JP2000196147A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JP2000196147A JP2000196147A JP37482198A JP37482198A JP2000196147A JP 2000196147 A JP2000196147 A JP 2000196147A JP 37482198 A JP37482198 A JP 37482198A JP 37482198 A JP37482198 A JP 37482198A JP 2000196147 A JP2000196147 A JP 2000196147A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 活性層内で発生する発光に寄与しない無効電
流を低減することによって、低閾値電流を有して発光効
率に優れた半導体発光素子、及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 半導体発光素子が、半導体基板と、該半
導体基板の上に形成された第１の下地層と、該第１の下
地層の上に所定のパターンで形成された第２の下地層
と、該第２の下地層の上に形成された、活性層と少なく
とも一つのクラッド層とを少なくとも含む積層構造と、
を備えており、該第２の下地層は、該第１の下地層に比
べて、該活性層により大きなエネルギーバンドギャップ
値をもたらすものであり、該第２の下地層の該所定のパ
ターンは、該第１の下地層の一部を該積層構造に接触さ
せる形状を有している。
流を低減することによって、低閾値電流を有して発光効
率に優れた半導体発光素子、及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 半導体発光素子が、半導体基板と、該半
導体基板の上に形成された第１の下地層と、該第１の下
地層の上に所定のパターンで形成された第２の下地層
と、該第２の下地層の上に形成された、活性層と少なく
とも一つのクラッド層とを少なくとも含む積層構造と、
を備えており、該第２の下地層は、該第１の下地層に比
べて、該活性層により大きなエネルギーバンドギャップ
値をもたらすものであり、該第２の下地層の該所定のパ
ターンは、該第１の下地層の一部を該積層構造に接触さ
せる形状を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
や半導体発光ダイオード素子などの半導体発光素子及び
その製造方法に関し、特に、窒化ガリウム系などのIII
族窒化物系化合物半導体材料を使用して形成される半導
体発光素子及びその製造方法に関する。より具体的に
は、低い閾値電流で動作して優れた発光効率を有する半
導体発光素子及びその製造方法に関する。
や半導体発光ダイオード素子などの半導体発光素子及び
その製造方法に関し、特に、窒化ガリウム系などのIII
族窒化物系化合物半導体材料を使用して形成される半導
体発光素子及びその製造方法に関する。より具体的に
は、低い閾値電流で動作して優れた発光効率を有する半
導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は、従来の電流阻止型窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子１０００の構成を模式的に示す
断面図である。
系化合物半導体発光素子１０００の構成を模式的に示す
断面図である。
【０００３】この従来の電流阻止型窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子１０００の製造方法を説明すると、ま
ず、基板１００５の上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０
１０、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ光閉じ込め層１０２０、
ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０３０、量子構造を有する活性
層（量子構造活性層）１０４０、及びｎ型或いはｉ型の
Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ電流阻止層１０５０を順に積層する。
次に、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ電流阻止層１０５０の所定の箇
所に、量子構造活性層１０４０の表面に達するストライ
プ状の開口部をドライエッチングにて形成する。その後
に、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ電流阻止層１０５０の上を覆って
且つその開口部を埋めるｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６０
を形成し、さらにその上に、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ光
閉じ込め層１０７０及びｐ型ＧａＮコンタクト層１０８
０を順に積層する。次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０
８０の上に、ｐ側電極１０９０を形成する。また、上記
の積層構造の一部をその表面からｎ型ＧａＮコンタクト
層１０１０に達するまでエッチングで除去して、それに
よって得られたｎ型ＧａＮコンタクト層１０１０の露出
面に、ｎ側電極１１００を形成する。これによって、図
９に示されるような従来の電流阻止型窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子１０００が、形成される。
物半導体発光素子１０００の製造方法を説明すると、ま
ず、基板１００５の上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０
１０、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ光閉じ込め層１０２０、
ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０３０、量子構造を有する活性
層（量子構造活性層）１０４０、及びｎ型或いはｉ型の
Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ電流阻止層１０５０を順に積層する。
次に、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ電流阻止層１０５０の所定の箇
所に、量子構造活性層１０４０の表面に達するストライ
プ状の開口部をドライエッチングにて形成する。その後
に、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ電流阻止層１０５０の上を覆って
且つその開口部を埋めるｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６０
を形成し、さらにその上に、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ光
閉じ込め層１０７０及びｐ型ＧａＮコンタクト層１０８
０を順に積層する。次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０
８０の上に、ｐ側電極１０９０を形成する。また、上記
の積層構造の一部をその表面からｎ型ＧａＮコンタクト
層１０１０に達するまでエッチングで除去して、それに
よって得られたｎ型ＧａＮコンタクト層１０１０の露出
面に、ｎ側電極１１００を形成する。これによって、図
９に示されるような従来の電流阻止型窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子１０００が、形成される。
【０００４】以上のような構成を有する従来の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子は、例えば、特開平９−２
６０７７１号公報に開示されている。
ウム系化合物半導体発光素子は、例えば、特開平９−２
６０７７１号公報に開示されている。
【０００５】上記のような従来の窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子１０００では、量子構造活性層１０４０
の上に電流阻止層１０５０を形成し、その後に電流阻止
層１０５０にストライプ状の開口部を形成することによ
って、外部から供給される電流を集中させる構造を実現
している。このような構造によって、集中された電流が
効率的に量子井戸活性層１０４０に注入されて、閾値電
流の低減が図られている。
半導体発光素子１０００では、量子構造活性層１０４０
の上に電流阻止層１０５０を形成し、その後に電流阻止
層１０５０にストライプ状の開口部を形成することによ
って、外部から供給される電流を集中させる構造を実現
している。このような構造によって、集中された電流が
効率的に量子井戸活性層１０４０に注入されて、閾値電
流の低減が図られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
構造において、前記開口部を通って量子構造活性層１０
４０に注入された電流は、活性層１０４０の内部で横方
向に拡がって、発振に寄与しない無効電流が生じる。こ
のような無効電流の存在は、閾値電流の効果的な低減、
更には信頼性に優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子の実現を、妨げる。
構造において、前記開口部を通って量子構造活性層１０
４０に注入された電流は、活性層１０４０の内部で横方
向に拡がって、発振に寄与しない無効電流が生じる。こ
のような無効電流の存在は、閾値電流の効果的な低減、
更には信頼性に優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子の実現を、妨げる。
【０００７】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、（１）活性層内で発生
する無効電流を低減して、低閾値電流を有して発光効率
に優れた半導体発光素子を提供すること、及び（２）上
記のような半導体発光素子の製造方法を提供すること、
である。
されたものであり、その目的は、（１）活性層内で発生
する無効電流を低減して、低閾値電流を有して発光効率
に優れた半導体発光素子を提供すること、及び（２）上
記のような半導体発光素子の製造方法を提供すること、
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、半導体基板と、該半導体基板の上に形成された第１
の下地層と、該第１の下地層の上に所定のパターンで形
成された第２の下地層と、該第２の下地層の上に形成さ
れた、活性層と少なくとも一つのクラッド層とを少なく
とも含む積層構造と、を備えており、該第２の下地層
は、該第１の下地層に比べて、該活性層により大きなエ
ネルギーバンドギャップ値をもたらすものであり、該第
２の下地層の該所定のパターンは、該第１の下地層の一
部を該積層構造に接触させる形状を有していて、そのこ
とによって上記の目的が達成される。
は、半導体基板と、該半導体基板の上に形成された第１
の下地層と、該第１の下地層の上に所定のパターンで形
成された第２の下地層と、該第２の下地層の上に形成さ
れた、活性層と少なくとも一つのクラッド層とを少なく
とも含む積層構造と、を備えており、該第２の下地層
は、該第１の下地層に比べて、該活性層により大きなエ
ネルギーバンドギャップ値をもたらすものであり、該第
２の下地層の該所定のパターンは、該第１の下地層の一
部を該積層構造に接触させる形状を有していて、そのこ
とによって上記の目的が達成される。
【０００９】前記活性層は、量子井戸構造を有し得る。
具体的には、前記活性層は単一量子井戸活性層或いは多
重量子井戸活性層であり得る。
具体的には、前記活性層は単一量子井戸活性層或いは多
重量子井戸活性層であり得る。
【００１０】ある実施形態では、前記第２の下地層には
ストライプ状開口部が設けられており、該ストライプ状
開口部の底部にて、前記第１の下地層と前記積層構造と
が接触している。ある場合には、前記第１の下地層が前
記第２の下地層よりも厚く形成されている。
ストライプ状開口部が設けられており、該ストライプ状
開口部の底部にて、前記第１の下地層と前記積層構造と
が接触している。ある場合には、前記第１の下地層が前
記第２の下地層よりも厚く形成されている。
【００１１】他の実施形態では、前記第２の下地層は島
状パターンをなすように形成されており、該島状パター
ンの周囲の領域で、前記第１の下地層と前記積層構造と
が接触している。この場合に、上記の半導体発光素子
は、前記積層構造の上に設けられた、前記第２の下地層
の前記島状パターンに対応する形状の絶縁層を更に備え
得る。
状パターンをなすように形成されており、該島状パター
ンの周囲の領域で、前記第１の下地層と前記積層構造と
が接触している。この場合に、上記の半導体発光素子
は、前記積層構造の上に設けられた、前記第２の下地層
の前記島状パターンに対応する形状の絶縁層を更に備え
得る。
【００１２】ある実施形態では、上記の半導体発光素子
は、発光ダイオード素子として機能する。
は、発光ダイオード素子として機能する。
【００１３】他の実施形態では、前記積層構造には一対
のクラッド層が含まれており、前記活性層は該一対のク
ラッド層の間に位置していて、それによって、上記の半
導体発光素子は半導体レーザ素子として機能する。
のクラッド層が含まれており、前記活性層は該一対のク
ラッド層の間に位置していて、それによって、上記の半
導体発光素子は半導体レーザ素子として機能する。
【００１４】前記第１及び第２の下地層と前記積層構造
とは、III族窒化物系化合物半導体材料によって形成さ
れ得る。
とは、III族窒化物系化合物半導体材料によって形成さ
れ得る。
【００１５】例えば、前記基板がサファイア基板であ
り、前記第１の下地層がＧａＮ層であり、前記第２の下
地層がＡｌＮ層であり、且つ前記活性層がＩｎxＧａ1-x
Ｎ層（０≦ｘ≦１）である。
り、前記第１の下地層がＧａＮ層であり、前記第２の下
地層がＡｌＮ層であり、且つ前記活性層がＩｎxＧａ1-x
Ｎ層（０≦ｘ≦１）である。
【００１６】或いは、前記第１及び第２の下地層は、お
互いに組成の異なるＡｌＧａＮ混晶によって形成され得
る。
互いに組成の異なるＡｌＧａＮ混晶によって形成され得
る。
【００１７】本発明の半導体発光素子の製造方法は、半
導体基板の上に第１の下地層及び第２の下地層を順に積
層する工程と、該第２の下地層を所定のパターンにパタ
ーニングする工程と、該パターニングされた第２の下地
層の上に、活性層と少なくとも一つのクラッド層とを少
なくとも含む積層構造を形成する工程と、を包含してお
り、該第２の下地層は、該第１の下地層に比べて、該活
性層により大きなエネルギーバンドギャップ値をもたら
すものであり、該第２の下地層の該所定のパターンは、
該第１の下地層の一部を該積層構造に接触させる形状を
有していて、そのことによって、前述の目的が達成され
る。
導体基板の上に第１の下地層及び第２の下地層を順に積
層する工程と、該第２の下地層を所定のパターンにパタ
ーニングする工程と、該パターニングされた第２の下地
層の上に、活性層と少なくとも一つのクラッド層とを少
なくとも含む積層構造を形成する工程と、を包含してお
り、該第２の下地層は、該第１の下地層に比べて、該活
性層により大きなエネルギーバンドギャップ値をもたら
すものであり、該第２の下地層の該所定のパターンは、
該第１の下地層の一部を該積層構造に接触させる形状を
有していて、そのことによって、前述の目的が達成され
る。
【００１８】前記活性層は、量子井戸構造を有するよう
に形成され得る。具体的には、前記活性層は、単一量子
井戸活性層或いは多重量子井戸活性層として形成され得
る。
に形成され得る。具体的には、前記活性層は、単一量子
井戸活性層或いは多重量子井戸活性層として形成され得
る。
【００１９】ある実施形態では、前記第２の下地層のパ
ターニング工程は、該第２の下地層にストライプ状開口
部を設ける工程を含んでおり、該ストライプ状開口部の
底部にて、前記第１の下地層と前記積層構造とを接触さ
せる。その場合に、前記第２の下地層を前記第１の下地
層よりも薄く形成してもよい。
ターニング工程は、該第２の下地層にストライプ状開口
部を設ける工程を含んでおり、該ストライプ状開口部の
底部にて、前記第１の下地層と前記積層構造とを接触さ
せる。その場合に、前記第２の下地層を前記第１の下地
層よりも薄く形成してもよい。
【００２０】他の実施形態では、前記第２の下地層のパ
ターニング工程は、該第２の下地層を島状パターンに形
成する工程を含んでおり、該島状パターンの周囲の領域
で、前記第１の下地層と前記積層構造とを接触させる。
この場合に、上記の製造方法は、前記積層構造の上に、
前記第２の下地層の前記島状パターンに対応する形状の
絶縁層を設ける工程を更に含み得る。
ターニング工程は、該第２の下地層を島状パターンに形
成する工程を含んでおり、該島状パターンの周囲の領域
で、前記第１の下地層と前記積層構造とを接触させる。
この場合に、上記の製造方法は、前記積層構造の上に、
前記第２の下地層の前記島状パターンに対応する形状の
絶縁層を設ける工程を更に含み得る。
【００２１】ある実施形態では、前記積層構造の内部に
一対のクラッド層を形成し、前記活性層を該一対のクラ
ッド層の間に位置させる。
一対のクラッド層を形成し、前記活性層を該一対のクラ
ッド層の間に位置させる。
【００２２】前記第１及び第２の下地層と前記積層構造
とを、III族窒化物系化合物半導体材料によって形成し
てもよい。
とを、III族窒化物系化合物半導体材料によって形成し
てもよい。
【００２３】例えば、前記基板がサファイア基板であ
り、前記第１の下地層がＧａＮ層であり、前記第２の下
地層がＡｌＮ層であり、且つ前記活性層がＩｎxＧａ1-x
Ｎ層（０≦ｘ≦１）である。
り、前記第１の下地層がＧａＮ層であり、前記第２の下
地層がＡｌＮ層であり、且つ前記活性層がＩｎxＧａ1-x
Ｎ層（０≦ｘ≦１）である。
【００２４】或いは、前記第１及び第２の下地層は、お
互いに組成の異なるＡｌＧａＮ混晶によって形成されて
もよい。
互いに組成の異なるＡｌＧａＮ混晶によって形成されて
もよい。
【００２５】以上のような特徴を有する本発明の半導体
発光素子及びその製造方法によれば、所定のパターンに
形成された第１及び第２の下地層によって、活性層の横
方向（すなわち面内方向）に、エネルギーバンドギャッ
プ（Ｅｇ）の変化（ΔＥｇ）が形成される。これによっ
て、活性層への注入電流のうちでその横方向に拡がる無
効電流が低減される。結果として、低閾値電流を有して
発光効率に優れた半導体発光素子が実現される。
発光素子及びその製造方法によれば、所定のパターンに
形成された第１及び第２の下地層によって、活性層の横
方向（すなわち面内方向）に、エネルギーバンドギャッ
プ（Ｅｇ）の変化（ΔＥｇ）が形成される。これによっ
て、活性層への注入電流のうちでその横方向に拡がる無
効電流が低減される。結果として、低閾値電流を有して
発光効率に優れた半導体発光素子が実現される。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の幾つかの実施形
態を、添付の図面を参照しながら説明する。但し、本発
明の具体的な構成は、以下で示される特定の構成や材料
系などに限定されるものではない。
態を、添付の図面を参照しながら説明する。但し、本発
明の具体的な構成は、以下で示される特定の構成や材料
系などに限定されるものではない。
【００２７】なお、以下の説明における「III族窒化物
化合物半導体」とは、具体的には、ＩｎsＡｌtＧａ
1-s-tＮ（０≦ｓ、０≦ｔ、ｓ＋ｔ≦１）や、この記載
におけるＶ族元素であるＮの一部をＡｓやＰなどの他の
Ｖ族元素と置換して得られるＩｎＡｌＧａＮＡｓ或いは
ＩｎＡｌＧａＮＰなどとして表される化合物半導体材料
を、示している。
化合物半導体」とは、具体的には、ＩｎsＡｌtＧａ
1-s-tＮ（０≦ｓ、０≦ｔ、ｓ＋ｔ≦１）や、この記載
におけるＶ族元素であるＮの一部をＡｓやＰなどの他の
Ｖ族元素と置換して得られるＩｎＡｌＧａＮＡｓ或いは
ＩｎＡｌＧａＮＰなどとして表される化合物半導体材料
を、示している。
【００２８】具体的な実施形態の説明に先立って、ま
ず、本願発明に至る過程で本願発明者らによって行われ
た実験結果を、図８（ａ）及び（ｂ）を参照して説明す
る。
ず、本願発明に至る過程で本願発明者らによって行われ
た実験結果を、図８（ａ）及び（ｂ）を参照して説明す
る。
【００２９】この実験では、図８（ａ）に模式的に示す
ように、サファイア基板の上に所定の材料及び所定の製
造プロセスによって下地層を形成し、更にその下地層の
上に、厚さ約５０ｎｍのＧａＮ層を介して厚さ約３ｎｍ
のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ発光層が設けられている測定用の発
光素子サンプルを形成した（実際には、動作のための電
極なども形成するが、ここではその説明を省略する）。
下地層としては、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ
法）によって成長温度約１０００℃で高温成長された厚
さ約１０μｍのＧａＮ層（ＨＶＰＥ−ＧａＮ層）、有機
金属化合物気相成長法によって成長温度約６００℃で低
温成長された厚さ約５５ｎｍのＧａＮ層（ＧａＮ低温成
長層）、及び、同じく有機金属化合物気相成長法によっ
て成長温度約６５０℃で低温成長された厚さ約５５ｎｍ
のＡｌＮ層（ＡｌＮ低温成長層）、の３種類を用いた。
ように、サファイア基板の上に所定の材料及び所定の製
造プロセスによって下地層を形成し、更にその下地層の
上に、厚さ約５０ｎｍのＧａＮ層を介して厚さ約３ｎｍ
のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ発光層が設けられている測定用の発
光素子サンプルを形成した（実際には、動作のための電
極なども形成するが、ここではその説明を省略する）。
下地層としては、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ
法）によって成長温度約１０００℃で高温成長された厚
さ約１０μｍのＧａＮ層（ＨＶＰＥ−ＧａＮ層）、有機
金属化合物気相成長法によって成長温度約６００℃で低
温成長された厚さ約５５ｎｍのＧａＮ層（ＧａＮ低温成
長層）、及び、同じく有機金属化合物気相成長法によっ
て成長温度約６５０℃で低温成長された厚さ約５５ｎｍ
のＡｌＮ層（ＡｌＮ低温成長層）、の３種類を用いた。
【００３０】図８（ｂ）は、上記のような３種類の下地
層を用いた各々の場合の測定用サンプルにおける、Ｉｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ発光層のエネルギーバンドギャップＥｇ
（ｅＶ）の値をプロットした図である。具体的には、上
記の各測定用サンプルを発光ダイオードに素子化して、
動作電流２０ｍＡでの発光波長より得られた測定値か
ら、各測定用サンプルにおけるＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ発光層
のエネルギーバンドギャップＥｇ（ｅＶ）の値を求め
た。
層を用いた各々の場合の測定用サンプルにおける、Ｉｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ発光層のエネルギーバンドギャップＥｇ
（ｅＶ）の値をプロットした図である。具体的には、上
記の各測定用サンプルを発光ダイオードに素子化して、
動作電流２０ｍＡでの発光波長より得られた測定値か
ら、各測定用サンプルにおけるＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ発光層
のエネルギーバンドギャップＥｇ（ｅＶ）の値を求め
た。
【００３１】この図８（ｂ）より、下地層の構成材料や
その形成プロセスに応じて、その上に形成されている発
光層におけるエネルギーバンドギャップＥｇの値に、差
が生じることが確認された。この原因としては、ＧａＮ
とＡｌＮ及びＩｎＧａＮの格子不整合による歪みなどに
より、エネルギーバンドギャップＥｇに差が生じること
が考えられる。
その形成プロセスに応じて、その上に形成されている発
光層におけるエネルギーバンドギャップＥｇの値に、差
が生じることが確認された。この原因としては、ＧａＮ
とＡｌＮ及びＩｎＧａＮの格子不整合による歪みなどに
より、エネルギーバンドギャップＥｇに差が生じること
が考えられる。
【００３２】従って、この実験結果に基づけば、活性層
（発光層）に異なる値のエネルギーバンドギャップをも
たらす少なくとも２種類の下地層を基板上に形成し、且
つそれらをお互いに異なる形状にパターニングすること
によって、そのような下地層の積層体の上方に形成され
る活性層（発光層）の内部に、その下地層の積層体のパ
ターン形状に応じた面内方向（横方向）のエネルギーバ
ンドギャップＥｇの差（ΔＥｇ）を生じさせることが可
能になる。
（発光層）に異なる値のエネルギーバンドギャップをも
たらす少なくとも２種類の下地層を基板上に形成し、且
つそれらをお互いに異なる形状にパターニングすること
によって、そのような下地層の積層体の上方に形成され
る活性層（発光層）の内部に、その下地層の積層体のパ
ターン形状に応じた面内方向（横方向）のエネルギーバ
ンドギャップＥｇの差（ΔＥｇ）を生じさせることが可
能になる。
【００３３】本願発明は、上記のような本願発明者らの
実験を通じて新規に明確化された現象を利用したもので
ある。以下では、その具体的な幾つかの実施形態を説明
する。
実験を通じて新規に明確化された現象を利用したもので
ある。以下では、その具体的な幾つかの実施形態を説明
する。
【００３４】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態における半導体発光素子として、半導体レー
ザ素子１００の構成を模式的に示す断面図である。
の実施形態における半導体発光素子として、半導体レー
ザ素子１００の構成を模式的に示す断面図である。
【００３５】この半導体レーザ素子１００は、サファイ
ヤ基板１の上に、ＧａＮ第１下地層２、ＡｌＮ第２下地
層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎクラッド層５、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ単一量子井戸活性層
６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層７、及びｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層９を、順に備えている。ｐ型ＧａＮコン
タクト層９の上には、ｐ側電極１０が形成されている。
また、上記の積層構造の一部は、その表面からｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４に達するまでエッチングで除去されて
いて、それによって得られたｎ型ＧａＮコンタクト層４
の露出面に、ｎ側電極１１が形成されている。
ヤ基板１の上に、ＧａＮ第１下地層２、ＡｌＮ第２下地
層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎクラッド層５、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ単一量子井戸活性層
６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層７、及びｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層９を、順に備えている。ｐ型ＧａＮコン
タクト層９の上には、ｐ側電極１０が形成されている。
また、上記の積層構造の一部は、その表面からｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４に達するまでエッチングで除去されて
いて、それによって得られたｎ型ＧａＮコンタクト層４
の露出面に、ｎ側電極１１が形成されている。
【００３６】上記の半導体レーザ素子１００の構成にお
いて、ＧａＮ第１下地層２の上に形成されたＡｌＮ第２
下地層３には、ストライプ状の溝１５が設けられてい
て、その底部にＧａＮ第１下地層２の表面が露出してい
る。このようにストライプ状の溝１５の底部に露出して
いるＧａＮ第１下地層２の表面は、ＩｎＧａＮ単一量子
井戸活性層６のエネルギーバンドギャップＥｇに面内方
向の変化（差）ΔＥｇを生じさせる機能を有する。
いて、ＧａＮ第１下地層２の上に形成されたＡｌＮ第２
下地層３には、ストライプ状の溝１５が設けられてい
て、その底部にＧａＮ第１下地層２の表面が露出してい
る。このようにストライプ状の溝１５の底部に露出して
いるＧａＮ第１下地層２の表面は、ＩｎＧａＮ単一量子
井戸活性層６のエネルギーバンドギャップＥｇに面内方
向の変化（差）ΔＥｇを生じさせる機能を有する。
【００３７】次に、半導体レーザ素子１００の製造方法
を、図５Ａ〜５Ｆを参照して以下に説明する。
を、図５Ａ〜５Ｆを参照して以下に説明する。
【００３８】基板１を例えばサファイヤ基板１とし、そ
の上へ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）を使用して各層を積層する。ＭＯＣＶＤ法で使用す
る構成材料としては、例えば、Ｖ族材料の原料としてア
ンモニア（ＮＨ3）、III族材料の原料としてトリメチル
ガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、或いはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ｐ型不
純物の原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ｎ型不純物の原料としてモノシラン
（ＳｉＨ4）を使用し、更にキャリアガスとしては水素
ガス（Ｈ2）及び窒素ガス（Ｎ2）を使用する。
の上へ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）を使用して各層を積層する。ＭＯＣＶＤ法で使用す
る構成材料としては、例えば、Ｖ族材料の原料としてア
ンモニア（ＮＨ3）、III族材料の原料としてトリメチル
ガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、或いはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ｐ型不
純物の原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ｎ型不純物の原料としてモノシラン
（ＳｉＨ4）を使用し、更にキャリアガスとしては水素
ガス（Ｈ2）及び窒素ガス（Ｎ2）を使用する。
【００３９】具体的には、まずサファイヤ基板１を基板
温度約１１００℃で水素ガス（Ｈ2）及び窒素ガス
（Ｎ2）に曝し、基板１の表面を清浄化する。次に、基
板温度を約６００℃として、基板１の上に、厚さ約５５
０ÅのＧａＮ第１下地層２及び厚さ約５５０ÅのＡｌＮ
第２下地層３を、順に積層する。次に、この状態のウェ
ハをＭＯＣＶＤ装置から一旦取り出して、ＡｌＮ第２下
地層３の表面にレジスト層１４を形成する。更に、レジ
スト層１４の所定の箇所をストライプ状に例えば幅約３
μｍに除去して、図５Ａに示すように開口部１４４を形
成する。
温度約１１００℃で水素ガス（Ｈ2）及び窒素ガス
（Ｎ2）に曝し、基板１の表面を清浄化する。次に、基
板温度を約６００℃として、基板１の上に、厚さ約５５
０ÅのＧａＮ第１下地層２及び厚さ約５５０ÅのＡｌＮ
第２下地層３を、順に積層する。次に、この状態のウェ
ハをＭＯＣＶＤ装置から一旦取り出して、ＡｌＮ第２下
地層３の表面にレジスト層１４を形成する。更に、レジ
スト層１４の所定の箇所をストライプ状に例えば幅約３
μｍに除去して、図５Ａに示すように開口部１４４を形
成する。
【００４０】次に、開口部１４４が形成されたレジスト
層１４をエッチングマスクとして使用してＡｌＮ第２下
地層３をエッチングし、幅約３μｍのストライプ状の溝
１５を形成して、その底部にＧａＮ第１下地層２の表面
を露出させる。その後に、レジスト層１４を除去する
（図５Ｂを参照）。
層１４をエッチングマスクとして使用してＡｌＮ第２下
地層３をエッチングし、幅約３μｍのストライプ状の溝
１５を形成して、その底部にＧａＮ第１下地層２の表面
を露出させる。その後に、レジスト層１４を除去する
（図５Ｂを参照）。
【００４１】次に、この状態のウェハを再びＭＯＣＶＤ
装置に導入し、基板温度を約１０５０℃として、厚さ約
４μｍのｎ型ＧａＮコンタクト層４、及び厚さ約０．３
μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５を、順に積層
する。続いて、基板温度を約８００℃として、厚さ約３
０ÅのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ単一量子井戸活性層６を形成す
る。更に、基板温度を再び約１０５０℃として、厚さ約
０．３μｍのｐ型Ａｌ 0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層７、及び
厚さ約０．５μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層９を、順に
積層する。
装置に導入し、基板温度を約１０５０℃として、厚さ約
４μｍのｎ型ＧａＮコンタクト層４、及び厚さ約０．３
μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５を、順に積層
する。続いて、基板温度を約８００℃として、厚さ約３
０ÅのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ単一量子井戸活性層６を形成す
る。更に、基板温度を再び約１０５０℃として、厚さ約
０．３μｍのｐ型Ａｌ 0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層７、及び
厚さ約０．５μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層９を、順に
積層する。
【００４２】更に、このような積層構造が形成されたウ
ェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出して、図５Ｃに示すよ
うに、ｐ型ＧａＮコンタクト層９の表面にレジスト層２
４を形成する。続いて、レジスト層２４の所定の箇所を
除去して、図５Ｄに示すようにストライプ状の開口部２
４４を形成する。このとき、隣接する開口部２４４の間
に、幅約３００μｍのレジスト層２４を残存させる。
ェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出して、図５Ｃに示すよ
うに、ｐ型ＧａＮコンタクト層９の表面にレジスト層２
４を形成する。続いて、レジスト層２４の所定の箇所を
除去して、図５Ｄに示すようにストライプ状の開口部２
４４を形成する。このとき、隣接する開口部２４４の間
に、幅約３００μｍのレジスト層２４を残存させる。
【００４３】次に、開口部２４４が形成されたレジスト
層２４をエッチングマスクとして使用してドライエッチ
ングを行って、ｎ型ＧａＮコンタクト層４に達する溝１
７を形成する。これによって、溝１７を通じてｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４の表面を露出させる（図５Ｅを参
照）。
層２４をエッチングマスクとして使用してドライエッチ
ングを行って、ｎ型ＧａＮコンタクト層４に達する溝１
７を形成する。これによって、溝１７を通じてｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４の表面を露出させる（図５Ｅを参
照）。
【００４４】次に、レジスト層２４を除去した上で、溝
１７の底部に露出しているｎ型ＧａＮコンタクト層４の
表面にｎ側電極１１を形成し、一方、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層９の表面にはｐ側電極１０を形成する。これらの
電極１０及び１１の形成方法や構成材料としては、半導
体発光素子に関する技術分野で公知のプロセスや材料を
使用することができ、ここではそれらの説明を省略す
る。
１７の底部に露出しているｎ型ＧａＮコンタクト層４の
表面にｎ側電極１１を形成し、一方、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層９の表面にはｐ側電極１０を形成する。これらの
電極１０及び１１の形成方法や構成材料としては、半導
体発光素子に関する技術分野で公知のプロセスや材料を
使用することができ、ここではそれらの説明を省略す
る。
【００４５】続いて、上記のような構成が形成されたウ
ェハを、例えば幅約４００μｍ及び長さ約６００μｍの
サイズの複数のチップに、スクライブ処理などによって
分割する。これによって、図５Ｆに示すように、図１を
参照して先に説明した本発明の第１の実施形態における
半導体発光素子（半導体レーザ素子）１００が、形成さ
れる。
ェハを、例えば幅約４００μｍ及び長さ約６００μｍの
サイズの複数のチップに、スクライブ処理などによって
分割する。これによって、図５Ｆに示すように、図１を
参照して先に説明した本発明の第１の実施形態における
半導体発光素子（半導体レーザ素子）１００が、形成さ
れる。
【００４６】次に、図４Ａ（ａ）及び（ｂ）を参照し
て、上記のような本発明の半導体発光素子（半導体レー
ザ素子）１００における第１及び第２下地層２及び３の
構成が、活性層６に横方向のエネルギーバンドギャップ
差（ΔＥｇ）の差をもたらす点を、更に以下に説明す
る。
て、上記のような本発明の半導体発光素子（半導体レー
ザ素子）１００における第１及び第２下地層２及び３の
構成が、活性層６に横方向のエネルギーバンドギャップ
差（ΔＥｇ）の差をもたらす点を、更に以下に説明す
る。
【００４７】図４Ａ（ｂ）は、ＡｌＮ第２下地層３にス
トライプ状の溝１５が設けられている箇所の近傍におけ
る、第１及び第２下地層２及び３の構成を模式的に示す
図であり、図４Ａ（ａ）は、図４Ａ（ｂ）の構成に対応
するようにして、活性層６における横方向でのエネルギ
ーバンドギャップ（Ｅｇ）の変化を描いた図である。
トライプ状の溝１５が設けられている箇所の近傍におけ
る、第１及び第２下地層２及び３の構成を模式的に示す
図であり、図４Ａ（ａ）は、図４Ａ（ｂ）の構成に対応
するようにして、活性層６における横方向でのエネルギ
ーバンドギャップ（Ｅｇ）の変化を描いた図である。
【００４８】活性層６のうちで、ＡｌＮ第２下地層３の
ストライプ状の溝１５の上方に相当する領域６２では、
ストライプ状の溝１５を通じたＧａＮ第１下地層２の影
響を受けて、図８からわかるように、そのエネルギーバ
ンドギャップ値は約２．９５ｅＶとなる。一方、その外
側の領域６１、すなわち、ＡｌＮ第２下地層３の上方に
相当する領域６１では、ＡｌＮ第２下地層３の影響を受
けて、図８からわかるように、そのエネルギーバンドギ
ャップ値は約３．０２ｅＶとなる。従って、図４Ａ
（ａ）に模式的に描かれているように、活性層６の中の
領域６２では、その周囲の領域６２に比べて、エネルギ
ーバンドギャップが約０．０７ｅＶだけ減少する。言い
換えれば、活性層６の領域６１と領域６２との間には、
活性層６の横方向（面内方向）に約０．０７ｅＶのエネ
ルギーバンドギャップ差が存在する。
ストライプ状の溝１５の上方に相当する領域６２では、
ストライプ状の溝１５を通じたＧａＮ第１下地層２の影
響を受けて、図８からわかるように、そのエネルギーバ
ンドギャップ値は約２．９５ｅＶとなる。一方、その外
側の領域６１、すなわち、ＡｌＮ第２下地層３の上方に
相当する領域６１では、ＡｌＮ第２下地層３の影響を受
けて、図８からわかるように、そのエネルギーバンドギ
ャップ値は約３．０２ｅＶとなる。従って、図４Ａ
（ａ）に模式的に描かれているように、活性層６の中の
領域６２では、その周囲の領域６２に比べて、エネルギ
ーバンドギャップが約０．０７ｅＶだけ減少する。言い
換えれば、活性層６の領域６１と領域６２との間には、
活性層６の横方向（面内方向）に約０．０７ｅＶのエネ
ルギーバンドギャップ差が存在する。
【００４９】この活性層６の内部の横方向でのエネルギ
ーバンドギャップ差によって、活性層６に注入された電
流は、実質的に領域６２（すなわち、第２下地層３のス
トライプ状の溝１５の上方に相当する領域）に閉じ込め
られることになって、レーザ発振に寄与しない無効電流
が大幅に減少する。これにより、半導体レーザ素子の閾
値電流が大幅に低減され、結果として、発光効率が改善
された半導体レーザ素子が提供される。また、閾値電流
が低減されることによって、動作電流及び動作電圧が低
減されて素子の発熱が抑制されることにより、長時間に
渡って安定した発光動作を継続することが可能になる。
その結果として、信頼性に優れた半導体レーザ素子が提
供される。
ーバンドギャップ差によって、活性層６に注入された電
流は、実質的に領域６２（すなわち、第２下地層３のス
トライプ状の溝１５の上方に相当する領域）に閉じ込め
られることになって、レーザ発振に寄与しない無効電流
が大幅に減少する。これにより、半導体レーザ素子の閾
値電流が大幅に低減され、結果として、発光効率が改善
された半導体レーザ素子が提供される。また、閾値電流
が低減されることによって、動作電流及び動作電圧が低
減されて素子の発熱が抑制されることにより、長時間に
渡って安定した発光動作を継続することが可能になる。
その結果として、信頼性に優れた半導体レーザ素子が提
供される。
【００５０】なお、ＧａＮ第１下地層２は、上述のよう
なＭＯＣＶＤ法に代えて、他の製造プロセスによって基
板１の上に積層されても良い。
なＭＯＣＶＤ法に代えて、他の製造プロセスによって基
板１の上に積層されても良い。
【００５１】なお、上記の説明では、活性層を単一量子
井戸構造を有する活性層として説明しているが、これに
限られるものではなく、例えば多重量子井戸構造を有す
る活性層、或いは量子井戸構造を有さない活性層が形成
されている場合であっても、上記と同様の効果を得るこ
とができる。
井戸構造を有する活性層として説明しているが、これに
限られるものではなく、例えば多重量子井戸構造を有す
る活性層、或いは量子井戸構造を有さない活性層が形成
されている場合であっても、上記と同様の効果を得るこ
とができる。
【００５２】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施形態における半導体発光素子として、半導体レー
ザ素子２００の構成を模式的に示す断面図である。
の実施形態における半導体発光素子として、半導体レー
ザ素子２００の構成を模式的に示す断面図である。
【００５３】この半導体レーザ素子２００は、サファイ
ヤ基板１の上に、厚膜のＧａＮ第１下地層２２、ＡｌＮ
第１下地層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ多重量子
井戸活性層６、第１のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
７１、ストライプ状の開口部１６が設けられているｎ型
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ電流狭窄層８、第２のｐ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎクラッド層７２、及びｐ型ＧａＮコンタクト層
９を、順に備えている。ｐ型ＧａＮコンタクト層９の上
には、ｐ側電極１０が形成されている。また、上記の積
層構造の一部は、その表面からｎ型ＧａＮコンタクト層
４に達するまでエッチングで除去されていて、それによ
って得られたｎ型ＧａＮコンタクト層４の露出面に、ｎ
側電極１１が形成されている。
ヤ基板１の上に、厚膜のＧａＮ第１下地層２２、ＡｌＮ
第１下地層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ多重量子
井戸活性層６、第１のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
７１、ストライプ状の開口部１６が設けられているｎ型
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ電流狭窄層８、第２のｐ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎクラッド層７２、及びｐ型ＧａＮコンタクト層
９を、順に備えている。ｐ型ＧａＮコンタクト層９の上
には、ｐ側電極１０が形成されている。また、上記の積
層構造の一部は、その表面からｎ型ＧａＮコンタクト層
４に達するまでエッチングで除去されていて、それによ
って得られたｎ型ＧａＮコンタクト層４の露出面に、ｎ
側電極１１が形成されている。
【００５４】上記の半導体レーザ素子２００の構成にお
いて、厚膜ＧａＮ第１下地層２２の上に形成されたＡｌ
Ｎ第２下地層３には、ストライプ状の溝１５が設けられ
ていて、その底部に厚膜ＧａＮ第１下地層２２の表面が
露出している。このようにストライプ状の溝１５の底部
に露出している厚膜ＧａＮ第１下地層２２の表面は、Ｉ
ｎＧａＮ多重量子井戸活性層６のエネルギーバンドギャ
ップＥｇに面内方向の変化（差）ΔＥｇを生じさせる機
能を有する。
いて、厚膜ＧａＮ第１下地層２２の上に形成されたＡｌ
Ｎ第２下地層３には、ストライプ状の溝１５が設けられ
ていて、その底部に厚膜ＧａＮ第１下地層２２の表面が
露出している。このようにストライプ状の溝１５の底部
に露出している厚膜ＧａＮ第１下地層２２の表面は、Ｉ
ｎＧａＮ多重量子井戸活性層６のエネルギーバンドギャ
ップＥｇに面内方向の変化（差）ΔＥｇを生じさせる機
能を有する。
【００５５】次に、半導体レーザ素子２００の製造方法
を、図６Ａ〜６Ｇを参照して以下に説明する。
を、図６Ａ〜６Ｇを参照して以下に説明する。
【００５６】基板１を例えばサファイヤ基板１とし、そ
の上へ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）を使用して、厚膜ＧａＮ第１下地層２２を除く各層
を積層する。ＭＯＣＶＤ法で使用する構成材料として
は、例えば、Ｖ族材料の原料としてアンモニア（Ｎ
Ｈ3）、III族材料の原料としてトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、或いはト
リメチルインジウム（ＴＭＩ）、ｐ型不純物の原料とし
てビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍ
ｇ）、ｎ型不純物の原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）
を使用し、更にキャリアガスとしては水素ガス（Ｈ2）
及び窒素ガス（Ｎ2）を使用する。
の上へ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）を使用して、厚膜ＧａＮ第１下地層２２を除く各層
を積層する。ＭＯＣＶＤ法で使用する構成材料として
は、例えば、Ｖ族材料の原料としてアンモニア（Ｎ
Ｈ3）、III族材料の原料としてトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、或いはト
リメチルインジウム（ＴＭＩ）、ｐ型不純物の原料とし
てビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍ
ｇ）、ｎ型不純物の原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）
を使用し、更にキャリアガスとしては水素ガス（Ｈ2）
及び窒素ガス（Ｎ2）を使用する。
【００５７】具体的には、まずサファイヤ基板１の上
に、ＨＶＰＥ法にて厚膜ＧａＮ第１下地層２２を、厚さ
約１０μｍに形成する。ここで、ＨＶＰＥ法のプロセス
条件としては、Ｖ族材料の原料としてＶ族水素化物であ
るＮＨ3、III族材料の原料として金属Ｇａを使用し、金
属Ｇａを約８５０℃に加熱してＨＣｌと混合して、ＮＨ
3と共に、基板温度約１０００℃に保たれているサファ
イヤ基板１の上に供給する。
に、ＨＶＰＥ法にて厚膜ＧａＮ第１下地層２２を、厚さ
約１０μｍに形成する。ここで、ＨＶＰＥ法のプロセス
条件としては、Ｖ族材料の原料としてＶ族水素化物であ
るＮＨ3、III族材料の原料として金属Ｇａを使用し、金
属Ｇａを約８５０℃に加熱してＨＣｌと混合して、ＮＨ
3と共に、基板温度約１０００℃に保たれているサファ
イヤ基板１の上に供給する。
【００５８】次に、この状態のウェハをＭＯＣＶＤ装置
の内部に導入し、基板温度約６００℃にて、厚膜ＧａＮ
第１下地層２２の上に厚さ約５５０ÅのＡｌＮ第２下地
層３を形成する。次に、この状態のウェハをＭＯＣＶＤ
装置から一旦取り出して、ＡｌＮ第２下地層３の表面に
レジスト層１４を形成する。更に、レジスト層１４の所
定の箇所をストライプ状に例えば幅約３μｍに除去し
て、図６Ａに示すように開口部１４４を形成する。
の内部に導入し、基板温度約６００℃にて、厚膜ＧａＮ
第１下地層２２の上に厚さ約５５０ÅのＡｌＮ第２下地
層３を形成する。次に、この状態のウェハをＭＯＣＶＤ
装置から一旦取り出して、ＡｌＮ第２下地層３の表面に
レジスト層１４を形成する。更に、レジスト層１４の所
定の箇所をストライプ状に例えば幅約３μｍに除去し
て、図６Ａに示すように開口部１４４を形成する。
【００５９】次に、開口部１４４が形成されたレジスト
層１４をエッチングマスクとして使用してＡｌＮ第２下
地層３をエッチングし、幅約３μｍのストライプ状の溝
１５を形成して、その底部に厚膜ＧａＮ第１下地層２２
の表面を露出させる。その後に、レジスト層１４を除去
する（図６Ｂを参照）。
層１４をエッチングマスクとして使用してＡｌＮ第２下
地層３をエッチングし、幅約３μｍのストライプ状の溝
１５を形成して、その底部に厚膜ＧａＮ第１下地層２２
の表面を露出させる。その後に、レジスト層１４を除去
する（図６Ｂを参照）。
【００６０】次に、この状態のウェハを再びＭＯＣＶＤ
装置に導入し、基板温度を約１０５０℃として、厚さ約
４μｍのｎ型ＧａＮコンタクト層４、及び厚さ約０．３
μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５を、順に積層
する。続いて、基板温度を約８００℃として、厚さ約３
０ÅのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ井戸層（２層）と厚さ約４０Å
のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（３層）とが交互に積層さ
れた多重量子井戸活性層６を形成する。更に、基板温度
を再び約１０５０℃として、厚さ約０．３μｍの第１の
ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層７１、及び厚さ約０．
３μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ電流狭窄層８を、順に積
層する（図６Ｃを参照）。
装置に導入し、基板温度を約１０５０℃として、厚さ約
４μｍのｎ型ＧａＮコンタクト層４、及び厚さ約０．３
μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５を、順に積層
する。続いて、基板温度を約８００℃として、厚さ約３
０ÅのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ井戸層（２層）と厚さ約４０Å
のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（３層）とが交互に積層さ
れた多重量子井戸活性層６を形成する。更に、基板温度
を再び約１０５０℃として、厚さ約０．３μｍの第１の
ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層７１、及び厚さ約０．
３μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ電流狭窄層８を、順に積
層する（図６Ｃを参照）。
【００６１】更に、このような積層構造が形成されたウ
ェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出して、図６Ｄに示すよ
うに、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ電流狭窄層８の表面にレジ
スト層４４を形成する。続いて、レジスト層４４の所定
の箇所を除去して、ストライプ状の開口部を形成する。
このとき、隣接する開口部の間に、幅約４００μｍのレ
ジスト層４４を残存させる。そして、開口部が形成され
たレジスト層４４をエッチングマスクとして使用してド
ライエッチングを行って、第１のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
クラッド層７１に達する溝１６を形成する。これによっ
て、溝１６を通じて第１のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層７１の表面を露出させる（図６Ｄを参照）。
ェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出して、図６Ｄに示すよ
うに、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ電流狭窄層８の表面にレジ
スト層４４を形成する。続いて、レジスト層４４の所定
の箇所を除去して、ストライプ状の開口部を形成する。
このとき、隣接する開口部の間に、幅約４００μｍのレ
ジスト層４４を残存させる。そして、開口部が形成され
たレジスト層４４をエッチングマスクとして使用してド
ライエッチングを行って、第１のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
クラッド層７１に達する溝１６を形成する。これによっ
て、溝１６を通じて第１のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層７１の表面を露出させる（図６Ｄを参照）。
【００６２】次に、上記の状態のウェハを再びＭＯＣＶ
Ｄ装置の中に導入し、基板温度を約１０５０℃として、
厚さ約０．２μｍの第２のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層７２（層７２の厚さに関する上記の値は、具体的に
は、電流狭窄層８の上部に相当する箇所での厚さであっ
て、クラッド層７１の露出表面から形成される層７２の
上面までの厚さを指す）、及び厚さ約０．３μｍのｐ型
ＧａＮコンタクト層９を、順に積層する（図６Ｅを参
照）。
Ｄ装置の中に導入し、基板温度を約１０５０℃として、
厚さ約０．２μｍの第２のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層７２（層７２の厚さに関する上記の値は、具体的に
は、電流狭窄層８の上部に相当する箇所での厚さであっ
て、クラッド層７１の露出表面から形成される層７２の
上面までの厚さを指す）、及び厚さ約０．３μｍのｐ型
ＧａＮコンタクト層９を、順に積層する（図６Ｅを参
照）。
【００６３】続いて、このような積層構造が形成された
ウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出して、図６Ｆに示す
ように、ｐ型ＧａＮコンタクト層９の表面にレジスト層
５４を形成する。続いて、レジスト層５４の所定の箇所
を除去して、ストライプ状の開口部を形成する。このと
き、隣接する開口部の間に、幅約３００μｍのレジスト
層５４を残存させる。そして、開口部が形成されたレジ
スト層５４をエッチングマスクとして使用してドライエ
ッチングを行って、ｎ型ＧａＮコンタクト層４に達する
溝１７を形成する。これによって、溝１７を通じてｎ型
ＧａＮコンタクト層４の表面を露出させる（図６Ｆを参
照）。
ウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出して、図６Ｆに示す
ように、ｐ型ＧａＮコンタクト層９の表面にレジスト層
５４を形成する。続いて、レジスト層５４の所定の箇所
を除去して、ストライプ状の開口部を形成する。このと
き、隣接する開口部の間に、幅約３００μｍのレジスト
層５４を残存させる。そして、開口部が形成されたレジ
スト層５４をエッチングマスクとして使用してドライエ
ッチングを行って、ｎ型ＧａＮコンタクト層４に達する
溝１７を形成する。これによって、溝１７を通じてｎ型
ＧａＮコンタクト層４の表面を露出させる（図６Ｆを参
照）。
【００６４】次に、レジスト層５４を除去した上で、溝
１７の底部に露出しているｎ型ＧａＮコンタクト層４の
表面にｎ側電極１１を形成し、一方、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層９の表面にはｐ側電極１０を形成する。これらの
電極１０及び１１の形成方法や構成材料としては、半導
体発光素子に関する技術分野で公知のプロセスや材料を
使用することができ、ここではそれらの説明を省略す
る。
１７の底部に露出しているｎ型ＧａＮコンタクト層４の
表面にｎ側電極１１を形成し、一方、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層９の表面にはｐ側電極１０を形成する。これらの
電極１０及び１１の形成方法や構成材料としては、半導
体発光素子に関する技術分野で公知のプロセスや材料を
使用することができ、ここではそれらの説明を省略す
る。
【００６５】続いて、上記のような構成が形成されたウ
ェハを、例えば幅約３５０μｍ及び長さ約６００μｍの
サイズの複数のチップに、スクライブ処理などによって
分割する。これによって、図６Ｇに示すように、図２を
参照して先に説明した本発明の第２の実施形態における
半導体発光素子（半導体レーザ素子）２００が、形成さ
れる。
ェハを、例えば幅約３５０μｍ及び長さ約６００μｍの
サイズの複数のチップに、スクライブ処理などによって
分割する。これによって、図６Ｇに示すように、図２を
参照して先に説明した本発明の第２の実施形態における
半導体発光素子（半導体レーザ素子）２００が、形成さ
れる。
【００６６】上記のような本発明の半導体発光素子（半
導体レーザ素子）２００においても、第１の実施形態に
関連して図４Ａ（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したよ
うに、活性層６のうちで、第２下地層３のストライプ状
の溝１５の上方に相当する領域６２は、その外側の領域
６１（すなわち、第２下地層３の上方に相当する領域６
１）に比べてエネルギーバンドギャップが減少する。特
に、本実施形態では、ＧａＮ第１下地層２２として、活
性層に約２．９２ｅＶのエネルギーバンドギャップ値
（図８参照）をもたらすＨＶＰＥ法によって形成した厚
膜ＧａＮ層２２を使用しているので、領域６１と領域６
２との間には、第１の実施形態における値よりも大きい
約０．１ｅＶのエネルギーバンドギャップ差が発生す
る。言い換えれば、活性層６の領域６１と領域６２との
間には、活性層６の横方向に約０．１ｅＶのエネルギー
バンドギャップ差が存在する。この活性層６の内部の横
方向でのエネルギーバンドギャップ差によって、活性層
６に注入された電流は、実質的に領域６２（すなわち、
第２下地層３のストライプ状の溝１５の上方に相当する
領域６２）に閉じ込められることになって、レーザ発振
に寄与しない無効電流が大幅に減少する。これにより、
窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の閾値電流が大
幅に低減され、結果として、発光効率が改善された半導
体レーザ素子が提供される。また、閾値電流が低減され
ることによって、動作電流及び動作電圧が低減されて素
子の発熱が抑えられることにより、長時間に渡って安定
した発光動作を継続することが可能になる。その結果と
して、信頼性に優れた半導体レーザ素子が提供される。
導体レーザ素子）２００においても、第１の実施形態に
関連して図４Ａ（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したよ
うに、活性層６のうちで、第２下地層３のストライプ状
の溝１５の上方に相当する領域６２は、その外側の領域
６１（すなわち、第２下地層３の上方に相当する領域６
１）に比べてエネルギーバンドギャップが減少する。特
に、本実施形態では、ＧａＮ第１下地層２２として、活
性層に約２．９２ｅＶのエネルギーバンドギャップ値
（図８参照）をもたらすＨＶＰＥ法によって形成した厚
膜ＧａＮ層２２を使用しているので、領域６１と領域６
２との間には、第１の実施形態における値よりも大きい
約０．１ｅＶのエネルギーバンドギャップ差が発生す
る。言い換えれば、活性層６の領域６１と領域６２との
間には、活性層６の横方向に約０．１ｅＶのエネルギー
バンドギャップ差が存在する。この活性層６の内部の横
方向でのエネルギーバンドギャップ差によって、活性層
６に注入された電流は、実質的に領域６２（すなわち、
第２下地層３のストライプ状の溝１５の上方に相当する
領域６２）に閉じ込められることになって、レーザ発振
に寄与しない無効電流が大幅に減少する。これにより、
窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の閾値電流が大
幅に低減され、結果として、発光効率が改善された半導
体レーザ素子が提供される。また、閾値電流が低減され
ることによって、動作電流及び動作電圧が低減されて素
子の発熱が抑えられることにより、長時間に渡って安定
した発光動作を継続することが可能になる。その結果と
して、信頼性に優れた半導体レーザ素子が提供される。
【００６７】なお、厚膜ＧａＮ第１下地層２２は、上述
のようなＨＶＰＥ法に代えて、他の製造プロセスによっ
て基板１の上に積層されても良い。
のようなＨＶＰＥ法に代えて、他の製造プロセスによっ
て基板１の上に積層されても良い。
【００６８】なお、上記の説明では、活性層を多重量子
井戸構造を有する活性層として説明しているが、これに
限られるものではなく、例えば単一量子井戸構造を有す
る活性層、或いは量子井戸構造を有さない活性層が形成
されている場合であっても、上記と同様の効果を得るこ
とができる。
井戸構造を有する活性層として説明しているが、これに
限られるものではなく、例えば単一量子井戸構造を有す
る活性層、或いは量子井戸構造を有さない活性層が形成
されている場合であっても、上記と同様の効果を得るこ
とができる。
【００６９】（第３の実施形態）図３は、本発明の第３
の実施形態における半導体発光素子として、半導体発光
ダイオード素子３００の構成を模式的に示す断面図であ
る。
の実施形態における半導体発光素子として、半導体発光
ダイオード素子３００の構成を模式的に示す断面図であ
る。
【００７０】この半導体発光ダイオード素子３００は、
サファイヤ基板１の上に、ＧａＮ第１下地層２、ＡｌＮ
第１下地層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、Ｉｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ単一量子井戸活性層６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
クラッド層７、及びｐ型ＧａＮコンタクト層９を、順に
備えている。ｐ型ＧａＮコンタクト層９の上には、所定
の開口部を有する透光性電極１２が形成されている。こ
の開口部は、後述するＡｌＮ第２下地層３のパターンに
整合する形状に、形成されている。更に、透光性電極１
２の開口部に相当する位置には絶縁層（例えばＳｉＯ2
膜）１３が形成され、且つＳｉＯ2膜１３を覆うように
ｐ側電極１０が形成されている。また、上記の積層構造
の一部は、その表面からｎ型ＧａＮコンタクト層４に達
するまでエッチングで除去されていて、それによって得
られたｎ型ＧａＮコンタクト層４の露出面に、ｎ側電極
１１が形成されている。なお、上記の絶縁層（ＳｉＯ2
膜）１３は、電流を、活性層６の内で電極１０の直下に
位置しない領域に流すこと（すなわち、活性層６の内で
電極１０の直下に位置する領域には電流を流さないこ
と）を意図している。
サファイヤ基板１の上に、ＧａＮ第１下地層２、ＡｌＮ
第１下地層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、Ｉｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ単一量子井戸活性層６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
クラッド層７、及びｐ型ＧａＮコンタクト層９を、順に
備えている。ｐ型ＧａＮコンタクト層９の上には、所定
の開口部を有する透光性電極１２が形成されている。こ
の開口部は、後述するＡｌＮ第２下地層３のパターンに
整合する形状に、形成されている。更に、透光性電極１
２の開口部に相当する位置には絶縁層（例えばＳｉＯ2
膜）１３が形成され、且つＳｉＯ2膜１３を覆うように
ｐ側電極１０が形成されている。また、上記の積層構造
の一部は、その表面からｎ型ＧａＮコンタクト層４に達
するまでエッチングで除去されていて、それによって得
られたｎ型ＧａＮコンタクト層４の露出面に、ｎ側電極
１１が形成されている。なお、上記の絶縁層（ＳｉＯ2
膜）１３は、電流を、活性層６の内で電極１０の直下に
位置しない領域に流すこと（すなわち、活性層６の内で
電極１０の直下に位置する領域には電流を流さないこ
と）を意図している。
【００７１】上記の半導体発光ダイオード素子３００の
構成において、ＧａＮ第１下地層２の上に形成されたＡ
ｌＮ第２下地層３は、所定の島状パターン、例えば一辺
の長さが約１００μｍの四角形状に形成されており、Ｉ
ｎＧａＮ単一量子井戸活性層６のエネルギーバンドギャ
ップＥｇに面内方向の変化（差）ΔＥｇを生じさせる機
能を有する。この活性層６の内部におけるエネルギーバ
ンドギャップの横方向変化によって、活性層６に注入さ
れた電流は、活性層６のうちで四角形状の第２下地層３
の上方に相当する領域６１には流入されなくなり、この
領域６１での発光が生じなくなる。もし、この領域６１
で発光が生じても、発生した光は上方のＳｉＯ2膜１３
やｐ側電極１０で遮られて外部には取り出されないの
で、発光効率には寄与しない。これに対して、上記のよ
うな半導体発光ダイオード素子３００の構成では、領域
６１への電流の注入が妨げられるので、そのような発光
効率の改善に寄与しない発光が妨げられる。更に、活性
層６のうちで領域６２で発生した光は、上記のようなエ
ネルギーバンドギャップの大小関係から、ＳｉＯ2膜１
３の下に位置する領域６１で吸収されることがない。
構成において、ＧａＮ第１下地層２の上に形成されたＡ
ｌＮ第２下地層３は、所定の島状パターン、例えば一辺
の長さが約１００μｍの四角形状に形成されており、Ｉ
ｎＧａＮ単一量子井戸活性層６のエネルギーバンドギャ
ップＥｇに面内方向の変化（差）ΔＥｇを生じさせる機
能を有する。この活性層６の内部におけるエネルギーバ
ンドギャップの横方向変化によって、活性層６に注入さ
れた電流は、活性層６のうちで四角形状の第２下地層３
の上方に相当する領域６１には流入されなくなり、この
領域６１での発光が生じなくなる。もし、この領域６１
で発光が生じても、発生した光は上方のＳｉＯ2膜１３
やｐ側電極１０で遮られて外部には取り出されないの
で、発光効率には寄与しない。これに対して、上記のよ
うな半導体発光ダイオード素子３００の構成では、領域
６１への電流の注入が妨げられるので、そのような発光
効率の改善に寄与しない発光が妨げられる。更に、活性
層６のうちで領域６２で発生した光は、上記のようなエ
ネルギーバンドギャップの大小関係から、ＳｉＯ2膜１
３の下に位置する領域６１で吸収されることがない。
【００７２】以上のような点によって、発光効率に優れ
た半導体発光素子（発光ダイオード素子）３００が得ら
れる。
た半導体発光素子（発光ダイオード素子）３００が得ら
れる。
【００７３】次に、半導体発光ダイオード素子３００の
製造方法を、図７Ａ〜７Ｆを参照して以下に説明する。
製造方法を、図７Ａ〜７Ｆを参照して以下に説明する。
【００７４】基板１を例えばサファイヤ基板１とし、そ
の上へ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）を使用して各層を積層する。ＭＯＣＶＤ法で使用す
る構成材料としては、例えば、Ｖ族材料の原料としてア
ンモニア（ＮＨ3）、III族材料の原料としてトリメチル
ガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、或いはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ｐ型不
純物の原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ｎ型不純物の原料としてモノシラン
（ＳｉＨ4）を使用し、更にキャリアガスとしては水素
ガス（Ｈ2）及び窒素ガス（Ｎ2）を使用する。
の上へ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）を使用して各層を積層する。ＭＯＣＶＤ法で使用す
る構成材料としては、例えば、Ｖ族材料の原料としてア
ンモニア（ＮＨ3）、III族材料の原料としてトリメチル
ガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、或いはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ｐ型不
純物の原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ｎ型不純物の原料としてモノシラン
（ＳｉＨ4）を使用し、更にキャリアガスとしては水素
ガス（Ｈ2）及び窒素ガス（Ｎ2）を使用する。
【００７５】具体的には、まずサファイヤ基板１を基板
温度約１１００℃で水素ガス（Ｈ2）及び窒素ガス
（Ｎ2）に曝し、基板１の表面を清浄化する。次に、基
板温度を約６００℃として、基板１の上に、図７Ａに示
すように、厚さ約５５０ÅのＧａＮ第１下地層２及び厚
さ約５５０ÅのＡｌＮ第２下地層３を、順に積層する。
温度約１１００℃で水素ガス（Ｈ2）及び窒素ガス
（Ｎ2）に曝し、基板１の表面を清浄化する。次に、基
板温度を約６００℃として、基板１の上に、図７Ａに示
すように、厚さ約５５０ÅのＧａＮ第１下地層２及び厚
さ約５５０ÅのＡｌＮ第２下地層３を、順に積層する。
【００７６】次に、この状態のウェハをＭＯＣＶＤ装置
から一旦取り出して、図７Ｂに示すように、ＡｌＮ第２
下地層３の表面にレジスト層６４を、一辺が約１００μ
ｍの四角形状のパターンに形成する。
から一旦取り出して、図７Ｂに示すように、ＡｌＮ第２
下地層３の表面にレジスト層６４を、一辺が約１００μ
ｍの四角形状のパターンに形成する。
【００７７】次に、レジスト層６４をエッチングマスク
として使用してＡｌＮ第２下地層３をエッチングし、図
７Ｃに示すようにＧａＮ第１下地層２の表面２５を露出
させる。その後に、レジスト層６４を除去する。
として使用してＡｌＮ第２下地層３をエッチングし、図
７Ｃに示すようにＧａＮ第１下地層２の表面２５を露出
させる。その後に、レジスト層６４を除去する。
【００７８】次に、この状態のウェハを再びＭＯＣＶＤ
装置に導入し、基板温度を約１０５０℃として、厚さ約
４μｍのｎ型ＧａＮコンタクト層４を積層する。続い
て、基板温度を約８００℃として、厚さ約２０ÅのＩｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ単一量子井戸活性層６を形成する。更に、
基板温度を再び約１０５０℃として、厚さ約０．３μｍ
のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層７、及び厚さ約０．
５μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層９を、順に積層する。
装置に導入し、基板温度を約１０５０℃として、厚さ約
４μｍのｎ型ＧａＮコンタクト層４を積層する。続い
て、基板温度を約８００℃として、厚さ約２０ÅのＩｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ単一量子井戸活性層６を形成する。更に、
基板温度を再び約１０５０℃として、厚さ約０．３μｍ
のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層７、及び厚さ約０．
５μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層９を、順に積層する。
【００７９】更に、このような積層構造が形成されたウ
ェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出して、ｐ型ＧａＮコン
タクト層９の表面に、厚さ約７０ÅのＮｉ膜１２を一辺
が約３５０μｍの四角形状に形成する。次に、Ｎｉ膜１
２の所定箇所を一辺が約１００μｍの四角形状に除去し
て、その内部に厚さ約０．２μｍのＳｉＯ2膜１３を形
成する。更に、このＳｉＯ2膜１３を覆うように、Ａｕ
／Ｎｉ積層構造を有するｐ型電極１０を、厚さ約０．８
μｍで一辺の長さが約１５０μｍの四角形状に形成し
て、図７Ｄに示す構成を得る。
ェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出して、ｐ型ＧａＮコン
タクト層９の表面に、厚さ約７０ÅのＮｉ膜１２を一辺
が約３５０μｍの四角形状に形成する。次に、Ｎｉ膜１
２の所定箇所を一辺が約１００μｍの四角形状に除去し
て、その内部に厚さ約０．２μｍのＳｉＯ2膜１３を形
成する。更に、このＳｉＯ2膜１３を覆うように、Ａｕ
／Ｎｉ積層構造を有するｐ型電極１０を、厚さ約０．８
μｍで一辺の長さが約１５０μｍの四角形状に形成し
て、図７Ｄに示す構成を得る。
【００８０】続いて、上記の構成の最上面を覆うレジス
ト層７４を、一辺の長さが約３５０μｍの四角形状に形
成する。そして、このレジスト層７４をエッチングマス
クとして使用してドライエッチングを行って、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４に達する溝１７を形成する。これによ
って、溝１７を通じてｎ型ＧａＮコンタクト層４の表面
を露出させる（図７Ｅを参照）。
ト層７４を、一辺の長さが約３５０μｍの四角形状に形
成する。そして、このレジスト層７４をエッチングマス
クとして使用してドライエッチングを行って、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４に達する溝１７を形成する。これによ
って、溝１７を通じてｎ型ＧａＮコンタクト層４の表面
を露出させる（図７Ｅを参照）。
【００８１】次に、レジスト層７４を除去した上で、溝
１７の底部に露出しているｎ型ＧａＮコンタクト層４の
表面にｎ側電極１１を形成する。この電極１１の形成方
法や構成材料としては、半導体発光素子に関する技術分
野で公知のプロセスや材料を使用することができ、ここ
ではそれらの説明を省略する。
１７の底部に露出しているｎ型ＧａＮコンタクト層４の
表面にｎ側電極１１を形成する。この電極１１の形成方
法や構成材料としては、半導体発光素子に関する技術分
野で公知のプロセスや材料を使用することができ、ここ
ではそれらの説明を省略する。
【００８２】続いて、上記のような構成が形成されたウ
ェハを、所定のサイズの複数のチップにスクライブ処理
などによって分割する。これによって、図７Ｆに示すよ
うに、図３を参照して先に説明した本発明の第３の実施
形態における半導体発光素子（半導体発光ダイオード素
子）３００が、形成される。
ェハを、所定のサイズの複数のチップにスクライブ処理
などによって分割する。これによって、図７Ｆに示すよ
うに、図３を参照して先に説明した本発明の第３の実施
形態における半導体発光素子（半導体発光ダイオード素
子）３００が、形成される。
【００８３】次に、図４Ｂ（ａ）及び（ｂ）を参照し
て、上記のような本発明の半導体発光素子（半導体発光
ダイオード素子）３００における第１及び第２下地層２
及び３の構成が、活性層６に横方向のエネルギーバンド
ギャップ（Ｅｇ）の差をもたらす点を、更に以下に説明
する。
て、上記のような本発明の半導体発光素子（半導体発光
ダイオード素子）３００における第１及び第２下地層２
及び３の構成が、活性層６に横方向のエネルギーバンド
ギャップ（Ｅｇ）の差をもたらす点を、更に以下に説明
する。
【００８４】図４Ｂ（ｂ）は、ＧａＮ第１下地層２の上
に四角形状のＡｌＮ第２下地層３が設けられている箇所
の近傍における、第１及び第２下地層２及び３の構成を
模式的に示す図であり、図４Ｂ（ａ）は、図４Ｂ（ｂ）
の構成に対応するようにして、活性層６における横方向
でのエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）の変化を描いた
図である。
に四角形状のＡｌＮ第２下地層３が設けられている箇所
の近傍における、第１及び第２下地層２及び３の構成を
模式的に示す図であり、図４Ｂ（ａ）は、図４Ｂ（ｂ）
の構成に対応するようにして、活性層６における横方向
でのエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）の変化を描いた
図である。
【００８５】活性層６のうちで、ＡｌＮ第２下地層３の
上方に相当する領域６１では、図８からわかるように、
そのエネルギーバンドギャップ値は約３．０２ｅＶとな
る。一方、その外側の領域６２、すなわち、ＡｌＮ第２
下地層３が存在していない領域６２では、ＧａＮ第１下
地層３の影響を受けて、図８からわかるように、そのエ
ネルギーバンドギャップ値は約２．９５ｅＶとなる。従
って、図４Ｂ（ａ）に模式的に描かれているように、活
性層６の中の領域６１では、その周囲の領域６２に比べ
て、エネルギーバンドギャップが約０．０７ｅＶだけ増
加する。言い換えれば、活性層６の領域６１と領域６２
との間には、活性層６の横方向（面内方向）に約０．０
７ｅＶのエネルギーバンドギャップ差が存在する。
上方に相当する領域６１では、図８からわかるように、
そのエネルギーバンドギャップ値は約３．０２ｅＶとな
る。一方、その外側の領域６２、すなわち、ＡｌＮ第２
下地層３が存在していない領域６２では、ＧａＮ第１下
地層３の影響を受けて、図８からわかるように、そのエ
ネルギーバンドギャップ値は約２．９５ｅＶとなる。従
って、図４Ｂ（ａ）に模式的に描かれているように、活
性層６の中の領域６１では、その周囲の領域６２に比べ
て、エネルギーバンドギャップが約０．０７ｅＶだけ増
加する。言い換えれば、活性層６の領域６１と領域６２
との間には、活性層６の横方向（面内方向）に約０．０
７ｅＶのエネルギーバンドギャップ差が存在する。
【００８６】この活性層６の内部の横方向でのエネルギ
ーバンドギャップ差によって、活性層６に注入された電
流は、活性層６のうちで四角形状の第２下地層３の上方
に相当する領域６１には流入されなくなり、ＳｉＯ2膜
１３の存在によって外部への発光には寄与できない領域
６１での発光が、生じなくなる。また、活性層６の領域
６２で発生した光は、ＳｉＯ2膜１３の下に位置する領
域６１で吸収されることがなくなり、効率的に外部に取
り出されるようになる。これらの点によって、発光効率
に優れた半導体発光素子（発光ダイオード素子）３００
が得られる。また、この場合にも、発光効率の改善によ
って、同レベルの光出力を得るために必要な動作電流レ
ベルが低減されることによって、長時間に渡って安定し
た発光動作を継続することが可能になるので、結果とし
て、信頼性に優れた半導体発光ダイオード素子が提供さ
れる。
ーバンドギャップ差によって、活性層６に注入された電
流は、活性層６のうちで四角形状の第２下地層３の上方
に相当する領域６１には流入されなくなり、ＳｉＯ2膜
１３の存在によって外部への発光には寄与できない領域
６１での発光が、生じなくなる。また、活性層６の領域
６２で発生した光は、ＳｉＯ2膜１３の下に位置する領
域６１で吸収されることがなくなり、効率的に外部に取
り出されるようになる。これらの点によって、発光効率
に優れた半導体発光素子（発光ダイオード素子）３００
が得られる。また、この場合にも、発光効率の改善によ
って、同レベルの光出力を得るために必要な動作電流レ
ベルが低減されることによって、長時間に渡って安定し
た発光動作を継続することが可能になるので、結果とし
て、信頼性に優れた半導体発光ダイオード素子が提供さ
れる。
【００８７】なお、ＧａＮ第１下地層２は、上述のよう
なＭＯＣＶＤ法に代えて、他の製造プロセスによって基
板１の上に積層されても良い。
なＭＯＣＶＤ法に代えて、他の製造プロセスによって基
板１の上に積層されても良い。
【００８８】なお、上記の説明では、活性層を単一量子
井戸構造を有する活性層として説明しているが、これに
限られるものではなく、例えば多重量子井戸構造を有す
る活性層、或いは量子井戸構造を有さない活性層が形成
されている場合であっても、上記と同様の効果を得るこ
とができる。
井戸構造を有する活性層として説明しているが、これに
限られるものではなく、例えば多重量子井戸構造を有す
る活性層、或いは量子井戸構造を有さない活性層が形成
されている場合であっても、上記と同様の効果を得るこ
とができる。
【００８９】また、上記の説明における第２下地層３の
パターンは、上記のような四角形状に限られるものでは
なく、その他の適切な島状パターンとすることができ
る。
パターンは、上記のような四角形状に限られるものでは
なく、その他の適切な島状パターンとすることができ
る。
【００９０】以上に説明した各実施形態に従って形成さ
れる本発明の半導体発光素子に関して、具体的な動作特
性を測定したところ、以下のようなデータが得られてい
る。
れる本発明の半導体発光素子に関して、具体的な動作特
性を測定したところ、以下のようなデータが得られてい
る。
【００９１】第１の実施形態における半導体発光素子
（半導体レーザ素子）では、発振開始電流が約５０ｍＡ
〜約６０ｍＡに低減され、その結果、６０℃雰囲気中で
５ｍＷ条件下での寿命は、約１５０００時間であった。
（半導体レーザ素子）では、発振開始電流が約５０ｍＡ
〜約６０ｍＡに低減され、その結果、６０℃雰囲気中で
５ｍＷ条件下での寿命は、約１５０００時間であった。
【００９２】また、第２の実施形態における半導体発光
素子（半導体レーザ素子）では、内部電流狭窄層を含む
ために発振開始電流が更に約４０ｍＡ〜約５０ｍＡに低
減され、その結果、６０℃雰囲気中で５ｍＷ条件下での
寿命は、約２００００時間であった。
素子（半導体レーザ素子）では、内部電流狭窄層を含む
ために発振開始電流が更に約４０ｍＡ〜約５０ｍＡに低
減され、その結果、６０℃雰囲気中で５ｍＷ条件下での
寿命は、約２００００時間であった。
【００９３】一方、第３の実施形態における半導体発光
素子（発光ダイオード素子）では、発光効率が、従来技
術において得られる値に比較して約１５％増加した。
素子（発光ダイオード素子）では、発光効率が、従来技
術において得られる値に比較して約１５％増加した。
【００９４】上記の各実施形態の説明では、活性層によ
り小さなバンドギャップエネルギーをもたらす第１の下
地層をＧａＮ層で形成し、活性層により大きなバンドギ
ャップエネルギーをもたらす第２の下地層をＡｌＮ層で
形成しているが、本発明の適用はこれに限られるわけで
はなく、適切なバンドギャップエネルギー差を活性層内
に生じさせることができる限りは、その他の構成材料を
使用することが可能である。例えば、第１及び第２の下
地層を、お互いに組成の異なるＡｌＧａＮ混晶によって
形成してもよい。
り小さなバンドギャップエネルギーをもたらす第１の下
地層をＧａＮ層で形成し、活性層により大きなバンドギ
ャップエネルギーをもたらす第２の下地層をＡｌＮ層で
形成しているが、本発明の適用はこれに限られるわけで
はなく、適切なバンドギャップエネルギー差を活性層内
に生じさせることができる限りは、その他の構成材料を
使用することが可能である。例えば、第１及び第２の下
地層を、お互いに組成の異なるＡｌＧａＮ混晶によって
形成してもよい。
【００９５】また、上記の各実施形態の説明では、Ｉｎ
ＧａＮ系材料で構成された活性層を使用しているが、活
性層の構成材料はこれに限られるわけではなく、他の適
切な材料を使用しても、同様の効果が得られる。
ＧａＮ系材料で構成された活性層を使用しているが、活
性層の構成材料はこれに限られるわけではなく、他の適
切な材料を使用しても、同様の効果が得られる。
【００９６】更に、上記の各実施形態の内で第１及び第
２の実施形態では、半導体レーザ素子への適用を例にと
って説明を行っているが、それぞれに開示されている構
成は、半導体発光ダイオード素子への適用も可能であ
る。
２の実施形態では、半導体レーザ素子への適用を例にと
って説明を行っているが、それぞれに開示されている構
成は、半導体発光ダイオード素子への適用も可能であ
る。
【００９７】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体発光素子
（半導体レーザ素子或いは半導体発光ダイオード素子）
によれば、組成の異なった複数の下地層をお互いに異な
るパターンに形成し、その上方に活性層（発光層）を積
層することによって、活性層の面内方向（横方向）にエ
ネルギーバンドギャップの変化（差）を生じさせる。こ
の結果、活性層に注入された電流を所定の領域に効率的
に閉じ込める、或いは、活性層の内で外部への発光には
寄与しない領域への電流の流入を妨げることが可能にな
って、レーザ発振に寄与しない無効電流が大幅に減少す
る。
（半導体レーザ素子或いは半導体発光ダイオード素子）
によれば、組成の異なった複数の下地層をお互いに異な
るパターンに形成し、その上方に活性層（発光層）を積
層することによって、活性層の面内方向（横方向）にエ
ネルギーバンドギャップの変化（差）を生じさせる。こ
の結果、活性層に注入された電流を所定の領域に効率的
に閉じ込める、或いは、活性層の内で外部への発光には
寄与しない領域への電流の流入を妨げることが可能にな
って、レーザ発振に寄与しない無効電流が大幅に減少す
る。
【００９８】これにより、半導体発光素子の閾値電流が
大幅に低減され、結果として、発光効率が改善された半
導体発光素子が提供される。
大幅に低減され、結果として、発光効率が改善された半
導体発光素子が提供される。
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体発光素
子として、半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面
図である。
子として、半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面
図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における半導体発光素
子として、他の半導体レーザ素子の構成を模式的に示す
断面図である。
子として、他の半導体レーザ素子の構成を模式的に示す
断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態における半導体発光素
子として、半導体発光ダイオード素子の構成を模式的に
示す断面図である。
子として、半導体発光ダイオード素子の構成を模式的に
示す断面図である。
【図４Ａ】（ａ）及び（ｂ）は、図１の半導体レーザ素
子において、第２下地層にストライプ状の溝が設けられ
ている箇所の近傍における第１及び第２下地層の構成を
模式的に示す図と、その構成に対応するようにして活性
層における横方向でのエネルギーバンドギャップ（Ｅ
ｇ）の変化を描いた図である。
子において、第２下地層にストライプ状の溝が設けられ
ている箇所の近傍における第１及び第２下地層の構成を
模式的に示す図と、その構成に対応するようにして活性
層における横方向でのエネルギーバンドギャップ（Ｅ
ｇ）の変化を描いた図である。
【図４Ｂ】（ａ）及び（ｂ）は、図３の半導体発光ダイ
オード素子において、四角形状の第２下地層が設けられ
ている箇所の近傍における第１及び第２下地層の構成を
模式的に示す図と、その構成に対応するようにして活性
層における横方向でのエネルギーバンドギャップ（Ｅ
ｇ）の変化を描いた図である。
オード素子において、四角形状の第２下地層が設けられ
ている箇所の近傍における第１及び第２下地層の構成を
模式的に示す図と、その構成に対応するようにして活性
層における横方向でのエネルギーバンドギャップ（Ｅ
ｇ）の変化を描いた図である。
【図５Ａ】図１の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図５Ｂ】図１の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図５Ｃ】図１の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図５Ｄ】図１の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図５Ｅ】図１の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図５Ｆ】図１の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図６Ａ】図２の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図６Ｂ】図２の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図６Ｃ】図２の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図６Ｄ】図２の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図６Ｅ】図２の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図６Ｆ】図２の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図６Ｇ】図２の半導体レーザ素子の製造方法における
あるステップを説明するための断面図である。
あるステップを説明するための断面図である。
【図７Ａ】図３の半導体発光ダイオード素子の製造方法
におけるあるステップを説明するための断面図である。
におけるあるステップを説明するための断面図である。
【図７Ｂ】図３の半導体発光ダイオード素子の製造方法
におけるあるステップを説明するための断面図である。
におけるあるステップを説明するための断面図である。
【図７Ｃ】図３の半導体発光ダイオード素子の製造方法
におけるあるステップを説明するための断面図である。
におけるあるステップを説明するための断面図である。
【図７Ｄ】図３の半導体発光ダイオード素子の製造方法
におけるあるステップを説明するための断面図である。
におけるあるステップを説明するための断面図である。
【図７Ｅ】図３の半導体発光ダイオード素子の製造方法
におけるあるステップを説明するための断面図である。
におけるあるステップを説明するための断面図である。
【図７Ｆ】図３の半導体発光ダイオード素子の製造方法
におけるあるステップを説明するための断面図である。
におけるあるステップを説明するための断面図である。
【図８】（ａ）は、測定用の半導体発光素子サンプルの
主要部の構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、
（ａ）の構成における下地層の種類とＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
発光層のエネルギーバンドギャップＥｇ（ｅＶ）の値と
の関係をプロットした図である。
主要部の構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、
（ａ）の構成における下地層の種類とＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
発光層のエネルギーバンドギャップＥｇ（ｅＶ）の値と
の関係をプロットした図である。
【図９】従来技術による半導体発光素子の構成の一例を
模式的に示す断面図である。
模式的に示す断面図である。
１ サファイヤ基板 ２ ＧａＮ第１下地層 ３ ＡｌＮ第２下地層 ４ ｎ型ＧａＮコンタクト層 ５ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層 ６ Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ単一量子井戸活性層 ７ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層 ８ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ電流狭窄層 ９ ｐ型ＧａＮコンタクト層 １０ ｐ側電極 １１ ｎ側電極 １２ 透光性電極 １３ 絶縁層（ＳｉＯ2膜） １４ レジスト層 １５ ＡｌＮ第２下地層のストライプ状開口部 １６ 電流狭窄層のストライプ状開口部 ２２ ＧａＮ第１下地層 ２４ レジスト層 ４４ レジスト層 ５４ レジスト層 ６１ 活性層中で大きいエネルギーバンドギャップを有
する領域 ６２ 活性層中で小さいエネルギーバンドギャップを有
する領域 ６４ レジスト層 ７１ 第１のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層 ７２ 第２のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層 ７４ レジスト層 １００ 半導体レーザ素子 ２００ 半導体レーザ素子 ３００ 半導体発光ダイオード素子
する領域 ６２ 活性層中で小さいエネルギーバンドギャップを有
する領域 ６４ レジスト層 ７１ 第１のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層 ７２ 第２のｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層 ７４ レジスト層 １００ 半導体レーザ素子 ２００ 半導体レーザ素子 ３００ 半導体発光ダイオード素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA21 CA05 CA34 CA40 CA46 CA65 CA74 5F073 AA55 AA73 AA74 CA07 CB05 CB07 DA05 DA21 EA23
Claims (15)
- 【請求項１】 半導体基板と、 該半導体基板の上に形成された第１の下地層と、 該第１の下地層の上に所定のパターンで形成された第２
の下地層と、 該第２の下地層の上に形成された、活性層と少なくとも
一つのクラッド層とを少なくとも含む積層構造と、を備
えており、 該第２の下地層は、該第１の下地層に比べて、該活性層
により大きなエネルギーバンドギャップ値をもたらすも
のであり、 該第２の下地層の該所定のパターンは、該第１の下地層
の一部を該積層構造に接触させる形状を有している、半
導体発光素子。 - 【請求項２】 前記活性層が量子井戸構造を有する、請
求項１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記第２の下地層にはストライプ状開口
部が設けられており、該ストライプ状開口部の底部に
て、前記第１の下地層と前記積層構造とが接触してい
る、請求項１或いは２に記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記第１の下地層が前記第２の下地層よ
りも厚く形成されている、請求項３に記載の半導体発光
素子。 - 【請求項５】 前記第２の下地層は島状パターンをなす
ように形成されており、該島状パターンの周囲の領域
で、前記第１の下地層と前記積層構造とが接触してい
る、請求項１或いは２に記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記積層構造の上に設けられた、前記第
２の下地層の前記島状パターンに対応する形状の絶縁層
を更に備えている、請求項５に記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記積層構造には一対のクラッド層が含
まれており、前記活性層は該一対のクラッド層の間に位
置していて、それによって半導体レーザ素子として機能
する、請求項１から６の何れか一つに記載の半導体発光
素子。 - 【請求項８】 前記第１及び第２の下地層と前記積層構
造とが、III族窒化物系化合物半導体材料によって形成
されている、請求項１から７の何れか一つに記載の半導
体発光素子。 - 【請求項９】 前記基板がサファイア基板であり、前記
第１の下地層がＧａＮ層であり、前記第２の下地層がＡ
ｌＮ層であり、且つ前記活性層がＩｎxＧａ1 -xＮ層（０
≦ｘ≦１）である、請求項１から８の何れか一つに記載
の半導体発光素子。 - 【請求項１０】 前記第１及び第２の下地層は、お互い
に組成の異なるＡｌＧａＮ混晶によって形成されてい
る、請求項１から８の何れか一つに記載の半導体発光素
子。 - 【請求項１１】 半導体基板の上に第１の下地層及び第
２の下地層を順に積層する工程と、 該第２の下地層を所定のパターンにパターニングする工
程と、 該パターニングされた第２の下地層の上に、活性層と少
なくとも一つのクラッド層とを少なくとも含む積層構造
を形成する工程と、を包含しており、 該第２の下地層は、該第１の下地層に比べて、該活性層
により大きなエネルギーバンドギャップ値をもたらすも
のであり、 該第２の下地層の該所定のパターンは、該第１の下地層
の一部を該積層構造に接触させる形状を有している、半
導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１２】 前記第２の下地層のパターニング工程
は、該第２の下地層にストライプ状開口部を設ける工程
を含んでおり、該ストライプ状開口部の底部にて、前記
第１の下地層と前記積層構造とを接触させる、請求項１
１に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１３】 前記第２の下地層のパターニング工程
は、該第２の下地層を島状パターンに形成する工程を含
んでおり、該島状パターンの周囲の領域で、前記第１の
下地層と前記積層構造とを接触させる、請求項１１に記
載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１４】 前記積層構造の上に、前記第２の下地
層の前記島状パターンに対応する形状の絶縁層を設ける
工程を更に含む、請求項１３に記載の半導体発光素子の
製造方法。 - 【請求項１５】 前記積層構造の内部に一対のクラッド
層を形成し、前記活性層を該一対のクラッド層の間に位
置させる、請求項１１から１４の何れか一つに記載の半
導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37482198A JP2000196147A (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37482198A JP2000196147A (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000196147A true JP2000196147A (ja) | 2000-07-14 |
Family
ID=18504488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37482198A Withdrawn JP2000196147A (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000196147A (ja) |
-
1998
- 1998-12-28 JP JP37482198A patent/JP2000196147A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060307 |