JP5074863B2 - Nitride semiconductor light-emitting device, epi-wafer and method of manufacturing the same - Google Patents

Nitride semiconductor light-emitting device, epi-wafer and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP5074863B2
JP5074863B2 JP2007227576A JP2007227576A JP5074863B2 JP 5074863 B2 JP5074863 B2 JP 5074863B2 JP 2007227576 A JP2007227576 A JP 2007227576A JP 2007227576 A JP2007227576 A JP 2007227576A JP 5074863 B2 JP5074863 B2 JP 5074863B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitride semiconductor
recess
light emitting
substrate
width
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2007227576A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007311833A (en
Inventor
有三 津田
大介 花岡
貴之 湯浅
茂稔 伊藤
元隆 種谷
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp 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 Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2007227576A priority Critical patent/JP5074863B2/en
Publication of JP2007311833A publication Critical patent/JP2007311833A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5074863B2 publication Critical patent/JP5074863B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

本発明は、主として発光寿命が長くてクラックの発生が軽減された窒化物半導体発光素子とその製法の改善に関するものである。   The present invention mainly relates to a nitride semiconductor light emitting device having a long light emission lifetime and reduced generation of cracks, and an improvement in the manufacturing method thereof.

窒化物半導体発光素子の発光特性を改善するために、サファイア基板上に積層されたGaN層に溝を形成して、再度その溝をGaN膜で平坦に被覆し、その被覆層上に半導体レーザ素子を形成することが特許文献1において報告されている。   In order to improve the light emission characteristics of the nitride semiconductor light emitting device, a groove is formed in the GaN layer stacked on the sapphire substrate, and the groove is again covered with a GaN film, and the semiconductor laser device is formed on the coating layer. Has been reported in Patent Document 1.

また、選択結晶成長技術を用いて、ストライプ状に形成されたSiO2マスクの窓領域上に半導体レーザ素子を形成することが特許文献2において報告されている。
特開2000−124500 特開平9−36473
Patent Document 2 reports that a semiconductor laser element is formed on a window region of a SiO 2 mask formed in a stripe shape by using a selective crystal growth technique.
JP 2000-124500 A JP-A-9-36473

上記のような先行技術によって作製された窒化物半導体発光素子においても、その発光寿命が十分ではないという課題を含んでいる。そこで、本発明は、発光寿命の長い窒化物半導体発光素子を提供するとともに、その素子におけるクラックの発生を抑制することを主要な目的としている。   The nitride semiconductor light emitting device manufactured by the prior art as described above also has a problem that its light emission lifetime is not sufficient. Accordingly, the main object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device having a long light emission lifetime and to suppress the occurrence of cracks in the device.

本発明は、窒化物半導体以外の異種基板上に窒化物半導体層が成長させられ、その後、該窒化物半導体層が加工されることにより単一材料からなる凹部と凸部が形成された基板と、該基板上に結晶成長させられた窒化物半導体多層膜構造とを備え、該窒化物半導体多層膜構造は、前記凸部の上方において発光部を有するとともに、前記凹部の上方において窪みを表面に形成した窒化物半導体発光素子であって、前記凹部は、底部及び側壁を備え、前記窪みは、結晶成長の際に完全に埋まらないことにより形成されたものであり、前記窪みの幅は前記凹部の幅よりも狭いことを特徴とする窒化物半導体発光素子である。
The present invention relates to a substrate in which a nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate other than a nitride semiconductor, and then the nitride semiconductor layer is processed to form a concave portion and a convex portion made of a single material. A nitride semiconductor multilayer film structure having a crystal grown on the substrate, wherein the nitride semiconductor multilayer film structure has a light emitting portion above the convex portion and has a depression on the surface above the concave portion. The formed nitride semiconductor light emitting device, wherein the recess includes a bottom and a side wall, and the recess is formed by being not completely filled during crystal growth, and the width of the recess is the recess It is a nitride semiconductor light emitting device characterized by being narrower than the width of.

本発明による窒化物半導体発光素子は、前記窒化物半導体多層膜構造が、前記凸部の上方において、前記発光部に電流を注入させる構造を備えることが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the nitride semiconductor multilayer structure preferably includes a structure for injecting a current into the light emitting part above the convex part.

本発明は、窒化物半導体以外の異種基板上に窒化物半導体層が成長させられ、その後、該窒化物半導体層が加工されることにより単一材料からなる凹部と凸部が形成された基板と、該基板上に結晶成長させられた窒化物半導体下地層と、該窒化物半導体下地層の表面において窪みと平坦化された部分とが形成されたエピウエハであって、前記凹部は、底部及び側壁を備え、前記窪みは前記凹部の上方に結晶成長の際に完全に埋まらないことによって形成されたものであり、かつ、前記窪みの幅は前記凹部の幅よりも狭く、前記平坦化された部分の幅は前記凸部の幅よりも広いことを特徴とするエピウエハである。
本発明は、窒化物半導体以外の異種基板上に窒化物半導体層が成長させられ、その後、該窒化物半導体層が加工されることにより単一材料からなる凹部と凸部が形成された基板と、該基板上に結晶成長させられた窒化物半導体多層膜構造と、該窒化物半導体多層膜構造の表面において窪みと平坦化された部分とが形成されたエピウエハであって、前記窒化物半導体多層膜構造が窒化物半導体下地層と発光層とを有し、前記凹部は、底部及び側壁を備え、前記窪みは前記凹部の上方に結晶成長の際に完全に埋まらないことによって形成されたものであり、かつ、前記窪みの幅は前記凹部の幅よりも狭く、前記平坦化された部分の幅は前記凸部の幅よりも広いことを特徴とするエピウエハである。
本発明によるエピウエハは、前記窒化物半導体多層膜構造が、前記凸部の上方において発光部を有することが好ましい。
The present invention relates to a substrate in which a nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate other than a nitride semiconductor, and then the nitride semiconductor layer is processed to form a concave portion and a convex portion made of a single material. An epitaxial wafer having a nitride semiconductor underlayer crystal-grown on the substrate and a recess and a flattened portion formed on the surface of the nitride semiconductor underlayer, wherein the recess has a bottom and a side wall The recess is formed by being not completely buried above the recess during crystal growth, and the recess is narrower than the recess and is flattened. Is an epi-wafer characterized by being wider than the width of the projection.
The present invention relates to a substrate in which a nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate other than a nitride semiconductor, and then the nitride semiconductor layer is processed to form a concave portion and a convex portion made of a single material. An epitaxial wafer having a nitride semiconductor multilayer structure grown on the substrate and a recess and a flattened portion formed on the surface of the nitride semiconductor multilayer structure, the nitride semiconductor multilayer The film structure has a nitride semiconductor underlayer and a light emitting layer, the recess has a bottom and a side wall, and the recess is formed by not being completely buried above the recess during crystal growth. In addition, the width of the recess is narrower than the width of the concave portion, and the width of the flattened portion is wider than the width of the convex portion.
In the epitaxial wafer according to the present invention, it is preferable that the nitride semiconductor multilayer structure has a light emitting portion above the convex portion.

本発明による窒化物半導体発光素子は、前記エピウエハにおいて、前記凸部の上方に前記発光部に電流を注入させる構造を有し、前記エピウエハが個々のチップに分割されることが好ましい。 Nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, in the epitaxial wafer has a structure for injecting current prior SL-emitting portion above the projecting portion, the epitaxial wafer is is preferably divided into individual chips.

本発明による窒化物半導体発光素子は、前記発光部は、前記凸部の中央から幅方向に右または左側へ1μm以上離れた領域に形成されることが好ましい。 Nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the light emitting portion is preferably formed in a region away to the right or left 1μm or more from the center in the width direction of the convex portion is preferable.

本発明による窒化物半導体発光素子は、前記凹部の幅が1から100μmの範囲内にあることが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the width of the recess is preferably in the range of 1 to 100 μm.

本発明による窒化物半導体発光素子は、前記凹部の深さが1μm以上であって、かつ前記凹部の底部と前記基板の裏面との間の残し厚が100μm以上であることが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the depth of the recess is preferably 1 μm or more, and the remaining thickness between the bottom of the recess and the back surface of the substrate is preferably 100 μm or more.

本発明による窒化物半導体発光素子は、前記凹部を複数備えるとともに、相対的に幅の広い前記凹部を有する窒化物半導体発光素子であって、前記相対的に幅の広い前記凹部の上方のみに窪みを有することが好ましい。 The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is a nitride semiconductor light emitting device including the plurality of recesses and having the relatively wide recesses, and is recessed only above the relatively wide recesses. It is preferable to have.

本発明は、窒化物半導体以外の異種基板上に窒化物半導体層を成長する工程と、前記窒化物半導体層を成長する工程の後に、前記窒化物半導体層の表面に加工によって単一材料からなる凹部と凸部とを形成する工程と、前記凸部の上方において発光部を有し、かつ表面において窪みを有する窒化物半導体多層膜構造を結晶成長させる工程とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記凹部は、底部及び側壁を備え、前記窪みは、前記凹部の上方に結晶成長の際に完全に埋まらないことによって形成され、かつ、前記窪みの幅は前記凹部の幅よりも狭いことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法である。
According to the present invention, after a step of growing a nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate other than a nitride semiconductor and a step of growing the nitride semiconductor layer, the surface of the nitride semiconductor layer is made of a single material by processing. A nitride semiconductor light emitting device comprising: a step of forming a concave portion and a convex portion; and a step of crystal-growing a nitride semiconductor multilayer structure having a light emitting portion above the convex portion and having a depression on the surface In the manufacturing method, the recess includes a bottom and a side wall, the recess is formed by being not completely buried above the recess during crystal growth, and the width of the recess is the width of the recess. It is a manufacturing method of the nitride semiconductor light emitting element characterized by being narrower than this.

本発明によれば、窒化物半導体発光素子において、発光寿命と発光強度を改善することができる。また、本発明によれば、窒化物半導体発光素子において、クラック発生と電極剥がれとワイヤボンドの剥がれとを防止することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light emission lifetime and light emission intensity can be improved in the nitride semiconductor light-emitting device. Moreover, according to the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device, it is possible to prevent the occurrence of cracks, electrode peeling, and wire bond peeling.

以下において、本発明による種々の実施の形態を説明するに際して、いくつかの用語の意味を予め明らかにしておく。   In the following, the meanings of some terms will be clarified in advance in describing various embodiments according to the present invention.

まず、「溝」とはたとえば図2(a)と(b)に示されているように加工基板表面でストライプ状に加工された凹部を意味し、「丘」とは同様にストライプ状に加工された凸部を意味する。溝と丘の断面形状は、必ずしも図2で示されているような矩形状である必要はなく、凹凸の段差を生じさせるものであればよい。また、図2に示された溝と丘は1方向に沿って加工されたストライプ配列であるが、溝または丘が互いに交差し合った桝目配列(図5参照)であってもよい。なお、本願の図面において、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。   First, “groove” means a concave portion processed into a stripe shape on the processed substrate surface as shown in FIGS. 2A and 2B, for example, and “hill” is processed into a stripe shape similarly. Means a raised convex portion. The cross-sectional shape of the groove and the hill does not necessarily have to be a rectangular shape as shown in FIG. Moreover, although the groove | channel and hill shown by FIG. 2 are the stripe arrangement | sequences processed along one direction, the grid | lattice arrangement | sequence (refer FIG. 5) in which the groove | channel or the hill crossed mutually may be sufficient. In the drawings of the present application, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are appropriately changed for the sake of clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.

「窒化物半導体基板」とは、AlxGayInzN(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y+z=1)からなる基板を意味する。ただし、窒化物半導体基板の窒素元素のうちで、その約10%以下がAs、P、またはSbの元素で置換されてもよい(ただし、基板の六方晶系が維持されることが前提)。また、窒化物半導体基板中に、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、Mg、またはBeがドーピングされてもよい。n型窒化物半導体としては、これらのドーピング材料のうちでも、Si、O、およびClが特に好ましい。窒化物半導体基板の主面方位としては、C面{0001}、A面{11−20}、R面{1−102}、M面{1−100}、または{1−101}面が好ましく用いられ得る。また、これらの結晶面方位から2°以内のオフ角度を有する基板主面であれば、その表面モホロジーが良好であり得る。   “Nitride semiconductor substrate” means a substrate made of AlxGayInzN (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y + z = 1). However, about 10% or less of the nitrogen element of the nitride semiconductor substrate may be replaced with an element of As, P, or Sb (provided that the hexagonal system of the substrate is maintained). Moreover, Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg, or Be may be doped in the nitride semiconductor substrate. Among these doping materials, Si, O, and Cl are particularly preferable as the n-type nitride semiconductor. The principal plane orientation of the nitride semiconductor substrate is preferably C plane {0001}, A plane {11-20}, R plane {1-102}, M plane {1-100}, or {1-101} plane. Can be used. Further, if the substrate main surface has an off angle within 2 ° from these crystal plane orientations, the surface morphology can be good.

「異種基板」とは、窒化物半導体以外の基板を意味する。具体的な異種基板としては、サファイア基板、SiC基板、Si基板、またはGaAs基板などが用いられ得る。   “Different substrate” means a substrate other than a nitride semiconductor. As a specific heterogeneous substrate, a sapphire substrate, a SiC substrate, a Si substrate, a GaAs substrate, or the like can be used.

「加工基板」とは、窒化物半導体基板表面上に、または異種基板上で成長した窒化物半導体層表面上に、溝と丘が形成された基板を意味する。溝の幅と丘の幅は、一定の周期を有していてもよいし、種々に異なる幅を有していてもよい。また、溝の深さに関しても、すべての溝が一定の深さを有していてもよいし、種々に異なる深さを有していてもよい。   The “processed substrate” means a substrate in which grooves and hills are formed on the surface of a nitride semiconductor substrate or on the surface of a nitride semiconductor layer grown on a different substrate. The width of the groove and the width of the hill may have a certain period or may have different widths. In addition, regarding the depth of the grooves, all the grooves may have a certain depth or may have different depths.

「窒化物半導体下地層」とは、加工基板の凹凸表面上に成長させられる層であり、AlxGayInzN(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y+z=1)からなっている。ただし、この窒化物半導体下地層中に、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、Mg、およびBeの不純物群のうちの少なくとも1種がドーピングされてもよい。   The “nitride semiconductor underlayer” is a layer grown on the uneven surface of the processed substrate, and is made of AlxGayInzN (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y + z = 1). ing. However, this nitride semiconductor underlayer may be doped with at least one of the impurity groups of Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg, and Be.

「発光層」とは、1以上の量子井戸層またはそれと交互に積層された複数の障壁層をも含み、発光作用を生じさせ得る層を意味する。ただし、単一量子井戸構造の発光層は、1つの井戸層のみから構成されるか、または障壁層/井戸層/障壁層の積層から構成されている。   The “light-emitting layer” means a layer that can include one or more quantum well layers or a plurality of barrier layers alternately stacked with the quantum well layers and can generate a light-emitting action. However, the light emitting layer having a single quantum well structure is composed of only one well layer, or is composed of a stack of barrier layer / well layer / barrier layer.

「発光素子構造」とは、発光層に加えてそれを挟むn型層とp型層をさらに含む構造を意味する。   The “light emitting element structure” means a structure further including an n-type layer and a p-type layer sandwiching the light emitting layer in addition to the light emitting layer.

「窒化物半導体多層膜構造」とは、窒化物半導体下地層と発光素子構造とを含むものを意味する。   “Nitride semiconductor multilayer structure” means a structure including a nitride semiconductor underlayer and a light emitting device structure.

「窪み」とは、加工基板の凹凸表面上に窒化物半導体下地層または窒化物半導体多層膜構造を成長被覆させたときに、その窒化物半導体下地層または窒化物半導体多層膜構造が平坦に埋められない部分(窪みが窒化物半導体下地層の表面にある一例の図3参照)を意味する。特に、本発明における窪みは、必ず窒化物半導体多層膜構造の表面に存在していなければならない。ただし、加工基板上に窒化物半導体多層膜構造を平坦に被覆させた後にエッチングなどで窪みを形成しても、本願の発明の効果は得られない。窪みが結晶成長後に加工で形成されたか否かは、窒化物半導体多層膜構造の断面を観察すれば明らかになる。なぜならば、結晶成長終了後に窪みを加工で形成したならば発光素子構造中の積層における横方向への連続性がその窪みによって断ち切られるが、結晶成長に伴って窪みが形成されたならば発光素子構造中の積層における横方向の連続性がその窪みによって断ち切られることはなく、その窪みの側壁面に沿って連続しているからである。   “Dimple” means that when a nitride semiconductor underlayer or nitride semiconductor multilayer structure is grown and coated on the uneven surface of a processed substrate, the nitride semiconductor underlayer or nitride semiconductor multilayer structure is filled flat. This means a portion that is not formed (see FIG. 3 as an example in which the depression is on the surface of the nitride semiconductor underlayer). In particular, the recess in the present invention must be present on the surface of the nitride semiconductor multilayer structure. However, even if the depression is formed by etching after the nitride semiconductor multilayer film structure is flatly coated on the processed substrate, the effect of the present invention cannot be obtained. Whether or not the recess is formed by processing after crystal growth becomes clear by observing a cross section of the nitride semiconductor multilayer structure. This is because if the depression is formed by processing after the crystal growth is finished, the lateral continuity in the stack in the light emitting device structure is cut off by the depression, but if the depression is formed along with the crystal growth, the light emitting device This is because the continuity in the lateral direction in the stack in the structure is not cut off by the depression, and is continuous along the side wall surface of the depression.

「窪み付き基板」とは、加工基板上に窒化物半導体下地層を被覆させ、その上の窪みを含む全体的基板を意味する(図3参照)。   The “substrate with depressions” means an entire substrate including a depression on the nitride semiconductor underlayer coated on the processed substrate (see FIG. 3).

「被覆膜厚」とは、加工基板上に窒化物半導体層を成長させたときの加工基板の溝底部から窪部を除いた窒化物半導体層の表面までの膜厚を意味する。   “Coating film thickness” means the film thickness from the bottom of the groove of the processed substrate to the surface of the nitride semiconductor layer excluding the recess when the nitride semiconductor layer is grown on the processed substrate.

[実施形態1]本発明者らの検討の結果、本発明によって得られた窒化物半導体発光素子の長寿命化の効果は、その素子に含まれる窒化物半導体多層膜構造結晶中の歪の緩和に起因しているのではないかと考えられる。図2は本発明で用いられる加工基板の形態と各部位の名称を示し、図4(a)は本発明における結晶成長の形態を表わし、図4(b)は従来の加工基板を窒化物半導体多層膜構造で完全かつ平坦に被覆する結晶成長の形態を表わし、そして図4(c)は従来の結晶成長抑制膜を用いた選択結晶成長方法による結晶成長の形態を表わしている。本発明者らが本発明に至るに際して、まず従来の結晶成長形態について調べた。   [Embodiment 1] As a result of the study by the present inventors, the effect of extending the lifetime of the nitride semiconductor light-emitting device obtained by the present invention is that the strain in the nitride semiconductor multilayer structure crystal contained in the device is alleviated. It may be caused by 2 shows the form of the processed substrate used in the present invention and the names of the respective parts, FIG. 4 (a) shows the form of crystal growth in the present invention, and FIG. 4 (b) shows the conventional processed substrate as a nitride semiconductor. FIG. 4 (c) shows a crystal growth mode by a selective crystal growth method using a conventional crystal growth suppression film. FIG. When the present inventors arrived at the present invention, first, the conventional crystal growth mode was examined.

(従来の結晶成長形態)図4(b)においては、たとえば特開2000−124500に教示されているように、加工基板を窒化物半導体多層膜構造で完全かつ平坦に被覆する場合に、加工基板に形成された溝の側壁から水平方向(以後横方向成長と呼ぶ)に結晶成長が開始する。このような横方向成長が生じれば、下方の基板の結晶格子を反映した結晶が成長しにくく、下方からの結晶歪みが緩和される。しかしながら、両側の溝側壁から成長した結晶は、図4(b)の溝中央でぶつかり合うので、その溝中央において結晶歪みが集中する。溝中央でぶつかり合った結晶はその後に通常の結晶成長方向(基板の主面に対して垂直方向)に成長が進み、そして、まだ被覆されていない丘を完全かつ平坦に埋没させるように、溝中央から丘中央に向かって先ほどと逆の横方向成長が促進される。前述の溝中央におけると同様な結晶のぶつかり合いが丘中央でも発生し、結果的に丘中央でも結晶のぶつかり合いによる結晶歪みの集中が生じる。そして、丘中央を埋没させながら、または丘中央が完全に埋没されれば、結晶成長は通常の結晶成長方向に変化して進む。   (Conventional Crystal Growth Form) In FIG. 4B, when a processed substrate is completely and flatly covered with a nitride semiconductor multilayer film structure as taught in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-124500, a processed substrate is used. Crystal growth starts in the horizontal direction (hereinafter referred to as lateral growth) from the side wall of the groove formed in (1). If such lateral growth occurs, a crystal reflecting the crystal lattice of the lower substrate is difficult to grow, and crystal distortion from below is relaxed. However, the crystals grown from the groove sidewalls on both sides collide with each other at the groove center in FIG. 4B, and therefore crystal distortion concentrates at the groove center. The crystals that collide with the center of the groove are then grown in the normal crystal growth direction (perpendicular to the main surface of the substrate), and the grooves not yet covered are completely and flatly buried. The reverse lateral growth from the center toward the center of the hill is promoted. Crystal collision similar to that at the center of the groove described above also occurs at the center of the hill, and as a result, concentration of crystal distortion occurs due to the crystal collision at the center of the hill. Then, if the center of the hill is buried or if the center of the hill is completely buried, the crystal growth changes in the normal crystal growth direction.

したがって、図4(b)に示された従来の結晶成長形態では、加工基板が完全に窒化物半導体多層膜構造で平坦に被覆されれば、溝中央と丘中央に結晶歪みが集中してしまう。しかも、溝中央と丘中央を除く他の領域においても、横方向成長によって下方からの結晶歪みが緩和されていても、溝中央と丘中央の結晶歪みの集中からの影響による残留歪みが生じてしまう。以上のような結晶歪みに起因して、半導体発光素子の発光寿命が短くなっていると考えられる。   Therefore, in the conventional crystal growth mode shown in FIG. 4B, if the processed substrate is completely covered with a nitride semiconductor multilayer structure, crystal strains are concentrated at the center of the groove and the center of the hill. . Moreover, in other areas except the center of the groove and the center of the hill, even if the crystal strain from below is alleviated by lateral growth, residual strain occurs due to the influence of the crystal strain concentration at the center of the groove and the hill. End up. It is considered that the light emitting lifetime of the semiconductor light emitting element is shortened due to the crystal distortion as described above.

他方、図4(c)においては、たとえば特開平9−36473に教示されているように、たとえばSiO2マスクのような成長抑制膜を利用した選択結晶成長(横方向成長に相当する)をさせる場合に、本発明の結晶成長形態(図4(a)参照)に類似して、完全には窒化物半導体膜で被覆されない窪みを成長抑制膜上に形成することが可能である。しかしながら、成長抑制膜を用いた選択結晶成長は、以下で説明する本発明における加工基板を用いた結晶成長形態とは異なる。なぜならば、成長抑制膜を用いた場合、図4(c)に示されているように、成長抑制膜で被覆されていないGaN層の窓領域から窒化物半導体膜の結晶成長が始まる。この窓領域に成長する窒化物半導体膜は通常の結晶成長方向(基板主面に対して垂直方向)に沿って成長する。したがって、窓領域上方に成長した結晶(図4(c)中でハッチングされた部分)は、下方のGaN層およびサファイア基板からの結晶歪み(熱膨張係数差による歪みを含む)を受けてしまう。本発明者らによる詳細な検討の結果、結晶歪みが緩和されていた部分は、図4(c)に示された結晶成長抑制膜上方領域だけであった。 On the other hand, in FIG. 4C, as taught in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-36473, selective crystal growth (corresponding to lateral growth) using a growth suppressing film such as a SiO 2 mask is performed. In some cases, a recess that is not completely covered with the nitride semiconductor film can be formed on the growth suppression film, similar to the crystal growth mode of the present invention (see FIG. 4A). However, the selective crystal growth using the growth suppressing film is different from the crystal growth form using the processed substrate in the present invention described below. This is because when a growth suppression film is used, crystal growth of the nitride semiconductor film starts from the window region of the GaN layer not covered with the growth suppression film, as shown in FIG. The nitride semiconductor film grown in this window region grows along the normal crystal growth direction (perpendicular to the substrate main surface). Therefore, the crystal grown above the window region (the hatched portion in FIG. 4C) receives crystal distortion (including distortion due to the difference in thermal expansion coefficient) from the lower GaN layer and sapphire substrate. As a result of detailed studies by the present inventors, the portion where the crystal distortion was relaxed was only the region above the crystal growth suppression film shown in FIG.

しかしながら、結晶成長抑制膜上方領域に窒化物半導体発光素子を作製しても、後述の本発明による発光素子に比べて発光寿命が短かった。これは、おそらく窒化物半導体膜と成長抑制膜との熱膨張係数差による歪みを受けるとともに、成長抑制膜に含まれる不純物が窪み部分を介して発光素子構造内にドープされたためではないかと考えられる。   However, even when a nitride semiconductor light emitting device is fabricated in the region above the crystal growth suppression film, the light emission lifetime is shorter than that of the light emitting device according to the present invention described later. This is probably due to the distortion caused by the difference in thermal expansion coefficient between the nitride semiconductor film and the growth suppression film, and also because the impurities contained in the growth suppression film are doped into the light emitting device structure through the recessed portions. .

たとえば、成長抑制膜が温度変化によって体積膨張または収縮すれば、熱膨張係数差によって、基板の主面に対する垂直方向の歪みや成長抑制膜と窓上方領域の結晶が接する部分の歪みが成長抑制膜上方領域に伝播するものと考えられる。また、成長抑制膜の体積膨張または収縮は、成長抑制膜上方領域を隆起させたり、成長抑制膜上方領域と成長抑制膜との間に隙間を発生させ、その成長抑制膜上方領域が湾曲することがある。このような現象は、成長抑制膜上方領域に結晶歪みを与えるだけなく、結晶の配向性を低下させてしまう。さらには、成長抑制膜がSiO2の場合、そのSiまたはOが窪みを介して過剰に発光素子構造内にドープされるとも考えられる。これらの要因が重なって、成長抑制膜上方領域に半導体発光素子を作製してもレーザ発光寿命が短かったものと考えられる。 For example, if the growth suppression film expands or contracts due to a temperature change, the growth suppression film may have a distortion in a direction perpendicular to the main surface of the substrate or a distortion at a portion where the growth suppression film and the crystal in the region above the window are in contact with each other. It is considered to propagate to the upper region. In addition, the volume expansion or contraction of the growth suppression film causes the upper region of the growth suppression film to rise, or a gap is generated between the upper region of the growth suppression film and the growth suppression film, and the upper region of the growth suppression film is curved. There is. Such a phenomenon not only causes crystal distortion in the region above the growth suppression film, but also reduces the crystal orientation. Furthermore, when the growth suppression film is SiO 2 , it is considered that the Si or O is excessively doped into the light emitting device structure through the depression. It is considered that, due to these factors overlapping, the laser emission lifetime was short even when the semiconductor light emitting device was fabricated in the region above the growth suppression film.

(本発明における結晶成長形態)図4(a)に示されている本発明における結晶成長形態でも、図4(b)に示された従来例と同様に、加工基板に形成された溝の側壁から横方向成長が開始し、両側の溝側壁から成長した結晶が図4(a)の溝中央で合わさり、その後に通常の結晶成長方向に成長が進む。しかしながら、本発明における結晶成長形態では、丘の上方に窒化物半導体多層膜構造が完全に埋まらない窪みを有しているので、基板主面に平行な水平方向の結晶歪みをその窪みを介して緩和させることができる。すなわち、その窪みは、図4(b)に示された従来の結晶成長形態では溝中央に集中する結晶歪みを軽減し、窒化物半導体多層膜構造全体の結晶歪みを緩和させることができる。また、本発明における結晶成長形態では、図4(c)に示された成長抑制膜を用いていないので、結晶成長膜に起因する前述の熱膨張係数差や不純物のドーピングによる影響を受けることがない。   (Crystal Growth Form in the Present Invention) In the crystal growth form in the present invention shown in FIG. 4 (a), as in the conventional example shown in FIG. 4 (b), the side wall of the groove formed in the processed substrate. Then, lateral growth starts, and the crystals grown from the side walls of the grooves are joined together at the center of the groove in FIG. 4A, and then the growth proceeds in the normal crystal growth direction. However, in the crystal growth mode according to the present invention, since the nitride semiconductor multilayer structure is not completely buried above the hill, horizontal crystal distortion parallel to the main surface of the substrate is caused to pass through the recess. Can be relaxed. That is, the depression can reduce the crystal strain concentrated in the center of the groove in the conventional crystal growth mode shown in FIG. 4B, and can reduce the crystal strain of the entire nitride semiconductor multilayer structure. In addition, the crystal growth mode according to the present invention does not use the growth suppression film shown in FIG. 4C, and therefore is affected by the above-described difference in thermal expansion coefficient and impurity doping caused by the crystal growth film. Absent.

本発明における結晶成長形態では、丘中央のみならず溝中央にも窪みが形成されることがさらに好ましい(実施形態3参照)。このような結晶成長形態を利用することによって、結晶歪みの集中する部分がなくなるので、結晶歪みがほとんど緩和された窒化物半導体多層膜構造を形成することが可能になる。   In the crystal growth mode according to the present invention, it is more preferable that a depression is formed not only in the center of the hill but also in the center of the groove (see Embodiment 3). By utilizing such a crystal growth form, there is no portion where the crystal strain is concentrated, so that it is possible to form a nitride semiconductor multilayer structure in which crystal strain is almost alleviated.

(本発明における効果)上述のように、本発明においては、加工基板上に窒化物半導体多層膜構造を形成するに際してこの膜が完全に埋まらない窪みを形成することによって、その窒化物半導体多層膜構造の結晶歪みを緩和させることができる。   (Effects in the Present Invention) As described above, in the present invention, a nitride semiconductor multilayer film is formed by forming a recess that is not completely filled with a nitride semiconductor multilayer film structure on a processed substrate. The crystal distortion of the structure can be relaxed.

図2(a)に示された窒化物半導体基板(たとえばGaN基板)を利用した本発明における加工基板上に窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、レーザ出力30mWで雰囲気温度60℃の条件の下で、その窒化物半導体レーザ素子の発振寿命は約18000時間程度であった。これは、従来の窒化物半導体基板を用いた場合のレーザ発振寿命の約700時間に比べてはるかに長いものである。   When the nitride semiconductor laser element is formed on the processed substrate in the present invention using the nitride semiconductor substrate (for example, GaN substrate) shown in FIG. 2A, the laser output is 30 mW and the ambient temperature is 60 ° C. The oscillation lifetime of the nitride semiconductor laser element was about 18000 hours. This is much longer than the laser oscillation lifetime of about 700 hours when a conventional nitride semiconductor substrate is used.

他方、図2(b)に示された異種基板(たとえばサファイア基板)を利用した本発明における加工基板上に窒化物半導体レーザ素子を作製した場合、レーザ出力30mWで雰囲気温度60℃の条件の下で、その窒化物半導体レーザ素子の発振寿命は約1000時間程度であった。これは、従来の異種基板を利用した場合のレーザ発振寿命の約200時間に比べて十分に長いものである。   On the other hand, when a nitride semiconductor laser device is fabricated on the processed substrate in the present invention using the heterogeneous substrate (for example, sapphire substrate) shown in FIG. 2B, the laser output is 30 mW and the ambient temperature is 60 ° C. The oscillation lifetime of the nitride semiconductor laser element was about 1000 hours. This is sufficiently longer than the laser oscillation lifetime of about 200 hours when a conventional different substrate is used.

また、本発明における加工基板を用いることによって、発光素子中のクラック発生を抑制し得ることも、本発明者らによって見出された。このことにより、発光素子の生産性において歩留まりが向上した。   The inventors have also found that the use of the processed substrate in the present invention can suppress the occurrence of cracks in the light-emitting element. This improved the yield in the productivity of the light emitting device.

たとえば、図2(a)に示された窒化物半導体基板(GaN基板)を利用した本発明における加工基板上に窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、クラック密度は0〜3本/cm2であった。他方、従来のGaN基板上に窒化物半導体からなる発光素子構造を形成した場合、ほとんどクラックは生じないものと思われていたが、実際に発光素子構造を成長させた後のエピウエハ面内には多くのクラックが発生していた。これは、発光素子構造が種々の層の積層構造から構成されていることによる歪に起因すると考えられる(たとえば、AlGaN層はGaN層に比べて格子定数が小さく、InGaN層はGaN層に比べて格子定数が大きい)。また、現在の技術で得られるGaN基板には、その基板自体に残留歪みが潜在しているものと考えられる。実際、従来のGaN基板上に窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、クラック密度は約5〜8本/cm2であった。このことから、本発明における窒化物半導体の加工基板を利用することによってクラック密度を低減し得ることがわかった。 For example, when the nitride semiconductor laser element is formed on the processed substrate in the present invention using the nitride semiconductor substrate (GaN substrate) shown in FIG. 2A, the crack density is 0 to 3 / cm 2 . there were. On the other hand, when a light emitting device structure made of a nitride semiconductor was formed on a conventional GaN substrate, it was thought that almost no cracks occurred, but in the epiwafer surface after the light emitting device structure was actually grown, Many cracks occurred. This is considered to be caused by distortion due to the light emitting element structure being composed of a laminated structure of various layers (for example, the AlGaN layer has a smaller lattice constant than the GaN layer, and the InGaN layer has a smaller lattice constant than the GaN layer). Large lattice constant). Further, it is considered that residual strain is latent in the GaN substrate obtained by the current technology. Actually, when a nitride semiconductor laser element was formed on a conventional GaN substrate, the crack density was about 5 to 8 / cm 2 . From this, it was found that the crack density can be reduced by using the nitride semiconductor processed substrate in the present invention.

他方、図2(b)に示された異種基板を利用した本発明における加工基板上に窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、クラック密度は約3〜5本/cm2であった。これに対して、異種基板を利用した従来の加工基板上に窒化物半導体レーザ素子を作製した場合、クラック密度は約10〜20本/cm2であった。このことから、異種基板を含む加工基板の場合であっても、本発明における加工基板を利用することによってクラック密度を低減し得ることがわかった。 On the other hand, when the nitride semiconductor laser element was formed on the processed substrate in the present invention using the heterogeneous substrate shown in FIG. 2B, the crack density was about 3 to 5 / cm 2 . On the other hand, when a nitride semiconductor laser device was fabricated on a conventional processed substrate using a different substrate, the crack density was about 10 to 20 / cm 2 . From this, it was found that the crack density can be reduced by using the processed substrate in the present invention even in the case of a processed substrate including a different substrate.

上述の窪みによるクラックの抑制効果は、窪みの深さが深いほど強く、窪みの密度が高いほど強かった。窪みを深くするためには、加工基板を形成する際に溝を深くするか、または溝幅を広くするか、または丘幅を広くすれば効果的である。他方、窪みの密度を高くするためには、加工基板を形成する際に溝幅を狭くするか、または丘幅を狭くすれば効果的である。これらの溝幅、溝深さ、および丘幅などの具体的な数値に関しては、後でさらに詳細に説明する。   The effect of suppressing cracks by the above-described depression was stronger as the depth of the depression was deeper, and stronger as the density of the depression was higher. In order to deepen the dent, it is effective to deepen the groove, widen the groove width, or widen the hill width when forming the processed substrate. On the other hand, in order to increase the density of the depressions, it is effective to narrow the groove width or the hill width when forming the processed substrate. Specific numerical values such as the groove width, groove depth, and hill width will be described in detail later.

さらに、本発明における窪みのクラック抑制効果は、以下の特徴を有することがわかった。チップ分割された1つの窒化物半導体発光素子内に、窪みが2つ以上含まれることによって、窪みが1つの素子と比較して、クラック発生率が約30%程度軽減されていた。しかも、たとえば図1で示されるリッジストライプ構造を有する窒化物半導体発光素子(レーザ素子)のように、窪み1と窪み2との間にリッジストライプ部が設けられた場合、とりわけその発光素子の歩留まりが向上した。これについて詳細に調べた結果、リッジストライプの長手方向を横切るようなクラックが軽減していたことが判明した。これは、リッジストライプ部の両側に窪みを有することによって、クラックが窒化物半導体発光素子のリッジストライプ部に侵入することを防止し得たためであると考えられる。   Furthermore, it turned out that the crack suppression effect of the hollow in this invention has the following characteristics. By including two or more depressions in one nitride semiconductor light emitting device divided into chips, the crack generation rate was reduced by about 30% compared to an element having one depression. Moreover, when a ridge stripe portion is provided between the recess 1 and the recess 2 as in the nitride semiconductor light emitting element (laser element) having the ridge stripe structure shown in FIG. 1, for example, the yield of the light emitting element is particularly high. Improved. As a result of examining this in detail, it was found that cracks crossing the longitudinal direction of the ridge stripe were reduced. This is presumably because the cracks were prevented from entering the ridge stripe portion of the nitride semiconductor light emitting device by having the depressions on both sides of the ridge stripe portion.

また、本発明における窪みは、チップ分割された1つの窒化物半導体発光素子の電極において以下の効果を有することがわかった。1つの窒化物半導体発光素子内に本発明における窪みが2つ以上含まれることによって、窪みが1つの素子に比較して、電極剥がれによる素子不良率が約20%程度軽減されていた。しかも、たとえば図1で示されるリッジストライプ構造を有する窒化物半導体発光素子(レーザ素子)のように、窪み1と窪み2との間にリッジストライプ部が設けられた場合、とりわけリッジストライプ部でのp電極112(パッド電極をも含む)の剥がれが防止され、その発光素子の歩留まりが向上した。このことから、2つ以上の窪みを含む領域上に電極が形成されることが好ましく、より好ましくは窪みと窪みとの間にリッジストライプ部が設けられて、これらの窪みを含む領域上に電極が形成されることが好ましいことがわかった。このリッジストライプ部での電極剥がれの防止効果は、誘電体膜の剥がれについても同様であった。たとえば、図1で示すところのSiO2誘電体膜113についても同様である。SiO2誘電体膜113の代わりに、SiNxのような他の誘電体膜が用いられてもよい。 In addition, it has been found that the depression in the present invention has the following effects in the electrode of one nitride semiconductor light emitting device divided into chips. By including two or more depressions in the present invention in one nitride semiconductor light emitting device, the element defect rate due to electrode peeling was reduced by about 20% compared to an element having one depression. Moreover, when a ridge stripe portion is provided between the recess 1 and the recess 2 as in the nitride semiconductor light emitting device (laser element) having the ridge stripe structure shown in FIG. 1, for example, in the ridge stripe portion. Peeling of the p-electrode 112 (including the pad electrode) was prevented, and the yield of the light-emitting element was improved. From this, it is preferable that the electrode is formed on a region including two or more depressions, and more preferably, a ridge stripe portion is provided between the depressions, and the electrode is formed on the region including these depressions. Has been found to be preferred. The effect of preventing electrode peeling at the ridge stripe portion was the same as that for peeling of the dielectric film. For example, the same applies to the SiO 2 dielectric film 113 shown in FIG. Instead of the SiO 2 dielectric film 113, another dielectric film such as SiNx may be used.

さらにまた、本発明における窪みは、チップ分割された1つの窒化物半導体素子のワイヤボンドにおいて以下の効果を有することがわかった。ワイヤボンドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域に本発明における窪みが1つ以上含まれることによって、ワイヤボンド自体の剥がれまたはワイヤボンドを含む電極の剥がれが約20%程度軽減されていた。このことから、ワイヤボンドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域に本発明における窪みが1つ以上含まれることが好ましいことがわかった。   Furthermore, it has been found that the depression in the present invention has the following effects in wire bonding of one nitride semiconductor element divided into chips. By including one or more depressions in the present invention in the bonding region between the wire bond and the nitride semiconductor light emitting device, peeling of the wire bond itself or peeling of the electrode including the wire bond was reduced by about 20%. . From this, it was found that the junction region between the wire bond and the nitride semiconductor light emitting device preferably includes one or more depressions in the present invention.

(加工基板について)本発明における加工基板は、窒化物半導体基板または異種基板を利用して構成される。特に、加工基板として窒化物半導体基板を用いる場合、以下の点において好ましい。すなわち、窒化物半導体基板は、その上に形成される窒化物半導体下地層との熱膨張係数差が小さいので、基板の反りが異種基板を利用した場合に比べてはるかに小さくなる。したがって、窒化物半導体基板に形成される溝と丘は、異種基板上の窒化物半導体層に形成されるそれらと比べて、精度よく形成され得る。また、後述の項目(発光部の形成位置について)においてさらに詳細に述べられるが、基板の反りが非常に小さいので、発光寿命の短命化のような素子不良の起きやすい領域(後述の領域IIIとIV)を避けて発光素子構造を精度よく作製することができる。さらに、基板の反りが小さいこと自体が新たな歪みやクラックの発生を防止するように作用し、半導体レーザ素子の長寿命化の効果と他の特性不良を軽減する効果をも生じる。   (Regarding Processed Substrate) The processed substrate in the present invention is configured using a nitride semiconductor substrate or a heterogeneous substrate. In particular, when a nitride semiconductor substrate is used as the processed substrate, it is preferable in the following points. That is, since the nitride semiconductor substrate has a small difference in thermal expansion coefficient from the nitride semiconductor underlying layer formed thereon, the warpage of the substrate is much smaller than when a different substrate is used. Therefore, the grooves and hills formed in the nitride semiconductor substrate can be formed with higher accuracy than those formed in the nitride semiconductor layer on the different substrate. Further, as will be described in more detail in the item described later (about the formation position of the light emitting portion), since the warpage of the substrate is very small, a region in which an element failure such as shortening of the light emission life is likely to occur (region III described later). IV) can be avoided and the light emitting element structure can be manufactured with high accuracy. Furthermore, the small warpage of the substrate itself acts to prevent the occurrence of new distortions and cracks, and also has the effect of extending the life of the semiconductor laser element and reducing other characteristic defects.

(加工基板を被覆する窒化物半導体下地層の被覆膜厚について)本発明において、加工基板が窒化物半導体多層膜構造で被覆されない窪みを形成するためには、たとえば窒化物半導体下地層を薄く成長させればよい。ただし、溝上方領域にも窪みを形成する場合は別として、加工基板に形成された溝は平坦に埋没されなければ、その溝上方領域に発光素子を形成することが困難になる。したがって、窒化物半導体下地層の被覆膜厚は、約2μm以上で20μm以下であることが好ましい。被覆膜厚が2μmよりも薄くなれば、加工基板に形成された溝幅や溝深さにも依存するが、窒化物半導体下地層で溝を完全かつ平坦に埋没させることが困難になり始める。他方、被覆膜厚が20μmよりも厚くなれば、特に加工基板が異種基板を含む場合に、窪みによる結晶歪みの緩和効果とクラック抑制効果よりも、加工基板と窒化物半導体下地層(または窒化物半導体多層膜構造)との間の熱膨張係数差による応力歪みの方が強くなりすぎて、本発明による効果が十分に発揮されなくなる可能性が高くなる。   (Regarding the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer covering the processed substrate) In the present invention, in order to form a recess in which the processed substrate is not covered with the nitride semiconductor multilayer structure, for example, the nitride semiconductor underlayer is thinned. It only has to grow. However, apart from the case where a depression is formed also in the upper region of the groove, it is difficult to form a light emitting element in the upper region of the groove unless the groove formed in the processed substrate is buried flat. Therefore, the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer is preferably about 2 μm or more and 20 μm or less. If the coating film thickness is thinner than 2 μm, it will become difficult to completely and evenly bury the groove with the nitride semiconductor underlayer, depending on the width and depth of the groove formed on the processed substrate. . On the other hand, when the coating film thickness is greater than 20 μm, the processed substrate and the nitride semiconductor underlayer (or nitrided layer) are more effective than the effect of mitigating crystal distortion caused by the depression and the effect of suppressing cracks, particularly when the processed substrate includes a different type of substrate. The stress strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the physical semiconductor multilayer film structure) is too strong, and the possibility that the effect of the present invention is not sufficiently exhibited becomes high.

(溝幅について)窒化物半導体基板に形成する溝は、相対的に溝幅が狭ければ窒化物半導体下地層で埋没されやすく、広ければ埋没されにくい。本発明者らの検討結果によれば、加工基板に形成される溝を窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆するための溝幅G1は、4μm以上で30μm以下であることが好ましく、4μm以上で25μm以下であることがより好ましかった。他方、加工基板に形成される溝を窒化物半導体下地層で完全には被覆せずに窪みを形成するための溝幅G2は、7μm以上で75μm以下であることが好ましいが、7μm以上で約100μm以下であってもよかった。ただし、加工基板の溝上方に窪みが形成されるか否かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に強く依存するので、溝を完全かつ平坦に被覆する際や溝上方領域に窪みを形成する際には、溝幅G1やG2とともに窒化物半導体下地層の被覆膜厚を調整する必要がある。   (Regarding Groove Width) A groove formed in the nitride semiconductor substrate is easily buried in the nitride semiconductor underlayer if the groove width is relatively narrow, and is difficult to be buried if it is wide. According to the examination results of the present inventors, the groove width G1 for completely and flatly covering the groove formed in the processed substrate with the nitride semiconductor underlayer is preferably 4 μm or more and 30 μm or less. Above, it was more preferable that it is 25 μm or less. On the other hand, the groove width G2 for forming the depression without completely covering the groove formed on the processed substrate with the nitride semiconductor underlayer is preferably 7 μm or more and 75 μm or less, but about 7 μm or more and about It could be 100 μm or less. However, whether or not a recess is formed above the groove of the processed substrate strongly depends on the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer, so that a recess is formed when covering the groove completely and flatly or in the region above the groove. In this case, it is necessary to adjust the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer together with the groove widths G1 and G2.

溝幅G1の下限値と上限値は、以下の観点から見積もられた。溝の上方に窪みが形成されない溝1の溝幅G1の下限値は、発光素子中の発光部の大きさに依存する。発光素子中の発光部の形成位置については、後述の項目(発光部の形成位置について)において図6を参照しつつさらに詳細に説明される。たとえば、窪み付き基板のうちで平坦に被覆された溝上方領域に窒化物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命の観点から、窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ部下方の発光部が図7(a)中の領域Iに属することが好ましい。したがって、少なくとも溝幅G1の下限値は、リッジストライプ幅の2倍よりも広くする必要がある。リッジストライプ幅はおよそ1μm〜3μmの幅で形成されるので、溝幅G1は図7(a)中の領域IIIの幅2μmとストライプ幅(1μm)×2とを加えた4μm以上でなければならないと見積もられる。   The lower limit value and the upper limit value of the groove width G1 were estimated from the following viewpoints. The lower limit value of the groove width G1 of the groove 1 in which no depression is formed above the groove depends on the size of the light emitting part in the light emitting element. The formation position of the light emitting part in the light emitting element will be described in more detail with reference to FIG. 6 in the item described later (about the formation position of the light emitting part). For example, when a nitride semiconductor laser element is formed in a groove-covered upper region of a substrate with depressions, the light emitting portion below the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser element is shown in FIG. It is preferable to belong to the area | region I in (a). Therefore, at least the lower limit value of the groove width G1 needs to be wider than twice the ridge stripe width. Since the ridge stripe width is formed with a width of about 1 μm to 3 μm, the groove width G1 must be 4 μm or more including the width 2 μm of the region III in FIG. 7A and the stripe width (1 μm) × 2. It is estimated.

他方、溝幅G1に上限値が存在するのは、溝幅G1が25μmを超えれば、窒化物半導体下地層を被覆膜厚10μm以下の積層でその溝幅G1を有する溝1を完全に埋没させることが困難になるからである。同様に、溝幅G1が30μmを超えれば、窒化物半導体下地層を被覆膜厚20μm以上に積層してもその溝1を完全に埋没させることが困難になるからである。   On the other hand, the upper limit of the groove width G1 is that if the groove width G1 exceeds 25 μm, the nitride semiconductor base layer is laminated with a coating thickness of 10 μm or less and the groove 1 having the groove width G1 is completely buried. It is because it becomes difficult. Similarly, if the groove width G1 exceeds 30 μm, it is difficult to completely bury the groove 1 even if the nitride semiconductor underlayer is laminated with a coating thickness of 20 μm or more.

溝幅G2の下限値と上限値は、以下の観点から見積もられた。溝の上方に窪みが形成される溝2の溝幅G2の下限値についても、溝幅G1の下限値と同様に、発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえば、溝幅G2内に窪みが形成される溝2の上方領域に窒化物半導体レーザ素子を作製する場合、レーザ発振寿命の観点から、レーザ素子のリッジストライプ部の下方の発光部は、図7(b)中の領域IIに属することが好ましい。リッジストライプ幅はおおよそ1μm〜3μmで、最小の窪み幅は1μmで見積もることができるので、溝幅G2の下限値は窪みを含む領域IVの幅=窪み幅(1μm)+2μm×2(図7(b)参照)とストライプ幅(1μm)×2とを加えた7μm以上が必要である。ただし、窪みが形成される溝の上方領域にリッジストライプ部が完全に含まれるようには窒化物半導体レーザ素子を形成しない場合はこの限りではなく、その場合の溝幅G2は窪み幅(1μm)以上であればよく、より好ましくは窪みを含む領域IVの幅(5μm)以上であればよい。なお、領域IVの意味は後で図6を参照しつつ説明される。   The lower limit value and the upper limit value of the groove width G2 were estimated from the following viewpoints. Similarly to the lower limit value of the groove width G1, the lower limit value of the groove width G2 of the groove 2 where the depression is formed above the groove also depends on the size of the light emitting portion in the light emitting element. For example, when a nitride semiconductor laser device is fabricated in the upper region of the groove 2 where a recess is formed in the groove width G2, the light emitting portion below the ridge stripe portion of the laser device is shown in FIG. It is preferable to belong to the area | region II in (b). Since the ridge stripe width is approximately 1 μm to 3 μm and the minimum recess width can be estimated as 1 μm, the lower limit of the groove width G2 is the width of the region IV including the recess = the recess width (1 μm) +2 μm × 2 (FIG. 7 ( b) and a stripe width (1 μm) × 2 are required to be 7 μm or more. However, this is not the case when the nitride semiconductor laser element is not formed so that the ridge stripe portion is completely included in the region above the groove where the recess is formed, and the groove width G2 in that case is the recess width (1 μm). What is necessary is just above, and more preferably, it should be more than the width (5 μm) of the region IV including the depression. The meaning of the region IV will be described later with reference to FIG.

他方、溝の上方に窪みが形成される溝2の溝幅G2の上限値は、レーザ発振寿命の観点からは特に制約はない。しかしながら、あまりにG2を広くしすぎればウエハの単位面積当りの窪み密度が減少し、結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効果が低減してしまう。これに伴って、ウエハ当りの発光素子チップ収得率も減少してしまう。したがって、上記観点から、溝幅G2の上限値は100μm以下、より好ましくは75μm以下である。   On the other hand, the upper limit value of the groove width G2 of the groove 2 where the depression is formed above the groove is not particularly limited from the viewpoint of the laser oscillation lifetime. However, if G2 is too wide, the dent density per unit area of the wafer decreases, and the crystal strain relaxation effect and crack suppression effect are reduced. Along with this, the light emitting element chip yield per wafer is also reduced. Therefore, from the above viewpoint, the upper limit value of the groove width G2 is 100 μm or less, more preferably 75 μm or less.

以上では、溝幅のみを変更した加工基板について説明されたが、溝幅のみならず溝深さおよび/または丘幅をも変更して加工基板を形成してもよいことは言うまでもない。   In the above description, the processed substrate in which only the groove width is changed has been described. Needless to say, the processed substrate may be formed by changing not only the groove width but also the groove depth and / or the hill width.

(溝深さについて)窒化物半導体基板に形成する溝は、相対的にその深さが浅ければ窒化物半導体下地層で埋没されやすく、深ければ埋没されにくい。そして、溝深さの調整による窪みの形成は、溝幅を調整して窪みを形成する場合に比べて、ウエハ当りの発光素子チップ収得率が減少しないので好ましい。   (Regarding Groove Depth) The groove formed in the nitride semiconductor substrate is easily buried in the nitride semiconductor underlayer if the depth is relatively shallow, and is difficult to be buried if it is deep. The formation of the recess by adjusting the groove depth is preferable because the yield of light emitting element chips per wafer does not decrease as compared with the case where the recess is formed by adjusting the groove width.

本発明者らの検討結果によれば、加工基板に形成される溝を窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆するための溝深さH1は、1μm以上で9μm以下であることが好ましく、2μm以上で6μm以下であることがより好ましかった。他方、加工基板の形成される溝を窒化物半導体下地層で完全には被覆せずに窪みを形成するための溝深さH2は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましかった。溝深さH2の上限値に関しては特に制約はなく、図2(a)に示されているような残し厚hが100μm以上であればよい。ただし、加工基板の溝上方に窪みが形成されるか否かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に強く依存するので、溝を完全かつ平坦に被覆する際や溝上方に窪みを形成する際は、溝深さH1やH2とともに窒化物半導体下地層の被覆膜厚を調整する必要がある。   According to the examination results of the present inventors, the groove depth H1 for completely and flatly covering the groove formed in the processed substrate with the nitride semiconductor underlayer is preferably 1 μm or more and 9 μm or less, It was more preferable that it is 2 μm or more and 6 μm or less. On the other hand, the groove depth H2 for forming a recess without completely covering the groove on which the processed substrate is formed with the nitride semiconductor underlayer is preferably 1 μm or more, and more preferably 2 μm or more. I liked it. The upper limit value of the groove depth H2 is not particularly limited, and the remaining thickness h as shown in FIG. 2 (a) may be 100 μm or more. However, whether or not the recess is formed above the groove of the processed substrate strongly depends on the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer, so that the recess is formed when the groove is completely and evenly covered. At this time, it is necessary to adjust the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer together with the groove depths H1 and H2.

溝深さH1の下限値と上限値は、以下の観点から見積もられた。溝の上方に窪みが形成されない溝1の溝深さH1の下限値は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましい。なぜならば、溝深さH1が1μmよりも浅ければ、結晶成長形態における横方向成長よりも基板主面に対して垂直方向の成長が優先的になり、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に発揮されなくなる可能性があるからである。そして、溝深さH1の下限値が2μm以上になれば、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に発揮され得るからである。   The lower limit value and the upper limit value of the groove depth H1 were estimated from the following viewpoints. The lower limit value of the groove depth H1 of the groove 1 where no depression is formed above the groove is preferably 1 μm or more, and more preferably 2 μm or more. This is because if the groove depth H1 is shallower than 1 μm, the growth in the direction perpendicular to the main surface of the substrate takes precedence over the lateral growth in the crystal growth mode, and the effect of reducing crystal distortion due to the lateral growth. This is because there is a possibility that it will not be fully demonstrated. Then, if the lower limit value of the groove depth H1 is 2 μm or more, the effect of reducing crystal distortion due to lateral growth can be sufficiently exerted.

他方、溝深さH1の上限値としては、9μm以下であることが好ましく、6μm以下であることがより好ましかった。なぜならば、溝深さH1が6μmを超えれば窒化物半導体下地層を被覆膜厚10μm以下の積層でその溝深さH1を有する溝1を完全に埋没させることが困難になり始めるからである。同様に、溝深さH1が9μmを超えれば窒化物半導体下地層を被覆膜厚20μm以上に積層してもその溝1を完全に埋没させることが困難になり始めるからである。   On the other hand, the upper limit value of the groove depth H1 is preferably 9 μm or less, and more preferably 6 μm or less. This is because if the groove depth H1 exceeds 6 μm, it becomes difficult to completely bury the groove 1 having the groove depth H1 in a nitride semiconductor underlayer having a coating thickness of 10 μm or less. . Similarly, if the groove depth H1 exceeds 9 μm, it becomes difficult to completely bury the groove 1 even if the nitride semiconductor underlayer is laminated to a coating thickness of 20 μm or more.

溝深さH2の下限値と上限値は以下の観点から見積もられた。溝の上方に窪みが形成される溝2の溝深さH2の下限値としては、溝深さH1と同じく1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましい。なぜならば、溝深さH1に関して述べたように、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に得られていなければ、溝2の上方領域に形成した発光素子の特性(たとえばレーザ発振寿命)が低下する可能性があるからである。溝深さH2とH1との下限値が同じでありながら、窒化物半導体膜によって溝上方領域に窪みが形成されるかまたはそれが完全に埋没されるかは、その窒化物半導体下地層の被覆膜厚に依存する。他方、溝深さH2の上限値に関しては特に制約はなく、溝深さH2が深いほど窪みの形成が容易になる。ただし、あまりに溝2を深くしすぎれば加工基板が割れやすくなるので、溝の底部と基板の裏面との間の残し厚hが100μm以上になるようにしなければならない(図2(a)参照)。   The lower limit value and the upper limit value of the groove depth H2 were estimated from the following viewpoints. The lower limit value of the groove depth H2 of the groove 2 in which the depression is formed above the groove is preferably 1 μm or more, and more preferably 2 μm or more, like the groove depth H1. This is because, as described with respect to the groove depth H1, if the effect of reducing crystal distortion due to lateral growth is not sufficiently obtained, the characteristics of the light emitting element formed in the upper region of the groove 2 (for example, laser oscillation lifetime). This is because it may decrease. Whether or not a recess is formed in the upper region of the groove by the nitride semiconductor film or is completely buried while the lower limit values of the groove depths H2 and H1 are the same, it is determined whether the nitride semiconductor underlayer is covered. Depends on film thickness. On the other hand, the upper limit value of the groove depth H2 is not particularly limited, and the formation of the recess becomes easier as the groove depth H2 is deeper. However, if the groove 2 is made too deep, the processed substrate is liable to be cracked, so the remaining thickness h between the bottom of the groove and the back surface of the substrate must be 100 μm or more (see FIG. 2A). .

以上では溝深さのみを変更した加工基板について説明したが、溝深さのみならず溝幅および/または丘幅をも変更して加工基板を形成してもよいことは言うまでもない。   In the above description, the processed substrate in which only the groove depth is changed has been described. Needless to say, the processed substrate may be formed by changing not only the groove depth but also the groove width and / or the hill width.

(丘幅について)加工基板に形成される丘は、相対的に丘幅が狭ければ窒化物半導体下地層で埋没されやすく、広ければ埋没されにくい。本発明者らの検討結果によれば、加工基板に形成される丘を窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆するための丘幅L1は、4μm以上で30μm以下であることが好ましく、4μm以上で25μm以下であることがさらに好ましかった。他方、加工基板に形成される丘を窒化物半導体下地層で完全に被覆せずに窪みを形成するための丘幅L2は、7μm以上で75μm以下であることが好ましく、7μm以上で100μm以下であってもよかった。ただし、加工基板の丘上方に窪みが形成されるか否かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に強く依存するので、丘を完全かつ平坦に被覆する際や丘の上方領域に窪みを形成する際に、丘幅L1やL2とともに窒化物半導体下地層の被覆膜厚をも調整する必要がある。   (Regarding Hill Width) Hills formed on the processed substrate are likely to be buried in the nitride semiconductor underlayer if the hill width is relatively narrow, and less likely to be buried if it is wide. According to the examination results of the present inventors, the hill width L1 for completely and flatly covering the hill formed on the processed substrate with the nitride semiconductor underlayer is preferably 4 μm or more and 30 μm or less. More preferably, it was 25 μm or less. On the other hand, the hill width L2 for forming the depression without completely covering the hill formed on the processed substrate with the nitride semiconductor underlayer is preferably 7 μm or more and 75 μm or less, and 7 μm or more and 100 μm or less. It was good to be there. However, whether or not a depression is formed above the hill of the processed substrate strongly depends on the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer, so that when the hill is completely and evenly covered, a depression is formed in the upper area of the hill. When forming, it is necessary to adjust the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer together with the hill widths L1 and L2.

丘幅L1の下限値と上限値は、以下の観点から見積もられた。丘の上方に窪みが形成されない丘1の丘幅L1の下限値は前述の溝幅G1の下限値と同様に発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえば、窪み付き基板のうちで丘上方で平坦に被覆された領域に窒化物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命の観点から、そのレーザ素子のリッジストライプ部の下方の発光部が窪みの形成されていない領域I(図7(b)参照)に属することが好ましい。リッジストライプ幅は約1μm〜3μmの幅で形成され、丘上方で窪みの形成されない場合の領域IIIの幅は2μmと見積もることができるので、丘幅L1の下限値はストライプ幅(1μm)×2と領域IIIの幅2μmを加えた4μm以上であることが必要である。他方、丘幅L1の上限値に関しても前述の溝1の幅の上限値と同様に見積もることができる。   The lower limit value and the upper limit value of the hill width L1 were estimated from the following viewpoints. The lower limit value of the hill width L1 of the hill 1 where no depression is formed above the hill depends on the size of the light emitting portion in the light emitting element, as with the lower limit value of the groove width G1 described above. For example, when a nitride semiconductor laser device is formed in a region covered flat above a hill among substrates with depressions, from the viewpoint of laser oscillation lifetime, the light emitting portion below the ridge stripe portion of the laser element has a depression. It preferably belongs to a region I (see FIG. 7B) that is not formed. The ridge stripe width is formed with a width of about 1 μm to 3 μm, and the width of the region III when the depression is not formed above the hill can be estimated to be 2 μm. Therefore, the lower limit value of the hill width L1 is the stripe width (1 μm) × 2 And the width of the region III needs to be 4 μm or more including the width of 2 μm. On the other hand, the upper limit value of the hill width L1 can be estimated in the same manner as the upper limit value of the width of the groove 1 described above.

さらに、丘幅L2の下限値と上限値は、以下のようにして見積もられた。丘の上に窪みが形成されない丘2の丘幅L2の下限値は、前述の溝幅G2の下限値と同様に、発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえば、窪みを含む丘幅L2の丘2の上方領域に窒化物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命の観点から、そのレーザ素子のリッジストライプ部の下方の発光部が図7(a)中の領域IIに属することが好ましい。リッジストライプ部は約1〜3μmの幅で形成され、最小の窪み幅を1μmで見積もることができるので、丘幅L2の下限値は窪みを含む領域IVの幅=窪み幅(1μm)+2μm×2とストライプ幅(1μm)×2とを加えた7μm以上でなければならない。ただし、窪みが形成される丘2の上方領域にリッジストライプ部が完全に含まれるように窒化物半導体レーザ素子を形成しない場合はこの限りでなく、その場合の丘幅L2は窪み幅(1μm)以上であればよく、より好ましくは窪みを含む領域IVの幅(5μm)以上であればよい。他方、丘の上方に窪みが形成される丘2の丘幅L2の上限値は、レーザ発振寿命の観点からは特に制約はない。しかしながら、前述の溝2の溝幅G2の上限値と同様の理由から、丘幅L2の上限値は100μm以下、より好ましくは75μm以下である。   Furthermore, the lower limit value and the upper limit value of the hill width L2 were estimated as follows. The lower limit value of the hill width L2 of the hill 2 where no depression is formed on the hill depends on the size of the light emitting portion in the light emitting element, as with the lower limit value of the groove width G2. For example, when a nitride semiconductor laser device is formed in the upper region of the hill 2 having the hill width L2 including the depression, the light emitting portion below the ridge stripe portion of the laser device is shown in FIG. It preferably belongs to the middle region II. The ridge stripe portion is formed with a width of about 1 to 3 μm, and the minimum recess width can be estimated as 1 μm. Therefore, the lower limit value of the hill width L2 is the width of the region IV including the recess = the recess width (1 μm) +2 μm × 2 And the stripe width (1 μm) × 2 must be 7 μm or more. However, this is not the case when the nitride semiconductor laser element is not formed so that the ridge stripe portion is completely included in the region above the hill 2 where the depression is formed, and the hill width L2 in this case is the depression width (1 μm). What is necessary is just above, and more preferably, it should be more than the width (5 μm) of the region IV including the depression. On the other hand, the upper limit value of the hill width L2 of the hill 2 where the depression is formed above the hill is not particularly limited from the viewpoint of the laser oscillation lifetime. However, for the same reason as the upper limit value of the groove width G2 of the groove 2, the upper limit value of the hill width L2 is 100 μm or less, more preferably 75 μm or less.

以上では、丘幅のみを変更した加工基板について説明したが、丘幅のみならず溝幅および/または溝深さをも変えて加工基板を形成してもよいことは言うまでもない。   In the above description, the processed substrate in which only the hill width is changed has been described. Needless to say, the processed substrate may be formed by changing not only the hill width but also the groove width and / or the groove depth.

(溝の長手方向について)主面として{0001}C面を有する窒化物半導体基板または異種基板上の窒化物半導体層に形成された溝の長手方向は、<1−100>方向に平行であることが最も好ましく、<11−20>方向に平行であることが次に好ましかった。これらの特定方向に関する溝の長手方向は、{0001}C面内で±5°程度の開き角度を有していても実質的な影響を生じなかった。   (Regarding the longitudinal direction of the groove) The longitudinal direction of the groove formed in the nitride semiconductor substrate having a {0001} C plane as a principal surface or a nitride semiconductor layer on a different substrate is parallel to the <1-100> direction. Most preferably, it was next preferred to be parallel to the <11-20> direction. Even if the longitudinal direction of the groove with respect to these specific directions has an opening angle of about ± 5 ° in the {0001} C plane, no substantial effect was produced.

窒化物半導体結晶の<1−100>方向に沿って溝が形成されることの優位性は、窪みが埋まりにくくて結晶歪みとクラック発生の抑制効果が非常に高いことである。この方向に沿って形成された溝内に窒化物半導体下地層が成長する場合、窪みの側壁面としては主に{11−20}面が形成されやすい。この{11−20}側壁面は図8(a)に示されているように基板の主面に対して垂直であるので、窪みはほぼ矩形形状の横断面を有しやすくなる。窪みの横断面が矩形形状に近い場合、窒化物半導体を構成する原材料が窪みの奥まで供給されにくく、溝が窒化物半導体下地層で埋まりにくくなる。このことから、加工基板を窒化物半導体下地層で比較的厚く被覆したとしても、窪みが埋没される心配がない。また、窪みの断面が矩形形状であって埋まりにくいので、次に述べる{1−101}側壁面を有する窪みに比べて非常に深くなり(加工基板に形成された溝深さをほぼ維持する)、加工基板上に成長した窒化物半導体下地層の結晶歪みがその深い窪みによって緩和され、クラックの発生も効果的に抑制され得る。   The advantage of forming the groove along the <1-100> direction of the nitride semiconductor crystal is that the depression is difficult to fill and the effect of suppressing crystal distortion and crack generation is very high. When a nitride semiconductor underlayer grows in a groove formed along this direction, a {11-20} plane is likely to be formed mainly as a sidewall surface of the depression. Since the {11-20} side wall surface is perpendicular to the main surface of the substrate as shown in FIG. 8A, the recess tends to have a substantially rectangular cross section. When the cross section of the depression is close to a rectangular shape, the raw materials constituting the nitride semiconductor are not easily supplied to the depth of the depression, and the groove is less likely to be filled with the nitride semiconductor underlayer. For this reason, even if the processed substrate is covered with the nitride semiconductor underlayer relatively thickly, there is no fear that the recess is buried. Further, since the cross section of the recess is rectangular and difficult to fill, it becomes very deeper than a recess having a {1-101} side wall described below (mainly maintains the depth of the groove formed on the processed substrate). The crystal distortion of the nitride semiconductor underlayer grown on the processed substrate is alleviated by the deep depression, and the generation of cracks can be effectively suppressed.

他方、窒化物半導体結晶の<11−20>方向に沿って溝が形成されることの優位性は、窪みの形状が急峻でかつ窪みの位置の揺らぎが小さくなることである。この方向に沿って形成された溝内に窒化物半導体下地層が成長する場合、窪みの側壁面には主に{1−101}面が形成されやすい。この{1−101}側壁面は非常に平坦でかつエッジ部(図3参照)が急峻で蛇行しにくいので、<11−20>方向に沿った窪みもまっすぐになって蛇行しにくい。したがって、後述される発光寿命の長い発光素子を形成するための領域IとIIを広く取ることができ(発光素子収得率の向上)、レーザ素子の形成位置の狂いによる素子歩留まりの低下をも防止することができる。   On the other hand, the advantage that the groove is formed along the <11-20> direction of the nitride semiconductor crystal is that the shape of the dent is steep and the fluctuation of the position of the dent is reduced. When a nitride semiconductor underlayer grows in a groove formed along this direction, a {1-101} plane is likely to be mainly formed on the side wall surface of the recess. Since the {1-101} side wall surface is very flat and the edge portion (see FIG. 3) is steep and difficult to meander, the depression along the <11-20> direction is also straight and difficult to meander. Accordingly, the regions I and II for forming a light emitting element having a long light emission lifetime, which will be described later, can be widened (improvement in the yield of the light emitting element), and the decrease in the element yield due to the misalignment of the laser element formation position can be prevented. can do.

前述の溝または丘はすべてストライプ状であったが、ストライプ状であることは以下の点において好ましい。すなわち、窒化物半導体レーザ素子の発振に寄与する部分(リッジストライプ部の下方)はストライプ状であり、好ましいリッジストライプ部形成領域IとIIもストライプ状であれば、その発振に寄与する部分をその好ましい領域IまたはII内に作り込むことが容易になる。溝または丘が桝目状であることは、結晶歪みが基板面内で均等に緩和され得る点と、クラック発生の抑制効果が高い点において好ましい。たとえば図5に示されているように、溝が桝目状に形成されてもよい。   The above-mentioned grooves or hills are all striped, but the striped shape is preferable in the following points. That is, the portion contributing to the oscillation of the nitride semiconductor laser element (below the ridge stripe portion) is in a stripe shape, and if the preferred ridge stripe portion formation regions I and II are also in the stripe shape, the portion contributing to the oscillation is It is easy to build in the preferred region I or II. It is preferable that the grooves or hills have a grid shape in that the crystal distortion can be alleviated evenly in the substrate surface and the effect of suppressing the occurrence of cracks is high. For example, as shown in FIG. 5, the grooves may be formed in a grid shape.

図5(a)は、異なる2種類の溝方向が互いに直交するように形成された場合における凹部と凸部を有する加工基板の上面図を表わしている。図5(b)は、異なる2種類の溝方向が互いに60度の角度をなすように形成された場合における凹部と凸部を有する加工基板の上面図を表わしている。そして、図5(c)は、異なる3種類の溝方向が互いに60度の角度をなすように形成された場合における凹部と凸部を有する加工基板の上面図を表わしている。   FIG. 5A shows a top view of a processed substrate having a concave portion and a convex portion when two different types of groove directions are formed to be orthogonal to each other. FIG. 5B shows a top view of a processed substrate having a concave portion and a convex portion when two different types of groove directions are formed so as to form an angle of 60 degrees with each other. FIG. 5C shows a top view of a processed substrate having a concave portion and a convex portion when three different types of groove directions are formed so as to form an angle of 60 degrees with each other.

(窒化物半導体下地層について)加工基板を被覆する窒化物半導体膜からなる下地層としては、たとえばGaN膜、AlGaN膜、またはInGaN膜などを用いることができる。また、窒化物半導体下地層中に、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、MgおよびBeの不純物群のうちで少なくとも1種の不純物を添加することができる。   (Nitride Semiconductor Underlayer) As the underlayer made of a nitride semiconductor film covering the processed substrate, for example, a GaN film, an AlGaN film, or an InGaN film can be used. In addition, at least one impurity among the impurity groups of Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg, and Be can be added to the nitride semiconductor underlayer.

窒化物半導体下地層がGaN膜であれば、以下の点において好ましい。すなわち、GaN膜は2元混晶であるので、結晶成長の制御性が良好である。また、GaN膜の表面マイグレーション長はAlGaN膜に比べて長く、InGaN膜に比べて短いので、溝を埋めて平坦化したい部分は適度にGaN膜で被覆され、窪みを形成したい部分はGaN膜による被覆が適度に制限される。窒化物半導体下地層として利用されるGaN膜の不純物濃度は、1×1017/cm3以上で5×1018/cm3以下が好ましい。このような濃度範囲で不純物を添加すれば、窒化物半導体下地層の表面モホロジーが良好になって、結果的に発光層の層厚が均一化されて素子特性が向上し得る。 If the nitride semiconductor underlayer is a GaN film, it is preferable in the following points. That is, since the GaN film is a binary mixed crystal, the controllability of crystal growth is good. Also, since the surface migration length of the GaN film is longer than that of the AlGaN film and shorter than that of the InGaN film, the portion to be filled and flattened is covered with the GaN film appropriately, and the portion where the recess is to be formed is made of the GaN film. The coating is moderately limited. The impurity concentration of the GaN film used as the nitride semiconductor underlayer is preferably 1 × 10 17 / cm 3 or more and 5 × 10 18 / cm 3 or less. If impurities are added in such a concentration range, the surface morphology of the nitride semiconductor underlayer is improved, and as a result, the layer thickness of the light emitting layer is made uniform, and the device characteristics can be improved.

窒化物半導体下地層がAlGaN膜であれば、以下の点において好ましい。AlGaN膜においては、Alが含まれているので、GaN膜やInGaN膜に比べて表面マイグレーション長が短い。表面マイグレーション長が短いということは、窪みの横断面形状が急峻な状態を維持し(たとえば、図3中のエッジ部がだれず)、窪みの底に窒化物半導体が流れ込みにくい(窪みが埋まりにくい)ことを意味する。また、溝の被覆の際においても、窒化物半導体が溝の底部に流れ込み難くて、溝の側壁からの結晶成長が促進されるので横方向成長が顕著になって、結晶歪みを一層緩和させることが可能となる。AlxGa1-xN膜のAl組成比xは0.01以上で0.15以下であることが好ましく、0.01以上で0.07以下であることがより好ましい。Alの組成比xが0.01よりも小さければ、前述の表面マイグレーション長が長くなってしまう可能性がある。他方、Alの組成比xが0.15よりも大きくなれば、表面マイグレーション長が短くなりすぎて、溝を埋めて平坦化させたい領域までが平坦に埋まりにくくなる可能性がある。なお、AlGaN膜に限らず、この膜と同等の効果は、窒化物半導体下地層にAlが含まれていれば得られる。また、窒化物半導体下地層として利用されるAlGaN膜の不純物濃度は、3×1017/cm3以上で5×1018/cm3以下が好ましい。このような濃度範囲でAlと同時に不純物が添加されれば、窒化物半導体下地層の表面マイグレーション長が短くなって好ましい。このことによって、結晶歪みを一層緩和させることが可能になる。 If the nitride semiconductor underlayer is an AlGaN film, it is preferable in the following points. Since the AlGaN film contains Al, the surface migration length is shorter than that of the GaN film or InGaN film. The short surface migration length maintains a steep cross-sectional shape of the recess (for example, the edge portion in FIG. 3 does not drift), and the nitride semiconductor does not easily flow into the bottom of the recess (the recess is difficult to fill). ) Means. In addition, the nitride semiconductor is difficult to flow into the bottom of the groove when the groove is covered, and crystal growth from the side wall of the groove is promoted, so that lateral growth becomes remarkable and crystal distortion is further alleviated. Is possible. The Al composition ratio x of the AlxGa1-xN film is preferably 0.01 or more and 0.15 or less, more preferably 0.01 or more and 0.07 or less. If the Al composition ratio x is smaller than 0.01, the above-described surface migration length may become long. On the other hand, if the Al composition ratio x is larger than 0.15, the surface migration length becomes too short, and it may be difficult to flatly fill up the region to be filled and flattened. In addition, not only the AlGaN film but also the same effect as this film can be obtained if the nitride semiconductor underlayer contains Al. The impurity concentration of the AlGaN film used as the nitride semiconductor underlayer is preferably 3 × 10 17 / cm 3 or more and 5 × 10 18 / cm 3 or less. If impurities are added simultaneously with Al in such a concentration range, the surface migration length of the nitride semiconductor underlayer is preferably shortened. This makes it possible to further relax the crystal distortion.

窒化物半導体下地層がInGaN膜であれば、以下の点において好ましい。InGaN膜においては、Inが含まれているので、GaN膜やAlGaN膜と比べて弾性的である。したがって、InGaN膜は加工基板の溝に埋まって、基板からの結晶歪みを窒化物半導体多層膜構造全体に拡散させ、効果的に結晶の歪みを緩和させる働きを有する。InxGa1-xN膜のIn組成比xは0.01以上で0.15以下であることが好ましく、0.01以上で0.1以下であることがより好ましい。Inの組成比xが0.01よりも小さければ、Inを含むことによる弾力性の効果が得られにくくなる可能性がある。また、Inの組成比xが0.15よりも大きくなれば、InGaN膜の結晶性が低下してしまう可能性がある。なお、InGaN膜に限らず、この膜と同等の効果は、窒化物半導体下地層にInが含まれていれば得られる。また、窒化物半導体下地層として利用されるInGaN膜の不純物濃度は、1×1017/cm3以上で4×1018/cm3以下が好ましい。このような濃度範囲でInと同時に不純物が添加されれば、窒化物半導体下地層の表面モホロジーが良好であって、かつ弾性力を保有し得るので好ましい。 If the nitride semiconductor underlayer is an InGaN film, it is preferable in the following points. Since the InGaN film contains In, it is more elastic than the GaN film or AlGaN film. Therefore, the InGaN film has a function of burying in the groove of the processed substrate, diffusing crystal strain from the substrate to the entire nitride semiconductor multilayer film structure, and effectively relieving the crystal strain. The In composition ratio x of the InxGa1-xN film is preferably 0.01 or more and 0.15 or less, and more preferably 0.01 or more and 0.1 or less. If the In composition ratio x is smaller than 0.01, it may be difficult to obtain the effect of elasticity due to inclusion of In. Further, if the In composition ratio x is larger than 0.15, the crystallinity of the InGaN film may be lowered. In addition to the InGaN film, the same effect as this film can be obtained if the nitride semiconductor underlayer contains In. The impurity concentration of the InGaN film used as the nitride semiconductor underlayer is preferably 1 × 10 17 / cm 3 or more and 4 × 10 18 / cm 3 or less. It is preferable to add impurities simultaneously with In in such a concentration range because the nitride semiconductor underlayer has a good surface morphology and can retain elasticity.

(発光部の形成位置について)本発明者らによる詳細な検討の結果、窒化物半導体レーザ素子の発光部(リッジストライプ部の下方)が窪み付き基板のどの位置に形成されるかに依存して、レーザ発振寿命が変化することが見出された。ここで発光部とは、発光素子に電流が注入されて、発光層のうちで実質的に発光に寄与する部分である。たとえば、リッジストライプ構造を有する窒化物半導体レーザ素子の場合、電流が狭窄注入されるリッジストライプ部の下方の発光層部分である。   (Regarding the formation position of the light emitting portion) As a result of detailed investigations by the present inventors, depending on where the light emitting portion of the nitride semiconductor laser element (below the ridge stripe portion) is formed on the recessed substrate It has been found that the lasing lifetime varies. Here, the light emitting portion is a portion of the light emitting layer that substantially contributes to light emission when current is injected into the light emitting element. For example, in the case of a nitride semiconductor laser device having a ridge stripe structure, it is a light emitting layer portion below a ridge stripe portion into which current is constricted and injected.

図6において、グラフの横軸は窪み付き基板の溝中央cからその幅方向にリッジストライプ端aまでの距離を表わし、縦軸はレーザ出力30mWと雰囲気温度60℃の条件下でのレーザ発振寿命を表わしている。ここで、溝中央cからリッジストライプ端aまでの距離(以後、c−a距離と呼ぶ)は、溝中央cから幅方向に右側が正で左側が負で表示されている。なお、図6で測定された窒化物半導体レーザ素子の構造と製法は後述の実施形態8と同様であってGaN加工基板が用いられ、リッジストライプ幅は2μmであり、溝幅は18μmであり、丘幅は15μmであり、そして丘上方の窪み幅は3μmであった。   In FIG. 6, the horizontal axis of the graph represents the distance from the groove center c of the substrate with depressions to the ridge stripe end a in the width direction, and the vertical axis represents the laser oscillation lifetime under conditions of a laser output of 30 mW and an ambient temperature of 60 ° C. Represents. Here, the distance from the groove center c to the ridge stripe end a (hereinafter referred to as “ca distance”) is displayed as positive on the right side and negative on the left side in the width direction from the groove center c. The structure and the manufacturing method of the nitride semiconductor laser element measured in FIG. 6 are the same as those in Embodiment 8 described later, a GaN processed substrate is used, the ridge stripe width is 2 μm, and the groove width is 18 μm. The hill width was 15 μm and the depression width above the hill was 3 μm.

図6からわかるように、リッジストライプ部が溝の上方に形成された窒化物半導体レーザ素子のレーザ発振寿命は、リッジストライプ部が丘の上方に形成されたものよりも長くなる傾向を示した。さらに詳細に調べたところ、溝上方の領域内であっても、c−a距離が−3μmよりも大きくて1μmよりも小さい領域にリッジストライプ部が形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少することがわかった。ここで、リッジストライプ部の幅が2μmであることを考慮して、c−a距離−3μmが溝中央cからリッジストライプ端bまでの距離(以後、c−b距離と呼ぶ)に換算されれば、c−b距離は−1μmになる。すなわち、窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ部の少なくとも一部が溝中央cから幅方向に左右1μm未満の範囲内に含まれるように形成されたとき、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまうことがわかった。   As can be seen from FIG. 6, the lasing lifetime of the nitride semiconductor laser element in which the ridge stripe portion was formed above the groove tended to be longer than that in which the ridge stripe portion was formed above the hill. When the ridge stripe portion is formed in a region where the ca distance is larger than −3 μm and smaller than 1 μm even in the region above the groove, the laser oscillation lifetime is dramatically improved. It turned out to decrease. Here, considering that the width of the ridge stripe portion is 2 μm, the ca distance−3 μm is converted into the distance from the groove center c to the ridge stripe end b (hereinafter referred to as the cb distance). In this case, the cb distance is −1 μm. That is, when at least a part of the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser element is formed so as to be included within a range of less than 1 μm in the width direction from the groove center c, the laser oscillation lifetime is dramatically reduced. I understood it.

このようなレーザ発振寿命が劇的に減少する領域(溝中央cから幅方向に左右1μm未満の範囲)を領域IIIと呼ぶことにする。したがって、窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ部は、領域IIIを除く範囲に、その全体(a−b幅)が含まれるように形成されることが好ましい。ここで、溝幅範囲内において、溝中央cから幅方向に左右1μm以上の範囲を領域Iと呼ぶことにする。この領域Iは、以下で述べる領域IIに比べても、レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レーザ素子を形成することが可能な領域であり、窪み付き基板のうちで最も好ましい領域である。   Such a region where the laser oscillation lifetime is drastically reduced (a region less than 1 μm in the width direction from the groove center c) is referred to as a region III. Therefore, it is preferable that the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser element is formed so that the entire region (ab width) is included in the range excluding region III. Here, in the groove width range, a range of 1 μm or more in the width direction from the groove center c is referred to as a region I. This region I is a region where a nitride semiconductor laser element having a long laser oscillation lifetime can be formed as compared with the region II described below, and is the most preferable region among the substrates with depressions.

他方、丘の上方の領域においても溝上方領域に類似して、c−a距離が11μmよりも大きくて20μmよりも小さい領域に窒化物半導体レーザ素子の発光部を形成すれば、そのレーザ発振寿命が劇的に減少することがわかる。ここで、c−a距離11μmの状態を窪み端dからリッジストライプ端bまでの距離で表示すれば2μmであり、同様にc−a距離20μmの状態を窪み端eからリッジストライプ端aまでの距離で表示すれば2μmになる。すなわち、窪み端からその両外側へ2μmまでの範囲内にリッジストライプ部の下方の発光部の少なくとも一部が含まれると、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまうことがわかる。このレーザ発振寿命が劇的に減少する領域をIVと呼ぶことにする。したがって、丘の上方の領域内では、領域IVを除く窪み端dからその幅方向の左側に2μm以上または窪み端eから右側へ2μm以上離れた範囲にリッジストライプ部全体(a−b)が含まれるように作製されることが好ましい。ここで、丘の上方の領域において、窪み端dから幅方向に左側へ2μm以上で窪み端eから右側へ2μm以上の範囲の領域を領域IIと呼ぶことにする。この領域IIでは、上述の領域Iに比べてレーザ発振寿命が短くなるものの、数千時間の寿命を有する窒化物半導体レーザ素子を形成することができる。   On the other hand, in the region above the hill, similar to the region above the groove, if the light emitting portion of the nitride semiconductor laser element is formed in a region where the ca distance is larger than 11 μm and smaller than 20 μm, the laser oscillation lifetime is obtained. Can be seen to decrease dramatically. Here, if the state of the ca distance of 11 μm is expressed by the distance from the recessed end d to the ridge stripe end b, it is 2 μm. Similarly, the state of the ca distance of 20 μm is from the recessed end e to the ridge stripe end a. If it displays by distance, it will be 2 micrometers. That is, it can be seen that the laser oscillation lifetime is drastically reduced when at least a part of the light emitting portion below the ridge stripe portion is included in the range of 2 μm from the end of the recess to both sides thereof. This region where the laser oscillation lifetime is dramatically reduced will be referred to as IV. Therefore, in the region above the hill, the entire ridge stripe portion (ab) is included in a range that is 2 μm or more on the left side in the width direction from the hollow end d excluding the region IV or 2 μm or more on the right side from the hollow end e. It is preferable to be manufactured. Here, in the region above the hill, a region having a range of 2 μm or more to the left in the width direction from the depression end d and 2 μm or more to the right from the depression end e is referred to as a region II. In this region II, although the laser oscillation lifetime is shorter than in the above-described region I, a nitride semiconductor laser element having a lifetime of several thousand hours can be formed.

図7では、上述の領域IからIVが窪み付き基板の模式的な断面図において示されている。すなわち、窪み付き基板に作製される窒化物半導体レーザ素子の発光部は、少なくとも領域IIIとIVを避けた位置に形成されることが好ましく、そのうちでも領域Iが最も好ましくて、領域IIがこれに次いで好ましかった(図6参照)。   In FIG. 7, the above-mentioned regions I to IV are shown in a schematic cross-sectional view of a substrate with depressions. That is, it is preferable that the light emitting portion of the nitride semiconductor laser device manufactured on the substrate with the depression is formed at a position avoiding at least the regions III and IV, among which the region I is the most preferable and the region II is the same. It was then preferred (see Figure 6).

図7(a)においては丘の上方の領域内のみに窪みが形成された場合が示されているが、たとえば後述される実施形態5〜7におけるように丘の上方領域が窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆される場合の領域Iの範囲は、図7(b)に示されているように丘の上方領域内であってかつ丘中央から幅方向に右または左側へ1μm以上離れた領域であった。なぜならば、丘中央から左右に1μmの範囲(丘上方に窪みを形成しない場合の領域III)内に発光部が含まれるように形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまうからである。   FIG. 7A shows a case where a depression is formed only in the region above the hill. For example, as in Embodiments 5 to 7 described later, the region above the hill is a nitride semiconductor underlayer. As shown in FIG. 7 (b), the range of the area I when completely and flatly covered with is in the upper area of the hill and is 1 μm or more away from the center of the hill to the right or left side in the width direction. It was an area. This is because if the light emitting portion is included in the range of 1 μm from the center of the hill to the left and right (region III when no depression is formed above the hill), the laser oscillation lifetime will be drastically reduced. It is.

同様に、図7(a)では溝の上方に窪みが形成されていなかったが、たとえば後述される実施形態3、6、および7におけるように溝上方にも窪みが形成される場合の領域IIの範囲は、溝上方の領域内であってかつ窪みの両端から幅方向に両外側へ2μm以上離れた領域であった(図7(b)参照)。なぜならば、窪みの両端から左右に2μmまでの範囲(溝上方に窪みを有する場合の領域IV)内に発光部が含まれるように形成されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまうからである。   Similarly, in FIG. 7A, no depression is formed above the groove, but for example, a region II where a depression is also formed above the groove as in Embodiments 3, 6, and 7 described later. The range was the region above the groove and 2 μm or more away from both ends of the recess in the width direction (see FIG. 7B). This is because if the light emitting portion is included in the range of 2 μm from the both ends of the recess to the left and right (region IV in the case of having the recess above the groove), the laser oscillation lifetime is dramatically reduced. Because.

なお、溝幅、丘幅、およびリッジストライプ幅を種々に変化させても、図6と同様の傾向を示した。また、加工基板をGaN基板から異種基板を含むものに変えても、レーザ発振寿命はGaN基板の場合に比べて短くなるものの、図6と同様の傾向を示した。したがって、これらの場合においても、窪み付き基板上に形成すべき発光素子の発光部形成領域は図7に示す関係にあるものと考えられる。同様に、発光ダイオード(LED)素子についても、電流注入される発光部の下方に図7に示された領域IまたはIIのいずれかが存在していれば、本発明による効果を得ることが可能である。   Even when the groove width, hill width, and ridge stripe width were variously changed, the same tendency as in FIG. 6 was exhibited. Further, even when the processed substrate was changed from a GaN substrate to one containing a different substrate, the laser oscillation lifetime was shorter than that of the GaN substrate, but the same tendency as in FIG. 6 was shown. Therefore, even in these cases, it is considered that the light emitting portion forming region of the light emitting element to be formed on the substrate with the depression has a relationship shown in FIG. Similarly, for the light emitting diode (LED) element, the effect of the present invention can be obtained if any of the regions I or II shown in FIG. 7 exists below the light emitting portion into which current is injected. It is.

また、図6における窒化物半導体レーザ素子はリッジストライプ構造を有するものであったが、電流阻止構造を有する窒化物半導体レーザ素子であっても図6と同様の傾向を得ることも可能である(電流阻止構造の場合では、図6におけるリッジストライプ部は電流狭窄される部分に該当し、リッジストライプ幅は電流狭窄される幅に相当する)。すなわち、窒化物半導体レーザ素子において、発光層に電流が狭窄注入され、レーザ発振に寄与する発光部分の下方に図7に示された領域IまたはIIのいずれかが存在していればよい。   6 has a ridge stripe structure, the same tendency as in FIG. 6 can be obtained even with a nitride semiconductor laser element having a current blocking structure. In the case of the current blocking structure, the ridge stripe portion in FIG. 6 corresponds to the current confined portion, and the ridge stripe width corresponds to the current confined width). That is, in the nitride semiconductor laser element, it is sufficient that current is constricted and injected into the light emitting layer, and any one of the regions I or II shown in FIG. 7 exists below the light emitting portion contributing to laser oscillation.

しかしながら、電流阻止構造を有する窒化物半導体レーザ素子の場合、上述されたリッジストライプ構造を有する素子と比較して、レーザ発振寿命は約20〜30%程度低かった。また、電流阻止構造を有する窒化物半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有する素子と比較して、クラックの発生による歩留まりの低下が大きかった。これらの原因については定かではないが、恐らく、電流阻止層に電流狭窄部分が作製される工程と、その電流狭窄部が作製された電流阻止層上に再び窒化物半導体層を結晶成長させる工程に問題があるのではないかと考えられる。たとえば、電流阻止層に電流狭窄部分が作製される工程は、レジスト材などのマスク材料が用いられるが、これらのマスク材料が本発明に係る窒化物半導体発光素子の窪み内に付着していて、そのまま再成長させることによって発光素子特性に悪影響をもたらしたのではないかと考えられる。また、たとえば、電流狭窄部分が作製された電流阻止層上に再び窒化物半導体を結晶成長させる工程は、電流阻止層に電流狭窄部分を作製するために発光素子構造の作製途中に一度は結晶成長装置から取出し(常温)、再び結晶成長装置に装填して残りの発光素子構造を結晶成長(約1000℃)させる。このように発光素子構造の作製の途中で急激な温度差のある熱履歴を与えれば、本発明に係る窒化物半導体発光素子の窪みを有していても、その窪みによって発光素子構造内の結晶歪みが十分に緩和されなくてクラックが発生するものと考えられる。   However, in the case of a nitride semiconductor laser element having a current blocking structure, the laser oscillation lifetime is about 20-30% lower than that of the element having the ridge stripe structure described above. In addition, the nitride semiconductor laser element having a current blocking structure has a large decrease in yield due to the occurrence of cracks, compared with the element having a ridge stripe structure. Although these causes are not clear, it is probably a process of forming a current confinement portion in the current blocking layer and a step of growing a nitride semiconductor layer again on the current blocking layer in which the current confinement portion is formed. There may be a problem. For example, in the step of forming the current confinement portion in the current blocking layer, a mask material such as a resist material is used, and these mask materials are attached in the recess of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention. It is thought that the regrowth as it was had an adverse effect on the characteristics of the light emitting device. In addition, for example, the step of crystal-growing a nitride semiconductor again on the current blocking layer in which the current confinement portion has been formed is a crystal growth once during the fabrication of the light emitting device structure in order to form the current confinement portion in the current blocking layer. It is taken out from the apparatus (at room temperature) and loaded again into the crystal growth apparatus, and the remaining light emitting device structure is crystal grown (about 1000 ° C.). In this way, if a thermal history with a rapid temperature difference is given during the fabrication of the light emitting device structure, even if the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention has a recess, the crystal in the light emitting device structure is formed by the recess. It is considered that cracks are generated because the strain is not sufficiently relaxed.

[実施形態2]実施形態2としては、本発明における窪み付き基板の作製方法が図3と図8を参照して説明される。なお、本実施形態において特に言及されていない事項に関しては、前述の実施形態1の場合と同様である。図3は窪み付き基板の各部位の名称を示し、図8(a)は窪みの横断面形状が矩形形状の場合の窪み付き基板を表わし、そして図8(b)は窪みの横断面形状が逆台形形状(さらに結晶成長が進めばV字形形状になる)の場合の窪み付き基板を表わしている。   [Embodiment 2] As Embodiment 2, a method for manufacturing a substrate with a recess according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that matters not particularly mentioned in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. FIG. 3 shows names of the respective parts of the substrate with depressions, FIG. 8A shows the substrate with depressions when the cross-sectional shape of the depressions is a rectangular shape, and FIG. 8B shows the cross-sectional shape of the depressions. It represents a substrate with a depression in the case of an inverted trapezoidal shape (when the crystal growth further proceeds, it becomes a V shape).

図8における加工基板は以下のようにして作製され得る。まず、主面方位が(0001)面であるn型GaN基板の表面に、SiO2またはSiNxなどの誘電体膜を蒸着した。そして、通常のリソグラフィ技術を用いてその誘電体膜にレジスト材を塗布し、そのレジスト材がストライプ状のマスクパターンに形成された。このマスクパターンに沿って、ドライエッチング法を用いて誘電体膜とGaN基板の表面の一部をエッチングして溝が形成された。その後、レジスト材と誘電体膜を除去した。こうして形成された溝と丘は、n型GaN基板の<1−100>方向に沿っており、溝幅18μm、溝深さ3μm、および丘幅7μmを有していた。なお、同じく主面方位が(0001)面であるサファイア基板上に500〜600℃程度の比較的低温で低温GaNバッファ層が形成され、続いてこの低温GaNバッファ層上にn型GaN層を形成してから前述と同様の手法を用いて加工基板が作製されてもよい(図2(b)参照)。 The processed substrate in FIG. 8 can be manufactured as follows. First, a dielectric film such as SiO 2 or SiNx was vapor-deposited on the surface of an n-type GaN substrate whose principal plane orientation is (0001) plane. Then, a resist material was applied to the dielectric film using a normal lithography technique, and the resist material was formed into a striped mask pattern. Along the mask pattern, a groove was formed by etching a part of the surface of the dielectric film and the GaN substrate using a dry etching method. Thereafter, the resist material and the dielectric film were removed. The grooves and hills thus formed were along the <1-100> direction of the n-type GaN substrate, and had a groove width of 18 μm, a groove depth of 3 μm, and a hill width of 7 μm. Similarly, a low-temperature GaN buffer layer is formed on a sapphire substrate whose principal plane orientation is the (0001) plane at a relatively low temperature of about 500 to 600 ° C., and then an n-type GaN layer is formed on the low-temperature GaN buffer layer. Then, a processed substrate may be manufactured using the same method as described above (see FIG. 2B).

作製された加工基板は、十分に有機洗浄されてからMOCVD(有機金属気相成長)装置内に搬入され、被覆膜厚6μmのn型GaN膜からなる窒化物半導体下地層が積層された。このn型GaN下地層の形成においては、MOCVD装置内にセットされた加工基板上にV族元素用原料のNH3(アンモニア)とIII族元素用原料のTMGa(トリメチルガリウム)またはTEGa(トリエチルガリウム)が供給され、1050℃の結晶成長温度において、それらの原料にSiH4(Si不純物濃度1×1018/cm3)が添加された。 The fabricated processed substrate was sufficiently organically cleaned and then carried into an MOCVD (metal organic vapor phase epitaxy) apparatus, and a nitride semiconductor underlayer composed of an n-type GaN film having a coating thickness of 6 μm was laminated. In the formation of the n-type GaN underlayer, NH 3 (ammonia) as a group V element raw material and TMGa (trimethyl gallium) or TEGa (triethyl gallium) as a group III element raw material are formed on a processed substrate set in an MOCVD apparatus. ) And SiH 4 (Si impurity concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) was added to these raw materials at a crystal growth temperature of 1050 ° C.

図8(a)は、上述の方法で作製された窪み付き基板の模式的断面図を表わしている。この図からわかるように、上述の成長条件では丘の上方領域のみに窪みが形成され、溝はn型GaN下地層によって平坦に埋没された。また、その窪みは、丘幅の中央位置と窪み幅の中央位置とがほぼ一致するように形成された。さらに、GaN結晶の<1−100>方向に沿って溝が形成された場合における窪みの横断面形状は、ほぼ矩形形状に近かった。   FIG. 8A shows a schematic cross-sectional view of a substrate with depressions produced by the above-described method. As can be seen from this figure, under the growth conditions described above, a depression was formed only in the upper region of the hill, and the groove was flatly buried by the n-type GaN underlayer. The depression was formed so that the central position of the hill width and the central position of the depression width substantially coincided. Furthermore, the cross-sectional shape of the recess when the groove was formed along the <1-100> direction of the GaN crystal was almost a rectangular shape.

このようにして作製された窪み付き基板上に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。   The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on the substrate with the recess thus manufactured.

上述の本実施形態における溝形成方法以外に、窒化物半導体基板の表面に直接に通常のレジスト材料を塗布して加工基板が作製されてもよい。しかしながら、上述のように、誘電体膜を介して溝を形成した方が、溝の形状が急峻で好ましかった。   In addition to the groove forming method in the present embodiment described above, an ordinary resist material may be applied directly to the surface of the nitride semiconductor substrate to produce a processed substrate. However, as described above, it is preferable to form the groove via the dielectric film because the shape of the groove is steep.

なお、図2(b)に示されているように異種基板(たとえば、サファイア基板)を含む加工基板を利用する場合、低温GaNバッファ層は、低温AlNバッファ層であってもよい。ここで、低温バッファ層とは、前述のように約500〜600℃の成長温度で形成されたバッファ層を意味する。このような比較的低い成長温度範囲で形成されたバッファ層は、非晶質または多結晶であった。ただし、異種基板としてSiCまたはSiを用いる場合には、少なくともAlを含む高温窒化物半導体バッファ層(成長温度が比較的高い700〜1000℃)を用いなければ、そのバッファ層上に成長させる窒化物半導体層の結晶性が低下してしまうので好ましくない。   Note that when a processed substrate including a heterogeneous substrate (for example, a sapphire substrate) is used as shown in FIG. 2B, the low-temperature GaN buffer layer may be a low-temperature AlN buffer layer. Here, the low temperature buffer layer means a buffer layer formed at a growth temperature of about 500 to 600 ° C. as described above. The buffer layer formed in such a relatively low growth temperature range was amorphous or polycrystalline. However, when SiC or Si is used as the heterogeneous substrate, a nitride grown on the buffer layer is used unless a high-temperature nitride semiconductor buffer layer containing at least Al (a relatively high growth temperature of 700 to 1000 ° C.) is used. This is not preferable because the crystallinity of the semiconductor layer is lowered.

また、本実施形態においては、低温GaNバッファ層上に成長させられるn型GaN層(窒化物半導体下地層)は、これに限られず、AlxGayInzN(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y+z=1)層であってもよく、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、Mg、またはBeなどがドーピングされてもよい。   In the present embodiment, the n-type GaN layer (nitride semiconductor underlayer) grown on the low-temperature GaN buffer layer is not limited to this, and AlxGayInzN (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y + z = 1) layer may be used, and Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg, or Be may be doped.

本実施形態では、ドライエッチング法による溝形成方法が例示されたが、その他の溝形成方法が用いられてもよいことは言うまでもない。たとえば、ウェットエッチング法、スクライビング法、ワイヤソー加工、放電加工、スパッタリング加工、レーザ加工、サンドブラスト加工、またはフォーカスイオンビーム加工などが用いられ得る。   In this embodiment, the groove forming method by the dry etching method is exemplified, but it goes without saying that other groove forming methods may be used. For example, a wet etching method, a scribing method, a wire saw process, an electric discharge process, a sputtering process, a laser process, a sand blast process, or a focus ion beam process can be used.

本実施形態では、GaN結晶の<1−100>方向に沿って溝が形成されたが、<11−20>方向に沿って溝が形成されてもよい。GaN結晶の<11−20>方向に沿って溝を形成した場合、図8(b)で示されているように、窪みの横断面形状は逆台形状に近かった。ただし、窪みの底部が埋まってくれば、その断面形状はV字形に近くなる。   In the present embodiment, the grooves are formed along the <1-100> direction of the GaN crystal, but the grooves may be formed along the <11-20> direction. When the groove was formed along the <11-20> direction of the GaN crystal, the cross-sectional shape of the recess was close to an inverted trapezoidal shape as shown in FIG. However, if the bottom of the depression is filled, the cross-sectional shape becomes close to a V shape.

本実施形態では、主面として(0001)面を有するGaN基板やサファイアの異種基板が利用されたが、その他の面方位やその他の異種基板が利用されてもよい。また、本実施形態で述べられた加工基板に形成される溝幅、丘幅、および溝深さの数値、ならびに窒化物半導体下地層の被覆膜厚の数値としては、前述の実施形態1で述べた数値範囲条件を満足していれば、他の数値が採用されてもよい。このことは、他の実施形態においても同様である。   In this embodiment, a GaN substrate or a sapphire heterogeneous substrate having a (0001) plane as the main surface is used, but other plane orientations or other heterogeneous substrates may be used. The numerical values of the groove width, hill width, and groove depth formed on the processed substrate described in this embodiment, and the numerical value of the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer are the same as those in the first embodiment. Other numerical values may be adopted as long as the numerical range conditions described are satisfied. This is the same in other embodiments.

[実施形態3]実施形態3においては、丘上方のみならず溝上方にも窪みを有する窪み付き基板の作製方法が、図9を参照して説明される。なお、本実施形態において特に言及されていない事項に関しては、前述の実施形態1および2と同様である。   [Embodiment 3] In Embodiment 3, a method for manufacturing a substrate with a depression having depressions not only above a hill but also above a groove will be described with reference to FIG. Note that matters not specifically mentioned in the present embodiment are the same as those in the first and second embodiments.

すなわち、図9における加工基板と窒化物半導体下地層(本実施形態ではGaN下地層)は、実施形態2と同様にして作製される。ただし、GaN下地層の被覆膜厚は比較的薄くされ、3μmであった。   That is, the processed substrate and the nitride semiconductor underlayer in FIG. 9 (GaN underlayer in this embodiment) are manufactured in the same manner as in the second embodiment. However, the coating thickness of the GaN underlayer was relatively thin and was 3 μm.

この窪み付き基板は丘上方のみならず溝上方にも窪みを有しているので、先の項目(本発明における結晶成長形態)において説明されたように、横方向成長によって生じた結晶のぶつかり合いによる結晶歪みの集中部分がなく、結晶歪みがほとんど緩和されたGaN下地層で被覆され得る。   Since the substrate with depressions has depressions not only above the hills but also above the grooves, as described in the previous item (the crystal growth mode in the present invention), the crystals collided by the lateral growth. There is no concentrated portion of crystal strain due to GaN, and it can be covered with a GaN underlayer whose crystal strain is almost alleviated.

このようにして作製された窪み付き基板上に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が作製される。   The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is manufactured on the substrate with the recess thus manufactured.

なお、本実施形態3における窪み付き基板は、主に、加工基板を被覆するGaN下地層の被覆膜厚を薄く調整することによって容易に得ることができる。   In addition, the substrate with a depression in the third embodiment can be easily obtained mainly by adjusting the coating thickness of the GaN foundation layer covering the processed substrate to be thin.

[実施形態4]実施形態4においては、加工基板に形成された丘幅が一定の値ではなくて種々の異なる値にされたこと以外は、前述の実施形態1および2と同様である。   [Embodiment 4] Embodiment 4 is the same as Embodiments 1 and 2 described above, except that the width of the hill formed on the processed substrate is not a constant value but various different values.

図10の模式的な断面図は本実施形態における窪み付き基板を表わしており、溝幅G1は12μm、溝深さH1は3μm、そして丘幅のみがL1=8μmとL2=14μmの2通りの数値を有していた。このような加工基板上に被覆膜厚5μmのInGaN膜からなる窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態4の窪み付き基板が作製された。   The schematic cross-sectional view of FIG. 10 shows the substrate with a recess in this embodiment, the groove width G1 is 12 μm, the groove depth H1 is 3 μm, and only the hill width is L1 = 8 μm and L2 = 14 μm. Had a numerical value. A nitride semiconductor underlayer made of an InGaN film with a coating thickness of 5 μm was laminated on such a processed substrate, and the substrate with a recess according to the fourth embodiment was manufactured.

このようにして作製された窪み付き基板上に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。   The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on the substrate with the recess thus manufactured.

図10からわかるように、加工基板に形成される丘幅を種々に変えることによって、相対的に幅の広い丘2の上方に形成される窪み2は、狭い丘1の上方に形成される窪み1に比べて大きくなりやすい。そして、相対的に大きな窪みは、小さな窪みに比べて結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効果が大きい。本実施形態のように、大きさが異なる窪みを含む窪み付き基板は、以下に点において好ましい。   As can be seen from FIG. 10, the depression 2 formed above the relatively wide hill 2 is changed to the depression formed above the narrow hill 1 by variously changing the hill width formed on the processed substrate. It tends to be larger than 1. A relatively large dent has a larger crystal strain mitigating effect and crack suppressing effect than a small dent. The board | substrate with a hollow containing the hollow from which a magnitude | size differs like this embodiment is preferable at the following points.

すなわち、窪み付き基板のうちで相対的に小さな窪みは、大きな窪みに比べて結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効果は小さいものの、レーザ発振寿命の長い発光素子を形成することが可能な領域(図7における領域IとII)を広くすることができる(発光素子チップの収得率が高くなる)ので好ましい。他方、窪み付き基板のうちで相対的に大きな窪みは、レーザ発振寿命の長い発光素子を形成することが可能な領域が狭くなるものの、小さな窪みで抑制できなかった残留結晶歪みやクラックの発生を防止することができる(このことによって発光素子チップの歩留まりが高くなる)ので好ましい。すなわち、本実施形態の窪み付き基板は、生産性と歩留まりの観点から好ましいことがわかる。   That is, a relatively small dent in a substrate with dents is a region in which a light emitting element having a long laser oscillation lifetime can be formed although the effect of reducing crystal distortion and the effect of suppressing cracks are small compared to a large dent ( Regions I and II in FIG. 7 can be widened (the yield of the light emitting element chip is increased), which is preferable. On the other hand, a relatively large dent in the substrate with dents reduces the area in which a light-emitting element with a long laser oscillation lifetime can be formed, but does not generate residual crystal distortion or cracks that could not be suppressed with a small dent. This is preferable because it can be prevented (this increases the yield of the light emitting element chip). That is, it can be seen that the substrate with a recess according to the present embodiment is preferable from the viewpoints of productivity and yield.

なお、本実施形態では2種類の異なる丘幅を有する加工基板が例示されたが、2種以上の異なる丘幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまでもない。   In the present embodiment, the processed substrates having two different hill widths are exemplified, but it goes without saying that processed substrates having two or more different hill widths may be used.

[実施形態5]実施形態5においては、加工基板に形成された丘幅が一定の値ではなくて種々の異なる値にされることによって、上述の実施形態4に示された窪み1(図10参照)が完全かつ平坦に窒化物半導体膜で被覆されたこと以外は、その実施形態4と同様である。また、本実施形態において特に言及されていない事項に関しては、前述の実施形態1および2の場合と同様である。   [Fifth Embodiment] In the fifth embodiment, the hill width formed on the processed substrate is not a constant value, but is set to various different values, whereby the depression 1 shown in the above-described fourth embodiment (FIG. 10). Reference) is completely and flatly covered with the nitride semiconductor film, and is the same as the fourth embodiment. Further, matters not particularly mentioned in the present embodiment are the same as those in the first and second embodiments.

図11の模式的な断面図は本実施形態における窪み付き基板を示しており、溝幅G1は16μm、溝深さH1は2μm、そして丘幅のみがL1=4μmとL2=24μmの2通りの数値を有していた。このような加工基板上に被覆膜厚4μmのAlGaN膜が積層され、本実施形態5の窪み付き基板が作製された。   The schematic cross-sectional view of FIG. 11 shows a substrate with a recess in this embodiment. The groove width G1 is 16 μm, the groove depth H1 is 2 μm, and only the hill width is L1 = 4 μm and L2 = 24 μm. Had a numerical value. An AlGaN film having a coating thickness of 4 μm was laminated on such a processed substrate, and the substrate with a recess according to the fifth embodiment was produced.

このようにして作製された窪み付き基板上に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。   The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on the substrate with the recess thus manufactured.

図11からわかるように、加工基板に形成される丘幅を種々に変えることによって、相対的に幅の広い丘2の上方には窪み2が形成され、相対的に幅の狭い丘1の上方は完全かつ平坦にAlGaN膜からなる窒化物半導体下地層で埋没される。このような本実施形態における窪み付き基板は、以下の点において好ましい。   As can be seen from FIG. 11, by changing the hill width formed on the processed substrate in various ways, a depression 2 is formed above the relatively wide hill 2 and above the relatively narrow hill 1. Is completely and flatly buried with a nitride semiconductor underlayer made of an AlGaN film. Such a substrate with a recess in this embodiment is preferable in the following points.

すなわち、窪み付き基板のうちで丘1の上方には窪みが形成されないので、結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効果は小さいものの、レーザ発振寿命の長い発光素子を形成することが可能な領域が実施形態4に比べて広くなり得る(発光素子チップの収得率が高くなる)。他方、窪み付き基板のうちで丘2の上方に形成された窪み2は結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効果を有している(発光素子チップの歩留まりが高くなる)。したがって、加工基板に形成される丘のうちで一部の丘の上方には窪みが形成されなくて他の丘の上方には窪みが形成された窪み付き基板は、生産性の観点から実施形態4に比べて好ましい。   That is, since no depression is formed above the hill 1 in the substrate with depressions, there is a region where a light emitting element having a long laser oscillation lifetime can be formed, although the effect of reducing crystal distortion and the effect of suppressing cracks are small. It can be wider than that of the fourth embodiment (the yield of the light emitting element chip is increased). On the other hand, the recess 2 formed above the hill 2 in the substrate with recesses has a crystal strain relaxation effect and a crack suppression effect (the yield of the light emitting element chips is increased). Accordingly, a substrate with a recess in which a recess is not formed above some hills among the hills formed on the processed substrate and a recess is formed above other hills is an embodiment from the viewpoint of productivity. 4 is preferable.

なお、本実施形態においても2種類の異なる丘幅を有する加工基板が例示されたが、2種以上の異なる丘幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまでもない。   In the present embodiment, the processed substrates having two different hill widths are exemplified, but it goes without saying that processed substrates having two or more different hill widths may be used.

[実施形態6]実施形態6においては、加工基板に形成された溝深さが一定の値ではなくて種々の異なる値にされたこと以外は、前述の実施形態1および2と同様である。   [Embodiment 6] Embodiment 6 is the same as Embodiments 1 and 2 described above, except that the depth of the groove formed on the processed substrate is not a constant value but various different values.

図12の模式的な断面図は本実施形態における窪み付き基板を示しており、溝幅G1は18μm、丘幅L1は5μm、そして溝深さのみがH1=2.5μmとH2=10μmの2通りの数値を有していた。このような加工基板上に被覆膜厚6μmのGaN膜からなる窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態6の窪み付き基板が作製された。   The schematic cross-sectional view of FIG. 12 shows a substrate with a recess according to this embodiment. The groove width G1 is 18 μm, the hill width L1 is 5 μm, and only the groove depth is H1 = 2.5 μm and H2 = 10 μm. Had street numbers. A nitride semiconductor underlayer made of a GaN film with a coating thickness of 6 μm was laminated on such a processed substrate, and the substrate with a recess according to the sixth embodiment was manufactured.

このようにして作製された窪み付き基板上に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。   The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on the substrate with the recess thus manufactured.

図12からわかるように、加工基板に形成される溝深さを種々に変えることによって、相対的に深い溝2の上方のみに窪み2が形成される。本実施形態における窪み付き基板は、以下の点において好ましい。   As can be seen from FIG. 12, the recess 2 is formed only above the relatively deep groove 2 by variously changing the depth of the groove formed in the processed substrate. The substrate with a recess in this embodiment is preferable in the following points.

すなわち、窪み付き基板のうちで溝2以外の上方には窪みが形成されないので、結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効果は少ないものの、レーザ発振寿命の長い発光素子を形成することが可能な領域を広くすることができる(発光素子チップの収得率が高くなる)。他方、窪み付き基板のうちで溝2の上方に形成された窪み2は、結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効果を有する。したがって、加工基板に形成された溝のうちで一部の溝の上方には窪みが形成されかつ他の溝の上には窪みが形成されない窪み付き基板は、発光素子チップの生産性の観点から好ましい。   That is, since no depression is formed above the groove 2 other than the groove 2 in the substrate with the depression, a region where a light emitting element having a long laser oscillation lifetime can be formed although the effect of reducing the crystal distortion and the effect of suppressing the crack are small. (The yield of the light emitting element chip is increased). On the other hand, the recess 2 formed above the groove 2 in the substrate with recesses has an effect of reducing crystal distortion and an effect of suppressing cracks. Therefore, a substrate with a recess in which a recess is formed above some of the grooves formed on the processed substrate and no recess is formed on the other grooves, from the viewpoint of productivity of the light emitting element chip. preferable.

なお、本実施形態では2種類の異なる溝深さを有する加工基板が例示されたが、2種以上の異なる溝深さを有する加工基板が用いられてもよいことは言うまでもない。また、本実施形態が前述の実施形態3〜5の少なくともいずれかと組合わされてもよいことも言うまでもない。   In the present embodiment, a processed substrate having two different groove depths is illustrated, but it goes without saying that processed substrates having two or more different groove depths may be used. It goes without saying that the present embodiment may be combined with at least one of the above-described third to fifth embodiments.

[実施形態7]実施形態7においては、加工基板に形成された溝幅が一定の値ではなくて種々の異なる値にされたこと以外は、前述の実施形態1および2の場合と同様である。   [Embodiment 7] Embodiment 7 is the same as Embodiments 1 and 2, except that the groove width formed on the processed substrate is not a constant value but various different values. .

図13の模式的な断面図は本実施形態における窪み付き基板を表わしており、丘幅L1は5μm、溝深さH1は4μm、そして溝幅のみがG1=12μmとG2=24μmの2通りの値を有していた。このような加工基板上に被覆膜厚6μmのGaN膜からなる窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態7の窪み付き基板が作製された。   The schematic cross-sectional view of FIG. 13 shows a substrate with a recess in this embodiment. Hill width L1 is 5 μm, groove depth H1 is 4 μm, and only the groove width is G1 = 12 μm and G2 = 24 μm. Had a value. A nitride semiconductor underlayer made of a GaN film with a coating thickness of 6 μm was laminated on such a processed substrate, and the substrate with a recess according to the seventh embodiment was manufactured.

そして、このようにして作製された窪み付き基板上に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。   And the nitride semiconductor light-emitting device based on this invention is formed on the board | substrate with a depression produced in this way.

図13からわかるように、加工基板に形成される溝幅を種々に変えることによって、相対的に幅の広い溝2の上方のみに窪み2が形成される。本実施形態における窪み付き基板は、上述の実施形態6と同様の効果を有する。   As can be seen from FIG. 13, the recess 2 is formed only above the relatively wide groove 2 by variously changing the width of the groove formed on the processed substrate. The substrate with a recess in the present embodiment has the same effects as those of the sixth embodiment.

なお、本実施形態では2種類の異なる溝幅を有する加工基板が例示されたが、2種以上の異なる溝幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまでもない。また、本実施形態は、前述の実施形態3〜6の少なくともいずれかと組合せてよいことも言うまでもない。   In the present embodiment, the processed substrate having two different groove widths is exemplified, but it goes without saying that processed substrates having two or more different groove widths may be used. Needless to say, this embodiment may be combined with at least one of the above-described third to sixth embodiments.

[実施形態8]実施形態8においては、実施形態1〜7におけるいずれかの窪み付き基板上に窒化物半導体レーザ素子が作製された。   [Eighth Embodiment] In an eighth embodiment, a nitride semiconductor laser device is fabricated on any of the substrates with depressions in the first to seventh embodiments.

(結晶成長)図1は窪み付き基板上に成長された窒化物半導体レーザのウエハがチップ分割された後の窒化物半導体レーザ素子を表わしている。図1に示された窒化物半導体レーザ素子は、加工基板(n型GaN基板)101とn型Al0.05Ga0.95N下地層102からなる窪み付き基板100、n型In0.07Ga0.93Nクラック防止層103、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層104、n型GaN光ガイド層105、発光層106、p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層107、p型GaN光ガイド層108、p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層109、p型GaNコンタクト層110、n電極111、p電極112およびSiO2誘電体膜113を含んでいる。 (Crystal Growth) FIG. 1 shows a nitride semiconductor laser device after a nitride semiconductor laser wafer grown on a substrate with depressions is divided into chips. The nitride semiconductor laser device shown in FIG. 1 includes a substrate 100 with a recess made of a processed substrate (n-type GaN substrate) 101 and an n-type Al 0.05 Ga 0.95 N underlayer 102, an n-type In 0.07 Ga 0.93 N crack prevention layer. 103, n-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 104, n-type GaN light guide layer 105, light emitting layer 106, p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 107, p-type GaN light guide layer 108, p-type Al 0.1 Ga. 0.9 N-cladding layer 109, p-type GaN contact layer 110, n-electrode 111, p-electrode 112 and SiO 2 dielectric film 113 are included.

このような窒化物半導体レーザ素子の作製において、まず、実施形態1〜7のいずれかによる窪み付き基板100が形成された。ただし、本実施形態8では、溝方向はGaN基板の<1−100>方向に沿って形成された。   In manufacturing such a nitride semiconductor laser device, first, a substrate 100 with a recess according to any one of Embodiments 1 to 7 was formed. However, in the eighth embodiment, the groove direction is formed along the <1-100> direction of the GaN substrate.

次に、MOCVD装置を用いて、その窪み付き基板100上において、V族元素用原料のNH3(アンモニア)とIII族元素用原料のTMGa(トリメチルガリウム)またはTEGa(トリエチルガリウム)に、III族元素用原料のTMIn(トリメチルインジウム)と不純物としてのSiH4(シラン)が加えられ、800℃の結晶成長温度でn型In0.07Ga0.93Nクラック防止層103が厚さ40nmに成長させられた。次に、基板温度が1050℃に上げられ、III族元素用原料のTMAl(トリメチルアルミニウム)またはTEAl(トリエチルアルミニウム)が用いられて、厚さ0.9μmのn型Al0.1Ga0.9Nクラッド層104(Si不純物濃度1×1018/cm3)が成長させられ、続いてn型GaN光ガイド層105(Si不純物濃度1×1018/cm3)が厚さ0.1μmに成長させられた。 Next, using the MOCVD apparatus, the group V element raw material NH 3 (ammonia) and the group III element raw material TMGa (trimethyl gallium) or TEGa (triethyl gallium) TMIn (trimethylindium) as an elemental raw material and SiH 4 (silane) as an impurity were added, and an n-type In 0.07 Ga 0.93 N crack prevention layer 103 was grown to a thickness of 40 nm at a crystal growth temperature of 800 ° C. Next, the substrate temperature is raised to 1050 ° C., and a group III element raw material TMAl (trimethylaluminum) or TEAl (triethylaluminum) is used to form an n-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 104 having a thickness of 0.9 μm. (Si impurity concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) was grown, and then n-type GaN light guide layer 105 (Si impurity concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) was grown to a thickness of 0.1 μm.

その後、基板温度が800℃に下げられ、厚さ8nmのIn0.01Ga0.99N障壁層と厚さ4nmのIn0.15Ga0.85N井戸層とが交互に積層された発光層(多重量子井戸構造)106が形成された。この実施形態では、発光層106は障壁層で開始して障壁層で終了する多重量子井戸構造を有し、3層(3周期)の量子井戸層を含んでいた。また、障壁層と井戸層の両方に、Si不純物が1×1018/cm3の濃度で添加された。なお、障壁層と井戸層との間または井戸層と障壁層との間に、1秒以上で180秒以内の結晶成長中断期間が挿入されてもよい。こうすることによって、各層の平坦性が向上し、発光スペクトルの半値幅が減少するので好ましい。 Thereafter, the substrate temperature is lowered to 800 ° C., and a light emitting layer (multiple quantum well structure) 106 in which an In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer having a thickness of 8 nm and an In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 4 nm are alternately stacked. Formed. In this embodiment, the light emitting layer 106 has a multiple quantum well structure that starts with a barrier layer and ends with a barrier layer, and includes three (three periods) quantum well layers. Further, Si impurity was added to both the barrier layer and the well layer at a concentration of 1 × 10 18 / cm 3 . A crystal growth interruption period of 1 second or more and 180 seconds or less may be inserted between the barrier layer and the well layer or between the well layer and the barrier layer. This is preferable because the flatness of each layer is improved and the half width of the emission spectrum is reduced.

発光層106にAsが添加される場合にはAsH3またはTBAs(ターシャリブチルアルシン)を用い、Pが添加される場合にはPH3またはTBP(ターシャリブチルホスフィン)を用い、そしてSbが添加される場合にはTMSb(トリメチルアンチモン)またはTESb(トリエチルアンチモン)を用いればよい。また、発光層が形成される際に、N原料として、NH3以外にN24(ジメチルヒドラジン)が用いられてもよい。 Using AsH 3 or TBAs (tertiary butyl arsine) when As is added to the light-emitting layer 106, using a PH 3 or TBP (tertiary butyl phosphine) when P is added, and Sb is added In this case, TMSb (trimethylantimony) or TESb (triethylantimony) may be used. Further, when the light emitting layer is formed, N 2 H 4 (dimethylhydrazine) may be used as the N raw material in addition to NH 3 .

次に、基板が再び1050℃まで昇温されて、厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層107、厚さ0.1μmのp型GaN光ガイド層108、厚さ0.5μmのp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層109、および厚さ0.1μmのp型GaNコンタクト層110が順次に成長させられた。p型不純物としては、Mg(EtCP2Mg:ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム)が5×1019/cm3〜2×1020/cm3の濃度で添加された。p型GaNコンタクト層110のp型不純物濃度は、p電極112との界面に近づくに従って増大させることが好ましい。こうすることによって、p電極との界面におけるコンタクト抵抗が低減する。また、p型不純物であるMgの活性化を妨げているp型層中の残留水素を除去するために、p型層成長中に微量の酸素が混入されてもよい。 Next, the temperature of the substrate is raised again to 1050 ° C., and a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier blocking layer 107 having a thickness of 20 nm, a p-type GaN light guide layer having a thickness of 0.1 μm, and a 0.5 μm thickness is formed. A p-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 109 and a p-type GaN contact layer 110 having a thickness of 0.1 μm were sequentially grown. As the p-type impurity, Mg (EtCP 2 Mg: bisethylcyclopentadienyl magnesium) was added at a concentration of 5 × 10 19 / cm 3 to 2 × 10 20 / cm 3 . The p-type impurity concentration of the p-type GaN contact layer 110 is preferably increased as it approaches the interface with the p-electrode 112. By doing so, the contact resistance at the interface with the p-electrode is reduced. Further, in order to remove residual hydrogen in the p-type layer that hinders activation of Mg, which is a p-type impurity, a trace amount of oxygen may be mixed during the growth of the p-type layer.

このようにして、p型GaNコンタクト層110が成長させられた後、MOCVD装置のリアクタ内の全ガスが窒素キャリアガスとNH3に変えられ、60℃/分の冷却速度で基板温度が冷却された。基板温度が800℃に冷却された時点でNH3の供給が停止され、5分間だけその基板温度に保持されてから室温まで冷却された。この基板の保持温度は650℃から900℃の間にあることが好ましく、保持時間は3分以上で10分以下であることが好ましかった。また、室温までの冷却速度は、30℃/分以上であることが好ましい。こうして形成された結晶成長膜がラマン測定によって評価された結果、従来のp型化アニールが行なわれていなくても、その成長膜は既にp型化の特性を示していた(すなわち、Mgが活性化していた)。また、p電極112を形成したときのコンタクト抵抗も低減していた。これに加えて従来のp型化アニールが組合わされれば、Mgの活性化率がさらに向上して好ましかった。 After the p-type GaN contact layer 110 is grown in this way, the entire gas in the reactor of the MOCVD apparatus is changed to nitrogen carrier gas and NH 3 , and the substrate temperature is cooled at a cooling rate of 60 ° C./min. It was. When the substrate temperature was cooled to 800 ° C., the supply of NH 3 was stopped, and the substrate temperature was maintained for 5 minutes and then cooled to room temperature. The holding temperature of the substrate is preferably between 650 ° C. and 900 ° C., and the holding time is preferably 3 minutes or more and 10 minutes or less. Moreover, it is preferable that the cooling rate to room temperature is 30 degree-C / min or more. The crystal growth film thus formed was evaluated by Raman measurement. As a result, even if the conventional p-type annealing was not performed, the growth film had already exhibited p-type characteristics (that is, Mg was active). ). Further, the contact resistance when the p-electrode 112 is formed is also reduced. In addition to this, if the conventional p-type annealing was combined, the Mg activation rate was further improved, which was preferable.

なお、本実施形態による結晶成長工程においては、加工基板から窒化物半導体レーザ素子まで連続して結晶成長させてもよいし、加工基板から窪み付き基板までの成長工程が予め行なわれた後に窒化物半導体レーザ素子を成長させるための再成長が行なわれてもよい。   In the crystal growth process according to the present embodiment, the crystal may be continuously grown from the processed substrate to the nitride semiconductor laser element, or the nitride is formed after the growth process from the processed substrate to the substrate with the depression is performed in advance. Re-growth for growing the semiconductor laser element may be performed.

本実施形態におけるIn0.07Ga0.93Nクラック防止層103は、In組成比が0.07以外であってもよいし、InGaNクラック防止層が省略されてもよい。しかしながら、クラッド層とGaN基板との格子不整合が大きくなる場合には、InGaNクラック防止層が挿入される方が好ましい。 The In 0.07 Ga 0.93 N crack prevention layer 103 in this embodiment may have an In composition ratio other than 0.07, or the InGaN crack prevention layer may be omitted. However, when the lattice mismatch between the cladding layer and the GaN substrate becomes large, it is preferable to insert an InGaN crack prevention layer.

本実施形態の発光層106は、障壁層で始まり障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始まり井戸層で終わる構成であってもよい。また、発光層中の井戸層数は、前述の3層に限られず、10層以下であればしきい値電流値が低くなって室温連続発振が可能であった。特に、井戸層数が2以上で6以下のときにしきい値電流値が低くなって好ましかった。   The light emitting layer 106 of this embodiment has a configuration starting with a barrier layer and ending with a barrier layer, but may have a configuration starting with a well layer and ending with a well layer. Further, the number of well layers in the light emitting layer is not limited to the above-described three layers, and if it is 10 layers or less, the threshold current value becomes low and room temperature continuous oscillation is possible. In particular, when the number of well layers was 2 or more and 6 or less, the threshold current value was low, which was preferable.

本実施形態の発光層106においては、井戸層と障壁層の両方にSiが1×1018/cm3の濃度で添加されたが、Siが添加されなくてもよい。しかしながら、Siが発光層に添加された方が、発光強度が強くなった。発光層に添加される不純物としては、Siに限られず、O、C、Ge、Zn、およびMgの少なくともいずれかが添加されてもよい。また、不純物の総添加量としては、約1×1017〜1×1019/cm3程度が好ましかった。さらに、不純物が添加される層は井戸層と障壁層の両方であることに限られず、これらの片方の層のみに不純物が添加されてもよい。 In the light emitting layer 106 of this embodiment, Si is added to both the well layer and the barrier layer at a concentration of 1 × 10 18 / cm 3 , but Si may not be added. However, the emission intensity was stronger when Si was added to the light emitting layer. The impurity added to the light emitting layer is not limited to Si, and at least one of O, C, Ge, Zn, and Mg may be added. The total amount of impurities added was preferably about 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 . Furthermore, the layer to which the impurity is added is not limited to both the well layer and the barrier layer, and the impurity may be added to only one of these layers.

本実施形態のp型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層107は、Al組成比が0.2以外であってもよいし、このキャリアブロック層が省略されてもよい。しかしながら、キャリアブロック層を設けたほうがしきい値電流値が低くなった。これは、キャリアブロック層107が発光層106内にキャリアを閉じ込める働きがあるからである。キャリアブロック層のAl組成比を高くすることは、これによってキャリアの閉じ込めが強くなるので好ましい。逆に、キャリアの閉じ込めが保持される範囲内でAl組成比を小さくすれば、キャリアブロック層内のキャリア移動度が大きくなって電気抵抗が低くなるので好ましい。 The p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 107 of this embodiment may have an Al composition ratio other than 0.2, or the carrier block layer may be omitted. However, the threshold current value was lower when the carrier block layer was provided. This is because the carrier block layer 107 has a function of confining carriers in the light emitting layer 106. Increasing the Al composition ratio of the carrier block layer is preferable because this increases carrier confinement. Conversely, it is preferable to reduce the Al composition ratio within a range in which carrier confinement is maintained, because the carrier mobility in the carrier block layer increases and the electrical resistance decreases.

本実施形態では、p型クラッド層109とn型クラッド層104として、Al0.1Ga0.9N結晶が用いられたが、そのAl組成比は0.1以外であってもよい。そのAlの混晶比が高くなれば発光層106とのエネルギギャップ差と屈折率差が大きくなり、キャリアや光が発光層内に効率よく閉じ込められ、レーザ発振しきい値電流値の低減が可能になる。逆に、キャリアや光の閉じ込めが保持される範囲内でAl組成比を小さくすれば、クラッド層内でのキャリア移動度が大きくなり、素子の動作電圧を低くすることができる。 In this embodiment, Al 0.1 Ga 0.9 N crystals are used as the p-type cladding layer 109 and the n-type cladding layer 104, but the Al composition ratio may be other than 0.1. If the mixed crystal ratio of Al increases, the energy gap difference and the refractive index difference with the light emitting layer 106 increase, and carriers and light are efficiently confined in the light emitting layer, and the laser oscillation threshold current value can be reduced. become. On the other hand, if the Al composition ratio is reduced within the range in which the confinement of carriers and light is maintained, the carrier mobility in the cladding layer increases and the operating voltage of the device can be lowered.

AlGaNクラッド層の厚みは0.7μm〜1.5μmの範囲内にあることが好ましく、このことによって垂直横モードの単峰化と光閉じ込め効率が増大し、レーザの光学特性の向上とレーザしきい値電流値の低減が可能になる。   The thickness of the AlGaN cladding layer is preferably in the range of 0.7 μm to 1.5 μm. This improves the single peak of the vertical transverse mode and increases the optical confinement efficiency, and improves the optical characteristics of the laser and the laser threshold. The value current value can be reduced.

クラッド層はAlGaN3元混晶に限られず、AlInGaN、AlGaNP、またはAlGaNAsなどの4元混晶であってもよい。また、p型クラッド層は、電気抵抗を低減するために、p型AlGaN層とp型GaN層を含む超格子構造、またはp型AlGaN層とp型InGaN層を含む超格子構造を有していてもよい。   The cladding layer is not limited to an AlGaN ternary mixed crystal, and may be a quaternary mixed crystal such as AlInGaN, AlGaNP, or AlGaNAs. The p-type cladding layer has a superlattice structure including a p-type AlGaN layer and a p-type GaN layer or a superlattice structure including a p-type AlGaN layer and a p-type InGaN layer in order to reduce electrical resistance. May be.

本実施形態ではMOCVD装置による結晶成長法が例示されたが、分子線エピタキシー法(MBE)、またはハイドライド気相成長法(HVPE)などが用いられてもよい。   In the present embodiment, the crystal growth method using the MOCVD apparatus is exemplified, but a molecular beam epitaxy method (MBE), a hydride vapor phase epitaxy method (HVPE), or the like may be used.

(チップ化工程)前述の結晶成長で形成されたエピウエハ(加工基板上に窒化物半導体多層膜構造がエピタキシャル成長させられたウエハ)がMOCVD装置から取出され、レーザ素子に加工される。ここで、窒化物半導体多層膜構造が形成されたエピウエハの表面には窪みが存在し、完全かつ平坦には埋没されていなかった。   (Chip forming step) An epi-wafer formed by the above-described crystal growth (a wafer in which a nitride semiconductor multilayer structure is epitaxially grown on a processing substrate) is taken out from the MOCVD apparatus and processed into a laser element. Here, the surface of the epi-wafer on which the nitride semiconductor multilayer film structure was formed had a depression and was not completely and completely buried.

加工基板101はn型導電性の窒化物半導体であるので、その裏面側上にHf/Alの順の積層でn電極111が形成された(図1参照)。n電極としては、Ti/Al、Ti/Mo、またはHf/Auなどの積層も用いられ得る。n電極にHfが用いられれば、そのコンタクト抵抗が下がるので好ましい。   Since the processed substrate 101 is an n-type conductive nitride semiconductor, an n-electrode 111 is formed on the back side thereof in the order of stacking of Hf / Al (see FIG. 1). As the n-electrode, a laminate of Ti / Al, Ti / Mo, Hf / Au, or the like can also be used. It is preferable to use Hf for the n-electrode because the contact resistance is lowered.

p電極部分は加工基板101の溝方向に沿ってストライプ状にエッチングされ、これによってリッジストライプ部(図1参照)が形成された。加工基板の溝が桝目状の場合は、それらの溝の長手方向として窒化物半導体の<1−100>方向と<11−20>方向のいずれかを選択すればよい。リッジストライプ部はストライプ幅W=2.0μmを有し、前述の領域Iに含まれるように形成された(図1参照)。その後、SiO2誘電体膜113が蒸着され、p型GaNコンタクト層110の上面がこの誘電体膜から露出されて、その上にp電極112がPd/Mo/Auの積層として蒸着されて形成された。p電極としては、Pd/Pt/Au、Pd/Au、またはNi/Auなどの積層が用いられてもよい。また、p電極112とワイヤボンドとの間にAuからなるパッド電極を介してもよい。 The p-electrode portion was etched in a stripe shape along the groove direction of the processed substrate 101, whereby a ridge stripe portion (see FIG. 1) was formed. When the grooves of the processed substrate are grid-shaped, either the <1-100> direction or the <11-20> direction of the nitride semiconductor may be selected as the longitudinal direction of the grooves. The ridge stripe portion has a stripe width W = 2.0 μm and is formed so as to be included in the region I described above (see FIG. 1). Thereafter, a SiO 2 dielectric film 113 is deposited, and the upper surface of the p-type GaN contact layer 110 is exposed from the dielectric film, and a p-electrode 112 is deposited thereon as a Pd / Mo / Au stack. It was. As the p-electrode, a laminate of Pd / Pt / Au, Pd / Au, Ni / Au, or the like may be used. Further, a pad electrode made of Au may be interposed between the p electrode 112 and the wire bond.

最後に、エピウエハはリッジストライプの長手方向に対して垂直な面でへき開され、共振器長500μmのファブリ・ペロー共振器が作製された。共振器長は、一般に300μmから1000μmの範囲内であることが好ましい。溝が<1−100>方向に沿って形成された共振器長のミラー端面は、窒化物半導体結晶のM面{1−100}が端面になる。ミラー端面を形成するためのへき開とレーザ素子の分割は、加工基板101の裏面側からスクライバを用いて行なわれた。ただし、へき開はウエハの裏面全体を横断してスクライバによる罫書き傷がつけられて行なわれるのではなく、ウエハの一部、たとえばウエハの両端のみにスクライバによる罫書き傷がつけられてへき開された。これにより、素子端面の急峻性やスクライブによる削りかすがエピ表面に付着しないので、素子歩留まりが向上する。チップ分割された窒化物半導体発光素子(レーザ素子)の表面には、窒化物半導体発光素子のリッジストライプ部を挟んで窪みが2つ以上存在していた。また、p電極112は2つ以上の窪みを含む領域上に、ワイヤボンドは1つ以上の窪みを含む領域上に形成された。   Finally, the epi-wafer was cleaved at a plane perpendicular to the longitudinal direction of the ridge stripe to produce a Fabry-Perot resonator having a resonator length of 500 μm. In general, the resonator length is preferably in the range of 300 μm to 1000 μm. The mirror end face of the resonator length in which the groove is formed along the <1-100> direction has the M face {1-100} of the nitride semiconductor crystal as the end face. The cleavage for forming the mirror end face and the division of the laser element were performed from the back side of the processed substrate 101 using a scriber. However, the cleavage is not performed by scribing the scriber across the entire back surface of the wafer, but by cleaving the scriber on only a part of the wafer, for example, both ends of the wafer. . As a result, steepness of the end face of the element and shavings due to scribing do not adhere to the epi surface, thereby improving the element yield. On the surface of the nitride semiconductor light emitting element (laser element) divided into chips, there are two or more depressions across the ridge stripe portion of the nitride semiconductor light emitting element. The p-electrode 112 was formed on a region including two or more dents, and the wire bond was formed on a region including one or more dents.

なお、レーザ共振器の帰還手法としては、一般に知られているDFB(分布帰還)、DBR(分布ブラグ反射)なども用いられ得る。   As a feedback method of the laser resonator, generally known DFB (distributed feedback), DBR (distributed Bragg reflection), or the like can be used.

ファブリ・ペロー共振器のミラー端面が形成された後には、そのミラー端面にSiO2とTiO2の誘電体膜を交互に蒸着し、70%の反射率を有する誘電体多層反射膜が形成された。この誘電体多層反射膜としては、SiO2/Al23などの多層膜を用いることもできる。 After the mirror end face of the Fabry-Perot resonator was formed, SiO 2 and TiO 2 dielectric films were alternately deposited on the mirror end face to form a dielectric multilayer reflective film having a reflectivity of 70%. . As this dielectric multilayer reflective film, a multilayer film such as SiO 2 / Al 2 O 3 can also be used.

なお、n電極111は加工基板101の裏面上に形成されたが、ドライエッチング法を用いてエピウエハの表側からn型Al0.05Ga0.95N膜102の一部を露出させて、その露出領域上にn電極が形成されてもよい。 Although the n-electrode 111 is formed on the back surface of the processed substrate 101, a part of the n-type Al 0.05 Ga 0.95 N film 102 is exposed from the front side of the epi-wafer using the dry etching method, and the n-electrode 111 is formed on the exposed region. An n-electrode may be formed.

(パッケージ実装)得られた半導体レーザ素子は、パッケージに実装される。高出力(30mW以上)の窒化物半導体レーザ素子を用いる場合、放熱対策に注意を払わなければならない。高出力窒化物半導体レーザ素子はInはんだ材を用いて半導体接合を上または下のいずれかにしてパッケージ本体に接続することができるが、半導体接合を下側にして接続するほうが放熱の観点から好ましい。なお、高出力窒化物半導体レーザ素子は、通常は直接パッケージ本体やヒートシンク部に取付けられ得るが、Si、AlN、ダイヤモンド、Mo、CuW、BN、Fe、SiC、Cu、またはAuなどのサブマウントを介して接続されてもよい。   (Package Mounting) The obtained semiconductor laser element is mounted on a package. When a nitride semiconductor laser device with high output (30 mW or more) is used, attention must be paid to heat dissipation measures. The high-power nitride semiconductor laser device can be connected to the package body using an In solder material with the semiconductor junction either up or down, but it is preferable from the viewpoint of heat dissipation to connect the semiconductor junction down. . The high-power nitride semiconductor laser element can usually be directly attached to the package body or the heat sink, but a submount such as Si, AlN, diamond, Mo, CuW, BN, Fe, SiC, Cu, or Au is used. It may be connected via.

以上のようにして、本実施形態による窒化物半導体レーザ素子が作製された。なお、本実施形態ではGaNの加工基板101が用いられたが、他の窒化物半導体の加工基板が用いられてもよい。たとえば、窒化物半導体レーザの場合、垂直横モードの単峰化のためにはクラッド層よりも屈折率の低い層がそのクラッド層の外側に接している必要があり、AlGaN基板が好ましく用いられ得る。   As described above, the nitride semiconductor laser device according to the present embodiment was fabricated. In this embodiment, the GaN processed substrate 101 is used. However, other nitride semiconductor processed substrates may be used. For example, in the case of a nitride semiconductor laser, a layer having a lower refractive index than the cladding layer needs to be in contact with the outside of the cladding layer in order to make the vertical transverse mode unimodal, and an AlGaN substrate can be preferably used. .

本実施形態においては、窪み付き基板上に窒化物半導体レーザ素子が形成されることによって、結晶歪みが緩和されるとともにクラック発生が抑制され、雰囲気温度60℃の条件の下で30mWのレーザ出力で約18000時間のレーザ発振寿命が得られるとともに、クラックの抑制効果による素子歩留まりの向上が達成された。   In this embodiment, the nitride semiconductor laser element is formed on the substrate with the depression, so that the crystal distortion is alleviated and the generation of cracks is suppressed, and the laser output is 30 mW under the condition of the atmospheric temperature of 60 ° C. A laser oscillation life of about 18000 hours was obtained, and an improvement in device yield due to a crack suppression effect was achieved.

[実施形態9]実施形態9においては、実施形態1〜7におけるいずれかの窪み付き基板上に窒化物半導体発光ダイオード(LED)素子が形成された。この際に、窒化物半導体LED素子層は、従来と同様の方法で形成された。   [Embodiment 9] In Embodiment 9, a nitride semiconductor light emitting diode (LED) element is formed on any of the substrates with depressions in Embodiments 1-7. At this time, the nitride semiconductor LED element layer was formed by a method similar to the conventional method.

本実施形態による窒化物半導体LED素子においては、その色むらが低減するとともに発光強度が従来に比べて向上した。特に、窒化物半導体を原材料とする白色窒化物半導体LED素子や琥珀色窒化物半導体LED素子のように、発光波長が短波長(450nm以下)または長波長(600nm以上)のLED素子は、実施形態1〜7における窪み付き基板上に形成されることによって、従来に比較して約2倍以上の発光強度を有することができた。   In the nitride semiconductor LED device according to the present embodiment, the color unevenness is reduced and the emission intensity is improved as compared with the conventional one. In particular, LED elements having a light emission wavelength of a short wavelength (450 nm or less) or a long wavelength (600 nm or more), such as a white nitride semiconductor LED element or an amber nitride semiconductor LED element using a nitride semiconductor as a raw material, are described in the embodiments. By being formed on the substrate with depressions 1 to 7, it was possible to have a light emission intensity of about twice or more compared with the conventional one.

[実施形態10]実施形態10においては、Nの一部と置換すべきAs、P、およびSbの少なくともいずれかの置換元素を発光層に含ませたこと以外は、実施形態8および9と同様であった。より具体的には、As、P、およびSbの少なくともいずれかの置換元素が、窒化物半導体発光素子の発光層中で少なくとも井戸層のNの一部に置換して含められた。このとき、井戸層に含まれたAs、P、および/またはSbの総和の組成比をxとしてNの組成比をyとするときに、xはyよりも小さくかつx/(x+y)は0.3(30%)以下でなければならず、好ましくは0.2(20%)以下である。また、As、P、および/またはSbの総和の好ましい濃度の下限値は、1×1018/cm3以上であった。 [Embodiment 10] Embodiment 10 is the same as Embodiments 8 and 9, except that the light-emitting layer contains at least one substitution element of As, P, and Sb to be substituted for part of N. Met. More specifically, a substitution element of at least one of As, P, and Sb was included in the light emitting layer of the nitride semiconductor light emitting device by substituting at least a part of N of the well layer. At this time, when the composition ratio of the sum of As, P and / or Sb contained in the well layer is x and the composition ratio of N is y, x is smaller than y and x / (x + y) is 0. .3 (30%) or less, preferably 0.2 (20%) or less. Further, the lower limit value of the preferred concentration of the sum of As, P, and / or Sb was 1 × 10 18 / cm 3 or more.

この理由は、置換元素の組成比xが20%よりも高くなれば井戸層内において置換元素の組成比の異なる濃度分離が生じ始め、さらに組成比xが30%よりも高くなれば濃度分離から六方晶系と立方晶系が混在する結晶系分離に移行し始めて、井戸層の結晶性が低下する可能性が高くなるからである。他方、置換元素の総和の濃度が1×1018/cm3よりも小さくなれば、井戸層中に置換元素を含有させたことによる効果が得られ難くなるからである。 This is because if the composition ratio x of the substitution element is higher than 20%, concentration separation with different composition ratio of the substitution element starts to occur in the well layer, and if the composition ratio x is higher than 30%, the concentration separation starts. This is because there is a high possibility that the crystallinity of the well layer is lowered by starting to shift to a crystal system separation in which a hexagonal system and a cubic system are mixed. On the other hand, if the total concentration of the substituting elements is less than 1 × 10 18 / cm 3 , it is difficult to obtain the effect of including the substituting elements in the well layer.

本実施形態による効果としては、井戸層にAs、P、およびSbの少なくともいずれかの置換元素を含ませることによって、井戸層中の電子とホールの有効質量が小さくなりかつ移動度が大きくなる。半導体レーザ素子の場合、小さな有効質量は小さい電流注入量でレーザ発振のためのキャリア反転分布が得られることを意味し、大きな移動度は発光層中で電子とホールが発光再結合によって消滅しても新たな電子とホールが拡散によって高速で注入され得ることを意味する。すなわち、発光層にAs、P、およびSbのいずれをも含有しないInGaN系窒化物半導体レーザ素子に比べて、本実施形態では、しきい値電流密度が低くかつ自励発振特性の優れた(雑音特性に優れた)半導体レーザを得ることが可能である。   As an effect of the present embodiment, by including at least one of substitution elements of As, P, and Sb in the well layer, the effective mass of electrons and holes in the well layer is reduced and the mobility is increased. In the case of a semiconductor laser device, a small effective mass means that a carrier inversion distribution for laser oscillation can be obtained with a small amount of current injection, and a large mobility means that electrons and holes disappear in the light emitting layer due to light emission recombination. This also means that new electrons and holes can be injected at high speed by diffusion. That is, compared to an InGaN-based nitride semiconductor laser device that does not contain any of As, P, and Sb in the light emitting layer, the present embodiment has a low threshold current density and excellent self-oscillation characteristics (noise). It is possible to obtain a semiconductor laser having excellent characteristics.

他方、本実施形態が窒化物半導体LEDに適用された場合、井戸層にAs、P、および/またはSbの置換元素を含ませることによって、従来のInGaN井戸層を含む窒化物半導体LED素子と比較して、井戸層中のIn組成比が低減され得る。これは、Inの濃度分離による結晶性の低下が抑制され得ることを意味する。したがって、置換元素の添加による効果は、実施形態8の窒化物半導体LEDに関する効果と相乗され、より一層の発光強度の向上と色むらの低減を生じる。特に、窒化物半導体を原材料とする白色窒化物半導体LED素子や琥珀色窒化物半導体LED素子のように、発光波長が短波長(450nm以下)または長波長(600nm以上)の窒化物半導体LED素子の場合、In組成比が低いか全く含有されることなく井戸層が形成され得るので、従来のInGaN系窒化物半導体LED素子と比較して色むらが小さく、強い発光強度が得られる。   On the other hand, when this embodiment is applied to a nitride semiconductor LED, it is compared with a nitride semiconductor LED element including a conventional InGaN well layer by including substitution elements of As, P, and / or Sb in the well layer. Thus, the In composition ratio in the well layer can be reduced. This means that a decrease in crystallinity due to concentration separation of In can be suppressed. Therefore, the effect of the addition of the substitution element is synergistic with the effect related to the nitride semiconductor LED of the eighth embodiment, and further increases the emission intensity and reduces the color unevenness. In particular, a nitride semiconductor LED element having a short wavelength (450 nm or less) or a long wavelength (600 nm or more), such as a white nitride semiconductor LED element or an amber nitride semiconductor LED element using a nitride semiconductor as a raw material. In this case, since the well layer can be formed with low or no In composition ratio, the color unevenness is small compared to the conventional InGaN-based nitride semiconductor LED device, and strong light emission intensity is obtained.

[実施形態11]実施形態11においては、実施形態8または10の窒化物半導体レーザ素子が光学装置において適用された。実施形態8または10による青紫色(380〜420nmの波長)の窒化物半導体レーザ素子は、種々の光学装置において好ましく利用することができ、たとえば光ピックアップ装置に利用すれば以下の点において好ましい。すなわち、そのような窒化物半導体レーザ素子は、高温雰囲気中(60℃)において高出力(30mW)で安定して動作し、素子不良が少なくかつレーザ発振寿命が長いことから、信頼性の高い高密度記録再生用光ディスク装置に最適である(光波長が短いほど、より高密度の記録再生が可能である)。   [Embodiment 11] In Embodiment 11, the nitride semiconductor laser element of Embodiment 8 or 10 is applied to an optical device. The blue-violet nitride semiconductor laser element (wavelength of 380 to 420 nm) according to Embodiment 8 or 10 can be preferably used in various optical devices. For example, it is preferable in the following points when used in an optical pickup device. That is, such a nitride semiconductor laser element operates stably at a high output (30 mW) in a high-temperature atmosphere (60 ° C.), has few element defects, and has a long laser oscillation life. It is most suitable for an optical disk device for density recording / reproduction (the shorter the light wavelength, the higher the density recording / reproduction is possible).

図14において、実施形態8または10による窒化物半導体レーザ素子が光学装置に利用された一例として、たとえばDVD装置のように光ピックアップを含む光ディスク装置が模式的なブロック図で示されている。この光学情報記録再生装置において、窒化物半導体レーザ素子を含む光源1から射出されたレーザ光3は入力情報に応じて光変調器4で変調され、走査ミラー5およびレンズ6を介してディスク7上に記録される。ディスク7は、モータ8によって回転させられる。再生時にはディスク7上のビット配列によって光学的に変調された反射レーザ光がビームスプリッタ9を介して検出器10で検出され、これによって再生信号が得られる。これらの各要素の動作は、制御回路11によって制御される。レーザ素子1の出力については、通常は記録時に30mWであり、再生時には5mW程度である。   In FIG. 14, as an example in which the nitride semiconductor laser element according to Embodiment 8 or 10 is used in an optical device, an optical disk device including an optical pickup such as a DVD device is shown in a schematic block diagram. In this optical information recording / reproducing apparatus, a laser beam 3 emitted from a light source 1 including a nitride semiconductor laser element is modulated by an optical modulator 4 in accordance with input information, and on a disk 7 via a scanning mirror 5 and a lens 6. To be recorded. The disk 7 is rotated by a motor 8. At the time of reproduction, the reflected laser light optically modulated by the bit arrangement on the disk 7 is detected by the detector 10 via the beam splitter 9, whereby a reproduction signal is obtained. The operation of each of these elements is controlled by the control circuit 11. The output of the laser element 1 is usually 30 mW during recording and about 5 mW during reproduction.

本発明によるレーザ素子は上述のような光ディスク記録再生装置に利用され得るのみならず、レーザプリンタ、バーコードリーダ、光の3原色(青色、緑色、赤色)レーザによるプロジェクタなどにも利用し得る。   The laser element according to the present invention can be used not only for the optical disk recording / reproducing apparatus as described above, but also for a laser printer, a barcode reader, a projector using three primary colors of light (blue, green, red) laser.

[実施形態12]実施形態12においては、実施形態9または10による窒化物半導体発光ダイオード素子が半導体発光装置において利用された。すなわち、実施形態9または10による窒化物半導体発光ダイオード素子は、少なくとも光の3原色(赤色、緑色、青色)の1つとして、たとえば表示装置のような(半導体発光装置)において利用可能である。そのような窒化物半導体発光ダイオード素子を利用することによって、色むらが少なくかつ発光強度の高い表示装置が作製され得る。   [Embodiment 12] In Embodiment 12, the nitride semiconductor light-emitting diode element according to Embodiment 9 or 10 is used in a semiconductor light-emitting device. That is, the nitride semiconductor light-emitting diode element according to Embodiment 9 or 10 can be used in at least one of the three primary colors (red, green, and blue) of light, such as a display device (semiconductor light-emitting device). By using such a nitride semiconductor light emitting diode element, a display device with little color unevenness and high emission intensity can be manufactured.

また、そのような光の3原色を生じ得る窒化物半導体発光ダイオード素子は、白色光源装置においても利用され得る。他方、発光波長が紫外領域から紫色領域(380〜420nm程度)にある本発明による窒化物半導体発光ダイオード素子は、蛍光塗料を塗布することによって白色光源素子としても利用し得る。   A nitride semiconductor light-emitting diode element capable of generating such three primary colors of light can also be used in a white light source device. On the other hand, the nitride semiconductor light-emitting diode device according to the present invention having an emission wavelength in the ultraviolet region to the violet region (about 380 to 420 nm) can also be used as a white light source device by applying a fluorescent paint.

このような白色光源を用いることによって、従来の液晶ディスプレイに用いられてきたハロゲン光源に代わって、低消費電力で高輝度のバックライトの実現が可能になる。これは、携帯ノートパソコンや携帯電話におけるマン・マシンインターフェイスの液晶ディスプレイ用バックライトとしても利用することができ、小型で高鮮明な液晶ディスプレイを提供することができる。   By using such a white light source, it becomes possible to realize a backlight with low power consumption and high brightness in place of the halogen light source used in the conventional liquid crystal display. This can also be used as a backlight for a liquid crystal display of a man-machine interface in a portable notebook computer or a mobile phone, and can provide a small and high-definition liquid crystal display.

本発明における窪み付き基板上に形成された窒化物半導体レーザ素子の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the nitride semiconductor laser element formed on the board | substrate with a recess in this invention. (a)は本発明において用いられ得る窒化物半導体の加工基板の一例を示す模式的な断面図であり、(b)は異種基板を含む加工基板を示している。(A) is typical sectional drawing which shows an example of the processed substrate of the nitride semiconductor which can be used in this invention, (b) has shown the processed substrate containing a dissimilar substrate. 本発明において用いられ得る窪み付き基板の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the board | substrate with a dent which may be used in this invention. (a)は本発明における加工基板上の結晶成長形態を表わし、(b)は加工基板が完全かつ平坦に窒化物半導体多層膜構造で被覆される場合の結晶成長形態を表わし、そして(c)は結晶成長抑制膜を利用した選択成長における結晶成長形態を表わしている。(A) represents the crystal growth form on the processed substrate in the present invention, (b) represents the crystal growth form when the processed substrate is completely and flatly coated with the nitride semiconductor multilayer structure, and (c) Represents a crystal growth form in selective growth using a crystal growth inhibiting film. 本発明において用いられ得る加工基板に形成された溝(凹部)と丘(凸部)の形態を示しており、(a)は2種類の方向を有する溝が互いに直交する場合を示し、(b)は2種類の方向を有する溝が互いに60°の角度で交差する場合を示し、そして(c)は3種類の方向を有する溝が互いに60°の角度で交差する場合を示している。The form of the groove | channel (recessed part) and the hill (convex part) formed in the process board | substrate which can be used in this invention is shown, (a) shows the case where the groove | channel which has two types of directions is mutually orthogonal, (b ) Shows a case where grooves having two kinds of directions intersect with each other at an angle of 60 °, and (c) shows a case where grooves having three kinds of directions intersect with each other at an angle of 60 °. 本発明において用いられ得る窪み付き基板上に形成された窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ部の形成位置とレーザ発振寿命との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the formation position of the ridge stripe part of the nitride semiconductor laser element formed on the board | substrate with a dent which can be used in this invention, and a laser oscillation lifetime. 本発明において用いられ得る窪み付き基板上に形成される発光素子構造における発光部の好ましい形成領域を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the preferable formation area of the light emission part in the light emitting element structure formed on the board | substrate with a dent which may be used in this invention. 本発明において用いられ得る窪み付き基板の他の例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the other example of the board | substrate with a dent which may be used in this invention. 本発明において用いられ得る窪み付き基板の他の例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the other example of the board | substrate with a dent which may be used in this invention. 本発明において用いられ得る窪み付き基板の他の例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the other example of the board | substrate with a dent which may be used in this invention. 本発明において用いられ得る窪み付き基板の他の例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the other example of the board | substrate with a dent which may be used in this invention. 本発明において用いられ得る窪み付き基板の他の例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the other example of the board | substrate with a dent which may be used in this invention. 本発明において用いられ得る窪み付き基板の他の例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the other example of the board | substrate with a dent which may be used in this invention. 本発明による窒化物半導体レーザ素子を利用した光ピックアップ装置を含む光学装置の一例を示す模式的なブロック図である。It is a typical block diagram which shows an example of the optical apparatus containing the optical pick-up apparatus using the nitride semiconductor laser element by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 窪み付き基板、101 加工基板、102 n型Al0.05Ga0.95N下地層、103 n型In0.07Ga0.93Nクラック防止層、104 n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層、105 n型GaN光ガイド層、106 発光層、107 p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層、108 p型GaNガイド層、109 p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層、110 p型GaNコンタクト層、111 n電極、112 p電極、113 SiO2誘電体膜。 100 substrate with depression, 101 processed substrate, 102 n-type Al 0.05 Ga 0.95 N underlayer, 103 n-type In 0.07 Ga 0.93 N crack prevention layer, 104 n-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer, 105 n-type GaN light guide layer , 106 light emitting layer, 107 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier blocking layer, 108 p-type GaN guide layer, 109 p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer, 110 p-type GaN contact layer, 111 n electrode, 112 p electrode, 113 SiO 2 dielectric film.

Claims (11)

窒化物半導体以外の異種基板上に窒化物半導体層が成長させられ、その後、該窒化物半導体層が加工されることにより単一材料からなる凹部と凸部が形成された基板と、
該基板上に結晶成長させられた窒化物半導体多層膜構造とを備え、
該窒化物半導体多層膜構造は、前記凸部の上方において発光部を有するとともに、前記凹部の上方において窪みを表面に形成した窒化物半導体発光素子であって、
前記凹部は、底部及び側壁を備え、
前記窪みは、結晶成長の際に完全に埋まらないことにより形成されたものであり、
前記窪みの幅は前記凹部の幅よりも狭いことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
A nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate other than a nitride semiconductor, and then the nitride semiconductor layer is processed to form a concave portion and a convex portion made of a single material; and
A nitride semiconductor multilayer structure having a crystal grown on the substrate,
The nitride semiconductor multilayer film structure is a nitride semiconductor light emitting device having a light emitting portion above the convex portion and a recess formed on the surface above the concave portion,
The recess includes a bottom and a side wall,
The depression is formed by not being completely filled during crystal growth,
The nitride semiconductor light emitting device, wherein a width of the recess is narrower than a width of the recess.
前記窒化物半導体多層膜構造は、前記凸部の上方において、前記発光部に電流を注入させる構造を備えることを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体発光素子。   2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor multilayer film structure includes a structure in which a current is injected into the light emitting portion above the convex portion. 3. 窒化物半導体以外の異種基板上に窒化物半導体層が成長させられ、その後、該窒化物半導体層が加工されることにより単一材料からなる凹部と凸部が形成された基板と、
該基板上に結晶成長させられた窒化物半導体下地層と、
該窒化物半導体下地層の表面において窪みと平坦化された部分とが形成されたエピウエハであって、
前記凹部は、底部及び側壁を備え、
前記窪みは、前記凹部の上方に結晶成長の際に完全に埋まらないことによって形成されたものであり、かつ、前記窪みの幅は前記凹部の幅よりも狭く、前記平坦化された部分の幅は前記凸部の幅よりも広いことを特徴とするエピウエハ。
A nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate other than a nitride semiconductor, and then the nitride semiconductor layer is processed to form a concave portion and a convex portion made of a single material; and
A nitride semiconductor underlayer crystal-grown on the substrate;
An epitaxial wafer in which a depression and a flattened portion are formed on the surface of the nitride semiconductor underlayer,
The recess includes a bottom and a side wall,
The recess is formed by not being completely buried above the recess during crystal growth, and the width of the recess is narrower than the recess, and the width of the flattened portion Is an epi-wafer wider than the width of the projection.
窒化物半導体以外の異種基板上に窒化物半導体層が成長させられ、その後、該窒化物半導体層が加工されることにより単一材料からなる凹部と凸部が形成された基板と、
該基板上に結晶成長させられた窒化物半導体多層膜構造と、
該窒化物半導体多層膜構造の表面において窪みと平坦化された部分とが形成されたエピウエハであって、
前記窒化物半導体多層膜構造は窒化物半導体下地層と発光層とを有し、
前記凹部は、底部及び側壁を備え、
前記窪みは、前記凹部の上方に結晶成長の際に完全に埋まらないことによって形成されたものであり、かつ、前記窪みの幅は、前記凹部の幅よりも狭く、前記平坦化された部分の幅は前記凸部の幅よりも広いことを特徴とするエピウエハ。
A nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate other than a nitride semiconductor, and then the nitride semiconductor layer is processed to form a concave portion and a convex portion made of a single material; and
A nitride semiconductor multilayer structure having a crystal grown on the substrate;
An epitaxial wafer in which a depression and a flattened portion are formed on the surface of the nitride semiconductor multilayer structure,
The nitride semiconductor multilayer structure has a nitride semiconductor underlayer and a light emitting layer,
The recess includes a bottom and a side wall,
The recess is formed by not being completely buried above the recess during crystal growth, and the width of the recess is narrower than that of the recess, and the flattened portion An epi-wafer characterized in that the width is wider than the width of the convex portion.
前記窒化物半導体多層膜構造は、前記凸部の上方において発光部を有することを特徴とする、請求項4記載のエピウエハ。   The epi-wafer according to claim 4, wherein the nitride semiconductor multilayer structure has a light emitting portion above the convex portion. 請求項5記載の前記エピウエハにおいて、前記凸部の上方に前記発光部に電流を注入させる構造を有し、前記エピウエハが個々のチップに分割されたことを特徴とする窒化物半導体発光素子。   6. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 5, wherein said epitaxial wafer has a structure in which current is injected into said light emitting part above said convex part, and said epi wafer is divided into individual chips. 前記発光部は、前記凸部の中央から幅方向に右または左側へ1μm以上離れた領域に形成されたことを特徴とする、請求項1、2、または6の何れかに記載の窒化物半導体発光素子。   7. The nitride semiconductor according to claim 1, wherein the light emitting part is formed in a region separated by 1 μm or more from the center of the convex part to the right or left side in the width direction. 8. Light emitting element. 前記凹部の幅は1から100μmの範囲内にあることを特徴とする請求項1、2、または6の何れかに記載の窒化物半導体発光素子。   7. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a width of the recess is in a range of 1 to 100 [mu] m. 前記凹部の深さは1μm以上であって、かつ前記凹部の底部と前記基板の裏面との間の残し厚が100μm以上であることを特徴とする請求項1、2、または6の何れかに記載の窒化物半導体発光素子。   The depth of the recess is 1 μm or more, and the remaining thickness between the bottom of the recess and the back surface of the substrate is 100 μm or more. The nitride semiconductor light emitting device described. 前記凹部複数備えられており
複数の前記凹部は、相対的に幅の広い前記凹部と相対的に幅の狭い前記凹部含み
前記相対的に幅の広い前記凹部の上方のみに窪みを有することを特徴とする請求項1、2、または6の何れかに記載の窒化物半導体発光素子。
It said recess is provided with a plurality,
A plurality of said recesses includes a narrow the recess relatively wide and relatively wide the recess,
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a recess only above the relatively wide recess.
窒化物半導体以外の異種基板上に窒化物半導体層を成長する工程と、
該窒化物半導体層を成長する工程の後に、該窒化物半導体層の表面に加工によって単一材料からなる凹部と凸部とを形成する工程と、
前記凸部の上方において発光部を有し、かつ表面において窪みを有する窒化物半導体多層膜構造を結晶成長させる工程とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記凹部は、底部及び側壁を備え、
前記窪みは、前記凹部の上方に結晶成長の際に完全に埋まらないことによって形成され、かつ、前記窪みの幅は前記凹部の幅よりも狭いことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
Growing a nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate other than the nitride semiconductor;
After the step of growing the nitride semiconductor layer, forming a concave portion and a convex portion made of a single material by processing on the surface of the nitride semiconductor layer;
A method of manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device, comprising: a step of crystal-growing a nitride semiconductor multilayer film structure having a light-emitting portion above the convex portion and having a depression on the surface,
The recess includes a bottom and a side wall,
The method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, wherein the recess is formed by not being completely buried above the recess during crystal growth, and the width of the recess is narrower than the recess .
JP2007227576A 2007-09-03 2007-09-03 Nitride semiconductor light-emitting device, epi-wafer and method of manufacturing the same Expired - Lifetime JP5074863B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007227576A JP5074863B2 (en) 2007-09-03 2007-09-03 Nitride semiconductor light-emitting device, epi-wafer and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007227576A JP5074863B2 (en) 2007-09-03 2007-09-03 Nitride semiconductor light-emitting device, epi-wafer and method of manufacturing the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007071854A Division JP4146881B2 (en) 2007-03-20 2007-03-20 Nitride semiconductor light-emitting device, epi-wafer and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007311833A JP2007311833A (en) 2007-11-29
JP5074863B2 true JP5074863B2 (en) 2012-11-14

Family

ID=38844325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007227576A Expired - Lifetime JP5074863B2 (en) 2007-09-03 2007-09-03 Nitride semiconductor light-emitting device, epi-wafer and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5074863B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024047995A1 (en) * 2022-09-01 2024-03-07 株式会社ジャパンディスプレイ Semiconductor device and method for manufacturing same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000004615A1 (en) * 1998-07-14 2000-01-27 Fujitsu Limited Semiconductor laser, semiconductor device, and method for manufacturing the same
JP4595198B2 (en) * 2000-12-15 2010-12-08 ソニー株式会社 Semiconductor light emitting device and method for manufacturing semiconductor light emitting device
JP4703014B2 (en) * 2001-02-15 2011-06-15 シャープ株式会社 Nitride semiconductor light emitting element, optical device, semiconductor light emitting device, and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007311833A (en) 2007-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4703014B2 (en) Nitride semiconductor light emitting element, optical device, semiconductor light emitting device, and method for manufacturing the same
US6984841B2 (en) Nitride semiconductor light emitting element and production thereof
US6858882B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting device and optical device including the same
KR100537711B1 (en) Nitride semiconductor light-emitting device and optical apparatus including the same
US6614824B2 (en) Nitride semiconductor laser device and optical device using the same
US6452216B1 (en) Nitride semiconductor light emitting device and apparatus including the same
WO2001095446A1 (en) Semiconductor laser device, and method of manufacturing the same
WO2002056435A9 (en) Nitride semiconductor laser element and optical device containing it
JP3910043B2 (en) Nitride semiconductor laser device, manufacturing method thereof, and semiconductor optical device
JP2001308460A (en) Nitride semiconductor laser element and its optical pickup device
WO2002056434A1 (en) Nitride semiconductor light emitting element chip and device including it
JP4854133B2 (en) Nitride semiconductor laser device and optical device including the same
JP2005175056A (en) Nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor laser element
JP2002270971A (en) Nitride semiconductor element
JP4936598B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP4146881B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting device, epi-wafer and method of manufacturing the same
JP4683730B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device and apparatus including the same
JP4683731B2 (en) Nitride semiconductor laser device and optical device including the same
JP4334129B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device and optical device including the same
JP2007189221A (en) Nitride semiconductor substrate, nitride semiconductor laser device, method of manufacturing nitride semiconductor substrate, and method of manufacturing nitride semiconductor laser device
JP5074863B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting device, epi-wafer and method of manufacturing the same
JP2004146420A (en) Nitride semiconductor laser device, its manufacturing method and semiconductor optical device having same
JP4656782B2 (en) Nitride semiconductor laser device and semiconductor optical device thereof
JP2002084041A (en) Nitride semiconductor light emitting element and optical device including the same
JP2003258381A (en) Method of forming nitride semiconductor layer and light emitting device including the same

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071002

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071002

RD05 Notification of revocation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425

Effective date: 20071205

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20100513

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101013

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101130

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110301

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110531

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20110606

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20110805

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120713

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: 20120824

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5074863

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: 20150831

Year of fee payment: 3

EXPY Cancellation because of completion of term