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JP3593441B2 - Nitride-based compound semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

Nitride-based compound semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same Download PDF

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JP3593441B2 JP20627997A JP20627997A JP3593441B2 JP 3593441 B2 JP3593441 B2 JP 3593441B2 JP 20627997 A JP20627997 A JP 20627997A JP 20627997 A JP20627997 A JP 20627997A JP 3593441 B2 JP3593441 B2 JP 3593441B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物系化合物半導体材料を用いた半導体光発光素子に関し、特に、GaN、AlGaN、InGaNなどの窒化物系化合物半導体からなる窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、家庭電化製品、OA機器、通信機器、工業計測器などさまざまな分野で半導体レーザが用いられている。中でも多くの分野で用いられることになるであろうと予想される高密度光ディスク記録等への応用を目的として短波長の半導体レーザの開発が注力されている。現在は赤色半導体レーザが用いられており、それまでの赤外半導体レーザに比べ記録密度が向上した。しかし、次世代の光ディスク記録等への応用には欠陥の低減が困難で、動作電圧が高いなど材料的な問題が数多く存在する。また、発振波長は短いものでも460nm程度であり、システムから要求される420nm台での発振は物性からいって困難である。
【0003】
一方、GaNを含む窒化物系半導体レーザは、原理的には350nm以下までの短波長化が可能であり、400nmでの発振動作が報告されている。信頼性に関しても、LEDにおいて1万時間以上の信頼性が確認されている。このように窒化物半導体系は材料的に次世代の光ディスク記録用光源として必要な条件を満たす優れた特性を持つ材料である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、レーザ発振動作には共振器が必要となる。通常の半導体レーザでは自然へき開面を用いてミラーを形成し共振器を形成している。これは立方晶型のせん亜鉛構造において、[011]あるいは[0−11]方向に結合エネルギーの小さな面、つまりへき開面が存在することを利用したものである。窒化物半導体系においては、前述のような立方晶型と六方晶型とが存在し、サファイヤ上に成長する六方晶型結晶が現在のところ、最も良好な結晶が得られているが、残念ながら、六方晶型には通常の半導体レーザ形成時に用いる自然へき開面のモードは明確には存在しないため、サファイヤのへき開面に誘導され、その方向で窒化物半導体も割れてしまうことにより共振器ミラー形成が非常に困難で、素子製造プロセスの歩留まりが低いという問題も生じていた。
【0005】
また、高出力での動作では共振器ミラーが突然劣化するといった問題があり、また動作時の発熱により基板との間に歪みが生じ、転位が増殖して端面が劣化するといった問題点も指摘されていた.
また、光記録用ディスクの光源として用いる場合には、レーザのスポットを絞るために横モードを制御し、基本モードのみで発振させることが必要である。これは記録時に用いる高出力のレーザでも制御しなければならないが困難であるという問題があった。
【0006】
このように、従来の窒化物系半導体発光素子では、共振器ミラー形成が非常に困難である、信頼性に問題がある、横モード制御が困難である、といった数々の問題点があった。
【0007】
本発明は係る問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、その目的は、簡単な工程で良好なへき開面を形成することができる窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の骨子は、基板のへき開性に影響を受けずに発光層のへき開をおこなって共振器ミラーを形成し、端面の一部を基板から分離することにより基板からの歪みを受けづらくし歪みによる劣化を防止し、出射端面の一部の反射率を低くすること及び端面の一部を共振器として成り立たないように反対の面とが平行でない様にすることにより横モードを制御し、光記録ディスク用光源としての性能を向上することにある。
【0009】
さらに具体的には、本発明の窒化物系化合物半導体発光素子は基板上に形成された第1のコンタクト層と、この第1のコンタクト層上に積層形成された電流狭窄層と、この電流狭窄層上に積層形成された窒素を含む化合物からなる発光層と、この発光層上に積層形成された第2のコンタクト層と、前記第1のコンタクト層および第2のコンタクト層に接触するように形成された第1および第2の電極とを備え、前記電流狭窄層はその側面が前記発光層の側面に対して内部に後退し、前記基板と前記発光層の側面との間に凹部が形成されていることを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明の窒化物系化合物半導体発光素子は、前記電流狭窄層の側面により形成される凹部を含む前記発光層の側面は絶縁物により被覆されている。
【0011】
あるいは、本発明の窒化物系化合物半導体発光素子は、基板と、前記基板上に堆積された中間層と、前記中間層の上に堆積された窒化物系化合物半導体からなる第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層の上に堆積された窒化物系化合物半導体からなる活性層と、前記活性層の上に堆積された窒化物系化合物半導体からなる第2のクラッド層と、を少なくとも備えた窒化物系化合物半導体発光素子であって、前記発光素子の光出射側の側面において、前記中間層の側面が前記活性層の側面よりも素子の内部に後退し、前記基板と前記活性層の側面との間に凹部が形成されていることを特徴とするものして構成される。
【0012】
ここで、中間層は、AlN、AlGaN、InAlGaN、ZnO、およびInGaNのうちのいずれかを用いることが望ましい。
【0013】
また、前記発光素子は、前記活性層の対向する側面の一部分を光反射面とした共振器によりレーザ光を放出するものとして構成され、前記発光素子の光出射側の側面は、さらに、前記レーザ光の強度が最も強く出射される部分を含む前記窒化物系化合物半導体のへき開面と、前記へき開面の両側に配置され、前記レーザ光の波長における反射率が前記へき開面の前記レーザ光の波長における反射率よりも相対的に小さい面とを有することを特徴として構成することができる。
【0014】
さらに、前記発光素子の光出射側の側面は、前記レーザ光の強度が最も強く出射される部分を含む前記窒化物系化合物半導体のへき開面と、前記へき開面の両側に配置され前記へき開面に対して傾斜を有する傾斜面とを有することを特徴として構成することができる。
【0015】
また、本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法は、基板上に第1のコンタクト層を形成する工程と、この第1のコンタクト層上に電流狭窄層を積層形成する工程と、この電流狭窄層上に窒素を含む化合物からなる発光層を積層形成する工程と、この発光層上に第2のコンタクト層を積層形成する工程と、前記第1のコンタクト層および第2のコンタクト層にそれぞれ接触する第1および第2の電極を形成する工程と、前記第1のコンタクト層から前記第2のコンタクト層に至る積層体をマスクを用いてエッチングしてメサ型の積層体を形成する工程と、このメサ型の積層体が形成された前記基板をダイシングにより素子単位に分離する工程と、この分離された素子を台座に設置した後、エッチング液に浸して前記電流狭窄層をその側面周囲から選択エッチングし、前記メサ型の積層体側面に凹部を形成する工程と、この凹部が形成された積層体に外力を印加してへき開する工程と、を備えたことを特徴として構成される。
【0016】
あるいは、基板上に中間層を堆積する工程と、前記中間層の上に、窒化物系化合物半導体からなる第1のクラッド層と、窒化物系化合物半導体からなる活性層と、窒化物系化合物半導体からなる第2のクラッド層を堆積する工程と、前記第2のクラッド層の上にエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを介して、前記中間層の側面が露出するまで、前記基板に対して略垂直方向にエッチングする第1のエッチング工程と、前記第1のエッチング工程により露出した前記中間層の側面を選択的にエッチングすることにより凹部を形成する第2のエッチング工程と、前記凹部の上に突出した前記活性層を含む半導体層部分をへき開により除去して半導体レーザの端面を形成する工程と、を備えたことを特徴として構成される。
【0017】
ここで、前記エッチングマスクは、前記活性層を構成する前記窒化物系化合物半導体のへき開が容易になるように、前記窒化物系化合物半導体のへき開面に沿って応力を集中させるための少なくともひとつの楔形状を有することを特徴として構成することが望ましい。
【0018】
また、前記中間層は、AlN、AlGaN、ZnO、およびInGaNのうちのいずれかからなることを特徴として構成することが望ましい。
【0019】
さらに、前記第1のエッチング工程は、ドライエッチング法により行われるものとして構成されることが望ましい。
【0020】
また、前記第2のエッチング工程は、エッチング溶液を用いたウェットエッチング法により行われるものとして構成されることが望ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、へき開が基板に誘導されることなく、発光層が自然へき開により、良好なミラーを形成することができる。また、端面の一部を基板から分離することにより基板からの歪みを受けづらくして、歪みによる劣化を防止することができる。さらに、本発明によれば、レーザ光出射端面の一部の反射率を低くし、あるいは端面の一部を共振器として成り立たないように反対の面と平行でない様に構成することにより横モードを制御し、光記録ディスク用光源として良好な発光素子を提供することができる。
【0022】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の第1の実施例に係わる青色半導体レーザ装置の概略構成を説明するためのものである。サファイヤ基板10上に、n−GaNバッファ層11(Siドープ、3〜5×1018cm−3、2μm)、n−GaNコンタクト層12(Siドープ、3〜5×1018cm−3、4μm)、n−AlN電流狭窄層13(Siドープ、3〜5×1018cm−3、1μm)、n−GaNクラッド層14(Siドープ、5×l017cm−3、0.3μm)、In0.2Ga0.8N活性層15(アンドーブ、2nm)、p−GaNクラッド層16(Mgドープ、5×1017cm−3、0.3μm)、GaNコンタクト層17(Mgドープ、1〜3×1018cm‐、0.1μm)を、MOCVD法によって順次積層形成し、この上に所定領域を覆うマスクを形成して、それ以外の部分をn型コンタクト層12に達するまでエッチングを行ってメサ型の積層体を形成する。次に、この積層体の最上層であるGaNコンタクト層17上にp側電極18を、また、n−GaNコンタクト層12上にn側電極19をそれぞれ設ける。
【0023】
その後、基板10を構成するウェーハ裏面からダイシングにより素子単位に切りとり分離する。分離された素子は、図示しないが、それぞれエッチング液が染み込む程度の間隔を置いて台座に設置してリン酸、弗素を含むエッチング液に浸し、AlN層13を側面より選択的にエッチングする。すなわち、AlN層13はAlが含まれているため、積層体Mを構成する他の層に対して選択的にオーバーエッチングされる。この結果、AlN層13はその側面が他の層の側面に比べて素子内部に後退し、積層体Mの周囲に溝状の凹部が形成される。この構造は、いわゆる、電流狭窄構造であり、電極18、19による電流注入の際に、このAlN層13により電流が狭窄され、活性層15に注入される電流密度を増すことができる。次にこのようにしてエッチングした各素子を水洗いし、図2に示されるように、積層体Mの共振器面となる側面付近の端部M1、M2に表面よりカFを加える。これにより、積層体Mは基板10のへき開方位に関係なく、溝状の凹部に沿って容易にへき開され、形成されたへき開面も良好であった。これはサファイヤ基板10のへき開面に誘導されることなく、発光層であるIn0.2Ga0.8N活性層15、その両側のn−GaNクラッド層14、p−GaNクラッド層16およびGaNコンタクト層17等のGaN層の明確な自然へき開によるものと考えられる。
【0024】
この実施例のレーザは、しきい値30mAで室温連続発振した。発振波長は417nm、動作電圧は8Vであった。また、発振しきい値は図3に示されるように、電流狭窄構造を用いない従来の素子(P)の100mAに比べこの実施例(Q)の場合は30mAと低くなった。また、良好なへき開面であるため劣化などが抑えられ、発光のパターンも良好であった。これにより発光効率が従来のものに比べ2倍以上良くなった。
【0025】
なお、AlN電流狭窄層13はZnOに置き換えてもよく、エッチング液も硫酸を含むものやアンモニアを含むアルカリ性のものでもよい。ZnOを用いた場合さらに結晶性が良い結晶ができるばかりでなく、エッチングがされやすく、工程が容易になり歩留まりが向上した。
【0026】
また、結晶成長はMBE法でも良い。
【0027】
図4は本発明の第2の実施例に係わる青色半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。
【0028】
サファイヤ基板20上に、AlNバッファ層21(3〜5×1018cm−3、0.1μm)、n−GaNコンタクト層22(Siドープ、1×1019cm−3、4μm)、Zn0層23(1μm)、n−Al0.5Ga0.5Nクラッド層24(Siドープ、5×1017cm−3、0.3μm)、GaN光閉じ込め層25(Siドープ、0.1μm)、In0.1Ga0.9N活性層26(Siドープ、3nm)、GaN光閉じ込め層27(Siドープ、0.1μm)、p−Al0.5Ga0.5Nクラッド層28(Mgドープ、5×1017cm−3、0.3μm)、GaNコンタクト層29(Mgドープ、1〜3×1018cm−3、0.1μm)をMBE法によって順次積層形成し、この上に所定領域を覆うマスクを形成して、それ以外の部分をn型コンタクト層22に達するまでエッチングを行ってメサ型の積層体M’を形成する。次に、この積層体M’の最上層であるGaNコンタクト層29上にp側電極30を、また、n−GaNコンタクト層22上にn側電極31をそれぞれ設ける。
【0029】
その後、基板20を構成するウェーハ裏面からダイシングにより素子単位に切りとり分離する。分離された素子のそれぞれを、図示しないが、台座にマウントし、n型、p型ともにAuワイヤー33、34により台座の端子に配線を行う。次いで、これらの台座にマウントされた素子をエッチング液に浸し、Zn0層23を側面より選択的にエッチングする。これによりZn0層23はオーバーエッチングされ、その側面が他の層の側面に比べメサ型の積層体M’内部に後退し、積層体M’の周囲に溝状の凹部を形成する。その後、台座にマウントされた素子を水洗いし、図5に示すように、各素子のメサ型の積層体M’部分を中心に液状のシラノール化合物32を適量塗布し、加熱によりキュアし積層体M’の周囲に図5に示すような、SiO膜32を形成する。その後、台座にマウントされた素子を液体中に浸積して超音波をかけると、図5に示す共振器面となる端面部分M1’、M2’が図6に示すようにへき開される。この操作によりZnO層23により電流狭窄構造が形成でき、その側面を絶縁物であるSiOが覆っているために表面を伝わって流れるリーク電流が阻止できた。
【0030】
この実施例のレーザ素子は、図7の曲線Qで示されるように、しきい値10mAで80℃まで連続発振した。発振波長は383nm、基本横モード発振し、図8に示すように、5000時間までの安定動作も確認した。このレーザ素子の動作電圧は4Vであった。この素子構造ではZn0層23がエッチングの際に共振器ミラーの隣接面がエッチングされ、電流狭窄構造となっているため、図7に示したように、しきい値電流の低下がみられ、また、表面をリーク電流が流れない為に発光効率も向上した。さらに、共振器ミラー面近傍に電流が流れないので共振器ミラーの損傷が生じないためと発光層の歪が緩和されているために信頼性が向上した(図8)。また、AlNバッファ層21の厚さを20μmと厚くしたところヒートシンクとしての働きが加わり、温度特性が向上し100℃まで連続発振した。また、n−A10.5Ga0.5Nクラッド層24を0.1μmと薄くしたところ、クラッド層24とSiO層32との間の屈折率差により高出力においても横モードが制御が維持された。
【0031】
次に、図9ないし図11は本発明の第3の実施例を示す図で、図9および図11は平面図、図10は側面図である。
【0032】
サファイヤ基板40上に、AlNバッファ層41(3〜5×1018cm−3、0.01μm)、n−GaNコンタクト層42(Siドープ、1×1019cm−3、2μm)、n−Zn0層43(1μm)、n−GaN層44(Siドープ、1×1019cm−3、1μm)、n−Al0.5Ga0.5Nクラッド層45(Siドープ、5×1017cm−3、0.3μm)、GaN光閉じ込め層46(Siドープ、0.1μm)、In0.1Ga0.9N活性層47(Siドープ、3nm)、GaN光閉じ込め層48(Siドープ、0.1μm)、p−Al0.5Ga0.5Nクラッド層49(Mgドープ、5×l017cm−3、0.3μm)、GaNコンタクト層50(Mgドープ、1〜3×l018cm−3、0.1μm)をMBE法によって順次成長形成する。この後これらの成長層が積層された基板40を成長室より取り出し、p−GaNコンタクト層50上にSiO絶縁膜51を形成し、その一部をp−GaNコンタクト層50に到達するようにストライプ状(図9の破線で示される部分)にエッチングし、その上からNiを50nm蒸着する。その後、図11に示すような形状のマスクをTiにより形成し、ドライエッチングによりn−GaNコンタクト層42に到達する迄エッチングを行う。次にn型電極53となる部分以外にマスクを形成し、その後Tiを蒸着しp型電極52が形成できる。その後マスクは除去する。次に全体をそれ以外の部分をn型コンタクト層42に達するまでエッチングを行い、n型電極53を形成する。そしてp型電極52にはp側リード線54が、また、n型電極53にはn側リード線55がそれぞれ接続される。
【0033】
この時点での形状の概略図を図11に示す。同図は単一の発光素子領域の上面図であるが、p側リード線54が接続されるp型電極52領域とこれに連結されるレーザ素子本体部55とn型電極53領域から構成されている。図11と図9の完成上面図と比較すると、レーザ素子本体部55の共振器面となるへき開面56が形成されていないことがわかる。その後、前述の実施例の場合と同様に、基板40全体をエッチング液に浸し、Zn0層43を側面より選択的にエッチングする。これによりZn0層43はオーバーエッチングされ、その側面がメサ型の積層体M”部分の全体の側面に対して後退し、積層体M”部分の周囲に溝状の凹部56が形成される。図10においてはZn0層43の内部にもエッチング除去された透孔57が形成されるが、これは図10あるいは図11のレーザ素子本体部55とp側リード線54が接続されるp型電極52領域との接続部両側の溝59部におけるオーバーエッチングにより、透孔57が形成される。
【0034】
エッチング終了後、水洗いを行い基板40を構成するウェーハ裏面からダイシングにより素子単位に切りとり、分離する。次いで、分離されたそれぞれの素子を図示しない台座にマウントし、n型電極53、p型電極54ともにAuワイヤーリード線54、55により台座の端子に配線を行う。この後図示しないが液体中で超音波をかけると、図11に示す共振器面となるメサ型の積層体M”の端面部分M1”、M2”がへき開され、図10に示すような完成された素子が得られる。次に、図9に示すように、レーザ素子のメサ型の積層体M”部分を中心に液状のシラノール化合物58を適量塗布し、加熱によりキュアしシアノール化合物を酸化して、図10に示すように、メサ型の積層体M”の側面部分を覆うSi0膜58を形成する。
【0035】
このようにして完成されたレーザ素子は、図10に示されるように、Zn0層43により電流狭窄構造が形成でき、その側面を絶縁物であるSiO膜58が覆っているために表面を伝わって流れるリーク電流が阻止できた。そして最も重要なことは、これらの製造過程によりレーザ素子本体部55の共振器長である、メサ型の積層体M”の端面M1”、M2”間の長さやこの間に延長されるストライプ状のZn0層43の幅を小さくできることである。これによりしきい値電流、動作電力が低減できる。共振器長が100μm、ストライプ幅が5μmの場合にしきい値電流が1mAとなった。これにより素子の信頼性も向上した。
本実施例のレーザ素子では、しきい値3mAで80℃まで連続発振した。発振波長は390nm、基本横モード発振し、5000時間までの安定動作も確認した。また、動作電圧は3.8Vであった。
【0036】
次に、本発明の第4の実施例について説明する。
【0037】
図12は、本発明の第4の実施例に係わる青色半導体レーザ装置の断面構造を表す模式図である。同図において、60はサファイヤ基板、61はn−AlNバッファ層(Siドープ、キャリア濃度:3〜5×1018cm−3、層厚:100nm)であり、62はn−GaNコンタクト層(Siドープ、3〜5×1018cm−3、4μm)、63はn−Al0.5Ga0.5Nクラッド層(Siドープ、5×1017cm−3、0.3μm)、64はIn0.2Ga0.8N活性層(アンドープ、3nm)、65はp−Al0.5Ga0.5Nクラッド層(Mgドープ、5×1017cm−3、0.3μm)、66はp−GaNコンタクト層(Mgドープ、1〜3×1018cm−3、0.1μm)、67はp側電極、68はn側電極である。同図において61〜66で示した各半導体層の結晶成長は、MOCVD法によって行った。
【0038】
本実施例においても、同図に示した積層構造体を結晶成長した後に、素子化工程を行った。
【0039】
図13は、本実施例において用いるエッチングマスクの形状を表す模式図である。すなわち、前述した結晶成長工程の後に、まず、図13のような形状のマスクをコンタクト層66の上に形成し、マスクされていない部分を基板60に達するまでエッチングする。このエッチングは、半導体層61〜66の各層の組成などに依存する選択性を有さずに基板に対して垂直にエッチングできるエッチング法であることが望ましく、具体的にはドライエッチング法を用いることが望ましい。さらに具体的には、例えば、エッチングガスとしてCF、SF、BCl、Clのうちのいずれかひとつが含まれる混合または単一ガスを用いて、ECR(エレクトロンサイクロトロン共鳴)エッチング装置を用いて、反応性イオンビームエッチングを行うことができる。
【0040】
また、窒化ガリウム結晶の上にマスクを形成するに際しては、後述するように、同図のA−A線が窒化ガリウム系化合物半導体のへき開面と平行になるように形成する。ここで、窒化ガリウム系化合物半導体のへき開面は、具体的には、(1−100)、(10−10)、(01−10)、(−1100)、(−1010)、あるいは(0−110)のうちのいずれかの面である。これらの面は、サファイアのへき開面とははずれており、本発明の方法によりサファイアとは別な面で窒化ガリウム系化合物半導体のへき開が可能となる。
【0041】
図14は、このエッチング後の形状を表す概略斜視図である。同図に示したように、半導体層61〜66は、深さ方向に対して楔形状に切り込まれた形状にエッチングされた側面を有する。
次に、半導体層の側面に露出しているAlN層61を選択的にエッチングする。このエッチング法としては、例えば、リン酸系、王水、あるいはSH(硫酸:過酸化水素水:水=5:1:1)などのエッチング溶液を用いたウェットエッチング法を用いることができる。すなわち、AlN層61はアルミニウムを含むために、これらのエッチング溶液に対して、選択的にエッチングされる。また、エッチング溶液の温度を上げることによりエッチング速度が上昇し、より早いプロセスが可能となる。
【0042】
図15(a)および(b)は、このエッチング工程後の半導体層の形状を表す説明図である。すなわち同図(a)は、その概略斜視図であり、同図(b)は、(a)に示した矢印方向からみた概略正面図である。これらの図に示したように、このエッチング工程においては、楔形状の溝により両側から切り込まれた半導体層の端部Eの下部のAlN層61がエッチング除去されるまで、エッチングを行う。このようにAlN層61をエッチング除去することによって、端部Eは基板60から切り離されて宙に浮いた状態となり、後に説明するへき開を容易に行うことができるようになる。
【0043】
次に、p電極となる部分をマスキングし、n−GaN層62が露出するまでエッチングする。さらに電極材料を堆積して、n側電極68を形成する。この後、溶液中に浸しこの溶液に超音波を伝えることにより、端面部分がへき開され鏡面状の端面が形成される。
【0044】
図16は、端面部分がへき開される様子を表す模式図である。本発明によれば、前述したように、窒化ガリウム系半導体の自然へき開面に沿って、図13に示したマスクの楔形の向きを合わせ、エッチングする。従って、窒化ガリウム系半導体のへき開面に沿って応力を集中させ、容易にへき開を起こさせることができる。また、本発明によれば、このへき開分離される端部Eは、下層のAlN層61をエッチング除去することによって基板60から切り離されて宙に浮いているので、基板60のへき開面方位とは無関係に、窒化ガリウム系半導体をへき開することができる。
【0045】
この後さらに基板60をダイシングして、基板60ごと各素子を切りとる。
【0046】
図17は、完成した半導体発光素子の概略斜視図である。完成した素子の端面Sにおいては、アルミニウムを含む層が周りより窪んで凹状の形状となっている部分がある。このくぼみは、アルミニウムの含有量が多いほど大きい。このため基板60の上のAlN層61だけではなく、クラッド層63および65もエッチングされて側面が窪んで凹部が形成されている。しかし、レーザ光の出射端面付近SLは、AlN層のエッチング時には露出しておらず、超音波をかけてへき開した後に露出するので、このエッチングによる凹みは生ずることなく、レーザの発振動作に影響はない。
【0047】
なお、楔型の形状を持つマスクでエッチングを行う工程は、n側電極形成のためにエッチングしてn側コンタクト層を露出させる工程の後でもよい。
【0048】
その他の工程も本実施例とは異なる順序で実施することができる。但し、その場合には適宜マスク形状を変える必要がある。また、図13に例示したマスクは、ひとつの素子が他の素子から分離して独立した形状を有するが、本発明はこれに限定されず、例えば、ウェーハ上で隣接する各素子を接してならべたような形状のマスクを用いることもできる。
【0049】
本発明者の試作の結果、本実施例による発光素子を評価用治具に固定し、動作させたところしきい値150mAにおいて室温連続発振した。発振波長は422nmで、動作電圧は4Vであった。また、素子の寿命は、通常のドライエッチングにより端面を形成した素子や、基板あるいは成長表面に傷をつけてそれに沿って割る方法により端面を形成した素子と比べて、10倍以上長く、極めて長寿命を有することが分かった。
【0050】
さらに、レーザ光の発光パターンをみると、光強度が最大の部分が1ヶ所のみであり、光記録ディスクの読み取りや書き込み用として最適なものであった。これは、本実施例による発光素子が、基本横モードにより発振していることを反映している。その理由として、端面に反射率が低い部分が存在し、これにより外側の高次モードがカットされ、基本モードのみで発振していることが確認された。
【0051】
つまり、本実施例においては、図13に例示したようなマスクを用いて楔形にエッチングするので、レーザの端面において、図17に示したように、へき開面SLの左右の面SS、SSは、傾斜しており、共振器として作用しうるような平行面となってないために、この付近では高出力でも高次モードで発振は起こらない事が分かった。
【0052】
一方、本発明においては、マスクの形状を変更して、レーザの端面が平面状となるように構成することもできる。
【0053】
図18は、このようなマスクを例示する模式図である。すなわち、発光素子の端面側が平面となるような楔形状Cを採用することもできる。このようなマスクを用いて前述と同様の工程により形成した発光素子の端面においても、へき開面とその左右の面とでは、光の反射率が異なるようにすることができる。その理由は、楔形にエッチングした後に形成されるエッチング面は鏡面にはならずに、微細な凹凸を有する「荒れた」面とすることができるからである。このような「荒れた」エッチング面は、ドライエッチング法などにおいて、エッチング条件を適宜調節することによって容易に得ることができる。
【0054】
すなわち、図18に示したようなエッチングマスクを用いた場合には、発光素子の端面は、略平面状とすることができ、しかも、レーザ光の出射部分は、へき開面による鏡面が形成されているのに対して、その左右には、反射率の低いエッチングされた面が存在するように形成することができる。この場合にも、へき開面の左右の面は、共振器として作用しうるような面となってないために、この付近では高出力でも高次モードで発振は起こらず、基本横モードを維持することができる。
【0055】
一方、本実施例においても、AlNバッファ層61は、ZnOに置き換えてもよく、ZnOを用いた場合には、その上に成長する各層はさらに結晶性が良い結晶となり、それにより発光素子の特性を向上させることができるという効果が得られる。この場合には、凹みを形成するためのエッチング液としては王水、あるいは塩酸系のエッチング溶液を用いることができる。
【0056】
また、AlNバッファ層61の代わりに、InGaN層を用いても良い。この場合には、その上に成長する結晶層の歪み量が調節され、AlGaN層のアルミニウム組成を高くした場合でも結晶にクラックが入ることがなくなるという効果が得られる。また、InGaN層は光の吸収層として働き、モードの制御とともに自励発振を起こし、高周波駆動が容易になるという利点もある。この場合のエッチング液としては、臭素系、あるいは塩酸系のエッチング溶液を用いることができる。
【0057】
また、本実施例においては、結晶の成長方法としてMOCVD法を用いたが、その他に、MBE法、化学ビーム・エピタキシャル(CBE)法、有機金属分子線エピタキシャル(MOMBE)法、あるいはハイドライドCVD法などを用いることもできる。
【0058】
また、図13に示したようなエッチングマスクの形状としては、楔型の部分がレーザ光の出射端面に対して角度α=0〜45°の間で発振可能であり、α=0°の場合が電流値に対する出力が大きかったが、α=10°付近がもっとも横モード制御が保持できた。角度αがさらに大きくなると横モード制御は保持できるが出力が低下する傾向がみられる。
【0059】
次に、本発明の第5の実施例について説明する。
【0060】
図19は、本発明の第5の実施例に係わる青色半導体レーザ装置の断面構造を表す模式図である。すなわち、同図に示したレーザ装置は、サファイヤ基板20の上にGaNバッファ層81(3〜5×1016cm−3)、n−GaNコンタクト層82(Siドープ、1×1018cm−3)、n−ZnO層83(Clドープ、1×1019cm−3、1μm)、n−Al0.5Ga0.5Nクラッド層84(Siドープ、5×1017cm−3、0.3μm)、GaN光閉じ込め層85(アンドープ、0.1μm)、In0.2Ga0.8N/GaN3MQW活性層86(アンドープ、井戸層2nm、障壁層4nm)、GaN光開じ込め層87(アンドープ、0.1μm)、p−Al0.5Ga0.5Nクラッド層88(Mgドープ、5×1017cm−3、0.3μm)、GaNコンタクト層89(Mgドープ、1〜3×1018cm−3、0.1μm)が順次成長された積層構造を有する。また、91はp側電極、92はn側電極である。
【0061】
結晶成長は、MBE法によって行った。この後p型電極となる部分に図13のようなマスクを形成し、それ以外の部分をn型コンタクト層82に達するまでエッチングを行い、n型電極92を形成する。次に、エッチング液に浸し、ZnO層83を側面からエッチングする。エッチング液としては王水、あるいは塩酸系のエッチング溶液を用いることができる。これにより、ZnO層83はエッチングされ、ZnO層83の側面が他の層の側面に比べて素子内部に後退して凹んだ構造が作成される。さらに、エッチング後の水洗い時に、強い水流で洗浄することにより、楔型の切れ込みより先端側がへき開されて除去される。あるいは、水中で超音波を印加することによりへき開しても良い。このような楔型の切れ込みを入れない場合には、意図した端面が形成できず、歩留まりが低下した。
【0062】
図20は、前述したへき開の前の形状を表す概略要部斜視図である。
【0063】
本発明者の試作の結果、本実施例の発光素子は、しきい値100mAで80℃まで連続発振した。また、発振波長は418nmで、基本横モード発振し、5000時間までの安定動作も確認することができた。また、素子の動作電圧は4Vであった。
【0064】
ここで、本実施例においては、図20に示したように、ZnO層83がエッチングによって素子側面よりも後退している。すなわち、電流が狭窄され、レーザ共振器の端面となる鏡面の近傍に電流が流れない、いわゆる窓構造となっている。その結果として、本実施例によれば、共振器面の近傍への電流注入に起因する光学的損傷(COD:catastrophic optical damage)が抑制され、発光素子の信頼性が向上するという効果も得ることができる。
なお、本実施例においても、結晶成長法はMBE法に限定されず、その他にMOCVD法、化学ビーム・エピタキシャル(CBE)法、有機金属分子線エピタキシャル(MOMBE)法、あるいはハイドライドCVD法などを用いることもできる。
【0065】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に説明する効果を奏する。
【0066】
まず、本発明によれば、高電流注入密度、高発光効率、良好なミラーを形成でき、素子構造も簡略化することができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【0067】
また、本発明によれば、発光層の歪が緩和されるため信頼性が向上し、端面への電流注入が減少するので端面での光学的突発劣化が起こりにくくなり高出力で信頼性の優れた素子を得ることができる。
【0068】
また上記した構造は再現良く簡単なプロセスで製造することができるものであり、その有用性は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す発光素子の断面図である。
【図2】図1に示す発光素子の製造方法を示す斜視図である。
【図3】図1に示した発光素子の注入電流と発光強度の関係を、従来の発光素子と比較して示すグラフである。
【図4】本発明の第2の実施例を示す発光素子の断面図である。
【図5】図4に示す発光素子の製造方法を示す発光素子の斜視図である。
【図6】図4に示す発光素子の製造方法を示す発光素子の斜視図である。
【図7】図4に示した発光素子の注入電流と発光強度の関係を、従来の発光素子と比較して示すグラフである。
【図8】図4に示した発光素子の動作時間と動作電流の関係を、従来の発光素子と比較して示すグラフである。
【図9】本発明の第3の実施例を示す発光素子の上面図である。
【図10】図9に示す発光素子の断面図である。
【図11】図9に示す発光素子の製造方法を示す概略図である。
【図12】本発明の第4の実施例に係わる青色半導体レーザ装置の断面構造を表す模式図である。
【図13】第4実施例において用いるエッチングマスクの形状を表す模式図である。
【図14】エッチング後の形状を表す概略斜視図である。
【図15】(a)および(b)は、このエッチング工程後の半導体層の形状を表す説明図である。すなわち同図(a)は、その概略斜視図であり、同図(b)は、(a)に示した矢印方向からみた概略正面図である。
【図16】端面部分がへき開される様子を表す模式図である。
【図17】第4実施例にかかる完成した半導体発光素子の概略斜視図である。
【図18】マスクを例示する模式図である。
【図19】本発明の第5の実施例に係わる青色半導体レーザ装置の断面構造を表す模式図である。
【図20】第5実施例に係る発光素子のへき開の前の形状を表す概略要部斜視図である。
【符号の説明】
10、60、80 サファイヤ基板
11 n−GaNバッファ層
12、62、82 n−GaNコンタクト層
13 n−AlN電流狭窄層
14、63、85 n−GaNクラッド層
15、64、86 InGaN活性層
16、65、87 p−GaNクラッド層
17、66、89 GaNコンタクト層
18、67、91 p側電極
19、68、92 n側電複
20 サファイヤ基板
21 AlNバッファ層
22 n−GaNコンタクト層
23 Zn0層
24 n−AlGaNクラッド層
25 GaN光閉じ込め層
26 InGaN活性層
27 GaN光閉じ込め層
28 p−AlGaNクラッド層
29 GaNコンタクト層
30 p側電極
31 n側電極
32 Si0絶縁膜
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light-emitting device using a nitride-based compound semiconductor material, and more particularly to a nitride-based compound semiconductor light-emitting device made of a nitride-based compound semiconductor such as GaN, AlGaN, and InGaN, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, semiconductor lasers have been used in various fields such as home appliances, OA equipment, communication equipment, and industrial measuring instruments. Above all, development of short-wavelength semiconductor lasers has been focused on for the purpose of application to high-density optical disk recording, which is expected to be used in many fields. At present, a red semiconductor laser is used, and the recording density has been improved as compared with the infrared semiconductor laser up to that time. However, there are many material problems such as difficulty in reducing defects and high operating voltage for application to next-generation optical disk recording and the like. Further, the oscillation wavelength is about 460 nm even if it is short, and oscillation in the order of 420 nm required by the system is difficult due to physical properties.
[0003]
On the other hand, a nitride-based semiconductor laser containing GaN can shorten the wavelength to 350 nm or less in principle, and an oscillation operation at 400 nm has been reported. Regarding reliability, reliability of 10,000 hours or more has been confirmed for LEDs. As described above, the nitride semiconductor material is a material having excellent characteristics that satisfy the conditions required as a next-generation optical disk recording light source.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Here, the laser oscillation operation requires a resonator. In a normal semiconductor laser, a mirror is formed using a naturally cleaved surface to form a resonator. This is based on the fact that a plane having small binding energy, that is, a cleavage plane exists in the [011] or [0-11] direction in the cubic zinc-zinc structure. In the nitride semiconductor system, the cubic type and the hexagonal type exist as described above, and the hexagonal type crystal growing on sapphire has at present obtained the best crystal, but unfortunately, In the hexagonal type, the mode of the natural cleavage plane used when forming a normal semiconductor laser does not exist clearly, so it is guided to the cleavage plane of sapphire, and the nitride semiconductor is also broken in that direction, forming a resonator mirror. Is very difficult, and the yield of the device manufacturing process is low.
[0005]
In addition, there is a problem that the resonator mirror is suddenly deteriorated during operation at high output, and a problem that heat is generated during the operation causes distortion between the substrate and the substrate, dislocations multiply and the end face is deteriorated. I was.
When used as a light source for an optical recording disk, it is necessary to control the transverse mode to narrow the laser spot and oscillate only in the basic mode. This has a problem that it is difficult to control even a high-power laser used for recording, but it is difficult.
[0006]
As described above, the conventional nitride-based semiconductor light-emitting device has a number of problems such as extremely difficult formation of a resonator mirror, a problem in reliability, and difficulty in transverse mode control.
[0007]
The present invention has been made in view of such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a nitride-based compound semiconductor light-emitting device capable of forming a good cleavage surface in a simple process and a method of manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention is that the light emitting layer is cleaved without being affected by the cleaving property of the substrate to form a resonator mirror, and a part of the end face is separated from the substrate to make it less likely to receive distortion from the substrate. The lateral mode is controlled by preventing the deterioration due to light emission, lowering the reflectance of a part of the emission end face, and making the part of the end face not parallel to the opposite face so as not to form a resonator. It is to improve the performance as a light source for a recording disk.
[0009]
More specifically, the nitride-based compound semiconductor light-emitting device of the present invention comprises a first contact layer formed on a substrate, a current confinement layer formed on the first contact layer, and a current confinement layer formed on the first contact layer. A light-emitting layer formed of a compound containing nitrogen, which is formed on the light-emitting layer, a second contact layer formed on the light-emitting layer, and the first contact layer and the second contact layer. The current constriction layer includes first and second electrodes formed, and a side surface of the current confinement layer recedes inward with respect to a side surface of the light emitting layer, and a recess is formed between the substrate and the side surface of the light emitting layer. It is characterized by having been done.
[0010]
Further, in the nitride-based compound semiconductor light emitting device of the present invention, a side surface of the light emitting layer including a concave portion formed by a side surface of the current confinement layer is covered with an insulator.
[0011]
Alternatively, the nitride-based compound semiconductor light-emitting device of the present invention comprises a substrate, an intermediate layer deposited on the substrate, and a first clad layer made of the nitride-based compound semiconductor deposited on the intermediate layer. An active layer made of a nitride-based compound semiconductor deposited on the first clad layer; and a second clad layer made of a nitride-based compound semiconductor deposited on the active layer. A nitride-based compound semiconductor light-emitting device, wherein the side surface of the intermediate layer recedes into the device from the side surface of the active layer on the light emission side surface of the light-emitting device, and the substrate and the active layer A concave portion is formed between the side surface and the side surface.
[0012]
Here, it is desirable to use any of AlN, AlGaN, InAlGaN, ZnO, and InGaN for the intermediate layer.
[0013]
Further, the light emitting element is configured to emit a laser beam by a resonator having a part of the side face opposed to the active layer as a light reflecting surface, and the light emitting side face of the light emitting element further includes the laser Cleaved surface of the nitride-based compound semiconductor including a portion where light intensity is most strongly emitted, and disposed on both sides of the cleaved surface, the reflectance at the wavelength of the laser light is the wavelength of the laser light of the cleaved surface And a surface that is relatively smaller than the reflectance in the above.
[0014]
Further, the side surface on the light emission side of the light emitting element includes a cleavage surface of the nitride-based compound semiconductor including a portion where the intensity of the laser light is emitted most strongly, and the cleavage surface arranged on both sides of the cleavage surface. And an inclined surface having an inclination.
[0015]
Further, in the method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor light emitting device of the present invention, a step of forming a first contact layer on a substrate, a step of laminating and forming a current confinement layer on the first contact layer, Laminating a light emitting layer made of a compound containing nitrogen on the current confinement layer, laminating a second contact layer on the light emitting layer, and forming the second contact layer on the first contact layer and the second contact layer. Forming a first electrode and a second electrode that are in contact with each other, and forming a mesa-type laminate by etching the laminate from the first contact layer to the second contact layer using a mask. And a step of dicing the substrate on which the mesa-type laminated body is formed into element units by dicing, and, after installing the separated elements on a pedestal, immersing the element in an etchant to remove the current constriction layer. Selective etching from the periphery of the surface to form a concave portion on the side surface of the mesa-type laminate, and cleaving by applying an external force to the laminate in which the concave portion is formed. You.
[0016]
Alternatively, a step of depositing an intermediate layer on a substrate, a first cladding layer made of a nitride-based compound semiconductor, an active layer made of a nitride-based compound semiconductor, and a nitride-based compound semiconductor on the intermediate layer Depositing a second cladding layer consisting of: a step of forming an etching mask on the second cladding layer; and forming a mask on the substrate through the etching mask until a side surface of the intermediate layer is exposed. A first etching step of etching in a direction substantially perpendicular to the first etching step, a second etching step of forming a recess by selectively etching a side surface of the intermediate layer exposed in the first etching step, Removing the semiconductor layer portion including the active layer protruding above by cleaving to form an end face of the semiconductor laser.
[0017]
Here, the etching mask is at least one for concentrating stress along a cleavage plane of the nitride-based compound semiconductor so as to facilitate cleavage of the nitride-based compound semiconductor constituting the active layer. It is desirable to have a configuration characterized by having a wedge shape.
[0018]
Further, it is preferable that the intermediate layer is made of any one of AlN, AlGaN, ZnO, and InGaN.
[0019]
Further, it is desirable that the first etching step is configured to be performed by a dry etching method.
[0020]
Further, it is preferable that the second etching step is configured to be performed by a wet etching method using an etching solution.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the present invention, a good mirror can be formed by natural cleavage of the light emitting layer without cleavage being guided to the substrate. In addition, by separating a part of the end face from the substrate, it is difficult to receive distortion from the substrate, and deterioration due to the distortion can be prevented. Further, according to the present invention, the lateral mode is reduced by lowering the reflectance of a part of the laser light emitting end face or configuring the end face not to be parallel to the opposite face so that a part of the end face is not formed as a resonator. By controlling the light source, it is possible to provide a good light emitting element as a light source for an optical recording disk.
[0022]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples.
FIG. 1 is for explaining a schematic configuration of a blue semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. On a sapphire substrate 10, an n-GaN buffer layer 11 (Si-doped, 3 to 5 × 10 18 cm -3 , 2 μm), n-GaN contact layer 12 (Si-doped, 3 to 5 × 10 18 cm -3 , 4 μm), n-AlN current confinement layer 13 (Si-doped, 3 to 5 × 10 18 cm -3 , 1 μm), n-GaN cladding layer 14 (Si-doped, 5 × 10 17 cm -3 , 0.3 μm), In 0.2 Ga 0.8 N active layer 15 (andove, 2 nm), p-GaN cladding layer 16 (Mg-doped, 5 × 10 17 cm -3 , 0.3 μm), GaN contact layer 17 (Mg doped, 1-3 × 10 18 cm- 3 , 0.1 μm) are sequentially formed by MOCVD, a mask covering a predetermined region is formed thereon, and the other portion is etched until the n-type contact layer 12 is reached. To form Next, a p-side electrode 18 is provided on the GaN contact layer 17 which is the uppermost layer of the stack, and an n-side electrode 19 is provided on the n-GaN contact layer 12.
[0023]
After that, the wafer is cut into individual elements by dicing from the back surface of the wafer constituting the substrate 10 and separated. Although not shown, the separated elements are placed on a pedestal with an interval enough to allow the etchant to penetrate, and are immersed in an etchant containing phosphoric acid and fluorine to selectively etch the AlN layer 13 from the side. That is, since the AlN layer 13 contains Al, it is selectively over-etched with respect to the other layers constituting the multilayer body M. As a result, the side surface of the AlN layer 13 recedes inside the device as compared with the side surfaces of the other layers, and a groove-shaped concave portion is formed around the stacked body M. This structure is a so-called current confinement structure. When the current is injected by the electrodes 18 and 19, the current is constricted by the AlN layer 13 and the density of the current injected into the active layer 15 can be increased. Next, each element thus etched is washed with water, and as shown in FIG. 2, a force F is applied to the end portions M1 and M2 near the side surfaces of the multilayer body M which are to be the resonator surfaces. As a result, the multilayer body M was easily cleaved along the groove-shaped concave portion irrespective of the cleavage direction of the substrate 10, and the formed cleavage surface was also good. This is because the light emitting layer In is not guided to the cleavage surface of the sapphire substrate 10. 0.2 Ga 0.8 This is considered to be due to clear natural cleavage of the GaN layers such as the N active layer 15, the n-GaN cladding layer 14, the p-GaN cladding layer 16 and the GaN contact layer 17 on both sides thereof.
[0024]
The laser of this example oscillated continuously at room temperature at a threshold value of 30 mA. The oscillation wavelength was 417 nm, and the operating voltage was 8V. Further, as shown in FIG. 3, the oscillation threshold value of this embodiment (Q) was 30 mA lower than that of the conventional device (P) without the current confinement structure, as shown in FIG. In addition, because of the good cleavage surface, deterioration and the like were suppressed, and the light emission pattern was also good. As a result, the luminous efficiency was improved more than twice as compared with the conventional one.
[0025]
The AlN current confinement layer 13 may be replaced with ZnO, and the etchant may be a solution containing sulfuric acid or an alkaline solution containing ammonia. When ZnO was used, not only crystals with better crystallinity were formed, but also etching was easy, the process was easy, and the yield was improved.
[0026]
The crystal growth may be performed by MBE.
[0027]
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a blue semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
[0028]
On a sapphire substrate 20, an AlN buffer layer 21 (3 to 5 × 10 18 cm -3 , 0.1 μm), n-GaN contact layer 22 (Si-doped, 1 × 10 19 cm -3 , 4 μm), Zn0 layer 23 (1 μm), n-Al 0.5 Ga 0.5 N cladding layer 24 (Si-doped, 5 × 10 17 cm -3 , 0.3 μm), GaN optical confinement layer 25 (Si-doped, 0.1 μm), In 0.1 Ga 0.9 N active layer 26 (Si doped, 3 nm), GaN light confinement layer 27 (Si doped, 0.1 μm), p-Al 0.5 Ga 0.5 N cladding layer 28 (Mg doped, 5 × 10 17 cm -3 , 0.3 μm), GaN contact layer 29 (Mg-doped, 1-3 × 10 18 cm -3 , 0.1 μm) are sequentially formed by the MBE method, a mask covering a predetermined region is formed thereon, and the other portion is etched until reaching the n-type contact layer 22 to form a mesa-type stacked body M. Form '. Next, a p-side electrode 30 is provided on the GaN contact layer 29 which is the uppermost layer of the stacked body M ′, and an n-side electrode 31 is provided on the n-GaN contact layer 22.
[0029]
Thereafter, the wafer is cut from the back surface of the wafer constituting the substrate 20 into individual elements by dicing and separated. Although not shown, each of the separated elements is mounted on a pedestal, and wiring is performed to terminals of the pedestal by Au wires 33 and 34 for both n-type and p-type. Next, the elements mounted on these pedestals are immersed in an etchant, and the Zn0 layer 23 is selectively etched from the side. As a result, the Zn0 layer 23 is over-etched, and the side surface thereof recedes inside the mesa-type laminate M ′ as compared with the side surface of the other layers, thereby forming a groove-shaped recess around the laminate M ′. Thereafter, the elements mounted on the pedestal are washed with water, and as shown in FIG. 5, an appropriate amount of a liquid silanol compound 32 is applied around the mesa-type laminate M 'of each element, and cured by heating to obtain a laminate M. Around the 'as shown in FIG. 2 A film 32 is formed. Thereafter, when the element mounted on the pedestal is immersed in a liquid and subjected to ultrasonic waves, the end face portions M1 'and M2' serving as resonator surfaces shown in FIG. 5 are cleaved as shown in FIG. By this operation, a current confinement structure can be formed by the ZnO layer 23, and the side surface thereof is formed of SiO. 2 Because of this, the leakage current flowing along the surface could be prevented.
[0030]
The laser device of this example continuously oscillated up to 80 ° C. at a threshold value of 10 mA as shown by a curve Q in FIG. The oscillation wavelength was 383 nm, the fundamental transverse mode was oscillated, and stable operation up to 5000 hours was confirmed as shown in FIG. The operating voltage of this laser device was 4V. In this element structure, the adjacent surface of the resonator mirror is etched when the Zn0 layer 23 is etched to form a current confinement structure, so that the threshold current decreases as shown in FIG. Since no leakage current flows on the surface, the luminous efficiency is also improved. Further, since no current flows near the resonator mirror surface, the resonator mirror is not damaged, and the distortion of the light emitting layer is reduced, thereby improving the reliability (FIG. 8). When the thickness of the AlN buffer layer 21 was increased to 20 μm, the function as a heat sink was added, the temperature characteristics were improved, and continuous oscillation was performed up to 100 ° C. Also, n-A1 0.5 Ga 0.5 When the N cladding layer 24 was thinned to 0.1 μm, the cladding layer 24 and SiO 2 The control of the transverse mode was maintained even at high power due to the difference in refractive index between the layer 32 and the layer 32.
[0031]
9 to 11 show a third embodiment of the present invention. FIGS. 9 and 11 are plan views and FIG. 10 is a side view.
[0032]
On the sapphire substrate 40, an AlN buffer layer 41 (3 to 5 × 10 18 cm -3 , 0.01 μm), n-GaN contact layer 42 (Si-doped, 1 × 10 19 cm -3 , 2 μm), n-Zn0 layer 43 (1 μm), n-GaN layer 44 (Si-doped, 1 × 10 19 cm -3 , 1 μm), n-Al 0.5 Ga 0.5 N clad layer 45 (Si-doped, 5 × 10 17 cm -3 , 0.3 μm), GaN optical confinement layer 46 (Si-doped, 0.1 μm), In 0.1 Ga 0.9 N active layer 47 (Si doped, 3 nm), GaN light confinement layer 48 (Si doped, 0.1 μm), p-Al 0.5 Ga 0.5 N cladding layer 49 (Mg doped, 5 × 10 17 cm -3 , 0.3 μm), GaN contact layer 50 (Mg-doped, 1-3 × 10 18 cm -3 , 0.1 μm) are sequentially grown and formed by MBE. Thereafter, the substrate 40 on which these growth layers are stacked is taken out of the growth chamber, and SiO 2 is deposited on the p-GaN contact layer 50. 2 An insulating film 51 is formed, a part thereof is etched in a stripe shape (a part shown by a broken line in FIG. 9) so as to reach the p-GaN contact layer 50, and Ni is deposited thereon by 50 nm. Thereafter, a mask having a shape as shown in FIG. 11 is formed using Ti, and etching is performed by dry etching until the n-GaN contact layer 42 is reached. Next, a mask is formed in a portion other than the portion to be the n-type electrode 53, and then, p-type electrode 52 can be formed by evaporating Ti. Thereafter, the mask is removed. Next, the whole portion is etched until the other portion reaches the n-type contact layer 42 to form an n-type electrode 53. A p-side lead wire 54 is connected to the p-type electrode 52, and an n-side lead wire 55 is connected to the n-type electrode 53.
[0033]
A schematic diagram of the shape at this point is shown in FIG. This figure is a top view of a single light-emitting element region, which is composed of a p-type electrode 52 region to which a p-side lead wire 54 is connected, a laser element body 55 connected to the region, and an n-type electrode 53 region. ing. Comparing the completed top views of FIG. 11 and FIG. 9, it can be seen that the cleavage surface 56 serving as the resonator surface of the laser element body 55 is not formed. Thereafter, as in the case of the above-described embodiment, the entire substrate 40 is immersed in an etchant, and the Zn0 layer 43 is selectively etched from the side. As a result, the Zn0 layer 43 is over-etched, and its side surface recedes with respect to the entire side surface of the mesa-type laminated body M ″, and a groove-shaped concave portion 56 is formed around the laminated body M ″. In FIG. 10, a through-hole 57 which has been etched away is also formed inside the Zn0 layer 43. This is a p-type electrode to which the laser element body 55 and the p-side lead wire 54 of FIG. 10 or 11 are connected. Through holes 57 are formed by overetching in the grooves 59 on both sides of the connection with the 52 region.
[0034]
After the completion of the etching, the substrate is washed with water, cut out from the back surface of the wafer constituting the substrate 40 by dicing into element units, and separated. Next, each of the separated elements is mounted on a pedestal (not shown), and the n-type electrode 53 and the p-type electrode 54 are connected to the terminals of the pedestal by Au wire lead wires 54 and 55. Thereafter, although not shown, when ultrasonic waves are applied in a liquid, the end face portions M1 "and M2" of the mesa-type laminated body M "to be the resonator surface shown in FIG. 11 are cleaved to complete the structure as shown in FIG. Next, as shown in Fig. 9, an appropriate amount of a liquid silanol compound 58 is applied around the mesa-type laminate M "portion of the laser element, and cured by heating to oxidize the cyanol compound. As shown in FIG. 10, Si0 covering the side portions of the mesa-type laminate M " 2 A film 58 is formed.
[0035]
In the laser device completed in this way, as shown in FIG. 10, a current confinement structure can be formed by the Zn0 layer 43, and the side surface thereof is made of SiO.sub. 2 Since the film 58 was covered, the leakage current flowing along the surface could be prevented. Most importantly, the length between the end faces M1 "and M2" of the mesa-type laminated body M ", which is the cavity length of the laser element main body 55, and the stripe shape extended between them are the resonator length of the laser element main body 55. This means that the width of the Zn0 layer 43 can be reduced, whereby the threshold current and operating power can be reduced, and when the resonator length is 100 μm and the stripe width is 5 μm, the threshold current becomes 1 mA. Reliability has also improved.
In the laser device of this example, continuous oscillation was performed up to 80 ° C. at a threshold value of 3 mA. The oscillation wavelength was 390 nm, the fundamental transverse mode was oscillated, and stable operation up to 5000 hours was also confirmed. The operating voltage was 3.8V.
[0036]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0037]
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a blue semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention. In the figure, 60 is a sapphire substrate, 61 is an n-AlN buffer layer (Si-doped, carrier concentration: 3 to 5 × 10 18 cm -3 , A layer thickness: 100 nm), and 62 is an n-GaN contact layer (Si-doped, 3 to 5 × 10 18 cm -3 , 4 μm), 63 is n-Al 0.5 Ga 0.5 N cladding layer (Si doped, 5 × 10 17 cm -3 , 0.3 μm), 64 is In 0.2 Ga 0.8 N active layer (undoped, 3 nm), 65 is p-Al 0.5 Ga 0.5 N cladding layer (Mg doped, 5 × 10 17 cm -3 , 0.3 μm) and 66 are p-GaN contact layers (Mg-doped, 1-3 × 10 18 cm -3 , 0.1 μm), 67 is a p-side electrode, and 68 is an n-side electrode. The crystal growth of each semiconductor layer indicated by 61 to 66 in the same figure was performed by the MOCVD method.
[0038]
Also in this example, an element-forming step was performed after crystal growth of the laminated structure shown in FIG.
[0039]
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating the shape of the etching mask used in this embodiment. That is, after the above-described crystal growth step, first, a mask having a shape as shown in FIG. 13 is formed on the contact layer 66, and an unmasked portion is etched until it reaches the substrate 60. This etching is desirably an etching method capable of etching vertically to the substrate without having selectivity depending on the composition of each of the semiconductor layers 61 to 66, and specifically, a dry etching method is used. Is desirable. More specifically, for example, CF is used as an etching gas. 4 , SF 6 , BCl 3 , Cl 2 Reactive ion beam etching can be performed using an ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching apparatus using a mixed or single gas containing any one of the above.
[0040]
Further, when forming a mask on the gallium nitride crystal, as will be described later, the mask is formed such that the line AA in the figure is parallel to the cleavage plane of the gallium nitride-based compound semiconductor. Here, the cleavage plane of the gallium nitride-based compound semiconductor is specifically (1-100), (10-10), (01-10), (-1100), (-1010), or (0-10). 110). These planes are different from the cleavage planes of sapphire, and the method of the present invention allows cleavage of the gallium nitride-based compound semiconductor on a plane different from that of sapphire.
[0041]
FIG. 14 is a schematic perspective view showing the shape after the etching. As shown in the figure, the semiconductor layers 61 to 66 have side surfaces etched in a shape cut into a wedge shape in the depth direction.
Next, the AlN layer 61 exposed on the side surface of the semiconductor layer is selectively etched. As the etching method, for example, a wet etching method using an etching solution such as phosphoric acid, aqua regia, or SH (sulfuric acid: hydrogen peroxide solution: water = 5: 1: 1) can be used. That is, since the AlN layer 61 contains aluminum, it is selectively etched by these etching solutions. In addition, by increasing the temperature of the etching solution, the etching rate is increased, and a faster process can be performed.
[0042]
FIGS. 15A and 15B are explanatory views showing the shape of the semiconductor layer after this etching step. That is, FIG. 2A is a schematic perspective view, and FIG. 2B is a schematic front view as seen from the direction of the arrow shown in FIG. As shown in these figures, in this etching step, etching is performed until the AlN layer 61 below the edge E of the semiconductor layer cut from both sides by the wedge-shaped groove is removed by etching. By etching and removing the AlN layer 61 in this manner, the end portion E is separated from the substrate 60 and floats in the air, so that cleavage, which will be described later, can be easily performed.
[0043]
Next, a portion to be a p-electrode is masked and etched until the n-GaN layer 62 is exposed. Further, an n-side electrode 68 is formed by depositing an electrode material. Thereafter, by immersing in a solution and transmitting ultrasonic waves to the solution, the end face portion is cleaved to form a mirror-like end face.
[0044]
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a state where the end face portion is cleaved. According to the present invention, as described above, the wedge shape of the mask shown in FIG. 13 is aligned and etched along the natural cleavage plane of the gallium nitride based semiconductor. Therefore, stress can be concentrated along the cleavage plane of the gallium nitride based semiconductor, and cleavage can be easily caused. Further, according to the present invention, since the cleaved end portion E is separated from the substrate 60 by etching and removing the lower AlN layer 61 and floats in the air, the cleaved plane orientation of the substrate 60 Regardless, the gallium nitride based semiconductor can be cleaved.
[0045]
Thereafter, the substrate 60 is further diced, and each element is cut together with the substrate 60.
[0046]
FIG. 17 is a schematic perspective view of the completed semiconductor light emitting device. In the end face S of the completed device, there is a portion in which the layer containing aluminum is depressed from the periphery and has a concave shape. This depression is larger as the content of aluminum is larger. For this reason, not only the AlN layer 61 on the substrate 60 but also the cladding layers 63 and 65 are etched, so that the side surface is depressed to form a concave portion. However, the vicinity SL of the laser light emission end face is not exposed at the time of etching the AlN layer, and is exposed after cleavage by applying ultrasonic waves. Therefore, no dent due to this etching occurs, and the laser oscillation operation is not affected. Absent.
[0047]
The step of etching with a mask having a wedge shape may be after the step of exposing the n-side contact layer by etching to form an n-side electrode.
[0048]
Other steps can be performed in an order different from that of this embodiment. However, in that case, it is necessary to appropriately change the mask shape. Further, in the mask illustrated in FIG. 13, one element has an independent shape separated from other elements. However, the present invention is not limited to this. For example, adjacent elements on a wafer may be contacted. A mask having such a shape can also be used.
[0049]
As a result of trial production by the present inventor, when the light emitting device according to this example was fixed to an evaluation jig and operated, room temperature continuous oscillation was performed at a threshold value of 150 mA. The oscillation wavelength was 422 nm, and the operating voltage was 4V. In addition, the lifetime of the element is at least 10 times longer and extremely longer than that of an element having an end face formed by ordinary dry etching or an element having an end face formed by damaging a substrate or a growth surface and dividing it along the surface. It was found to have a lifetime.
[0050]
Further, looking at the light emission pattern of the laser beam, only one portion where the light intensity was maximum was found, which was optimal for reading and writing on an optical recording disk. This reflects that the light emitting device according to the present embodiment oscillates in the fundamental transverse mode. As a reason, it was confirmed that a portion having a low reflectivity was present on the end face, whereby the outer higher-order mode was cut, and oscillation was performed only in the fundamental mode.
[0051]
That is, in the present embodiment, since etching is performed in a wedge shape using a mask as illustrated in FIG. 13, the left and right surfaces SS, SS of the cleavage surface SL are, as shown in FIG. Since it was inclined and did not have a parallel surface that could act as a resonator, it was found that oscillation did not occur in a high-order mode near this even at high output.
[0052]
On the other hand, in the present invention, the shape of the mask may be changed so that the end face of the laser becomes flat.
[0053]
FIG. 18 is a schematic view illustrating such a mask. That is, a wedge shape C in which the end face side of the light emitting element is flat can be adopted. Even at the end face of the light emitting element formed by using such a mask in the same process as described above, the light reflectance can be made different between the cleaved face and the left and right faces. The reason is that the etching surface formed after the etching in the form of a wedge can be not a mirror surface but a "rough" surface having fine irregularities. Such a "rough" etched surface can be easily obtained by appropriately adjusting etching conditions in a dry etching method or the like.
[0054]
That is, when an etching mask as shown in FIG. 18 is used, the end face of the light emitting element can be made substantially flat, and the laser light emitting portion has a mirror surface formed by a cleavage plane. On the other hand, it can be formed so that etched surfaces with low reflectivity exist on the left and right sides. Also in this case, since the left and right surfaces of the cleavage surface are not surfaces that can function as a resonator, oscillation does not occur in a high-order mode even at a high output in the vicinity, and the fundamental transverse mode is maintained. be able to.
[0055]
On the other hand, also in the present embodiment, the AlN buffer layer 61 may be replaced with ZnO, and when ZnO is used, each layer grown thereon becomes a crystal having better crystallinity, thereby improving the characteristics of the light emitting element. Can be improved. In this case, aqua regia or a hydrochloric acid-based etching solution can be used as an etching solution for forming the recess.
[0056]
Further, instead of the AlN buffer layer 61, an InGaN layer may be used. In this case, the amount of strain of the crystal layer grown thereon is adjusted, and the effect of preventing cracks in the crystal even when the aluminum composition of the AlGaN layer is increased is obtained. Further, the InGaN layer functions as a light absorption layer, and has an advantage that self-excited oscillation occurs together with mode control, thereby facilitating high-frequency driving. In this case, a bromine-based or hydrochloric acid-based etching solution can be used.
[0057]
In this embodiment, the MOCVD method is used as a crystal growth method, but other methods such as an MBE method, a chemical beam epitaxial (CBE) method, an organic metal molecular beam epitaxial (MOMBE) method, and a hydride CVD method are used. Can also be used.
[0058]
Further, as the shape of the etching mask as shown in FIG. 13, the wedge-shaped portion can oscillate at an angle α = 0 to 45 ° with respect to the emission end face of the laser beam, and when α = 0 ° Although the output with respect to the current value was large, the transverse mode control could be held most when α = about 10 °. When the angle α is further increased, the lateral mode control can be maintained, but the output tends to decrease.
[0059]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
[0060]
FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a blue semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention. That is, the laser device shown in the figure has a GaN buffer layer 81 (3 to 5 × 10 16 cm -3 ), N-GaN contact layer 82 (Si-doped, 1 × 10 18 cm -3 ), N-ZnO layer 83 (Cl doped, 1 × 10 19 cm -3 , 1 μm), n-Al 0.5 Ga 0.5 N cladding layer 84 (Si-doped, 5 × 10 17 cm -3 , 0.3 μm), GaN optical confinement layer 85 (undoped, 0.1 μm), In 0.2 Ga 0.8 N / GaN 3 MQW active layer 86 (undoped, well layer 2 nm, barrier layer 4 nm), GaN light confinement layer 87 (undoped, 0.1 μm), p-Al 0.5 Ga 0.5 N cladding layer 88 (Mg doped, 5 × 10 17 cm -3 , 0.3 μm), GaN contact layer 89 (Mg doped, 1-3 × 10 18 cm -3 , 0.1 μm) has a layered structure that is sequentially grown. Reference numeral 91 denotes a p-side electrode, and 92 denotes an n-side electrode.
[0061]
The crystal growth was performed by the MBE method. Thereafter, a mask as shown in FIG. 13 is formed on a portion to be a p-type electrode, and the other portion is etched until reaching the n-type contact layer 82 to form an n-type electrode 92. Next, the ZnO layer 83 is etched from the side by immersion in an etchant. As the etching solution, aqua regia or a hydrochloric acid-based etching solution can be used. As a result, the ZnO layer 83 is etched, and a structure is created in which the side surface of the ZnO layer 83 is recessed inside the element as compared with the side surfaces of the other layers. Further, at the time of washing after the etching, by washing with a strong water flow, the tip side is cleaved and removed from the wedge-shaped cut. Alternatively, the cleavage may be performed by applying ultrasonic waves in water. If such a wedge-shaped cut is not made, the intended end face could not be formed, and the yield was reduced.
[0062]
FIG. 20 is a schematic perspective view of a main part showing a shape before the cleavage described above.
[0063]
As a result of the prototype of the inventor, the light emitting device of this example continuously oscillated up to 80 ° C. at a threshold of 100 mA. The oscillation wavelength was 418 nm, and the fundamental transverse mode was oscillated, and stable operation up to 5000 hours could be confirmed. The operating voltage of the device was 4V.
[0064]
Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 20, the ZnO layer 83 is recessed from the side surface of the element by etching. That is, the current is confined, and a current structure does not flow near the mirror surface which is the end face of the laser resonator, which is a so-called window structure. As a result, according to the present embodiment, optical damage (COD: catastrophic optical damage) due to current injection into the vicinity of the resonator surface is suppressed, and the effect of improving the reliability of the light emitting element is obtained. Can be.
Also in this embodiment, the crystal growth method is not limited to the MBE method, but may be MOCVD, chemical beam epitaxy (CBE), metalorganic molecular beam epitaxy (MOMBE), hydride CVD, or the like. You can also.
[0065]
【The invention's effect】
The present invention is embodied in the form described above, and has the effects described below.
[0066]
First, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser device capable of forming a high current injection density, a high luminous efficiency, a good mirror, and simplifying an element structure.
[0067]
Further, according to the present invention, the reliability of the light emitting layer is improved because the strain of the light emitting layer is relaxed, and the current injection to the end face is reduced, so that the optical sudden deterioration at the end face is less likely to occur, and the output is high and the reliability is excellent. Element can be obtained.
[0068]
Further, the above-described structure can be manufactured by a simple process with good reproducibility, and its usefulness is enormous.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a method for manufacturing the light emitting device shown in FIG.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an injection current and light emission intensity of the light emitting device shown in FIG. 1 in comparison with a conventional light emitting device.
FIG. 4 is a sectional view of a light emitting device showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a light emitting device showing a method for manufacturing the light emitting device shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a perspective view of a light emitting device showing a method for manufacturing the light emitting device shown in FIG.
7 is a graph showing the relationship between the injection current and the light emission intensity of the light emitting device shown in FIG. 4 in comparison with a conventional light emitting device.
8 is a graph showing a relationship between an operation time and an operation current of the light emitting device shown in FIG. 4 in comparison with a conventional light emitting device.
FIG. 9 is a top view of a light emitting device showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the light emitting device shown in FIG.
FIG. 11 is a schematic view showing a method for manufacturing the light emitting device shown in FIG.
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a blue semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic diagram showing the shape of an etching mask used in the fourth embodiment.
FIG. 14 is a schematic perspective view showing a shape after etching.
FIGS. 15A and 15B are explanatory views showing the shape of the semiconductor layer after this etching step. That is, FIG. 2A is a schematic perspective view, and FIG. 2B is a schematic front view as seen from the direction of the arrow shown in FIG.
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a state where an end face portion is cleaved.
FIG. 17 is a schematic perspective view of a completed semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment.
FIG. 18 is a schematic view illustrating a mask.
FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a blue semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a schematic perspective view showing a main part of a light emitting device according to a fifth embodiment before cleavage.
[Explanation of symbols]
10, 60, 80 Sapphire substrate
11 n-GaN buffer layer
12,62,82 n-GaN contact layer
13 n-AlN current confinement layer
14, 63, 85 n-GaN cladding layer
15,64,86 InGaN active layer
16, 65, 87 p-GaN cladding layer
17, 66, 89 GaN contact layer
18, 67, 91 p-side electrode
19, 68, 92 n side
20 Sapphire substrate
21 AlN buffer layer
22 n-GaN contact layer
23 Zn0 layer
24 n-AlGaN cladding layer
25 GaN optical confinement layer
26 InGaN active layer
27 GaN optical confinement layer
28 p-AlGaN cladding layer
29 GaN contact layer
30 p-side electrode
31 n-side electrode
32 Si0 2 Insulating film

Claims (7)

基板と、基板上に形成された第1のコンタクト層と、この第1のコンタクト層上に形成された電流狭窄層と、この電流狭窄層上に形成された窒化物系化合物半導体からなる発光層と、この発光層上に形成された第2のコンタクト層と、前記第1のコンタクト層および第2のコンタクト層に接触するように形成された第1および第2の電極とを備え、
前記電流狭窄層は、その側面が前記発光層の側面に対して内部に後退し、前記基板と前記発光層の側面との間に凹部が形成され
前記発光層の対向する側面の一部分を光反射面とした共振器によりレーザ光を放出し、前記発光層の光出射側の側面は、前記レーザ光が最も強く出射される部分を含む前記窒化物系化合物半導体のへき開面と、前記へき開面の両側に配置され前記へき開面に対して傾斜する傾斜面とを有することを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。
A substrate, a first contact layer formed on the substrate, a current confinement layer formed on the first contact layer, and a light emitting layer made of a nitride-based compound semiconductor formed on the current confinement layer And a second contact layer formed on the light emitting layer, and first and second electrodes formed to contact the first contact layer and the second contact layer,
The current constriction layer has a side surface receding inward with respect to the side surface of the light emitting layer, and a recess is formed between the substrate and the side surface of the light emitting layer .
Laser light is emitted by a resonator having a part of the side surface opposed to the light emitting layer as a light reflecting surface, and the light emitting side surface of the light emitting layer is a nitride including a portion where the laser light is emitted most strongly. A nitride-based compound semiconductor light emitting device , comprising: a cleavage surface of a compound semiconductor; and inclined surfaces disposed on both sides of the cleavage surface and inclined with respect to the cleavage surface .
基板と、前記基板上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成された窒化物系化合物半導体からなる第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層の上に形成された窒化物系化合物半導体からなる活性層と、前記活性層の上に形成された窒化物系化合物半導体からなる第2のクラッド層と、を少なくとも備えた窒化物系化合物半導体発光素子であって、
前記発光素子の光出射側の側面において、前記中間層の側面が前記活性層の側面よりも素子の内部に後退し、前記基板と前記活性層の側面との間に凹部が形成され
前記発光素子は、前記活性層の対向する側面の一部分を光反射面とした共振器によりレーザ光を放出し、
前記発光素子の光出射側の側面は、前記レーザ光が最も強く出射される部分を含む前記窒化物系化合物半導体のへき開面と、前記へき開面の両側に配置され前記へき開面に対して傾斜する傾斜面とを有することを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。
A substrate, an intermediate layer formed on the substrate, a first cladding layer made of a nitride-based compound semiconductor formed on the intermediate layer, and a nitride layer formed on the first cladding layer. A nitride-based compound semiconductor light emitting device comprising at least an active layer made of a nitride-based compound semiconductor and a second clad layer made of a nitride-based compound semiconductor formed on the active layer,
On the side of the light emitting side of the light emitting element, the side of the intermediate layer recedes into the element from the side of the active layer, and a recess is formed between the substrate and the side of the active layer ,
The light emitting element emits laser light by a resonator having a part of a side surface facing the active layer as a light reflecting surface,
Side faces of the light emitting element on the light emission side are cleaved faces of the nitride-based compound semiconductor including a portion where the laser light is emitted most strongly, and are disposed on both sides of the cleaved faces and are inclined with respect to the cleaved faces. A nitride-based compound semiconductor light-emitting device having an inclined surface .
前記中間層は、AlN、AlGaN、InAlGaN、ZnO、およびInGaNからなる群から選択された材料からなることを特徴とする請求項2記載の窒化物系化合物半導体発光素子。The nitride compound semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the intermediate layer is made of a material selected from the group consisting of AlN, AlGaN, InAlGaN, ZnO, and InGaN. 前記発光素子の光出射側の側面の前記傾斜面は、前記レーザ光の波長における反射率が前記へき開面の前記レーザ光の波長における反射率よりも相対的に小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに1つに記載の窒化物系化合物半導体発光素子。 The inclined surface of the side of the light emitting side of the light emitting device, according to claim reflectance at the wavelength of the laser light, wherein the go smaller relatively than the reflectance at the wavelength of the laser beam of the cleavage plane 4. The nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to any one of items 1 to 3. 単一の光共振器とレーザ光が放出されるへき開面とを有する窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、
基板上に第1のコンタクト層を形成する工程と、
前記第1のコンタクト層上に電流狭窄層を形成する工程と、
前記電流狭窄層上に窒化物系化合物半導体からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第2のコンタクト層を形成する工程と、
メサ型の積層構造体を形成するために、前記第2のコンタクト層と前記活性層と前記電流狭窄層とをマスクを用いて前記第1のコンタクト層が露出するまでエッチングする工程と、
前記第1のコンタクト層に接触する第1の電極を形成する工程と、
前記第2のコンタクト層に接触する第2の電極を形成する工程と、
ダイシングにより素子単位に分離する工程と、
前記分離された素子を台座に設置した後、前記電流狭窄層を前記メサ型の積層構造体の側面周囲から選択エッチングし、前記光共振器に電流が狭窄されるように前記レーザ光に対して平行な前記メサ型積層構造体の側面に凹部を形成するとともに、前記レーザ光に対して垂直な前記メサ型積層体の側面にも凹部を形成する工程と、
前記へき開面を形成するために、前記凹部が形成された積層体に外力を印加することにより前記レーザ光に対して垂直な方向のリセスの上に突出した前記活性層を含む前記メサ型積層構造体の上側端部をへき開する工程と、
を備えたことを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
A method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor light-emitting device having a single optical resonator and a cleavage surface from which laser light is emitted,
Forming a first contact layer on the substrate;
Forming a current confinement layer on the first contact layer;
Forming an active layer made of a nitride-based compound semiconductor on the current confinement layer;
Forming a second contact layer on the active layer;
Etching the second contact layer, the active layer, and the current confinement layer using a mask until the first contact layer is exposed, to form a mesa-type laminated structure;
Forming a first electrode in contact with the first contact layer;
Forming a second electrode in contact with the second contact layer;
A step of separating into element units by dicing,
After installing the separated element on a pedestal, the current confinement layer is selectively etched from the periphery of the side surface of the mesa-type laminated structure, and the laser beam is confined to the optical resonator so that the current is confined. Forming a concave portion on the side surface of the parallel mesa-type laminated structure, and forming a concave portion also on the side surface of the mesa-type laminated structure perpendicular to the laser beam;
The mesa-type stacked structure including the active layer protruding above a recess in a direction perpendicular to the laser beam by applying an external force to the stacked body in which the concave portion is formed to form the cleavage surface. Cleaving the upper end of the body;
A method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor light emitting device, comprising:
レーザ光が放出されるへき開面を有する窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、
中間層と、第1の窒化物系化合物半導体からなる第1のクラッド層と、第2の窒化物系化合物半導体からなる活性層と、第3の窒化物系化合物半導体からなる第2のクラッド層と、を有する積層体を基板上に堆積する工程と、
前記積層体の上に、前記第2の窒化物系化合物半導体の自然へき開面に沿って応力を集中させる、前記へき開面に対して前記積層体側に傾斜した傾斜面を備えた少なくともひとつのくさび型のノッチを有するエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを介して、前記基板に対して垂直方向に前記中間層の側面が露出するまでエッチングすることによりメサ型の積層構造体を形成する第1のエッチング工程と、
前記第1のエッチング工程により露出した前記中間層の前記側面を選択的にエッチングすることにより凹部を形成する第2のエッチング工程と、
前記凹部の上に突出した前記活性層を含む前記メサ型積層構造体の部分を前記くさび型のノッチの先端付近においてへき開により除去して前記へき開面を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
A method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor light emitting device having a cleavage surface from which laser light is emitted,
An intermediate layer, a first clad layer made of a first nitride compound semiconductor, an active layer made of a second nitride compound semiconductor, and a second clad layer made of a third nitride compound semiconductor And depositing a laminate having on the substrate,
At least one wedge type having, on the laminate, an inclined surface inclined toward the laminate with respect to the cleavage surface, for concentrating stress along a natural cleavage surface of the second nitride-based compound semiconductor. Forming an etching mask having a notch,
A first etching step of forming a mesa-type laminated structure by etching through the etching mask until a side surface of the intermediate layer is exposed in a direction perpendicular to the substrate;
A second etching step of forming a concave portion by selectively etching the side surface of the intermediate layer exposed in the first etching step;
Forming the cleavage surface by cleaving a portion of the mesa-type laminated structure including the active layer protruding above the concave portion near a tip of the wedge-shaped notch;
A method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor light emitting device, comprising:
前記エッチングマスクは、前記活性層を構成する前記第2の窒化物系化合物半導体の自然へき開面に沿って応力を集中させるための対向した一対のくさび型のノッチを有し前記活性層を構成する前記第2の前記窒化物系化合物半導体は前記ノッチの底を結んだ直線に沿ってへき開されるようにしたことを特徴とする請求項6記載の製造方法。The etching mask has a pair of wedge-shaped notches opposed to concentrating the stress along the natural cleavage plane of the second nitride-based compound semiconductor constituting the active layer, forming the active layer 7. The method according to claim 6, wherein the second nitride-based compound semiconductor is cleaved along a straight line connecting the bottoms of the notches.
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