JPH08153931A - 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法Info
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- JPH08153931A JPH08153931A JP29543394A JP29543394A JPH08153931A JP H08153931 A JPH08153931 A JP H08153931A JP 29543394 A JP29543394 A JP 29543394A JP 29543394 A JP29543394 A JP 29543394A JP H08153931 A JPH08153931 A JP H08153931A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 サファイア基板の上に窒化ガリウム系化合物
半導体がレーザ素子となる構造で積層されたウェーハか
ら半導体層に光共振面を実現できるレーザ素子の製造方
法を提供する 【構成】 サファイア基板の（０００１）面の表面に窒
化ガリウム系化合物半導体をレーザ素子の構造に積層し
た後、そのサファイア基板を各側面の内のいずれかの面
方位で割ることにより半導体レーザ素子の光共振面を作
製する。
半導体がレーザ素子となる構造で積層されたウェーハか
ら半導体層に光共振面を実現できるレーザ素子の製造方
法を提供する 【構成】 サファイア基板の（０００１）面の表面に窒
化ガリウム系化合物半導体をレーザ素子の構造に積層し
た後、そのサファイア基板を各側面の内のいずれかの面
方位で割ることにより半導体レーザ素子の光共振面を作
製する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化ガリウム系化合物半
導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）よりなるレーザ素子の製造方法に係り、特にサファ
イア基板のＣ面上に窒化ガリウム系化合物半導体がレー
ザ素子の構造となるように積層されたウェーハから半導
体素子の光共振面を形成する方法に関する。
導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）よりなるレーザ素子の製造方法に係り、特にサファ
イア基板のＣ面上に窒化ガリウム系化合物半導体がレー
ザ素子の構造となるように積層されたウェーハから半導
体素子の光共振面を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】青色〜紫外域にレーザ発振し得る半導体
材料の一つに窒化ガリウム系化合物半導体（ＩｎXＡｌY
Ｇａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）が知られてい
る。また最近、窒化ガリウム系化合物半導体よりなるダ
ブルへテロ構造の発光ダイオード、が実用化されたこと
により、レーザダイオードが急に注目されるようになっ
た。
材料の一つに窒化ガリウム系化合物半導体（ＩｎXＡｌY
Ｇａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）が知られてい
る。また最近、窒化ガリウム系化合物半導体よりなるダ
ブルへテロ構造の発光ダイオード、が実用化されたこと
により、レーザダイオードが急に注目されるようになっ
た。
【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレー
ザ素子は従来より数々の構造が提案されている。例えば
特開平６−２８３８２５号公報ではＳｉドープｎ型Ａｌ
ＧａＮ／Ｓｉドープｎ型ＧａＮ／ＭｇドープＡｌＧａＮ
ダブルへテロ構造のレーザダイオードが開示されてお
り、またＵＳＰ５，１４６，４６５にはＡｌＧａＮを活
性層として、ＡｌＧａＮの多層膜で光共振面を形成した
レーザ素子が開示されている。
ザ素子は従来より数々の構造が提案されている。例えば
特開平６−２８３８２５号公報ではＳｉドープｎ型Ａｌ
ＧａＮ／Ｓｉドープｎ型ＧａＮ／ＭｇドープＡｌＧａＮ
ダブルへテロ構造のレーザダイオードが開示されてお
り、またＵＳＰ５，１４６，４６５にはＡｌＧａＮを活
性層として、ＡｌＧａＮの多層膜で光共振面を形成した
レーザ素子が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化ガ
リウム系化合物半導体のレーザ素子は未だ実現されてい
ない。その理由は数々あるが、その一つにレーザ素子で
不可欠な光共振面の形成が困難であるという問題があ
る。
リウム系化合物半導体のレーザ素子は未だ実現されてい
ない。その理由は数々あるが、その一つにレーザ素子で
不可欠な光共振面の形成が困難であるという問題があ
る。
【０００５】一般に窒化ガリウム系化合物半導体はサフ
ァイア基板の上に成長されることが多い。サファイアは
六方晶系という結晶の性質上、劈開性を有していない。
さらに窒化ガリウム系化合物半導体も同じく六方晶系で
あるので劈開性を有していない。一方、赤外、赤色半導
体レーザ素子に使用されるＧａＡｓ系の材料は立方晶系
であって劈開性を有しているため、半導体レーザの共振
面は半導体結晶の劈開面が使用される。
ァイア基板の上に成長されることが多い。サファイアは
六方晶系という結晶の性質上、劈開性を有していない。
さらに窒化ガリウム系化合物半導体も同じく六方晶系で
あるので劈開性を有していない。一方、赤外、赤色半導
体レーザ素子に使用されるＧａＡｓ系の材料は立方晶系
であって劈開性を有しているため、半導体レーザの共振
面は半導体結晶の劈開面が使用される。
【０００６】半導体レーザを実現する上で光共振面を形
成することは非常に重要である。ところが前記のように
窒化ガリウム系化合物半導体は劈開性を有していないの
で、劈開面を光共振面とすることができないという欠点
がある。従来、レーザ素子となる窒化ガリウム系化合物
半導体の積層構造は多く提案されているが、実際の光共
振面の形成方法については知られていないのが実状であ
る。そこで、本発明はこのような事情を鑑みて成された
ものであって、その目的とするところは、サファイア基
板の上に窒化ガリウム系化合物半導体がレーザ素子とな
る構造で積層されたウェーハから半導体層に光共振面を
実現できるレーザ素子の製造方法を提供するにある。
成することは非常に重要である。ところが前記のように
窒化ガリウム系化合物半導体は劈開性を有していないの
で、劈開面を光共振面とすることができないという欠点
がある。従来、レーザ素子となる窒化ガリウム系化合物
半導体の積層構造は多く提案されているが、実際の光共
振面の形成方法については知られていないのが実状であ
る。そこで、本発明はこのような事情を鑑みて成された
ものであって、その目的とするところは、サファイア基
板の上に窒化ガリウム系化合物半導体がレーザ素子とな
る構造で積層されたウェーハから半導体層に光共振面を
実現できるレーザ素子の製造方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】我々は特定の面方位のサ
ファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体を積
層した後、そのサファイア基板を特定の面方位で割るこ
とによって、窒化ガリウム系化合物半導体層の光共振面
を作製できることを新たに見いだし本発明を成すに至っ
た。即ち、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
素子の製造方法は、サファイア基板の（０００１）面の
表面に窒化ガリウム系化合物半導体をレーザ素子の構造
に積層した後、そのサファイア基板を数１、数２、数
３、数４、数５、数６面（以下特に記載のない限り、前
記六種類の面方位をまとめてＭ面という。）の内のいず
れかの面方位で割ることにより半導体レーザ素子の光共
振面を作製することを特徴とする。
ファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体を積
層した後、そのサファイア基板を特定の面方位で割るこ
とによって、窒化ガリウム系化合物半導体層の光共振面
を作製できることを新たに見いだし本発明を成すに至っ
た。即ち、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
素子の製造方法は、サファイア基板の（０００１）面の
表面に窒化ガリウム系化合物半導体をレーザ素子の構造
に積層した後、そのサファイア基板を数１、数２、数
３、数４、数５、数６面（以下特に記載のない限り、前
記六種類の面方位をまとめてＭ面という。）の内のいず
れかの面方位で割ることにより半導体レーザ素子の光共
振面を作製することを特徴とする。
【０００８】図１にサファイア単結晶の面方位を表すユ
ニットセル図を示す。本発明ではこのユニットセル図の
（０００１）面（以下、この面をＣ面という。）に窒化
ガリウム系化合物半導体を積層する。サファイアのＣ面
に窒化ガリウム系化合物半導体をＣ軸方向に配向させて
積層する。窒化ガリウム系化合物半導体は、例えばＨＤ
ＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＯＶＰＥ（有機
金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等の気
相成長法により成長させることができる。また、サファ
イア基板のＣ面とは（０００１）面に完全に一致してい
ることはいうまでもなく、（０００１）面よりおよそ±
１０゜以内の範囲でオフ角を有するＣ面であってもよ
い。
ニットセル図を示す。本発明ではこのユニットセル図の
（０００１）面（以下、この面をＣ面という。）に窒化
ガリウム系化合物半導体を積層する。サファイアのＣ面
に窒化ガリウム系化合物半導体をＣ軸方向に配向させて
積層する。窒化ガリウム系化合物半導体は、例えばＨＤ
ＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＯＶＰＥ（有機
金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等の気
相成長法により成長させることができる。また、サファ
イア基板のＣ面とは（０００１）面に完全に一致してい
ることはいうまでもなく、（０００１）面よりおよそ±
１０゜以内の範囲でオフ角を有するＣ面であってもよ
い。
【０００９】レーザ素子の構造とするには、基本的にダ
ブルへテロ構造を達成すればよく、例えばＩｎＧａＮ／
ＡｌＧａＮ（活性層／クラッド層）、ＩｎＧａＮ／Ｇａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ等のヘテロ接合でダブルへ
テロ構造を達成することができる。好適には活性層はノ
ンドープｎ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０＜X、０≦Y、X
＋Y＜１）、またはｎ型ドーパントおよび／またはｐ型
ドーパントをドープしたｎ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ
（０＜X、０≦Y、X＋Y＜１）として、活性層を互いに導
電型が異なり活性層よりもバンドギャップの大きい窒化
ガリウム系化合物半導体で挟んだダブルへテロ構造とす
る。活性層を少なくともインジウムとガリウムとを含む
窒化ガリウム系化合物半導体とすることにより、ＩｎＧ
ａＮのバンド間発光のみでレーザ発光波長を紫〜赤色ま
で変化させることができる。さらに、活性層はｎ型であ
る方が結晶欠陥の少ない半導体層が得られるのでレーザ
の信頼性が向上する。さらにまたＳｉ、Ｇｅ、Ｓ等のｎ
型ドーパント、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ等のｐ型ドーパントを
ドープするとＩｎＧａＮのバンド間発光の他に、発光中
心ができるので、発振波長の補正をすることも可能であ
る。
ブルへテロ構造を達成すればよく、例えばＩｎＧａＮ／
ＡｌＧａＮ（活性層／クラッド層）、ＩｎＧａＮ／Ｇａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ等のヘテロ接合でダブルへ
テロ構造を達成することができる。好適には活性層はノ
ンドープｎ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０＜X、０≦Y、X
＋Y＜１）、またはｎ型ドーパントおよび／またはｐ型
ドーパントをドープしたｎ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ
（０＜X、０≦Y、X＋Y＜１）として、活性層を互いに導
電型が異なり活性層よりもバンドギャップの大きい窒化
ガリウム系化合物半導体で挟んだダブルへテロ構造とす
る。活性層を少なくともインジウムとガリウムとを含む
窒化ガリウム系化合物半導体とすることにより、ＩｎＧ
ａＮのバンド間発光のみでレーザ発光波長を紫〜赤色ま
で変化させることができる。さらに、活性層はｎ型であ
る方が結晶欠陥の少ない半導体層が得られるのでレーザ
の信頼性が向上する。さらにまたＳｉ、Ｇｅ、Ｓ等のｎ
型ドーパント、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ等のｐ型ドーパントを
ドープするとＩｎＧａＮのバンド間発光の他に、発光中
心ができるので、発振波長の補正をすることも可能であ
る。
【００１０】例えばレーザ素子の構造には、利得導波型
ストライプ型レーザとしては、電極ストライプ型、メサ
ストライプ型、ヘテロアイソレーション型等を挙げるこ
とができ、またその他、作りつけ導波機構をもつストラ
イプ型レーザとして、埋め込みヘテロ型、ＣＳＰ型、リ
ブガイド型等を挙げることができる。
ストライプ型レーザとしては、電極ストライプ型、メサ
ストライプ型、ヘテロアイソレーション型等を挙げるこ
とができ、またその他、作りつけ導波機構をもつストラ
イプ型レーザとして、埋め込みヘテロ型、ＣＳＰ型、リ
ブガイド型等を挙げることができる。
【００１１】次に、気相成長法によりサファイア基板の
Ｃ面に窒化ガリウム系化合物半導体を積層した後、最上
層のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に正電極を形成
する。図２に本発明の一方法による窒化ガリウム系化合
物半導体レーザ素子の斜視図を示す。これは基本的には
メサストライプ型のレーザ素子の構造を示しており、サ
ファイア基板１のＣ面上にｎ型の窒化ガリウム系化合物
半導体よりなる第一のクラッド層２とｎ型の窒化ガリウ
ム系化合物半導体よりなる活性層３と、ｐ型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体よりなる第二のクラッド層４とを積
層してダブルへテロ構造とし、第二のクラッド層４の表
面にストライプ状の正電極１２と、第一のクラッド層２
の表面に同じくストライプ状の負電極１１を形成してい
る。このように、例えばストライプ型レーザを実現する
には導波路として正電極を数μｍ〜２０μｍ程度の幅で
形成することにより、ストライプに沿って発振を起こす
ことができる。図２では活性層３のレーザ発振領域をハ
ッチングして示している。ここで、正電極を形成する場
合に注意することは、後でサファイア基板をＭ面で割っ
た際、その分割面の窒化ガリウム系化合物半導体層を光
共振面とするので、窒化ガリウム系化合物半導体の分割
面に対してストライプが垂直となるように電極を形成す
る必要がある。なお、前記のようにサファイアをＭ面で
割った場合、窒化ガリウム系化合物半導体の光共振面は
六方晶系の
Ｃ面に窒化ガリウム系化合物半導体を積層した後、最上
層のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に正電極を形成
する。図２に本発明の一方法による窒化ガリウム系化合
物半導体レーザ素子の斜視図を示す。これは基本的には
メサストライプ型のレーザ素子の構造を示しており、サ
ファイア基板１のＣ面上にｎ型の窒化ガリウム系化合物
半導体よりなる第一のクラッド層２とｎ型の窒化ガリウ
ム系化合物半導体よりなる活性層３と、ｐ型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体よりなる第二のクラッド層４とを積
層してダブルへテロ構造とし、第二のクラッド層４の表
面にストライプ状の正電極１２と、第一のクラッド層２
の表面に同じくストライプ状の負電極１１を形成してい
る。このように、例えばストライプ型レーザを実現する
には導波路として正電極を数μｍ〜２０μｍ程度の幅で
形成することにより、ストライプに沿って発振を起こす
ことができる。図２では活性層３のレーザ発振領域をハ
ッチングして示している。ここで、正電極を形成する場
合に注意することは、後でサファイア基板をＭ面で割っ
た際、その分割面の窒化ガリウム系化合物半導体層を光
共振面とするので、窒化ガリウム系化合物半導体の分割
面に対してストライプが垂直となるように電極を形成す
る必要がある。なお、前記のようにサファイアをＭ面で
割った場合、窒化ガリウム系化合物半導体の光共振面は
六方晶系の
【数７】 面となることが多い。
【００１２】次に本発明の最も重要な点である光共振面
の形成方法について述べる。本発明ではサファイアのＣ
面上に窒化ガリウム系化合物半導体を積層したウェーハ
を、サファイア基板のＭ面の内のいずれかで割って、窒
化ガリウム系化合物半導体の光共振面を形成する。例え
ば図１において、例えば斜線部で示すサファイア基板の
数３面で割った窒化ガリウム系化合物半導体層と、数３
面と対向する同じく斜線部で示す数６面で割った窒化ガ
リウム系化合物半導体層とで光共振面を形成することが
できる。なおこの共振面は前記のように六方晶系の数７
面となることが多い。
の形成方法について述べる。本発明ではサファイアのＣ
面上に窒化ガリウム系化合物半導体を積層したウェーハ
を、サファイア基板のＭ面の内のいずれかで割って、窒
化ガリウム系化合物半導体の光共振面を形成する。例え
ば図１において、例えば斜線部で示すサファイア基板の
数３面で割った窒化ガリウム系化合物半導体層と、数３
面と対向する同じく斜線部で示す数６面で割った窒化ガ
リウム系化合物半導体層とで光共振面を形成することが
できる。なおこの共振面は前記のように六方晶系の数７
面となることが多い。
【００１３】ウェーハを割る手段として例えばスクライ
バー、またはダイサーを用いることができる。スクライ
バーを用いた場合、窒化ガリウム系化合物半導体層と対
向するサファイア基板をスクライブする前に基板の厚さ
を１５０μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下の
厚さに研磨して薄くすることが望ましい。基板を１５０
μｍ以下に研磨して薄くすることにより、Ｍ面からウェ
ーハを割る際にスクライブラインより真っ直ぐに割れ易
くなり、割れた窒化ガリウム系化合物半導体層面を光共
振面とすることが容易になる。一方、ダイサーで割る場
合には、同じく窒化ガリウム系化合物半導体層と対向す
るサファイア基板側をハーフカットした後、ウェーハを
圧し割ることにより光共振面を形成できる。さらに、ス
クライバーとダイサーとを組み合わせてウェーハを割る
ことも可能である。図３は本発明の一工程で得られるウ
ェーハの模式的な断面図を示している。これはサファイ
ア基板の表面をまずダイサーでハーフカットして、その
ダイシング溝の跡をスクライブした時のウェーハの状態
を示している。サファイア基板に形成された広い溝がダ
イサーでのハーフカットを示しており、ダイサー溝の中
心に入れられた小さな溝がスクライバーによる溝を示し
ている。この図に示すようにダイサーによるハーフカッ
ト、スクライバーでウェーハを割る際には前記のように
サファイア基板の厚さを１５０μｍ以下にすることによ
り、窒化ガリウム系化合物半導体層に光共振面を形成す
ることが容易となる傾向にある。なお、ウェーハを割る
には前記スクライブ、ダイシングの後、ローラー等でウ
ェーハを圧し割ることによって簡単に割ることができ
る。
バー、またはダイサーを用いることができる。スクライ
バーを用いた場合、窒化ガリウム系化合物半導体層と対
向するサファイア基板をスクライブする前に基板の厚さ
を１５０μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下の
厚さに研磨して薄くすることが望ましい。基板を１５０
μｍ以下に研磨して薄くすることにより、Ｍ面からウェ
ーハを割る際にスクライブラインより真っ直ぐに割れ易
くなり、割れた窒化ガリウム系化合物半導体層面を光共
振面とすることが容易になる。一方、ダイサーで割る場
合には、同じく窒化ガリウム系化合物半導体層と対向す
るサファイア基板側をハーフカットした後、ウェーハを
圧し割ることにより光共振面を形成できる。さらに、ス
クライバーとダイサーとを組み合わせてウェーハを割る
ことも可能である。図３は本発明の一工程で得られるウ
ェーハの模式的な断面図を示している。これはサファイ
ア基板の表面をまずダイサーでハーフカットして、その
ダイシング溝の跡をスクライブした時のウェーハの状態
を示している。サファイア基板に形成された広い溝がダ
イサーでのハーフカットを示しており、ダイサー溝の中
心に入れられた小さな溝がスクライバーによる溝を示し
ている。この図に示すようにダイサーによるハーフカッ
ト、スクライバーでウェーハを割る際には前記のように
サファイア基板の厚さを１５０μｍ以下にすることによ
り、窒化ガリウム系化合物半導体層に光共振面を形成す
ることが容易となる傾向にある。なお、ウェーハを割る
には前記スクライブ、ダイシングの後、ローラー等でウ
ェーハを圧し割ることによって簡単に割ることができ
る。
【００１４】
【作用】図１を元に本発明の方法の作用を説明する。サ
ファイア単結晶は窒化ガリウム系化合物半導体と異なり
結晶性が非常に良く、図１に示すようにほぼ正確な六方
晶系を有している。一方、窒化ガリウム系化合物半導体
は六方晶系といえどもサファイア基板の上に必ずしも基
板と一致した結晶形で積層されるわけではない。しかし
サファイアの結晶系が安定しているならば、安定したサ
ファイアの方でウェーハを割ってやることにより、窒化
ガリウム系化合物半導体を安定して割れ易くすることが
可能となり、あたかも窒化ガリウム系化合物半導体で劈
開面を形成したかのような状態にすることができるので
ある。特に、図１の斜線部で示すようにサファイアのＭ
面は必ず対向するもう一方のＭ面を有しているため、そ
れらのＭ面でウェーハを割ることによって、窒化ガリウ
ム系化合物半導体層に対向する光共振面を形成できる。
ファイア単結晶は窒化ガリウム系化合物半導体と異なり
結晶性が非常に良く、図１に示すようにほぼ正確な六方
晶系を有している。一方、窒化ガリウム系化合物半導体
は六方晶系といえどもサファイア基板の上に必ずしも基
板と一致した結晶形で積層されるわけではない。しかし
サファイアの結晶系が安定しているならば、安定したサ
ファイアの方でウェーハを割ってやることにより、窒化
ガリウム系化合物半導体を安定して割れ易くすることが
可能となり、あたかも窒化ガリウム系化合物半導体で劈
開面を形成したかのような状態にすることができるので
ある。特に、図１の斜線部で示すようにサファイアのＭ
面は必ず対向するもう一方のＭ面を有しているため、そ
れらのＭ面でウェーハを割ることによって、窒化ガリウ
ム系化合物半導体層に対向する光共振面を形成できる。
【００１５】さらに、サファイア単結晶のＭ面は、他の
サファイアの面方位、例えばＣ面、Ａ面（数７面）等に
比べて、割れやすい性質がある。一方、サファイアの上
にレーザ素子の構造に積層される窒化ガリウム系化合物
半導体層の厚さはせいぜい１０μｍ以下でしかなく、こ
れに対しサファイア基板は１０倍以上の厚さを有してい
る。このため、割り易いＭ面でサファイア基板を割る
と、サファイア基板に積層された膜厚の薄い窒化ガリウ
ム系化合物半導体層が、サファイア基板のＭ面につられ
て割れ、その割れた窒化ガリウム系化合物半導体層面が
劈開面のような状態となり光共振面となる。
サファイアの面方位、例えばＣ面、Ａ面（数７面）等に
比べて、割れやすい性質がある。一方、サファイアの上
にレーザ素子の構造に積層される窒化ガリウム系化合物
半導体層の厚さはせいぜい１０μｍ以下でしかなく、こ
れに対しサファイア基板は１０倍以上の厚さを有してい
る。このため、割り易いＭ面でサファイア基板を割る
と、サファイア基板に積層された膜厚の薄い窒化ガリウ
ム系化合物半導体層が、サファイア基板のＭ面につられ
て割れ、その割れた窒化ガリウム系化合物半導体層面が
劈開面のような状態となり光共振面となる。
【００１６】
【実施例】図４および図５を元に本発明の方法を詳説す
る。なお、図４は本発明の一方法により得られたレーザ
素子をＭ面と平行な方向で切断した際の模式断面図を示
しており、図５はウェーハの窒化ガリウム系化合物半導
体層に正電極を形成した際の平面図を示している。
る。なお、図４は本発明の一方法により得られたレーザ
素子をＭ面と平行な方向で切断した際の模式断面図を示
しており、図５はウェーハの窒化ガリウム系化合物半導
体層に正電極を形成した際の平面図を示している。
【００１７】Ｃ面を主面とする厚さ５００μｍのサファ
イア基板３０の表面にＭＯＶＰＥ法を用いて窒化ガリウ
ム系化合物半導体を積層した。なおサファイア基板はＡ
面（数７面）がオリエンテーションフラットされた面を
用いた。積層順はサファイア基板表面から順にＧａＮよ
りなるバッファ層３１が２００オングストローム、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層３２が４μ
ｍ、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層
３３が０．１μｍ、ノンドープｎ型ＩｎＧａＮ層よりな
る活性層３４が５００オングストローム、Ｍｇドープｐ
型ＡｌＧａＮ層よりなるｐ型クラッド層３５が０．１μ
ｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層よりなるｐ型コンタクト層
３６が０．５μｍの膜厚で成長した。
イア基板３０の表面にＭＯＶＰＥ法を用いて窒化ガリウ
ム系化合物半導体を積層した。なおサファイア基板はＡ
面（数７面）がオリエンテーションフラットされた面を
用いた。積層順はサファイア基板表面から順にＧａＮよ
りなるバッファ層３１が２００オングストローム、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層３２が４μ
ｍ、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層
３３が０．１μｍ、ノンドープｎ型ＩｎＧａＮ層よりな
る活性層３４が５００オングストローム、Ｍｇドープｐ
型ＡｌＧａＮ層よりなるｐ型クラッド層３５が０．１μ
ｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層よりなるｐ型コンタクト層
３６が０．５μｍの膜厚で成長した。
【００１８】次に最上層であるｐ型コンタクト層３６の
表面に所定のストライプ形状のマスクを形成し、ｐ型コ
ンタクト層３６、ｐ型クラッド層３５、活性層３４、ｎ
型クラッド層３３の一部をエッチングして取り除き負電
極１１を形成すべきｎ型コンタクト層３２を露出させ
た。
表面に所定のストライプ形状のマスクを形成し、ｐ型コ
ンタクト層３６、ｐ型クラッド層３５、活性層３４、ｎ
型クラッド層３３の一部をエッチングして取り除き負電
極１１を形成すべきｎ型コンタクト層３２を露出させ
た。
【００１９】エッチング後、マスクを除去し、再度所定
の形状のマスクを形成して、ｎ型コンタクト層３２に２
０μｍの幅で負電極１１、ｐ型コンタクト層３６に２μ
ｍの幅で正電極１２をそれぞれ形成した。正電極１２形
成時のウェーハの表面を示す平面図を図５に示してい
る。正電極１２、負電極１１をウェーハのオリエンテー
ションフラット面、Ａ面に平行な方向で形成すると、図
５の破線に示すようにＡ面に垂直な方向でウェーハを割
ると、自動的にＭ面からウェーハを割ることができる。
の形状のマスクを形成して、ｎ型コンタクト層３２に２
０μｍの幅で負電極１１、ｐ型コンタクト層３６に２μ
ｍの幅で正電極１２をそれぞれ形成した。正電極１２形
成時のウェーハの表面を示す平面図を図５に示してい
る。正電極１２、負電極１１をウェーハのオリエンテー
ションフラット面、Ａ面に平行な方向で形成すると、図
５の破線に示すようにＡ面に垂直な方向でウェーハを割
ると、自動的にＭ面からウェーハを割ることができる。
【００２０】次に、窒化ガリウム系化合物半導体層を形
成していない方のサファイア基板面を研磨して基板の厚
さを９０μｍにした。研磨後、ウェーハをスクライバー
にセットして、研磨したサファイア基板表面をスクライ
ブした。スクライブ方向はＡ面に平行な方向と、図５の
破線に示すようにＡ面に垂直な方向としてスクライブし
た。
成していない方のサファイア基板面を研磨して基板の厚
さを９０μｍにした。研磨後、ウェーハをスクライバー
にセットして、研磨したサファイア基板表面をスクライ
ブした。スクライブ方向はＡ面に平行な方向と、図５の
破線に示すようにＡ面に垂直な方向としてスクライブし
た。
【００２１】スクライブ後、ウェーハをローラーで圧し
割りウェーハを７００μｍ角のチップに分割した。この
チップは図４に示すような構造を有しており、Ａ面に垂
直な方向で割った面がレーザ素子の光共振面とされてい
る。次に分割されたチップをヒートシンクに設置し、そ
れぞれの電極をワイヤーボンドした後、液体窒素温度で
レーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度１．５ｋ
Ａ／cm2で発振波長３９０ｎｍのレーザ発振が確認され
た。
割りウェーハを７００μｍ角のチップに分割した。この
チップは図４に示すような構造を有しており、Ａ面に垂
直な方向で割った面がレーザ素子の光共振面とされてい
る。次に分割されたチップをヒートシンクに設置し、そ
れぞれの電極をワイヤーボンドした後、液体窒素温度で
レーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度１．５ｋ
Ａ／cm2で発振波長３９０ｎｍのレーザ発振が確認され
た。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では初めて
具体的な方法で光共振面の形成方法を示しているので、
劈開性のないサファイア基板上に積層した窒化ガリウム
系化合物半導体層より劈開面と同様の光共振面が得られ
てレーザ発振が可能となる。このため同一半導体材料を
用いて紫外〜赤色までの半導体レーザが実現可能となり
その産業上の利用価値は非常に大きい。
具体的な方法で光共振面の形成方法を示しているので、
劈開性のないサファイア基板上に積層した窒化ガリウム
系化合物半導体層より劈開面と同様の光共振面が得られ
てレーザ発振が可能となる。このため同一半導体材料を
用いて紫外〜赤色までの半導体レーザが実現可能となり
その産業上の利用価値は非常に大きい。
【図１】 サファイア単結晶の面方位を表すユニットセ
ル図。
ル図。
【図２】 本発明の一実施例によるレーザ素子の斜視
図。
図。
【図３】 本発明の方法の一工程で得られるウェーハの
模式断面図。
模式断面図。
【図４】 本発明の一実施例によるレーザ素子をＭ面と
平行な方向で切断した際の模式断面図。
平行な方向で切断した際の模式断面図。
【図５】 正電極を形成した際のウェーハの表面を示す
平面図。
平面図。
１、３０・・・・サファイア基板 ２・・・・第一のクラッド層 ３、３４・・・・活性層 ４・・・・第二のクラッド層 ３１・・・・バッファ層３１ ３２・・・・ｎ型コンタクト層３２ ３３・・・・ｎ型クラッド層 ３５・・・・ｐ型クラッド層３５ ３６・・・・ｐ型コンタクト層 １１・・・・負電極 １２・・・・正電極
Claims (1)
- 【請求項１】 サファイア基板の（０００１）面の表面
に窒化ガリウム系化合物半導体をレーザ素子の構造に積
層した後、そのサファイア基板を 【数１】 【数２】 【数３】 【数４】 【数５】 【数６】 面の内のいずれかの面方位で割ることにより半導体レー
ザ素子の光共振面を作製することを特徴とする窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29543394A JP2953326B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29543394A JP2953326B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08153931A true JPH08153931A (ja) | 1996-06-11 |
| JP2953326B2 JP2953326B2 (ja) | 1999-09-27 |
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ID=17820542
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| JP29543394A Expired - Fee Related JP2953326B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法 |
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| JP (1) | JP2953326B2 (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08316582A (ja) * | 1995-05-19 | 1996-11-29 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| WO1997011518A1 (en) * | 1995-09-18 | 1997-03-27 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor material, method of producing the semiconductor material, and semiconductor device |
| JPH10190149A (ja) * | 1996-12-27 | 1998-07-21 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 |
| JP2000101195A (ja) * | 1998-09-22 | 2000-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法及びその構造 |
| US6255198B1 (en) | 1998-11-24 | 2001-07-03 | North Carolina State University | Methods of fabricating gallium nitride microelectronic layers on silicon layers and gallium nitride microelectronic structures formed thereby |
| US6261929B1 (en) | 2000-02-24 | 2001-07-17 | North Carolina State University | Methods of forming a plurality of semiconductor layers using spaced trench arrays |
| US6376339B2 (en) | 1998-11-24 | 2002-04-23 | North Carolina State University | Pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on silicon carbide substrates by lateral growth from sidewalls of masked posts, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby |
| US6380108B1 (en) | 1999-12-21 | 2002-04-30 | North Carolina State University | Pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on weak posts, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby |
| US6403451B1 (en) | 2000-02-09 | 2002-06-11 | Noerh Carolina State University | Methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on substrates including non-gallium nitride posts |
| US6489221B2 (en) | 1999-11-17 | 2002-12-03 | North Carolina State University | High temperature pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on sapphire substrates |
| US6570192B1 (en) | 1998-02-27 | 2003-05-27 | North Carolina State University | Gallium nitride semiconductor structures including lateral gallium nitride layers |
| US6608327B1 (en) | 1998-02-27 | 2003-08-19 | North Carolina State University | Gallium nitride semiconductor structure including laterally offset patterned layers |
| US6653663B2 (en) | 1999-12-06 | 2003-11-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nitride semiconductor device |
| US6897483B2 (en) | 1998-06-10 | 2005-05-24 | North Carolina State University | Second gallium nitride layers that extend into trenches in first gallium nitride layers |
| JP2005252245A (ja) * | 2004-02-03 | 2005-09-15 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体ウェハー |
| JP2006171102A (ja) * | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光学補償板の製造方法 |
| USRE44215E1 (en) | 1995-03-30 | 2013-05-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor optoelectric device and method of manufacturing the same |
-
1994
- 1994-11-30 JP JP29543394A patent/JP2953326B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US6459712B2 (en) | 1995-09-18 | 2002-10-01 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor devices |
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| US6570192B1 (en) | 1998-02-27 | 2003-05-27 | North Carolina State University | Gallium nitride semiconductor structures including lateral gallium nitride layers |
| US7195993B2 (en) | 1998-06-10 | 2007-03-27 | North Carolina State University | Methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers by lateral growth into trenches |
| US6897483B2 (en) | 1998-06-10 | 2005-05-24 | North Carolina State University | Second gallium nitride layers that extend into trenches in first gallium nitride layers |
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| US6462355B1 (en) | 1998-11-24 | 2002-10-08 | North Carolina State University | Pendeoepitaxial gallium nitride semiconductor layers on silicon carbide substrates |
| US6602764B2 (en) | 1998-11-24 | 2003-08-05 | North Carolina State University | Methods of fabricating gallium nitride microelectronic layers on silicon layers |
| US7378684B2 (en) | 1998-11-24 | 2008-05-27 | North Carolina State University | Pendeoepitaxial gallium nitride semiconductor layers on silicon carbide substrates |
| US6376339B2 (en) | 1998-11-24 | 2002-04-23 | North Carolina State University | Pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on silicon carbide substrates by lateral growth from sidewalls of masked posts, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby |
| US6255198B1 (en) | 1998-11-24 | 2001-07-03 | North Carolina State University | Methods of fabricating gallium nitride microelectronic layers on silicon layers and gallium nitride microelectronic structures formed thereby |
| US6489221B2 (en) | 1999-11-17 | 2002-12-03 | North Carolina State University | High temperature pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on sapphire substrates |
| US6521514B1 (en) | 1999-11-17 | 2003-02-18 | North Carolina State University | Pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on sapphire substrates |
| US6545300B2 (en) | 1999-11-17 | 2003-04-08 | North Carolina State University | Pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on sapphire substrates, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby |
| US6686261B2 (en) | 1999-11-17 | 2004-02-03 | North Carolina State University | Pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on sapphire substrates, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby |
| US7217641B2 (en) | 1999-11-17 | 2007-05-15 | North Carolina State University | Pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on sapphire substrates, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby |
| US6797991B2 (en) | 1999-12-06 | 2004-09-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nitride semiconductor device |
| US6653663B2 (en) | 1999-12-06 | 2003-11-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nitride semiconductor device |
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| US6586778B2 (en) | 1999-12-21 | 2003-07-01 | North Carolina State University | Gallium nitride semiconductor structures fabricated by pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on weak posts |
| US6380108B1 (en) | 1999-12-21 | 2002-04-30 | North Carolina State University | Pendeoepitaxial methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on weak posts, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby |
| US6621148B2 (en) | 2000-02-09 | 2003-09-16 | North Carolina State University | Methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on substrates including non-gallium nitride posts, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby |
| US6864160B2 (en) | 2000-02-09 | 2005-03-08 | North Carolina State University | Methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on substrates including non-gallium nitride posts |
| US7095062B2 (en) | 2000-02-09 | 2006-08-22 | North Carolina State University | Methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on substrates including non-gallium nitride posts, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby |
| US6403451B1 (en) | 2000-02-09 | 2002-06-11 | Noerh Carolina State University | Methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers on substrates including non-gallium nitride posts |
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| US6261929B1 (en) | 2000-02-24 | 2001-07-17 | North Carolina State University | Methods of forming a plurality of semiconductor layers using spaced trench arrays |
| JP2005252245A (ja) * | 2004-02-03 | 2005-09-15 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体ウェハー |
| JP2006171102A (ja) * | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光学補償板の製造方法 |
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