JP2000232238A - 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化物半導体発光素子及びその製造方法Info
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Abstract
特性を有する窒化物半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 3族窒化物半導体を積層して得られる活
性層と、活性層に隣接し活性層のバンドギャップより大
なるバンドギャップを有する障壁層と、からなる窒化物
半導体発光素子であって、活性層において貫通転位を囲
みその周囲に拡がる界面により画定される障壁層と同一
材料からなる埋め込み部を有する。
Description
素子(以下、単に素子とも記述する)に関し、特に、発
光素子に用いられる窒化物半導体発光素子及びその製造
方法に関する。
レーザ素子用の材料として窒化ガリウム(GaN)系化
合物を用いた研究が多く行われている。GaN系半導体
レーザ素子は、基板結晶上に3族窒化物半導体(Alx
Ga1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)のよ
うな半導体単結晶膜を順次積層して作製される。この単
結晶膜の作製には、一般に有機金属気相成長法(以下、
MOCVD法と称する。)が用いられる。該方法におい
て、3族原料のトリメチルガリウム(以下、TMGと称
する。)や5族原料のアンモニア(NH3)等の原料ガ
スを反応炉内に導き、900〜1000℃の温度で反応
させて基板上に化合物結晶を堆積させるのである。原料
ガスの成分比を変化させて順次積層することで、異なっ
た化合物からなる多層膜構造が達成される。
るような欠陥が多く存在すると、発光素子としての発光
特性が大きく劣化してしまう。この欠陥は、いわゆる貫
通転位と呼ばれているもので、結晶膜の成長方向へ膜中
を貫通して延在する線状の結晶欠陥である。こうした貫
通転位部分は、キャリアの非発光性再結合中心として働
くため、貫通転位を多く含む膜からなる半導体発光素子
の発光効率は低い。このような欠陥は、基板とその上に
成膜される層との界面における結晶のミスフィット歪み
を起因として発生する。そこで、界面ミスフィットの影
響を減少させるべく、基板材料にはその上に成膜される
GaN系結晶に近い結晶構造、格子定数及び熱膨張率を
有する材料を選択することが行われている。
して最も適合性の良いのは、その半導体結晶そのもので
ある。しかしながら、3族窒化物半導体(AlxG
al-x)1- yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の場
合、基板として最適である窒化物半導体バルク結晶が存
在しないため、サファイアなどの異種材料を基板として
使用せざるを得ない。サファイアの場合、GaNとの間
に14%程度の格子不整合がある。
晶膜とサファイア基板との界面ミスフィットを緩和し、
該GaN系単結晶膜中の結晶欠陥を抑制する手法とし
て、サファイア基板上に低温(400〜600℃)で窒
化アルミニウム(AlN)等からなるバッファ層を形成
し、該低温バッファ層の上に所定のGaN単結晶膜を成
膜する如き2段階成膜法が提案されている。しかしなが
ら、該方法によってもGaN単結晶膜中を貫通するよう
な欠陥を充分に抑制するまでには至っていない。
再結合中心として働き、発光ダイオードや半導体レーザ
などの発光素子の発光特性を劣化させる大きな原因とな
るため、これらの素子を構成する結晶中には存在しない
ことが望ましく、貫通転位の減少に向け開発が行われて
いる。
上に成膜される単結晶膜中を貫通するような欠陥の発生
を許容し、良好な発光特性を有する窒化物半導体発光素
子及びその製造方法を与えることを目的とする。
光素子は、3族窒化物半導体を積層して得られる活性層
と、前記活性層に隣接し前記活性層のバンドギャップよ
り大なるバンドギャップを有する障壁層と、からなる窒
化物半導体発光素子であって、前記活性層において貫通
転位を囲みその周囲に拡がる界面により画定される前記
障壁層と同一材料からなる埋め込み部を有することを特
徴とする。
は、前記活性層は単一又は多重量子井戸構造を有するこ
とを特徴とする。本発明の窒化物半導体発光素子におい
ては、前記障壁層は前記界面からなる前記活性層の凹部
を埋めその表面を平坦化する材料からなることを特徴と
する。本発明の窒化物半導体発光素子においては、前記
埋め込み部は、錐体形状若しくは切頭錐体形状又はこれ
らが連結した形状を有することを特徴とする。
は、前記3族窒化物半導体は(AlxGa1-x)1-yIny
N(0≦x≦1,0≦y≦1)であることを特徴とす
る。本発明の窒化物半導体発光素子においては、前記障
壁層と前記活性層との間に、前記障壁層と略同一材料か
らなりかつ前記活性層の成膜時の温度と略同一の温度の
下で成膜された低温障壁層を有することを特徴とする。
は、前記低温障壁層のAlN組成比は、前記障壁層のA
lN組成比より小さいことを特徴とする。本発明の方法
は、3族窒化物半導体(AlxGa1-x)1-yInyN(0
≦x≦1,0≦y≦1)を積層して得られる活性層と、
前記活性層に隣接し前記活性層のバンドギャップより大
なるバンドギャップを有する障壁層と、からなる窒化物
半導体発光素子の製造方法であって、基板上に成膜され
た半導体層上に形成された3族窒化物半導体の活性層に
おいて、前記半導体層の貫通転位に起因する凹部を形成
するピット形成工程と、前記活性層上に前記障壁層の材
料を積層し、前記凹部の側面を界面とする前記貫通転位
の周囲に拡がる埋め込み部を形成する埋込部形成工程
と、からなることを特徴とする。
工程は、前記活性層を形成した後に、前記活性層をエッ
チングする工程を含むことを特徴とする。本発明の方法
においては、前記活性層をエッチングする工程におい
て、貫通転位に沿って食刻の一部が前記半導体層に到達
する時点でエッチングを終了することを特徴とする。
工程は、前記活性層を形成する前に、600〜850℃
の温度で前記半導体層を形成する工程を含むことを特徴
とする。本発明の方法においては、前記埋込部形成工程
と前記ピット形成工程との間に、前記障壁層と略同一材
料からなりかつ前記活性層の成膜時の温度と略同一の温
度の下で成膜された低温障壁層を形成する工程を有する
ことを特徴とする。
のAlN組成比は、前記障壁層のAlN組成比より小さ
いことを特徴とする。
ハ上の各層をエピタキシャル成長させるに当り、活性層
すなわち発光層までの成膜を完了した時点で活性層をエ
ッチングして、あるいは、活性層下部の半導体層である
ガイド層を予め低温成長させ、その後、活性層を成膜し
て、かかる埋め込み部のための凹部を活性層に形成した
後に、活性層内に伸びる貫通転位を囲みその周囲に拡が
る界面により画定される活性層のものより大なるバンド
ギャップの埋め込み部を形成してから、素子の上部構造
部を成膜した素子用ウエハを完成させる。
族窒化物半導体レーザについて実施例を図面を用いて説
明する。本発明の第1の実施例として、成長途中のウエ
ハをエピタキシャル成長装置の外部に取り出して上記の
エッチングを行なう場合を詳述する。図1は実施例の3
族窒化物半導体レーザ示す。この半導体レーザ素子は、
単結晶サファイア基板1上に順に積層された、低温成膜
されたGaN(又はAlN)層2、n型GaN層3、n
型Al0.1Ga0.9N層4、n型GaN層5、InGaN
を主たる構成要素とする多重量子井戸構造の活性層6、
p型Al0.2Ga0.8N層7、p型GaN層8、p型Al
0.1Ga0.9N層9、及びp型GaN層10からなり、n
側電極14並びにp側電極13はn型GaN層3並びp
型GaN層10に接続されている。p型Al0.1Ga0.9
N層9にはリッジストライプ部18が形成されており、
素子は電極を除きSiO2の絶縁膜11で被覆保護され
ている。このように、本実施例の窒化物半導体発光素子
においては、3族窒化物半導体を順次積層して得られる
多層構造の活性層からなる。この半導体レーザ素子で
は、活性層6において電子と正孔を再結合させることに
よって発光する。n型GaN層5及びp型GaN層8は
ガイド層であり、活性層6で発生した光をガイド層5及
び8に導波するとともに活性層6よりバンドギャップが
大きく設定することによって電子及び正孔を活性層6内
に効果的に閉じ込めるようになっている。p型Al0.2
Ga0.8N層7は注入されたキャリア(特に電子)の閉
じ込めを更に強化する障壁層であり、n型Al0.1Ga
0.9N層4及びp型Al0.1Ga0.9N層9はガイド層
5,8より低屈折率で作製されているクラッド層であ
り、ガイド層との屈折率差によって膜厚方向の導波が行
なわれる。リッジストライプ部18はクラッド層9の厚
さを変化させることで実効屈折率に横方向の段差を生じ
させて、発生した光を横方向に閉じ込めるために設けて
ある。n型GaN層3は電流の流路として設けられてい
る下地層であり、基板であるサファイアに全く導電性が
ないために設けられている。また、低温成長層のGaN
(又はAlN)層2はいわゆるバッファ層であり、Ga
Nにとっての異種物質であるサファイア基板上に平滑膜
を作製するために形成されている。
に、井戸層62とバリア層61とからなる活性層6にお
いて、下部ガイド層5から上部ガイド層8へ伸びる貫通
転位15を囲みその周囲に拡がる界面50により画定さ
れる障壁層7と同一材料からなる埋め込み部51を有す
る。かかる素子に電流を注入した場合、図2に示すよう
に、n型GaNガイド層5から注入された電子16はI
nGaNからなる活性層6に注入されるが、活性層はI
n組成の高い(すなわちバンドギャップの小さい)井戸
層62とIn組成の小さい(すなわちバンドギャップの
大きな)バリア層61とからなっているため、注入され
た電子16は主として井戸層62に集められる。また、
p型GaNガイド層8から注入される正孔17も、同様
の理由により井戸層62に集められる。この時、貫通転
位15の周囲が、InGaNからなるIn組成の高い井
戸層62と比較してもバンドギャップが大きいAlGa
N埋め込み部51に被われているため、電子16も正孔
17もこのAlGaN埋め込み部51に防止されて貫通
転位15に到達することができない。よって、埋め込み
部51によって非発光性再結合中心として働く貫通転位
部分にキャリアが達しないために、素子の発光効率は埋
め込み部51がないものに比して高くなる。
基板上にレーザ素子用の層構造をMOCVDにより成膜
する以下の作製工程にて、製造される。まず、サファイ
ア基板1を成膜用MOCVD成長炉に装填し、1050
℃の温度において300Torrの圧力の水素気流中で
10分間保持し、サファイア基板1の表面の熱クリーニ
ングを行なう。この後、サファイア基板1をその温度が
600℃になるまで降温し、窒素原料であるアンモニア
(NH3)と、Al原料であるトリメチルアルミニウム
(TMA)を成長炉内に導入し、AlNからなるバッフ
ァ層2を20nmの厚さに堆積させる。
流したまま、バッファ層2が成膜されたサファイア基板
1の温度を再び1050℃に昇温し、トリメチルガリウ
ム(TMG)を導入してn型GaN下地層3を積層す
る。この時、n型不純物であるSiの原料としてメチル
シラン(Me−SiH3)を成長雰囲気ガスに添加す
る。
時点で、TMGの供給のみを停止する。一方、メチルシ
ランはその供給量を増加してそのまま供給し続ける。5
分間この状態を保持した後、メチルシラン供給量をn型
層として必要な量まで減らすと共に、TMGを再度導入
し、同時にTMAを導入してn型AlGaNクラッド層
4の成膜を行なう。
程度成長した時点でTMA供給を停止し、n型GaNの
下部ガイド層5を0.1μm成長する。n型GaNガイ
ド層5の成長が完了した時点でTMG及びMe−SiH
3の供給を停止して降温を開始し、基板温度を750℃
とする。基板温度が750℃となった時点でキャリアガ
スを水素から窒素に切換え、ガス流の状態が安定した時
点でTMG、トリメチルインジウム(TMI)及びMe
−SiH3を導入してバリア層(障壁層)61の成長を
行なう。
ともにTMIの流量を増加して、バリア層よりIn組成
の高い井戸層62を成長する。バリア層61と井戸層6
2の成長は、多重量子井戸の設計繰返し数に合わせて繰
り返す。このようにして、多重量子井戸構造の活性層6
を形成する。最後の井戸層62上にバリア層61を成膜
した時点でTMG,TMI,Me−SiH3の供給を停
止するとともに降温を開始し、基板温度が400℃以下
になった時点でNH3の供給も停止し、基板温度が室温
になった時点でウエハを反応炉より取り出す。
中で成膜装置から取り出した状態の膜の構造は図3に示
すようになっている。貫通転位15は膜中に多数存在
し、上記実施例の成膜条件の場合、別途の測定で2E9
(1/cm2)程度の転位密度であることが分かってい
る。こうして得られた膜を200℃に加熱したH3PO4
(リン酸)に浸漬し、エッチングを行う。このように、
活性層6において、下部ガイド層5の貫通転位15に起
因する凹部すなわちピットを形成する。
した後の状態を示している。GaNは化学的に安定であ
るため、熱リン酸中でもほとんどエッチングされない
が、転位の存在する部分のみはわずかにエッチングさ
れ、ピット49が生じる。転位の部分のエッチングされ
たピット深さがn型GaN層に到達したところが適切な
エッチング深さである。よって、エッチングは、貫通転
位15に沿って食刻の一部が下部ガイド層5に到達する
時点でエッチングを終了する。ピット49は複数存在
し、各々は錐体形状若しくは切頭錐体形状であるが、こ
れらが近接したときは連結した形状の凹部となる。
浄し、更に有機溶剤で超音波洗浄してから再度成膜用M
OCVD成長炉に装填する。次に、キャリアガスとして
の水素とNH3を流しつつ、基板温度を再び1050℃
に昇温し、TMG,TMAとp型不純物であるMgの原
料としてエチル−シクロペンタジエニルマグネシウム
(Et−Cp2Mg)を導入してp型AlGaN層7の
障壁層を0.02μm積層する。
層7を成膜した時点の断面では、1050℃という高温
であることと、表面が平坦化し易いというAlGaNの
性質のため、エッチングによりピット(凹部)となった
ところがp型AlGaNで埋められる。よって、一旦平
滑化がなされた後は、障壁層7上の成膜すべき各層は平
坦に成膜され得る。このように、埋め込み部51が錐体
形状若しくは切頭錐体形状の形成されるが、図1では1
つの埋め込み部51であるが、これは複数でもよく、ピ
ット形状に応じてこれらが連結した形状ともなる。
にp型GaNの上部ガイド層8を0.1μm成長し、再
びTMAを導入してp型AlGaNクラッド層9を0.
5μm成長する。更にこの上にp型GaNコンタクト層
10を0.1μm成長する。その後、TMG,Et−C
p2Mgの供給を停止し、降温を開始し、基板温度が4
00℃になった時点でNH3の供給も停止し、基板温度
が室温になった時点でウエハを反応炉より取り出す。こ
の第1実施例のウエハを以降、ウエハ1と呼ぶことにす
る。
ない以外上記成長方法と同様に行うことにより作製した
ウエハを作製する。この比較対象用ウエハを以降、ウエ
ハ2呼ぶことにする。すなわち、ウエハ2は最終のバリ
ア層61の成長後、成長炉から基板を出すことなく成長
炉内で、750℃の温度でキャリアガスを窒素から水素
に切り換えるとともに、基板温度を1050℃に昇温
し、p型AlGaN層7及び以降の各層の成長を連続し
て行なったものである。
し、処理温度は800℃、時間は20分、雰囲気は大気
圧の窒素でp型発現処理を行なった。得られたウエハ1
及び2の各々に対し、p側電極用テラスとn側電極用の
電流経路構造並びにp側電極用テラス上に電流狭窄用の
屈折率導波構造としてリッジ構造の導波路を形成する。
フィ、反応性イオンエッチング(RIE)を用いて、5
μm幅のリッジ部以外の部分をp型AlGaNクラッド
層9を約0.1μm残して除去し、狭リッジ構造を形成
する。次に、同様にRIEを用いて、p型膜を含む不要
な部分を除去し、部分的にn型GaN下地膜3を露出さ
せる。
膜をスパッタリングなどの方法によって堆積させ、この
SiO2膜に対し、p型リッジ部に3μm幅の窓部を、
n層露出部分に型電極用窓部を形成する。n型GaN層
3が露出している部分に、Ti(チタン)を50nm、
続いてAl(アルミニウム)を200nm蒸着し、n側
電極14を形成する。p型GaN層が露出している部分
には、Ni(ニッケル)を50nm、Au(金)を20
0nm蒸着してp側電極13を形成する。
開し、図1に示す素子を作製した。その後、各素子の特
性の測定を行なった。測定は、0.5μsecのパルス
駆動、デューティ比0.02%で行なった。図5のaで
示す●は、本発明の実施例であるウエハ1から作製され
た素子の電流/光出力特性である。この素子は閾値電流
約430mA、波長405nmで発振した。図5のbで
示す○は、上記のウエハ2、すなわち比較例の成膜方法
で作製された素子の電流/光出力特性である。この素子
は閾値電流約800mA、波長410nmで発振した。
値電流値が約1/2に低減されており、大幅に特性が改
善されているのが分かる。このように実施例では、活性
層においてはバンドギャップの小さい井戸層62に、注
入された電子及び正孔は主として井戸層62に集めら
れ、これらキャリアは、貫通転位の周囲のバンドギャッ
プが大きい障壁層7と同一材料の埋め込み部51に阻止
されて貫通転位15に到達することができないので、貫
通転位が非発光性再結合中心として働かない。一方、比
較例の素子の内部では、キャリアは貫通転位に自由に到
達できるため、非発光性再結合中心として働き、発光特
性を劣化させることとなる。
装置内で行なうことも可能であり、この場合はいわゆる
気相エッチングとなる。エッチング用のガスとしてはH
Cl(塩化水素)を用いることができる。また、通常の
成長時よりNH3の流量を減少させた上で、キャリアガ
ス中の水素の割合を増大させることによりInGaN層
の蒸発を促す方法も用いるが、その効果は前述のものほ
ど十分ではない。
貫通転位部周囲にに穴を開ける方法を用いたが、第2の
実施例としては活性層に自然位(in-situ)で貫通転位部
に穴を開ける方法を採用する。すなわち、特定の成膜条
件下で、結晶成長すると貫通転位上での成長が抑制され
ることを利用するのである。まず、第1の実施例と同様
にサファイア基板上にn型GaNのガイド層5までを成
長する。
囲で例えば770℃に温度を下げる。キャリアガスを水
素から窒素に変更し、TMI、TMG、アンモニア、メ
チルシランを原料とし770℃の低温を維持したままで
成長し、図6に示すように、Siをドープしたn型In
GaNのピット発生層5aを400Å成長する。この工
程で、結晶成長をしない部分60の初期段階を作り込
む。なお、ピット発生層5aはInGaNに限らず、G
aN、AlGaNなど活性層を構成する材料のバンドギ
ャップ以上の大きさを持つ材料でもよい。また、アンド
ープのものでもよい。成長温度を下げることによってピ
ットの発生が促されるが、成長温度を850℃程度以下
で成長させないと十分に促進できない。また、成長温度
600℃以下ではピットは発生するが、基本的な膜質が
悪化するため好ましくない。また、貫通転位の部分に結
晶成長をしない部分60を確実に発生させるためには、
ピット発生層5aの膜厚は、100Å以上必要であり、
さらに、望ましくは、200Å程度まであるほうがよ
い。ただし、成長温度が低いために通常の1050℃成
膜の結晶層と比較して膜質が多少悪化する。また、ピッ
ト発生層5aの膜厚を必要以上に厚くすると、導波損失
が増加してしまう。
性層6を形成する。まず、バリア層61を、TMI、T
MG、アンモニア、メチルシランを原料として成膜し、
井戸層62を、メチルシランの供給停止するとともにT
MIの流量を増加して成膜し、これらを所定回数繰り返
して、図7に示すように、MQW活性層6を成長する。
このように、活性層6を形成する前に、600〜850
℃の温度範囲でピット発生層5aを形成して、活性層6
を形成する時にピット49を形成する。なお、活性層は
MQWに限らない。
傾けて撮影した電子顕微鏡像である。凹部は約5×10
9個/cm2あり、膜の貫通転位数とほぼ同等である。比
較例として低温成膜したピット発生層5aを形成しない
以外、上記第2実施例と同様に作製したウエハをも作製
した。第2実施例と比較例の発光特性を比較するため
に、ウエハのMQW活性層6における発光強度の励起強
度依存性を測定した。図9は第2実施例と比較例のウエ
ハに関する発光強度の励起強度依存性の測定結果のグラ
フある。励起レーザは337.1nmの窒素レーザであ
る。横軸はレーザ全出力を100%とした時の値であ
る。この測定範囲において第2実施例(■)の方が比較
例(□)より5倍から10倍程度、発光強度が強いこと
が分かる。
層の下の半導体層の貫通転位に起因する凹部を形成する
ピット形成工程を主に特徴としているが、本発明を発光
素子に適用するにあたり重要である点のもう1つは、A
lxGa1-xNからなる障壁層7を成膜する際に、図4及
び図7におけるピット部49をAlGaNが埋めて平坦
化することである。よって、この埋め込み部を形成する
工程にかかる上記第1及び第2実施例に適用される第3
実施例を説明する。
Nの平坦化を良好に進行させるためには、1000℃以
上の成膜温度が必要になる。この成膜温度への昇温過程
の間に、すでに成長が完了しているInGaNからなる
活性層6(すなわち井戸層62、バリア層61)の成分
の蒸発が生じ、特に多重量子井戸の内の最表層側のバリ
ア層61が劣化してしまう傾向がある。
なわち井戸層62、バリア層61)の成膜が完了した時
点で、低温AlGaN障壁層71の成長を行う。この低
温AlGaN障壁層71はAlGaN障壁層7の一部を
なす膜であり、低温AlGaN障壁層71の成膜は雰囲
気ガス内のGaNと比較してAlNの方がはるかに高温
安定性が高い性質を利用するものである。AlN組成比
0.2程度の低温AlGaN障壁層71を極くわずかの
膜厚で積層しておくことで、上記のGaN成分の蒸発現
象を有効に阻止できる。低温AlGaN障壁層71の膜
厚は、数分子の層程度すなわち20Å程度以上であるこ
とが望ましい。この膜厚を厚くしすぎると、P型層から
の正孔の注入を阻害するため100Å未満であることが
望ましい。
素子を作製する場合には、一旦成膜装置からウェハを取
り出し、エッチング作業を行い、活性層6にピット部4
9を形成して、低温AlGaN障壁層71を成膜する。
第3実施例を第2の実施例に適用して発光素子を作製す
る場合には、活性層6の成膜後に続いて、基板温度を変
更せずに、ただちに低温AlGaN障壁層71を成長さ
せる。その後、キャリアガスを窒素から水素に変更し、
1050℃に昇温し、以降の成膜を行う。
後水素キャリア中で、AlGaN障壁層7の成長を行う
ことになる。この第3実施例の場合、低温AlGaN障
壁層71は低温で成長するため、ピット部49はほとん
ど埋め込まれない。この様子を図10に示す。第3実施
例の発光素子において、低温AlGaN障壁層71のA
lN組成比は、AlGaN障壁層7のAlN組成比より
小さい。すなわち、低温AlGaN障壁層71のAlN
組成比が、AlGaN障壁層7のAlN組成比より大き
くなると、図11に示すように、p型ガイド層側から注
入される正孔17(破線で示す)が、よりAlN組成比
の小さい(すなわちパンドキャップの小さい)AlGa
N障壁層7からなる埋め込み部51に注入され易くなっ
てしまうからである。
をAlGaN障壁層7のものより小さくすることで、n
型ガイド層から注入された電子16と同様に、p型ガイ
ド層側から注入される正孔17(実線で示す)は埋め込
み部51に阻止されて貫通転位15に到達できなくな
る。したがって、第3実施例を第2の実施例に適用して
発光素子を作製する場合には、活性層成長後、活性層の
成長温度と略同一の温度で低温AlGaN障壁層71を
形成し、昇温後に第2のAlGaN障壁層7を形成す
る。また、第3実施例をいすれの実施例に適用する場合
にも低温AlGaN障壁層71のAlN組成比より、第
2のAlGaN障壁層7のAlN組成比を大きくする。
について述べたが、本発明はLED(発光ダイオード)
の作製に本発明を用いても同様の効果を上げることがで
きる。
プより大なるバンドギャップを有する埋め込み部が貫通
転位を囲み貫通転位近傍にキャリアが拡散しないので、
素子の発光特性が向上する。
面図。
を示す概略部分切欠斜視図。
中における基板の概略部分切欠斜視図。
中における基板の概略部分切欠斜視図。
出力特性を示すグラフ。
造工程中における基板の概略断面図。
造工程中における基板の概略断面図。
工程中におけるウエハ基板の結晶表面を撮影した図面代
用の電子顕微鏡写真。
工程中におけるウエハに関する発光強度の励起強度依存
性を示すグラフ。
体レーザ素子の活性層を示す概略部分断面図。
製造工程中における基板の概略断面図。
Claims (13)
- 【請求項1】 3族窒化物半導体を積層して得られる活
性層と、前記活性層に隣接し前記活性層のバンドギャッ
プより大なるバンドギャップを有する障壁層と、からな
る窒化物半導体発光素子であって、前記活性層において
貫通転位を囲みその周囲に拡がる界面により画定される
前記障壁層と同一材料からなる埋め込み部を有すること
を特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項2】 前記活性層は単一又は多重量子井戸構造
を有することを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体
発光素子。 - 【請求項3】 前記障壁層は前記界面からなる前記活性
層の凹部を埋めその表面を平坦化する材料からなること
を特徴とする請求項1又は2記載の窒化物半導体発光素
子。 - 【請求項4】 前記埋め込み部は、錐体形状若しくは切
頭錐体形状又はこれらが連結した形状を有することを特
徴とする請求項1、2又は3記載の窒化物半導体発光素
子。 - 【請求項5】 前記3族窒化物半導体は(AlxG
a1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1記載の窒化
物半導体発光素子。 - 【請求項6】 前記障壁層と前記活性層との間に、前記
障壁層と略同一材料からなりかつ前記活性層の成膜時の
温度と略同一の温度の下で成膜された低温障壁層を有す
ることを特徴とする請求項5記載の窒化物半導体発光素
子。 - 【請求項7】 前記低温障壁層のAlN組成比は、前記
障壁層のAlN組成比より小さいことを特徴とする請求
項6記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項8】 3族窒化物半導体(AlxGa1-x)1-y
InyN(0≦x≦1,0≦y≦1)を積層して得られ
る活性層と、前記活性層に隣接し前記活性層のバンドギ
ャップより大なるバンドギャップを有する障壁層と、か
らなる窒化物半導体発光素子の製造方法であって、 基板上に成膜された半導体層上に形成された3族窒化物
半導体の活性層において、前記半導体層の貫通転位に起
因する凹部を形成するピット形成工程と、 前記活性層上に前記障壁層の材料を積層し、前記凹部の
側面を界面とする前記貫通転位の周囲に拡がる埋め込み
部を形成する埋込部形成工程と、からなることを特徴と
する窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記ピット形成工程は、前記活性層を形
成した後に、前記活性層をエッチングする工程を含むこ
とを特徴とする請求項8記載の窒化物半導体発光素子の
製造方法。 - 【請求項10】 前記活性層をエッチングする工程にお
いて、貫通転位に沿って食刻の一部が前記半導体層に到
達する時点でエッチングを終了することを特徴とする請
求項9記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項11】 前記ピット形成工程は、前記活性層を
形成する前に、600〜850℃の温度で前記半導体層
を形成する工程を含むことを特徴とする請求項8記載の
窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項12】 前記埋込部形成工程と前記ピット形成
工程との間に、前記障壁層と略同一材料からなりかつ前
記活性層の成膜時の温度と略同一の温度の下で成膜され
た低温障壁層を形成する工程を有することを特徴とする
請求項8〜11のいずれか1記載の窒化物半導体発光素
子の製造方法。 - 【請求項13】 前記低温障壁層のAlN組成比は、前
記障壁層のAlN組成比より小さいことを特徴とする請
求項12記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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