CN101147303B - 氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法及氮化镓系化合物半导体激光元件 - Google Patents

氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法及氮化镓系化合物半导体激光元件 Download PDF

Info

Publication number
CN101147303B
CN101147303B CN2006800095931A CN200680009593A CN101147303B CN 101147303 B CN101147303 B CN 101147303B CN 2006800095931 A CN2006800095931 A CN 2006800095931A CN 200680009593 A CN200680009593 A CN 200680009593A CN 101147303 B CN101147303 B CN 101147303B
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor laser
gallium nitride
compound semiconductor
nitride compound
laser diode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2006800095931A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101147303A (zh
Inventor
松下保彦
中泽崇一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Consumer Electronics Co Ltd
Original Assignee
Tottori Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tottori Sanyo Electric Co Ltd, Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Tottori Sanyo Electric Co Ltd
Publication of CN101147303A publication Critical patent/CN101147303A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101147303B publication Critical patent/CN101147303B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2231Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/02387Group 13/15 materials
    • H01L21/02389Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/02433Crystal orientation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02538Group 13/15 materials
    • H01L21/0254Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/0257Doping during depositing
    • H01L21/02573Conductivity type
    • H01L21/02579P-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/04MOCVD or MOVPE
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2201Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure in a specific crystallographic orientation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3202Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
    • H01S5/320275Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth semi-polar orientation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Abstract

本发明所述氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,其特征在于,作为氮化镓衬底的结晶面,使用在(0001)Ga面的<1-100>方向上以绝对值倾斜0.16度以上5.0度以下的面,或者使用将向(0001)Ga面的<1-100>方向的偏离角度作为A、向(0001)Ga面的<11-20>方向的偏离角度作为B时(A2+B2)的平方根为0.17以上、7.0以下的面,且以0.5/秒以上5.0/秒以下的生长速度使活性层生长。由此,即使使用偏离角度大的氮化镓衬底,也能够提供斜率效率大、元件电阻减少、驱动电压降低、且制造合格率高、偏差少、能够发出高输出蓝紫色光的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法以及由该方法制造的化合物半导体激光元件。

Description

氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法及氮化镓系化合物半导体激光元件
技术领域
本发明涉及一种化合物半导体激光元件的制造方法以及由该制造方法制造的化合物半导体激光元件,尤其涉及能够发出蓝紫色短波长光的高斜率效率的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法以及由该方法制造的氮化镓系化合物半导体激光元件。
背景技术
近年来,蓝色LED或者蓝紫色半导体激光器中,主要使用氮化物系半导体。通常,在蓝宝石衬底、SiC衬底或者GaN等的氮化物系半导体用衬底上,使用MOCVD(Metal Organic Chemical vapor Deposition;金属有机物化学气相沉积)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy;分子束外延生长)法、或者HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法等的结晶生长法来使该氮化物系半导体生长。其中,作为结晶生长法最常用MOCVD法。
图4示出以往氮化物系半导体激光元件的一具体例。另外,图4是以往氮化物系半导体元件50的模式剖视图。在蓝宝石衬底51上依次形成缓冲层52、未掺杂GaN层53、n-GaN接触层54、n-AlGaN包覆层55、n-GaN光导层56、活性层57、p-GaN光导层58来形成该氮化物系半导体激光元件50。在p-GaN光导层58的指定宽度区域上凸起状地形成有p-AlGaN包覆层59,在该凸起状p-AlGaN包覆层59的侧面形成有电流狭窄层60。进一步,在p-AlGaN包覆层59上面以及电流狭窄层60上形成有p-GaN接触层61。从p-GaN接触层61到n-GaN接触层54的一部分区域被除去而露出n-GaN接触层54,形成台面形状。所露出的n-GaN接触层54的指定区域上形成有n电极62,p-GaN接触层61的指定区域上形成有p电极63。
然而,在这种蓝宝石衬底上形成氮化镓系半导体层而成的氮化物系半导体元件中,蓝宝石衬底和氮化镓系半导体层之间的晶格常数之差大。因此,形成在蓝宝石衬底上的氮化镓系半导体层含有多个位错,结晶性差。因此,在使用了蓝宝石衬底的氮化物系半导体元件中难以实现良好的元件特性。
于是,在下述专利文献1中,公开了若作为衬底,使用具有相对于SiC结晶的(0001)Si面在0.02度乃至0.6度范围内倾斜的面(偏离面)的SiC衬底,来形成氮化物系半导体层,则能够得到良好的结晶性,另外,也给出使用氮化镓衬底也能够得到同样的结果的启示。进一步,在下述专利文献2中公开了作为氮化镓衬底使用了从C面的倾斜角度为0.03度以上、10度以下的衬底的氮化物系半导体发光元件的发明,另外,在下述专利文献3中公开了若作为氮化镓衬底使用具有从(0001)面向指定方向倾斜1度以上20度以下的面的衬底,则能够得到结晶性良好的氮化物系半导体层,进一步,在下述专利文献4中公开了若作为氮化镓衬底,使用具有从(0001)C面倾斜15度以60度以下的倾斜面的衬底,则即使在InGaN系也能够得到结晶性良好的氮化物半导体层。
专利文献1:特开平11-233391号公报
专利文献2:特开2000-223743号公报
专利文献3:特开2002-16000号公报
专利文献4:特开2002-344089号公报
发明的公开
发明所要解决的课题
然而,使用如上所述的从氮化镓衬底的(0001)面具有指定的倾斜面的衬底而形成的氮化镓系化合物半导体激光元件中,就算能够得到结晶性良好的氮化物系半导体层,所得到的氮化镓系化合物半导体激光元件的斜率效率小,作为元件特性存在问题,有时会制造出无法适用于高光输出的元件。
另一方面,本发明人等为了研究得到上述斜率效率小的氮化镓系化合物半导体激光元件的原因,进行种种试验的结果发现,不论氮化镓衬底的结晶生长面(0001)Ga面的倾斜角度按一个方向倾斜,还是按两个方向倾斜,当超出指定数值范围时,产生斜率效率小的氮化镓系化合物半导体激光元件,而关于限定了该倾斜角度的斜率效率大的氮化镓系化合物半导体激光元件,已在特愿2005-023322号(以下称为“在先申请”)中,作为发明专利提出了申请。
即,在在先申请说明书以及附图中,已经限定了能够用于斜率效率大的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造中的氮化镓衬底表面的偏离角度,并指出了若在该范围以外的偏离角度大的衬底上制造氮化镓系化合物半导体激光元件,则斜率效率会降低。
另一方面,也明确了若在偏离角度大的区域的氮化镓衬底表面上形成氮化镓系化合物半导体激光元件,则还存在元件电阻减少、驱动电压降低等优点。但是,就算存在这样的优点,也无法得到能够满足斜率效率的元件,所以一直以来偏离角度大的衬底没能用在氮化镓系化合物半导体激光元件的制造中。
本发明人等,为了研究当使用如上所述偏离角度大的区域的氮化镓衬底时会制造出斜率效率小的氮化镓系化合物半导体激光元件的原因,进行种种试验的结果,发现该斜率效率受形成在偏离角度大的区域的氮化镓衬底上的氮化镓系化合物半导体激光元件的活性层的生长速度的约束,直至完成本发明。
即,本发明是为了解决在偏离角度大的氮化镓衬底上制造氮化镓系化合物半导体激光元件时会得到斜率效率小的氮化镓系化合物半导体激光元件的、以往技术中的问题点而做出,其目的在于,提供一种即使使用偏离角度大的氮化镓衬底,也能够制造出斜率效率大、元件电阻小,能够降低驱动电压、且制造合格率高、偏差小、能够发出高输出蓝紫色光的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,以及由该制造方法制造的氮化镓系化合物半导体激光元件。
用于解决课题的方法
本发明上述目的由以下方式实现。即,技术方案1所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法的发明,是在氮化镓衬底上制造氮化镓系化合物半导体激光元件的方法,其特征在于,作为上述氮化镓衬底的结晶生长面,使用在(0001)Ga面的<1-100>方向以绝对值倾斜0.16度以上、5.0度以下的面,且以
Figure G2006800095931D00041
以上、
Figure G2006800095931D00042
以下的生长速度使活性层生长。
此时,当氮化镓衬底的结晶生长面的倾斜在(0001)Ga面的<1-100>方向上以绝对值0.16度以上时,若活性层的生长速度不足
Figure G2006800095931D00043
则会产生未掺杂氮化镓系化合物半导体激光元件的斜率效率不足0.3W/A的情况,但是若活性层的生长速度在
Figure G2006800095931D00044
以上,则斜率效率就达到0.6W/A以上。只是,当活性层的生长速度过快时,MQW活性层的结晶质量差,所以元件的可靠性降低,因此,活性层生长速度的上限应限制在
Figure G2006800095931D00045
另外,若倾斜角度的上限超过5度,则In原子无法充分进入到MQW活性层内,激发波长成为395nm以下,所以不优选。
在这种氮化镓衬底的结晶生长面的倾斜角度范围和活性层的生长速度的组合中,能够稳定地得到斜率效率为0.6W/A以上的氮化镓系化合物半导体激光元件,但是能够得到这种结果的理由现在还不是很明确,有待今后的研究,但发明人考虑有如下的理由。
以往,在使用偏离角度大的衬底面时,激光元件的斜率效率降低的原因可推测为如下。通常,斜率效率主要取决于活性层的发光效率的大小,但是,在为InGaN活性层时,若成为岛状生长,则在生长层内产生In组成局部存在现象,其结果,能够得到发光效率大的活性层。但是,如以往那样,若减少活性层的生长速度而在偏离角度大的衬底面上进行生长,则会显著受到因大的偏离角度而结晶面的阶梯密度变高的影响,结晶生长形态变成阶梯生长,不会变成在偏离角度小的衬底面上能够观察到的岛状生长。因此,由于这样的原因,以往在偏离角度大的衬底面上,只能得到斜率效率小的氮化物化合物半导体激光元件。
一方面,在本发明中,通过使活性层的生长速度达到
Figure G2006800095931D00046
以上、以下,能够改善上述问题。即,即使在偏离角度的绝对值大的衬底面上,通过加快生长速度,能够得到非阶梯生长、而是岛状生长的结晶生长形态,其结果,能够得到在生长层内产生In组成的局部存在现象、发光效率大的活性层。
另外,技术方案2所述发明的特征是,在技术方案1所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法中,上述半导体激光元件的激发波长为395~405nm。
另外,技术方案3所述发明的特征是,在技术方案1或者2所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法中,将结晶的自然解理面作为上述半导体激光元件的谐振器面。
另外,技术方案4所述发明的特征是,在技术方案1~3中任意一项所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法中,将上述半导体激光元件的谐振器面的出射面调整为反射率达到10~30%,在上述谐振器面的后面,形成反射率为70%以上的端面涂层。
另外,技术方案5所述发明的特征是,在技术方案1~3中任意一项所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法中,在上述半导体激光元件的谐振器面的出射面上形成反射率为10%以下的端面涂层,在上述谐振器面的后面形成反射率为70%以上的端面涂层。
进一步,在技术方案6所述氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法的发明,是在氮化镓衬底上制造氮化镓系化合物半导体激光元件的方法,其特征是,作为上述氮化镓衬底的结晶生长面,使用将向(0001)Ga面的<1-100>方向的偏离角度作为A、向(0001)Ga面的<11-20>方向的偏离角度作为B时(A2+B2)的平方根为0.17以上、7.0以下的面,且以
Figure G2006800095931D00051
以上、
Figure G2006800095931D00052
以下的生长速度使活性层生长。
此时,当(A2+B2)的平方根为0.17以上7.0以下时,若活性层的生长速度不足则会产生未掺杂氮化镓系化合物半导体激光元件的斜率效率达不到0.3W/A以上的情况,但是,在活性层的生长速度为
Figure G2006800095931D00054
以上时,斜率效率达到0.6W/A以上。只是,若活性层的生长速度过快,MQW活性层的结晶质量变差,导致元件的可靠性降低,因此活性层生长速度的上限应限制在
Figure G2006800095931D00055
另外,若(A2+B2)的平方根超过7.0,则In原子无法充分进入到MQW活性层内,激发波长成为395nm以下,所以不优选。
另外,技术方案7所述发明的特征是,在技术方案6所述氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法中,上述半导体激光元件的激发波长为395~405nm。
另外,技术方案8所述发明的特征是,在技术方案6或7所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法中,将结晶的自然解理面作为上述半导体激光元件的谐振器面。
另外,技术方案9所述发明的特征是,在技术方案6~8中任意一项所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法中,将上述半导体激光元件的谐振器面的出射面调整为反射率达到10~30%,在上述谐振器面的后面形成反射率为70%以上的端面涂层。
另外,技术方案10所述发明的特征是,在技术方案6~8中任意一项所述的氮化镓系化合物半导体激光元件中,在上述半导体激光元件的谐振器面的出射面上形成反射率为10%以下的端面涂层,在上述谐振器面的后面形成反射率为70%以上的端面涂层。
进一步,技术方案11所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的发明,是在氮化镓衬底上形成的氮化镓系化合物半导体激光元件,其特征是,上述氮化镓衬底的结晶生长面具有在(0001)Ga面的<1-100>方向以绝对值倾斜0.16度以上5.0度以下的面,且以
Figure G2006800095931D00061
以上以下的生长速度使活性层生长。
另外,技术方案12所述氮化镓系化合物半导体激光元件的发明,是在氮化镓衬底上形成的氮化镓系化合物半导体激光元件,其特征是,上述氮化镓衬底的结晶生长面具有将向(0001)Ga面的<1-100>方向的偏离角度作为A、向(0001)Ga面的<11-20>方向的偏离角度作为B时(A2+B2)的平方根为0.17以上、7.0以下的面,且以
Figure G2006800095931D00063
以上、
Figure G2006800095931D00064
Figure G2006800095931D00065
以下的生长速度使活性层生长。
发明效果
本发明通过具有如上所述的构成,达到以下所述的优良效果。即,根据技术方案1以及技术方案6所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,能够制得即使考虑偏差,斜率效率也能够稳定地达到0.6W/A以上的氮化镓系化合物半导体激光元件。
另外,根据技术方案2以及技术方案7所述发明,当激发波长在395~405nm的蓝紫色范围时,本发明的效果更加显著。
另外,根据技术方案3以及技术方案8所述的发明,通过将结晶的自然解理面作为谐振器面,氮化镓系化合物激光元件的制造合格率大大提高,因此,在工业上利用本发明时其效果更加显著。
另外,根据技术方案4以及技术方案9所述的发明,通过将本发明适用于谐振器面的出射面被调整为反射率达到10~30%、并谐振器面的后面形成有反射率为70%以上的端面涂层的半导体激光元件,应用到光学拾波器时,能够提高噪音特性,因此,在工业上利用本发明时其效果更加显著。
另外,根据技术方案5以及技术方案10所述的发明,通过将本发明适用于谐振器面的出射面上形成有反射率为10%以下的端面涂层、谐振器面的后面形成有反射率为70%以上的端面涂层的半导体激光元件,能够适用于要求更高的光输出的用途上,因此,在工业上利用本发明时其效果更加显著。
进一步,根据技术方案11以及技术方案12所述的发明,能够得到即使考虑偏差,斜率效率也能够稳定地达到6W/A以上的氮化镓系化合物半导体激光元件。
附图说明
图1是本发明的氮化镓系化合物半导体激光元件的放大纵向剖视图。
图2是表示GaN衬底的结晶生长面在向(0001)Ga面的<1-100>方向的偏离角度为0.30度时,氮化镓系化合物半导体激光元件中的活性层生长速度和斜率效率的关系的图。
图3是表示GaN衬底的结晶生长面为将向(0001)Ga面的<1-100>方向的偏离角度作为A、向(0001)Ga面的<11-20>方向的偏离角度作为B,且(A2+B2)的平方根为0.30时,氮化镓系化合物半导体激光元件中的活性层生长速度和斜率效率的关系的图。
图4是以往氮化镓系化合物半导体激光元件的放大纵向剖面图。
符号说明如下:
1    GaN衬底
2    n型AlGaN包覆层
3    MQV活性层
4    InGaN光导层
5    AlGaN盖层
6    p型AlGaN包覆层
7    p型GaN接触层
8    p型电极
9    衰减电极
10   SiO2
11   n型电极
用于实施发明的最佳方式
下面,用实施例及附图详细说明用于实施本发明的最佳方式,但是,以下所述实施例是为了将本发明的技术思想具体化而示出的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法以及由该制造方法制造的氮化镓系化合物半导体激光元件,并不意味着将本发明限定在这些实施例上,在不脱离权利要求所示技术思想的基础上进行的种种变更也适用本发明。
【实施例1】(实施例1~3以及比较例1~3)
作为GaN衬底的结晶生长面,使用向(0001)Ga面的<1-100>方向上的偏离角度为0.30度的面,在该衬底上通过分别进行如下所述操作,来层压各半导体层,制造出活性层的生长速度为
Figure G2006800095931D00081
(比较例1)、
Figure G2006800095931D00082
(比较例2)、
Figure G2006800095931D00083
(比较例3)、
Figure G2006800095931D00084
(实施例1)、(实施例2)、
Figure G2006800095931D00086
(实施例3)的6种氮化镓系化合物半导体激光元件,由此调查活性层的生长速度与斜率效率之间的关系。
首先,如图1所示,在GaN衬底1上,通过MOCVD(金属有机物化学气相沉积)法,在生长温度为1100℃,原料使用NH3、三甲基镓、三甲基铝、GeH4,并以
Figure G2006800095931D00087
的生长速度使n型AlGaN包覆层2生长1.0μm。
然后降低温度,在生长温度为800℃下,原料使用NH3、三甲基镓、三甲基铟来使三元周期结构MQW活性层3中的InGaN阱层生长0.003μm,接着,原料使用NH3、三甲基镓,来使MQW活性层3中的GaN阻挡层生长0.02μm。以上MQW活性层的生长速度相当于本发明所述的活性层的生长速度,在此控制成分别与比较例1~3以及实施例1~3对应的生长速度。进一步,在生长速度为800℃下,原料使用NH3、三甲基镓、三甲基铟来使InGaN光导层4生长0.1μm。
然后,在生长速度为800℃下,原料使用NH3、三甲基镓、三甲基铝来使AlGaN盖层5生长0.02μm,接着,上升温度,在生长速度为1100℃下,原料使用NH3、三甲基镓、三甲基铝、环戊二烯基镁,以
Figure G2006800095931D00091
的生长速度使p型AlGaN包覆层6生长0.5μm。最后在生长温度为1100℃下,原料使用NH3、三甲基镓、环戊二烯基镁,来使p型GaN接触层7生长0.005μm。
接着,按照以下的顺序进行电极程序。首先形成由Pt/Pd构成的P型电极8,然后,通过干式蚀刻,形成作为电流狭窄部分的凸起7、8,接着,用CVD装置,在凸起两侧形成SiO2膜10。接着形成由Ti/Pd/Au构成的衰减电极9,研磨衬底的下表面,使晶片达到110μm左右的厚度,最后,形成由Al/Pt/Au构成的n型电极11,来完成晶片。接着,使用划线工序分离元件,完成图1所示氮化镓系化合物半导体激光元件。
对所完成的6种氮化镓系化合物半导体激光元件,在室温、未涂敷状态下,分别对每10个进行特性评价,求其平均值。结果,在图2表示活性层生长速度与未涂敷激光元件的斜率效率(W/A)的关系,另外,将各自的激发波长示于表1中。
表1
Figure G2006800095931D00093
根据图2所示结果可知,使用在(0001)Ga面的<1-100>方向倾斜的角度的绝对值为0.30度的衬底时,只要活性层的生长速度为
Figure G2006800095931D00101
以上,则斜率效率就能达到0.75W/A以上。若该活性层的生长速度为
Figure G2006800095931D00102
Figure G2006800095931D00103
以上,则斜率效率有望达到0.8W/A以上。如果活性层的生长速度过快,则MQW活性层的结晶质量变差,可靠性降低,所以活性层的生长速度的上限应限制在
Figure G2006800095931D00104
另外,若倾斜角度的上限超过5度,则In原子无法充分进入到MQW活性层内,激发波长成为395nm以下,所以不优选。
【实施例2】(实施例4~6以及比较例4~6)
接着,作为GaN衬底的结晶生长面,使用将向(0001)Ga面的<1-100>方向上的偏离角度作为A、向(0001)Ga面的<11-20>方向上的偏离角度作为B时(A2+B2)的平方根为0.30的面,在该衬底上,分别实施与实施例1同样的操作,来层压各半导体层,由此制造活性层的生长速度为
Figure G2006800095931D00105
(比较例4)、(比较例5)、
Figure G2006800095931D00107
(比较例6)、
Figure G2006800095931D00108
(实施例4)、
Figure G2006800095931D00109
(实施例5)、
Figure G2006800095931D001010
(实施例6)的6种氮化镓系化合物半导体激光元件。
对所完成的6种氮化镓系化合物半导体激光元件,在室温、未涂敷状态下,分别对每10个进行特性评价,求其平均值。结果,作为GaN衬底的结晶生长面,采用将向(0001)Ga面的<1-100>方向上的偏离角度为A、向(0001)Ga面的<11-20>方向上的偏离角度为B、(A2+B2)的平方根为0.30的面时的氮化镓系化合物半导体激光元件中的活性层生长速度与未涂敷激光元件的斜率效率(W/A)的关系示于图3中,另外,将各自的激发波长示于表2中。
表2
Figure G2006800095931D00111
根据图3所示结果可知,在使用上述(A2+B2)的平方根为0.30的衬底时,只要活性层的生长速度为
Figure G2006800095931D00112
以上,则斜率效率就能达到0.70W/A以上。若该活性层的生长速度为
Figure G2006800095931D00113
以上,则斜率效率有望达到0.75W/A以上。但是,在图3中,在偏差范围内,截止到
Figure G2006800095931D00115
能够得到同等程度的斜率效率。如果活性层的生长速度过快,则MQW活性层的结晶质量变差,可靠性降低,所以活性层的生长速度的上限应限制在另外,若(A2+B2)的平方根超过7.0,则In原子无法充分进入到MQW活性层内,激发波长成为395nm以下,所以不优选。
【实施例7以及比较例7】
作为实施例7以及比较例7,GaN衬底的结晶生长面使用向(0001)Ga面的<1-100>方向的倾斜角度为0.3度的面,并分别实施与实施例1相同的操作,使活性层的生长速度达到
Figure G2006800095931D00117
(实施例7)以及
Figure G2006800095931D00118
Figure G2006800095931D00119
(比较例7),来在该衬底上层压各半导体层,由此制造2种氮化镓系化合物半导体激光元件。各自的斜率效率以及激发波长取10个元件的平均值,在实施例7的氮化镓系化合物半导体激光元件中分别为0.8W/A以及407nm,在比较例7中分别为0.2W/A以及398nm。另外,为了与其他的例子进行比较,将实施例7以及比较例7的氮化镓系化合物半导体激光元件的激发波长示于表1中。
【实施例8以及比较例8】
作为实施例8以及比较例8,使用GaN衬底的结晶生长面为将向(0001)Ga面的<1-100>方向上的偏离角度作为A、向(0001)Ga面的<11-20>方向上的偏离角度作为B时,A=0.25以及B=0.17、(A2+B2)的平方根为0.30的衬底,并分别实施与实施例1相同的操作,使活性层的生长速度达到
Figure G2006800095931D00121
(实施例8)以及
Figure G2006800095931D00122
(比较例8),来在该衬底上层压各半导体层,由此制造2种氮化镓系化合物半导体激光元件。各自的斜率效率以及激发波长取10个元件的平均值,在实施例8的氮化镓系化合物半导体激光元件中分别为0.7W/A以及409nm,比较例8中分别为0.3W/A以及399nm。另外,为了与其他的例子进行比较,将实施例8以及比较例8的氮化镓系化合物半导体激光元件的激发波长示于表2中。
另外,本发明的氮化镓系化合物半导体激光元件通过改变MQW活性层的阱层的In组成,能够改变激发波长,但是其激发波长在395~405nm时效果更显著。
另外,通过将结晶的自然解理面作为谐振器面,能够得到镜面性良好的谐振器面,所以能够提高元件合格率,因此,在工业上利用本发明时其效果更加显著。
另外,若将本发明应用到将谐振器面的出射面调整为反射率达到10~30%、在谐振器面的后面形成了反射率为70%以上的端面涂层的半导体激光元件,则能够降低经出射面从外部进入的回光噪音,所以应用到光学拾波器时,能够提高噪音特性,因此,利用本发明时其效果更加显著。
另外,若将本发明应用到谐振器面的出射面形成10%以下的端面涂层、谐振器面的后面形成了反射率为70%以上的端面涂层的半导体激光元件,则由于出射面的反射率低,因此增加了向外部输出的光的比例,能够得到更高的输出,由此,利用本发明时其效果更加显著。

Claims (12)

1.一种氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,在氮化镓衬底上制造所述氮化镓系化合物半导体激光元件,其特征在于,作为上述氮化镓衬底的结晶生长面,使用在(0001)Ga面的<1-100>方向上以绝对值倾斜0.16度以上、5.0度以下的面,且以
Figure F2006800095931C00011
以上、
Figure F2006800095931C00012
以下的生长速度使活性层生长。
2.如权利要求1所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,其特征在于,上述半导体激光元件的激发波长为395~405nm。
3.如权利要求1或2所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,其特征在于,将结晶的自然解理面作为上述半导体激光元件的谐振器面。
4.如权利要求1~3中任意一项所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,其特征在于,将上述半导体激光元件的谐振器面的出射面调整为反射率达到10~30%,在上述谐振器面的后面形成反射率为70%以上的端面涂层。
5.如权利要求1~3中任意一项所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,其特征在于,在上述半导体激光元件的谐振器面的出射面形成反射率为10%以下的端面涂层,在上述谐振器面的后面形成反射率为70%以上的端面涂层。
6.一种氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,在氮化镓衬底上制造所述氮化镓系化合物半导体激光元件,其特征在于,作为上述氮化镓衬底的结晶生长面,使用将向(0001)Ga面的<1-100>方向的偏离角度作为A、向(0001)Ga面的<11-20>方向的偏离角度作为B时(A2+B2)的平方根为0.17以上、7.0以下的面,且以
Figure F2006800095931C00013
以上、
Figure F2006800095931C00015
以下的生长速度使活性层生长。
7.如权利要求6所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,其特征在于,上述半导体激光元件的激发波长为395~405nm。
8.如权利要求6或7所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,其特征在于,将结晶的自然解理面作为上述半导体激光元件的谐振器面。
9.如权利要求6~8中任意一项所述的氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法,其特征在于,将上述半导体激光元件的谐振器面的出射面调整为反射率达到10~30%,在上述谐振器面的后面形成反射率为70%以上的端面涂层。
10.如权利要求6~8中任意一项所述的氮化镓系化合物半导体激光元件,其特征在于,在上述半导体激光元件的谐振器面的出射面形成反射率为10%以下的端面涂层,在上述谐振器面的后面形成反射率为70%以上的端面涂层。
11.一种氮化镓系化合物半导体激光元件,其是通过权利要求1所述的方法得到的氮化镓系化合物半导体激光元件。
12.一种氮化镓系化合物半导体激光元件,其是通过权利要求6所述的方法得到的氮化镓系化合物半导体激光元件。
CN2006800095931A 2005-03-31 2006-03-31 氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法及氮化镓系化合物半导体激光元件 Expired - Fee Related CN101147303B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP101797/2005 2005-03-31
JP2005101797 2005-03-31
PCT/JP2006/306848 WO2006106928A1 (ja) 2005-03-31 2006-03-31 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法及び窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101147303A CN101147303A (zh) 2008-03-19
CN101147303B true CN101147303B (zh) 2010-05-19

Family

ID=37073479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006800095931A Expired - Fee Related CN101147303B (zh) 2005-03-31 2006-03-31 氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法及氮化镓系化合物半导体激光元件

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20090135873A1 (zh)
EP (1) EP1873880A4 (zh)
KR (1) KR20070119019A (zh)
CN (1) CN101147303B (zh)
WO (1) WO2006106928A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100949571B1 (ko) 2008-01-21 2010-03-25 포항공과대학교 산학협력단 광양자테 레이저 및 그 제조 방법
JP2010135733A (ja) * 2008-11-07 2010-06-17 Panasonic Corp 窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法
WO2013049578A2 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Group iii-v substrate material with particular crystallographic features and methods of making
TWI529964B (zh) 2012-12-31 2016-04-11 聖戈班晶體探測器公司 具有薄緩衝層的iii-v族基材及其製備方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1381869A (zh) * 2001-04-17 2002-11-27 三星电机株式会社 半导体衬底制备方法
CN1588624A (zh) * 2004-07-30 2005-03-02 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 改进氢化物气相外延生长氮化镓结晶膜表面质量的方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09107124A (ja) * 1995-10-09 1997-04-22 Sumitomo Chem Co Ltd 3−5族化合物半導体の製造方法
US6555403B1 (en) * 1997-07-30 2003-04-29 Fujitsu Limited Semiconductor laser, semiconductor light emitting device, and methods of manufacturing the same
JPH11233391A (ja) * 1998-02-12 1999-08-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 結晶基板とそれを用いた半導体装置およびその製法
JP2000183460A (ja) * 1998-12-15 2000-06-30 Toshiba Corp 半導体素子およびその製造方法
JP3668031B2 (ja) * 1999-01-29 2005-07-06 三洋電機株式会社 窒化物系半導体発光素子の製造方法
JP2001015809A (ja) * 1999-06-30 2001-01-19 Toshiba Corp 窒化物系半導体発光素子の製造方法、窒化物系半導体レーザ素子の製造方法、および窒化物系半導体レーザ素子
JP3929008B2 (ja) * 2000-01-14 2007-06-13 シャープ株式会社 窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法
JP2002016000A (ja) * 2000-06-27 2002-01-18 Sanyo Electric Co Ltd 窒化物系半導体素子および窒化物系半導体基板
EP1251608B1 (en) * 2000-08-22 2006-10-04 Mitsui Chemicals, Inc. Method for manufacturing semiconductor laser device
JP3714188B2 (ja) * 2001-04-19 2005-11-09 ソニー株式会社 窒化物半導体の気相成長方法及び窒化物半導体素子
JP4822608B2 (ja) * 2001-05-14 2011-11-24 シャープ株式会社 窒化物系半導体発光素子およびその製造方法
US6734530B2 (en) * 2001-06-06 2004-05-11 Matsushita Electric Industries Co., Ltd. GaN-based compound semiconductor EPI-wafer and semiconductor element using the same
US7462882B2 (en) * 2003-04-24 2008-12-09 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor light-emitting device, method of fabricating it, and semiconductor optical apparatus
JP4276020B2 (ja) * 2003-08-01 2009-06-10 豊田合成株式会社 Iii族窒化物系化合物半導体の製造方法
JP4093943B2 (ja) * 2003-09-30 2008-06-04 三洋電機株式会社 発光素子およびその製造方法
US7118813B2 (en) * 2003-11-14 2006-10-10 Cree, Inc. Vicinal gallium nitride substrate for high quality homoepitaxy
US7339255B2 (en) * 2004-08-24 2008-03-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having bidirectionally inclined toward <1-100> and <11-20> relative to {0001} crystal planes
JP3816942B2 (ja) * 2004-10-27 2006-08-30 三菱電機株式会社 半導体素子の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1381869A (zh) * 2001-04-17 2002-11-27 三星电机株式会社 半导体衬底制备方法
CN1588624A (zh) * 2004-07-30 2005-03-02 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 改进氢化物气相外延生长氮化镓结晶膜表面质量的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2001-15809A 2001.01.19
JP特开2001-196632A 2001.07.19
JP特开平9-107124A 1997.04.22

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070119019A (ko) 2007-12-18
WO2006106928A1 (ja) 2006-10-12
EP1873880A4 (en) 2010-10-27
CN101147303A (zh) 2008-03-19
EP1873880A1 (en) 2008-01-02
US20090135873A1 (en) 2009-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3436128B2 (ja) 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子
JP3456413B2 (ja) 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子
JP2000156348A (ja) 窒化物半導体基板及びそれを用いた窒化物半導体素子
JP2001203385A (ja) 窒化物半導体発光ダイオード
US20030031219A1 (en) Semiconductor laser device and fabrication method thereof
JP2003197961A (ja) Iii族窒化物系化合物半導体発光素子
JPH10145002A (ja) 窒化物半導体素子及び窒化物半導体の成長方法
JP3395631B2 (ja) 窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法
CN101147303B (zh) 氮化镓系化合物半导体激光元件的制造方法及氮化镓系化合物半导体激光元件
JP2005209925A (ja) 積層半導体基板
JPH10341060A (ja) 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子
JP2003238297A (ja) 窒化物半導体基板及びそれを用いた窒化物半導体素子
JP3847000B2 (ja) 窒化物半導体基板上に活性層を備えた窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子及びその成長方法
JP4051892B2 (ja) Iii族窒化物系化合物半導体の製造方法及びiii族窒化物系化合物半導体素子
JP4423969B2 (ja) 窒化物半導体積層基板およびそれを用いた窒化物半導体デバイス、窒化物半導体レーザ素子
JP2005340762A (ja) Iii族窒化物半導体発光素子
JP2021519743A (ja) エピタキシャル横方向過成長を用いた非極性及び半極性デバイス作成方法
JPH0955536A (ja) Iii族窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法
JP3525773B2 (ja) 窒化物半導体基板およびそれを用いた窒化物半導体素子
JP3528814B2 (ja) 窒化物半導体から成る単体基板の製造方法
JPH11330622A (ja) 窒化物半導体素子
JP4628651B2 (ja) 窒化物半導体発光素子の製造方法
JP3906739B2 (ja) 窒化物半導体基板の製造方法
US10763395B2 (en) Light emitting diode element and method for manufacturing same
JP4712241B2 (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100519

Termination date: 20140331