JPH10135562A - 半導体素子の劈開方法 - Google Patents

半導体素子の劈開方法

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JPH10135562A
JPH10135562A JP8287894A JP28789496A JPH10135562A JP H10135562 A JPH10135562 A JP H10135562A JP 8287894 A JP8287894 A JP 8287894A JP 28789496 A JP28789496 A JP 28789496A JP H10135562 A JPH10135562 A JP H10135562A
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JP
Japan
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plane
layer
semiconductor layer
substrate
cleavage
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JP8287894A
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Kazuhiko Horino
和彦 堀野
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子の劈開方法に関し、MgO基板の
劈開を利用して短波長半導体レーザの共振器面を形成す
る。 【解決手段】 MgO基板1上に成長させた半導体層
を、MgO基板1の{110}面3の劈開を利用して劈
開し、レーザ共振器を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の劈開方
法に関するものであり、特に、III 族窒化物半導体を用
いた短波長半導体レーザの共振器を作成するための劈開
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、緑色から紫外領域にかけた短波長
半導体レーザの研究が盛んに行われており、光磁気ディ
スク等の光磁気記録装置の記録密度を向上させるため
の、書込・読出用の新たな光源として期待されている。
【0003】従来、青色発光素子として用いられている
GaN等のIII 族窒化物半導体は、ウルツ鉱型化合物半
導体であるため、六方晶系のサファイア基板或いは類似
の結晶構造を有する6H−SiC基板上にMOVPE法
(有機金属気相成長法)を用いてエピタキシャル成長さ
せていた。
【0004】図5(a)参照 例えば、サファイア基板を用いた場合には、c面、即
ち、(0001)面を主面とするサファイア(000
1)基板41上に、GaNバッファ層42を介して、n
型GaNバッファ層43、n型In0.1 Ga0.9 N層4
4、n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層45、n型Ga
N光ガイド層46、InGaNMQW活性層47、p型
Al0.2 Ga0.8 N層48、p型GaN光ガイド層4
9、p型Al0. 15Ga0.85Nクラッド層50、及び、p
型GaNコンタクト層51をMOVPE法によってエピ
タキシャル成長させる。
【0005】次いで、ドライ・エッチングによりn型G
aNバッファ層43の一部を露出させて、n側電極52
を設けると共に、p型GaNコンタクト層51上にはp
側電極53を設けたのち、さらに、ドライ・エッチング
を施して一対の平行な端面を形成し、この端面を共振器
面にすることによってレーザ発振に成功している(必要
ならば、S.Nakamura et al.,Jap
anese Journal of Applied
Physics,vol.35,p.L74,1996
参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の短波長
半導体レーザにおいては、共振器面をエッチングによっ
て形成しているので平坦性、平行性、及び、垂直性に優
れた端面が得られないため、光の損失が大きく、しきい
値電流密度が大きくなるという問題がある。
【0007】図5(b)参照 また、エッチングによって共振器面を形成した場合、I
nGaNMQW活性層47から出射されたレーザ光は、
図に示すように、残存するサファイア基板41によって
進路が妨げられ、所期のファーフィールドパターン54
が得られないという問題もある。
【0008】この様な、問題は、エッチングにより共振
器面を作製することに起因するものであるが、劈開によ
り共振器面を形成しようとしても、III 族窒化物半導体
層の容易劈開面である(1−100)面の方向と、サフ
ァイア基板41の容易劈開面である(1−102)面の
方向が30°ずれて成長し、且つ、基板面に対してサフ
ァイア基板41の劈開面が47.34°と垂直から遠い
(30°以上)ため、サファイア基板41を劈開するこ
とによってきれいな共振器端面が得られない。なお、本
明細書においては、通常“1バー”或いは“2バー”で
表される指数を便宜的に、“−1”或いは“−2”等で
表記する。
【0009】即ち、(0001)面、即ち、c面を主面
とするサファイア基板41上にIII族窒化物半導体層を
エピタキシャル成長させた場合、III 族窒化物半導体層
の主面もc面となり、且つ、サファイア基板41の{1
1−20}面とIII 族窒化物半導体層の{1−100}
面とが平行になるように成長し、このため、サファイア
基板41の劈開によってはIII 族窒化物半導体層に共振
器面を形成できないことになる。
【0010】この様な問題を解決するために、a面、即
ち、(11−20)面を主面とするサファイア基板上に
III 族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、r
面、即ち、{1−102}面で劈開することも試みられ
ているが、劈開方向が若干ずれているため、平坦な共振
器面が得られていない。
【0011】また、6H−SiC基板を用いた場合に
は、劈開法により平坦性及び平行度の優れた共振器面を
形成することが可能であるが、大口径で高品質の6H−
SiC基板がなく、且つ、価格も高いために量産には向
かないといった問題がある。
【0012】したがって、本発明は、MgO基板の劈開
を利用してウルツ鉱型のIII 族窒化物半導体層を素子分
割すること、特に、短波長半導体レーザの共振器面を形
成することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 (1)本発明は、半導体素子の劈開方法において、Mg
O基板1上に成長させた半導体層を、MgO基板1の
{110}面3の劈開を利用して素子分割を行うことを
特徴とする。
【0014】岩塩型の結晶構造を有するMgOは、一般
には、{100}面で劈開することは知られているが、
このMgOを(111)面を主面とし、且つ、その厚さ
を50〜500μmとする基板とした場合、表面の端に
〈11−2〉方向に軽く傷をつけて柔らかい板の上に載
置し、ピンセットの先等で押さえつけることで(1−1
0)面、即ち、{110}面で劈開し、平坦な端面を得
ることができる。
【0015】従って、MgO基板1上に素子を形成する
ための半導体層を成長させたのち、半導体層の表面の端
に〈11−2〉方向に軽く傷6をつけて柔らかいゴム板
4の上に載置し、ピンセット5の先で押さえつけること
で(1−10)面で劈開し、素子分割を行うことができ
る。
【0016】(2)また、本発明は半導体素子の劈開方
法において、MgO基板1上に成長させた半導体層を、
MgO基板1の{110}面3の劈開を利用して劈開
し、レーザ共振器を形成することを特徴とする。
【0017】MgOの{110}面3に垂直な面をMg
O基板1の主面とすることにより、その上に成長させた
半導体層を平坦で垂直な{110}面3で再現性良く劈
開することができ、この一対の平行な{110}面3と
半導体層の劈開方向を一致させることによって、レーザ
共振器面を劈開で形成することができ、低損失のレーザ
が得られる。
【0018】(3)また、本発明は、上記(1)または
(2)において、半導体層がウルツ鉱型のIII 族窒化物
半導体層2であり、且つ、MgO基板1の主面が、オフ
角θ 1 を0°≦θ1 ≦10°とした場合、{111}面
からθ1 だけオフした面であることを特徴とする。
【0019】この様に、MgO基板1の主面を{11
1}面とした場合、その上に成長するウルツ鉱型のIII
族窒化物半導体層2の主面は{0001}面、即ち、c
面となり、MgO基板1の{110}面3、例えば、
(1−10)面と、III 族窒化物半導体層2の劈開面で
ある{11−20}面7とが平行になり、MgO基板1
の劈開によってIII 族窒化物半導体層2を再現性良く劈
開することができる。なお、この場合の主面は、{11
1}面から0°乃至10°オフした面であっても良く、
0°の場合は{111}面そのものである。
【0020】(4)また、本発明は、上記(1)または
(2)において、半導体層がウルツ鉱型のIII 族窒化物
半導体層2であり、且つ、MgO基板1の主面が、オフ
角θ 2 を2°≦θ2 ≦10°とした場合、{100}面
から〔011〕方向にθ2 だけオフした面であることを
特徴とする。
【0021】この様に、MgO基板1の主面を{10
0}面から〔011〕方向に約5°オフした面とした場
合、その上に成長するウルツ鉱型のIII 族窒化物半導体
層2の主面は{0001}面となり、MgO基板1の
{110}面3、例えば、(1−10)面と、III 族窒
化物半導体層2の劈開面である{1−100}面とが平
行になり、MgO基板1の劈開によってIII 族窒化物半
導体層2を再現性良く劈開することができる。なお、こ
の場合の主面は、{100}面から〔011〕方向に2
°乃至10°オフした面であっても良い。
【0022】
【発明の実施の形態】ここで、図2及び図3を参照し
て、本発明の第1の実施の形態を説明する。 図2(a)及び(b)参照 まず、(111)面を主面とするMgO基板基板11上
に、TMAl(トリメチルアルミニウム)を10〜10
0μmol/分、例えば、45μmol/分、アンモニ
アを0.02〜0.2mol/分、例えば、0.1mo
l/分、及び、キャリアガスとしての水素を300〜3
000sccm、例えば、1000sccmを流し、成
長圧力を70〜760Torr、例えば、100Tor
rとし、成長温度を900〜1150℃、例えば、10
00℃とした状態で、厚さ10〜100nm、好適には
30nmのAlNバッファ層12を成長させる。
【0023】次いで、TMGa(トリメチルガリウム)
を10〜100μmol/分、例えば、45μmol/
分、TMAlを10〜100μmol/分、例えば、4
5μmol/分、アンモニア(NH3 )を0.02〜
0.2mol/分、例えば、0.1mol/分、Si2
6 を0.0001〜0.002μmol/分、例え
ば、0.0007μmol/分、及び、キャリアガスと
しての水素を300〜3000sccm、例えば、10
00sccm流し、成長圧力を70〜760Torr、
例えば、100Torrとし、成長温度を850〜11
00℃、例えば、950℃とした状態で、100〜50
00nm、好適には2000nmのn型Al 0.1 Ga
0.9 Nクラッド層13を成長させる。
【0024】引き続いて、TMGaを10〜100μm
ol/分、例えば、45μmol/分、アンモニアを
0.02〜0.2mol/分、例えば、0.1mol/
分、Si2 6 を0.0001〜0.002μmol/
分、例えば、0.0007μmol/分、及び、キャリ
アガスとしての水素を300〜3000sccm、例え
ば、1000sccmを流し、成長圧力を70〜760
Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を8
00〜1050℃、例えば、930℃とした状態で、厚
さ50〜500nm、好適には100nmのn型GaN
光ガイド層14を成長させる。
【0025】引き続いて、TMGaを2.5〜25μm
ol/分、例えば、10μmol/分、TMIn(トリ
メチルインジウム)を25〜250μmol/分、例え
ば、100μmol/分、アンモニアを0.02〜0.
2mol/分、例えば、0.1mol/分、及び、キャ
リアガスとしての窒素を300〜3000sccm、例
えば、1000sccmを流し、成長圧力を70〜76
0Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を
550〜800℃、例えば、650℃とした状態で、厚
さ1〜20nm、好適には3nmのIn0.1 Ga0.9
活性層15を成長させる。
【0026】引き続いて、TMGaを10〜100μm
ol/分、例えば、45μmol/分、アンモニアを
0.02〜0.2mol/分、例えば、0.1mol/
分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを0.01
〜0.5μmol/分、例えば、0.05μmol/
分、及び、キャリアガスとしての水素を300〜300
0sccm、例えば、1000sccmを流し、成長圧
力を70〜760Torr、例えば、100Torrと
し、成長温度を800〜1050℃、例えば、930℃
とした状態で、厚さ50〜500nm、好適には100
nmのp型GaN光ガイド層16を成長させる。
【0027】引き続いて、TMGaを10〜100μm
ol/分、例えば、45μmol/分、TMAlを10
〜100μmol/分、例えば、45μmol/分、ア
ンモニアを0.02〜0.2mol/分、例えば、0.
1mol/分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム
を0.01〜0.5μmol/分、例えば、0.05μ
mol/分、及び、キャリアガスとしての水素を300
〜3000sccm、例えば、1000sccm流し、
成長圧力を70〜760Torr、例えば、100To
rrとし、成長温度を850〜1100℃、例えば、9
50℃とした状態で、100〜2000nm、好適には
500nmのp型Al0.1 Ga0.9 Nクラッド層17を
成長させる。
【0028】なお、この場合のAl0.1 Ga0.9 Nクラ
ッド層13,17の成長速度は0.6〜5.5μm/
時、典型的には2.6μm/時であり、また、GaN光
ガイド層14,16の成長速度は0.5〜5.2μm/
時、典型的には2.4μm/時であり、さらに、In
0.1 Ga0.9 N活性層15の成長速度は0.1〜1.5
μm/時、典型的には0.6μm/時である。
【0029】次いで、p型Al0.1 Ga0.9 Nクラッド
層17乃至n型Al0.1 Ga0.9 Nクラッド層13を
〈11−20〉方向にストライプ状にエッチングしたの
ち、露出したn型Al0.1 Ga0.9 Nクラッド層13に
n側電極としてのTi/Au電極18を設け、一方、p
型Al0.1 Ga0.9 Nクラッド層17上にはp側電極と
してNi/Au電極19を設ける。
【0030】次いで、成長層であるIII 族窒化物半導体
層20側に〈11−2〉方向23に傷21をつけたの
ち、III 族窒化物半導体層20側が下になるようにして
ゴム板22上に載置し、MgO基板11を裏面からピン
セット24の先で押圧することによって、MgO基板1
1を(1−10)面25で劈開すると、p型Al0.1
0.9 Nクラッド層17乃至AlNバッファ層12から
なるIII 族窒化物半導体層20も(11−20)面26
で劈開し、この(11−20)面26を共振器面とする
ことによって短波長半導体レーザが完成する。
【0031】図3(a)参照 図3(a)はMgO基板11の(111)面における原
子配列を示す図であり、O原子27が正六角形の格子を
形成するように配置され、(1−10)面25が上述の
ように劈開面となる。
【0032】図3(b)参照 図3(b)は(111)面を主面とするMgO基板11
上に成長させたIII 族窒化物半導体層20の原子配列を
示す図であり、N原子28が正六角形の格子を形成する
ように〈0001〉方向、即ち、c軸方向に沿って成長
するため、その劈開面である(11−20)面26とM
gO基板11の劈開面である(1−10)面25とが平
行になる。
【0033】したがって、MgO基板11を(1−1
0)面25で劈開することによって、その上に成長して
いる薄いIII 族窒化物半導体層20は(1−10)面2
5と平行な(11−20)面26で劈開し、MgO基板
11の主面に垂直で、且つ、平行な一対の平坦な共振器
面を形成することができ、レーザ損失が少なくなる。
【0034】なお、上記の第1の実施の形態におけるM
gO基板11の主面は(111)面であるが、(11
1)面と等価な{111}面であれば良く、また、純粋
な{111}面である必要はなく、{111}面からθ
1 (但し、0°<θ1 ≦10°)オフした面を用いても
良く、この程度のオフ角の範囲であれば、III 族窒化物
半導体層の劈開に問題はない。
【0035】次に、図4を参照して本発明の第2の実施
の形態を説明する。なお、この第2の実施の形態におい
ては、成長基板として(001)面から〈110〉方向
に5°オフしたMgO基板を用いる以外は、第1の実施
の形態と同じ製造条件で積層構造を作製し、電極を形成
する。
【0036】但し、MgO基板の主面の違いにより、そ
の上に成長するIII 族窒化物半導体層の成長軸の方向も
異なり、したがって、劈開面も異なることになる。
【0037】図4(a)参照 図4(a)はMgO基板31の(001)面から〈11
0〉方向に5°オフした面における原子配列を投影的に
示す図であり、O原子33とMg原子34とが面心立法
的に配置され、この場合も、(1−10)面35が劈開
面となる。
【0038】図4(b)参照 図4(b)は上記のMgO基板31上に成長させたIII
族窒化物半導体層32の原子配列を示す図であり、N原
子32が正六角形の格子を形成するように〈0001〉
方向に沿って成長するため、その劈開面である(1−1
00)面37とMgO基板31の劈開面である(1−1
0)面35とが平行になる。
【0039】したがって、MgO基板31を(1−1
0)面35で劈開することによって、その上に成長して
いる薄いIII 族窒化物半導体層31は(1−10)面3
5と平行な(1−100)面37で劈開し、この場合
も、MgO基板31の主面に垂直で、且つ、平行な一対
の平坦な共振器面を形成することができ、レーザ損失が
少なくなる。
【0040】なお、上記の第2の実施の形態におけるM
gO基板31の主面は(001)面〈110〉方向に5
°オフした面であるが、これと等価な{100}面から
〔011〕方向に5°オフした面であれば良く、また、
オフ角θ2 も5°である必要はなく、2°≦θ2 ≦10
°オフした面であれば良く、この程度のオフ角の範囲で
あれば、III 族窒化物半導体層の劈開に問題はない。
【0041】以上、第1及び第2の実施の形態を説明し
てきたが、第1の実施の形態の場合には、III 族窒化物
半導体層の結晶性は良好であるものの、劈開性が弱く、
多少再現性が劣るのに対して、第2の実施の形態の場合
には多少結晶性は劣るものの、劈開性に優れているとい
う特徴がある。
【0042】なお、上記の各実施の形態において、成長
基板として用いるMgO基板11,31の厚さは50〜
500μmであることが望ましく、50μm以下の場合
には製造工程における基板のハンドリングが困難にな
り、500μm以上の場合には{110}面での劈開が
困難になる。
【0043】また、上記の各実施の形態においては、短
波長半導体レーザの共振器の形成方法として説明してい
るが、共振器の形成方法に限られるものではなく、素子
分割方法、例えば、短波長発光ダイオードのペレット化
方法としても用いることができるものである。
【0044】また、上記の各実施の形態においては、バ
ッファ層としてAlNバッファ層を用いているが、Ga
N低温バッファ層を用いても良いものである。
【0045】また、上記の各実施の形態においては、活
性層としてIn0.1 Ga0.9 Nを用いているが、必要と
する波長に応じて混晶比をAlx Ga1-x-y Iny
(0≦x≦1、0≦y≦1)の範囲内で変えても良いも
のであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッ
ド層の混晶比をAla Ga1-a-b Inb N(0≦a≦
1、0≦b≦1)の範囲内で変えても良い。
【0046】また、上記の実施の形態においては光ガイ
ド層を用いているが、必ずしも必要なものでなく、クラ
ッド層と活性層とによって直接ヘテロ接合を形成しても
良く、さらに、光ガイド層及びクラッド層は必ずしも上
下対称的にする必要はなく、互いに混晶比の異なるAl
a Ga1-a-b Inb Nを用いても良いものである。
【0047】また、実施の形態に用いた原料も上記の原
料に限られるものではなく、有機金属原料はメチル系に
代えてエチル系、即ち、TEGa(トリエチルガリウ
ム)、TEAl(トリエチルアルミニウム)、及び、T
EIn(トリエチルインジウム)を用いても良く、さら
に、N源としてもアンモニアの代わりに、N2 4
(CH3 3 CNH2 、C2 5 3 、或いは、CH3
NH・NH2 を用いても良い。
【0048】さらに、不純物原料も、n型用としてはS
2 6 の代わりに、SiH4 或いはCH3 SiH3
用いても良く、また、p型用としてはビスシクロペンタ
ジエニルマグネシウム〔(C5 5 2 Mg〕の代わり
に、(CH3 5 4 2 Mg、(C2 5 5 4
2 Mg、(i−C3 7 5 4 2 Mg、或いは、
(n−C3 7 5 4 2 を用いても良い。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、MgO基板を用いると
ともに、MgO基板の主面に略垂直な{110}面の劈
開を利用することによって、MgO基板上に成長させた
III 族窒化物半導体層を劈開し、劈開面によってレーザ
共振器面を構成しているので、低損失でレーザ発振する
緑〜紫外領域の短波長半導体レーザの作製が可能とな
り、高速、大容量の補助記憶装置の実現に寄与するとこ
ろが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の説明図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態における原子配列の
説明図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態における原子配列の
説明図である。
【図5】従来の短波長半導体レーザの説明図である。
【符号の説明】
1 MgO基板 2 III 族窒化物半導体層 3 {110}面 4 ゴム板 5 ピンセット 6 傷 7 {11−20}面 11 MgO基板 12 AlNバッファ層 13 n型Al0.1 Ga0.9 Nクラッド層 14 n型GaN光ガイド層 15 In0.1 Ga0.9 N活性層 16 p型GaN光ガイド層 17 p型Al0.1 Ga0.9 Nクラッド層 18 Ti/Au電極 19 Ni/Au電極 20 III 族窒化物半導体層 21 傷 22 ゴム板 23 〈11−2〉方向 24 ピンセット 25 (1−10)面 26 (11−20)面 27 O原子 28 N原子 31 MgO基板 32 III 族窒化物半導体層 33 O原子 34 Mg原子 35 (1−10)面 36 N原子 37 (1−100)面 41 サファイア基板 42 GaNバッファ層 43 n型GaNバッファ層 44 n型In0.1 Ga0.9 N層 45 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層 46 n型GaN光ガイド層 47 InGaNMQW活性層 48 p型Al0.2 Ga0.8 N層 49 p型GaN光ガイド層 50 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層 51 p型GaNコンタクト層 52 n側電極 53 p側電極 54 ファーフィールドパターン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MgO基板上に成長させた半導体層を、
    前記MgO基板の{110}面の劈開を利用して素子分
    割を行うことを特徴とする半導体素子の劈開方法。
  2. 【請求項2】 MgO基板上に成長させた半導体層を、
    前記MgO基板の{110}面の劈開を利用して劈開
    し、レーザ共振器を形成することを特徴とする半導体素
    子の劈開方法。
  3. 【請求項3】 上記半導体層がウルツ鉱型のIII 族窒化
    物半導体層であり、且つ、上記MgO基板の主面が、オ
    フ角θ1 を0°≦θ1 ≦10°とした場合、{111}
    面からθ1 だけオフした面であることを特徴とする請求
    項1または2に記載の半導体素子の劈開方法。
  4. 【請求項4】 上記半導体層がウルツ鉱型のIII 族窒化
    物半導体層であり、且つ、上記MgO基板の主面が、オ
    フ角θ2 を2°≦θ2 ≦10°とした場合、{100}
    面から〔011〕方向にθ2 だけオフした面であること
    を特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子の劈
    開方法。
JP8287894A 1996-10-30 1996-10-30 半導体素子の劈開方法 Withdrawn JPH10135562A (ja)

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