JP2000196195A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造効率が高くかつ格子欠陥の少ない高品質
な半導体発光素子およびその製造方法を提供することで
ある。 【解決手段】 サファイア基板１上に、上面、底面およ
び側面からなる段差部４０を有する第１のＧａＮ系半導
体層２００が形成される。段差部４０の底面上の一領域
にはＳｉＯ2 膜６が形成される。段差部４０の上面上に
第２のＧａＮ系半導体層３００が形成されるとともに、
第２のＧａＮ系半導体層３００の横方向の成長により、
ＳｉＯ2 膜６上に第３のＧａＮ系半導体層４００が形成
される。第２のＧａＮ系半導体層３００上にＳｉＯ2 膜
１２が形成され、このＳｉＯ2 膜１２上および第３のＧ
ａＮ系半導体層４００上にｎ電極が形成される。また、
ＧａＮ系半導体層２００上にｐ電極２５が形成される。
な半導体発光素子およびその製造方法を提供することで
ある。 【解決手段】 サファイア基板１上に、上面、底面およ
び側面からなる段差部４０を有する第１のＧａＮ系半導
体層２００が形成される。段差部４０の底面上の一領域
にはＳｉＯ2 膜６が形成される。段差部４０の上面上に
第２のＧａＮ系半導体層３００が形成されるとともに、
第２のＧａＮ系半導体層３００の横方向の成長により、
ＳｉＯ2 膜６上に第３のＧａＮ系半導体層４００が形成
される。第２のＧａＮ系半導体層３００上にＳｉＯ2 膜
１２が形成され、このＳｉＯ2 膜１２上および第３のＧ
ａＮ系半導体層４００上にｎ電極が形成される。また、
ＧａＮ系半導体層２００上にｐ電極２５が形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＮ（窒化ホウ
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれら
の混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系
半導体と呼ぶ）からなる半導体発光素子およびその製造
方法に関する。
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれら
の混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系
半導体と呼ぶ）からなる半導体発光素子およびその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色または紫色の光を発する発光
ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子とし
て、ＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできてい
る。ＧａＮ系半導体発光素子の製造の際には、ＧａＮか
らなる基板が存在しないため、サファイア（Ａｌ
2 Ｏ3 ）等の絶縁性基板上に各層をエピタキシャル成長
させている。
ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子とし
て、ＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできてい
る。ＧａＮ系半導体発光素子の製造の際には、ＧａＮか
らなる基板が存在しないため、サファイア（Ａｌ
2 Ｏ3 ）等の絶縁性基板上に各層をエピタキシャル成長
させている。
【０００３】しかしながら、ＧａＮ系半導体発光素子で
は、格子不整合の生じる基板上に結晶成長を行うため、
格子欠陥が生じる。例えば、ＧａＮとサファイア基板と
では格子定数が違うことから、サファイア基板上に成長
したＧａＮ系半導体結晶に、通常、１０9 〜１０10個／
ｃｍ2 程度の格子欠陥が存在する。このような格子欠陥
は、サファイア基板の表面からＧａＮ系半導体層へ伝播
する。この格子欠陥により、サファイア基板上のＧａＮ
系半導体層からなる半導体発光素子では、素子特性およ
び信頼性の劣化が生じるとともに、素子の寿命を短くし
ている。
は、格子不整合の生じる基板上に結晶成長を行うため、
格子欠陥が生じる。例えば、ＧａＮとサファイア基板と
では格子定数が違うことから、サファイア基板上に成長
したＧａＮ系半導体結晶に、通常、１０9 〜１０10個／
ｃｍ2 程度の格子欠陥が存在する。このような格子欠陥
は、サファイア基板の表面からＧａＮ系半導体層へ伝播
する。この格子欠陥により、サファイア基板上のＧａＮ
系半導体層からなる半導体発光素子では、素子特性およ
び信頼性の劣化が生じるとともに、素子の寿命を短くし
ている。
【０００４】格子欠陥による素子特性および信頼性の劣
化の問題を解決する方法として、半導体層を横方向に成
長させるラテラル成長法が提案されている。図６（ａ）
〜（ｄ）は従来のラテラル成長法を説明するための模式
的工程断面図である。
化の問題を解決する方法として、半導体層を横方向に成
長させるラテラル成長法が提案されている。図６（ａ）
〜（ｄ）は従来のラテラル成長法を説明するための模式
的工程断面図である。
【０００５】図６（ａ）に示すように、サファイア基板
１１上にアンドープのＡｌＧａＮバッファ層１２および
アンドープのＧａＮ層１３を順に連続的に成長させる。
ＧａＮ層１３には上下方向に延びる格子欠陥１５が存在
する。このＧａＮ層１３上に、ストライプ状のＳｉＯ2
膜１４を形成する。
１１上にアンドープのＡｌＧａＮバッファ層１２および
アンドープのＧａＮ層１３を順に連続的に成長させる。
ＧａＮ層１３には上下方向に延びる格子欠陥１５が存在
する。このＧａＮ層１３上に、ストライプ状のＳｉＯ2
膜１４を形成する。
【０００６】次に、図６（ｂ）に示すように、ストライ
プ状のＳｉＯ2 膜１４間に露出したＧａＮ層１３上にア
ンドープのＧａＮ層１６を再成長させる。この場合、Ｇ
ａＮ層１６は図中の矢印Ｙの方向へ再成長し、これに伴
い、格子欠陥１５もＹ方向へ延びる。
プ状のＳｉＯ2 膜１４間に露出したＧａＮ層１３上にア
ンドープのＧａＮ層１６を再成長させる。この場合、Ｇ
ａＮ層１６は図中の矢印Ｙの方向へ再成長し、これに伴
い、格子欠陥１５もＹ方向へ延びる。
【０００７】ＧａＮ層１６をさらに再成長させると、Ｇ
ａＮ層１６が図中の矢印Ｘの方向にも成長し、ＳｉＯ2
膜１４上にもＧａＮ層１６が形成される。このようにし
て、図６（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2 膜１４上および
ＳｉＯ2 膜１４間のＧａＮ１３上に、ＧａＮ層１６が形
成される。
ａＮ層１６が図中の矢印Ｘの方向にも成長し、ＳｉＯ2
膜１４上にもＧａＮ層１６が形成される。このようにし
て、図６（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2 膜１４上および
ＳｉＯ2 膜１４間のＧａＮ１３上に、ＧａＮ層１６が形
成される。
【０００８】このようなラテラル成長法を用いると、Ｓ
ｉＯ2 膜１４上に、格子欠陥の少ない高品質なＧａＮ結
晶を形成することができる。
ｉＯ2 膜１４上に、格子欠陥の少ない高品質なＧａＮ結
晶を形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧａＮ
層１６の再成長において、矢印Ｙの方向へは成長しやす
いが、矢印Ｘの方向へは成長しにくい。したがって、矢
印Ｘの方向と矢印Ｙの方向とではＧａＮ層１６の成長速
度に差が生じる。このため、ＧａＮ層１６の表面を図６
（ｄ）に示すように平坦にするには、基板温度を調節す
ることにより、所定の方向における成長速度を調整する
とともに、ＧａＮ層１６の厚みｄ4 を１５μｍ以上と厚
くする必要があった。それゆえ、ＧａＮ層１６の形成に
は時間が長くかかっていた。
層１６の再成長において、矢印Ｙの方向へは成長しやす
いが、矢印Ｘの方向へは成長しにくい。したがって、矢
印Ｘの方向と矢印Ｙの方向とではＧａＮ層１６の成長速
度に差が生じる。このため、ＧａＮ層１６の表面を図６
（ｄ）に示すように平坦にするには、基板温度を調節す
ることにより、所定の方向における成長速度を調整する
とともに、ＧａＮ層１６の厚みｄ4 を１５μｍ以上と厚
くする必要があった。それゆえ、ＧａＮ層１６の形成に
は時間が長くかかっていた。
【００１０】また、サファイア基板１１とＧａＮ層１６
とでは熱膨張係数が異なるため、サファイアのウエハを
成長時の基板温度から常温に戻した場合、ウエハに反り
が生じる。特に、厚みの大きなＧａＮ層１６が形成され
たウエハにおいては、大きな反りが生じる。このため、
ウエハに結晶成長後のプロセスを行いにくい。
とでは熱膨張係数が異なるため、サファイアのウエハを
成長時の基板温度から常温に戻した場合、ウエハに反り
が生じる。特に、厚みの大きなＧａＮ層１６が形成され
たウエハにおいては、大きな反りが生じる。このため、
ウエハに結晶成長後のプロセスを行いにくい。
【００１１】一方、ＧａＮ系半導体発光素子において
は、図６（ｄ）に示すＧａＮ層１６をダブルヘテロ構造
の下地として用い、ＧａＮ層１６上に、さらに発光部を
含むＧａＮ系半導体層を形成する。例えば、図７および
図８は、図６（ｄ）に示すＧａＮ層１６上に構成される
半導体レーザ素子の断面図である。なお、図７は、リッ
ジ導波型構造を有する半導体レーザ素子であり、図８
は、セルフアライン構造を有する半導体レーザ素子であ
る。このような構造により、図７および図８に示す半導
体レーザ素子では、横モード制御が行われる。
は、図６（ｄ）に示すＧａＮ層１６をダブルヘテロ構造
の下地として用い、ＧａＮ層１６上に、さらに発光部を
含むＧａＮ系半導体層を形成する。例えば、図７および
図８は、図６（ｄ）に示すＧａＮ層１６上に構成される
半導体レーザ素子の断面図である。なお、図７は、リッ
ジ導波型構造を有する半導体レーザ素子であり、図８
は、セルフアライン構造を有する半導体レーザ素子であ
る。このような構造により、図７および図８に示す半導
体レーザ素子では、横モード制御が行われる。
【００１２】図７に示す半導体レーザ素子の製造の際
は、サファイア基板１１上にバッファ層１２およびアン
ドープのＧａＮ層１３を含む半導体層１００を成長さ
せ、ＧａＮ層１３上の所定領域にＳｉＯ2 膜１４を形成
する。次に、アンドープの再成長ＧａＮ層１６から、ｎ
−ＧａＮ層１７、ｎ−クラッド層１８、発光層１９およ
びｐ−クラッド層２０を含む半導体層１１０を成長させ
る。続いて、エッチングにより、ｐ−クラッド層２０に
リッジ部を形成した後、リッジ部の両側の平坦部上に電
流ブロック層１２０を成長させる。さらに、リッジ部上
および電流ブロック層１２０上にｐ−ＧａＮコンタクト
層１３０を成長させる。その後、ｐ−コンタクト層１３
０からｎ−ＧａＮ層１７までの一部領域をエッチングに
より除去し、露出したｎ−ＧａＮ層１７上にｎ電極２５
を形成する。また、ｐ−ＧａＮ層コンタクト層１３０上
にｐ電極を形成する。
は、サファイア基板１１上にバッファ層１２およびアン
ドープのＧａＮ層１３を含む半導体層１００を成長さ
せ、ＧａＮ層１３上の所定領域にＳｉＯ2 膜１４を形成
する。次に、アンドープの再成長ＧａＮ層１６から、ｎ
−ＧａＮ層１７、ｎ−クラッド層１８、発光層１９およ
びｐ−クラッド層２０を含む半導体層１１０を成長させ
る。続いて、エッチングにより、ｐ−クラッド層２０に
リッジ部を形成した後、リッジ部の両側の平坦部上に電
流ブロック層１２０を成長させる。さらに、リッジ部上
および電流ブロック層１２０上にｐ−ＧａＮコンタクト
層１３０を成長させる。その後、ｐ−コンタクト層１３
０からｎ−ＧａＮ層１７までの一部領域をエッチングに
より除去し、露出したｎ−ＧａＮ層１７上にｎ電極２５
を形成する。また、ｐ−ＧａＮ層コンタクト層１３０上
にｐ電極を形成する。
【００１３】このように、リッジ導波型構造を有する半
導体レーザ素子の製造の際には、半導体層１００，１１
０，電流ブロック層１２０およびｐ−ＧａＮコンタクト
層１３０を形成するために４回の結晶成長が必要であ
る。
導体レーザ素子の製造の際には、半導体層１００，１１
０，電流ブロック層１２０およびｐ−ＧａＮコンタクト
層１３０を形成するために４回の結晶成長が必要であ
る。
【００１４】図８に示す半導体レーザ素子の製造の際
は、サファイア基板１１上にバッファ層１２およびアン
ドープのＧａＮ層１３を含む半導体層１００を成長さ
せ、ＧａＮ層１３上の所定領域にＳｉＯ2 膜１４を形成
する。次に、アンドープの再成長ＧａＮ層１６、ｎ−Ｇ
ａＮ層１７、ｎ−クラッド層１８、発光層１９、ｐ−ク
ラッド層２０および電流ブロック層２１を含む半導体層
１１１を成長させる。続いて、エッチングにより、電流
ブロック層２１の所定領域を除去した後、ｐ−第３クラ
ッド層２２およびｐ−コンタクト層２３を含む半導体層
１２１をさらに成長させる。その後、ｐ−コンタクト層
１３０からｎ−ＧａＮ層１７までの一部領域をエッチン
グにより除去し、露出したｎ−ＧａＮ層１７上にｎ電極
２５を形成する。また、ｐ−ＧａＮ層コンタクト層２３
上にｐ電極２６を形成する。
は、サファイア基板１１上にバッファ層１２およびアン
ドープのＧａＮ層１３を含む半導体層１００を成長さ
せ、ＧａＮ層１３上の所定領域にＳｉＯ2 膜１４を形成
する。次に、アンドープの再成長ＧａＮ層１６、ｎ−Ｇ
ａＮ層１７、ｎ−クラッド層１８、発光層１９、ｐ−ク
ラッド層２０および電流ブロック層２１を含む半導体層
１１１を成長させる。続いて、エッチングにより、電流
ブロック層２１の所定領域を除去した後、ｐ−第３クラ
ッド層２２およびｐ−コンタクト層２３を含む半導体層
１２１をさらに成長させる。その後、ｐ−コンタクト層
１３０からｎ−ＧａＮ層１７までの一部領域をエッチン
グにより除去し、露出したｎ−ＧａＮ層１７上にｎ電極
２５を形成する。また、ｐ−ＧａＮ層コンタクト層２３
上にｐ電極２６を形成する。
【００１５】このように、セルフアライン構造を有する
半導体レーザ素子の製造の際には、半導体層１００，１
１１，１２１を形成するために３回の結晶成長が必要で
ある。
半導体レーザ素子の製造の際には、半導体層１００，１
１１，１２１を形成するために３回の結晶成長が必要で
ある。
【００１６】以上のように、図７および図８に示す半導
体レーザ素子の製造の際には、４回および３回の結晶成
長が必要となる。したがって、製造工程が多くなり、製
造効率を低下させる。
体レーザ素子の製造の際には、４回および３回の結晶成
長が必要となる。したがって、製造工程が多くなり、製
造効率を低下させる。
【００１７】本発明の目的は、製造効率が高くかつ格子
欠陥の少ない高品質な半導体発光素子およびその製造方
法を提供することである。
欠陥の少ない高品質な半導体発光素子およびその製造方
法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る半導体発光素子は、基板上にガリウム、アル
ミニウム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１つを
含む第１の窒化物系半導体層が形成され、第１の窒化物
系半導体層上の所定領域に絶縁膜が形成され、第１の窒
化物系半導体層上の前記絶縁膜を除く領域にガリウム、
アルミニウム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１
つを含む第２の窒化物系半導体層が形成され、絶縁膜上
に第２の窒化物系半導体層から横方向に延びかつ発光層
を含むガリウム、アルミニウム、インジウムおよびホウ
素の少なくとも１つを含む第３の窒化物系半導体層が形
成されたものである。
発明に係る半導体発光素子は、基板上にガリウム、アル
ミニウム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１つを
含む第１の窒化物系半導体層が形成され、第１の窒化物
系半導体層上の所定領域に絶縁膜が形成され、第１の窒
化物系半導体層上の前記絶縁膜を除く領域にガリウム、
アルミニウム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１
つを含む第２の窒化物系半導体層が形成され、絶縁膜上
に第２の窒化物系半導体層から横方向に延びかつ発光層
を含むガリウム、アルミニウム、インジウムおよびホウ
素の少なくとも１つを含む第３の窒化物系半導体層が形
成されたものである。
【００１９】本発明に係る半導体発光素子において、発
光層を含む第３の窒化物系半導体層は、第２の窒化物系
半導体層の横方向の成長により絶縁膜上に形成される。
このような半導体層の横方向の成長においては、基板か
ら上下方向の格子欠陥が伝播しないため、格子欠陥の少
ない高品質な発光層を有する半導体発光素子が実現され
る。
光層を含む第３の窒化物系半導体層は、第２の窒化物系
半導体層の横方向の成長により絶縁膜上に形成される。
このような半導体層の横方向の成長においては、基板か
ら上下方向の格子欠陥が伝播しないため、格子欠陥の少
ない高品質な発光層を有する半導体発光素子が実現され
る。
【００２０】第３の窒化物系半導体層は第２の窒化物系
半導体層の成長に伴って形成されることから、上記の半
導体発光素子は、第１および第２の窒化物系半導体層を
形成するための２回の結晶成長により作製される。ま
た、第３の窒化物系半導体層は、発光に必要な厚さを有
していればよく、厚さを薄くすることが可能となる。し
たがって、製造効率が高くなる。
半導体層の成長に伴って形成されることから、上記の半
導体発光素子は、第１および第２の窒化物系半導体層を
形成するための２回の結晶成長により作製される。ま
た、第３の窒化物系半導体層は、発光に必要な厚さを有
していればよく、厚さを薄くすることが可能となる。し
たがって、製造効率が高くなる。
【００２１】第１の窒化物系半導体層に上面、底面およ
び側面を有する段差部が形成され、段差部の上面に第１
の電流阻止層が形成されるとともに、第１の電流阻止層
上に第２の窒化物系半導体層が形成され、段差部の底面
上に絶縁膜が形成されてもよい。
び側面を有する段差部が形成され、段差部の上面に第１
の電流阻止層が形成されるとともに、第１の電流阻止層
上に第２の窒化物系半導体層が形成され、段差部の底面
上に絶縁膜が形成されてもよい。
【００２２】これにより、第１の電流阻止層と絶縁膜と
により十分な電流狭窄が行われる。したがって、半導体
発光素子として、しきい値電流が低く、高性能かつ信頼
性の高い半導体レーザ素子が得られる。
により十分な電流狭窄が行われる。したがって、半導体
発光素子として、しきい値電流が低く、高性能かつ信頼
性の高い半導体レーザ素子が得られる。
【００２３】第３の窒化物系半導体層上に第１の電極が
形成され、第１の窒化物系半導体層に接触する第２の電
極が形成されてもよい。
形成され、第１の窒化物系半導体層に接触する第２の電
極が形成されてもよい。
【００２４】この場合、発光層を含む第３の窒化物系半
導体層に電流経路が形成され、第３の窒化物系半導体層
の発光層に発光部が形成される。第３の窒化物系半導体
層は格子欠陥が少ないため、半導体発光素子の発光部が
高品質となる。したがって、高性能かつ信頼性の高い半
導体発光素子が実現される。
導体層に電流経路が形成され、第３の窒化物系半導体層
の発光層に発光部が形成される。第３の窒化物系半導体
層は格子欠陥が少ないため、半導体発光素子の発光部が
高品質となる。したがって、高性能かつ信頼性の高い半
導体発光素子が実現される。
【００２５】第２の窒化物系半導体層上に第２の電流阻
止層が形成され、第３の窒化物系半導体層上および第２
の電流阻止層上に第１の電極が形成されてもよい。
止層が形成され、第３の窒化物系半導体層上および第２
の電流阻止層上に第１の電極が形成されてもよい。
【００２６】この場合、第２の窒化物系半導体層上の第
２の電流阻止層および第１の窒化物系半導体層上の絶縁
膜により電流狭窄が行われる。これにより、電流は発光
層を含みかつ格子欠陥の少ない第３の窒化物系半導体層
内を選択的に流れる。
２の電流阻止層および第１の窒化物系半導体層上の絶縁
膜により電流狭窄が行われる。これにより、電流は発光
層を含みかつ格子欠陥の少ない第３の窒化物系半導体層
内を選択的に流れる。
【００２７】第２の発明に係る半導体発光素子の製造方
法は、基板上にガリウム、アルミニウム、インジウムお
よびホウ素の少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導
体層を形成する工程と、第１の窒化物系半導体層上の所
定領域に絶縁膜を形成する工程と、第１の窒化物系半導
体層上の絶縁膜を除く領域にガリウム、アルミニウム、
インジウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む第２の
窒化物系半導体層を形成するとともに、第２の窒化物系
半導体層の横方向の成長により第２の窒化物系半導体層
から絶縁膜上に延びかつ発光層を含む第３の窒化物系半
導体層を形成する工程とを備えたものである。
法は、基板上にガリウム、アルミニウム、インジウムお
よびホウ素の少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導
体層を形成する工程と、第１の窒化物系半導体層上の所
定領域に絶縁膜を形成する工程と、第１の窒化物系半導
体層上の絶縁膜を除く領域にガリウム、アルミニウム、
インジウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む第２の
窒化物系半導体層を形成するとともに、第２の窒化物系
半導体層の横方向の成長により第２の窒化物系半導体層
から絶縁膜上に延びかつ発光層を含む第３の窒化物系半
導体層を形成する工程とを備えたものである。
【００２８】本発明に係る半導体発光素子の製造方法に
おいては、基板上に第１の窒化物系半導体層を形成し、
この第１の窒化物系半導体層への所定領域に絶縁膜を形
成するとともに、露出した第１の窒化物系半導体層の領
域に第２の窒化物系半導体層を形成する。同時に、この
第２の窒化物系半導体層の横方向の成長により、発光層
を含む第３の窒化物系半導体層を絶縁膜上に形成する。
おいては、基板上に第１の窒化物系半導体層を形成し、
この第１の窒化物系半導体層への所定領域に絶縁膜を形
成するとともに、露出した第１の窒化物系半導体層の領
域に第２の窒化物系半導体層を形成する。同時に、この
第２の窒化物系半導体層の横方向の成長により、発光層
を含む第３の窒化物系半導体層を絶縁膜上に形成する。
【００２９】上記の半導体発光素子の製造方法によれ
ば、格子欠陥の少ない第３の窒化物系半導体層を形成す
ることが可能となる。したがって、格子欠陥の少ない高
品質な発光層を有する半導体発光素子を製造することが
可能となる。
ば、格子欠陥の少ない第３の窒化物系半導体層を形成す
ることが可能となる。したがって、格子欠陥の少ない高
品質な発光層を有する半導体発光素子を製造することが
可能となる。
【００３０】また、第３の窒化物系半導体層を第２の窒
化物系半導体層の横方向により形成するため、半導体発
光素子は第１および第２の窒化物系半導体層を形成する
２回の結晶成長で作製することが可能となる。さらに、
第３の窒化物系半導体層は、発光に必要な厚さまで成長
させればよく、厚く成長させる必要がない。したがっ
て、製造に係る時間の短縮化が図られるとともに、製造
効率が向上する。
化物系半導体層の横方向により形成するため、半導体発
光素子は第１および第２の窒化物系半導体層を形成する
２回の結晶成長で作製することが可能となる。さらに、
第３の窒化物系半導体層は、発光に必要な厚さまで成長
させればよく、厚く成長させる必要がない。したがっ
て、製造に係る時間の短縮化が図られるとともに、製造
効率が向上する。
【００３１】第１の窒化物系半導体層に上面、底面およ
び側面を有する段差部を形成する工程と、段差部の上面
に第１の電流阻止層を形成する工程とをさらに備え、第
１の電流阻止層上に第２の窒化物系半導体層を形成し、
段差部の底面上に絶縁膜を形成してもよい。
び側面を有する段差部を形成する工程と、段差部の上面
に第１の電流阻止層を形成する工程とをさらに備え、第
１の電流阻止層上に第２の窒化物系半導体層を形成し、
段差部の底面上に絶縁膜を形成してもよい。
【００３２】これにより、第１の電流阻止層と絶縁膜に
より十分な電流狭窄を行うことが可能となる。したがっ
て、半導体発光素子として、しきい値電流が低く、高性
能かつ高信頼性の半導体レーザ素子が得られる。
より十分な電流狭窄を行うことが可能となる。したがっ
て、半導体発光素子として、しきい値電流が低く、高性
能かつ高信頼性の半導体レーザ素子が得られる。
【００３３】第３の窒化物系半導体層上に第１の電極を
形成するとともに第１の窒化物系半導体層に接触する第
２の電極を形成する工程をさらに備えてもよい。
形成するとともに第１の窒化物系半導体層に接触する第
２の電極を形成する工程をさらに備えてもよい。
【００３４】この場合、第３の窒化物系半導体層内に電
流経路が形成される。これにより、格子欠陥の少ない第
３の窒化物系半導体層の発光層内に発光部を形成するこ
とが可能となるため、高品質で信頼性の高い半導体発光
素子を作製することが可能となる。
流経路が形成される。これにより、格子欠陥の少ない第
３の窒化物系半導体層の発光層内に発光部を形成するこ
とが可能となるため、高品質で信頼性の高い半導体発光
素子を作製することが可能となる。
【００３５】また、第２の窒化物系半導体層上に第２の
電流阻止層を形成する工程をさらに備え、第３の窒化物
系半導体層上および第２の電流阻止層上に第１の電極を
形成してもよい。
電流阻止層を形成する工程をさらに備え、第３の窒化物
系半導体層上および第２の電流阻止層上に第１の電極を
形成してもよい。
【００３６】これにより、第２の窒化物系半導体層上の
第２の電流阻止層と第１の窒化物系半導体層上の絶縁膜
とにより電流狭窄を行うことが可能となる。これによ
り、発光層を含みかつ格子欠陥の少ない第３の窒化物系
半導体層に選択的に電流を流すことができる。
第２の電流阻止層と第１の窒化物系半導体層上の絶縁膜
とにより電流狭窄を行うことが可能となる。これによ
り、発光層を含みかつ格子欠陥の少ない第３の窒化物系
半導体層に選択的に電流を流すことができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例における
ＧａＮ系半導体レーザ素子の断面図である。
ＧａＮ系半導体レーザ素子の断面図である。
【００３８】図１に示すように、サファイア基板１上に
アンドープのＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎからなる厚さ２００〜
３００Åのバッファ層２、厚さ３μｍのアンドープのＧ
ａＮ層３および厚さ５μｍのｎ−ＧａＮ層４が順に形成
されている。ｎ−ＧａＮ層４には、上面、底面および側
面からなる段差部４０が形成されている。
アンドープのＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎからなる厚さ２００〜
３００Åのバッファ層２、厚さ３μｍのアンドープのＧ
ａＮ層３および厚さ５μｍのｎ−ＧａＮ層４が順に形成
されている。ｎ−ＧａＮ層４には、上面、底面および側
面からなる段差部４０が形成されている。
【００３９】段差部４０の上面にはＺｎドープのＧａＮ
からなる厚さ１〜２μｍの電流ブロック層５が形成され
ている。また、段差部４０の底面上の一部領域には厚さ
数１００ÅのＳｉＯ2 膜６が形成されている。
からなる厚さ１〜２μｍの電流ブロック層５が形成され
ている。また、段差部４０の底面上の一部領域には厚さ
数１００ÅのＳｉＯ2 膜６が形成されている。
【００４０】以下、バッファ層２、ＧａＮ層３およびｎ
−ＧａＮ層４を第１のＧａＮ系半導体層２００と呼ぶ。
この第１のＧａＮ系半導体層２００には、サファイア基
板１の表面から上下方向に格子欠陥１５が延びている。
−ＧａＮ層４を第１のＧａＮ系半導体層２００と呼ぶ。
この第１のＧａＮ系半導体層２００には、サファイア基
板１の表面から上下方向に格子欠陥１５が延びている。
【００４１】電流ブロック層５上には、厚さ数１００Å
のｎ−ＧａＮ再成長バッファ層７、ｎ−Ａｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎからなるｎ−第１クラッド層８、ＩｎＧａＮから
なる多重量子井戸発光層（以下、ＭＱＷ発光層と呼ぶ）
９、ｐ−Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐ−第２クラッド
層１０および厚さ０．０５〜０．１μｍのｐ−ＧａＮコ
ンタクト層１１が順に形成されている。ｐ−コンタクト
層１１の上には厚さ約５０００ÅのＳｉＯ2 膜１２が形
成されている。
のｎ−ＧａＮ再成長バッファ層７、ｎ−Ａｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎからなるｎ−第１クラッド層８、ＩｎＧａＮから
なる多重量子井戸発光層（以下、ＭＱＷ発光層と呼ぶ）
９、ｐ−Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐ−第２クラッド
層１０および厚さ０．０５〜０．１μｍのｐ−ＧａＮコ
ンタクト層１１が順に形成されている。ｐ−コンタクト
層１１の上には厚さ約５０００ÅのＳｉＯ2 膜１２が形
成されている。
【００４２】以下、ｎ−再成長バッファ層７、ｎ−第１
クラッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ−第２クラッド層１
０およびｐ−コンタクト層１１を第２のＧａＮ系半導体
層３００と呼ぶ。この第２のＧａＮ系半導体層３００に
は、第１のＧａＮ系半導体層２００から上下方向に格子
欠陥１５が延びている。
クラッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ−第２クラッド層１
０およびｐ−コンタクト層１１を第２のＧａＮ系半導体
層３００と呼ぶ。この第２のＧａＮ系半導体層３００に
は、第１のＧａＮ系半導体層２００から上下方向に格子
欠陥１５が延びている。
【００４３】ＭＱＷ発光層９は、図２のエネルギーバン
ド図に示すように、厚さ６０Åの６つのＩｎ0.08Ｇａ
0.92Ｎ量子障壁層９１と厚さ３０Åの５つのＩｎ0.18Ｇ
ａ0.82Ｎ量子井戸層９２とが交互に積層されてなる多重
量子井戸構造を有する。その多重量子井戸構造の両面は
厚さ０．１μｍのＧａＮ光ガイド層９３で挟まれてい
る。
ド図に示すように、厚さ６０Åの６つのＩｎ0.08Ｇａ
0.92Ｎ量子障壁層９１と厚さ３０Åの５つのＩｎ0.18Ｇ
ａ0.82Ｎ量子井戸層９２とが交互に積層されてなる多重
量子井戸構造を有する。その多重量子井戸構造の両面は
厚さ０．１μｍのＧａＮ光ガイド層９３で挟まれてい
る。
【００４４】第２のＧａＮ系半導体層３００のｎ−再成
長バッファ層７、ｎ−第１クラッド層８、ＭＱＷ発光層
９、ｐ−第２クラッド層１０およびｐ−コンタクト層１
１からＳｉＯ2 膜６上に、横方向に成長したｎ−再成長
バッファ層７ａ、ｎ−第１クラッド層８ａ、ＭＱＷ発光
層９ａ、ｐ−第２クラッド層１０ａおよびｐ−コンタク
ト層１１ａが順に延びている。
長バッファ層７、ｎ−第１クラッド層８、ＭＱＷ発光層
９、ｐ−第２クラッド層１０およびｐ−コンタクト層１
１からＳｉＯ2 膜６上に、横方向に成長したｎ−再成長
バッファ層７ａ、ｎ−第１クラッド層８ａ、ＭＱＷ発光
層９ａ、ｐ−第２クラッド層１０ａおよびｐ−コンタク
ト層１１ａが順に延びている。
【００４５】以下、ｎ−再成長バッファ層７ａ、ｎ−第
１クラッド層８ａ、ＭＱＷ発光層９ａ、ｐ−第２クラッ
ド層１０ａおよびｐ−コンタクト層１１ａを第３のＧａ
Ｎ系半導体層４００と呼ぶ。この第３のＧａＮ系半導体
層４００は、第２のＧａＮ系半導体層３００の横方向の
結晶成長により形成されるため、第３のＧａＮ系半導体
層４００には上下方向の格子欠陥１５が存在しない。こ
の第３のＧａＮ系半導体層４００のＭＱＷ発光層９ａ
に、発光部３０が形成される。
１クラッド層８ａ、ＭＱＷ発光層９ａ、ｐ−第２クラッ
ド層１０ａおよびｐ−コンタクト層１１ａを第３のＧａ
Ｎ系半導体層４００と呼ぶ。この第３のＧａＮ系半導体
層４００は、第２のＧａＮ系半導体層３００の横方向の
結晶成長により形成されるため、第３のＧａＮ系半導体
層４００には上下方向の格子欠陥１５が存在しない。こ
の第３のＧａＮ系半導体層４００のＭＱＷ発光層９ａ
に、発光部３０が形成される。
【００４６】第１のＧａＮ系半導体層２００のｎ−Ｇａ
Ｎ層４上の所定領域に厚さ５００ÅのＴｉおよび厚さ５
０００ÅのＡｌからなるｎ電極２５が形成されている。
また、第２のＧａＮ系半導体層３００のＳｉＯ2 膜１２
上および第３のＧａＮ系半導体層４００のｐ−コンタク
ト層１１ａ上に、厚さ５０００ÅのＮｉからなるｐ電極
２６が形成されている。
Ｎ層４上の所定領域に厚さ５００ÅのＴｉおよび厚さ５
０００ÅのＡｌからなるｎ電極２５が形成されている。
また、第２のＧａＮ系半導体層３００のＳｉＯ2 膜１２
上および第３のＧａＮ系半導体層４００のｐ−コンタク
ト層１１ａ上に、厚さ５０００ÅのＮｉからなるｐ電極
２６が形成されている。
【００４７】なお、ｎ型ドーパントとしてはＳｉが用い
られており、ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられて
いる。また、電流ブロック層５のドーパントとしてはＺ
ｎが用いられており、これにより電流ブロック層５が高
抵抗となる。
られており、ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられて
いる。また、電流ブロック層５のドーパントとしてはＺ
ｎが用いられており、これにより電流ブロック層５が高
抵抗となる。
【００４８】この半導体レーザ素子においては、ＳｉＯ
2 膜６とＳｉＯ2 膜１２とにより電流狭窄が行われると
ともに、ＳｉＯ2 膜６と電流ブロック層５とにより電流
狭窄が行われる。したがって、電流はｐ電極２６から第
３の半導体層４００および段差部４０の側面を順に経
て、第１の半導体層２００内をｎ電極２５に向かって流
れる。このようにして十分な電流狭窄が行われるため、
しきい値電流が低くなる。
2 膜６とＳｉＯ2 膜１２とにより電流狭窄が行われると
ともに、ＳｉＯ2 膜６と電流ブロック層５とにより電流
狭窄が行われる。したがって、電流はｐ電極２６から第
３の半導体層４００および段差部４０の側面を順に経
て、第１の半導体層２００内をｎ電極２５に向かって流
れる。このようにして十分な電流狭窄が行われるため、
しきい値電流が低くなる。
【００４９】なお、段差部４０の高さｄ3 により、電流
の狭窄幅を制御し、発光部３０の幅を制御することがで
きる。このような段差部４０の高さｄ3 は１μｍ程度で
あることが好ましい。
の狭窄幅を制御し、発光部３０の幅を制御することがで
きる。このような段差部４０の高さｄ3 は１μｍ程度で
あることが好ましい。
【００５０】また、発光部３０を含む第３のＧａＮ系半
導体層４００が、格子欠陥１５の少ない高品質な層であ
るため、高性能で信頼性が高くかつ寿命が長くなるとと
もに、しきい値電流がさらに低くなる。
導体層４００が、格子欠陥１５の少ない高品質な層であ
るため、高性能で信頼性が高くかつ寿命が長くなるとと
もに、しきい値電流がさらに低くなる。
【００５１】第３のＧａＮ系半導体層４００におけるＭ
ＱＷ発光層９ａは、横方向（層界面に平行なる方向）に
おいてＳｉＯ2 膜６とｐ−第２クラッド層１０とに挟ま
れた構造となる。この場合、ＳｉＯ2 膜６の屈折率およ
びｐ−第２クラッド層１０の屈折率はＭＱＷ発光層９ａ
の屈折率よりも低い。これにより、ＭＱＷ発光層９ａの
横方向において屈折率に差が生じ、横方向の光の閉じ込
めが行われる。したがって、半導体レーザ素子の横モー
ド制御が行われる。
ＱＷ発光層９ａは、横方向（層界面に平行なる方向）に
おいてＳｉＯ2 膜６とｐ−第２クラッド層１０とに挟ま
れた構造となる。この場合、ＳｉＯ2 膜６の屈折率およ
びｐ−第２クラッド層１０の屈折率はＭＱＷ発光層９ａ
の屈折率よりも低い。これにより、ＭＱＷ発光層９ａの
横方向において屈折率に差が生じ、横方向の光の閉じ込
めが行われる。したがって、半導体レーザ素子の横モー
ド制御が行われる。
【００５２】第３のＧａＮ系半導体層４００におけるｎ
−第１クラッド層８ａの厚みｄ1 およびｐ−第２クラッ
ド層１０ａの厚みｄ2 は、発光に必要な厚みがあればよ
く、結晶成長における時間を短縮する点から０．７〜１
μｍであることが好ましい。
−第１クラッド層８ａの厚みｄ1 およびｐ−第２クラッ
ド層１０ａの厚みｄ2 は、発光に必要な厚みがあればよ
く、結晶成長における時間を短縮する点から０．７〜１
μｍであることが好ましい。
【００５３】第２のＧａＮ系半導体層３００におけるｎ
−第１クラッド層８およびｐ−第２クラッド層１０を構
成するＡｌ0.07Ｇａ0.93ＮのＡｌ組成０．０７は、通常
のクラッド層を構成するＡｌ0.15Ｇａ0.85ＮのＡｌ組成
０．１５よりも低い。このようにＡｌ組成が低くなるよ
うに、ｎ−第１クラッド層８およびｐ−第２クラッド層
１０を減圧下で形成することが好ましい。
−第１クラッド層８およびｐ−第２クラッド層１０を構
成するＡｌ0.07Ｇａ0.93ＮのＡｌ組成０．０７は、通常
のクラッド層を構成するＡｌ0.15Ｇａ0.85ＮのＡｌ組成
０．１５よりも低い。このようにＡｌ組成が低くなるよ
うに、ｎ−第１クラッド層８およびｐ−第２クラッド層
１０を減圧下で形成することが好ましい。
【００５４】次に、図１に示す半導体レーザ素子の製造
方法について説明する。図３は、図１の半導体レーザ素
子の製造工程を示す断面図である。
方法について説明する。図３は、図１の半導体レーザ素
子の製造工程を示す断面図である。
【００５５】図３（ａ）に示すように、常圧下でＭＯＣ
ＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）により、サファイ
ア基板１のｃ面上にアンドープのＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎバ
ッファ層２を基板温度５５０〜６５０℃で成長させる。
さらに、基板温度１０００〜１１００℃で、アンドープ
のＧａＮ層３、ｎ−ＧａＮ層４およびＺｎドープのＧａ
Ｎ電流ブロック層５を順に成長させる。
ＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）により、サファイ
ア基板１のｃ面上にアンドープのＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎバ
ッファ層２を基板温度５５０〜６５０℃で成長させる。
さらに、基板温度１０００〜１１００℃で、アンドープ
のＧａＮ層３、ｎ−ＧａＮ層４およびＺｎドープのＧａ
Ｎ電流ブロック層５を順に成長させる。
【００５６】次に、電流ブロック層５およびｎ−ＧａＮ
層４の所定領域をエッチングにより除去し、ｎ−ＧａＮ
層４を露出させる。このようにして、図３（ｂ）に示す
ように、ｎ−ＧａＮ層４に、上面、底面および側面から
なる段差部４０を形成する。さらに、段差部４０の底面
部に、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）またはＥＢ蒸着法
（電子ビーム蒸着法）等により、ＳｉＯ2 膜６を形成す
る。
層４の所定領域をエッチングにより除去し、ｎ−ＧａＮ
層４を露出させる。このようにして、図３（ｂ）に示す
ように、ｎ−ＧａＮ層４に、上面、底面および側面から
なる段差部４０を形成する。さらに、段差部４０の底面
部に、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）またはＥＢ蒸着法
（電子ビーム蒸着法）等により、ＳｉＯ2 膜６を形成す
る。
【００５７】以上のようにして、第１のＧａＮ系半導体
層２００を形成する。なお、エッチングに際しては、電
流ブロック層５からＳｉＯ2 膜６の表面までの段差部４
０の高さｄ3 が１μｍ程度となるようにエッチングの深
さを設定することが好ましい。
層２００を形成する。なお、エッチングに際しては、電
流ブロック層５からＳｉＯ2 膜６の表面までの段差部４
０の高さｄ3 が１μｍ程度となるようにエッチングの深
さを設定することが好ましい。
【００５８】続いて、減圧下（数１０Ｔｏｒｒ）でＭＯ
ＣＶＤ法により、図３（ｃ）に示すように、電流ブロッ
ク層５上にｎ−ＧａＮ再成長バッファ層７、ｎ−第１ク
ラッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ−第２クラッド層１０
およびｐ−コンタクト層１１を成長させる。この場合、
成長時の基板温度を９５０〜１０５０℃とする。このよ
うにして、第２のＧａＮ系半導体層３００を形成する。
ＣＶＤ法により、図３（ｃ）に示すように、電流ブロッ
ク層５上にｎ−ＧａＮ再成長バッファ層７、ｎ−第１ク
ラッド層８、ＭＱＷ発光層９、ｐ−第２クラッド層１０
およびｐ−コンタクト層１１を成長させる。この場合、
成長時の基板温度を９５０〜１０５０℃とする。このよ
うにして、第２のＧａＮ系半導体層３００を形成する。
【００５９】第２のＧａＮ系半導体層３００の、各層７
〜１１が図中の矢印Ｙの方向に成長するに伴い、格子欠
陥１５も矢印Ｙの方向に延びる。したがって、第２のＧ
ａＮ系半導体層３００には格子欠陥１５が存在する。
〜１１が図中の矢印Ｙの方向に成長するに伴い、格子欠
陥１５も矢印Ｙの方向に延びる。したがって、第２のＧ
ａＮ系半導体層３００には格子欠陥１５が存在する。
【００６０】第２のＧａＮ系半導体層３００の各層７〜
１１は矢印Ｙの方向へ成長するとともに、図中の矢印Ｘ
の方向、すなわち横方向へも成長する。なお、本実施例
においては基板温度９５０〜１０５０℃で各層７〜１１
を成長させるため、横方向の成長が速い。このような横
方向の成長により、ｎ−ＧａＮ再成長バッファ層７ａ、
ｎ−第１クラッド層８ａ、ＭＱＷ発光層９ａ、ｐ−第２
クラッド層１０ａおよびｐ−コンタクト層１１ａをＳｉ
Ｏ2 膜６上に順に成長させる。このようにして、第３の
ＧａＮ系半導体層４００を形成する。なお、第２のＧａ
Ｎ系半導体層３００の各層７〜１１の横方向の成長にお
いては格子欠陥１５が伝播しないため、横方向の成長に
より形成された第３のＧａＮ系半導体層４００には格子
欠陥１５が少ない。
１１は矢印Ｙの方向へ成長するとともに、図中の矢印Ｘ
の方向、すなわち横方向へも成長する。なお、本実施例
においては基板温度９５０〜１０５０℃で各層７〜１１
を成長させるため、横方向の成長が速い。このような横
方向の成長により、ｎ−ＧａＮ再成長バッファ層７ａ、
ｎ−第１クラッド層８ａ、ＭＱＷ発光層９ａ、ｐ−第２
クラッド層１０ａおよびｐ−コンタクト層１１ａをＳｉ
Ｏ2 膜６上に順に成長させる。このようにして、第３の
ＧａＮ系半導体層４００を形成する。なお、第２のＧａ
Ｎ系半導体層３００の各層７〜１１の横方向の成長にお
いては格子欠陥１５が伝播しないため、横方向の成長に
より形成された第３のＧａＮ系半導体層４００には格子
欠陥１５が少ない。
【００６１】なお、通常、ＳｉＯ2 膜上には半導体はエ
ピタキシャル成長しないが、Ａｌを多く含む半導体は、
Ａｌ組成の低い半導体に比べると常圧でＳｉＯ2 膜上に
僅かながら成長しやすい。本実施例では、第２および第
３の半導体層３００，４００において、Ａｌ組成を低く
したｎ−第１クラッド層８，８ａおよびｐ−第２クラッ
ド層１０，１０ａを減圧下で成長させることにより、Ｓ
ｉＯ2 膜６上において、横方向の成長による第３のＧａ
Ｎ系半導体層４００以外の半導体層が成長するのを防ぐ
ことができる。
ピタキシャル成長しないが、Ａｌを多く含む半導体は、
Ａｌ組成の低い半導体に比べると常圧でＳｉＯ2 膜上に
僅かながら成長しやすい。本実施例では、第２および第
３の半導体層３００，４００において、Ａｌ組成を低く
したｎ−第１クラッド層８，８ａおよびｐ−第２クラッ
ド層１０，１０ａを減圧下で成長させることにより、Ｓ
ｉＯ2 膜６上において、横方向の成長による第３のＧａ
Ｎ系半導体層４００以外の半導体層が成長するのを防ぐ
ことができる。
【００６２】最後に、図３（ｄ）に示すように、第２の
ＧａＮ系半導体層３００のｐ−コンタクト層１１上にＳ
ｉＯ2 膜１２を形成し、このＳｉＯ2 膜１２上および第
３のＧａＮ系半導体層４００のｐ−コンタクト層１１ａ
上にｐ電極２６を形成する。また、ＳｉＯ2 膜６の所定
領域を除去し、露出したｎ−ＧａＮ層４上にｎ電極２５
を形成する。
ＧａＮ系半導体層３００のｐ−コンタクト層１１上にＳ
ｉＯ2 膜１２を形成し、このＳｉＯ2 膜１２上および第
３のＧａＮ系半導体層４００のｐ−コンタクト層１１ａ
上にｐ電極２６を形成する。また、ＳｉＯ2 膜６の所定
領域を除去し、露出したｎ−ＧａＮ層４上にｎ電極２５
を形成する。
【００６３】以上のような半導体レーザ素子の製造方法
によれば、格子欠陥１５が少なく高品質な発光部３０を
形成することが可能となる。また、この半導体レーザ素
子を製造する際に必要となる結晶成長は、第１のＧａＮ
系半導体層２００の結晶成長と、第２のＧａＮ系半導体
層３００のの結晶成長の計２回である。したがって、半
導体レーザ素子の製造効率が向上する。
によれば、格子欠陥１５が少なく高品質な発光部３０を
形成することが可能となる。また、この半導体レーザ素
子を製造する際に必要となる結晶成長は、第１のＧａＮ
系半導体層２００の結晶成長と、第２のＧａＮ系半導体
層３００のの結晶成長の計２回である。したがって、半
導体レーザ素子の製造効率が向上する。
【００６４】さらに、この半導体レーザ素子において
は、従来のラテラル成長法による半導体レーザ素子の製
造方法のように再成長層（本実施例では第３のＧａＮ系
半導体層４００）の厚さを厚くする必要がない。したが
って、結晶成長にかかる時間の短縮が図られるととも
に、サファイア基板とＧａＮ系半導体層との熱膨張係数
の違いによるサファイア基板の反りを防止することがで
きる。
は、従来のラテラル成長法による半導体レーザ素子の製
造方法のように再成長層（本実施例では第３のＧａＮ系
半導体層４００）の厚さを厚くする必要がない。したが
って、結晶成長にかかる時間の短縮が図られるととも
に、サファイア基板とＧａＮ系半導体層との熱膨張係数
の違いによるサファイア基板の反りを防止することがで
きる。
【００６５】なお、本実施例においては、絶縁膜として
ＳｉＯ2 膜６，１２を用いたが、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＮ等
の他の絶縁膜を用いてもよい。また、サファイア基板以
外に、ＳｉＣ基板、スピネル基板等を用いてもよい。ま
た、ＳｉＯ2 膜６，１２の代わりに高抵抗の半導体層を
用いてもよい。
ＳｉＯ2 膜６，１２を用いたが、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＮ等
の他の絶縁膜を用いてもよい。また、サファイア基板以
外に、ＳｉＣ基板、スピネル基板等を用いてもよい。ま
た、ＳｉＯ2 膜６，１２の代わりに高抵抗の半導体層を
用いてもよい。
【００６６】さらに、上記実施例の半導体レーザ素子
は、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａを含む窒化物系半導体層によ
り構成されるが、これ以外に、さらにＢを含む窒化物系
半導体層を含んでもよい。
は、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａを含む窒化物系半導体層によ
り構成されるが、これ以外に、さらにＢを含む窒化物系
半導体層を含んでもよい。
【００６７】図４は本発明の他の実施例におけるＧａＮ
系半導体レーザ素子の断面図である。
系半導体レーザ素子の断面図である。
【００６８】図４に示す半導体レーザ素子は、以下の点
を除いて、図１に示す半導体レーザ素子と同様の構造を
有する。
を除いて、図１に示す半導体レーザ素子と同様の構造を
有する。
【００６９】図４の半導体レーザ素子は、サファイア基
板１上にアンドープのＡｌ0.5 Ｇａ 0.5 Ｎからなるバッ
ファ層２、アンドープのＧａＮ層３およびｎ−ＧａＮ層
４が順に形成されてなる第１のＧａＮ系半導体層２１０
を有する。
板１上にアンドープのＡｌ0.5 Ｇａ 0.5 Ｎからなるバッ
ファ層２、アンドープのＧａＮ層３およびｎ−ＧａＮ層
４が順に形成されてなる第１のＧａＮ系半導体層２１０
を有する。
【００７０】第１のＧａＮ系半導体層２１０のｎ−Ｇａ
Ｎ層４の所定領域上に、図１の半導体レーザ素子１００
と同様の構成を有する第２のＧａＮ系半導体層３００が
形成されている。ｎ−ＧａＮ層４上の第２のＧａＮ系半
導体層３００のｎ−再成長バッファ層７に隣接する領域
に、ＳｉＯ2 膜６が形成されている。
Ｎ層４の所定領域上に、図１の半導体レーザ素子１００
と同様の構成を有する第２のＧａＮ系半導体層３００が
形成されている。ｎ−ＧａＮ層４上の第２のＧａＮ系半
導体層３００のｎ−再成長バッファ層７に隣接する領域
に、ＳｉＯ2 膜６が形成されている。
【００７１】第２のＧａＮ系半導体層３００の各層８〜
１１の横方向の成長により、ＳｉＯ 2 膜６上にｎ−第１
クラッド層８ａ、ＭＱＷ発光層９ａ、ｐ−第２クラッド
層１０ａおよびｐ−コンタクト層１１ａから構成される
第３のＧａＮ系半導体層４１０が形成されている。
１１の横方向の成長により、ＳｉＯ 2 膜６上にｎ−第１
クラッド層８ａ、ＭＱＷ発光層９ａ、ｐ−第２クラッド
層１０ａおよびｐ−コンタクト層１１ａから構成される
第３のＧａＮ系半導体層４１０が形成されている。
【００７２】また、ｎ−ＧａＮ層４の厚みは均一であ
り、４〜５μｍである。したがって図４の半導体レーザ
素子には、図１の半導体レーザ素子のような段差部４０
が存在しない。図４の半導体レーザ素子においては、第
１のＧａＮ系半導体層２１０のｎ−ＧａＮ層４上に形成
されたＳｉＯ2 膜６および第２のＧａＮ系半導体層３０
０のｐ−コンタクト層１１上に形成されたＳｉＯ2 膜１
２により電流狭窄が行われる。
り、４〜５μｍである。したがって図４の半導体レーザ
素子には、図１の半導体レーザ素子のような段差部４０
が存在しない。図４の半導体レーザ素子においては、第
１のＧａＮ系半導体層２１０のｎ−ＧａＮ層４上に形成
されたＳｉＯ2 膜６および第２のＧａＮ系半導体層３０
０のｐ−コンタクト層１１上に形成されたＳｉＯ2 膜１
２により電流狭窄が行われる。
【００７３】上記のような半導体レーザ素子において、
発光部３０を含む第３のＧａＮ系半導体層４００の各層
８ａ〜１１ａは格子欠陥１５が少なく高品質であるた
め、しきい値電流が低くなるとともに、高性能で信頼性
が高くかつ寿命が長くなる。
発光部３０を含む第３のＧａＮ系半導体層４００の各層
８ａ〜１１ａは格子欠陥１５が少なく高品質であるた
め、しきい値電流が低くなるとともに、高性能で信頼性
が高くかつ寿命が長くなる。
【００７４】さらに、図４の半導体レーザ素子では、図
１の半導体レーザ素子と同様、横方向における屈折率の
違いにより光の閉じ込めが行われるため、横モード制御
を行うことが可能となる。
１の半導体レーザ素子と同様、横方向における屈折率の
違いにより光の閉じ込めが行われるため、横モード制御
を行うことが可能となる。
【００７５】次に、図４の半導体レーザ素子の製造方法
について説明する。図５は、図４の半導体レーザ素子の
製造工程を示す断面図である。
について説明する。図５は、図４の半導体レーザ素子の
製造工程を示す断面図である。
【００７６】図５（ａ）に示すように、常圧下でＭＯＣ
ＶＤ法により、サファイア基板１のｃ面上にアンドープ
のＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎバッファ層２を基板温度５５０〜
６５０℃で成長させる。さらに、基板温度１０００〜１
１００℃で、アンドープのＧａＮ層３およびｎ−ＧａＮ
層４を順に成長させる。
ＶＤ法により、サファイア基板１のｃ面上にアンドープ
のＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎバッファ層２を基板温度５５０〜
６５０℃で成長させる。さらに、基板温度１０００〜１
１００℃で、アンドープのＧａＮ層３およびｎ−ＧａＮ
層４を順に成長させる。
【００７７】次に、図５（ｂ）に示すように、ｎ−Ｇａ
Ｎ層４上の所定領域にＳｉＯ2 膜６を形成する。なお、
ＳｉＯ2 膜６の形成方法については、図３において前述
したとおりである。
Ｎ層４上の所定領域にＳｉＯ2 膜６を形成する。なお、
ＳｉＯ2 膜６の形成方法については、図３において前述
したとおりである。
【００７８】以上のようにして、第１のＧａＮ系半導体
層２１０を形成する。続いて、図５（ｃ）に示すよう
に、露出したｎ−ＧａＮ層４上に、減圧下、基板温度９
５０〜１０５０℃で、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＮ
再成長バッファ層７、ｎ−第１クラッド層８、ＭＱＷ発
光層９、ｐ−第２クラッド層１０およびｐ−コンタクト
層１１を成長させる。このようにして第２のＧａＮ系半
導体層３００を形成する。
層２１０を形成する。続いて、図５（ｃ）に示すよう
に、露出したｎ−ＧａＮ層４上に、減圧下、基板温度９
５０〜１０５０℃で、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＮ
再成長バッファ層７、ｎ−第１クラッド層８、ＭＱＷ発
光層９、ｐ−第２クラッド層１０およびｐ−コンタクト
層１１を成長させる。このようにして第２のＧａＮ系半
導体層３００を形成する。
【００７９】第２のＧａＮ系半導体層３００の各層７〜
１１が図中の矢印Ｙの方向に成長するに伴い、格子欠陥
１５も矢印Ｙの方向に延びる。したがって、第２のＧａ
Ｎ系半導体層３００には格子欠陥１５が存在する。
１１が図中の矢印Ｙの方向に成長するに伴い、格子欠陥
１５も矢印Ｙの方向に延びる。したがって、第２のＧａ
Ｎ系半導体層３００には格子欠陥１５が存在する。
【００８０】第２のＧａＮ系半導体層３００の各層８〜
１１は矢印Ｙの方向に成長するとともに、図中の矢印Ｘ
の方向、すなわち横方向へも成長する。このような横方
向の成長により、ＳｉＯ2 膜６上にｎ−第１クラッド層
８ａ、ＭＱＷ発光層９ａ、ｐ−第２クラッド層１０ａお
よびｐ−コンタクト層１１ａが形成される。このように
して、第３のＧａＮ系半導体層４１０が形成される。な
お、第２のＧａＮ系半導体層３００の各層８〜１１の横
方向の成長においては格子欠陥１５が伝播しないため、
第３のＧａＮ系半導体層４１０には格子欠陥１５が少な
い。
１１は矢印Ｙの方向に成長するとともに、図中の矢印Ｘ
の方向、すなわち横方向へも成長する。このような横方
向の成長により、ＳｉＯ2 膜６上にｎ−第１クラッド層
８ａ、ＭＱＷ発光層９ａ、ｐ−第２クラッド層１０ａお
よびｐ−コンタクト層１１ａが形成される。このように
して、第３のＧａＮ系半導体層４１０が形成される。な
お、第２のＧａＮ系半導体層３００の各層８〜１１の横
方向の成長においては格子欠陥１５が伝播しないため、
第３のＧａＮ系半導体層４１０には格子欠陥１５が少な
い。
【００８１】最後に、図５（ｄ）に示すように、第２の
ＧａＮ系半導体層３００のｐ−コンタクト層１１上にＳ
ｉＯ2 膜１２を形成した後、このＳｉＯ2 膜１２上およ
び第３のＧａＮ系半導体層４１０のｐ−コンタクト層１
１上にｐ電極２６を形成する。また、ＳｉＯ2 膜６の所
定領域を除去し、露出したｎ−ＧａＮ層４上にｎ電極２
５を形成する。
ＧａＮ系半導体層３００のｐ−コンタクト層１１上にＳ
ｉＯ2 膜１２を形成した後、このＳｉＯ2 膜１２上およ
び第３のＧａＮ系半導体層４１０のｐ−コンタクト層１
１上にｐ電極２６を形成する。また、ＳｉＯ2 膜６の所
定領域を除去し、露出したｎ−ＧａＮ層４上にｎ電極２
５を形成する。
【００８２】以上のような半導体レーザ素子の製造方法
によれば、格子欠陥１５が少なく高品質な発光部３０を
形成することが可能となる。また、この半導体レーザ素
子を製造する際に必要となる結晶成長は、第１のＧａＮ
系半導体層２１０の結晶成長と、第２のＧａＮ系半導体
層の結晶成長の計２回である。したがって、半導体レー
ザ素子の製造効率が向上する。
によれば、格子欠陥１５が少なく高品質な発光部３０を
形成することが可能となる。また、この半導体レーザ素
子を製造する際に必要となる結晶成長は、第１のＧａＮ
系半導体層２１０の結晶成長と、第２のＧａＮ系半導体
層の結晶成長の計２回である。したがって、半導体レー
ザ素子の製造効率が向上する。
【００８３】さらに、この半導体レーザ素子において
は、従来のラテラル成長法による半導体レーザ素子の製
造方法のように再成長層（本実施例では第３のＧａＮ系
半導体層４００）を厚くする必要がないため、結晶成長
にかかる時間の短縮が図られるとともに、サファイア基
板とＧａＮ系半導体層との熱膨張係数の違いによるサフ
ァイア基板の反りを防止することができる。
は、従来のラテラル成長法による半導体レーザ素子の製
造方法のように再成長層（本実施例では第３のＧａＮ系
半導体層４００）を厚くする必要がないため、結晶成長
にかかる時間の短縮が図られるとともに、サファイア基
板とＧａＮ系半導体層との熱膨張係数の違いによるサフ
ァイア基板の反りを防止することができる。
【００８４】なお、上記２つの実施例においては、本発
明に係る半導体発光素子およびその製造方法を半導体レ
ーザ素子に適用した場合について説明したが、本発明
は、発光ダイオード等の他の窒化物系半導体発光素子に
おいても適用可能である。
明に係る半導体発光素子およびその製造方法を半導体レ
ーザ素子に適用した場合について説明したが、本発明
は、発光ダイオード等の他の窒化物系半導体発光素子に
おいても適用可能である。
【図１】本発明の一実施例におけるＧａＮ系半導体レー
ザ素子の構造を示す断面図である。
ザ素子の構造を示す断面図である。
【図２】図１の半導体レーザ素子におけるＭＱＷ発光層
のエネルギーバンド構造図である。
のエネルギーバンド構造図である。
【図３】図１の半導体レーザ素子の製造工程を示す断面
図である。
図である。
【図４】本発明の他の実施例におけるＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の構造を示す断面図である。
ーザ素子の構造を示す断面図である。
【図５】図４の半導体レーザ素子の製造工程を示す断面
図である。
図である。
【図６】従来のラテラル成長法を用いたＧａＮ系半導体
層の形成方法を示す模式的断面図である。
層の形成方法を示す模式的断面図である。
【図７】リッジ導波型構造を有する半導体レーザ素子の
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図８】セルフアライン構造を有する半導体レーザ素子
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
１，１１ サファイア基板 ２，１２ ＡｌＧａＮバッファ層 ３，１３ ＧａＮ層 ４，１６ ｎ−ＧａＮ層 ５ 電流ブロック層 ６，１２，１４ ＳｉＯ2 膜 ７，７ａ，７ｂ ｎ−ＧａＮ再成長バッファ層 ８，８ａ，８ｂ ｎ−第１クラッド層 ９ ＭＱＷ発光層 １０ ｐ−第２クラッド層 １１ ｐ−コンタクト層 １５ 格子欠陥 ３０ 発光部
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上にガリウム、アルミニウム、イン
ジウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む第１の窒化
物系半導体層が形成され、前記第１の窒化物系半導体層
上の所定領域に絶縁膜が形成され、前記第１の窒化物系
半導体層上の前記絶縁膜を除く領域にガリウム、アルミ
ニウム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１つを含
む第２の窒化物系半導体層が形成され、前記絶縁膜上に
前記第２の窒化物系半導体層から横方向に延びかつ発光
層を含むガリウム、アルミニウム、インジウムおよびホ
ウ素の少なくとも１つを含む第３の窒化物系半導体層が
形成されたことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第１の窒化物系半導体層に上面、底
面および側面を有する段差部が形成され、前記段差部の
前記上面に第１の電流阻止層が形成されるとともに、前
記第１の電流阻止層上に前記第２の窒化物系半導体層が
形成され、前記段差部の底面上に前記絶縁膜が形成され
たことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記第３の窒化物系半導体層上に第１の
電極が形成され、前記第１の窒化物系半導体層に接触す
る第２の電極が形成されたことを特徴とする請求項１ま
たは２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記第２の窒化物系半導体層上に第１の
電流阻止層が形成され、前記第３の窒化物系半導体層上
および前記第１の電流阻止層上に前記第１の電極が形成
されたことを特徴とする請求項３記載の半導体発光素
子。 - 【請求項５】 基板上にガリウム、アルミニウム、イン
ジウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む第１の窒化
物系半導体層を形成する工程と、 前記第１の窒化物系半導体層上の所定領域に絶縁膜を形
成する工程と、 前記第１の窒化物系半導体層上の前記絶縁膜を除く領域
にガリウム、アルミニウム、インジウムおよびホウ素の
少なくとも１つを含む第２の窒化物系半導体層を形成す
るとともに、前記第２の窒化物系半導体層の横方向の成
長により前記第２の窒化物系半導体層から前記絶縁膜上
に延びかつ発光層を含む第３の窒化物系半導体層を形成
する工程とを備えたことを特徴とする半導体発光素子の
製造方法。 - 【請求項６】 前記第１の窒化物系半導体層に上面、底
面および側面を有する段差部を形成する工程と、 前記段差部の前記上面に第１の電流阻止層を形成する工
程とをさらに備え、 前記第１の電流阻止層上に前記第２の窒化物系半導体層
を形成し、前記段差部の前記底面上に前記絶縁膜を形成
することを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子の
製造方法。 - 【請求項７】 前記第３の窒化物系半導体層上に第１の
電極を形成するとともに、前記第１の窒化物系半導体層
に接触する第２の電極を形成する工程をさらに備えたこ
とを特徴とする請求項５または６記載の半導体発光素子
の製造方法。 - 【請求項８】 前記第２の窒化物系半導体層上に第２の
電流阻止層を形成する工程をさらに備え、 前記第３の窒化物系半導体層上および前記第２の電流阻
止層上に前記第１の電極を形成することを特徴とする請
求項７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 |
|---|---|---|---|
| JP37089998A JP4104234B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37089998A JP4104234B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000196195A true JP2000196195A (ja) | 2000-07-14 |
| JP4104234B2 JP4104234B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=18497792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37089998A Expired - Fee Related JP4104234B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4104234B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002164623A (ja) * | 2000-11-24 | 2002-06-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2002280674A (ja) * | 2001-03-19 | 2002-09-27 | Toshiba Corp | 半導体発光装置及びその製造方法 |
| JP2003031844A (ja) * | 2001-07-11 | 2003-01-31 | Sony Corp | 半導体発光素子の製造方法 |
| KR100862453B1 (ko) | 2004-11-23 | 2008-10-08 | 삼성전기주식회사 | ＧａＮ 계 화합물 반도체 발광소자 |
| CN105070799A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-11-18 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led芯片的制作方法 |
-
1998
- 1998-12-25 JP JP37089998A patent/JP4104234B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002164623A (ja) * | 2000-11-24 | 2002-06-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2002280674A (ja) * | 2001-03-19 | 2002-09-27 | Toshiba Corp | 半導体発光装置及びその製造方法 |
| JP2003031844A (ja) * | 2001-07-11 | 2003-01-31 | Sony Corp | 半導体発光素子の製造方法 |
| KR100862453B1 (ko) | 2004-11-23 | 2008-10-08 | 삼성전기주식회사 | ＧａＮ 계 화합물 반도체 발광소자 |
| CN105070799A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-11-18 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led芯片的制作方法 |
| CN105070799B (zh) * | 2015-09-01 | 2017-05-24 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led芯片的制作方法 |
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