JP2001044567A - 窒化物系半導体素子、窒化物系発光素子及び窒化物系半導体層の形成方法 - Google Patents
窒化物系半導体素子、窒化物系発光素子及び窒化物系半導体層の形成方法Info
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Abstract
る欠陥が少なく、良好に発光し、長寿命化に適した窒化
物系発光素子を提供する。 【解決手段】 窒化物系半導体材料からなるn型クラッ
ド層5、活性層6及びp型クラッド層7が順に積層さ
れ、該p型クラッド層7の上部にはストライプ状のリッ
ジ部9が設けられ、該リッジ部9の両側に電流ブロック
層34が設けられたリッジ導波路型構造の半導体レーザ
素子において、リッジ部9と電流ブロック層との界面
に、酸素又は炭素を含有する第1ブロック層34Aを形
成したことを特徴とする
Description
ダイオード等の窒化物系の半導体材料からなる発光素子
及びその製造方法に関する。
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。
系の半導体発光素子は、GaN基板等の窒化物基板の製
造が困難であるため、通常、サファイアやSiC等より
なる窒化物とは異なる材料よりなる基板が用いられてい
る。しかしながら、このような窒化物とは異なる材料よ
りなる基板に窒化物系の半導体層を成長させた場合、該
半導体層に格子欠陥が多く発生するという問題がある。
型構造の半導体レーザ素子と、セルフアライン構造の半
導体レーザ素子がある。
素子の構成を示す断面図である。リッジ導波型構造の半
導体レーザ素子は、図18に示すように、サファイア基
板1のc面上に、MOCVD法により、アンドープのi
型Al0.5Ga0.5Nからなる厚さ250Åのバッファ層
2、厚さ2μmのアンドープのi型GaN層3、厚さ3
μmのSiドープのn型GaN層4、Siドープのn型
Al0.07Ga0.93Nからなる厚さ1.0μmのn型クラ
ッド層5、Siドープのi型InGaNからなる量子井
戸構造の活性層6、Mgドープのp型Al0.07Ga0.93
Nからなる厚さ0.5μmのp型クラッド層7、Mgド
ープのp型GaNからなる厚さ0.05μmのp型キャ
ップ層8が順に積層されている。
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p型クラッド層7の所定の深さまで除去され
てストライプ状のリッジ部9が形成されている。
部分の上面からリッジ部9の側面に亘ってSiドープの
n型Al0.1Ga0.9Nからなる厚さ0.5μmの電流ブ
ロック層10が形成されており、その上にはMgドープ
のp型GaNからなる厚さ0.5μmのp型コンタクト
層11が形成されている。
ック層10、p型クラッド層7、活性層6、n型クラッ
ド層5、及びn型GaN層4の途中までを、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
除去することにより、電極形成面12が形成されてい
る。そして、p型コンタクト層11の上面にはp型電極
13が形成され、n型GaN層4の電極形成面12には
n型電極14が形成されている。
1μmの一対の光ガイド層の間に、In0.02Ga0.98N
からなる厚さ60Åの障壁層とIn0.10Ga0.90Nから
なる厚さ30Åの井戸層とが交互に形成された多重量子
井戸構造である。
型構造の半導体レーザ素子では、p型クラッド層7、p
型キャップ層8を形成した後、エッチングによりリッジ
部9を形成し、次いで電流ブロック層10を再成長させ
ている。このため、リッジ部9の側面には、エッチング
による微小な欠陥が表面に発生した状態で電流ブロック
層10が形成されておおり、電流ブロック層10のリッ
ジ部9周辺、即ち導波路の周辺は結晶性が劣化する。そ
して、この結晶性の劣化により、電流ブロック層10の
導波路周辺部分、更にはその上方に位置するp型コンタ
クト層11の導波路部分及びその周辺部分に、p型電極
13側に向かって延びる格子欠陥が発生する。このた
め、半導体レーザ素子の寿命が短くなり、信頼性が低下
するという問題がある。
ーザ素子の構成を示す断面図である。セルフアライン型
構造の半導体レーザ素子は、図19に示すように、サフ
ァイア基板21のc面上には、MOCVD法により、S
iドープのn型Al0.5Ga0 .5Nからなる厚さ250Å
のバッファ層22、厚さ2μmのアンドープのi型Ga
N層23、厚さ3μmのSiドープのn型GaN層2
4、Siドープのn型Al0.07Ga0.93Nからなる厚さ
1.0μmのn型クラッド層25、i型InGaNから
なる量子井戸構造の活性層26、Mgドープのp型Al
0.07Ga0.93Nからなる厚さ0.1μmの第1p型クラ
ッド層27、Siドープのn型Al0.1Ga0.9Nからな
る厚さ0.5μmの電流ブロック層28が形成されてい
る。電流ブロック層28は、電流通路となる部分が第1
p型クラッド層27が露出するまでエッチングにより除
去されている。
層27の電流通路上には、Mgドープのp型Al0.07G
a0.93Nからなる厚さ0.5μmの第2p型クラッド層
29が形成され、その上には、Mgドープのp型GaN
からなる厚さ0.05μmのp型コンタクト層30が形
成されている。
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型GaN層24の所定の深さまで除去され
て電極形成面31が形成されている。p型コンタクト層
30の上面にはp型電極32が形成され、n型クラッド
層24の電極形成面31にはn型電極33が形成されて
いる。
0.1μmの一対の光ガイド層の間に、In0.02Ga
0.98Nからなる厚さ60Åの障壁層とIn0.10Ga0.90
Nからなる厚さ30Åの井戸層とが交互に形成された多
重量子井戸構造である。
イン型構造の半導体レーザ素子においても、第1p型ク
ラッド層27、電流ブロック層28を形成した後、電流
通路となる部分の電流ブロック層をエッチングにより除
去し、次いで第2p型クラッド層29を再成長させてい
る。このため、電流ブロック層28の電流通路側の面
は、エッチングによる微小な欠陥が表面に発生した状態
で第2p型クラッド層29が形成されており、第2p型
クラッド層29の導波路部分は結晶性が劣化する。そし
て、この結晶性の劣化により、p型第2クラッド層29
の導波路部分、更にはその上方に位置するp型コンタク
ト層30の導波路部分に、p型電極13側に向かって延
びる格子欠陥が発生する。このため、半導体レーザ素子
の寿命が短くなり、信頼性が低下するという問題があ
る。
レーザ素子では、電流ブロック層28の微小な欠陥の部
分に第2p型クラッド層29が形成されるため、リッジ
導波型構造の半導体レーザ素子とは異なり、p型のクラ
ッド層自体の導波路部分に直接、格子欠陥が発生する。
このため、格子欠陥による悪影響は非常に大きい。
欠点に鑑み為されたものであり、第1の窒化物系半導体
層上に、エッチング、フォトリソグラフィ、マスク形成
等の為に成長を中断した後に再成長により第2の窒化物
系半導体層が形成されている窒化物系半導体素子におい
て、前記第1の窒化物系半導体層と前記第2の半導体層
窒化物系半導体層との界面から発生する欠陥が少ない窒
化物系半導体素子を提供することを目的とするものであ
る。
ク層との界面より発生する欠陥が少ない窒化物系半導体
素子を提供することを目的とするものである。
を成長により形成した後、成長工程を中断し、その後前
記第2の窒化物系半導体層を再成長により形成する窒化
物系半導体層の形成方法において、前記第1の窒化物系
半導体層と前記第2の半導体層窒化物系半導体層との界
面から発生する欠陥が少ない窒化物系半導体層の成長方
法を提供することを目的とするものである。
導体素子は、第1の窒化物系半導体層上に、成長を中断
した後の再成長により形成された第2の窒化物系半導体
層を有する窒化物系半導体素子において、前記第1の窒
化物系半導体層と前記第2の窒化物系半導体層との界面
に、酸素又は炭素を含有する領域を形成したことを特徴
とする。
導体素子では、前記界面で発生する格子欠陥が減少し、
それにより前記界面上に形成された第2の窒化物系半導
体層、更にその上に形成された半導体層、特に窒化物系
半導体層に生じる欠陥が減少する。
系の半導体材料からなる第1導電型クラッド層、活性層
及び第2導電型クラッド層が順に積層され、該第2導電
型クラッド層の上部の両側に電流ブロック層が設けられ
た窒化物系発光素子において、前記第2導電型クラッド
層と前記電流ブロック層との界面に酸素又は炭素を含有
する領域を形成したことを特徴とする。
光素子では、前記界面で発生する格子欠陥が減少し、そ
れにより前記界面の上に形成された半導体層、特に窒化
物系半導体層に生じる欠陥が減少する。
系半導体材料からなる第1導電型クラッド層、活性層及
び第2導電型クラッド層が順に積層され、該第2導電型
クラッド層の上部にはストライプ状のリッジ部が設けら
れ、該リッジ部の両側に電流ブロック層が設けられた窒
化物系発光素子において、前記リッジ部と前記電流ブロ
ック層との界面に酸素又は炭素を含有する領域を形成し
たことを特徴とする。
光素子では、前記界面で発生する格子欠陥が減少し、そ
れにより前記界面の上に形成された半導体層、特に窒化
物系半導体層に生じる欠陥が減少する。
は、酸素又は炭素を含有する領域が、前記リッジ部の側
面に設けられていることを特徴とする。
ち、導波路部分或いはその周辺部分の欠陥が減少する。
は、前記リッジ部のストライプ方向が<10−10>方
向であり、且つ前記リッジ部の周りに形成されている前
記電流ブロック層の上面と、前記リッジ部の側面に形成
されている前記電流ブロック層の上面との為す角度θ1
が90°±10°の範囲である場合、前述の欠陥の減少
は大きく、更に前記角度θ1が90°±5°の範囲であ
る場合、前述の欠陥の減少は一層大きい。
は、前記リッジ部のストライプ方向が<11−20>方
向であり、且つ前記リッジ部の周りに形成されている前
記電流ブロック層の上面と、前記リッジ部の側面に形成
されている前記電流ブロック層の上面との為す角度θ1
が120°±10°の範囲である場合、前述の欠陥の減
少は大きく、更に前記角度θ1が120°±5°の範囲
である場合、前述の欠陥の減少は一層大きい。
は、第2導電型クラッド層の前記リッジ部の周りの上面
が、c面に対して0.03°以上傾斜している場合、前
述の欠陥の減少は大きく、更に前記上面がc面に対して
0.1°以上、10°以下の範囲で傾斜している場合、
前述の欠陥の減少が顕著である。
系の半導体材料からなる第1導電型クラッド層及び活性
層が順に積層され、該活性層上には電流ブロック層が形
成され、電流ブロック層を介して窒化物系の半導体材料
からなる第2導電型クラッド層が形成された窒化物系発
光素子において、前記電流ブロック層と前記第2導電型
クラッド層との界面に酸素又は炭素を含有する領域を形
成したことを特徴とする。
光素子では、前記界面で発生する格子欠陥が減少し、そ
れにより前記界面の上に形成された半導体層、特に窒化
物系半導体層に生じる欠陥が減少する。
系の半導体材料からなる第1導電型クラッド層、活性層
及び第1の第2導電型クラッド層が順に積層され、該第
1の第2導電型クラッド層上にはストライプ状の電流通
路部の両側に電流ブロック層が形成され、前記第1の第
2導電型クラッド層の電流通路部上及び前記電流ブロッ
ク層上に窒化物系の半導体材料からなる第2の第2導電
型クラッド層が形成された窒化物系発光素子において、
前記電流ブロック層と前記第2の第2導電型クラッド層
との界面の酸素又は炭素を含有する領域を形成したこと
を特徴とする。
光素子では、前記界面で発生する格子欠陥が減少し、そ
れにより前記界面の上に形成された半導体層、特に窒化
物系半導体層における導波路部分或いはその周辺部分に
生じる欠陥が減少する。
は、前記酸素又は炭素を含有する領域が、前記電流通路
部の側方に位置する電流ブロック層の側面に設けられて
いることを特徴とする。
ち、導波路部分或いはその周辺部分の欠陥が減少する。
は、前記電流通路部のストライプ方向が<10−10>
方向であり、且つ前記第2の第2導電型クラッド層の電
流通路部上の凹部の底面と、その側方に位置する斜面と
の為す角度θ3が90°±10°の範囲である場合、前
述の欠陥の減少は大きく、更に前記角度θ3が90°±
5°の範囲である場合、前述の欠陥の減少は一層大き
い。
は、前記電流通路部のストライプ方向が<11−20>
方向であり、且つ前記第2の第2導電型クラッド層の前
記電流通路部上の凹部の底面と、その側方に位置する斜
面との為す角度θ3が120°±10°の範囲である場
合、前述の欠陥の減少は大きく、更に前記角度θ3が1
20°±5°の範囲である場合、前述の欠陥の減少は一
層大きい。
は、前記電流ブロック層の上面が、c面に対して0.0
3°以上傾斜している場合、前述の欠陥の減少は大き
く、更に前記上面がc面に対して0.1°以上、10°
以下の範囲で傾斜している場合、前述の欠陥の減少が顕
著である。
子では、前記界面における酸素又は炭素の濃度が1×1
016cm-3以上で上述の欠陥の減少は明らかであり、更
に、酸素の濃度が1×1017cm-3以上であれば、上述
の欠陥の減少は一層顕著である。
長方法は、第1の窒化物系半導体層を成長により形成し
た後、成長工程を中断し、その後前記第2の窒化物系半
導体層を再成長により形成する窒化物系半導体層の形成
方法において、前記第1の窒化物系半導体層と前記第2
の窒化物系半導体層との界面となる部分に、酸素又は炭
素を含有する領域を形成する工程を有することを特徴と
する。
の成長方法では、前記界面で発生する格子欠陥が減少
し、それにより欠陥の少ない第2の窒化物系半導体層を
形成することが出来る。
実施の形態について詳細に説明する。
レーザ素子に用いた第1実施例の半導体レーザ素子の構
成を示す断面図、図2は第1実施例の半導体レーザ素子
におけるリッジ部の構成を示す斜視図であり、図18と
同一部分には同一符号を付し、その説明は割愛する。
p型クラッド層7のリッジ部9の周りの上面7aは、リ
ッジ部9のストライプ方向と直交する方向に、p型クラ
ッド層7のc面に対して所定の角度θ2だけ傾斜してい
る。
面7a及びリッジ部9の両側面には電流ブロック層15
が形成されている。電流ブロック層15は、p型クラッ
ド層7のリッジ部9の周りの上面7a及びリッジ部9の
両側面に形成されている厚さ50Åの第1ブロック層1
5Aと、該第1ブロック層15A上に形成されている厚
さ0.5μmの第2ブロック層15Bとにより構成され
ている。第1ブロック層15A及び第2ブロック層15
Bは、n型若しくはi型又はZnドープの高抵抗のAl
GaN、或いはn型若しくはi型又はZnドープの高抵
抗のInGaNからなり、第1実施例ではn型のAl
0.1Ga0.9Nからなる。また、第1ブロック層15Aに
は酸素又は炭素がドープされている。
クラッド層7のリッジ部9の周りの上面7aに形成され
ている部分の上面と、リッジ部9の側面に形成されてい
る部分との為す角度はθ1である。
面7aを所定の角度θ2だけ傾斜させる方法としては、
例えば、RIE(リアクテイブ・イオン・エッチング)
やRIBE(リアクテイブ・イオンビーム・エッチン
グ)等のドライエッチング装置を用いる方法がある。
に、サファイア基板1上に、バッファ層2、i型GaN
層3、厚さ3μmのSiドープのn型GaN層4、n型
クラッド層5、活性層6、p型クラッド層7、p型キャ
ップ層8を積層して半導体ウエハを形成した後、p型キ
ャップ層8の上面の所定部分に、エッチングされやすい
材料よりなる第1マスク層41A、第1マスク層よりも
エッチングされにくい材料よりなる第2マスク層41B
が下方から順に積層されている2層構造のマスク層41
を形成する。例えば、第1マスク層41Aとしては、T
iを2000Å厚形成し、第2マスク層41Bとして
は、Niを5000Å厚形成する。
Eにより、マスク層41をマスクとしてp型キャップ層
8を所定の厚みだけエッチング行う。これにより、図2
(b)に示すように、第1マスク層41Aは第2マスク
層41Bに比べ大幅に外周が除去され、その第1マスク
層41Aが除去された部分におけるp型キャップ層8の
上面は所定の角度θ2だけ自然に傾斜する。
A、第2マスク層41Bの厚み、エッチングレートによ
り調整できる。
酸素のドープは、第1ブロック層15Aを成長させる際
に、原料ガスとして酸素又は炭素を供給すればよい。例
えば、炭素をドープする場合は、プロパンガスを所定の
流量で反応管に供給すればよく、酸素の場合は、酸素ガ
スを所定の流量で反応管に供給すればよい。尚、酸素を
ドープする場合は、MBE法による成長が望ましい。
いて、リッジ9のストライプ方向(図1において紙面と
直交する方向)が、<10−10>方向である半導体レ
ーザ素子と、<11−20>方向である半導体レーザ素
子とを夫々形成し、角度θ1を変化させた時の欠陥密
度、及び角度θ2を変化させた時の欠陥密度を調べた。
また、比較例として、電流ブロック層が炭素も酸素もド
ープされていない単層構造である半導体レーザ素子につ
いても、リッジ9のストライプ方向(図1において紙面
と直交する方向)が、<10−10>方向である半導体
レーザ素子と、<11−20>方向である半導体レーザ
素子とを夫々形成し、角度θ1を変化させた時の欠陥密
度、及び角度θ2を変化させた時の欠陥密度を調べた。
尚、欠陥密度は、p型コンタクト層11のリッジ部9の
上方部分で測定した。
×1017cm-3ドープした第1実施例の半導体レーザ素
子と、第1ブロック層15Aに炭素を1×1016cm-3
ドープした第1実施例の半導体レーザ素子と、比較例の
半導体レーザ素子とにおける欠陥密度と角度θ1との関
係を示す図である。
レーザでは、リッジ9のストライプ方向が<10−10
>方向である場合、角度θ1が90°±10°の範囲で
は、欠陥密度が低く、特に角度θ1が90°±5°の範
囲では、欠陥密度の低下が著しい。
リッジ9のストライプ方向が<10−10>方向である
場合、角度θ1が90°を中心に欠陥密度が低下する傾
向が見られるが、その傾向は小さい。これに対して、第
1実施例のように、リッジ部9の周囲である第1ブロッ
ク層15A、即ちp型クラッド層7と再成長層である電
流ブロック層15との界面に炭素をドープした場合、上
述の欠陥密度の低下が大きくなる。特に、炭素の濃度が
1×1016cm-3以上であれば、上述の欠陥密度の低下
は明らかであり、更に、炭素の濃度が1×1017cm-3
以上であれば、上述の欠陥密度の低下は一層明らかであ
る。
半導体レーザでは、リッジ9のストライプ方向が<11
−20>方向である場合、角度θ1が120°±10°
の範囲では、欠陥密度が低く、特に角度θ1が120°
±5°の範囲では、欠陥密度の低下が著しい。
リッジ9のストライプ方向が<11−20>方向である
場合、角度θ1が120°を中心に欠陥密度が低下する
傾向が見られるが、その傾向は小さい。これに対して、
第1実施例のように、リッジ部9の周囲である第1ブロ
ック層15A、即ちp型クラッド層7と再成長層である
電流ブロック層15との界面に炭素をドープした場合、
上述の欠陥密度の低下が大きくなる。特に、炭素の濃度
が1×1016cm-3以上であれば、上述の欠陥密度の低
下は明らかであり、更に、炭素の濃度が1×1017cm
-3以上であれば、上述の欠陥密度の低下は一層明らかで
ある。
×1017cm-3ドープした第1実施例の半導体レーザ素
子と、第1ブロック層15Aに酸素を1×1016cm-3
ドープした第1実施例の半導体レーザ素子と、比較例の
半導体レーザ素子とにおける欠陥密度と角度θ1との関
係を示す図である。
レーザでは、リッジ9のストライプ方向が<10−10
>方向である場合、角度θ1が90°±10°の範囲で
は、欠陥密度が低く、特に角度θ1が90°±5°の範
囲では、欠陥密度の低下が著しい。
リッジ9のストライプ方向が<10−10>方向である
場合、角度θ1が90°を中心に欠陥密度が低下する傾
向が見られるが、その傾向は小さい。これに対して、第
1実施例のように、リッジ部9の周囲である第1ブロッ
ク層15A、即ちp型クラッド層7と再成長層である電
流ブロック層15との界面に酸素をドープした場合、上
述の欠陥密度の低下が大きくなる。特に、酸素の濃度が
1×1016cm-3以上であれば、上述の欠陥密度の低下
は明らかであり、更に、酸素の濃度が1×1017cm-3
以上であれば、上述の欠陥密度の低下は一層明らかであ
る。
半導体レーザでは、リッジ9のストライプ方向が<11
−20>方向である場合、角度θ1が120°±10°
の範囲では、欠陥密度が低く、特に角度θ1が120°
±5°の範囲では、欠陥密度の低下が著しい。
リッジ9のストライプ方向が<11−20>方向である
場合、角度θ1が120°を中心に欠陥密度が低下する
傾向が見られるが、その傾向は小さい。これに対して、
第1実施例のように、リッジ部9の周囲である第1ブロ
ック層15A、即ちp型クラッド層7と再成長層である
電流ブロック層15との界面に酸素をドープした場合、
上述の欠陥密度の低下が大きくなる。特に、酸素の濃度
が1×1016cm-3以上であれば、上述の欠陥密度の低
下は明らかであり、更に、酸素の濃度が1×1017cm
-3以上であれば、上述の欠陥密度の低下は一層明らかで
ある。
×1017cm-3ドープした第1実施例の半導体レーザ素
子と、第1ブロック層15Aに炭素を1×1016cm-3
ドープした第1実施例の半導体レーザ素子と、比較例の
半導体レーザ素子とにおける欠陥密度と角度θ2との関
係を示す図である。
×1017cm-3ドープした第1実施例の半導体レーザ素
子と、第1ブロック層15Aに酸素を1×1016cm-3
ドープした第1実施例の半導体レーザ素子と、比較例の
半導体レーザ素子とにおける欠陥密度と角度θ2との関
係を示す図である。
の半導体レーザ素子では、リッジ9のストライプ方向が
<10−10>方向である場合、<11−20>方向で
ある場合の両方において、角度θ2が0.03°以上の
範囲では、欠陥密度の低下が大きく、特に角度θ2が
0.1°以上、10°以下の範囲で、欠陥密度が最も低
くなることが確認できた。尚、比較例の半導体レーザ素
子では、格子欠陥が角度θ2に依存しないことが判る。
5に炭素或いは酸素をドープした第1ブロック層15A
を形成することにより、p型クラッド層7と再成長層で
ある電流ブロック層15との界面に炭素或いは酸素をド
ープした領域を形成したが、それ以外の構成でもよい。
層7のリッジ部9の周りの上面7a及びリッジ部9の両
側面に、イオン注入若しくは拡散によって炭素又は酸素
がドープされている層16を形成することにより、p型
クラッド層7と再成長層である電流ブロック層10との
界面に炭素或いは酸素をドープした層を形成してもよ
い。この場合においても、上述の第1実施例と同様の結
果が得られる。
りの上面7aの傾斜は、図8に示すように、図1と反対
方向に傾斜しても良く、また、図9に示すように、上り
斜面と下り斜面とが交互に現れるような傾斜でもよい。
半導体レーザ素子に用いた第2実施例の半導体レーザ素
子の構成を示す断面図であり、図18と同一部分には同
一符号を付し、その説明は割愛する。
電流ブロック層34が、第1p型クラッド層27の電流
通路部の両側に形成された厚さ0.5μmの第2ブロッ
ク層34Bと、該第2ブロック層34B上に形成された
厚さ50Åの第1ブロック層34Aとにより構成されて
いる。尚、第1ブロック層34A及び第2ブロック層3
4Bは、n型若しくはi型又はZnドープの高抵抗のA
lGaN、或いはn型若しくはi型又はZnドープの高
抵抗のInGaNからなり、第2実施例では、n型のA
l0.1Ga0.9Nからなる。また、第1ブロック層34A
には酸素又は炭素がドープされている。
のストライプ方向と直交する方向にc面に対して所定の
角度θ4だけ傾斜している。
部上の凹部の底面29aと、その両側の斜面29bとの
為す角度はθ3である。
度θ4だけ傾斜させる方法は、例えば、第1実施例と同
様に、RIE(リアクテイブ・イオン・エッチング)や
RIBE(リアクテイブ・イオンビーム・エッチング)
等のドライエッチング装置を用いる方法がある。また、
角度θ3の調整も第1実施例と同様の方法により可能で
ある。
酸素のドープは、第1ブロック層34Aを成長させる際
に、原料ガスとして酸素又は炭素を供給すればよい。例
えば、炭素をドープする場合は、プロパンガスを所定の
流量で反応管に供給すればよく、酸素の場合は、酸素ガ
スを所定の流量で反応管に供給すればよい。尚、酸素ド
ープの場合はMBE法により成長させることが望まし
い。
いて、電流ブロック層34の間の電流通路部のストライ
プ方向(図10において紙面と直交する方向)が、<1
0−10>方向である半導体レーザ素子と、<11−2
0>方向である半導体レーザ素子とを夫々形成し、角度
θ3を変化させた時の欠陥密度、及び角度θ4を変化さ
せた時の欠陥密度を調べた。また、比較例として、電流
ブロック層が炭素も酸素もドープされていない単層構造
である半導体レーザ素子についても、電流通路部のスト
ライプ方向(図10において紙面と直交する方向)が、
<10−10>方向である半導体レーザ素子と、<11
−20>方向である半導体レーザ素子とを夫々形成し、
角度θ3を変化させた時の欠陥密度、及び角度θ4を変
化させた時の欠陥密度を調べた。尚、欠陥密度は、p型
コンタクト層30の上面の電流通路部の上方部分で調べ
た。
1×1017cm-3ドープした第2実施例の半導体レーザ
素子と、第1ブロック層15Aに炭素を1×1016cm
-3ドープした第2実施例の半導体レーザ素子と、比較例
の半導体レーザ素子とにおける欠陥密度と角度θ3との
関係を示す図である。
体レーザでは、電流通路部のストライプ方向が<10−
10>方向である場合、角度θ1が90°±10°の範
囲では、欠陥密度が低く、特に角度θ3が90°±5°
の範囲では、欠陥密度の低下が著しい。
電流通路部のストライプ方向が<10−10>方向であ
る場合、角度θ3が90°を中心に欠陥密度が低下する
傾向が見られるが、その傾向は小さい。これに対して、
第2実施例のように、電流通路部の周囲である第1ブロ
ック層34A、即ち電流ブロック層34と再成長層であ
る第2p型クラッド層29との界面に炭素をドープした
場合、上述の欠陥密度の低下が大きくなる。特に、炭素
の濃度が1×1016cm-3以上であれば、上述の欠陥密
度の低下は明らかであり、更に、炭素の濃度が1×10
17cm-3以上であれば、上述の欠陥密度の低下は一層明
らかである。
の半導体レーザでは、電流通路部のストライプ方向が<
11−20>方向である場合、角度θ1が120°±1
0°の範囲では、欠陥密度が低く、特に角度θ3が12
0°±5°の範囲では、欠陥密度の低下が著しい。
電流通路部のストライプ方向が<11−20>方向であ
る場合、角度θ3が120°を中心に欠陥密度が低下す
る傾向が見られるが、その傾向は小さい。これに対し
て、第2実施例のように、電流通路部の周囲である第1
ブロック層34A、即ち電流ブロック層34と再成長層
である第2p型クラッド層29との界面に炭素をドープ
した場合、上述の欠陥密度の低下が大きくなる。特に、
炭素の濃度が1×1016cm-3以上であれば、上述の欠
陥密度の低下は明らかであり、更に、炭素の濃度が1×
1017cm-3以上であれば、上述の欠陥密度の低下は一
層明らかである。
1×1017cm-3ドープした第2実施例の半導体レーザ
素子と、第1ブロック層34Aに酸素を1×1016cm
-3ドープした第2実施例の半導体レーザ素子と、比較例
の半導体レーザ素子とにおける欠陥密度と角度θ3との
関係を示す図である。
体レーザでは、電流通路部のストライプ方向が<10−
10>方向である場合、角度θ3が90°±10°の範
囲では、欠陥密度が低く、特に角度θ3が90°±5°
の範囲では、欠陥密度の低下が著しい。
電流通路部のストライプ方向が<10−10>方向であ
る場合、角度θ3が90°を中心に欠陥密度が低下する
傾向が見られるが、その傾向は小さい。これに対して、
第3実施例のように、電流通路部の周囲である第1ブロ
ック層34A、即ち電流ブロック層34と再成長層であ
る第2p型クラッド層29との界面に酸素をドープした
場合、上述の欠陥密度の低下が大きくなる。特に、酸素
の濃度が1×1016cm-3以上であれば、上述の欠陥密
度の低下は明らかであり、更に、酸素の濃度が1×10
17cm-3以上であれば、上述の欠陥密度の低下は一層明
らかである。
の半導体レーザでは、電流通路部のストライプ方向が<
11−20>方向である場合、角度θ3が120°±1
0°の範囲では、欠陥密度が低く、特に角度θ3が12
0°±5°の範囲では、欠陥密度の低下が著しい。
電流通路部のストライプ方向が<11−20>方向であ
る場合、角度θ3が120°を中心に欠陥密度が低下す
る傾向が見られるが、その傾向は小さい。これに対し
て、第2実施例のように、電流通路部の周囲である第1
ブロック層34A、即ち電流ブロック層34と再成長層
である第2p型クラッド層29との界面に酸素をドープ
した場合、上述の欠陥密度の低下が大きくなる。特に、
酸素の濃度が1×1016cm-3以上であれば、上述の欠
陥密度の低下は明らかであり、更に、酸素の濃度が1×
1017cm-3以上であれば、上述の欠陥密度の低下は一
層明らかである。
1×1017cm-3ドープした第2実施例の半導体レーザ
素子と、第1ブロック層34Aに炭素を1×1016cm
-3ドープした第2実施例の半導体レーザ素子と、比較例
の半導体レーザ素子とにおける欠陥密度と角度θ4との
関係を示す図である。
1×1017cm-3ドープした第2実施例の半導体レーザ
素子と、第1ブロック層34Aに酸素を1×1016cm
-3ドープした第2実施例の半導体レーザ素子と、比較例
の半導体レーザ素子とにおける欠陥密度と角度θ4との
関係を示す図である。
施例の半導体レーザ素子では、電流通路部のストライプ
方向が<10−10>方向である場合、<11−20>
方向である場合の両方において、角度θ4が0.03°
以上の範囲では、欠陥密度の低下が大きく、特に角度θ
4が0.1°以上、10°以下の範囲で、欠陥密度が最
も低くなることが確認できた。尚、比較例の半導体レー
ザ素子では、格子欠陥が角度θ4に依存しないことが判
る。
4に炭素或いは酸素をドープした第1ブロック層34A
を形成することにより電流ブロック層34と再成長層で
ある第2p型クラッド層29との界面に炭素或いは酸素
をドープした領域を形成したが、それ以外の構成でもよ
い。
ク層28の表面、特に導波路或いはその近傍となる電流
通路部の両側の斜面に、イオン注入若しくは拡散によっ
て炭素又は酸素がドープされている層35を形成するこ
とにより、第2p型クラッド層29と再成長層である電
流ブロック層28との界面に炭素或いは酸素をドープし
た層を形成してもよい。この場合においても、上述の第
2実施例と同様の結果が得られる。
傾斜は、図16に示すように、図10と反対方向に傾斜
してもよく、また図17に示すように、上り斜面と下り
斜面とが交互に現れるような傾斜でもよい。
陥が少なく、長寿命化に適した窒化物系半導体素子を提
供し得る。
る欠陥が少なく、良好に発光し、長寿命化に適した窒化
物系発光素子を提供し得る。
物系半導体層を形成することが出来る窒化物系半導体層
の形成方法を提供し得る。
ーザ素子の構成を示す断面図である。
工程の一部を示す図である。
る欠陥密度と角度θ1との関係を示す図である。
る欠陥密度と角度θ1との関係を示す図である。
る欠陥密度と角度θ2との関係を示す図である。
る欠陥密度と角度θ2との関係を示す図である。
体レーザ素子の構成を示す断面図である。
体レーザ素子の構成を示す断面図である。
体レーザ素子の構成を示す断面図である。
の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
ける欠陥密度と角度θ3との関係を示す図である。
ける欠陥密度と角度θ3との関係を示す図である。
ける欠陥密度と角度θ4との関係を示す図である。
ける欠陥密度と角度θ4との関係を示す図である。
の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
子の構成を示す断面図である。
素子の構成を示す断面図である。
域) 15B 第2ブロック層 16 層(酸素又は炭素を含有する領域) 25 n型クラッド層(第1導電型クラッド層) 26 活性層 27 第1p型クラッド層(第1の第2導電型クラッド
層) 28 電流ブロック層 29 第2p型クラッド層(第2の第2導電型クラッド
層:再成長層) 29a 底面 29b 斜面 34 電流ブロック層 34A 第1ブロック層(酸素又は炭素を含有する領
域) 34B 第2ブロック層 35 層(酸素又は炭素を含有する領域)
Claims (15)
- 【請求項1】 第1の窒化物系半導体層上に、成長を中
断した後の再成長により形成された第2の窒化物系半導
体層を有する窒化物系半導体素子において、前記第1の
窒化物系半導体層と前記第2の窒化物系半導体層との界
面に、酸素又は炭素を含有する領域を形成したことを特
徴とする窒化物系半導体素子。 - 【請求項2】 窒化物系の半導体材料からなる第1導電
型クラッド層、活性層及び第2導電型クラッド層が順に
積層され、該第2導電型クラッド層の上部の両側に電流
ブロック層が設けられた窒化物系発光素子において、前
記第2導電型クラッド層と前記電流ブロック層との界面
に、酸素又は炭素を含有する領域を形成したことを特徴
とする窒化物系発光素子。 - 【請求項3】 窒化物系半導体材料からなる第1導電型
クラッド層、活性層及び第2導電型クラッド層が順に積
層され、該第2導電型クラッド層の上部にはストライプ
状のリッジ部が設けられ、該リッジ部の両側に電流ブロ
ック層が設けられた窒化物系発光素子において、前記リ
ッジ部と前記電流ブロック層との界面に、酸素又は炭素
を含有する領域を形成したことを特徴とする窒化物系発
光素子。 - 【請求項4】 前記酸素又は炭素を含有する領域が、前
記リッジ部の側面に設けられていることを特徴とする請
求項3記載の窒化物系発光素子。 - 【請求項5】 前記リッジ部のストライプ方向が<10
−10>方向であり、且つ前記リッジ部の周りに形成さ
れている前記電流ブロック層の上面と、前記リッジ部の
側面に形成されている前記電流ブロック層の上面との為
す角度θ1が90°±10°の範囲であることを特徴と
する請求項3又は4記載の窒化物系発光素子。 - 【請求項6】 前記リッジ部のストライプ方向が<11
−20>方向であり、且つ前記リッジ部の周りに形成さ
れている前記電流ブロック層の上面と、前記リッジ部の
側面に形成されている前記電流ブロック層の上面との為
す角度θ1が120°±10°の範囲であることを特徴
とする請求項3又は4記載の窒化物系発光素子。 - 【請求項7】 第2導電型クラッド層の前記リッジ部の
周りの上面が、該第2導電型クラッド層のc面に対して
0.03°以上傾斜していることを特徴とする請求項
3、4、5又は6記載の窒化物系発光素子。 - 【請求項8】 窒化物系の半導体材料からなる第1導電
型クラッド層及び活性層が順に積層され、該活性層上に
は電流ブロック層が形成され、電流ブロック層を介して
窒化物系の半導体材料からなる第2導電型クラッド層が
形成された窒化物系発光素子において、前記電流ブロッ
ク層と前記第2導電型クラッド層との界面に、酸素又は
炭素を含有する領域を形成したことを特徴とする窒化物
系発光素子。 - 【請求項9】 窒化物系の半導体材料からなる第1導電
型クラッド層、活性層及び第1の第2導電型クラッド層
が順に積層され、該第1の第2導電型クラッド層上には
ストライプ状の電流通路部の両側に電流ブロック層が形
成され、前記第1の第2導電型クラッド層の電流通路部
上及び前記電流ブロック層上に窒化物系の半導体材料か
らなる第2の第2導電型クラッド層が形成された窒化物
系発光素子において、前記電流ブロック層と前記第2の
第2導電型クラッド層との界面に、酸素又は炭素を含有
する領域を形成したことを特徴とする窒化物系発光素
子。 - 【請求項10】 前記酸素又は炭素を含有する領域が、
前記電流通路部の側方に位置する電流ブロック層の側面
に設けられていることを特徴とする請求項9記載の窒化
物系発光素子。 - 【請求項11】 前記電流通路部のストライプ方向が<
10−10>方向であり、且つ前記第2の第2導電型ク
ラッド層の電流通路部上の凹部の底面と、その側方に位
置する斜面との為す角度θ3が90°±10°の範囲で
あることを特徴とする請求項9又は10記載の窒化物系
発光素子。 - 【請求項12】 前記電流通路部のストライプ方向が<
11−20>方向であり、且つ前記第2の第2導電型ク
ラッド層の電流通路部上の凹部の底面と、その側方に位
置する斜面との為す角度θ3が120°±10°の範囲
であることを特徴とする請求項9又は10記載の窒化物
系発光素子。 - 【請求項13】 前記電流ブロック層の上面が、該電流
ブロック層のc面に対して0.03°以上傾斜している
ことを特徴とする請求項9、10、11又は12記載の
窒化物系発光素子。 - 【請求項14】 前記界面における酸素又は炭素の濃度
が1×1016cm-3以上であることを特徴とする請求項
2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12又
は13記載の窒化物系発光素子。 - 【請求項15】 第1の窒化物系半導体層を成長により
形成した後、成長工程を中断し、その後前記第2の窒化
物系半導体層を再成長により形成する窒化物系半導体層
の形成方法において、前記第1の窒化物系半導体層と前
記第2の窒化物系半導体層との界面となる部分に、酸素
又は炭素を含有する領域を形成する工程を有することを
特徴とする窒化物系半導体層の形成方法。
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JP21996699A JP3505442B2 (ja) | 1999-08-03 | 1999-08-03 | 窒化物系発光素子 |
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-
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- 1999-08-03 JP JP21996699A patent/JP3505442B2/ja not_active Expired - Fee Related
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