JP5245030B2 - Nitride-based semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、基板上に発光層を有する窒化物系半導体素子層が形成された窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor laser element and a method for manufacturing the same, and more particularly to a nitride semiconductor laser element in which a nitride semiconductor element layer having a light emitting layer is formed on a substrate and a method for manufacturing the same.

従来、ガリウム砒素系の半導体材料を用いて、共振器端面(光出射面)とレーザ出射光を外部に反射させるための反射面とが一体的に形成された半導体素子層を備えたモノリシック型の半導体レーザ素子が開示されている(たとえば、非特許文献1参照)。   Conventionally, using a gallium arsenide-based semiconductor material, a monolithic type including a semiconductor element layer integrally formed with a resonator end face (light emitting face) and a reflecting face for reflecting laser emitted light to the outside A semiconductor laser element is disclosed (see, for example, Non-Patent Document 1).

上記非特許文献1に開示されたモノリシック型の半導体レーザ素子では、基板上に一様に積層されたガリウム砒素からなる半導体素子層に対して、イオンビームエッチング技術により、光出射面側の共振器端面と、この共振器端面と所定の距離を隔てた位置に共振器端面に対して斜め45°の方向に延びる反射面(傾斜端面)とが形成されている。これにより、共振器端面からのレーザ出射光を、反射面によって基板と略垂直な方向に反射させて外部に出射させることが可能に構成されている。   In the monolithic semiconductor laser device disclosed in Non-Patent Document 1, a resonator on the light emitting surface side is applied to a semiconductor device layer made of gallium arsenide uniformly stacked on a substrate by an ion beam etching technique. An end surface and a reflecting surface (inclined end surface) extending in a direction of 45 ° obliquely with respect to the resonator end surface are formed at a predetermined distance from the resonator end surface. Thereby, the laser emission light from the resonator end face is reflected in the direction substantially perpendicular to the substrate by the reflection surface and can be emitted to the outside.

Appl.Phys.Lett.48(24), 16 June 1986,p.1675−1677Appl. Phys. Lett. 48 (24), 16 June 1986, p. 1675-1677

しかしながら、上記非特許文献1に開示されたモノリシック型の半導体レーザ素子では、基板と略垂直な方向にレーザ光を出射させるために共振器端面に対して45°傾斜した反射面(傾斜端面)が形成されている一方、この反射面の面方位については開示も示唆もされていない。一般的に、イオンビームエッチングなどのドライエッチングを用いて半導体素子層に端面を形成した場合、この端面にはエッチングによる微細な凹凸形状が形成される。したがって、上記非特許文献1に開示されたモノリシック型の半導体レーザ素子では、反射面が微細な凹凸形状を有していると考えられる。この場合、共振器端面(光出射面)から出射されたレーザ光の一部が反射面で散乱するために、半導体レーザ素子としての発光効率が低下してしまうという問題点がある。   However, the monolithic semiconductor laser element disclosed in Non-Patent Document 1 described above has a reflecting surface (tilted end surface) inclined by 45 ° with respect to the cavity end surface in order to emit laser light in a direction substantially perpendicular to the substrate. On the other hand, the surface orientation of the reflecting surface is not disclosed or suggested. Generally, when an end face is formed in a semiconductor element layer by using dry etching such as ion beam etching, a fine uneven shape is formed on the end face by etching. Therefore, in the monolithic type semiconductor laser element disclosed in Non-Patent Document 1, it is considered that the reflection surface has a fine uneven shape. In this case, since a part of the laser light emitted from the resonator end face (light emitting surface) is scattered by the reflecting surface, there is a problem that the light emission efficiency as the semiconductor laser element is lowered.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、半導体レーザ素子の発光効率が低下するのを抑制することが可能な窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is a nitride-based semiconductor laser capable of suppressing a decrease in light emission efficiency of the semiconductor laser element. It is providing a device and a method for manufacturing the device.

課題を解決するための手段および発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子は、基板の主表面上に形成され、発光層を有する窒化物系半導体素子層と、発光層を有する窒化物系半導体素子層の端部に形成される第1共振器端面と、第1共振器端面と対向する領域に形成され、少なくとも主表面に対して所定の角度傾斜して延びる(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面(ここでA≧0およびB≧0であり、かつ、AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなる反射面とを備える。   To achieve the above object, a nitride-based semiconductor laser device according to a first aspect of the present invention is formed on a main surface of a substrate and includes a nitride-based semiconductor device layer having a light-emitting layer, and a nitride having a light-emitting layer The first resonator end face formed at the end of the physical semiconductor element layer and the region facing the first resonator end face are extended at least at a predetermined angle with respect to the main surface (000-1). Or a reflective surface comprising a {A + B, A, -2A-B, 2A + B} surface (where A ≧ 0 and B ≧ 0, and at least one of A and B is not 0) With.

この発明の第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、第1共振器端面と対向する領域に形成され、少なくとも主表面に対して所定の角度傾斜して延びる(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる反射面を備えることによって、上記の面方位を有する反射面(ファセット)は平坦性を有するので、たとえば第1共振器端面から出射されたレーザ光を、反射面で散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて外部に出射させることができる。この結果、半導体レーザ素子の発光効率が低下するのを抑制することができる。   In the nitride-based semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention, as described above, the nitride-based semiconductor laser device is formed in the region facing the first resonator end face and extends at least at a predetermined angle with respect to the main surface (000−). 1) Since the reflecting surface (facet) having the above-mentioned plane orientation has flatness by providing a surface or a reflecting surface consisting of {A + B, A, -2A-B, 2A + B} surface, for example, the first resonance The laser light emitted from the end face of the vessel can be emitted to the outside by uniformly changing the emission direction without causing scattering on the reflecting surface. As a result, it is possible to suppress a decrease in the light emission efficiency of the semiconductor laser element.

上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、基板は、主表面に形成された凹部を有し、反射面は、凹部の内側面を起点として形成される窒化物系半導体素子層の結晶成長面からなる。このように構成すれば、窒化物系半導体素子層が基板上に結晶成長する際に、成長層の上面(窒化物系半導体素子層の主表面)が成長する成長速度よりも、凹部の内側面を起点とした結晶成長面からなる反射面が形成される成長速度が遅いので、成長層の上面(主表面)が平坦性を保ちながら成長する。これにより、予め基板に凹部を形成しない場合の窒化物系半導体素子層の成長層表面と比較して、発光層を有する半導体層の表面(主表面)の平坦性をより一層向上させることができる。なお、この理由は、以下の通りと考えられる。(000−1)面や{A+B、A、−2A−B、2A+B}面のような成長速度の遅い面は表面エネルギーが小さい一方、成長速度の速い面の一例として、たとえば(1−100)面などは表面エネルギーが大きいと考えられる。結晶成長中の表面は、表面エネルギーが小さい方がより安定であるため、上記(1−100)面のみを成長面とした結晶成長を行う場合、(1−100)面よりも表面エネルギーが小さい(1−100)面以外の面が現れやすくなる。この結果、成長面(主表面)の平坦性が損われやすい。一方、本発明では、たとえば主表面として成長させる(1−100)面などよりも表面エネルギーの小さい(000−1)面や{A+B、A、−2A−B、2A+B}面を形成しながら成長面((1−100)面)を成長させるので、上記(1−100)面のみを成長面とした結晶成長を行う場合に比べて、成長面(主表面)の表面エネルギーを小さくすることができる。これにより、成長面の平坦性が改善されると考えられる。   In the nitride semiconductor laser element according to the first aspect, preferably, the substrate has a recess formed in the main surface, and the reflecting surface is formed starting from the inner side surface of the recess. It consists of the crystal growth surface of the layer. According to this structure, the inner surface of the recess is larger than the growth rate at which the upper surface of the growth layer (the main surface of the nitride-based semiconductor device layer) grows when the nitride-based semiconductor device layer grows on the substrate. Since the growth rate at which the reflection surface composed of the crystal growth surface starting from is formed is slow, the upper surface (main surface) of the growth layer grows while maintaining flatness. Thereby, the flatness of the surface (main surface) of the semiconductor layer having the light emitting layer can be further improved as compared with the growth layer surface of the nitride-based semiconductor element layer in the case where the recess is not previously formed in the substrate. . The reason for this is considered as follows. Surfaces with a slow growth rate such as the (000-1) plane and the {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane have a small surface energy, while examples of a surface with a high growth rate include (1-100) Surfaces are considered to have a large surface energy. Since the surface during crystal growth is more stable when the surface energy is small, the surface energy is smaller than that of the (1-100) plane when performing crystal growth with only the (1-100) plane as the growth plane. Surfaces other than the (1-100) surface are likely to appear. As a result, the flatness of the growth surface (main surface) tends to be impaired. On the other hand, in the present invention, for example, the (000-1) plane or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane having a smaller surface energy than the (1-100) plane grown as the main surface is formed. Since the plane ((1-100) plane) is grown, the surface energy of the growth plane (main surface) can be reduced compared to the case where crystal growth is performed using only the (1-100) plane as the growth plane. it can. This is thought to improve the flatness of the growth surface.

上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第1共振器端面とは反対側の端部に形成され、主表面に対して略垂直な方向に延びる第2共振器端面をさらに備える。このように構成すれば、第1共振器端面と、第1共振器端面とは反対側の第2共振器端面とを一対の共振器面とした窒化物系半導体素子層を形成することができる。   In the nitride-based semiconductor laser device according to the first aspect, preferably, a second resonator end surface formed at an end opposite to the first resonator end surface and extending in a direction substantially perpendicular to the main surface is provided. Further prepare. If comprised in this way, the nitride type | system | group semiconductor element layer which used the 1st resonator end surface and the 2nd resonator end surface on the opposite side to a 1st resonator end surface as a pair of resonator surface can be formed. .

上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、基板は、窒化物系半導体からなる。このように構成すれば、窒化物系半導体からなる基板上に窒化物系半導体素子層の結晶成長を利用して、(000−1)面または{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる第1共振器端面を有する窒化物系半導体素子層を、容易に形成することができる。   In the nitride semiconductor laser element according to the first aspect, the substrate is preferably made of a nitride semiconductor. If comprised in this way, the (000-1) plane or {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane will be utilized using the crystal growth of a nitride-type semiconductor element layer on the board | substrate which consists of nitride type semiconductors A nitride-based semiconductor element layer having a first resonator end face made of can be easily formed.

上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第1共振器端面から出射されたレーザ光は、反射面により、レーザ光の発光層からの出射方向と交差する方向に出射方向が変化されて、レーザ光のモニタ用の光センサに入射されるように構成されている。このように構成すれば、結晶成長面として良好な平坦性を有する反射面により光の散乱が抑制されたレーザ光(端面出射型レーザ素子のレーザ光強度をモニタするサンプル光)を光センサに導くことができるので、レーザ光強度をより正確に測定することができる。   In the nitride-based semiconductor laser device according to the first aspect, preferably, the laser light emitted from the end face of the first resonator is emitted in a direction intersecting the emission direction of the laser light from the light emitting layer by the reflecting surface. Is changed to be incident on an optical sensor for monitoring laser light. With this configuration, laser light (sample light for monitoring the laser light intensity of the edge-emitting laser element) in which light scattering is suppressed by a reflective surface having good flatness as a crystal growth surface is guided to the optical sensor. Therefore, the laser beam intensity can be measured more accurately.

上記第1の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第1共振器端面から出射されたレーザ光が、反射面により、レーザ光の発光層からの出射方向と交差する方向に出射方向が変化するように構成された表面出射型レーザである。このように構成すれば、結晶成長面として良好な平坦性を有する反射面により光の散乱が抑制されたレーザ光が出射されるので、発光効率が向上された表面出射型レーザを形成することができる。   In the nitride-based semiconductor laser device according to the first aspect, preferably, the laser beam emitted from the end face of the first resonator is emitted in the direction intersecting the emission direction of the laser beam from the light emitting layer by the reflecting surface. This is a surface emitting laser configured to vary. With this configuration, since the laser light whose light scattering is suppressed is emitted by the reflecting surface having good flatness as the crystal growth surface, it is possible to form a surface emitting laser with improved luminous efficiency. it can.

この発明の第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法は、主表面上に形成するとともに、発光層を有する窒化物系半導体素子層の端部に第1共振器端面を形成する工程と、第1共振器端面と対向する領域に主表面に対して所定の角度傾斜して延びる(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面(ここでA≧0およびB≧0であり、かつ、AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなる反射面を形成する工程と、第1共振器端面とは反対側の端部に、主表面に対して略垂直な方向に延びる第2共振器端面を形成する工程とを備える。   The method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention includes a step of forming a first resonator end face at an end portion of a nitride-based semiconductor element layer having a light emitting layer while being formed on a main surface. And a (000-1) plane extending at a predetermined angle with respect to the main surface in a region facing the end face of the first resonator, or a {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane (here A ≧ 0 and B ≧ 0, and at least one of A and B is an integer that is not 0), and a main surface at the end opposite to the first resonator end surface, Forming a second resonator end face extending in a direction substantially perpendicular to the surface.

この発明の第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、発光層を有する窒化物系半導体素子層の端部に第1共振器端面を形成する工程と、第1共振器端面と対向する領域に主表面に対して所定の角度傾斜して延びる(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面からなる反射面を形成する工程とを備えることによって、たとえはイオンビームエッチングなどにより微細な凹凸形状を有するような反射面(傾斜端面)を形成する場合と異なり、上記の面方位を有する反射面(ファセット)には良好な平坦性が得られる。これにより、たとえば第1共振器端面から出射されたレーザ光を、反射面で散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて外部に出射させることができるので、発光効率の低下が抑制された半導体レーザ素子を形成することができる。また、窒化物系半導体素子層の結晶成長時に同時に第1共振器端面に対して傾斜する反射面を形成するので、基板上に平坦な半導体素子層を成長した後に、たとえばイオンビームエッチングなどにより共振器端面(たとえば光出射面側)に対して所定の角度傾斜した反射面(傾斜端面)を形成する場合と異なり、半導体レーザ素子の製造プロセスが複雑になるのを抑制することもできる。   In the method for manufacturing a nitride based semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention, as described above, the step of forming the first resonator end face at the end of the nitride based semiconductor device layer having the light emitting layer, (1) A reflective surface composed of a (000-1) plane extending at a predetermined angle with respect to the main surface or a {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane is formed in a region facing the resonator end face. Unlike the case of forming a reflective surface (inclined end surface) having a fine uneven shape by ion beam etching or the like, it is favorable for the reflective surface (facet) having the above surface orientation. Flatness is obtained. As a result, for example, the laser light emitted from the end face of the first resonator can be emitted to the outside by uniformly changing the emission direction without causing scattering on the reflection surface, so that a decrease in light emission efficiency is suppressed. A semiconductor laser element can be formed. In addition, since a reflective surface that is inclined with respect to the end face of the first resonator is formed simultaneously with the crystal growth of the nitride-based semiconductor element layer, after the flat semiconductor element layer is grown on the substrate, resonance occurs, for example, by ion beam etching. Unlike the case of forming a reflecting surface (tilted end surface) inclined at a predetermined angle with respect to the end surface of the vessel (for example, the light emitting surface side), it is also possible to suppress the semiconductor laser element manufacturing process from becoming complicated.

上記第2の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、第1共振器端面を形成する工程および第2共振器端面を形成する工程は、窒化物系半導体素子層の結晶成長により、少なくとも第1共振器端面または第2共振器端面のいずれか一方を形成する工程と、エッチングにより、少なくとも第1共振器端面または第2共振器端面のいずれか他方を形成する工程を含む。このように構成すれば、結晶成長による窒化物系半導体素子層の端面形成と、エッチングによる端面形成とを行うことができるので、GaN基板などの劈開性の乏しい基板上に形成された窒化物系半導体素子層の発光層を含む領域の端部に、容易に共振器端面(第1共振器端面または第2共振器端面)を形成することができる。また、結晶成長およびエッチングの条件を制御することにより、容易に、主表面に対して略垂直な方向に延びる共振器端面(第1共振器端面または第2共振器端面)を形成することができる。   In the method for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device according to the second aspect, preferably, the step of forming the first resonator end surface and the step of forming the second resonator end surface include crystal growth of a nitride-based semiconductor element layer. Thus, at least one of the first resonator end surface and the second resonator end surface is formed, and at least one of the first resonator end surface and the second resonator end surface is formed by etching. With this configuration, it is possible to perform the end face formation of the nitride semiconductor element layer by crystal growth and the end face formation by etching, so that the nitride system formed on a substrate with poor cleavage, such as a GaN substrate. A resonator end face (first resonator end face or second resonator end face) can be easily formed at the end of the region including the light emitting layer of the semiconductor element layer. Further, by controlling the crystal growth and etching conditions, it is possible to easily form a resonator end face (first resonator end face or second resonator end face) extending in a direction substantially perpendicular to the main surface. .

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明による半導体レーザ素子の概略的な構成を説明するための断面図である。図1を参照して、本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本発明による半導体レーザ素子の概略的な構成について、半導体レーザ素子10を例として説明する。   FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a schematic configuration of a semiconductor laser device according to the present invention. Referring to FIG. 1, before describing a specific embodiment of the present invention, a schematic configuration of a semiconductor laser element according to the present invention will be described by taking a semiconductor laser element 10 as an example.

半導体レーザ素子10は、図1に示すように、第1半導体1上に、活性層2が形成されている。活性層2上には、第2半導体3が形成されている。また、第1半導体1の下面上には、第1電極4が形成されているとともに、第2半導体3上には、第2電極5が形成されている。なお、第1半導体1は、本発明の「基板」および「窒化物系半導体素子層」の一例であり、活性層2は、本発明の「発光層」および「窒化物系半導体素子層」の一例である。また、第2半導体3は、本発明の「窒化物系半導体素子層」の一例である。   As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device 10 has an active layer 2 formed on a first semiconductor 1. A second semiconductor 3 is formed on the active layer 2. A first electrode 4 is formed on the lower surface of the first semiconductor 1, and a second electrode 5 is formed on the second semiconductor 3. The first semiconductor 1 is an example of the “substrate” and “nitride-based semiconductor element layer” of the present invention, and the active layer 2 is the “light emitting layer” and “nitride-based semiconductor element layer” of the present invention. It is an example. The second semiconductor 3 is an example of the “nitride-based semiconductor element layer” in the present invention.

ここで、一般的に、第1半導体1および第2半導体3の間に、第1半導体1および第2半導体3のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する活性層2を形成して二重ヘテロ構造を形成することによって、活性層2にキャリアを閉じ込めやすくすることができるとともに、半導体レーザ素子10(活性層2)の発光効率を向上させることが可能である。また、活性層2を単一量子井戸(SQW)構造や多重量子井戸(MQW)構造とすることにより、さらに発光効率を向上させることが可能である。この量子井戸構造の場合、井戸層の厚みが小さいので、井戸層が歪みを有する場合においても、井戸層の結晶性が悪化するのを抑制することができる。なお、井戸層は、活性層2の主表面2aの面内方向に圧縮歪みを有する場合であっても、面内方向に引っ張り歪みを有する場合であっても、結晶性が悪化するのが抑制される。また、活性層2は、アンドープでもよく、ドーピングされていてもよい。   Here, generally, an active layer 2 having a band gap smaller than the band gap of the first semiconductor 1 and the second semiconductor 3 is formed between the first semiconductor 1 and the second semiconductor 3 to form a double heterostructure. By forming, it is possible to easily confine carriers in the active layer 2 and to improve the light emission efficiency of the semiconductor laser device 10 (active layer 2). Further, by making the active layer 2 have a single quantum well (SQW) structure or a multiple quantum well (MQW) structure, it is possible to further improve the light emission efficiency. In the case of this quantum well structure, since the thickness of the well layer is small, it is possible to suppress deterioration of the crystallinity of the well layer even when the well layer has strain. In addition, even if the well layer has a compressive strain in the in-plane direction of the main surface 2a of the active layer 2 or has a tensile strain in the in-plane direction, the deterioration of crystallinity is suppressed. Is done. The active layer 2 may be undoped or doped.

また、本発明において、第1半導体1は、基板または半導体層により構成されていてもよいし、基板と半導体層との両方により構成されていてもよい。また、第1半導体1が基板と半導体層との両方により構成される場合、基板は、第1半導体1の第2半導体3が形成される側とは反対側(第1半導体1の下面側)に形成される。また、基板は、成長用基板であってもよいし、半導体層を成長させた後に半導体層の成長面(主表面)に半導体層を支持するための支持基板として用いてもよい。   In the present invention, the first semiconductor 1 may be composed of a substrate or a semiconductor layer, or may be composed of both a substrate and a semiconductor layer. Moreover, when the 1st semiconductor 1 is comprised by both a board | substrate and a semiconductor layer, a board | substrate is the opposite side to the side in which the 2nd semiconductor 3 of the 1st semiconductor 1 is formed (lower surface side of the 1st semiconductor 1). Formed. The substrate may be a growth substrate or may be used as a support substrate for supporting the semiconductor layer on the growth surface (main surface) of the semiconductor layer after the semiconductor layer is grown.

また、基板は、GaN基板やα−SiC基板を用いることができる。GaN基板およびα−SiC基板上には、基板と同じ主表面を有する窒化物系半導体素子層が形成される。たとえば、α−SiC基板のa面およびm面上には、それぞれ、a面およびm面を主表面とする窒化物系半導体素子層が形成される。また、a面を主表面とする窒化物系半導体が形成されたr面サファイア基板を基板として用いてもよい。また、a面およびm面を主表面とする窒化物系半導体素子層が形成されたLiAlO基板またはLiGaO基板を基板として用いることができる。 As the substrate, a GaN substrate or an α-SiC substrate can be used. A nitride-based semiconductor element layer having the same main surface as the substrate is formed on the GaN substrate and the α-SiC substrate. For example, nitride-based semiconductor element layers having a-plane and m-plane as main surfaces are formed on the a-plane and m-plane of the α-SiC substrate, respectively. Alternatively, an r-plane sapphire substrate on which a nitride semiconductor having an a-plane as a main surface is formed may be used as the substrate. In addition, a LiAlO 2 substrate or a LiGaO 2 substrate on which a nitride-based semiconductor element layer having main surfaces of the a-plane and m-plane can be used.

また、pn接合型の半導体レーザ素子10では、第1半導体1と第2半導体3とは互いに異なる導電性を有する。第1半導体1がp型であり第2半導体3がn型であってもよいし、第1半導体1がn型であり第2半導体3がp型であってもよい。   In the pn junction type semiconductor laser device 10, the first semiconductor 1 and the second semiconductor 3 have different conductivity. The first semiconductor 1 may be p-type and the second semiconductor 3 may be n-type, or the first semiconductor 1 may be n-type and the second semiconductor 3 may be p-type.

また、第1半導体1および第2半導体3は、活性層2よりもバンドギャップの大きいクラッド層(図示せず)などを含んでいてもよい。また、第1半導体1および第2半導体3は、それぞれ、活性層2側から近い順に、クラッド層とコンタクト層(図示せず)とを含んでいてもよい。この場合、コンタクト層は、クラッド層よりもバンドギャップが小さいことが好ましい。   The first semiconductor 1 and the second semiconductor 3 may include a cladding layer (not shown) having a band gap larger than that of the active layer 2. The first semiconductor 1 and the second semiconductor 3 may each include a clad layer and a contact layer (not shown) in order from the active layer 2 side. In this case, the contact layer preferably has a smaller band gap than the cladding layer.

また、量子井戸の活性層2としては、井戸層としてGaInN、障壁層として井戸層よりもバンドギャップの大きいAlGaN、GaNおよびGaInNを用いることができる。また、クラッド層およびコンタクト層としては、GaNおよびAlGaNを用いることができる。   As the quantum well active layer 2, GaInN can be used as the well layer, and AlGaN, GaN, and GaInN having a larger band gap than the well layer can be used as the barrier layer. Moreover, GaN and AlGaN can be used for the cladding layer and the contact layer.

図2は、窒化物系半導体の結晶方位と、本発明における製造プロセスを用いて半導体レーザ素子を形成する場合の基板の主表面の法線方向の範囲を示した図である。次に、図2を参照して、本発明の窒化物系半導体素子層の形成方法を用いて半導体レーザ素子を形成する場合の基板の面方位について説明する。   FIG. 2 is a diagram showing the crystal orientation of the nitride-based semiconductor and the range in the normal direction of the main surface of the substrate when the semiconductor laser device is formed using the manufacturing process according to the present invention. Next, with reference to FIG. 2, the plane orientation of the substrate when the semiconductor laser element is formed using the method for forming a nitride-based semiconductor element layer of the present invention will be described.

図2に示すように、基板6の主表面6aの法線方向は、それぞれ、[11−20]方向と略[10−10]方向とを結ぶ線300([C+D、C、−2C−D、0]方向(C≧0およびD≧0であり、かつ、CおよびDの少なくともいずれか一方が0ではない整数))、および、[11−20]方向と略[11−2−5]方向とを結ぶ線400([1、1、−2、−E]方向(0≦E≦5))、および、[10−10]方向と略[10−1−4]方向とを結ぶ線500([1、−1、0、−F]方向(0≦F≦4))、および、略[11−2−5]方向と略[10−1−4]方向とを結ぶ線600([G+H、G、−2G−H、−5G−4H]方向(G≧0およびH≧0であり、かつ、GおよびHの少なくともいずれか一方が0ではない整数))によって囲まれる範囲(斜線でハッチングされた領域)にある。   As shown in FIG. 2, the normal direction of the main surface 6a of the substrate 6 is a line 300 ([C + D, C, -2C-D] connecting the [11-20] direction and the [10-10] direction, respectively. , 0] direction (C ≧ 0 and D ≧ 0, and at least one of C and D is not 0)), and [11-20] direction and substantially [11-2-5] Line 400 ([1, 1, −2, −E] direction (0 ≦ E ≦ 5)) and a line connecting the [10-10] direction and the substantially [10-1-4] direction. 500 ([1, −1, 0, −F] direction (0 ≦ F ≦ 4)) and a line 600 (approximately connecting the [11-2-5] direction and the [10-1-4] direction) [G + H, G, -2G-H, -5G-4H] direction (G ≧ 0 and H ≧ 0, and an integer in which at least one of G and H is not 0) In the range (hatched region by hatching) enclosed by).

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図3は、本発明の第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。図4および図5は、図3に示した表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。まず、図3〜図5を参照して、第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30の構造について説明する。
(First embodiment)
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the surface-emitting nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. 4 and 5 are cross-sectional views for explaining the structure of the surface emitting nitride-based semiconductor laser device shown in FIG. First, the structure of the surface emitting nitride semiconductor laser element 30 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

この第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30では、図3および図4に示すように、約100μmの厚みを有するn型GaN基板11上に形成され、約3μm〜約4μmの厚みを有するAlGaNからなる下地層40上に、約3.1μmの厚みを有する半導体レーザ素子層12が形成されている。なお、n型GaN基板11および半導体レーザ素子層12は、それぞれ、本発明の「基板」および「窒化物系半導体素子層」の一例である。また、半導体レーザ素子層12は、図4に示すように、レーザ素子端部間(A方向)の長さL1が約1560μmを有するように形成されている。   In the surface emitting nitride-based semiconductor laser device 30 according to the first embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the surface-emitting nitride semiconductor laser device 30 is formed on an n-type GaN substrate 11 having a thickness of about 100 μm and has a thickness of about 3 μm to about 4 μm. A semiconductor laser element layer 12 having a thickness of about 3.1 μm is formed on a base layer 40 made of AlGaN having a thickness. The n-type GaN substrate 11 and the semiconductor laser element layer 12 are examples of the “substrate” and the “nitride-based semiconductor element layer” in the present invention, respectively. Further, as shown in FIG. 4, the semiconductor laser element layer 12 is formed so that the length L1 between the laser element end portions (direction A) is about 1560 μm.

ここで、第1実施形態では、図4に示すように、半導体レーザ素子層12は、n型GaN基板11の(1−10−4)面からなる主表面上に、下地層40を介して形成されている。また、半導体レーザ素子層12には、[1−101]方向である共振器方向(A方向)に、n型GaN基板11の主表面に対して略垂直な光出射面30aおよび光反射面30bがそれぞれ形成されている。なお、光出射面30aおよび光反射面30bは、それぞれ、本発明の「第1共振器端面」および「第2共振器端面」の一例である。なお、本発明において、光出射面30aおよび光反射面30bは、光出射側および光反射側のそれぞれの共振器端面から出射されるレーザ光強度の大小関係により区別される。すなわち、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が光出射面30aであり、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が光反射面30bである。   Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 4, the semiconductor laser element layer 12 is formed on the main surface composed of the (1-10-4) plane of the n-type GaN substrate 11 with the base layer 40 interposed therebetween. Is formed. Further, the semiconductor laser element layer 12 includes a light emitting surface 30a and a light reflecting surface 30b that are substantially perpendicular to the main surface of the n-type GaN substrate 11 in the cavity direction (A direction) that is the [1-101] direction. Are formed respectively. The light emitting surface 30a and the light reflecting surface 30b are examples of the “first resonator end surface” and the “second resonator end surface” in the present invention, respectively. In the present invention, the light emitting surface 30a and the light reflecting surface 30b are distinguished by the magnitude relationship between the intensity of the laser light emitted from the respective resonator end surfaces on the light emitting side and the light reflecting side. That is, the side with a relatively high laser beam emission intensity is the light emission surface 30a, and the side with a relatively low laser beam emission intensity is the light reflection surface 30b.

また、第1実施形態では、下地層40には、下地層40の結晶成長時に形成されるともに、n型GaN基板11の[11−20]方向にストライプ状に延びるクラック41が形成されている。そして、図4に示すように、半導体レーザ素子層12の光出射面30aは、後述する半導体レーザ素子層12の形成時に、下地層40のクラック41の内側面41aを引き継ぐように結晶成長した(1−101)面からなる端面により構成されている。また、半導体レーザ素子層12の光反射面30bは、[−110−1]方向(図4のA1方向)に垂直な端面である(−110−1)面により形成されている。なお、クラック41は、本発明の「凹部」の一例であり、内側面41aは、本発明の「凹部の内側面」の一例である。   In the first embodiment, the base layer 40 is formed with cracks 41 that are formed during crystal growth of the base layer 40 and extend in a stripe shape in the [11-20] direction of the n-type GaN substrate 11. . As shown in FIG. 4, the light emitting surface 30a of the semiconductor laser element layer 12 is crystal-grown so as to take over the inner side surface 41a of the crack 41 of the underlayer 40 when the semiconductor laser element layer 12 described later is formed ( 1-101) plane. The light reflecting surface 30b of the semiconductor laser element layer 12 is formed by a (−110-1) plane that is an end surface perpendicular to the [−110-1] direction (A1 direction in FIG. 4). The crack 41 is an example of the “recessed portion” in the present invention, and the inner side surface 41a is an example of the “inner side surface of the recessed portion” in the present invention.

なお、第1実施形態では、AlGaNからなる下地層40を結晶成長させる際に、n型GaN基板11と下地層40との格子定数差を利用することにより凹部としてのクラック41を下地層40に形成しているが、下地層40を結晶成長させた後に、下地層40の表面側から機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなどにより、凹部(溝形状の窪み)を形成してもよい。また、上記手法を用いて凹部を形成する場合には、下地層40を基板(下地基板)であるn型GaN基板11と同様の格子定数を有するGaNとしてもよい。さらには、後述するように、機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなどにより、n型GaN基板11上の表面側に直接的に凹部(第7実施形態の溝部150)を形成してもよい。   In the first embodiment, when the base layer 40 made of AlGaN is crystal-grown, a crack 41 as a recess is formed in the base layer 40 by utilizing the lattice constant difference between the n-type GaN substrate 11 and the base layer 40. However, after the underlayer 40 is crystal-grown, a recess (groove-shaped depression) may be formed from the surface side of the underlayer 40 by mechanical scribe, laser scribe, dicing, etching, or the like. Moreover, when forming a recessed part using the said method, it is good also considering the base layer 40 as GaN which has the lattice constant similar to the n-type GaN board | substrate 11 which is a board | substrate (base substrate). Furthermore, as will be described later, a recess (groove 150 in the seventh embodiment) may be formed directly on the surface side of the n-type GaN substrate 11 by mechanical scribe, laser scribe, dicing, etching, or the like. .

また、第1実施形態では、図4に示すように、半導体レーザ素子層12には、[1−101]方向(A2方向)の光出射面30aと対向する領域に、光出射面30aに対して角度θ(=約65°)傾斜した方向に延びる反射面30cが形成されている。また、反射面30cは、後述する半導体レーザ素子層12の形成時に、下地層40のクラック41の内側面41bの上端部を起点として結晶成長した(000−1)面からなるファセット(成長面)により形成されている。これにより、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30では、図4に示すように、後述する発光層15の光出射面30aからA2方向に出射されたレーザ光を、反射面30cにより光出射面30aに対して角度θ(=約40°)傾斜した方向に出射方向を変化させて外部に出射させることが可能に構成されている。なお、内側面41bは、本発明の「凹部の内側面」の一例である。また、図4に示すように、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30のA2方向の端部には、半導体レーザ素子層12の(1−101)面からなる端面30dが形成されている。 In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the semiconductor laser element layer 12 has a region facing the light emitting surface 30a in the [1-101] direction (A2 direction) with respect to the light emitting surface 30a. Thus, a reflecting surface 30c extending in a direction inclined by an angle θ 1 (= about 65 °) is formed. Further, the reflective surface 30c is a facet (growth surface) composed of a (000-1) surface that is crystal-grown starting from the upper end portion of the inner side surface 41b of the crack 41 of the underlayer 40 when the semiconductor laser element layer 12 described later is formed. It is formed by. Thereby, in the surface emitting nitride semiconductor laser element 30, as shown in FIG. 4, the laser light emitted in the A2 direction from the light emitting surface 30a of the light emitting layer 15 described later is reflected on the light emitting surface by the reflecting surface 30c. It is configured to be able to emit to the outside by changing the emitting direction in a direction inclined by an angle θ 2 (= about 40 °) with respect to 30a. The inner side surface 41b is an example of the “inner side surface of the recess” in the present invention. As shown in FIG. 4, an end face 30 d made of the (1-101) plane of the semiconductor laser element layer 12 is formed at the end in the A2 direction of the surface emitting nitride semiconductor laser element 30.

また、半導体レーザ素子層12は、図3および図4に示すように、バッファ層13と、n型クラッド層14と、発光層15と、p型クラッド層16およびp型コンタクト層17とを含んでいる。具体的には、図4に示すように、n型GaN基板11上に形成された下地層40の上面上に、約1.0μmの厚みを有するアンドープAl0.01Ga0.99Nからなるバッファ層13と、約1.9μmの厚みを有するGeドープのAl0.07Ga0.93Nからなるn型クラッド層14とが形成されている。 Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the semiconductor laser element layer 12 includes a buffer layer 13, an n-type cladding layer 14, a light emitting layer 15, a p-type cladding layer 16 and a p-type contact layer 17. It is out. Specifically, as shown in FIG. 4, the upper layer of the underlayer 40 formed on the n-type GaN substrate 11 is made of undoped Al 0.01 Ga 0.99 N having a thickness of about 1.0 μm. A buffer layer 13 and an n-type cladding layer 14 made of Ge-doped Al 0.07 Ga 0.93 N having a thickness of about 1.9 μm are formed.

また、n型クラッド層14上には、発光層15が形成されている。この発光層15は、図5に示すように、n型クラッド層14(図4参照)に近い側から順に、約20nmの厚みを有するAl0.2Ga0.8Nからなるn側キャリアブロック層15aと、約20nmの厚みを有するアンドープIn0.02Ga0.98Nからなるn側光ガイド層15bと、MQW活性層15eと、約0.8μmの厚みを有するアンドープIn0.01Ga0.99Nからなるp側光ガイド層15fと、約20nmの厚みを有するAl0.25Ga0.75Nからなるキャリアブロック層15gとから構成されている。また、MQW活性層15eは、約2.5nmの厚みを有するアンドープIn0.15Ga0.85Nからなる3層の量子井戸層15cと約20nmの厚みを有するアンドープIn0.02Ga0.98Nからなる3層の量子障壁層15dとが交互に積層されている。また、n型クラッド層14は、MQW活性層15eよりもバンドギャップが大きい。また、n側キャリアブロック層15aとMQW活性層15eとの間に、n側キャリアブロック層15aとMQW活性層15eとの中間のバンドギャップを有する光ガイド層などを形成してもよい。また、MQW活性層15eは、単層またはSQW構造で形成してもよい。 A light emitting layer 15 is formed on the n-type cladding layer 14. As shown in FIG. 5, the light emitting layer 15 includes an n-side carrier block made of Al 0.2 Ga 0.8 N having a thickness of about 20 nm in order from the side close to the n-type cladding layer 14 (see FIG. 4). A layer 15a, an n-side light guide layer 15b made of undoped In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of about 20 nm, an MQW active layer 15e, and an undoped In 0.01 Ga having a thickness of about 0.8 μm. The p-side light guide layer 15 f made of 0.99 N and the carrier block layer 15 g made of Al 0.25 Ga 0.75 N having a thickness of about 20 nm are formed. The MQW active layer 15e includes three quantum well layers 15c made of undoped In 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of about 2.5 nm and undoped In 0.02 Ga 0. Three quantum barrier layers 15d made of 98 N are alternately stacked. The n-type cladding layer 14 has a larger band gap than the MQW active layer 15e. Further, an optical guide layer having a band gap intermediate between the n-side carrier block layer 15a and the MQW active layer 15e may be formed between the n-side carrier block layer 15a and the MQW active layer 15e. The MQW active layer 15e may be formed with a single layer or an SQW structure.

また、図3および図4に示すように、発光層15上には、平坦部と、平坦部の略中央部から上方(C2方向)に突出するように形成され約1μmの厚みを有する凸部とを有するMgドープのAl0.07Ga0.93Nからなるp型クラッド層16が形成されている。また、p型クラッド層16は、MQW活性層15eよりもバンドギャップが大きい。また、p型クラッド層16の凸部上には、約3nmの厚みを有するアンドープIn0.07Ga0.93Nからなるp型コンタクト層17が形成されている。また、p型クラッド層16の凸部とp型コンタクト層17とによって、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30の光導波路として共振器方向(図3のA方向)にストライプ状(細長状)に延びるリッジ部31が構成されている。なお、バッファ層13、n型クラッド層14、発光層15、p型クラッド層16およびp型コンタクト層17は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体素子層」の一例である。 As shown in FIGS. 3 and 4, on the light emitting layer 15, a flat portion and a convex portion formed to protrude upward (C2 direction) from a substantially central portion of the flat portion and having a thickness of about 1 μm. A p-type cladding layer 16 made of Mg-doped Al 0.07 Ga 0.93 N is formed. The p-type cladding layer 16 has a larger band gap than the MQW active layer 15e. A p-type contact layer 17 made of undoped In 0.07 Ga 0.93 N having a thickness of about 3 nm is formed on the convex portion of the p-type cladding layer 16. Further, the convex portion of the p-type cladding layer 16 and the p-type contact layer 17 form a stripe shape (elongated) in the resonator direction (direction A in FIG. 3) as an optical waveguide of the surface-emitting nitride semiconductor laser device 30. Is formed. The buffer layer 13, the n-type cladding layer 14, the light emitting layer 15, the p-type cladding layer 16, and the p-type contact layer 17 are examples of the “nitride-based semiconductor element layer” in the present invention.

また、図3に示すように、半導体レーザ素子層12のp型クラッド層16の凸部以外の平坦部の上面上およびリッジ部31の両側面を覆うように、約200nmの厚みを有するSiOからなる電流ブロック層18が形成されている。 As shown in FIG. 3, SiO 2 having a thickness of about 200 nm so as to cover the upper surface of the flat portion other than the convex portion of the p-type cladding layer 16 of the semiconductor laser element layer 12 and both side surfaces of the ridge portion 31. A current blocking layer 18 made of is formed.

また、電流ブロック層18およびp型コンタクト層17の上面上には、p型コンタクト層17の上面に近い方から順に、約5nmの厚みを有するPt層と、約100nmの厚みを有するPd層と、約150nmの厚みを有するAu層とからなるp側電極19が形成されている。   Further, on the upper surfaces of the current blocking layer 18 and the p-type contact layer 17, a Pt layer having a thickness of about 5 nm and a Pd layer having a thickness of about 100 nm are arranged in order from the side closer to the upper surface of the p-type contact layer 17. A p-side electrode 19 made of an Au layer having a thickness of about 150 nm is formed.

また、図3および図4に示すように、n型GaN基板11の裏面上には、n型GaN基板11に近い側から順に、約10nmの厚みを有するAl層と、約20nmの厚みを有するPt層と、約300nmの厚みを有するAu層とからなるn側電極20が形成されている。このn側電極20は、図4に示すように、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30の矢印A方向の両側部まで延びるようにn型GaN基板11の裏面上の全面に形成されている。   Further, as shown in FIGS. 3 and 4, on the back surface of the n-type GaN substrate 11, an Al layer having a thickness of about 10 nm and a thickness of about 20 nm are sequentially formed from the side closer to the n-type GaN substrate 11. An n-side electrode 20 composed of a Pt layer and an Au layer having a thickness of about 300 nm is formed. As shown in FIG. 4, the n-side electrode 20 is formed on the entire surface of the back surface of the n-type GaN substrate 11 so as to extend to both sides in the direction of arrow A of the surface-emitting nitride semiconductor laser element 30. .

図6〜図10は、それぞれ、図3に示した第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図および平面図である。次に、図3〜図10を参照して、第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30の製造プロセスについて説明する。   6 to 10 are a sectional view and a plan view, respectively, for explaining the manufacturing process of the surface-emitting nitride semiconductor laser device according to the first embodiment shown in FIG. A manufacturing process for the surface-emitting nitride semiconductor laser device 30 according to the first embodiment is now described with reference to FIGS.

まず、図6に示すように、有機金属気相成長(MOCVD)法を用いて、n型GaN基板11上に、約3μm〜約4μmの厚みを有するAlGaNからなる下地層40を成長させる。なお、下地層40が結晶成長する際、n型GaN基板11の格子定数cよりもAlGaNからなる下地層40の格子定数cが小さい(c>c)ので、所定の厚みに達した下地層40は、n型GaN基板11の格子定数cに合わせようとして下地層40の内部に引張応力Rが発生する。この結果、下地層40が局所的にA方向に縮むのに伴って、下地層40には、図6および図7に示すようなクラック41が形成される。ここで、GaNとAlGaNとのc軸の格子定数の差の方が、GaNとAlGaNとのa軸の格子定数の差よりも大きいので、クラック41は、(0001)面とn型GaN基板11の主表面の(1−10−4)面とに平行な[11−20]方向(B方向)に沿ってストライプ状に延びるように形成されやすい。なお、図6では、下地層40に自発的にクラック41が形成される様子を模式的に示している。 First, as shown in FIG. 6, an underlying layer 40 made of AlGaN having a thickness of about 3 μm to about 4 μm is grown on an n-type GaN substrate 11 using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Note that when the underlying layer 40 is crystal-grown, since the lattice constant c 2 of the underlayer 40 made of AlGaN than the lattice constant c 1 of the n-type GaN substrate 11 is small (c 1> c 2), reaches a predetermined thickness The underlying layer 40 generates a tensile stress R inside the underlying layer 40 in an attempt to match the lattice constant c 1 of the n-type GaN substrate 11. As a result, as the underlayer 40 locally shrinks in the A direction, cracks 41 as shown in FIGS. 6 and 7 are formed in the underlayer 40. Here, since the difference in the c-axis lattice constant between GaN and AlGaN is larger than the difference in the a-axis lattice constant between GaN and AlGaN, the crack 41 is formed between the (0001) plane and the n-type GaN substrate 11. It is easy to form so that it may extend in a stripe form along the [11-20] direction (B direction) parallel to the (1-10-4) plane of the main surface of. FIG. 6 schematically shows a state in which the crack 41 is spontaneously formed in the underlayer 40.

また、第1実施形態では、図6に示すように、下地層40にクラック41が形成される際に、クラック41には、下地層40とn型GaN基板11との界面近傍まで達する内側面41aが形成される。この内側面41aは、n型GaN基板11の(1−10−4)面からなる主表面に対して略垂直に形成される。ここで、クラック41は、下地層40の内部に発生する引張応力R(図6参照)を利用して形成されるので、外部的な加工技術(たとえば、機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなど)により凹部を形成する場合と異なり、クラック41を[11−20]方向に容易に一致させることが可能である。この結果、クラック41を極めて平坦に形成することができるので、平坦な端面((1−101)面)を有する半導体レーザ素子層12を容易に成長させることができる。   In the first embodiment, as shown in FIG. 6, when the crack 41 is formed in the underlayer 40, the crack 41 has an inner surface that reaches the vicinity of the interface between the underlayer 40 and the n-type GaN substrate 11. 41a is formed. The inner side surface 41 a is formed substantially perpendicular to the main surface made of the (1-10-4) plane of the n-type GaN substrate 11. Here, since the crack 41 is formed using the tensile stress R (see FIG. 6) generated in the underlayer 40, an external processing technique (for example, mechanical scribe, laser scribe, dicing and etching) is used. Unlike the case where the concave portion is formed, the crack 41 can be easily aligned with the [11-20] direction. As a result, since the crack 41 can be formed extremely flat, the semiconductor laser element layer 12 having a flat end face ((1-101) face) can be easily grown.

また、第1実施形態では、上記のように下地層40の内部にn型GaN基板11の主表面近傍まで達するクラック41が形成されるので、n型GaN基板11と格子定数が異なる下地層40の格子歪を開放することができる。したがって、下地層40の結晶品質が良好になり、下地層40上に形成される半導体レーザ素子層12を高品質な結晶状態とすることができる。この結果、後述する工程で形成されるn型クラッド層14、n側キャリアブロック層15a、キャリアブロック層15g、p型クラッド層16およびp型コンタクト層17などの電気特性が向上されるとともに、これらの層内での光吸収を抑制することが可能となる。さらに、発光層15(n側キャリアブロック層15a、n側光ガイド層15b、MQW活性層15e、p側光ガイド層15fおよびキャリアブロック層15g)の内部損失を低減するとともに、発光層15の発光効率を向上させることが可能である。なお、第1実施形態では、下地層40の内部にn型GaN基板11の主表面近傍まで達するクラック41を形成したが、下地層40の厚み方向(図6のC2方向)に、下地層40の厚みに相当する深さの溝部を形成するようにしてもよい。このように構成しても、下地層40の厚みに相当する深さの溝部によって下地層40の内部歪を開放することができるので、クラック41を形成する場合と同様の効果を得ることができる。   In the first embodiment, since the crack 41 reaching the vicinity of the main surface of the n-type GaN substrate 11 is formed in the underlayer 40 as described above, the underlayer 40 having a lattice constant different from that of the n-type GaN substrate 11 is formed. The lattice distortion of can be released. Therefore, the crystal quality of the underlayer 40 is improved, and the semiconductor laser element layer 12 formed on the underlayer 40 can be in a high-quality crystal state. As a result, the electrical characteristics of the n-type clad layer 14, the n-side carrier block layer 15a, the carrier block layer 15g, the p-type clad layer 16 and the p-type contact layer 17 formed in the steps described later are improved. It is possible to suppress light absorption in the layer. Furthermore, the internal loss of the light emitting layer 15 (n-side carrier block layer 15a, n-side light guide layer 15b, MQW active layer 15e, p-side light guide layer 15f, and carrier block layer 15g) is reduced, and the light emission of the light-emitting layer 15 is reduced. Efficiency can be improved. In the first embodiment, the crack 41 reaching the vicinity of the main surface of the n-type GaN substrate 11 is formed in the base layer 40, but the base layer 40 is formed in the thickness direction of the base layer 40 (C2 direction in FIG. 6). You may make it form the groove part of the depth equivalent to this thickness. Even if comprised in this way, since the internal strain of the foundation layer 40 can be released by the groove portion having a depth corresponding to the thickness of the foundation layer 40, the same effect as the case of forming the crack 41 can be obtained. .

次に、図8に示すように、MOCVD法を用いて、クラック41が形成された下地層40上に、バッファ層13、n型クラッド層14、発光層15(詳細は図5参照)、p型クラッド層16およびp型コンタクト層17を順次成長させて半導体レーザ素子層12を形成する。   Next, as shown in FIG. 8, the buffer layer 13, the n-type cladding layer 14, the light emitting layer 15 (see FIG. 5 for details), p on the base layer 40 on which the crack 41 is formed, using MOCVD. A semiconductor cladding layer 16 and a p-type contact layer 17 are sequentially grown to form a semiconductor laser element layer 12.

上記半導体レーザ素子層12の形成において、具体的には、まず、基板温度を約1000℃の成長温度に保持した状態で、Ga原料であるTMGa(トリメチルガリウム)およびAl原料であるTMAl(トリメチルアルミニウム)を含んだHからなるキャリアガスを反応炉内に供給して、n型GaN基板11上にバッファ層13を成長させる。次に、TMGaおよびTMAlと、n型導電性を得るためのGe不純物の原料であるGeH(モノゲルマン)とを含んだHからなるキャリアガスを反応炉内に供給して、バッファ層13上にn型クラッド層14を成長させる。その後、TMGaおよびTMAlを含んだHガスを反応炉内に供給して、n型クラッド層14上にn側キャリアブロック層15aを成長させる。 Specifically, in the formation of the semiconductor laser element layer 12, first, TMGa (trimethylgallium) as a Ga source and TMAl (trimethylaluminum) as an Al source while the substrate temperature is maintained at a growth temperature of about 1000 ° C. A carrier gas composed of H 2 containing) is supplied into the reaction furnace to grow the buffer layer 13 on the n-type GaN substrate 11. Next, a carrier gas composed of H 2 containing TMGa and TMAl and GeH 4 (monogermane) which is a raw material of Ge impurities for obtaining n-type conductivity is supplied into the reaction furnace, and the buffer layer 13 An n-type cladding layer 14 is grown thereon. Thereafter, an H 2 gas containing TMGa and TMAl is supplied into the reaction furnace to grow the n-side carrier block layer 15 a on the n-type cladding layer 14.

次に、基板温度を約850℃の成長温度に下げて保持した状態で、反応炉内にNHガスを供給した窒素ガス雰囲気中にて、Ga原料であるTEGa(トリエチルガリウム)およびIn原料であるTMIn(トリメチルインジウム)を供給して、n側光ガイド層15b、MQW活性層15eおよびp側光ガイド層15fを成長させる。そして、TMGaおよびTMAlを反応炉内に供給して、キャリアブロック層15gを成長させる。これにより、発光層15(図5参照)が形成される。 Next, with the substrate temperature lowered to a growth temperature of about 850 ° C. and maintained in a nitrogen gas atmosphere in which NH 3 gas is supplied into the reaction furnace, the Ga source TEGa (triethylgallium) and In source A certain TMIn (trimethylindium) is supplied to grow the n-side light guide layer 15b, the MQW active layer 15e, and the p-side light guide layer 15f. Then, TMGa and TMAl are supplied into the reaction furnace to grow the carrier block layer 15g. Thereby, the light emitting layer 15 (refer FIG. 5) is formed.

次に、基板温度を約1000℃の成長温度に上昇させて保持した状態で、反応炉内にNHガスを供給した水素ガスおよび窒素ガス雰囲気中にて、p型不純物であるMgの原料であるMg(C(シクロペンタンジエニルマグネシウム)、Ga原料であるTMGaおよびAl原料であるTMAlを供給して、発光層15上にp型クラッド層16を成長させる。その後、再び基板温度を約850℃の成長温度に下げて保持した状態で、反応炉内にNHガスを供給した窒素ガス雰囲気中にて、Ga原料であるTEGaおよびIn原料であるTMInを供給して、p型コンタクト層17を成長させる。このようにして、下地層40上に半導体レーザ素子層12が形成される。 Next, with the substrate temperature raised to a growth temperature of about 1000 ° C. and maintained in a hydrogen gas and nitrogen gas atmosphere in which NH 3 gas is supplied into the reaction furnace, the source material of Mg, which is a p-type impurity, is used. A certain Mg (C 5 H 5 ) 2 (cyclopentanedienylmagnesium), TMGa as a Ga raw material, and TMAl as an Al raw material are supplied to grow a p-type cladding layer 16 on the light emitting layer 15. Thereafter, TEGa as the Ga source and TMIn as the In source are supplied in a nitrogen gas atmosphere in which NH 3 gas is supplied into the reactor while the substrate temperature is again lowered to the growth temperature of about 850 ° C. Then, the p-type contact layer 17 is grown. In this way, the semiconductor laser element layer 12 is formed on the base layer 40.

ここで、第1実施形態では、図9に示すように、下地層40上に半導体レーザ素子層12を成長させた場合、B方向(図7参照)にストライプ状に延びるクラック41の内側面41aの上端部を起点として、クラック41の内側面41aを引き継ぐように[1−10−4]方向(C2方向)に延びる端面((1−101)面)を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体レーザ素子層12には、(1−101)面からなる光出射面30aが形成される。また、同時に、半導体レーザ素子層12は、クラック41の内側面41bの上端部を起点として、n型GaN基板11の主表面に対して角度θ(=約65°)傾斜した方向に延びる(000−1)面からなるファセット(成長面)が形成される。これにより、半導体レーザ素子層12には、(000−1)面からなるとともに半導体レーザ素子層12の上面(主表面)に対して鈍角をなす反射面30cが形成される。なお、半導体レーザ素子層12が結晶成長する過程で、上記(1−101)面および(000−1)面が形成される部分の成長速度よりも、半導体レーザ素子層12の表面(上面)が矢印C2方向(図8参照)へ成長する成長速度が速いので、半導体レーザ素子層12の主表面(上面)の平坦性についても向上させることができる。 Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 9, when the semiconductor laser element layer 12 is grown on the underlayer 40, the inner side surface 41a of the crack 41 extending in a stripe shape in the B direction (see FIG. 7). The crystal grows while forming an end surface ((1-101) plane) extending in the [1-10-4] direction (C2 direction) so as to take over the inner side surface 41a of the crack 41, starting from the upper end portion of. As a result, a light emitting surface 30 a composed of a (1-101) plane is formed in the semiconductor laser element layer 12. At the same time, the semiconductor laser element layer 12 extends in a direction inclined at an angle θ 1 (= about 65 °) with respect to the main surface of the n-type GaN substrate 11 starting from the upper end portion of the inner side surface 41b of the crack 41 ( A facet (growth surface) composed of the (000-1) plane is formed. As a result, the semiconductor laser element layer 12 is formed with a reflective surface 30c that is formed of the (000-1) plane and forms an obtuse angle with respect to the upper surface (main surface) of the semiconductor laser element layer 12. In the process of crystal growth of the semiconductor laser element layer 12, the surface (upper surface) of the semiconductor laser element layer 12 is higher than the growth rate of the portion where the (1-101) plane and the (000-1) plane are formed. Since the growth rate of growth in the direction of the arrow C2 (see FIG. 8) is fast, the flatness of the main surface (upper surface) of the semiconductor laser element layer 12 can also be improved.

そして、窒素ガス雰囲気中で、約800℃の温度条件下でp型化アニール処理を行う。   Then, p-type annealing is performed in a nitrogen gas atmosphere under a temperature condition of about 800 ° C.

次に、図3に示すように、p型コンタクト層17の上面上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、そのレジストパターンをマスクとしてドライエッチングなどを行うことにより、リッジ部31を形成する。その後、p型クラッド層16の凸部以外の平坦部の上面上およびリッジ部31の両側面を覆うように、電流ブロック層18を形成する。また、図3および図10に示すように、真空蒸着法を用いて、電流ブロック層18上および電流ブロック層18が形成されていないp型コンタクト層17上に、p側電極19を形成する。なお、図10では、p型コンタクト層17が形成された位置(リッジ部31近傍)における半導体レーザ素子の共振器方向(A方向)に沿った断面構造を示している。   Next, as shown in FIG. 3, after forming a resist pattern on the upper surface of the p-type contact layer 17 by photolithography, dry etching or the like is performed using the resist pattern as a mask to form the ridge portion 31. . Thereafter, the current blocking layer 18 is formed so as to cover the upper surface of the flat portion other than the convex portion of the p-type cladding layer 16 and both side surfaces of the ridge portion 31. Also, as shown in FIGS. 3 and 10, a p-side electrode 19 is formed on the current blocking layer 18 and the p-type contact layer 17 where the current blocking layer 18 is not formed by using a vacuum deposition method. FIG. 10 shows a cross-sectional structure along the resonator direction (A direction) of the semiconductor laser element at the position where the p-type contact layer 17 is formed (near the ridge portion 31).

この後、図10に示すように、n型GaN基板11の厚みが約100μmになるように、n型GaN基板11の裏面を研磨した後、真空蒸着法を用いて、n型GaN基板11の裏面上に、n型GaN基板11に接触するようにn側電極20を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 10, the back surface of the n-type GaN substrate 11 is polished so that the thickness of the n-type GaN substrate 11 is about 100 μm, and then the n-type GaN substrate 11 is formed by vacuum evaporation. An n-side electrode 20 is formed on the back surface so as to be in contact with the n-type GaN substrate 11.

また、第1実施形態では、図10に示すように、所定の共振器端面を形成したい位置を、半導体レーザ素子層12の表面側(上面側)からn型GaN基板11まで達する方向(矢印C1方向)にドライエッチングを行うことにより、半導体レーザ素子層12の一方の側面が平坦な略(−110−1)面を有する溝部42を形成する。これにより、溝部42の一方の側面である略(−110−1)面が、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30における一対の共振器端面のうちの光反射面30bとして容易に形成される。また、溝部42の他方の側面である略(1−101)面が、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30の端面30dとして形成される。なお、溝部42は、平面的に見て、クラック41の延びる方向と略平行な[11−20]方向(B方向)に伸びるように形成される。   In the first embodiment, as shown in FIG. 10, the position where a predetermined resonator end face is to be formed is a direction (arrow C <b> 1) from the surface side (upper surface side) of the semiconductor laser element layer 12 to the n-type GaN substrate 11. By performing dry etching in the direction), the groove part 42 having a substantially (−110-1) plane on one side surface of the semiconductor laser element layer 12 is formed. As a result, the substantially (−110-1) surface, which is one side surface of the groove 42, is easily formed as the light reflecting surface 30 b of the pair of resonator end surfaces in the surface emitting nitride semiconductor laser element 30. . Further, the substantially (1-101) plane that is the other side surface of the groove 42 is formed as the end face 30 d of the surface emitting nitride semiconductor laser element 30. In addition, the groove part 42 is formed so as to extend in the [11-20] direction (B direction) substantially parallel to the direction in which the crack 41 extends in a plan view.

そして、図10に示すように、溝部42に、レーザスクライブまたは機械式スクライブにより、n型GaN基板11の溝部42と平行に直線状のスクライブ溝43を形成する。この状態で、図10に示すように、ウェハの表面側(上側)が開くようにn型GaN基板11の裏面側を支点として荷重を印加することにより、ウェハを、スクライブ溝43の位置で分離する。なお、n型GaN基板11の溝部42は、図4に示すように、素子分割後、光反射面30bおよび端面30dの下部に形成された段差部11aとなる。   Then, as shown in FIG. 10, linear scribe grooves 43 are formed in the groove portions 42 in parallel with the groove portions 42 of the n-type GaN substrate 11 by laser scribe or mechanical scribe. In this state, as shown in FIG. 10, by applying a load with the back surface side of the n-type GaN substrate 11 as a fulcrum so that the front surface side (upper side) of the wafer opens, the wafer is separated at the position of the scribe groove 43. To do. In addition, as shown in FIG. 4, the groove part 42 of the n-type GaN substrate 11 becomes a step part 11a formed under the light reflecting surface 30b and the end face 30d after the element division.

この後、共振器方向(A方向)に沿って素子を分割してチップ化することによって、図3および図4に示した第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30が形成される。   Thereafter, the element is divided into chips along the resonator direction (A direction), whereby the surface emitting nitride semiconductor laser element 30 according to the first embodiment shown in FIGS. 3 and 4 is formed. The

第1実施形態では、上記のように、半導体レーザ素子層12の端部に形成される光出射面30aと対向する領域に形成され、n型GaN基板11の主表面((1−10−4)面)に対して角度θ(=約65°)傾斜して延びる(000−1)面からなる反射面30cを備えることによって、(000−1)面からなる反射面30cは平坦性を有するので、光出射面30aから出射されたレーザ光を、反射面30cで散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて外部(表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30の上方)に出射させることができる。この結果、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子30の発光効率が低下するのを抑制することができる。 In the first embodiment, as described above, the main surface of the n-type GaN substrate 11 ((1-10-4) is formed in the region facing the light emitting surface 30a formed at the end of the semiconductor laser element layer 12. ) Surface), the reflective surface 30c composed of the (000-1) surface extending at an angle θ 1 (= about 65 °) is inclined, so that the reflective surface 30c composed of the (000-1) surface has flatness. Therefore, the laser light emitted from the light emitting surface 30a is emitted to the outside (above the surface-emitting nitride semiconductor laser element 30) while changing the emitting direction uniformly without causing scattering at the reflecting surface 30c. Can be made. As a result, it is possible to suppress a decrease in the light emission efficiency of the surface emitting nitride semiconductor laser element 30.

また、第1実施形態では、半導体レーザ素子層12の結晶成長時に同時に光出射面30aに対して傾斜する反射面30cを形成するので、n型GaN基板11上に平坦な半導体素子層を成長した後に、たとえばイオンビームエッチングなどにより光出射面30aに対して角度θ(=約65°)だけ傾斜した反射面を形成する場合と異なり、半導体レーザ素子の製造プロセスが複雑になるのを抑制することができる。 In the first embodiment, the reflective surface 30c that is inclined with respect to the light emitting surface 30a is formed simultaneously with the crystal growth of the semiconductor laser device layer 12, so that a flat semiconductor device layer is grown on the n-type GaN substrate 11. Unlike the case where a reflective surface inclined by an angle θ 1 (= about 65 °) with respect to the light emitting surface 30a is formed by ion beam etching or the like later, the manufacturing process of the semiconductor laser element is prevented from becoming complicated. be able to.

また、第1実施形態では、n型GaN基板11がn型GaN基板11の主表面に形成されたクラック41を有するとともに、半導体レーザ素子層12の反射面30cを、n型GaN基板11のクラック41の内側面41bを起点として形成される半導体レーザ素子層12の結晶成長面からなるように構成することによって、半導体レーザ素子層12がn型GaN基板11上に結晶成長する際に、成長層の上面(半導体レーザ素子層12の主表面)が成長する成長速度よりも、クラック41の内側面41bを起点とした結晶成長面からなる反射面30cが形成される成長速度が遅いので、成長層の上面(主表面)が平坦性を保ちながら成長する。これにより、予めn型GaN基板11にクラック41を形成しない場合の半導体レーザ素子層12の成長層表面と比較して、発光層を有する半導体層の表面の平坦性をより一層向上させることができる。   Further, in the first embodiment, the n-type GaN substrate 11 has the crack 41 formed on the main surface of the n-type GaN substrate 11, and the reflection surface 30 c of the semiconductor laser element layer 12 is used as the crack of the n-type GaN substrate 11. When the semiconductor laser element layer 12 is crystal-grown on the n-type GaN substrate 11 by constituting the crystal growth surface of the semiconductor laser element layer 12 formed starting from the inner side surface 41b of 41, the growth layer Since the growth rate at which the reflecting surface 30c formed of the crystal growth surface starting from the inner side surface 41b of the crack 41 is formed is slower than the growth rate at which the upper surface (the main surface of the semiconductor laser device layer 12) grows, the growth layer The upper surface (main surface) of the substrate grows while maintaining flatness. Thereby, the flatness of the surface of the semiconductor layer having the light emitting layer can be further improved as compared with the growth layer surface of the semiconductor laser element layer 12 when the crack 41 is not formed in the n-type GaN substrate 11 in advance. .

また、(1−101)面は、半導体レーザ素子層12の主表面(上面)よりも成長速度が遅いので、結晶成長によって、容易に光出射面30aを形成することができる。   Further, since the (1-101) plane has a slower growth rate than the main surface (upper surface) of the semiconductor laser element layer 12, the light emitting surface 30a can be easily formed by crystal growth.

また、第1実施形態では、発光層を有する半導体レーザ素子層12の光出射面30aとは反対側の端部に形成され、n型GaN基板11の主表面に対して略垂直な方向に延びる光出射面30bを備えることによって、光出射面30aと、光出射面30aとは反対側の光出射面30bとを一対の共振器面とした半導体レーザ素子層12を形成することができる。   In the first embodiment, the semiconductor laser element layer 12 having a light emitting layer is formed at the end opposite to the light emitting surface 30 a and extends in a direction substantially perpendicular to the main surface of the n-type GaN substrate 11. By providing the light emitting surface 30b, it is possible to form the semiconductor laser element layer 12 having the light emitting surface 30a and the light emitting surface 30b opposite to the light emitting surface 30a as a pair of resonator surfaces.

また、第1実施形態では、基板を、GaNなどの窒化物系半導体からなるn型GaN基板11であるように構成することによって、窒化物系半導体からなるn型GaN基板11上に半導体レーザ素子層12の結晶成長を利用して、(1−101)面からなる光出射面30aおよび(000−1)面からなる反射面30cをともに有する半導体レーザ素子層12を、容易に形成することができる。   In the first embodiment, the semiconductor laser element is formed on the n-type GaN substrate 11 made of a nitride semiconductor by configuring the substrate to be an n-type GaN substrate 11 made of a nitride semiconductor such as GaN. By using the crystal growth of the layer 12, the semiconductor laser element layer 12 having both the light emitting surface 30a composed of the (1-101) plane and the reflecting surface 30c composed of the (000-1) plane can be easily formed. it can.

また、第1実施形態では、エッチングにより光反射面30bを形成することによって、GaN基板などの劈開性の乏しい基板上に形成された半導体レーザ素子層12の端部に、容易に共振器端面を形成することができる。また、エッチングの条件を制御することにより、容易に、n型GaN基板11の主表面に対して略垂直な方向([1−10−4]方向)に延びる(−110−1)面からなる光反射面30bを形成することができる。   Further, in the first embodiment, by forming the light reflecting surface 30b by etching, the resonator end surface can be easily formed on the end portion of the semiconductor laser element layer 12 formed on a substrate with poor cleavage such as a GaN substrate. Can be formed. Further, by controlling the etching conditions, the (−110-1) plane easily extends in a direction ([1-10-4] direction) substantially perpendicular to the main surface of the n-type GaN substrate 11. The light reflecting surface 30b can be formed.

(第2実施形態)
図11は、本発明の第2実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図12は、図11に示した第2実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。図7、図11および図12を参照して、この第2実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50の製造プロセスでは、上記第1実施形態と異なり、m面((1−100)面)からなる主表面を有するn型GaN基板51上に、AlGaNからなる下地層40を形成した後、半導体レーザ素子層12を形成する場合について説明する。なお、n型GaN基板51は、本発明の「基板」の一例である。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a sectional view showing the structure of a surface-emitting nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment shown in FIG. With reference to FIGS. 7, 11 and 12, the manufacturing process of the surface emitting nitride semiconductor laser device 50 according to the second embodiment differs from the first embodiment in that the m-plane ((1-100) A case will be described in which the semiconductor laser element layer 12 is formed after the base layer 40 made of AlGaN is formed on the n-type GaN substrate 51 having the main surface consisting of the surface. The n-type GaN substrate 51 is an example of the “substrate” in the present invention.

この第2実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50では、図11に示すように、m面((1−100)面)からなる主表面を有するn型GaN基板51上に、上記第1実施形態と同様の構造を有する半導体レーザ素子層12が形成されている。   In the surface-emitting nitride semiconductor laser device 50 according to the second embodiment, as shown in FIG. 11, the n-type GaN substrate 51 having a main surface composed of an m-plane ((1-100) plane) is A semiconductor laser element layer 12 having the same structure as that of the first embodiment is formed.

ここで、第2実施形態では、半導体レーザ素子層12には、n型GaN基板51の主表面に対して略垂直な光出射面50aおよび光反射面50bがそれぞれ形成されている。なお、光出射面50aおよび光反射面50bは、それぞれ、本発明の「第1共振器端面」および「第2共振器端面」の一例である。また、光出射面50aは、下地層40のクラック41の内側面41aを引き継ぐように結晶成長した(000−1)面により形成されている。また、光反射面50bは、[0001]方向(図11のA1方向)に垂直な(0001)面により形成されている。   Here, in the second embodiment, the semiconductor laser element layer 12 is formed with a light emitting surface 50 a and a light reflecting surface 50 b that are substantially perpendicular to the main surface of the n-type GaN substrate 51. The light emitting surface 50a and the light reflecting surface 50b are examples of the “first resonator end surface” and the “second resonator end surface” in the present invention, respectively. Further, the light emitting surface 50a is formed by a (000-1) plane in which crystals are grown so as to take over the inner side surface 41a of the crack 41 of the foundation layer 40. The light reflecting surface 50b is formed by a (0001) plane perpendicular to the [0001] direction (A1 direction in FIG. 11).

また、第2実施形態では、図11に示すように、半導体レーザ素子層12には、[000−1]方向(A2方向)の光出射面50aと対向する領域に、光出射面50aに対して角度θ(=約62°)傾斜した方向に延びる反射面50cが形成されている。また、反射面50cは、半導体レーザ素子層12の形成時の結晶成長に伴う(1−101)面からなるファセットにより形成されている。これにより、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50では、図11に示すように、発光層15の光出射面50aからA2方向に出射されたレーザ光を、反射面50cにより光出射面50aに対して角度θ(=約34°)傾斜した方向に出射方向を変化させることが可能に構成されている。また、図11に示すように、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50のA2方向の端部には、半導体レーザ素子層12の(000−1)面からなる端面50dが形成されている。 In the second embodiment, as shown in FIG. 11, the semiconductor laser element layer 12 has a region facing the light emitting surface 50a in the [000-1] direction (A2 direction) with respect to the light emitting surface 50a. Thus, a reflection surface 50c extending in a direction inclined by an angle θ 3 (= about 62 °) is formed. The reflecting surface 50c is formed by a facet composed of a (1-101) plane accompanying crystal growth when the semiconductor laser element layer 12 is formed. As a result, in the surface emitting nitride semiconductor laser element 50, as shown in FIG. 11, the laser light emitted in the A2 direction from the light emitting surface 50a of the light emitting layer 15 is reflected on the light emitting surface 50a by the reflecting surface 50c. On the other hand, the emission direction can be changed in a direction inclined by an angle θ 4 (= about 34 °). As shown in FIG. 11, an end face 50 d made of the (000-1) plane of the semiconductor laser element layer 12 is formed at the end in the A2 direction of the surface emitting nitride semiconductor laser element 50.

なお、第2実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50の半導体レーザ素子層12の素子構造は、上記第1実施形態と同様である。   The element structure of the semiconductor laser element layer 12 of the surface emitting nitride semiconductor laser element 50 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment.

また、第2実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50の製造プロセスでは、図12に示すように、上記第1実施形態と同様の製造プロセスを用いて、下地層40上に半導体レーザ素子層12を形成する。   Further, in the manufacturing process of the surface emitting nitride semiconductor laser device 50 according to the second embodiment, as shown in FIG. 12, a semiconductor laser is formed on the underlayer 40 by using the same manufacturing process as in the first embodiment. The element layer 12 is formed.

ここで、第2実施形態では、図12に示すように、下地層40上に半導体レーザ素子層12を成長させた場合、半導体レーザ素子層12は、B方向(図7参照)にストライプ状に延びるクラック41の内側面41aの上端部を起点として、クラック41の内側面41aを引き継ぐように[1−100]方向(C2方向)に延びる(000−1)面を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体レーザ素子層12には、(000−1)面からなる光出射面50aが形成される。また、同時に、半導体レーザ素子層12には、クラック41の内側面41bの上端部を起点として、n型GaN基板51の主表面に対して角度θ(=約62°)傾斜した(1−101)面からなるファセットが形成される。これにより、半導体レーザ素子層12には、(1−101)面からなるとともに半導体レーザ素子層12の上面(主表面)に対して鈍角をなす反射面50cが形成される。なお、半導体レーザ素子層12が結晶成長する過程で、上記(000−1)面および(1−101)面が形成される部分の成長速度よりも、半導体レーザ素子層12の表面(上面)が矢印C2方向(図12参照)へ成長する成長速度が速いので、上記(000−1)面および(1−101)面の平坦性のみならず、半導体レーザ素子層12の表面(上面)の平坦性についても向上させることができる。 Here, in the second embodiment, as shown in FIG. 12, when the semiconductor laser element layer 12 is grown on the base layer 40, the semiconductor laser element layer 12 is striped in the B direction (see FIG. 7). Starting from the upper end of the inner side surface 41a of the extending crack 41, the crystal grows while forming a (000-1) plane extending in the [1-100] direction (C2 direction) so as to take over the inner side surface 41a of the crack 41. As a result, the semiconductor laser element layer 12 is formed with a light emitting surface 50a composed of a (000-1) plane. At the same time, the semiconductor laser element layer 12 is inclined at an angle θ 3 (= about 62 °) with respect to the main surface of the n-type GaN substrate 51 starting from the upper end portion of the inner surface 41b of the crack 41 (1-62). 101) A facet consisting of a surface is formed. As a result, the semiconductor laser element layer 12 is formed with a reflective surface 50c that is formed of the (1-101) plane and forms an obtuse angle with respect to the upper surface (main surface) of the semiconductor laser element layer 12. In the process of crystal growth of the semiconductor laser element layer 12, the surface (upper surface) of the semiconductor laser element layer 12 is higher than the growth rate of the portion where the (000-1) plane and (1-101) plane are formed. Since the growth rate in the direction of arrow C2 (see FIG. 12) is high, not only the flatness of the (000-1) plane and the (1-101) plane but also the flatness of the surface (upper surface) of the semiconductor laser element layer 12 It can also improve the property.

また、第2実施形態では、所定の共振器端面を形成したい位置を、半導体レーザ素子層12の表面側(上面側)からn型GaN基板51まで達する方向(矢印C1方向)にドライエッチングを行うことにより、半導体レーザ素子層12の一方の側面が平坦な略(0001)面を有する溝部52を形成する。これにより、溝部52の一方の側面が、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50の光反射面50bとして容易に形成される。また、溝部52の他方の側面である略(000−1)面が、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50の端面50dとして形成される。なお、溝部52は、平面的に見て、クラック41の延びる方向と略平行な[11−20]方向(B方向)に伸びるように形成される。   In the second embodiment, dry etching is performed in a direction (arrow C1 direction) where the position where a predetermined resonator end face is to be formed reaches from the surface side (upper surface side) of the semiconductor laser element layer 12 to the n-type GaN substrate 51. As a result, the groove 52 having a substantially (0001) plane on one side surface of the semiconductor laser element layer 12 is formed. Thereby, one side surface of the groove 52 is easily formed as the light reflecting surface 50 b of the surface emitting nitride semiconductor laser element 50. In addition, the substantially (000-1) plane that is the other side surface of the groove 52 is formed as the end face 50 d of the surface emitting nitride semiconductor laser element 50. The groove 52 is formed so as to extend in the [11-20] direction (B direction) substantially parallel to the direction in which the crack 41 extends when seen in a plan view.

そして、図12に示すように、溝部52に、レーザスクライブまたは機械式スクライブにより、n型GaN基板51の溝部52と平行(図12の紙面に垂直な方向)にスクライブ溝53を形成する。この状態で、図12に示すように、ウェハを、スクライブ溝53の位置で分離する。なお、n型GaN基板51の溝部52は、図11に示すように、素子分割後、光反射面50bおよび端面50dの下部に形成された段差部51aとなる。   Then, as shown in FIG. 12, a scribe groove 53 is formed in the groove 52 in parallel with the groove 52 of the n-type GaN substrate 51 (perpendicular to the paper surface of FIG. 12) by laser scribe or mechanical scribe. In this state, the wafer is separated at the position of the scribe groove 53 as shown in FIG. As shown in FIG. 11, the groove 52 of the n-type GaN substrate 51 becomes a stepped portion 51a formed below the light reflecting surface 50b and the end surface 50d after the element is divided.

この後、共振器方向(A方向)に沿って素子を分割してチップ化することによって、図11に示した第2実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50が形成される。   Thereafter, the device is divided into chips along the resonator direction (A direction), whereby the surface emitting nitride semiconductor laser device 50 according to the second embodiment shown in FIG. 11 is formed.

第2実施形態では、上記のように、半導体レーザ素子層12の端部に形成される光出射面50aと、n型GaN基板51のm面((1−100)面)に対して角度θ(=約62°)傾斜して延びる(1−101)面からなる反射面50cとを備えることによって、(1−101)面からなる反射面50cは平坦性を有するので、光出射面50aから出射されたレーザ光を、反射面50cで散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて外部(表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50の上方)に出射させることができる。この結果、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50の発光効率が低下するのを抑制することができる。 In the second embodiment, as described above, the angle θ with respect to the light emitting surface 50 a formed at the end of the semiconductor laser element layer 12 and the m-plane ((1-100) plane) of the n-type GaN substrate 51. 3 (= about 62 °) and the reflecting surface 50c made of the (1-101) plane extending at an inclination, the reflecting surface 50c made of the (1-101) plane has flatness, and thus the light emitting surface 50a. The laser beam emitted from the laser beam can be emitted to the outside (above the surface-emitting nitride-based semiconductor laser device 50) with the emission direction uniformly changed without causing scattering at the reflecting surface 50c. As a result, it is possible to suppress a reduction in the light emission efficiency of the surface emitting nitride semiconductor laser element 50.

また、第2実施形態では、クラック41の内側面41aが(000−1)面を含むように構成することによって、n型GaN基板51の主表面上に(000−1)面からなる光出射面50aを有する半導体レーザ素子層12を形成する際、クラック41の内側面41aの(000−1)面を引き継ぐようにして半導体レーザ素子層12の(000−1)面が形成されるので、光出射面50aをn型GaN基板51上に容易に形成することができる。   In the second embodiment, the inner surface 41a of the crack 41 is configured to include the (000-1) plane, so that light is emitted from the (000-1) plane on the main surface of the n-type GaN substrate 51. When the semiconductor laser device layer 12 having the surface 50a is formed, the (000-1) surface of the semiconductor laser device layer 12 is formed so as to take over the (000-1) surface of the inner surface 41a of the crack 41. The light emitting surface 50a can be easily formed on the n-type GaN substrate 51.

また、第2実施形態では、半導体レーザ素子層12の(1−101)面からなる反射面50cと対向する光出射面50aを、(000−1)面からなるように構成することによって、n型GaN基板51上に(000−1)面に該当しない光出射面50aを形成する場合と比較して、n型GaN基板51上に(000−1)面からなる光出射面50aを形成する場合の成長層の表面(上面)が確実に平坦性を有するように形成することができる。また、(000−1)面は、半導体レーザ素子層12の主表面(上面)よりも成長速度が遅いので、結晶成長によって、容易に光出射面50aを形成することができる。   In the second embodiment, the light emitting surface 50a facing the reflecting surface 50c made of the (1-101) surface of the semiconductor laser element layer 12 is made to be made of the (000-1) surface, whereby n Compared to the case where the light exit surface 50a not corresponding to the (000-1) plane is formed on the n-type GaN substrate 51, the light exit surface 50a composed of the (000-1) plane is formed on the n-type GaN substrate 51. In this case, the surface (upper surface) of the growth layer can be formed so as to ensure flatness. Further, since the (000-1) plane has a slower growth rate than the main surface (upper surface) of the semiconductor laser element layer 12, the light emitting surface 50a can be easily formed by crystal growth.

また、第2実施形態では、非極性面(m面((1−100)面))からなる主表面を有するn型GaN基板51上に半導体レーザ素子層12を形成することによって、半導体素子層(発光層15)に発生するピエゾ電場や自発分極などの内部電場を低減することができる。これにより、共振器端面(光出射面50a)近傍を含む半導体レーザ素子層12(発光層15)の発熱がより抑制されるので、発光効率をより向上させた表面出射型窒化物系半導体レーザ素子50を形成することができる。なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。   In the second embodiment, the semiconductor element layer is formed by forming the semiconductor laser element layer 12 on the n-type GaN substrate 51 having a main surface composed of a nonpolar plane (m-plane ((1-100) plane)). An internal electric field such as a piezo electric field and spontaneous polarization generated in the (light emitting layer 15) can be reduced. Thereby, the heat generation of the semiconductor laser element layer 12 (light emitting layer 15) including the vicinity of the resonator end face (light emitting surface 50a) is further suppressed, so that the surface emitting nitride semiconductor laser element with improved light emission efficiency is obtained. 50 can be formed. The remaining effects of the second embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.

[実施例]
図13および図14は、図11に示した第2実施形態の製造プロセスにおけるn型GaN基板上の半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。図7、図13および図14を参照して、上記第2実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
[Example]
13 and 14 are photomicrographs obtained by observing the state of crystal growth of the semiconductor layer on the n-type GaN substrate in the manufacturing process of the second embodiment shown in FIG. 11 using a scanning electron microscope. With reference to FIG. 7, FIG. 13 and FIG. 14, an experiment conducted for confirming the effect of the second embodiment will be described.

この確認実験では、まず、上記した第2実施形態と同様の製造プロセスを用いて、m面((1−100)面)からなる主表面を有するn型GaN基板上に、MOCVD法を用いて3μm〜4μmの厚みを有するAlGaNからなる下地層を形成した。この際、n型GaN基板と下地層との格子定数差に起因して、下地層に図13および図14に示すようなクラックが形成された。この際、クラックは、図14に示すように、n型GaN基板の主表面に対して垂直な方向に延びる(000−1)面を形成しているのが確認された。また、クラックは、図7に示した場合と同様に、n型GaN基板の[0001]方向(図7のA方向に相当)と直交する[11−20]方向(図7のB方向に相当)に沿ってストライプ状に形成されたのが確認された。   In this confirmation experiment, first, an MOCVD method is used on an n-type GaN substrate having a main surface composed of an m-plane ((1-100) plane) using the same manufacturing process as that of the second embodiment. An underlayer made of AlGaN having a thickness of 3 μm to 4 μm was formed. At this time, cracks as shown in FIGS. 13 and 14 were formed in the underlayer due to the difference in lattice constant between the n-type GaN substrate and the underlayer. At this time, it was confirmed that the crack formed a (000-1) plane extending in a direction perpendicular to the main surface of the n-type GaN substrate, as shown in FIG. Similarly to the case shown in FIG. 7, the crack is equivalent to the [11-20] direction (corresponding to the B direction in FIG. 7) perpendicular to the [0001] direction (corresponding to the A direction in FIG. 7) of the n-type GaN substrate. ) Was confirmed to be formed in a stripe shape along the line.

次に、MOCVD法を用いて、GaNからなる半導体層を下地層上にエピタキシャル成長させた。この結果、図14に示すように、クラックの(000−1)面からなる内側面において、半導体層がこの面方位を引き継ぐように垂直方向に延びるGaNの(000−1)面を形成しながら[1−100](C2方向)方向に結晶成長するのが確認された。また、図14に示すように、クラックの(000−1)面と反対側の内側面上には、GaNの(1−101)面からなるファセットが形成されるのが確認された。また、この傾斜面は半導体層の上面(主表面)に対して鈍角をなすように形成されているのが確認された。これにより、下地層に設けられたクラックの2つの内側面がそれぞれ結晶成長の起点となって、下地層上に半導体層を形成することが可能であることが確認された。また、下地層の形成時にn型GaN基板まで達していたクラックは、半導体層の積層に伴って、空隙の一部を埋められているのが確認された。   Next, a semiconductor layer made of GaN was epitaxially grown on the underlayer using MOCVD. As a result, as shown in FIG. 14, while forming the (000-1) plane of GaN extending in the vertical direction so that the semiconductor layer takes over this plane orientation on the inner side surface composed of the (000-1) plane of the crack. Crystal growth was confirmed in the [1-100] (C2 direction) direction. Further, as shown in FIG. 14, it was confirmed that a facet composed of the (1-101) plane of GaN was formed on the inner surface opposite to the (000-1) plane of the crack. Further, it was confirmed that the inclined surface is formed so as to form an obtuse angle with respect to the upper surface (main surface) of the semiconductor layer. Thereby, it was confirmed that the two inner surfaces of the cracks provided in the underlayer were the starting points of crystal growth, respectively, and it was possible to form a semiconductor layer on the underlayer. Further, it was confirmed that the crack that had reached the n-type GaN substrate at the time of forming the underlayer was filled in part of the gap with the lamination of the semiconductor layers.

上記の確認実験の結果から、本発明による窒化物系半導体素子層の形成方法では、結晶成長による半導体層の形成と同時に、エッチング加工や劈開工程を用いることなく半導体層(発光層)に(000−1)面からなる共振器端面(光出射面側)および(1−101)面からなる端面(半導体層の傾斜面)を形成することが可能であるのが確認された。また、半導体層が結晶成長する過程で、上記(000−1)面および(1−101)面が形成される部分の成長速度よりも、半導体層の上面(主表面)が矢印C2方向(図13参照)へ成長する成長速度が速いので、上記(000−1)面および(1−101)面の平坦性のみならず、半導体層の上面(主表面)の平坦性についても向上させることができるのが確認された。   From the results of the above confirmation experiment, in the method for forming a nitride-based semiconductor element layer according to the present invention, the semiconductor layer (light emitting layer) (000) is formed without using an etching process or a cleavage step simultaneously with the formation of the semiconductor layer by crystal growth. It was confirmed that it was possible to form a resonator end surface (light emitting surface side) composed of a -1) surface and an end surface composed of a (1-101) surface (an inclined surface of a semiconductor layer). Further, in the process of crystal growth of the semiconductor layer, the upper surface (main surface) of the semiconductor layer is in the direction indicated by arrow C2 (see FIG. 5) than the growth rate of the portion where the (000-1) plane and (1-101) plane are formed. 13), the growth rate is high, so that not only the flatness of the (000-1) plane and the (1-101) plane but also the flatness of the upper surface (main surface) of the semiconductor layer can be improved. It was confirmed that it was possible.

(第3実施形態)
図15は、本発明の第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図15を参照して、この第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子60では、上記第1実施形態と異なり、略(1−10−2)面からなる主表面を有するn型GaN基板61を用いて、n型GaN基板61上にAlGaNからなる下地層40を形成した後、半導体レーザ素子層12を形成する場合について説明する。なお、n型GaN基板61は、本発明の「基板」の一例である。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a sectional view showing the structure of a surface-emitting nitride-based semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15, in the surface-emitting nitride semiconductor laser device 60 according to the third embodiment, unlike the first embodiment, an n-type having a main surface composed of a substantially (1-10-2) plane. A case where the semiconductor laser element layer 12 is formed after forming the base layer 40 made of AlGaN on the n-type GaN substrate 61 using the GaN substrate 61 will be described. The n-type GaN substrate 61 is an example of the “substrate” in the present invention.

ここで、第3実施形態では、半導体レーザ素子層12は、n型GaN基板61の略(1−10−2)面からなる主表面上に下地層40を介して形成されている。また、半導体レーザ素子層12には、共振器方向(A方向)に、n型GaN基板61の主表面に対して略垂直な光出射面60aおよび光反射面60bがそれぞれ形成されている。なお、光出射面60aおよび光反射面60bは、それぞれ、本発明の「第1共振器端面」および「第2共振器端面」の一例である。   Here, in the third embodiment, the semiconductor laser element layer 12 is formed on the main surface made of the substantially (1-10-2) plane of the n-type GaN substrate 61 via the base layer 40. The semiconductor laser element layer 12 is formed with a light emitting surface 60a and a light reflecting surface 60b that are substantially perpendicular to the main surface of the n-type GaN substrate 61 in the resonator direction (A direction). The light emitting surface 60a and the light reflecting surface 60b are examples of the “first resonator end surface” and the “second resonator end surface” in the present invention, respectively.

また、第3実施形態では、半導体レーザ素子層12の光出射面60aと対向する領域に、光出射面60aに対して所定の角度θ(=約47°)傾斜した方向に延びる反射面60cが形成されている。また、反射面60cは、半導体レーザ素子層12形成時の結晶成長に伴う(000−1)面からなるファセットにより形成されている。これにより、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子60では、図15に示すように、発光層15の光出射面60aからA2方向に出射されたレーザ光を、反射面60cにより光出射面60aと実質的に同じ方向([1−10−2]方向(C2方向))に出射方向を変化させることが可能に構成されている。また、図15に示すように、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子60のA2方向の端部には、端面60dが形成されている。 In the third embodiment, the reflective surface 60c extending in a direction inclined by a predetermined angle θ 5 (= about 47 °) with respect to the light emitting surface 60a in the region facing the light emitting surface 60a of the semiconductor laser element layer 12. Is formed. The reflection surface 60c is formed by a facet composed of a (000-1) plane accompanying crystal growth when the semiconductor laser element layer 12 is formed. Thereby, in the surface emitting nitride semiconductor laser device 60, as shown in FIG. 15, the laser light emitted in the A2 direction from the light emitting surface 60a of the light emitting layer 15 is separated from the light emitting surface 60a by the reflecting surface 60c. The emission direction can be changed in substantially the same direction ([1-10-2] direction (C2 direction)). Further, as shown in FIG. 15, an end face 60 d is formed at the end portion in the A2 direction of the surface emitting nitride semiconductor laser element 60.

なお、第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子60のその他の素子構造は、上記第1実施形態と同様である。   The remaining element structure of the surface emitting nitride semiconductor laser element 60 according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment.

図16および図17は、図15に示した第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図15〜図17を参照して、第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子60の製造プロセスについて説明する。   16 and 17 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the surface-emitting nitride semiconductor laser device according to the third embodiment shown in FIG. A manufacturing process for the surface-emitting nitride semiconductor laser device 60 according to the third embodiment is now described with reference to FIGS.

ここで、第3実施形態では、上記第1実施形態と同様の製造プロセスにより、n型GaN基板61上に下地層40を成長させる。なお、n型GaN基板61と下地層40との格子定数の差から、下地層40にはクラック41が形成される。この際、GaNとAlGaNとのc軸の格子定数の差の方が、GaNとAlGaNとのa軸の格子定数の差よりも大きいので、クラック41は、(0001)面とn型GaN基板61の主表面の(1−10−2)面とに平行な[11−20]方向(B方向)に沿ってストライプ状に延びるように形成される。   Here, in the third embodiment, the base layer 40 is grown on the n-type GaN substrate 61 by the same manufacturing process as in the first embodiment. A crack 41 is formed in the underlayer 40 due to a difference in lattice constant between the n-type GaN substrate 61 and the underlayer 40. At this time, the difference in the c-axis lattice constant between GaN and AlGaN is larger than the difference in the a-axis lattice constant between GaN and AlGaN, so that the crack 41 has a (0001) plane and an n-type GaN substrate 61. It is formed to extend in a stripe shape along the [11-20] direction (B direction) parallel to the (1-10-2) plane of the main surface.

その後、図16に示すように、上記第1実施形態と同様の製造プロセスによって下地層40上に半導体レーザ素子層12を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 16, the semiconductor laser element layer 12 is formed on the underlayer 40 by the same manufacturing process as in the first embodiment.

ここで、第3実施形態では、図16に示すように、下地層40上に半導体レーザ素子層12を成長させた場合、[11−20]方向にストライプ状に延びるクラック41の内側面41bにおいて、半導体レーザ素子層12は、[1−10−2]方向(C2方向)に対して角度θ(=約47°)傾斜した方向に延びる(000−1)面からなる反射面60cを形成しながら結晶成長する。 Here, in the third embodiment, as shown in FIG. 16, when the semiconductor laser element layer 12 is grown on the underlayer 40, the inner surface 41 b of the crack 41 extending in a stripe shape in the [11-20] direction. The semiconductor laser element layer 12 forms a reflection surface 60c composed of a (000-1) plane extending in a direction inclined by an angle θ 5 (= about 47 °) with respect to the [1-10-2] direction (C2 direction). While growing crystal.

また、第3実施形態では、クラック41の内側面41bに対向する内側面41a側では、半導体レーザ素子層12は、[1−10−2]方向(C2方向)に対して角度θ(=約15°)傾斜した方向に延びる(1−101)面からなる結晶成長面60dを形成しながら結晶成長する。したがって、反射面60cおよび結晶成長面60dは、それぞれ、半導体レーザ素子層12の上面(主表面)に対して鈍角をなすように形成される。 In the third embodiment, on the inner surface 41 a side facing the inner surface 41 b of the crack 41, the semiconductor laser element layer 12 has an angle θ 6 (= C1 direction) with respect to the [1-10-2] direction (C2 direction). The crystal grows while forming a crystal growth surface 60d composed of a (1-101) plane extending in an inclined direction (about 15 °). Therefore, the reflection surface 60c and the crystal growth surface 60d are formed so as to form an obtuse angle with respect to the upper surface (main surface) of the semiconductor laser element layer 12, respectively.

そして、上記第1実施形態と同様の製造プロセスにより、図17に示すように、半導体レーザ素子層12上に、電流ブロック層18およびp側電極19を形成する。また、図17に示すように、n型GaN基板61の裏面を研磨した後、真空蒸着法を用いて、n型GaN基板61の裏面上にn側電極20を形成する。   Then, the current blocking layer 18 and the p-side electrode 19 are formed on the semiconductor laser element layer 12 by the same manufacturing process as in the first embodiment, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 17, after the back surface of the n-type GaN substrate 61 is polished, the n-side electrode 20 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 61 by using a vacuum evaporation method.

ここで、第3実施形態では、図17に示すように、結晶成長面60d(図16参照)側において、半導体レーザ素子層12の表面側(上面側)からn型GaN基板61まで達する方向(矢印C1方向)にドライエッチングを行うことにより溝部62を形成する。これにより、半導体レーザ素子層12の結晶成長面60d(図16参照)の部分が除去されるとともに、n型GaN基板61上の主表面に略垂直な端面である光出射面60aが形成される。なお、図17に示すように、溝部62の形成に伴って下地層40のクラック41(図16参照)も除去される。   Here, in the third embodiment, as shown in FIG. 17, on the crystal growth surface 60d (see FIG. 16) side, the direction from the surface side (upper surface side) of the semiconductor laser element layer 12 to the n-type GaN substrate 61 ( The groove 62 is formed by dry etching in the direction of arrow C1. As a result, a portion of the crystal growth surface 60d (see FIG. 16) of the semiconductor laser element layer 12 is removed, and a light emitting surface 60a that is an end surface substantially perpendicular to the main surface on the n-type GaN substrate 61 is formed. . In addition, as shown in FIG. 17, the crack 41 (refer FIG. 16) of the base layer 40 is also removed with formation of the groove part 62. As shown in FIG.

また、第3実施形態では、図17に示すように、所定の共振器端面を形成したい位置を、半導体レーザ素子層12の表面側(上面側)からn型GaN基板61まで達する方向(矢印C1方向)にドライエッチングを行うことにより溝部63を形成する。これにより、溝部63の一方の側面が、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子60の光反射面60bとして容易に形成される。また、溝部63の他方の側面は、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子60の端面60dとして形成される。なお、溝部63は、平面的に見て、溝部62の延びる方向と略平行な[11−20]方向(B方向)に伸びるように形成される。   In the third embodiment, as shown in FIG. 17, the position where the predetermined resonator end face is to be formed is the direction (arrow C1) from the surface side (upper surface side) of the semiconductor laser element layer 12 to the n-type GaN substrate 61. The groove 63 is formed by dry etching in the direction). Thereby, one side surface of the groove 63 is easily formed as the light reflecting surface 60 b of the surface emitting nitride semiconductor laser element 60. The other side surface of the groove 63 is formed as an end surface 60 d of the surface emitting nitride semiconductor laser element 60. In addition, the groove part 63 is formed so as to extend in the [11-20] direction (B direction) substantially parallel to the extending direction of the groove part 62 in a plan view.

そして、図17に示すように、溝部63に、レーザスクライブまたは機械式スクライブにより、n型GaN基板61の溝部63と平行(図17の紙面に垂直な方向)にスクライブ溝64を形成する。この状態で、図17に示すように、ウェハを、スクライブ溝64の位置で分離する。なお、n型GaN基板61の溝部63は、図15に示すように、素子分割後、光反射面60bの下部に形成された段差部61aとなる。   Then, as shown in FIG. 17, a scribe groove 64 is formed in the groove portion 63 in parallel with the groove portion 63 of the n-type GaN substrate 61 (perpendicular to the paper surface of FIG. 17) by laser scribe or mechanical scribe. In this state, the wafer is separated at the position of the scribe groove 64 as shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 15, the groove part 63 of the n-type GaN substrate 61 becomes a step part 61a formed in the lower part of the light reflection surface 60b after the element division.

この後、共振器方向(A方向)に沿って素子を分割してチップ化することによって、図15に示した第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子60が形成される。   Thereafter, the device is divided into chips along the resonator direction (A direction), whereby the surface emitting nitride semiconductor laser device 60 according to the third embodiment shown in FIG. 15 is formed.

第3実施形態では、上記のように、半導体レーザ素子層12の端部に形成される光出射面60aと、n型GaN基板61の略(1−10−2)面に対して角度θ(=約47°)傾斜して延びる(000−1)面からなる反射面60cとを備えることによって、上記第1実施形態と同様に、(000−1)面からなる反射面60cは平坦性を有するので、光出射面60aから出射されたレーザ光を、反射面60cで散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて出射させることができる。この結果、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子60の発光効率が低下するのを抑制することができる。なお、第3実施形態のその他の効果は、上記第1および第2実施形態と同様である。 In the third embodiment, as described above, the angle θ 5 with respect to the light emitting surface 60 a formed at the end of the semiconductor laser element layer 12 and the substantially (1-10-2) plane of the n-type GaN substrate 61. (= About 47 °) By providing the reflective surface 60c composed of the (000-1) plane extending in an inclined manner, the reflective surface 60c composed of the (000-1) plane is flat as in the first embodiment. Therefore, the laser beam emitted from the light emitting surface 60a can be emitted by changing the emitting direction uniformly without causing scattering on the reflecting surface 60c. As a result, it is possible to suppress a decrease in the light emission efficiency of the surface emitting nitride semiconductor laser element 60. The remaining effects of the third embodiment are similar to those of the aforementioned first and second embodiments.

(第3実施形態の変形例)
図18は、本発明の第3実施形態の変形例による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図19は、図18に示した第3実施形態の変形例による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。図16、図18および図19を参照して、この第3実施形態の変形例による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子70では、上記第3実施形態と異なり、製造プロセスにおいて、半導体レーザ素子層12の形成時の2つのファセットのうちの結晶成長面60d((1−101)面側)をレーザ光の反射面70cとして用いるように半導体レーザ素子層12にエッチング加工を行う場合について説明する。
(Modification of the third embodiment)
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the structure of a surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to a modification of the third embodiment of the present invention. FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the surface-emitting nitride-based semiconductor laser device according to the modification of the third embodiment shown in FIG. Referring to FIGS. 16, 18 and 19, in the surface emitting nitride semiconductor laser device 70 according to the modification of the third embodiment, unlike the third embodiment, in the manufacturing process, the semiconductor laser device layer The case where the semiconductor laser element layer 12 is etched so that the crystal growth surface 60d ((1-101) surface side) of the two facets at the time of forming 12 is used as the laser light reflecting surface 70c will be described.

ここで、第3実施形態の変形例では、図18に示すように、半導体レーザ素子層12の光出射面70aと対向する領域に、光出射面70aに対して角度θ(=約15°)傾斜した反射面70cが形成されている。また、反射面70cは、(1−101)面からなるファセットにより形成されている。これにより、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子70では、図18に示すように、発光層15の光出射面70aからA1方向に出射されたレーザ光を、反射面70cにより光出射面70aに対して角度θ(=約60°)傾斜した方向に出射方向を変化させることが可能に構成されている。また、図18に示すように、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子70の両端部には、それぞれ、光反射面70bおよび端面70dが形成されている。なお、光出射面70aおよび光反射面70bは、それぞれ、本発明の「第1共振器端面」および「第2共振器端面」の一例である。なお、第3実施形態の変形例による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子70のその他の素子構造は、上記第3実施形態と同様である。 Here, in the modification of the third embodiment, as shown in FIG. 18, an angle θ 6 (= about 15 °) with respect to the light emitting surface 70 a is formed in a region facing the light emitting surface 70 a of the semiconductor laser element layer 12. ) An inclined reflecting surface 70c is formed. The reflective surface 70c is formed by a facet composed of a (1-101) plane. Thereby, in the surface emitting nitride semiconductor laser element 70, as shown in FIG. 18, the laser light emitted in the A1 direction from the light emitting surface 70a of the light emitting layer 15 is reflected on the light emitting surface 70a by the reflecting surface 70c. On the other hand, the emission direction can be changed in a direction inclined by an angle θ 7 (= about 60 °). Further, as shown in FIG. 18, a light reflecting surface 70b and an end surface 70d are formed at both ends of the surface-emitting nitride semiconductor laser element 70, respectively. The light emitting surface 70a and the light reflecting surface 70b are examples of the “first resonator end surface” and the “second resonator end surface” in the present invention, respectively. The other element structure of the surface emitting nitride semiconductor laser element 70 according to the modification of the third embodiment is the same as that of the third embodiment.

また、第3実施形態の変形例における製造プロセスでは、図19に示すように、上記第3実施形態における(000−1)面からなる反射面60c(図16参照)側において、半導体レーザ素子層12の表面側(上面側)からn型GaN基板61まで達する方向(矢印C1方向)にドライエッチングを行うことにより溝部72を形成する。これにより、反射面60c(図16参照)の部分が除去されるとともに、n型GaN基板61上の主表面に略垂直な端面である光出射面70aが容易に形成される。なお、図19に示すように、溝部72の形成に伴って下地層40のクラック41(図16参照)も除去される。   Moreover, in the manufacturing process in the modification of 3rd Embodiment, as shown in FIG. 19, in the reflective surface 60c (refer FIG. 16) side which consists of (000-1) surface in the said 3rd Embodiment, a semiconductor laser element layer The groove 72 is formed by performing dry etching in a direction (arrow C1 direction) reaching the n-type GaN substrate 61 from the surface side (upper surface side) of FIG. Thereby, the portion of the reflection surface 60c (see FIG. 16) is removed, and the light emission surface 70a that is an end surface substantially perpendicular to the main surface on the n-type GaN substrate 61 is easily formed. In addition, as shown in FIG. 19, the crack 41 (refer FIG. 16) of the foundation | substrate layer 40 is also removed with formation of the groove part 72. As shown in FIG.

また、第3実施形態では、図19に示すように、所定の共振器端面を形成したい位置を、半導体レーザ素子層12の表面側(上面側)からn型GaN基板61まで達する方向(矢印C1方向)にドライエッチングを行うことにより溝部73を形成する。これにより、溝部73の一方の側面が、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子70の光反射面70bとして形成される。また、溝部73の他方の側面は、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子70の端面70dとして形成される。   In the third embodiment, as shown in FIG. 19, the position where a predetermined resonator end face is to be formed is a direction (arrow C1) from the surface side (upper surface side) of the semiconductor laser element layer 12 to the n-type GaN substrate 61. The groove 73 is formed by dry etching in the direction). Thereby, one side surface of the groove 73 is formed as the light reflecting surface 70 b of the surface emitting nitride semiconductor laser element 70. The other side surface of the groove 73 is formed as an end surface 70 d of the surface emitting nitride semiconductor laser element 70.

なお、第3実施形態の変形例による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子70のその他の製造プロセスは、上記第3実施形態と同様である。また、第3実施形態の変形例の効果は、上記第3実施形態と同様である。   The other manufacturing processes of the surface emitting nitride semiconductor laser device 70 according to the modification of the third embodiment are the same as those of the third embodiment. The effect of the modification of the third embodiment is the same as that of the third embodiment.

(第4実施形態)
図20は、本発明の第4実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図21および図22は、図20に示した第4実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。図20〜図22を参照して、この第4実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80では、上記第3実施形態と異なり、略(11−2−3)面からなる主表面を有するn型GaN基板81を用いて、n型GaN基板81の主表面に半導体レーザ素子層12を形成する場合について説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the structure of a surface-emitting nitride-based semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention. 21 and 22 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the surface-emitting nitride semiconductor laser device according to the fourth embodiment shown in FIG. Referring to FIGS. 20 to 22, the surface emitting nitride semiconductor laser device 80 according to the fourth embodiment differs from the third embodiment in that the main surface composed of a substantially (11-2-3) plane is formed. A case where the semiconductor laser element layer 12 is formed on the main surface of the n-type GaN substrate 81 using the n-type GaN substrate 81 that is included will be described.

ここで、第4実施形態では、図20に示すように、半導体レーザ素子層12の光出射面80aと対向する領域に、光出射面80aに対して角度θ(=約43°)傾斜した反射面80cが形成されている。また、反射面80cは、(000−1)面からなるファセットにより形成されている。これにより、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80では、図20に示すように、発光層15の光出射面80aからA2方向に出射されたレーザ光を、反射面80cにより光出射面80aと実質的に同じ方向([11−2−3]方向(C2方向))に出射方向を変化させることが可能に構成されている。また、図20に示すように、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80の両端部には、光反射面80bおよび端面80dがそれぞれ形成されている。なお、光出射面80aおよび光反射面80bは、それぞれ、本発明の「第1共振器端面」および「第2共振器端面」の一例である。なお、第4実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80のその他の素子構造は、上記第3実施形態と同様である。 Here, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 20, the region facing the light emitting surface 80 a of the semiconductor laser element layer 12 is inclined by an angle θ 8 (= about 43 °) with respect to the light emitting surface 80 a. A reflective surface 80c is formed. The reflecting surface 80c is formed by a facet composed of a (000-1) plane. Thereby, in the surface emitting nitride semiconductor laser element 80, as shown in FIG. 20, the laser light emitted in the A2 direction from the light emitting surface 80a of the light emitting layer 15 is separated from the light emitting surface 80a by the reflecting surface 80c. The emission direction can be changed in substantially the same direction ([11-2-3] direction (C2 direction)). Further, as shown in FIG. 20, a light reflecting surface 80b and an end surface 80d are formed at both ends of the surface emitting nitride semiconductor laser element 80, respectively. The light emitting surface 80a and the light reflecting surface 80b are examples of the “first resonator end surface” and the “second resonator end surface” in the present invention, respectively. The other element structure of the surface emitting nitride semiconductor laser element 80 according to the fourth embodiment is the same as that of the third embodiment.

また、第4実施形態の製造プロセスでは、上記第3実施形態と同様に、図21に示すように、下地層40上に半導体レーザ素子層12を成長させた場合、[11−20]方向にストライプ状に延びるクラック41の内側面41bにおいて、半導体レーザ素子層12は、[11−2−3]方向(C2方向)に対して角度θ(=約43°)傾斜した方向に延びる(000−1)面からなる反射面80cを形成しながら結晶成長する。また、クラック41の内側面41a側では、半導体レーザ素子層12は、[11−2−3]方向(C2方向)に対して角度θ(=約16°)傾斜した方向に延びる(11−22)面からなる結晶成長面80dを形成しながら結晶成長する。したがって、反射面80cおよび結晶成長面80dは、それぞれ、半導体レーザ素子層12の上面(主表面)に対して鈍角をなすように形成される。 In the manufacturing process of the fourth embodiment, as in the third embodiment, as shown in FIG. 21, when the semiconductor laser element layer 12 is grown on the base layer 40, the [11-20] direction is formed. On the inner side surface 41b of the crack 41 extending in a stripe shape, the semiconductor laser element layer 12 extends in a direction inclined by an angle θ 8 (= about 43 °) with respect to the [11-2-3] direction (C2 direction) (000). -1) Crystals grow while forming a reflecting surface 80c composed of a plane. On the inner surface 41a side of the crack 41, the semiconductor laser element layer 12 extends in a direction inclined by an angle θ 9 (= about 16 °) with respect to the [11-2-3] direction (C2 direction) (11−). 22) The crystal grows while forming a crystal growth surface 80d composed of a plane. Therefore, the reflecting surface 80c and the crystal growth surface 80d are formed so as to form an obtuse angle with respect to the upper surface (main surface) of the semiconductor laser element layer 12, respectively.

その後、図22に示すように、結晶成長面80d側において、半導体レーザ素子層12の表面側(上面側)からn型GaN基板81まで達する方向(矢印C1方向)にドライエッチングを行うことにより溝部82を形成する。これにより、半導体レーザ素子層12の結晶成長面80d(図21参照)の部分が除去されるとともに、n型GaN基板81上の主表面に略垂直な端面である光出射面80aが容易に形成される。なお、図22に示すように、溝部82の形成に伴って下地層40のクラック41(図21参照)も除去される。   After that, as shown in FIG. 22, on the crystal growth surface 80d side, dry etching is performed in a direction (arrow C1 direction) reaching the n-type GaN substrate 81 from the surface side (upper surface side) of the semiconductor laser element layer 12 to thereby form the groove portion. 82 is formed. Thereby, the portion of the crystal growth surface 80d (see FIG. 21) of the semiconductor laser element layer 12 is removed, and the light emitting surface 80a that is an end surface substantially perpendicular to the main surface on the n-type GaN substrate 81 is easily formed. Is done. In addition, as shown in FIG. 22, the crack 41 (refer FIG. 21) of the base layer 40 is also removed with formation of the groove part 82. FIG.

また、第4実施形態では、上記第3実施形態と同様の製造プロセスにより、溝部83を形成する。これにより、溝部83の一方の側面が、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80の光反射面80bとして形成される。また、溝部83の他方の側面は、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80の端面80dとして形成される。   In the fourth embodiment, the groove 83 is formed by the same manufacturing process as in the third embodiment. Thus, one side surface of the groove 83 is formed as the light reflecting surface 80 b of the surface emitting nitride semiconductor laser element 80. The other side surface of the groove 83 is formed as an end surface 80 d of the surface emitting nitride semiconductor laser element 80.

なお、第4実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80のその他の製造プロセスは、上記第3実施形態と同様である。また、第4実施形態の効果は、上記第3実施形態と同様である。   The other manufacturing processes of the surface emitting nitride semiconductor laser element 80 according to the fourth embodiment are the same as those of the third embodiment. The effects of the fourth embodiment are the same as those of the third embodiment.

(第5実施形態)
図23は、本発明の第5実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子とモニタ用PD内蔵サブマウントとを組み合わせた構造を示した断面図である。図23を参照して、第5実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子100とモニタ用フォトダイオード(PD)内蔵サブマウント110とを組み合わせた構造について説明する。
(Fifth embodiment)
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a structure in which a surface-emitting nitride-based semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention and a monitor built-in submount are combined. With reference to FIG. 23, a structure in which a surface-emitting nitride-based semiconductor laser device 100 according to a fifth embodiment and a monitoring photodiode (PD) built-in submount 110 are combined will be described.

この第5実施形態では、図23に示すように、上記第4実施形態で示した表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80と同様の構造を有する表面出射型窒化物系半導体レーザ素子100が、Siからなるモニタ用PD内蔵サブマウント110に固定されている。また、モニタ用PD内蔵サブマウント110の略中央部には凹部110aが形成されるとともに、凹部110aの内底面部にPD111が組み込まれている。なお、PD111は、本発明の「光センサ」の一例である。   In the fifth embodiment, as shown in FIG. 23, a surface-emitting nitride-based semiconductor laser device 100 having a structure similar to that of the surface-emitting nitride-based semiconductor laser device 80 shown in the fourth embodiment includes: It is fixed to the monitor built-in submount 110 made of Si. In addition, a recess 110a is formed in a substantially central portion of the monitor built-in submount 110, and a PD 111 is incorporated in the inner bottom surface of the recess 110a. The PD 111 is an example of the “light sensor” in the present invention.

ここで、第5実施形態では、モニタ用PD内蔵サブマウント110の主表面110bは、裏面110cに対して略平行に形成されている。そして、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子100は、モニタ用PD内蔵サブマウント110の主表面110b側に開口した凹部110aをA方向に跨ぐように、主表面110b上に固定されている。   Here, in the fifth embodiment, the main surface 110b of the monitor PD built-in submount 110 is formed substantially parallel to the back surface 110c. The surface-emitting nitride semiconductor laser device 100 is fixed on the main surface 110b so as to straddle the recess 110a opened on the main surface 110b side of the monitoring PD built-in submount 110 in the A direction.

また、第5実施形態では、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子100は、端面型発光レーザ素子であり、図23に示すように、発光層15から出射されたレーザ光は、端面100a(光出射面)から出射されるレーザ光101a(実線)の出射強度の方が、端面100b(光反射面)から出射されるレーザ光101b(破線)の出射強度よりも大きくなるように構成されている。なお、端面100aおよび端面100bは、それぞれ、本発明の、「第2共振器端面」および「第1共振器端面」の一例である。   In the fifth embodiment, the surface emitting nitride semiconductor laser element 100 is an end face light emitting laser element, and as shown in FIG. 23, the laser light emitted from the light emitting layer 15 is the end face 100a (light The emission intensity of the laser beam 101a (solid line) emitted from the emission surface) is configured to be greater than the emission intensity of the laser beam 101b (dashed line) emitted from the end surface 100b (light reflection surface). . The end face 100a and the end face 100b are examples of the “second resonator end face” and the “first resonator end face” in the present invention, respectively.

したがって、モニタ用PD内蔵サブマウント110では、図23に示すように、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子100の端面100bから反射面100c側に出射されたレーザ光101bが、(000−1)面からなる反射面100cによりモニタ用PD内蔵サブマウント110に設けられたPD111に入射されるように構成されている。この際、反射面100cは、n型GaN基板81の主表面に対して角度θ(=約43°)傾斜しているので、レーザ光101bは、PD111に対して実質的に垂直に入射される。 Therefore, in the monitor built-in PD submount 110, as shown in FIG. 23, the laser light 101b emitted from the end face 100b of the surface emitting nitride semiconductor laser element 100 to the reflecting surface 100c is (000-1). It is configured to be incident on the PD 111 provided on the monitoring PD built-in submount 110 by the reflecting surface 100c. At this time, since the reflecting surface 100c is inclined at an angle θ 8 (= about 43 °) with respect to the main surface of the n-type GaN substrate 81, the laser light 101b is incident substantially perpendicularly to the PD 111. The

第5実施形態では、上記のように、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子100の発光層15の(000−1)面からなる端面100bから出射されたレーザ光101bを、半導体レーザ素子層12の結晶成長時の成長面である(000−1)面からなる反射面100cにより、発光層15からの出射方向と交差する方向に出射方向を変化させるように構成するとともに、表面出射型窒化物系半導体レーザ素子100とモニタ用PD内蔵サブマウント110とを組み合わせることにより、レーザ光101bをモニタ用PD内蔵サブマウント110のPD111に対して実質的に垂直に入射させるように構成する。これによって、結晶成長面として良好な平坦性を有する反射面100cにより光の散乱が抑制されたレーザ光101b(端面出射型レーザ素子のレーザ光強度をモニタするサンプル光)をPD111に導くことができるので、レーザ光強度をより正確に測定することができる。なお、第5実施形態のその他の効果は、上記第4実施形態と同様である。   In the fifth embodiment, as described above, the laser light 101b emitted from the end face 100b made of the (000-1) plane of the light emitting layer 15 of the surface emitting nitride semiconductor laser element 100 is converted into the semiconductor laser element layer 12. The reflective surface 100c made of the (000-1) plane, which is the growth surface at the time of crystal growth, is configured to change the emission direction in a direction intersecting with the emission direction from the light emitting layer 15, and surface emitting nitride By combining the semiconductor laser element 100 and the monitor built-in PD submount 110, the laser beam 101b is configured to enter the PD 111 of the monitor PD built-in submount 110 substantially perpendicularly. As a result, the laser light 101b (sample light for monitoring the laser light intensity of the edge-emitting laser element) in which light scattering is suppressed by the reflecting surface 100c having good flatness as the crystal growth surface can be guided to the PD 111. Therefore, the laser beam intensity can be measured more accurately. The remaining effects of the fifth embodiment are similar to those of the aforementioned fourth embodiment.

(第6実施形態)
図24は、本発明の第6実施形態による面発光レーザアレーの構造を示した斜視図である。図20および図24を参照して、第6実施形態による面発光レーザアレー120の構造について説明する。
(Sixth embodiment)
FIG. 24 is a perspective view showing the structure of a surface emitting laser array according to the sixth embodiment of the present invention. The structure of the surface emitting laser array 120 according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS.

この第6実施形態による面発光レーザアレー120は、図24に示すように、上記第4実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80(図20参照)を、ウェハに縦方向および横方向にそれぞれ3個ずつ(合計9個)並べて2次元アレイ化することにより形成されている。   As shown in FIG. 24, the surface emitting laser array 120 according to the sixth embodiment includes the surface emitting nitride semiconductor laser device 80 (see FIG. 20) according to the fourth embodiment in the vertical and horizontal directions on the wafer. Each is formed by arranging three (9 in total) in a two-dimensional array.

ここで、第6実施形態では、図24に示すように、上記第4実施形態と同様の製造プロセスによりn型GaN基板81上に半導体レーザ素子層12を形成した後に、エッチング技術により、共振器方向(A方向)に隣接する表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80の半導体レーザ素子層12同志をA方向に分離するための分離溝部121が形成されている。この分離溝部121を形成することにより、各表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80の共振器端面のうちの光反射面80bが半導体レーザ素子層12に形成されている。   Here, in the sixth embodiment, as shown in FIG. 24, after the semiconductor laser element layer 12 is formed on the n-type GaN substrate 81 by the same manufacturing process as in the fourth embodiment, the resonator is formed by etching technique. A separation groove 121 is formed for separating the semiconductor laser element layers 12 of the surface-emitting nitride-based semiconductor laser element 80 adjacent in the direction (A direction) in the A direction. By forming the separation groove 121, the light reflecting surface 80 b of the resonator end face of each surface emitting nitride semiconductor laser element 80 is formed in the semiconductor laser element layer 12.

また、第6実施形態では、図24に示すように、面発光レーザアレー120の各表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80の光出射面80aから出射された9本のレーザ光を、(000−1)面からなる反射面80cにより光出射面80aに対して実質的に同じ方向([11−2−3]方向(C2方向))に出射方向を変化させて上方に出射させることが可能に構成されている。また、図24に示すように、半導体レーザ素子層12のA2方向の端部には、製造プロセスの際のドライエッチングにより、半導体レーザ素子層12の端面80dが形成されている。なお、図24では、反射面80cによるレーザ光の反射を明確に示すために、反射面80c側に形成されている半導体レーザ素子層12の一部(p型コンタクト層17および電流ブロック層18)およびp側電極19の図示を省略している。   In the sixth embodiment, as shown in FIG. 24, nine laser beams emitted from the light emitting surface 80a of each surface emitting type nitride semiconductor laser element 80 of the surface emitting laser array 120 are (000− 1) It is possible to emit upward by changing the emitting direction in the substantially same direction ([11-2-3] direction (C2 direction)) with respect to the light emitting surface 80a by the reflecting surface 80c formed of a surface. It is configured. As shown in FIG. 24, an end face 80d of the semiconductor laser element layer 12 is formed at the end portion in the A2 direction of the semiconductor laser element layer 12 by dry etching in the manufacturing process. In FIG. 24, in order to clearly show the reflection of the laser beam by the reflecting surface 80c, a part of the semiconductor laser element layer 12 (p-type contact layer 17 and current blocking layer 18) formed on the reflecting surface 80c side. The p-side electrode 19 is not shown.

第6実施形態では、上記のように、面発光レーザアレー120を、各表面出射型窒化物系半導体レーザ素子80の光出射面80aから出射された9本のレーザ光を、半導体レーザ素子層12の結晶成長時の成長面である(000−1)面からなる反射面80cで反射させてn型GaN基板81の主表面に対して実質的に垂直な方向に出射方向を変化させて出射させることにより、表面出射型レーザの光源として用いる。これによって、結晶成長面として良好な平坦性を有する複数の反射面80c(9箇所)により光の散乱が抑制された複数のレーザ光(9本)が出射されるので、発光効率が向上された表面出射型レーザを形成することができる。   In the sixth embodiment, as described above, the surface emitting laser array 120 is used to transmit nine laser beams emitted from the light emitting surface 80a of each surface emitting nitride semiconductor laser element 80 to the semiconductor laser element layer 12. The light is reflected by the reflecting surface 80c composed of the (000-1) plane which is a growth surface at the time of crystal growth and is emitted while changing the emitting direction in a direction substantially perpendicular to the main surface of the n-type GaN substrate 81. Therefore, it is used as a light source for a surface emitting laser. As a result, a plurality of laser beams (nine beams) whose light scattering is suppressed are emitted by a plurality of reflecting surfaces 80c (nine locations) having good flatness as crystal growth surfaces, so that the light emission efficiency is improved. A surface emitting laser can be formed.

(第7実施形態)
図25は、本発明の第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。図26は、図25に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図25および図26を参照して、この第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子140では、上記第1実施形態と異なり、略(1−10−4)面からなる主表面を有するn型GaN基板141に[11−20]方向(図26の紙面に垂直な方向)に延びる凹部(後述する溝部150)を形成した後に、半導体レーザ素子層12を形成する場合について説明する。なお、n型GaN基板141および溝部150は、それぞれ、本発明の「基板」および「凹部」の一例である。
(Seventh embodiment)
FIG. 25 is a perspective view showing the structure of a nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 26 is a cross-sectional view showing the structure of the nitride-based semiconductor laser device shown in FIG. Referring to FIGS. 25 and 26, in nitride-based semiconductor laser device 140 according to the seventh embodiment, unlike the first embodiment, an n-type having a main surface made of a substantially (1-10-4) plane. A case will be described in which the semiconductor laser element layer 12 is formed after a recess (groove 150 to be described later) extending in the [11-20] direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 26) is formed on the GaN substrate 141. The n-type GaN substrate 141 and the groove 150 are examples of the “substrate” and the “concave portion” of the present invention, respectively.

この第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子140では、図25に示すように、共振器方向(A方向)の端部に段差部141aが形成されている。また、約100μmの厚みを有するn型GaN基板141上に、約3.1μmの厚みを有する半導体レーザ素子層12が形成されている。また、半導体レーザ素子層12は、図26に示すように、レーザ素子端部間(A方向)の長さL1が約1560μmを有するとともに、窒化物系半導体レーザ素子140の両端部に、n型GaN基板141の主表面に対して略垂直な光出射面140aおよび光反射面140bがそれぞれ形成されている。なお、光出射面140aおよび光反射面140bは、それぞれ、本発明の「第1共振器端面」および「第2共振器端面」の一例である。   In the nitride-based semiconductor laser device 140 according to the seventh embodiment, as shown in FIG. 25, a stepped portion 141a is formed at the end in the resonator direction (A direction). A semiconductor laser element layer 12 having a thickness of about 3.1 μm is formed on an n-type GaN substrate 141 having a thickness of about 100 μm. In addition, as shown in FIG. 26, the semiconductor laser element layer 12 has a length L1 between laser element end portions (A direction) of about 1560 μm, and n-type semiconductor laser element layers 140 at both ends of the nitride semiconductor laser element 140. A light emitting surface 140a and a light reflecting surface 140b that are substantially perpendicular to the main surface of the GaN substrate 141 are formed. The light emitting surface 140a and the light reflecting surface 140b are examples of the “first resonator end surface” and the “second resonator end surface” of the present invention, respectively.

ここで、第7実施形態では、半導体レーザ素子層12は、n型GaN基板141の略(1−10−4)面からなる主表面上に形成されている。また、n型GaN基板141の光出射面140a側の下部に形成された段差部141aは、n型GaN基板141の主表面と略垂直な(1−101)面からなる端面141bを有している。そして、図25に示すように、半導体レーザ素子層12の光出射面140aは、n型GaN基板141の端面141bを引き継ぐように結晶成長した略(1−101)面により形成されている。また、半導体レーザ素子層12の光反射面140bは、[−110−1]方向(図26のA1方向)に垂直な端面である(−110−1)面により形成されている。   Here, in the seventh embodiment, the semiconductor laser element layer 12 is formed on the main surface made of the substantially (1-10-4) plane of the n-type GaN substrate 141. Further, the stepped portion 141 a formed at the lower part of the n-type GaN substrate 141 on the light emitting surface 140 a side has an end surface 141 b composed of a (1-101) plane substantially perpendicular to the main surface of the n-type GaN substrate 141. Yes. As shown in FIG. 25, the light emitting surface 140a of the semiconductor laser element layer 12 is formed by a substantially (1-101) plane on which crystal growth has taken place over the end face 141b of the n-type GaN substrate 141. The light reflecting surface 140b of the semiconductor laser element layer 12 is formed by a (−110-1) plane that is an end surface perpendicular to the [−110-1] direction (A1 direction in FIG. 26).

なお、第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子140の半導体レーザ素子層12の素子構造は、上記第1実施形態と同様である。   The element structure of the semiconductor laser element layer 12 of the nitride semiconductor laser element 140 according to the seventh embodiment is the same as that of the first embodiment.

図27〜図29は、それぞれ、図25に示した第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図25〜図29を参照して、第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子140の製造プロセスについて説明する。   27 to 29 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment shown in FIG. A manufacturing process for the nitride-based semiconductor laser device 140 according to the seventh embodiment is now described with reference to FIGS.

まず、図27に示すように、エッチング技術を用いて、n型GaN基板141の略(1−10−4)面からなる主表面に、[1−101]方向(A方向)に約40μmの幅W1を有するとともに、約2μmの深さを有し、[11−20]方向(B方向)に延びる溝部150を形成する。そして、MOCVD法を用いて、n型GaN基板141上に半導体レーザ素子層12を結晶成長させる。   First, as shown in FIG. 27, an etching technique is used to form approximately 40 μm in the [1-101] direction (A direction) on the main surface composed of the substantially (1-10-4) plane of the n-type GaN substrate 141. A groove 150 having a width W1 and a depth of about 2 μm and extending in the [11-20] direction (B direction) is formed. Then, the semiconductor laser element layer 12 is grown on the n-type GaN substrate 141 using MOCVD.

ここで、第7実施形態では、図28に示すように、溝部150の(1−101)面からなる内側面150aにおいて、半導体レーザ素子層12は、溝部150の(1−101)面を引き継ぐように[1−10−4]方向(C2方向)に延びる(1−101)面を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体レーザ素子層12の(1−101)面が、窒化物系半導体レーザ素子140の光出射面140aとして形成される。   Here, in the seventh embodiment, as shown in FIG. 28, the semiconductor laser element layer 12 takes over the (1-101) surface of the groove 150 on the inner side surface 150 a made of the (1-101) surface of the groove 150. Thus, the crystal grows while forming the (1-101) plane extending in the [1-10-4] direction (C2 direction). Thereby, the (1-101) plane of the semiconductor laser element layer 12 is formed as the light emitting surface 140 a of the nitride-based semiconductor laser element 140.

また、第7実施形態では、溝部150の(1−101)面に対向する(−110−1)面(内側面150b)側では、半導体レーザ素子層12は、[1−10−4]方向(C2方向)に対して角度θ10(=約65°)傾斜した方向に延びる(000−1)面からなる結晶成長面140cを形成しながら結晶成長する。したがって、結晶成長面140cは半導体レーザ素子層12の上面(主表面)に対して鈍角をなすように形成される。なお、内側面150aおよび内側面150bは、それぞれ、本発明の「凹部の内側面」の一例である。 In the seventh embodiment, on the (−110-1) plane (inner surface 150b) side facing the (1-101) plane of the groove 150, the semiconductor laser element layer 12 is in the [1-10-4] direction. The crystal grows while forming a crystal growth surface 140c composed of a (000-1) plane extending in a direction inclined by an angle θ 10 (= about 65 °) with respect to (C2 direction). Therefore, the crystal growth surface 140c is formed so as to form an obtuse angle with respect to the upper surface (main surface) of the semiconductor laser element layer 12. The inner side surface 150a and the inner side surface 150b are examples of the “inner side surface of the recess” in the present invention.

その後、図29に示すように、上記第1実施形態と同様の製造プロセスにより、半導体レーザ素子層12上に、電流ブロック層18(図25参照)およびp側電極19を形成する。また、図29に示すように、n型GaN基板141の裏面を研磨した後、真空蒸着法を用いて、n型GaN基板141の裏面上にn側電極20を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 29, the current blocking layer 18 (see FIG. 25) and the p-side electrode 19 are formed on the semiconductor laser element layer 12 by the same manufacturing process as in the first embodiment. 29, after polishing the back surface of the n-type GaN substrate 141, the n-side electrode 20 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 141 using a vacuum deposition method.

また、第7実施形態の製造プロセスでは、図29に示すように、所定の共振器端面を形成したい位置を、半導体レーザ素子層12の表面側(上面側)からn型GaN基板141まで達する方向(矢印C1方向)にドライエッチングを行うことにより、半導体レーザ素子層12の一方の側面が平坦な略(−110−1)面を有する溝部151を形成する。これにより、溝部151の一方の側面である略(−110−1)面が、窒化物系半導体レーザ素子140の光反射面140bとして容易に形成される。なお、溝部151は、平面的に見て、溝部150の延びる方向と略平行な[11−20]方向(図29のB方向)に伸びるように形成される。   In the manufacturing process of the seventh embodiment, as shown in FIG. 29, the position where the predetermined resonator end face is to be formed extends from the surface side (upper surface side) of the semiconductor laser element layer 12 to the n-type GaN substrate 141. By performing dry etching in the direction of arrow C1, a groove 151 having a substantially (−110-1) plane on one side surface of the semiconductor laser element layer 12 is formed. As a result, the substantially (−110-1) surface, which is one side surface of the groove 151, is easily formed as the light reflecting surface 140 b of the nitride-based semiconductor laser device 140. The groove 151 is formed so as to extend in the [11-20] direction (the B direction in FIG. 29) substantially parallel to the direction in which the groove 150 extends in plan view.

そして、図29に示すように、溝部150および151に、それぞれ、レーザスクライブまたは機械式スクライブにより、溝部150と平行にスクライブ溝152を形成する。この状態で、図29に示すように、スクライブ溝152の位置で分離する。なお、n型GaN基板141の溝部150は、図25に示すように、素子分割後、光出射面140aの下部に形成された段差部141aとなる。   Then, as shown in FIG. 29, scribe grooves 152 are formed in the grooves 150 and 151 in parallel with the grooves 150 by laser scribe or mechanical scribe. In this state, as shown in FIG. 29, separation is performed at the position of the scribe groove 152. As shown in FIG. 25, the groove 150 of the n-type GaN substrate 141 becomes a stepped portion 141a formed in the lower part of the light emitting surface 140a after the element is divided.

この後、共振器方向(図26のA方向)に沿って素子を分割してチップ化することによって、図25に示した第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子140が形成される。   Thereafter, the device is divided into chips along the resonator direction (A direction in FIG. 26), thereby forming the nitride-based semiconductor laser device 140 according to the seventh embodiment shown in FIG.

第7実施形態では、上記のように、n型GaN基板141の主表面に対して略垂直な略(1−101)面からなる光出射面140aを備えることによって、製造プロセス上、半導体レーザ素子層12の結晶成長時に同時にn型GaN基板141に形成された溝部150の(1−101)面からなる内側面150aを引き継ぐように、(1−101)面からなる光出射面140aを形成することができる。これにより、劈開性の無い(1−101)面を共振器面とする場合でも、エッチング工程を用いることなく光出射面140aを形成することができる。また、結晶成長により(1−101)面からなる光出射面140aを形成することによって、(1−101)端面を形成しない場合の窒化物系半導体素子層の成長層表面と比較して、成長層表面(主表面)の平坦性を向上させることができる。なお、第7実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。   In the seventh embodiment, as described above, by providing the light emitting surface 140a formed of a substantially (1-101) plane substantially perpendicular to the main surface of the n-type GaN substrate 141, the semiconductor laser device is manufactured in terms of the manufacturing process. At the same time as the crystal growth of the layer 12, the light emitting surface 140 a composed of the (1-101) plane is formed so as to take over the inner surface 150 a composed of the (1-101) plane of the groove 150 formed in the n-type GaN substrate 141. be able to. Thereby, even when the (1-101) plane having no cleavage property is used as the resonator plane, the light emitting surface 140a can be formed without using an etching process. Further, by forming the light emitting surface 140a composed of the (1-101) plane by crystal growth, the growth is made in comparison with the growth layer surface of the nitride-based semiconductor element layer when the (1-101) end face is not formed. The flatness of the layer surface (main surface) can be improved. The remaining effects of the seventh embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.

(第8実施形態)
図30は、本発明の第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図30を参照して、この第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子160では、上記第1実施形態と異なり、略(11−2−5)面からなる主表面を有するn型GaN基板161上にAlGaNからなる下地層40を形成した後、半導体レーザ素子層12を形成する場合について説明する。なお、n型GaN基板161は、本発明の「基板」の一例である。
(Eighth embodiment)
FIG. 30 is a sectional view showing the structure of a nitride-based semiconductor laser device according to the eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 30, in the nitride-based semiconductor laser device 160 according to the eighth embodiment, unlike the first embodiment, an n-type GaN substrate 161 having a main surface substantially consisting of (11-2-5) plane. The case where the semiconductor laser element layer 12 is formed after the underlayer 40 made of AlGaN is formed thereon will be described. The n-type GaN substrate 161 is an example of the “substrate” in the present invention.

ここで、第8実施形態では、半導体レーザ素子層12は、n型GaN基板161の略(1−10−2)面からなる主表面上に下地層40を介して形成されている。また、半導体レーザ素子層12の光出射面160aは、下地層40のクラック41の内側面41aを引き継ぐように結晶成長した(11−22)面からなる結晶成長面により形成されている。また、半導体レーザ素子層12の光反射面160bは、[11−22]方向(図30のA2方向)に垂直な端面である(−1−12−2)面により形成されている。なお、光出射面160aおよび光反射面160bは、それぞれ、本発明の「第1共振器端面」および「第2共振器端面」の一例である。また、光反射面160bの下部には、段差部160dが形成されている。   Here, in the eighth embodiment, the semiconductor laser element layer 12 is formed on the main surface made of the substantially (1-10-2) plane of the n-type GaN substrate 161 with the underlayer 40 interposed therebetween. The light emitting surface 160a of the semiconductor laser element layer 12 is formed by a crystal growth surface composed of a (11-22) plane on which crystal growth has taken place so as to take over the inner side surface 41a of the crack 41 of the underlayer 40. The light reflecting surface 160b of the semiconductor laser element layer 12 is formed by a (-1-12-2) plane that is an end surface perpendicular to the [11-22] direction (A2 direction in FIG. 30). The light emitting surface 160a and the light reflecting surface 160b are examples of the “first resonator end surface” and the “second resonator end surface” in the present invention, respectively. A stepped portion 160d is formed below the light reflecting surface 160b.

なお、第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子160の半導体レーザ素子層12の素子構造は、上記第1実施形態と同様である。   The element structure of the semiconductor laser element layer 12 of the nitride-based semiconductor laser element 160 according to the eighth embodiment is the same as that of the first embodiment.

図31は、図30に示した第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図30および図31を参照して、第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子160の製造プロセスについて説明する。   FIG. 31 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the nitride-based semiconductor laser device according to the eighth embodiment shown in FIG. A manufacturing process for the nitride-based semiconductor laser device 160 according to the eighth embodiment is now described with reference to FIGS.

第8実施形態では、上記第1実施形態と同様の製造プロセスにより、n型GaN基板161上に下地層40を成長させる。なお、n型GaN基板161と下地層40との格子定数の差から、下地層40にはクラック41が形成される。また、クラック41は、[1−100]方向(図31の紙面に垂直な方向)に沿ってストライプ状に形成される。   In the eighth embodiment, the foundation layer 40 is grown on the n-type GaN substrate 161 by the same manufacturing process as in the first embodiment. A crack 41 is formed in the underlayer 40 due to the difference in lattice constant between the n-type GaN substrate 161 and the underlayer 40. The cracks 41 are formed in a stripe shape along the [1-100] direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 31).

その後、図31に示すように、第1実施形態と同様の製造プロセスによって下地層40上に、半導体レーザ素子層12を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 31, the semiconductor laser element layer 12 is formed on the underlayer 40 by the same manufacturing process as in the first embodiment.

ここで、第8実施形態では、図31に示すように、下地層40上に半導体レーザ素子層12を成長させた場合、[1−100]方向にストライプ状に延びるクラック41の内側面41aにおいて、半導体レーザ素子層12は、[11−2−5]方向(C2方向)に延びる(11−22)面を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体レーザ素子層12の(11−22)面が、窒化物系半導体レーザ素子160の光出射面160aとして形成される。   Here, in the eighth embodiment, as shown in FIG. 31, when the semiconductor laser element layer 12 is grown on the underlayer 40, the inner surface 41a of the crack 41 extending in a stripe shape in the [1-100] direction. The semiconductor laser element layer 12 grows while forming a (11-22) plane extending in the [11-2-5] direction (C2 direction). Thereby, the (11-22) plane of the semiconductor laser element layer 12 is formed as the light emitting surface 160 a of the nitride-based semiconductor laser element 160.

また、第8実施形態では、クラック41の内側面41b側において、半導体レーザ素子層12は、[11−2−5]方向(C2方向)に対して角度θ11(=約57°)傾斜した方向に延びる(000−1)面からなる結晶成長面160cを形成しながら結晶成長する。 In the eighth embodiment, the semiconductor laser element layer 12 is inclined at an angle θ 11 (= about 57 °) with respect to the [11-2-5] direction (C2 direction) on the inner surface 41b side of the crack 41. The crystal grows while forming a crystal growth surface 160c composed of a (000-1) plane extending in the direction.

そして、図31に示すように、半導体レーザ素子層12上に、電流ブロック層18(図3参照)およびp側電極19を形成する。また、図31に示すように、n型GaN基板161の裏面を研磨した後、真空蒸着法を用いて、n型GaN基板161の裏面上にn側電極20を形成する。   Then, as shown in FIG. 31, the current blocking layer 18 (see FIG. 3) and the p-side electrode 19 are formed on the semiconductor laser element layer 12. Further, as shown in FIG. 31, after the back surface of the n-type GaN substrate 161 is polished, the n-side electrode 20 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 161 by using a vacuum evaporation method.

また、第8実施形態では、図31に示すように、所定の共振器端面を形成したい位置を、半導体レーザ素子層12の表面側(上面側)からn型GaN基板161まで達する方向(矢印C1方向)にドライエッチングを行うことにより、半導体レーザ素子層12の一方の側面が平坦な略(−1−12−2)面を有する溝部162を形成する。これにより、溝部162の一方の側面である略(−1−12−2)面が、窒化物系半導体レーザ素子160の光反射面160bとして容易に形成される。なお、溝部162は、平面的に見て、クラック41の延びる方向と略平行な[1−100]方向(B方向)に伸びるように形成される。   In the eighth embodiment, as shown in FIG. 31, the position where a predetermined resonator end face is to be formed extends from the surface side (upper surface side) of the semiconductor laser element layer 12 to the n-type GaN substrate 161 (arrow C1). By performing dry etching in the direction), a groove 162 having a substantially (-1-12-2) plane on one side of the semiconductor laser element layer 12 is formed. As a result, the substantially (−1-12-2) surface, which is one side surface of the groove 162, is easily formed as the light reflecting surface 160 b of the nitride-based semiconductor laser device 160. The groove 162 is formed so as to extend in the [1-100] direction (B direction) substantially parallel to the direction in which the crack 41 extends in plan view.

そして、図31に示すように、クラック41および溝部162に、それぞれ、レーザスクライブまたは機械式スクライブにより、溝部162と平行にスクライブ溝163を形成する。この状態で、図31に示すように、ウェハをスクライブ溝163の位置で分離する。なお、n型GaN基板161の溝部162は、図30に示すように、素子分割後、光反射面160bの下部に形成された段差部160dとなる。   Then, as shown in FIG. 31, a scribe groove 163 is formed in the crack 41 and the groove portion 162 in parallel with the groove portion 162 by laser scribe or mechanical scribe. In this state, the wafer is separated at the position of the scribe groove 163 as shown in FIG. In addition, the groove part 162 of the n-type GaN substrate 161 becomes a step part 160d formed in the lower part of the light reflecting surface 160b after the element division, as shown in FIG.

この後、共振器方向(図30のA方向)に沿って素子を分割してチップ化することによって、図30に示した第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子160が形成される。   Thereafter, the device is divided into chips along the resonator direction (A direction in FIG. 30), whereby the nitride-based semiconductor laser device 160 according to the eighth embodiment shown in FIG. 30 is formed.

第8実施形態では、上記のように、n型GaN基板161の主表面に対して略垂直な略(11−22)面からなる光出射面160aを備えることによって、製造プロセス上、半導体レーザ素子層12の結晶成長時に同時にn型GaN基板161に形成されたクラック41の内側面41aを引き継ぐように、(11−22)面からなる光出射面160aを形成することができる。これにより、劈開性の無い(11−22)面を共振器面とする場合でも、エッチング工程を用いることなく光出射面160aを形成することができる。また、結晶成長により(11−22)面からなる光出射面160aを形成することによって、成長層表面(主表面)の平坦性を向上させることができる。なお、第8実施形態のその他の効果は、上記第7実施形態と同様である。   In the eighth embodiment, as described above, by providing the light emitting surface 160a formed of a substantially (11-22) plane substantially perpendicular to the main surface of the n-type GaN substrate 161, the semiconductor laser device is manufactured in terms of the manufacturing process. The light emitting surface 160a composed of the (11-22) plane can be formed so as to take over the inner side surface 41a of the crack 41 formed in the n-type GaN substrate 161 simultaneously with the crystal growth of the layer 12. Thereby, even when the (11-22) surface having no cleavage property is used as the resonator surface, the light emitting surface 160a can be formed without using an etching process. Further, the flatness of the growth layer surface (main surface) can be improved by forming the light emitting surface 160a having the (11-22) plane by crystal growth. The remaining effects of the eighth embodiment are similar to those of the aforementioned seventh embodiment.

(第8実施形態の変形例)
図32および図33は、本発明の第8実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。図6および図30〜図33を参照して、この第8実施形態の変形例による製造プロセスでは、上記第8実施形態と異なり、n型GaN基板161上の下地層40に破線状のスクライブ傷180を形成することによってクラックの発生位置が制御されたクラック181を形成する場合について説明する。なお、クラック181は、本発明の「凹部」の一例である。
(Modification of the eighth embodiment)
32 and 33 are plan views for explaining the manufacturing process for the nitride-based semiconductor laser device according to the modification of the eighth embodiment of the present invention. With reference to FIGS. 6 and 30 to 33, in the manufacturing process according to the modification of the eighth embodiment, unlike the above-described eighth embodiment, a broken-line scribe scratch is formed on the underlayer 40 on the n-type GaN substrate 161. The case where the crack 181 in which the crack generation position is controlled by forming 180 will be described. The crack 181 is an example of the “concave portion” in the present invention.

ここで、第8実施形態の変形例では、図32に示すように、n型GaN基板161(図31参照)上に、上記した第8実施形態の厚み(約3μm〜約4μm)よりも薄い臨界膜厚程度の厚みを有する下地層40を成長させる。この際、下地層40には、上記第8実施形態と同様の作用によって内部に引張応力R(図6参照)が発生する。ここで、臨界膜厚とは、互いに異なる格子定数を有する半導体層を積層した際に、格子定数差に起因したクラックが半導体層に発生しない場合の半導体層の最小の厚みを意味する。   Here, in the modification of the eighth embodiment, as shown in FIG. 32, the thickness is thinner than the thickness (about 3 μm to about 4 μm) of the above-described eighth embodiment on the n-type GaN substrate 161 (see FIG. 31). An underlayer 40 having a thickness about the critical thickness is grown. At this time, a tensile stress R (see FIG. 6) is generated in the underlayer 40 by the same action as in the eighth embodiment. Here, the critical film thickness means the minimum thickness of the semiconductor layer when a semiconductor layer having a different lattice constant is stacked and no cracks are generated in the semiconductor layer due to the difference in lattice constant.

この後、図32に示すように、レーザ光またはダイヤモンドポイントなどにより、下地層40にB方向に延びる破線状(約40μm間隔)のスクライブ傷180を、A方向に間隔L2(=約1600μm)で形成する。これにより、図33に示すように、下地層40には、破線状のスクライブ傷180を起点として、スクライブ傷180が形成されていない下地層40の領域にクラックが進行する。この結果、下地層40をB方向に分断する略直線状のクラック181が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 32, scribe flaws 180 having a broken line shape (about 40 μm intervals) extending in the B direction are formed in the base layer 40 by laser light or diamond points at intervals L2 (= about 1600 μm) in the A direction. Form. As a result, as shown in FIG. 33, the crack progresses in the base layer 40 in the region of the base layer 40 where the scribe scratch 180 is not formed, starting from the broken scribe scratch 180. As a result, a substantially linear crack 181 that divides the base layer 40 in the B direction is formed.

その際、スクライブ傷180も、深さ方向(図32の紙面に垂直な方向)に分割が進む。これにより、クラック181には、下地層40とn型GaN基板161との界面近傍まで達する内側面181a(図33に破線で示す)が形成される。なお、内側面181aは、n型GaN基板161の(11−2−5)面からなる主表面に対して略垂直に形成される。なお、内側面181aは、本発明の「凹部の内側面」の一例である。   At that time, the scribe scratch 180 is also divided in the depth direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 32). As a result, an inner side surface 181 a (shown by a broken line in FIG. 33) reaching the vicinity of the interface between the foundation layer 40 and the n-type GaN substrate 161 is formed in the crack 181. The inner side surface 181a is formed substantially perpendicular to the main surface composed of the (11-2-5) plane of the n-type GaN substrate 161. The inner side surface 181a is an example of the “inner side surface of the recess” in the present invention.

また、上記第8実施形態と同様に、クラック181の内側面181aに対向する内側面181b(図33参照)側では、半導体レーザ素子層12は、[11−2−5]方向に対して所定の角度(約57°)傾斜した方向に延びる(000−1)面からなる結晶成長面160c(図31参照)を形成しながら結晶成長する。なお、内側面181bは、本発明の「凹部の内側面」の一例である。なお、第8実施形態の変形例における窒化物系半導体レーザ素子160(図31参照)のその他の素子構造および製造プロセスは、上記第8実施形態と同様である。   Similarly to the eighth embodiment, on the side of the inner surface 181b (see FIG. 33) facing the inner surface 181a of the crack 181, the semiconductor laser element layer 12 is predetermined in the [11-2-5] direction. The crystal grows while forming a crystal growth surface 160c (see FIG. 31) composed of a (000-1) plane extending in a direction inclined at an angle of about 57 °. The inner side surface 181b is an example of the “inner side surface of the recess” in the present invention. The remaining element structure and manufacturing process of the nitride-based semiconductor laser element 160 (see FIG. 31) in the modification of the eighth embodiment are the same as those in the eighth embodiment.

第8実施形態の変形例による製造プロセスでは、上記のように、クラック181の形成の際に、n型GaN基板161上に下地層40を臨界膜厚程度の厚みに形成した後、下地層40に対して、B方向に延びる破線状(約40μm間隔)のスクライブ傷180を共振器方向(A方向)に等間隔に形成することによって、下地層40は、破線状のスクライブ傷180を起点としてB方向に平行に、かつ、共振器方向(A方向)に等間隔にクラック181が形成される。すなわち、上記第8実施形態のように、自発的に形成されたクラックの内側面を利用して半導体層を積層させる場合と比較して、より容易に、共振器長が揃った窒化物系半導体レーザ素子160(図16参照)を形成することができる。なお、第8実施形態の変形例におけるその他の効果は、上記第8実施形態と同様である。   In the manufacturing process according to the modification of the eighth embodiment, as described above, the base layer 40 is formed on the n-type GaN substrate 161 to have a thickness about the critical film thickness when the crack 181 is formed, and then the base layer 40 is formed. On the other hand, by forming the scribe scratches 180 in the direction of the broken line (interval of about 40 μm) in the B direction at equal intervals in the direction of the resonator (direction A), the underlayer 40 starts from the scribe scratches 180 in the form of the broken line. Cracks 181 are formed in parallel to the B direction and at equal intervals in the resonator direction (A direction). That is, as in the eighth embodiment, a nitride-based semiconductor in which the resonator lengths are more easily compared with the case where the semiconductor layer is stacked using the inner surface of the spontaneously formed crack. A laser element 160 (see FIG. 16) can be formed. The remaining effects of the modification of the eighth embodiment are similar to those of the aforementioned eighth embodiment.

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記第1〜第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子層12を、AlGaNやInGaNなどの窒化物系半導体素子層により形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子層を、AlN、InN、BN、TlNおよびこれらの混晶からなるウルツ構造の窒化物系半導体素子層により形成してもよい。   For example, in the nitride semiconductor laser elements according to the first to eighth embodiments, an example in which the semiconductor laser element layer 12 is formed of a nitride semiconductor element layer such as AlGaN or InGaN has been described. However, the semiconductor laser element layer may be formed of a Wurtzite nitride-based semiconductor element layer made of AlN, InN, BN, TlN, or a mixed crystal thereof.

また、上記第2実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子では、n型GaN基板のm面((1−100)面)からなる主表面上に半導体レーザ素子層12を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、たとえばa面((11−20)面)などのn型GaN基板の(000±1)面に垂直な面を、半導体レーザ素子層を形成する際の主表面としてもよい。   In the surface-emitting nitride semiconductor laser device according to the second embodiment, an example in which the semiconductor laser device layer 12 is formed on the main surface composed of the m-plane ((1-100) plane) of the n-type GaN substrate. The present invention is not limited to this. For example, when the semiconductor laser element layer is formed on a surface perpendicular to the (000 ± 1) plane of the n-type GaN substrate such as the a-plane ((11-20) plane). The main surface may be used.

また、上記第1〜第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子では、n型GaN基板と下地層との格子定数差を利用して下地層にクラックが自発的に形成される例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第8実施形態の変形例と同様に、n型GaN基板上の下地層に破線状のスクライブ傷を形成することによって発生位置が制御されたクラックを形成するようにしてもよい。   Further, in the surface emitting nitride semiconductor laser elements according to the first to third embodiments, an example in which cracks are spontaneously formed in the underlayer using the lattice constant difference between the n-type GaN substrate and the underlayer. However, the present invention is not limited to this, and the generation position is controlled by forming broken-line-shaped scribe flaws in the underlayer on the n-type GaN substrate, as in the modification of the eighth embodiment. A crack may be formed.

また、上記第1〜第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、基板にGaN基板を使用した例について示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、a面((11−20)面)を主表面とする窒化物系半導体を予め成長させたr面((1−102)面)サファイア基板や、a面((11−20)面)またはm面((1−100)面)を主表面とする窒化物系半導体を予め成長させたa面SiC基板またはm面SiC基板などを使用してもよい。また、上記の非極性窒化物系半導体を予め成長させたLiAlO・LiGaO基板などを用いてもよい。 In the nitride-based semiconductor laser devices according to the first to eighth embodiments, the example in which the GaN substrate is used as the substrate has been shown. However, the present invention is not limited to this. For example, the a-plane ((11-20) R-plane ((1-102) plane) sapphire substrate, nitride-based semiconductor whose main surface is the main surface, a-plane ((11-20) plane) or m-plane ((1-100) plane) An a-plane SiC substrate or m-plane SiC substrate on which a nitride-based semiconductor whose main surface is grown in advance may be used. It may also be used such as LiAlO 2 · LiGaO 2 substrate a non-polar nitride-based semiconductor were previously grown above.

また、上記第1〜第5実施形態および第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、基板(下地基板)にn型GaN基板を用いるとともに、n型GaN基板上にAlGaNからなる下地層を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、基板にInGaN基板を用いるとともに、InGaN基板上にGaNまたはAlGaNからなる下地層を形成してもよい。   In the nitride semiconductor laser elements according to the first to fifth embodiments and the eighth embodiment, an n-type GaN substrate is used as the substrate (underlying substrate), and an underlayer made of AlGaN is formed on the n-type GaN substrate. Although an example of the formation is shown, the present invention is not limited to this, and an InGaN substrate may be used as the substrate, and a base layer made of GaN or AlGaN may be formed on the InGaN substrate.

また、上記第1〜第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子では、n型GaN基板と下地層との格子定数差を利用して下地層にクラックが自発的に形成される例について示したが、本発明はこれに限らず、下地層40(図7参照)のB方向(図7参照)の両端部(n型GaN基板11のB方向の端部に対応する領域)にのみスクライブ傷を形成してもよい。このように構成しても、両端部のスクライブ傷を起点としてB方向に延びるクラックを導入することができる。   Further, in the surface emitting nitride semiconductor laser elements according to the first to third embodiments, an example in which cracks are spontaneously formed in the underlayer using the lattice constant difference between the n-type GaN substrate and the underlayer. Although the present invention is not limited to this, the present invention is not limited to this. Only scribe scratches may be formed. Even if comprised in this way, the crack extended in a B direction can be introduce | transduced from the scribe flaw of both ends.

また、上記第4実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子層12の形成時に形成される2つのファセットのうちの(000−1)面側を反射面(反射面80c)として用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第3実施形態の変形例と同様に、半導体レーザ素子層12の(11−22)面からなるファセットを反射面として表面出射型窒化物系半導体レーザ素子を形成するようにしてもよい。   In the surface-emitting nitride semiconductor laser device according to the fourth embodiment, the (000-1) plane side of the two facets formed when forming the semiconductor laser device layer 12 is the reflective surface (reflecting surface 80c). However, the present invention is not limited to this, and the facet composed of the (11-22) plane of the semiconductor laser element layer 12 is used as a reflective surface as in the modification of the third embodiment. An emission type nitride semiconductor laser element may be formed.

また、上記第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子層12の(1−101)端面を光出射面140aとするとともに、(−110−1)端面を光反射面140bとした例について示したが、本発明はこれに限らず、(−110−1)端面を光出射面とするとともに、(1−101)端面を光反射面としてもよい。   In the nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment, the (1-101) end surface of the semiconductor laser device layer 12 is a light emitting surface 140a, and the (-110-1) end surface is a light reflecting surface 140b. However, the present invention is not limited to this, and the (−110-1) end surface may be a light emitting surface and the (1-101) end surface may be a light reflecting surface.

また、上記第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子層12の(11−22)端面を光出射面160aとするとともに、(−1−12−2)端面を光反射面160bとした例について示したが、本発明はこれに限らず、(1−12−2)端面を光出射面とするとともに、(11−22)端面を光反射面としてもよい。   In the nitride-based semiconductor laser device according to the eighth embodiment, the (11-22) end surface of the semiconductor laser device layer 12 is used as the light emitting surface 160a, and the (-1-12-2) end surface is used as the light reflecting surface. Although an example of 160b is shown, the present invention is not limited to this, and the (1-12-2) end face may be a light emitting face and the (11-22) end face may be a light reflecting face.

また、上記第8実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子では、下地層40にクラック導入用のスクライブ傷180を破線状(約40μm間隔)に形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地層40のB方向(図32参照)の両端部(n型GaN基板161の端部に対応する領域)にスクライブ傷を形成してもよい。このように構成しても、両端部のスクライブ傷を起点としてB方向に延びるクラックを導入することができる。   In the nitride-based semiconductor laser device according to the modification of the eighth embodiment, an example in which the scribe flaws 180 for introducing cracks are formed in a broken line shape (at intervals of about 40 μm) in the underlayer 40 is shown. Not limited to this, scribe scratches may be formed at both end portions of the base layer 40 in the B direction (see FIG. 32) (regions corresponding to the end portions of the n-type GaN substrate 161). Even if comprised in this way, the crack extended in a B direction can be introduce | transduced from the scribe flaw of both ends.

また、上記第1実施形態〜第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、平坦な基板上に下部クラッド層、発光層(活性層)および上部クラッド層などを順次形成し、その上の電流路を電流ブロック層により狭く制限する構造利得導波型のオキサイドストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成する例について示したが、本発明はこれに限らず、リッジ部をSiOまたはAlGaNなどからなる電流ブロック層で埋め込んだ屈折率導波型のリッジ導波構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成してもよい。 In the nitride semiconductor laser elements according to the first to eighth embodiments, a lower clad layer, a light emitting layer (active layer), an upper clad layer, and the like are sequentially formed on a flat substrate, and the current thereon Although an example of forming a nitride-based semiconductor laser device having a gain-guided oxide stripe structure in which the path is narrowly limited by the current blocking layer has been shown, the present invention is not limited thereto, and the ridge portion is formed of SiO 2 or AlGaN. A nitride-based semiconductor laser element having a refractive index guided ridge waveguide structure embedded with a current blocking layer made of, for example, may be formed.

本発明による半導体レーザ素子の概略的な構成を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the schematic structure of the semiconductor laser element by this invention. 窒化物系半導体の結晶方位と、本発明における製造プロセスを用いて半導体レーザ素子を形成する場合の基板の主表面の法線方向の範囲を示した図である。It is the figure which showed the range of the normal direction of the main surface of the board | substrate in the case of forming a semiconductor laser element using the crystal orientation of a nitride-type semiconductor, and the manufacturing process in this invention. 本発明の第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。1 is a perspective view showing a structure of a surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 図3に示した表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the structure of the surface emitting nitride semiconductor laser element shown in FIG. 3. 図3に示した表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the structure of the surface emitting nitride semiconductor laser element shown in FIG. 3. 図3に示した第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment shown in FIG. 3. 図3に示した第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。FIG. 5 is a plan view for explaining the manufacturing process of the surface-emitting nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment shown in FIG. 3. 図3に示した第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment shown in FIG. 3. 図3に示した第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment shown in FIG. 3. 図3に示した第1実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図および平面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view and a plan view for explaining a manufacturing process of the surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment shown in FIG. 3. 本発明の第2実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the surface emitting nitride semiconductor laser element by 2nd Embodiment of this invention. 図11に示した第2実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the surface-emitting nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment shown in FIG. 図11に示した第2実施形態の製造プロセスにおけるn型GaN基板上の半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。FIG. 12 is a photomicrograph of a state of crystal growth of a semiconductor layer on an n-type GaN substrate in the manufacturing process of the second embodiment shown in FIG. 11 observed using a scanning electron microscope. 図11に示した第2実施形態の製造プロセスにおけるn型GaN基板上の半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。FIG. 12 is a photomicrograph of a state of crystal growth of a semiconductor layer on an n-type GaN substrate in the manufacturing process of the second embodiment shown in FIG. 11 observed using a scanning electron microscope. 本発明の第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the surface emitting nitride semiconductor laser element by 3rd Embodiment of this invention. 図15に示した第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to the third embodiment shown in FIG. 15. 図15に示した第3実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to the third embodiment shown in FIG. 15. 本発明の第3実施形態の変形例による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the surface-emitting nitride semiconductor laser element by the modification of 3rd Embodiment of this invention. 図18に示した第3実施形態の変形例による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to the modification of the third embodiment shown in FIG. 18. 本発明の第4実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the surface emitting nitride semiconductor laser element by 4th Embodiment of this invention. 図20に示した第4実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to the fourth embodiment shown in FIG. 20. 図20に示した第4実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the surface emitting nitride-based semiconductor laser device according to the fourth embodiment shown in FIG. 20. 本発明の第5実施形態による表面出射型窒化物系半導体レーザ素子とモニタ用PD内蔵サブマウントとを組み合わせた構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure which combined the surface emitting nitride semiconductor laser element by 5th Embodiment of this invention, and sub PD built-in monitor PD. 本発明の第6実施形態による面発光レーザアレーの構造を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the structure of the surface emitting laser array by 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the structure of the nitride type semiconductor laser element by 7th Embodiment of this invention. 図25に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing the structure of the nitride-based semiconductor laser device shown in FIG. 25. 図25に示した第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment shown in FIG. 25. 図25に示した第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment shown in FIG. 25. 図25に示した第7実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment shown in FIG. 25. 本発明の第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the nitride type semiconductor laser element by 8th Embodiment of this invention. 図30に示した第8実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 31 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the nitride-based semiconductor laser device according to the eighth embodiment shown in FIG. 30. 本発明の第8実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing process of the nitride type semiconductor laser element by the modification of 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing process of the nitride type semiconductor laser element by the modification of 8th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1半導体(基板、窒化物系半導体素子層)
2 活性層(発光層、窒化物系半導体素子層)
3 第2半導体(窒化物系半導体素子層)
11、51、61、81、141、161 n型GaN基板(基板)
12 半導体レーザ素子層(窒化物系半導体素子層)
13 バッファ層(窒化物系半導体素子層)
14 n型クラッド層(窒化物系半導体素子層)
15 発光層(窒化物系半導体素子層)
16 p型クラッド層(窒化物系半導体素子層)
17 p型コンタクト層(窒化物系半導体素子層)
30a、50a、60a、70a、80a、140a、160a 光出射面(第1共振器端面)
30b、50b、60b、70b、80b、140b、160b 光反射面(第2共振器端面)
30c、50c、60c、70c、80c、100c 反射面
40 下地層
41、181 クラック(凹部)
41a、150a、181a 内側面(凹部の内側面)
41b、150b、181b 内側面(凹部の内側面)
100a 端面(第2共振器端面)
100b 端面(第1共振器端面)
101a レーザ光
150 溝部(凹部)
1 First semiconductor (substrate, nitride-based semiconductor element layer)
2 Active layer (light emitting layer, nitride-based semiconductor element layer)
3 Second semiconductor (nitride-based semiconductor element layer)
11, 51, 61, 81, 141, 161 n-type GaN substrate (substrate)
12 Semiconductor laser device layer (nitride-based semiconductor device layer)
13 Buffer layer (nitride semiconductor element layer)
14 n-type cladding layer (nitride semiconductor element layer)
15 Light emitting layer (nitride semiconductor element layer)
16 p-type cladding layer (nitride-based semiconductor element layer)
17 p-type contact layer (nitride semiconductor element layer)
30a, 50a, 60a, 70a, 80a, 140a, 160a Light exit surface (first resonator end surface)
30b, 50b, 60b, 70b, 80b, 140b, 160b Light reflecting surface (second resonator end surface)
30c, 50c, 60c, 70c, 80c, 100c Reflective surface 40 Underlayer 41, 181 Crack (recess)
41a, 150a, 181a Inner surface (inner surface of recess)
41b, 150b, 181b Inner surface (inner surface of recess)
100a End face (second resonator end face)
100b end face (first resonator end face)
101a Laser beam 150 Groove (recess)

Claims (8)

基板の主表面上に形成され、発光層を有する窒化物系半導体素子層と、
前記窒化物系半導体素子層の前記発光層を含む端部に形成される第1共振器端面と、
前記第1共振器端面と対向する領域に形成され、少なくとも前記主表面に対して所定の角度傾斜して延びる(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面(ここでA≧0およびB≧0であり、かつ、AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなる反射面とを備える、窒化物系半導体レーザ素子。
A nitride-based semiconductor element layer formed on the main surface of the substrate and having a light-emitting layer;
A first resonator end face formed at an end portion of the nitride-based semiconductor element layer including the light emitting layer;
A (000-1) plane, or a {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane, which is formed in a region facing the end face of the first resonator and extends at a predetermined angle with respect to at least the main surface A nitride-based semiconductor laser device comprising: a reflecting surface (where A ≧ 0 and B ≧ 0, and at least one of A and B is not 0).
前記基板は、前記主表面に形成された凹部を有し、
前記反射面は、前記凹部の内側面を起点として形成される前記窒化物系半導体素子層の結晶成長面からなる、請求項1に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
The substrate has a recess formed in the main surface;
The nitride-based semiconductor laser device according to claim 1, wherein the reflecting surface is formed of a crystal growth surface of the nitride-based semiconductor device layer formed from an inner side surface of the recess.
前記第1共振器端面とは反対側の端部に形成され、前記主表面に対して略垂直な方向に延びる第2共振器端面をさらに備える、請求項1または2に記載の窒化物系半導体レーザ素子。   3. The nitride-based semiconductor according to claim 1, further comprising a second resonator end surface that is formed at an end opposite to the first resonator end surface and extends in a direction substantially perpendicular to the main surface. Laser element. 前記基板は、窒化物系半導体からなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。   The nitride-based semiconductor laser device according to claim 1, wherein the substrate is made of a nitride-based semiconductor. 前記第1共振器端面から出射されたレーザ光は、前記反射面により、前記レーザ光の前記発光層からの出射方向と交差する方向に出射方向が変化されて、前記レーザ光のモニタ用の光センサに入射されるように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。   The laser beam emitted from the end face of the first resonator has its emission direction changed in a direction intersecting with the emission direction of the laser beam from the light emitting layer by the reflecting surface, and the laser beam monitoring light The nitride-based semiconductor laser device according to claim 1, wherein the nitride-based semiconductor laser device is configured to be incident on a sensor. 前記第1共振器端面から出射されたレーザ光が、前記反射面により、前記レーザ光の前記発光層からの出射方向と交差する方向に出射方向が変化するように構成された表面出射型レーザである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。   A surface emitting laser configured such that the laser beam emitted from the end face of the first resonator is changed in an emission direction by the reflecting surface in a direction intersecting with an emission direction of the laser beam from the light emitting layer. The nitride-based semiconductor laser device according to claim 1, wherein the nitride-based semiconductor laser device is provided. 基板の主表面上に形成するとともに、発光層を有する窒化物系半導体素子層の端部に第1共振器端面を形成する工程と、
前記第1共振器端面と対向する領域に前記主表面に対して所定の角度傾斜して延びる(000−1)面、または、{A+B、A、−2A−B、2A+B}面(ここでA≧0およびB≧0であり、かつ、AおよびBの少なくともいずれか一方が0ではない整数)からなる反射面を形成する工程と、
前記第1共振器端面とは反対側の端部に、前記主表面に対して略垂直な方向に延びる第2共振器端面を形成する工程とを備える、窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
Forming on the main surface of the substrate and forming a first resonator end face at an end of the nitride-based semiconductor element layer having a light emitting layer;
A (000-1) plane extending at a predetermined angle with respect to the main surface in a region facing the end face of the first resonator, or a {A + B, A, -2A-B, 2A + B} plane (here A ≧ 0 and B ≧ 0 and at least one of A and B is an integer that is not 0)
Forming a second resonator end face extending in a direction substantially perpendicular to the main surface at an end opposite to the first resonator end face.
前記第1共振器端面を形成する工程および前記第2共振器端面を形成する工程は、前記窒化物系半導体素子層の結晶成長により、少なくとも前記第1共振器端面または前記第2共振器端面のいずれか一方を形成する工程と、エッチングにより、少なくとも前記第1共振器端面または前記第2共振器端面のいずれか他方を形成する工程とを含む、請求項7に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。   The step of forming the end face of the first resonator and the step of forming the end face of the second resonator include at least the end face of the first resonator or the end face of the second resonator by crystal growth of the nitride-based semiconductor element layer. The nitride-based semiconductor laser device according to claim 7, comprising a step of forming any one of them, and a step of forming at least one of the first resonator end surface and the second resonator end surface by etching. Manufacturing method.
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