。そして、この操
作をそれぞれ100回繰り返し、総膜厚0.4μmの超
格子層よりなるn側クラッド層14を成長させる。
Then, the temperature was raised to 1050 ° C.
(Trimethylaluminum), TMG, ammonia, and silane gas are used to grow a first layer of n-type Al 0.2 Ga 0.8 N doped with 5 × 10 18 / cm 3 of Si to a thickness of 20 Å. Then, the TMA and the silane are stopped, and the second layer made of undoped GaN is
It is grown to a thickness of Å. This operation is repeated 100 times to grow the n-side cladding layer 14 composed of a superlattice layer having a total film thickness of 0.4 μm.

【0052】続いて、1050℃でアンドープGaNよ
りなるn側光ガイド層15を0.1μmの膜厚で成長さ
せる。次に、TMG、TMI、アンモニア、シランガス
を用いて活性層16を成長させる。活性層16は温度を
800℃に保持して、まずSiを8×1018/cm
ドープしたIn0.2Ga0.8Nよりなる井戸層を2
5オングストロームの膜厚で成長させる。次にTMIの
モル比を変化させるのみで同一温度で、Siを8×10
18/cmドープしたIn0.01Ga0.99Nより
なる障壁層を50オングストロームの膜厚で成長させ
る。この操作を2回繰り返し、最後に井戸層を積層した
総膜厚175オングストロームの多重量子井戸構造(M
QW)の活性層16を成長させる。
Subsequently, an n-side light guide layer 15 made of undoped GaN is grown at 1050 ° C. to a thickness of 0.1 μm. Next, the active layer 16 is grown using TMG, TMI, ammonia, and silane gas. The active layer 16 is maintained at a temperature of 800 ° C., and first, a well layer made of In 0.2 Ga 0.8 N doped with Si at 8 × 10 18 / cm 3 is formed.
It is grown to a thickness of 5 angstroms. Next, at the same temperature only by changing the molar ratio of TMI, 8 × 10
A barrier layer made of In 0.01 Ga 0.99 N doped with 18 / cm 3 is grown to a thickness of 50 Å. This operation was repeated twice, and finally, a multiple quantum well structure (M
The active layer 16 of QW) is grown.

【0053】次に、温度を1050℃に上げ、原料ガス
にTMG、TMA、アンモニア、不純物ガスにCp
g(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、活性
層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、Mgを1
×1020/cmドープしたp型Al0.3Ga0.7
Nよりなるp側キャップ層17を300オングストロー
ムの膜厚で成長させる。続いて、1050℃で、バンド
ギャップエネルギーがp側キャップ層17よりも小さ
い、アンドープGaNよりなるp側光ガイド層18を
0.1μmの膜厚で成長させる。
Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, ammonia was used as a source gas, and Cp 2 M was used as an impurity gas.
g (cyclopentadienyl magnesium), the band gap energy is larger than that of the active layer, and Mg is 1
× 10 20 / cm 3 doped p-type Al 0.3 Ga 0.7
A p-side cap layer 17 made of N is grown to a thickness of 300 Å. Subsequently, at 1050 ° C., a p-side light guide layer 18 of undoped GaN having a band gap energy smaller than that of the p-side cap layer 17 is grown to a thickness of 0.1 μm.

【0054】続いて、TMG、TMA、アンモニア、C
Mgを用い、1050℃でMgを1×1020/cm
ドープしたp型Al0.2Ga0.8Nよりなる第1
の層を20オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
TMAのみを止め、Mgを1×1020/cmドープし
たp型GaNよりなる第2の層を20オングストローム
の膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ100
回繰り返し、総膜厚0.4μmの超格子層よりなるp側
クラッド層19を形成する。最後に、1050℃で、p
側クラッド層19の上に、Mgを2×1020/cm
ープしたp型GaNよりなるp側コンタクト層20を1
50オングストロームの膜厚で成長させる。
Subsequently, TMG, TMA, ammonia, C
Using p 2 Mg, at 1050 ° C., 1 × 10 20 / cm of Mg
First made of 3- doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N
Is grown to a thickness of 20 angstroms, then only TMA is stopped, and a second layer of p-type GaN doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 is grown to a thickness of 20 angstroms. This operation is performed for 100
This is repeated twice to form a p-side cladding layer 19 made of a superlattice layer having a total film thickness of 0.4 μm. Finally, at 1050 ° C., p
A p-side contact layer 20 made of p-type GaN doped with 2 × 10 20 / cm 3 of Mg is formed on the side cladding layer 19.
It is grown to a thickness of 50 angstroms.

【0055】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、700
℃でアニーリングを行い、p型層をさらに低抵抗化す
る。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出
し、図4に示すように、RIE装置により最上層のp側
コンタクト層20からn側コンタクト層12の一部から
なるストライプを形成するためにn側コンタクト層12
の表面を露出させ、これと同時に共振面を形成する。p
側コンタクト層20にマスクを形成し、図4に示すよう
に、RIE装置によりストライプの形状をする最上層の
p側コンタクト層20とp側クラッド層19の一部をエ
ッチングして、4μmのストライプ幅を有するリッジ形
状とする。
After completion of the reaction, the temperature was lowered to room temperature, and the wafer was placed in a reaction vessel in a nitrogen atmosphere.
Anneal at ℃ to further reduce the resistance of the p-type layer. After the annealing, the wafer is taken out of the reaction vessel, and as shown in FIG. 4, the n-side contact layer 12 is formed by an RIE apparatus to form a stripe consisting of a part of the uppermost p-side contact layer 20 to a part of the n-side contact layer 12.
Is exposed, and at the same time, a resonance surface is formed. p
A mask is formed on the side contact layer 20, and as shown in FIG. 4, a part of the uppermost p-side contact layer 20 and the p-side cladding layer 19 having a stripe shape is etched by an RIE apparatus to form a 4 μm stripe. It has a ridge shape having a width.

【0056】次にp側コンタクト層20のストライプリ
ッジ最表面のほぼ全面にNiとAuよりなるp電極21
を形成する。一方、TiとAlよりなるn電極23をス
トライプ状のn側コンタクト層12のほぼ全面に形成す
る。
Next, a p-electrode 21 made of Ni and Au is formed on almost the entire outermost surface of the stripe ridge of the p-side contact layer 20.
To form On the other hand, an n-electrode 23 made of Ti and Al is formed on almost the entire surface of the n-side contact layer 12 in a stripe shape.

【0057】次に、図4に示すようにp電極21と、n
電極23との間に露出した窒化物半導体層の表面にSi
よりなる絶縁膜25を形成し、この絶縁膜25を介
してp電極21と電気的に接続したpパッド電極22、
及びnパッド電極24を形成する。以上のようにして、
n電極とp電極とを形成したウェーハを研磨装置に移送
し、ダイヤモンド研磨剤を用いて、窒化物半導体を形成
していない側のサファイア基板1をラッピングし、基板
の厚さを50μmとする。ラッピング後、さらに細かい
研磨剤で1μmポリシングして基板表面を鏡面状とす
る。
Next, as shown in FIG.
The surface of the nitride semiconductor layer exposed between the electrode 23 and Si
An insulating film 25 made of O 2 is formed, and a p-pad electrode 22 electrically connected to the p-electrode 21 via the insulating film 25 is formed.
And an n-pad electrode 24 are formed. As described above,
The wafer on which the n-electrode and the p-electrode have been formed is transferred to a polishing apparatus, and the sapphire substrate 1 on which the nitride semiconductor is not formed is wrapped using a diamond abrasive to reduce the thickness of the substrate to 50 μm. After lapping, the substrate surface is mirror-finished by polishing with a finer abrasive at 1 μm.

【0058】基板研磨後、研磨面側をスクライブして、
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開する。
共振器面にSiOとTiOよりなる誘電体多層膜を
形成し、最後にp電極に平行な方向で、バーを切断して
レーザチップとした。次にチップをフェースアップ(基
板とヒートシンクとが対向した状態)でヒートシンクに
設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、
室温でレーザ発振を試みたところ、室温において、しき
い値電流密度2.9kA/cm、しきい値電圧4.4V
で、ファーフィールドパターンではレーザ光のスッポト
が1つであった。
After the substrate is polished, the polished surface side is scribed,
Cleavage is performed in a bar shape in a direction perpendicular to the stripe-shaped electrodes.
A dielectric multilayer film composed of SiO 2 and TiO 2 was formed on the resonator surface, and finally, a bar was cut in a direction parallel to the p-electrode to obtain a laser chip. Next, the chip is placed face up (with the substrate and the heat sink facing each other) and placed on the heat sink, and the respective electrodes are wire-bonded.
When laser oscillation was attempted at room temperature, the threshold current density was 2.9 kA / cm 2 and the threshold voltage was 4.4 V at room temperature.
In the far field pattern, there was only one spot of the laser beam.

【0059】[実施例2] 実施例1において、第2のバッファ層112を成長させ
ず、さらにn側コンタクト層12をSiを1×1019
/cmドープしたn型GaN単一で5μm成長させ、n
側クラッド層14をSiを1×1019/cmドープし
たn型Al0.2Ga0.8N単一で0.4μm成長さ
せ、p側クラッド層19をMgを1×1020/m
ープしたp型Al0.2Ga0.8N単一で0.4μm
成長させ、さらにp側コンタクト層20をMgを2×1
20/cmドープした単一のp型GaNを0.2μm
成長させる他は実施例1と同様にしてレーザ素子を得
た。実施例1と同様にレーザ発振させたところ、室温に
おいて、しきい値電流密度3.1kA/cm、しきい値
電圧4.6Vで、ファーフィールドパターンではレーザ
の楕円形状の光のスッポトが1つであった。
Example 2 In Example 1, the second buffer layer 112 was not grown, and the n-side contact layer 12 was made of Si with 1 × 10 19.
/ Cm 3 -doped n-type GaN single and grown 5 μm
The side-side cladding layer 14 is grown by n-type Al 0.2 Ga 0.8 N single doped with Si at 1 × 10 19 / cm 3 by 0.4 μm, and the p-side cladding layer 19 is made of Mg at 1 × 10 20 / m 3. 0.4 μm with a single 3- doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N
Grown, and the p-side contact layer 20 is made of Mg 2 × 1
0.2 μm of single p-type GaN doped with 0 20 / cm 3
A laser device was obtained in the same manner as in Example 1 except for growing. When laser oscillation was performed in the same manner as in Example 1, at room temperature, the threshold current density was 3.1 kA / cm 2 , the threshold voltage was 4.6 V, and in the far field pattern, the spot of elliptical light of the laser was 1 point. Was one.

【0060】[比較例1] 実施例1において、リッジ構造を形成後、共振面を形成
する他は同様にして行った。その結果、ファーフィール
ドパターンではレーザ光が横方向に3つに分裂してい
た。また、共振面にリッジ構造のストライプ幅の2本の
筋が生じたため、実施例1に比べてしきい値の上昇が見
られた。
Comparative Example 1 The procedure of Example 1 was repeated, except that after forming the ridge structure, a resonance surface was formed. As a result, in the far-field pattern, the laser light was split into three in the horizontal direction. Further, since two stripes of the stripe width of the ridge structure were formed on the resonance surface, the threshold value was increased as compared with the first embodiment.

【0061】[比較例2] 実施例2において、リッジ構造を形成後、共振面を形成
する他は同様にして行った。その結果、ファーフィール
ドパターンではレーザ光が横方向に3つに分裂してい
た。また、共振面にリッジ構造のストライプ幅の2本の
筋が生じたため、実施例2に比べてしきい値の上昇が見
られた。
Comparative Example 2 The procedure of Example 2 was repeated, except that after forming the ridge structure, a resonance surface was formed. As a result, in the far-field pattern, the laser light was split into three in the horizontal direction. Further, since two stripes of the stripe width of the ridge structure were formed on the resonance surface, the threshold value was increased as compared with the second embodiment.

【発明の効果】本発明は、共振面が平滑であり、レーザ
光のファーフィールドパターン形状が良好で、更にしき
い値の低下された窒化物半導体レーザ素子の製造方法を
提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a nitride semiconductor laser device having a smooth resonance surface, a good far-field pattern shape of laser light, and a reduced threshold value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る共振面を形成後にリッジを形成し
たときの窒化物半導体のエッチング面の結晶構造を示す
窒化物半導体の部分的な構造を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a partial structure of a nitride semiconductor showing a crystal structure of an etched surface of the nitride semiconductor when a ridge is formed after forming a resonance surface according to the present invention.

【図2】従来のリッジを形成後に共振面を形成したとき
の窒化物半導体のエッチング面の結晶構造を示す窒化物
半導体の部分的な構造を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a partial structure of a nitride semiconductor showing a crystal structure of an etched surface of the nitride semiconductor when a resonance surface is formed after a conventional ridge is formed.

【図3】図2を上から見たときの模式的平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view when FIG. 2 is viewed from above.

【図4】本発明の一実施態様である窒化物半導体素子の
模式的断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・・基板 11・・・・バッファ層 112・・・・第2のバッファ層 12・・・・n側コンタクト層 13・・・・クラック防止層 14・・・・n側クラッド層(超格子層) 15・・・・n側光ガイド層 16・・・・活性層 17・・・・キャップ層 18・・・・p側光ガイド層 19・・・・p側クラッド層(超格子層) 20・・・・p側コンタクト層 21・・・・p電極 22・・・・pパッド電極 23・・・・n電極 24・・・・nパッド電極 25・・・・絶縁膜 10 substrate 11 buffer layer 112 second buffer layer 12 n-side contact layer 13 crack prevention layer 14 n-side cladding layer ( ... N-side light guide layer 16... Active layer 17... Cap layer 18... P-side light guide layer 19. 20) p-side contact layer 21 p-electrode 22 p-pad electrode 23 n-electrode 24 n-pad electrode 25 insulating film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 H01L 21/302 H01L 21/461 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 H01L 33/00 H01L 21/302 H01L 21/461 JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 n側コンタクト層を含むn型窒化物半導
体層と、活性層と、p側コンタクト層を含むp型窒化物
半導体層とを備え、光導波機構がリッジ構造である窒化
物半導体レーザ素子の製造方法において、 エッチングして共振面を形成した後、更にレジスト膜を
形成し露光する際に生じるレジスト膜の残存物を共振面
の保護膜としエッチングによりリッジ構造を形成してな
ることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方
法。
An n-type nitride semiconductor including an n-side contact layer
P-type nitride including body layer, active layer and p-side contact layer
A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device having a semiconductor layer and an optical waveguide mechanism having a ridge structure, wherein a resist film is further formed after etching to form a resonance surface.
Remains of the resist film generated during exposure by exposure
Forming a ridge structure by etching as a protective film for the nitride semiconductor laser device.
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