JP2000332295A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

発光素子及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光層からＩｎ、Ｎ等の構成原子の脱離を抑
え、しきい値電流が大きくなることを防止した発光素子
を提供する。 【解決手段】 第１クラッド層６上にＩｎとＮを含有す
る活性層７Ｂを有する発光層７が形成され、該発光層７
上に第２クラッド層８が形成されている半導体レーザに
おいて、発光層７は、活性層７Ｂ上にＢを含有するキャ
ップ層７Ｃを備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ、発光
ダイオード等の発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高密度・大容量の光ディスクシス
テムに用いられる記録或いは再生用の光源として、青色
又は紫色の光を発するＧａＮ系半導体レーザ素子の研究
開発が行われている。
【０００３】このＧａＮ系半導体レーザ素子やＧａＮ系
発光ダイオードでは、ＩｎＧａＮ層を発光層として用い
ているが、ＩｎＧａＮ層は結晶成長すると、成長後にＩ
ｎＧａＮ層を構成する原子、特にＩｎ及びＮが脱離する
ため、発光層の結晶性が低下し、しきい値電流が大きく
なるという問題がある。
【０００４】また、ＩｎＧａＮからなる発光層を成長し
た後に、ＡｌＧａＮからなるキャップ層を形成した半導
体レーザが提案されている。しかしながら、このＡｌＧ
ａＮのキャップ層を用いた構成のものにおいても、上述
したＩｎＧａＮ層を構成する原子の脱離を十分に防止す
ることは出来なかった
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来例の
欠点に鑑み為されたものであり、発光層からＩｎ、Ｎ等
の構成原子の脱離を抑え、しきい値電流が大きくなるこ
とを防止した発光素子及びその製造方法を提供すること
を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の発光素子は、第
１クラッド層上にＩｎとＮを含有する活性層を有する発
光層が形成され、該発光層上に第２クラッド層が形成さ
れている発光素子において、前記発光層は、前記活性層
上にＢ（ホウ素）を含有するキャップ層を備えることを
特徴とする。
【０００７】このような構成では、活性層上にＩｎ及び
Ｎとの結合力が強いＢを含有するキャップ層が存在する
ため、活性層からのＩｎ及びＮの脱離が防止される。
【０００８】更に、前記発光層が前記活性層上に光ガイ
ド層を有する構成であり、前記キャップ層が前記活性層
と前記光ガイド層との間に形成されている場合、前記活
性層に近接して前記キャップ層が形成されるため、活性
層からのＩｎ及びＮの脱離が十分に防止される。
【０００９】また、前記発光層は前記活性層上に光ガイ
ド層を有する構成であり、前記キャップ層は前記光ガイ
ド層上に形成されている場合であっても、活性層からの
Ｉｎ及びＮの脱離は防止される。
【００１０】また、前記キャップ層はＢを含んでいるた
め、前記キャップ層のバンドギャップが前記活性層のバ
ンドギャップよりも大きくなり、前記活性層に注入され
たキャリアの漏れが抑制される。
【００１１】更に、前記キャップ層のバンドギャップ
が、前記活性層及び前記光ガイド層のバンドギャップよ
りも大きい場合、前記活性層からのキャリアの漏れの防
止は効果的である。
【００１２】特に、前記キャップ層がｐ型の半導体層で
ある場合、キャリアが漏れやすいｐ型側からのキャリア
の漏れが抑制される。
【００１３】また、前記キャップ層がアンドープの層で
ある場合、キャリアの拡散による活性層の結晶性の劣化
が抑制される。
【００１４】また、前記活性層がＩｎとＮを含有するバ
リア層と井戸層とからなる多重量子井戸構造であっても
良い。
【００１５】また、前記活性層がＧａを有する場合、発
光層から青色又は紫色の光が効率良く発光する。
【００１６】更に、この場合、前記キャップ層として
は、ＢＧａＮ、ＢＡｌＧａＮが適している。
【００１７】尚、クラッド層としては、ＢＡｌＧａＮ、
ＡｌＧａＮ等が適している。
【００１８】また、本発明の発光素子の製造方法は、第
１クラッド層上にＩｎとＮを含有する活性層を有する発
光層が形成され、該発光層上に第２クラッド層が形成さ
れている発光素子の製造方法において、前記活性層を形
成した後、Ｂを含有するキャップ層を形成し、次いで前
記第２クラッド層を形成することを特徴とする。
【００１９】このような製造方法では、活性層を形成し
た後、Ｉｎ及びＮとの結合力が強いＢを含有するキャッ
プ層を形成するため、活性層からのＩｎ及びＮの脱離は
防止される。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】図１は本発明の実施の形態である第１実施
例の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
【００２２】この第１実施例の半導体レーザ装置は、リ
ッジ導波型の半導体レーザ装置であり、サファイア基板
１のｃ面上に、ＭＯＣＶＤ法により、アンドープのＢ
0.01Ａｌ0.49Ｇａ0.5Ｎからなる厚さ３００Åのバッフ
ァ層２、アンドープのＢ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる厚さ２
μｍのｉ−ＢＧａＮ層３、Ｓｉドープのｎ型のＢ0.01Ｇ
ａ0.99Ｎからなる厚さ３μｍのＢＧａＮ層４、Ｓｉドー
プのｎ型のＢ0.01Ａｌ0. 14Ｇａ0.85Ｎからなる厚さ０．
１μｍのクラック防止層５、Ｓ１ドープのｎ型のＢ0.01
Ａｌ0.14Ｇａ0.85Ｎからなる厚さ１μｍの第１クラッド
層６、後述する多重量子井戸構造の発光層７、Ｍｇドー
プのｐ型のＢ0.01Ａｌ0.14Ｇａ0.85Ｎからなる厚さ１μ
ｍの第２クラッド層８、Ｍｇドープのｐ型のＢ0.01Ｇａ
0.99Ｎからなる厚さ０．２μｍのｐ−コンタクト層９が
順に積層された半導体ウエハにより構成されている。
尚、Ｂはジボランガス又は有機金属であるトリエチルボ
ロンを原料として反応管に供給することにより各層に含
まれる。
【００２３】上記半導体ウエハには、反応性イオンエッ
チング又は反応性イオンビームエッチングにより第２ク
ラッド層８の所定の深さまで除去されてストライプ状の
リッジ部１０が形成され、同様のエッチングによりＢＧ
ａＮ層４の所定の深さまで除去されて電極形成面１１が
形成されている。尚、第２クラッド層８のリッジ部１０
以外の厚みは横モード制御を行うために、０．０５〜
０．４μｍであるのが好ましい。
【００２４】また、リッジ部１０の両側面、第２クラッ
ド層８の平坦面、第２クラッド層８の側面からＢＧａＮ
層４の側面、及びＢＧａＮ層４の電極形成面のうち実際
に電極が形成される部分を除いた部分にはＳｉＯ2等よ
りなる絶縁膜１２が形成され、コンタクト層９の上面に
はｐ型電極１３１が形成され、ＢＧａＮ層４の電極形成
面１１にはｎ型電極１３２が形成されている。
【００２５】図２は発光層７の構造を示す断面図、図３
は発光層７のエネルギーバンドを示す図である。発光層
７は第１クラッド層６上に形成されたＳｉドープのｎ型
のＧａＮからなる厚さ０．１μｍの第１光ガイド層７Ａ
と、その上にＳｉドープのｎ型のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎか
らなる厚さ６ｎｍのバリア層７１ａ、Ｓｉドープのｎ型
のＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる厚さ３ｎｍの井戸層７１
ｂ、Ｓｉドープのｎ型のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる厚
さ６ｎｍのバリア層７２ａ、Ｓｉドープのｎ型のＩｎ
0.10Ｇａ0.90Ｎからなる厚さ３ｎｍの井戸層７２ｂ、Ｓ
ｉドープのｎ型のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる厚さ６ｎ
ｍのバリア層７３ａ、Ｓｉドープのｎ型のＩｎ0.10Ｇａ
0.90Ｎからなる厚さ３ｎｍの井戸層７３ｂ、Ｓｉドープ
のｎ型のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる厚さ６ｎｍのバリ
ア層７４ａとが順に積層された多重量子井戸構造の活性
層７Ｂと、その上に形成されたＭｇドープのｐ型のＢ
0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ５００Åのキャップ層７Ｃ
と、その上に形成されたＭｇドープのｐ型のＧａＮから
なる厚さ０．１μｍの第２光ガイド層７Ｄとからなる。
第２光ガイド層７Ｄ上には、第２クラッド層８が形成さ
れている。
【００２６】尚、第１クラッド層６及び第１光ガイド層
７Ａを形成する際の成長温度は１０００℃〜１１００
℃、活性層７Ｂ及びキャップ層７Ｃを形成する際の成長
温度は７５０℃〜８５０℃、第２光ガイド層７Ｄ及び第
２クラッド層８を形成する際の成長温度は１０００℃〜
１１００℃である。
【００２７】このような構造の発光層７を有する半導体
レーザは、活性層７Ｂ上に、Ｂを含有するキャップ層７
Ｃが形成され、その上に第２光ガイド層７Ｄが形成され
た構造である。即ち、活性層７Ｂは、形成された直後
に、III族元素の中では、Ｉｎ及びＮとの結合力が強い
Ｂを含有するキャップ層７Ｃで覆われるため、活性層７
ＢからＩｎ及びＢは脱離し難い。このため、活性層７Ｂ
の結晶性の劣化は抑えられ、しきい値電流は小さくな
る。
【００２８】また、キャップ層７ＣはＢを含有している
ため、バンドギャップが大きくなり、活性層７Ｂに注入
したキャリアの漏れを防ぐ。特に、本実施例では、キャ
ップ層７Ｃがｐ型の半導体層であり、更に活性化された
キャリア濃度が約１×１０18ｃｍ-3であるので、活性層
７Ｂからキャリアが漏れやすいｐ型側でのキャリアの漏
れを防止出来る。
【００２９】尚、キャップ層７Ｃを形成する際、キャリ
アの拡散によって活性層７Ｂの結晶性を劣化させる場合
は、キャップ層７Ｃをアンドープにしておく方が、しき
い値電流の低下には有効である。
【００３０】また、上述の第１実施例では、本発明をリ
ッジ導波型の半導体レーザに用いた場合について説明し
たが、本発明はそれ以外の構造、例えば、図４に示すよ
うなセルフアライン構造の第２実施例の半導体レーザに
用いても同様の効果が得られる。
【００３１】図４において、２１はサファイア基板であ
り、サファイア基板２１のｃ面上には、ＭＯＣＶＤ法に
より、アンドープのＢ0.01Ａｌ0.49Ｇａ0.5Ｎからなる
厚さ３００Åのバッファ層２２、アンドープのＢ0.02Ｇ
ａ0.98Ｎからなる厚さ２μｍのＢＧａＮ層２３、Ｓｉド
ープのｎ型のＢ0.01Ｇａ0.99Ｎからなる厚さ３μｍのＧ
ａＮ層２４、Ｓｉドープのｎ型のＢ0.01Ａｌ0.14Ｇａ
0.85Ｎからなる厚さ０．１μｍのクラック防止層２５、
Ｓｉドープのｎ型のＢ0.01Ａｌ0.14Ｇａ0.85Ｎからなる
厚さ１μｍの第１クラッド層２６、発光層２７、Ｍｇド
ープのｐ型のＢ0. 01Ａｌ0.14Ｇａ0.85Ｎからなる厚さ
０．２μｍの第２クラッド層２８、Ｓｉドープのｎ型の
Ｂ0.02Ａｌ0.15Ｇａ0.83Ｎからなる厚さ０．５μｍの電
流ブロック層２９、Ｍｇドープのｐ型のＢ0.01Ａｌ0.14
Ｇａ0.85Ｎからなる厚さ０．５μｍの第３クラッド層３
０、Ｍｇドープのｐ−ＧａＮからなる厚さ０．２μｍの
ｐ−コンタクト層３１が順に積層された半導体ウエハが
構成されている。
【００３２】尚、電流ブロック層２９は電流通路となる
部分がエッチングにより除去されている。また、この半
導体ウエハには、反応性イオンエッチング又は反応性イ
オンビームエッチングによりｎ−ＧａＮ層２４の所定の
深さまで除去されて電極形成面３２が形成されている。
ｐ−コンタクト層３１の上面にはｐ−電極３３が形成さ
れ、ｎ−クラッド層２４の電極形成面３２にはｎ−電極
３４が形成されている。
【００３３】発光層２７は、上述の第１実施例の発光層
と同様に図２及び図３に示した構造である。
【００３４】また、上述の第１、第２実施例では、キャ
ップ層７ＣをＢＧａＮにより構成しているが、更にＡｌ
を含有するＢＡｌＧａＮ（例えば、Ｂ0.03Ａｌ0.17Ｇａ
0.80Ｎ）により構成してもよい。
【００３５】また、上述の第１、第２実施例では、活性
層７Ｂ、キャップ層７Ｃ、第２クラッド層７Ｄが順に形
成された構成であるが、活性層７Ｂ、第２クラッド層７
Ｄ、キャップ層７Ｃを順に形成してもよい。
【００３６】また、上述の第１、第２実施例では、ｎ型
の第１クラッド層６、２６、発光層７、２７、ｐ型の第
２クラッド層８、２８を順に形成した構造であるが、そ
の逆に、ｐ型の第１クラッド層、発光層、ｎ型の第２ク
ラッド層を順に形成した構造に本発明を用いても良い。
この場合、発光層７の活性層７Ｂ層上には、ｎ型若しく
はアンドープのキャップ層を形成すれば良い。
【００３７】尚、上述の実施例では、基板材料としてサ
ファイア基板を用いたが、ＳｉＣやＧａＮ等の他の材料
で構成してもよい。
【００３８】また、本発明は、半導体レーザ以外にも発
光ダイオード等の他の発光素子にも適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、発光層中における活性
層からのＩｎ、Ｎ等の構成原子の脱離が抑制され、結晶
性の劣化が少なく、発光効率の良い発光素子及びその製
造方法を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の半導体レーザの全体構成
を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例の半導体レーザにおける発
光層の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施例の半導体レーザにおける発
光層のエネルギーバンドの構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例の半導体レーザにおける発
光層の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２１ サファイア基板 ６、２６ 第１クラッド層 ７、２７ 発光層 ７Ａ 第１光ガイド層 ７Ｂ 活性層 ７Ｃ キャップ層 ７Ｄ 第２光ガイド層 ７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ 井戸層 ７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ バリア層 ８、２８ 第２クラッド層

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１クラッド層上にＩｎとＮを含有する
    活性層を有する発光層が形成され、該発光層上に第２ク
    ラッド層が形成されている発光素子において、前記発光
    層は、前記活性層上にＢを含有するキャップ層を備える
    ことを特徴とする発光素子。
  2. 【請求項２】 前記発光層は前記活性層上に光ガイド層
    を有する構成であり、前記キャップ層は前記活性層と前
    記光ガイド層との間に形成されていることを特徴とする
    請求項１記載の発光素子。
  3. 【請求項３】 前記発光層は前記活性層上に光ガイド層
    を有する構成であり、前記キャップ層は前記光ガイド層
    上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発
    光素子。
  4. 【請求項４】 前記キャップ層のバンドギャップが、前
    記活性層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とす
    る請求項１記載の発光素子。
  5. 【請求項５】 前記キャップ層のバンドギャップが、前
    記活性層及び前記光ガイド層のバンドギャップよりも大
    きいことを特徴とする請求項２又は３記載の発光素子。
  6. 【請求項６】 前記キャップ層がｐ型の半導体層である
    ことを特徴とする請求項４又は５記載の発光素子。
  7. 【請求項７】 前記キャップ層がアンドープの層である
    ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の発光素子。
  8. 【請求項８】 前記活性層がＩｎとＮを含有するバリア
    層と井戸層とからなる多重量子井戸構造であることを特
    徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の発
    光素子。
  9. 【請求項９】 前記活性層がＧａを含有することを特徴
    とする請求項１、２、３、４、５、６，７又は８記載の
    発光素子。
  10. 【請求項１０】 前記キャップ層がＢＧａＮ或いはＢＡ
    ｌＧａＮであることを特徴とする請求項１、２、３、
    ４、５、６、７、８又は９記載の発光素子。
  11. 【請求項１１】 第１クラッド層上にＩｎとＮを含有す
    る活性層を有する発光層が形成され、該発光層上に第２
    クラッド層が形成されている発光素子の製造方法におい
    て、前記活性層を形成した後、Ｂを含有するキャップ層
    を形成し、次いで前記第２クラッド層を形成することを
    特徴とする発光素子の製造方法。
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