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JP7560058B2 - Manufacturing method of semiconductor laser diode, semiconductor laser diode - Google Patents

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JP7560058B2 JP2021013292A JP2021013292A JP7560058B2 JP 7560058 B2 JP7560058 B2 JP 7560058B2 JP 2021013292 A JP2021013292 A JP 2021013292A JP 2021013292 A JP2021013292 A JP 2021013292A JP 7560058 B2 JP7560058 B2 JP 7560058B2
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Description

本発明は、半導体レーザダイオードの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser diode.

半導体レーザダイオードには構造の違いにより様々な種類が存在するが、その中の一つに、共振領域内に生じさせた光を共振器端面間で共振、増幅させるファブリーペロー型の半導体レーザダイオードがある。
共振器端面の形成方法としては、結晶の劈開面に沿って切断する方法と、エッチング技術を用いる方法とがある。エッチング技術を用いる方法は、基板と基板上の窒化物半導体の劈開面が異なる場合でも適用可能で汎用性が高いことから、一般的に実用化されている。
There are various types of semiconductor laser diodes with different structures. One of them is the Fabry-Perot type semiconductor laser diode, which resonates and amplifies light generated in a resonance region between the end faces of the cavity.
There are two methods for forming the cavity facets: cutting along the cleavage plane of the crystal, and using an etching technique. The etching technique is generally used because it is applicable even when the cleavage planes of the substrate and the nitride semiconductor on the substrate are different, and is highly versatile.

特許文献1および2には、エッチング技術を用いて共振器端面を形成する方法が記載されている。
特許文献1には、ドライエッチングで形成された共振器端面は、イオンによるダメージを受けて欠陥が発生した状態にあるため、共振器端面での光吸収が生じる問題があることが記載されている。また、その問題を解決するために、ドライエッチングされた端面をエッチング液でウエットエッチングすることで、共振器端面の表面鏡面度を向上させることが記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-233993 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-233996 disclose a method for forming a resonator end face by using an etching technique.
Patent Document 1 describes that the cavity end faces formed by dry etching are damaged by ions and have defects, which causes a problem of light absorption at the cavity end faces. It also describes that in order to solve this problem, the surface specularity of the cavity end faces is improved by wet-etching the dry-etched end faces with an etching solution.

特許文献2には、第一半導体層である下地層と、下地層の上面の一部に形成され、第一半導体層、第一ガイド層、発光層、第二ガイド層、および第二半導体層がこの順に積層されている共振領域と、下地層の共振領域が形成されていない部分に形成された第一電極と、共振領域の上に形成された第二電極と、を有する半導体レーザダイオードが記載されている。 Patent document 2 describes a semiconductor laser diode having a base layer which is a first semiconductor layer, a resonance region formed on a part of the upper surface of the base layer and in which the first semiconductor layer, the first guide layer, the light emitting layer, the second guide layer, and the second semiconductor layer are stacked in this order, a first electrode formed in a part of the base layer where the resonance region is not formed, and a second electrode formed on the resonance region.

特許文献2に記載された半導体レーザダイオードの製造方法では、基板上に、第一半導体層、第一ガイド層、発光層、第二ガイド層、および第二半導体層を含む積層体を形成した後、積層体をエッチングして共振領域となる部分とそれ以外の部分を分けている。その後、フォトリソグラフィー・エッチングにより第二半導体層の上に第二電極を形成するとともに、下地層の共振領域が形成されていない部分に第一電極を形成した後、共振器の長さの幅でレジストマスクを形成し、フォトリソグラフィー・ドライエッチングにより共振器端面を形成している。 In the method of manufacturing a semiconductor laser diode described in Patent Document 2, a laminate including a first semiconductor layer, a first guide layer, a light emitting layer, a second guide layer, and a second semiconductor layer is formed on a substrate, and then the laminate is etched to separate the portion that will become the resonance region from the other portions. After that, a second electrode is formed on the second semiconductor layer by photolithography and etching, and a first electrode is formed on the portion of the base layer where the resonance region is not formed, and then a resist mask is formed with a width equal to the length of the resonator, and the resonator end faces are formed by photolithography and dry etching.

特許文献2に記載された方法では、第二電極を形成した後にフォトリソグラフィー・ドライエッチングにより共振器端面を形成している。よって、この方法で製造された半導体レーザダイオードでは、共振器端面と第二電極の共振領域の共振方向での端面が同一平面内になく、平面視で共振器端面の方が電極の端面より外側に存在している。 In the method described in Patent Document 2, after the second electrode is formed, the resonator end faces are formed by photolithography and dry etching. Therefore, in a semiconductor laser diode manufactured by this method, the resonator end faces and the end faces of the second electrode in the resonance direction of the resonance region are not in the same plane, and the resonator end faces are located outside the end faces of the electrodes in a planar view.

一方、紫外線半導体レーザダイオードの実現に向けた課題の一つとして、高出力化があり、これを達成するためのアプローチの一つとして、レーザ発振の閾値電流密度を低減することが挙げられる。 On the other hand, one of the challenges in realizing an ultraviolet semiconductor laser diode is to increase output, and one approach to achieving this is to reduce the threshold current density of laser oscillation.

特開平10-41585号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-41585 特開平11-145566号公報Japanese Patent Application Publication No. 11-145566 特開2008-124498号公報JP 2008-124498 A 特開2009-295952号公報JP 2009-295952 A 特開2020-47635号公報JP 2020-47635 A

本発明の課題は、エッチング技術を用いて共振器端面を形成する工程を経て得られるファブリーペロー型の半導体レーザダイオードとして、レーザ発振の閾値電流密度が低減され、且つ耐久性が向上したものを提供することである。 The objective of the present invention is to provide a Fabry-Perot type semiconductor laser diode that is obtained through a process of forming a resonator end face using an etching technique, and that has a reduced threshold current density for laser oscillation and improved durability.

上記課題を解決するために、本発明の第一態様の半導体レーザダイオードの製造方法は、以下の構成(1)~(4)を有する。
(1)下地層と、前記下地層の上面の一部に形成され、第一半導体層、導波路層、および第二半導体層がこの順に積層されている共振領域と、前記共振領域の近傍の第一半導体層上に形成された第一電極と、前記共振領域の上に形成された第二電極と、を有し、前記共振領域の第一半導体層と前記第一電極が形成されている第一半導体層とが連続している(両方の第一半導体層が途切れずに繋がっている)半導体レーザダイオードの製造方法である。導波路層は発光層を含む。下地層は、基板であってもよいし、基板上に形成された第一半導体層であってもよい。
(2)複数の前記半導体レーザダイオードを基板上に形成した後に前記基板を半導体レーザダイオード毎に分割する工程を含む。
(3)基板上に、第一半導体層、導波路層、および第二半導体層をこの順に含む積層体を形成する工程を有する。
(4)前記積層体の第二半導体層の上に前記第二電極になる層を、共振領域の共振器端面と前記分割する工程で分割する位置との間まで形成する電極層形成工程と、前記電極層形成工程の後に、前記第二電極になる層の前記共振器端面より外側となる位置に形成された部分の除去と前記共振器端面の形成とを同時にまたは連続的に行う第一のエッチング工程と、を有する。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor laser diode according to a first aspect of the present invention has the following configurations (1) to (4).
(1) A method for manufacturing a semiconductor laser diode having an underlayer, a resonance region formed on a part of the upper surface of the underlayer and including a first semiconductor layer, a waveguide layer, and a second semiconductor layer stacked in this order, a first electrode formed on the first semiconductor layer near the resonance region, and a second electrode formed on the resonance region, the first semiconductor layer of the resonance region and the first semiconductor layer on which the first electrode is formed are continuous (both first semiconductor layers are connected without interruption). The waveguide layer includes a light emitting layer. The underlayer may be a substrate, or may be a first semiconductor layer formed on a substrate.
(2) The method includes a step of forming a plurality of the semiconductor laser diodes on a substrate and then dividing the substrate into individual semiconductor laser diodes.
(3) The method includes a step of forming a laminate including a first semiconductor layer, a waveguide layer, and a second semiconductor layer in this order on a substrate.
(4) An electrode layer forming step of forming a layer to become the second electrode on the second semiconductor layer of the laminate, between the resonator facet of the resonance region and the position to be divided in the dividing step, and a first etching step of removing a portion of the layer to become the second electrode formed at a position outside the resonator facet and forming the resonator facet, simultaneously or consecutively, after the electrode layer forming step.

本発明の第二態様は、第一態様の製造方法で得られた半導体レーザダイオードであって、以下の構成(11)(12)を有する。
(11)下地層と、下地層の上面の一部である下地領域の一部に形成され、第一半導体層、導波路層、および第二半導体層がこの順に積層されている共振領域と、前記共振領域の近傍の第一半導体層上に形成された第一電極と、前記共振領域の上に形成された第二電極と、共振領域の共振器端面を構成する面および前記下地領域の上面の両方から突出する凸部と、を有する。前記共振領域の第一半導体層と前記第一電極が形成されている第一半導体層とが連続している(両方の第一半導体層が途切れずに繋がっている)。
(12)前記凸部は、前記共振器端面から離れる側において、平坦な面である前記下地領域の上面に直接移行している。
A second aspect of the present invention is a semiconductor laser diode obtained by the manufacturing method of the first aspect, and has the following configurations (11) and (12).
(11) A semiconductor device having a base layer, a resonance region formed in a part of the base region that is a part of the upper surface of the base layer, the resonance region being formed with a first semiconductor layer, a waveguide layer, and a second semiconductor layer stacked in this order, a first electrode formed on the first semiconductor layer near the resonance region, a second electrode formed on the resonance region, and a convex portion protruding from both a surface that constitutes a resonator end face of the resonance region and the upper surface of the base region. The first semiconductor layer of the resonance region and the first semiconductor layer on which the first electrode is formed are continuous (both first semiconductor layers are connected without interruption).
(12) The convex portion transitions directly onto the upper surface of the base region, which is a flat surface, on the side away from the cavity end face.

本発明の第一態様の製造方法によれば、レーザ発振の閾値電流密度が低減され、且つ耐久性が向上した半導体レーザダイオードが得られることが期待できる。また、電極層形成工程の後に、第二電極になる層の共振器端面より外側となる位置に形成された部分の除去と共振器端面の形成とを同時にまたは連続的に行うエッチング工程、を有することで、分割する工程の前に各半導体レーザダイオードの特性を調べる検査を行うことができる。 The manufacturing method of the first aspect of the present invention is expected to produce a semiconductor laser diode with a reduced threshold current density for laser oscillation and improved durability. In addition, by having an etching step after the electrode layer formation step in which the removal of the portion of the layer that will become the second electrode, which is formed at a position outside the cavity end face, and the formation of the cavity end face are performed simultaneously or consecutively, it is possible to perform an inspection to check the characteristics of each semiconductor laser diode before the division step.

本発明の第二態様の半導体レーザダイオードは、第一態様の製造方法で得られた半導体レーザダイオードであって、共振領域の共振器端面を構成する面および下地領域の上面の両方から突出する凸部により、電流および熱が集中する部分が保護されるため、通電時のリーク電流の低減、発光効率の増加、照射パターン変動の抑制などの効果が得られることが期待できる。
つまり、本発明の第二態様の半導体レーザダイオードは、レーザ発振の閾値電流密度が低減され、且つ耐久性が向上したものとなることが期待できる。
The semiconductor laser diode of the second aspect of the present invention is a semiconductor laser diode obtained by the manufacturing method of the first aspect, and the convex portions protruding from both the faces constituting the resonator end faces of the resonance region and the upper surface of the base region protect the areas where current and heat are concentrated, so that it is expected to obtain effects such as a reduction in leakage current when current is applied, an increase in light emission efficiency, and suppression of fluctuations in the irradiation pattern.
That is, the semiconductor laser diode according to the second aspect of the present invention is expected to have a reduced threshold current density for laser oscillation and improved durability.

本発明の一実施形態である半導体レーザダイオードの製造方法を構成する各工程を説明する図であって、各工程後の基板の平面図とそのA-A断面図を示す。1A to 1C are diagrams for explaining each step constituting a method for manufacturing a semiconductor laser diode according to one embodiment of the present invention, showing a plan view of a substrate after each step and a cross-sectional view thereof taken along the line AA thereof; 本発明の一実施形態である半導体レーザダイオードの製造方法を構成する各工程を説明する図であって、(a)と(b)は各工程後の基板の平面図とそのA-A断面図を示し、(c)は工程後の基板の平面図と正面図を示す。FIG. 1 is a diagram for explaining each step constituting a method for manufacturing a semiconductor laser diode according to one embodiment of the present invention, in which (a) and (b) show a plan view of the substrate after each step and a cross-sectional view taken along the line A-A of the substrate, and (c) shows a plan view and a front view of the substrate after the step. 複数の窒化物半導体レーザダイオードが形成される範囲の基板を示す平面図であって、図2(a)の状態に対応する図である。FIG. 3 is a plan view showing an area of a substrate on which a plurality of nitride semiconductor laser diodes are to be formed, the plan view corresponding to the state shown in FIG. 2( a ). 図2(c)のB-B断面図である。This is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 図2(c)の斜視図である。FIG. 2( c ) is a perspective view of FIG. 複数の窒化物半導体レーザダイオードが形成される範囲の基板を示す平面図であって、図2(c)の状態に対応する図である。FIG. 3 is a plan view showing an area of the substrate on which a plurality of nitride semiconductor laser diodes are to be formed, the plan view corresponding to the state shown in FIG. 2( c ). 本発明の一実施形態である半導体レーザダイオードを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser diode according to one embodiment of the present invention.

〔本発明者らの知見〕
エッチング技術を用いて共振器端面を形成した場合には、共振器端面と第二電極の共振領域の共振方向での端面が同一平面内になく、平面視で共振器端面の方が電極の端面より外側に存在していることが、閾値電流密度を高くしている要因の一つであるとの知見を得た。
また、外部電源に接続した端子を第二電極および第一電極に接触させて各半導体レーザダイオードの特性を調べる検査を、分割する工程の前に行うことができれば、不良ウェハを除去することができ、製造コストを低減できることを見出した。
[Findings of the present inventors]
It was found that when the resonator end faces are formed using etching technology, the resonator end faces and the end faces of the second electrode in the resonance direction of the resonance region are not in the same plane, and the resonator end faces are located outside the end faces of the electrodes in a planar view, which is one of the factors that increases the threshold current density.
They also discovered that if an inspection can be performed before the dividing step in which a terminal connected to an external power source is brought into contact with the second electrode and the first electrode to check the characteristics of each semiconductor laser diode, it is possible to remove defective wafers and reduce manufacturing costs.

〔実施形態〕
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。
[Embodiment]
Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the embodiments shown below. In the embodiments shown below, technically preferable limitations are imposed for carrying out the present invention, but these limitations are not essential requirements for the present invention.

[構成]
本実施形態のファブリーペロー型の半導体レーザダイオードの製造方法は、窒化物半導体レーザダイオードを基板上に複数形成した後に、基板を窒化物半導体レーザダイオード毎に分割する工程(以下、「分割工程」と称する。)を含む。なお、図1、図2、図4、図5は、一個の窒化物半導体レーザダイオードが形成される範囲の基板を示している。図3および図6は、複数の窒化物半導体レーザダイオードが形成される範囲の基板を示している。
[composition]
The method for manufacturing a Fabry-Perot type semiconductor laser diode of this embodiment includes a step of forming a plurality of nitride semiconductor laser diodes on a substrate and then dividing the substrate into individual nitride semiconductor laser diodes (hereinafter referred to as a "division step"). Note that Figures 1, 2, 4, and 5 show the substrate in an area in which one nitride semiconductor laser diode is formed. Figures 3 and 6 show the substrate in an area in which a plurality of nitride semiconductor laser diodes are formed.

本実施形態の方法では、先ず、図1(a)に示すように、基板1上に、第一半導体層21、第一ガイド層22、発光層23、第二ガイド層24、および第二半導体層25をこの順に含む積層体2を形成する。つまり、導波路層として、第一ガイド層22、発光層23、第二ガイド層24を形成する。
基板1としてサファイア基板を用い、第一半導体層21としてn-AlxGa(1-x)N層を形成し、第一ガイド層22としてAlxGa(1-x)N層を形成する。発光層23としてAlxGa(1-x)N層を形成し、第二ガイド層24としてAlxGa(1-x)N層を形成し、第二半導体層25としてp-AlxGa(1-x)N層を形成する。つまり、本実施形態の方法では、窒化物半導体レーザダイオードを製造する。
1A, a laminate 2 including a first semiconductor layer 21, a first guide layer 22, a light emitting layer 23, a second guide layer 24, and a second semiconductor layer 25 in this order is formed on a substrate 1. That is, the first guide layer 22, the light emitting layer 23, and the second guide layer 24 are formed as waveguide layers.
A sapphire substrate is used as the substrate 1, an n-Al x Ga (1-x) N layer is formed as the first semiconductor layer 21, and an Al x Ga (1-x) N layer is formed as the first guide layer 22. An Al x Ga (1-x) N layer is formed as the light emitting layer 23, an Al x Ga (1-x) N layer is formed as the second guide layer 24, and a p-Al x Ga (1-x) N layer is formed as the second semiconductor layer 25. That is, the method of this embodiment produces a nitride semiconductor laser diode.

次に、図1(b)に示すように、積層体2をエッチングして、メサ部(共振領域となる部分を含む部分)31と、それ以外の部分である第一部分32および第二部分33とに分けるメサエッチング工程を行う。その結果、第一半導体層21は、膜厚方向で、メサ部31を構成する部分(メサ側部分)21aとそれ以外の部分21bに分けられる。図1(b)には、製造する半導体レーザダイオードの共振方向Kが示されている。
次に、図1(b)の状態の基板1上の全面に、SiO2層である絶縁層4を形成した後、フォトリソグラフィー・エッチング工程により、第二半導体層25上の絶縁層4に第二電極用貫通穴41を設けると同時に、第一部分32上の絶縁層4に第一電極用貫通穴42を設ける。図1(c)はこの工程後の状態を示す。
1(b), a mesa etching step is performed in which the laminate 2 is etched and divided into a mesa portion (a portion including a portion that becomes a resonance region) 31 and the other portions, a first portion 32 and a second portion 33. As a result, the first semiconductor layer 21 is divided in the film thickness direction into a portion (mesa side portion) 21a that constitutes the mesa portion 31 and the other portion 21b. FIG. 1(b) shows the resonance direction K of the semiconductor laser diode to be manufactured.
Next, an insulating layer 4, which is a SiO2 layer, is formed on the entire surface of the substrate 1 in the state of Fig. 1(b), and then a photolithography etching process is performed to provide a through hole 41 for a second electrode in the insulating layer 4 on the second semiconductor layer 25, and at the same time, a through hole 42 for a first electrode in the insulating layer 4 on the first portion 32. Fig. 1(c) shows the state after this process.

次に、図1(c)の状態の基板1上にレジストパターンを形成した後に、Ni/Pt/Au層を蒸着してからレジストパターンを除去するリフトオフ工程を行った後、高温熱処理を行うことで、パターニングされたNiPtAuの合金層を形成する。これにより、図2(a)に示す状態とする。図2(a)には、製造する半導体レーザダイオードの共振方向Kと、一対の共振器端面位置Tが示されている。
この状態を、複数の窒化物半導体レーザダイオードが形成される範囲の基板で示すと、図3に示すように、分割線L1、L2が形成されている。各分割線L1、L2に沿う位置が上述の分割工程で分割する位置であるが、そのうち、共振方向Kと直交する分割線L2の位置を図3に符号Eで示す。
Next, a resist pattern is formed on the substrate 1 in the state shown in Fig. 1(c), and then a Ni/Pt/Au layer is evaporated and a lift-off process is performed to remove the resist pattern, followed by a high-temperature heat treatment to form a patterned NiPtAu alloy layer. This results in the state shown in Fig. 2(a). Fig. 2(a) shows the resonant direction K of the semiconductor laser diode to be manufactured and the position T of a pair of resonator end faces.
When this state is shown in the substrate in the range where a plurality of nitride semiconductor laser diodes are to be formed, parting lines L1 and L2 are formed as shown in Fig. 3. The positions along each parting line L1 and L2 are the positions at which the substrate is divided in the above-mentioned dividing step, and among them, the position of parting line L2 perpendicular to the resonance direction K is indicated by symbol E in Fig. 3.

つまり、上述のリソグラフィー・リフトオフ工程で、図2(a)および図3に示すように、第二合金層(第二電極になる層)51と第一合金層(第一電極になる層)61を、それぞれ、共振方向Kで共振器端面位置Tと分割線L2の位置(分割工程で分割する位置)Eとの間まで形成する。その際に、絶縁層4の第二電極用貫通穴41内に、第二合金層51と第二半導体層25とを電気的に接続する接続体52が形成され、絶縁層4の第一電極用貫通穴42内に、第一合金層61と第二半導体層25とを電気的に接続する接続体62が形成される。 That is, in the above-mentioned lithography lift-off process, as shown in FIG. 2(a) and FIG. 3, the second alloy layer (layer to become the second electrode) 51 and the first alloy layer (layer to become the first electrode) 61 are formed in the resonance direction K up to the area between the resonator end face position T and the position of the division line L2 (position to be divided in the division process) E. At that time, a connector 52 that electrically connects the second alloy layer 51 and the second semiconductor layer 25 is formed in the through hole 41 for the second electrode of the insulating layer 4, and a connector 62 that electrically connects the first alloy layer 61 and the second semiconductor layer 25 is formed in the through hole 42 for the first electrode of the insulating layer 4.

次に、図2(a)の状態の基板1上にNiの蒸着膜を形成した後、フォトリソグラフィー・リフトオフ工程を行うことで、図2(b)に示すように、共振方向Kで一対の共振器端面位置T間の部分がNiのマスク7で覆われた状態にする。この状態で、第二合金層51および第一合金層61は、それぞれ、共振方向Kで共振器端面位置Tより外側の部分51a,61a以外が、Niのマスク7で覆われた状態になる。 Next, after forming a Ni vapor deposition film on the substrate 1 in the state shown in FIG. 2(a), a photolithography lift-off process is performed so that the portion between the pair of resonator end face positions T in the resonance direction K is covered with a Ni mask 7 as shown in FIG. 2(b). In this state, the second alloy layer 51 and the first alloy layer 61 are each covered with the Ni mask 7 except for the portions 51a and 61a outside the resonator end face position T in the resonance direction K.

次に、図2(b)の状態の基板1に対してドライエッチングを行う。このドライエッチングは、塩素ガスを用い、メサ部31が第一部分32および第二部分33との境界位置Hまでエッチングされる条件で行う。この一回の連続的なドライエッチング工程(第一のエッチング工程)で、第二合金層51の外側の部分51aおよび第一合金層61の外側の部分61aが除去されて、図2(c)に示すように、第二電極5の端面5Aおよび第一電極6の端面6Aが生じる(つまり、第二電極5および第一電極6が形成される)とともに、メサ部31のマスク7で覆われていない部分が所定深さまで除去されて、共振器端面200が形成される。また、第一部分32のマスク7で覆われていない部分も所定深さまで除去される。その結果、共振領域310と下地層320が形成される。 Next, dry etching is performed on the substrate 1 in the state shown in FIG. 2(b). This dry etching is performed using chlorine gas under conditions in which the mesa portion 31 is etched up to the boundary position H between the first portion 32 and the second portion 33. In this single continuous dry etching process (first etching process), the outer portion 51a of the second alloy layer 51 and the outer portion 61a of the first alloy layer 61 are removed, and as shown in FIG. 2(c), the end face 5A of the second electrode 5 and the end face 6A of the first electrode 6 are generated (i.e., the second electrode 5 and the first electrode 6 are formed), and the portion of the mesa portion 31 that is not covered by the mask 7 is removed to a predetermined depth, forming the resonator end face 200. In addition, the portion of the first portion 32 that is not covered by the mask 7 is also removed to a predetermined depth. As a result, the resonance region 310 and the underlayer 320 are formed.

次に、ドライエッチング後の基板1をアルカリ性水溶液に浸漬してウエットエッチングを行った後、マスク7を除去して、図2(c)に示す状態の基板1(素子前駆体10)を得る。この素子前駆体10を、図4には図2(c)のB-B断面図で、図5には斜視図で示す。また、この状態を、複数の窒化物半導体レーザダイオード10Aが形成される範囲の基板で示すと、図6に示すように、分割線L1,L2が形成されている。
次に、図6に示す分割線L1,L2に沿って基板を分割することにより、各素子前駆体10を得る。
Next, the substrate 1 after the dry etching is immersed in an alkaline aqueous solution to perform wet etching, and then the mask 7 is removed to obtain the substrate 1 (element precursor 10) in the state shown in Fig. 2(c). This element precursor 10 is shown in a cross-sectional view taken along line B-B of Fig. 2(c) in Fig. 4 and in a perspective view in Fig. 5. When this state is shown in the substrate in the range where a plurality of nitride semiconductor laser diodes 10A are to be formed, parting lines L1 and L2 are formed as shown in Fig. 6.
Next, the substrate is divided along division lines L1 and L2 shown in FIG.

次に、図7に示すように、素子前駆体10の共振器端面200、第二電極5の端面5A、および第一電極6の端面6Aに、SiO2とHfO2の誘電体多層膜である反射層9をスパッタリング法で形成する。これにより、図7に示す窒化物半導体レーザダイオード10Aが得られる。
反射層9の形成は、成膜装置の基板を設置する台に、基板面を45°傾斜させる斜面を有する治具を設置し、この治具の斜面に基板1の裏面を貼り付けて、成膜面である素子前駆体10の共振器端面200を45°の上向き面にするとともに、素子前駆体10の上面の共振方向Kでの中央部をカバーで覆った状態で行う。これにより、反射層9を、第二電極5の端面5Aおよび第一電極6の端面6Aでの膜厚が、共振器端面200での膜厚よりも厚く形成するとともに、第二電極5および第一電極6の上面に導通部Dを確保する。
7, a reflective layer 9 which is a dielectric multilayer film of SiO2 and HfO2 is formed by sputtering on the cavity facet 200 of the element precursor 10, the facet 5A of the second electrode 5, and the facet 6A of the first electrode 6. This results in the nitride semiconductor laser diode 10A shown in FIG.
The reflective layer 9 is formed by placing a jig having a slope that inclines the substrate surface by 45° on a stand for placing the substrate in the film-forming device, attaching the back surface of the substrate 1 to the slope of the jig, making the resonator end face 200 of the element precursor 10, which is the film-forming surface, a 45° upward surface, and covering the center in the resonance direction K of the upper surface of the element precursor 10 with a cover. In this way, the reflective layer 9 is formed so that the film thickness on the end face 5A of the second electrode 5 and the end face 6A of the first electrode 6 is thicker than the film thickness on the resonator end face 200, and a conductive portion D is secured on the upper surfaces of the second electrode 5 and the first electrode 6.

図2(c)、図4、および図5に示すように、素子前駆体10(つまり、窒化物半導体レーザダイオード10A)の共振器端面200は、第一半導体層21aa(第一半導体層2のメサ側部分21aの一部)、第一ガイド層22、発光層23、第二ガイド層24、および第二半導体層25の面で構成されている。また、第二電極5の共振方向Kでの端面5Aと共振器端面200とが同一平面内に存在する。さらに、第一電極6の共振方向Kでの端面6Aおよび第一半導体層21の第一部分(メサ部以外の部分)32の端面32aも、共振器端面200と同一平面内に存在する。 As shown in Figures 2(c), 4, and 5, the cavity end face 200 of the element precursor 10 (i.e., the nitride semiconductor laser diode 10A) is composed of the surfaces of the first semiconductor layer 21aa (part of the mesa side portion 21a of the first semiconductor layer 2), the first guide layer 22, the light emitting layer 23, the second guide layer 24, and the second semiconductor layer 25. The end face 5A in the resonance direction K of the second electrode 5 and the cavity end face 200 are in the same plane. Furthermore, the end face 6A in the resonance direction K of the first electrode 6 and the end face 32a of the first portion (part other than the mesa portion) 32 of the first semiconductor layer 21 are also in the same plane as the cavity end face 200.

さらに、窒化物半導体レーザダイオード10Aは、図2(b)の状態の基板1に対するドライエッチングで形成された凸部81~84を有する。
凸部81は、共振器端面200を構成する第一半導体層21aaの面と、下地層320の第一上面321の両方から突出している。凸部82は、第一電極6の共振方向Kでの端面6Aと同一平面に存在する第一半導体層21の端面32aと、下地層320の第二上面322の両方から突出している。
Furthermore, the nitride semiconductor laser diode 10A has protrusions 81 to 84 formed by dry etching the substrate 1 in the state shown in FIG. 2(b).
The protrusions 81 protrude from both the surface of the first semiconductor layer 21aa constituting the resonator end face 200 and a first upper surface 321 of the base layer 320. The protrusions 82 protrude from both the end face 32a of the first semiconductor layer 21 that is in the same plane as the end face 6A of the first electrode 6 in the resonance direction K and a second upper surface 322 of the base layer 320.

凸部81は三角柱の形状を有し、三角柱の一つの側面が共振器端面200を構成する第一半導体層21aaに接し、もう一つの側面が下地層320の第一上面321に接し、残りの側面が斜面として上向きに存在している。つまり、凸部81は、共振器端面200を構成する第一半導体層21aaの面からの突出位置で、下地層320の上面からの突出寸法が最も大きい。
また、凸部81の共振方向Kと直交する方向の寸法W81は、接続体52の共振方向Kと直交する方向の寸法Wより大きい。
The protrusion 81 has a triangular prism shape, one side of which contacts the first semiconductor layer 21aa constituting the resonator facet 200, the other side of which contacts the first upper surface 321 of the base layer 320, and the remaining side is present upward as a slope. In other words, the protrusion dimension of the protrusion 81 from the upper surface of the base layer 320 is greatest at the position where the protrusion 81 protrudes from the surface of the first semiconductor layer 21aa constituting the resonator facet 200.
Furthermore, the dimension W81 of the protrusion 81 in the direction perpendicular to the resonance direction K is larger than the dimension W of the connecting body 52 in the direction perpendicular to the resonance direction K.

凸部83,84は、共振器端面200を構成する全ての層(メサ部31を構成する層)の面であって、メサ部31の斜面を示す斜線L1と、メサ部31の頂点から下地層320の第一上面321に延びる垂線L2と、第一上面321に沿う辺とからなる細長い直角三角形の面(図2(c)の下図を参照)と、下地層320の第一上面321の三角形の面(図2(c)の上図を参照)と、の両方から突出している。つまり、凸部83,84は、側面が細長い三角形である三角錐の形状を有する。 The protrusions 83 and 84 are the surfaces of all layers (layers constituting the mesa portion 31) constituting the resonator end face 200, and protrude from both the oblique line L1 indicating the slope of the mesa portion 31, the perpendicular line L2 extending from the apex of the mesa portion 31 to the first upper surface 321 of the underlayer 320, and the elongated right-angled triangular surface consisting of the sides along the first upper surface 321 (see the lower diagram of FIG. 2(c)), and the triangular surface of the first upper surface 321 of the underlayer 320 (see the upper diagram of FIG. 2(c)). In other words, the protrusions 83 and 84 have a triangular pyramid shape with elongated triangular sides.

また、凸部81,83,84は、共振器端面から離れる側において、平坦な面である下地層320の第一上面321に直接移行している。つまり、窒化物半導体レーザダイオード10Aは、凸部81,83,84が下地層320の共振方向における端面位置まで存在しているもの(例えば、特許文献3の図5、特許文献4の図2)ではないし、凸部81,83,84が凹部を介して第一上面321に移行している(凸部81,83,84の先端が第一上面321より低い位置まで下がってから第一上面321に移行している)もの(例えば、特許文献5の図3)でもない。 In addition, the convex portions 81, 83, and 84 transition directly to the first upper surface 321 of the underlayer 320, which is a flat surface, on the side away from the resonator end surface. In other words, the nitride semiconductor laser diode 10A does not have the convex portions 81, 83, and 84 extending up to the end surface position in the resonance direction of the underlayer 320 (for example, FIG. 5 of Patent Document 3 and FIG. 2 of Patent Document 4), nor does it have the convex portions 81, 83, and 84 transition to the first upper surface 321 via a concave portion (the tips of the convex portions 81, 83, and 84 descend to a position lower than the first upper surface 321 and then transition to the first upper surface 321) (for example, FIG. 3 of Patent Document 5).

図2(b)の状態の基板1に対するドライエッチングで凸部81~84が形成される理由は、塩素ガスを用いたドライエッチングレートが材料ごとに異なることに起因する。例えば、AlxGa(1-x)N層を2.828nm/sでエッチングする条件下では、SiO2層のエッチングレートが0.585nm/s、NiPtAu合金層のエッチングレートが0.507nm/sとなるような条件で成膜を行うと、凸部81~84が形成される。
ここで、図2(b)の下図に示すように、メサ部31のマスク7で覆われていない部分を、第二合金層51の外側の部分51aの下側となっている中央部分31aと、メサ部31の傾斜面を斜辺とし境界位置Hを示す直線を底辺とした直角三角形からなる傾斜部分31bと、両者の間の長方形からなる端部分31cとに分けて考える。
2(b) is formed due to the fact that the dry etching rate using chlorine gas differs for each material. For example, when the Al x Ga.sub .(1-x) N layer is etched at 2.828 nm/s, if the film formation is performed under conditions where the etching rate of the SiO.sub.2 layer is 0.585 nm/s and the etching rate of the NiPtAu alloy layer is 0.507 nm/s, the protrusions 81-84 are formed.
Here, as shown in the lower diagram of Figure 2(b), the portion of the mesa portion 31 that is not covered by the mask 7 is considered to be divided into a central portion 31a which is located below the outer portion 51a of the second alloy layer 51, an inclined portion 31b consisting of a right-angled triangle with the inclined surface of the mesa portion 31 as its hypotenuse and the straight line indicating the boundary position H as its base, and an end portion 31c consisting of a rectangle between the two.

つまり、AlxGa(1-x)N層の積層体であるメサ部31のエッチングレートがNiPtAu合金層のエッチングレートの5倍以上であるため、NiPtAu合金層である部分51aが上にない端部分31cが、境界位置Hまでエッチングされた時点で、NiPtAu合金層である部分51aが上にある中央部分31aのエッチングは、共振方向Kでマスク7に最も近い位置では、境界位置Hよりも上側の位置までしか行われていない。その結果、凸部81が形成される。 In other words, since the etching rate of mesa portion 31 which is a laminate of Al x Ga (1-x) N layers is five times or more the etching rate of the NiPtAu alloy layer, when end portion 31c which does not have portion 51a which is the NiPtAu alloy layer thereon is etched up to boundary position H, central portion 31a which has portion 51a which is the NiPtAu alloy layer thereon has been etched only up to a position above boundary position H at the position closest to mask 7 in resonance direction K. As a result, convex portion 81 is formed.

また、メサ部31の斜面にも絶縁層4が形成されているため、傾斜部分31bのエッチングは斜面の絶縁層4のエッチングの影響を受ける。つまり、斜面の絶縁層4のエッチング後にエッチングされる傾斜部分31bの部分が、傾斜部分31bの下側に行くに連れて多くなる。そして、AlxGa(1-x)N層の積層体であるメサ部31のエッチングレートが、SiO2層である絶縁層4のエッチングレートの5倍程度であるため、端部分31cが境界位置Hまでエッチングされた時点で、傾斜部分31bの共振方向Kにおける一部はエッチングされていない状態となり、凸部83,84として残る。 Furthermore, because insulating layer 4 is also formed on the slope of mesa portion 31, the etching of slope portion 31b is affected by the etching of insulating layer 4 on the slope. In other words, the portion of slope portion 31b that is etched after insulating layer 4 on the slope is etched increases toward the lower side of slope portion 31b. Furthermore, because the etching rate of mesa portion 31, which is a laminate of Al x Ga (1-x) N layers, is about five times the etching rate of insulating layer 4, which is a SiO 2 layer, when end portion 31c is etched up to boundary position H, a part of slope portion 31b in resonance direction K remains unetched and remains as convex portions 83, 84.

また、第一部分32のマスク7で覆われていない部分は、第一合金層61の外側の部分61aの下側となっている中央部分32bと、その両側の端部分32cとに分けられる。そして、AlxGa(1-x)N層のエッチングレートがNiPtAu合金層のエッチングレートの5倍以上であるため、同時点で、NiPtAu合金層である部分61aが上にない端部分32cのエッチング深さは、NiPtAu合金層である部分61aが上にある中央部分32bのエッチング深さより深くなる。 Furthermore, the portion of first portion 32 that is not covered by mask 7 is divided into central portion 32b that is below outer portion 61a of first alloy layer 61 and end portions 32c on both sides of central portion 32b. Since the etching rate of the Al x Ga.sub. (1-x) N layer is five times or more the etching rate of the NiPtAu alloy layer, at the same point in time, the etching depth of end portion 32c that does not have portion 61a of the NiPtAu alloy layer thereon is deeper than the etching depth of central portion 32b that has portion 61a of the NiPtAu alloy layer thereon.

つまり、メサ部31の端部分31cが境界位置Hまでエッチングされた時点で、第一部分32の端部分32cは、下地層320の第一上面321より低い第二上面322までエッチングされるが、第一部分32の中央部分32bのエッチングは、共振方向Kでマスク7に最も近い位置では、第二上面322よりも上側の位置までしか行われていない。その結果、凸部82が形成される。
なお、凸部81~84の形状が三角柱、三角錐になる理由は、角部が集中的にエッチングされて削り取られるためである。
That is, when the end portion 31c of the mesa portion 31 is etched up to the boundary position H, the end portion 32c of the first portion 32 is etched up to the second upper surface 322 which is lower than the first upper surface 321 of the underlayer 320, but the etching of the central portion 32b of the first portion 32 is only performed up to a position above the second upper surface 322 at the position closest to the mask 7 in the resonance direction K. As a result, a convex portion 82 is formed.
The reason why the convex portions 81 to 84 have a triangular prism or pyramid shape is that the corners are etched and removed in a concentrated manner.

本実施形態の窒化物半導体レーザダイオードでは第一合金層61と第二合金層51が同じ材料で形成されているが、第一合金層61と第二合金層51は異なる材料で形成されていてもよく、例えば、第一合金層61をNiPtAu合金層とし、第二合金層51をV/Al/Ti/Au層とした場合でも同様の構造が形成される。 In the nitride semiconductor laser diode of this embodiment, the first alloy layer 61 and the second alloy layer 51 are formed of the same material, but the first alloy layer 61 and the second alloy layer 51 may be formed of different materials. For example, a similar structure is formed even when the first alloy layer 61 is a NiPtAu alloy layer and the second alloy layer 51 is a V/Al/Ti/Au layer.

[作用、効果]
上述のように、本実施形態の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、積層体2の第二半導体層25の上に第二合金層(第二電極になる層)51を、共振領域310の共振器端面位置Tと分割工程で分割する位置Eとの間まで形成する電極層形成工程と、電極層形成工程の後に、第二合金層(第二電極になる層)51の共振方向Kで共振器端面位置Tより外側の部分51aの除去と共振器端面200の形成を連続的に行うエッチング工程と、を有する。
[Action, effect]
As described above, the manufacturing method of the nitride semiconductor laser diode of this embodiment includes an electrode layer formation step of forming second alloy layer (layer that becomes the second electrode) 51 on second semiconductor layer 25 of laminate 2 up to between cavity facet position T of resonance region 310 and position E at which it is divided in the dividing step, and an etching step of successively removing portion 51 a of second alloy layer (layer that becomes the second electrode) 51 outside cavity facet position T in resonance direction K and forming cavity facet 200, after the electrode layer formation step.

よって、本実施形態の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法によれば、共振器端面200と第二電極5の共振方向Kでの端面5Aが同一平面内にある窒化物半導体レーザダイオード10Aを得ることができる。その結果、本実施形態の製造方法で得られた窒化物半導体レーザダイオード10Aは、レーザ発振の閾値電流密度が低減されたものとなることが期待できる。
また、本実施形態の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法では、上述のエッチング工程を、マスク7を用いたドライエッチング法で行った後に、マスク7を外さずにアルカリ性水溶液でウエットエッチングを行うことにより、共振器端面200の平坦化度が高い窒化物半導体レーザダイオードが得られる。
Therefore, according to the manufacturing method of the nitride semiconductor laser diode of this embodiment, it is possible to obtain a nitride semiconductor laser diode 10A in which the resonator facet 200 and the facet 5A of the second electrode 5 in the resonance direction K are on the same plane. As a result, the nitride semiconductor laser diode 10A obtained by the manufacturing method of this embodiment is expected to have a reduced threshold current density for laser oscillation.
Moreover, in the manufacturing method of the nitride semiconductor laser diode of this embodiment, the above-mentioned etching step is performed by a dry etching method using mask 7, and then wet etching is performed with an alkaline aqueous solution without removing mask 7, thereby obtaining a nitride semiconductor laser diode having a highly flattened cavity facet 200.

さらに、本実施形態の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法では、図6に示すように、基板が分割線L1,L2で分割される前の状態で、第二電極5および第一電極6の両方が隣接する素子前駆体の間で連続していないため、図6に示す状態で、外部電源に接続した端子を第二電極5および第一電極6に接触させて各素子の特性を調べる検査を、容易に行うことができる。これに対して、第二電極5および第一電極6の少なくとも一方が隣接する素子間で連続している(例えば特許文献3に記載された方法)と、上述の検査方法では複数の素子が同時に駆動するため、正しい検査を行うことができない。本検査を分割前に行うことにより不良ウェハを除去することができ、製造コストを低減できる。また、素子を分割してしまうと検査の際に一つ一つの素子を検査装置に配置する工数が大幅に増加し、製造コストを増加させる。ウェハ状態の素子ではウェハ1枚を配置すれば良いので、大幅にコストを低減できる。 Furthermore, in the manufacturing method of the nitride semiconductor laser diode of this embodiment, as shown in FIG. 6, before the substrate is divided at the division lines L1 and L2, both the second electrode 5 and the first electrode 6 are not continuous between adjacent element precursors, so that in the state shown in FIG. 6, a terminal connected to an external power source can be brought into contact with the second electrode 5 and the first electrode 6 to easily inspect the characteristics of each element. In contrast, if at least one of the second electrode 5 and the first electrode 6 is continuous between adjacent elements (for example, the method described in Patent Document 3), the above-mentioned inspection method cannot perform a correct inspection because multiple elements are driven simultaneously. By performing this inspection before division, it is possible to remove defective wafers and reduce manufacturing costs. In addition, if the elements are divided, the labor required to place each element in an inspection device during inspection increases significantly, increasing manufacturing costs. With elements in a wafer state, only one wafer needs to be placed, so costs can be significantly reduced.

また、本実施形態の窒化物半導体レーザダイオード10Aは、共振領域310の共振器端面200を構成する第一半導体層21aaの面および下地層320の第一上面(下地領域)321の両方から突出する凸部81を有する。この凸部81により、電流および熱が集中する部分(共振器端面200を構成する第一半導体層21aaの面)が保護されて、その部分に空気、水等による腐食が生じにくくなる。その結果、通電時のリーク電流の低減、発光効率の増加、照射パターン変動の抑制などの効果が得られることが期待できる。 The nitride semiconductor laser diode 10A of this embodiment also has a protrusion 81 that protrudes from both the surface of the first semiconductor layer 21aa that constitutes the resonator end facet 200 of the resonance region 310 and the first upper surface (underlying region) 321 of the underlayer 320. This protrusion 81 protects the area where current and heat are concentrated (the surface of the first semiconductor layer 21aa that constitutes the resonator end facet 200), making this area less susceptible to corrosion due to air, water, etc. As a result, it can be expected to achieve effects such as a reduction in leakage current when current is applied, an increase in light emission efficiency, and suppression of irradiation pattern fluctuations.

また、凸部81は、共振器端面200を構成する第一半導体層21aaの面からの突出位置で、下地層320の第一上面321からの突出寸法が最も大きく、この面から離れるに連れて突出寸法が減少してゼロになる形状であるため、凸部81による共振器端面200を構成する第一半導体層21aaの面の保護効果を高く保持しつつ、自然光発光や余分なレーザ光の反射・散乱を抑制することができる。
また、凸部81の共振方向Kと直交する方向の寸法W81が、実質的な発光部の幅に相当する接続体52の寸法W5より大きいため、実質的な発光部が凸部81により確実に保護される。
Furthermore, the protrusion 81 has a shape in which the protrusion dimension from the first upper surface 321 of the underlayer 320 is greatest at the protruding position from the surface of the first semiconductor layer 21aa that constitutes the resonator facet 200, and the protrusion dimension decreases to zero as the distance from this surface increases. Therefore, it is possible to suppress natural light emission and reflection and scattering of excess laser light while maintaining a high protective effect of the protrusion 81 on the surface of the first semiconductor layer 21aa that constitutes the resonator facet 200.
Furthermore, since the dimension W81 of the convex portion 81 in the direction perpendicular to the resonance direction K is larger than the dimension W5 of the connector 52 which corresponds to the width of the substantial light-emitting portion, the substantial light-emitting portion is reliably protected by the convex portion 81.

また、本実施形態の窒化物半導体レーザダイオード10Aは、凸部82を有する。この凸部82により、第一半導体層21の第一部分32のエッチングダメージを受けている端面32aが保護されて、端面32aに空気、水等による腐食が生じにくくなる。
また、本実施形態の窒化物半導体レーザダイオード10Aは、凸部83,84を有する。この凸部83,84により、エッチングダメージを受けている共振器端面を構成する各層の幅方向両端部が保護されて、その部分に空気、水等による腐食が生じにくくなる。その結果、凸部81と類似の効果が得られることが期待できる。
Moreover, the nitride semiconductor laser diode 10A of the present embodiment has a protrusion 82. This protrusion 82 protects the end face 32a of the first portion 32 of the first semiconductor layer 21 that has been damaged by etching, and makes the end face 32a less susceptible to corrosion due to air, water, and the like.
Furthermore, the nitride semiconductor laser diode 10A of this embodiment has protrusions 83 and 84. These protrusions 83 and 84 protect both ends in the width direction of each layer constituting the cavity end face that has been damaged by etching, making these portions less susceptible to corrosion due to air, water, etc. As a result, it can be expected that an effect similar to that of the protrusion 81 can be obtained.

さらに、凸部81,83,84が、共振器端面から離れる側において、平坦な面である下地層320の第一上面321に直接移行していることで、以下の効果が得られることが期待できる。
つまり、凸部81,83,84が下地層320の共振方向における端面位置まで存在せずに、第一上面321が存在しているため、凸部81,83,84が外部からの物理的な衝撃による破損から保護される。例えば、組立時にチップの側面をコレットで挟む場合に凸部81,83,84が直接コレットに接触することが回避できるため、凸部81,83,84の破壊が防止される。これについては、凸部82でも同様のことが言える。
Furthermore, since the convex portions 81, 83, and 84 transition directly to the first upper surface 321 of the base layer 320, which is a flat surface, on the side away from the cavity end surface, the following effects can be expected to be obtained.
In other words, since the convex portions 81, 83, and 84 do not extend to the end face position in the resonance direction of the underlayer 320, and the first upper surface 321 exists, the convex portions 81, 83, and 84 are protected from damage due to external physical impact. For example, when the side surface of the chip is sandwiched by a collet during assembly, the convex portions 81, 83, and 84 can be prevented from directly contacting the collet, thereby preventing damage to the convex portions 81, 83, and 84. The same can be said about the convex portion 82.

また、凸部81,83,84が下地層320の共振方向における端面位置まで存在せずに、第一上面321が存在しているため、分割工程で素子の端面に欠けや割れ(チッピング)が生じた場合でも凸部81,83,84が破壊されることを防ぐことができる。また、半導体の発光部分から素子分割線を遠ざけることができるため、分割時の熱・衝撃による発光部の損傷を抑制することができる。なお、分割工程での素子端面に欠けや割れが生じた場合については、凸部82でも同様のことが言える。 In addition, since the convex portions 81, 83, and 84 do not extend to the end face position in the resonance direction of the base layer 320, and the first upper surface 321 exists, it is possible to prevent the convex portions 81, 83, and 84 from being destroyed even if chipping or cracks occur on the end face of the element during the division process. In addition, since the element division line can be kept away from the light-emitting portion of the semiconductor, damage to the light-emitting portion due to heat and shock during division can be suppressed. The same can be said for the convex portion 82 when chipping or cracks occur on the end face of the element during the division process.

さらに、共振器端面から離れる側において、凸部81,83,84が凹部を介して第一上面321に移行している場合と比較して、熱の拡散性能や耐劣化性能が向上する。何故なら、これらの凸部近傍の下地は熱・電流が集中しており、外気(酸素、炭素)と反応することで半導体の劣化が生じ易いが、凹部がない方が熱は拡散しやすく、凹部がない分、表面積が小さいことで外気との反応が生じにくくなるため、劣化しにくくなる。
また、下地層320からは半導体内部からの自然光も放射されるが、下地層320の第一上面321に凹凸があると、この自然光の光取り出し効率が上がり、レーザ光のノイズとなる。そのため、凸部81,83,84が凹部を介さずに第一上面321に移行していることで、凹部を介して第一上面321に移行しているものよりも、レーザ光のノイズを低減できる。
Furthermore, on the side away from the resonator end face, the heat diffusion performance and deterioration resistance performance are improved compared to when the convex portions 81, 83, and 84 transition to the first upper surface 321 via the concave portions. This is because heat and current are concentrated in the base near these convex portions, and the semiconductor is prone to deterioration due to reaction with the outside air (oxygen, carbon), but without the concave portions, heat is more easily diffused, and the surface area is smaller due to the absence of the concave portions, making it less likely to react with the outside air, and therefore less likely to deteriorate.
In addition, natural light from inside the semiconductor is also emitted from the underlayer 320, but if the first upper surface 321 of the underlayer 320 has irregularities, the light extraction efficiency of this natural light increases, resulting in noise in the laser light. Therefore, by transitioning the convex portions 81, 83, and 84 to the first upper surface 321 without passing through a concave portion, it is possible to reduce noise in the laser light more than when the transition is made to the first upper surface 321 through a concave portion.

また、本実施形態の窒化物半導体レーザダイオード10Aは、共振器端面200および第二電極5の共振方向Kでの端面5Aに反射層9が形成され、反射層9の膜厚が第二電極5の端面5Aに形成されている部分の方が共振器端面200に形成されている部分よりも厚い。つまり、第二電極5の端面5Aには高い腐食抑制効果が付与できる厚い反射層が形成され、共振器端面200には設計値通りの膜厚の(端面5Aに形成された反射層よりも薄い)反射層が形成されることで、窒化物半導体レーザダイオードの耐久性が向上する。 In addition, in the nitride semiconductor laser diode 10A of this embodiment, a reflective layer 9 is formed on the cavity facet 200 and the facet 5A in the resonance direction K of the second electrode 5, and the film thickness of the reflective layer 9 is thicker on the facet 5A of the second electrode 5 than on the facet 200 of the cavity. In other words, a thick reflective layer that can impart a high corrosion suppression effect is formed on the facet 5A of the second electrode 5, and a reflective layer with a design film thickness (thinner than the reflective layer formed on the facet 5A) is formed on the facet 200 of the cavity, thereby improving the durability of the nitride semiconductor laser diode.

[第一態様および第二態様と実施形態との違いについて]
本実施形態の半導体レーザダイオードの製造方法では、電極層形成工程の前に、第二半導体層25の上に絶縁層4を形成する工程と絶縁層4の所定位置(電極層形成位置に対応する位置)に貫通穴41,42を設ける工程を行っている。その結果、第一電極6および第二電極5と第二半導体層25とがそれぞれ接続体62,52で接続され、絶縁層4を介したエッチング工程を行うことで、得られる半導体レーザダイオード10Aに凸部83,84が生じる。
本実施形態の半導体レーザダイオード10Aでは、凸部83,84と凸部81,82とで、共振方向K外側への突出寸法が同じであるが、この突出寸法は同じでなくてもよく、例えば、凸部83,84の突出寸法の方が凸部81,82より大きくてもよい。
[Differences between the first and second aspects and the embodiment]
In the manufacturing method of the semiconductor laser diode of this embodiment, before the electrode layer forming step, a step of forming an insulating layer 4 on the second semiconductor layer 25 and a step of providing through holes 41, 42 at predetermined positions (positions corresponding to the positions where the electrode layers are formed) of the insulating layer 4 are performed. As a result, the first electrode 6 and the second electrode 5 are connected to the second semiconductor layer 25 by the connectors 62, 52, respectively, and by performing the etching step via the insulating layer 4, convex portions 83, 84 are generated in the obtained semiconductor laser diode 10A.
In the semiconductor laser diode 10A of this embodiment, the protrusions 83, 84 and the protrusions 81, 82 have the same protrusion dimension outward in the resonance direction K, but this protrusion dimension does not have to be the same; for example, the protrusion dimension of the protrusions 83, 84 may be larger than that of the protrusions 81, 82.

本実施形態の半導体レーザダイオードの製造方法では、図2(b)の状態で、共振方向Kでのマスク7で覆われる範囲を、メサ部31とメサ部以外の第一部分32および第二部分33部分とで同じにしているが、第一部分32は上面全体が覆われるようにしてもよい。その場合、第一電極6は第二電極5よりも共振方向Kの寸法が長く形成され、第二上面322および凸部82は形成されない。
本実施形態の半導体レーザダイオードの製造方法では、第二合金層51および第一合金層61の共振器端面位置Tより外側の部分51a,61aの除去と共振器端面200の形成を連続的に行うエッチング工程として、マスク7を用いたドライエッチングを行っているが、図2(a)の状態で、マスクを用いず、集束イオンビーム(FIB)を共振器端面位置Tより共振方向Kの外側にのみ照射するFIB加工を行ってもよい。
2B, the area covered by the mask 7 in the resonance direction K is the same for the mesa portion 31 and the first portion 32 and the second portion 33 other than the mesa portion, but the entire upper surface of the first portion 32 may be covered. In that case, the first electrode 6 is formed to have a longer dimension in the resonance direction K than the second electrode 5, and the second upper surface 322 and the convex portion 82 are not formed.
In the manufacturing method of the semiconductor laser diode of this embodiment, dry etching using a mask 7 is performed as an etching process for continuously removing portions 51 a, 61 a of the second alloy layer 51 and the first alloy layer 61 outside the cavity facet position T and forming the cavity facet 200. However, in the state of Figure 2(a), FIB processing may be performed without using a mask, in which a focused ion beam (FIB) is irradiated only outside the cavity facet position T in the resonance direction K.

本実施形態の半導体レーザダイオード10Aはリッジ部半導体層を有さないが、第二半導体層25の一部の上方にリッジ部半導体層を設けてもよい。リッジ部半導体層を設けることより、発光層での発光がリッジ部半導体層の下方の領域のみで行われるように制御できるため、半導体レーザダイオードの電流密度をより高くでき、レーザ発振の閾値をより低くすることができる。 The semiconductor laser diode 10A of this embodiment does not have a ridge semiconductor layer, but a ridge semiconductor layer may be provided above a portion of the second semiconductor layer 25. By providing a ridge semiconductor layer, light emission in the light-emitting layer can be controlled so that it occurs only in the region below the ridge semiconductor layer, so that the current density of the semiconductor laser diode can be increased and the laser oscillation threshold can be lowered.

本実施形態の半導体レーザダイオードの製造方法では、積層体2をメサエッチングして、第一半導体層21を、膜厚方向で、共振領域となる部分を含む部分21aとそれ以外の部分21bとに分けて、このエッチングで生じたそれ以外の部分21bの上面に、第一電極6を形成している。つまり、第一電極6の形成面(第一半導体層からなる下地層の第二上面322)をメサエッチングで形成する。その後、メサエッチングとは異なるエッチングマスクを用いてパターニングを行った後に、下地領域の上面321がメサエッチングした端面32aの上面の位置まで到達するところまで再度エッチングを施すことにより、下地領域の上面が第一半導体層の上面となるようにしている。この再度エッチングする深さを端面32aの上面の位置に合わせずに、第一半導体層からなる下地層320よりも下側、例えば基板1までエッチングすることで、下地領域の上面が、第一半導体層の上面ではなく基板1の上面になるようにしてもよい。 In the manufacturing method of the semiconductor laser diode of this embodiment, the laminate 2 is mesa-etched to divide the first semiconductor layer 21 into a portion 21a including a portion that becomes a resonance region and the other portion 21b in the film thickness direction, and the first electrode 6 is formed on the upper surface of the other portion 21b created by this etching. That is, the formation surface of the first electrode 6 (the second upper surface 322 of the base layer made of the first semiconductor layer) is formed by mesa etching. After that, patterning is performed using an etching mask different from that used for mesa etching, and then etching is performed again until the upper surface 321 of the base region reaches the position of the upper surface of the mesa-etched end face 32a, so that the upper surface of the base region becomes the upper surface of the first semiconductor layer. The depth of this re-etching may not be aligned with the position of the upper surface of the end face 32a, but may be etched below the base layer 320 made of the first semiconductor layer, for example, down to the substrate 1, so that the upper surface of the base region becomes the upper surface of the substrate 1 rather than the upper surface of the first semiconductor layer.

[第一態様および第二態様の構成についての補足]
(基板)
基板を形成する材料の具体例としては、Si、SiC、MgO、Ga23、Al23、ZnO、GaN、InN、AlN、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。基板は、薄板の四角形状を有していることが組立上好ましいが、これに限らない。また、基板のオフ角は高品質の結晶を成長させる観点から0度より大きく2度より小さいことが好ましい。基板の膜厚は、上層にAlGaN層を積層させる目的であるならば特に制限されないが、50μm以上1mm以下であることが好ましい。
[Supplementary information regarding the configurations of the first and second aspects]
(substrate)
Specific examples of materials for forming the substrate include Si, SiC, MgO, Ga2O3 , Al2O3 , ZnO, GaN, InN, AlN , or mixed crystals thereof. For ease of assembly, the substrate is preferably a thin rectangular plate, but is not limited thereto. In addition, the off-angle of the substrate is preferably greater than 0 degrees and smaller than 2 degrees from the viewpoint of growing high-quality crystals. The thickness of the substrate is not particularly limited as long as the purpose is to laminate an AlGaN layer on top, but is preferably 50 μm or more and 1 mm or less.

基板は、半導体レーザダイオードを構成する各層として形成する薄膜の支持および結晶性の向上、外部への放熱を目的として使用される。そのため、AlGaNを高品質で成長させることが出来、熱伝導率の高い材料であるAlN基板を用いることが好ましい。
基板の結晶品質には特に制限はないが、高い発光効率を有する素子薄膜を形成するためには、貫通転位密度1×109cm-2以下が好ましく、1×108cm-2以下がより好ましい。基板の成長面は、一般的に用いられている+c面AlNとすれば、低コストなため好ましいが、-c面AlNであっても、半極性面基板であっても、非極性面基板であっても良い。p型半導体として広く用いられるIII族組成傾斜AlGaNを成長させる場合は、分極ドーピングの効果を大きくする観点から、+c面AlNであることが好ましい。
The substrate is used for the purpose of supporting the thin films formed as the layers constituting the semiconductor laser diode, improving the crystallinity, and dissipating heat to the outside. For this reason, it is preferable to use an AlN substrate, which is a material with high thermal conductivity and allows AlGaN to be grown with high quality.
There is no particular restriction on the crystal quality of the substrate, but in order to form an element thin film having high luminous efficiency, the threading dislocation density is preferably 1×10 9 cm −2 or less, and more preferably 1×10 8 cm −2 or less. The growth surface of the substrate is preferably the commonly used +c-plane AlN because of its low cost, but may be −c-plane AlN, a semipolar plane substrate, or a nonpolar plane substrate. When growing III-composition-gradient AlGaN, which is widely used as a p-type semiconductor, +c-plane AlN is preferable from the viewpoint of increasing the effect of polarization doping.

(第一半導体層)
第一半導体層の厚さは特に制限されない。例えば、第一半導体層の抵抗を低減させるために100nm以上であってもよいし、第一半導体層の形成時のクラックの発生を抑制する観点から10μm以下であってもよい。
第一半導体層を形成する材料としては、Alx1Ga(1-x1)N(0≦x1≦1)が挙げられる。また、第一半導体層を形成する材料には、P、As又はSbといったN以外のV族元素や、In又はBといったIII族元素、C、H、F、O、Si、Cd、Zn又はBeなどの不純物が含まれていてもよい。
(First Semiconductor Layer)
The thickness of the first semiconductor layer is not particularly limited. For example, the thickness may be 100 nm or more in order to reduce the resistance of the first semiconductor layer, and may be 10 μm or less in order to suppress the occurrence of cracks during the formation of the first semiconductor layer.
An example of a material for forming the first semiconductor layer is Al x1 Ga (1-x1) N (0≦x1≦1). The material for forming the first semiconductor layer may contain impurities such as a group V element other than N, such as P, As, or Sb, a group III element, such as In or B, or C, H, F, O, Si, Cd, Zn, or Be.

なお、AlxGa(1-x)NのAl組成比xは、集束イオンビーム(FIB)装置を用いてAlGaNのa面に沿う断面を露出させて、その断面を透過型電子顕微鏡で観察し、その断面のエネルギー分散型X線解析(EDX)を行うことで特定することができる。Al組成比xは、AlとGaのモル数の和に対するAlのモル数の比率と定義でき、EDXで定量されたAl、Gaのモル数の値を用いて定義することができる。 The Al composition ratio x of Al x Ga (1-x) N can be specified by exposing a cross section along the a-plane of AlGaN using a focused ion beam (FIB) device, observing the cross section with a transmission electron microscope, and performing energy dispersive X-ray analysis (EDX) of the cross section. The Al composition ratio x can be defined as the ratio of the number of moles of Al to the sum of the number of moles of Al and Ga, and can be defined using the values of the number of moles of Al and Ga quantified by EDX.

第一半導体層がn型半導体の場合、例えばSiを1×1019cm-3ドープすることでn型化させることが可能である。第一半導体層がp型半導体の場合、例えばMgを3×1019cm-3ドープすることでp型化させることが可能である。不純物濃度は、層全体で一様であっても、不均一であっても良く、また膜厚方向にのみ不均一でも、基板水平方向にのみ不均一であっても良い。
また、基板1と第一半導体層21aaとの間にAlN層やAlGaN層などの中間層が形成されていてもよい。その場合、この中間層を下地層320として使用してもよい。
When the first semiconductor layer is an n-type semiconductor, it can be made n-type by doping with, for example, 1×10 19 cm −3 of Si. When the first semiconductor layer is a p-type semiconductor, it can be made p-type by doping with, for example, 3×10 19 cm −3 of Mg. The impurity concentration may be uniform or non-uniform throughout the layer, or may be non-uniform only in the film thickness direction or only in the horizontal direction of the substrate.
In addition, an intermediate layer such as an AlN layer or an AlGaN layer may be formed between the substrate 1 and the first semiconductor layer 21aa. In this case, this intermediate layer may be used as the base layer 320.

(導波路層)
導波路層は発光層を含む層であって、例えば、第一ガイド層、発光層、第二ガイド層がこの順に積層されたものであるが、第一ガイド層および第二ガイド層のいずれかまたは両方を含まない場合もある。
(Waveguide layer)
The waveguide layer is a layer including a light-emitting layer, and is, for example, a layer in which a first guide layer, a light-emitting layer, and a second guide layer are laminated in this order, but may not include either or both of the first guide layer and the second guide layer.

(第一ガイド層)
第一ガイド層は、第一半導体層の第一半導体層の上に形成されている。第一ガイド層は、発光層で発光した光を発光部(第一ガイド層、発光層、第二ガイド層で構成されている部分)に閉じ込めるために、第一半導体層と屈折率差をつけている。第一ガイド層を形成する材料として、AlN、GaNの混晶が挙げられる。
第一ガイド層を形成する材料の具体例は、Alx2Ga(1-x2)N(0<x2<1)である。
第一ガイド層を形成するAlx2Ga(1-x2)NのAl組成比x2は、第一半導体層を形成するAlx1Ga(1-x1)NのAl組成比x1よりも小さくてもよい。これにより、第一ガイド層は、第一半導体層よりも屈折率が大きくなり、発光層で発光した光を発光部に閉じ込めることが可能となる。また、第一ガイド層を形成する材料には、P、As又はSbといったN以外のV族元素や、In又はBといったIII族元素、C、H、F、O、Si、Cd、Zn又はBeなどの不純物が含まれていてもよい。
(First Guide Layer)
The first guide layer is formed on the first semiconductor layer of the first semiconductor layer. The first guide layer has a refractive index different from that of the first semiconductor layer in order to confine the light emitted from the light emitting layer in the light emitting section (the section composed of the first guide layer, the light emitting layer, and the second guide layer). Examples of materials for forming the first guide layer include mixed crystals of AlN and GaN.
A specific example of the material for forming the first guide layer is Al x2 Ga (1-x2) N (0<x2<1).
The Al composition ratio x2 of Al x2 Ga (1-x2) N forming the first guide layer may be smaller than the Al composition ratio x1 of Al x1 Ga (1-x1) N forming the first semiconductor layer. This makes it possible for the first guide layer to have a larger refractive index than the first semiconductor layer, and to confine the light emitted from the light emitting layer in the light emitting section. The material forming the first guide layer may contain impurities such as a Group V element other than N, such as P, As, or Sb, a Group III element, such as In or B, or C, H, F, O, Si, Cd, Zn, or Be.

第一ガイド層がn型半導体の場合、例えばSiを1×1019cm-3ドープすることでn型化させることが可能である。第一ガイド層がp型半導体の場合、例えばMgを3×1019cm-3ドープすることでp型化させることが可能である。第一ガイド層は膜厚方向の一部分にのみドーパントを有していても良い。つまり、第一ガイド層の膜厚方向の一部分では、n型半導体とアンドープ層や、p型半導体とアンドープ層が組み合わされていても良い。第一ガイド層は、アンドープ層であってもよい。 When the first guide layer is an n-type semiconductor, it can be made n-type by doping it with, for example, 1×10 19 cm −3 of Si. When the first guide layer is a p-type semiconductor, it can be made p-type by doping it with, for example, 3×10 19 cm −3 of Mg. The first guide layer may have a dopant only in a portion in the thickness direction. That is, a portion in the thickness direction of the first guide layer may be a combination of an n-type semiconductor and an undoped layer, or a p-type semiconductor and an undoped layer. The first guide layer may be an undoped layer.

第一ガイド層は、組成を傾斜させた構造を有していてもよい。例えば、第一ガイド層は、Alx2Ga(1-x2)NのAl組成比x2を0.6から0.5に連続的又は階段状に変化させる層構造を有していてもよい。第一ガイド層の厚さは、特に制限されない。第一ガイド層の厚さは、発光層からの発光を効率よく発光部へ閉じ込めるために10nm以上であってもよい、また、第一ガイド層の厚さは、第一ガイド層の抵抗を低減させる観点から2μm以下であってもよい。
第一ガイド層は、光を発光部に閉じ込める目的を保持する範囲内でブロック層となるAlGaN層を有していても良い。
The first guide layer may have a structure with a graded composition. For example, the first guide layer may have a layer structure in which the Al composition ratio x2 of Al x2 Ga (1-x2) N changes continuously or stepwise from 0.6 to 0.5. The thickness of the first guide layer is not particularly limited. The thickness of the first guide layer may be 10 nm or more in order to efficiently confine the light emitted from the light emitting layer in the light emitting portion, and the thickness of the first guide layer may be 2 μm or less in order to reduce the resistance of the first guide layer.
The first guide layer may have an AlGaN layer that serves as a blocking layer within the range in which the purpose of confining light in the light emitting portion is maintained.

(発光層)
発光層を形成する材料として、AlN、GaN、およびその混晶が挙げられる。発光層を形成する材料の具体例は、Alx3Ga(1-x3)N(0≦x3≦1)である。発光層のAlx3Ga(1-x3)NのAl組成比xは、第一電極および第二電極から注入したキャリアを効率よく発光部に閉じ込めるために、第一ガイド層のAlx2Ga(1-x2)NのAl組成比x2よりも小さくてもよい。例えば、発光層は、Al組成比x3が0.2≦x3<1の関係を満たすAlx3Ga(1-x3)Nで形成されていてもよい。
また、発光層を形成する材料には、P、As又はSbといったN以外のV族元素や、In又はBといったIII族元素、C、H、F、O、Si、Cd、Zn又はBeなどの不純物が含まれていてもよい。
(Light Emitting Layer)
Examples of materials for forming the light-emitting layer include AlN, GaN, and mixed crystals thereof. A specific example of a material for forming the light-emitting layer is Al x3 Ga (1-x3) N (0≦x3≦1). The Al composition ratio x of Al x3 Ga (1-x3) N of the light-emitting layer may be smaller than the Al composition ratio x2 of Al x2 Ga (1-x2) N of the first guide layer in order to efficiently confine carriers injected from the first electrode and the second electrode in the light-emitting portion. For example, the light-emitting layer may be formed of Al x3 Ga (1-x3) N whose Al composition ratio x3 satisfies the relationship 0.2≦x3<1.
In addition, the material forming the light emitting layer may contain impurities such as a Group V element other than N, such as P, As, or Sb, a Group III element, such as In or B, or C, H, F, O, Si, Cd, Zn, or Be.

発光層がn型半導体の場合、例えばSiを1×1019cm-3ドープすることでn型化させることが可能である。発光層がp型半導体の場合、例えばMgを3×1019cm-3ドープすることでp型化させることが可能である。発光層は、アンドープ層でもよい。
発光層は、例えばAlx5Ga(1-x5)Nで形成された井戸層と、井戸層に隣接して設けられて例えばAlx4Ga(1-x4)Nで形成された障壁層を有し、井戸層及び障壁層が1つずつ交互に積層された多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)構造を有していてもよい。
When the light emitting layer is an n-type semiconductor, it can be made n-type by doping with, for example, 1×10 19 cm −3 of Si. When the light emitting layer is a p-type semiconductor, it can be made p-type by doping with, for example, 3×10 19 cm −3 of Mg. The light emitting layer may be an undoped layer.
The light-emitting layer may have a well layer made of, for example, Al x5 Ga (1-x5) N and a barrier layer made of, for example, Al x4 Ga (1-x4) N adjacent to the well layer, and may have a multiple quantum well (MQW) structure in which the well layers and barrier layers are alternately stacked one by one.

井戸層のAl組成比x5は、第一ガイド層および第二ガイド層のそれぞれのAl組成比x4よりも小さい。また、井戸層のAl組成比x5は、障壁層のAl組成比x4よりも小さい。障壁層のAl組成比x4は、第一ガイド層および第二ガイド層のそれぞれのAl組成比x4と同一であってもよいし、第一ガイド層および第二ガイド層のそれぞれのAl組成比x4より高くても低くてもよい。
井戸層および障壁層の平均のAl組成比が発光層のAl組成比xとなる。多重量子井戸構造の発光層を有することにより、発光層の発光効率や発光強度の向上を図ることができる。
The Al composition ratio x5 of the well layer is smaller than the Al composition ratio x4 of each of the first guide layer and the second guide layer. Also, the Al composition ratio x5 of the well layer is smaller than the Al composition ratio x4 of the barrier layer. The Al composition ratio x4 of the barrier layer may be the same as the Al composition ratio x4 of each of the first guide layer and the second guide layer, or may be higher or lower than the Al composition ratio x4 of each of the first guide layer and the second guide layer.
The average Al composition ratio of the well layers and the barrier layers is the Al composition ratio x of the light emitting layer. By providing a light emitting layer with a multiple quantum well structure, the light emitting efficiency and light intensity of the light emitting layer can be improved.

発光層は、例えば「障壁層/井戸層/障壁層/井戸層/障壁層」という二重量子井戸構造を有していてもよい。これら井戸層のそれぞれの膜厚は例えば4nmであってよく、これらの障壁層のそれぞれの膜厚は例えば8nmであってよく、発光層の膜厚は32nmであってもよい。多重量子井戸層の量子井戸数は1層であっても(つまり、多重量子井戸ではなく単量子井戸)、2層、3層、4層、5層であっても良い。1つの井戸層内のキャリア密度を増加させる目的から、単一井戸層であることが好ましい。 The light-emitting layer may have a double quantum well structure, for example, "barrier layer/well layer/barrier layer/well layer/barrier layer." The thickness of each of these well layers may be, for example, 4 nm, the thickness of each of these barrier layers may be, for example, 8 nm, and the thickness of the light-emitting layer may be 32 nm. The number of quantum wells in the multiple quantum well layer may be one (i.e., a single quantum well instead of a multiple quantum well), two, three, four, or five. A single well layer is preferable for the purpose of increasing the carrier density in one well layer.

(第二ガイド層)
第二ガイド層は、発光層の上に形成されている。第二ガイド層は、発光層で発光した光を発光部に閉じ込めるために、第二半導体層と屈折率差をつけている。第二ガイド層を形成する材料として、AlN、GaN、およびその混晶が挙げられる。第二ガイド層を形成する材料の具体例は、Alx6Ga(1-x6)N(0≦x6≦1)である。
第二ガイド層のAlx6Ga(1-x6)NのAl組成比x6は、井戸層のAlx5Ga(1-x5)NのAl組成比x5よりも大きくてもよい。これにより、発光層へキャリアを閉じ込めることが可能となる。また、第二ガイド層を形成する材料には、P、As又はSbといったN以外のV族元素や、In又はBといったIII族元素、C、H、F、O、Si、Cd、Zn又はBeなどの不純物が含まれていてもよい。
(Second Guide Layer)
The second guide layer is formed on the light emitting layer. The second guide layer has a refractive index different from that of the second semiconductor layer in order to confine the light emitted by the light emitting layer in the light emitting portion. Examples of materials for forming the second guide layer include AlN, GaN, and mixed crystals thereof. A specific example of a material for forming the second guide layer is Al x6 Ga (1-x6) N (0≦x6≦1).
The Al composition ratio x6 of Al x6 Ga (1-x6) N of the second guide layer may be greater than the Al composition ratio x5 of Al x5 Ga (1-x5) N of the well layer. This makes it possible to confine carriers in the light emitting layer. The material forming the second guide layer may contain impurities such as a group V element other than N, such as P, As, or Sb, a group III element, such as In or B, or C, H, F, O, Si, Cd, Zn, or Be.

第二ガイド層がn型半導体の場合、例えばSiを1×1019cm-3ドープすることでn型化させることが可能である。第二ガイド層がp型半導体の場合、例えばMgを3×1019cm-3ドープすることでp型化させることが可能である。第二ガイド層は、アンドープ層でもよい。第二ガイド層は、Alx6Ga(1-x6)NのAl組成比x6を傾斜させた構造を有していてもよい。例えば、第二ガイド層は、Alx6Ga(1-x6)NのAl組成比x6を0.5から0.6に連続的又は階段状に変化させる層構造を有していてもよい。 When the second guide layer is an n-type semiconductor, it can be made n-type by doping, for example, with Si at 1×10 19 cm −3 . When the second guide layer is a p-type semiconductor, it can be made p-type by doping, for example, with Mg at 3×10 19 cm −3 . The second guide layer may be an undoped layer. The second guide layer may have a structure in which the Al composition ratio x6 of Al x6 Ga (1-x6) N is graded. For example, the second guide layer may have a layer structure in which the Al composition ratio x6 of Al x6 Ga (1-x6) N changes continuously or stepwise from 0.5 to 0.6.

第二ガイド層の厚さは、特に制限されない。第二ガイド層の厚さは、発光層からの発光を効率よく発光部へ閉じ込めるために10nm以上であってもよい。また、第二ガイド層の厚さは、第二ガイド層の抵抗を低減させる観点から2μm以下であってもよい。
第二ガイド層のAlx6Ga(1-x6)N(0≦x6≦1)のAl組成比x6と第一ガイド層のAlx4Ga(1-x4)N(0≦x4≦1)のAl組成比x4は、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
The thickness of the second guide layer is not particularly limited. The thickness of the second guide layer may be 10 nm or more in order to efficiently confine the light emitted from the light emitting layer in the light emitting portion. The thickness of the second guide layer may be 2 μm or less in order to reduce the resistance of the second guide layer.
The Al composition ratio x6 of Al x6 Ga.sub. (1-x6) N (0≦x6≦1) of the second guide layer and the Al composition ratio x4 of Al x4 Ga.sub. (1-x4) N (0≦x4≦1) of the first guide layer may be the same value or different values.

(第二半導体層)
第二半導体層がn型半導体の場合、例えばSiを1×1019cm-3ドープすることでn型化させることが可能である。第二半導体層がp型半導体の場合、例えばMgを3×1019cm-3ドープすることでp型化させることが可能である。ドーパントの濃度は基板の垂直方向に一定であっても、不均一であっても良い。基板の面内方向に一定であっても、不均一であっても良い。
第二半導体層は、AlGaNのAl組成比を傾斜させた構造を有していてもよい。第二半導体層が層構造を有する場合、第二半導体層はドーパントを有していなくてもアンドープ層であっても良い。第二半導体層は、最上層にドーピング濃度が高い層を更に有している積層構造であっても良い。
(Second Semiconductor Layer)
When the second semiconductor layer is an n-type semiconductor, it can be made n-type by doping with, for example, 1×10 19 cm −3 of Si. When the second semiconductor layer is a p-type semiconductor, it can be made p-type by doping with, for example, 3×10 19 cm −3 of Mg. The dopant concentration may be constant or non-uniform in the vertical direction of the substrate. It may be constant or non-uniform in the in-plane direction of the substrate.
The second semiconductor layer may have a structure in which the Al composition ratio of AlGaN is graded. When the second semiconductor layer has a layered structure, the second semiconductor layer may be an undoped layer that does not contain a dopant. The second semiconductor layer may have a laminated structure further including a layer with a high doping concentration on the top layer.

第二半導体層は、二層以上の積層構造であっても良い。その場合、キャリアを発光層へ効率よく運搬する目的で、Al組成比は上層に向かうほど小さくなることが好ましい。
第二半導体層の形成材料のAlx7Ga(1-x7)NのAl組成比x7は0であってもよい。第二半導体層の最上層に、Alx7Ga(1-x7)NのAl組成比x7が0であるp型の(p-)GaNを用いることで、第二半導体層の上に配置される第二電極のコンタクト抵抗を下げることができる。
The second semiconductor layer may have a laminated structure of two or more layers. In that case, it is preferable that the Al composition ratio decreases toward the upper layer in order to efficiently transport carriers to the light emitting layer.
The Al composition ratio x7 of Al x7 Ga (1-x7) N, which is the material for forming the second semiconductor layer, may be 0. By using p-type (p-) GaN in which the Al composition ratio x7 of Al x7 Ga (1-x7) N is 0, as the uppermost layer of the second semiconductor layer, it is possible to reduce the contact resistance of the second electrode disposed on the second semiconductor layer.

(第一電極)
第一電極がn型電極の場合、第一電極を形成する材料としては、第一電極が第一半導体層に電子を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光素子のn型電極に対応する材料を使用することが可能である。例えば、第一電極がn型電極の場合の形成材料として、Ti、Al、Ni、Au、Cr、V、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Wおよびその合金、又はITO等が適用される。
(First Electrode)
When the first electrode is an n-type electrode, the material forming the first electrode can be a material corresponding to an n-type electrode of a general nitride semiconductor light-emitting element, so long as the first electrode is used for the purpose of injecting electrons into the first semiconductor layer. For example, when the first electrode is an n-type electrode, Ti, Al, Ni, Au, Cr, V, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W and alloys thereof, ITO, etc. are applied as the forming material.

第一電極がp型電極の場合、第一電極を形成する材料としては、第一電極が窒化物半導体発光素子に正孔(ホール)を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光素子のp型電極層と同じ材料を使用することが可能である。例えば、第一電極がp型電極の場合の形成材料として、Ni、Au、Pt、Ag、Rh、Pd、Cuおよびその合金、又はITO等が適用される。第一電極がp型電極の場合は、第一電極とリッジ部半導体層17とのコンタクト抵抗が小さいNi、Au若しくはこれらの合金、又はITOであってもよい。 When the first electrode is a p-type electrode, the material forming the first electrode can be the same as the p-type electrode layer of a general nitride semiconductor light-emitting device, so long as the first electrode is used for the purpose of injecting holes into the nitride semiconductor light-emitting device. For example, when the first electrode is a p-type electrode, Ni, Au, Pt, Ag, Rh, Pd, Cu and alloys thereof, ITO, etc. are used as the forming material. When the first electrode is a p-type electrode, Ni, Au or alloys thereof, or ITO, which have a small contact resistance between the first electrode and the ridge semiconductor layer 17, may be used.

第一電極は、第一電極の全域に電流を均等に拡散させる目的で、上部にパッド電極を有していてもよい。パッド電極を形成する材料としては、例えばAu、Al、Cu、Ag又はWなどが挙げられる。このパッド電極は、導電性の観点から、これらの材料のうち導電性が高いAuで形成されていてもよい。具体的には、第一電極の構造として、例えばNi及びAuの合金で形成された第一コンタクト電極を第一半導体層上に形成し、Auで形成された第一パッド電極を第一コンタクト電極上に形成した構造が挙げられる。
第一電極は、例えば240nmの厚さに形成されている。
The first electrode may have a pad electrode on the top for the purpose of uniformly diffusing the current over the entire area of the first electrode. Examples of materials for forming the pad electrode include Au, Al, Cu, Ag, and W. From the viewpoint of electrical conductivity, the pad electrode may be formed of Au, which has high electrical conductivity among these materials. Specifically, the structure of the first electrode may include a structure in which a first contact electrode made of an alloy of Ni and Au is formed on the first semiconductor layer, and a first pad electrode made of Au is formed on the first contact electrode.
The first electrode is formed to a thickness of, for example, 240 nm.

(第二電極)
第二電極がn型電極の場合、第二電極を形成する材料としては、第二電極が第一半導体層に電子を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な半導体レーザダイオードのn型電極に対応する材料を使用することが可能である。例えば、第二電極がn型電極の場合の形成材料として、Ti、Al、Ni、Au、Cr、V、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Wおよびその合金、またはITO等が適用される。
(Second electrode)
When the second electrode is an n-type electrode, the material for forming the second electrode can be a material corresponding to the n-type electrode of a general semiconductor laser diode, if the second electrode is used for the purpose of injecting electrons into the first semiconductor layer. For example, when the second electrode is an n-type electrode, Ti, Al, Ni, Au, Cr, V, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W and their alloys, or ITO, etc., can be used as the material for forming the second electrode.

第二電極がp型電極の場合、第二電極を形成する材料としては、第二電極が窒化物半導体発光素子に正孔(ホール)を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光素子のp型電極層と同じ材料を使用することが可能である。例えば、第二電極がp型電極の場合の形成材料として、Ni、Au、Pt、Ag、Rh、Pd、Cuおよびその合金、またはITO等が適用される。第二電極がp型電極の場合は、第二電極と第二半導体層とのコンタクト抵抗が小さいNi、Au若しくはこれらの合金、又はITOであってもよい。 When the second electrode is a p-type electrode, the material forming the second electrode can be the same as the p-type electrode layer of a general nitride semiconductor light-emitting device, so long as the second electrode is used for the purpose of injecting holes into the nitride semiconductor light-emitting device. For example, when the second electrode is a p-type electrode, Ni, Au, Pt, Ag, Rh, Pd, Cu and alloys thereof, ITO, etc. are used as the forming material. When the second electrode is a p-type electrode, Ni, Au or alloys thereof, or ITO, which have a small contact resistance between the second electrode and the second semiconductor layer, may be used.

第二電極は、第二電極の全域に電流を均等に拡散させる目的で、上部にパッド電極を有していてもよい。パッド電極を形成する材料としては、例えばAu、Al、Cu、Ag又はWなどが挙げられる。このパッド電極は、導電性の観点から、これらの材料のうち導電性が高いAuで形成されていてもよい。具体的には、第二電極の構造として、例えばTi、Al、Ni及びAuの中から選択された素材の合金で形成された第二コンタクト電極を第二半導体層上に形成し、Auで形成された第二パッド電極を第二コンタクト電極上に形成した構造が挙げられる。
第二電極は、例えば60nmの厚さに形成されている。第二電極と第一電極は異なる厚さに形成されていても、第一電極と同じ厚さに形成されていてもよい。
The second electrode may have a pad electrode on the upper part for the purpose of uniformly diffusing the current over the entire area of the second electrode. Examples of materials for forming the pad electrode include Au, Al, Cu, Ag, and W. From the viewpoint of electrical conductivity, the pad electrode may be formed of Au, which has high electrical conductivity among these materials. Specifically, the structure of the second electrode may include a structure in which a second contact electrode formed of an alloy of a material selected from Ti, Al, Ni, and Au is formed on the second semiconductor layer, and a second pad electrode formed of Au is formed on the second contact electrode.
The second electrode is formed to a thickness of, for example, 60 nm. The second electrode and the first electrode may be formed to different thicknesses, or may be formed to the same thickness as the first electrode.

1 基板
2 積層体
21 第一半導体層
21a 第一半導体層のメサ側部分(第一半導体層のメサ部を構成する部分)
21aa 第一半導体層の共振領域となる部分(共振器端面を構成する第一半導体層)
21b 第一半導体層の下地層になる部分
22 第一ガイド層(導波路層)
23 発光層(導波路層)
24 第二ガイド層(導波路層)
25 第二半導体層
31 メサ部(共振領域となる部分を含む部分)
32 第一部分(メサ部以外の部分)
33 第二部分(メサ部以外の部分)
4 絶縁層
5 第二電極
5A 第二電極の共振方向での端面
51 第二合金層(第二電極になる層)
51a 共振器端面位置より外側に形成された第二合金層の部分
52 接続体
6 第一電極
6A 第一電極の共振方向での端面
61 第一合金層(第一電極になる層)
61a 共振器端面位置より外側に形成された第一合金層の部分
62 接続体
7 マスク
81 凸部
82 凸部
83 凸部
84 凸部
9 反射層
200 共振器端面
310 共振領域
320 下地層
321 下地層の第一上面
322 下地層の第二上面
K 共振方向
REFERENCE SIGNS LIST 1 Substrate 2 Laminate 21 First semiconductor layer 21a Mesa side portion of the first semiconductor layer (portion constituting the mesa portion of the first semiconductor layer)
21aa: A portion of the first semiconductor layer that becomes a resonant region (the first semiconductor layer that constitutes the resonator end face)
21b: A portion that becomes an underlayer of the first semiconductor layer; 22: A first guide layer (waveguide layer);
23 Light emitting layer (waveguide layer)
24 Second guide layer (waveguide layer)
25 Second semiconductor layer 31 Mesa portion (portion including a portion that becomes a resonance region)
32 First portion (portion other than the mesa portion)
33 Second portion (portion other than the mesa portion)
4: Insulating layer 5: Second electrode 5A: End face of second electrode in resonance direction 51: Second alloy layer (layer to become second electrode)
51a: Portion of second alloy layer formed outside the resonator end face position 52: Connector 6: First electrode 6A: End face of first electrode in resonance direction 61: First alloy layer (layer to become first electrode)
61a: Portion of the first alloy layer formed outside the cavity end face position 62: Connector 7: Mask 81: Convex portion 82: Convex portion 83: Convex portion 84: Convex portion 9: Reflective layer 200: Cavity end face 310: Resonance region 320: Underlayer 321: First upper surface of underlayer 322: Second upper surface of underlayer K: Resonance direction

Claims (8)

下地層と、前記下地層の上面の一部に形成され、第一半導体層、導波路層、および第二半導体層がこの順に積層されている共振領域と、前記共振領域の近傍の第一半導体層上に形成された第一電極と、前記共振領域の上に形成された第二電極と、を有し、前記共振領域の第一半導体層と前記第一電極が形成されている第一半導体層とが連続している半導体レーザダイオードの製造方法であって、
複数の前記半導体レーザダイオードを基板上に形成した後に前記基板を前記半導体レーザダイオード毎に分割する工程を含み、
前記基板上に、第一半導体層、導波路層、および第二半導体層をこの順に含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の第二半導体層の上に前記第二電極になる層を、前記共振領域の共振器端面と前記分割する工程で分割する位置との間まで形成する電極層形成工程と、
前記電極層形成工程の後に、前記第二電極になる層の前記共振器端面より外側となる位置に形成された部分の除去と前記共振器端面の形成とを同時にまたは連続的に行う第一のエッチング工程と、
を有する半導体レーザダイオードの製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor laser diode comprising: an underlayer; a resonance region formed on a part of an upper surface of the underlayer, the resonance region being formed by laminating a first semiconductor layer, a waveguide layer, and a second semiconductor layer in this order; a first electrode formed on the first semiconductor layer in the vicinity of the resonance region; and a second electrode formed on the resonance region, the first semiconductor layer of the resonance region being continuous with the first semiconductor layer on which the first electrode is formed, the method comprising the steps of:
forming a plurality of the semiconductor laser diodes on a substrate and then dividing the substrate into individual semiconductor laser diodes;
forming a stack including a first semiconductor layer, a waveguide layer, and a second semiconductor layer in this order on the substrate;
an electrode layer forming step of forming a layer to become the second electrode on the second semiconductor layer of the laminate, between the resonator end face of the resonance region and the position to be divided in the dividing step;
a first etching step for simultaneously or consecutively removing a portion of the layer to be the second electrode formed at a position outside the cavity end face and forming the cavity end face after the electrode layer forming step;
A method for manufacturing a semiconductor laser diode having the structure described above.
前記積層体をエッチングして、前記第一半導体層を、膜厚方向で、前記共振領域となる部分を含む部分と、それ以外の部分と、に分けるメサエッチング工程を更に有し、
このエッチングで生じた前記それ以外の部分の上面に、前記第一電極を形成する請求項1記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
The method further includes a mesa etching step of etching the laminate to divide the first semiconductor layer into a portion including a portion that becomes the resonance region and the other portion in a thickness direction,
2. The method for manufacturing a semiconductor laser diode according to claim 1, wherein said first electrode is formed on the upper surface of said other portion produced by said etching.
前記第一のエッチング工程は、マスクを用いたドライエッチング法により行い、
前記第一のエッチング工程の後に、前記マスクを外さずにアルカリ性水溶液でウエットエッチングを行う請求項1または2記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
The first etching step is performed by a dry etching method using a mask,
3. The method for producing a semiconductor laser diode according to claim 1, further comprising the step of: after said first etching step, performing wet etching with an alkaline aqueous solution without removing said mask.
下地層と、
前記下地層の上面の一部である下地領域の一部に形成され、第一半導体層、導波路層、および第二半導体層がこの順に積層されている共振領域と、
前記共振領域の近傍の第一半導体層上に形成された第一電極と、
前記共振領域の上に形成された第二電極と、
前記共振領域の共振器端面を構成する面および前記下地領域の上面の両方から突出する凸部と、
を有し、
前記共振領域の第一半導体層と前記第一電極が形成されている第一半導体層とが連続し、
前記凸部前記共振器端面から離れる側に、平坦な面である前記下地領域の上面が存在し、
前記凸部の先端と前記上面との間に凹部が介在しない半導体レーザダイオード。
A base layer and
a resonance region formed in a part of an underlying region that is a part of an upper surface of the underlying layer, the resonance region being formed by laminating a first semiconductor layer, a waveguide layer, and a second semiconductor layer in this order;
a first electrode formed on the first semiconductor layer in the vicinity of the resonance region;
A second electrode formed on the resonance region;
a protrusion protruding from both a surface of the resonance region that constitutes a resonator end face and an upper surface of the base region;
having
the first semiconductor layer of the resonance region and the first semiconductor layer on which the first electrode is formed are continuous;
the upper surface of the base region is a flat surface on a side of the protrusion away from the cavity end surface,
The semiconductor laser diode has no recess between the tip of the protrusion and the upper surface .
前記共振器端面と前記第二電極の前記共振領域の共振方向での端面は同一平面内にある請求項4記載の半導体レーザダイオード。 The semiconductor laser diode according to claim 4, wherein the resonator end face and the end face of the second electrode in the resonance direction of the resonance region are in the same plane. 前記凸部は、前記共振器端面を構成する面からの突出位置で前記下地層の上面からの突出寸法が最も大きい請求項4または5記載の半導体レーザダイオード。 The semiconductor laser diode according to claim 4 or 5, wherein the protrusion has a maximum protruding dimension from the upper surface of the base layer at a protruding position from the surface that constitutes the resonator end face. 前記第二電極は、絶縁層を介して前記第二半導体層の上に形成され、
前記絶縁層の貫通穴に、前記第二電極と前記第二半導体層とを電気的に接続する接続体が形成され、
前記凸部は三角柱の形状を有し、前記三角柱の一つの側面が前記共振器端面を構成する第一半導体層に接し、もう一つの側面が前記下地層の上面に接し、残りの側面が斜面として上向きに存在し、
平面視で前記共振領域の共振方向と直交する方向の寸法は、前記凸部の方が前記接続体より大きい請求項4~6のいずれか一項に記載の半導体レーザダイオード。
the second electrode is formed on the second semiconductor layer via an insulating layer;
a connector that electrically connects the second electrode and the second semiconductor layer is formed in the through hole of the insulating layer;
the protrusion has a triangular prism shape, one side of the triangular prism is in contact with the first semiconductor layer constituting the cavity end face, the other side is in contact with the upper surface of the base layer, and the remaining side is present upward as a slope,
7. The semiconductor laser diode according to claim 4, wherein a dimension of the protrusion in a direction perpendicular to the resonance direction of the resonance region in a plan view is larger than that of the connector.
前記共振器端面および前記第二電極の前記共振領域の共振方向での端面に反射層が形成され、前記反射層の膜厚は、前記第二電極の前記端面の方が前記共振器端面よりも厚い請求項4~7のいずれか一項に記載の半導体レーザダイオード。 The semiconductor laser diode according to any one of claims 4 to 7, wherein a reflective layer is formed on the end face of the resonator and the end face of the second electrode in the resonance direction of the resonance region, and the film thickness of the reflective layer on the end face of the second electrode is thicker than that of the resonator end face.
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