JP5347566B2 - Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element capable of bringing an FFP into a favorable Gaussian shape of reduced ripple, and to provide a semiconductor light emitting element capable of enhancing a close tightness between a resonator end face and a protection film, capable of increasing manufacturing efficiency, and capable of reducing a manufacturing cost. <P>SOLUTION: This semiconductor light emitting element includes a substrate, a semiconductor layer laminated on the substrate, and a protrusion formed on an end face in a resonator side of the semiconductor layer, the protrusion has a light emitting face and a side face, a top view shape of the protrusion has a continuous wave-like shape or irregular shape, and the side face of the protrusion has an area of surface roughness larger than that of the light emitting face. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体発光素子に関し、より詳細には、半導体層の共振器側の端面に突出部を有する半導体発光素子に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device having a protrusion on an end face of a semiconductor layer on a resonator side.

近年、半導体発光素子の構造に関して種々の研究がなされており、その中でも端面発光素子である半導体レーザ素子や端面発光LEDについて多くの研究報告がなされている。光の出射モードと呼ばれる発光素子から放出された光の形状を制御する構造、また高出力化や長寿命化、信頼性の向上などを図るための構造などが提案されている。   In recent years, various studies have been made on the structure of semiconductor light emitting devices, and among them, many research reports have been made on semiconductor laser devices and edge emitting LEDs which are edge emitting devices. A structure for controlling the shape of light emitted from a light emitting element, called a light emission mode, and a structure for achieving high output, long life, and improved reliability have been proposed.

半導体レーザでは、光の横モード制御のためにストライプ構造を形成して、ストライプ状の導波路領域内で発生した光を共振させる。このとき、活性層を含む導波路領域から光が漏れると、この漏れた光が迷光となって半導体レーザの外部に放出される。これによって、主レーザ光にノイズが乗り、FFP(ファー・フィールド・パターン)にリップルが現れるようになる。特に、半導体レーザを高出力化するに従って、この現象が顕著になる。このようなノイズであるリップルは光ファイバーやレンズに結合する際に種々の支障を招くため、リップルのないFFPを実現可能な半導体発光素子が求められている。   In a semiconductor laser, a stripe structure is formed for controlling the transverse mode of light, and light generated in the stripe-shaped waveguide region is resonated. At this time, if light leaks from the waveguide region including the active layer, the leaked light is emitted as stray light to the outside of the semiconductor laser. As a result, noise is added to the main laser beam, and ripples appear in the FFP (far field pattern). In particular, this phenomenon becomes more prominent as the output of the semiconductor laser is increased. Since such ripple, which is noise, causes various troubles when coupled to an optical fiber or a lens, a semiconductor light emitting element capable of realizing FFP without ripple is required.

例えば、特許文献1では、基板上に形成されたリッジストライプを有する窒化物半導体層と、その上に形成された電極と、リッジストライプの長手方向に垂直な出射端面とを備えた窒化物半導体レーザ素子において、出射端面近傍のリッジストライプが設けられていない部分に開口部(凹部)が形成され、この凹部の底面を除いた面を窒化物半導体層の上面に比べて粗い面とするものである。   For example, in Patent Document 1, a nitride semiconductor laser including a nitride semiconductor layer having a ridge stripe formed on a substrate, an electrode formed thereon, and an emission end face perpendicular to the longitudinal direction of the ridge stripe. In the element, an opening (concave portion) is formed in a portion where the ridge stripe in the vicinity of the emission end face is not provided, and the surface excluding the bottom surface of the concave portion is made rougher than the top surface of the nitride semiconductor layer. .

また、特許文献2では、リップル対策の構造ではないが、基板上にIII族窒化物系半導体層が形成された半導体素子であって、III族窒化物系半導体層の側面に規則的または不規則的な凹凸パターンが形成されている半導体素子がある。この半導体素子の側面には絶縁膜が形成されており、このような構造によって、絶縁膜の剥離が防止されるとするものである。   Patent Document 2 discloses a semiconductor element in which a group III nitride-based semiconductor layer is formed on a substrate, although the structure is not a countermeasure against ripple, and is regular or irregular on the side surface of the group III nitride-based semiconductor layer. There is a semiconductor element in which a typical uneven pattern is formed. An insulating film is formed on the side surface of the semiconductor element, and such a structure prevents peeling of the insulating film.

特開2006−287137号公報JP 2006-287137 A 特開2001−185802号公報JP 2001-185802 A

しかしながら、上記半導体レーザ素子では、リップルの抑制がまだ不十分である。そのため、歩留まりの低下を招くことがある。   However, in the semiconductor laser element, ripple suppression is still insufficient. Therefore, the yield may be reduced.

さらに共振器端面で発生した熱による保護膜の剥がれ又は劣化を低減させ、共振器端面
と保護膜との密着性を良好に保つこと、ひいては高出力化を確保しながら共振器端面の保
護膜の剥がれを抑制し、さらに製造効率の増大を図り、製造コストの低減を行うことが強
く求められている。
Furthermore, the protection film peels off or deteriorates due to the heat generated at the resonator end face, and the adhesion between the resonator end face and the protection film is kept good. There is a strong demand to suppress peeling, further increase manufacturing efficiency, and reduce manufacturing costs.

そこで、本発明は、FFPがリップルの少ない良好なガウシアン形状となる半導体発光素子を提供することを目的とする。また、本発明は、共振器端面と保護膜との密着性を向上させ、製造効率の増大を図り、製造コストの低減を行うことができる半導体発光素子を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device in which FFP has a good Gaussian shape with little ripple. It is another object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of improving the adhesion between the resonator end face and the protective film, increasing the production efficiency, and reducing the production cost.

本発明の半導体発光素子は、基板と、該基板上に積層された半導体層と、該半導体層の共振器側の端面に形成された突出部とを有する半導体発光素子において、前記突出部は、光出射面と側面とを有しており、前記突出部の側面の平面視形状は、連続した波状形状又は凹凸形状をしており、前記突出部の側面は、光出射面よりも表面粗さが大きい領域を有していることを特徴とするものである。   The semiconductor light-emitting device of the present invention is a semiconductor light-emitting device having a substrate, a semiconductor layer stacked on the substrate, and a protrusion formed on an end surface of the semiconductor layer on the resonator side. It has a light emission surface and a side surface, and the planar view shape of the side surface of the protruding portion has a continuous wavy shape or a concavo-convex shape, and the side surface of the protruding portion is surface rougher than the light emission surface. Has a large area.

本発明の半導体発光素子は、基板と、該基板上に積層された半導体層と、該半導体層の共振器側の端面に形成された突出部とを有する半導体発光素子において、前記突出部は、光出射面と側面とを有しており、前記突出部の側面の平面視形状は、連続した波状形状又は凹凸形状をしており、前記突出部の側面は、突起部を有していることを特徴とするものである。   The semiconductor light-emitting device of the present invention is a semiconductor light-emitting device having a substrate, a semiconductor layer stacked on the substrate, and a protrusion formed on an end surface of the semiconductor layer on the resonator side. It has a light emission surface and a side surface, the planar view shape of the side surface of the protruding portion has a continuous wavy shape or an uneven shape, and the side surface of the protruding portion has a protruding portion It is characterized by.

また、上述した半導体発光素子は、以下のいずれか1以上をさらに備えることが好ましい。
(1)前記突出部の側面に形成された突起部は、半導体層の成長面と略平行方向に延びている。
(2)前記突出部の平面視形状は、光出射面方向に細くなっている。
(3)前記半導体発光素子は、前記突出部の前方に半導体層か基板の露出領域がある。
(4)前記突出部の光出射面と側面には保護膜が形成されている。
(5)前記半導体発光素子は、半導体レーザ素子又は端面発光LEDである。
(6)前記突出部は、エッチングにより形成される。
Moreover, it is preferable that the semiconductor light emitting element described above further includes any one or more of the following.
(1) The protrusion formed on the side surface of the protrusion extends in a direction substantially parallel to the growth surface of the semiconductor layer.
(2) The shape of the protrusion in plan view is narrower in the light exit surface direction.
(3) The semiconductor light emitting device has an exposed region of a semiconductor layer or a substrate in front of the protruding portion.
(4) A protective film is formed on the light emitting surface and the side surface of the protrusion.
(5) The semiconductor light emitting device is a semiconductor laser device or an edge emitting LED.
(6) The protrusion is formed by etching.

本発明の半導体発光素子の製造方法は、基板と、該基板上に積層された半導体層と、該半導体層の共振器側の端面に形成された突出部とを有する半導体発光素子の製造方法において、基板上に半導体層を積層する工程と、前記半導体層に共振器側の端面を形成するとともに、該共振器側の端面に光出射面と側面とを有する突出部を形成して、該突出部の側面の平面視形状を連続した波状形状又は凹凸形状とする工程と、前記突出部の側面に突起部を形成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。   The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a substrate, a semiconductor layer stacked on the substrate, and a protrusion formed on an end surface of the semiconductor layer on the resonator side. A step of laminating a semiconductor layer on a substrate; and forming a resonator-side end surface on the semiconductor layer, and forming a protrusion having a light emitting surface and a side surface on the resonator-side end surface. And a step of forming a protruding portion on the side surface of the projecting portion.

上述した半導体発光素子の製造方法は、前記突出部の側面の平面視形状を連続した波状形状又は凹凸形状とする工程と、前記突出部の側面に突起部を形成する工程は、同時に行うことが好ましい。これにより、製造効率を向上させることができる。   In the method for manufacturing the semiconductor light emitting device described above, the step of making the planar shape of the side surface of the protruding portion a continuous wave shape or the uneven shape and the step of forming the protruding portion on the side surface of the protruding portion can be performed simultaneously. preferable. Thereby, manufacturing efficiency can be improved.

本発明の半導体発光素子によれば、所望の光の出射モードを提供することができる。また、本発明の半導体レーザ素子によれば、レーザ光のFFPのリップルを抑制することができる。 According to the semiconductor light emitting device of the present invention, a desired light emission mode can be provided. Further, according to the semiconductor laser device of the present invention, it is possible to suppress the FFP ripple of the laser light.

また、本発明の半導体発光素子によれば、共振器側の端面と、その端面上に形成される保護膜との密着性を向上させることができる。これにより半導体発光素子の信頼性、寿命特性を向上させることが可能となる。   Moreover, according to the semiconductor light emitting device of the present invention, it is possible to improve the adhesion between the end face on the resonator side and the protective film formed on the end face. This can improve the reliability and life characteristics of the semiconductor light emitting device.

さらに、例えばエッチングの一工程によって、ウェハ単位での複数の半導体発光素子の共振器端面を形成することができ、製造効率を向上させることができる。半導体層の活性層近傍の共振器端面は、非常に良好な表面形状を有することとなり、劈開で共振器端面を形成したものと同等の特性を備えた半導体発光素子を製造することが可能となる。   Further, for example, the resonator end faces of a plurality of semiconductor light emitting elements in wafer units can be formed by one etching step, and the manufacturing efficiency can be improved. The resonator end face in the vicinity of the active layer of the semiconductor layer has a very good surface shape, and it becomes possible to manufacture a semiconductor light emitting device having characteristics equivalent to those obtained by cleaving the resonator end face. .

本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の構造を説明するための概略斜視図である。It is a schematic perspective view for demonstrating the structure of the semiconductor light-emitting device concerning one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の構造を説明するための要部の概略上面図である。It is a schematic top view of the principal part for demonstrating the structure of the semiconductor light-emitting device which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の構造を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the structure of the semiconductor light-emitting device concerning one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の構造を説明するための要部を拡大した概略斜視図である。It is the schematic perspective view which expanded the principal part for demonstrating the structure of the semiconductor light-emitting device concerning one embodiment of this invention. 本発明の窒化物半導体レーザ素子の突出部の拡大写真である。4 is an enlarged photograph of a protrusion of the nitride semiconductor laser device of the present invention. 本発明の窒化物半導体レーザ素子のFFP―Xを示すグラフである。It is a graph which shows FFP-X of the nitride semiconductor laser element of this invention. 比較例の窒化物半導体レーザ素子のFFP―Xを示すグラフである。It is a graph which shows FFP-X of the nitride semiconductor laser element of a comparative example.

図1は、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子を示す斜視図である。基板10と、この基板上に半導体層20が積層されており、この半導体層の共振器側の端面に突出部31が設けられている。この突出部31は、光出射面32と側面33とを有している。また突出部を平面視すると、その側面33の形状は、連続した波状形状を有している。更に、この突出部31の側面33には、光出射面32よりも表面粗さが大きい領域33aを有している。 FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. A substrate 10 and a semiconductor layer 20 are stacked on the substrate, and a protrusion 31 is provided on an end surface of the semiconductor layer on the resonator side. The protruding portion 31 has a light emitting surface 32 and a side surface 33. When the protrusion is viewed in plan, the shape of the side surface 33 has a continuous wave shape. Further, the side surface 33 of the protruding portion 31 has a region 33 a having a surface roughness larger than that of the light emitting surface 32.

ここで、連続した波状形状とは、図2示すように平面視したときの側面33の形状のことであり、この形状が直線ではなく左右に蛇行して延びているものである。また、U字形状をしたパターンを繋げたものや逆ドーム状をしたパターンを繋げたものがある。ここで1つのU字や逆ドーム状のパターンの幅は、2μm〜15μm程度の範囲にある。また、U字や逆ドーム状をしたパターンの平面視したときの高さは、0.5μm〜20μm程度の範囲にある。 Here, the continuous wavy shape is the shape of the side surface 33 when viewed in plan as shown in FIG. 2, and this shape extends in a meandering manner rather than a straight line. Also, there are those that connect U-shaped patterns and those that connect reverse dome-shaped patterns. Here, the width of one U-shaped or inverted dome-shaped pattern is in the range of about 2 μm to 15 μm. Further, the height of the U-shaped or inverted dome-shaped pattern in plan view is in the range of about 0.5 μm to 20 μm.

また、突出部31の側面33にある光出射面32よりも表面粗さが大きい領域33aとは、公知の観察方法を用いて表面状態を評価したときに、その表面粗さの大小関係が確認できるものである。例えば、JISB0601(1994)等による算術平均粗さ、最大高さ、十点平均粗さ等によって評価した場合に、光出射面32の算術平均粗さに対して、この表面粗さが大きい領域33aの算術平均粗さが1.5倍以上である。
また、この表面粗さが大きい領域33aは、突出部31の光出射面における表面凹凸の高低差よりも、その表面凹凸の高低差が大きい。
Further, the region 33a having a surface roughness larger than that of the light emitting surface 32 on the side surface 33 of the projecting portion 31 is confirmed by the magnitude relation of the surface roughness when the surface state is evaluated using a known observation method. It can be done. For example, a region 33a where the surface roughness is large with respect to the arithmetic average roughness of the light exit surface 32 when evaluated by arithmetic average roughness, maximum height, ten-point average roughness, etc. according to JISB0601 (1994). The arithmetic average roughness of is 1.5 times or more.
In addition, in the region 33a where the surface roughness is large, the height difference of the surface unevenness is larger than the height difference of the surface unevenness on the light emitting surface of the protruding portion 31.

図3は、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子を示す断面図である。基板10と、この基板上に半導体層20が積層されており、この半導体層の共振器側の端面に突出部31が設けられている。この突出部は、光出射面32と側面33とを有している。   FIG. 3 is a sectional view showing the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention. A substrate 10 and a semiconductor layer 20 are stacked on the substrate, and a protrusion 31 is provided on an end surface of the semiconductor layer on the resonator side. The protruding portion has a light emitting surface 32 and a side surface 33.

また、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子は、突出部を平面視すると、その側面33の形状は、連続した凹凸形状を有しているものであってもよい。更に、この突出部31の側面33には、光出射面32よりも表面粗さが大きい領域33aを有している。   Further, in the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention, when the protrusion is viewed in plan, the shape of the side surface 33 may have a continuous uneven shape. Further, the side surface 33 of the protruding portion 31 has a region 33 a having a surface roughness larger than that of the light emitting surface 32.

ここで、連続した凹凸形状とは、突出部31を平面視したときの側面33の形状のことであり、この形状が角部を有するものであって、階段状に延びているものである。この凹凸形状とは、形状が直線ではなく左右に蛇行して延びている形状であって、その1つのパターンが角部を有するものである。また、本発明の突出部の側面は、この凹凸形状と上述した波状形状のパターンを備えたものであってもよい。本発明の突出部の側面は、凹凸形状と波状形状のパターンを備えた場合には、波状形状の割合が高いものが好ましい。   Here, the continuous concavo-convex shape is a shape of the side surface 33 when the protruding portion 31 is viewed in plan, and this shape has a corner portion and extends stepwise. The concavo-convex shape is a shape that is meandering from side to side instead of a straight line, and one of the patterns has corners. Moreover, the side surface of the protrusion part of this invention may be provided with this uneven | corrugated shape and the waveform pattern mentioned above. The side surface of the protruding portion of the present invention preferably has a high proportion of the wavy shape when it has an uneven shape and a wavy pattern.

また、突出部31の側面33における光出射面32よりも表面粗さが大きい領域33aとは、別の言い方をすれば、突出部31の側面33には突起部を有していることになる(図1)。この突起部とは、突出部31の側面33において、上記波状形状や凹凸形状が伸びる方向に平行して形成されるものであって、山脈のように幅や高さが不規則に連なっているものである。   In other words, the side surface 33 of the projecting portion 31 has a protrusion on the side surface 33 of the side surface 33 of the light emitting surface 32. (FIG. 1). The protrusion is formed on the side surface 33 of the protrusion 31 in parallel with the direction in which the wavy shape or the uneven shape extends, and the width and height are irregularly connected like a mountain range. Is.

突出部の側面に形成された突起部は、半導体層の成長面と略平行方向に延びていることが好ましい。この突起部の幅は0.1μm〜5.0μmであり、長さは2μm〜30μmである。また、この突起部は幅方向にも長さ方向にも部分的に断線していてもよいが、好ましくは断線がなく半導体層の成長面と略平行方向に連続して延びて形成されているものである。また図3に示すように、この突起部は突出部の側面において、半導体層の積層方向に複数の筋状で形成されていることが好ましい。このような構成によって、横方向のリップルを効果的に抑制することができる。
突起部の高さは、基板表面から0.1μm〜4.0μmである。突起部の高さが、この範囲にあれば、リップル抑制の効果を奏しながら、端面に形成する保護膜の密着性を良好に維持することができる。
The protrusion formed on the side surface of the protrusion preferably extends in a direction substantially parallel to the growth surface of the semiconductor layer. The width of this protrusion is 0.1 μm to 5.0 μm, and the length is 2 μm to 30 μm. The protrusion may be partially disconnected both in the width direction and in the length direction, but preferably has no disconnection and extends continuously in a direction substantially parallel to the growth surface of the semiconductor layer. Is. Moreover, as shown in FIG. 3, it is preferable that the protrusion is formed in a plurality of streaks in the stacking direction of the semiconductor layer on the side surface of the protrusion. Such a configuration can effectively suppress lateral ripple.
The height of the protrusion is 0.1 μm to 4.0 μm from the substrate surface. If the height of the protrusion is within this range, the adhesiveness of the protective film formed on the end face can be favorably maintained while exhibiting the ripple suppression effect.

突出部31の平面形状は、光出射面方向に細くなっていることが好ましい(図2)。このように、突出部の側面33が光出射面に対して傾斜していることで、上述した本発明の効果がさらに向上する。その理由を以下に説明する。半導体発光素子における共振器側の端面から漏れる迷光は、主に本発明での突出部の側面33を含む領域およびその近傍から外部に放出される光が原因である。そのため、この領域から外部に放出される光を遮るか、若しくはこの領域から光出射面方向以外の方向に迷光を逃がすかを検討する必要がある。本発明では、突出部の平面視形状を、波状形状又は凹凸形状を有するものとし、この突出部の側面が光出射面よりも表面粗さが大きい領域を有していることで、側面33から光出射面方向に迷光が放出されることを遮断することができる。さらに、突出部31の平面形状は、波状形状又は凹凸形状を有するものとし、光出射面方向に細くなっていることで、多少の迷光が突出部の側面から外部に放出されたとしても、この迷光は光出射面方向以外の方向に放出されることになる。   It is preferable that the planar shape of the protrusion 31 is narrower in the light exit surface direction (FIG. 2). Thus, the effect of this invention mentioned above further improves because the side surface 33 of a protrusion part inclines with respect to the light-projection surface. The reason will be described below. The stray light leaking from the end face on the resonator side in the semiconductor light emitting element is mainly caused by light emitted to the outside from the region including the side surface 33 of the protruding portion in the present invention and its vicinity. For this reason, it is necessary to consider whether to block light emitted from this region to the outside, or to allow stray light to escape from this region in a direction other than the light exit surface direction. In the present invention, the projection in plan view has a wavy shape or an uneven shape, and the side surface of the projection has a region having a surface roughness larger than that of the light exit surface. It is possible to block stray light from being emitted in the direction of the light exit surface. Furthermore, the planar shape of the protruding portion 31 has a wavy shape or an uneven shape, and even if some stray light is emitted to the outside from the side surface of the protruding portion by narrowing in the light emitting surface direction, this The stray light is emitted in a direction other than the light exit surface direction.

図4は、本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の構造を説明するための要部を拡大した概略斜視図である。ここでの半導体発光素子における突出部の側面33の平面視形状は、逆ドーム状をしており、このパターンが連続して繋がっている。また、この側面には光出射面に比べて表面粗さが大きい領域33aを有している。ここでの表面粗さが大きい領域33aは、1つの逆ドーム状のパターンの中に複数存在する。このような構成により、リップルの抑制に効果がある。また、この表面粗さが大きい領域33aは、図4に示すように、1つの逆ドーム状のパターンから隣接する別のパターンにも連続して存在するものであってもよい。この側面の形状は、突出部の両側側面に形成されるものである。更には、この表面粗さが大きい領域33aは、半導体層の成長面に対して平行方向に連なって形成されており、その断面形状が三角形状をした山脈状をしている場合には、別の表現として突起部と示す。以上の説明は、突出部の側面の平面視形状が逆ドーム状をした場合について説明したものであるが、ここでの説明は突出部の側面の平面視形状が他の形状をしたものについても適用できることは言うまでもない。   FIG. 4 is an enlarged schematic perspective view of a main part for explaining the structure of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention. The planar view shape of the side surface 33 of the protruding portion in the semiconductor light emitting device here is an inverted dome shape, and this pattern is continuously connected. Further, this side surface has a region 33a having a larger surface roughness than the light emitting surface. Here, a plurality of regions 33a having a large surface roughness exist in one reverse dome-shaped pattern. Such a configuration is effective in suppressing ripples. Further, as shown in FIG. 4, the region 33a having a large surface roughness may be present continuously from one reverse dome-shaped pattern to another adjacent pattern. The shape of this side surface is formed on both side surfaces of the protrusion. Further, the region 33a having a large surface roughness is formed continuously in a direction parallel to the growth surface of the semiconductor layer, and when the cross-sectional shape is a mountain range having a triangular shape, This is expressed as a protrusion. The above explanation is for the case where the planar view shape of the side surface of the protruding portion is an inverted dome shape, but the explanation here also applies to the case where the planar view shape of the side surface of the protruding portion is another shape. Needless to say, it can be applied.

半導体発光素子50は、突出部の前方に半導体層か基板の露出領域がある。このような構成により、ウェハ形状をしているものからバー形状にする工程やバー形状をしているものからチップ形状にする工程、またはウェハ形状をしているものから直接チップ形状にする工程での突出部へのダメージは発生せず、突出部の先方に形成された半導体層又は基板の露出領域がこれらの工程で生じるダメージを吸収する。   The semiconductor light emitting device 50 has an exposed region of the semiconductor layer or the substrate in front of the protruding portion. With such a configuration, in the process of converting the wafer shape into a bar shape, the process of converting the bar shape into a chip shape, or the process of converting the wafer shape into a chip shape directly No damage to the protrusions occurs, and the semiconductor layer or the exposed region of the substrate formed at the tip of the protrusions absorbs the damage generated in these steps.

突出部31の光出射面32と側面33には保護膜が形成されている。このような構成により、光出射面32から放出される光、例えばレーザ光の反射率を調整することができる。しかも、上述した突出部の側面形状との組み合わせによって、保護膜の密着性がよくなるため、半導体発光素子の信頼性が向上する。   A protective film is formed on the light emitting surface 32 and the side surface 33 of the protruding portion 31. With such a configuration, the reflectance of light emitted from the light emitting surface 32, for example, laser light, can be adjusted. In addition, the combination with the side surface shape of the protruding portion described above improves the adhesion of the protective film, thereby improving the reliability of the semiconductor light emitting element.

半導体発光素子50は、半導体レーザ素子又は端面発光LEDである。本発明の半導体発光素子が半導体レーザ素子であれば、リップルが抑制されることで特に光ディスク用途のレーザ光源として有効である。また、端面発光LEDとしても、指向性に優れた光源として有効である。   The semiconductor light emitting device 50 is a semiconductor laser device or an edge emitting LED. If the semiconductor light emitting device of the present invention is a semiconductor laser device, it is particularly effective as a laser light source for optical disc applications by suppressing ripples. In addition, the edge-emitting LED is also effective as a light source with excellent directivity.

突出部31は、エッチングにより形成されることが好ましい。この突出部を半導体発光素子の製造工程の一工程であるウェハ形状のものからバー形状若しくはチップ形状にする工程で形成する場合には、突出部にダメージが生じる畏れがあるが、このように突出部の形成工程をエッチングにより行うことでこのような問題も解消する。また、突出部31の強度を高めるには、この突出部の光出射面の幅を広げることも考えられるが、そうすることで光出射面から迷光が放出される可能性があるので、光出射面の幅は、1.0μm〜10.0μmの範囲とするのが好ましい。また、側面の長さは、2.0μm以上であって、好ましくは2.0μm〜30.0μmの範囲とする。   The protrusion 31 is preferably formed by etching. When this protrusion is formed in the process of making a bar shape or a chip shape from a wafer shape, which is one step of the manufacturing process of the semiconductor light emitting device, the protrusion may be damaged. Such a problem is solved by performing the formation process of the portion by etching. In order to increase the strength of the protrusion 31, it is conceivable to increase the width of the light emission surface of the protrusion. However, stray light may be emitted from the light emission surface. The width of the surface is preferably in the range of 1.0 μm to 10.0 μm. Moreover, the length of a side surface is 2.0 micrometers or more, Preferably it is set as the range of 2.0 micrometers-30.0 micrometers.

このように共振器側の端面に形成された突出部を上記構成とすることによって、半導体レーザの導波路領域から漏れた光を散乱させることができる。従って、レーザの主ビームの方向に放出される漏光を低減し、リップルの抑制されたFFPを得ることができる。
また、縦方向のモードホップも抑制することができる。レーザ光のFFPのリップルを減らすことによって、レンズや光ファイバー等の光学系部材との結合やレンズ設計が容易となる。
Thus, the light leaked from the waveguide region of the semiconductor laser can be scattered by setting the protrusion formed on the end face on the resonator side as described above. Therefore, leakage light emitted in the direction of the main beam of the laser can be reduced, and an FFP with suppressed ripples can be obtained.
Moreover, the mode hop of the vertical direction can also be suppressed. By reducing the ripple of the FFP of the laser light, coupling with an optical system member such as a lens or an optical fiber or lens design is facilitated.

半導体層20は、第1導電型の半導体層21、活性層22及び第2導電型の半導体層23の順に積層されたものであって、ここでは第1導電型の半導体層21はn側半導体層とし、第2導電型の半導体層23はp側半導体層とする。また、第2導電型の半導体層23には、ストライプ状のリッジ14が形成されており、リッジ部の下方がストライプ状の導波路領域となる。   The semiconductor layer 20 is formed by sequentially laminating a first conductivity type semiconductor layer 21, an active layer 22, and a second conductivity type semiconductor layer 23. Here, the first conductivity type semiconductor layer 21 is an n-side semiconductor. The second conductivity type semiconductor layer 23 is a p-side semiconductor layer. In addition, a stripe-shaped ridge 14 is formed in the second conductivity type semiconductor layer 23, and a stripe-shaped waveguide region is formed below the ridge portion.

共振器側の端面に保護膜が形成された構造をしている。この保護膜は端面保護膜(図示せず)と記載することがある。端面保護膜とは、誘電体膜であって、その単層若しくは多層である。
また、ストライプ状のリッジ14の側面に形成される保護膜を埋込膜(図示せず)と記載することがある。ストライプ状のリッジ14の上部には、p電極41が形成されている。また、p電極上にはpパッド電極42が形成され、基板の裏面にはn電極(図示せず)等が適宜形成されている。
A protective film is formed on the end face on the resonator side. This protective film may be referred to as an end face protective film (not shown). The end face protective film is a dielectric film and is a single layer or a multilayer thereof.
Further, the protective film formed on the side surface of the striped ridge 14 may be referred to as a buried film (not shown). A p-electrode 41 is formed on the striped ridge 14. A p-pad electrode 42 is formed on the p-electrode, and an n-electrode (not shown) or the like is appropriately formed on the back surface of the substrate.

前記半導体層の共振器側の端面に形成された突出部の側面に形成される表面粗さが大きい領域33aは、活性層又は第1導電型の半導体層21に形成されることが好ましい。その理由は、半導体レーザの導波路領域から漏れた光は第2導電型の半導体層23側に漏れた場合には、この第2導電型の半導体層上に形成された電極によって吸収されることもあるが、第1導電型の半導体層に漏れた光は基板10側まで伝播してしまうか、第1導電型の半導体層21の側面から外部に漏れ出すためリップル対策がより求められているからである。前記突出部の側面の活性層又は第1導電型の半導体層に表面粗さが大きい領域を形成することで外部に漏れ出す光を抑制することができる。また、前記突出部の側面の活性層及び第1導電型の半導体層に表面粗さが大きい領域を形成することで外部に漏れ出す光をより抑制することができる。   The region 33a having a large surface roughness formed on the side surface of the protrusion formed on the end surface of the semiconductor layer on the resonator side is preferably formed in the active layer or the first conductivity type semiconductor layer 21. The reason is that light leaked from the waveguide region of the semiconductor laser is absorbed by the electrode formed on the second conductivity type semiconductor layer when leaked to the second conductivity type semiconductor layer 23 side. However, since the light leaking to the first conductivity type semiconductor layer propagates to the substrate 10 side or leaks to the outside from the side surface of the first conductivity type semiconductor layer 21, countermeasures against ripples are more demanded. Because. Light that leaks to the outside can be suppressed by forming a region having a large surface roughness in the active layer on the side surface of the protrusion or the semiconductor layer of the first conductivity type. In addition, light leaking to the outside can be further suppressed by forming a region having a large surface roughness in the active layer on the side surface of the protruding portion and the semiconductor layer of the first conductivity type.

半導体層の成長
本実施形態の半導体レーザ素子は、活性層の両側に光ガイド層を形成したSCH(Separate Confinement Heterostructure)構造としている。更に、その両側にn側クラッド層、p側クラッド層を形成している。クラッド層には屈折率の低い窒化物半導体層を設けて光閉じ込めをする。クラッド層はキャリア閉じ込め効果もある。また、前記各層の間に応力緩衝層を有する構造としてもよい。但し、本発明は上記SCH構造に限定されるものではなく、光ガイド層を有しない構造であってもよい。
Growth of Semiconductor Layer The semiconductor laser device of this embodiment has an SCH (Separate Confinement Heterostructure) structure in which light guide layers are formed on both sides of the active layer. Further, an n-side cladding layer and a p-side cladding layer are formed on both sides thereof. The clad layer is provided with a nitride semiconductor layer having a low refractive index to confine light. The clad layer also has a carrier confinement effect. Moreover, it is good also as a structure which has a stress buffer layer between each said layer. However, the present invention is not limited to the above SCH structure, and may have a structure without a light guide layer.

共振器側の端面、及び突出部の観察は、例えば、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)、走査透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope:STEM)、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)等により観察することができる。また、このような観察により突出部の側面と光出射面との差異、突出部の側面に形成された突起部を確認することができる。図5に示す写真は本発明の半導体レーザ素子の突出部を観察したSEM写真である。この写真からもわかるように、突出部の側面には、光出射面よりも表面粗さが大きい領域が形成されている。また、この表面粗さが大きい領域は、半導体層の高さ方向に0.1μm〜5.0μm程度の範囲に形成されており、側面の方向に2.0μm以上の長さで形成されていることが好ましい。この領域は、積層された半導体層の活性層を含む領域に形成されている。このような半導体レーザ素子は、リップルが生じることを抑制した半導体レーザ素子となる。   Observation of the end face on the resonator side and the protruding portion is, for example, a transmission electron microscope (TEM), a scanning transmission electron microscope (STEM), a scanning electron microscope (SEM). ) And the like. Further, by such observation, the difference between the side surface of the protruding portion and the light emitting surface, and the protruding portion formed on the side surface of the protruding portion can be confirmed. The photograph shown in FIG. 5 is an SEM photograph observing the protruding portion of the semiconductor laser device of the present invention. As can be seen from this photograph, a region having a larger surface roughness than the light exit surface is formed on the side surface of the protrusion. The region having a large surface roughness is formed in a range of about 0.1 μm to 5.0 μm in the height direction of the semiconductor layer, and is formed in a length of 2.0 μm or more in the direction of the side surface. It is preferable. This region is formed in a region including the active layer of the stacked semiconductor layers. Such a semiconductor laser element is a semiconductor laser element in which the occurrence of ripples is suppressed.

なお、本発明の半導体発光素子の突出部の観察は、上述した観察に限られず、公知の方法を用いて共振器端面の表面状態を評価することが可能である。例えば、JISB0601(1994)等による算術平均粗さ、最大高さ、十点平均粗さ等によって評価してもよい。また、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)によって境界領域の表面粗さを数値化して評価してもよい。例えば、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製の走査型プローブ顕微鏡(SPI3800N)を用いることによって算術平均粗さを評価することができる。   The observation of the protruding portion of the semiconductor light emitting device of the present invention is not limited to the above-described observation, and the surface state of the resonator end face can be evaluated using a known method. For example, you may evaluate by arithmetic mean roughness by JISB0601 (1994) etc., maximum height, ten-point average roughness, etc. Further, the surface roughness of the boundary region may be quantified and evaluated by an atomic force microscope (AFM). For example, arithmetic average roughness can be evaluated by using a scanning probe microscope (SPI3800N) manufactured by SII Nano Technology.

本発明における共振器側端面に形成されている突出部の光出射面32は、2.5〜4.5nm程度の算術平均粗さを有しており、また突出部の側面33における表面粗さが大きい領域33aは、5.0〜9.0nm程度の算術平均粗さを有していることが好ましい。突出部31の側面33において、表面粗さが大きい領域33a以外の領域は、光出射面32程度の表面粗さであることが好ましい。光出射面は面粗さが上記範囲内になければ、この光出射面から放出される光、例えばレーザ光の形状を所望のものとすることができなくなる。さらに、突出部の側面33における表面粗さが大きい領域33aは、光出射面に対して1.5〜3.0倍程度表面が粗いことが好ましい。これによって、効果的に横方向のリップルを除去することができる。   The light emitting surface 32 of the protruding portion formed on the resonator-side end surface in the present invention has an arithmetic average roughness of about 2.5 to 4.5 nm, and the surface roughness on the side surface 33 of the protruding portion. It is preferable that the region 33a having a large has an arithmetic average roughness of about 5.0 to 9.0 nm. In the side surface 33 of the protruding portion 31, it is preferable that the region other than the region 33 a having a large surface roughness has a surface roughness of about the light emitting surface 32. If the surface roughness of the light emitting surface is not within the above range, the shape of light emitted from the light emitting surface, for example, laser light, cannot be made desired. Furthermore, it is preferable that the region 33a having a large surface roughness on the side surface 33 of the protruding portion has a rough surface about 1.5 to 3.0 times the light emitting surface. This effectively removes lateral ripple.

共振器側の端面は、通常ドライエッチングによって形成されるが、共振器側の端面に形成される突出部の形状は、その際に用いるマスクの形状等に依存している。このマスクの形状は、上面視したときの形状が波状形状又は凹凸形状をしており、積層された半導体層をこのマスク形状を引き継いで形成されるものである。また、突出部の側面に形成される表面粗さが大きい領域又は突起部は、半導体層のエッチング条件(エッチャントの種類及び流量、RFパワー、圧力、温度、エッチング時間等)に依存しており、これらを適宜制御することによって形成することができる。具体的には、半導体層が窒化物半導体層である場合には、圧力を0.5Pa〜40Pa程度の範囲となるように低真空にし、RFパワーを50〜1000W程度の範囲となるように可変させる等の方法が挙げられる。また、共振器側の端面をエッチングにより形成することによって、後工程の光出射面に端面保護膜を形成する工程もウェハ状態から一工程で形成することが可能となるため、半導体発光素子の製造効率を向上させることができる。   The end face on the resonator side is usually formed by dry etching, but the shape of the protrusion formed on the end face on the resonator side depends on the shape of the mask used at that time. The shape of the mask is a wave shape or an uneven shape when viewed from the top, and is formed by taking over the mask shape from the stacked semiconductor layers. In addition, the region or protrusion that has a large surface roughness formed on the side surface of the protrusion depends on the etching conditions (etchant type and flow rate, RF power, pressure, temperature, etching time, etc.) of the semiconductor layer, It can be formed by appropriately controlling these. Specifically, when the semiconductor layer is a nitride semiconductor layer, the pressure is set to a low vacuum so that the pressure is in the range of about 0.5 Pa to 40 Pa, and the RF power is variable to be in the range of about 50 to 1000 W. And the like. In addition, since the end face on the resonator side is formed by etching, the process for forming the end face protective film on the light emitting face in the subsequent process can be formed in one process from the wafer state. Efficiency can be improved.

このマスクの上面視したときの形状が基板表面に対して、波状形状とは、U字を繋げた形状、U字が上下に繋がった形状、またU字が左右に蛇行している形状である。また、マスクの上面視したときの形状が、凹凸形状とは、光出射面側から共振器方向に段差を持たせた形状である。また、マスクの材料は、特に限定されないが、例えばレジスト、SiO等の絶縁体等を用いる。 The shape of the mask when viewed from the top is a wave-like shape with respect to the substrate surface. The U-shaped shape, the U-shaped shape is connected vertically, and the U-shape meanders left and right. . The shape of the mask when viewed from the top is an uneven shape, which is a shape having a step in the direction of the resonator from the light exit surface side. Further, the material of the mask is not particularly limited, but for example, a resist, an insulator such as SiO 2 or the like is used.

以下に、本発明の半導体発光素子及びその製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。しかし本発明はこれに限定されるものではない。
実施例1
この実施例の半導体発光素子は、窒化物半導体からなるレーザ素子に関するものである。図1や図2に示すように、C面を成長面とするGaN基板10上に、第1半導体層(n側窒化物半導体層)21、活性層及び表面にリッジ14が形成された第2半導体層(p側窒化物半導体層)23をこの順に積層しており、共振器側の端面が形成されている。
Embodiments of a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this.
Example 1
The semiconductor light emitting device of this embodiment relates to a laser device made of a nitride semiconductor. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a first semiconductor layer (n-side nitride semiconductor layer) 21, an active layer and a ridge 14 formed on the surface are formed on a GaN substrate 10 having a C plane as a growth surface. A semiconductor layer (p-side nitride semiconductor layer) 23 is laminated in this order, and an end face on the resonator side is formed.

共振器側の端面には突出部31が形成されており、この突出部31には光出射面32と側面33とがある。
また、この半導体レーザ素子は、共振器端面のフロント側端面とリア側端面に端面保護膜(図示せず)を形成する。この保護膜は、単層膜であっても多層膜であってもよい。また、p電極41、pパッド電極42、n電極(図示せず)等が形成されている。
A projecting portion 31 is formed on the end face on the resonator side, and the projecting portion 31 has a light emitting surface 32 and a side surface 33.
In addition, in this semiconductor laser element, end face protective films (not shown) are formed on the front end face and the rear end face of the resonator end face. This protective film may be a single layer film or a multilayer film. A p-electrode 41, a p-pad electrode 42, an n-electrode (not shown), etc. are formed.

窒化物半導体レーザ素子の製造方法としては、まず、厚さ400μmのn型GaNからなる基板10をMOCVD反応容器内にセットし、以下の半導体層を積層して、素子構造を形成する。基板10の表面はC面(0001)であり、下記半導体層を順に積層する。第1半導体層(n側半導体層)として、膜厚2μmのSiドープAl0.03Ga0.97Nのn側クラッド層、膜厚175nmのGaNのn側ガイド層、を積層する。次に活性層として、膜厚14nmのSiドープIn0.02Ga0.98Nの障壁層と膜厚7nmのSiドープIn0.07Ga0.93Nの井戸層を2回繰り返して、最後に障壁層を積層する。次に第2窒化物半導体層(p側半導体層)として、膜厚10nmのMgドープAl0.3Ga0.7Nの電子閉じ込め層、膜厚145nmのGaNのp側ガイド層、各膜厚2.5nmMgドープAl0.1Ga0.9NとGaNを交互に積層してなる超格子の膜厚0.45μmのp側クラッド層、膜厚15nmのMgドープGaNのp側コンタクト層、を積層する。 As a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device, first, a substrate 10 made of n-type GaN having a thickness of 400 μm is set in an MOCVD reaction vessel, and the following semiconductor layers are stacked to form a device structure. The surface of the substrate 10 is a C plane (0001), and the following semiconductor layers are stacked in order. As the first semiconductor layer (n-side semiconductor layer), a 2 μm thick Si-doped Al 0.03 Ga 0.97 N n-side cladding layer and a 175 nm thick GaN n-side guide layer are stacked. Next, a 14 nm-thickness Si-doped In 0.02 Ga 0.98 N barrier layer and a 7 nm-thickness Si-doped In 0.07 Ga 0.93 N well layer were repeated twice as the active layer. A barrier layer is laminated on the substrate. Next, as a second nitride semiconductor layer (p-side semiconductor layer), a 10-nm thick Mg-doped Al 0.3 Ga 0.7 N electron confinement layer, a 145-nm thick GaN p-side guide layer, and various film thicknesses A p-side cladding layer having a thickness of 0.45 μm, a p-side contact layer of Mg-doped GaN having a thickness of 15 nm, and a superlattice having a thickness of 2.5 nm Mg-doped Al 0.1 Ga 0.9 N and GaN stacked alternately. Laminate.

次に、基板10上に窒化物半導体層を有するウェハを、反応容器から取り出した後、p側コンタクト層上に所望の形状をしたSiO2のマスクを形成する。ここでのマスクの形状としては、突出部の光出射面を形成する領域は直線状とし、また側面を形成する領域は波状とする。その後、このマスクを介して、p側コンタクト層側から、n側クラッド層の途中までエッチングし、共振器側の端面に突出部31を形成する。この突出部31の側面を平面視した形状は、連続する波状とする。このとき、突出部31における光出射面32の幅は、6μmであり、光出射面32の高さは4μmである。また、側面33の長さは10μm程度である。 Next, after a wafer having a nitride semiconductor layer on the substrate 10 is taken out of the reaction vessel, a SiO 2 mask having a desired shape is formed on the p-side contact layer. As the shape of the mask here, the region where the light emission surface of the protrusion is formed is linear, and the region where the side surface is formed is wavy. Thereafter, etching is performed from the p-side contact layer side to the middle of the n-side cladding layer through this mask to form a protruding portion 31 on the end face on the resonator side. The shape of the side surface of the protruding portion 31 in plan view is a continuous wave shape. At this time, the width of the light emitting surface 32 in the protruding portion 31 is 6 μm, and the height of the light emitting surface 32 is 4 μm. The length of the side surface 33 is about 10 μm.

また、光出射面の幅はストライプ状のリッジ14との間隔が2.5 μ mである。また、この突出部に形成された光出射面の高さは4μm、また側面の長さは10μmとする。このとき、この突出部の側面には表面粗さが粗い領域33aを形成する。この領域33aの表面粗さは、AFM観察の算術平均粗さで6.0nm程度である。また、この領域33aの幅は、2μm程度であり、その長さは10μm程度である。この領域33aは、側面に数箇所形成されている(図5)。
この突出部を形成するためのエッチング条件としては、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)を用い、CHFガスの流量を5〜200sccm、Oガスの流量を1〜100sccm、圧力を0.5〜30Pa、RFパワーを50〜1000Wの条件でSiOをエッチングして略垂直なマスクを形成する。このようにマスクを形成することで、上記突出部を形成する。
The width of the light exit surface is 2.5 μm between the stripe-shaped ridge 14. Further, the height of the light emitting surface formed on the protruding portion is 4 μm, and the length of the side surface is 10 μm. At this time, a region 33a having a rough surface is formed on the side surface of the protruding portion. The surface roughness of this region 33a is about 6.0 nm as the arithmetic average roughness of AFM observation. The width of the region 33a is about 2 μm, and the length is about 10 μm. Several regions 33a are formed on the side surface (FIG. 5).
As etching conditions for forming the protrusion, reactive ion etching (RIE) is used, the flow rate of CHF 3 gas is 5 to 200 sccm, the flow rate of O 2 gas is 1 to 100 sccm, and the pressure is 0. Etching SiO 2 under conditions of 5 to 30 Pa and RF power of 50 to 1000 W to form a substantially vertical mask. The protrusion is formed by forming the mask in this way.

ここで突出部を形成し、さらに基板を露出させるエッチング条件としては、RIEを用い、Clガスの流量を10〜200sccm、SiClガスの流量を1〜100sccmを用い、圧力を0.5〜40Pa、RFパワーを50〜1000Wの条件とする。これにより、半導体層をエッチングして共振器側の端面に突出部を形成するとともに、共振器側の端面に垂直な方向にもエッチングする。なお、この際のエッチング深さは、p側コンタクト層の表面からn側クラッド層が露出するまでエッチングする。更に約4μmエッチングして、基板の一部をエッチングする。共振器側の突出部の光出射面32よりも前方領域に基板10の一部を露出させる。この基板の露出領域はウェハからバー形状やチップ形状とするための分割領域である。 Here, as etching conditions for forming the protrusion and further exposing the substrate, RIE is used, the flow rate of Cl 2 gas is 10 to 200 sccm, the flow rate of SiCl 4 gas is 1 to 100 sccm, and the pressure is 0.5 to The condition is 40 Pa and RF power is 50 to 1000 W. Thus, the semiconductor layer is etched to form a protruding portion on the end face on the resonator side, and is also etched in a direction perpendicular to the end face on the resonator side. The etching depth at this time is such that the n-side cladding layer is exposed from the surface of the p-side contact layer. Further, about 4 μm is etched to etch a part of the substrate. A part of the substrate 10 is exposed in a region in front of the light emitting surface 32 of the projecting portion on the resonator side. The exposed area of the substrate is a divided area for forming a bar shape or a chip shape from the wafer.

次に、ストライプ状のリッジ14を形成する。続いて、半導体層の最上層であるp側コンタクト層の表面に、幅2.0μmのストライプ状のSiOよりなるマスクパターンを形成し、RIEを用い、Cl含有ガスによりエッチングし、p側クラッド層とp側光ガイド層との界面付近までエッチングすることで、ストライプ状のリッジ14を形成する。 Next, a striped ridge 14 is formed. Subsequently, a mask pattern made of striped SiO 2 having a width of 2.0 μm is formed on the surface of the p-side contact layer, which is the uppermost layer of the semiconductor layer, and etched using Cl-containing gas using RIE. The stripe-shaped ridge 14 is formed by etching to the vicinity of the interface between the layer and the p-side light guide layer.

ここで、半導体レーザ素子の寸法としては、共振器長は200〜1000μm、幅は50〜500μm程度の各範囲とできる。本実施例1では、1つの素子領域の寸法は、共振器方向の長さを300μm(共振器長)、共振器方向に直交する半導体レーザ素子の幅を120μmとする。   Here, as the dimensions of the semiconductor laser element, the resonator length can be in a range of 200 to 1000 μm and the width can be in a range of about 50 to 500 μm. In the first embodiment, the dimension of one element region is set such that the length in the resonator direction is 300 μm (resonator length), and the width of the semiconductor laser element perpendicular to the resonator direction is 120 μm.

次に、窒化物半導体層の表面及びリッジ側面に膜厚200nmのZrO2からなる埋込膜(図示せず)を形成する。続いて、p側コンタクト層のリッジ最表面に、リッジ24よりも幅広のストライプ状で、p側電極41を形成する。p側電極41は、p側コンタクト層及び埋込膜の上の表面にNi/Au/Ptの順に形成される。次いで、p側電極を形成した後、端面保護膜を形成する。この端面保護膜は、スパッタ装置を用いて形成する。この端面保護膜は、光出射面側にはAlを形成する。さらに、反射側の共振器端面には、(SiO/ZrO)を4周期で形成する。その後、p側電極41上にp側パッド電極42を形成する。 Next, an embedded film (not shown) made of ZrO 2 having a thickness of 200 nm is formed on the surface of the nitride semiconductor layer and on the side surface of the ridge. Subsequently, the p-side electrode 41 is formed in a stripe shape wider than the ridge 24 on the ridge outermost surface of the p-side contact layer. The p-side electrode 41 is formed in the order of Ni / Au / Pt on the surface above the p-side contact layer and the buried film. Next, after forming the p-side electrode, an end face protective film is formed. This end face protective film is formed using a sputtering apparatus. This end face protective film forms Al 2 O 3 on the light emitting surface side. Furthermore, (SiO 2 / ZrO 2 ) is formed in four periods on the resonator end face on the reflection side. Thereafter, the p-side pad electrode 42 is formed on the p-side electrode 41.

次に、n型GaN基板10の裏面を機械的に研磨して、ウエハの厚さ約80μmとする。
そして、GaN基板10の裏面に化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)を施して更に窒素極性面の平坦化を行なう。その後、GaN基板10の裏面に、Ti/Pt/Auを順に積層してn側オーミック電極(図示せず)を形成する。
Next, the back surface of the n-type GaN substrate 10 is mechanically polished to a wafer thickness of about 80 μm.
Then, the back surface of the GaN substrate 10 is subjected to chemical mechanical polishing (CMP) to further flatten the nitrogen polar surface. Thereafter, Ti / Pt / Au is sequentially laminated on the back surface of the GaN substrate 10 to form an n-side ohmic electrode (not shown).

更に、レーザスクライブ装置で、レーザ光を走査して、半導体ウェハに分割補助溝を形成する。但し、この工程は省略可能である。本実施例では、端面に略垂直及び略平行な分割補助溝を同時に形成する。また、分割補助溝は破線でもストライプでも形成できるが、端面に略平行な分割補助溝はレーザ走査時の端面部へのゴミの影響が考えられる為、破線が望ましい。   Further, the laser scribing apparatus scans the laser beam to form the division assist groove in the semiconductor wafer. However, this step can be omitted. In this embodiment, split auxiliary grooves that are substantially perpendicular and substantially parallel to the end face are formed simultaneously. Moreover, although the division | segmentation auxiliary groove can be formed with a broken line or a stripe, since the influence of the dust on the end surface part at the time of laser scanning can be considered, the broken line is desirable for the division auxiliary groove substantially parallel to the end face.

また、突出部31が凸状の形状になるため、共振器側の端面に略平行な分割補助溝が破線の場合は端面部により近づく事が可能になる。これによりチップ化の歩留まりも向上する。
ここで、端面部と端面に略平行な分割補助溝との距離としては0〜10.0μm程度の範囲とでき、本実施例では端面部と端面に略平行な分割補助溝との距離は2.5μmとする。
Further, since the protruding portion 31 has a convex shape, when the dividing auxiliary groove that is substantially parallel to the end surface on the resonator side is a broken line, it is possible to approach the end surface portion. This also improves the yield of chip formation.
Here, the distance between the end face portion and the auxiliary dividing groove substantially parallel to the end face can be in the range of about 0 to 10.0 μm. In this embodiment, the distance between the end face portion and the auxiliary dividing groove substantially parallel to the end face is 2 .5 μm.

次に、分割補助溝に沿って素子領域間を分割する。端面に略垂直及び略平行な分割補助溝のどちらからチップ化してもよく、またローラーブレイク等を用いて同時に行ってもよい。   Next, the element regions are divided along the division auxiliary grooves. Chips may be formed from either of the auxiliary dividing grooves substantially perpendicular to and substantially parallel to the end face, or may be performed simultaneously using a roller break or the like.

このようにして得られる半導体レーザ素子は、発振波長約405nm、共振器長約300μm、幅約120μmのレーザチップである。そして、サブマウントまたは導電性ペーストを介してステムなどの基体にダイボンディング及びワイヤーボンディング後、キャップを施して半導体レーザ装置とすることができる。   The semiconductor laser device thus obtained is a laser chip having an oscillation wavelength of about 405 nm, a resonator length of about 300 μm, and a width of about 120 μm. Then, after die bonding and wire bonding to a substrate such as a stem via a submount or conductive paste, a cap can be applied to obtain a semiconductor laser device.

得られた半導体レーザ素子の共振器側の端面に形成された突出部の側面における表面粗さを、算術平均粗さ:Raをエスアイアイ・ナノテクノロジー社製の走査型プローブ顕微鏡(SPI3800N)装置を用いて測定した。その結果、光出射面においては2.57nm、突出部の側面における表面粗さが大きい領域は6.66nmであった。   The surface roughness of the side surface of the protruding portion formed on the cavity-side end surface of the obtained semiconductor laser element is expressed as arithmetic average roughness: Ra as a scanning probe microscope (SPI3800N) device manufactured by SII Nanotechnology. And measured. As a result, the region having a large surface roughness on the side surface of the protruding portion was 6.66 nm on the light emitting surface and 2.57 nm.

また、得られた半導体レーザ素子について、FFP−Xを測定した。本実施例の測定結果を図6に示す。また、比較のために突出部の側面の平面視形状を直線形状とし、また表面粗さが大きい領域(突起部)を形成しない半導体レーザ素子の測定結果を図7に示す。
比較例では、図7に示すように、半導体レーザ素子において活性層を含む光導波領域から漏れた光の一部が外部に放出されることによってX方向のリップルが顕著に現われている。一方、本実施例の半導体レーザ素子では、図6に示すように、このような問題である迷光が散乱により解消され、X方向のリップルが抑制されていることが確認された。
以上より、本発明では共振器側の端面に光出射面と側面とを備えた突出部を形成し、この側面が上述した構成を有することで、リップルが抑制された半導体発光素子を提供することができる。また、その突出部の側面の形状により、共振器側の端面と端面保護膜との密着性が良好となり、端面保護膜の剥がれを防止し、ひいては、CODレベルを向上させることができる。
Moreover, FFP-X was measured about the obtained semiconductor laser element. The measurement results of this example are shown in FIG. For comparison, FIG. 7 shows a measurement result of a semiconductor laser device in which the side view of the protruding portion has a linear shape in the plan view and does not form a region (protrusion) having a large surface roughness.
In the comparative example, as shown in FIG. 7, a ripple in the X direction appears remarkably when a part of the light leaked from the optical waveguide region including the active layer in the semiconductor laser element is emitted to the outside. On the other hand, in the semiconductor laser device of this example, as shown in FIG. 6, it was confirmed that the stray light as such a problem was eliminated by scattering, and the ripple in the X direction was suppressed.
As described above, the present invention provides a semiconductor light emitting device in which ripples are suppressed by forming a protrusion having a light emitting surface and a side surface on the end surface on the resonator side, and the side surface having the above-described configuration. Can do. Further, the shape of the side surface of the protruding portion makes it possible to improve the adhesion between the end face on the resonator side and the end face protective film, prevent the end face protective film from peeling off, and thus improve the COD level.

本発明の半導体発光素子は、例えば半導体レーザ、発光ダイオードなどの発光素子のほか、トランジスタなどの電子デバイス、また受光素子や太陽電池などに利用可能である。その用途は、例えば照明用光源、ディスプレイ用光源、光ディスク用光源、光通信システム用光源、医療用光源、車載用光源、又は印刷機用光源、露光用光源、測定器用光源、バイオ関連の励起用光源等である。   The semiconductor light emitting device of the present invention can be used for, for example, a light emitting device such as a semiconductor laser and a light emitting diode, an electronic device such as a transistor, a light receiving device, a solar cell, and the like. Applications include, for example, illumination light sources, display light sources, optical disk light sources, optical communication system light sources, medical light sources, in-vehicle light sources, printing press light sources, exposure light sources, measuring instrument light sources, and bio-related excitations. Light source and the like.

10 基板
14 リッジ
20 半導体層
21 第1導電型半導体層(n型半導体層)
22 活性層
23 第2導電型半導体層(p型半導体層)
31 突出部
32 光出射面
33 側面
33a 表面粗さが大きい領域
10 substrate 14 ridge 20 semiconductor layer 21 first conductive type semiconductor layer (n-type semiconductor layer)
22 Active layer 23 Second conductivity type semiconductor layer (p-type semiconductor layer)
31 Projection part 32 Light emission surface 33 Side surface 33a Area where surface roughness is large

Claims (11)

基板と、該基板上に積層された半導体層と、該半導体層の共振器側の端面に形成された突出部とを有する半導体発光素子において、
前記突出部は、光出射面と側面とを有しており、
前記突出部の側面の平面視形状は、連続した波又は階段に光出射面方向に細くなっており、
前記突出部の側面は、半導体層の成長面と略平行方向に延びている複数の突起部を有していることを特徴とする半導体発光素子。
In a semiconductor light emitting device having a substrate, a semiconductor layer stacked on the substrate, and a protrusion formed on an end surface of the semiconductor layer on the resonator side,
The protrusion has a light exit surface and a side surface,
Planar shape of the side surface of the protrusion is tapered in the light emitting surface direction in a continuous wave-like or stepped,
The side surface of the protrusion has a plurality of protrusions extending in a direction substantially parallel to the growth surface of the semiconductor layer .
前記突出部の側面に形成された突起部は、筋状をしている請求項1に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the protrusion formed on the side surface of the protrusion has a stripe shape . 前記突出部の平面視形状は、逆ドーム状をしている請求項1又は2に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a shape of the projecting portion in plan view is an inverted dome shape . 前記突出部の側面は、光出射面よりも表面粗さが大きい領域を有している請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体発光素子。4. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a side surface of the protruding portion has a region having a surface roughness larger than that of a light emitting surface. 5. 前記半導体発光素子は、前記突出部の前方に半導体層か基板の露出領域がある請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element, a semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4 have exposed regions of the semiconductor layer or substrate in front of the projecting portion. 前記突出部の光出射面と側面には、保護膜が形成されている請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a protective film is formed on a light emitting surface and a side surface of the protruding portion. 前記半導体発光素子は、半導体レーザ素子又は端面発光LEDである請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting element is a semiconductor laser element or an edge-emitting LED. 前記突出部は、エッチングにより形成される請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the protrusion is formed by etching. 前記突出部の高さは、基板表面から0.1μm〜4.0μmの高さにある請求項1乃至8のいずれか一項に記載の半導体発光素子。9. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a height of the protruding portion is 0.1 μm to 4.0 μm from a substrate surface. 基板と、該基板上に積層された半導体層と、該半導体層の共振器側の端面に形成された突出部とを有する半導体発光素子の製造方法において、
基板上に半導体層を積層する工程と、
前記半導体層に共振器側の端面を形成するとともに、該共振器側の端面に光出射面と側面とを有する突出部を形成して、該突出部の側面の平面視形状を連続した波又は階段に光出射面方向に細くする工程と、
前記突出部の側面に半導体層の成長面と略平行方向に延びている複数の突起部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: a substrate; a semiconductor layer stacked on the substrate; and a protrusion formed on an end surface of the semiconductor layer on a resonator side.
Laminating a semiconductor layer on a substrate;
Wherein to form a facet of the resonator side semiconductor layer, forming a projecting portion having a light emitting surface and the side to the end face of the resonator side, projecting portion plan view shape wave shape that is continuous with the side surface of the Or a step of making the light-emitting surface thinner in a staircase pattern,
Forming a plurality of protrusions extending in a direction substantially parallel to the growth surface of the semiconductor layer on a side surface of the protruding portion.
前記突出部の側面の平面視形状を連続した波状形状又は凹凸形状とする工程と、前記突出部の側面に突起部を形成する工程は、同時に行う請求項10に記載の半導体発光素子の製造方法。 11. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 10 , wherein the step of forming a continuous wave shape or an uneven shape on the side surface of the protruding portion and the step of forming the protruding portion on the side surface of the protruding portion are performed simultaneously. .
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