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JP3529286B2 - Method of manufacturing nitride semiconductor laser device - Google Patents
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JP3529286B2 - Method of manufacturing nitride semiconductor laser device - Google Patents

Method of manufacturing nitride semiconductor laser device

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JP3529286B2
JP3529286B2 JP33542598A JP33542598A JP3529286B2 JP 3529286 B2 JP3529286 B2 JP 3529286B2 JP 33542598 A JP33542598 A JP 33542598A JP 33542598 A JP33542598 A JP 33542598A JP 3529286 B2 JP3529286 B2 JP 3529286B2
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nitride semiconductor
stripe
width
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雅之 妹尾
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】 本発明は、窒化物半導体(In
AlGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)
よりなるレーザ素子の製造方法に係り、特に電極ストラ
イプ型のレーザ素子の製造方法に関する。
The present invention relates to a nitride semiconductor (In
X Al Y Ga 1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1)
The present invention relates to a method of manufacturing a laser element made of, and more particularly, to a method of manufacturing an electrode stripe type laser element.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化物半導体はバンドギャップが1.9
5eV〜6.0eVまであり、直接遷移型の材料である
ので、紫外〜赤色までの半導体レーザ素子の材料として
従来より注目されている。
2. Description of the Related Art Nitride semiconductors have a band gap of 1.9.
It is 5 eV to 6.0 eV, and since it is a direct transition type material, it has been attracting attention as a material for semiconductor laser devices from ultraviolet to red.

【0003】従来の窒化物半導体レーザ素子の代表的な
構造を示す模式的な断面図を図3に示す。このレーザ素
子は電極ストライプ型の構造を示している。基本的に
は、サファイア基板31の表面にn型クラッド層32と
活性層33とp型クラッド層34とが順に積層されたダ
ブルヘテロ構造を有している。p型クラッド層34、活
性層33、およびn型クラッド層32の一部はストライ
プ状にエッチングされてn型クラッド層32の水平面が
露出されている。n型クラッド層32の水平面にはスト
ライプ状の負電極41が形成され、最上層のp型クラッ
ド層34にもストライプ状の正電極42が形成されたい
わゆるフリップチップ方式となっている。さらに、正電
極42とp型クラッド層34との間には、電流狭窄層と
してSiO 2よりなる絶縁層35が形成され、その絶縁
層35で電流を活性層33に集中させて発振を起こす構
造とされている。
Typical of conventional nitride semiconductor laser devices
A schematic sectional view showing the structure is shown in FIG. This laser element
The child shows an electrode stripe type structure. fundamentally
Is an n-type cladding layer 32 on the surface of the sapphire substrate 31.
The active layer 33 and the p-type clad layer 34 are stacked in this order.
It has a bull hetero structure. p-type clad layer 34, active
Of the conductive layer 33 and part of the n-type cladding layer 32
Is etched into a strip shape so that the horizontal surface of the n-type cladding layer 32 is
Exposed. Strikes are made on the horizontal surface of the n-type cladding layer 32.
A negative electrode 41 in the form of a lip is formed, and the p-type crack of the uppermost layer is formed.
The striped positive electrode 42 should be formed also on the cathode layer 34.
It is a loose flip chip system. In addition, Seiden
A current confinement layer is provided between the pole 42 and the p-type cladding layer 34.
Then SiO 2An insulating layer 35 made of
In the layer 35, a current is concentrated in the active layer 33 to cause oscillation.
It is said to be built.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図3の矢
印に示すように、従来のレーザ素子では絶縁層35で狭
窄した電流がp型クラッド層34中、あるいは活性層3
3中で広がってしまい、活性層33に部分的に電流を集
中させることが困難であった。電流が集中できないの
で、活性層33が均一に発光し、従来の構造ではLED
としての特性しか示さないのが実状であった。
However, as shown by the arrow in FIG. 3, in the conventional laser device, the current confined by the insulating layer 35 is generated in the p-type cladding layer 34 or the active layer 3.
3 spread out, and it was difficult to partially concentrate the current in the active layer 33. Since the current cannot be concentrated, the active layer 33 emits light uniformly, and the LED has the conventional structure.
It was the actual situation that it only showed the characteristics as.

【0005】 従って本発明はこのような事情を鑑みて
成されたものであって、その目的とするところは、活性
層に電流を集中させることができ、さらにレーザ発振す
る窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供することに
ある。
Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor laser device capable of concentrating a current in an active layer and further oscillating a laser. It is to provide a manufacturing method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子の製造方法は、サファイア基板上に少なくとも
n型層と活性層とp型の窒化物半導体層を順次積層
後、前記積層された窒化物半導体をn型層の一部が残る
ように50μm以下の幅でストライプ状にエッチングし
た後、そのストライプ状にエッチングされて露出した
化物半導体層の側面及び平面に連続した絶縁膜を形成
し、さらにp型層のストライプ幅とほぼ同一の幅で接す
る正電極をp型層から絶縁膜の表面に渡って形成する工
程と、前記正電極形成後、サファイア基板を研磨して薄
くした後、そのサファイア基板にスクライブラインを形
成してサファイア基板を劈開することにより、前記窒化
物半導体に共振面を作製する工程と、正電極のストライ
プと離れた平面にワイヤーボンディングする工程とを備
えることを特徴とする。
Manufacturing method of the nitride semiconductor laser device of the present invention According to an aspect of at least n-type layer and the active layer and the sequentially after stacking a nitride semiconductor layer of the p-type layer is the stacked on a sapphire substrate Part of the n-type layer of nitride semiconductor remains
After etching in a stripe shape in width of less than 50μm as was exposed by etching on the striped nitrogen
An insulating film which is continuous to the side surface and the plane of the compound semiconductor layer, and forming a positive electrode in contact with substantially the same width as the stripe width of the p-type layer further from the p-type layer over the surface of the insulating film, After forming the positive electrode, the sapphire substrate is polished and thinned.
And then form a scribe line on the sapphire substrate.
And cleaving the sapphire substrate
The method is characterized by including a step of forming a resonance surface on the object semiconductor and a step of wire bonding to a plane apart from the stripe of the positive electrode.

【0007】図1に本発明の一実施例により得られたレ
ーザ素子の形状を示す斜視図を示し、図2に図1の斜視
図をストライプに垂直な方向で切断した模式断面図を示
す。これらの図に示すように、本発明のレーザ素子はス
トライプ状にエッチングされたp層のストライプ幅とほ
ぼ同一の幅を有する正電極をp層に直接接して形成する
ことにより、電流の広がりをなくして活性層に直接電流
が集中するようにしている。その電流の広がりをなくし
て活性層に電流を集中できる好ましいストライプ幅は5
0μm以下、さらに好ましくは30μm以下、最も好ま
しくは10μm以下である。50μmよりも広いと、レ
ーザ発振のしきい値電流が高くなりレーザ発振しなくな
る傾向にあるからである。なお、本発明においてほぼ同
一の幅とは、−10%以内の幅で電極幅がp型層の幅に
近似していることを示すものとする。
FIG. 1 is a perspective view showing the shape of a laser device obtained according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view of the perspective view of FIG. 1 cut in a direction perpendicular to a stripe. As shown in these figures, in the laser device of the present invention, a positive electrode having a stripe width substantially equal to the stripe width of a p-layer etched in a stripe shape is formed in direct contact with the p-layer to spread the current. Instead, the current is concentrated directly in the active layer. A preferable stripe width that can concentrate the current in the active layer without spreading the current is 5
It is 0 μm or less, more preferably 30 μm or less, and most preferably 10 μm or less. This is because if the width is larger than 50 μm, the threshold current for laser oscillation becomes high and the laser oscillation tends not to occur. In addition, in the present invention, the substantially same width means that the electrode width is close to the width of the p-type layer within a width of −10%.

【0008】図2はレーザ素子の基本的な構造は活性層
をn型とp型の窒化物半導体層で挟んだダブルへテロ構
造であるが、特にレーザ発振しやすい構造として図2に
示す構造を推奨する。
FIG. 2 shows a basic structure of a laser device, which is a double hetero structure in which an active layer is sandwiched between n-type and p-type nitride semiconductor layers, and the structure shown in FIG. Is recommended.

【0009】図2は基板1の表面に、n型コンタクト層
2、第一のn型クラッド層3、第二のn型クラッド層
4、活性層5、第一のp型クラッド層6、p型コンタク
ト層7とを順に積層した、いわゆる分離閉じ込め型のダ
ブルへテロ構造を示している。p型コンタクト層7、第
一のp型クラッド層6、活性層5、第二のn型クラッド
層4、第一のn型クラッド層3、およびn型コンタクト
層2の一部がエッチングされてストライプ状の負電極1
1が形成され、さらに、エッチングにより残されたスト
ライプ状のp型コンタクト層7の表面に、p型コンタク
ト層7のストライプ幅とほぼ同一の幅を有する正電極1
2が直接接して形成されている。
In FIG. 2, an n-type contact layer 2, a first n-type clad layer 3, a second n-type clad layer 4, an active layer 5, a first p-type clad layer 6 and a p-type layer are formed on the surface of a substrate 1. This shows a so-called separate confinement type double hetero structure in which the mold contact layer 7 is sequentially laminated. Part of the p-type contact layer 7, the first p-type cladding layer 6, the active layer 5, the second n-type cladding layer 4, the first n-type cladding layer 3 and the n-type contact layer 2 is etched. Striped negative electrode 1
1 and the positive electrode 1 having a width substantially equal to the stripe width of the p-type contact layer 7 is formed on the surface of the stripe-shaped p-type contact layer 7 left by etching.
2 are formed in direct contact with each other.

【0010】基板1にはサファイア(C面、R面、A面
を含む。)、SiC(6H、4Hを含む。)、Si、Z
nO、GaAs等が使用できるが、一般的にはサファイ
ア、またはSiCを使用する。
The substrate 1 includes sapphire (including C-plane, R-plane and A-plane), SiC (including 6H and 4H), Si, Z.
Although nO, GaAs or the like can be used, sapphire or SiC is generally used.

【0011】n型コンタクト層2としてはGaN、Al
GaN等の二元混晶、または三元混晶の半導体層が結晶
性の良いものが得られる。特にGaNとすると負電極材
料と好ましいオーミックが得られる。n型とするには半
導体層にSi、Ge、S等のドナー不純物をドープす
る。また基板1とn型コンタクト層2との間に、格子定
数不整を緩和するためにGaN、AlN等がバッファ層
を形成しても良い。
As the n-type contact layer 2, GaN, Al
A semiconductor layer of a binary mixed crystal such as GaN or a ternary mixed crystal having good crystallinity can be obtained. In particular, when GaN is used, a negative electrode material and a favorable ohmic property can be obtained. To make it n-type, the semiconductor layer is doped with donor impurities such as Si, Ge, and S. In addition, a buffer layer of GaN, AlN, or the like may be formed between the substrate 1 and the n-type contact layer 2 in order to relax the lattice constant irregularity.

【0012】次の第一のn型クラッド層3は第二のn型
クラッド層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体
を形成し、特に前記ドナー不純物をドープしたn型Al
GaNは結晶性が良く、またバンドギャップの大きい半
導体層が得られる。
The next first n-type clad layer 3 forms a nitride semiconductor having a bandgap larger than that of the second n-type clad layer, and in particular, n-type Al doped with the donor impurity.
GaN has good crystallinity, and a semiconductor layer having a large band gap can be obtained.

【0013】次の第二のn型クラッド層4は活性層5よ
りもバンドギャップが大きい窒化物半導体層を形成し、
特に前記ドナー不純物をドープしたn型InGaN、ま
たはn型GaNが好ましい。また後に述べるように、第
二のn型クラッド層4は活性層5との組み合わせにおい
てもInGaN、GaNが好ましく、レーザ発振させる
ためにはInGaN、GaNよりなるこの第二のn型ク
ラッド層4を形成することは特に好ましい。
Next, the second n-type cladding layer 4 forms a nitride semiconductor layer having a band gap larger than that of the active layer 5,
Particularly, n-type InGaN or n-type GaN doped with the donor impurity is preferable. As will be described later, the second n-type clad layer 4 is preferably InGaN or GaN even in combination with the active layer 5, and the second n-type clad layer 4 made of InGaN or GaN is used for laser oscillation. Forming is particularly preferred.

【0014】次の活性層5はノンドープのInGaNと
すると、およそ635nm〜365nm付近のバンド間
発光が得られる。好ましくはインジウムのモル比をガリ
ウムに対して半分以下にしたInGaNが結晶性が良
く、レーザ素子の寿命が長い。また、活性層を数十オン
グストロームの膜厚で2層以上積層した多層膜、つまり
多重量子井戸構造としてもよい。単一量子井戸構造、多
重量子井戸構造いずれの活性層においても、活性層はn
型、p型いずれでもよいが、特にノンドープ(無添加)
とすることにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発
光、あるいは量子井戸準位発光が得られ、LED素子、
LD素子を実現する上で特に好ましい。活性層を単一量
子井戸(SQW:single quantum well)構造若しくは
多重量子井戸(MQW:multi quantum well)構造とす
ると非常に出力の高い発光素子が得られる。SQW、M
QWとはノンドープのInGaNによる量子準位間の発
光が得られる活性層の構造を指し、例えばSQWでは活
性層を単一組成のInXGa1 -XN(0≦X<1)で構成
した層であり、InXGa1-XNの膜厚を100オングス
トローム以下、さらに好ましくは70オングストローム
以下とすることにより量子準位間の強い発光が得られ
る。またMQWは組成比の異なるInXGa1-XN(この
場合X=0、X=1を含む)の薄膜を複数積層した多層膜
とする。このように活性層をSQW、MQWとすること
により量子準位間発光で、約365nm〜660nmま
での発光が得られる。量子構造の井戸層の厚さとして
は、前記のように70オングストローム以下が好まし
い。多重量子井戸構造では井戸層はIn XGa1-XNで構
成し、障壁層は同じくInYGa1-YN(Y<X、この場合
Y=0を含む)で構成することが望ましい。特に好まし
くは井戸層と障壁層をInGaNで形成すると同一温度
で成長できるので結晶性のよい活性層が得られる。障壁
層の膜厚は150オングストローム以下、さらに好まし
くは120オングストローム以下にすると高出力な発光
素子が得られる。また、活性層5にドナー不純物および
/またはアクセプター不純物をドープしてもよい。不純
物をドープした活性層の結晶性がノンドープと同じであ
れば、ドナー不純物をドープするとノンドープのものに
比べてバンド間発光強度をさらに強くすることができ
る。アクセプター不純物をドープするとバンド間発光の
ピーク波長よりも約0.5eV低エネルギー側にピーク
波長を持っていくことができるが、半値幅は広くなる。
アクセプター不純物とドナー不純物を同時にドープする
と、アクセプター不純物のみドープした活性層の発光強
度をさらに大きくすることができる。特にアクセプター
不純物をドープした活性層を実現する場合、活性層の導
電型はSi等のドナー不純物を同時にドープしてn型と
することが好ましい。活性層5は例えば数オングストロ
ーム〜0.5μmの膜厚で成長させることができる。
The next active layer 5 is made of non-doped InGaN.
Then, between the bands around 635 nm to 365 nm
Luminescence is obtained. Preferably, the molar ratio of indium is
The crystallinity of InGaN, which is less than half that of um, has good crystallinity.
In addition, the laser element has a long life. Also, dozens of active layers
A multi-layer film in which two or more layers are stacked with a thickness of Gstrom, that is,
It may be a multiple quantum well structure. Single quantum well structure, many
In any active layer having a quantum well structure, the active layer is n
Type or p-type may be used, but especially non-doped (no addition)
By setting, the emission between bands with narrow half width and exciton emission
Light, or quantum well level emission is obtained,
It is particularly preferable for realizing an LD element. Single amount of active layer
Child well (SQW: single quantum well) structure or
Multi quantum well (MQW) structure
As a result, a light emitting device having a very high output can be obtained. SQW, M
QW is the emission between quantum levels of undoped InGaN.
Indicates the structure of the active layer from which light can be obtained.
Of the single composition of the conductive layerXGa1 -XConsists of N (0 ≦ X <1)
In layersXGa1-XN film thickness of 100 Å
Less than or equal to Trom, more preferably 70 Angstrom
Strong emission between the quantum levels can be obtained by
It MQW is In with a different composition ratio.XGa1-XN (this
In the case of X = 0, X = 1 is included)
And In this way, the active layer should be SQW and MQW
Emits light between quantum levels, which is about 365 nm to 660 nm.
Luminescence is obtained. As the thickness of the quantum well layer
As described above, 70 angstroms or less is preferable.
Yes. In the multiple quantum well structure, the well layer is In XGa1-XConstructed with N
And the barrier layer is also InYGa1-YN (Y <X, in this case
(Including Y = 0) is desirable. Especially preferred
If the well layer and barrier layer are made of InGaN, the same temperature
Therefore, an active layer with good crystallinity can be obtained. barrier
Layer thickness less than 150 Å, more preferred
If it is 120 angstroms or less, high output light emission
The device is obtained. Further, the active layer 5 contains donor impurities and
It may be doped with an acceptor impurity. Impure
The crystallinity of the active layer doped with the same as that of non-doped
Then, if you dope donor impurities,
Compared to this, the emission intensity between bands can be made even stronger.
It Doping of the acceptor impurities results in interband emission.
Peak on the low energy side by about 0.5 eV from the peak wavelength
The wavelength can be increased, but the half-width becomes wider.
Simultaneous doping with acceptor and donor impurities
And the emission intensity of the active layer doped with only acceptor impurities.
The degree can be further increased. Especially acceptor
When implementing an active layer doped with impurities,
The electron type is n-type by simultaneously doping with donor impurities such as Si.
Preferably. The active layer 5 is, for example, several angstroms.
It can be grown to a film thickness of 0.5 μm to 0.5 μm.

【0015】次に、第一のp型クラッド層6は活性層5
よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体で形成し、
特に好ましくはアクセプター不純物をドープしたp型A
lGaNにすると結晶性が良く、またバンドギャップの
大きい半導体層が得られる。またアクセプター不純物ド
ープ後、さらに低抵抗なp型にする目的で400℃以上
でアニーリングを行っても良い。アクセプター不純物と
しては例えばZn、Mg、Cd等のII族元素、C(カー
ボン)等がある。
Next, the first p-type cladding layer 6 is the active layer 5
Formed of a nitride semiconductor with a larger band gap than
Particularly preferably, p-type A doped with acceptor impurities
With lGaN, a semiconductor layer having good crystallinity and a large band gap can be obtained. Further, after doping the acceptor impurities, annealing may be performed at 400 ° C. or higher for the purpose of obtaining a p-type having a lower resistance. Acceptor impurities include, for example, Group II elements such as Zn, Mg, and Cd, C (carbon), and the like.

【0016】また第一のp型クラッド層6と活性層5と
の間に、活性層5よりもバンドギャップが大きく、第一
のクラッド層6よりもバンドギャップが小さい第二のp
型クラッド層を挿入しても良い。第二のp型クラッド層
はアクセプター不純物をドープしたp型InGaNが好
ましい。ここで、第二のn型クラッド層4と活性層5と
第二のp型クラッド層(第二のp型クラッド層は特に成
長しなくても良い。)との組み合わせにおいて、活性層
5を単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造とし
て、活性層を構成する窒化物半導体層の膜厚を薄くする
ことにより、第二のn型クラッド層4との界面に、弾性
的な歪が発生し、歪量子井戸構造のレーザ素子が実現さ
れるので、レーザ発振が容易となる。特にこの弾性的な
歪は活性層5をInGaNとし、第二のn型クラッド層
4を活性層6よりもバンドギャップの大きいn型InG
aN、またはn型GaNとした際に発生する傾向にあ
る。
Further, between the first p-type cladding layer 6 and the active layer 5, a second p-layer having a band gap larger than that of the active layer 5 and smaller than that of the first cladding layer 6 is formed.
A mold clad layer may be inserted. The second p-type cladding layer is preferably p-type InGaN doped with an acceptor impurity. Here, in the combination of the second n-type clad layer 4, the active layer 5, and the second p-type clad layer (the second p-type clad layer does not have to grow in particular), the active layer 5 is formed. By reducing the film thickness of the nitride semiconductor layer forming the active layer as a single quantum well structure or a multiple quantum well structure, elastic strain is generated at the interface with the second n-type cladding layer 4. Since a laser device having a strained quantum well structure is realized, laser oscillation becomes easy. In particular, this elastic strain causes the active layer 5 to be InGaN, and the second n-type cladding layer 4 to be an n-type InG having a band gap larger than that of the active layer 6.
It tends to occur when aN or n-type GaN is used.

【0017】次に、p型コンタクト層8は第一のp型ク
ラッド層7と同じくアクセプター不純物をドープしたp
型GaN、p型AlGaN等の二元混晶、または三元混
晶の半導体層が結晶性の良いものが得られる。特にGa
Nとすると正電極材料と好ましいオーミックが得られ
る。
Next, the p-type contact layer 8 is the same as the first p-type cladding layer 7 and is p-doped with acceptor impurities.
A binary mixed crystal of GaN, p-type AlGaN, or a ternary mixed crystal having a good crystallinity can be obtained. Especially Ga
When it is N, a positive electrode material and a preferable ohmic contact can be obtained.

【0018】窒化物半導体のエッチング手段としては、
ドライエッチング、ウェットエッチング両方の手段があ
るが、エッチング端面を垂直にしたストライプを形成す
るにはドライエッチングが好ましい。ドライエッチング
では例えば、反応性イオンエッチング、イオンミリン
グ、イオンビームアシストエッチング、集束イオンビー
ムエッチング等の手段を用いることができる。
As means for etching a nitride semiconductor,
There are both dry etching and wet etching methods, but dry etching is preferable to form a stripe having vertical etching end faces. In dry etching, for example, reactive ion etching, ion milling, ion beam assisted etching, focused ion beam etching, or the like can be used.

【0019】また図4は本発明の他のレーザ素子の構造
を示す模式断面図であるが、図2の断面図と異なる点
は、ストライプ状にエッチングされたp型層の側面に絶
縁膜20を形成し、さらにそのp型層のストライプ幅と
ほぼ同一の幅で接するストライプ状の正電極12をp型
層に接して形成し、さらに、正電極12をp型層から絶
縁膜20の表面に亙って形成していることである。つま
り正電極12にワイヤーボンディングする際、図2に示
すようなストライプ状の正電極12ではその幅が狭いた
めに、ワイヤーボンディングするのはほとんど不可能で
ある。そこで、正電極12の幅を広くとるために、p型
層の側面にSiO2のような絶縁体よりなる絶縁膜20
を新たに形成し、その絶縁膜20の表面に、p型層と電
気的に接続した正電極12を形成している。図1のよう
な構造であると電極がワイヤーボンディングできず、フ
ェイスダウンの構造となるが、図4のような構造にする
とフェイスアップの構造とできるので、チップサイズを
小さくすることができる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of another laser device of the present invention. The difference from the cross-sectional view of FIG. 2 is that the insulating film 20 is formed on the side surface of the p-type layer etched in stripes. And a stripe-shaped positive electrode 12 having a width substantially equal to the stripe width of the p-type layer is formed in contact with the p-type layer. Further, the positive electrode 12 is formed from the p-type layer to the surface of the insulating film 20. It is that it is formed over. That is, when wire-bonding to the positive electrode 12, the stripe-shaped positive electrode 12 as shown in FIG. 2 has a narrow width, so that wire-bonding is almost impossible. Therefore, in order to increase the width of the positive electrode 12, an insulating film 20 made of an insulating material such as SiO 2 is formed on the side surface of the p-type layer.
Is newly formed, and the positive electrode 12 electrically connected to the p-type layer is formed on the surface of the insulating film 20. With the structure as shown in FIG. 1, the electrodes cannot be wire-bonded and the structure is face down. However, with the structure as shown in FIG. 4, the structure is face up so that the chip size can be reduced.

【0020】[0020]

【作用】本発明の方法ではp型層のストライプ幅を狭く
して活性層に電流が集中するようにしている。つまり、
ストライプ状にエッチングされたp型層に、ほぼ同一の
ストライプ幅を有する正電極を形成すると、p型層中で
電流が広がってもストライプ幅が狭いので活性層の電流
密度が上がり容易にレーザ発振しやすくなる。またさら
にエッチングを進めると、活性層から基板と平行方向に
出る光に関しても、活性層のストライプ幅が狭いので、
窒化物半導体と屈折率差の大きい大気との距離が短くな
り、この狭い領域で光が閉じ込められるので、容易にレ
ーザ発振する。
According to the method of the present invention, the stripe width of the p-type layer is narrowed so that the current concentrates on the active layer. That is,
If a positive electrode having substantially the same stripe width is formed on a stripe-shaped p-type layer, the stripe width is narrow even if the current spreads in the p-type layer, so that the current density of the active layer increases and laser oscillation is facilitated. Easier to do. Further, as the etching progresses further, the stripe width of the active layer is narrow even for light emitted from the active layer in the direction parallel to the substrate.
Since the distance between the nitride semiconductor and the atmosphere having a large difference in refractive index is shortened, and light is confined in this narrow region, laser oscillation easily occurs.

【0021】また本発明の方法であると従来のようにp
型層の表面に電流狭窄のための絶縁層を形成するプロセ
スが必要ないので、製造工程を短縮できる。
Further, according to the method of the present invention, p
Since the process of forming the insulating layer for current constriction on the surface of the mold layer is not required, the manufacturing process can be shortened.

【0022】[0022]

【実施例】[実施例1]厚さ350μmのサファイア基
板1上に、GaNよりなるバッファ層を200オングス
トローム、Siドープn型GaNよりなるn型コンタク
ト層2を5μm、Siドープn型Al0.3Ga0.7Nより
なるn型クラッド層3を0.1μm、Siドープn型I
n0.01Ga0.99Nよりなる第二のn型クラッド層4を5
00オングストローム、ノンドープIn0.08Ga0.92N
よりなる活性層5を100オングストローム、Mgドー
プp型Al0.3Ga0.7Nよりなるp型クラッド層6を
0.1μm、Mgドープp型GaNよりなるp型コンタ
クト層7を0.5μmの膜厚で順に成長させたウェーハ
を用意する。
EXAMPLES Example 1 A sapphire substrate 1 having a thickness of 350 μm, a GaN buffer layer having a thickness of 200 Å, an Si-doped n-type GaN n-type contact layer 2 having a thickness of 5 μm, and a Si-doped n-type Al 0.3 Ga 0 The n-type cladding layer 3 made of .7N has a thickness of 0.1 μm, and Si-doped n-type I
The second n-type clad layer 4 made of n0.01Ga0.99N is formed as 5
00 angstrom, non-doped In0.08Ga0.92N
The active layer 5 made of 100 angstrom, the p-type cladding layer 6 made of Mg-doped p-type Al0.3Ga0.7N is 0.1 μm, and the p-type contact layer 7 made of Mg-doped p-type GaN is 0.5 μm. Wafers grown in order are prepared.

【0023】次に、このウェーハのp型コンタクト層7
の表面に所定の形状でマスクを形成した後、RIE(反
応性イオンエッチング)を用いて、窒化物半導体層を1
0μmのストライプ幅でエッチングする。エッチング
後、露出したn型コンタクト層3にはTi/Alよりな
る負電極11を20μmの幅でストライプ状に形成し、
ストライプ状のp型コンタクト層7の全面にNi/Au
よりなる正電極12を形成する。
Next, the p-type contact layer 7 of this wafer
After forming a mask on the surface of the substrate in a predetermined shape, the nitride semiconductor layer is removed by RIE (reactive ion etching).
Etching is performed with a stripe width of 0 μm. After etching, a negative electrode 11 made of Ti / Al is formed in a stripe shape with a width of 20 μm on the exposed n-type contact layer 3.
Ni / Au is formed on the entire surface of the striped p-type contact layer 7.
The positive electrode 12 is formed.

【0024】次に、サファイア基板1の窒化物半導体層
を形成していない方の面を研磨機で80μmの厚さまで
研磨する。研磨後、サファイア基板の研磨面をスクライ
バーでスクライブする。スクライブ方向はストライプ電
極と直交するラインと、もう一方のスクライブラインは
電極と平行な方向とする。スクライブライン形成後、ウ
ェーハをローラで押し割り、電極に垂直な方向で劈開し
た窒化物半導体層面を光共振器とする共振器長500μ
mのレーザチップとする。このようにサファイア基板を
研磨して薄くした後、サファイア基板を劈開すると、窒
化物半導体の共振面を容易に得ることができる。
Next, the surface of the sapphire substrate 1 on which the nitride semiconductor layer is not formed is polished by a polishing machine to a thickness of 80 μm. After polishing, the polished surface of the sapphire substrate is scribed with a scriber. The scribe direction is a line orthogonal to the stripe electrode, and the other scribe line is parallel to the electrode. After forming the scribe line, the wafer is pressed by a roller and the nitride semiconductor layer surface cleaved in the direction perpendicular to the electrode is used as an optical resonator.
m laser chip. When the sapphire substrate is polished and thinned in this way and then the sapphire substrate is cleaved, the resonance surface of the nitride semiconductor can be easily obtained.

【0025】次にレーザチップの窒化物半導体層面にマ
スクを施したのち、スパッタ装置で劈開面にSiO2
ZrO2よりなる誘電体多層膜を形成する。この誘電体
多層膜は活性層の波長を90%以上反射させる作用を有
している。
Next, after masking the surface of the nitride semiconductor layer of the laser chip, a dielectric multilayer film made of SiO 2 and ZrO 2 is formed on the cleavage surface by a sputtering device. This dielectric multilayer film has a function of reflecting 90% or more of the wavelength of the active layer.

【0026】このようにして得られたレーザチップをフ
ェースダウン(電極とヒートシンク面が対向する)して
ヒートシンクに設置した後、室温でレーザ発振を試みた
ところ、しきい値電流密度1.0kA/cm2以上で発振
波長440nmのレーザ発振が確認された。
After the laser chip thus obtained was placed face down (the electrode and the heat sink surface faced each other) on the heat sink, laser oscillation was attempted at room temperature, and a threshold current density of 1.0 kA / Laser oscillation with an oscillation wavelength of 440 nm was confirmed at cm 2 or more.

【0027】[実施例2]実施例1において、窒化物半
導体層のエッチング時にストライプ幅を30μmとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温にお
いてしきい値電流密度3.0kA/cm2以上でレーザ発
振が確認された。
Example 2 A laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the stripe width was set to 30 μm when the nitride semiconductor layer was etched. The threshold current density was 3.0 kA / cm at room temperature. Laser oscillation was confirmed at 2 or more.

【0028】[実施例3]実施例1において、窒化物半
導体層のエッチング時にストライプ幅を50μmとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてしきい値電流密度5.0kA/cm2以上で
レーザ発振が確認された。
Example 3 A laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the stripe width was set to 50 μm when the nitride semiconductor layer was etched. The threshold current density was 5.0 kA at the liquid nitrogen temperature. Laser oscillation was confirmed at / cm 2 or more.

【0029】[実施例4]実施例1において、窒化物半
導体層のエッチング時にストライプ幅を60μmとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてしきい値電流密度6.0kA/cm2以上で
レーザ発振が確認されたが、すぐに素子が破壊してしま
った。
Example 4 A laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the stripe width was set to 60 μm when etching the nitride semiconductor layer. The threshold current density was 6.0 kA at the liquid nitrogen temperature. Laser oscillation was confirmed at / cm 2 or more, but the element was destroyed immediately.

【0030】[実施例5]実施例1において、活性層5
の組成をノンドープIn0.08Ga0.92Nよりなる井戸層
を25オングストロームと、ノンドープIn0.01Ga0.
99Nよりなる障壁層を50オングストロームの膜厚で成
長させる。この操作を13回繰り返し、最後に井戸層を
積層して総厚1000オングストロームの活性層6を成
長させた。後は実施例1と同様にして室温でレーザ発振
を試みたところ、同じくしきい値電流密度1.0kA/
cm2以上で発振波長440nmのレーザ発振が確認され
た。
[Fifth Embodiment] In the first embodiment, the active layer 5 is used.
The composition of the well layer is made of non-doped In0.08Ga0.92N with a thickness of 25 angstroms, and the undoped In0.01Ga0.
A barrier layer of 99N is grown to a thickness of 50 Å. This operation was repeated 13 times, and finally well layers were laminated to grow the active layer 6 having a total thickness of 1000 angstroms. After that, when laser oscillation was tried at room temperature in the same manner as in Example 1, the threshold current density was 1.0 kA /
Laser oscillation with an oscillation wavelength of 440 nm was confirmed at cm 2 or more.

【0031】[比較例]実施例1において、窒化物半導
体層のエッチング時にストライプ幅を100μmとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてもレーザ発振を示さず、すぐに素子が破壊
してしまった。
[Comparative Example] A laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the stripe width was set to 100 μm when the nitride semiconductor layer was etched. As a result, no laser oscillation was observed even at the liquid nitrogen temperature and immediately The element has been destroyed.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
ると、50μm以下の幅でストライプ状にエッチングさ
れたp型層の表面に、ストライプと同一の幅で接する正
電極が形成されており、この電極が直接電流狭窄の作用
をする。つまりp型層に電流が広がってもレーザ発振す
るのに十分電流密度が上昇するだけのストライプ幅を有
しているため、容易に光閉じ込めができて、常温で発振
する。また、従来のように、p型層の表面に絶縁体で電
流狭窄層を形成する必要がなくなる。従って、絶縁体形
成時の細かいマスク合わせの技術が必要なくなるので、
製造歩留が向上する。このように窒化物半導体で常温で
短波長域のレーザ素子が実現されたことにより、書き込
み用光源、コンパクトディスクの光源として記録密度が
飛躍的に向上し、その産業上の利用価値は非常に大き
い。
As described above, according to the method of the present invention, the positive electrode which is in contact with the stripe with the same width is formed on the surface of the p-type layer etched in the stripe shape with the width of 50 μm or less. , This electrode directly acts as a current constriction. That is, even if the current spreads in the p-type layer, the stripe width is such that the current density rises enough to cause laser oscillation, so that light can be easily confined and oscillation occurs at room temperature. Further, unlike the conventional case, it is not necessary to form a current confinement layer on the surface of the p-type layer with an insulator. Therefore, the technique of fine mask alignment at the time of insulator formation is unnecessary,
Manufacturing yield is improved. As described above, the realization of a laser device of a short wavelength region at room temperature using a nitride semiconductor has dramatically improved the recording density as a light source for writing and a light source for a compact disc, and its industrial utility value is extremely large. .

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

【図1】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の形状を
示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing the shape of a laser element according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1のレーザ素子をストライプに垂直な方向
で切断した模式断面図。
2 is a schematic cross-sectional view of the laser device of FIG. 1 cut in a direction perpendicular to a stripe.

【図3】 従来のレーザ素子の構造を示す模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional laser element.

【図4】 本発明に係るレーザ素子の構造を示す模式断
面図。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・基板 2・・・・n型コンタクト層 3・・・・第一のn型クラッド層 4・・・・第二のn型クラッド層 5・・・・活性層 6・・・・第一のp型クラッド層 7・・・・p型コンタクト層 12・・・・正電極 11・・・・負電極 1 ... substrate 2 ... N-type contact layer 3 ... First n-type cladding layer 4 ... Second n-type cladding layer 5 ... Active layer 6 ... First p-type cladding layer 7 ... P-type contact layer 12 ··· Positive electrode 11 ... Negative electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−26384(JP,A) 特開 平3−142985(JP,A) 特開 平8−64912(JP,A) 特開 平5−106923(JP,A) 特開 昭62−272583(JP,A) 特開 平7−176826(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-48-26384 (JP, A) JP-A-3-142985 (JP, A) JP-A-8-64912 (JP, A) JP-A-5- 106923 (JP, A) JP 62-272583 (JP, A) JP 7-176826 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】サファイア基板上に少なくともn型層と活
性層とp型の窒化物半導体層を順次積層後、前記積層
された窒化物半導体をn型層の一部が残るように50μ
m以下の幅でストライプ状にエッチングした後、そのス
トライプ状にエッチングされて露出した窒化物半導体層
の側面及び平面に連続した絶縁膜を形成し、さらにp
層のストライプ幅とほぼ同一の幅で接する正電極をp型
層から絶縁膜の表面に渡って形成する工程と、前記正電極形成後、サファイア基板を研磨して薄くした
後、そのサファイア基板にスクライブラインを形成して
サファイア基板を劈開することにより、前記窒化物半導
体に共振面を作製する工程と、 正電極のストライプと離れた平面にワイヤーボンディン
グする工程とを備えることを特徴とする窒化物半導体レ
ーザ素子の製造方法。
1. A sapphire substrate and at least an n-type layer and an active layer.
Sequentially after laminating the nitride semiconductor layers of sexual layer and the p-type layer, the laminate
50 μm of the formed nitride semiconductor so that a part of the n-type layer remains.
After etching in a stripe shape in width of less than m, an insulating film which is continuous to the side surface and the plane of the stripe-like is etched to expose the nitride semiconductor layer <br/>, stripe width of the p-type layer to further And a step of forming a positive electrode that is in contact with the same width as that of the p-type layer over the surface of the insulating film, and after forming the positive electrode, the sapphire substrate is polished to be thin.
After that, scribe lines are formed on the sapphire substrate
By cleaving the sapphire substrate, the nitride semiconductor
A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device, comprising: a step of forming a resonance surface on the body; and a step of wire bonding to a plane apart from the stripe of the positive electrode.
【請求項2】前記共振面作成後、その共振面に誘電体多
層膜を形成する工程を備えることを特徴とする請求項1
に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
Wherein after said resonance surface creation, according to claim 1, characterized in that it comprises a step of forming a dielectric multilayer film on the resonance surface
7. A method for manufacturing the nitride semiconductor laser device according to.
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