JP4426980B2 - Manufacturing method of semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、窒化物系III-V族化合物半導体で構成される、青紫光から紫外光に及ぶ短波長領域の半導体発光素子の製造方法及び半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a short wavelength range from blue-violet light to ultraviolet light, which is made of a nitride III-V compound semiconductor, and a semiconductor light emitting device.

近年、次世代の高密度光ディスク用光源として青紫色の光を発するレーザダイオードに対する要望が高まり、特に、青紫光から紫外光に及ぶ短波長領域で動作可能な窒化ガリウム(GaN)系のIII-V族化合物半導体発光素子の研究開発が盛んに行われている。さらに、その光ディスク装置はレコーダーとして高密度及び高速記録用の光ディスク装置が待望されているため、高光出力で信頼性の高いGaN系半導体レーザが必要となっている。   In recent years, there has been a growing demand for laser diodes that emit blue-violet light as light sources for next-generation high-density optical discs, especially gallium nitride (GaN) III-V that can operate in the short wavelength range from blue-violet light to ultraviolet light. Research and development of group compound semiconductor light-emitting devices are actively conducted. Further, since the optical disk apparatus is expected to be an optical disk apparatus for high density and high speed recording as a recorder, a GaN-based semiconductor laser with high light output and high reliability is required.

この信頼性に関して、最近、GaN系レーザの長寿命化のために、サファイア基板上に成長したGaN系半導体に二酸化珪素(SiO2)などの絶縁膜を堆積し、この絶縁膜上にGaN系半導体を選択成長し、それによって転位密度を低減する手法が採用されている。この選択成長に関して、2つの文献がある(非特許文献1及び非特許文献2)。
非特許文献1によれば、GaNの<1-100>方向にラインアンドスペース状のSiO2膜を周期的に形成することで、選択成長したGaN系半導体が平坦につながり、低転位基板として利用できるようになることが示されている。ここで、本明細書では、上記<1-100>方向における“-1”のように、方向指数やミラー指数において、本来、数字の上にバーを付して表記すべき箇所を数字の前にマイナス符号を付して表記する。また、非特許文献2によれば、選択成長したGaN系半導体の基板に垂直な方向(以下、基板垂直方向という)及び基板に平行な方向(以下、基板水平方向という)の成長速度は、SiO2膜被覆部分(幅:Wl)と開口部分(幅:Ws)との和に対する開口部分の割合である開口率(Ws/(Wl+Ws))に依存することが示されている。この選択成長技術をレーザに適用した文献として、2つの文献がある(非特許文献3及び非特許文献4)。非特許文献3によれば、選択成長によりレーザ構造の転位密度を1E10cm-2程度から1E7cm-2程度に低減できることが示されている。また、非特許文献4によれば、SiO2膜のライン幅:Wl=8μmと開口幅:Ws=4μmとに相当する開口率:Ws/(Wl+Ws)=0.33の選択成長を用いて前記程度に転位密度を低減することで、レーザの閾値電流が低減し、1000時間オーダーの長寿命化が図られることが示されている。
IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol.4 (1998) 483-489 Journal of Crystal Growth, Vol.195 (1998) 328-332 Applied Physics Letters, Vol.77 (2000) 1931-1933」 IEICE Transuction Electron, Vol.E83-C(2000) 529-535 特開2000-196188号公報
With regard to this reliability, recently, in order to extend the lifetime of GaN-based lasers, an insulating film such as silicon dioxide (SiO 2 ) is deposited on a GaN-based semiconductor grown on a sapphire substrate, and the GaN-based semiconductor is formed on this insulating film. A method of selectively growing the crystal and thereby reducing the dislocation density is employed. There are two documents concerning this selective growth (Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).
According to Non-Patent Document 1, by selectively forming a line-and-space SiO 2 film in the <1-100> direction of GaN, the selectively grown GaN-based semiconductor is connected flatly and used as a low dislocation substrate. It has been shown to be possible. Here, in this specification, as in “-1” in the above <1-100> direction, in the direction index or Miller index, the place that should be originally written with a bar on the number is indicated in front of the number. This is indicated with a minus sign. According to Non-Patent Document 2, the growth rate in the direction perpendicular to the substrate of the selectively grown GaN-based semiconductor (hereinafter referred to as the substrate vertical direction) and the direction parallel to the substrate (hereinafter referred to as the substrate horizontal direction) is SiO 2. It is shown that it depends on the opening ratio (Ws / (Wl + Ws)), which is the ratio of the opening part to the sum of the two- film coating part (width: Wl) and the opening part (width: Ws). There are two documents that apply this selective growth technique to lasers (Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4). According to Non-Patent Document 3, it is shown that the dislocation density of the laser structure can be reduced from about 1E10cm -2 to about 1E7cm -2 by selective growth. Further, according to Non-Patent Document 4, the above-described selective growth using an aperture ratio: Ws / (Wl + Ws) = 0.33 corresponding to the line width of the SiO 2 film: Wl = 8 μm and the opening width: Ws = 4 μm is used. It has been shown that by reducing the dislocation density to such an extent, the threshold current of the laser is reduced and the life can be extended on the order of 1000 hours.
IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol.4 (1998) 483-489 Journal of Crystal Growth, Vol.195 (1998) 328-332 Applied Physics Letters, Vol.77 (2000) 1931-1933 '' IEICE Transuction Electron, Vol.E83-C (2000) 529-535 JP 2000-196188

ところで、一般に半導体レーザを高光出力動作させると、レーザ端面が局所的に熱的破壊される光学損傷(COD:Catastrophic Optical Damage)が生じることが知られている。レーザ端面には表面準位が多いため、これを介した非発光再結合が多い。このため、CODとは、注入キャリア密度がレーザ端面で少なくなりレーザ光の吸収領域となるため局所的発熱が顕著になる現象である。一方、GaN系レーザでは、その材料であるGaNが強固であるため、CODが発生しないとされていた。しかしながら、非特許文献4によれば、GaN系レーザにおいても30mWで高光出力動作させた場合には、レーザ端面にCODが発生して劣化する実例が示されている。   By the way, it is generally known that when a semiconductor laser is operated with a high optical output, optical damage (COD: Catastrophic Optical Damage) occurs in which a laser end face is locally thermally destroyed. Since there are many surface states at the laser end face, there are many non-light-emitting recombination through this. For this reason, COD is a phenomenon in which local heat generation becomes conspicuous because the injected carrier density decreases at the laser end face and becomes an absorption region of laser light. On the other hand, in GaN-based lasers, it is said that COD does not occur because the material GaN is strong. However, Non-Patent Document 4 shows an example in which COD is generated on a laser end face and deteriorates when a high light output operation is performed at 30 mW even in a GaN-based laser.

このCOD対策として、一般に、レーザからの放熱を促進する方法とレーザ端面にいわゆる窓構造を設ける方法とが採用されている。このうち、レーザからの放熱を促進する方法として、高光出力用半導体レーザにおいて、高光出力動作に伴い発生する熱を効率的にヒートシンクへ放熱するために、レーザのpn接合側をヒートシンクに近づけて、サブマウント及び半田を介してマウントする(pサイドダウン)実装方法が有効である。しかしながら、光出射端面側に半田が付着しないように端面近傍と半田とを空間的に分離するなど、実装時には注意が必要である。このため、pサイドダウン実装を施しても、レーザ端面近傍では放熱性が悪化してCODが発生する可能性がある。   As measures against COD, a method of promoting heat radiation from a laser and a method of providing a so-called window structure on the laser end face are generally employed. Among these, as a method of promoting heat dissipation from the laser, in the semiconductor laser for high light output, in order to efficiently dissipate the heat generated by the high light output operation to the heat sink, the pn junction side of the laser is brought close to the heat sink, A mounting method (p-side down) mounting through a submount and solder is effective. However, care must be taken during mounting, such as spatially separating the vicinity of the end face and the solder so that the solder does not adhere to the light emitting end face side. For this reason, even if p-side down mounting is performed, there is a possibility that heat dissipation is deteriorated near the laser end face and COD is generated.

一方、レーザ端面にいわゆる窓構造を設ける方法は、GaN系レーザでは、材料であるGaNが硬いため窓構造を設けることが困難であることから、一般には採用されていない。なお、GaN系レーザにおいて窓構造を設けた例が報告されている(特許文献1参照)。そこで、現在の高光出力化を目指したGaN系レーザ開発では、レーザの動作電流及び動作電圧を低減し低消費電力化を図ることでレーザ全体の発熱を抑制し、レーザ端面におけるCOD発生を防止しようとしている。   On the other hand, a method of providing a so-called window structure on the laser end face is not generally adopted for GaN-based lasers because it is difficult to provide a window structure because GaN as a material is hard. An example of providing a window structure in a GaN-based laser has been reported (see Patent Document 1). Therefore, in the current development of GaN-based lasers aiming at higher optical output, let's reduce the laser operating current and operating voltage to reduce power consumption, thereby suppressing the heat generation of the entire laser and preventing the generation of COD at the laser end face. It is said.

しかしながら、次世代光ディスク装置において、より一層の高密度及び高速記録化の実現を目指した場合には、レーザ全体の発熱を抑制することにも限界があるため、COD発生によるレーザ劣化が危惧される。   However, in the next-generation optical disk apparatus, when aiming to achieve higher density and higher speed recording, there is a limit in suppressing the heat generation of the entire laser, and there is a concern about laser degradation due to the generation of COD.

本件発明者は、上記のような問題点を解決するために種々検討した結果、GaN系レーザの結晶成長時点で低転位構造と端面窓構造を同時に実現し、COD発生を根本的に抑制することで、高密度・高速記録化に適した高光出力用GaN系レーザを高歩留り・低コストで製造できることを見出した。   As a result of various studies to solve the above problems, the present inventors have realized a low dislocation structure and an end face window structure at the time of crystal growth of a GaN-based laser at the same time, thereby fundamentally suppressing COD generation. We have found that GaN-based lasers for high optical output suitable for high density and high speed recording can be manufactured at high yield and low cost.

そこで、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、第1の窒化物系III-V族化合物半導体層上に、所定幅の第1幅部と該第1幅部の両端に隣接する前記所定幅よりも広い幅の第2幅部とを有するストライプ状のマスキング膜を、幅方向に所定の周期で繰り返すように形成する工程Aと、前記マスキング膜と前記第1の窒化物系III-V族化合物半導体層の表面の該マスキング膜の間に露出する部分とを覆うように該露出部分から第2の窒化物系III-V族化合物半導体層を選択的に成長する工程Bと、実質的に前記マスキング膜のストライプ方向に延びる活性層を含むと共に前記第2幅部の上方に位置する部分が前記第1幅部の上方に位置する部分よりも低くなっていることにより幅方向に延在する段差を有する半導体レーザ構造を、前記第2の窒化物系III-V族化合物半導体層上に積層する工程Cとを有し、前記マスキング膜における前記第1幅部と前記第2幅部との幅差が、前記第1幅部の所定幅の16%以上84%以下であり、前記マスキング膜の前記幅方向の所定の周期が5μm以上50μm以下である。ここで、本発明において「段差」には、ステップ状の段差の他、傾斜状及び曲線状の段差を含む。 Therefore, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the first width portion having a predetermined width on the first nitride-based III-V compound semiconductor layer and the predetermined width adjacent to both ends of the first width portion. A step A of forming a striped masking film having a second width portion wider than the width so as to be repeated in the width direction at a predetermined period; and the masking film and the first nitride III-V A step B of selectively growing a second nitride-based III-V compound semiconductor layer from the exposed portion so as to cover a portion exposed between the masking films on the surface of the group III compound semiconductor layer; Including an active layer extending in the stripe direction of the masking film, and a portion positioned above the second width portion is lower than a portion positioned above the first width portion, thereby extending in the width direction. A semiconductor laser structure having a level difference is formed on the second nitrogen. And a step C of stacking the object based III-V compound semiconductor layer, the width difference between the second width portion and the first width portion of the masking film, the predetermined width of the first width portion The predetermined period in the width direction of the masking film is 5 μm or more and 50 μm or less . Here, in the present invention, the “step” includes a stepped step and an inclined step and a curved step.

このような構成とすると、各マスキング膜の第1幅部と第2幅部との幅差に対応するマスキング膜全体の開口率に応じて、第2の窒化物系III-V族化合物半導体層の膜厚が、マスキング膜の第1幅部及び第2幅部上にそれぞれ位置する部分間で異なるものとなる。そして、この膜厚差が第2の窒化物系III-V族化合物半導体層上に積層される半導体レーザ構造に反映されて、その第1幅部と第2幅部との境界上に位置する部位に積層の段差が形成されるので、この段差を利用して半導体レーザ構造の端面窓構造を実現できる。しかも、半導体レーザ構造の下地層となる第2の窒化物系III-V族化合物半導体層がマスキング膜を利用した選択成長により低転位構造となるので、半導体レーザ構造自体の低転位化を実現できる。また、半導体レーザ構造に積層の段差を好適に形成することができる。 With such a configuration, the second nitride-based III-V group compound semiconductor layer is formed in accordance with the aperture ratio of the entire masking film corresponding to the width difference between the first width portion and the second width portion of each masking film. The film thicknesses of the masking films differ between the portions located on the first width portion and the second width portion of the masking film. This film thickness difference is reflected in the semiconductor laser structure stacked on the second nitride-based III-V compound semiconductor layer and located on the boundary between the first width portion and the second width portion. Since the stacked step is formed at the site, the end window structure of the semiconductor laser structure can be realized by using the step. In addition, since the second nitride III-V compound semiconductor layer serving as the underlayer of the semiconductor laser structure has a low dislocation structure by selective growth using a masking film, the semiconductor laser structure itself can be reduced in dislocation. . In addition, it is possible to suitably form a stacking step in the semiconductor laser structure.

前記半導体レーザ構造において、前記第1幅部の上方に位置する部分の前記活性層が前記第2幅部の上方に位置する部分の前記活性層以外の半導体層に接合するよう前記段差が形成されてもよい。このような構成とすると、実装時における半田の不完全密着による放熱悪化を防止できる。   In the semiconductor laser structure, the step is formed so that a portion of the active layer located above the first width portion is joined to a semiconductor layer other than the active layer located above the second width portion. May be. With such a configuration, it is possible to prevent deterioration of heat dissipation due to incomplete adhesion of solder during mounting.

また、前記半導体レーザ構造において、前記第1幅部の上方に位置する部分の前記活性層が前記第2幅部の上方に位置する部分の前記活性層以外の半導体層に接合するよう前記段差が形成されてもよい。   Further, in the semiconductor laser structure, the step is formed such that a portion of the active layer located above the first width portion is joined to a semiconductor layer other than the active layer located above the second width portion. It may be formed.

また、前記半導体レーザ構造において、前記第1幅部の上方に位置する部分の前記活性層が前記第2幅部の上方に位置する部分の前記活性層よりバンドギャップエネルギーの大きな半導体層に接合するよう前記段差が形成されてもよい。このような構成とすると、共振器端部となる、第2幅部の上方に位置する部分におけるレーザ光の吸収を低減できる。   Further, in the semiconductor laser structure, a portion of the active layer positioned above the first width portion is bonded to a semiconductor layer having a larger band gap energy than the active layer of the portion positioned above the second width portion. The step may be formed as described above. With such a configuration, it is possible to reduce the absorption of the laser light in the portion located above the second width portion that becomes the resonator end.

また、前記半導体レーザ構造が前記活性層を積層方向において挟むクラッド層を含み、前記活性層よりバンドギャップエネルギーの大きな半導体層が該クラッド層であってもよい。このような構成とすると、共振器端部において活性層に接合するバンドギャップエネルギーの大きな半導体層を容易に実現することができる。   The semiconductor laser structure may include a clad layer sandwiching the active layer in the stacking direction, and the semiconductor layer having a band gap energy larger than that of the active layer may be the clad layer. With such a configuration, a semiconductor layer having a large band gap energy that is bonded to the active layer at the end of the resonator can be easily realized.

また、前記マスキング膜が絶縁膜からなっていてもよい。
また、前記工程Cにおいて、前記半導体レーザ構造を積層する際に、前記マスキング膜のストライプ方向に延びかつ該マスキング膜の上方に位置するようにリッジを形成してもよい。このような構成とすると、マスキング膜上の低転位な第2の窒化物系III-V族化合物半導体層上に半導体レーザの発光部が位置するので、半導体レーザの長寿命化を図ることができる。
The masking film may be made of an insulating film.
In the step C, when the semiconductor laser structure is stacked, a ridge may be formed so as to extend in the stripe direction of the masking film and to be positioned above the masking film. With such a configuration, since the light emitting portion of the semiconductor laser is positioned on the low-dislocation second nitride III-V compound semiconductor layer on the masking film, the life of the semiconductor laser can be extended. .

また、前記半導体レーザ構造の前記第2幅部の上方に位置する部分
が電流非注入構造を有してもよい。このような構成とすると、レーザ端面での電流注入による発熱が抑制され、CODのような端面劣化が抑制される。その結果、高光出力化及び長寿命化が可能になる。
Further, a portion located above the second width portion of the semiconductor laser structure may have a current non-injection structure. With such a configuration, heat generation due to current injection at the laser end face is suppressed, and end face deterioration such as COD is suppressed. As a result, high light output and long life can be achieved.

また、前記半導体レーザ構造の前記第2幅部の上方に位置する部分に電極を形成しないことにより、前記電流非注入構造を得てもよい。
また、前記半導体レーザ構造の前記第2幅部の上方に位置する部分において、電極の下に絶縁層を形成することにより、前記電流非注入構造を得てもよい。
Further, the current non-injection structure may be obtained by not forming an electrode in a portion located above the second width portion of the semiconductor laser structure.
Further, the current non-injection structure may be obtained by forming an insulating layer under the electrode in a portion located above the second width portion of the semiconductor laser structure.

また、前記窒化物系III-V族化合物半導体がGaN半導体であってもよい。GaN半導体は強固で物理的加工やイオン注入等によって端面窓構造を設けることが特に困難であるため、半導体レーザ構造の形成過程で形成される積層の段差を利用して端面窓構造を設けることが可能な本発明を適用すると、特に有効である。   The nitride III-V compound semiconductor may be a GaN semiconductor. Since GaN semiconductors are strong and it is particularly difficult to provide an end window structure by physical processing, ion implantation, etc., it is possible to provide an end window structure by utilizing the stacking step formed in the process of forming the semiconductor laser structure. The application of the present invention is particularly effective.

また、前記第1の窒化物系III-V族化合物半導体層がサファイヤ基板上に形成されてもよい。   The first nitride-based III-V compound semiconductor layer may be formed on a sapphire substrate.

また、前記第2の窒化物系III-V族化合物半導体は、前記マスキング膜の間から該マスキング膜上に向けて前記基板の主面に略平行に成長することが好ましい。   Further, it is preferable that the second nitride-based III-V group compound semiconductor grows substantially parallel to the main surface of the substrate from between the masking films onto the masking film.

また、前記第2の窒化物系III-V族化合物半導体層において、前記マスキング膜上に成長した部分の転移密度が、前記マスキング膜の間に成長した部分の転移密度より低いことが好ましい。   In the second nitride III-V compound semiconductor layer, it is preferable that a transition density of a portion grown on the masking film is lower than a transition density of a portion grown between the masking films.

また、前記第2の窒化物系III-V族化合物半導体層は、前記マスキング膜の各幅部上に成長した部分がそれぞれ平坦化されることが好ましい。
また、前記マスキング膜の開口率が前記ストライプ方向にテーパ状に変化していてもよい。
In the second nitride-based III-V group compound semiconductor layer, it is preferable that portions grown on the respective width portions of the masking film are planarized.
The aperture ratio of the masking film may change in a taper shape in the stripe direction.

また、本発明に係る半導体発光素子は、第1の窒化物系III-V族化合物半導体層と、前記第1の窒化物系III-V族化合物半導体層上に幅方向に所定の周期で繰り返すように形成され、所定幅の第1幅部と該第1幅部の両端に隣接すると共に前記所定幅よりも広い幅の第2幅部とを有するストライプ状のマスキング膜と、前記マスキング膜と前記第1の窒化物系III-V族化合物半導体層の表面の該マスキング膜の間に露出する部分とを覆うように該露出部分から選択的に成長された第2の窒化物系III-V族化合物半導体層と、前記第2の窒化物系III-V族化合物半導体層上に積層され、実質的に前記マスキング膜のストライプ方向に延びる活性層を含むと共に前記第2幅部の上方に位置する部分が前記第1幅部の上方に位置する部分よりも低くなっていることにより幅方向に延在する段差を有する半導体レーザ構造とを備え、前記マスキング膜における前記第1幅部と前記第2幅部との幅差が、前記第1幅部の所定幅の16%以上84%以下であり、前記マスキング膜の前記幅方向の所定の周期が5μm以上50μm以下であるThe semiconductor light emitting device according to the present invention repeats on the first nitride-based III-V compound semiconductor layer and the first nitride-based III-V compound semiconductor layer at a predetermined cycle in the width direction. A stripe-shaped masking film having a first width portion having a predetermined width and a second width portion adjacent to both ends of the first width portion and wider than the predetermined width; and the masking film, A second nitride III-V film selectively grown from the exposed portion so as to cover the exposed portion of the surface of the first nitride III-V compound semiconductor layer between the masking films. A group compound semiconductor layer and an active layer stacked on the second nitride-based group III-V compound semiconductor layer and extending substantially in the stripe direction of the masking film, and positioned above the second width portion The portion to be lower is lower than the portion located above the first width portion And a semiconductor laser structure having a step extending in the width direction by Rukoto, width difference between said second width portion and the first width portion of the masking film, the predetermined width of the first width portion 16 % To 84%, and the predetermined period in the width direction of the masking film is 5 μm to 50 μm .

このような構成とすると、半導体レーザ構造の形成過程で、長手方向(ストライプ方向)に幅(開口率)が異なるストライプ状のマスキング膜を用いて第2の窒化物系III-V族化合物半導体層を選択成長することにより、積層の段差が形成されるので、この段差を利用して端面窓構造を設けることができる。その結果、GaN半導体のような、強固で物理的加工やイオン注入等では端面窓構造を設けることが困難な材料からなる半導体レーザにおいても、容易に端面窓構造を実現できる。また、選択成長により形成される第2の窒化物系III-V族化合物半導体層が低転位構造となるので、半導体レーザ構造自体の低転位化を図ることもできる。   With such a configuration, the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is formed using a striped masking film having a different width (aperture ratio) in the longitudinal direction (stripe direction) in the process of forming the semiconductor laser structure. Since the step of the stack is formed by selectively growing, the end face window structure can be provided using this step. As a result, an end window structure can be easily realized even in a semiconductor laser made of a material that is hard and difficult to provide an end window structure by physical processing or ion implantation, such as a GaN semiconductor. Further, since the second nitride III-V compound semiconductor layer formed by selective growth has a low dislocation structure, the semiconductor laser structure itself can be reduced in dislocation.

また、ストライプ方向断面視において前記活性層の下方に前記マスキング膜が位置してもよい。   The masking film may be located below the active layer in a cross-sectional view in the stripe direction.

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。   The above object, other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

本発明は、以上に説明したような構成を有し、高密度・高速記録化に適した高光出力用GaN系レーザを高歩留り・低コストで製造できるという効果を奏する。   The present invention has the configuration as described above, and produces an effect that a high-light-output GaN-based laser suitable for high-density and high-speed recording can be manufactured with high yield and low cost.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

最初に、本発明に係る半導体発光素子の製造方法の基礎となる、選択成長を利用した積層膜厚制御方法を説明する。この積層膜厚制御方法では、GaN系半導体の結晶成長において、開口率の異なる絶縁膜を用いて選択成長することにより、その積層膜の低転位化を図るとともに膜厚を制御する。   First, a laminated film thickness control method using selective growth, which is the basis of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, will be described. In this laminated film thickness control method, in the crystal growth of a GaN-based semiconductor, selective growth is performed using insulating films having different aperture ratios, thereby reducing the dislocation of the laminated film and controlling the film thickness.

以下、この積層膜厚制御方法の詳細について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, the details of the method for controlling the laminated film thickness will be described with reference to the drawings.

図1(a)〜図1(d)及び図2(e)〜図2(h)は本積層膜厚制御方法に係る半導体の構成断面図を示している。まず、(0001)面を主面とするサファイア基板11を、酸溶液を用いて洗浄する。その後、洗浄した基板11を有機金属気相成長(MOVPE)装置(図示せず)の反応炉内のサセプタに保持し、反応炉を真空排気する。続いて、反応炉内を圧力が300Torr(1Torr=133.322Pa)の水素雰囲気とし、温度を約1100℃にまで昇温して基板11を加熱し、表面のサーマルクリーニングを約10分間行なう。   FIG. 1A to FIG. 1D and FIG. 2E to FIG. 2H show cross-sectional views of a semiconductor structure according to the present laminated film thickness control method. First, the sapphire substrate 11 having the (0001) plane as a main surface is cleaned using an acid solution. Thereafter, the cleaned substrate 11 is held on a susceptor in a reaction furnace of a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) apparatus (not shown), and the reaction furnace is evacuated. Subsequently, the inside of the reaction furnace is set to a hydrogen atmosphere having a pressure of 300 Torr (1 Torr = 133.322 Pa), the temperature is raised to about 1100 ° C., the substrate 11 is heated, and the surface is thermally cleaned for about 10 minutes.

次に、反応炉を約500℃にまで降温した後、基板11の主面上に、供給量7sccmのトリメチルガリウム(TMG)と、供給量が7.5slmのアンモニア(NH3)ガスと、キャリアガスとして水素とを同時に供給することにより、厚さが20nmのGaNよりなる低温バッファ層を成長する。続いて、反応炉を約1000℃にまで昇温し、厚さが約1μm のGaN層12を成長する(図1(a))。 Next, after the temperature of the reactor is lowered to about 500 ° C., trimethyl gallium (TMG) with a supply amount of 7 sccm, ammonia (NH 3 ) gas with a supply amount of 7.5 slm, and a carrier gas are formed on the main surface of the substrate 11. By simultaneously supplying hydrogen as a low temperature buffer layer made of GaN having a thickness of 20 nm is grown. Subsequently, the temperature of the reactor is raised to about 1000 ° C. to grow a GaN layer 12 having a thickness of about 1 μm (FIG. 1 (a)).

この後、基板11を反応炉から取り出し、GaN層12上に選択成長用の絶縁膜(マスキング膜)13を形成する。絶縁膜13は、ここでは、二酸化珪素(SiO2)とし、プラズマCVD装置で100nm程度堆積させる(図1(b))。続いて、絶縁膜13上にレジスト膜14を塗布し(図1(c))、フォトリソグラフィー法により、開口率の異なる以下のストライプ状のレジストパターンを形成する(図1(d))。(レジスト膜14の幅(Wl):レジスト除去幅(Ws)、開口率)=(3μm:15μm、0.83)、(6μm:12μm、0.67)、(9μm:9μm、0.50)、(12μm:6μm、0.33)、(15μm:3μm、0.17)。ただし、このストライプ方向はGaN膜12の<1−100>方向で、周期(ピッチ)Pはすべて18μmで同一である。また、各レジストパターンは20mm角のブロック形状であり、各パターン間は5mm程度離し選択成長時に相互の影響がないようにした。この後、レジスト膜14をエッチングマスクとして、レジスト除去部101’の絶縁膜13をフッ酸溶液で除去して溝状の開口部101を形成し、該開口部101の底部にGaN層12を露出させる(図2(e))。続いて、アセトンなどの有機溶液によりレジスト膜14を除去する(図2(f))。このようにして得られたストライプ状の絶縁膜13の幅、開口部101の幅、及び開口率は、上記レジスト膜14の幅、開口部101’の幅、及び開口率と実質的に同じである。 Thereafter, the substrate 11 is taken out of the reaction furnace, and an insulating film (masking film) 13 for selective growth is formed on the GaN layer 12. Here, the insulating film 13 is made of silicon dioxide (SiO 2 ) and is deposited by a plasma CVD apparatus to about 100 nm (FIG. 1B). Subsequently, a resist film 14 is applied on the insulating film 13 (FIG. 1C), and the following striped resist patterns having different aperture ratios are formed by photolithography (FIG. 1D). (Width of resist film 14 (Wl): resist removal width (Ws), aperture ratio) = (3 μm: 15 μm, 0.83), (6 μm: 12 μm, 0.67), (9 μm: 9 μm, 0.50) (12 μm: 6 μm, 0.33), (15 μm: 3 μm, 0.17). However, the stripe direction is the <1-100> direction of the GaN film 12, and the period (pitch) P is all 18 μm and the same. Each resist pattern has a 20 mm square block shape, and the patterns are separated by about 5 mm so that there is no mutual influence during selective growth. Thereafter, using the resist film 14 as an etching mask, the insulating film 13 of the resist removing portion 101 ′ is removed with a hydrofluoric acid solution to form a groove-like opening 101, and the GaN layer 12 is exposed at the bottom of the opening 101. (FIG. 2 (e)). Subsequently, the resist film 14 is removed with an organic solution such as acetone (FIG. 2F). The width of the stripe-shaped insulating film 13 thus obtained, the width of the opening 101, and the opening ratio are substantially the same as the width of the resist film 14, the width of the opening 101 ′, and the opening ratio. is there.

この後、GaN層を選択成長するために、ストライプ状の絶縁膜13が堆積された基板11を前記MOVPE装置の反応炉内のサセプタに保持し、反応炉を真空排気する。続いて、反応炉内を圧力が200Torrの水素雰囲気とし、温度を約1000℃にまで昇温して、供給量7sccmのトリメチルガリウム(TMG)と、供給量が7.5slmのアンモニア(NH3)ガスと、キャリアガスとしての水素とを同時に供給することにより、4時間程度GaN層15を選択成長する。 Thereafter, in order to selectively grow the GaN layer, the substrate 11 on which the striped insulating film 13 is deposited is held on the susceptor in the reaction furnace of the MOVPE apparatus, and the reaction furnace is evacuated. Subsequently, the reactor is set to a hydrogen atmosphere with a pressure of 200 Torr, the temperature is raised to about 1000 ° C., and a supply amount of 7 sccm of trimethylgallium (TMG) and a supply amount of 7.5 slm of ammonia (NH 3 ) gas are used. By simultaneously supplying hydrogen as a carrier gas, the GaN layer 15 is selectively grown for about 4 hours.

選択成長終了後、基板11を反応炉から取り出し、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて、選択成長したGaN層15の断面形状及び膜厚を観察した。その結果、各選択成長パターン(上述の互いに開口率の異なるレジストパターンに対応する絶縁膜13のパターン)において、絶縁膜13の開口部分101から絶縁膜13上に横方向(基板水平方向)に伸びたGaN層がお互いに合体して平坦化していた(図2(g),(h))。符号16は、GaN層15の合体部を示す。次に、各選択成長パターンにおいて、絶縁膜13上に選択成長したGaN層15の積層膜厚を実測した。図3に、その結果を、GaN層15の積層膜厚の開口率依存性を表すグラフとして示す。図3から、絶縁層13の開口率の減少に伴い、GaN層15の積層膜厚が単調に減少していることがわかる。したがって、絶縁膜13の周期は一定であっても、その開口率を変化させることで絶縁膜13上のGaN層の積層膜厚を変化させることが可能であることが検証できた。尚、この結果は、前記非特許文献2の「Journal of Crystal Growth, Vol.195 (1998) 328-332」と同様の傾向である。   After completion of the selective growth, the substrate 11 was taken out of the reactor, and the cross-sectional shape and film thickness of the selectively grown GaN layer 15 were observed using a scanning electron microscope (SEM). As a result, in each selective growth pattern (the pattern of the insulating film 13 corresponding to the above-described resist patterns having different opening ratios), it extends from the opening portion 101 of the insulating film 13 onto the insulating film 13 in the lateral direction (substrate horizontal direction). The GaN layers merged with each other and were flattened (FIGS. 2 (g) and (h)). Reference numeral 16 denotes a merged portion of the GaN layer 15. Next, in each selective growth pattern, the laminated film thickness of the GaN layer 15 selectively grown on the insulating film 13 was measured. FIG. 3 shows the result as a graph representing the aperture ratio dependence of the laminated film thickness of the GaN layer 15. From FIG. 3, it can be seen that the laminated film thickness of the GaN layer 15 monotonously decreases as the aperture ratio of the insulating layer 13 decreases. Therefore, even if the period of the insulating film 13 is constant, it was verified that the laminated film thickness of the GaN layer on the insulating film 13 can be changed by changing the aperture ratio. This result has the same tendency as “Journal of Crystal Growth, Vol.195 (1998) 328-332” of Non-Patent Document 2.

次に、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて貫通転位の観察をおこなった。その結果、絶縁膜13の開口部分101では貫通転位密度が1E9cm-2程度で転位低減効果は見られないが、絶縁膜13上では貫通転位が基板水平方向に屈曲し、貫通転位密度は1E7cm-2程度に低減されていることが検証できた(図2(h)参照。同図においては、符号102が貫通転位を示し、図示されたもの以外の他の開口部分101における貫通転位の記載は省略されている)。 Next, threading dislocations were observed using a transmission electron microscope (TEM). As a result, although the threading dislocation density is about 1E9 cm −2 at the opening 101 of the insulating film 13 and no dislocation reduction effect is observed, the threading dislocation is bent in the horizontal direction on the insulating film 13 and the threading dislocation density is 1E7 cm −. see that is reduced to about 2 can be verified (FIG. 2 (h). in the figure, reference numeral 102 indicates a threading dislocation, the description of the threading dislocations in other opening portion 101 other than those illustrated Omitted).

なお、本積層膜厚制御方法では、GaN層15の選択成長のためのマスキング膜として絶縁膜13を用いたが、マスキング膜は、GaN層15がその上にエピタキシャル成長することが困難な膜であればよく、必ずしも絶縁性は要求されない。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態は、半導体レーザの結晶成長において、前述の積層膜厚制御方法に基づいて、開口率の異なる絶縁膜を用いた選択成長を行うことにより、低転位構造とレーザ共振器端面でのCOD発生抑制に有効な端面窓構造を同時に高歩留り・低コストで得ることが可能なGaN系半導体レーザの製造方法を示す。
In this method for controlling the laminated film thickness, the insulating film 13 is used as a masking film for selective growth of the GaN layer 15, but the masking film may be a film on which it is difficult for the GaN layer 15 to grow epitaxially. Insulation is not necessarily required.
(First embodiment)
According to the first embodiment of the present invention, in the crystal growth of a semiconductor laser, a low dislocation structure and laser resonance are achieved by performing selective growth using insulating films having different aperture ratios based on the above-described stacked film thickness control method. A method of manufacturing a GaN-based semiconductor laser capable of simultaneously obtaining an end face window structure effective for suppressing COD generation on the end face of the vessel at a high yield and low cost is shown.

以下、本発明の第1の実施形態によるGaN系半導体レーザの製造方法の詳細について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, the details of the manufacturing method of the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図4(a)〜図7(k)は本実施形態に係る半導体レーザの構成断面図を各プロセス順に示している。   4A to 7K are sectional views of the semiconductor laser according to this embodiment in the order of each process.

まず、(0001)面を主面とするサファイア基板21を酸溶液を用いて洗浄する。その後、洗浄した基板21を有機金属気相成長(MOVPE)装置(図示せず)の反応炉内のサセプタに保持し、反応炉を真空排気する。続いて、反応炉内を、圧力が300Torrの水素雰囲気とし、温度を約1100℃にまで昇温して基板21を加熱し表面のサーマルクリーニングを約10分間行なう。   First, the sapphire substrate 21 whose main surface is the (0001) plane is cleaned using an acid solution. Thereafter, the cleaned substrate 21 is held on a susceptor in a reaction furnace of a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) apparatus (not shown), and the reaction furnace is evacuated. Subsequently, the inside of the reaction furnace is set to a hydrogen atmosphere at a pressure of 300 Torr, the temperature is raised to about 1100 ° C., the substrate 21 is heated, and the surface is thermally cleaned for about 10 minutes.

次に、反応炉を約500℃にまで降温した後、基板21上に、供給量7sccmのトリメチルガリウム(TMG)と、供給量が7.5slmのアンモニア(NH3)ガスと、キャリアガスとしての水素とを同時に供給することにより、厚さが20nmのGaNよりなる低温バッファ層を成長する。続いて、反応炉を約1000℃にまで昇温し、厚さが約1μm のGaN層22を成長する(図4(a))。 Next, after the temperature of the reaction furnace is lowered to about 500 ° C., trimethylgallium (TMG) with a supply amount of 7 sccm, ammonia (NH 3 ) gas with a supply amount of 7.5 slm, and hydrogen as a carrier gas are formed on the substrate 21. Are simultaneously grown to grow a low-temperature buffer layer made of GaN having a thickness of 20 nm. Subsequently, the temperature of the reactor is raised to about 1000 ° C. to grow a GaN layer 22 having a thickness of about 1 μm (FIG. 4A).

この後、基板21を反応炉から取り出し、GaN層22上に選択成長用の絶縁膜(マスキング膜)23を形成する。絶縁膜23は、ここでは、二酸化珪素(SiO2)とし、プラズマCVD装置で100nm程度堆積させる(図4(b))。続いて、絶縁膜23上にレジスト膜24を塗布し(図4(c))、フォトリソグラフィー法により、ストライプ状のレジスト膜24を形成する。 Thereafter, the substrate 21 is taken out of the reaction furnace, and an insulating film (masking film) 23 for selective growth is formed on the GaN layer 22. Here, the insulating film 23 is made of silicon dioxide (SiO 2 ) and is deposited by a plasma CVD apparatus to about 100 nm (FIG. 4B). Subsequently, a resist film 24 is applied on the insulating film 23 (FIG. 4C), and a stripe-shaped resist film 24 is formed by photolithography.

図5(d)に示すように、このストライプ状のレジスト24膜は、18μm周期Pで形成され、かつその長手方向に複数の狭幅部(第1幅部)24aと複数の広幅部(第2幅部)24bとが交互に形成されている。狭幅部24aは、700μmの長さを有し、(レジスト膜24の幅(Wl’):レジスト除去幅(Ws’)、開口率)=(12μm:6μm、0.33)に形成されている。広幅部24bは、50μmの長さを有し、(レジスト膜24の幅(Wl”):レジスト除去幅(Ws”)、開口率)=(15μm:3μm、0.17)に形成されている。この広幅部24bは後述するようにレーザ共振器端面の窓構造となる領域に対応している。このストライプパターン(レジスト膜24のパターン)の狭幅部24aにおける断面図を図5(e)に示す。このストライプの延在方向(ストライプ方向)はGaN膜の<1−100>方向(第1の方向)201とした。また、広幅部24bは、各レジスト膜24の長手方向における同一の位置に形成され、前記第1の方向201に垂直な方向(第2の方向)202に間隔を置いて連なっている。つまり、レジスト膜24はその幅方向に繰り返すように形成されている。ここで、狭幅部24aと広幅部24bとの幅差(d=Wl”−Wl’)は、狭幅部24aの幅Wl’の16%以上84%以下であることが好ましい。   As shown in FIG. 5 (d), the striped resist 24 film is formed with a period P of 18 μm, and has a plurality of narrow portions (first width portions) 24a and a plurality of wide portions (first width portions) in the longitudinal direction. 2 width portions) 24b are alternately formed. The narrow width portion 24a has a length of 700 μm, and is formed to be (resist film 24 width (Wl ′): resist removal width (Ws ′), aperture ratio) = (12 μm: 6 μm, 0.33). Yes. The wide portion 24b has a length of 50 μm, and is formed such that (width of resist film 24 (Wl ″): resist removal width (Ws ″), aperture ratio) = (15 μm: 3 μm, 0.17). . As will be described later, the wide portion 24b corresponds to a region having a window structure on the end face of the laser resonator. FIG. 5E shows a cross-sectional view of the stripe pattern (pattern of the resist film 24) in the narrow width portion 24a. The extending direction of the stripe (stripe direction) was the <1-100> direction (first direction) 201 of the GaN film. The wide portions 24b are formed at the same position in the longitudinal direction of the resist films 24, and are continuous with a gap in a direction (second direction) 202 perpendicular to the first direction 201. That is, the resist film 24 is formed to repeat in the width direction. Here, the width difference (d = Wl ″ −Wl ′) between the narrow width portion 24a and the wide width portion 24b is preferably 16% to 84% of the width Wl ′ of the narrow width portion 24a.

なお、図5に示されるレジスト膜24の幅方向の周期P(すなわち、絶縁膜13の幅方向の周期P)は上記の例では18μmとしたが、5μm以上50μm以下であることが好ましい。5μm未満とした場合には、狭幅部24aと広幅部24bとの差を広げることができず、結果として本発明の効果を得ることができなくなる場合がある。一方、50μmを超える場合には、絶縁膜13の面積があまりにも小さくなり、貫通転位を効果的に抑制できなくなる傾向がある。   The period P in the width direction of the resist film 24 shown in FIG. 5 (that is, the period P in the width direction of the insulating film 13) is 18 μm in the above example, but is preferably 5 μm or more and 50 μm or less. When the thickness is less than 5 μm, the difference between the narrow portion 24a and the wide portion 24b cannot be widened, and as a result, the effects of the present invention may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 50 μm, the area of the insulating film 13 becomes too small, and threading dislocations tend not to be effectively suppressed.

次いで、レジスト膜24をエッチングマスクとして、レジスト除去部101’の絶縁膜23をフッ酸溶液で除去して溝状の開口部101を形成し、該開口部101の底部にGaN層22を露出させる(図5(f))。続いて、アセトンなどの有機溶液によりレジスト膜24を除去する(図6(g))。このようにして得られたストライプ状の絶縁膜23の幅、開口部101の幅、及び開口率は、上記レジスト膜24の幅、開口部101の幅、及び開口率と実質的に同じである。   Next, using the resist film 24 as an etching mask, the insulating film 23 of the resist removing portion 101 ′ is removed with a hydrofluoric acid solution to form a groove-like opening 101, and the GaN layer 22 is exposed at the bottom of the opening 101. (FIG. 5 (f)). Subsequently, the resist film 24 is removed with an organic solution such as acetone (FIG. 6G). The width of the stripe-shaped insulating film 23 thus obtained, the width of the opening 101, and the opening ratio are substantially the same as the width of the resist film 24, the width of the opening 101, and the opening ratio. .

この後、GaN層を選択成長するために、ストライプ状の絶縁膜23が堆積された基板21を前記MOVPE装置の反応炉内のサセプタに再度保持し、反応炉を真空排気する。続いて、反応炉内を圧力が200Torrの水素雰囲気とし、温度を約1000℃にまで昇温して、供給量7sccmのトリメチルガリウム(TMG)と、供給量が7.5slmのアンモニア(NH3)ガスと、キャリアガスとしての水素とを同時に供給することにより、図5(d)の選択成長マスクパターン(絶縁膜24)上にGaN層25を選択成長する。この際に、絶縁膜23の長手方向(第1の方向)201における開口率が異なることにより、GaN層25の積層膜厚に、第1の方向201において膜厚差が生じる((図6(h))))。その結果、第2の方向に延びるように、絶縁膜23の狭幅部に対応する凸状のストライプ1と絶縁膜23の広幅部に対応する凹状のストライプ2とがそれぞれ形成される。本実施形態の場合、前記ストライプ1領域のGaN層25を約4μm選択成長した時点で(図7(i))、絶縁膜23の開口率の異なる前記ストライプ2領域では膜厚が薄膜化し約3.5μmとなっている(図7(j))。この傾向は図3に示す通りである。また、本実施形態では、絶縁膜13の開口率をその長手方向にステップ状に変化させたが、開口率を緩やかにテーパ状に変化させると、GaN層25の膜厚変化も緩やかになり、転位等の欠陥の導入が抑制される。 Thereafter, in order to selectively grow the GaN layer, the substrate 21 on which the striped insulating film 23 is deposited is held again on the susceptor in the reaction furnace of the MOVPE apparatus, and the reaction furnace is evacuated. Subsequently, the reactor is set to a hydrogen atmosphere with a pressure of 200 Torr, the temperature is raised to about 1000 ° C., and a supply amount of 7 sccm of trimethylgallium (TMG) and a supply amount of 7.5 slm of ammonia (NH 3 ) gas are used. By simultaneously supplying hydrogen as a carrier gas, the GaN layer 25 is selectively grown on the selective growth mask pattern (insulating film 24) shown in FIG. At this time, the opening ratio in the longitudinal direction (first direction) 201 of the insulating film 23 is different, so that a difference in film thickness occurs in the first direction 201 in the laminated film thickness of the GaN layer 25 ((FIG. 6 ( h)))). As a result, a convex stripe 1 corresponding to the narrow portion of the insulating film 23 and a concave stripe 2 corresponding to the wide portion of the insulating film 23 are formed so as to extend in the second direction. In the case of the present embodiment, when the GaN layer 25 in the stripe 1 region is selectively grown by about 4 μm (FIG. 7 (i)), the film thickness is reduced in the stripe 2 region having a different aperture ratio of the insulating film 23 by about 3%. It is 0.5 μm (FIG. 7 (j)). This tendency is as shown in FIG. In this embodiment, the aperture ratio of the insulating film 13 is changed stepwise in the longitudinal direction. However, if the aperture ratio is gradually changed in a taper shape, the change in the film thickness of the GaN layer 25 also becomes gentle. Introduction of defects such as dislocations is suppressed.

続いて、n型ドーパントとしてシラン(SiH4)ガスも供給して、厚さが約2μmでSi不純物濃度が約1E18cm-3のn型GaNよりなるn型コンタクト層26を成長する。次に、トリメチルアルミニウム(TMA)も供給しながら、厚さが約0.7μmでSi不純物濃度が5E17cm-3のn型Al0.07Ga0.93Nよりなるn型クラッド層27を成長する。続いて、厚さが約120nmでSi不純物濃度が約1E18cm-3のn型GaNよりなる第1の光ガイド層28を成長した後、温度を約800℃にまで降温し、キャリアガスを水素から窒素に変更して、トリメチルインジウム(TMI)とTMGを供給して厚さが約3nmのIn0.1Ga0.9Nよりなる量子井戸(3層)と厚さが約9nmのGaNバリア層(2層)からなる多重量子井戸活性層29を成長する。その後、再び反応炉内の温度を約1000℃にまで昇温しキャリアガスを窒素から水素に戻して、p型ドーパントであるビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)ガスを供給しながら、厚さが約20nmでMg不純物濃度が5E17cm-3のp型 Al0.15Ga0.85N よりなるキャップ層30を成長する。次に、厚さが約120nmでMg不純物濃度が1E18cm-3のp型 GaNよりなる第2の光ガイド層31を成長する。続いて、厚さが約0.7μmでMg不純物濃度が5E17cm-3のp型Al0.07Ga0.93Nよりなるp型クラッド層32を成長する。最後に、厚さが約0.1μmでMg不純物濃度が1E18cm-3のp型GaNよりなるp型コンタクト層33を成長する(図7(k))。結晶成長終了後、レーザ構造の積層膜厚を断面SEMで確認したところ、図8(a)及び図8(b)に示すように、ストライプ1領域の方がストライプ2領域よりも約0.5μm厚くなっていた。つまり、ストライプ1領域とストライプ2領域との間で積層膜の段差301(断層)が生じていた。これはGaN層25の膜厚差が継続されて生じたものと思われる。この段差301は、図6(h)に「ストライプ2」として示すように、幅方向(図面左右方向)に延在している。すなわち、絶縁膜13のストライプ方向(図5(d)参照。図面上下方向)とは直交している。 Subsequently, silane (SiH 4 ) gas is also supplied as an n-type dopant to grow an n-type contact layer 26 made of n-type GaN having a thickness of about 2 μm and a Si impurity concentration of about 1E18 cm −3 . Next, while supplying trimethylaluminum (TMA), an n-type cladding layer 27 made of n-type Al 0.07 Ga 0.93 N having a thickness of about 0.7 μm and a Si impurity concentration of 5E17 cm −3 is grown. Subsequently, after growing the first optical guide layer 28 made of n-type GaN having a thickness of about 120 nm and a Si impurity concentration of about 1E18 cm −3 , the temperature is lowered to about 800 ° C., and the carrier gas is made from hydrogen. By changing to nitrogen, trimethylindium (TMI) and TMG are supplied and a quantum well (three layers) made of In 0.1 Ga 0.9 N with a thickness of about 3 nm and a GaN barrier layer (two layers) with a thickness of about 9 nm A multiple quantum well active layer 29 is grown. Thereafter, the temperature in the reactor is again raised to about 1000 ° C., the carrier gas is returned from nitrogen to hydrogen, and the p-type dopant biscyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) gas is supplied while the thickness is increased. A cap layer 30 made of p-type Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of about 20 nm and an Mg impurity concentration of 5E17 cm −3 is grown. Next, a second optical guide layer 31 made of p-type GaN having a thickness of about 120 nm and an Mg impurity concentration of 1E18 cm −3 is grown. Subsequently, a p-type cladding layer 32 made of p-type Al 0.07 Ga 0.93 N having a thickness of about 0.7 μm and an Mg impurity concentration of 5E17 cm −3 is grown. Finally, a p-type contact layer 33 made of p-type GaN having a thickness of about 0.1 μm and an Mg impurity concentration of 1E18 cm −3 is grown (FIG. 7 (k)). After the crystal growth was completed, the thickness of the laminated laser structure was confirmed by cross-sectional SEM. As shown in FIGS. 8A and 8B, the stripe 1 region was about 0.5 μm than the stripe 2 region. It was thick. That is, a step 301 (fault) of the laminated film occurred between the stripe 1 region and the stripe 2 region. This seems to be caused by the continued difference in film thickness of the GaN layer 25. The step 301 extends in the width direction (the left-right direction in the drawing) as shown as “stripe 2” in FIG. That is, it is orthogonal to the stripe direction of the insulating film 13 (see FIG. 5D, the vertical direction in the drawing).

また、この膜厚差に起因して、ストライプ1領域の活性層29は、積層膜の厚み方向において、ストライプ2領域のp型Al0.07Ga0.93Nクラッド層32が位置する範囲内に位置していることが確認された。このため、ストライプ1領域の活性層29で発生したレーザ光は、端面窓構造領域に相当するストライプ2領域では活性層29よりもバンドギャップエネルギーの大きなAl0.07Ga0.93Nクラッド層32中を伝搬することになる。その結果、端面領域でのレーザ光の吸収は低減される。 Further, due to this film thickness difference, the active layer 29 in the stripe 1 region is positioned within the range where the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 32 in the stripe 2 region is located in the thickness direction of the laminated film. It was confirmed that Therefore, the laser beam generated in the active layer 29 in the stripe 1 region propagates in the Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 32 having a band gap energy larger than that in the active layer 29 in the stripe 2 region corresponding to the end face window structure region. It will be. As a result, the absorption of laser light in the end face region is reduced.

成長終了後、まずp型半導体層の活性化加熱処理を行う。MOVPE装置の反応炉から基板を取り出し、p型不純物活性化の加熱処理を施すためにアニール炉の中に搬送する。次にアニール炉を真空排気した後、供給量3slmの窒素ガスを導入して大気圧にし、その後、750℃で20分間の加熱処理をおこなう。加熱処理後、基板を室温まで降温し、アニール炉から取り出す。   After completion of the growth, first, activation heat treatment of the p-type semiconductor layer is performed. The substrate is taken out from the reaction furnace of the MOVPE apparatus, and is transferred into an annealing furnace to perform heat treatment for p-type impurity activation. Next, after evacuating the annealing furnace, a supply amount of 3 slm nitrogen gas is introduced to atmospheric pressure, and then a heat treatment is performed at 750 ° C. for 20 minutes. After the heat treatment, the substrate is cooled to room temperature and removed from the annealing furnace.

以下、レーザ構成断面図を示した図9を参照しながら、レーザ加工プロセスについて説明する。   Hereinafter, the laser processing process will be described with reference to FIG. 9 showing a sectional view of the laser structure.

加熱処理終了後、基板21の表面にSiO2よりなる絶縁膜を堆積させる。続いて、この絶縁膜上にレジスト膜を堆積させ、フォトリソグラフィー法によりp型コンタクト層33のリッジ形成位置(リッジ幅は2μm程度)のみにレジスト膜が残るようにする。この際、リッジ形成を絶縁膜23上の選択成長領域(低転位密度領域)で実施することで、レーザ素子の動作電流低減及び長寿命化が実現できる。この後、レジスト膜をエッチングマスクとして、レジスト除去部の絶縁膜をフッ酸溶液で除去しp型コンタクト層33を露出させる。続いて、リッジ形成位置以外の領域をドライエッチング装置でエッチングし、活性層29上のp型層の残し膜厚を50nm程度にする。その後、アセトンなどの有機溶液によりレジスト膜を除去する。これにより、p型コンタクト層33及びAl0.07Ga0.93Nクラッド層32からなるリッジ103が形成される。このリッジ103の延在方向は、ストライプの延在方向に平行な方向、すなわち、第1の方向201である。 After completion of the heat treatment, an insulating film made of SiO 2 is deposited on the surface of the substrate 21. Subsequently, a resist film is deposited on the insulating film, and the resist film remains only at the ridge formation position (ridge width is about 2 μm) of the p-type contact layer 33 by photolithography. At this time, by forming the ridge in a selective growth region (low dislocation density region) on the insulating film 23, it is possible to reduce the operating current and extend the life of the laser element. Thereafter, using the resist film as an etching mask, the insulating film in the resist removal portion is removed with a hydrofluoric acid solution to expose the p-type contact layer 33. Subsequently, the region other than the ridge formation position is etched with a dry etching apparatus so that the remaining film thickness of the p-type layer on the active layer 29 is about 50 nm. Thereafter, the resist film is removed with an organic solution such as acetone. Thereby, the ridge 103 composed of the p-type contact layer 33 and the Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 32 is formed. The extending direction of the ridge 103 is a direction parallel to the extending direction of the stripe, that is, the first direction 201.

次に、n型電極の形成位置以外の領域をSiO2よりなる絶縁膜で覆い、ドライエッチングでn型コンタクト層26を露出させる。また、p側とn側の電気的分離はSiO2からなる絶縁膜34で行い、リッジ103に位置するp型コンタクト層33上の絶縁膜34をフッ酸溶液で除去する。その後、絶縁膜34を除去した部分にn側電極35としてTi/Al、p側電極36としてNi/Pt/Auをそれぞれ形成する。 Next, a region other than the n-type electrode formation position is covered with an insulating film made of SiO 2 and the n-type contact layer 26 is exposed by dry etching. Further, the p-side and n-side electrical separation is performed by the insulating film 34 made of SiO 2 , and the insulating film 34 on the p-type contact layer 33 located on the ridge 103 is removed with a hydrofluoric acid solution. Thereafter, Ti / Al is formed as the n-side electrode 35 and Ni / Pt / Au is formed as the p-side electrode 36 in the portion where the insulating film 34 is removed.

続いて、レーザ共振器端面のへき開工程に移る。まず、基板21をサファイア基板の裏面から研磨し総膜厚を120μm程度に薄膜化する。その後、共振器端面がサファイア基板の<1−100>方向(へき開面は(11−20)面)となるように、基板21をへき開装置(図示せず)でへき開する。この際、前記ストライプ2(端面窓構造)領域の中央でへき開することにより、端面窓構造領域(長さ:25μm)を両端面に持つバー状態のレーザ素子A(共振器長:750μm)を作製することができる。   Subsequently, the process proceeds to a cleavage step of the laser resonator end face. First, the substrate 21 is polished from the back surface of the sapphire substrate to reduce the total film thickness to about 120 μm. Thereafter, the substrate 21 is cleaved with a cleaving device (not shown) so that the resonator end face is in the <1-100> direction of the sapphire substrate (the cleavage plane is the (11-20) plane). At this time, by cleaving at the center of the stripe 2 (end face window structure) region, a bar-shaped laser element A (resonator length: 750 μm) having end face window structure regions (length: 25 μm) on both end faces is manufactured. can do.

次に、以下の手順でレーザ共振器の後端面に高反射膜コートをおこなう。高反射膜はSiO2と二酸化チタン(TiO2)の3対で構成される誘電体多層膜構造とした。 Next, a highly reflective coating is applied to the rear end face of the laser resonator in the following procedure. The highly reflective film has a dielectric multilayer structure composed of three pairs of SiO 2 and titanium dioxide (TiO 2 ).

レーザ共振器長(750μm)よりも短いシリコン製バーをバー状態のレーザ素子A間に鋏み込み、治具に固定する。シリコン製バーを共振器長よりも短く設計するのは、スパッタ時にシリコン製バーが障害となってレーザ端面に誘電体が設計通りにコートできなくなることを回避するためである。続いて、レーザ素子Aが固定されている治具表面全体に前記誘電体膜をスパッタすることで端面コートをおこなう。今回使用したシリコン製バーの高さは735μmとした。このため、レーザ素子Aの後端面では、端面から共振器方向に15μmまでの領域(端面窓構造領域以内)で、レーザ素子Aの電極側及び基板側ともに前記誘電体多層膜が付着していることになる。   A silicon bar shorter than the laser resonator length (750 μm) is sandwiched between the laser elements A in a bar state and fixed to a jig. The reason why the silicon bar is designed to be shorter than the resonator length is to prevent the silicon bar from becoming an obstacle at the time of sputtering so that the dielectric cannot be coated on the laser end face as designed. Subsequently, end face coating is performed by sputtering the dielectric film on the entire jig surface on which the laser element A is fixed. The height of the silicon bar used this time was 735 μm. Therefore, on the rear end face of the laser element A, the dielectric multilayer film adheres to both the electrode side and the substrate side of the laser element A in a region (within the end face window structure region) from the end face to the resonator direction of 15 μm. It will be.

最後に、バー状態のレーザ素子Aの2次へき開をおこなってレーザチップに分離して、レーザキャンにpサイドダウンで実装する。実装時には、レーザチップを炭化珪素(SiC)からなるサブマウントに半田を介して実装する。尚、光出射端面は半田が付着しないようにサブマウントから少し(10μm程度)前面に出して実装する。レーザ表面の凹凸状態が明確になるように、絶縁膜34、n側電極35及びp側電極36を除いて描いたレーザチップの外観図を図10に示す(以下、図11、図14も同様)。
[第1の比較例]
第1の比較例として、前記ストライプ2(端面窓構造)領域を有しない、前記ストライプ1領域に相当する領域のみで構成されるレーザ素子Bを作製した(図11)。
Finally, the laser element A in the bar state is subjected to secondary cleavage, separated into laser chips, and mounted on the laser can in a p-side down manner. At the time of mounting, the laser chip is mounted on a submount made of silicon carbide (SiC) via solder. It should be noted that the light emitting end face is mounted with being slightly exposed (about 10 μm) from the submount so that the solder does not adhere. FIG. 10 shows an external view of the laser chip drawn excluding the insulating film 34, the n-side electrode 35, and the p-side electrode 36 so that the uneven state of the laser surface becomes clear (the same applies to FIGS. 11 and 14). ).
[First Comparative Example]
As a first comparative example, a laser element B composed only of a region corresponding to the stripe 1 region without the stripe 2 (end window structure) region was manufactured (FIG. 11).

第1の実施形態は、レーザ素子特性に以下に述べる大きな特徴を有している。   The first embodiment has the following major features in laser element characteristics.

本実施形態により作製したレーザ素子Aは、電流注入により前記ストライプ1領域で利得が発生し室温連続発振に到った。この際の閾値電流及びスロープ効率は各々50mA、1.0W/Aであった(図12)。尚、比較として作製したレーザ素子Bの閾値電流及びスロープ効率は各々45mA、1.0W/Aであった(図12)。レーザ素子Aで閾値電流が増加しているのは、端面窓構造領域(長さ:25μm)を両端面に持つために、この領域でレーザ発振に寄与しない無効電流があるためである。次に、30mWの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子A及びレーザ素子Bにおいて実施した(図13)。レーザ素子Bでは、劣化率が0.2mA/h程度であるのに対して、レーザ素子Aでは0.05mA/h程度であり、1000時間の安定動作(動作電流の2倍以下)を実証した。寿命試験後に各レーザ素子のエレクトロルミネッセンス(EL)像をサファイア基板裏面から観察した(図示せず)。レーザ素子Aではリッジ103に沿って共振器長全体が一様に発光したが、レーザ素子Bでは両端面付近で発光が弱くなっており、特に光出射端面側においてその傾向が強かった。これは、レーザ素子Bは、端面窓構造領域を有しないために、端面の表面準位で非発光再結合が進行し、端面付近の発熱量が増加し、一種のCODが発生しているものと思われる。さらに、pサイドダウン実装では光出射端面に半田が付着しないように端面近傍と半田とを空間的に分離しているために、レーザ素子Bでは放熱が悪化しCODが発生しやすくなっていると思われる。GaN系半導体レーザでは材料的に動作電圧が高いために消費電力が必然的に大きくなる。このため、従来のGaN系以外の半導体レーザでは問題にならなかった放熱性(特に端面近傍)が非常に重要になることが現象的に明らかになった。以上から、本発明によるレーザ素子では、1回の選択成長で、高光出力動作での長寿命化で必須となる低転位構造と端面窓構造を同時に形成することができるため、製造方法を容易化でき、歩留まり向上と製造コスト低減を実現できることを見出した。尚、レーザ素子Aでは端面窓構造を有するため、光ディスク再生時の戻り光の影響を受けにくく、2〜3mWの低光出力から30mWの高光出力に渡って低雑音化できる可能性がある。
[第2の比較例]
第2の比較例として、以下の実験をおこなった。
In the laser device A manufactured according to the present embodiment, gain was generated in the stripe 1 region by current injection, and room temperature continuous oscillation was reached. The threshold current and slope efficiency at this time were 50 mA and 1.0 W / A, respectively (FIG. 12). In addition, the threshold current and slope efficiency of the laser element B produced for comparison were 45 mA and 1.0 W / A, respectively (FIG. 12). The reason why the threshold current is increased in the laser element A is that an end window structure region (length: 25 μm) is provided on both end surfaces, and therefore there is a reactive current that does not contribute to laser oscillation in this region. Next, a room temperature constant light output lifetime test at a high light output of 30 mW was performed on the laser element A and the laser element B (FIG. 13). The laser element B has a deterioration rate of about 0.2 mA / h, whereas the laser element A has a rate of about 0.05 mA / h, demonstrating a stable operation for 1000 hours (less than twice the operating current). After the life test, an electroluminescence (EL) image of each laser element was observed from the back surface of the sapphire substrate (not shown). In the laser element A, the entire resonator length emitted uniformly along the ridge 103, but in the laser element B, the light emission was weak in the vicinity of both end faces, and the tendency was particularly strong on the light emitting end face side. This is because the laser element B does not have an end face window structure region, so non-radiative recombination proceeds at the surface level of the end face, the amount of heat generation near the end face increases, and a kind of COD is generated. I think that the. Further, in p-side down mounting, the vicinity of the end face and the solder are spatially separated so that the solder does not adhere to the light emitting end face. Therefore, in the laser element B, heat radiation is deteriorated and COD is likely to occur. Seem. GaN-based semiconductor lasers inevitably have high power consumption due to their high operating voltage. For this reason, it became phenomenologically clear that heat dissipation (particularly in the vicinity of the end face), which was not a problem with conventional semiconductor lasers other than GaN-based semiconductors, becomes very important. From the above, in the laser device according to the present invention, the low dislocation structure and the end face window structure, which are essential for the long life in the high light output operation, can be formed at the same time by one selective growth, thereby simplifying the manufacturing method. It was found that the yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced. Since the laser element A has an end face window structure, it is not easily affected by the return light when the optical disk is reproduced, and there is a possibility that the noise can be reduced from a low light output of 2 to 3 mW to a high light output of 30 mW.
[Second Comparative Example]
The following experiment was conducted as a second comparative example.

レーザ素子Aと比較するため、レーザ共振器端面の開口率を大きくし積層膜厚を増加させたレーザ素子Cを作製した(図14)。   For comparison with the laser element A, a laser element C was manufactured in which the aperture ratio of the laser resonator end face was increased and the laminated film thickness was increased (FIG. 14).

レーザ素子Cの作製手順は、結晶成長のストライプ2の開口率を除いてレーザ素子Aと同様である。ここで、レーザ素子Cのストライプ2は(レジスト膜24の幅:レジスト除去幅、開口率)=(9μm:9μm、0.5)で形成する。ストライプ1は(レジスト膜24の幅:レジスト除去幅、開口率)=(12μm:6μm、0.33)で形成されるため、レーザ共振器端面で絶縁膜の開口率が増加する構造となる。結晶成長後、レーザ構造全体の積層膜厚を断面SEMで実測すると、ストライプ2領域では約6.5μm、ストライプ1領域では約6μmであり、共振器端面で積層膜厚が増加していることがわかった。尚、この傾向は図3に示す通りである。   The manufacturing procedure of the laser device C is the same as that of the laser device A except for the aperture ratio of the stripe 2 for crystal growth. Here, the stripe 2 of the laser element C is formed by (width of resist film 24: resist removal width, aperture ratio) = (9 μm: 9 μm, 0.5). Since the stripe 1 is formed by (resist film 24 width: resist removal width, aperture ratio) = (12 μm: 6 μm, 0.33), the aperture ratio of the insulating film increases at the end face of the laser resonator. After the crystal growth, when the laminated film thickness of the entire laser structure is measured by cross-sectional SEM, it is about 6.5 μm in the stripe 2 region and about 6 μm in the stripe 1 region, and the laminated film thickness increases at the cavity end face. all right. This tendency is as shown in FIG.

レーザ素子Cでは、閾値電流及びスロープ効率は各々60mA、0.6W/Aであった。次に、30mWの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子Cで実施したが、10時間程度で動作電流が300mAとなる急速劣化傾向を示した。次に、レーザ素子Cをサブマウントからはずして、レーザ素子表面の半田付着の様子をSEMを用いて観察した(図示せず)。端面窓構造(ストライプ2)領域以外は半田が付着していないことが判明し、放熱悪化がレーザ素子の寿命に影響を及ぼしていると思われる。この半田の不完全密着は、ストライプ2領域で積層膜厚が増加しているために、この領域で半田密着が優先されたことに起因する。   In the laser element C, the threshold current and the slope efficiency were 60 mA and 0.6 W / A, respectively. Next, a constant room temperature light output life test with a high light output of 30 mW was performed with the laser element C, and showed a rapid deterioration tendency in which the operating current reached 300 mA in about 10 hours. Next, the laser element C was removed from the submount, and the state of solder adhesion on the surface of the laser element was observed using an SEM (not shown). It has been found that the solder is not attached to the region other than the end face window structure (stripe 2) region, and it seems that the deterioration of heat dissipation affects the life of the laser element. This incomplete adhesion of the solder is caused by the fact that the laminated film thickness is increased in the stripe 2 region, so that the solder adhesion is given priority in this region.

以上により、端面窓構造を作製する場合には、この領域の積層膜厚が少なくとも端面窓構造領域以外と同等あるいはそれ以下にする必要があることがわかった。   From the above, it has been found that when the end face window structure is manufactured, the laminated film thickness of this region needs to be at least equal to or less than that other than the end face window structure region.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、半導体レーザの結晶成長において、前述の積層膜厚制御方法に基づいて、開口率の異なる絶縁膜を用いた選択成長を行うことにより、低転位構造とレーザ共振器端面でのCOD発生抑制に有効な端面窓構造を同時に高歩留り・低コストで得ることが可能なGaN系半導体レーザの製造方法を示す。
(Second Embodiment)
In the second embodiment of the present invention, in the crystal growth of a semiconductor laser, a low dislocation structure and laser resonance are achieved by performing selective growth using insulating films having different aperture ratios based on the above-described stacked film thickness control method. A method of manufacturing a GaN-based semiconductor laser capable of simultaneously obtaining an end face window structure effective for suppressing COD generation on the end face of the vessel at a high yield and low cost is shown.

以下、本発明の第2の実施形態によるGaN系レーザの製造方法を説明する。   A method for manufacturing a GaN-based laser according to the second embodiment of the present invention will be described below.

結晶成長及び電極形成までの手順は第1の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第1の実施形態におけるストライプ2(端面窓構造)領域に相当する領域で、p側電極をウエットエッチングにより除去する工程が導入されている。へき開、端面コート及び実装の手順は第1の実施形態と同様である。このように作製されたレーザ素子Dは、端面窓構造領域ではp側電極が存在しないために端面電流非注入構造となる。レーザ素子Dのリッジ下付近の構造断面図を図15に示す。   The procedure up to crystal growth and electrode formation is the same as in the first embodiment. However, in this embodiment, a step of removing the p-side electrode by wet etching in a region corresponding to the stripe 2 (end window structure) region in the first embodiment is introduced. The cleaving, end surface coating, and mounting procedures are the same as in the first embodiment. The laser element D manufactured in this way has an end face current non-injection structure because no p-side electrode exists in the end face window structure region. A cross-sectional view of the structure of the laser element D near the ridge is shown in FIG.

第2の実施形態は、レーザ素子特性に以下に述べる大きな特徴を有している。   The second embodiment has the following major features in laser element characteristics.

本実施形態により作製したレーザ素子Dは、電流注入により端面窓構造領域以外で利得が発生し室温連続発振に到った。この際の閾値電流及びスロープ効率は各々45mA、1.0W/Aであった。第1の実施形態で作製したレーザ素子Aの閾値電流(50mA)よりも低閾値化できているのは、端面窓構造領域を電流非注入構造としたために、レーザ素子Aで問題となっていたこの領域でのレーザ発振に寄与しない無効電流が抑制されたためである。次に、30mWの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子Dで実施した(図16)。レーザ素子Dでは、劣化率が0.02mA/h程度であり、1000時間の安定動作(動作電流の2倍以下)を実証した。寿命試験後にレーザ素子のEL像をサファイア基板裏面から観察した(図示せず)。レーザ素子Dでは寿命試験後においてもリッジに沿って共振器長全体が一様に発光しており、COD発生は見られなかった。以上により、端面窓構造及び端面電流非注入構造を有するレーザ素子では高光出力動作における信頼性が一段と向上でき、高歩留り・低コスト化に寄与することを見出した。尚、レーザ素子Dでは端面窓構造を有するため、光ディスク再生時の戻り光の影響を受けにくく、2〜3mWの低光出力から30mWの高光出力に渡って低雑音化できる可能性がある。   In the laser device D manufactured according to the present embodiment, gain was generated in regions other than the end face window structure region due to current injection, and continuous oscillation at room temperature was reached. The threshold current and slope efficiency at this time were 45 mA and 1.0 W / A, respectively. The reason why the threshold current (50 mA) of the laser device A manufactured in the first embodiment can be lowered is that the laser device A has a problem because the end face window structure region has a current non-injection structure. This is because the reactive current that does not contribute to laser oscillation in this region is suppressed. Next, a room temperature constant light output life test with a high light output of 30 mW was performed with the laser element D (FIG. 16). In the laser element D, the deterioration rate was about 0.02 mA / h, and a stable operation for 1000 hours (below twice the operating current) was demonstrated. After the life test, the EL image of the laser element was observed from the back surface of the sapphire substrate (not shown). In the laser element D, even after the life test, the entire resonator length emitted light uniformly along the ridge, and no COD was observed. As described above, it has been found that the laser element having the end face window structure and the end face current non-injection structure can further improve the reliability in the high light output operation and contribute to the high yield and cost reduction. In addition, since the laser element D has an end face window structure, it is not easily affected by the return light when the optical disk is reproduced, and there is a possibility that the noise can be reduced from a low light output of 2 to 3 mW to a high light output of 30 mW.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態は、半導体レーザの結晶成長において、前述の積層膜厚制御方法に基づいて、開口率の異なる絶縁膜を用いた選択成長を行うことにより、低転位構造とレーザ共振器端面でのCOD発生抑制に有効な端面窓構造を同時に高歩留りで得ることが可能なGaN系半導体レーザの製造方法を示す。
(Third embodiment)
According to the third embodiment of the present invention, in the crystal growth of a semiconductor laser, a low dislocation structure and laser resonance are achieved by performing selective growth using insulating films having different aperture ratios based on the above-described stacked film thickness control method. A method of manufacturing a GaN-based semiconductor laser capable of simultaneously obtaining an end face window structure effective for suppressing COD generation at the end face of the vessel at a high yield is shown.

以下、本発明の第3の実施形態によるGaN系レーザの製造方法を説明する。   A method for manufacturing a GaN-based laser according to the third embodiment of the present invention will be described below.

結晶成長等の手順は第1の実施形態とおおよそ同様である。ただし、本実施形態では、第1の実施形態におけるストライプ2(端面窓構造)領域に相当する位置で、p側電極下にSiO2からなる絶縁膜37を形成する工程が導入されている。電極形成、へき開、端面コート及び実装の手順は第1の実施形態と同様である。このように作製されたレーザ素子Eは、端面窓構造領域ではp側電極下に絶縁膜が存在するため、端面電流非注入構造となる。レーザ素子Eのリッジ下付近の構造断面図を図17に示す。 Procedures such as crystal growth are substantially the same as those in the first embodiment. However, in this embodiment, a step of forming an insulating film 37 made of SiO 2 under the p-side electrode is introduced at a position corresponding to the stripe 2 (end window structure) region in the first embodiment. The procedures for electrode formation, cleavage, end surface coating, and mounting are the same as in the first embodiment. The laser element E manufactured in this way has an end face current non-injection structure because an insulating film exists under the p-side electrode in the end face window structure region. A sectional view of the structure of the laser element E near the ridge is shown in FIG.

第3の実施形態は、レーザ素子特性に以下に述べる大きな特徴を有している。   The third embodiment has the following great features in laser element characteristics.

本実施形態により作製したレーザ素子Eは、電流注入により端面窓構造領域以外で利得が発生し室温連続発振に到った。この際の閾値電流及びスロープ効率は各々45mA、1.0W/Aであった。第1の実施形態で作製したレーザ素子Aの閾値電流(50mA)よりも低閾値化できているのは、端面窓構造領域を電流非注入構造としたために、レーザ素子Aで問題となっていたこの領域でのレーザ発振に寄与しない無効電流が抑制されたためである。次に、30mWの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子Eで実施した。レーザ素子Eでは、レーザ素子Dと同様に、劣化率が0.02mA/h程度であり、1000時間以上の安定動作を実証した。寿命試験後にレーザ素子EのEL像をサファイア基板裏面から観察した(図示せず)。レーザ素子Eでは寿命試験後においてもリッジに沿って共振器長全体が一様に発光しており、COD発生は見られなかった。以上により、端面窓構造及び端面電流非注入構造を有するレーザ素子では高光出力動作における信頼性が一段と向上でき、高歩留り・低コスト化に寄与することを見出した。尚、レーザ素子Eでは端面窓構造を有するため、光ディスク再生時の戻り光の影響を受けにくく、2〜3mWの低光出力から30mWの高光出力に渡って低雑音化できる
可能性がある。
In the laser device E manufactured according to the present embodiment, gain was generated in regions other than the end face window structure region due to current injection, and continuous oscillation at room temperature was reached. The threshold current and slope efficiency at this time were 45 mA and 1.0 W / A, respectively. The reason why the threshold current (50 mA) of the laser device A manufactured in the first embodiment can be lowered is that the laser device A has a problem because the end face window structure region has a current non-injection structure. This is because the reactive current that does not contribute to laser oscillation in this region is suppressed. Next, a room temperature constant light output lifetime test with a high light output of 30 mW was performed with the laser element E. Laser element E, like laser element D, has a degradation rate of about 0.02 mA / h, and has demonstrated stable operation for 1000 hours or more. After the life test, the EL image of the laser element E was observed from the back surface of the sapphire substrate (not shown). In the laser device E, even after the life test, the entire resonator length emitted light uniformly along the ridge, and no COD was observed. As described above, it has been found that the laser element having the end face window structure and the end face current non-injection structure can further improve the reliability in the high light output operation and contribute to the high yield and cost reduction. Since the laser element E has an end face window structure, it is not easily affected by the return light during reproduction of the optical disk, and there is a possibility that the noise can be reduced from a low light output of 2 to 3 mW to a high light output of 30 mW.

[第3の比較例]
レーザ素子Eと比較するために、以下の実験を行った。
[Third comparative example]
In order to compare with the laser element E, the following experiment was performed.

第3の比較例として、第1の実施形態のレーザ素子B(端面窓構造領域なし)において、第3の実施形態の端面電流非注入構造を適用したレーザ素子Fを作製した。   As a third comparative example, a laser element F to which the end face current non-injection structure of the third embodiment was applied was manufactured in the laser element B of the first embodiment (no end face window structure region).

レーザ素子Fでは、閾値電流及びスロープ効率は各々45mA、1.0W/Aであり、レーザ素子D及びレーザ素子Eと同等の電流-光出力特性を示した。次に、30mWの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子Fで実施した(図18)。レーザ素子Fでは、劣化率が0.08mA/h程度であり、レーザ素子Bの劣化率(0.2mA/h)よりは改善されるものの、レーザ素子Aの劣化率(0.05mA/h)には及ばないことがわかった。寿命試験後にレーザ素子FのEL像をサファイア基板裏面から観察した(図示せず)。レーザ素子Fでは寿命試験後においてもリッジに沿って共振器長全体がおおよそ一様に発光しており、顕著なCOD発生は見られなかった。   In the laser element F, the threshold current and the slope efficiency were 45 mA and 1.0 W / A, respectively, and current-light output characteristics equivalent to those of the laser element D and the laser element E were exhibited. Next, a room temperature constant light output lifetime test with a high light output of 30 mW was performed with the laser element F (FIG. 18). In the laser element F, the deterioration rate is about 0.08 mA / h, which is an improvement over the deterioration rate of the laser element B (0.2 mA / h), but it reaches the deterioration rate of the laser element A (0.05 mA / h). I knew it was n’t there. After the life test, the EL image of the laser element F was observed from the back surface of the sapphire substrate (not shown). In the laser element F, even after the life test, the entire resonator length emitted light substantially uniformly along the ridge, and no significant COD generation was observed.

以上により、端面窓構造を有しない場合には端面電流非注入構造とすることにより、端面付近の発熱を抑制することができ、レーザ素子の長寿命化には有効であるが、レーザ素子A,D,Eの寿命には及ばないことがわかった。レーザ素子A,D,Eでは、端面電流非注入構造に端面窓構造を付加することにより、端面でのレーザ光吸収が抑制される分だけ端面発熱が抑制され、長寿命化が図られたものと思われる。   As described above, when the end face window structure is not provided, the end face current non-injection structure can suppress the heat generation near the end face and is effective for extending the life of the laser element. It turned out that it does not reach the life of D and E. In the laser elements A, D, and E, by adding an end face window structure to the end face current non-injection structure, heat generation at the end face is suppressed to the extent that laser light absorption at the end face is suppressed, thereby extending the life. I think that the.

(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態は、半導体レーザの結晶成長において、前述の積層膜厚制御方法に基づいて、開口率の異なる絶縁膜を用いた選択成長を行うことにより、低転位構造とレーザ共振器端面でのCOD発生抑制に有効な端面窓構造を同時に高歩留りで得ることが可能なGaN系半導体レーザの製造方法を示す。
(Fourth embodiment)
According to the fourth embodiment of the present invention, in the crystal growth of a semiconductor laser, a low dislocation structure and laser resonance are achieved by performing selective growth using insulating films having different aperture ratios based on the above-described stacked film thickness control method. A method of manufacturing a GaN-based semiconductor laser capable of simultaneously obtaining an end face window structure effective for suppressing COD generation at the end face of the vessel at a high yield is shown.

以下、本発明の第4の実施形態によるGaN系レーザの製造方法を説明する。   A method for manufacturing a GaN-based laser according to the fourth embodiment of the present invention will be described below.

結晶成長の手順は第1の実施形態とおおよそ同様である。ただし、第1の実施形態におけるストライプ2(端面窓構造)領域の共振器方向長さを様々に変化させた。また、第3の実施形態の端面電流非注入構造を導入した。へき開、端面コート及び実装の手順は第1の実施形態と同様である。以上により今回、端面窓構造領域(長さ:15、25、35、50、75μm)を両端面に持つ各レーザ素子群7(共振器長:750μm、図示せず)を作製した。ここで、端面窓構造領域(長さ:25 μm)を両端面に持つレーザ素子は前記レーザ素子Eのことである。また、共振器長における端面窓構造領域占有率を(端面窓構造領域)/(共振器長)と定義すると、端面窓構造領域(長さ:15、25、38、55、75μm)を両端面に持つレーザ素子における前記占有率は各々(4、7、10、15、20%)となる。   The crystal growth procedure is substantially the same as in the first embodiment. However, the resonator direction length of the stripe 2 (end face window structure) region in the first embodiment was variously changed. Further, the end face current non-injection structure of the third embodiment is introduced. The cleaving, end surface coating, and mounting procedures are the same as in the first embodiment. Thus, each laser element group 7 (resonator length: 750 μm, not shown) having end face window structure regions (length: 15, 25, 35, 50, 75 μm) on both end faces was manufactured this time. Here, the laser element having the end face window structure region (length: 25 μm) on both end faces is the laser element E. When the end face window structure region occupancy in the resonator length is defined as (end face window structure region) / (resonator length), the end face window structure region (length: 15, 25, 38, 55, 75 μm) The occupancy ratios in the laser elements are (4, 7, 10, 15, 20%), respectively.

以下に、第4の実施形態により作製したレーザ素子Gの特性を示す。   The characteristics of the laser element G manufactured according to the fourth embodiment are shown below.

各レーザ素子Gの電流-光出力特性を測定し、閾値電流と端面窓構造領域占有率の関係を図19に示す。図19から、占有率が10%以下では、閾値電流の増加は顕著でないが、10%を超える占有率では、実質的な短共振器化により、閾値電流の増加を招く。閾値電流増加は、30mWの高光出力での一定光出力寿命試験での動作電流増加に繋がり、寿命時間が短くなる。以上から、レーザ素子Gの端面窓構造領域占有率は10%以下であることが望ましいことを見出した。   The current-light output characteristics of each laser element G were measured, and the relationship between the threshold current and the end face window structure region occupancy is shown in FIG. From FIG. 19, when the occupation ratio is 10% or less, the increase in the threshold current is not remarkable. However, when the occupation ratio exceeds 10%, the threshold current increases due to the substantial short resonator. The increase in threshold current leads to an increase in operating current in a constant light output life test at a high light output of 30 mW, and the life time is shortened. From the above, it has been found that the end face window structure area occupation ratio of the laser element G is desirably 10% or less.

(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態は、半導体レーザの結晶成長において、前述の積層膜厚制御方法に基づいて、開口率の異なる絶縁膜を用いた選択成長を行うことにより、低転位構造とレーザ共振器端面でのCOD発生抑制に有効な端面窓構造を同時に高歩留りで得ることが可能なGaN系半導体レーザの製造方法を示す。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment of the present invention, in the crystal growth of a semiconductor laser, a low dislocation structure and laser resonance are achieved by performing selective growth using insulating films having different aperture ratios based on the above-described stacked film thickness control method. A method of manufacturing a GaN-based semiconductor laser capable of simultaneously obtaining an end face window structure effective for suppressing COD generation at the end face of the vessel at a high yield is shown.

以下、本発明の第5の実施形態によるGaN系レーザの製造方法を説明する。   Hereinafter, a method of manufacturing a GaN-based laser according to the fifth embodiment of the present invention will be described.

結晶成長、電極形成、へき開の手順は第3の実施形態と同様である。ただし、端面コートにおいて、第1の実施形態では誘電体膜の電極側付着領域を端面窓構造領域以内としたが、第5の実施形態では誘電体膜付着領域を変化させた。実装の手順は第1の実施形態と同様である。今回、誘電体膜スパッタ時のシリコン製バーの高さを調整することにより、誘電体膜付着領域を、共振器端面及び共振器端面から15、25、50、75μmに渡る範囲とした。以下、共振器端面および共振器端面からXμmに渡る範囲の誘電体膜付着領域を、Xμmの誘電体膜付着領域という。ここで、25μmの誘電体膜付着領域を両端部に持つレーザ素子は前記レーザ素子Eのことである。   The procedures for crystal growth, electrode formation, and cleavage are the same as in the third embodiment. However, in the end face coating, the electrode side adhesion region of the dielectric film is within the end window structure region in the first embodiment, but the dielectric film adhesion region is changed in the fifth embodiment. The mounting procedure is the same as in the first embodiment. This time, by adjusting the height of the silicon bar during the dielectric film sputtering, the dielectric film adhesion region was set to a range extending from the resonator end face and the resonator end face to 15, 25, 50, and 75 μm. Hereinafter, the resonator end face and the dielectric film attachment region in the range extending from the resonator end face to X μm are referred to as X μm dielectric film attachment region. Here, the laser element having a 25 μm dielectric film adhesion region at both ends is the laser element E.

このように作製された各レーザ素子H,I,J(誘電体膜付着領域:15、50、75μm)の特性を以下に示す。   The characteristics of the laser elements H, I, and J (dielectric film adhesion regions: 15, 50, and 75 μm) manufactured in this way are shown below.

レーザ素子H,I,Jの電流−光出力特性は、レーザ素子Eとほぼ同様であった。次に、30mWの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子H,I,Jで実施した。劣化率はレーザ素子Hで0.02 mA/h、素子Iで0.1 mA/h、素子Jで0.4mA/h程度であった。ちなみに、レーザ素子Eの劣化率は素子Hと同様に0.02 mA/h程度である。各レーザ素子の劣化率と誘電体膜領域との関係を図20に示す。次に、レーザ素子Jをサブマウントからはずして、レーザ素子表面の半田付着の様子をSEMを用いて観察した(図示せず)。誘電体膜付着領域では半田が付着していないことが判明し、この領域で放熱が悪化し、レーザ素子の寿命に影響を及ぼしていることが予想された。以上から、誘電体膜付着領域を、端面窓構造領域及び端面電流非注入領域以内に収まるよう設計することにより、レーザ素子の放熱悪化が抑制され長寿命化に寄与することを見出した。尚、本発明の実施形態では、端面コートをレーザ共振器後端面に施したが、レーザ共振器前端面(光出射側)に低反射膜コート、保護膜コート及び高反射膜コートを施した場合でも前記の効果がある。また、この効果は前記レーザ素子Fにおいても同様である。   The current-light output characteristics of the laser elements H, I, and J were almost the same as those of the laser element E. Next, a room temperature constant light output life test with a high light output of 30 mW was performed with the laser elements H, I, and J. The deterioration rates were 0.02 mA / h for laser element H, 0.1 mA / h for element I, and about 0.4 mA / h for element J. Incidentally, the degradation rate of the laser element E is about 0.02 mA / h, similar to the element H. FIG. 20 shows the relationship between the deterioration rate of each laser element and the dielectric film region. Next, the laser element J was removed from the submount, and the state of solder adhesion on the surface of the laser element was observed using an SEM (not shown). It was found that solder was not attached in the dielectric film adhesion region, and it was expected that the heat radiation deteriorated in this region, which had an influence on the life of the laser element. From the above, it has been found that by designing the dielectric film adhesion region to be within the end face window structure region and the end face current non-injection region, deterioration of heat dissipation of the laser element is suppressed and it contributes to a longer life. In the embodiment of the present invention, the end face coat is applied to the rear end face of the laser resonator. However, the front end face (light emitting side) of the laser resonator is provided with the low reflection film coat, the protective film coat and the high reflection film coat. But it has the above effect. This effect is the same in the laser element F.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

本発明に係る半導体発光止素子の製造方法は、高密度光ディスク用光源としての半導体発光素子の製造方法として有用である。   The method for manufacturing a semiconductor light-emitting stop element according to the present invention is useful as a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element as a light source for a high-density optical disk.

本発明に係る半導体発光止素子は、高密度光ディスク用光源として有用である。   The semiconductor light-emitting stop element according to the present invention is useful as a light source for a high-density optical disc.

図1(a)乃至図1(d)は、本発明の半導体発光素子の製造方法の基礎となる積層膜厚制御方法におけるサファイア基板上に選択成長したGaN系半導体の構成断面図である。FIG. 1A to FIG. 1D are cross-sectional views of a GaN-based semiconductor selectively grown on a sapphire substrate in a method for controlling a laminated film thickness that is the basis of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention. 図2(e)乃至図2(h)は、本発明の半導体発光素子の製造方法の基礎となる積層膜厚制御方法におけるサファイア基板上に選択成長したGaN系半導体の構成断面図である。FIGS. 2E to 2H are cross-sectional views of a GaN-based semiconductor selectively grown on a sapphire substrate in a stacked film thickness control method that is the basis of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention. 本発明の半導体発光素子の製造方法の基礎となる積層膜厚制御方法におけるサファイア基板上に選択成長したGaN系半導体の積層膜厚と絶縁膜開口率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the laminated film thickness of the GaN-type semiconductor selectively grown on the sapphire substrate in the laminated film thickness control method used as the foundation of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device of this invention, and an insulating-film aperture ratio. 図4(a)乃至図4(c)は、本発明の第1の実施形態に係るサファイア基板上に選択成長したGaN系レーザ構造の構成断面図である。FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views of a GaN-based laser structure selectively grown on the sapphire substrate according to the first embodiment of the present invention. 図5(d)乃至図5(f)は、本発明の第1の実施形態に係るサファイア基板上に選択成長したGaN系レーザ構造の構成断面図である。FIGS. 5D to 5F are cross-sectional views of a GaN-based laser structure selectively grown on the sapphire substrate according to the first embodiment of the present invention. 図6(g)乃至図6(h)は、本発明の第1の実施形態に係るサファイア基板上に選択成長したGaN系レーザ構造の構成断面図である。6 (g) to 6 (h) are cross-sectional views of a GaN-based laser structure selectively grown on the sapphire substrate according to the first embodiment of the present invention. 図7(i)乃至図7(k)は、本発明の第1の実施形態に係るサファイア基板上に選択成長したGaN系レーザ構造の構成断面図である。FIGS. 7 (i) to 7 (k) are cross-sectional views of a GaN-based laser structure selectively grown on the sapphire substrate according to the first embodiment of the present invention. 図8(a)及び図8(b)は、本発明の第1の実施形態に係る絶縁膜開口率の異なる選択成長GaN系レーザの共振器長方向の構成を示す図であって、図8(a)は図7(k)のVIIIa−VIIIa切断線に沿った断面図、図8(b)は図7(k)のVIIIb−VIIIb切断線に沿った断面図である。8 (a) and 8 (b) are diagrams showing the configuration in the cavity length direction of the selectively grown GaN-based lasers having different insulating film aperture ratios according to the first embodiment of the present invention. (a) is sectional drawing along the VIIIa-VIIIa cutting | disconnection line of FIG.7 (k), FIG.8 (b) is sectional drawing along the VIIIb-VIIIb cutting | disconnection line of FIG.7 (k). 本発明の第1の実施形態に係る選択成長GaN系レーザの構成断面図である。1 is a cross-sectional view of a selective growth GaN-based laser according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る端面窓構造を有する選択成長GaN系レーザの電極及び絶縁膜を除去した状態における構造を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a structure in a state where an electrode and an insulating film of a selectively grown GaN laser having an end face window structure according to a first embodiment of the present invention are removed. FIG. 本発明の第1の実施形態における第1の比較例に係る端面窓構造を有しない選択成長GaN系レーザの電極及び絶縁膜を除去した状態における構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure in the state which removed the electrode and insulating film of the selective growth GaN-type laser which does not have the end surface window structure concerning the 1st comparative example in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る各選択成長GaN系レーザ(レーザ素子A、B)の電流−光出力特性を示す図である。It is a figure which shows the electric current-light output characteristic of each selective growth GaN-type laser (Laser element A, B) which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る各選択成長GaN系レーザ(レーザ素子A、B)の30mWの室温一定光出力寿命試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the 30 mW room temperature fixed optical output lifetime test of each selective growth GaN-type laser (Laser element A, B) which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における第2の比較例に係る端面窓構造を有する選択成長GaN系レーザの電極及び絶縁膜を除去した状態における構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure in the state which removed the electrode and insulating film of the selective growth GaN-type laser which has the end surface window structure which concerns on the 2nd comparative example in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る端面窓構造と端面電流非注入構造を有する選択成長GaN系レーザの共振器長方向の構成断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a selective growth GaN-based laser having a facet window structure and a facet current non-injection structure according to a second embodiment of the present invention in the cavity length direction. 本発明の第2の実施形態に係る選択成長GaN系レーザ(レーザ素子D)の30mWの室温一定光出力寿命試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the 30 mW room temperature fixed optical output lifetime test of the selective growth GaN-type laser (Laser element D) based on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る端面窓構造と端面電流非注入構造を有する選択成長GaN系レーザの共振器長方向の構成断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view in the cavity length direction of a selectively grown GaN laser having an end face window structure and an end face current non-injection structure according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態における比較例3に係る選択成長GaN系レーザ(レーザ素子F)の30mWの室温一定光出力寿命試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the 30 mW room temperature constant optical output lifetime test of the selective growth GaN-type laser (laser element F) which concerns on the comparative example 3 in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る選択成長GaN系レーザ(レーザ素子G)の閾値電流と端面窓構造占有率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the threshold current of the selective growth GaN-type laser (laser element G) which concerns on the 4th Embodiment of this invention, and an end surface window structure occupation rate. 本発明の第5の実施形態に係る選択成長GaN系レーザ(レーザ素子E,H〜J)の劣化率と誘電体膜付着領域の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the deterioration rate of the selective growth GaN-type laser (Laser element E, HJ) based on the 5th Embodiment of this invention, and a dielectric film adhesion area | region.

符号の説明Explanation of symbols

11 基板
12 GaN層
13 絶縁膜
14 レジスト膜
15 GaN層
21 サファイア基板
22 GaN層
23 絶縁膜
24 レジスト膜
24a 狭幅部
24b 広幅部
25 GaN層
26 n型コンタクト層
27 n型クラッド層
28 第1の光ガイド層
29 多重量子井戸活性層
30 キャップ層
31 第2の光ガイド層
32 p型クラッド層
33 p型コンタクト層
34 絶縁膜
35 n側電極
36 p側電極
101 開口部
102 貫通転位
103 リッジ
201 第1の方向
202 第2の方向
301 段差
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 GaN layer 13 Insulating film 14 Resist film 15 GaN layer 21 Sapphire substrate 22 GaN layer 23 Insulating film 24 Resist film 24a Narrow part 24b Wide part 25 GaN layer 26 n-type contact layer 27 n-type cladding layer 28 1st Optical guide layer 29 multiple quantum well active layer 30 cap layer 31 second optical guide layer 32 p-type cladding layer 33 p-type contact layer 34 insulating film 35 n-side electrode 36 p-side electrode 101 opening 102 threading dislocation 103 ridge 201 first 1 direction 202 2nd direction 301 Step

Claims (17)

第1の窒化物系III-V族化合物半導体層上に、所定幅の第1幅部と該第1幅部の両端に隣接する前記所定幅よりも広い幅の第2幅部とを有するストライプ状のマスキング膜を、幅方向に所定の周期で繰り返すように形成する工程Aと、
前記マスキング膜と前記第1の窒化物系III-V族化合物半導体層の表面の該マスキング膜の間に露出する部分とを覆うように該露出部分から第2の窒化物系III-V族化合物半導体層を選択的に成長する工程Bと、
実質的に前記マスキング膜のストライプ方向に延びる活性層を含むと共に前記第2幅部の上方に位置する部分が前記第1幅部の上方に位置する部分よりも低くなっていることにより幅方向に延在する段差を有する半導体レーザ構造を、前記第2の窒化物系III-V族化合物半導体層上に積層する工程Cとを有し、
前記マスキング膜における前記第1幅部と前記第2幅部との幅差が、前記第1幅部の所定幅の16%以上84%以下であり、
前記マスキング膜の前記幅方向の所定の周期が5μm以上50μm以下である、半導体発光素子の製造方法。
A stripe having a first width portion having a predetermined width and a second width portion having a width wider than the predetermined width adjacent to both ends of the first width portion on the first nitride-based III-V compound semiconductor layer Forming a masking film having a shape to repeat in the width direction at a predetermined cycle;
A second nitride III-V compound is formed from the exposed portion so as to cover the masking film and a portion of the surface of the first nitride III-V compound semiconductor layer exposed between the masking films. A step B of selectively growing a semiconductor layer;
The active layer extending substantially in the stripe direction of the masking film and including a portion located above the second width portion is lower than a portion located above the first width portion. a semiconductor laser structure having an extending step, have a step C of stacking the second nitride III-V compound semiconductor layer,
A width difference between the first width portion and the second width portion in the masking film is not less than 16% and not more than 84% of a predetermined width of the first width portion;
A method for manufacturing a semiconductor light emitting element , wherein the predetermined period in the width direction of the masking film is 5 μm or more and 50 μm or less .
前記半導体レーザ構造において、前記第1幅部の上方に位置する部分の前記活性層が前記第2幅部の上方に位置する部分の前記活性層以外の半導体層に接合するよう前記段差が形成される、請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。   In the semiconductor laser structure, the step is formed so that a portion of the active layer located above the first width portion is joined to a semiconductor layer other than the active layer located above the second width portion. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1. 前記半導体レーザ構造において、前記第1幅部の上方に位置する部分の前記活性層が前記第2幅部の上方に位置する部分の前記活性層よりバンドギャップエネルギーの大きな半導体層に接合するよう前記段差が形成される、請求項2記載の半導体発光素子の製造方法。   In the semiconductor laser structure, the active layer in a portion located above the first width portion is joined to a semiconductor layer having a larger band gap energy than the active layer in a portion located above the second width portion. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 2, wherein a step is formed. 前記半導体レーザ構造が前記活性層を積層方向において挟むクラッド層を含み、
前記活性層よりバンドギャップエネルギーの大きな半導体層が該クラッド層である、請求項3記載の半導体発光素子の製造方法。
The semiconductor laser structure includes a cladding layer sandwiching the active layer in the stacking direction;
4. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 3, wherein the semiconductor layer having a larger band gap energy than the active layer is the cladding layer.
前記マスキング膜が絶縁膜からなる、請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the masking film is made of an insulating film. 前記工程Cにおいて、前記半導体レーザ構造を積層する際に、前記マスキング膜のストライプ方向に延びかつ該マスキング膜の上方に位置するようにリッジを形成する、請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein, in the step C, when the semiconductor laser structure is stacked, a ridge is formed so as to extend in a stripe direction of the masking film and to be positioned above the masking film. . 前記半導体レーザ構造の前記第2幅部の上方に位置する部分が電流非注入構造を有する、請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a portion of the semiconductor laser structure located above the second width portion has a current non-injection structure. 前記半導体レーザ構造の前記第2幅部の上方に位置する部分に電極を形成しないことにより、前記電流非注入構造を得る、請求項記載の半導体発光素子の製造方法。 8. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 7 , wherein the current non-injection structure is obtained by not forming an electrode in a portion located above the second width portion of the semiconductor laser structure. 前記半導体レーザ構造の前記第2幅部の上方に位置する部分において、電極の下に絶縁層を形成することにより、前記電流非注入構造を得る、請求項記載の半導体発光素子の製造方法。 8. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 7 , wherein the current non-injection structure is obtained by forming an insulating layer under the electrode in a portion located above the second width portion of the semiconductor laser structure. 前記窒化物系III-V族化合物半導体がGaN半導体である、請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride-based III-V group compound semiconductor is a GaN semiconductor. 第1の窒化物系III-V族化合物半導体層がサファイヤ基板上に形成されている、請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first nitride-based III-V compound semiconductor layer is formed on a sapphire substrate. 前記第2の窒化物系III-V族化合物半導体は、前記マスキング膜の間から該マスキング膜上に向けて前記基板の主面に略平行に成長する、請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the second nitride-based III-V group compound semiconductor grows substantially parallel to the main surface of the substrate from between the masking films onto the masking film. Method. 前記第2の窒化物系III-V族化合物半導体層において、前記マスキング膜上に成長した部分の転移密度が、前記マスキング膜の間に成長した部分の転移密度より低い、請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。   2. The semiconductor according to claim 1, wherein a transition density of a portion grown on the masking film is lower than a transition density of a portion grown between the masking films in the second nitride-based III-V compound semiconductor layer. Manufacturing method of light emitting element. 前記第2の窒化物系III-V族化合物半導体層は、前記マスキング膜の各幅部上に成長した部分がそれぞれ平坦化される、請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is planarized at a portion grown on each width portion of the masking film. 前記マスキング膜の開口率が前記ストライプ方向にテーパ状に変化している、請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。  The method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein an aperture ratio of the masking film changes in a taper shape in the stripe direction. 第1の窒化物系III-V族化合物半導体層と、
前記第1の窒化物系III-V族化合物半導体層上に幅方向に所定の周期で繰り返すように形成され、所定幅の第1幅部と該第1幅部の両端に隣接すると共に前記所定幅よりも広い幅の第2幅部とを有するストライプ状のマスキング膜と、
前記マスキング膜と前記第1の窒化物系III-V族化合物半導体層の表面の該マスキング膜の間に露出する部分とを覆うように該露出部分から選択的に成長された第2の窒化物系III-V族化合物半導体層と、
前記第2の窒化物系III-V族化合物半導体層上に積層され、実質的に前記マスキング膜のストライプ方向に延びる活性層を含むと共に前記第2幅部の上方に位置する部分が前記第1幅部の上方に位置する部分よりも低くなっていることにより幅方向に延在する段差を有する半導体レーザ構造とを備え
前記マスキング膜における前記第1幅部と前記第2幅部との幅差が、前記第1幅部の所定幅の16%以上84%以下であり、
前記マスキング膜の前記幅方向の所定の周期が5μm以上50μm以下である、半導体発光素子。
A first nitride-based III-V compound semiconductor layer;
The first nitride-based III-V compound semiconductor layer is formed on the first nitride-based III-V compound semiconductor layer so as to repeat in the width direction at a predetermined cycle, and is adjacent to both ends of the first width portion having a predetermined width and the predetermined width portion. A striped masking film having a second width portion wider than the width;
Second nitride selectively grown from the exposed portion so as to cover the masking film and the portion of the surface of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer exposed between the masking films A III-V compound semiconductor layer,
A portion that is stacked on the second nitride-based III-V compound semiconductor layer and includes an active layer substantially extending in a stripe direction of the masking film, and a portion positioned above the second width portion is the first width portion. A semiconductor laser structure having a step extending in the width direction by being lower than a portion located above the width portion , and
A width difference between the first width portion and the second width portion in the masking film is not less than 16% and not more than 84% of a predetermined width of the first width portion;
The semiconductor light emitting element whose predetermined period of the said width direction of the said masking film is 5 micrometers or more and 50 micrometers or less .
ストライプ方向断面視において前記活性層の下方に前記マスキング膜が位置している、請求項16記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element according to claim 16 , wherein the masking film is located below the active layer in a cross-sectional view in the stripe direction.
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