JP2001156401A - 窒素化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒素化合物半導体発光素子Info
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Abstract
の基板として用いた場合、従来通りの技術を用いて電極
を形成しても閾値電圧がおよそ10Vと大きくなるこ
と、また、電極が剥がれやすいことが問題となってい
た。 【解決手段】 本発明の窒素化合物半導体発光素子は、
窒素化合物半導体基板上に複数の窒素化合物半導体膜よ
り構成される発光素子であって、n型電極101と窒素
化合物半導体基板103との間にAlを含有する層10
2を有する。
Description
板上に作製する窒素化合物半導体発光素子に関する。
て、発光素子やハイパワーデバイスとして利用または研
究されている。例えば、発光素子を作製する場合、その
構成する組成を調整することにより、理論的には紫色か
ら橙色までの幅の広い発光素子として利用することがで
きる。近年、サファイア基板上に窒素化合物半導体であ
るGaN等の厚膜を作製し、その厚膜を基板として使用
することが試みられている。例えば、ハイドライド気相
成長(H−VPE)法や、合成法、昇華法等といった手
法が用いられる。その中でも、有機金属気相成長(MO
CVD)法等により成長させたGaN層上にSiO2の
マスクを設け、その上にハイドライド気相成長法(H−
VPE)を用いてGaN厚膜を形成することにより、該
厚膜が含有する転位等の格子欠陥の低減化を図る試みが
盛んに行なわれている。
厚膜を窒素化合物半導体レーザ作製用の基板として用い
た場合、従来通りの技術を用いて電極を形成しても閾値
電圧がおよそ10Vと大きくなることが問題となってい
た。
体発光素子は、窒素化合物半導体厚膜基板と、窒素化合
物半導体厚膜基板上に形成された複数の窒素化合物半導
体膜層と、n型電極、p型電極より構成される窒素化合
物半導体発光素子であって、窒素化合物半導体厚膜基板
は、Alを含有する窒素化合物層と窒素化合物半導体厚
膜を有し、Alを含有する窒素化合物層はn型電極と接
する側に形成されていることを特徴とする。
lを含有する窒素化合物層のAlの濃度が、5×1017
cm-3以上、1×1021cm-3以下であることを特徴と
する。
lを含有する窒素化合物層の厚さdが0<d≦1μmで
あることを特徴とする。
lを含有する窒素化合物層がn型電極側から順に第一領
域、第二領域を有し、第一領域は第二領域よりもAl濃
度が高いことを特徴とする。
型電極がAlを含有することを特徴とする。
型電極が、Ti/Al、Hf/Alであることを特徴と
する。
載の窒素化合物半導体発光素子をもちいることを特徴と
する光ピックアップ装置。
厚膜基板とは、Alを含有する窒素化合物層と窒素化合
物半導体厚膜より成るものとする。また、本発明で記載
の厚膜とは、特に断りがない限り20μm以上の厚膜を
指すものとする。
示す。図1は、下方からAl/Ti電極(101)、A
lドープGaN層(102;102aを第一領域とす
る)、GaN厚膜(103)、n型GaN層(10
4)、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層(105)、n
型GaN光伝搬層(106)、多重量子井戸(10
7)、p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層(10
8)、p型光伝搬層(109)、p型Al0.1Ga0.9N
クラッド層(110)、p型GaNコンタクト層(11
1)、および、Au/Pd電極(112)から成る。
層(102)+GaN厚膜(103))の製造方法につ
いて説明する。(0001)面を有するサファイア基板
を洗浄した後、有機金属気相成長(MOCVD)装置内
に導入し、水素(H2)雰囲気の中で、約1100℃の
高温でクリーニングを行う。その後、降温して、キャリ
アガスとしてH2を10l/min流しながら、600℃
でアンモニア(NH3)とトリメチルガリウム(TM
G)をそれぞれ5l/min、20mol/min導入
して、約20nmの厚みのGaN低温バッファー層を成
長する。低温バッファー層としては、GaNに限らず、
トリメチルアルミニウム(TMA)、TMG、NH3を
使用して、AlN膜やGaAlN膜、および、AlN膜
を成長した後GaAlNを成長した膜を用いてもなんら
影響はない。
約1050℃まで昇温して、TMGを約100mol/
min導入すると同時に、TMAを500nmol/m
in供給して0.5μm厚みのAlドープGaN層(1
02)(Al濃度が約8.0×1018cm-3)を10分
間成長した。その後、TMG及びNH3の供給を停止
し、室温まで降温し、AlドープGaN層(102)を
成長したサファイア基板を取り出す。
N層(102)上に、厚膜を成長する際にクラックが生
じないように、厚さ0.2μm程度で、幅7μm、間隔
10μmのストライプ状のSiO2からなる成長抑制膜
を形成し、その上にH−VPE法で選択成長を行って平
坦なGaN厚膜を成長する。本実施の形態の成長抑制膜
は、電子ビーム蒸着法(EB法)、または、スパッタリ
ング法により蒸着した。その後、フォトリソグラフィで
ストライプパーターンを形成し、フッ酸で不要なSiO
2パターンをエッチング除去した。
E)法によるGaN厚膜(103)の成長方法を記述す
る。上述した方法で作製したストライプ状の成長抑制膜
を有するAlドープGaN層(102)を成長したサフ
ァイア基板を、H−VPE装置内に導入する。窒素(N
2)キャリアガスとNH3をそれぞれ5l/min流しな
がら基板の温度を約1050℃まで昇温する。その後、
基板上にGaClを100cc/min導入してGaN
の厚膜(103)の成長を開始する。GaClは約85
0℃に保持されたGa金属に塩酸(HCl)ガスを流す
ことにより生成される。
純物ドーピングラインを用いて不純物ガスを流すことに
より、任意に成長中に不純物のドーピングを行うことが
できる。本実施例ではSiをドーピングする目的で、成
長を開始すると同時に、モノシラン(SiH4)を20
0nmol/min供給してSiをドープしたGaN厚
膜(103、Si不純物濃度約3.8×1018cm-3)
を成長した。尚、Siのドーピングに関しては、SiH
4に限らず、モノクロロシラン(SiH3Cl)、ジクロ
ロシラン(SiH2Cl2)、トリクロロシラン(SiH
Cl3)等、他の原料を使用してもよい。上記方法で、
3時間の成長を行い、膜厚が約350μmのGaN厚膜
(103)を成長した。
基板とGaN低温バッファ層を除去し、GaN厚膜基板
を得た。以上の様にして得られたGaN厚膜基板上に、
MOCVD法により発光素子構造を成長する。
造を成長した例について記述する。
に導入し、N2とNH3をそれぞれ5l/min流しなが
ら約1050℃まで昇温する。温度が上がれば、キャリ
アガスをN2からH2に代えて、TMGを100μmol
/min、SiH4を10nmol/min導入して、
n型GaN層(104)を約4μm成長する。その後、
TMGの流量を50μmol/minに調整し、TMA
を40μmol/min導入して、n型Al0.1Ga0.9
Nクラッド層(105)を0.5μmの厚さになるよう
に成長する。n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層の成長が
終了すると、TMAの供給を停止し、TMGを100μ
mol/minに調整して、n型のGaN光伝搬層(1
06)を0.1μmの厚さになるように成長する。その
後、TMGの供給を停止して、キャリアガスをH2から
N2に再び代えて、700℃まで降温し、インジウム原
料であるトリメチルインジウム(TMI)を10μmo
l/min、TMGを15μmol/min導入し、I
n0.05Ga0.95Nよりなる4nm厚の障壁層を成長す
る。その後、TMIの供給を50μmol/minに増
加し、In0.2Ga0.8Nよりなる2nm厚の井戸層を成
長する。井戸層は合計3層、同様の手法で成長を行い、
井戸層と井戸層との間及び両側には合計4層の障壁層が
存在するような多重量子井戸(MQW)(107)を成
長する。MQWの成長が終了すると、TMI及びTMG
の供給を停止して、再び1050℃まで昇温し、キャリ
アガスを再びN2からH2に代えて、TMGを50μmo
l/min、TMAを30μmol/min、p型ドー
ピング原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム(Cp2Mg)を10nmol/min流し、20n
m厚のp型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層(10
8)を成長する。キャリアブロック層の成長が終了する
と、TMAの供給を停止し、TMGの供給量を100μ
mol/minに調整して、0.1μmの厚さのp型光
伝搬層(109)を成長する。その後、TMGの供給を
50μm/minに調整し、TMAを40μmol/m
in導入し、0.4μm厚のp型Al0.1Ga0.9Nクラ
ッド層(110)を成長し、最後に、TMGの供給を1
00μmol/minに調整して、TMAの供給を停止
し、0.1μm厚のp型GaNコンタクト層(111)
の成長を行い発光素子構造の成長を終了する。成長が終
了すると、TMG及びCp2Mgの供給を停止して降温
し、室温でMOCVD装置より取り出す。
端面)の表面粗さの平均値(Ra)は約8nmであり、
大変良好な平坦性を示した。
p型GaNコンタクト層を5μm幅のストライプ状に残
して、p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層までエッチング
を行い、光導波路を形成した後、p型GaNコンタクト
層(111)部分にAu/Pd電極(112)を、ま
た、GaN厚膜基板の裏面(AlドープGaN層(10
2)の裏面)に、Ti/Al電極(101)をそれぞれ
形成し、最後に劈開あるいはドライエッチング法を用い
て共振器長が約1mmとなるようにして、ミラーとなる
端面を形成した。
を用いた青紫色の発光波長を有するレーザが作製でき
る。本実施形態で作製したレーザは、発振の閾値電圧が
約5V、閾値電流密度が1kA/cm2であり、出力電
力30mWの条件で、約1000時間の寿命試験を実施
したが、特性の変化は見られなかった。
i/Alを用いたが、他に次のような電極を形成して、
特性を評価した。n型電極として、AlまたはAuの少
なくともいずれか一つと、Sc、Y、La、Ti、Z
r、Hf、V、Nb、Ta、W、Mo、Cr、Mn、T
cおよびReのうち少なくともいずれか一つとを組合わ
せて形成した。具体的には、Ti/Al、Hf/Al、
Hf/Au等である。その結果、全ての組み合わせにお
いて閾値電圧は9V以下になり、従来例に比べて閾値電
圧が低下した。また、特に本発明の効果が顕著であった
n型電極は、Ti/AlとHf/Al等のAlを含むも
のであり、それらの閾値電圧はおよそ5Vと大きく低下
した。。
電圧が低下した要因は、基板と電極の両方にAlを含有
しているため合金化が起こりやすく基板と電極との間に
中間生成物が形成され、キャリアの流れを阻害する障壁
が抑えられることによりオーム性接触が得られやすいこ
と、また、基板と電極とが剥がれにくくなることが考え
られる。したがって、n型電極および基板にAlを含有
していることが良好なn型電極形成に効果的であった。
N層および厚膜のGaNを成長後、該サファイア基板を
剥離してから前記厚膜GaN基板上に窒素化合物半導体
発光層を積層したが、前記工程でサファイア基板を剥離
せずにGaN厚膜の付いたサファイア基板を用いて窒素
化合物半導体発光素子構造を積層しても、あるいは、窒
素化合物半導体発光素子構造を積層した後に、該サファ
イア基板を剥離しても本発明と同様の効果が得られた。
サファイアを剥離せずに用いる場合は、レーザー構造の
エピタキシャル成長を行なう面にn電極とp電極の両方
を設ける。これは、サファイアが電気的絶縁性を持つた
めである。
基板には、サファイアを用いたが、他にスピネル(Mg
Al2O4)や窒化物半導体であるBwAlxGayInzN
(0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、
w+x+y+z=1)基板等を用いることもできる。
は欠陥が多く、エピタキシャル成長には不向きであるた
め、この面に電極の形成を行ない、発光素子構造のエピ
タキシャル成長にはGaN厚膜基板の成長を終了させた
面を用いた。
の窒素化合物半導体構成元素のうち、窒素元素の一部
(10%程度以下)を、P、As、Sbで置換した材料
を用いても同様の効果が得られた。
としたが、1.0μm以下であることが好ましい。これ
は、AlドープGaN層厚が1.0μm以上になると結
晶性が悪化し始め、表面の凹凸が大きくなったり、クラ
ックが発生しやすくなり、素子の発光強度の低下に影響
を及ぼすためである。
法、分子線エピタキシー法(MBE)、H−VPE法で
行うのが通例である。複数の原子層厚から成る窒素化合
物半導体層を含む半導体レーザ構造などの成長方法とし
ては、より品質の高いヘテロ接合の作製が可能なMOC
VD法を使用するのが最も一般的な方法である。また、
基板として用いる窒素化合物半導体の厚膜を成長する方
法として、H−VPE、高圧合成法、昇華法が考えられ
ているが、大面積を分布なく成長する方法としては、H
−VPE法が最も良好である。
す。 (実施例1)本実施例では、図1に示す実施の形態のレ
ーザ構造において、GaN厚膜基板の一部であるAlド
ープGaN層(102)のAlドーピング量を変化させ
た場合のレーザ特性について記述する。実施形態で示す
方法において、MOCVD法で作製するAlドープGa
N層成長時のAlドーピングプロファイルのみを変化さ
せ、他の条件は実施形態と同様の条件でレーザーを作製
し、その特性比較を行った。
基板を洗浄し、MOCVD法を用いて、実施形態で示す
方法において約20nmの厚みのGaN低温バッファー
層をサファイア基板上に成長した後、一旦TMGの供給
を停止し、再び約1050℃まで昇温して、TMGを約
100mol/min導入し、TMAを供給して0.5
μm厚のAlドープGaN層(102)を10分間成長
する。この時、Alの濃度が、それぞれ5×1017cm
-3、1×1018cm-3、3×1018cm-3、5×1018
cm-3、8×1018cm-3、1.2×1019cm-31.
6×1019cm -3、1×1020cm-3、1×1021cm
-3及び1×1022cm-3になるようにTMAの供給量を
調整して、AlドープGaN層(102)のAl濃度が
異なる10種類の素子を得た。
それぞれの素子のAlドープGaN層(102)上にS
iO2のストライプ状マスクを設け、その上にH−VP
EでGaN厚膜(103)を成長した後、MOCVDで
レーザ構造を成長し、プロセス工程を経てレーザを作製
した。
圧の値を示す。図2の縦軸は閾値電圧を示し、横軸は各
素子のAlドープGaN層(102)のAl濃度を示し
ている。
cm-3まではAlドープGaN層のAlの濃度が増加す
るにしたがって閾値電圧の低下が観測される。これは、
n型電極とAlドープGaN層との接合部分で生じるシ
ョットキー障壁が低減していることにより、その影響で
閾値電圧が低くなってきていることが我々の電子線励起
電流(EBIC)法による観測から明らかになってい
る。
値電圧の増加が観測される。この原因として、Alを高
濃度にドーピングした層の上にエピタキシャル成長を行
うと結晶欠陥が増加するためであると考えられる。これ
らの欠陥は、キャリアをトラップして製造した膜の電気
的特性を損ねることが知られている他、大電流を流すよ
うなレーザーに対しては、寿命特性の劣化を招くことが
知られている。
を変化させて作製したレーザにおいて、閾値電圧9V以
下で、電極形成後に熱処理の工程は行なわなくても発振
するのは、Al濃度は4×1018cm-3以上1×1021
cm-3以下の範囲であった。
電極を形成した後、熱処理工程を行なった場合の閾値電
圧の値を示す。図3より、電極部の熱処理により閾値電
圧がさらに低減してしており、Alのドーピング濃度が
低い素子ほどその効果が顕著であることが分かった。熱
処理を行った場合、閾値電圧9V以下で発振するのは、
AlドープGaN層(102)のAl濃度が5.0×1
017cm-3以上 1.0×1021cm-3以下の範囲であ
った。 (実施例2)本実施例では、図1に示す実施の形態のレ
ーザ構造において、GaN厚膜基板の一部であるAlド
ープGaN層(102)の層厚を変化させた場合のレー
ザ特性について記述する。実施形態で示す方法におい
て、MOCVD法で作製するAlドープGaN層の厚さ
のみを変化させ、他の条件は実施形態と同様の条件で数
種のレーザーを作製し、その特性比較を行った。
基板を洗浄し、実施形態で示す方法において約20nm
の厚みのGaN低温バッファー層をサファイア基板上に
成長した後、一旦TMGの供給を停止し、再び約105
0℃まで昇温して、TMGを約100mol/min導
入し、TMAを500nmol/min供給してAlド
ープGaN層(102)(Al濃度が約8.0×1018
cm-3)を成長した。この時、AlドープGaN層(1
02)の成長時間を2分、4分、6分、8分、10分、
600分、750分、1000分と変化させて、層厚が
それぞれ0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4
μm、0.5μm、1.0μm、120μm、150μ
m、200μmと厚さの異なるAlドープGaN層(1
02)を有する9種類の素子を得た。
それぞれのAlドープGaN層(102)上にSiO2
のストライプ状マスクを設け、その上にH−VPEでG
aN厚膜(103)を成長した後、MOCVDでレーザ
構造を成長し、プロセス工程を経てレーザを作製した。
圧の値を示す。図4の縦軸は閾値電圧を示し、横軸は各
素子のAlドープGaN層(102)の層厚を示してい
る。
(102)の層厚が1.0μm以下のとき、閾値電圧が
8V以下となり、良好なオーミック特性を有する電極を
得ることができていることがわかった。これは、n型電
極とAlドープGaN層との接合部分で生じるショット
キー障壁が低減していることにより、その影響で閾値電
圧が低くなってきていることが我々のEBIC法による
観測から明らかになっている。さらに熱処理を行なうこ
とにより、閾値電圧は約1V低下した。
厚が1.0μm以上になると閾値電圧が9V程度に増加
するが、層厚を200μm程度まで厚くしても10V程
度に落着く。この原因として、Alを含む層の厚さが
1.0μmを境に結晶欠陥が緩やかに増加するためであ
ると考えられる。上記理由より、AlドープGaN層の
層厚dは、好ましくは0<d≦1.0μmがよい。
に薄く、0.5μm以下になると閾値電圧は5V以下と
なるため、さらに好ましい。 (実施例3)本願の他の実施例について述べる。本願で
効果が確認されたAlドープGaN層(102)の厚さ
方向のAlドープ濃度プロファイルを図5と図6に示
す。
おいて、Al濃度が異なる領域が2つ存在する。Alを
含む領域(102a:第一領域、Al濃度が約8.0×
10 18cm-3)とAlの濃度が第一領域のそれより低い
領域(102b、Al濃度が約4.0×1018cm-3)
から成り、エピタキシャル成長を行う面に向かってAl
濃度が小さくなっている場合である。本実施例における
図5では、Alの濃度が低い領域である第二領域のAl
の濃度は第一領域のそれよりも小さければ良い。Alド
ープGaN層(102)とGaN厚膜(103)との間
の格子不整合はAlの含有量が多いと大きくなることか
ら、GaN厚膜(103)と接する側にAlの濃度が低
い領域である第二領域を設けることで、格子不整合によ
る歪応力が徐々に緩和されて表面モホロジーが向上し、
閾値電流密度は0.8kA/cm 2であった。
(102a)のAl濃度とその厚みdの範囲は、実施
例1および実施例2と同様で、それぞれ5.0×1017
cm -3以上、1.0×1021cm-3以下、特に好ましく
は4.0×1018cm-3以上、1.0×1021cm-3以
下、0<d≦1.0μm以下で効果的であり実施形態で
示した方法で製造したレーザと同等の閾値電圧、及び閾
値電流密度を有する良好な寿命特性のレーザが得られ
た。
が、4つの異なるAl濃度領域から構成されていて、エ
ピタキシャル成長を行う面から順に、第1領域(102
c:Al濃度が約8.0×1018cm-3)、第2領域
(102d、Al濃度が約6.0×1018cm-3)、第
3領域(102e、Al濃度が約4.0×1018c
m-3)、第4領域(102f、Al濃度が約2.0×1
018cm-3)とし、第1領域が最もAl濃度が高い場合
である。図5のAlドーピングプロファイルと同様に、
エピタキシャル成長を行う面に向かってAl濃度が小さ
くなっている。特に、第1領域(102c)にn型電極
を形成すると、熱処理を行わなくとも最もオーミック接
合が得られやすく、表面モホロジーも良好であり、実施
の形態の効果と同様の結果が得られた。表面モホロジー
が良好なのは、Alの濃度がエピタキシャル成長を行う
面に向かって徐々に小さくなることにより、格子不整合
による歪応力が徐々に緩和されているためであると考え
られる。電極が形成されるAlドープ領域(102c)
のAl濃度とその厚みdの範囲は、実施例1および実施
例2の第一領域と同様で、それぞれ5.0×1017cm
-3以上1.0×1021cm-3以下、好ましくは4.0×
1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下、0<d≦
1.0μm以下で効果的であり、電極形成後の熱処理を
行わなくとも実施形態で示した方法で製造したレーザと
同等の閾値電圧及び閾値電流密度を有する良好な寿命特
性のレーザが得られた。
以外にも、AlドープGaN層102を構成している複
数の異なるAl濃度領域が、エピタキシャル成長を行う
面から順に、第1領域、第2領域、・・、第n領域(n
は2以上の整数)とするとき、第n−1領域のAl濃度
が第n領域よりも高いとき、実施例1および実施例2の
第一領域と同様の結果が得られ、電極形成後の熱処理も
行う必要はなかった。また、本実施例においては、ステ
ップ状にAlをドーピングしたが、連続的なドーピング
プロファイルでも良い。 (実施例4)本実施例では、GaN厚膜基板上のレーザ
構造のエピタキシャル成長を行う面側にn型電極とp型
電極の両方を設けて製造したレーザの例について記述す
る。図7に本実施例で製造したレーザの構造を示す。
N厚膜(103)、AlドープGaN層(102a)、
n型GaN層(104)、n型Al0.1Ga0.9Nクラッ
ド層(105)、n型GaN光伝搬層(106)、多重
量子井戸(107)、p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブ
ロック層(108)、p型光伝搬層(109)、p型A
l0.1Ga0.9Nクラッド層(110)、p型GaNコン
タクト層(111)、および、Au/Pd電極(11
2)から成る。なお、AlドープGaN層(102a)
は、実施の形態における図1のAlドープGaN層(1
02)と成長方法が同様である。
基板を洗浄し、MOCVD法を用いて、GaN層実施形
態で示す方法と同様に約20nmの厚みのGaN低温バ
ッファー層をサファイア基板上に成長した後、一旦TM
Gの供給を停止し、再び約1050℃まで昇温して、T
MGを約100mol/min導入し、1時間で約3μ
mの厚さのアンドープGaN層を成長する。次に、H−
VPE法により350μmのGaN厚膜(103)を成
長する。その後、MOCVD法においてレーザ構造を成
長する前に、成長温度が約1050℃においてTMGを
約100mol/min、TMAを200nmol/m
in供給してAlドープGaN層(102a:第一領
域、Al濃度が約8.0×1018cm-3)を10分間成
長し、0.5μm厚のAlドープGaN層(102)を
形成する。その後、実施形態と同様の方法を用いてMO
CVDでレーザ構造を成長し、プロセス工程を経てレー
ザを作製した。
をエピタキシャル成長した後、反応性イオンエッチング
等の方法により、GaN厚膜(103)の直上に位置す
るAlドープGaN層(102a:第一領域)が露出す
るまでエッチングを行ってn型のTi/Al電極(10
1)を形成した。
02a)のAl濃度とその厚みの範囲dは、実施例1お
よび実施例2の第一領域と同様で、それぞれ5.0×1
017cm-3以上1.0×1021cm-3以下、特に好まし
くは4.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以
下、0<d≦1.0μm以下で効果的であり、実施形態
で示した方法で製造したレーザと同等の閾値電圧、及び
閾値電流密度を有する良好な寿命特性のレーザが得られ
た。 (実施例5)本実施例では、図1の実施の形態と同様の
構造で、AlドープGaN層(102)をH−VPE法
で製造したレーザについて記述する。GaN層まず、
(0001)面を有するサファイア基板を洗浄し、MO
CVD法を用いて、実施形態で示す方法と同様に約20
nmの厚みのGaN低温バッファー層をサファイア基板
上に成長した後、一旦TMGの供給を停止し、再び約1
050℃まで昇温して、TMGを約100mol/mi
n導入し、1時間で約3μmの厚さのアンドープGaN
層を成長する。その後、アンドープGaN層上に厚膜を
成長する際にクラックが生じないように厚さ0.2μm
程度で、幅7μm、間隔10μmのストライプ状にSi
O2からなる成長制御膜を形成する。上述した方法で作
製したストライプ状の成長抑制膜を有し、アンドープG
aN層を成長したサファイア基板を、H−VPE装置内
に導入する。次に、H−VPE法により350μmのG
aN厚膜基板を成長する。以下、H−VPE法によるA
lドープGaN層(102)、GaN厚膜(103)の
成長方法を記述する。
5l/min流しながら基板の温度を約1050℃まで
昇温する。その後、基板上にGaClを100cc/m
in導入して、成長開始から1分間TMAを供給し、厚
さが約1μmのAlドープGaN(102:Al濃度約
8.0×1018cm-3)を成長する。
のものを使用するが、Alの塩化物は石英と激しく反応
するのでAlを含んだ層の成長には向かない。そこで、
本実施例では、反応管にグラファイト材を用い、配管は
グラファイトをSiCでコートしたものを用いた。尚、
反応管の材料は、Alの塩化物を反応しないものであれ
ば他の材料を使用しても良い。
アガスとNH3をそれぞれ5l/min、GaClを10
0cc/min導入してGaN厚膜(103)の成長を
開始する。合計3時間の成長を行い、膜厚の合計が約3
50μmのAlドープGaN層(102)とGaN厚膜
(103)のを成長した。成長後、研磨によりサファイ
ア基板、GaN低温バッファ層、アンドープGaN層を
除去し、GaN厚膜基板を得た。その後、実施形態と同
様の方法を用いて、MOCVDでレーザ構造を成長し、
プロセス工程を経てレーザを作製した。
たレーザと同等の閾値電圧、及び閾値電流密度を有する
良好な寿命特性のレーザが得られた。
(102)のAl濃度の範囲は、実施例1および実施例
2の第一領域と同様で、5.0×1017cm-3以上1.
0×1021cm-3以下、好ましくは4.0×1018cm
-3以上1.0×1021cm-3以下で効果的であった。ま
た、AlドープGaN層(102)の厚さは、約0.5
μmのものを使用したが、実施例2の第一領域と同様で
適切なAlドープ領域の厚さは、好ましくは0<d≦1
μmが望ましい。
ドープGaN膜(102)の成長においてもMOCVD
法と同様に、実施例3で示したようにエピタキシャル成
長を行う面に向かってAl濃度を小さくしていくと、A
lドープ領域にn型電極を形成した場合、オーミック接
合が得られやすく、表面モホロジーも良好であった。 (実施例6)本実施例では、実施の形態および実施例1
から実施例5の発明を用いて作製した窒化物半導体レー
ザの半導体発光装置(光ピックアップ装置)について説
明する。例えば、本発明による青紫色(400〜410
nmの発振波長)窒素化合物半導体レーザは、従来の窒
素化合物半導体レーザに比べてレーザ発振閾値電圧が低
く、また、高出力(50mW)、高温雰囲気中でも安定
して動作するため、高密度記録再生用光ディスクに適し
ている。通常、記録時は50mWで、再生時は5mW程
度である。また、上記光ディスクの他に、レーザプリン
ター、本発明の発光層を用いた光の三原色(青色、緑
色、赤色)レーザダイオードによるプロジェクター等に
も有効である。
ては、結晶成長は、H−VPE法及びMOCVD法につ
いて記述したが、他の厚膜成長方法、及び、MBE法等
のレーザ構造のエピタキシャル成長方法を用いても何ら
支障は生じない。
TMA、TMI、NH3、Cp2Mg以外に、必要な化合
物を成長できる原料であれば支障はない。使用する不純
物に関しても、n型のドーパントとしてSiについて記
したが、他のn型伝導を示す不純物に於いても、例え
ば、酸素(O)やゲルマニウム(Ge)等を用いても、
Siと同様の傾向を示すことが分かっている。
子の例としてレーザを作製した例について記述したが、
発光ダイオード(LED)を作製する場合に於いても、
駆動時の電圧の低減と、表面の平坦性の向上を図るため
ことができる。
閾値電流密度の低い良好な特性の窒素化合物半導体発光
素子が供給できる。
ーザの一例である。
を使用して製造したレーザの閾値電圧の関係を表わすグ
ラフである。
プGaN層のAl濃度と、該GaN層を使用して製造し
たレーザの閾値電圧の関係を表わすグラフである。
用して製造したレーザの閾値電圧の関係を表わすグラフ
である。
る成長方向のAl濃度プロファイルを示す一例である。
る成長方向のAl濃度プロファイルを示す一例である。
ザの一例である。
(第一領域) 102b…AlドープGaN層のAl濃度が第一領域よ
りも低い領域(第二領域) 102c…Al濃度が異なる複数の領域から成るAlド
ープGaN層において、Al濃度が最も低い領域(第一
領域) 102d…Al濃度が異なる複数の領域から成るAlド
ープGaN層において、Al濃度が第一領域よりも低い
領域(第二領域) 102e…Al濃度が異なる複数の領域から成るAlド
ープGaN層において、Al濃度が第二領域よりも低い
領域(第三領域) 102f…Al濃度が異なる複数の領域から成るAlド
ープGaN層において、Al濃度が第三領域よりも低い
領域(第四領域) 103…GaN厚膜 104…n型GaN層 105…n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層 106…n型GaN光伝搬層 107…多重量子井戸 108…p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層 109…p型光伝搬層 110…p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層 111…p型GaNコンタクト層 112…Au/Pd電極
Claims (7)
- 【請求項1】 窒素化合物半導体厚膜基板と、窒素化合
物半導体厚膜基板上に形成された複数の窒素化合物半導
体膜層と、n型電極、p型電極より構成される窒素化合
物半導体発光素子であって、 窒素化合物半導体厚膜基板は、Alを含有する窒素化合
物層と窒素化合物半導体厚膜を有し、Alを含有する窒
素化合物層はn型電極と接する側に形成されていること
を特徴とする窒素化合物半導体発光素子。 - 【請求項2】 Alを含有する窒素化合物層は、Alの
濃度が、5×1017cm-3以上、1×1021cm-3以下
であることを特徴とする請求項1に記載の窒素化合物半
導体発光素子。 - 【請求項3】 Alを含有する窒素化合物層は、厚さd
が0<d≦1μmであることを特徴とする請求項1に記
載の窒素化合物半導体発光素子。 - 【請求項4】 Alを含有する窒素化合物層は、n型電
極側から順に第一領域、第二領域を有し、第一領域は第
二領域よりもAl濃度が高いことを特徴とする請求項1
に記載の窒素化合物半導体発光素子。 - 【請求項5】 n型電極は、Alを含有することを特徴
とする請求項1に記載の窒素化合物半導体発光素子。 - 【請求項6】 n型電極は、Ti/Al、Hf/Alで
あることを特徴とする請求項1に記載の窒素化合物半導
体発光素子。 - 【請求項7】 請求項1から6のいずれかに記載の窒素
化合物半導体発光素子をもちいることを特徴とする光ピ
ックアップ装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000272529A JP2001156401A (ja) | 1999-09-10 | 2000-09-08 | 窒素化合物半導体発光素子 |
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JP25648899 | 1999-09-10 | ||
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000272529A Pending JP2001156401A (ja) | 1999-09-10 | 2000-09-08 | 窒素化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001156401A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005051235A (ja) * | 2003-07-16 | 2005-02-24 | Showa Denko Kk | n形III族窒化物半導体のためのn形オーミック電極、それを備えた半導体発光素子、及びn形オーミック電極の形成方法 |
JP2005252086A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Sony Corp | 半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子、集積型半導体発光装置の製造方法、集積型半導体発光装置、画像表示装置の製造方法、画像表示装置、照明装置の製造方法および照明装置 |
US7170101B2 (en) | 2001-05-15 | 2007-01-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride-based semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof |
JP2007042843A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Furukawa Co Ltd | Al含有窒化物のハイドライド気相成長装置およびAl含有窒化物半導体基板の製造方法ならびにAl含有窒化物半導体基板 |
-
2000
- 2000-09-08 JP JP2000272529A patent/JP2001156401A/ja active Pending
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