JP2001284736A - 窒化物系半導体発光素子及び窒化物系半導体基板 - Google Patents
窒化物系半導体発光素子及び窒化物系半導体基板Info
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- JP2001284736A JP2001284736A JP2000096126A JP2000096126A JP2001284736A JP 2001284736 A JP2001284736 A JP 2001284736A JP 2000096126 A JP2000096126 A JP 2000096126A JP 2000096126 A JP2000096126 A JP 2000096126A JP 2001284736 A JP2001284736 A JP 2001284736A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速動作可能な窒化物系半導体発光素子を提
供する。 【解決手段】 ＧａＮ基板１上に、窒化物半導体層が形
成されてなる窒化物系半導体発光素子において、前記窒
化物系半導体基板に含まれるＣｌの濃度が３×１０15ｃ
ｍ-3以下であることを特徴とする。
供する。 【解決手段】 ＧａＮ基板１上に、窒化物半導体層が形
成されてなる窒化物系半導体発光素子において、前記窒
化物系半導体基板に含まれるＣｌの濃度が３×１０15ｃ
ｍ-3以下であることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物系の半導体層
を有する半導体レーザ、発光ダイオード等の窒化物系半
導体素子、及び窒化物系半導体素子に用いられる窒化物
系半導体基板に関する。
を有する半導体レーザ、発光ダイオード等の窒化物系半
導体素子、及び窒化物系半導体素子に用いられる窒化物
系半導体基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクシステムの高容量化が
伸展しつつある。これに対応するために、光源の短波長
化、すなわち青色又は紫色の光を発する窒化物系半導体
レーザの研究開発が活発化している。
伸展しつつある。これに対応するために、光源の短波長
化、すなわち青色又は紫色の光を発する窒化物系半導体
レーザの研究開発が活発化している。
【０００３】従来、この種の窒化物系半導体レーザは、
サファイア基板上に作成されている。しかし、サファイ
ア基板とその上に形成される窒化物系半導体層とは結晶
学的方位が異なるため、へき開面が一致せず、良好な共
振器面を形成することが困難であるという問題がる。
サファイア基板上に作成されている。しかし、サファイ
ア基板とその上に形成される窒化物系半導体層とは結晶
学的方位が異なるため、へき開面が一致せず、良好な共
振器面を形成することが困難であるという問題がる。
【０００４】この問題を解決するものとして、ＧａＮ基
板上に窒化物系半導体層を形成した窒化物系半導体レー
ザが研究開発されている。
板上に窒化物系半導体層を形成した窒化物系半導体レー
ザが研究開発されている。
【０００５】しかしながら、このＧａＮ基板上を用いた
窒化物系半導体レーザにおいては、超高速パルス駆動時
における光出力の立上り、立下りに時間を要し、立上
り、立下り特性が悪いという問題がある。
窒化物系半導体レーザにおいては、超高速パルス駆動時
における光出力の立上り、立下りに時間を要し、立上
り、立下り特性が悪いという問題がある。
【０００６】
【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、高速動作が可能な窒化
物系半導体発光素子を提供することを目的とするもので
ある。
欠点に鑑み為されたものであり、高速動作が可能な窒化
物系半導体発光素子を提供することを目的とするもので
ある。
【０００７】また、本発明は、高速動作が可能な窒化物
系半導体発光素子を形成するのに適した窒化物系半導体
基板を提供することを目的とするものである。
系半導体発光素子を形成するのに適した窒化物系半導体
基板を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくともＧ
ａとＮを含有する窒化物系半導体基板上に、窒化物半導
体層が形成されてなる窒化物系半導体発光素子おいて、
前記窒化物系半導体基板に含まれるＣｌの濃度がパルス
駆動時における光出力の立上り、立下り時間に影響を及
ぼすことを見出すことにより為し得たものである。
ａとＮを含有する窒化物系半導体基板上に、窒化物半導
体層が形成されてなる窒化物系半導体発光素子おいて、
前記窒化物系半導体基板に含まれるＣｌの濃度がパルス
駆動時における光出力の立上り、立下り時間に影響を及
ぼすことを見出すことにより為し得たものである。
【０００９】具体的には、本発明の窒化物系半導体発光
素子は、少なくとＧａとＮを含有する窒化物系半導体基
板上に、窒化物半導体層が形成されてなる窒化物系半導
体発光素子において、前記窒化物系半導体基板に含まれ
るＣｌの濃度が３×１０15ｃｍ-3以下であることを特徴
とする。尚、窒化物系半導体層は、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｉ
ｎＮ、ＢＮ若しくはＴｌＮ又はこれらの混晶等のIII−
Ｖ族系半導体からなる化合物半導体層である。
素子は、少なくとＧａとＮを含有する窒化物系半導体基
板上に、窒化物半導体層が形成されてなる窒化物系半導
体発光素子において、前記窒化物系半導体基板に含まれ
るＣｌの濃度が３×１０15ｃｍ-3以下であることを特徴
とする。尚、窒化物系半導体層は、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｉ
ｎＮ、ＢＮ若しくはＴｌＮ又はこれらの混晶等のIII−
Ｖ族系半導体からなる化合物半導体層である。
【００１０】このような構成の窒化物系半導体発光素子
では、パルス駆動時における立上り、立下り時間が大幅
に短くなる。
では、パルス駆動時における立上り、立下り時間が大幅
に短くなる。
【００１１】更に、前記窒化物系半導体基板に含まれる
Ｃｌの濃度が１×１０15ｃｍ-3以下になると、パルス駆
動時における立上り、立下り時間が十分に短くなる。
Ｃｌの濃度が１×１０15ｃｍ-3以下になると、パルス駆
動時における立上り、立下り時間が十分に短くなる。
【００１２】この理由は定かではないが、窒化物系半導
体基板に含まれているＣｌの濃度が低くなることによ
り、窒化物系半導体素子の抵抗成分或いは容量が低下す
るためと推測される。
体基板に含まれているＣｌの濃度が低くなることによ
り、窒化物系半導体素子の抵抗成分或いは容量が低下す
るためと推測される。
【００１３】また、本発明の窒化物系半導体基板は、少
なくともＧａとＮを含有し、Ｃｌの濃度が３×１０15ｃ
ｍ-3以下であることを特徴とする。
なくともＧａとＮを含有し、Ｃｌの濃度が３×１０15ｃ
ｍ-3以下であることを特徴とする。
【００１４】このような構成の窒化物系半導体基板を用
いた窒化物系半導体発光素子では、パルス駆動時におけ
る立上り、立下り時間が大幅に短くなる。
いた窒化物系半導体発光素子では、パルス駆動時におけ
る立上り、立下り時間が大幅に短くなる。
【００１５】更に、前記Ｃｌの濃度が１×１０15ｃｍ-3
以下になると、窒化物系半導体素子のパルス駆動時にお
ける立上り、立下り時間が十分に短くなる。
以下になると、窒化物系半導体素子のパルス駆動時にお
ける立上り、立下り時間が十分に短くなる。
【００１６】
【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。
実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】図１は本発明の実施の形態である一実施例
の半導体レーザの構成を示す断面図である。
の半導体レーザの構成を示す断面図である。
【００１８】本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、後述するｎ型ＧａＮ基
板１の（０００１）面からわずかに傾斜した面上に、Ｏ
ＭＶＰＥ法（有機金属気相エピタキシー法）により、Ｓ
ｉドープのｎ型ＧａＮからなる厚さ３μｍの第１コンタ
クト層２、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる
厚さ０．１μｍのクラック防止層３、Ｓｉドープのｎ型
Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなる厚さ１．５μｍの第１クラ
ッド層４、後述する多重量子井戸構造の発光層５、Ｍｇ
ドープのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなる厚さ１．５μ
ｍの第２クラッド層６、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮからな
る厚さ０．０５μｍの第２コンタクト層７が順に積層さ
れた半導体ウエハにより構成されている。
波型の半導体レーザ装置であり、後述するｎ型ＧａＮ基
板１の（０００１）面からわずかに傾斜した面上に、Ｏ
ＭＶＰＥ法（有機金属気相エピタキシー法）により、Ｓ
ｉドープのｎ型ＧａＮからなる厚さ３μｍの第１コンタ
クト層２、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる
厚さ０．１μｍのクラック防止層３、Ｓｉドープのｎ型
Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなる厚さ１．５μｍの第１クラ
ッド層４、後述する多重量子井戸構造の発光層５、Ｍｇ
ドープのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなる厚さ１．５μ
ｍの第２クラッド層６、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮからな
る厚さ０．０５μｍの第２コンタクト層７が順に積層さ
れた半導体ウエハにより構成されている。
【００１９】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６を所定の厚さ（例えば０．０５μｍ）を残し
て除去されてストライプ状のリッジ部８が形成される。
尚、リッジ部８の幅は１．５〜５．０μｍである。
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６を所定の厚さ（例えば０．０５μｍ）を残し
て除去されてストライプ状のリッジ部８が形成される。
尚、リッジ部８の幅は１．５〜５．０μｍである。
【００２０】また、リッジ部８の両側面から第２クラッ
ド層６の平坦面には厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ0.12Ｇａ
0.88Ｎからなる電流阻止層９が形成されている。
ド層６の平坦面には厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ0.12Ｇａ
0.88Ｎからなる電流阻止層９が形成されている。
【００２１】さらに、第２コンタクト層７の上面から電
流阻止層９の上面にわたって、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮ
からなる厚さ０．５μｍの第３コンタクト層１０が形成
されている。
流阻止層９の上面にわたって、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮ
からなる厚さ０．５μｍの第３コンタクト層１０が形成
されている。
【００２２】また、第３コンタクト層１０上にはｐ型電
極１１が形成され、ＧａＮ基板１の裏面にはｎ型電極１
２が形成されている。
極１１が形成され、ＧａＮ基板１の裏面にはｎ型電極１
２が形成されている。
【００２３】図２は発光層５の構造を示す断面図であ
る。発光層５は第１クラッド層４上に形成されたＳｉド
ープのｎ型ＧａＮからなる厚さ０．１μｍの第１光ガイ
ド層５１と、その上に形成されたＳｉドープのｎ型Ｉｎ
0.02Ｇａ0.98Ｎからなる厚さ６ｎｍのバリア層５２１
と、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる厚さ
３ｎｍの井戸層５２２と、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.02Ｇ
ａ0.98Ｎからなる厚さ６ｎｍのバリア層５２３と、Ｓｉ
ドープのｎ型Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる厚さ３ｎｍの
井戸層５２４と、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ
からなる厚さ６ｎｍのバリア層５２５と、Ｓｉドープの
ｎ型Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる厚さ３ｎｍの井戸層５
２６と、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる
厚さ６ｎｍのバリア層５２７とが順に積層された多重量
子井戸構造の活性層５２と、その上に形成されたＭｇド
ープのｐ型ＧａＮからなる厚さ０．１μmの第２光ガイ
ド層５３とからなる。
る。発光層５は第１クラッド層４上に形成されたＳｉド
ープのｎ型ＧａＮからなる厚さ０．１μｍの第１光ガイ
ド層５１と、その上に形成されたＳｉドープのｎ型Ｉｎ
0.02Ｇａ0.98Ｎからなる厚さ６ｎｍのバリア層５２１
と、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる厚さ
３ｎｍの井戸層５２２と、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.02Ｇ
ａ0.98Ｎからなる厚さ６ｎｍのバリア層５２３と、Ｓｉ
ドープのｎ型Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる厚さ３ｎｍの
井戸層５２４と、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ
からなる厚さ６ｎｍのバリア層５２５と、Ｓｉドープの
ｎ型Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる厚さ３ｎｍの井戸層５
２６と、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる
厚さ６ｎｍのバリア層５２７とが順に積層された多重量
子井戸構造の活性層５２と、その上に形成されたＭｇド
ープのｐ型ＧａＮからなる厚さ０．１μmの第２光ガイ
ド層５３とからなる。
【００２４】上記窒化物化合物半導体各層２〜７、９、
１０は、ＯＭＶＰＥ法により形成される。原料ガスとし
て、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリ
メチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム
（ＴＭＩｎ）、ＮＨ3、ＳｉＨ4、シクロペンタジエニル
マグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いる。
１０は、ＯＭＶＰＥ法により形成される。原料ガスとし
て、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリ
メチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム
（ＴＭＩｎ）、ＮＨ3、ＳｉＨ4、シクロペンタジエニル
マグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いる。
【００２５】次に、本実施例の半導体レーザで用いたＧ
ａＮ基板１の製造方法について、図３を用いて説明す
る。
ａＮ基板１の製造方法について、図３を用いて説明す
る。
【００２６】まず、図３（ａ）に示すように、厚さ４０
０μｍのサファイア基板２１上にアンドープのＡｌ0.5
Ｇａ0.5Ｎからなる低温バッファ層２２を例えば６００
℃で成長させ、その上に例えば１０５０℃でアンドープ
の第１ＧａＮ層２３を成長させ、更にその上にストライ
プ状のＳｉＯ2膜２４を形成する。
０μｍのサファイア基板２１上にアンドープのＡｌ0.5
Ｇａ0.5Ｎからなる低温バッファ層２２を例えば６００
℃で成長させ、その上に例えば１０５０℃でアンドープ
の第１ＧａＮ層２３を成長させ、更にその上にストライ
プ状のＳｉＯ2膜２４を形成する。
【００２７】次に、図３（ｂ）に示すように、ストライ
プ状のＳｉＯ2膜２４間に露出したＧａＮ層２３上にア
ンドープの第２ＧａＮ層２５を選択成長させる。
プ状のＳｉＯ2膜２４間に露出したＧａＮ層２３上にア
ンドープの第２ＧａＮ層２５を選択成長させる。
【００２８】続いて、第２ＧａＮ層２５上にＭｇドープ
のＧａＮ層を成長させることにより、図３（ｃ）に示す
ように、ＳｉＯ2膜２４上およびＳｉＯ2膜２４間の第２
ＧａＮ層２５上に、上面が平坦である第３ＧａＮ層２６
を形成する。
のＧａＮ層を成長させることにより、図３（ｃ）に示す
ように、ＳｉＯ2膜２４上およびＳｉＯ2膜２４間の第２
ＧａＮ層２５上に、上面が平坦である第３ＧａＮ層２６
を形成する。
【００２９】尚、第３ＧａＮ層２６をアンドープのＧａ
Ｎ層により形成することも可能であるが、この場合、上
面を平坦化するためには、Ｍｇドープとする場合より厚
いＧａＮ層を成長させる必要がある。
Ｎ層により形成することも可能であるが、この場合、上
面を平坦化するためには、Ｍｇドープとする場合より厚
いＧａＮ層を成長させる必要がある。
【００３０】また、上記図３（ａ）〜（ｃ）の工程にお
いて、窒化物化合物半導体各層２２、２３、２５、２６
は、ＯＭＶＰＥ法により形成される。この時、原料ガス
として、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、アンモニア（Ｎ
Ｈ3）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍ
ｇ）を用いる。
いて、窒化物化合物半導体各層２２、２３、２５、２６
は、ＯＭＶＰＥ法により形成される。この時、原料ガス
として、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、アンモニア（Ｎ
Ｈ3）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍ
ｇ）を用いる。
【００３１】次に、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）、Ｎ
Ｈ3、ＳｉＨ4を原料とするハイドライドＶＰＥ法によ
り、図３（ｄ）に示すように、Ｓｉドープの第４ＧａＮ
層２７を成長させる。
Ｈ3、ＳｉＨ4を原料とするハイドライドＶＰＥ法によ
り、図３（ｄ）に示すように、Ｓｉドープの第４ＧａＮ
層２７を成長させる。
【００３２】尚、塩化ガリウムは、ハイドライドＶＰＥ
装置の反応管内において、サファイア基板２１上に上述
の各層が形成された図３（ｃ）に示すウエハよりも上流
側に設置されたボート内の金属Ｇａと、その更に上流側
から供給される塩化水素（ＨＣｌ）とが反応することに
よって生成される。
装置の反応管内において、サファイア基板２１上に上述
の各層が形成された図３（ｃ）に示すウエハよりも上流
側に設置されたボート内の金属Ｇａと、その更に上流側
から供給される塩化水素（ＨＣｌ）とが反応することに
よって生成される。
【００３３】また、この図３（ｄ）の工程において第４
ＧａＮ層２７を成長する際のサファイア基板２１の温度
や、ＨＣｌの流量によって、第４ＧａＮ層２７に含まれ
る塩素（Ｃｌ）濃度が変化する。
ＧａＮ層２７を成長する際のサファイア基板２１の温度
や、ＨＣｌの流量によって、第４ＧａＮ層２７に含まれ
る塩素（Ｃｌ）濃度が変化する。
【００３４】次に、サファイア基板２１側から図３
（ｄ）に示す破線ａ−ａ’まで、研磨またはエッチング
を行うことにより、サファイア基板２１、Ａｌ0.5Ｇａ
0.5バッファ層２２、第１ＧａＮ層２３、ＳｉＯ2膜２
４、第２ＧａＮ層２５、第３ＧａＮ層２６の全部、およ
び第４ＧａＮ層２７の一部を除去する。この除去により
残った第４ＧａＮ層がｎ型のＧａＮ基板１となる。
（ｄ）に示す破線ａ−ａ’まで、研磨またはエッチング
を行うことにより、サファイア基板２１、Ａｌ0.5Ｇａ
0.5バッファ層２２、第１ＧａＮ層２３、ＳｉＯ2膜２
４、第２ＧａＮ層２５、第３ＧａＮ層２６の全部、およ
び第４ＧａＮ層２７の一部を除去する。この除去により
残った第４ＧａＮ層がｎ型のＧａＮ基板１となる。
【００３５】ｎ型のＧａＮ基板１は上面が（０００１）
面であり、この（０００１）面から［２−１−１０］方
向に所定角度（本実施例では０．５°）傾斜させて研磨
することにより、微傾斜基板を作製することができる。
面であり、この（０００１）面から［２−１−１０］方
向に所定角度（本実施例では０．５°）傾斜させて研磨
することにより、微傾斜基板を作製することができる。
【００３６】図１に示す本実施例の半導体レーザは、こ
のようにして作製された微傾斜のＧａＮ基板１の表面上
に、上述したようにＯＭＶＰＥ法による結晶成長、エッ
チングによるリッジ形成、さらに埋め込み成長、および
電極の蒸着を行うことにより作製される。
のようにして作製された微傾斜のＧａＮ基板１の表面上
に、上述したようにＯＭＶＰＥ法による結晶成長、エッ
チングによるリッジ形成、さらに埋め込み成長、および
電極の蒸着を行うことにより作製される。
【００３７】次に、この半導体レーザにおいて、ＧａＮ
基板１中に含まれるＣｌ濃度の異なる基板面上に半導体
レーザを作製し、超高速パルス駆動時の半導体レーザの
光出力の立上り、立下り時間に及ぼすＣｌ濃度の影響を
調べた。その結果を図４に示す。
基板１中に含まれるＣｌ濃度の異なる基板面上に半導体
レーザを作製し、超高速パルス駆動時の半導体レーザの
光出力の立上り、立下り時間に及ぼすＣｌ濃度の影響を
調べた。その結果を図４に示す。
【００３８】尚、ＧａＮ基板１中に含まれるＣｌ濃度
は、上述したようにＧａＮ基板１を作製する図３（ｄ）
の工程において、第４ＧａＮ層２７を成長する際のサフ
ァイア基板２１の温度及びＨＣｌの流量を変化させるこ
とによって行った。
は、上述したようにＧａＮ基板１を作製する図３（ｄ）
の工程において、第４ＧａＮ層２７を成長する際のサフ
ァイア基板２１の温度及びＨＣｌの流量を変化させるこ
とによって行った。
【００３９】具体的には、サファイア基板２１の温度を
１０００℃、ＨＣｌ流量を３０μｍｏｌ／ｍｉｎとする
ことにより、ＧａＮ基板１中のＣｌ濃度は、１×１０16
ｃｍ -3となり、サファイア基板２１の温度を１０２０
℃、ＨＣｌ流量を３０μｍｏｌ／ｍｉｎとすることによ
り、ＧａＮ基板１中のＣｌ濃度は、５×１０15ｃｍ-3と
なり、サファイア基板２１の温度を１０４０℃、ＨＣｌ
流量を３０μｍｏｌ／ｍｉｎとすることにより、ＧａＮ
基板１中のＣｌ濃度は、３×１０15ｃｍ-3となり、サフ
ァイア基板２１の温度を１０４０℃、ＨＣｌ流量を２０
μｍｏｌ／ｍｉｎとすることにより、ＧａＮ基板１中の
Ｃｌ濃度は、２×１０15ｃｍ-3となり、サファイア基板
２１の温度を１０６０℃、ＨＣｌ流量を３０μｍｏｌ／
ｍｉｎとすることにより、ＧａＮ基板１中のＣｌ濃度
は、１×１０15ｃｍ-3となり、サファイア基板２１の温
度を１０６０℃、ＨＣｌ流量を１５μｍｏｌ／ｍｉｎと
することにより、ＧａＮ基板１中のＣｌ濃度は、５×１
０14ｃｍ-3となった。
１０００℃、ＨＣｌ流量を３０μｍｏｌ／ｍｉｎとする
ことにより、ＧａＮ基板１中のＣｌ濃度は、１×１０16
ｃｍ -3となり、サファイア基板２１の温度を１０２０
℃、ＨＣｌ流量を３０μｍｏｌ／ｍｉｎとすることによ
り、ＧａＮ基板１中のＣｌ濃度は、５×１０15ｃｍ-3と
なり、サファイア基板２１の温度を１０４０℃、ＨＣｌ
流量を３０μｍｏｌ／ｍｉｎとすることにより、ＧａＮ
基板１中のＣｌ濃度は、３×１０15ｃｍ-3となり、サフ
ァイア基板２１の温度を１０４０℃、ＨＣｌ流量を２０
μｍｏｌ／ｍｉｎとすることにより、ＧａＮ基板１中の
Ｃｌ濃度は、２×１０15ｃｍ-3となり、サファイア基板
２１の温度を１０６０℃、ＨＣｌ流量を３０μｍｏｌ／
ｍｉｎとすることにより、ＧａＮ基板１中のＣｌ濃度
は、１×１０15ｃｍ-3となり、サファイア基板２１の温
度を１０６０℃、ＨＣｌ流量を１５μｍｏｌ／ｍｉｎと
することにより、ＧａＮ基板１中のＣｌ濃度は、５×１
０14ｃｍ-3となった。
【００４０】また、ＧａＮ基板１に含有されるＣｌ濃度
は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定し
た。具体的には、上述の手順で作製されたＧａＮ基板１
の表面側からＣｌ（質量数３５及び３７）の深さプロフ
ァイルを得る。イオン源（一次イオン）には、Ｃｓ+イオ
ンを用い加速電圧１４．４ｋｅＶとする。Ｃｌ濃度の校
正には、別途用意したアンドープＧａＮ単結晶層中に１
×１０13ｃｍ-2のドーズ量でＣｌがイオン注入された試
料を標準試料として、上述と同一条件でＳＩＭＳ分析を
行い比較することにより行った。
は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定し
た。具体的には、上述の手順で作製されたＧａＮ基板１
の表面側からＣｌ（質量数３５及び３７）の深さプロフ
ァイルを得る。イオン源（一次イオン）には、Ｃｓ+イオ
ンを用い加速電圧１４．４ｋｅＶとする。Ｃｌ濃度の校
正には、別途用意したアンドープＧａＮ単結晶層中に１
×１０13ｃｍ-2のドーズ量でＣｌがイオン注入された試
料を標準試料として、上述と同一条件でＳＩＭＳ分析を
行い比較することにより行った。
【００４１】尚、サファイア基板２１の温度を１０６０
℃、ＨＣｌ流量を１５μｍｏｌ／ｍｉｎとした場合（図
４の括弧内のデータ）、ＧａＮ基板１中のＣｌ濃度は、
前述の二次イオン質量分析法では検出限界以下となった
が、ＨＣｌ供給量とＧａＮ基板中のＣｌ濃度がほぼ比例
する関係にあり、サファイア基板２１が１０６０℃、Ｈ
Ｃｌ流量が３０μｍｏｌ／ｍｉｎであるときＧａＮ基板
１中のＣｌ濃度が１×１０15ｃｍ-3であることから、５
×１０14ｃｍ-3程度であると推察した。
℃、ＨＣｌ流量を１５μｍｏｌ／ｍｉｎとした場合（図
４の括弧内のデータ）、ＧａＮ基板１中のＣｌ濃度は、
前述の二次イオン質量分析法では検出限界以下となった
が、ＨＣｌ供給量とＧａＮ基板中のＣｌ濃度がほぼ比例
する関係にあり、サファイア基板２１が１０６０℃、Ｈ
Ｃｌ流量が３０μｍｏｌ／ｍｉｎであるときＧａＮ基板
１中のＣｌ濃度が１×１０15ｃｍ-3であることから、５
×１０14ｃｍ-3程度であると推察した。
【００４２】また、立上り時間は、パルス幅２０ｎｓ、
デューティー比５０％（周波数２５ＭＨｚ）で半導体レ
ーザを駆動したときに、光出力が１０％から９０％に増
加するのに要する時間と定義した。また、立下り時間
は、立上り時間とは逆に、パルス幅１０ｎｓ、デューテ
ィー比５０％（周波数５０ＭＨｚ）で半導体レーザを駆
動したときに、光出力が９０％から１０％に減少するの
に要する時間と定義した。尚、光出力１００％とは、１
０ｍＷに対応する。
デューティー比５０％（周波数２５ＭＨｚ）で半導体レ
ーザを駆動したときに、光出力が１０％から９０％に増
加するのに要する時間と定義した。また、立下り時間
は、立上り時間とは逆に、パルス幅１０ｎｓ、デューテ
ィー比５０％（周波数５０ＭＨｚ）で半導体レーザを駆
動したときに、光出力が９０％から１０％に減少するの
に要する時間と定義した。尚、光出力１００％とは、１
０ｍＷに対応する。
【００４３】図４から判るように、ｎ型ＧａＮ基板１中
のＣｌ濃度の低下とともに光出力の立上り、立下り時間
が減少し、Ｃｌ濃度を３×１０15ｃｍ-3にすることによ
り、立上り、立下り時間が大幅に短くなり、特にＣｌ濃
度を１×１０15ｃｍ-3にすることにより、立上り時間
０．７ｎｓ、立下り時間１ｎｓと高速動作が可能であ
る。
のＣｌ濃度の低下とともに光出力の立上り、立下り時間
が減少し、Ｃｌ濃度を３×１０15ｃｍ-3にすることによ
り、立上り、立下り時間が大幅に短くなり、特にＣｌ濃
度を１×１０15ｃｍ-3にすることにより、立上り時間
０．７ｎｓ、立下り時間１ｎｓと高速動作が可能であ
る。
【００４４】尚、本発明は上述の構成以外の発光素子に
おいても適用可能なことは当然であり、例えば、電流阻
止層９を、第２クラッド層６に接する側からｉ型のＡｌ
0.12Ｇａ0.88Ｎとｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎを順に形成し
た２層からなる電流阻止層としても良い。
おいても適用可能なことは当然であり、例えば、電流阻
止層９を、第２クラッド層６に接する側からｉ型のＡｌ
0.12Ｇａ0.88Ｎとｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎを順に形成し
た２層からなる電流阻止層としても良い。
【００４５】また、少なくともＧａとＮを含有する窒化
物系半導体基板として、上述の実施例では、ＧａＮ基板
を用いたが、ＧａＮにＡｌ、Ｉｎ、Ｂ、Ｔｌ等の元素を
更に含んでも良い。
物系半導体基板として、上述の実施例では、ＧａＮ基板
を用いたが、ＧａＮにＡｌ、Ｉｎ、Ｂ、Ｔｌ等の元素を
更に含んでも良い。
【００４６】
【発明の効果】本発明に依れば、高速動作可能な窒化物
系半導体発光素子を提供し得る。
系半導体発光素子を提供し得る。
【００４７】また、本発明に依れば、高速動作可能な窒
化物系半導体発光素子を形成するのに適した窒化物系半
導体基板を提供し得る。
化物系半導体発光素子を形成するのに適した窒化物系半
導体基板を提供し得る。
【図１】本発明の半導体レーザの全体構成を示す断面図
である。
である。
【図２】本発明の半導体レーザの発光層の構成を示す断
面図である。
面図である。
【図３】本発明の半導体レーザの製造方法を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明の半導体レーザにおけるＧａＮ基板に含
まれるＣｌ濃度とパルス駆動時の立上り、立下り時間と
の関係を示す図である。
まれるＣｌ濃度とパルス駆動時の立上り、立下り時間と
の関係を示す図である。
１ ＧａＮ基板（窒化物系半導体基板） ４ 第１クラッド層（窒化物系半導体層） ５ 発光層（窒化物系半導体層） ６ 第２クラッド層（窒化物系半導体層）
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA02 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA58 CA65 FF16 5F045 AA04 AB14 AC07 AC13 AD14 BB04 CA09 DA53 DA59 DB02 5F073 BA06 CB02 CB05 CB19 DA05 DA35 EA14
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとＧａとＮを含有する窒化物系半
導体基板上に、窒化物半導体層が形成されてなる窒化物
系半導体発光素子において、前記窒化物系半導体基板に
含まれるＣｌの濃度が３×１０15ｃｍ-3以下であること
を特徴とする窒化物系半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記窒化物系半導体基板に含まれるＣｌ
の濃度が１×１０15ｃｍ-3以下であることを特徴とする
請求項１記載の窒化物系半導体発光素子。 - 【請求項３】 少なくともＧａとＮを含有し、Ｃｌの濃
度が３×１０15ｃｍ -3以下であることを特徴とする窒化
物系半導体基板。 - 【請求項４】 前記Ｃｌの濃度が１×１０15ｃｍ-3以下
であることを特徴とする請求項３記載の窒化物系半導体
基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000096126A JP3670927B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 窒化物系半導体発光素子 |
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| JP2000096126A JP3670927B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 窒化物系半導体発光素子 |
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| JP2003032175A Division JP3992628B2 (ja) | 2003-02-10 | 2003-02-10 | 窒化物系半導体基板の製造方法及び窒化物系半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001284736A true JP2001284736A (ja) | 2001-10-12 |
| JP3670927B2 JP3670927B2 (ja) | 2005-07-13 |
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|---|---|---|---|
| JP2000096126A Expired - Lifetime JP3670927B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 窒化物系半導体発光素子 |
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| JP (1) | JP3670927B2 (ja) |
Cited By (12)
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|---|---|---|---|---|
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| US7863609B2 (en) | 2009-01-19 | 2011-01-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Compound semiconductor substrate, semiconductor device, and processes for producing them |
| US8283694B2 (en) | 2006-10-19 | 2012-10-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | GaN substrate, epitaxial layer-provided substrate, methods of manufacturing the same, and method of manufacturing semiconductor device |
| JP2014222691A (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-27 | 日立金属株式会社 | 窒化物半導体テンプレートおよびその製造方法、並びに窒化物半導体発光素子 |
| WO2019039249A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | 日本碍子株式会社 | １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子 |
| WO2019039207A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | 日本碍子株式会社 | １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子 |
| WO2019039190A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | 日本碍子株式会社 | １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子 |
| WO2019039189A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | 日本碍子株式会社 | １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子 |
| WO2019039208A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | 日本碍子株式会社 | １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子 |
| WO2019039246A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | 日本碍子株式会社 | １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子 |
| US11011678B2 (en) | 2017-08-24 | 2021-05-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Group 13 element nitride layer, free-standing substrate and functional element |
| US11309455B2 (en) | 2017-08-24 | 2022-04-19 | Ngk Insulators, Ltd. | Group 13 element nitride layer, free-standing substrate and functional element |
-
2000
- 2000-03-31 JP JP2000096126A patent/JP3670927B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| WO2008047627A1 (fr) * | 2006-10-19 | 2008-04-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Substrat à base de nitrure d'élément du groupe iii, substrat présentant une couche épitaxiale, procédé de fabrication de ces substrats et procédé de fabrication d'un élément semiconducteur |
| US7901960B2 (en) | 2006-10-19 | 2011-03-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group III nitride substrate, epitaxial layer-provided substrate, methods of manufacturing the same, and method of manufacturing semiconductor device |
| US8101968B2 (en) | 2006-10-19 | 2012-01-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group III nitride substrate, epitaxial layer-provided substrate, methods of manufacturing the same, and method of manufacturing semiconductor device |
| US8283694B2 (en) | 2006-10-19 | 2012-10-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | GaN substrate, epitaxial layer-provided substrate, methods of manufacturing the same, and method of manufacturing semiconductor device |
| CN103014866A (zh) * | 2006-10-19 | 2013-04-03 | 住友电气工业株式会社 | Iii族氮化物衬底、设置有外延层的衬底、制造上述衬底的方法以及制造半导体器件的方法 |
| KR101308328B1 (ko) * | 2006-10-19 | 2013-09-17 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | Ｉｉｉ족 질화물 기판, 에피택셜층을 갖는 기판, 이들의 제조 방법 및 반도체 소자의 제조 방법 |
| US7863609B2 (en) | 2009-01-19 | 2011-01-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Compound semiconductor substrate, semiconductor device, and processes for producing them |
| US8242498B2 (en) | 2009-01-19 | 2012-08-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Compound semiconductor substrate, semiconductor device, and processes for producing them |
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| WO2019039246A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | 日本碍子株式会社 | １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子 |
| JPWO2019039207A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2020-10-08 | 日本碍子株式会社 | １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子 |
| WO2019039190A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | 日本碍子株式会社 | １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子 |
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| CN111052415A (zh) * | 2017-08-24 | 2020-04-21 | 日本碍子株式会社 | 13族元素氮化物层、自立基板以及功能元件 |
| JPWO2019039190A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2020-10-01 | 日本碍子株式会社 | １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子 |
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