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JP7614607B2 - Laser diode manufacturing method, laser diode - Google Patents
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Description

本発明はレーザダイオードの製造方法及びレーザダイオードに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a laser diode and a laser diode.

従来、レーザダイオードを形成するための材料として窒化物半導体が用いられている。窒化物半導体は、直接遷移の再結合形態を有することから、高い再結合効率および高い光学利得を得ることができる点でレーザダイオードのための材料として適している。このような窒化物半導体が用いられたレーザダイオードの一例として、紫外領域での電流注入型のレーザダイオードを発振させる技術が開示されている(例えば、非特許文献1)。 Conventionally, nitride semiconductors have been used as materials for forming laser diodes. Nitride semiconductors have a direct transition recombination mode, and therefore are suitable as materials for laser diodes in that they can provide high recombination efficiency and high optical gain. As an example of a laser diode using such a nitride semiconductor, a technology for oscillating a current-injection type laser diode in the ultraviolet region has been disclosed (for example, Non-Patent Document 1).

K.Sato et al., Applied Physics Express 13、031004(2020)K. Sato et al. , Applied Physics Express 13, 031004 (2020)

上述した紫外レーザダイオードはパルス駆動であり、実際のアプリケーションへの応用には連続発振が必要とされる。この連続発振には発振閾値電流および閾値電圧の低減が必要とされる。
本開示の目的は、発振閾値電流および閾値電圧を低減することができるレーザダイオードの製造方法およびレーザダイオードを提供することにある。
The above-mentioned ultraviolet laser diode is a pulse-driven type, and continuous oscillation is required for practical applications, which requires reduction of the oscillation threshold current and threshold voltage.
An object of the present disclosure is to provide a manufacturing method for a laser diode and a laser diode capable of reducing the oscillation threshold current and threshold voltage.

上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係るレーザダイオードの製造方法は、Alを含む窒化物半導体基板の表面の一部の領域に、直径が300nm以上1000nm以下であって10個/cm以上10個/cm以下の密度のマイクロパーティクルで構成された凸部を形成し、前記窒化物半導体基板上に、第1導電型の窒化物半導体を含み、且つ、前記凸部の上方に形成されて表面に露出したヒロックを有する第1導電型クラッド層を形成し、前記第1導電型クラッド層上に、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体により発光層を形成し、前記発光層上に、第2導電型の窒化物半導体を含み、且つ、前記凸部の上方に形成されて表面に露出した前記ヒロックを有する第2導電型クラッド層を形成し、前記第1導電型クラッド層、前記発光層および前記第2導電型クラッド層を含む半導体積層部のうち前記ヒロックが形成された領域をエッチングし、前記第1導電型クラッド層を露出させて共振器を有するメサ構造を形成し、露出した前記第1導電型クラッド層の表面において、前記ヒロックが露出した領域に第1電極を形成し、前記第2導電型クラッド層上に第2電極を形成することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a laser diode according to an embodiment of the present disclosure includes forming a nitride semiconductor substrate having a surface region on which Al-containing nitride semiconductor substrate is provided with a plurality of Al-containing nitride semiconductor layers each having a diameter of 300 nm or more and 1000 nm or less and a density of 10 2 particles/cm 2 or more and 10 5 particles/cm 2 or more. forming a first conductivity type cladding layer on the nitride semiconductor substrate, the first conductivity type cladding layer including a nitride semiconductor having one or more quantum wells; forming a second conductivity type cladding layer on the light-emitting layer, the second conductivity type cladding layer including a nitride semiconductor having a second conductivity type and having the hillocks formed above the convex portion and exposed on its surface; etching a region where the hillocks are formed in a semiconductor laminate including the first conductivity type cladding layer, the light-emitting layer and the second conductivity type cladding layer, exposing the first conductivity type cladding layer to form a mesa structure having a resonator; forming a first electrode in the region where the hillocks are exposed on the exposed surface of the first conductivity type cladding layer; and forming a second electrode on the second conductivity type cladding layer.

また上述した課題を解決するために、本開示の他の態様に係るレーザダイオードの製造方法は、Alを含む窒化物半導体基板の表面の一部の領域を露出させ、該表面の残余の領域を覆うレジストマスクを形成し、エッチング法により前記窒化物半導体基板の表面の前記一部の領域をエッチングして、前記一部の領域に直径が300nm以上1000nm以下であって10個/cm以上10個/cm以下の密度の凸部を形成し、前記窒化物半導体基板上に、第1導電型の窒化物半導体を含み、且つ、前記凸部の上方に形成されて表面に露出したヒロックを有する第1導電型クラッド層を形成し、前記第1導電型クラッド層上に、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体により発光層を形成し、前記発光層上に、第2導電型の窒化物半導体を含み、且つ、前記凸部の上方に形成されて表面に露出した前記ヒロックを有する第2導電型クラッド層を形成し、前記第1導電型クラッド層、前記発光層および前記第2導電型クラッド層を含む半導体積層部のうち前記ヒロックが形成された領域をエッチングし、前記第1導電型クラッド層を露出させて共振器を有するメサ構造を形成し、露出した前記第1導電型クラッド層の表面において、前記ヒロックが露出した領域に第1電極を形成し、前記第2導電型クラッド層上に第2電極を形成することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a laser diode according to another aspect of the present disclosure includes exposing a partial region of a surface of a nitride semiconductor substrate containing Al, forming a resist mask covering the remaining region of the surface, and etching the partial region of the surface of the nitride semiconductor substrate by an etching method to form a laser diode having a diameter of 300 nm or more and 1000 nm or less and a density of 102 particles/ cm2 to 105 particles/cm2 in the partial region. forming a first conductivity type cladding layer on the nitride semiconductor substrate, the first conductivity type cladding layer including a nitride semiconductor having one or more quantum wells, forming a second conductivity type cladding layer on the light-emitting layer, the second conductivity type cladding layer including a nitride semiconductor having a second conductivity type and having the hillocks formed above the convex portions and exposed on the surface; etching a region where the hillocks are formed in a semiconductor laminate including the first conductivity type cladding layer, the light-emitting layer and the second conductivity type cladding layer, exposing the first conductivity type cladding layer to form a mesa structure having a resonator, forming a first electrode in the region where the hillocks are exposed on the exposed surface of the first conductivity type cladding layer, and forming a second electrode on the second conductivity type cladding layer.

また、上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係るレーザダイオードは、Alを含む窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、前記半導体積層部は、前記窒化物半導体基板上に配置され、第1導電型の窒化物半導体を含む第1導電型クラッド層と、前記第1導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、前記発光層上に配置され、第2導電型の窒化物半導体を含む第2導電型クラッド層と、を有し、前記半導体積層部のうち前記第1導電型クラッド層の一部、前記発光層および前記第2導電型クラッド層は、共振器を有するメサ構造を形成し、前記第1導電型クラッド層上において、前記メサ構造を形成しない領域に第1電極が配置され、前記第1導電型クラッド層の前記第1電極と対向する表面には、1個以上30個以下のヒロックが存在し、前記第2導電型クラッド層上には第2電極が配置されており、前記第2導電型クラッド層の前記第2電極と対向する表面にはヒロックが存在しないことを特徴とする。
なお、上述した発明の概要は、本開示の特徴の全てを列挙したものではない。
In order to solve the above-mentioned problems, a laser diode according to one aspect of the present disclosure includes a nitride semiconductor substrate containing Al, and a semiconductor laminate portion disposed on the nitride semiconductor substrate, the semiconductor laminate portion having a first conductivity type cladding layer disposed on the nitride semiconductor substrate and containing a nitride semiconductor of a first conductivity type, a light emitting layer disposed on the first conductivity type cladding layer and formed of a nitride semiconductor including one or more quantum wells, and a second conductivity type cladding layer disposed on the light emitting layer and containing a nitride semiconductor of a second conductivity type, wherein a part of the first conductivity type cladding layer, the light emitting layer, and the second conductivity type cladding layer form a mesa structure having a resonator, a first electrode is disposed on the first conductivity type cladding layer in a region not forming the mesa structure, one or more hillocks are present on a surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode, and one or more hillocks are present on the surface of the second conductivity type cladding layer facing the second electrode, a second electrode is disposed on the second conductivity type cladding layer, and no hillocks are present on a surface of the second conductivity type cladding layer facing the second electrode.
It should be noted that the above summary of the invention does not list all of the features of the present disclosure.

本開示によれば、発振閾値電流および閾値電圧を低減することが可能なレーザダイオードの製造方法およびレーザダイオードを提供することができる。 The present disclosure provides a method for manufacturing a laser diode and a laser diode that can reduce the oscillation threshold current and threshold voltage.

本開示の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す平面模式図である。1 is a schematic plan view illustrating a configuration example of a laser diode according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a laser diode according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration example of a laser diode according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration example of a laser diode according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration example of a laser diode according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration example of a laser diode according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す平面模式図である。10 is a schematic plan view illustrating another configuration example of a laser diode according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面模式図である。10 is a schematic cross-sectional view illustrating another configuration example of a laser diode according to an embodiment of the present disclosure. FIG.

以下、実施形態を通じて本開示に係るレーザダイオードおよびレーザダイオードの製造方法を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
また、以下の説明では、Z軸の正方向を「上」と称し、Z軸の負方向を「下」と称する場合がある。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、面、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を180度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。
The laser diode and the method for manufacturing the laser diode according to the present disclosure will be described below through the embodiments, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Also, not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.
In the following description, the positive direction of the Z axis may be referred to as "up" and the negative direction of the Z axis may be referred to as "down". "Up" and "down" do not necessarily mean the vertical direction with respect to the ground. In other words, the directions of "up" and "down" are not limited to the direction of gravity. "Up" and "down" are merely convenient expressions for specifying the relative positional relationship of a surface, a film, a substrate, etc., and do not limit the technical idea of the present invention. For example, if the paper surface is rotated 180 degrees, "up" will of course become "down" and "down" will become "up".

1.実施形態
本開示の実施形態に係るレーザダイオードおよびレーザダイオードの製造方法について説明する。
(1.1)レーザダイオードの構成
本実施形態に係るレーザダイオードは、Alを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備えている。半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置され、第1導電型の窒化物半導体を含む第1導電型クラッド層と、第1導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置され、第2導電型の窒化物半導体を含む第2導電型クラッド層と、を有している。半導体積層部のうち前記第1導電型クラッド層の一部、発光層および第2導電型クラッド層は、共振器を有するメサ構造を形成している。第1導電型クラッド層上において、メサ構造を形成しない領域に第1電極が配置され、第1導電型クラッド層の第1電極と対向する表面には、1個以上30個以下のヒロックが存在している。また、第2導電型クラッド層上には第2電極が配置されており、第2導電型クラッド層の第2電極と対向する表面にはヒロックが存在しない。
1. Embodiments A laser diode and a method for manufacturing a laser diode according to an embodiment of the present disclosure will be described.
(1.1) Configuration of the laser diode The laser diode according to this embodiment includes a nitride semiconductor substrate containing Al and a semiconductor laminate disposed on the nitride semiconductor substrate. The semiconductor laminate includes a first conductive type cladding layer disposed on the nitride semiconductor substrate and containing a first conductive type nitride semiconductor, a light emitting layer disposed on the first conductive type cladding layer and formed of a nitride semiconductor containing one or more quantum wells, and a second conductive type cladding layer disposed on the light emitting layer and containing a second conductive type nitride semiconductor. A part of the first conductive type cladding layer, the light emitting layer, and the second conductive type cladding layer of the semiconductor laminate form a mesa structure having a resonator. A first electrode is disposed on the first conductive type cladding layer in an area not forming a mesa structure, and one to 30 hillocks are present on the surface of the first conductive type cladding layer facing the first electrode. A second electrode is disposed on the second conductive type cladding layer, and no hillocks are present on the surface of the second conductive type cladding layer facing the second electrode.

(窒化物半導体基板)
窒化物半導体基板(以下、基板と記載することがある)は、Alを含む窒化物半導体を含んでいる。Alを含む窒化物半導体は、例えばAlNである。すなわち、基板はAlN単結晶基板であることが好ましい。また、Alを含む窒化物半導体は、AlNに限定されず、例えばAlGaNであってよい。例えば、基板がAlN、AlGaN等の窒化物半導体単結晶基板である場合、基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる。
基板の貫通転位密度は、5×10cm-2以下であることが好ましい。特に、発振閾値電流の低減の観点から、貫通転位密度は1×10以上1×10cm-2以下であることがより好ましい。
(Nitride Semiconductor Substrate)
The nitride semiconductor substrate (hereinafter, sometimes referred to as substrate) includes a nitride semiconductor containing Al. The nitride semiconductor containing Al is, for example, AlN. That is, the substrate is preferably an AlN single crystal substrate. The nitride semiconductor containing Al is not limited to AlN, and may be, for example, AlGaN. For example, when the substrate is a nitride semiconductor single crystal substrate such as AlN or AlGaN, the difference in lattice constant with the nitride semiconductor layer formed on the substrate becomes small, and the nitride semiconductor layer is grown in a lattice-matched system, thereby reducing threading dislocations.
The threading dislocation density of the substrate is preferably 5×10 4 cm −2 or less. In particular, from the viewpoint of reducing the oscillation threshold current, the threading dislocation density is more preferably 1×10 3 to 1×10 4 cm −2 .

ここで、「窒化物半導体を含む」という表現における「含む」とは、窒化物半導体を主に層内に含むことを意味するが、その他の元素を含む場合もこの表現に含まれる。具体的には、窒化物半導体以外の元素を少量(例えばGa(Gaが主元素でない場合)、In、As、P、またはSb等の元素を数%以下)加える等してこの層の組成に軽微な変更を加える場合についてもこの表現に含まれる。その他の層の組成の表現においても、「含む」という文言は、同様の意味を有する。また、含まれる少量元素については前述の限りではない。 Here, the "comprises" in the expression "comprises a nitride semiconductor" means that the layer mainly contains a nitride semiconductor, but this expression also includes cases where other elements are included. Specifically, this expression also includes cases where the composition of this layer is slightly changed by adding a small amount of an element other than the nitride semiconductor (for example, a few percent or less of elements such as Ga (when Ga is not the main element), In, As, P, or Sb). In expressions regarding the composition of other layers, the wording "comprises" has a similar meaning. Furthermore, the small amount of elements contained is not limited to the above.

また、基板は、ドナー不純物またはアクセプタ不純物によって、n型またはp型にドーピングされてよい。また、基板は、AlN等の窒化物半導体と、サファイア(Al)、Si、SiC、MgO、Ga、ZnO、GaNまたはInNとの混晶であってもよい。 The substrate may be doped n-type or p-type with a donor impurity or an acceptor impurity, or may be a mixed crystal of a nitride semiconductor such as AlN and sapphire ( Al2O3 ), Si, SiC, MgO , Ga2O3 , ZnO, GaN, or InN.

基板は、一例として100μm以上600μm以下の層厚を有することが好ましい。
また、面方位はc面(0001)、a面(11-20)、m面(10-10)などが挙げられるが、c面(0001)基板がより好ましい。さらに、c面(0001)法線方向からいくらかの角度(例えば-4°~4°、好ましくは-0.4°~0.4°)に傾いた面上に形成することができるが、これに限らない。
As an example, the substrate preferably has a layer thickness of 100 μm or more and 600 μm or less.
The surface orientation may be c-plane (0001), a-plane (11-20), m-plane (10-10), etc., with a c-plane (0001) substrate being more preferred. Furthermore, the substrate may be formed on a surface tilted at some angle (for example, −4° to 4°, preferably −0.4° to 0.4°) from the normal direction of the c-plane (0001), but is not limited thereto.

(第1導電型クラッド層)
第1導電型クラッド層は、基板上に形成される。ここで、例えば「第1導電型クラッド層は基板上に形成される」という表現における「上に」という文言は、基板の一方の面上に第1導電型クラッド層が形成されることを意味する。また、基板と第1導電型クラッド層との間に別の層がさらに存在する場合も上述の表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有する。例えば、後述する第1導電型導波路層上に電子ブロック層を介して第2導電型クラッド層が形成される場合も、「第2導電型クラッド層は第1導電型導波路層上に形成される」という表現に含まれる。また、本実施形態の説明において、「第1導電型」および「第2導電型」は、それぞれ異なる導電型を示す半導体であることを意味し、例えば、一方がn型導電性である場合は、他方がp型導電性となる。
(First Conductive Type Cladding Layer)
The first conductive cladding layer is formed on the substrate. Here, for example, the word "on" in the expression "the first conductive cladding layer is formed on the substrate" means that the first conductive cladding layer is formed on one side of the substrate. The above expression also includes the case where another layer is present between the substrate and the first conductive cladding layer. The word "on" has the same meaning in the relationship between other layers. For example, the expression "the second conductive cladding layer is formed on the first conductive waveguide layer" also includes the case where the second conductive cladding layer is formed on the first conductive waveguide layer via an electron block layer. In the description of this embodiment, the "first conductive type" and the "second conductive type" mean semiconductors having different conductive types, and for example, when one is n-type conductive, the other is p-type conductive.

第1導電型クラッド層は、AlおよびGaを含む窒化物半導体の層である。第1導電型クラッド層は、例えばAlGa(1-a)N(0<a<1)により形成される。これにより、深紫外領域のバンドギャップエネルギーに対応する材料を発光層として形成する場合に、発光層の結晶性を高め、発光効率を向上させることが可能となる。高い発光効率を実現する観点から、第1導電型クラッド層を構成する窒化物半導体は、AlNおよびGaNの混晶であることが好ましい。また、基板に対して完全歪で成長させる観点から、第1導電型クラッド層は、AlGa(1-a)N(0.6<a≦0.8)により形成されることがより好ましい。 The first conductive cladding layer is a layer of a nitride semiconductor containing Al and Ga. The first conductive cladding layer is formed of, for example, Al a Ga (1-a) N (0<a<1). This makes it possible to enhance the crystallinity of the light emitting layer and improve the light emitting efficiency when a material corresponding to the band gap energy of the deep ultraviolet region is formed as the light emitting layer. From the viewpoint of realizing high light emitting efficiency, the nitride semiconductor constituting the first conductive cladding layer is preferably a mixed crystal of AlN and GaN. Moreover, from the viewpoint of growing with complete strain on the substrate, the first conductive cladding layer is more preferably formed of Al a Ga (1-a) N (0.6<a≦0.8).

第1導電型クラッド層は、縦伝導率を制御する目的などから、Al組成が基板から遠ざかるほど増加するような傾斜層であって良い。この場合、上述したAl組成に対する限定は、第1導電型クラッド層内の膜厚方向の位置におけるAl組成を第1導電型クラッド層の膜厚で平均したAl組成とすることができる。 The first conductivity type cladding layer may be a gradient layer in which the Al composition increases with increasing distance from the substrate, for example, to control the longitudinal conductivity. In this case, the above-mentioned limitation on the Al composition may be the Al composition averaged over the thickness of the first conductivity type cladding layer at positions in the thickness direction within the first conductivity type cladding layer.

第1導電型クラッド層がn型導電性半導体層の場合は、In、P、As、Sb等のN以外のV族元素、C、H、F、O、Mg、Si等の不純物を含んでいてもよいが、不純物の元素の種類としてはこの限りではない。電気抵抗を低減する観点および原料の入手難易度の観点から、第1導電型クラッド層に含まれる不純物はSiであることが好ましく、不純物濃度は5×1018cm-3以上5×1019cm-3であることが好ましい。 When the first conductivity type cladding layer is an n-type conductive semiconductor layer, it may contain impurities such as Group V elements other than N, such as In, P, As, Sb, etc., C, H, F, O, Mg, Si, etc., but the types of impurity elements are not limited to these. From the viewpoint of reducing electrical resistance and the ease of obtaining raw materials, the impurity contained in the first conductivity type cladding layer is preferably Si, and the impurity concentration is preferably 5×10 18 cm -3 or more and 5×10 19 cm -3 or more.

第1導電型クラッド層は、第1導電型クラッド層内での格子緩和の観点と膜抵抗の観点から、200nm以上800nm以下の層厚を有することが好ましく、300nm以上750nm以下の層厚を有することがより好ましく、300nm以上500nm以下の層厚を有することが更に好ましい。 From the viewpoint of lattice relaxation within the first conductivity type cladding layer and from the viewpoint of film resistance, the first conductivity type cladding layer preferably has a layer thickness of 200 nm or more and 800 nm or less, more preferably has a layer thickness of 300 nm or more and 750 nm or less, and even more preferably has a layer thickness of 300 nm or more and 500 nm or less.

(発光層)
発光層は、AlおよびGaを含む窒化物半導体の層である。発光層が含む窒化物半導体は、高い発光効率を実現する観点から例えばAlN、GaNの混晶であることが好ましく、たとえばAlGa(1-b)N(0<b<1)により形成される。発光層には、Nの他に、P、As、Sb等のN以外のV族元素、C、H、F、O、Mg、Si等の不純物が混入していてよいが、この限りではない。
(Light Emitting Layer)
The light emitting layer is a layer of a nitride semiconductor containing Al and Ga. From the viewpoint of realizing high light emitting efficiency, the nitride semiconductor contained in the light emitting layer is preferably a mixed crystal of, for example, AlN or GaN, and is formed, for example, of Al b Ga (1-b) N (0<b<1). In addition to N, the light emitting layer may contain impurities such as P, As, Sb, and other group V elements other than N, and C, H, F, O, Mg, and Si, but is not limited thereto.

また、発光層は、多重量子井戸構造も単層量子井戸構造も取り得る。第1導電型クラッド層および第2導電型クラッド層の縦伝導率によって異なるが、量子井戸構造の数は好ましくは1から3のいずれかであることが好ましい。
また、発光層の結晶欠陥の影響を低減する目的などから、発光層の一部または全てにSi,Sb,Pなどの元素が1×1015cm-3以上含まれていても良い。
The light emitting layer may have either a multiple quantum well structure or a single quantum well structure. The number of quantum well structures is preferably one to three, depending on the longitudinal conductivity of the first and second conductive cladding layers.
Furthermore, for the purpose of reducing the influence of crystal defects in the light-emitting layer, a part or the whole of the light-emitting layer may contain elements such as Si, Sb, P at 1×10 15 cm −3 or more.

(導波路層)
本実施形態のレーザダイオードは、光閉じ込めの観点から、発光層を挟み込むように発光層の上下に形成され、発光層から放出された光を発光層内に閉じ込める効果を有する導波路層を備えていても良い。導波路層は、発光層に対して第1導電型クラッド層側に配置された第1導電型導波路層と、発光層に対して第2導電型クラッド層側に配置された第2導電型導波路層の2層から構成されることが好ましい。
すなわち、本実施形態のレーザダイオードは、例えば、第1導電型クラッド層と発光層との間に配置されて、発光層へ光を閉じ込める第1導電型導波路層と、第2導電型クラッド層と発光層との間に配置されて、発光層へ光を閉じ込める第2導電型導波路層と、を備えていても良い。
(Waveguide layer)
From the viewpoint of light confinement, the laser diode of this embodiment may include waveguide layers formed above and below the light emitting layer so as to sandwich the light emitting layer and having the effect of confining light emitted from the light emitting layer within the light emitting layer. The waveguide layers are preferably composed of two layers, a first-conductivity-type waveguide layer arranged on the first-conductivity-type cladding layer side of the light emitting layer, and a second-conductivity-type waveguide layer arranged on the second-conductivity-type cladding layer side of the light emitting layer.
That is, the laser diode of this embodiment may include, for example, a first-conductivity-type waveguide layer disposed between the first-conductivity-type cladding layer and the light-emitting layer to confine light in the light-emitting layer, and a second-conductivity-type waveguide layer disposed between the second-conductivity-type cladding layer and the light-emitting layer to confine light in the light-emitting layer.

導波路層は、光閉じ込めの観点から、発光層よりエネルギーの高いバンドギャップを持つAl、Gaを含む窒化物半導体であることが好ましい。導波路層は、デバイス内で定在する光の電界強度分布と発光層の重なりを増大させるAl組成と膜厚とを有することが好ましい。発光層へのキャリア閉じ込めの観点から、発光層をAlGa(1-b)N(0<b<1)とし、導波路層をAlGa(1-c)N(0<c<1)としたとき、b<cであり、c≧b+0.05であることがより好ましい。たとえば発光波長が265nmの発光層を例とした場合、c=0.52であり、dは0.57以上であることが好ましい。また、光閉じ込めと、層抵抗の観点から、導波路層の膜厚は70nm以上150nm以下であることが好ましい。 From the viewpoint of light confinement, the waveguide layer is preferably a nitride semiconductor containing Al and Ga having a band gap with a higher energy than the light emitting layer. The waveguide layer preferably has an Al composition and a film thickness that increase the electric field intensity distribution of light present in the device and the overlap of the light emitting layer. From the viewpoint of carrier confinement in the light emitting layer, when the light emitting layer is Al b Ga (1-b) N (0<b<1) and the waveguide layer is Al c Ga (1-c) N (0<c<1), it is more preferable that b<c and c≧b+0.05. For example, in the case of a light emitting layer having an emission wavelength of 265 nm, it is preferable that c=0.52 and d is 0.57 or more. Also, from the viewpoint of light confinement and layer resistance, the film thickness of the waveguide layer is preferably 70 nm or more and 150 nm or less.

第1導電型導波路層および第2導電型導波路層のAl組成のそれぞれは、膜厚方向において均一であることが好ましいが、この限りではない。後述する第2導電型クラッド層の上方に存在する金属(例えば第2電極)への光吸収を回避するために、第2導電型導波路層のAl組成が第1導電型導波路層のAl組成より高くなっていてもよい。同様の目的で、第2導電型導波路層の膜厚が第1導電型導波路の膜厚より厚くなっていてもよい。 The Al composition of each of the first conductivity type waveguide layer and the second conductivity type waveguide layer is preferably uniform in the film thickness direction, but is not limited to this. In order to avoid light absorption by the metal (e.g., the second electrode) present above the second conductivity type cladding layer described later, the Al composition of the second conductivity type waveguide layer may be higher than the Al composition of the first conductivity type waveguide layer. For the same purpose, the film thickness of the second conductivity type waveguide layer may be thicker than the film thickness of the first conductivity type waveguide.

第1導電型導波路層がn型導電性半導体層の場合は、第1導電型クラッド層と同じ伝導型を得る目的などからNの他にP、As、Sb等のN以外のV族元素,H、C、O、F、Mg、Si等の不純物が混入していて良いが、この限りではない。 When the first conductive type waveguide layer is an n-type conductive semiconductor layer, impurities such as P, As, Sb, and other Group V elements other than N, H, C, O, F, Mg, and Si may be mixed in addition to N in order to obtain the same conductivity type as the first conductive type cladding layer, but this is not limited to the above.

(第2導電型クラッド層)
第2導電型クラッド層は、発光層上に形成され、第2導電型の導電性を有するAlおよびGaを含む窒化物半導体層である。第2導電型クラッド層は、例えばAlGa(1-d)N(0<d<1)により形成される。また、発光層上に導波路層(第2導電型導波路層)が設けられている場合には、第2導電型クラッド層は、導波路層(第2導電型導波路層)上に形成される。これにより、第2導電型クラッド層は、発光層または導波路層に対して格子整合が容易であり、貫通転位密度の抑制が可能となる。
(Second Conductive Type Cladding Layer)
The second-conductivity-type cladding layer is a nitride semiconductor layer formed on the light-emitting layer and containing Al and Ga, and having second-conductivity-type conductivity. The second-conductivity-type cladding layer is formed of, for example, Al d Ga (1-d) N (0<d<1). In addition, when a waveguide layer (second-conductivity-type waveguide layer) is provided on the light-emitting layer, the second-conductivity-type cladding layer is formed on the waveguide layer (second-conductivity-type waveguide layer). This allows the second-conductivity-type cladding layer to easily lattice-match with the light-emitting layer or the waveguide layer, and makes it possible to suppress threading dislocation density.

第2導電型クラッド層は、キャリア(電子または正孔)を発光層へ注入するに足りる導電性を有しており、デバイス内で定在する光モードの電界強度分布と発光層の重なりを増大させる(すなわち光閉じ込めを増大させる)ことが可能であれば、導電型は特に限定されない。第2導電型クラッド層は、たとえばMgをドーピングしたp型AlGaNであってよい。
また、第2導電型クラッド層がp型導電性半導体層の場合は、P、As、Sb等のN以外のV族元素、C、H、F、O、Mg、Si等の不純物が混入していてよいが、不純物の元素の種類としてはこの限りではない。
The second conductivity type cladding layer is not particularly limited as long as it has sufficient conductivity to inject carriers (electrons or holes) into the light emitting layer and can increase the overlap between the electric field strength distribution of the optical mode existing in the device and the light emitting layer (i.e., increase the optical confinement). The second conductivity type cladding layer may be, for example, p-type AlGaN doped with Mg.
Furthermore, when the second conductivity type cladding layer is a p-type conductivity semiconductor layer, impurities such as Group V elements other than N, such as P, As, and Sb, and impurities such as C, H, F, O, Mg, and Si may be mixed in, but the types of impurity elements are not limited to these.

キャリアをより効率よく発光層へ注入する観点から、第2導電型クラッド層は、基板から遠ざかるにつれてAl組成eが小さくなる、すなわちAl組成eが基板の上面から遠ざかる方向へ減少する様に傾斜したAlGa(1-e)N(0.1≦e≦1)で形成された組成傾斜層(第2導電型縦伝導層)と、AlGa(1-f)N(0<f≦1)を含む第2導電型横伝導層とを備えることが好ましい。
以下、第2導電型縦伝導層および第2導電型横伝導層について説明する。
From the viewpoint of more efficiently injecting carriers into the light-emitting layer, the second-conductivity-type cladding layer preferably comprises a compositionally graded layer (second-conductivity-type vertical conduction layer) formed of Al e Ga (1-e) N (0.1≦e≦1) in which the Al composition e decreases with increasing distance from the substrate, i.e., the Al composition e decreases in the direction away from the upper surface of the substrate, and a second-conductivity-type lateral conduction layer containing Al f Ga (1-f) N (0<f≦1).
The second conductive type vertical conduction layer and the second conductive type lateral conduction layer will be described below.

(第2導電型縦伝導層)
第2導電型縦伝導層は、第2導電型クラッド層のうちの発光層側の領域を構成する層である。
第2導電型縦伝導層は、AlGa(1-e)Nを含む層である。第2導電型縦伝導層におけるAl組成eのプロファイル(傾斜)は、連続的に減少してもよいし、断続的に減少してもよい。ここで、「断続的に減少する」とは、第2導電型縦伝導層の膜中の一部にAl組成fが同じ(膜厚方向に一定)になっている部分を含むことを意味する。つまり、第2導電型縦伝導層には、基板から遠ざかる方向にAl組成fが減少しない部分が含まれていてもよいが、増加する部分は含まれていない。
(Second Conductive Type Vertical Conductive Layer)
The second conductive type vertical conductive layer is a layer that constitutes a region of the second conductive type cladding layer on the light emitting layer side.
The second-conductivity-type vertical conduction layer is a layer containing Al e Ga (1-e) N. The profile (slope) of the Al composition e in the second-conductivity-type vertical conduction layer may decrease continuously or may decrease intermittently. Here, "intermittently decreasing" means that the second-conductivity-type vertical conduction layer includes a portion in which the Al composition f is the same (constant in the film thickness direction). In other words, the second-conductivity-type vertical conduction layer may include a portion in which the Al composition f does not decrease in the direction away from the substrate, but does not include a portion in which it increases.

第2導電型縦伝導層の膜厚は、格子整合の観点から500nm以下であることが好ましい。また、第2導電型縦伝導層の膜厚は、発光層への光閉じ込めおよびキャリア注入の観点から、250nm以上450nm以下であることがより好ましく、300nm以上400nm以下であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of lattice matching, the thickness of the second conductive vertical layer is preferably 500 nm or less. From the viewpoint of light confinement and carrier injection into the light emitting layer, the thickness of the second conductive vertical layer is more preferably 250 nm or more and 450 nm or less, and even more preferably 300 nm or more and 400 nm or less.

第2導電型縦伝導層は、不純物の拡散を抑制する目的などから、第2導電型縦伝導層のうちの発光層に近い領域においてH、Mg、Be、Zn、Si、B等の不純物がドープされていない(意図的に混入されていない)、すなわちアンドープの状態であることが好ましい。ここで、「アンドープ」とは、対象の層を形成する過程で元素として上述した不純物が意図的に供給されないことを意味するが、原料、製造装置由来の元素が例えば1×1016cm-3以下の範囲で混入される場合は、この限りではない。また、第2導電型縦伝導層のアンドープ状態の領域は、少なくとも発光層(第2導電型導波路層を備える場合には第2導電型導波路層)との境界を含むが、その大きさは限定されない。例えば、第2導電型縦伝導層の全ての領域がアンドープの状態であってよい。また、別の例として、第2導電型縦伝導層のうち、発光層に近い50%の領域がアンドープの状態であってよい。また、別の例として、第2導電型縦伝導層のうち、発光層に近い約10%の領域がアンドープの状態であってもよい。 For the purpose of suppressing the diffusion of impurities, it is preferable that the second conductive type vertical conduction layer is not doped (intentionally mixed) with impurities such as H, Mg, Be, Zn, Si, B, etc. in the region close to the light emitting layer of the second conductive type vertical conduction layer, that is, is in an undoped state. Here, "undoped" means that the above-mentioned impurities are not intentionally supplied as elements in the process of forming the target layer, but this does not apply when elements derived from raw materials and manufacturing equipment are mixed in the range of, for example, 1×10 16 cm -3 or less. In addition, the undoped region of the second conductive type vertical conduction layer includes at least the boundary with the light emitting layer (the second conductive type waveguide layer in the case where a second conductive type waveguide layer is provided), but the size is not limited. For example, the entire region of the second conductive type vertical conduction layer may be in an undoped state. In addition, as another example, 50% of the region of the second conductive type vertical conduction layer close to the light emitting layer may be in an undoped state. As another example, about 10% of the second conductivity type vertical conductive layer close to the light emitting layer may be in an undoped state.

(第2導電型横伝導層)
第2導電型横伝導層は、第2導電型クラッド層のうちの発光層と反対側の領域を構成する層であり、第2導電型縦伝導層上に形成される。
第2導電型縦伝導層は、AlGa(1-f)N(0<f≦1)を含む層である。ここで、第2導電型横伝導層の第2導電型縦伝導層と対向する面におけるAl組成fは、第2導電型縦伝導層のAl組成eの最小値よりも大きいことが好ましい。
第2導電型横伝導層は、第2導電型横伝導層の縦抵抗率を制御する目的などから、H、Mg、Be、Zn、Si、B等の不純物を意図的に混入させていてもよい。混入される不純物の量は、第2導電型横伝導層の表面および内部に誘積される正味の電界量に応じて、一例として、1×1019cm-3以上5×1021cm-3であってよい。
(Second Conductive Type Lateral Conductive Layer)
The second-conductivity-type lateral conduction layer is a layer that constitutes a region of the second-conductivity-type cladding layer opposite to the light-emitting layer, and is formed on the second-conductivity-type vertical conduction layer.
The second-conductivity-type vertical conduction layer is a layer containing Al f Ga (1-f) N (0<f≦1). Here, the Al composition f of the second-conductivity-type horizontal conduction layer at a surface facing the second-conductivity-type vertical conduction layer is preferably larger than the minimum value of the Al composition e of the second-conductivity-type vertical conduction layer.
The second conductivity type transverse conduction layer may be intentionally doped with impurities such as H, Mg, Be, Zn, Si, and B for the purpose of controlling the longitudinal resistivity of the second conductivity type transverse conduction layer. The amount of the doped impurity may be, for example, 1×10 19 cm −3 to 5×10 21 cm −3 depending on the amount of net electric field induced on the surface and inside of the second conductivity type transverse conduction layer.

第2導電型横伝導層の膜厚は、第2導電型横伝導層を貫通するキャリアの量子透過を容易とする観点から20nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましく、5nm以下であることがさらに好ましい。 The thickness of the second conductive type lateral conduction layer is preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, and even more preferably 5 nm or less, from the viewpoint of facilitating quantum transmission of carriers through the second conductive type lateral conduction layer.

第2導電型横伝導層の上に後述する第2導電型コンタクト層が設けられる場合、第2導電型横伝導層の第2導電型コンタクト層との界面におけるAl組成は、第2導電型コンタクト層におけるAl組成よりも小さく、かつ基板に対して完全歪であることが好ましい。このような第2導電型横伝導層は、第2導電型横伝導層の表面および表面付近の内部に蓄積される正味内部電界が負となって、界面にキャリアが誘積されることで横伝導率を向上させることができる。 When a second-conductivity-type contact layer (described later) is provided on the second-conductivity-type lateral conduction layer, it is preferable that the Al composition at the interface between the second-conductivity-type lateral conduction layer and the second-conductivity-type contact layer is smaller than the Al composition in the second-conductivity-type contact layer and is completely distorted with respect to the substrate. Such a second-conductivity-type lateral conduction layer can improve the lateral conductivity by guiding carriers to the interface as the net internal electric field accumulated on the surface and inside near the surface of the second-conductivity-type lateral conduction layer becomes negative.

このように、第2導電型縦伝導層は、分極ドーピング効果によりキャリア(例えば第2導電型縦伝導層がp型半導体により形成されている場合には正孔)を生成させて、キャリアを効率良く発光層内の活性層に注入する作用を有する。このため、第2導電型縦伝導層が発光層上に設けられることで、レーザダイオードのキャリア注入効率を高め、閾値電圧を低減することができる。
また、第2導電型横伝導層は、電極下部に集中する電界によって狭められるキャリア分布を横方向(第2導電型横伝導層の面内)に広げる効果を有する。この効果により、第2導電型横伝導層は、第2導電型縦伝導層と同様に発光層へのキャリア注入効率を高めることができる。
In this way, the second conductive type vertical conductive layer generates carriers (for example, holes when the second conductive type vertical conductive layer is made of a p-type semiconductor) by the polarization doping effect, and has the effect of efficiently injecting the carriers into the active layer in the light emitting layer. Therefore, by providing the second conductive type vertical conductive layer on the light emitting layer, the carrier injection efficiency of the laser diode can be increased and the threshold voltage can be reduced.
In addition, the second-conductivity-type lateral conduction layer has the effect of spreading the carrier distribution, which is narrowed by the electric field concentrated under the electrode, in the lateral direction (within the plane of the second-conductivity-type lateral conduction layer), which allows the second-conductivity-type lateral conduction layer to increase the carrier injection efficiency into the light-emitting layer, similar to the second-conductivity-type vertical conduction layer.

(中間層)
第2導電型クラッド層および導波路の間、すなわち第2導電型縦伝導層と第2導電型導波路層との間には、キャリアの伝導率を向上させる観点かつ/または第2導電型横伝導層および第2導電型コンタクト層を完全歪で形成させるためなどの観点から、基板の上面から遠ざかる方向へAl組成gが増加するようなAlGa(1-g)N(0<g≦1.0)から成る中間層を設けることができる。中間層は、所望する発光波長の光を吸収しないバンドギャップでない混晶であって良く、さらに50nm以下の膜厚であることが好ましく、不純物が含まれていないアンドープ層であって良い。
(Middle class)
Between the second conductivity type cladding layer and the waveguide, i.e., between the second conductivity type vertical conduction layer and the second conductivity type waveguide layer, an intermediate layer made of Al g Ga (1-g) N (0<g≦1.0) in which the Al composition g increases in the direction away from the upper surface of the substrate may be provided from the viewpoint of improving the carrier conductivity and/or for forming the second conductivity type lateral conduction layer and the second conductivity type contact layer with perfect distortion. The intermediate layer may be a non-bandgap mixed crystal that does not absorb light of the desired emission wavelength, and further preferably has a thickness of 50 nm or less, and may be an undoped layer containing no impurities.

(第2導電型コンタクト層)
本実施形態のレーザダイオードの半導体積層部は、第2導電型クラッド層上に配置された第2導電型コンタクト層を更に備えていても良い。第2導電型コンタクト層を構成する窒化物半導体は、例えばGaN、AlNまたはInNおよび、それらを含む混晶で形成されることが好ましく、GaNを含む窒化物半導体であることがより好ましい。
(Second Conductive Type Contact Layer)
The semiconductor laminate of the laser diode of this embodiment may further include a second-conductivity-type contact layer disposed on the second-conductivity-type cladding layer. The nitride semiconductor constituting the second-conductivity-type contact layer is preferably formed of, for example, GaN, AlN, or InN, or a mixed crystal containing these, and more preferably is a nitride semiconductor containing GaN.

第2導電型コンタクト層は、P、As、Sb等のN以外のV族元素、C、H、F、O、Mg、Si、Be等の不純物が混入していてよい。原料ガスの汎用性から、第2導電型コンタクト層に含まれる不純物はMgであることが好ましい。コンタクト抵抗低減の観点から、Mgの濃度が8×1019cm-3以上5×1021cm-3以下であることが好ましく、5×1020cm-3以上5×1021cm-3以下であることがより好ましい。 The second conductive type contact layer may contain impurities such as P, As, Sb, and other V group elements other than N, C, H, F, O, Mg, Si, and Be. In view of the versatility of the source gas, the impurity contained in the second conductive type contact layer is preferably Mg. In view of reducing the contact resistance, the concentration of Mg is preferably 8×10 19 cm -3 or more and 5×10 21 cm -3 or less, and more preferably 5×10 20 cm -3 or more and 5×10 21 cm -3 or less.

また、第2導電型コンタクト層の層厚は、1nm以上20nm以下であることが好ましい。第2導電型コンタクト層の層厚が薄いほどレーザダイオードのキャリア注入効率が向上し、層厚が厚いほどキャリア注入効率が低下する。 The thickness of the second conductive contact layer is preferably 1 nm or more and 20 nm or less. The thinner the second conductive contact layer, the higher the carrier injection efficiency of the laser diode, and the thicker the layer, the lower the carrier injection efficiency.

(電子ブロック層)
本実施形態のレーザダイオードの半導体積層部は、発光層よりも上方に、バンドギャップが第2導電型導波路層より大きい電子ブロック層を更に有していても良い。電子ブロック層は、例えば第2導電型導波路層の内部、第2導電型導波路層と発光層との間または第2導電型導波路層と第2導電型縦伝導層との間に設けることができる。
電子ブロック層の層厚は、電子ブロック層をキャリア(正孔)が量子貫通しやすいように、30nm以下であることが好ましく、20nm以下であることがより好ましく、15nm以下であることがさらに好ましい。
(Electron Blocking Layer)
The semiconductor laminate of the laser diode of this embodiment may further include an electron blocking layer above the light emitting layer, the electron blocking layer having a band gap larger than that of the second conductive type waveguide layer. The electron blocking layer may be provided, for example, inside the second conductive type waveguide layer, between the second conductive type waveguide layer and the light emitting layer, or between the second conductive type waveguide layer and the second conductive type vertical conductive layer.
The thickness of the electron blocking layer is preferably 30 nm or less, more preferably 20 nm or less, and further preferably 15 nm or less, so that carriers (holes) can easily quantum-transport through the electron blocking layer.

(メサ構造と共振器)
メサ構造は、第2導電型層と第1導電型層を電気的に分離するために形成される。メサ構造は、半導体積層部の一部を除去した構造である。ここで、「半導体積層部」とは、少なくとも第1導電型クラッド層、発光層および第2導電型クラッド層をいい、上述した導波路層(第1導電型導波路層および第2導電型導波路層)、中間層および第2導電型コンタクト層が設けられている場合にはこれらの層も含む。
(Mesa structure and resonator)
The mesa structure is formed to electrically separate the second conductive type layer from the first conductive type layer. The mesa structure is a structure in which a part of the semiconductor laminate is removed. Here, the "semiconductor laminate" refers to at least the first conductive type cladding layer, the light emitting layer, and the second conductive type cladding layer, and also includes the above-mentioned waveguide layers (the first conductive type waveguide layer and the second conductive type waveguide layer), the intermediate layer, and the second conductive type contact layer, if these layers are provided.

メサ構造は、レーザの電流狭窄および端面における反射による増幅の観点から、平面視において長辺と短辺とをそれぞれ有する矩形状であり、長辺が<1-100>方向に伸びていることが好ましい。これは、劈開法やエッチング法など、さまざまな方法によってレーザ共振器の端面(例えば共振ミラー端面)を得る場合に、原子的に平坦な(1-100)面が最も容易に形成できるためである。
つまり、メサ構造は、窒化物半導体基板の結晶面(1-100)面に平行なメサ端面を共振ミラー端面とする共振器を有している。これにより、本実施形態のレーザダイオードは、メサ構造が<1-100>方向に光を射出する端面発光型レーザダイオードとなっている。
From the viewpoint of current confinement of the laser and amplification by reflection at the end facets, it is preferable that the mesa structure has a rectangular shape having long and short sides in a plan view, with the long sides extending in the <1-100> direction. This is because, when obtaining the end faces of the laser resonator (for example, the resonator mirror end faces) by various methods such as cleavage and etching, the atomically flat (1-100) plane can be most easily formed.
In other words, the mesa structure has a resonator in which the mesa end faces parallel to the (1-100) crystal plane of the nitride semiconductor substrate serve as resonator mirror end faces. As a result, the laser diode of this embodiment is an edge-emitting laser diode in which the mesa structure emits light in the <1-100> direction.

また、メサ構造の側面間の距離は閾値電圧および発振閾値電流と相関がある。このため、矩形のメサ構造において、平面視におけるメサ構造の側面同士の間の距離と共振器の端面同士の間の距離との比は、1:5以上1:500以下であることが好ましい。平面視において、メサ構造の側面同士の間の距離は共振器の端面の長さに相当し、共振器ミラー端面同士の間の距離はメサ構造の側面の長さに相当する。つまり、メサ構造は、平面視における共振器の端面の長さとメサ構造の側面の長さとの比が、1:5以上1:500以下であることが好ましい。 The distance between the side surfaces of the mesa structure is also correlated with the threshold voltage and the oscillation threshold current. For this reason, in a rectangular mesa structure, it is preferable that the ratio of the distance between the side surfaces of the mesa structure in a plan view to the distance between the end faces of the resonator is 1:5 or more and 1:500 or less. In a plan view, the distance between the side surfaces of the mesa structure corresponds to the length of the end face of the resonator, and the distance between the end faces of the resonator mirror corresponds to the length of the side surface of the mesa structure. In other words, it is preferable that the ratio of the length of the end face of the resonator in a plan view to the length of the side surface of the mesa structure is 1:5 or more and 1:500 or less.

メサ構造は、半導体積層部を誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively coupled plasma)等でエッチングすることで形成できる。 The mesa structure can be formed by etching the semiconductor layer stack using inductively coupled plasma (ICP) or similar.

(電極)
レーザダイオードは、第2導電型クラッド層上に配置された第2電極と、第1導電型クラッド層上に配置された第1電極によって電流を注入することにより発振を行うことができる。このとき、第1電極は、第1導電型クラッド層と電気に接触するように形成されており、第2電極は、第2導電型クラッド層と電気に接触するように形成されている。
第1電極は、例えば、基板の裏側に電極を配置することができる。また、第1電極は、半導体積層部の第1導電型クラッド層よりも上部の層を例えば化学エッチングまたはドライエッチングによって除去することにより露出した第1導電型クラッド層上に配置される。つまり、第1電極は、第1導電型クラッド層においてメサ構造を形成しない領域上に配置される。
(electrode)
The laser diode can oscillate by injecting a current through a second electrode disposed on the second conductive type cladding layer and a first electrode disposed on the first conductive type cladding layer, where the first electrode is formed so as to be in electrical contact with the first conductive type cladding layer, and the second electrode is formed so as to be in electrical contact with the second conductive type cladding layer.
The first electrode can be disposed, for example, on the back side of the substrate. The first electrode is disposed on the first conductive cladding layer exposed by removing layers above the first conductive cladding layer of the semiconductor laminate by, for example, chemical etching or dry etching. In other words, the first electrode is disposed on a region of the first conductive cladding layer that does not form a mesa structure.

第1導電型クラッド層がn型クラッド層の場合、第1電極は、Al、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zr等の金属、これらの混晶、または、ITOもしくはGa等の導電性酸化物等により形成される。
第1導電型クラッド層がp型クラッド層の場合、第1電極は、Ni、Au、Pt、Ag、Rh、Pd、Pt、Cu、Al、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Co、Ir、Zr等の金属、これらの混晶、または、ITOもしくはGa等の導電性酸化物等により形成される。
When the first conductive type cladding layer is an n-type cladding layer, the first electrode is formed of a metal such as Al, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zr, or a mixed crystal thereof, or a conductive oxide such as ITO or Ga2O3 .
When the first conductive type cladding layer is a p-type cladding layer, the first electrode is formed of a metal such as Ni, Au, Pt, Ag, Rh, Pd, Pt, Cu, Al, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Co, Ir, Zr, or a mixed crystal thereof, or a conductive oxide such as ITO or Ga2O3 .

第2導電型クラッド層がn型クラッド層の場合、第2電極は、Al、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zr等の金属、これらの混晶、または、ITOもしくはGa等の導電性酸化物等により形成される。
第2導電型クラッド層がp型クラッド層の場合、第2電極は、Ni、Au、Pt、Ag、Rh、Pd、Pt、Cu、Al、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Co、Ir、Zr等の金属、これらの混晶、または、ITOもしくはGa等の導電性酸化物等により形成される。
When the second conductive type cladding layer is an n-type cladding layer, the second electrode is formed of a metal such as Al, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zr, or a mixed crystal thereof, or a conductive oxide such as ITO or Ga2O3 .
When the second conductive type cladding layer is a p-type cladding layer, the second electrode is formed of a metal such as Ni, Au, Pt, Ag, Rh, Pd, Pt, Cu, Al, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Co, Ir, Zr, or a mixed crystal thereof, or a conductive oxide such as ITO or Ga2O3 .

第1電極および第2電極の配置領域および形状は、第1導電型クラッド層と第2導電型クラッド層(第2導電型コンタクト層を備える場合には第2導電型コンタクト層)とのそれぞれと電気的接触が得られていれば限定はされない。転位が多く存在する箇所ではキャリアが補足されて優先的に消費されて内部損失が悪化することから、第2電極は、平面視において第2導電型クラッド層上のメサ構造の側面から5μm以上離れた領域に配置されることが好ましい。 The arrangement area and shape of the first electrode and the second electrode are not limited as long as electrical contact is obtained with the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer (the second conductivity type contact layer if a second conductivity type contact layer is provided). Since carriers are captured and preferentially consumed in areas with many dislocations, resulting in worsening internal loss, it is preferable that the second electrode is arranged in an area 5 μm or more away from the side of the mesa structure on the second conductivity type cladding layer in a plan view.

(バッファ層)
バッファ層は、基板と、第1導電型クラッド層との間に形成されており、基板の全面に形成されていることが好ましい。バッファ層を備えることにより、バッファ層上には格子定数差及び熱膨張係数差が小さく欠陥の少ない窒化物半導体層が形成される。また、バッファ層を備えることにより、圧縮応力下で第1導電型クラッド層を成長させることができ、第1導電型クラッド層におけるクラックの発生を抑制することができる。このため、基板がAlN又はAlGaN等の窒化物半導体で形成されている場合でも、バッファ層の上方に欠陥の少ない窒化物半導体層を形成することができる。
(Buffer layer)
The buffer layer is formed between the substrate and the first conductive type cladding layer, and is preferably formed on the entire surface of the substrate. By providing the buffer layer, a nitride semiconductor layer having a small lattice constant difference and a small thermal expansion coefficient difference and having few defects is formed on the buffer layer. Furthermore, by providing the buffer layer, the first conductive type cladding layer can be grown under compressive stress, and the occurrence of cracks in the first conductive type cladding layer can be suppressed. Therefore, even if the substrate is formed of a nitride semiconductor such as AlN or AlGaN, a nitride semiconductor layer having few defects can be formed above the buffer layer.

バッファ層は、例えばAlN又はAlGaN等の窒化物半導体で形成される。また、バッファ層には、C,Si,Fe、Mg等の不純物を含んでいても良い。 The buffer layer is formed of a nitride semiconductor such as AlN or AlGaN. The buffer layer may also contain impurities such as C, Si, Fe, and Mg.

バッファ層は、例えば数μmの厚さを有している。具体的には、バッファ層の厚さは、10nmより厚く10μmより薄いことが好ましい。バッファ層の厚さが10nmより厚い場合、AlN等の窒化物半導体の結晶性が高くなる。また、バッファ層の厚さが10μmより薄い場合、ウエハ全面に結晶成長により形成されたバッファ層にクラックが発生しにくくなる。また、バッファ層は、50nmより厚く5μmより薄いことがより好ましい。バッファ層の厚さが50nmより厚い場合、結晶性の高い層を形成することができる。また、バッファ層の厚さが5μmより薄い場合、バッファ層のクラックがより発生しにくくなる。 The buffer layer has a thickness of, for example, several micrometers. Specifically, the thickness of the buffer layer is preferably thicker than 10 nm and thinner than 10 μm. When the buffer layer is thicker than 10 nm, the crystallinity of the nitride semiconductor such as AlN is high. When the buffer layer is thinner than 10 μm, cracks are less likely to occur in the buffer layer formed by crystal growth over the entire surface of the wafer. It is more preferable that the buffer layer is thicker than 50 nm and thinner than 5 μm. When the buffer layer is thicker than 50 nm, a layer with high crystallinity can be formed. When the buffer layer is thinner than 5 μm, cracks are less likely to occur in the buffer layer.

(ヒロック)
第1導電型クラッド層の表面には、ヒロックが形成されている。ヒロックは、AlおよびGaを含む窒化物半導体で形成されている。ヒロックは、第1導電型クラッド層の表面において突出した形状を有する。ヒロックは、第1導電型クラッド層上にメサ構造を形成しない領域の表面上に形成されている。より具体的には、ヒロックは、第1導電型クラッド層上において、第1電極と対向する表面に形成されている。
詳しくは後述するが、ヒロックは基板表面に形成された突起や凹凸を起点として、半導体積層部の成長に伴って形成される。つまり、ヒロックは、基板表面上から第1導電型クラッド層の厚さ方向に伸長して形成され、第1導電型クラッド層上に突出している。
(Hillock)
Hillocks are formed on the surface of the first conductivity type cladding layer. The hillocks are made of a nitride semiconductor containing Al and Ga. The hillocks have a protruding shape on the surface of the first conductivity type cladding layer. The hillocks are formed on the surface of a region on the first conductivity type cladding layer where a mesa structure is not formed. More specifically, the hillocks are formed on the surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode.
As will be described in detail later, hillocks are formed with the growth of the semiconductor laminate, starting from protrusions or irregularities formed on the substrate surface. In other words, hillocks are formed extending from the substrate surface in the thickness direction of the first conductivity type cladding layer, and protrude above the first conductivity type cladding layer.

ヒロックは、基板の表面から上方に向かって径が拡大するn角錐形状(nは3以上の整数)を有している。ヒロックは、成長し易い面が優先的に形成されるため、平面視においてn角形の形状を形成する。より具体的には、ヒロックは、平面視において三辺または六辺を有する形状を形成し易い。つまり、ヒロックは、3角錐形状または6角錐形状を形成し易い。なお、ヒロックの平面視での形状(上面形状)三辺または六辺を有する形状に限られず、三辺以上を有する多角形状に形成され得る。ヒロックは、平面視において凹多角形状、すなわち凹多角錐であってもよい。ヒロックは、基板表面を起点として半導体積層部の成長に伴って径を拡大しながら形成される。つまりヒロックは、基板表面側を頂部とするn角錐形状である。このため、第1導電型クラッド層の表面には、n角錐形状のヒロックの底面側領域が突出し、残余の部分は第1導電型クラッド層内に形成されている。このとき、ヒロックの頂部は点に限られず、ヒロックの底面よりも面積の小さい面であってもよい。 The hillocks have an n-sided pyramid shape (n is an integer of 3 or more) whose diameter expands from the surface of the substrate upward. The hillocks form an n-sided shape in plan view because the faces that are easy to grow are preferentially formed. More specifically, the hillocks tend to form a shape having three or six sides in plan view. That is, the hillocks tend to form a triangular or hexagonal pyramid shape. The shape (top surface shape) of the hillock in plan view is not limited to a shape having three or six sides, and it can be formed into a polygonal shape having three or more sides. The hillocks may be a concave polygon shape in plan view, that is, a concave polygonal pyramid. The hillocks are formed while expanding their diameter with the growth of the semiconductor laminate starting from the substrate surface. That is, the hillocks are n-sided pyramid shapes with the substrate surface side as the apex. For this reason, the bottom side region of the n-sided pyramid hillock protrudes from the surface of the first conductive type cladding layer, and the remaining part is formed within the first conductive type cladding layer. In this case, the top of the hillock is not limited to a point, but may be a surface with a smaller area than the bottom of the hillock.

半導体積層部の形成時において、例えば薄膜有機金属堆積法(MOVPE法)によってAlGaNを含む薄膜を成長させる場合、ヒロックの起点となる突起や凹凸の端部には熱拡散長の差により、Ga原子がAlに対して優先的に凝集する。このため、ヒロックのGa含有量は、ヒロック以外の領域のGa含有量よりも多い。つまり、基板の表面と同一高さの領域、すなわち基板の表面に平行な面(平行面)内において、ヒロックのGa含有量「x」と、ヒロック以外の領域におけるGa含有量「y」とは、「x>y」の関係となる。例えば、第1導電型クラッド層内におけるヒロックのGa含有量は、第1導電型クラッド層内におけるヒロック以外の領域のGa含有量よりも多い。ここで、ヒロックのGa濃度(含有量)は、ヒロック以外の領域のGa濃度よりも5%以上高いことが好ましく、5%から10%高いことがより好ましい。 When forming a semiconductor laminate, for example, when a thin film containing AlGaN is grown by metal organic vapor deposition (MOVPE), Ga atoms preferentially aggregate at the ends of protrusions and irregularities that are the starting points of hillocks due to the difference in thermal diffusion length compared to Al. For this reason, the Ga content of the hillocks is higher than the Ga content of the regions other than the hillocks. In other words, in a region at the same height as the surface of the substrate, i.e., in a plane parallel to the surface of the substrate (parallel plane), the Ga content "x" of the hillocks and the Ga content "y" of the regions other than the hillocks have a relationship of "x>y". For example, the Ga content of the hillocks in the first conductive cladding layer is higher than the Ga content of the regions other than the hillocks in the first conductive cladding layer. Here, the Ga concentration (content) of the hillocks is preferably 5% or more higher than the Ga concentration of the regions other than the hillocks, and more preferably 5% to 10% higher.

また、上述のように第1導電型クラッド層における平行面内においてヒロックのGa含有量がヒロック以外の領域に含まれるGa量よりも多いため、ヒロックの電気抵抗は、該平行面内において、ヒロック以外の領域の電気抵抗よりも低い。したがって、本実施形態によるレーザダイオードにおいて、第1クラッド層上の第1電極と対向する表面にヒロックが存在することにより、閾値電圧を低減することができる。 In addition, as described above, the Ga content of the hillocks is greater than the Ga content of the regions other than the hillocks in the parallel plane of the first conductive type cladding layer, so the electrical resistance of the hillocks is lower than the electrical resistance of the regions other than the hillocks in the parallel plane. Therefore, in the laser diode according to this embodiment, the presence of hillocks on the surface of the first cladding layer facing the first electrode can reduce the threshold voltage.

また、閾値電圧低減の観点から、第1導電型クラッド層において、第1電極と対向する表面には、1個以上30個以上のヒロックが存在していることが好ましい。このとき、第1導電型クラッド層において、第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、10個/cm以上10個/cm以下であることが好ましい。 From the viewpoint of reducing the threshold voltage, it is preferable that the first conductive type cladding layer has 1 to 30 hillocks on the surface facing the first electrode, and the density of the hillocks on the surface facing the first electrode of the first conductive type cladding layer is preferably 10 / cm2 to 10 / cm2 .

また、発振閾値電流を下げる観点から、ヒロックは、半導体積層部においてメサ構造を形成する領域には形成されない。具体的には、ヒロックがメサ構造において第2電極の下部に位置する領域に存在するとヒロック部で優先的にキャリアが消費されて、発振閾値電流が悪化する。したがって、半導体積層部において第2電極の下部に位置する領域(第2電極と対向する表面)にヒロックが存在しないことにより、注入した電流が発光層で効率的に結合できるため、発振閾値電流を低減させることができる。
このように、第1導電型クラッド層上において第1電極と対向する表面、すなわち、平面視で第1電極と重なる領域にヒロックが存在し、第2導電型クラッド層上において第2電極と対向する表面、すなわち平面視で第2電極と重なる領域にヒロックが存在しない構成とすることで、発振閾値電流および閾値電圧を低減することができるレーザダイオードを実現することができる。
In addition, from the viewpoint of reducing the oscillation threshold current, hillocks are not formed in the region in the semiconductor laminate where the mesa structure is formed. Specifically, if hillocks are present in the region located below the second electrode in the mesa structure, carriers are preferentially consumed in the hillock portion, and the oscillation threshold current deteriorates. Therefore, since there are no hillocks in the region located below the second electrode in the semiconductor laminate (the surface facing the second electrode), the injected current can be efficiently coupled in the light emitting layer, and the oscillation threshold current can be reduced.
In this way, by configuring the surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode, i.e., the region overlapping with the first electrode in a planar view, to have hillocks, and the surface of the second conductivity type cladding layer facing the second electrode, i.e., the region overlapping with the second electrode in a planar view, to have no hillocks, it is possible to realize a laser diode that can reduce the oscillation threshold current and threshold voltage.

また、第1導電型クラッド層の表面には、ヒロックの外周面に沿ってヒロック外周部が形成されている。つまり、第1導電型クラッド層上には、ヒロックと前記ヒロック外周部とで構成されるヒロック構造部が形成されている。また、第1導電型クラッド層上において、第1電極は、ヒロックおよびヒロック外周部で構成されるヒロック構造部を覆うようにして形成されている。
上述のように、ヒロックは、基板上における薄膜成長、つまり半導体積層部の成長に伴って第1導電型クラッド層上に形成された突出構造である。これに対し、ヒロック外周部は、半導体積層部を除去して第1導電型クラッド層を露出させる際に、第1導電型クラッド層上に形成される突出構造である。つまり、第1導電型クラッド層上のヒロック構造部は、形成工程が異なる2種類の成分で構成されている。
Furthermore, a hillock periphery is formed along the outer periphery of the hillock on the surface of the first conductivity type cladding layer. That is, a hillock structure consisting of the hillock and the hillock periphery is formed on the first conductivity type cladding layer. Furthermore, the first electrode is formed on the first conductivity type cladding layer so as to cover the hillock structure consisting of the hillock and the hillock periphery.
As described above, a hillock is a protruding structure formed on the first-conductivity-type cladding layer as a result of thin film growth on the substrate, i.e., growth of the semiconductor laminate. In contrast, a hillock periphery is a protruding structure formed on the first-conductivity-type cladding layer when the semiconductor laminate is removed to expose the first-conductivity-type cladding layer. In other words, the hillock structure on the first-conductivity-type cladding layer is composed of two types of components that are formed by different processes.

ここで、ヒロック及びヒロック外周部で構成されるヒロック構造部の形状および大きさ(最大径、高さ)について説明する。 Here, we will explain the shape and size (maximum diameter, height) of the hillock structure that is composed of the hillock and the hillock periphery.

ヒロック構造部は、平面視において多角形状を有している。より具体的には、ヒロック構造部は、平面視において3つ以上の辺を有する形状である。平面視でのヒロック構造部の形状(ヒロック構造部の上面形状)は、ヒロックの上面形状に基づいて形成される。上述のように、ヒロックは、n角錐形状(nは3以上の整数)であって、平面視においてn角形状を有する。したがって、ヒロック構造部は、平面視において、ヒロックと同様のn角形状となる。例えば、ヒロックが平面視において三辺を有する形状であれば、ヒロック外周部も同様に、平面視において三辺を有する形状となる。また、例えばヒロックが平面視において六辺を有する形状であれば、ヒロック外周部も同様に、平面視において六辺を有する形状となる。 The hillock structure has a polygonal shape in plan view. More specifically, the hillock structure has a shape having three or more sides in plan view. The shape of the hillock structure in plan view (top surface shape of the hillock structure) is formed based on the top surface shape of the hillock. As described above, the hillock is an n-sided pyramid (n is an integer equal to or greater than 3) and has an n-sided shape in plan view. Therefore, the hillock structure has an n-sided shape similar to the hillock in plan view. For example, if the hillock has a three-sided shape in plan view, the hillock outer periphery also has a three-sided shape in plan view. Also, for example, if the hillock has a six-sided shape in plan view, the hillock outer periphery also has a six-sided shape in plan view.

電気抵抗の低減およびプロセスの歩留まりの観点から、ヒロック構造部の最大径、すなわちヒロックを含むヒロック外周部の最大径は、1μm以上30μm以下であることが好ましい。ここで、直径とは、平面視におけるヒロック構造部の最大径を示す。
また、第1導電型クラッド層と第1電極との密着性の観点から、ヒロック構造部の高さは、第1導電型クラッド層における第1電極と対向する面を基準とした場合に10nm以上1000nm以下であることが好ましい。なお、ヒロックの高さとヒロック外周部の高さとは同じであるため、ヒロック構造部の高さは、すなわちヒロックの高さを示している。
From the viewpoint of reducing electrical resistance and increasing process yield, the maximum diameter of the hillock structure, i.e., the maximum diameter of the hillock outer periphery including the hillock, is preferably 1 μm to 30 μm. Here, the diameter refers to the maximum diameter of the hillock structure in a plan view.
From the viewpoint of adhesion between the first conductive type cladding layer and the first electrode, the height of the hillock structure is preferably 10 nm to 1000 nm based on the surface of the first conductive type cladding layer facing the first electrode. Note that since the height of the hillock and the height of the hillock outer periphery are the same, the height of the hillock structure indicates the height of the hillock.

(1.2)紫外線発光素子の製造方法 本実施形態のレーザダイオードは、基板上に各層を形成する工程を経て製造される。 (1.2) Method for manufacturing ultraviolet light-emitting device The laser diode of this embodiment is manufactured through a process of forming each layer on a substrate.

(基板の形成)
基板は、昇華法、ハイドライド気相成長(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法等の気相成長法および液相成長法等の一般的な基板成長法により形成される。
(Formation of the Substrate)
The substrate is formed by a general substrate growth method such as a vapor phase growth method, such as a sublimation method or a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method, or a liquid phase growth method.

(基板上の凸部の形成)
また、形成された基板の表面の一部の領域には、ヒロックの起点となる凸部を形成する。凸部は、例えば、直径が300nm以上1000nm以下であって10個/cm以上10個/cm以下の密度で形成すればよい。凸部の密度を上述の範囲内とすることにより、凸部を起点として形成されるヒロックの密度も上述の範囲内に制御することができる。凸部は、基板表面において突出した形状であればよく、球形状や半球形状、多面体形状であってもよいし、山形状の突起であってもよい。
(Formation of protrusions on substrate)
Furthermore, convex portions that become the starting points of hillocks are formed in a partial region of the surface of the formed substrate. The convex portions may be formed, for example, with a diameter of 300 nm or more and 1000 nm or less and with a density of 10 2 pieces/cm 2 or more and 10 5 pieces/cm 2 or less. By setting the density of the convex portions within the above-mentioned range, the density of hillocks formed starting from the convex portions can also be controlled within the above-mentioned range. The convex portions may have any shape that protrudes from the substrate surface, and may be spherical, hemispherical, or polyhedral, or may be mountain-shaped protrusions.

基板表面上の凸部は、例えばマイクロパーティクルで構成してもよい。マイクロパーティクルは、直径が300nm以上1000nm以下であれば、材料は限定されないが、例えばアルミナ(Al)の粒子を用いることができる。また、マイクロパーティクルは、基板の表面の一部の領域において10個/cm以上10個/cm以下の密度で打ち込まれていればよく、打ち込みに用いる装置は特に限定されない。例えばマイクロエアブラスター装置を使用して、マイクロパーティクルを基板表面に上述範囲の密度で打ち込む(噴霧する)ことにより、基板表面に凸部を形成することができる。また、この場合、基板上においてヒロックが形成されることが好ましくない領域、すなわち表面の一部の領域を除く残余の領域には、SiO等のマスクによって保護しておくことが好ましい。 The convex portion on the substrate surface may be composed of, for example, microparticles. The material of the microparticles is not limited as long as the diameter is 300 nm or more and 1000 nm or less, but for example, alumina (Al 2 O 3 ) particles can be used. The microparticles may be implanted in a partial region of the substrate surface at a density of 10 2 particles/cm 2 or more and 10 5 particles/cm 2 or less, and the device used for implantation is not particularly limited. For example, a micro air blaster device can be used to implant (spray) the microparticles in the above-mentioned range of density on the substrate surface to form convex portions on the substrate surface. In this case, it is preferable to protect the remaining region of the substrate, excluding the partial region of the surface, by a mask such as SiO 2 .

また、基板表面の凸部は、パターニングにより形成してもよい。より詳細には、基板表面の凸部は、エッチング法によって基板の表面上の一部の領域をエッチングして、形成してもよい。
パターニングにより凸部を形成する場合、例えば基板の表面上の一部の領域を露出させ、残余の領域を覆うレジストマスクを形成する。次いで、エッチング法によって基板の表面上の一部の領域をエッチングして、直径が300nm以上1000nm以下であり10個/cm以上10個/cmの密度の凸部を形成すればよい。基板表面のエッチングに用いる装置は、上述範囲の直径、密度の凸部を形成可能であればよく、特に限定されないが、例えば、誘導結合プラズマ装置(ICP)を用いることができる。また、基板表面の残余の領域、つまり凸部を形成しない領域を覆うレジストマスクの材料は限定されないが、例えばフォトレジストやSiOまたはNiなどのマスクを用いることができる。
The convex portions on the surface of the substrate may be formed by patterning. More specifically, the convex portions on the surface of the substrate may be formed by etching a partial area on the surface of the substrate by an etching method.
When forming a convex portion by patterning, for example, a part of the surface of the substrate is exposed, and a resist mask is formed to cover the remaining area. Then, a part of the surface of the substrate is etched by an etching method to form a convex portion having a diameter of 300 nm to 1000 nm and a density of 10 2 pieces/cm 2 to 10 5 pieces/cm 2. The device used for etching the substrate surface is not particularly limited as long as it can form convex portions having a diameter and density within the above range, but for example, an inductively coupled plasma device (ICP) can be used. In addition, the material of the resist mask covering the remaining area of the substrate surface, i.e., the area where the convex portion is not formed, is not limited, but for example, a photoresist, SiO 2, Ni, or other mask can be used.

上述のように、基板表面上の凸部は、ヒロックの起点となる構成であって、当該凸部上にヒロックが形成される。したがって、レーザダイオードにおいて第1電極が形成される領域に相当する基板表面の一部の領域に凸部を形成することにより、レーザダイオードにおいて第1導電型クラッド層上の第1電極と対向する表面にヒロックを形成することができる。また、基板表面の当該一部の領域において、凸部の密度を均一とすることで、第1導電型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度、つまりヒロックの個数をより高い精度で制御することができる。 As described above, the convex portions on the substrate surface are the starting points for hillocks, and hillocks are formed on the convex portions. Therefore, by forming convex portions in a partial region of the substrate surface that corresponds to the region in which the first electrode is formed in the laser diode, hillocks can be formed on the surface of the laser diode that faces the first electrode on the first conductivity type cladding layer. Furthermore, by making the density of the convex portions uniform in the partial region of the substrate surface, the density of hillocks on the surface that faces the first electrode on the first conductivity type cladding layer, i.e., the number of hillocks, can be controlled with higher precision.

(半導体積層部の形成)
基板上に形成される半導体積層部の各層は、例えば、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、ハイドライド気相成長(HVPE)法または有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法等により形成することができる。
(Formation of Semiconductor Stack)
Each layer of the semiconductor laminate formed on the substrate can be formed by, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) method, a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method, or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.

ここで、基板上に形成された各層のうち窒化物半導体の層は、例えばトリメチルアルミニウム(TMAl)を含むAl原料、トリメチルガリウム(TMGa)またはトリエチルガリウム(TEGa)等を含むGa原料、もしくはアンモニア(NH)を含むN原料を用いて形成することができる。 Here, among the layers formed on the substrate, the nitride semiconductor layer can be formed using, for example, an Al source containing trimethylaluminum (TMAl), a Ga source containing trimethylgallium (TMGa) or triethylgallium (TEGa), or the like, or a N source containing ammonia (NH 3 ).

ヒロックは、基板表面に形成された凸部を起点として、上述の原料による窒化物半導体を含む薄膜成長に伴って形成される。
具体的には、まず基板上に、第1導電型の窒化物半導体を含む第1導電型クラッド層を形成する。このとき、第1導電型クラッド層の成長に伴い、基板表面の凸部上方を起点としてヒロックも成長する。ヒロックは、第1導電型クラッド層と同様の窒化物半導体で構成される。第1導電型クラッド層がAlおよびGaNを含む窒化物半導体(AlGaN)であれば、ヒロックもAlGaNで形成される。薄膜の形成時において、基板表面の凸部が薄膜で被覆されると、薄膜において凸部被覆箇所が他の領域よりも突出する。このため、第1導電型クラッド層の成長に伴って、第1導電型クラッド層の厚み方向に伸長したヒロックは、第1導電型クラッド層上に突出した形状となる。
このようにして、基板上に、第1導電型の窒化物半導体を含み、且つ基板表面の凸部上方に形成されて表面に露出したヒロックを有する第1導電型クラッド層が形成される。
第1導電型クラッド層が形成された時点では、第1導電型クラッド層上にヒロック外周部は形成されておらず、ヒロックは第1導電型クラッド層の表面上において突出した形状で露出している。
Hillocks are formed starting from protrusions formed on the substrate surface as a thin film containing a nitride semiconductor is grown from the above-mentioned raw materials.
Specifically, a first-conductivity-type cladding layer including a first-conductivity-type nitride semiconductor is first formed on a substrate. At this time, as the first-conductivity-type cladding layer grows, hillocks also grow starting from above the convex portions on the substrate surface. The hillocks are made of the same nitride semiconductor as the first-conductivity-type cladding layer. If the first-conductivity-type cladding layer is a nitride semiconductor (AlGaN) including Al and GaN, the hillocks are also made of AlGaN. When the thin film is formed, if the convex portions on the substrate surface are covered with the thin film, the covered portions of the thin film protrude from other regions. Therefore, as the first-conductivity-type cladding layer grows, the hillocks extending in the thickness direction of the first-conductivity-type cladding layer protrude above the first-conductivity-type cladding layer.
In this manner, a first conductivity type cladding layer is formed on the substrate, the cladding layer including a first conductivity type nitride semiconductor and having hillocks formed above the convex portions on the substrate surface and exposed on the surface.
When the first conductivity type cladding layer is formed, the hillock periphery is not formed on the first conductivity type cladding layer, and the hillock is exposed in a protruding shape on the surface of the first conductivity type cladding layer.

次いで、第1導電型クラッド層上に、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体(AlGaN等)により発光層を形成し、発光層上に、第2導電型の窒化物半導体(AlGaN等)を含み、且つ基板表面の凸部上方に形成されて表面に露出したヒロックを有する第2導電型クラッド層を形成する。これにより、半導体積層部が形成される。発光層および第2導電型クラッド層の形成時においても、第1導電型クラッド層の形成時と同様に、各層の成長に伴って、厚さ方向に伸長するヒロックが形成される。
成膜後の半導体積層部において、ヒロックは、基板表面上の凸部を起点として、薄膜成長に伴って半導体積層部の厚さ方向に伸長し、半導体積層部の最上層(例えば、第2導電型クラッド層)の表面において突出した形状で露出している。
Next, a light emitting layer is formed on the first conductive cladding layer using a nitride semiconductor (such as AlGaN) including one or more quantum wells, and a second conductive cladding layer is formed on the light emitting layer, the second conductive cladding layer including a nitride semiconductor (such as AlGaN) and having hillocks formed above the convex portions of the substrate surface and exposed on the surface. This forms a semiconductor laminate. During the formation of the light emitting layer and the second conductive cladding layer, hillocks extending in the thickness direction are formed as each layer grows, similar to the formation of the first conductive cladding layer.
In the semiconductor laminate after film formation, hillocks start from convex portions on the substrate surface and extend in the thickness direction of the semiconductor laminate as the thin film grows, and are exposed in a protruding shape on the surface of the top layer (e.g., the second conductivity type cladding layer) of the semiconductor laminate.

なお、必要に応じて、基板と第1導電型クラッド層との間にAlN又はAlGaN等の窒化物半導体によるバッファ層を形成してもよいし、発光層の上下にAlGaN等の窒化物半導体による導波路層を形成してもよい。また、第2導電型クラッド層および導波路の間にAlGaN等の窒化物半導体による中間層を形成してもよいし、第2導電型クラッド層上にGaN等を含む窒化物半導体第2導電型コンタクト層を設けてもよいし、発光層よりも上方に電子ブロック層を形成してもよい。第2導電型コンタクト層が設けられる場合、成膜後においてヒロックは第2導電型コンタクト層上に突出して形成される。 If necessary, a buffer layer made of a nitride semiconductor such as AlN or AlGaN may be formed between the substrate and the first conductive cladding layer, and a waveguide layer made of a nitride semiconductor such as AlGaN may be formed above and below the light emitting layer. In addition, an intermediate layer made of a nitride semiconductor such as AlGaN may be formed between the second conductive cladding layer and the waveguide, a nitride semiconductor second conductive contact layer containing GaN or the like may be provided on the second conductive cladding layer, or an electron blocking layer may be formed above the light emitting layer. When a second conductive contact layer is provided, hillocks are formed protruding above the second conductive contact layer after deposition.

ヒロックは平面視における形状、つまり上面形状としてn角形(nは3以上の整数)を保持しつつ成長していくため、基板上に形成される積層膜(第1導電型クラッド層、発光像、第2導電型クラッド層等)の膜厚が増えるに従い、上面形状の大きさ、すなわち最大径が拡大していく。このため、ヒロックは、上述のように基板表面の凸部から上方に向かって径が拡大するn角錐の形状で成長する。 Hillocks grow while maintaining their shape in a plan view, that is, their top surface shape, which is an n-sided shape (n is an integer of 3 or more), so as the thickness of the laminated films (first conductivity type cladding layer, light-emitting layer, second conductivity type cladding layer, etc.) formed on the substrate increases, the size of the top surface shape, that is, the maximum diameter, increases. For this reason, hillocks grow in the shape of an n-sided pyramid whose diameter increases upward from the convex portion on the substrate surface, as described above.

上述のような形成メカニズムから、ヒロックの上面形状の大きさ(最大径))は、半導体積層部の成長膜厚および各層(薄膜)の成長条件によって変化する。具体的には、ヒロックは、上述のように基板上の各層の膜厚によって上面形状の大きさが変わる。このため、例えば半導体積層部の最上層の第2導電型クラッド層上に露出しているヒロックの上面形状は、第1導電型クラッド層の形成時点で第1導電型クラッド層上に露出しているヒロックの上面形状よりも最大径が大きい。 Due to the formation mechanism described above, the size (maximum diameter) of the top surface shape of the hillock changes depending on the grown film thickness of the semiconductor laminate and the growth conditions of each layer (thin film). Specifically, as described above, the size of the top surface shape of the hillock changes depending on the film thickness of each layer on the substrate. For this reason, for example, the top surface shape of a hillock exposed on the second conductivity type cladding layer, the topmost layer of the semiconductor laminate, has a larger maximum diameter than the top surface shape of a hillock exposed on the first conductivity type cladding layer at the time the first conductivity type cladding layer is formed.

また例えば、有機金属堆積法(MOVPE法)によって薄膜を成長している場合、基板表面上の起点部の端部には熱拡散長の差により、Ga原子が優先的に凝集する。ここで、熱拡散長の制御の観点から、一例としてV族とIII族原料の比であるV/III比は500以上10000以下であることが好ましい。これにより、半導体積層部の最上層におけるヒロックの最大径を1μm以上30μm以下とすることができる。また、薄膜の成長レートは0.1μm/h以上3.0μm/h以下であることが好ましい。これにより、半導体積層部の最上層の表面を基準としたヒロックの高さ(突出形状の高さ)を10nm以上1000nm以下とすることができる。 For example, when a thin film is grown by metal organic vapor deposition (MOVPE), Ga atoms preferentially aggregate at the end of the starting point on the substrate surface due to the difference in thermal diffusion length. Here, from the viewpoint of controlling the thermal diffusion length, it is preferable that the V/III ratio, which is the ratio of the group V and group III raw materials, is 500 to 10,000. This allows the maximum diameter of the hillocks in the top layer of the semiconductor laminate to be 1 μm to 30 μm. In addition, it is preferable that the growth rate of the thin film is 0.1 μm/h to 3.0 μm/h. This allows the height of the hillocks (height of the protruding shape) based on the surface of the top layer of the semiconductor laminate to be 10 nm to 1000 nm.

成膜時において半導体積層部の最上層に突出したヒロックのサイズは、上面形状の直径(最大径)が1μm以上かつ30μm以下であり、最上層の表面を基準とした高さが10nm以上1000nm以下であること好ましい。したがって、基板表面に形成される凸部は、最大径及び高さが上述の範囲内であるヒロックを、半導体積層部の最上層に形成できる構成であればよい。またヒロックの起点は凸部に限られない、例えば、ヒロックは、基板表面に形成された凹部上に形成されてもよい。基板表面において、ヒロックの起点となる構成(突起や凹凸形状)を、「起点部」とも称する。 During film formation, the size of the hillocks protruding from the top layer of the semiconductor laminate is preferably such that the diameter (maximum diameter) of the top surface shape is 1 μm or more and 30 μm or less, and the height based on the surface of the top layer is 10 nm or more and 1000 nm or less. Therefore, the convex portion formed on the substrate surface may be configured to form hillocks with maximum diameter and height within the above-mentioned ranges on the top layer of the semiconductor laminate. Furthermore, the starting point of the hillock is not limited to the convex portion; for example, the hillock may be formed on a concave portion formed on the substrate surface. The structure (protrusion or uneven shape) that serves as the starting point of the hillock on the substrate surface is also referred to as the "starting point portion."

さらにヒロックの密度は、基板に形成された凸部の密度に基づいて変化する。つまり、上述のように、基板において凸部が10個/cm以上10個/cmの密度で形成されている場合、半導体積層部において平面視で凸部が形成された基板表面の一部領域と重なる領域には、10個/cm以上10個/cmの密度でヒロックが形成される。つまり、半導体積層部において平面視で凸部が形成された基板表面の一部領域と重なる領域のヒロックの個数は、当該基板表面の一部領域の凸部の個数によって変化する。 Furthermore, the density of hillocks changes based on the density of the convex portions formed on the substrate. That is, as described above, when the convex portions are formed on the substrate at a density of 102 /cm2 or more and 105 / cm2 , hillocks are formed at a density of 102 /cm2 or more and 105 / cm2 in the region of the semiconductor laminate overlapping the partial region of the substrate surface where the convex portions are formed in a plan view. That is, the number of hillocks in the region of the semiconductor laminate overlapping the partial region of the substrate surface where the convex portions are formed in a plan view changes depending on the number of convex portions in the partial region of the substrate surface.

レーザダイオードは、基板上に形成された半導体積層部の各層の不要部分をエッチングによって除去する工程(メサ構造形成工程)を経て製造される。メサ構造形成工程では、ヒロックが形成された領域をエッチング法により除去して、共振器を有するメサ構造が形成される。半導体積層部の各層の不要部分の除去は、例えば誘導結合型プラズマ(ICP)エッチング等で行うことができる。 Laser diodes are manufactured through a process (mesa structure formation process) in which unnecessary portions of each layer of the semiconductor laminate formed on the substrate are removed by etching. In the mesa structure formation process, the area where the hillocks are formed is removed by etching to form a mesa structure having a resonator. The unnecessary portions of each layer of the semiconductor laminate can be removed by, for example, inductively coupled plasma (ICP) etching.

メサ構造形成工程では、エッチングによって導体積層部の各層の不要部分が除去されることで、第1導電型クラッド層の一部が露出される。また、メサ構造形成工程では、物理的に半導体積層部のエッチングを行うため、半導体積層部の最上層の表面の形状を保持したままエッチングが行われる。このため、半導体積層部の最上層(第2導電型クラッド層)上におけるヒロックの突出形状、すなわち最上層に突出したヒロックの上面形状(平面視での形状)および大きさ(高さ、最大径)を保持したまま、第1導電型クラッド層までエッチングが行われる。これにより、第1導電型クラッド層上に突出したヒロックの外周面を囲むようにして、ヒロック外周部が形成される。ヒロックの外周部は、半導体積層部の最上層に突出していたヒロックの形状およびサイズの履歴として形成されるため、p型コンタクト層のヒロックと同一の形状(外観)を有する。半導体積層部の最上層にヒロックが複数形成されている場合は、メサ構造形成工程において、露出した第1導電型クラッド層上の各ヒロックの外周にヒロックの外周部が形成される。 In the mesa structure formation process, unnecessary parts of each layer of the conductor laminate are removed by etching, thereby exposing a part of the first conductive clad layer. In addition, in the mesa structure formation process, the semiconductor laminate is physically etched, so that the etching is performed while maintaining the shape of the surface of the top layer of the semiconductor laminate. Therefore, etching is performed up to the first conductive clad layer while maintaining the protruding shape of the hillock on the top layer (second conductive clad layer) of the semiconductor laminate, that is, the top surface shape (shape in plan view) and size (height, maximum diameter) of the hillock protruding on the top layer. As a result, a hillock periphery is formed so as to surround the outer peripheral surface of the hillock protruding on the first conductive clad layer. The hillock periphery is formed as a history of the shape and size of the hillock protruding on the top layer of the semiconductor laminate, so it has the same shape (appearance) as the hillock of the p-type contact layer. If multiple hillocks are formed on the top layer of the semiconductor laminate, in the mesa structure formation process, hillock peripheries are formed around each hillock on the exposed first conductivity type cladding layer.

このようにして、第1導電型クラッド層上には、成膜時に形成されたヒロックとエッチングによる履歴として形成されたヒロック外周部とで構成されたヒロック構造部が形成される。上述のように、メサ構造形成工程後には、ヒロック外周部で覆われたヒロック、すなわちヒロック構造部がヒロックの外観として観察されることとなる。 In this way, a hillock structure is formed on the first conductive cladding layer, which is composed of the hillock formed during film formation and the hillock periphery formed as a history by etching. As described above, after the mesa structure formation process, the hillock covered by the hillock periphery, i.e., the hillock structure, is observed as the appearance of the hillock.

(電極の形成)
また、レーザダイオードは、電極を形成する工程を経て製造され得る。第1電極および第2電極等の電極は、例えば抵抗加熱蒸着、電子銃蒸着またはスパッタ等のように電子線蒸着(EB)法によって金属を蒸着させる種々の方法により形成されるが、これら方法には限定されない。各電極は、単層で形成してもよく、複数層積層して形成してもよい。また、各電極は、層の形成後に酸素、窒素または空気雰囲気等で熱処理が行われてもよい。
最後に、上述した工程を経て各層が形成された基板を、ダイシングにより個片へと分割してレーザダイオードが製造される。
(Formation of electrodes)
The laser diode may also be manufactured through a process of forming electrodes. The electrodes, such as the first electrode and the second electrode, may be formed by various methods of depositing metal by electron beam deposition (EB) such as resistance heating deposition, electron gun deposition, or sputtering, but are not limited to these methods. Each electrode may be formed as a single layer or may be formed by laminating multiple layers. Each electrode may also be heat-treated in an oxygen, nitrogen, or air atmosphere after the layers are formed.
Finally, the substrate on which the layers have been formed through the above-mentioned steps is divided into individual pieces by dicing to manufacture the laser diodes.

具体的には、第1導電型クラッド層上において、ヒロックが露出した表面上、つまりヒロック構造部が形成されている表面上に第1電極を形成する。このとき、第1導電型クラッド層上において第1電極と対向する表面には、ヒロックが1個以上30個以下存在している。また、当該第1電極と対向する表面には、10個/cm以上10個/cm以下の密度でヒロックが存在している。これは、凸部形成時に、基板表面の一部領域(平面視において第1電極と重なると想定される領域)のにおいて凸部が当該密度で形成されているためである。このように、基板表面において凸部が形成される領域が、平面視において、第1導電型クラッド層上の第1電極が形成される領域と重なっている。これにより、第1導電型クラッド層上において第1電極と対向する表面にヒロックを形成することができ、レーザダイオードにおいて閾値電圧を低減することができる。 Specifically, the first electrode is formed on the surface of the first conductive cladding layer where the hillocks are exposed, that is, on the surface where the hillock structure is formed. At this time, 1 to 30 hillocks are present on the surface of the first conductive cladding layer facing the first electrode. Also, hillocks are present on the surface facing the first electrode at a density of 10 2 /cm 2 to 10 5 /cm 2. This is because the convex parts are formed at this density in a part of the substrate surface (a region assumed to overlap with the first electrode in a plan view) when the convex parts are formed. In this way, the region on the substrate surface where the convex parts are formed overlaps with the region on the first conductive cladding layer where the first electrode is formed in a plan view. This allows hillocks to be formed on the surface of the first conductive cladding layer facing the first electrode, and the threshold voltage of the laser diode can be reduced.

また、第2電極は、半導体積層部の一部形成されるメサ構造の最上層(例えば、第2導電型クラッド層)に形成される。基板表面に凸部を形成する際おいて、平面視で第2導電型クラッド層上の第2電極の領域と重なると想定される領域(残余の領域)は、例えばマスクによって保護されており、凸部は形成されない。これにより、第2導電型クラッド層上において第2電極と対向する表面に、確実にヒロックを形成しない構成とすることができる。
ヒロックが存在しないメサ構造に第2電極を形成する、すなわちメサ構造において第2電極と対向する表面にヒロックが存在しないことにより、レーザダイオードにおいて、発振閾値電流を低減することができる。
このように、本実施形態によるレーザダイオードの製造方法によれば、発振閾値電流及び閾値電圧を低減することができる。
The second electrode is formed on the top layer (e.g., the second conductive cladding layer) of a mesa structure that is a part of the semiconductor laminate. When forming the convex portion on the substrate surface, the region (remaining region) that is assumed to overlap with the region of the second electrode on the second conductive cladding layer in a plan view is protected by, for example, a mask, and the convex portion is not formed. This makes it possible to reliably prevent hillocks from being formed on the surface of the second conductive cladding layer that faces the second electrode.
By forming the second electrode on a mesa structure that is free of hillocks, i.e., by having no hillocks on the surface of the mesa structure that faces the second electrode, it is possible to reduce the oscillation threshold current in the laser diode.
In this manner, according to the method for manufacturing a laser diode according to the present embodiment, it is possible to reduce the oscillation threshold current and the threshold voltage.

2.紫外線発光素子の物性等の測定方法
上述したレーザダイオードの物性等は、以下のようにして測定することができる。
2. Method for Measuring the Physical Properties of the Ultraviolet Light Emitting Device The physical properties of the above-mentioned laser diode can be measured as follows.

(不純物濃度及びドーピング濃度の測定)
レーザダイオードを構成する基板及び半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により測定することができる。
半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度を、デバイスに加工された後にSIMSで測定する場合は、化学的なエッチングや物理研磨により電極を除去した状態で測定することができる。また、半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、電極が形成されていない基板側からスパッタして測定することもできる。
具体的には、エバンス・アナリティカル・グループ(EAG)社が提供する測定条件によりSIMS測定を実施する。測定時の試料のスパッタには、14.5keVのエネルギーを有したセシウム(Cs)イオンビームを用いる。
(Measurement of impurity and doping concentrations)
The concentrations of dopants and impurities contained in the substrate and each layer of the semiconductor laminate constituting the laser diode can be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
When the concentration of dopants or impurities contained in each layer of the semiconductor laminate is measured by SIMS after processing into a device, the measurement can be performed in a state where the electrodes are removed by chemical etching or physical polishing. The concentration of dopants or impurities contained in each layer of the semiconductor laminate can also be measured by sputtering from the substrate side where no electrodes are formed.
Specifically, the SIMS measurement is performed under the measurement conditions provided by Evans Analytical Group (EAG), Inc. A cesium (Cs) ion beam having an energy of 14.5 keV is used for sputtering the sample during the measurement.

(層厚の測定方法)
レーザダイオードを構成する各層の層厚は、基板に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)により観察し、TEMの測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、TEMを用いて、レーザダイオードの基板の主面に対して垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、レーザダイオードの基板の主面に対して垂直な断面を示すTEM画像内の、基板の主面に対して平行な方向において2μm以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる2層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅200nmの連続する観察領域で観察する。この200nm幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上述した2μm以上の観察幅から任意に抽出した5箇所から算出することで、各層の層厚を得ることができる。
(Method of measuring layer thickness)
The thickness of each layer constituting the laser diode can be measured by cutting out a predetermined cross section perpendicular to the substrate, observing this cross section with a transmission electron microscope (TEM), and using the length measurement function of the TEM. As a measurement method, first, a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of the laser diode is observed using a TEM. Specifically, for example, the observation width is set to a range of 2 μm or more in a direction parallel to the main surface of the substrate in a TEM image showing a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of the laser diode. In the range of this observation width, contrast is observed at the interface between two layers with different compositions, so the thickness to this interface is observed in a continuous observation region with a width of 200 nm. The average value of the thickness of each layer included in this 200 nm wide observation region can be calculated from five points arbitrarily extracted from the above-mentioned observation width of 2 μm or more to obtain the layer thickness of each layer.

(各層の原子濃度の測定方法)
レーザダイオードを構成する各層に含まれる原子濃度を測定する方法としては、X線回折(XRD:X-Ray Diffraction)法による逆格子マッピング測定(RSM:Reciprocal Space Mapping)が挙げられる。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、下地に対する格子緩和率とAl組成が得られる。回折面としては、例えば(10-15)面や(20-24)面が挙げられる。
また、発光層や傾斜層、各層に形成されたヒロックなどのXRDで十分な反射強度が得られない層や領域は、X線光電分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray spectroscopy)、及び電子エネルギー損失分光法(EELS:Electron Energy-Loss Spectroscopy)によって測定することができる。
(Method of measuring atomic concentration of each layer)
A method for measuring the atomic concentration of each layer constituting a laser diode includes reciprocal space mapping (RSM) using an X-ray diffraction (XRD) method. Specifically, the lattice relaxation rate and Al composition relative to the underlayer can be obtained by analyzing reciprocal lattice mapping data in the vicinity of a diffraction peak obtained with an asymmetric plane as a diffraction plane. Examples of the diffraction plane include the (10-15) plane and the (20-24) plane.
Furthermore, layers or regions in which sufficient reflection intensity cannot be obtained by XRD, such as the light-emitting layer, the inclined layer, and hillocks formed in each layer, can be measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and electron energy-loss spectroscopy (EELS).

EELSでは、電子線が試料を透過する際に失うエネルギーを測定することで、試料の組成を分析する。具体的には、例えば、TEM観察等で使用する薄片化試料において、透過電子線の強度のエネルギー損失スペクトルを測定・解析する。そして、エネルギー損失量20eV付近に現れるピーク位置が、各層の組成に応じて変化することを利用し、ピーク位置から組成を求めることができる。
上述のTEM観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅200nmにおけるAl組成の平均値を、2μm以上の観察領域から任意に抽出した5箇所から算出することで、各層のAl組成を得る。
In EELS, the composition of a sample is analyzed by measuring the energy lost when an electron beam passes through the sample. Specifically, for example, the energy loss spectrum of the intensity of the transmitted electron beam is measured and analyzed for a thin sliced sample used in TEM observation. The position of the peak that appears near the energy loss of 20 eV changes depending on the composition of each layer, and the composition can be determined from the peak position.
In the same manner as in the method of calculating layer thickness by TEM observation described above, the average value of the Al composition in an observation width of 200 nm is calculated from five points arbitrarily selected from an observation region of 2 μm or more, thereby obtaining the Al composition of each layer.

EDXでは、上述のTEM観察等で使用する薄片化試料において電子線によって発生する特性X線を測定・解析する。上述のTEM観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅200nmにおけるAl組成の平均値を、2μm以上の観察領域から任意に抽出した5箇所から算出することで、各層のAl組成を得る。 In EDX, characteristic X-rays generated by an electron beam in a thin-sectioned sample used in the above-mentioned TEM observation are measured and analyzed. In the same manner as the method for calculating layer thickness using TEM observation described above, the Al composition of each layer is obtained by calculating the average value of the Al composition in an observation width of 200 nm from five points arbitrarily selected from an observation area of 2 μm or more.

XPSでは、イオンビームを用いたスパッタエッチングを行いながらXPS測定を行うことで、深さ方向の評価が可能である。イオンビームには一般的にAr+が用いられるが、XPS装置に搭載されたエッチング用イオン銃で照射できるイオンであれば、例えばArクラスターイオンなどの他のイオン種でもよい。Al、Ga、NのXPSピーク強度を測定・解析して各層のAl組成の深さ方向分布を得る。スパッタエッチングの代わりに、基板の主面に対して垂直な断面が拡大されて露出されるようにレーザダイオードを斜め研磨して、露出断面をXPSで測ってもよい。 In XPS, depth direction evaluation is possible by performing XPS measurement while performing sputter etching using an ion beam. Although Ar+ is generally used for the ion beam, other ion species such as Ar cluster ions can be used as long as they can be irradiated with the etching ion gun mounted on the XPS device. The XPS peak intensities of Al, Ga, and N are measured and analyzed to obtain the depth direction distribution of the Al composition of each layer. Instead of sputter etching, the laser diode can be polished at an angle so that a cross section perpendicular to the main surface of the substrate is enlarged and exposed, and the exposed cross section can be measured by XPS.

XPSだけでなくオージェ電子分光法(AES:Auger Electron Spectroscopy)を用いても各層の組成を測定できる。この場合、スパッタエッチングあるいは斜め研磨により露出させた断面においてオージェ電子分光法による測定を行うことで、組成を測定できる。また、斜め研磨により露出させた断面に対するSEM-EDX測定によっても、各層の組成を測定できる。 The composition of each layer can be measured not only by XPS but also by Auger Electron Spectroscopy (AES). In this case, the composition can be measured by performing Auger Electron Spectroscopy on a cross section exposed by sputter etching or angled polishing. The composition of each layer can also be measured by SEM-EDX measurement of a cross section exposed by angled polishing.

(ヒロック構造部の大きさ、上面形状の測定)
レーザダイオードに形成されたヒロックを含むヒロック構造部の大きさ(最大径および高さ)、及び上面形状は、レーザダイオードの製造時におけるメサ構造の形成後、第1電極の形成前に測定する。また、これに限らず、レーザダイオードにおいて第一電極を除去した上で測定してもよい。
具体的には、ヒロック構造部の最大径および高さは、例えばメサ構造の形成後において露出した第1導電型クラッド層を白色干渉計レーザ顕微鏡によって観察することで、測定することができる。
任意の測定箇所においてヒロックを含むヒロック構造部が複数存在する場合、測定箇所における複数のヒロック構造部の最大径の中央値、高さの中央値を求め、それぞれをヒロック構造部の最大径、高さとする。また、ヒロック構造部の上面形状は、例えばメサ構造の形成後において露出した第1導電型クラッド層を白色干渉計レーザ顕微鏡によって観察することで、測定することができる。
(Measurement of the size and top surface shape of the hillock structure)
The size (maximum diameter and height) and the top surface shape of the hillock structure including the hillock formed in the laser diode are measured after the mesa structure is formed and before the first electrode is formed during the manufacture of the laser diode. Alternatively, the measurements may be performed after removing the first electrode from the laser diode.
Specifically, the maximum diameter and height of the hillock structure can be measured, for example, by observing the exposed first conductivity type cladding layer after the formation of the mesa structure with a white light interferometer laser microscope.
When a plurality of hillock structures including hillocks are present at an arbitrary measurement point, the median of the maximum diameter and the median of the height of the plurality of hillock structures at the measurement point are calculated and these are set as the maximum diameter and height of the hillock structure, respectively. Furthermore, the top surface shape of the hillock structure can be measured, for example, by observing the first conductive type cladding layer exposed after the formation of the mesa structure with a white light interferometer laser microscope.

(ヒロック構造部の個数の測定)
ヒロックが形成されると、レーザダイオード構造では合わせてヒロック外周部が形成される。したがって、ヒロック個数、密度は、すなわちヒロック構造部の個数である。ヒロック構造部の個数は、レーザダイオードの作製後において、第1電極に覆われたヒロック構造部、すなわち第1電極上に現れたヒロック構造部を対象として計測する。ヒロック構造部の個数は、白色干渉計レーザ顕微鏡によって第1電極上を観察することで、測定することができる。また、これに限らず、レーザダイオードにおいて第一電極を除去した上で測定してもよい。
ヒロック構造部の個数については、ヒロック構造部の表面積の半分以上が測定箇所に重なっている場合、測定箇所におけるヒロックの個数を1として数える。これはヒロックおよびヒロック外周部を含むヒロック構造部において、表面積の半分以上が測定箇所に重なっている場合に、ヒロック構造部に含まれるヒロックが測定箇所に重なっていると考察されるためである。一例として「第1導電型クラッド層上において、第1電極と対向する表面にヒロックがp個(pは1以上の整数)ある」という表現は、第1電極が形成される領域に対して表面積が半分以上重なっているヒロック構造部の数がp個であることを意味する。
(Measurement of the number of hillock structures)
When hillocks are formed, a hillock periphery is formed in the laser diode structure. Therefore, the number and density of hillocks are the number of hillock structures. The number of hillock structures is measured for hillock structures covered by the first electrode, i.e., hillock structures appearing on the first electrode, after the laser diode is fabricated. The number of hillock structures can be measured by observing the first electrode with a white light interferometer laser microscope. Alternatively, the number of hillock structures may be measured after removing the first electrode in the laser diode.
Regarding the number of hillock structures, when half or more of the surface area of a hillock structure overlaps with the measurement point, the number of hillocks at the measurement point is counted as 1. This is because, in a hillock structure including a hillock and a hillock periphery, when half or more of the surface area overlaps with the measurement point, the hillock included in the hillock structure is considered to overlap with the measurement point. As an example, the expression "on the first conductive type cladding layer, there are p hillocks (p is an integer of 1 or more) on the surface facing the first electrode" means that the number of hillock structures whose surface area overlaps with half or more of the region where the first electrode is formed is p.

また、測定箇所と重なる表面積が半分未満であるヒロック構造部については、個数を計測しない。つまり、測定箇所に重なる表面積が半分未満であるヒロック構造部が複数存在する場合も、該複数のヒロック構造部については、ヒロックの個数としては計測しない。
一例として「第2導電型クラッド層上において、第2電極と対向する表面にヒロックがない」という表現は、第2電極の領域と表面積が半分以上重なっているヒロック構造部の数が0個であることを意味する。第2電極と重なる領域には凸部を起点とするヒロックは形成しないが、意図せずにヒロックが発生する場合もある。この場合であっても、発生したヒロックにおいて、第2電極の領域と重なる表面積が半分未満であれば、「ヒロックがない」といえる。
(ヒロック構造部の密度の算出)
また、ヒロックの密度に関しては、密度を測定する領域の面積とヒロックの個数との除算によって求めることができる。例えば、第1電極が形成された領域の面積(例えば、第1電極の底面積)と、当該領域内のヒロックの個数(当該領域と表面積が半分以上重なるヒロック構造部の数)との除算によって求めることができる。
Furthermore, the number of hillock structures that overlap less than half of the surface area with the measurement point is not counted. In other words, even if there are multiple hillock structures that overlap less than half of the surface area with the measurement point, the number of hillocks for the multiple hillock structures is not counted.
As an example, the expression "there are no hillocks on the surface of the second conductive type cladding layer facing the second electrode" means that the number of hillock structures that overlap with the second electrode region by half or more of their surface area is zero. Hillocks originating from convex portions are not formed in the region overlapping with the second electrode, but hillocks may occur unintentionally. Even in this case, if the surface area of the hillocks that do occur that overlap with the second electrode region is less than half, it can be said that there are "no hillocks."
(Calculation of density of hillock structure)
The density of the hillocks can be calculated by dividing the area of the region where the density is measured by the number of hillocks, for example, by the area of the region where the first electrode is formed (e.g., the bottom area of the first electrode) by the number of hillocks in the region (the number of hillock structures whose surface area overlaps with the region by half or more).

(ヒロックの断面形状の測定)
また、基板表面を起点として第1導電型クラッド層の厚さ方向に伸長したヒロックの断面形状は、基板表面と垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)により観察し、TEMの測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、TEMを用いて、レーザダイオードの基板の主面に対して垂直な断面を観察する。例えば、ヒロックを含むヒロック構造部の上面形状が平面視でs角形(sは4以上の偶数)だった場合、対角線に対して垂直な断面を示すTEM画像内のヒロックの形状を測定することで、基板に垂直方向のヒロックの形状を類推することが可能となる。ヒロック構造部の上面形状が平面視でt角形(tは5以上の奇数)の場合、すくなくとも2つの対角線に対して垂直な断面を示すTEM画像内のヒロックの形状を測定することで、基板に垂直方向のヒロックの形状を類推することが可能となる。またヒロック構造部の上面形状が平面視で3角形の場合、平面視において、1つの頂点から垂線を降ろした断面を示すTEM画像内の、形状を測定することで、基板に垂直方向のヒロックの形状を類推することが可能となる。
(Measurement of Hillock Cross-Sectional Shape)
The cross-sectional shape of the hillock extending in the thickness direction of the first conductive cladding layer starting from the substrate surface can be measured by cutting out a predetermined cross section perpendicular to the substrate surface, observing this cross section with a transmission electron microscope (TEM), and using the length measurement function of the TEM. As a measurement method, first, a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of the laser diode is observed using a TEM. For example, when the top surface shape of the hillock structure including the hillock is an s-gon (s is an even number of 4 or more) in a plan view, the shape of the hillock perpendicular to the substrate can be inferred by measuring the shape of the hillock in a TEM image showing a cross section perpendicular to the diagonal. When the top surface shape of the hillock structure is a t-gon (t is an odd number of 5 or more) in a plan view, the shape of the hillock perpendicular to the substrate can be inferred by measuring the shape of the hillock in a TEM image showing a cross section perpendicular to at least two diagonals. Furthermore, when the top surface shape of the hillock structure is triangular in plan view, it is possible to infer the shape of the hillock in the direction perpendicular to the substrate by measuring the shape in a TEM image showing a cross section taken along a perpendicular line dropped from one vertex in plan view.

(紫外線発光素子の適用分野)
本開示に係るレーザダイオードは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。レーザダイオードは、薬品または化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体(容器、食品、医療機器等)殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・FPD(Flat Panel Display)・PCB(Printed Wiring Board)・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
(Applications of ultraviolet light emitting elements)
The laser diode according to the present disclosure can be applied to devices in, for example, the medical and life science fields, the environmental field, the industrial and manufacturing fields, the household appliances field, the agricultural field, and other fields. The laser diode can be applied to a drug or chemical synthesis/decomposition device, a liquid/gas/solid (container, food, medical equipment, etc.) sterilization device, a semiconductor cleaning device, etc., a surface modification device for film, glass, metal, etc., an exposure device for manufacturing semiconductors, FPD (Flat Panel Display), PCB (Printed Wiring Board), and other electronic products, a printing/coating device, an adhesive/sealing device, a transfer/molding device for film, pattern, mockup, etc., and a measurement/inspection device for banknotes, wounds, blood, chemical substances, etc.

液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるが、この限りではない。 Examples of liquid sterilization devices include, but are not limited to, automatic ice makers, ice trays and ice storage containers in refrigerators, water tanks for ice makers, freezers, ice makers, humidifiers, dehumidifiers, cold water tanks, hot water tanks and flow pipes of water servers, freestanding water purifiers, portable water purifiers, water supply units, hot water heaters, wastewater treatment devices, garbage disposers, toilet drain traps, washing machines, dialysis water sterilization modules, peritoneal dialysis connector sterilizers, disaster water storage systems, etc.

気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用または寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるが、この限りではない。
固体殺菌装置(表面殺菌装置を含む)の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるが、この限りではない。
Examples of gas sterilization devices include, but are not limited to, air purifiers, air conditioners, ceiling fans, floor or bedding vacuum cleaners, futon dryers, shoe dryers, washing machines, clothes dryers, indoor germicidal lamps, storage ventilation systems, shoe boxes, chests of drawers, etc.
Examples of solid sterilization equipment (including surface sterilization equipment) include, but are not limited to, vacuum packing machines, belt conveyors, hand tool sterilization equipment for medical/dental use, barber shops/beauty salons, toothbrushes, toothbrush holders, chopstick cases, cosmetic pouches, drain covers, toilet spot cleaners, toilet lids, etc.

3.紫外線発光素子の具体例
以下、図1から図8を参照して、本実施形態のレーザダイオードをより具体的に説明する。なお、以下の各実施形態の各層の詳細な構成は、上述した通りである。
3. Specific Examples of Ultraviolet Light Emitting Devices The laser diode of the present embodiment will be described in more detail below with reference to Figures 1 to 8. Note that the detailed configuration of each layer in each of the following embodiments is as described above.

(3.1)第1の実施形態
図1および図2は、第1の実施形態にかかるレーザダイオード1を説明するための模式図である。図1は、レーザダイオード1の平面模式図であり、図2はレーザダイオード1の断面模式図である。図1において、<1-100><11-20><0001>はそれぞれ結晶方位を示している。
図2に示すように、レーザダイオード1は、基板10と、基板10上に配置される半導体積層部20と、第1電極31と、第2電極32とを備えている。半導体積層部20は、第1導電型クラッド層21と、発光層22と、第2導電型クラッド層23とを有している。半導体積層部20の一部は、メサ構造201となっている。メサ構造201の端面ES(図1参照)は、光共振および射出のための共振器構造となっており、端面ESに垂直な方向(図1中の矢印の方向)にレーザ光が出射する。
(3.1) First embodiment Figures 1 and 2 are schematic diagrams for explaining a laser diode 1 according to a first embodiment. Figure 1 is a schematic plan view of the laser diode 1, and Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the laser diode 1. In Figure 1, <1-100>, <11-20>, and <0001> respectively indicate crystal orientations.
As shown in Fig. 2, the laser diode 1 includes a substrate 10, a semiconductor laminate 20 disposed on the substrate 10, a first electrode 31, and a second electrode 32. The semiconductor laminate 20 includes a first conductive type cladding layer 21, a light emitting layer 22, and a second conductive type cladding layer 23. A part of the semiconductor laminate 20 has a mesa structure 201. An end surface ES (see Fig. 1) of the mesa structure 201 is a resonator structure for optical resonance and emission, and laser light is emitted in a direction perpendicular to the end surface ES (the direction of the arrow in Fig. 1).

また、レーザダイオード1の第1導電型クラッド層21において、第1電極31と対向する表面に、ヒロック(不図示)が形成されている。これにより、レーザダイオード1において、閾値電圧を低減することができる。
また、第1導電型クラッド層21上には、当該ヒロックの外周面に沿ってヒロック外周部(不図示)が形成されている。第1導電型クラッド層21の表面上に突出したヒロックおよびヒロック外周部、すなわちヒロック構造部は、第1電極に覆われており露出していないが、ヒロック構造部の外観形状は、第1電極上から観察することができる。ヒロックは、基板10の表面を起点として形成され、第1導電型クラッド層21の表面において突出している。また、ヒロック外周部は、メサ構造201の形成時において、第1導電型クラッド層21上の一部の半導体積層部20を除去するためのエッチングにより形成された突出形状である。ヒロック外周部は、第1導電型クラッド層21上から除去された半導体積層部20の第2導電型クラッド層23上に形成されていたヒロックの突出部分の履歴であって、の第2導電型クラッド層23上に形成されていたヒロックと最大径、高さ、および形状が同一である。
Furthermore, hillocks (not shown) are formed on the surface of the first conductivity type cladding layer 21 of the laser diode 1 that faces the first electrode 31. This allows the threshold voltage of the laser diode 1 to be reduced.
Also, on the first-conductivity-type cladding layer 21, a hillock periphery (not shown) is formed along the outer periphery of the hillock. The hillock and the hillock periphery protruding from the surface of the first-conductivity-type cladding layer 21, i.e., the hillock structure, are covered by the first electrode and are not exposed, but the external shape of the hillock structure can be observed from above the first electrode. The hillock is formed starting from the surface of the substrate 10 and protrudes from the surface of the first-conductivity-type cladding layer 21. The hillock periphery is a protruding shape formed by etching to remove a part of the semiconductor laminate 20 on the first-conductivity-type cladding layer 21 when the mesa structure 201 is formed. The hillock periphery is a history of the protruding part of the hillock formed on the second-conductivity-type cladding layer 23 of the semiconductor laminate 20 removed from the first-conductivity-type cladding layer 21, and has the same maximum diameter, height, and shape as the hillock formed on the second-conductivity-type cladding layer 23.

メサ構造201内における側面SSから距離Lが5μm未満の領域が第1領域202(図1および図2中、一点鎖線で示す)である。レーザダイオード1は、第1領域202内にのみ基板10の結晶方位<1-100>方向に伸びる転位線を複数備えている。このため、レーザダイオード1は、第2導電型クラッド層23上において第1領域202を除く領域、すなわち平面視において第2導電型クラッド層23上のメサ構造201の側面SSから5μm離れた領域に、第2電極32を備えている。
また、レーザダイオード1において、第2導電型クラッド層23上において、第2電極32と対向する表面には、ヒロックは、形成されていない。これにより、レーザダイオード1において、注入した電流が発光層で効率的に結合できるため発振閾値電流を低減することができる。
A region in the mesa structure 201 that is at a distance L of less than 5 μm from the side surface SS is the first region 202 (shown by a dashed line in FIGS. 1 and 2). The laser diode 1 has a plurality of dislocation lines that extend in the <1-100> crystal orientation direction of the substrate 10 only in the first region 202. For this reason, the laser diode 1 has the second electrode 32 in a region on the second conductivity type cladding layer 23 other than the first region 202, that is, in a region on the second conductivity type cladding layer 23 that is 5 μm away from the side surface SS of the mesa structure 201 in a plan view.
In addition, in the laser diode 1, no hillocks are formed on the surface of the second conductive type cladding layer 23 facing the second electrode 32. This allows the injected current to be efficiently coupled in the light emitting layer in the laser diode 1, thereby reducing the oscillation threshold current.

(3.2)第2の実施形態
図3は、第2の実施形態にかかるレーザダイオード2を説明するための模式図である。図3は、レーザダイオード2の断面模式図である。
レーザダイオード2は、第1導電型導波路層24と、第2導電型導波路層25とを更に備える半導体積層部20Aを有している点で、第1の実施形態に係るレーザダイオード1と相違する。
このようなレーザダイオード2は、発光層22への光閉じ込め効果が向上し、レーザダイオード2の発光強度が向上する。
また、レーザダイオード2においても、レーザダイオード1と同様に、第1導電型クラッド層21において、第1電極31と対向する表面に、ヒロック(不図示)が形成され、且つ第2導電型クラッド層23上において、第2電極32と対向する表面には、ヒロックは形成されていない。これにより、レーザダイオード2においても、発振閾値電流および閾値電圧を低減することができる。
(3.2) Second embodiment Fig. 3 is a schematic diagram for explaining a laser diode 2 according to a second embodiment. Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of the laser diode 2.
The laser diode 2 differs from the laser diode 1 according to the first embodiment in that the laser diode 2 has a semiconductor laminate portion 20A further including a first conductivity type waveguide layer 24 and a second conductivity type waveguide layer 25 .
In such a laser diode 2, the effect of confining light in the light emitting layer 22 is improved, and the emission intensity of the laser diode 2 is improved.
Also in the laser diode 2, similarly to the laser diode 1, hillocks (not shown) are formed on the surface of the first conductive type cladding layer 21 facing the first electrode 31, and no hillocks are formed on the surface of the second conductive type cladding layer 23 facing the second electrode 32. As a result, the oscillation threshold current and threshold voltage can also be reduced in the laser diode 2.

(3.3)第3の実施形態
図4は、第3の実施形態にかかるレーザダイオード3を説明するための模式図である。図4は、レーザダイオード3の断面模式図である。
レーザダイオード3は、第2導電型クラッド層23上に配置された第2導電型コンタクト層26を備える半導体積層部20Bを有している点で、第1の実施形態に係るレーザダイオード1と相違する。
このようなレーザダイオード3は、発光層22へのキャリア注入効率が向上し、レーザダイオード3の発光効率が向上する。
また、レーザダイオード3においても、レーザダイオード1と同様に、第1導電型クラッド層21において、第1電極31と対向する表面に、ヒロック(不図示)が形成される。また、レーザダイオード3において、第2導電型コンタクト層26上における第2電極32と対向する表面には、ヒロックは形成されていない。これにより、レーザダイオード3においても、発振閾値電流および閾値電圧を低減することができる。
なお、レーザダイオード3において、第1導電型クラッド層21上に形成されるヒロック外周部は、第1導電型クラッド層21上から除去された半導体積層部20Bの第2導電型コンタクト層26上に形成されていたヒロックの突出部分の履歴である。
(3.3) Third embodiment Fig. 4 is a schematic diagram for explaining a laser diode 3 according to a third embodiment. Fig. 4 is a schematic cross-sectional view of the laser diode 3.
The laser diode 3 differs from the laser diode 1 according to the first embodiment in that it has a semiconductor laminate portion 20B including a second conductivity type contact layer 26 disposed on a second conductivity type cladding layer 23.
In such a laser diode 3, the efficiency of carrier injection into the light emitting layer 22 is improved, and the light emission efficiency of the laser diode 3 is improved.
Also in the laser diode 3, similarly to the laser diode 1, hillocks (not shown) are formed on the surface of the first conductivity type cladding layer 21 facing the first electrode 31. Also in the laser diode 3, no hillocks are formed on the surface of the second conductivity type contact layer 26 facing the second electrode 32. As a result, the oscillation threshold current and threshold voltage can also be reduced in the laser diode 3.
In addition, in the laser diode 3, the hillock outer periphery formed on the first conductivity type cladding layer 21 is a history of the protruding portion of the hillock that was formed on the second conductivity type contact layer 26 of the semiconductor laminate portion 20B that was removed from the first conductivity type cladding layer 21.

なお、第2導電型コンタクト層26は、例えば第2実施形態にかかるレーザダイオード2と組み合わされてもよい。すなわち、レーザダイオード2の第2導電型クラッド層23上に第2導電型コンタクト層26が配置されたレーザダイオードであっても良い(不図示)。
(3.4)第4の実施形態
図5は、第4の実施形態にかかるレーザダイオード4を説明するための模式図である。図5は、レーザダイオード4の断面模式図である。
レーザダイオード4は、第2導電型縦伝導層23Aと第2導電型横伝導層23Bとで構成された第2導電型クラッド層23及び第2導電型コンタクト層26を備える半導体積層部20Cを有している点で、第1の実施形態に係るレーザダイオード1と相違する。
このようなレーザダイオード4は、発光層22へのキャリア注入効率が向上し、レーザダイオード4の発光効率が向上する。
また、レーザダイオード4においても、レーザダイオード3と同様に、第1導電型クラッド層21において、第1電極31と対向する表面に、ヒロック(不図示)が形成され、且つ第2導電型コンタクト層26上において、第2電極32と対向する表面には、ヒロックは形成されていない。これにより、レーザダイオード4においても、発振閾値電流および閾値電圧を低減することができる。
The second conductive type contact layer 26 may be combined with, for example, the laser diode 2 according to the second embodiment. That is, the laser diode may have the second conductive type contact layer 26 disposed on the second conductive type cladding layer 23 of the laser diode 2 (not shown).
(3.4) Fourth embodiment Fig. 5 is a schematic diagram for explaining a laser diode 4 according to a fourth embodiment. Fig. 5 is a schematic cross-sectional view of the laser diode 4.
The laser diode 4 differs from the laser diode 1 according to the first embodiment in that it has a semiconductor laminate portion 20C including a second conductivity type cladding layer 23 composed of a second conductivity type vertical conduction layer 23A and a second conductivity type horizontal conduction layer 23B, and a second conductivity type contact layer 26.
In such a laser diode 4, the efficiency of carrier injection into the light emitting layer 22 is improved, and the light emission efficiency of the laser diode 4 is improved.
Also in the laser diode 4, similarly to the laser diode 3, hillocks (not shown) are formed on the surface of the first conductivity type cladding layer 21 facing the first electrode 31, and no hillocks are formed on the surface of the second conductivity type contact layer 26 facing the second electrode 32. As a result, the oscillation threshold current and threshold voltage can be reduced in the laser diode 4 as well.

(3.5)第5の実施形態
図6は、第5の実施形態にかかるレーザダイオード5を説明するための模式図である。図6は、レーザダイオード5の断面模式図である。
レーザダイオード5は、第1導電型導波路層24及び第2導電型導波路層25と、第2導電型縦伝導層23Aと第2導電型横伝導層23Bとで構成された第2導電型クラッド層と、第2導電型縦伝導層23Aと第2導電型導波路層25との間に設けられた中間層27とを備える半導体積層部20Dを有している点で、第1の実施形態に係るレーザダイオード1と相違する。
このようなレーザダイオード5は、中間層27におけるキャリアの伝導率を向上させつつ、第2導電型横伝導層23B及び第2導電型コンタクト層26を完全歪で形成させることによるキャリアの横伝導率を向上させることができる。
また、レーザダイオード5においても、レーザダイオード1同様に、第1導電型クラッド層21において、第1電極31と対向する表面に、ヒロック(不図示)が形成され、且つ第2導電型クラッド層23(具体的には、第2導電型横伝導層23B)上において、第2電極32と対向する表面には、ヒロックは形成されていない。これにより、レーザダイオード5においても、発振閾値電流および閾値電圧を低減することができる。
(3.5) Fifth embodiment Fig. 6 is a schematic diagram for explaining a laser diode 5 according to a fifth embodiment. Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of the laser diode 5.
The laser diode 5 differs from the laser diode 1 according to the first embodiment in that it has a semiconductor laminate portion 20D including a first conductivity type waveguide layer 24 and a second conductivity type waveguide layer 25, a second conductivity type cladding layer composed of a second conductivity type vertical conductive layer 23A and a second conductivity type lateral conductive layer 23B, and an intermediate layer 27 provided between the second conductivity type vertical conductive layer 23A and the second conductivity type waveguide layer 25.
Such a laser diode 5 can improve the lateral conductivity of carriers by forming the second conductive type lateral conduction layer 23B and the second conductive type contact layer 26 with complete distortion while improving the conductivity of carriers in the intermediate layer 27.
Also in the laser diode 5, similarly to the laser diode 1, hillocks (not shown) are formed on the surface of the first conductivity type cladding layer 21 facing the first electrode 31, and no hillocks are formed on the surface of the second conductivity type cladding layer 23 (specifically, the second conductivity type lateral conduction layer 23B) facing the second electrode 32. As a result, the oscillation threshold current and threshold voltage can be reduced in the laser diode 5 as well.

(3.6)第6の実施形態
図7および図8は、第6の実施形態にかかるレーザダイオード6を説明するための模式図である。図7は、レーザダイオード6の平面模式図であり、図8は、レーザダイオード6の断面模式図である。
レーザダイオード6は、第1導電型導波路層24及び第2導電型導波路層25、第2導電型コンタクト層26を更に備える半導体積層部20Eを有している点で、第1の実施形態に係るレーザダイオード1と相違する。また、レーザダイオード6のメサ構造は二段構造になっており、第1導電型クラッド層21を含むメサ構造201と、第1導電型クラッド層21を含まないメサ構造203を有している。この時、第1導電型クラッド層21を含むメサ構造201には、基板10の結晶方位<1-100>方向に伸びる転位線が複数含まれている。メサ構造203には、基板10の結晶方位<1-100>方向に伸びる転位線を備える第1領域202が含まれない。したがって、発振閾値電流の低減を図ることができる。
また、レーザダイオード6においても、レーザダイオード3と同様に、第1導電型クラッド層21において、第1電極31と対向する表面に、ヒロック(不図示)が形成され、且つ第2導電型コンタクト層26上において、第2電極32と対向する表面には、ヒロックは形成されていない。これにより、レーザダイオード6においても、発振閾値電流および閾値電圧を低減することができる。
(3.6) Sixth embodiment Fig. 7 and Fig. 8 are schematic diagrams for explaining a laser diode 6 according to a sixth embodiment. Fig. 7 is a schematic plan view of the laser diode 6, and Fig. 8 is a schematic cross-sectional view of the laser diode 6.
The laser diode 6 differs from the laser diode 1 according to the first embodiment in that it has a semiconductor laminate 20E further including a first-conductivity-type waveguide layer 24, a second-conductivity-type waveguide layer 25, and a second-conductivity-type contact layer 26. The mesa structure of the laser diode 6 is a two-stage structure, and has a mesa structure 201 including a first-conductivity-type cladding layer 21 and a mesa structure 203 not including a first-conductivity-type cladding layer 21. At this time, the mesa structure 201 including the first-conductivity-type cladding layer 21 includes a plurality of dislocation lines extending in the crystal orientation <1-100> direction of the substrate 10. The mesa structure 203 does not include a first region 202 including dislocation lines extending in the crystal orientation <1-100> direction of the substrate 10. Therefore, it is possible to reduce the oscillation threshold current.
Also in the laser diode 6, similarly to the laser diode 3, hillocks (not shown) are formed on the surface of the first conductivity type cladding layer 21 facing the first electrode 31, and no hillocks are formed on the surface of the second conductivity type contact layer 26 facing the second electrode 32. As a result, the oscillation threshold current and threshold voltage can also be reduced in the laser diode 6.

4.効果
上述したレーザダイオードおよびレーザダイオードの製造方法は、以下の効果を有する。
(1)レーザダイオードの製造方法において、Alを含む窒化物半導体基板の表面の一部の領域を露出させ、該表面の残余の領域を覆うレジストマスクを形成し、エッチング法により窒化物半導体基板の表面の一部の領域をエッチングして、一部の領域に直径が300nm以上1000nm以下であって10個/cm以上10個/cm以下の密度の凸部を形成し、窒化物半導体基板上に、第1導電型の窒化物半導体を含み、且つ、基板上の凸部の上方に形成されて表面に露出したヒロックを有する第1導電型クラッド層を形成し、第1導電型クラッド層上に、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体により発光層を形成し、発光層上に、第2導電型の窒化物半導体を含み、且つ、前記凸部の上方に形成されて表面に露出した前記ヒロックを有する第2導電型クラッド層を形成する。さらに、第1導電型クラッド層、発光層および第2導電型クラッド層を含む半導体積層部のうちヒロックが形成された領域をエッチングし、第1導電型クラッド層を露出させて共振器を有するメサ構造を形成する。さらに、露出した第1導電型クラッド層の表面において、ヒロックが露出した領域に第1電極を形成し、第2導電型クラッド層上に第2電極を形成する。
これにより、レーザダイオードは、第2導電型クラッド層上の第2電極と対向する面にヒロックを形成しないことにより、発光層に効率的に電流を注入することができるため、発振閾値電流を低減させ、さらに、平行面内において他の領域よりも電気抵抗が低いヒロックを第1導電型クラッド層上の第1電極と対向する面に形成することで、閾値電圧を低減することが可能なレーザダイオードを作製することができる。
(2)レーザダイオードの製造方法において、Alを含む窒化物半導体基板の表面の一部の領域を露出させ、該表面の残余の領域を覆うレジストマスクを形成し、エッチング法により窒化物半導体基板の表面の前記一部の領域をエッチングして、一部の領域に直径が300nm以上1000nm以下であって10個/cm以上10個/cm以下の密度の凸部を形成し、窒化物半導体基板上に、第1導電型の窒化物半導体を含み、且つ、基板上の凸部の上方に形成されて表面に露出したヒロックを有する第1導電型クラッド層を形成し、第1導電型クラッド層上に、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体により発光層を形成し、発光層上に、第2導電型の窒化物半導体を含み、且つ、前記凸部の上方に形成されて表面に露出した前記ヒロックを有する第2導電型クラッド層を形成する。さらに、第1導電型クラッド層、発光層および第2導電型クラッド層を含む半導体積層部のうちヒロックが形成された領域をエッチングし、第1導電型クラッド層を露出させて共振器を有するメサ構造を形成する。さらに、露出した第1導電型クラッド層の表面において、ヒロックが露出した領域に第1電極を形成し、第2導電型クラッド層上に第2電極を形成する。
これにより、第2導電型クラッド層上の第2電極と対向する面にヒロックを形成しないことにより、発光層に効率的に電流を注入することができるため、発振閾値電流を低減させ、さらに、平行面内において他の領域よりも電気抵抗が低いヒロックを第1導電型クラッド層上の第1電極と対向する面に形成することで、閾値電圧を低減することが可能なレーザダイオードを作製することができる。
(3)レーザダイオードは、Alを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、記窒化物半導体基板上に配置され、第1導電型の窒化物半導体を含む第1導電型クラッド層と、第1導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置され、第2導電型の窒化物半導体を含む第2導電型クラッド層と、を有し、半導体積層部のうち前記第1導電型クラッド層の一部、前記発光層および前記第2導電型クラッド層は、共振器を有するメサ構造を形成し、第1導電型クラッド層上において、前記メサ構造を形成しない領域に第1電極が配置され、前記第1導電型クラッド層の前記第1電極と対向する表面には、1個以上30個以下のヒロックが存在し、第2導電型クラッド層上には第2電極が配置されており、前記第2導電型クラッド層の前記第2電極と対向する表面にはヒロックが存在しない。
これにより、レーザダイオードは、第2導電型クラッド層上の第2電極と対向する面にヒロックを形成しないことにより、発光層に効率的に電流を注入することができるため、発振閾値電流を低減させ、さらに、平行面内において他の領域よりも電気抵抗が低いヒロックを第1導電型クラッド層上の第1電極と対向する面に形成することで、閾値電圧を低減することができる。
(4)レーザダイオードにおいて、第1導電型クラッド層上には、ヒロックの外周面に沿ってヒロック外周部が形成され、ヒロックとヒロック外周部とで構成されるヒロック構造部の直径は、1μm以上30μm以下であることが好ましい。
これにより、閾値電圧と相関があるヒロック構造部の直径を適切に調整して、閾値電圧をより低減することができる。
(5)前記ヒロック構造部は、平面視において多角形状を有することが好ましい。
これにより、閾値電圧と相関があるヒロック構造部の直径を適切に調整して、閾値電圧をより確実に低減することができる。
(6)レーザダイオードにおいて、ヒロック構造部の高さは、第1導電型クラッド層における第1電極と対向する表面を基準とした場合に10nm以上1000nm以下であることが好ましい。
これにより、第1導電型クラッド層と第1電極との密着性を向上することができる。
(7)レーザダイオードにおいて、ヒロックに含まれるGa量は、前記第1導電型クラッド層における前記窒化物半導体基板の表面と平行な面内において、前記ヒロック以外の領域に含まれるGa量よりも多いことが好ましい。
これにより、閾値電圧を確実に低減することができる。
(8)レーザダイオードにおいて、ヒロックの電気抵抗は、窒化物半導体基板の表面と平行な面内において、ヒロック以外の領域の電気抵抗よりも低いことが好ましい。
これにより、閾値電圧をさらに確実に低減することができる。
(9)レーザダイオードにおいて、ヒロックは窒化物半導体基板の表面から上方に向かって径が拡大するn角錘形状(nは3以上の整数)であることが好ましい。
これにより、閾値電圧と相関があるヒロック構造部の直径を適切に調整して、閾値電圧をより確実に低減することができる。
(10)レーザダイオードにおいて、メサ構造は、平面視における共振器の端面の長さとメサ構造の側面の長さとの比が、1:5以上1:500以下であることが好ましい。
これにより、閾値電圧および発振閾値電流と相関があるメサ構造の側面間の距離を適切に調整して閾値電圧および発振閾値電流を低下させることができる。
(11)レーザダイオードにおいて、窒化物半導体基板がAlN単結晶基板であることが好ましい。
これにより、基板と基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくすることができ、安定性の高い窒化物半導体層を形成することができる。
(12)レーザダイオードは、第1導電型クラッド層と発光層との間に配置された第1導電型導波路層と、第2導電型クラッド層と発光層との間に配置された第2導電型導波路層と、を備えていることが好ましい。
これにより、発光層へ光を閉じ込める効果が向上し、発光効率が向上する。
(13)レーザダイオードは、第2導電型クラッド層上に配置され、GaNを含む窒化物半導体で形成された第2導電型コンタクト層を備えることが好ましい。このとき、第2導電型クラッド層は、AlGa1-dN(0.1≦d≦1)を含み、窒化物半導体基板から遠ざかるにつれてAl組成eが小さくなる組成傾斜を有し、膜厚が500nm未満である第2導電型縦伝導層と、AlGa1-fN(0<f≦1)を含む第2導電型横伝導層と、を有することが好ましい。
これにより、キャリアをより効率よく発光層へ注入して発光効率を向上させることができる。
(14)レーザダイオードは、第2導電型縦伝導層と第2導電型導波路層との間に配置され、AlGa1-gN(0<g≦1.0)で形成された中間層を備えることが好ましい。
これにより、第2導電型横伝導層および第2導電型コンタクト層を完全歪で形成させてキャリアの伝導率を向上させることができる。
(15)第2導電型縦伝導層の膜厚は、250nm以上450nm以下であることが好ましい。
これにより、発光層への光閉じ込め効果が向上するとともに、キャリア注入効果が向上し、レーザダイオードの発光効率が向上する。
(16)第2導電型縦伝導層のうちの第2導電型導波路層との界面を含む一部または全ての領域は、不純物がドープされていない領域であることが好ましい。
これにより、不純物の拡散を抑制してキャリアを効率的に発光層に注入することができ、発振効率を高めることができる。
(17)第1導電型クラッド層は、AlGa1-aN(0.6<a≦0.8)で形成されており、第2導電型縦伝導層および第2導電型横伝導層は、基板に対して完全歪で形成されていることが好ましい。
第1導電型クラッド層をAlGa1-aN(0.6<a≦0.8)で形成することにより、第2導電型縦伝導層および第2導電型横伝導層を基板に対して完全歪で形成してキャリアの伝導率を向上させることができる。
(18)第2導電型横伝導層の第2導電型縦伝導層と対向する面におけるAl組成fは、第2導電型縦伝導層のAl組成eの最小値よりも大きいことが好ましい。
これにより、キャリアを横方向に拡散することができ、キャリアの注入効率を高めることができる。
(19)レーザダイオードは、平面視において、第2導電型クラッド層上の、メサ構造の側面から5μm以上離れた領域に設けられた第2電極を備えていることが好ましい。
これにより、レーザダイオードは内部損失が生じず、発光効率を向上させることができる。
(20)第1導電型クラッド層において、第1電極と対向する表面には10個/cm以上10個/cm以下の密度でヒロックが存在していることが好ましい。
これにより、閾値電圧と相関がある第1導電型クラッド層状の第1電極と対向する表面におけるヒロックの個数を適切に調整して、閾値電圧をより確実に低減することができる。
4. Effects The above-described laser diode and the method for manufacturing the laser diode have the following effects.
(1) A method for manufacturing a laser diode, comprising: exposing a portion of a surface of a nitride semiconductor substrate containing Al; forming a resist mask covering the remaining portion of the surface; etching the portion of the surface of the nitride semiconductor substrate by an etching method to form protrusions having a diameter of 300 nm to 1000 nm and a density of 102 / cm2 to 105 / cm2 in the portion of the surface; forming a first-conductivity-type cladding layer on the nitride semiconductor substrate, the first-conductivity-type cladding layer including a nitride semiconductor having one or more quantum wells and having hillocks formed above the protrusions on the substrate and exposed on the surface; forming a light-emitting layer on the first-conductivity-type cladding layer using a nitride semiconductor having one or more quantum wells; forming a second-conductivity-type cladding layer on the light-emitting layer, the second-conductivity-type cladding layer including a nitride semiconductor having a second conductivity type and having the hillocks formed above the protrusions and exposed on the surface; and etching the portion of the semiconductor laminate including the first-conductivity-type cladding layer, the light-emitting layer, and the second-conductivity-type cladding layer where the hillocks are formed, to expose the first-conductivity-type cladding layer and form a mesa structure having a resonator. Furthermore, a first electrode is formed in the region where the hillocks are exposed on the exposed surface of the first conductivity type cladding layer, and a second electrode is formed on the second conductivity type cladding layer.
As a result, by not forming hillocks on the surface of the second conductivity type cladding layer facing the second electrode, the laser diode can efficiently inject current into the light emitting layer, thereby reducing the oscillation threshold current. Furthermore, by forming hillocks having a lower electrical resistance than other regions in the parallel plane on the surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode, a laser diode can be produced in which the threshold voltage can be reduced.
(2) A method for manufacturing a laser diode, comprising: exposing a partial region of a surface of a nitride semiconductor substrate containing Al; forming a resist mask covering the remaining region of the surface; etching the partial region of the surface of the nitride semiconductor substrate by an etching method to form protrusions having a diameter of 300 nm to 1000 nm and a density of 102 / cm2 to 105 / cm2 in the partial region; forming a first-conductivity-type cladding layer on the nitride semiconductor substrate, the first-conductivity-type cladding layer including a nitride semiconductor having one or more quantum wells and having hillocks formed above the protrusions on the substrate and exposed on the surface; forming a light-emitting layer on the first-conductivity-type cladding layer using a nitride semiconductor having one or more quantum wells; forming a second-conductivity-type cladding layer on the light-emitting layer, the second-conductivity-type cladding layer including a nitride semiconductor having a second conductivity type and having the hillocks formed above the protrusions and exposed on the surface; and etching the region where the hillocks are formed in the semiconductor laminate including the first-conductivity-type cladding layer, the light-emitting layer, and the second-conductivity-type cladding layer to expose the first-conductivity-type cladding layer, thereby forming a mesa structure having a resonator. Furthermore, a first electrode is formed in the region where the hillocks are exposed on the exposed surface of the first conductivity type cladding layer, and a second electrode is formed on the second conductivity type cladding layer.
As a result, by not forming hillocks on the surface of the second conductivity type cladding layer facing the second electrode, current can be efficiently injected into the light emitting layer, thereby reducing the oscillation threshold current. Furthermore, by forming hillocks having a lower electrical resistance than other regions in the parallel plane on the surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode, a laser diode can be produced in which the threshold voltage can be reduced.
(3) A laser diode includes a nitride semiconductor substrate containing Al, and a semiconductor laminate portion disposed on the nitride semiconductor substrate, the semiconductor laminate portion having: a first-conductivity-type cladding layer disposed on the nitride semiconductor substrate and containing a nitride semiconductor of a first conductivity type; a light-emitting layer disposed on the first-conductivity-type cladding layer and formed of a nitride semiconductor including one or more quantum wells; and a second-conductivity-type cladding layer disposed on the light-emitting layer and containing a nitride semiconductor of a second conductivity type, wherein a part of the first-conductivity-type cladding layer, the light-emitting layer, and the second-conductivity-type cladding layer of the semiconductor laminate portion form a mesa structure having a resonator, a first electrode is disposed on the first-conductivity-type cladding layer in a region not forming the mesa structure, one or more hillocks are present on a surface of the first-conductivity-type cladding layer facing the first electrode, and a second electrode is disposed on the second-conductivity-type cladding layer, and no hillocks are present on a surface of the second-conductivity-type cladding layer facing the second electrode.
As a result, the laser diode can efficiently inject current into the light-emitting layer by not forming hillocks on the surface facing the second electrode on the second conductivity type cladding layer, thereby reducing the oscillation threshold current, and further, by forming hillocks having a lower electrical resistance than other regions in the parallel plane on the surface facing the first electrode on the first conductivity type cladding layer, the threshold voltage can be reduced.
(4) In the laser diode, a hillock periphery is formed along the outer surface of the hillock on the first conductivity type cladding layer, and the diameter of the hillock structure composed of the hillock and the hillock periphery is preferably 1 μm or more and 30 μm or less.
This allows the diameter of the hillock structure, which is correlated with the threshold voltage, to be appropriately adjusted, thereby making it possible to further reduce the threshold voltage.
(5) The hillock structure preferably has a polygonal shape in a plan view.
This makes it possible to more reliably reduce the threshold voltage by appropriately adjusting the diameter of the hillock structure, which is correlated with the threshold voltage.
(6) In the laser diode, the height of the hillock structure is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less when taken from the surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode.
This can improve the adhesion between the first conductivity type cladding layer and the first electrode.
(7) In the laser diode, the amount of Ga contained in the hillocks is preferably greater than the amount of Ga contained in regions other than the hillocks in a plane of the first conductivity type cladding layer parallel to the surface of the nitride semiconductor substrate.
This ensures that the threshold voltage is reduced.
(8) In a laser diode, the electric resistance of the hillocks is preferably lower than the electric resistance of regions other than the hillocks in a plane parallel to the surface of the nitride semiconductor substrate.
This makes it possible to further reliably reduce the threshold voltage.
(9) In the laser diode, the hillocks preferably have an n-sided pyramid shape (n is an integer of 3 or more) whose diameter increases upward from the surface of the nitride semiconductor substrate.
This makes it possible to more reliably reduce the threshold voltage by appropriately adjusting the diameter of the hillock structure, which is correlated with the threshold voltage.
(10) In the laser diode, the mesa structure preferably has a ratio of the length of an end face of the cavity to the length of a side face of the mesa structure in a plan view of 1:5 or more and 1:500 or less.
This makes it possible to appropriately adjust the distance between the side surfaces of the mesa structure, which is correlated with the threshold voltage and the oscillation threshold current, thereby lowering the threshold voltage and the oscillation threshold current.
(11) In the laser diode, the nitride semiconductor substrate is preferably an AlN single crystal substrate.
This reduces the difference in lattice constant between the substrate and the nitride semiconductor layer formed on the substrate, and by growing the nitride semiconductor layer in a lattice-matched system, threading dislocations can be reduced, making it possible to form a highly stable nitride semiconductor layer.
(12) The laser diode preferably comprises a first conductivity type waveguide layer disposed between the first conductivity type cladding layer and the light emitting layer, and a second conductivity type waveguide layer disposed between the second conductivity type cladding layer and the light emitting layer.
This improves the effect of confining light in the light emitting layer, thereby improving the luminous efficiency.
(13) The laser diode preferably includes a second-conductivity-type contact layer disposed on the second-conductivity-type cladding layer and formed of a nitride semiconductor containing GaN. In this case, the second-conductivity-type cladding layer preferably includes a second-conductivity-type vertical conduction layer containing Al d Ga 1-d N (0.1≦d≦1) and having a composition gradient in which the Al composition e decreases with increasing distance from the nitride semiconductor substrate, the second-conductivity-type vertical conduction layer having a film thickness of less than 500 nm, and a second-conductivity-type lateral conduction layer containing Al f Ga 1-f N (0<f≦1).
This allows carriers to be more efficiently injected into the light emitting layer, improving the light emitting efficiency.
(14) The laser diode preferably comprises an intermediate layer disposed between the second conductivity type vertical conducting layer and the second conductivity type waveguide layer and formed of AlgGa1 - gN (0<g≦1.0).
This allows the second conductive type lateral conduction layer and the second conductive type contact layer to be formed with perfect strain, thereby improving the carrier conductivity.
(15) The thickness of the second conductivity type vertical conductive layer is preferably 250 nm or more and 450 nm or less.
This improves the effect of confining light in the light emitting layer and also improves the effect of injecting carriers, thereby improving the light emitting efficiency of the laser diode.
(16) It is preferable that a part or all of the region of the second conductivity type vertical conducting layer, including the interface with the second conductivity type waveguide layer, is a region that is not doped with impurities.
This makes it possible to suppress the diffusion of impurities and efficiently inject carriers into the light emitting layer, thereby improving the oscillation efficiency.
(17) It is preferable that the first conductivity type cladding layer is made of Al a Ga 1-a N (0.6<a≦0.8), and the second conductivity type vertical conduction layer and the second conductivity type lateral conduction layer are formed with complete distortion with respect to the substrate.
By forming the first conductivity type cladding layer from Al a Ga 1-a N (0.6<a≦0.8), the second conductivity type vertical conduction layer and the second conductivity type lateral conduction layer are formed with perfect distortion relative to the substrate, thereby improving the carrier conductivity.
(18) The Al composition f of the second conductivity type lateral conduction layer at a surface facing the second conductivity type vertical conduction layer is preferably larger than the minimum value of the Al composition e of the second conductivity type vertical conduction layer.
This allows the carriers to be diffused in the lateral direction, and the carrier injection efficiency can be improved.
(19) The laser diode preferably includes a second electrode provided on the second conductivity type cladding layer in a region that is 5 μm or more away from a side surface of the mesa structure in a plan view.
This prevents internal loss in the laser diode, and improves the light emission efficiency.
(20) In the first conductivity type cladding layer, hillocks are preferably present on the surface facing the first electrode at a density of 10 2 /cm 2 or more and 10 5 /cm 2 or less.
This makes it possible to more reliably reduce the threshold voltage by appropriately adjusting the number of hillocks on the surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode, which is correlated with the threshold voltage.

以下、本開示の実施例及び比較例について説明する。 The following describes examples and comparative examples of this disclosure.

[実施例1]
基板として厚さ550μmの(0001)面AlN単結晶基板を用い、この基板に対して、リソグラフィープロセスおよびスパッタプロセスにより基板上に凸部を形成した。
まず、基板上にヒロックの起点となる凸部を形成した。具体的には、レーザダイオードにおいてメサ構造が形成される領域に相当する基板上の領域を、SiOによるマスクで保護した。次に0.8μm径のアルミナ(Al)粒子を、マイクロエアブラスター装置(シスコム社製、「M6500」)を用いて1分間、基板上に噴霧した。その後、基板上のSiOを、誘導結合プラズマ装置(ICP)を用いてCFガスによって除去した。これにより、基板上において、メサ構造が形成されない領域のみに、アルミナ粒子による凸部が形成された。このとき、光学顕微鏡(キーエンス社製、「LM1000」)を用いて基板上を観察したところ、メサ構造が形成されない領域には0.8μm径のアルミナ粒子による凸部が1.7×10個/cmの密度で形成されていた。また、メサ構造が形成される領域には、マイクロパーティクルが存在せず、凸部が形成されていなかった。
[Example 1]
A (0001) AlN single crystal substrate having a thickness of 550 μm was used as the substrate, and protrusions were formed on the substrate by a lithography process and a sputtering process.
First, a convex portion that becomes the starting point of hillocks was formed on the substrate. Specifically, the region on the substrate corresponding to the region where the mesa structure is formed in the laser diode was protected with a mask made of SiO 2. Next, alumina (Al 2 O 3 ) particles with a diameter of 0.8 μm were sprayed on the substrate for 1 minute using a micro air blaster device (manufactured by Syscom, "M6500"). Then, the SiO 2 on the substrate was removed with CF 4 gas using an inductively coupled plasma device (ICP). As a result, a convex portion made of alumina particles was formed only in the region on the substrate where the mesa structure was not formed. At this time, when the substrate was observed using an optical microscope (manufactured by Keyence, "LM1000"), convex portions made of alumina particles with a diameter of 0.8 μm were formed at a density of 1.7×10 4 pieces/cm 2 in the region where the mesa structure was not formed. In addition, there were no microparticles in the region where the mesa structure was formed, and no convex portions were formed.

また、凸部を形成した上記基板に対して有機金属気相成長(MOCVD)装置を用いてアニール処理を行った。アニール処理は、1300℃の環境下において、NH雰囲気中での5分間のアニールおよびH雰囲気中での5分間のアニールを1セットとして、2セットの処理を行った。 The substrate with the protrusions was subjected to an annealing process using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus. The annealing process was performed in two sets of annealing at 1300° C., each set consisting of annealing for 5 minutes in an NH 3 atmosphere and annealing for 5 minutes in an H 2 atmosphere.

次に、基板上に、バッファ層としてホモエピタキシャル層であるAlN層を形成した。AlN層は、1200℃の環境下において500nmの厚さで形成した。このとき、III族元素原料ガスの供給レートと窒素原料ガスの供給レートとの比率(V/III比)は50とした。また、アニールを行ったチャンバーの真空度を50mbarとした。このときのAlN層の成長レートは0.5μm/hrであった。また、Al原料としてトリメチルアルミニウム(TMAl)を用いた。また、N原料としてアンモニア(NH)を用いた。 Next, an AlN layer, which is a homoepitaxial layer, was formed on the substrate as a buffer layer. The AlN layer was formed to a thickness of 500 nm in an environment at 1200° C. At this time, the ratio (V/III ratio) of the supply rate of the III group element source gas to the supply rate of the nitrogen source gas was set to 50. The degree of vacuum of the chamber in which the annealing was performed was set to 50 mbar. The growth rate of the AlN layer at this time was 0.5 μm/hr. Trimethylaluminum (TMAl) was used as the Al source. Ammonia (NH 3 ) was used as the N source.

上述したように形成したAlN層上に、第1導電型クラッド層を形成した。第1導電型クラッド層は、Siをドーパント不純物として用いたn型AlGaN層(Al:70%、すなわちAl0.70Ga0.30N層)とした。第1導電型クラッド層は、1080℃の温度で、真空度を50mbarに設定し、V/III比を4000とした条件で350nmの厚さで形成した。このときの第1導電型クラッド層の成長レートは0.4μm/hrであった。また、Al原料としてトリメチルアルミニウム(TMAl)を用いた。また、Ga原料としてトリエチルガリウム(TEGa)を用いた。また、N原料としてアンモニア(NH)を用いた。また、Si原料としてモノシラン(SiH)を用いた。 A first conductive cladding layer was formed on the AlN layer formed as described above. The first conductive cladding layer was an n-type AlGaN layer (Al: 70%, i.e., an Al 0.70 Ga 0.30 N layer) using Si as a dopant impurity. The first conductive cladding layer was formed to a thickness of 350 nm under the conditions of a temperature of 1080° C., a degree of vacuum of 50 mbar, and a V/III ratio of 4000. The growth rate of the first conductive cladding layer at this time was 0.4 μm/hr. Trimethylaluminum (TMAl) was used as the Al raw material. Triethylgallium (TEGa) was used as the Ga raw material. Ammonia (NH 3 ) was used as the N raw material. Monosilane (SiH 4 ) was used as the Si raw material.

続いて、第1導電型クラッド層上に第1導電型導波路層であるn型導波路層を形成した。n型導波路層は、Siをドーパント不純物として用いたn型AlGaN層(Al:63%、すなわちAl0.63Ga0.37N層)とした。n型導波路層は、1080℃の温度で、真空度を50mbarに設定し、V/III比を4000とした条件で60nmの厚さで形成した。このときのn型導波路層の成長レートは0.35μm/hrであった。また、Al原料としてトリメチルアルミニウム(TMAl)を用いた。また、Ga原料としてトリエチルガリウム(TEGa)を用いた。また、N原料としてアンモニア(NH)を用いた。 Next, an n-type waveguide layer, which is a first conductive type waveguide layer, was formed on the first conductive type cladding layer. The n-type waveguide layer was an n-type AlGaN layer (Al: 63%, i.e., an Al 0.63 Ga 0.37 N layer) using Si as a dopant impurity. The n-type waveguide layer was formed to a thickness of 60 nm under the conditions of a temperature of 1080° C., a degree of vacuum of 50 mbar, and a V/III ratio of 4000. The growth rate of the n-type waveguide layer at this time was 0.35 μm/hr. Trimethylaluminum (TMAl) was used as the Al raw material. Triethylgallium (TEGa) was used as the Ga raw material. Ammonia (NH 3 ) was used as the N raw material.

続いて、n型導波路層上に発光層を形成した。発光層は、量子井戸層とバリア層とを3周期積層させた多重量子井戸構造を有するように成膜して形成した。ここで、量子井戸層は、3.0nmの厚さを有するAlGaN層(Al:52%、すなわちAl0.52Ga0.48N層)とした。また、6.0nmの厚さを有するバリア層は、AlGaN層(Al:63%、すなわちAl0.63Ga0.37N層)とした。
発光層は、真空度を50mbarに設定し、V/III比を4000とした条件で形成した。このときの量子井戸層の成長レートは0.18μm/hrであった。また、バリア層の成長レートは0.15μm/hrであった。
Next, an emission layer was formed on the n-type waveguide layer. The emission layer was formed to have a multiple quantum well structure in which quantum well layers and barrier layers were stacked three times. Here, the quantum well layer was an AlGaN layer (Al: 52%, i.e., an Al 0.52 Ga 0.48 N layer) having a thickness of 3.0 nm. The barrier layer was an AlGaN layer (Al: 63%, i.e., an Al 0.63 Ga 0.37 N layer) having a thickness of 6.0 nm.
The light-emitting layer was formed under conditions of a vacuum degree of 50 mbar and a V/III ratio of 4000. The growth rate of the quantum well layer was 0.18 μm/hr, and the growth rate of the barrier layer was 0.15 μm/hr.

続いて、発光層上に第2導電型導波路層であるp型導波路層を形成した。p型導波路層は、ドーパントを含まないAlGaN層(Al:63%、すなわちAl0.63Ga0.37N層)とした。p型導波路層は、1080℃の温度で、真空度を50mbarに設定し、V/III比を4000とした条件で60nmの厚さで形成した。このときのp型導波路層の成長レートは0.35μm/hrであった。また、Al原料としてトリメチルアルミニウム(TMAl)を用いた。また、Ga原料としてトリエチルガリウム(TEGa)を用いた。 Next, a p-type waveguide layer, which is a second conductive type waveguide layer, was formed on the light emitting layer. The p-type waveguide layer was an AlGaN layer (Al: 63%, i.e., an Al 0.63 Ga 0.37 N layer) containing no dopant. The p-type waveguide layer was formed to a thickness of 60 nm under the conditions of a temperature of 1080° C., a degree of vacuum of 50 mbar, and a V/III ratio of 4000. The growth rate of the p-type waveguide layer at this time was 0.35 μm/hr. Trimethylaluminum (TMAl) was used as the Al raw material. Triethylgallium (TEGa) was used as the Ga raw material.

続いて、p型導波路層上に第2導電型クラッド層を形成した。第2導電型クラッド層は、第2導電型縦伝導層と、第2導電型横伝導層とを備える積層構造であり、Al組成比が傾斜するグレーデッド層である。第2導電型縦伝導層は、基板から遠ざかる方向にAl組成が分布をもち、Al=1.0から0.7まで変化する、層厚320nmのAlGaN層とした。また、第2導電型横伝導層はAl=0.9、膜厚2nmのAlGaN層とした。第2導電型クラッド層は、1080℃の温度で、真空度を50mbarに設定し、V/III比を4000とした条件で形成した。このときの第2導電型クラッド層の成長レートは0.3~0.5μm/hrであった。また、Al原料としてトリメチルアルミニウム(TMAl)を用いた。また、Ga原料としてトリエチルガリウム(TEGa)を用いた。 Next, a second conductive cladding layer was formed on the p-type waveguide layer. The second conductive cladding layer is a layered structure including a second conductive vertical conductive layer and a second conductive horizontal conductive layer, and is a graded layer with a gradient Al composition ratio. The second conductive vertical conductive layer is an AlGaN layer with a thickness of 320 nm, in which the Al composition is distributed in the direction away from the substrate, varying from Al=1.0 to 0.7. The second conductive horizontal conductive layer is an AlGaN layer with Al=0.9 and a thickness of 2 nm. The second conductive cladding layer was formed at a temperature of 1080°C, with a vacuum degree set to 50 mbar and a V/III ratio of 4000. The growth rate of the second conductive cladding layer at this time was 0.3 to 0.5 μm/hr. Trimethylaluminum (TMAl) was used as the Al raw material. Triethylgallium (TEGa) was used as the Ga raw material.

続いて、第2導電型クラッド層上に第2導電型コンタクト層であるp型コンタクト層を形成した。ここで、pコンタクト層は、AlGaN層とGaN層とにより形成した。AlGaN層は、Mgをドーパント不純物として用い、基板から遠ざかる方向にAl組成が分布をもち、Al=0.7から0.4まで変化する、層厚30nmのp型窒化物半導体層とした。また、GaN層は、10nmの厚さを有するGaN(すなわちAl:0%)で形成した。 Next, a p-type contact layer, which is a second conductive type contact layer, was formed on the second conductive type cladding layer. Here, the p-type contact layer was formed from an AlGaN layer and a GaN layer. The AlGaN layer was a p-type nitride semiconductor layer with a layer thickness of 30 nm, using Mg as a dopant impurity and with an Al composition distribution in the direction away from the substrate, varying from Al = 0.7 to 0.4. The GaN layer was formed from GaN (i.e. Al: 0%) with a thickness of 10 nm.

p型コンタクト層は、950℃の温度で、真空度を150mbarに設定し、V/III比を3650とした条件で形成した。このときのp型コンタクト層の成長レートは0.2μm/hrであった。 The p-type contact layer was formed at a temperature of 950°C, with a degree of vacuum set to 150 mbar and a V/III ratio of 3650. The growth rate of the p-type contact layer was 0.2 μm/hr.

以上のようにして、AlN基板上に、半導体積層部を形成した。この半導体積層部に対してXRDによる逆格子マッピング測定を実施したところ、半導体積層部はp型コンタクト層まで緩和のないシュードモルフィック成長をしていることが分かった。
また、p型コンタクト層の表面には、基板上のマイクロパーティクルを起点として成長したヒロックが突出して形成されていた。
In the manner described above, a semiconductor laminate was formed on an AlN substrate. When reciprocal lattice mapping measurement was performed on the semiconductor laminate by XRD, it was found that the semiconductor laminate had grown pseudomorphically without relaxation up to the p-type contact layer.
Furthermore, hillocks were formed protruding from the surface of the p-type contact layer, which had grown from microparticles on the substrate.

上述したように形成された半導体積層部に対して、N雰囲気中、700℃で10分以上アニーリングを行うことによって、p型コンタクト層を更に低抵抗化した。ICPを用いてClを含むガスによりドライエッチングを行うことによって、第1導電型クラッド層(n型クラッド層)を露出させた。このとき、半導体積層部においてヒロックが形成された領域が除去されてn型クラッド層が露出し、ヒロックが形成されていない領域においてp型コンタクト層を含むメサ構造が形成されるように、レジストマスクを配置した。n型クラッド層は、平面視で<1-100>方向に長い矩形の領域に形成した。
また、ICPによるエッチングにより、露出したn型クラッド層の表面におけるヒロックの外周部分には、p型コンタクト層上のヒロックを履歴したヒロック外周部が形成された。これにより、n型クラッド層上には、ヒロックとヒロック外周部とで構成されるヒロック構造部が形成された。
The semiconductor laminate formed as described above was annealed in an N2 atmosphere at 700°C for 10 minutes or more to further reduce the resistance of the p-type contact layer. The first conductive clad layer (n-type clad layer) was exposed by dry etching with a gas containing Cl2 using ICP. At this time, a resist mask was arranged so that the region where hillocks were formed in the semiconductor laminate was removed to expose the n-type clad layer, and a mesa structure including the p-type contact layer was formed in the region where hillocks were not formed. The n-type clad layer was formed in a rectangular region long in the <1-100> direction in a plan view.
Furthermore, a hillock periphery, which had a history of the hillock on the p-type contact layer, was formed on the periphery of the hillock on the exposed surface of the n-type cladding layer by the ICP etching, thereby forming a hillock structure composed of the hillock and the hillock periphery on the n-type cladding layer.

メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部を、レーザ顕微鏡(キーエンス社製、「VK-X3000」)を用いて観察した。その結果、形成されたヒロック構造部は、いずれも平面視において六辺を有する形状であった。また、ヒロック構造部の最大径および高さを計測すると、n型クラッド層上のヒロック構造部は、最大径の中央値が10μmであり、高さの中央値が200nmであった。 After the mesa structure was formed, the hillock structures formed on the n-type cladding layer were observed using a laser microscope (Keyence Corporation, "VK-X3000"). As a result, all of the hillock structures formed had six sides in a plan view. Furthermore, when the maximum diameter and height of the hillock structures were measured, the hillock structures on the n-type cladding layer had a median maximum diameter of 10 μm and a median height of 200 nm.

また、同じくメサ構造の形成後に、EDX測定によってn型クラッド層におけるヒロックのGa濃度(Ga含有量)と、ヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。 Furthermore, after the formation of the mesa structure, the Ga concentration (Ga content) of the hillocks in the n-type cladding layer was compared with the Ga concentration of the areas other than the hillocks by EDX measurement. It was found that the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the areas other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.

さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、n型クラッド層に形成されたヒロックは、基板上に配置された凸部、すなわちマイクロパーティクルを起点として発生していた。また、ヒロックは、基板から遠ざかる方向に径が広がっている、つまり基板表面の凸部から上方に向かって径を拡大しながら伸長している様子が見られた。 Furthermore, TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and exposed n-type cladding layer in the thickness direction, and it was found that the hillocks formed in the n-type cladding layer originated from convex parts, i.e., microparticles, located on the substrate. The hillocks were also observed to have a larger diameter in the direction away from the substrate, that is, they were seen to extend upward from the convex parts on the substrate surface while expanding in diameter.

また、メサ構造におけるp型コンタクト層上に、<1-100>方向に長い矩形状にNiおよびAuを順に成膜して電極金属領域を複数形成して第2電極とした。このとき、第2電極の幅は5μmであり、長さは700μmであった。また、メサ構造のn型クラッド層が露出した領域において、<1-100>方向に長い矩形状にV、Al、Ni、TiおよびAuを順に成膜して電極金属領域を複数形成して第1電極とした。次に窒化物半導体レーザダイオードの表面に化学気相成長法(CVD)装置を用いてSiOを含むパッシベーション層を形成した。 In addition, Ni and Au were sequentially deposited on the p-type contact layer in the mesa structure in a rectangular shape elongated in the <1-100> direction to form a plurality of electrode metal regions as second electrodes. At this time, the width of the second electrode was 5 μm and the length was 700 μm. In addition, in the region where the n-type cladding layer of the mesa structure was exposed, V, Al, Ni, Ti and Au were sequentially deposited in a rectangular shape elongated in the <1-100> direction to form a plurality of electrode metal regions as first electrodes. Next, a passivation layer containing SiO 2 was formed on the surface of the nitride semiconductor laser diode using a chemical vapor deposition (CVD) device.

さらに、電極金属領域内において、<11-20>方向に平行に複数回の劈開させることによって、基板をストライプ状に分割し、個片化されたレーザダイオードを形成した。このとき、第2電極の幅は5μmであり、長さは600μmであった。レーザダイオードにおいて、電極金属領域の面積(第1電極の底面積)は、平均で0.0003cmであった。 Furthermore, the substrate was divided into stripes by cleaving the electrode metal region multiple times in parallel to the <11-20> direction to form individual laser diodes. At this time, the width of the second electrode was 5 μm and the length was 600 μm. In the laser diode, the area of the electrode metal region (the bottom area of the first electrode) was 0.0003 cm2 on average.

また実施例1のレーザダイオードに対して、第1電極領域におけるヒロック構造部の個数として第1電極上に現れたヒロック構造部の個数を測定したところ、平均として5個であった。つまり、n型クラッド層上において第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、基板上の凸部の密度と同様に、1.7×10個/cm(=5個/0.0003cm)であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は表れていなかった。
作製された実施例1のレーザダイオードに対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は9V、発振閾値電流は10kA/cmであった。
In addition, when the number of hillock structures appearing on the first electrode as the number of hillock structures in the first electrode region of the laser diode of Example 1 was measured, the average was 5. That is, the density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7×10 4 /cm 2 (=5 /0.0003 cm 2 ), which was the same as the density of the convex portions on the substrate. Also, since the mesa structure did not include hillocks originating from the convex portions on the substrate, no hillock structures appeared on the second electrode.
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the fabricated laser diode of Example 1, the threshold voltage was 9 V and the oscillation threshold current was 10 kA/cm 2 .

[実施例2]
厚さが550μmの(0001)面AlN単結晶基板を用い、この基板に対して、直径1μmの円形パターンを有するマスクを使用してレジストによるマスクを使用して、レジストマスクを形成した。このとき、レーザダイオードにおいてメサ構造が形成される領域に相当する基板上の領域をレジストで保護した。その後、誘導結合プラズマ装置(ICP)を用いてClガスによって基板をエッチングした。これにより、基板上において、メサ構造が形成されない領域のみに、円形パターンに対応する凸部を形成した。このとき、実施例1と同様に光学顕微鏡を用いて基板上を観察したところ、メサ構造部が形成される領域には凸部が存在せず、それ以外の領域には直径1μmの凸部が2×10個/cm存で形成されていた。また、メサ構造が形成される領域には、円形パターンによる凸部が形成されていなかった。
エッチングにより基板上に凸部を形成した以外は、実施例1と同様にして実施例2のレーザダイオードを作製した。
[Example 2]
A (0001)-face AlN single crystal substrate having a thickness of 550 μm was used, and a resist mask was formed on this substrate using a mask having a circular pattern with a diameter of 1 μm. At this time, the region on the substrate corresponding to the region where the mesa structure is formed in the laser diode was protected with resist. Then, the substrate was etched with Cl 2 gas using an inductively coupled plasma device (ICP). As a result, a convex portion corresponding to the circular pattern was formed only in the region on the substrate where the mesa structure was not formed. At this time, when the substrate was observed using an optical microscope in the same manner as in Example 1, no convex portion was present in the region where the mesa structure was formed, and convex portions with a diameter of 1 μm were formed at a density of 2×10 4 pieces/cm 2 in the other regions. In addition, no convex portion due to the circular pattern was formed in the region where the mesa structure was formed.
A laser diode of Example 2 was fabricated in the same manner as in Example 1, except that a convex portion was formed on the substrate by etching.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した結果、測定結果(平面視での形状、最大径、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていなかった。 As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed with a laser microscope. The measurement results (shape in plan view, maximum diameter, height) were the same as in Example 1. In addition, the mesa structure did not include hillocks originating from the convex portion on the substrate.

また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

実施例2のーザダイオードにおいて、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、平均として6個であった。また、n型クラッド層上において第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、基板上の凸部の密度と同様に、2×10個/cm(=6個/積0.0003cm)であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は表れていなかった。
作製された実施例2のレーザダイオードに対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は9.5V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode of Example 2, the average number of hillock structures appearing on the first electrode was 6. The density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 2×10 4 /cm 2 (=6 / volume 0.0003 cm 2 ), which was the same as the density of the convex parts on the substrate. Since the mesa structure did not include hillocks originating from the convex parts on the substrate, no hillock structures appeared on the second electrode.
For the laser diode of Example 2 thus fabricated, a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection, and the threshold voltage was 9.5 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例3]
AlN単結晶基板に対して、実施例1と同じマイクロエアブラスター装置を用いてマイクロパーティクルを30秒間噴霧し、AlN単結晶基板上にマイクロパーティクルによる凸部を3.3×10個/cmの密度で形成した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例3のレーザダイオードを得た。
[Example 3]
Microparticles were sprayed onto the AlN single crystal substrate for 30 seconds using the same micro air blaster device as in Example 1, and protrusions made of the microparticles were formed on the AlN single crystal substrate at a density of 3.3 x 103 particles/ cm2 . Otherwise, the laser diode of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した結果、測定結果(平面視での形状、最大径、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていなかった。 As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed with a laser microscope. The measurement results (shape in plan view, maximum diameter, height) were the same as in Example 1. In addition, the mesa structure did not include hillocks originating from the convex portion on the substrate.

また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

実施例3によるレーザダイオードにおいて、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、平均として1個であった。また、n型クラッド層上において第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、基板上の凸部の密度と同様に、3.3×10個/cm(=1個/0.0003cm)であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は表れていなかった。
作製された実施例3によるレーザダイオードに対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は11V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode according to Example 3, the number of hillock structures appearing on the first electrode was 1 on average. The density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 3.3×10 3 /cm 2 (=1 /0.0003 cm 2 ), which was the same as the density of the convex parts on the substrate. Since the mesa structure did not include hillocks originating from the convex parts on the substrate, no hillock structures appeared on the second electrode.
For the laser diode fabricated according to Example 3, a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection, and the threshold voltage was 11 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例4]
AlN単結晶基板に対して、実施例1と同じマイクロエアブラスター装置を用いてマイクロパーティクルを2分間噴霧し、AlN単結晶基板上にマイクロパーティクルによる凸部を5.0×10個/cmの密度で形成した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例4のレーザダイオードを得た。
[Example 4]
Microparticles were sprayed onto the AlN single crystal substrate for 2 minutes using the same micro air blaster device as in Example 1, and protrusions made of the microparticles were formed on the AlN single crystal substrate at a density of 5.0 x 104 particles/ cm2 . Otherwise, the laser diode of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した結果、測定結果(平面視での形状、最大径、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていなかった。 As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed with a laser microscope. The measurement results (shape in plan view, maximum diameter, height) were the same as in Example 1. In addition, the mesa structure did not include hillocks originating from the convex portion on the substrate.

また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

作製された実施例4によるレーザダイオードにおいて、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、平均として15個であった。n型クラッド層上において第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、基板上の凸部の密度と同様に、5.0×10個/cm(=15個/0.0003cm)であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は表れていなかった。
実施例4によるレーザダイオードに対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は8V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode fabricated according to Example 4, the average number of hillock structures appearing on the first electrode was 15. The density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 5.0×10 4 /cm 2 (=15 /0.0003 cm 2 ), which was the same as the density of the convex parts on the substrate. In addition, since the mesa structure did not include hillocks originating from the convex parts on the substrate, no hillock structures appeared on the second electrode.
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode of Example 4, the threshold voltage was 8 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例5]
AlN単結晶基板に対して、実施例1と同じマイクロエアブラスター装置を用いてマイクロパーティクルを4分間噴霧し、AlN単結晶基板上にマイクロパーティクルによる凸部を1.0×10個/cmの密度で形成した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例5のレーザダイオードを得た。
[Example 5]
Microparticles were sprayed onto the AlN single crystal substrate for 4 minutes using the same micro air blaster device as in Example 1, and protrusions made of the microparticles were formed on the AlN single crystal substrate at a density of 1.0 x 105 particles/ cm2 . Otherwise, the laser diode of Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した結果、測定結果(平面視での形状、最大径、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていなかった。 As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed with a laser microscope. The measurement results (shape in plan view, maximum diameter, height) were the same as in Example 1. In addition, the mesa structure did not include hillocks originating from the convex portion on the substrate.

また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

実施例5によるレーザダイオードにおいて、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、平均として30個であった。n型クラッド層上において第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、基板上の凸部の密度と同様に、1.0×10個/cm(=30個/0.0003cm)であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は表れていなかった。
作製された実施例5によるレーザダイオード構造に対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は8.5V、発振電流閾値は10kA/cm2であった。
In the laser diode according to Example 5, the average number of hillock structures appearing on the first electrode was 30. The density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.0×10 5 /cm 2 (=30 /0.0003 cm 2 ), which was the same as the density of the convex parts on the substrate. In addition, since the mesa structure did not include hillocks originating from the convex parts on the substrate, no hillock structures appeared on the second electrode.
For the fabricated laser diode structure according to Example 5, a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection, and the threshold voltage was 8.5 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例6]
n型クラッド層とp型クラッド層の成長V/III比を12000にした。それ以外は実施例1と同様にして、実施例6のレーザダイオードを得た。
実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した。その結果形成されたヒロック構造部は、最大径の中央値が1μmであったその他のレーザ顕微鏡による測定結果(平面視での形状、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが形成されていなかった。
[Example 6]
The growth V/III ratio of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer was set to 12000. Other than that, the laser diode of Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1.
As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope. The hillock structure thus formed had a median maximum diameter of 1 μm, and the other measurement results (shape and height in plan view) by the laser microscope were the same as those in Example 1. Furthermore, no hillocks originating from the convex portion on the substrate were formed in the mesa structure.

また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。 In addition, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the areas other than the hillocks by EDX measurement, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the areas other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface, as in the first embodiment. Furthermore, when TEM measurement (observation of the a-plane) was performed on the cross section in the thickness direction of the substrate and the exposed n-type cladding layer, it was found that the hillocks originated from the convex parts arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

実施例6によるレーザダイオードにおいて、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。また、メサ構造にヒロックが形成されていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は現れていなかった。
実施例6によるレーザダイオード構造に対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は10V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode according to Example 6, the number of hillock structures appearing on the first electrode was 5 on average, similar to Example 1, and the density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7×10 4 /cm 2. In addition, since no hillocks were formed in the mesa structure, no hillock structures appeared on the second electrode.
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode structure according to Example 6, the threshold voltage was 10 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例7]
n型クラッド層とp型クラッド層の成長V/III比を8000にした。それ以外は実施例1と同様にして、実施例7のレーザダイオードを得た。
実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した。その結果形成されたヒロック構造部は、最大径の中央値が5μmであった。その他のレーザ顕微鏡による測定結果(平面視での形状、高さ)は、実施例1と同様であった。
また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが形成されていなかった。
[Example 7]
The growth V/III ratio of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer was set to 8000. Other than that, the laser diode of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 1.
As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope. The hillock structure thus formed had a median maximum diameter of 5 μm. Other measurement results by the laser microscope (shape and height in plan view) were the same as those in Example 1.
Furthermore, in the mesa structure, no hillocks originating from the protrusions on the substrate were formed.

また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。 In addition, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the areas other than the hillocks by EDX measurement, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the areas other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface, as in the first embodiment. Furthermore, when TEM measurement (observation of the a-plane) was performed on the cross section in the thickness direction of the substrate and the exposed n-type cladding layer, it was found that the hillocks originated from the convex parts arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

また、実施例7によるレーザダイオードにおいて、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。また、メサ構造にヒロックが形成されていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は現れていなかった。
作製された実施例7によるレーザダイオード構造に対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は9.5V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode according to Example 7, the number of hillock structures appearing on the first electrode was 5 on average, similar to Example 1, and the density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7×10 4 /cm 2. Since no hillocks were formed in the mesa structure, no hillock structures appeared on the second electrode.
For the fabricated laser diode structure according to Example 7, a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection, and the threshold voltage was 9.5 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例8]
n型クラッド層とp型クラッド層の成長V/III比を2000にした。それ以外は実施例1と同様にして、実施例8のレーザダイオードを得た。
実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した。その結果形成されたヒロック構造部は、最大径の中央値が15μmであった。その他のレーザ顕微鏡による測定結果(平面視での形状、高さ)は、実施例1と同様であった。
また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが形成されていなかった。
[Example 8]
The growth V/III ratio of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer was set to 2000. Other than that, the laser diode of Example 8 was obtained in the same manner as in Example 1.
As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope. The hillock structure thus formed had a median maximum diameter of 15 μm. Other measurement results by the laser microscope (shape and height in plan view) were the same as those in Example 1.
Furthermore, in the mesa structure, no hillocks were formed starting from the protrusions on the substrate.

また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。 In addition, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the areas other than the hillocks by EDX measurement, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the areas other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface, as in the first embodiment. Furthermore, when TEM measurement (observation of the a-plane) was performed on the cross section in the thickness direction of the substrate and the exposed n-type cladding layer, it was found that the hillocks originated from the convex parts arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

また、実施例8によるレーザダイオードにおいて、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。また、メサ構造にヒロックが形成されていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は現れていなかった。
作製された実施例8によるレーザダイオード構造に対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は8.5V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode according to Example 8, the number of hillock structures appearing on the first electrode was 5 on average, similar to Example 1, and the density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7×10 4 /cm 2. Since no hillocks were formed in the mesa structure, no hillock structures appeared on the second electrode.
For the fabricated laser diode structure according to Example 8, a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection, and the threshold voltage was 8.5 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例9]
n型クラッド層とp型クラッド層の成長V/III比を1000にした。それ以外は実施例1と同様にして、実施例9のレーザダイオードを得た。
実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した。その結果形成されたヒロック構造部は、最大径の中央値が30μmであった。その他のレーザ顕微鏡による測定結果(平面視での形状、高さ)は、実施例1と同様であった。
また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが形成されていなかった。
[Example 9]
The growth V/III ratio of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer was set to 1000. Other than that, the laser diode of Example 9 was obtained in the same manner as in Example 1.
As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope. The hillock structure thus formed had a median maximum diameter of 30 μm. Other measurement results by the laser microscope (shape and height in plan view) were the same as those in Example 1.
Furthermore, in the mesa structure, no hillocks originating from the protrusions on the substrate were formed.

また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。 In addition, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the areas other than the hillocks by EDX measurement, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the areas other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface, as in the first embodiment. Furthermore, when TEM measurement (observation of the a-plane) was performed on the cross section in the thickness direction of the substrate and the exposed n-type cladding layer, it was found that the hillocks originated from the convex parts arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

実施例9によるレーザダイオードにおいて、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。また、メサ構造にヒロックが形成されていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は現れていなかった。
実施例9によるレーザダイオード構造に対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は10V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode according to Example 9, the number of hillock structures appearing on the first electrode was 5 on average, similar to Example 1, and the density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7×10 4 /cm 2. In addition, since no hillocks were formed in the mesa structure, no hillock structures appeared on the second electrode.
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode structure according to Example 9, the threshold voltage was 10 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例10]
n型クラッド層の成長レートを0.15μm/hにした。それ以外は実施例1と同様にして、実施例10のレーザダイオードを得た。
実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した。その結果形成されたヒロック構造部は、高さの中央値が20nmであった。その他のレーザ顕微鏡による測定結果(平面視での形状、最大径)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが形成されていなかった。
また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
[Example 10]
The growth rate of the n-type cladding layer was set to 0.15 μm/h. Other than that, the laser diode of Example 10 was obtained in the same manner as in Example 1.
As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope. As a result, the hillock structure formed had a median height of 20 nm. Other measurement results by the laser microscope (shape in plan view, maximum diameter) were the same as in Example 1. Furthermore, no hillocks originating from the convex portion on the substrate were formed in the mesa structure.
In addition, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface, as in the first embodiment. Furthermore, when TEM measurement (observation on the a-plane) was performed on the cross section in the thickness direction of the substrate and the exposed n-type cladding layer, it was found that the hillocks were generated from the convex parts arranged on the substrate, and the diameter expanded in the direction away from the substrate from the cross section.

作製された実施例10によるレーザダイオード構造において、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。また、メサ構造にヒロックが形成されていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は現れていなかった。
実施例10によるレーザダイオード構造に対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は10V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the fabricated laser diode structure according to Example 10, the number of hillock structures appearing on the first electrode was 5 on average, similar to Example 1, and the density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7×10 4 /cm 2. In addition, since hillocks were not formed in the mesa structure, no hillock structures appeared on the second electrode.
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode structure according to Example 10, the threshold voltage was 10 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例11]
n型クラッド層の成長レートを0.25μm/hにした。それ以外は実施例1と同様にして、実施例11のレーザダイオードを得た。
[Example 11]
The growth rate of the n-type cladding layer was set to 0.25 μm/h. Other than that, the laser diode of Example 11 was obtained in the same manner as in Example 1.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した。その結果形成されたヒロック構造部は、高さの中央値が100nmであった。その他のレーザ顕微鏡による測定結果(平面視での形状、最大径)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが形成されていなかった。
また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope. The hillock structure thus formed had a median height of 100 nm. Other measurement results by the laser microscope (shape in plan view, maximum diameter) were the same as those in Example 1. Furthermore, no hillocks originating from the convex portion on the substrate were formed in the mesa structure.
In addition, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface, as in the first embodiment. Furthermore, when TEM measurement (observation on the a-plane) was performed on the cross section in the thickness direction of the substrate and the exposed n-type cladding layer, it was found that the hillocks were generated from the convex parts arranged on the substrate, and the diameter expanded in the direction away from the substrate from the cross section.

作製された実施例11によるレーザダイオード構造において、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。また、メサ構造にヒロックが形成されていないことから、第2電極上にはヒロック構造部は現れていなかった。
実施例11によるレーザダイオードに対し、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は9.5V、発振電流閾値は10kA/cm2であった。
In the fabricated laser diode structure according to Example 11, the number of hillock structures appearing on the first electrode was 5 on average, similar to Example 1, and the hillock density on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7×10 4 /cm 2. In addition, since no hillocks were formed in the mesa structure, no hillock structures appeared on the second electrode.
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode of Example 11, the threshold voltage was 9.5 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例12]
n型クラッド層の成長レートを0.45μm/hにした。それ以外は実施例1と同様にして、実施例12のレーザダイオードを得た。
[Example 12]
The growth rate of the n-type cladding layer was set to 0.45 μm/h. Other than that, the laser diode of Example 12 was obtained in the same manner as in Example 1.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した。その結果形成されたヒロック構造部は、高さの中央値が500nmであった。その他のレーザ顕微鏡による測定結果(平面視での形状、最大径)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが形成されていなかった。
また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope. As a result, the hillock structure formed had a median height of 500 nm. Other measurement results by the laser microscope (shape in plan view, maximum diameter) were the same as in Example 1. Furthermore, no hillocks originating from the convex portion on the substrate were formed in the mesa structure.
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

作製された実施例12によるレーザダイオード構造おいて実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、7であった。
実施例12によるレーザダイオードに対し、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は8.5V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode structure fabricated according to Example 12, the average number of hillocks was 5, similar to Example 1, and the hillock density on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 7.4 .
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode of Example 12, the threshold voltage was 8.5 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例13]
n型クラッド層の成長レートを0.55μm/hにした。それ以外は実施例1と同様にして、実施例13のレーザダイオードを得た。
[Example 13]
The growth rate of the n-type cladding layer was set to 0.55 μm/h. Other than that, the laser diode of Example 13 was obtained in the same manner as in Example 1.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した。その結果形成されたヒロック構造部は、高さの中央値が900nmであった。その他のレーザ顕微鏡による測定結果(平面視での形状、最大径)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが形成されていなかった。
また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope. The hillock structure thus formed had a median height of 900 nm. Other measurement results by the laser microscope (shape in plan view, maximum diameter) were the same as in Example 1. Furthermore, no hillocks originating from the convex portion on the substrate were formed in the mesa structure.
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

作製された実施例13によるレーザダイオード構造において、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。
実施例13によるレーザダイオードに対し、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は10V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode structure fabricated according to Example 13, the number of hillock structures appearing on the first electrode was five on average, similar to Example 1, and the hillock density on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7× 10 / cm .
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode of Example 13, the threshold voltage was 10 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例14]
第2電極の長さが200μmであり、幅が5μmである以外は、実施例1と同様にして、実施例14のレーザダイオードを得た。
[Example 14]
A laser diode of Example 14 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the length of the second electrode was 200 μm and the width was 5 μm.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した結果、測定結果(平面視での形状、最大径、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていなかった。
また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
As in Example 1, after the formation of the mesa structure, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope, and the measurement results (shape in plan view, maximum diameter, height) were the same as in Example 1. Moreover, the mesa structure did not include hillocks originating from the convex portion on the substrate.
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

作製された実施例14によるレーザダイオード構造において、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。
実施例14によるレーザダイオードに対し、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は11V、発振電流閾値は15kA/cmであった。
In the laser diode structure fabricated according to Example 14, the number of hillock structures appearing on the first electrode was five on average, similar to Example 1, and the hillock density on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7× 10 / cm .
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode of Example 14, the threshold voltage was 11 V and the oscillation current threshold was 15 kA/cm 2 .

[実施例15]
p型電極の長さが1500μmであり、幅が5μmである以外は、実施例1と同様にして、実施例15のレーザダイオードを得た。
[Example 15]
A laser diode of Example 15 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the length of the p-type electrode was 1500 μm and the width was 5 μm.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した結果、測定結果(平面視での形状、最大径、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていなかった。
また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
As in Example 1, after the formation of the mesa structure, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope, and the measurement results (shape in plan view, maximum diameter, height) were the same as in Example 1. Moreover, the mesa structure did not include hillocks originating from the convex portion on the substrate.
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

作製された実施例15によるレーザダイオード構造において、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。
実施例15によるレーザダイオードに対し、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は10.5V、発振電流閾値は8kA/cmであった。
In the laser diode structure fabricated according to Example 15, the number of hillock structures appearing on the first electrode was five on average, similar to Example 1, and the hillock density on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7× 10 / cm .
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode of Example 15, the threshold voltage was 10.5 V and the oscillation current threshold was 8 kA/cm 2 .

[実施例16]
p型電極の長さが600μmであり、幅が2μmである以外は、実施例1と同様にして、実施例16のレーザダイオードを得た。
[Example 16]
A laser diode of Example 16 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the length of the p-type electrode was 600 μm and the width was 2 μm.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した結果、測定結果(平面視での形状、最大径、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていなかった。 As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed with a laser microscope. The measurement results (shape in plan view, maximum diameter, height) were the same as in Example 1. In addition, the mesa structure did not include hillocks originating from the convex portion on the substrate.

また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

作製された実施例16によるレーザダイオード構造において、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。
実施例16によるレーザダイオードに対し、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は7.2V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode structure fabricated according to Example 16, the number of hillock structures appearing on the first electrode was five on average, similar to Example 1, and the hillock density on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7× 10 / cm .
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode of Example 16, the threshold voltage was 7.2 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[実施例17]
p型電極の長さが600μmであり、幅が10μmである以外は実施例1と同様にして、実施例17のレーザダイオードを得た。
[Example 17]
A laser diode of Example 17 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the length of the p-type electrode was 600 μm and the width was 10 μm.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した結果、測定結果(平面視での形状、最大径、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていなかった。
また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
As in Example 1, after the formation of the mesa structure, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope, and the measurement results (shape in plan view, maximum diameter, height) were the same as in Example 1. Moreover, the mesa structure did not include hillocks originating from the convex portion on the substrate.
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

作製された実施例17によるレーザダイオード構造において、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、実施例1と同様に平均として5個であり、n型クラッド層上の第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、1.7×10個/cmであった。
実施例17によるレーザダイオードに対し、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は11V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode structure fabricated according to Example 17, the number of hillock structures appearing on the first electrode was five on average, similar to Example 1, and the hillock density on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.7× 10 / cm .
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode of Example 17, the threshold voltage was 11 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[比較例1]
AlN単結晶基板への凸部の形成(加工)を一切行わなかった。それ以外は実施例1と同様にして、比較例1のレーザダイオードを得た。
メサ構造の形成後に、レーザ顕微鏡によって観察したところ、n型クラッド層上およびメサ構造上にはヒロックが形成されていなかった。
比較例1によるレーザダイオードに対し、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は17V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
[Comparative Example 1]
The laser diode of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that no protrusions were formed (processed) on the AlN single crystal substrate.
After the mesa structure was formed, observation with a laser microscope revealed that no hillocks were formed on the n-type cladding layer or on the mesa structure.
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode according to Comparative Example 1, the threshold voltage was 17 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[比較例2]
AlN単結晶基板に対して、実施例1と同じマイクロエアブラスター装置を用いてマイクロパーティクルを5分間噴霧し、AlN単結晶基板上にマイクロパーティクルによる凸部を1.2×10個/cmの密度で形成した。それ以外は実施例1と同様にして、比較例2のレーザダイオードを得た。
[Comparative Example 2]
Microparticles were sprayed onto the AlN single crystal substrate for 5 minutes using the same micro air blaster device as in Example 1, and protrusions made of the microparticles were formed on the AlN single crystal substrate at a density of 1.2 x 105 particles/ cm2 . Otherwise, the laser diode of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した結果、測定結果(平面視での形状、最大径、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造には基板上の凸部を起点とするヒロックが含まれていなかった。
また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
As in Example 1, after the formation of the mesa structure, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed by a laser microscope, and the measurement results (shape in plan view, maximum diameter, height) were the same as in Example 1. Moreover, the mesa structure did not include hillocks originating from the convex portion on the substrate.
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

作製された比較例2によるレーザダイオード構造において、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、平均として35個であった。n型クラッド層上において第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、基板上の凸部の密度と同様に、1.2×10個/cm(=35個/0.0003cm)であった。
比較例2によるレーザダイオードに対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は13.5V、発振電流閾値は10kA/cmであった。
In the laser diode structure fabricated according to Comparative Example 2, the average number of hillock structures appearing on the first electrode was 35. The density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 1.2×10 5 /cm 2 (=35 /0.0003 cm 2 ), which was the same as the density of protrusions on the substrate.
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode of Comparative Example 2, the threshold voltage was 13.5 V and the oscillation current threshold was 10 kA/cm 2 .

[比較例3]
AlN単結晶基板に対して、実施例1と同じマイクロエアブラスター装置を用いて、AlN単結晶基板上にマイクロパーティクルによる凸部を2.3×10個/cmの密度で形成した。また、リソグラフィープロセスおよびスパッタプロセスによる基板上への凸部の形成時に、レーザダイオードにおけるメサ構造の形成領域に相当する基板上の領域をSiOで保護しなかった。それ以外は、実施例1と同様にして比較例3のレーザダイオードを作製した。
[Comparative Example 3]
Using the same micro air blaster device as in Example 1, convex portions made of microparticles were formed on the AlN single crystal substrate at a density of 2.3 x 104 particles/ cm2 . In addition, when forming the convex portions on the substrate by the lithography process and the sputtering process, the region on the substrate corresponding to the formation region of the mesa structure in the laser diode was not protected with SiO2 . Otherwise, the laser diode of Comparative Example 3 was fabricated in the same manner as in Example 1.

実施例1と同様に、メサ構造の形成後に、n型クラッド層上に形成されたヒロック構造部をレーザ顕微鏡によって観察した結果、測定結果(平面視での形状、最大径、高さ)は、実施例1と同様であった。また、メサ構造のp型コンタクト層上においても、基板上の凸部を起点とするヒロックが形成されていた。 As in Example 1, after the mesa structure was formed, the hillock structure formed on the n-type cladding layer was observed with a laser microscope. The measurement results (shape in plan view, maximum diameter, height) were the same as in Example 1. Hillocks originating from the convex portion on the substrate were also formed on the p-type contact layer of the mesa structure.

また、EDX測定によってヒロックのGa含有量(Ga濃度)とヒロック以外の領域のGa濃度とを比較したところ、第1実施形態と同様に、基板表面と平行な面内において、ヒロックのGa濃度は、ヒロック以外の領域よりも5%以上高かった。
さらに、基板及び露出されたn型クラッド層の厚さ方向の断面に対してTEM測定(a面における観測)を実施したところ、ヒロックは基板上に配置された凸部を起点として発生しており、断面からは基板から遠ざかる方向に径が拡大していく様子が見られた。
Furthermore, when the Ga content (Ga concentration) of the hillocks was compared with the Ga concentration of the regions other than the hillocks by EDX measurement, it was found that, similarly to the first embodiment, the Ga concentration of the hillocks was 5% or more higher than that of the regions other than the hillocks in a plane parallel to the substrate surface.
Furthermore, when TEM measurements (observation of the a-plane) were performed on the cross sections of the substrate and the exposed n-type cladding layer in the thickness direction, it was found that the hillocks originated from convex portions arranged on the substrate, and the cross section showed that the diameter expanded in the direction away from the substrate.

比較例3によるレーザダイオード構造において、第1電極上に現れたヒロック構造部の個数は、平均として7個であった。n型クラッド層上において第1電極と対向する表面におけるヒロックの密度は、基板上の凸部の密度と同様に、2.3×10個/cm(=ヒロックの個数:7個/0.0003cm)であった。また、第2電極上に現れたヒロック構造部の個数は2個であった。
比較例3によるレーザダイオードに対して、電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は9V、発振電流閾値は25kA/cmであった。
In the laser diode structure according to Comparative Example 3, the average number of hillock structures appearing on the first electrode was 7. The density of hillocks on the surface of the n-type cladding layer facing the first electrode was 2.3×10 4 /cm 2 (= number of hillocks: 7 /0.0003 cm 2 ), which was the same as the density of the protrusions on the substrate. The number of hillock structures appearing on the second electrode was 2.
When a current-facet emission intensity measurement was carried out by current injection on the laser diode of Comparative Example 3, the threshold voltage was 9 V and the oscillation current threshold was 25 kA/cm 2 .

以下の表1に、各実施例及び比較例の評価結果を示す。 The evaluation results for each example and comparative example are shown in Table 1 below.

Figure 0007614607000001
Figure 0007614607000001

表1に示すように、各実施例によるレーザダイオードは、第1導電型クラッド層(各実施例及び各比較例におけるn型クラッド層)上において、前記メサ構造を形成しない領域に第1電極が配置され、第1導電型クラッド層の第1電極と対向する表面には、1個以上30個以下のヒロックが存在している。さらに、各実施例によるレーザダイオードは、第2導電型クラッド層(各実施例及び各比較例におけるp型クラッド層)上には第2電極が配置されており、第2導電型クラッド層の第2電極と対向する表面にはヒロックが存在しない構成を有している。
これにより、各実施例におけるレーザダイオードは、閾値電圧がいずれも11V以下であり、発振閾値がいずれも15KA/cm以下であった。つまり、各実施例におけるレーザダイオードは、発振閾値電流および閾値電圧を相対的に低い値に抑制することができた。
As shown in Table 1, in the laser diode according to each embodiment, a first electrode is disposed on the first conductivity type cladding layer (n-type cladding layer in each embodiment and each comparative example) in a region where the mesa structure is not formed, and 1 to 30 hillocks are present on the surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode. Furthermore, in the laser diode according to each embodiment, a second electrode is disposed on the second conductivity type cladding layer (p-type cladding layer in each embodiment and each comparative example), and no hillocks are present on the surface of the second conductivity type cladding layer facing the second electrode.
As a result, the laser diodes in each example had a threshold voltage of 11 V or less and an oscillation threshold of 15 KA/cm 2 or less. In other words, the laser diodes in each example were able to suppress the oscillation threshold current and threshold voltage to relatively low values.

また、各実施例におけるレーザダイオードは、第1導電型クラッド層の第1電極と対向する表面にヒロックを有しない比較例1によるレーザダイオードと比較して、閾値電圧が顕著に低減した。また、各実施例におけるレーザダイオードは、第1導電型クラッド層の第1電極と対向する表面に30個を超えるヒロックを有する比較例2によるレーザダイオードと比較して、閾値電圧が顕著に低減下した。
さらに、各実施例におけるレーザダイオードは、第2導電型クラッド層の第2電極と対向する表面にヒロックを有する比較例3によるレーザダイオードと比較して、発振閾値電流が顕著に低減した。
Moreover, the laser diodes in the respective examples had a significantly reduced threshold voltage compared to the laser diode according to Comparative Example 1, which had no hillocks on the surface of the first conductive type cladding layer facing the first electrode, and the laser diodes in the respective examples had a significantly reduced threshold voltage compared to the laser diode according to Comparative Example 2, which had more than 30 hillocks on the surface of the first conductive type cladding layer facing the first electrode.
Furthermore, the laser diodes in the examples had a significantly reduced oscillation threshold current, as compared with the laser diode of Comparative Example 3 having hillocks on the surface of the second conductivity type cladding layer facing the second electrode.

また、第1導電型クラッド層の第1電極と対向する表面におけるヒロックの個数が15個以上である実施例4、5のレーザダイオードは、当該ヒロックの個数が1個である実施例3のレーザダイオードと比較して、閾値電圧がより低減した。
また、第1導電型クラッド層の第1電極と対向する表面におけるヒロックの最大径が5μm以上15μm以下の範囲内である実施例7、8のレーザダイオードは、実施例6、9と比較して、閾値電圧がより低減した。
In addition, the laser diodes of Examples 4 and 5, in which the number of hillocks on the surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode was 15 or more, had a lower threshold voltage than the laser diode of Example 3, in which the number of hillocks was one.
In addition, the laser diodes of Examples 7 and 8, in which the maximum diameter of the hillocks on the surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode was in the range of 5 μm to 15 μm, had a lower threshold voltage than Examples 6 and 9.

以上から、レーザダイオードにおけるヒロックの形成位置と、第1導電型クラッド層の第1電極と対向する表面におけるヒロックの個数やヒロックの最大径を適切に設定する必要があることがわかった。 From the above, it was found that it is necessary to appropriately set the position where hillocks are formed in the laser diode, and the number of hillocks and the maximum diameter of the hillocks on the surface of the first conductivity type cladding layer facing the first electrode.

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の技術的範囲には限定されない。上述した実施形態に、多様な変更又は改良を加えることも可能であり、そのような変更又は改良を加えた形態も本開示の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the technical scope of the present disclosure is not limited to the technical scope described in the above-mentioned embodiments. Various modifications or improvements can be made to the above-mentioned embodiments, and it is clear from the claims that forms incorporating such modifications or improvements can also be included in the technical scope of the present disclosure.

1、2、3、4、5、6 レーザダイオード
10 基板
20、20A、20B、20C、20D、20E 半導体積層部
21 第1導電型クラッド層
22 発光層
23 第2導電型クラッド層
231 第2導電型縦伝導層
232 第2導電型横伝導層
24 第1導電型導波路層
25 第2導電型導波路層
26 第2導電型コンタクト層
27 中間層
31 第1電極
32 第2電極
201 第1導電型クラッド層を含むメサ構造
202 第1導電型クラッド層を含むメサ構造の第1領域
203 第1導電型クラッド層を含まないメサ構造(リッジ部)
L メサ構造の側面からの距離
SS メサ構造の側面
ES メサ構造の端面
1, 2, 3, 4, 5, 6 Laser diode 10 Substrate 20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E Semiconductor laminate portion 21 First conductivity type cladding layer 22 Light emitting layer 23 Second conductivity type cladding layer 231 Second conductivity type vertical conductive layer 232 Second conductivity type lateral conductive layer 24 First conductivity type waveguide layer 25 Second conductivity type waveguide layer 26 Second conductivity type contact layer 27 Intermediate layer 31 First electrode 32 Second electrode 201 Mesa structure including first conductivity type cladding layer 202 First region 203 of mesa structure including first conductivity type cladding layer Mesa structure not including first conductivity type cladding layer (ridge portion)
L: Distance from the side of the mesa structure SS: Side of the mesa structure ES: End surface of the mesa structure

Claims (20)

Alを含む窒化物半導体基板の表面の一部の領域に、直径が300nm以上1000nm以下であって10個/cm以上10個/cm以下の密度のマイクロパーティクルで構成された凸部を形成し、
前記窒化物半導体基板上に、第1導電型の窒化物半導体を含み、且つ、前記凸部の上方に形成されて表面に露出したヒロックを有する第1導電型クラッド層を形成し、
前記第1導電型クラッド層上に、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体により発光層を形成し、
前記発光層上に、第2導電型の窒化物半導体を含み、且つ、前記凸部の上方に形成されて表面に露出した前記ヒロックを有する第2導電型クラッド層を形成し、
前記第1導電型クラッド層、前記発光層および前記第2導電型クラッド層を含む半導体積層部のうち前記ヒロックが形成された領域をエッチングし、前記第1導電型クラッド層を露出させて共振器を有するメサ構造を形成し、
露出した前記第1導電型クラッド層の表面において、前記ヒロックが露出した領域に第1電極を形成し、
前記第2導電型クラッド層上に第2電極を形成する、
レーザダイオードの製造方法。
forming a protrusion made of microparticles having a diameter of 300 nm or more and 1000 nm or less and a density of 10 2 particles/cm 2 or more and 10 5 particles/cm 2 or less on a partial region of a surface of an Al-containing nitride semiconductor substrate;
forming a first conductivity type cladding layer on the nitride semiconductor substrate, the first conductivity type cladding layer including a nitride semiconductor and having hillocks formed above the protrusions and exposed on a surface thereof;
forming a light emitting layer on the first conductive type cladding layer using a nitride semiconductor including one or more quantum wells;
forming a second conductive type cladding layer on the light emitting layer, the second conductive type cladding layer including a second conductive type nitride semiconductor and having the hillocks formed above the protrusions and exposed on a surface thereof;
a region of a semiconductor laminate including the first conductive type cladding layer, the light emitting layer, and the second conductive type cladding layer, in which the hillock is formed, is etched to expose the first conductive type cladding layer, thereby forming a mesa structure having a resonator;
forming a first electrode in a region where the hillock is exposed on the exposed surface of the first conductive type cladding layer;
forming a second electrode on the second conductive type cladding layer;
A method for manufacturing a laser diode.
Alを含む窒化物半導体基板の表面の一部の領域を露出させ、該表面の残余の領域を覆うレジストマスクを形成し、
エッチング法により前記窒化物半導体基板の表面の前記一部の領域をエッチングして、前記一部の領域に直径が300nm以上1000nm以下であって10個/cm以上10個/cm以下の密度の凸部を形成し、
前記窒化物半導体基板上に、第1導電型の窒化物半導体を含み、且つ、前記凸部の上方に形成されて表面に露出したヒロックを有する第1導電型クラッド層を形成し、
前記第1導電型クラッド層上に、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体により発光層を形成し、
前記発光層上に、第2導電型の窒化物半導体を含み、且つ、前記凸部の上方に形成されて表面に露出した前記ヒロックを有する第2導電型クラッド層を形成し、
前記第1導電型クラッド層、前記発光層および前記第2導電型クラッド層を含む半導体積層部のうち前記ヒロックが形成された領域をエッチングし、前記第1導電型クラッド層を露出させて共振器を有するメサ構造を形成し、
露出した前記第1導電型クラッド層の表面において、前記ヒロックが露出した領域に第1電極を形成し、
前記第2導電型クラッド層上に第2電極を形成する、
レーザダイオードの製造方法。
a resist mask is formed on a surface of an Al-containing nitride semiconductor substrate so as to expose a partial area of the surface and cover the remaining area of the surface;
etching the partial region of the surface of the nitride semiconductor substrate by an etching method to form protrusions having a diameter of 300 nm to 1000 nm and a density of 10 2 /cm 2 to 10 5 /cm 2 in the partial region;
forming a first conductivity type cladding layer on the nitride semiconductor substrate, the first conductivity type cladding layer including a nitride semiconductor and having hillocks formed above the protrusions and exposed on a surface thereof;
forming a light emitting layer on the first conductive type cladding layer using a nitride semiconductor including one or more quantum wells;
forming a second conductive type cladding layer on the light emitting layer, the second conductive type cladding layer including a second conductive type nitride semiconductor and having the hillocks formed above the protrusions and exposed on a surface thereof;
a region of a semiconductor laminate including the first conductive type cladding layer, the light emitting layer, and the second conductive type cladding layer, in which the hillock is formed, is etched to expose the first conductive type cladding layer, thereby forming a mesa structure having a resonator;
forming a first electrode in a region where the hillock is exposed on the exposed surface of the first conductive type cladding layer;
forming a second electrode on the second conductive type cladding layer;
A method for manufacturing a laser diode.
Alを含む窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、
を備え、
前記半導体積層部は、
前記窒化物半導体基板上に配置され、第1導電型の窒化物半導体を含む第1導電型クラッド層と、
前記第1導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、
前記発光層上に配置され、第2導電型の窒化物半導体を含む第2導電型クラッド層と、を有し、
前記半導体積層部のうち前記第1導電型クラッド層の一部、前記発光層および前記第2導電型クラッド層は、共振器を有するメサ構造を形成し、
前記第1導電型クラッド層上において、前記メサ構造を形成しない領域に第1電極が配置され、前記第1導電型クラッド層の前記第1電極と対向する表面には、1個以上30個以下のヒロックが存在し、
前記第2導電型クラッド層上には第2電極が配置されており、前記第2導電型クラッド層の前記第2電極と対向する表面にはヒロックが存在しない、
レーザダイオード。
a nitride semiconductor substrate containing Al;
a semiconductor laminate portion disposed on the nitride semiconductor substrate;
Equipped with
The semiconductor laminate portion is
a first conductivity type cladding layer disposed on the nitride semiconductor substrate and including a first conductivity type nitride semiconductor;
a light emitting layer formed of a nitride semiconductor including one or more quantum wells and disposed on the first conductive type cladding layer;
a second conductivity type cladding layer disposed on the light emitting layer and including a second conductivity type nitride semiconductor;
a part of the first conductive type cladding layer, the light emitting layer, and the second conductive type cladding layer of the semiconductor laminate portion form a mesa structure having a resonator;
a first electrode is disposed on the first conductive type cladding layer in a region where the mesa structure is not formed, and 1 to 30 hillocks are present on a surface of the first conductive type cladding layer facing the first electrode;
a second electrode is disposed on the second conductive type clad layer, and no hillocks are present on a surface of the second conductive type clad layer facing the second electrode;
Laser diode.
前記第1導電型クラッド層上には、前記ヒロックの外周面に沿ってヒロック外周部が形成され、
前記ヒロックと前記ヒロック外周部とで構成されるヒロック構造部の直径は、1μm以上30μm以下である、
請求項3に記載のレーザダイオード。
a hillock periphery is formed on the first conductive type cladding layer along a peripheral surface of the hillock;
a diameter of a hillock structure formed by the hillock and the hillock periphery is 1 μm or more and 30 μm or less;
4. The laser diode of claim 3.
前記ヒロック構造部は、平面視において多角形状を有する、
請求項4に記載のレーザダイオード。
The hillock structure has a polygonal shape in a plan view.
5. The laser diode of claim 4.
前記ヒロック構造部の高さは、前記第1導電型クラッド層における前記第1電極と対向する表面を基準とした場合に10nm以上1000nm以下である、
請求項4または5に記載のレーザダイオード。
a height of the hillock structure is 10 nm or more and 1000 nm or less based on a surface of the first conductive type cladding layer facing the first electrode;
6. The laser diode according to claim 4 or 5.
前記ヒロックに含まれるGa量は、前記第1導電型クラッド層における前記窒化物半導体基板の表面と平行な面内において、前記ヒロック以外の領域に含まれるGa量よりも多い
請求項3から6のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
7. The laser diode according to claim 3, wherein the amount of Ga contained in the hillocks is greater than the amount of Ga contained in regions other than the hillocks in a plane parallel to the surface of the nitride semiconductor substrate in the first conductivity type cladding layer.
前記ヒロックの電気抵抗は、前記窒化物半導体基板の表面と平行な面内において、前記ヒロック以外の領域の電気抵抗よりも低い
請求項3から7のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
8. The laser diode according to claim 3, wherein the hillocks have a lower electrical resistance than a region other than the hillocks in a plane parallel to the surface of the nitride semiconductor substrate.
前記ヒロックは前記窒化物半導体基板の表面から上方に向かって径が拡大するn角錘形状(nは3以上の整数)である
請求項3から8のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
9. The laser diode according to claim 3, wherein the hillock has an n-sided pyramid shape (n is an integer of 3 or more) whose diameter increases upward from the surface of the nitride semiconductor substrate.
前記メサ構造は、平面視における前記共振器の端面の長さと前記メサ構造の側面の長さとの比が、1:5以上1:500以下である
請求項3から9のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
10. The laser diode according to claim 3, wherein the mesa structure has a ratio of a length of an end face of the resonator to a length of a side face of the mesa structure in a plan view of 1:5 or more and 1:500 or less.
前記窒化物半導体基板がAlN単結晶基板である
請求項3から10のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
The laser diode according to claim 3 , wherein the nitride semiconductor substrate is an AlN single crystal substrate.
前記第1導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第1導電型導波路層と、
前記第2導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第2導電型導波路層と、を備える、
請求項3から11のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
a first conductivity type waveguide layer disposed between the first conductivity type cladding layer and the light emitting layer to confine light to the light emitting layer;
a second conductive type waveguide layer disposed between the second conductive type cladding layer and the light emitting layer to confine light to the light emitting layer;
12. A laser diode according to any one of claims 3 to 11.
前記第2導電型クラッド層上に配置され、GaNを含む窒化物半導体で形成された第2導電型コンタクト層を備え、
前記第2導電型クラッド層は、
AlGa1-eN(0.1≦e≦1)を含み、前記窒化物半導体基板から遠ざかるに
つれてAl組成eが小さくなる組成傾斜を有し、膜厚が500nm以下である第2導電型縦伝導層と、AlGa1-fN(0<f≦1)を含む第2導電型横伝導層と、を有する、請求項12に記載のレーザダイオード。
a second conductive type contact layer disposed on the second conductive type cladding layer and formed of a nitride semiconductor containing GaN;
The second conductive type cladding layer is
13. The laser diode according to claim 12, comprising: a second conductivity type vertical conduction layer having a thickness of 500 nm or less, the second conductivity type vertical conduction layer including Al e Ga 1 -e N (0.1≦e≦1) and having a composition gradient in which the Al composition e decreases with increasing distance from the nitride semiconductor substrate; and a second conductivity type lateral conduction layer including Al f Ga 1-f N (0<f≦1).
前記第2導電型縦伝導層と前記第2導電型導波路層との間に配置され、AlGa1-gN(0<g≦1.0)で形成された中間層を備える、
請求項13に記載のレーザダイオード。
an intermediate layer disposed between the second conductive type vertical conductive layer and the second conductive type waveguide layer and made of AlgGa1 -gN (0<g≦1.0);
14. The laser diode of claim 13.
前記第2導電型縦伝導層の膜厚は、250nm以上450nm以下である、
請求項13または14に記載のレーザダイオード。
The thickness of the second conductive type vertical conductive layer is 250 nm or more and 450 nm or less.
15. A laser diode according to claim 13 or 14.
前記第2導電型縦伝導層のうちの前記第2導電型導波路層との界面を含む一部または全ての領域は、不純物がドープされていない領域である、
請求項13から15のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
a part or all of a region of the second conductive type vertical conduction layer including an interface with the second conductive type waveguide layer is a region that is not doped with impurities;
16. A laser diode according to any one of claims 13 to 15.
前記第1導電型クラッド層は、AlGa1-aN(0.6<a≦0.8)で形成され
ており、
前記第2導電型縦伝導層および前記第2導電型横伝導層は、前記窒化物半導体基板に対して完全歪で形成されている、
請求項13から16のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
the first conductive type cladding layer is made of Al a Ga 1-a N (0.6<a≦0.8);
the second conductive type vertical conduction layer and the second conductive type lateral conduction layer are formed with complete strain with respect to the nitride semiconductor substrate;
17. A laser diode according to any one of claims 13 to 16.
前記第2導電型横伝導層の前記第2導電型縦伝導層と対向する面におけるAl組成fは、前記第2導電型縦伝導層の前記Al組成eの最小値よりも大きい、
請求項13から17のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
an Al composition f of the second conductive type lateral conduction layer at a surface facing the second conductive type vertical conduction layer is greater than a minimum value of the Al composition e of the second conductive type vertical conduction layer;
18. A laser diode according to any one of claims 13 to 17.
前記第2電極は、平面視において前記第2導電型クラッド層上の前記メサ構造の側面から5μm以上離れた領域に設けられている、
請求項3から18のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
the second electrode is provided in a region on the second conductive type cladding layer that is spaced apart from a side surface of the mesa structure by 5 μm or more in a plan view;
19. A laser diode according to any one of claims 3 to 18.
前記第1導電型クラッド層において、前記第1電極と対向する表面には10個/cm以上10個/cm以下の密度で前記ヒロックが存在している
請求項3から19のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
20. The laser diode according to claim 3, wherein the hillocks are present on the surface of the first conductive type cladding layer facing the first electrode at a density of 102 pieces/cm2 or more and 105 pieces/ cm2 or less.
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