JPH11145566A - Manufacture of 3-nitride semiconductor laser diode - Google Patents

Manufacture of 3-nitride semiconductor laser diode

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JPH11145566A
JPH11145566A JP32213197A JP32213197A JPH11145566A JP H11145566 A JPH11145566 A JP H11145566A JP 32213197 A JP32213197 A JP 32213197A JP 32213197 A JP32213197 A JP 32213197A JP H11145566 A JPH11145566 A JP H11145566A
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resonator
layer
nitride semiconductor
etching
laser diode
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正好 小池
Shiro Yamazaki
史郎 山崎
Yuuta Tezeni
雄太 手銭
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve light deflectivity at an end surface by improving flatness at a surface of the resonator end face of a laser diode. SOLUTION: On a substrate 1, a plurality of layers 2-9 of 3-nitride semiconductor are formed. An active layer 6 of MQW(multiple quantum well) structure is sandwiched between an n-guide layer 6 and an n-clad layer 4 on one side and a p-guide layer 7 and a p-clad layer 8 on the other side. By removing the other part except for a resonator part by etching, the resonator is formed into a mesa-type. The mesa-type etching of the resonator is so executed that width which is parallel to a substrate surface at the end surface of the resonator is wider than that of the main body part of the resonator, where a current flows vertical to the substrate surface, so that the resonator becomes I-shaped. When the resonator is to be retained by mesa-etching, an edge part of the end surface is etched round, which does not appear at a center part of the end surface. Thus, the flatness at the end surface where light is reflected is substantially improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は3族窒化物半導体を
用いたレーザダイオードの製造方法に関する。特に、レ
ーザ−ダイオードの共振器の端面の形成方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a laser diode using a group III nitride semiconductor. In particular, it relates to a method for forming an end face of a laser-diode resonator.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、サファイア基板上に窒化ガリウム
系化合物半導体(AlGaInN )から成る各層を形成して青
色発光ダイオード(LED) 、青色レーザダイオード(LD)と
した素子が知られている。レーザダイオード(LD)の光を
効率よく反射させて発振させるためには、共振器端面の
垂直度及び平行度を高く保つ必要がある。この共振器端
面を精度よく形成するためには、へき開によるのが良い
が、上記素子では基板と素子層とが異種物質で形成され
ているためにへき開は困難である。このため、ドライエ
ッチッグにより端面を形成することが行われている。
2. Description of the Related Art Heretofore, there have been known devices formed of a gallium nitride-based compound semiconductor (AlGaInN) on a sapphire substrate to form a blue light emitting diode (LED) and a blue laser diode (LD). In order to efficiently reflect and oscillate the light of the laser diode (LD), it is necessary to keep the perpendicularity and parallelism of the cavity end face high. Cleavage is preferably used to form the resonator end face with high precision. However, in the above-described device, cleavage is difficult because the substrate and the device layer are formed of different materials. For this reason, an end face is formed by dry etching.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
ドライエッチングで共振器部分だけをメサ型に残すリッ
ジ導波路型のレーザダイオードを形成する場合には、端
面が光軸に対して曲率を有し、丸みを帯びる。この結
果、理想的な共振器の鏡面端面が形成されず、レーザが
発振しなかったり、発振効率が低いという問題がある。
However, when forming a ridge waveguide type laser diode in which only the resonator portion is left in a mesa shape by dry etching as described above, the end face has a curvature with respect to the optical axis. Has and is rounded. As a result, there is a problem that the mirror end face of the ideal resonator is not formed, the laser does not oscillate, and the oscillation efficiency is low.

【0004】本発明は上記の課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、レーザダイオードにおけ
る共振器端面の表面の平坦性を向上させ、端面での光反
射率を向上させることで、光の閉じ込め効果を高め、発
振しきい値電流を低下させることである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to improve the flatness of the surface of a cavity end face of a laser diode and improve the light reflectance at the end face. Thus, the effect of confining light is enhanced and the oscillation threshold current is reduced.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段及び発明の作用及び効果】
その目的を達成するための発明の特徴は、基板上に3族
窒化物半導体から成る複数の層を形成し、共振器部分を
残して他の部分をエッチングにより除去することで、共
振器をメサ型に形成した3族窒化物半導体レーザダイオ
ードの製造方法において、基板上に3族窒化物半導体か
ら成る各層を形成し、共振器のメサ型エッチングを共振
器の端面の基板面に平行な幅が、電流が基板面に垂直に
流れる共振器の本体部の幅に比べて長くなるようにエッ
チングすることを特徴とする。
Means for Solving the Problems and Effects and Effects of the Invention
A feature of the invention for achieving the object is that a plurality of layers made of a group III nitride semiconductor are formed on a substrate, and the other portions are removed by etching while leaving the resonator portion, thereby forming the mesa in the resonator. In the method for manufacturing a group III nitride semiconductor laser diode formed in a mold, each layer made of a group III nitride semiconductor is formed on a substrate, and the mesa-type etching of the resonator is performed so that the width parallel to the substrate surface at the end face of the resonator is reduced. The etching is performed so as to be longer than the width of the main body of the resonator in which the current flows perpendicular to the substrate surface.

【0006】共振器端面の基板面に平行な幅は、共振器
の本体部の幅に比べて長い。このため、共振器をメサエ
ッチングで残す場合に、端面のエッジ部分が丸くエッチ
ングされるが、この丸みは端面の中央部には現れない。
これにより、実質上光の反射する端面の平面度が向上
し、理想的な鏡面を得ることができる。この結果、端面
の鏡面度が向上し、光の閉じ込め効果が向上し、レーザ
の発振しきい値電流が低下する。
The width of the end face of the resonator parallel to the substrate surface is longer than the width of the main body of the resonator. Therefore, when the resonator is left by mesa etching, the edge portion of the end face is etched round, but this roundness does not appear at the center of the end face.
Thereby, the flatness of the end face on which light is substantially reflected is improved, and an ideal mirror surface can be obtained. As a result, the specularity of the end face is improved, the effect of confining light is improved, and the lasing threshold current of the laser is reduced.

【0007】共振器を基板面に垂直な方向から見てアル
ファベットの大文字の「I」形状とすることで、上記の
効果のある構造を具体的に構成することができる。3族
窒化物半導体は、望ましくは、AlxGaYIn1-X-YN(0≦X ≦
1,0 ≦Y ≦1,0 ≦X+Y ≦1)で表される物質であり、これ
により、青色の短波長のレーザダイオードを得ることが
できる。特に、半導体レーザダイオードをAlx1Ga1-x1N
(0 ≦X1≦1)から成るクラッド層とGax2In1-x2N (0
≦X2≦1 )/GaN のMQW構造の活性層とすることで、
青色のレーザ出力を向上させることができる。又、ドラ
イエッチングを反応性イオンビームエッチング(RIBE)と
することで、効率良く端面を形成することができる。さ
らに、望ましくは、反応性イオンビームエッチングを、
Cl2 ガスを用いたエッチングとすることで、エッチング
レートの高いエッチングが可能となる。これにより、共
振器端面の鏡面精度をさらに向上させることができる。
[0007] By forming the resonator in the shape of the capital letter "I" when viewed from the direction perpendicular to the substrate surface, a structure having the above-described effect can be specifically configured. The group III nitride semiconductor is preferably Al x Ga Y In 1-XY N (0 ≦ X ≦
1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ X + Y ≦ 1), whereby a blue short-wavelength laser diode can be obtained. In particular, the semiconductor laser diode is changed to Al x1 Ga 1-x1 N
(0 ≦ X1 ≦ 1) and Ga x2 In 1-x2 N (0
≦ X2 ≦ 1) / GaN active layer with MQW structure
Blue laser output can be improved. In addition, the end face can be efficiently formed by using the reactive ion beam etching (RIBE) as the dry etching. Further, desirably, the reactive ion beam etching is performed,
By performing etching using Cl 2 gas, etching with a high etching rate can be performed. Thereby, the mirror surface accuracy of the resonator end face can be further improved.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお、本発明は下記実施例に限定さ
れるものではない。図1は、本発明の具体的な実施例に
係る発光素子(半導体レーザ)100の構成を示した断
面図である。発光素子100は、サファイア基板1を有
しており、そのサファイア基板1上に50nmのAlN バ
ッファ層2が形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on specific embodiments. Note that the present invention is not limited to the following examples. FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a light emitting device (semiconductor laser) 100 according to a specific embodiment of the present invention. The light emitting device 100 has a sapphire substrate 1, and a 50 nm AlN buffer layer 2 is formed on the sapphire substrate 1.

【0009】そのバッファ層2の上には、順に、膜厚約
4.0μm、電子密度1×1018/cm3 、シリコン(S
i)ドープGaN から成るn層3、膜厚500nm、電子密
度1×1018/cm3 、シリコン(Si)ドープ Al0.1Ga
0.9Nから成るnクラッド層4、膜厚100nm、電子密
度1×1018/cm3 のシリコン(Si)ドープGaN からな
るnガイド層5、膜厚約35ÅのGaN から成るバリア層6
2と膜厚約35ÅのGa0.95In0.05N から成る井戸層61と
が交互に積層された多重量子井戸構造(MQW) の活性層6
が形成されている。バリア層62は6層、井戸層61は
5層である。そして、その活性層6の上に、膜厚100
nm、ホール密度5×1017/cm3 のマグネシウム(M
g)ドープGaN から成るpガイド層7、膜厚500nm、
ホール密度5×1017/cm3 、マグネシウム(Mg)ドー
プAl0.1Ga0.9N から成るpクラッド層8、膜厚200n
m、ホール密度5×1017/cm3 、マグネシウム(Mg)
ドープGaN から成るpコンタクト層9が形成されてい
る。そして、pコンタクト層9上にNi電極10が形成さ
れている。又、n層3上にはAlから成る電極11が形成
されている。
On the buffer layer 2, a film thickness of about 4.0 μm, an electron density of 1 × 10 18 / cm 3 , and silicon (S
i) n layer 3 made of doped GaN, thickness 500 nm, electron density 1 × 10 18 / cm 3 , silicon (Si) doped Al 0.1 Ga
N-cladding layer 4 of 0.9 N, n-guide layer 5 of silicon (Si) -doped GaN having a thickness of 100 nm and electron density of 1 × 10 18 / cm 3 , and barrier layer 6 of GaN having a thickness of about 35 °
An active layer 6 of a multiple quantum well structure (MQW) in which well layers 61 of Ga 0.95 In 0.05 N having a thickness of about 35 ° are alternately stacked.
Are formed. The barrier layer 62 has six layers, and the well layer 61 has five layers. Then, on the active layer 6, a film thickness of 100
nm, magnesium with a hole density of 5 × 10 17 / cm 3 (M
g) p guide layer 7 made of doped GaN, thickness 500 nm,
A p-cladding layer 8 made of magnesium (Mg) -doped Al 0.1 Ga 0.9 N with a hole density of 5 × 10 17 / cm 3 and a thickness of 200 n
m, hole density 5 × 10 17 / cm 3 , magnesium (Mg)
A p-contact layer 9 made of doped GaN is formed. Then, a Ni electrode 10 is formed on the p contact layer 9. An electrode 11 made of Al is formed on the n-layer 3.

【0010】この発光素子100の平面は、図2のよう
に構成されており、層4から層9までが、「I」字形状
に形成されている。図2の領域Aが層3の露出面であ
る。その層3の露出面Aに電極11が形成されている。
図2の線L1、L2が、後述する共振器の鏡面を形成す
るためのエッチングラインである。「I」字形状の素子
において、中央部の電流狭窄部分が本体部でその幅がW
で表示されている。
The plane of the light emitting device 100 is configured as shown in FIG. 2, and the layers 4 to 9 are formed in an “I” shape. Region A in FIG. 2 is the exposed surface of layer 3. The electrode 11 is formed on the exposed surface A of the layer 3.
Lines L1 and L2 in FIG. 2 are etching lines for forming a mirror surface of a resonator described later. In the "I" -shaped element, the current confinement portion at the center is the main body and the width is W.
Is displayed in.

【0011】次に、この構造の発光素子(半導体レー
ザ)の製造方法について説明する。上記発光素子100
は、有機金属化合物気相成長法(以下「MOVPE 」と示
す)による気相成長により製造された。用いられたガス
は、NH3 とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム
(Ga(CH3)3)(以下「TMG 」と記す)とトリメチルアルミ
ニウム(Al(CH3)3)(以下「TMA」と記す)とトリメチル
インジウム(In(CH3)3)(以下「TMI 」と記す)とシラン
(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C
5H5)2) (以下「CP2Mg 」と記す)である。
Next, a method of manufacturing a light emitting device (semiconductor laser) having this structure will be described. Light emitting element 100
Was produced by vapor phase epitaxy by metalorganic compound vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as "MOVPE"). The gases used were NH 3 and carrier gas H 2 or N 2 and trimethylgallium.
(Ga (CH 3 ) 3 ) (hereinafter referred to as “TMG”), trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) (hereinafter referred to as “TMA”), and trimethylindium (In (CH 3 ) 3 ) (hereinafter referred to as “TMI”). ]) And silane
(SiH 4 ) and cyclopentadienyl magnesium (Mg (C
5 H 5 ) 2 ) (hereinafter referred to as “CP 2 Mg”).

【0012】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
a面を主面とし、単結晶のサファイア基板1をMOVPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2liter/分で約30分反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板1をベーキングした。
First, a single-crystal sapphire substrate 1 is mounted on a susceptor placed in a reaction chamber of a MOVPE apparatus, with the a-plane cleaned by organic cleaning and heat treatment as a main surface. Next, the sapphire substrate 1 was baked at a temperature of 1100 ° C. while flowing H 2 at a normal pressure and a flow rate of 2 liter / min into the reaction chamber for about 30 minutes.

【0013】次に、温度を400℃まで低下させて、H2
を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMA を1.8×
10-5モル/分で約90秒間供給してAlN のバッファ層
2を約50nmの厚さに形成した。次に、サファイア基
板1の温度を1150℃に保持し、H2を20liter/分、
NH3 を10liter/分、TMG を1.7×10-4モル/分、
H2ガスにて0.86ppmに希釈されたシラン(SiH4)を
20×10-8モル/分で導入し、膜厚約4.0μm、電
子密度1×1018/cm3 、シリコン(Si)ドープGaN か
らなるn層3を形成した。
[0013] Next, by lowering the temperature to 400 ° C., H 2
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMA 1.8 ×
The buffer layer 2 of AlN was formed to a thickness of about 50 nm by supplying at a rate of 10 -5 mol / min for about 90 seconds. Next, the temperature of the sapphire substrate 1 was maintained at 1150 ° C., and H 2 was 20 liter / min.
NH 3 at 10 liter / min, TMG at 1.7 × 10 -4 mol / min,
Silane (SiH 4 ) diluted to 0.86 ppm with H 2 gas was introduced at 20 × 10 −8 mol / min, the film thickness was about 4.0 μm, the electron density was 1 × 10 18 / cm 3 , and silicon (Si ) An n layer 3 made of doped GaN was formed.

【0014】上記のn層3を形成した後、続いて温度を
1100℃に保持し、H2を20liter/分、NH3 を10li
ter/分、TMA を5.0×10-6モル/分、TMG を5.0
×10-5モル/分、H2ガスにて0.86ppmに希釈さ
れたシラン(SiH4)を8×10-9モル/分で導入し、膜厚
500nm、電子密度1×1018/cm3 、シリコン(S
i)ドープAl0.1Ga0.9N からなるnクラッド層4を形成し
た。
After the formation of the n-layer 3, the temperature is maintained at 1100 ° C., H 2 is 20 liter / min, and NH 3 is 10 l / min.
ter / min, TMA 5.0 × 10 -6 mol / min, TMG 5.0
Silane (SiH 4 ) diluted to 8 × 10 −5 mol / min and 0.86 ppm with H 2 gas was introduced at 8 × 10 −9 mol / min, and the film thickness was 500 nm and the electron density was 1 × 10 18 / cm. 3 , silicon (S
i) An n-cladding layer 4 made of doped Al 0.1 Ga 0.9 N was formed.

【0015】次に、温度を1100℃に保持し、H2を2
0liter/分、TMG を5×10-5モル/分、H2ガスにて
0.86ppmに希釈された(SiH4)を8×10-9モル/
分で導入し、膜厚100nm、電子密度1×1018/c
3 のシリコン(Si)ドープGaNからなるnガイド層5を
形成した。
Next, the temperature was kept at 1100 ° C., the H 2 2
0 liter / min, TMG was 5 × 10 −5 mol / min, and (SiH 4 ) diluted to 0.86 ppm with H 2 gas was 8 × 10 −9 mol / min.
Minutes, the film thickness is 100 nm, and the electron density is 1 × 10 18 / c.
An n guide layer 5 made of m 3 silicon (Si) doped GaN was formed.

【0016】次に、N2又はH2、NH3 及びTMG を供給し
て、膜厚約35ÅのGaN から成るバリア層62を形成し
た。次に、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給して、
膜厚約35ÅのGa0.95In0.05N から成る井戸層61を形成
した。さらに、バリア層62と井戸層61を同一条件で
4周期形成し、その上にGaN から成るバリア層62を形
成した。このようにして5周期のMQW 構造の活性層6を
形成した。
Next, N 2 or H 2 , NH 3 and TMG were supplied to form a barrier layer 62 of GaN having a thickness of about 35 °. Next, supply N 2 or H 2 , NH 3 , TMG and TMI,
A well layer 61 of Ga 0.95 In 0.05 N with a thickness of about 35 ° was formed. Further, a barrier layer 62 and a well layer 61 were formed four times under the same conditions, and a barrier layer 62 made of GaN was formed thereon. Thus, the active layer 6 having the MQW structure having five periods was formed.

【0017】続いて、温度を1100℃に保持し、N2
はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を0.
5×10-4モル/分、Cp2Mg を2×10-7モル/分で導
入して、マグネシウム(Mg)がドーピングされた、膜厚約
10nmのマグネシウム(Mg)ドープGaN からなるpガイ
ド層7を形成した。
Subsequently, the temperature was maintained at 1100 ° C., N 2 or H 2 was 20 liter / min, NH 3 was 10 liter / min, and TMG was 0.1 liter / min.
5 × 10 −4 mol / min, Cp 2 Mg is introduced at 2 × 10 −7 mol / min, and a magnesium (Mg) -doped p-guide made of magnesium (Mg) -doped GaN with a thickness of about 10 nm is introduced. Layer 7 was formed.

【0018】次に、温度を1100℃に保持し、N2又は
H2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMA を5×1
-6モル/分、TMG を5×10-5モル/分、及び、Cp2M
g を2×10-7モル/分で導入して、マグネシウム(Mg)
がドーピングされた、膜厚約100nmのマグネシウム
(Mg)ドープのAl0.1Ga0.9N からなるpクラッド層8を形
成した。
Next, the temperature is maintained at 1100 ° C. and N 2 or
H 2 20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMA 5 × 1
0 -6 mol / min, 5 × 10 -5 mol / min of TMG and Cp 2 M
g was introduced at 2 × 10 −7 mol / min, and magnesium (Mg) was introduced.
Doped with about 100 nm thick magnesium
A p-cladding layer 8 made of (Mg) -doped Al 0.1 Ga 0.9 N was formed.

【0019】次に、温度を1100℃に保持し、N2又は
H2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を5×1
-5モル/分、Cp2Mg を2×10-7モル/分で導入し
て、マグネシウム(Mg)がドーピングされた、膜厚約20
0nmのマグネシウム(Mg)ドープのGaN からなるpコン
タクト層9を形成した。
Next, the temperature is maintained at 1100 ° C. and N 2 or
H 2 20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 5 × 1
0 -5 mol / min, was introduced Cp 2 Mg at 2 × 10 -7 mol / min, magnesium (Mg) is doped, the thickness of about 20
A p-contact layer 9 made of 0 nm magnesium (Mg) -doped GaN was formed.

【0020】次に、電子線照射装置を用いて、pコンタ
クト層9、pクラッド層8及びpガイド層7に一様に電
子線を照射した。電子線の照射条件は、加速電圧約10
kV、試料電流1μA、ビームの移動速度0.2mm/
sec、ビーム径60μmφ、真空度5.0×10-5
orrである。この電子線の照射により、pコンタクト
層9、pクラッド層8及びpガイド層7はそれぞれ、ホ
ール濃度5×1017/cm3 、5×1017/cm3 、5
×1017/cm3 となった。このようにして多層構造の
ウエハを形成することができた。
Next, the p-contact layer 9, p-cladding layer 8 and p-guide layer 7 were uniformly irradiated with an electron beam using an electron beam irradiation apparatus. The irradiation conditions of the electron beam are as follows:
kV, sample current 1 μA, beam moving speed 0.2 mm /
sec, beam diameter 60 μmφ, degree of vacuum 5.0 × 10 −5 T
orr. Due to the irradiation of the electron beam, the p-contact layer 9, the p-cladding layer 8 and the p-guide layer 7 have hole concentrations of 5 × 10 17 / cm 3 , 5 × 10 17 / cm 3 and 5 respectively.
× 10 17 / cm 3 . Thus, a wafer having a multilayer structure could be formed.

【0021】次に、図3に示すように、pコンタクト層
9の上に、スパッタリングによりSiO2層12を200n
mの厚さに形成し、そのSiO2層12上にフォトレジスト
13を塗布した。そして、フォトリソグラフにより、図
3に示すように、n層3に対する電極形成部位A’のフ
ォトレジスト13を除去した。次に、図4に示すよう
に、フォトレジスト13によって覆われていないSiO2
12をフッ化水素酸系エッチング液で除去した。
Next, as shown in FIG. 3, an SiO 2 layer 12 is formed on the p-contact layer 9 by sputtering for 200 nm.
m, and a photoresist 13 was applied on the SiO 2 layer 12. Then, as shown in FIG. 3, the photoresist 13 at the electrode formation site A ′ for the n-layer 3 was removed by photolithography. Next, as shown in FIG. 4, the SiO 2 layer 12 not covered with the photoresist 13 was removed with a hydrofluoric acid-based etchant.

【0022】次に、フォトレジスト13及びSiO2層12
によって覆われていない部位のpコンタクト層9、pク
ラッド層8、pガイド層7、活性層6、nガイド層5、
nクラッド層4及びn層3の一部を真空度0.04To
rr、高周波電力0.44W/cm2 、BCl3ガスを10
ml/分の割合で供給しドライエッチングし、その後Ar
でドライエッチングした。この工程で、図5に示すよう
に、n層3に対する電極取り出しのための領域Aが形成
された。その後、SiO2層12を除去した。
Next, the photoresist 13 and the SiO 2 layer 12
P contact layer 9, p clad layer 8, p guide layer 7, active layer 6, n guide layer 5,
A part of the n-cladding layer 4 and the n-layer 3 is vacuumed to 0.04
rr, high frequency power 0.44 W / cm 2 , BCl 3 gas 10
dry etching by supplying at a rate of
Was dry-etched. In this step, as shown in FIG. 5, a region A for extracting an electrode from the n-layer 3 was formed. Thereafter, the SiO 2 layer 12 was removed.

【0023】次に、一様にNiを蒸着し、フォトレジスト
の塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程を
経て、pコンタクト層9の上に電極10を形成した。一
方、n層3に対しては、アルミニウムを蒸着して電極1
1を形成した。
Next, an electrode 10 was formed on the p-contact layer 9 through uniform deposition of Ni, application of a photoresist, a photolithography step, and an etching step. On the other hand, aluminum is deposited on the
1 was formed.

【0024】次に、共振器端面を形成するためのドライ
エッチングを次のように行った。ウエハの全上面に一様
にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによ
り、y軸方向に幅、x軸方向に長さを有するストライプ
状の領域B(図2)が除去され、共振器の長さyの幅で
x軸に沿って覆われたレジストマスク12が、図6に示
すように形成された。
Next, dry etching for forming a resonator end face was performed as follows. A photoresist is uniformly applied on the entire upper surface of the wafer, and a stripe-shaped region B (FIG. 2) having a width in the y-axis direction and a length in the x-axis direction is removed by photolithography. A resist mask 12 covered along the x-axis with a width of y was formed as shown in FIG.

【0025】次に、真空度1mTorr、高周波電力300WでCl
2 ガスを5 ml/ 分の割合で供給し、レジストマスク12
で覆われていないストライプ状の領域Bをサファイア基
板1が露出するまで、反応性イオンビームエッチング(R
IBE)によりドライエッチングした。
Next, Cl at a vacuum of 1 mTorr and high frequency power of 300 W
2 Supply gas at a rate of 5 ml / min.
Reactive ion beam etching (R) until the sapphire substrate 1 exposes the striped region B not covered with
Dry etching by IBE).

【0026】その後、上記の如く処理されたウエハをレ
ーザの共振器の長さ方向(y軸)(共振器の端面Sに垂
直な方向)に沿ってスクライビングしてクライブ溝を形
成し、共振器の端面に平行なx軸方向にダイシンクし
て、短冊片を得た。
Thereafter, the wafer processed as described above is scribed along the length direction (y-axis) of the laser resonator (direction perpendicular to the end face S of the resonator) to form a scribe groove. A die strip was obtained by die-sinking in the x-axis direction parallel to the end face.

【0027】次に、共振器端面Sを保護するために、共
振器端面SにSiO2をスパッタリングにより蒸着した。そ
して、各短冊片をローラで押圧して、既に、y軸方向に
沿って形成されているスクライブ溝を利用して、各素子
チップに分離した。このようにして、基板1に対する垂
直度及び端面間の平行度が高く、しかも、表面の平坦性
が高く鏡面性の高い共振器端面Sが得られた。これによ
り、共振器端面Sでの光の反射率が高くなり、光の閉じ
込め効果が高く、しきい値電流を低下させることができ
た。このようにして得たレーザダイオード100は、駆
動電流は1000mAにて発光出力10mW,発振ピーク波長
380nmであった。
Next, in order to protect the cavity facet S, SiO 2 was deposited on the cavity facet S by sputtering. Then, each strip was pressed by a roller, and separated into each element chip by using a scribe groove already formed along the y-axis direction. In this way, a resonator end face S having a high degree of perpendicularity to the substrate 1 and a high degree of parallelism between the end faces, and a high flatness of the surface and a high specularity was obtained. As a result, the reflectivity of light at the cavity end face S was increased, the effect of confining light was high, and the threshold current could be reduced. The laser diode 100 thus obtained has a drive current of 1000 mA, an emission output of 10 mW, and an oscillation peak wavelength.
380 nm.

【0028】共振器端面Sには、SiO2の保護膜が形成さ
れているが、SiO2等の酸化珪素、Si3N4 等の窒化珪素、
その他のTiO2等の誘電体による多重層を端面Sに形成し
ても良い。この多重層の各層の厚さを最適に設計するこ
とで、端面Sでの反射率をさらに向上させることができ
る。
A protective film of SiO 2 is formed on the resonator end face S. Silicon oxide such as SiO 2 , silicon nitride such as Si 3 N 4 ,
A multi-layer made of another dielectric such as TiO 2 may be formed on the end face S. By optimally designing the thickness of each of the multiple layers, the reflectance at the end face S can be further improved.

【0029】図2、図7に示すように、発光素子100
の機能層である層4〜層9を「I」字形状にエッチング
したため、共振端面Sのx軸方向の幅Dは電流路が狭窄
される本体部の幅Wよりも広く形成される。この結果、
電流狭窄の機能を達成しつつ、共振端面Sの平坦度を向
上させることができる。
As shown in FIG. 2 and FIG.
Since the layers 4 to 9 as the functional layers are etched in an “I” shape, the width D in the x-axis direction of the resonance end face S is formed to be wider than the width W of the main body portion in which the current path is narrowed. As a result,
The flatness of the resonance end face S can be improved while achieving the function of current constriction.

【0030】図8はエッチングされた共振端面SのSE
M写真である。(a)は幅Dが5μm、(b)は幅Dが
10μm、(c)は幅Dが30μmの場合である。幅D
が長くなるほど、中央の共振端面Sの部分で丸みがな
く、平坦にエッチングされていることが分かる。即ち、
幅Dが小さい場合には、端面Sを模式的に示した図9の
(a)に示すように、エッジe1、e2、e3、e4が
丸みを帯びているが、幅Dが大きい場合には、エッジe
1、e2、e3、e4は直線となり、中央部の端面Sは
平坦になっている。
FIG. 8 shows the SE of the etched resonance end face S.
It is an M photograph. (A) shows a case where the width D is 5 μm, (b) shows a case where the width D is 10 μm, and (c) shows a case where the width D is 30 μm. Width D
It can be seen that the longer the is, the more the center portion of the resonance end face S is etched flat without roundness. That is,
When the width D is small, the edges e1, e2, e3, and e4 are rounded as shown in FIG. 9A schematically showing the end face S, but when the width D is large, , Edge e
1, e2, e3, and e4 are straight lines, and the end face S at the center is flat.

【0031】この幅Dは、30μm以上あるのが望まし
い。幅Dが30μmの時、端面Sの平滑度(表面の凹凸
の程度)は10nm以下であることが測定されている。
また、図2に示すy方向の幅Hは、端面Sの平坦度には
特に関係しないが、5〜50μmあるのが望ましい。
The width D is desirably 30 μm or more. It has been measured that when the width D is 30 μm, the smoothness (degree of surface irregularities) of the end face S is 10 nm or less.
Further, the width H in the y direction shown in FIG. 2 is not particularly related to the flatness of the end face S, but is preferably 5 to 50 μm.

【0032】上記実施例において、層2〜層9までの結
晶材料は窒化ガリウム系化合物半導体であれば良く、結
晶材料や組成比には特に限定されない。一般式、AlxGaY
In1- X-YN(0≦X ≦1,0 ≦Y ≦1,0 ≦X+Y ≦1)で表される
2元、3元、4元の任意の3族窒化物半導体を用いるこ
とができる。また、活性層6をMQW構造としている
が、SQW構造であっても良い。また、活性層6とクラ
ッド層4、8の組成比は、ダブルヘテロ接合を形成する
場合には、活性層6のバンドギャップがクラッド層4、
8のバンドギャップよりも狭くなり、格子定数が整合す
るように選択すれば良い。又、4元の任意の3族窒化物
半導体を用いる場合には、バンドギャップと格子定数を
独立変化させることができるので、各層での格子定数を
一致させたダブルヘテロ接合が可能となる。ダブルヘテ
ロ接合に構成するのが望ましいが、本発明はダブルヘテ
ロ接合に限定されるものではなく、シングルヘテロ接
合、ホモ接合等であっても良い。
In the above embodiment, the crystal material of the layers 2 to 9 may be a gallium nitride-based compound semiconductor, and there is no particular limitation on the crystal material and composition ratio. General formula, Al x Ga Y
It is possible to use any binary, ternary or quaternary Group 3 nitride semiconductor represented by In 1- XY N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ X + Y ≦ 1). it can. Further, the active layer 6 has the MQW structure, but may have the SQW structure. The composition ratio between the active layer 6 and the cladding layers 4 and 8 is such that when a double hetero junction is formed, the band gap of the active layer 6 is
8 may be selected so as to be narrower than the band gap and to match the lattice constant. When an arbitrary quaternary Group III nitride semiconductor is used, the band gap and the lattice constant can be independently changed, so that a double heterojunction having the same lattice constant in each layer can be realized. Although it is desirable to configure a double hetero junction, the present invention is not limited to a double hetero junction and may be a single hetero junction, a homo junction, or the like.

【0033】また、pガイド層、pクラッド層及びpコ
ンタクト層を電子線照射により低抵抗化したが、熱アニ
ーリング、N2プラズマガス中での熱処理、レーザ照射に
よって行ってもよい。上記の実施例において、電極11
の形成時のエッチング工程のマスクには、SiO2の他、金
属、レジスト等、ドライエッチングに対する耐エッチン
グ性があり、下層のGaN 系の半導体に対して選択的にエ
ッチング又は剥離できるものなら採用できる。さらに、
共振器端面を形成するためのエンチング工程のマクスに
はフォトレジストを用いたが、その他、 SiO2 等のドラ
イエッチングに対する耐エッチング性があり、下層の電
極10、11に対して、選択的にエッチング又は剥離で
きるものなら採用できる。
Although the resistance of the p guide layer, the p clad layer and the p contact layer has been reduced by electron beam irradiation, it may be performed by thermal annealing, heat treatment in N 2 plasma gas, or laser irradiation. In the above embodiment, the electrode 11
The mask for the formation of the etching step, other SiO 2, metal, resist or the like, there are etching resistance to dry etching can be adopted if it can selectively etched or peeling the semiconductor of the underlying GaN-based . further,
Photoresist was used as a mask in the enchanting step for forming the cavity end face, but it also has etching resistance to dry etching of SiO 2 or the like, and is selectively etched with respect to the lower electrodes 10 and 11. Alternatively, any material that can be separated can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の具体的な第1実施例に係る半導体レー
ザの構成を示した構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a semiconductor laser according to a first specific example of the present invention.

【図2】同実施例の半導体レーザの平面図。FIG. 2 is a plan view of the semiconductor laser of the embodiment.

【図3】同実施例の半導体レーザの製造工程を示した断
面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor laser according to the embodiment.

【図4】同実施例の半導体レーザの製造工程を示した断
面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor laser according to the embodiment.

【図5】同実施例の半導体レーザの製造工程を示した断
面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor laser of the embodiment.

【図6】同実施例の半導体レーザの製造工程を示した断
面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor laser according to the embodiment.

【図7】同実施例の半導体レーザの構成を示した斜視
図。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of the semiconductor laser of the embodiment.

【図8】エッチングされた共振端面のSEMによる顕微
鏡写真。
FIG. 8 is a SEM micrograph of the etched resonance end face.

【図9】SEM写真を説明するための模式図。FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an SEM photograph.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 …レーザダイオード 1…サファイア基板 2…バッファ層 3…n層 4…nクラッド層 6…活性層 7…pクラッド層 8…pガイド層 10、11…電極 61…井戸層 62…バリア層 12…フォトレジスト S…共振器端面 100 laser diode 1 sapphire substrate 2 buffer layer 3 n layer 4 n clad layer 6 active layer 7 p p clad layer 8 p guide layer 10, 11 electrode 61 well layer 62 barrier layer 12 Photoresist S: cavity facet

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に3族窒化物半導体から成る複数
の層を形成し、共振器部分を残して他の部分をエッチン
グにより除去することで、共振器をメサ型に形成した3
族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、 前記基板上に3族窒化物半導体から成る各層を形成し、 前記共振器のメサ型エッチングを共振器の端面の基板面
に平行な幅が、電流が基板面に垂直に流れる共振器の本
体部の幅に比べて長くなるようにエッチングすることを
特徴とする3族窒化物半導体レーザダイオードの製造方
法。
A resonator is formed in a mesa shape by forming a plurality of layers made of a group III nitride semiconductor on a substrate and removing other portions by etching while leaving a resonator portion.
In the method for manufacturing a group III nitride semiconductor laser diode, each layer made of a group III nitride semiconductor is formed on the substrate, and the width of the mesa-type etching of the resonator is parallel to the substrate surface at the end face of the resonator. A method of manufacturing a group III nitride semiconductor laser diode, characterized in that etching is performed so as to be longer than a width of a main body of a resonator flowing perpendicularly to a substrate surface.
【請求項2】 前記共振器のメサ型エッチングの形状
は、基板上面から見てI字形状をしていることを特徴と
する請求項1に記載の3族窒化物半導体レーザダイオー
ドの製造方法。
2. The method for manufacturing a group III nitride semiconductor laser diode according to claim 1, wherein the shape of the mesa etching of the resonator is an I-shape when viewed from above the substrate.
【請求項3】 前記3族窒化物半導体は、AlxGaYIn
1-X-YN(0≦X ≦1,0 ≦Y ≦1,0 ≦X+Y ≦1)であることを
特徴とする請求項1又は請求項2に記載の3族窒化物半
導体レーザダイオードの製造方法。
3. The group III nitride semiconductor according to claim 1, wherein the group III nitride semiconductor is Al x Ga Y In
3. The group III nitride semiconductor laser diode according to claim 1, wherein 1-XYN (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ X + Y ≦ 1). Production method.
【請求項4】 前記ドライエッチングは反応性イオンビ
ームエッチング(RIBE)であることを特徴とする請求項1
乃至請求項3のいずれか1項に記載の3族窒化物半導体
レーザダイオードの製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein said dry etching is reactive ion beam etching (RIBE).
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor laser diode according to claim 1.
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