JP5056142B2 - 窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子 Download PDF

Info

Publication number
JP5056142B2
JP5056142B2 JP2007113635A JP2007113635A JP5056142B2 JP 5056142 B2 JP5056142 B2 JP 5056142B2 JP 2007113635 A JP2007113635 A JP 2007113635A JP 2007113635 A JP2007113635 A JP 2007113635A JP 5056142 B2 JP5056142 B2 JP 5056142B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitride semiconductor
semiconductor layer
substrate
layer
resonator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007113635A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2007329459A (ja
Inventor
恵司 坂本
満宏 野中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Corp
Original Assignee
Nichia Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Corp filed Critical Nichia Corp
Priority to JP2007113635A priority Critical patent/JP5056142B2/ja
Priority to US11/797,291 priority patent/US7649923B2/en
Priority to KR1020070045528A priority patent/KR101375433B1/ko
Publication of JP2007329459A publication Critical patent/JP2007329459A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5056142B2 publication Critical patent/JP5056142B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/02387Group 13/15 materials
    • H01L21/02389Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/02433Crystal orientation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439Materials
    • H01L21/02455Group 13/15 materials
    • H01L21/02458Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02538Group 13/15 materials
    • H01L21/0254Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/0257Doping during depositing
    • H01L21/02573Conductivity type
    • H01L21/02579P-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/0257Doping during depositing
    • H01L21/02573Conductivity type
    • H01L21/02581Transition metal or rare earth elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/04MOCVD or MOVPE
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
    • H01S5/0202Cleaving
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1003Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
    • H01S5/1014Tapered waveguide, e.g. spotsize converter
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1082Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region with a special facet structure, e.g. structured, non planar, oblique
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1082Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region with a special facet structure, e.g. structured, non planar, oblique
    • H01S5/1085Oblique facets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2201Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure in a specific crystallographic orientation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子に関し、より詳細には、再現性よくチップ化する窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子に関する。
窒化物半導体は、InxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、0≦x+y≦1)の化合物半導体によって形成されており、これを用いた半導体レーザ素子は、次世代DVDなどの大容量・高密度の情報記録・再生が可能な光ディスクシステムへの利用、パーソナルコンピュータ等の電子機器への利用など、種々の要求が高まりつつある。このため、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子を、安定な特性を維持しながら、効率的に製造する研究が盛んに行われている。
例えば、従来から、ウェハ上に窒化物半導体層を積層した後、得られたウェハを縦横に分割して個々のチップを形成する方法として、まず、ウェハを、エッチング又は劈開により、複数のレーザ素子の共振器面を形成するようにバー状に分割し、任意に共振器面に誘電体膜を形成し、その後、バー状のウェハを、共振器面に交差する方向に、ダイシング、スクライビングなどによって分割し、1単位のチップを得るという方法が採られている(例えば、特許文献1等)。また、共振器面を形成するための分割と、その後の共振器面に直交する方向への分割とを逆の順序で分割する方法も行われている(例えば、特許文献2等)。さらに、スクライビングの方法として、レーザを用いることが提案されている(例えば、特許文献3等)
特開2000−164964号 特開2002−261370号 特開2003−46177号
しかし、例えば、上述した方法によってウェハを切断する場合には、切削部周辺にチッピングという欠けが生じるという問題がある。
また、スクライバー又はレーザを用いてスクライビングする方法では、ウェハ表面に付けたキズに加圧してブレーキングするために、ウェハ又は積層体の結晶系などによって、意図しない方向にブレーキングされ、チップの破損が多くなることがある。
さらに、これらの方法では、分割の方法によっては、分割部分、特にチップのエッジ部分に不均一な凹凸が形成され、その後のハンドリングプロセスに支障をきたす場合がある。
また、分割部分にバリまたは削りくずなどが付着し、レーザ素子の歩留まりを低減させたり、レーザ素子自体の性能に悪影響を及ぼすことがある。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、切削部周辺でのチッピング及びチップの破損を有効に防止することができ、分割部分におけるバリや削りくずの付着を防止するとともに、その後のレーザ素子のハンドリングプロセスを円滑に行わせ、安定した品質のレーザ素子を効率的に製造することができる窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、
窒化物半導体基板上に、第1導電型窒化物半導体層、活性層及び第2導電型窒化物半導体層を有し、前記窒化物半導体のM面を共振器面とする共振器を構成する積層体を備える窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記積層体表面におけるレーザ素子を形成する素子領域の共振器方向の両側に、第2導電型窒化物半導体層側から、少なくとも第2導電型窒化物半導体層、活性層を除去して前記第1導電型窒化物半導体層を露出させた、前記レーザ素子の共振器方向に延びる露出領域と、該露出領域よりも幅狭で該露出領域から前記共振器方向にそれぞれ突出した2つの突出領域とを有する第1の補助溝を形成し、
前記露出領域内に、前記第1の補助溝よりも、前記基板表面に対する法線方向からの側面の傾斜角が大きい第2の補助溝を形成し、
前記第2の補助溝を利用して前記基板及び積層体を分割することを含むことを特徴とする。
この窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、素子領域及び露出領域が、少なくとも共振器方向にそれぞれ複数形成され、かつ、隣接する第1の補助溝が互いに離間して配置されていることが好ましい。
また、素子領域及び露出領域が、少なくとも共振器方向と直交する方向にそれぞれ複数形成され、かつ、露出領域の幅が交互に異なるように配置されるか、あるいは、マトリクス状に複数形成されていることが好ましい。
さらに、第2の補助溝を形成した後、基板及び積層体を、共振器方向に交差する方向に分離して共振器端面を形成することが好ましい。
また、共振器端面にさらに誘電体膜を形成するか、その後、第2の補助溝を利用して基板及び積層体を分割することが好ましい。
さらに、第1の補助溝の端部は、共振器端面よりも内側に配置されることが好ましい。
第2の補助溝は、第1導電型窒化物半導体層から基板に及ぶ深さで形成するか、その底部において60°より小さな角度のV溝に形成するか、上面の幅:深さが1:1〜2となるように形成するか、レーザスクライブにより形成することが好ましい。
また、本発明の窒化物半導体レーザは、基板上に、第1導電型窒化物半導体層、活性層及び第2導電型窒化物半導体層を含み、共振器を構成する積層体を備える窒化物半導体レーザ素子であって、
前記積層体が、共振器方向に延びる前記積層体の側面に対して、レーザ素子の内側に傾斜する縁部を備えるか、前記積層体表面におけるレーザ素子を形成する素子領域の共振器方向の両側に、少なくとも前記第1導電型窒化物半導体層が露出しており、前記レーザ素子の共振器方向に延びる露出領域と、該露出領域よりも幅狭で該露出領域から前記共振器方向にそれぞれ突出した2つの突出領域とを有する第1の補助溝と、前記露出領域内に配置され、前記第1の補助溝よりも深い第2の補助溝とを備えることを特徴とする。
この窒化物半導体レーザ素子においては、縁部の傾斜が、30°未満であるか、表面から30μm未満の深さ範囲に存在することが好ましい。
また、第2の補助溝の側面は、第1の補助溝の側面よりも基板表面に対する法線方向からの傾斜角が大きいことが好ましい。
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、切削部周辺でのチッピング及びチップの破損を有効に防止することができ、レーザ素子の歩留まりを向上させることができる。
また、分割部分におけるバリや削りくずの付着を防止するとともに、その後のレーザ素子のハンドリングプロセスに悪影響を及ぼすようなエッジ部分の凸凹をスムーズに加工することができ、ハンドリングプロセスを円滑に行わせ、安定した品質のレーザ素子を効率的に製造することができる。
さらに、レーザスクライブを利用することにより、ウェハ単位でレーザスクライブする部分を認識し、加工することができるため、加工時間の短縮、ランニングコストの低減を実現することができるとともに、物理的な接触を伴うスクライブ法における摩耗部材の交換を不要とするために、より製造コストの低減を実現することができる。
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子によれば、素子のエッジ部における不均一な凸凹又はバリ等を有効に除去することができる。加えて、バリ又は削りくずの付着によって生じるその後のプロセスにおける積層体の把持等、際の割れの原因を回避することができるとともに、削りくずの付着等によるショート等の特性についての問題を回避することができ、品質の高いレーザ素子を提供することができる。
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造法を行うために、まず、基板上に、第1導電型窒化物半導体層、活性層及び第2導電型窒化物半導体層が形成された積層体を準備する。
ここで用いる基板としては、C面、A面、R面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル(MgA124)のような絶縁性基板、また炭化珪素(6H、4H、3C)、シリコン、ZnS、ZnO、GaAs、ダイヤモンド及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられるが、窒化物半導体基板(GaN、AlN等)であることが好ましい。例えば、第1主面及び/又は第2主面に0.03〜10°程度のオフ角を有する窒化物半導体基板(GaN、AlN等)であることがより好ましい。その膜厚は50μmから10mm程度が挙げられる。窒化物半導体基板は、MOCVD法、HVPE法、MBE法等の気相成長法、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。なお、市販のものを用いてもよい。なお、基板上には、レーザ素子として機能する積層体を形成する前に、バッファ層、中間層等(例えば、AlxGa1-xN(0≦x≦1)等)を設けていることが好ましい。
この基板の第1主面上に形成する積層体は、窒化物半導体層からなり、一般式がInxAlyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で示されるものを用いることができる。これに加えて、III族元素としてBが一部に置換されたものを用いてもよいし、V族元素としてNの一部をP、Asで置換されたものを用いてもよい。第1導電型及び第2導電型は、いずれか一方がn型、他方がp型を意味する。n型半導体層は、n型不純物として、Si、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr、CdなどのIV族元素又はVI族元素等の1以上を含有している。また、p型半導体層は、p型不純物として、Mg、Zn、Be、Mn、Ca、Sr等を含有している。不純物は、例えば、5×1016/cm3〜1×1021/cm3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。なお、第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層を構成する半導体層の全てが必ずしも不純物を含有していなくてもよい。
積層体は、第1導電型半導体層と第2導電型半導体層とに光の導波路を構成する光ガイド層を有し、この光ガイド層で活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるSCH(Separate Confinement Heterostructure)構造とすることが好ましい。但し、光ガイド層は第1導電型半導体層と第2導電型半導体層のどちらか一方にのみ存在する構造、また双方に光ガイド層を有する場合でも第1導電型半導体層の光ガイド層と第2導電型半導体層の光ガイド層とで組成及び膜厚が異なる構造であってもよい。
積層体は、例えば、n型半導体層、活性層、p型半導体層を、この順に成長させる。なお、n型半導体層、p型半導体層は、単一膜構造、多層膜構造又は組成比が互いに異なる2層からなる超格子構造を備えたものとすることができる。また、これらの層に組成傾斜層や濃度傾斜層を備えたものであってもよい。これらの積層体が、活性層で発生した光を増幅、共振させるように機能する。
n型半導体層は、単層膜であってもよいが、多層膜で形成することが好ましい。例えば、第1のn型半導体層としてはAlxGa1-xN(0≦x≦0.5)、好ましくはAlxGa1-xN(0<x≦0.3)である。具体的な成長条件としては、反応炉内での成長温度を1000℃以上、圧力を600Torr以下とする。また、第1のn型半導体層はクラッド層として機能させることができる。膜厚は0.5〜5μm程度が適当である。第2のn型半導体層は、光ガイド層として機能させることができ、AlxGa1-xN(0≦x≦0.3)によって形成することができる。膜厚は0.5〜5μmが適当である。n型半導体層は、組成及び/又は不純物濃度が異なる3層構造であってもよい。
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。井戸層は、少なくともInを含有している一般式InxAlyGa1-x-yN(0<x≦1、0≦y<1、0<x+y≦1)を有することが好ましい。Al含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となる。また、360nm〜580nm程度と、長波長側の発光も可能である。活性層を量子井戸構造で形成することにより、発光効率を向上させることができる。
活性層上にp型半導体層を積層する。第1のp型半導体層としてはp型不純物を含有したAlxGa1-xN(0≦x≦0.5)とする。第1のp型半導体層はp側電子閉じ込め層として機能する。第2のp型半導体層は、AlxGa1-xN(0≦x≦0.3)、第3のp型半導体層は、p型不純物を含有したAlxGa1-xN(0≦x≦0.5)で形成することができる。第3のp型半導体層はGaNとAlGaNとからなる超格子構造であることが好ましく、クラッド層として機能する。第4のp型半導体層は、p型不純物を含有したAlxGa1-xN(0≦x≦1)で形成することができる。これらの半導体層にInを混晶させてもよい。なお、第1のp型半導体層、第2のp型半導体層は省略可能である。各層の膜厚は、3nm〜5μm程度が適当である。なお、膜厚が2000Å以下の半導体層であれば、p型半導体層の層間に該半導体層を追加形成してもよい。
窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、MOVPE(有機金属気相成長法)、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハイドライド気相成長法)、MBE(分子線エピタキシー法)など、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を用いることができる。特に、MOCVDは、減圧〜大気圧の条件で、結晶性良く成長させることができるので好ましい。
積層体の表面、つまり第2導電型半導体層の表面には、導波路領域として機能するリッジが形成されていることが好ましい。
リッジの幅は1.0μm〜50.0μm程度が適当である。さらに、ビーム形状をシングルモードとする場合にはリッジの幅は1.0μm〜3.0μm程度が好ましい。その高さ(エッチングの深さ)は、p型半導体層を構成する層の膜厚、材料等によって適宜調整することができ、例えば、0.1〜2μmが挙げられる。なお、リッジは、共振器の延長方向の長さが100μm〜2000μm程度になるように設定することが好ましい。リッジは、共振器の延長方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、60〜90°程度の角度を有するテーパー状であってもよい。
リッジは、窒化物半導体層上にマスクパターンを形成し、このマスクパターンを用いてエッチングすることにより形成することができる。
マスクパターンは、例えば、SiO2等の酸化膜、SiN等の窒化膜を、例えば、CVD装置等を用いて形成し、この膜をフォトリソグラフィ及びエッチング工程等の公知の方法を利用して、所望の形状にパターニングすることにより形成することができる。マスクパターンの膜厚は、リッジが形成された後に、リッジ上に残存するマスクパターンが、後の工程でリフトオフ法により除去することができるような膜厚であることが適当である。例えば、0.1〜5.0μm程度が挙げられる。パターニングは、例えば、RIE法等を用いることが好ましく、この際のエッチングは、ハロゲン系ガスを用いて行うことが適している。例えば、Cl2、CCl4、SiCl4及び/又はBCl3等のような塩素系のガス、CF、CHF、SiF等のようなフッ素系等のガスを用いて行うことが適している。
その後、マスクパターンを利用して、窒化物半導体層をエッチングすることによりリッジを形成する。エッチングは、RIE法を用い、例えば、塩素系のガスを用いることが適している。また、エッチングの際の基板温度は、特に限定されないが、低温(例えば、60〜200℃程度)とすることが好ましい。
また、本発明のレーザ素子は、リッジが形成されておらず、電流狭窄層が形成された構造でもよい。この場合、まず、第1導電型窒化物半導体層を形成し、幅0.3〜20μm程度、好ましくは0.5〜3.0μm程度のストライプ状の開口を有した膜厚0.01μm〜5μm程度、好ましくは300nm程度以下の電流狭窄層を形成する。次に、この電流狭窄層の開口に露出した第1導電型半導体層上に、例えば、量子井戸構造をした活性層を形成する。次に、活性層の上に第2導電型窒化物半導体層を形成する。このような電流狭窄層は、例えば、i型の窒化物半導体層又はSiO2、Al23等の絶縁材料で形成することができる。なお、電流狭窄層は、第1導電型半導体層又は第2導電型半導体層を形成し、その表面に電流狭窄層を成長させ、この電流狭窄層にストライプ状の開口を形成し、窒化物半導体層を再成長させることによって形成してもよい。
リッジストライプを形成した後の任意の段階で、リッジの両側面及び第2導電型半導体層の表面に、第1の保護膜を形成することが好ましい。第1の保護膜の材料はSiO2又はTi、Zr、V、Nb、Hf、Ta等の酸化物が挙げられる。第1の保護膜の形成方法は、当該分野で公知、例えば、CVD法、蒸着法、ECR(電子サイクロトロン共鳴プラズマ)スパッタ法、マグネトロンスパッタ法等種々の方法によって単層又は積層構造で形成することができる。なお、単層の膜を、1回又は2回以上、製造方法又は条件を変化させることにより、組成は同じであるが、膜質の異なる膜として形成してもよい。第1の保護膜を形成する場合には、上述したリッジの形成の際に用いたマスクパターンをそのまま存在させた状態で、窒化物半導体層上に第1の保護膜を形成することが好ましい。
また、任意の段階で、第2導電型半導体層の表面(リッジが形成されている場合にはその表面)に、p電極を形成することが好ましい。p電極として、例えば、NiとAuとからなる2層構造を用いる場合には、まず、第4のp型半導体層上にNiを5〜20nm程度の膜厚で形成し、次に、Auを50〜300nm程度の膜厚で形成する。また、p電極を3層構造とする場合にはNi−Au−Pt又はNi−Au−Pdの順に形成する。NiとAuとは2層構造と同じ膜厚であればよく、最終層となるPt、Pdは50〜500nm程度であることが適当である。
p電極の上には、任意にパッド電極を形成してもよい。パッド電極は、Ni、Ti、Au、Pt、Pd、W等の金属からなる積層膜とすることが好ましい。具体的には、p電極側からW−Pd−Au又はNi−Ti−Au、Ni−Pd−Auの順に形成した膜が挙げられる。パッド電極の膜厚は特に限定されないが、最終層のAuの膜厚を100nm程度以上とすることが好ましい。
任意の段階で、例えば、p電極を形成した後には、オーミックアニールを行うことが好ましい。例えば、窒素及び/又は酸素含有雰囲気下で、300℃程度以上、好ましくは500℃程度以上のアニール条件が適当である。
任意の段階で、例えば、第1の保護膜を形成した後、この第1の保護膜の上に、第2の保護膜を形成してもよい。第2の保護膜は、当該分野で公知の方法により形成することができ、上述した第1の保護膜と同様の材料の中から選択することができる。
任意の段階で、例えば、p電極の形成前後に、基板の第2主面に、部分的又は全面に、n電極を形成することが好ましい。n電極は、例えば、スパッタ法、CVD、蒸着等で形成することができる。n電極の形成には、リフトオフ法を利用することが好ましく、n電極を形成した後、300℃程度以上でアニールを行うことが好ましい。n電極としては、例えば、総膜厚が1μm程度以下で、基板側から、V(膜厚100Å)−Pt(膜厚2000Å)−Au(膜厚3000Å)、Ti(100Å)−Al(5000Å)、Ti(60Å)−Pt(1000Å)−Au(3000Å)、Ti(60Å)−Mo(500Å)−Pt(1000Å)−Au(2100Å)、Ti(60Å)−Hf(60Å)−Pt(1000Å)−Au(3000Å)、Ti(60Å)−Mo(500Å)−Ti(500Å)−Pt(1000Å)−Au(2100Å)、W−Pt−Au、W−Al−W−Au、あるいは、窒化物半導体側からHf−Al、Ti−W−Pt−Au、Ti−Pd−Pt−Au、Pd−Pt−Au、Ti−W−Ti−Pt−Au、Mo−Pt−Au、Mo−Ti−Pt−Au、W−Pt−Au、V−Pt−Au、V−Mo−Pt−Au、V−W−Pt−Au、Cr−Pt−Au、Cr−Mo−Pt−Au、Cr−W−Pt−Au等の膜が例示される。なお、n電極は、後述するレーザスクライブ溝上及び/又は後述する共振器端面形成のための劈開線又はスクライブ領域等を除く範囲にパターンをつけて形成することが好ましい。
さらに、任意に、n電極上にメタライズ電極を形成してもよい。メタライズ電極は、例えば、Ti−Pt−Au−(Au/Sn)、Ti−Pt−Au−(Au/Si)、Ti−Pt−Au−(Au/Ge)、Ti−Pt−Au−In、Au−Sn、In、Au−Si、Au−Ge等により形成することができる。メタライズ電極の膜厚は、特に限定されない。
次いで、第1の補助溝を形成する。第1の補助溝は、露出領域と2つの突出領域とからなる。但し、第1の補助溝の形成は、電極の形成の後のみならず、電極の形成より前に行ってもよい。例えば、第1の補助溝の形成は、第1導電型窒化物半導体層の露出領域11aを形成する工程と同時に行ってもよい。
露出領域と突出領域は、積層体表面においてレーザ素子を形成する素子領域の両側、つまり、共振器方向と略平行して隣接される両側の領域を、第2導電型窒化物半導体層側から、少なくとも第2導電型窒化物半導体層、活性層、任意に第1導電型窒化物半導体層を除去することにより形成することができる。これらの層の除去は、リッジの形成と同様に、所望のマスクパターンを形成し、それをマスクとして積層体の厚み方向にエッチングすることにより実現できる。
露出領域及び突出領域では、第1導電型窒化物半導体層が露出しており、通常、それらの深さは、ほぼ同じである。露出領域は、素子領域と同様に、共振器方向に延びて配置されており、その形状は特に限定されないが、一般に、レーザ素子の平面形状が、四角形、平行四辺形、長方形、矩形またはこれらの形状に類似する形状などであるため、露出領域の平面形状も、レーザ素子と同様の形状とすることが好ましい。例えば、図1に示したように、レーザ素子の素子領域(通常、X及びY線で分割した領域)が、平面形状で略長方形である場合には、露出領域11aも略長方形であることが適当である。露出領域11aの幅Bは特に限定されないが、具体的には1μm〜200μm、好ましくは2μm〜100μm程度が挙げられる。長さFは、共振器長に対応して適宜決定することができる。
基板上に、複数の素子領域が形成される場合、例えば、共振器方向と直交する方向又はマトリクス状にそれぞれ複数形成される場合には、露出領域11aも複数形成されることになる。この場合、図2に示すように、露出領域11aの幅A、Bがそれぞれ異なるように配置してもよい。露出領域11aの幅Aは特に限定されないが、具体的には1μm〜500μm、好ましくは2μm〜300μm程度が挙げられる。
このような露出領域11aの幅の変化は、基板として、特定の窒化物半導体基板を用いた場合に特に有効である。例えば、特開2005−175056号公報、特開2004−158500号公報、特開2003−332244号公報等に記載されているように、その表面において転位の数が異なる領域がストライプ状に交互に配置している基板、基板上にラテラル成長により半導体層を形成し、この半導体層を基板として用いることにより、結晶欠陥密度、結晶方向等が異なる領域がストライプ状に配置する基板等が存在する。また、極性が異なる領域が存在する基板であってもよい。その一例として、(0001)面で構成される第1の領域と、(000−1)面で第2の領域とが交互にストライプ状に形成されているもの等が挙げられる。このような基板を用いる場合に、これらの第1の領域及び/又は第2の領域等の配置、つまり、転位密度、結晶欠陥密度、不純物濃度、凹凸の程度、結晶面等の差異に対応して、基板上に形成される窒化物半導体層による積層体が良好なレーザ特性を実現できるように、露出領域11aの幅を適宜調整して、例えば、図2又は図7に示すように、露出領域の幅(A及びB)が、交互に異なるように配置することが好ましい。
第1の補助溝は、図1及び図2、図7に示したように、露出領域11aよりも幅狭で、この露出領域11aから共振器方向にそれぞれ突出した2つの突出領域11bを有している。突出領域11b自体の形状は、露出領域11aと同様に、四角形、平行四辺形、長方形、矩形またはこれらの形状に類似する形状であることが適当である。例えば、レーザ素子が、平面形状で略長方形である場合には、図1及び図2、図7に示したように、突出領域11bも、露出領域11aの中央部分から突出する略長方形であることが適当である。突出領域11bの幅Cは特に限定されないが、例えば、具体的には0.5μm〜20μm程度が挙げられる。また、図7に示すように、露出領域11aの幅に応じて、突出領域11bの幅C’が変化してもよい。この場合の突出領域11bの幅C’は、例えば、1μm〜50μm程度が挙げられる。別の観点から、露出領域11aの幅A又はBは、突出領域11bの幅C’又はCのそれぞれ2〜10倍程度が適しており、3〜5倍程度が好ましい。
長さDは、例えば、共振器長に対して1/10以下が好ましく、具体的には、0.5μm〜200μm程度が挙げられる。
また、突出領域11bは、図3(a)〜(c)に示したように、二等辺三角形、端部が尖った突出形状、露出領域と同じ幅で先端が尖った形状等、種々の形状であってもよい。
なお、図3(d)に示したように、第1の補助溝における露出領域11aの側面の傾斜角(基板表面からの角度)は70°より大きく、好ましくは80°以上であることが好ましい。言い換えると、露出領域の側面の角度(基板表面に対する法線方向からの角度β)は20°以下、好ましくは10°以下である。
このような突出領域11bを形成することにより、後述する第2の補助溝の配置を伴って、予想外にも、第2の補助溝にそって、意図する方向へのレーザ素子の分割を、確実かつ効率的に行うことができる。
基板上に、複数の素子領域が形成される場合、例えば、共振器方向又はマトリクス状にそれぞれ複数形成される場合には、露出領域11aも複数形成されることになる。この場合、露出領域11aから突出する突出領域11bは、隣接する突出領域11bと連続して配置されていてもよいが、互いに離間して配置されていることが好ましい。つまり、得られたレーザ素子において、共振器端面よりも、第1の補助溝の端部(突出領域の端部)が内側に配置されることが好ましい。これにより、共振器面を出すための共振方向と直交又は略直交する方向の分割に対して、露出領域は影響を与えず、共振器面用の分割を意図する方向に確実に行うことができ、より一層の歩留まりの向上を図ることができる。離間距離Eは、特に限定されないが、例えば、露出領域11aの長さDの1/10〜1/2程度、具体的には、1.0μm〜20μm程度が適当である。
なお、第1の補助溝における露出領域と突出領域とは、同時に形成しなくてもよく、別工程で形成してもよい。
その後又は任意の段階で、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、700℃程度以上の温度でアニールして、p型半導体層を低抵抗化することが好ましい。
また、上述したn電極の形成を、基板の第2主面でなく、この段階又はそれ以降の任意の段階で、第1導電型半導体層の露出領域に形成してもよい。例えば、基板が絶縁性基板である場合には、露出領域にn電極を形成することが有効である。
さらに、露出領域内に第2の補助溝を形成する。
第2の補助溝は、公知の方法のいずれか、具体的にはレーザスクライバー(DISCO社製装置、レーザソリューション社製装置、オプトシステム社製装置)によって形成することができる。この溝は、積層体側から、つまり、第1導電型窒化物半導体層側から形成することが好ましい。第2の補助溝形成の際には、用いるレーザ光の集光スポットを、入射するレーザ光の大きさ、伝播時に発生する発散角、焦点距離などを調整するとともに、焦点深度を、波長、集光スポットサイズ、焦点距離等によって適宜調整することが好ましい。一例として、用いるレーザ光の波長を150μm〜600μm程度、エネルギーを0.1W〜10W程度とすることが挙げられる。
例えば、第2の補助溝は、露出領域内において第1導電型窒化物半導体層から基板に及ぶ深さで形成することが好ましい。つまり、第1の補助溝よりも深く形成されていることが好ましい。具体的には、15〜30μm程度、さらに20〜25μm程度の深さが挙げられる。また、第2の補助溝は、第1の補助溝の側面よりも、基板表面に対する法線方向からの傾斜角(図5及び図6中、α参照)が大きく形成されている(β<α)ことが好ましい。通常、第1の補助溝の側面は、その形成方法によるが、基板表面に対して略垂直に形成される。この場合、第2の補助溝は、その側面が、基板表面の法線方向に対して、90°未満、60°以下、40°±10°、20〜55°程度、さらに30〜45°程度、30°程度未満で形成されていてもよい。その底部において100°以下、60°以下、40°±10°、10〜55°程度、20〜55°程度、さらに30〜45°程度の頂角(図3(d)中、γ参照、γは略2αに対応する)を有するV溝に形成することが好ましく、そのV溝は、底部の頂角を中心に対称であることがより好ましい。また、β<γ/2であることが好ましい。なお、底部は平坦であってもよく(図3(e)参照)、この場合でも、第2の補助溝の側面は、上記範囲で傾斜していることが好ましい(図3(e)中、γ/2参照、γ/2は略αに対応する)。
このような深さ及び/又は形状を選択することにより、その後におけるプロセス中において、適度な強度を確保し、意図しない段階での割れの発生を防止することができるとともに、容易かつ意図するとおりの素子分割を実現することができる。また、第2の補助溝は、上面の幅:深さが1:1〜2程度、好ましくは1:1.3〜1.7程度となる形状で形成することが好ましい。第2の補助溝の共振方向における長さは、露出領域内に配置されるのであれば特に限定されるものではなく、突出領域には至らない長さであることが好ましい。必ずしも露出領域内に連続した溝が1つ形成されるのみならず、複数に分割されて、破線状態で形成されていてもよい。これにより、第2の補助溝を形成した後、分割するまでの間の製造工程において、適当な基板強度を確保して、意図しない段階での分割を防止することができる。
第2の補助溝は、基板(ウェハ)上にレーザ素子の素子領域が、共振方向又は共振方向に直交する方向にあるいはマトリクス状に複数形成される場合には、基板全体にわたって、この工程で一度に形成することが好ましい。このように、第2の補助溝を形成する場合には、ウェハ全体の溝形成部分を、ウェハ単位で画像認識することができるために、一回の操作によって、ウェハ上の全部の素子領域に対して第2の補助溝を形成することができ、加工工程、加工速度、加工時間の短縮を図ることが可能となる。
任意に、第2の補助溝を形成した後、洗浄を行うことが好ましい。つまり、第2の補助溝を形成した後、レーザ光のエネルギーにより、溝内部の表面又は溝周辺の露出領域の表面に、窒化物半導体層を構成する金属元素のデブリ等が付着していることがある。従って、このようなデブリ等を、例えば、硝酸、フッ化水素酸、硫酸、塩酸、酢酸、過酸化水素等の酸の単独又は2種以上の混合液、アンモニア等のアルカリの単独又はアンモニアと過酸化水素等の混合液、各種界面活性剤等の適当なエッチャントを用いて、浸漬、リンシング、超音波洗浄等、公知の方法によって、洗浄することが好ましい。この洗浄により、エッチャントを用いてデブリ等の除去を確実に行うことができるため、これらのデブリ等に起因する素子特性の低下を回避することができる。加えて、この段階では、共振器面が未だ形成されていないため、共振器面をエッチャントにさらすことがなく、共振器面にダメージを与えることなく、デブリを有効に除去することが可能となる。
任意に、第2の補助溝を形成した後に、リッジに垂直な方向であって、窒化物半導体層の積層体に共振器端面を形成するために、ウェハをバー状に分割することが好ましい。ここで、共振器端面は、M面(1−100)又はA面(11−20)とすることが適している。ウェハをバー状に分割する方法としては、ブレードブレイク、ローラーブレイク又はプレスブレイク等、さらにRIE等のエッチング等、種々の方法を利用することができる。
また、任意に、共振器端面を形成した場合には、得られた共振器端面、つまり、共振器面の光反射側及び/又は光出射面に、誘電体膜を形成することが好ましい。誘電体膜はSiO2、ZrO2、TiO2、Al23、Nb25、AlN、AlGaN等からなる単層膜又は多層膜とすることが好ましい。共振面が劈開によって形成された場合には、誘電体膜を再現性よく形成することができる。
その後、第2の補助溝を利用して基板及び積層体を分割する。ここでの分割は、公知の方法により行うことができる。例えば、任意に、第2の補助溝を形成したのと反対側、つまり基板側に円形ローラー又は刃物等を当てて、第2の補助溝に応力集中を与えることにより、基板及び積層体を劈開して分割することができる。これによって、半導体レーザ素子の1単位を構成するチップを得ることができる。
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、基板上に積層体を備えて構成され、この積層体の共振器方向に延びる少なくとも1つの縁部、好ましくは両側の縁部が、共振器方向に延びる積層体の側面に対して、レーザ素子の内側に傾斜している。さらに、別の観点から、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、積層体表面におけるレーザ素子を形成する素子領域の共振器方向の両側に、少なくとも第1導電型窒化物半導体層が露出しており、レーザ素子の共振器方向に延びる露出領域と、この露出領域よりも幅狭で露出領域から共振器方向にそれぞれ突出した2つの突出領域とを有する第1の補助溝と、露出領域内に配置され、第1の補助溝よりも深い第2の補助溝とを備える。
この積層体の縁部は、例えば、図5に示したように、積層体における第1窒化物半導体層から基板に至る深さGの領域、具体的には、露出した第1窒化物半導体層表面(図5中、11a参照)から30μm未満の深さ範囲、好ましくは25μm程度以下の範囲が、面取りされたような形状で傾斜している。この傾斜角αは、例えば、基板表面に対する法線方向に対して30°未満、さらに、22.5°程度以下であることが好ましい。
また、例えば、図6に示したように、積層体における第1窒化物半導体層の露出した部位が、階段状に形成されており、そこに、第2の補助溝に対応する溝(α°傾斜した部分)が基板に至る深さで形成されていてもよい。この場合、第1窒化物半導体層の露出した階段状の部位(最も低い部位、図6中、11aa参照)は、上述した露出領域に起因するものであってもよい。
このように、積層体の縁部に傾斜を有していることにより、その縁部の凹凸が解消され、スムーズとなり、バリ又は削りくず等がほぼ完全に除去された状態となる。これによって、その後の製造工程において、積層体の基板側の側面を把持するなどの場合に、ハンドリング性を向上させることができるとともに、バリや削りくず等に起因する品質の低下を防止して、高品質のレーザ素子を得ることができる。
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子の実施例を示す。
実施例1
この実施例のレーザ素子の製造方法を以下に示す。
まず、n型GaNからなる基板をMOVPE反応容器内にセットし、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH3)を用い、不純物ガスにシランガス(SiH4)を用い、Siを0.8×1018/cm3ドープしたn−Al0.02Ga0.98Nよりなる第1バッファ層を成長させる。その後、昇温してトリメチルインジウム(TMI)、TMG、アンモニアを用い、Siを3×1018/cm3ドープしたn−In0.1Ga0.9Nよりなる第2バッファ層を成長させる。
次にアンモニアとTMGを用い、Siを1×1018/cm3ドープしたAl0.11Ga0.89Nよりなるn型クラッド層を成長させる。
続いて、TMG及びアンモニアを用い、同様の温度で、アンドープのAl0.06Ga0.94Nよりなるn側光ガイド層を成長させる。温度を950℃にして、TMI、TMG及びアンモニアを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたAl0.15Ga0.85Nよりなる障壁層を成長させる。シランガスを止め、アンドープのIn0.01Ga0.99Nよりなる井戸層を成長させる。さらに、同温度でTMAを用い、Al0.15Ga0.85Nよりなる障壁層を成長させて、単一量子井戸(SQW)からなる活性層を成長させる。
次に、TMIを止め、Cp2Mgを流し、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型Al0.30Ga0.70Nよりなるp型キャップ層を成長させる。続いてCp2Mg、TMAを止め、1050℃で、アンドープAl0.06Ga0.94Nよりなるp側光ガイド層を成長させる。このp側光ガイド層は、アンドープとして成長させるが、p型キャップ層からのMgの拡散により、Mg濃度が5×1016/cm3となりp型を示す場合がある。Cp2Mgを止め、TMAを流し、1050℃でアンドープAl0.13Ga0.87Nよりなる層を成長させ、続いてCp2Mgを流し、Mg濃度が1×1019/cm3からなるAl0.09Ga0.91Nよりなる層を成長させ、総膜厚0.6μmの超格子層よりなるp型クラッド層を成長させる。最後に、p型クラッド層の上に、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp型コンタクト層を成長させる。
基板上に窒化物半導体層を積層させたウェハを、反応容器から取り出し、最上層のp側コンタクト層の表面に、幅2.3μmのストライプからなるSiO2よりなるマスクパターンを形成する。その後、RIE(反応性イオンエッチング)を用い、p型クラッド層とp側光ガイド層との界面付近までエッチングを行い、ストライプ状のリッジを形成する。
次に、マスクパターンが形成された状態で、窒化物半導体層の表面にECRスパッタ装置を用いて、膜厚100nmでZrO2の単層からなる第1の保護膜を形成する。その後、p側コンタクト層上に形成されているマスクパターンを溶解除去し、リフトオフ法によりSiO2よりなるマスクパターンとともに、p側コンタクト層上に形成されている第1の保護膜を除去する。
続いて、p側コンタクト層のリッジ最表面に、NiとAuよりなるp側オーミック電極をストライプ状に形成し、その上に、p側オーミック電極と電気的に接続したp側パッド電極を形成する。
また、n側オーミック電極をn型GaN基板の裏面に形成する。
次いで、p側コンタクト層上に所望の形状のマスクパターンを形成し、このマスクパターンを用いて、p側コンタクト層側から、n側光ガイド層の途中までエッチングし、n側光ガイド層に露出領域及び突出領域とからなる第1の補助溝を形成する。ここでは、図2に示すように、露出領域11aの長さFを約550μm、幅広の露出領域11aの幅Aを約70μm、幅狭の露出領域11aの幅Bを約30μm、突出領域11bの幅Cを約2μm、突出領域11bの長さDを約23μm、隣接する突出領域11b同士の離間距離Eを約8μmに設定した。
続いて、露出領域11a内に、焦点距離をjustフォーカス±10μm、送り速度を1μm/sec〜200μm/sec、出力0.1W〜10Wとし、n側光ガイド層から基板に至る、V形のレーザスクライブ溝16を、第2の補助溝として形成した。この場合のレーザスクライブ溝の最大深さは、約25μmであり、n側光ガイド層表面の幅は約15μmであった。また、頂角は約40°であった。
その後、酸溶液を用いて、レーザスクライブ溝の内部及び表面を超音波洗浄し、そこに付着するデブリ等を除去した。
続いて、GaN基板のM面(窒化物半導体を六角柱で表した場合にその六角柱の側面に相当する面)でGaNを、例えば、図4(a)のXの点線に沿って、劈開してウェハをバー状とし、そのバーの劈開面に共振面を作製した。
共振面に、誘電体膜を形成する。フロント側は、Al23を膜厚120nmで形成する。リア側は、ZrO2及びSiO2(総膜厚700nm)の積層膜で多層誘電体膜を形成する。その後、共振面に垂直な方向に(例えば、図4(a)のYの点線に沿って)、先に形成したレーザスクライブ溝に沿って、バー状のウェハを分割してチップ化した。
得られた半導体レーザ素子は、図4(b)〜(f)及び図5に示すように、基板10上に、n型半導体層11、活性層12、表面にリッジ14が形成されたp型半導体層13が積層され、リッジ14の両側に第1の保護膜15が形成されて構成される。また、リッジ14に電気的に接続するp電極(図示せず)と、基板10に電気的に接続するn電極20とが形成されている。
この半導体レーザ素子の積層体の縁部には、基板10及び基板側の第1導電型窒化物半導体層11の側面に対して、α=20°で素子の内側に傾斜し、深さGが約25μmの面取りが形成されている。
この傾斜面には、凹凸がなく、スムーズであり、バリ等の付着が全くなかった。
このような半導体レーザ素子を、同様の方法で形成した場合のNG率を算出した。その結果、12.0%であった。
なお、比較のために、第1の補助溝において突出領域を形成しない以外上記と同様の方法で半導体レーザチップを作製し、同様にNG率を算出した。その結果、22.0%であった。
このように、本発明においては、レーザスクライブ溝を利用したウェハの分割において、突出領域を設けることにより、意図する方向へのブレイクを確実に行うことができ、品質の安定したレーザ素子の製造において歩留まりを向上させることができる。特に、突出領域が連続せずに形成されている場合には、例えば、図4(a)のXの点線に沿った共振面の作製時にも、第1の補助溝及び第2の補助溝に起因する意図しないウェハのわれ等が生じず、窒化物半導体レーザ素子の一連の製造において、歩留まりの向上を図ることができる。
また、共振器端面にダメージを与えることなく、デブリ等を確実に洗浄して除去することができるため、特性を良好に保つことができる。
さらに、レーザスクライブを利用することにより、ウェハ単位でレーザスクライブする部分を認識し、加工することができるため、加工時間の短縮、ランニングコストを低減することができ、物理的な接触を伴うスクライブ法における摩耗部材の交換を不要とするために、より製造コストを低減することができる。
また、素子のエッジ部における不均一な凸凹又はバリ等を有効に除去することができる。
しかも、バリ又は削りくずの付着によって生じるその後のプロセスにおける積層体把持等の際の割れの原因を回避することができるとともに、削りくずの付着等によるショート等の特性についての問題を回避することができ、品質の高いレーザ素子を得ることができる。
実施例2
突出領域の離間距離Eをなくして、隣接する突出領域が互いに連続するように突出領域を形成した以外、実質的に実施例1と同様の方法で半導体レーザチップを作製した。
この製造方法について、同様にNG率を算出した。その結果、6.3%であった。
このように、レーザスクライブ溝を利用したウェハの分割において、突出領域を設けることにより、意図する方向へのブレイクを確実に行うことができ、品質の安定したレーザ素子の製造において歩留まりを向上させることができるとともに、実施例1と同様の効果を有することができる。
実施例3
突出領域の離間距離Eをなくして、隣接する突出領域が互いに連続するように突出領域を形成し、さらに、突出領域の幅Cを約8μmとした以外、実質的に実施例1と同様の方法で半導体レーザチップを作製した。
この製造方法について、同様にNG率を算出した。その結果、7.0%であった。
このように、レーザスクライブ溝を利用したウェハの分割において、突出領域を設けることにより、意図する方向へのブレイクを確実に行うことができ、品質の安定したレーザ素子の製造において歩留まりを向上させることができるとともに、実施例1と同様の効果を有することができる。
実施例4
図7に示すように、露出領域の幅Aを30μm、突出領域の幅C’を10μm、露出領域の幅Bを10μm、突出領域の幅Cを3μmとした以外、実質的に実施例1と同様の方法で半導体レーザチップを作製した。
この製造方法について、同様にNG率を算出した。その結果、実施例1とほぼ同様であった。
このように、レーザスクライブ溝を利用したウェハの分割において、突出領域を設けることにより、意図する方向へのブレイクを確実に行うことができ、品質の安定したレーザ素子の製造において歩留まりを向上させることができるとともに、実施例1と同様の効果を有することができる。
本発明は、レーザ素子のみならず、発光ダイオード(LED)等の発光素子、太陽電池、光センサー等の受光素子、あるいはトランジスタ等の半導体デバイスの製造方法に利用することができる。
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法により形成する露出領域及び突出領域のレイアウトを示す平面図である。 本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法により形成する露出領域及び突出領域の別のレイアウトを示す平面図である。 本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法により形成する露出領域及び突出領域のさらに別のレイアウトを示す平面図である。 本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によって製造されるレーザ素子の概略平面図及び概略断面図である。 図4のレーザ素子の概略断面斜視図である。 本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によって製造されるレーザ素子の概略断面斜視図である。 本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法により形成する露出領域及び突出領域のさらに別のレイアウトを示す平面図である。
符号の説明
10 基板
11 n型半導体層
11a 露出領域
11b 突出領域
12 活性層
13 p型半導体層
14 リッジ
15 第1の保護膜
16 レーザスクライブ溝(第2の補助溝)

Claims (9)

  1. 窒化物半導体基板上に、第1導電型窒化物半導体層、活性層及び第2導電型窒化物半導体層を有し、前記窒化物半導体のM面を共振器面とする共振器を構成する積層体を備える窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、
    前記積層体表面におけるレーザ素子を形成する素子領域の共振器方向と略平行な方向に、第2導電型窒化物半導体層側から、少なくとも第2導電型窒化物半導体層、活性層を除去して前記第1導電型窒化物半導体層を露出させた、前記レーザ素子の共振器方向と略平行な方向に延びる露出領域と、該露出領域よりも幅狭で該露出領域から前記共振器方向と略平行な方向にそれぞれ突出した2つの突出領域とを有する第1の補助溝を形成し、
    前記露出領域内に、前記第1の補助溝よりも、前記基板表面に対する法線方向からの側面の傾斜角が大きい第2の補助溝を形成し、
    前記第2の補助溝を利用して前記基板及び積層体を分割することを含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
  2. 素子領域及び露出領域が、少なくとも共振器方向と略平行な方向にそれぞれ複数形成され、かつ、隣接する第1の補助溝が互いに離間して配置されてなる請求項1に記載の方法。
  3. 素子領域及び露出領域が、少なくとも共振器方向と直交する方向にそれぞれ複数形成され、かつ、露出領域の幅が交互に異なるように配置される請求項1又は2に記載の方法。
  4. 素子領域及び露出領域が、マトリクス状に複数形成されてなる請求項1又は2に記載の方法。
  5. 第2の補助溝を形成した後、基板及び積層体を、共振器方向に交差する方向に分離して共振器端面を形成する請求項4に記載の方法。
  6. 第2の補助溝は、第1導電型窒化物半導体層から基板に及ぶ深さで形成する請求項1〜のいずれか1つに記載の方法。
  7. 第2の補助溝を、その底部において60°より小さな角度のV溝に形成する請求項1〜のいずれか1つに記載の方法。
  8. 第2の補助溝は、上面の幅:深さが1:1〜2となるように形成する請求項1〜のいずれか1つに記載の方法。
  9. 第2の補助溝は、レーザスクライブにより形成される請求項1〜のいずれか1つに記載の方法。
JP2007113635A 2006-05-11 2007-04-24 窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子 Active JP5056142B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007113635A JP5056142B2 (ja) 2006-05-11 2007-04-24 窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子
US11/797,291 US7649923B2 (en) 2006-05-11 2007-05-02 Method for manufacturing nitride semiconductor laser element, and nitride semiconductor laser element
KR1020070045528A KR101375433B1 (ko) 2006-05-11 2007-05-10 질화물 반도체 레이저 소자의 제조 방법 및 질화물 반도체레이저 소자

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006132477 2006-05-11
JP2006132477 2006-05-11
JP2007113635A JP5056142B2 (ja) 2006-05-11 2007-04-24 窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007329459A JP2007329459A (ja) 2007-12-20
JP5056142B2 true JP5056142B2 (ja) 2012-10-24

Family

ID=38685662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007113635A Active JP5056142B2 (ja) 2006-05-11 2007-04-24 窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7649923B2 (ja)
JP (1) JP5056142B2 (ja)
KR (1) KR101375433B1 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8039283B2 (en) * 2005-12-26 2011-10-18 Panasonic Corporation Nitride compound semiconductor element and method for manufacturing same
JP5151400B2 (ja) 2007-11-04 2013-02-27 日亜化学工業株式会社 半導体素子の製造方法
JP5556657B2 (ja) * 2008-05-14 2014-07-23 豊田合成株式会社 Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法及びiii族窒化物半導体発光素子、並びにランプ
US20100224880A1 (en) 2009-03-05 2010-09-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
JP5573192B2 (ja) * 2010-01-22 2014-08-20 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP5803457B2 (ja) * 2011-09-08 2015-11-04 三菱電機株式会社 レーザダイオード素子の製造方法
JP6135559B2 (ja) * 2014-03-10 2017-05-31 ソニー株式会社 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法ならびに半導体素子
JP6402549B2 (ja) 2014-09-10 2018-10-10 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ素子及びその製造方法、並びに半導体レーザ装置の製造方法
JP2016149391A (ja) * 2015-02-10 2016-08-18 旭化成株式会社 窒化物半導体素子、窒化物半導体素子の移動方法及び半導体装置の製造方法
DE102015116712A1 (de) 2015-10-01 2017-04-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
DE102016120685A1 (de) 2016-10-28 2018-05-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers und Halbleiterlaser
JP7146736B2 (ja) 2017-03-29 2022-10-04 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 窒化物半導体発光素子の製造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5914914B2 (ja) * 1979-11-15 1984-04-06 三菱電機株式会社 半導体レ−ザの製造方法
JPH04206549A (ja) * 1990-11-30 1992-07-28 Hitachi Ltd 半導体チップの製造方法
JPH0864906A (ja) * 1994-08-24 1996-03-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体装置の製法
US5629233A (en) * 1996-04-04 1997-05-13 Lucent Technologies Inc. Method of making III/V semiconductor lasers
JP2000164964A (ja) 1998-09-21 2000-06-16 Atr Adaptive Communications Res Lab 半導体レ―ザ装置の製造方法
JP4710148B2 (ja) * 2001-02-23 2011-06-29 パナソニック株式会社 窒化物半導体チップの製造方法
JP4644955B2 (ja) 2001-03-06 2011-03-09 ソニー株式会社 窒化物系半導体素子の作製方法
ATE487255T1 (de) * 2001-05-31 2010-11-15 Nichia Corp Halbleiterlaserelement
JP2003046177A (ja) 2001-07-31 2003-02-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザの製造方法
JP2003086900A (ja) * 2001-09-07 2003-03-20 Toshiba Electronic Engineering Corp 半導体レーザ装置、半導体レーザ装置の製造方法
JP3906739B2 (ja) 2002-05-13 2007-04-18 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体基板の製造方法
JP2004031526A (ja) * 2002-06-24 2004-01-29 Toyoda Gosei Co Ltd 3族窒化物系化合物半導体素子の製造方法
JP4211358B2 (ja) 2002-11-01 2009-01-21 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体、窒化物半導体素子及びそれらの製造方法
TWI347054B (en) * 2003-07-11 2011-08-11 Nichia Corp Nitride semiconductor laser device and method of manufacturing the nitride semiconductor laser device
JP4665394B2 (ja) 2003-12-09 2011-04-06 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子
DE112006000562B4 (de) * 2005-03-09 2021-02-18 Toyoda Gosei Co., Ltd. Nitridhalbleiter-Leuchtbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
US20070264802A1 (en) 2007-11-15
KR20070109918A (ko) 2007-11-15
US7649923B2 (en) 2010-01-19
KR101375433B1 (ko) 2014-03-17
JP2007329459A (ja) 2007-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5056142B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子
US8062959B2 (en) Method of manufacturing semiconductor element
JP5245904B2 (ja) 半導体レーザ素子の製造方法
JP5028640B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子
KR100874077B1 (ko) 질화물 반도체 레이저 소자 및 그 제조 방법
JP2005311308A (ja) 半導体レーザ素子
JP2006066869A (ja) 窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体素子
JP5298889B2 (ja) 窒化物半導体素子
JP5076746B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法
JP4665394B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子
US8406264B2 (en) Nitride semiconductor laser element
JP2006165407A (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP4043087B2 (ja) 窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子
JP4873116B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子、及びその製造方法
JP2000058972A (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP4929776B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP2003142769A (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP5521352B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子の製造方法
JP5277762B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化物半導体レーザ素子
JP4224952B2 (ja) 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
JP2005045239A (ja) 窒化物半導体レーザ素子及びそれを用いたld装置
JPH09116232A (ja) 窒化物半導体レーザ素子及びその共振器の作製方法
JP4321295B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子の製造方法
JP2002270968A (ja) 窒化物半導体レーザ素子の製造方法
JP2008244281A (ja) 窒化物半導体レーザ素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100408

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110921

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110927

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111122

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120427

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20120509

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120703

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120716

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150810

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5056142

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150810

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250