JP2002084044A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 選択成長により共振器を形成するＧａＮ系半
導体レーザを提供する。 【解決手段】 （０００１）面サファイア基板１上にｎ
−ＧａＮコンタクト層３を介してＩｎ０．２Ｇａ０．８
Ｎ活性層５をｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層４
およびｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層６で挟む
ダブルヘテロ構造を有している。ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ
０．９Ｎクラッド層６の上部には、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層７を有し、ｐ−ＧａＮコンタクト層７側にはｐ側電
極８が設けてある。 活性層を含む半導体多層膜は、絶
縁膜に形成した開口部に選択成長によって形成されてい
るので、エッチングを用いなくても、選択成長により共
振器ミラーが形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は青色発光ダイオー
ド、青色半導体レーザ等の半導体素子に用いられる窒化
ガリウム系化合物半導体の発光素子およびその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（但し、０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）の窒素をＶ族元素とする
化合物半導体は、最近、常温におけるレーザ発振が発表
され、青色半導体レーザ等の発光素子等への応用が期待
されている（例えば、アプライド・フィジクス・レター
６９（１９９６年）４０５６項−４０５８項（Ａｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｓ ６９ （１９
９６） ４０５６−４０５８））。この窒化ガリウム系
化合物半導体を有する半導体素子は、サファイア基板上
にＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＩｎｙＧａ１−ｙＮから成るｎ
型層、ｉ型層、あるいはｐ型層を積層することによって
得られる。

【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長
は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピ
タキシー法（ＭＢＥ法）等の成長方法が用いられる。例
えば、ＭＯＣＶＤ法について簡単に説明すると、サファ
イア基板を設置した反応室内に反応ガスとしてトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）等の有機金属とアンモニア（ＮＨ３）等のガスを供
給し、サファイア基板の表面温度を７００〜１１００℃
の高温に保持して、基板上に窒化ガリウム系化合物半導
体のエピタキシャル層を成長させる。このとき、ジエチ
ル亜鉛（ＤＥＺｎ）、モノシラン（ＳｉＨ４）等を同時
に供給することによって、窒化ガリウム系化合物半導体
をｐ型、ｉ型、あるいはｎ型伝導に制御できる。

【０００４】ＧａＮ系の発光素子ではサファイアを基板
を用いており、この場合は、へき開によって半導体レー
ザの共振器を形成するのは困難である。共振器の形成に
はドライエッチング等を用いる必要がある（アプライド
・フィジクス・レター ６９（１９９６年）４０５６項
−４０５８項（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｓ ６９ （１９９６） ４０５６−４０５
８））。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧａＮ
系の発光素子でドライエッチング等によって共振器を形
成した場合、共振器端面の固有欠陥により非発光中心が
形成され、半導体レーザ等に応用する場合、動作電流が
高くなったり、信頼性を低下させる等の悪影響が生じ
る。

【０００６】また、共振器面の凹凸（Ｒｏｕｇｈｎｅｓ
ｓ）が少なくとも数十ｎｍ以上となり、光の乱反射によ
ってミラー損失を生じ、しきい値電流や動作電流の上昇
をもたらす。

【０００７】そこで本発明は、このような課題を解決
し、信頼性の高い青色半導体レーザ等のＧａＮ系半導体
素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の手段は以下の通りである。

【０００９】まず、選択成長可能な膜を用いて活性層を
含む半導体多層膜を成長させ、特に共振器を形成するた
めにドライエッチングを用いることなく、半導体発光素
子を形成することができる。これにより、ドライエッチ
ングによる、端面へのダメージがなく、特性のよい発光
素子とすることができる。

【００１０】活性層を含む半導体多層膜を、選択成長可
能な膜の一部の上にもに形成する。多層膜の活性層より
も上の膜は、活性層よりもバンドギャップが大きいの
で、窓構造とすることができ、高出力化を達成できる。
また、この共振器端面を、高抵抗化することも可能であ
る。この高抵抗化には、水素原子を含有するガス中で熱
処理する方法を用いると容易に高抵抗とすることができ
る。

【００１１】発光素子のの共振器端面のコーティング膜
をＳｒｘＴｉｙＯｚ材料を用いる。これにより、耐圧を
高くできるので、特にＡｌＧａＩｎＮ系のレーザには有
効である。

【００１２】エッチング方法として、半導体の積層膜
が、ＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）と、Ａｌ組成が
０．１以上であるＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ（０．１≦ｋ，
ｌ，ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）とを有する半導体多層
膜であって、少なくともフッ素を含有するガスを用いて
選択的にＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の一部をエッチングする
方法がある。エッチングガスとしては、塩素を含有する
ガスとフッ素の含有するガスとの混合ガスを用いてもよ
い。

【００１３】レーザの横モード制御としては、レーザ光
を単一横モードにするためのストライプ状の開口部を有
する半導体レーザであって、キャリアを活性層に注入す
る幅が該ストライプの幅よりも狭いくする構造、また
は、レーザ光を単一横モードにするためのリッジ状のス
トライプを有する半導体レーザであって、キャリアを活
性層に注入する幅が該リッジ状のストライプの幅よりも
狭くする構造がある。

【００１４】ｎ型ＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ（０≦ｋ，
ｌ， ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）への電極として、チタ
ンと白金を含有し、チタンがｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎｍ
Ｎ側に位置するもの、またモリブデンを含有するものが
ある。さらに、ｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ（０≦ｋ，
ｌ，ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）への電極として、Ｔｉ
Ｎを含有するものがある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照しながら説明する。

【００１６】（実施の形態１）図１にこの発明の一実施
例のＧａＮ系半導体レーザの構造を示す。ＧａＮ系と
は、ＧａＮはもちろん、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、
ＧａＩｎＮ等を含むものとする。

【００１７】この半導体レーザは、図１（ａ）に示すよ
うに、例えば（０００１）面サファイア基板１上にｎ−
ＧａＮコンタクト層３を介してＧａ０．８Ｉｎ０．２Ｎ
活性層５をｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層４お
よびｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層６で挟むダ
ブルヘテロ構造を有している。ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．
９Ｎクラッド層６の上部には、ｐ−ＧａＮコンタクト層
７を有し、ｐ−ＧａＮコンタクト層７側にはｐ側電極８
が設けてある。ｐ−ＧａＮコンタクト層７、ｐ−Ａｌ
０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層６、Ｇａ０．８Ｉｎ０．
２Ｎ活性層５、ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層
４の一部はエッチングによって除去されている。また、
ｎ−ＧａＮコンタクト層３の一部も層の途中までエッチ
ングされており、ｎ−ＧａＮコンタクト層３上にｎ側電
極９が設けてある。

【００１８】この半導体レーザの共振器ミラーは選択成
長によって形成されている。この共振器ミラーはサファ
イア基板１の主面にほぼ垂直である。選択成長によって
共振器ミラーを形成するために、サファイア基板１上の
ｎ−ＧａＮコンタクト層３の側部にはＳｉＯ２膜２によ
り覆われている。このＳｉＯ２膜２は共振器ミラーを形
成するときの選択成長用のマスクとして設けたものであ
り、最終的にはエッチングによって除去しても構わな
い。選択成長用マスクには、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ｓｉ
ＯＮ、ＡｌＯｘ、ＡｌＯＮ、ＴｉＯｘを用いることがで
きる。

【００１９】この素子は、図１（ｂ）で示されるよう
に、サファイア基板１上に選択成長により形成される。
この図１（ｂ）でのＳｉＯ２膜２が選択成長用のマスク
となる。各素子は、図にしめされた点線に沿って分離さ
れ、１つの素子になる。

【００２０】図１に示す半導体レーザの作製方法の一例
を図２を用いて説明する。レーザ素子は、サファイア基
板上に多数形成できるが、簡単にするため、素子の１つ
の部分について説明を加えていく。

【００２１】まず、（０００１）面サファイア基板１上
にＳｉ０２膜２を堆積し、フォトリソグラフィー技術と
エッチング技術によって、ストライプ状に加工する（図
２（（ａ））。共振器方向の開口部の幅は５００ミクロ
ンである。この幅はレーザの共振器の長さにほぼ合わせ
ればよい。

【００２２】次に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ
法）などの結晶成長方法を用いて、サファイア基板１上
にｎ−ＧａＮコンタクト層３、ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．
９Ｎクラッド層４、Ｇａ０．８Ｉｎ０．２Ｎ活性層５、
ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層６、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層７の半導体多層膜をエピタキシャル成長す
る（図２（（ｂ））。ここで、Ｓｉ０２膜２上には結晶
は堆積していない。選択成長により多層膜をエピタキシ
ャル成長させているのである。

【００２３】つぎに、一部の領域のｐ−ＧａＮコンタク
ト層７、ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層６、Ｇ
ａ０．８Ｉｎ０．２Ｎ活性層５、ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ
０．９Ｎクラッド層４、およびｎ−ＧａＮコンタクト層
３の途中までをイオンミリングによってエッチングする
（図２（（Ｃ））。その後、ｐ−ＧａＮコンタクト層７
上にｐ側電極８、ｎ−ＧａＮコンタクト層３上にｎ側電
極９を形成する（図２（ｄ））。

【００２４】以上の方法により、図１に示すような半導
体レーザを作製することができる。このレーザの共振器
端面は、選択成長マスクを用いた選択成長により自己整
合的に形成できるので、従来のように、半導体多層膜を
成長した後、共振器を形成するためにドライエッチング
をする必要はない。

【００２５】図２（ｂ）のＸ−Ｙ方向の断面、すなわち
共振器方向の断面図は、図３に示すようになっている。
Ｓｉ０２膜２上には、多層膜結晶は堆積していない。選
択成長によって活性層を含む半導体多層膜を成長させて
いるからである。但し、成長条件を選択することによっ
ては、多少、横方向に成長（ラテラル成長）させること
も可能である。これを図４に示す。図のように、半導体
多層膜４〜７は、Ｓｉ０２膜２の上にも形成できる。こ
の場合でも、サファイア基板１に、共振器ミラー２０１
がほぼ垂直であれば、半導体レーザの特性を低下させる
ことはない。

【００２６】このラテラル成長を積極的に応用したレー
ザ構造について説明する。共振器ミラー２０１の表面、
すなわち出射面は、レーザ光のエネルギーｈνよりも大
きなバンドギャップを持つｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ
層やｐ−ＧａＮ層で覆われた、いわゆる窓構造（Ｗｉｎ
ｄｏｗ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）になっている。図４で
は、窓領域として示してある。

【００２７】図４のような窓構造を持つレーザでは、Ｃ
ＯＤなどの端面破壊が生じず、窓構造を持たないレーザ
の２倍以上の高い出力を得ることができる。また、短波
長レーザに特有の端面劣化による信頼性の低下も抑制で
き、高い信頼性の半導体レーザを得ることが可能とな
る。

【００２８】図４の窓領域の多層膜４〜７は、共振器面
と垂直方向の厚みが小さい。しかしながら、端面近傍に
高抵抗領域を設けることにより、この厚みが小さい領域
のリーク電流を抑制することができる。

【００２９】図６に示すようにｐ型不純物を水素等によ
って不活性化させ、不活性化領域を設ける方法がある。
具体的にはアンモニア（ＮＨ３）ガス中で６００℃でア
ニールしたり、または、水素プラズマ中で３００℃で処
理することによってｐ型不純物を不活性化することがで
きる。この際、不活性化により高抵抗化してはならない
部分、たとえばｐ型コンタクト層やクラッド層などは、
ＳｉＯ２膜等によって被覆し、水素の侵入を防止する必
要がある。

【００３０】次に、この半導体レーザの端面コーティン
グについて説明する。端面コートには、ＳｉＯ２膜２０
３とＳｒＴｉＯ膜２０４から成る多層膜を用いている
（図５（ａ）および（ｂ））。ＧａＮ系の半導体レーザ
では、端面コートにＳｉＯ２とＴｉＯ２の多層膜を用い
られているが、駆動電圧が約５Ｖと高いために、端面コ
ートで微少なリークが生じると、発熱により端面劣化を
起してしまう。特にこのＧａＮ系のレーザように短波長
のレーザでは、この端面からの劣化が信頼性の低下に支
配的である。ここでは、端面コートとして、ＴｉＯ２膜
にＳｒを添加したＳｒＴｉＯ膜を用いることによって、
高電圧に耐え、耐圧特性が大幅に向上し、高い信頼性を
得ることができる。このＳｒＴｉＯ膜を用いる端面コー
トは、ＧａＮ系半導体レーザに限らず、高耐圧を要求さ
れるレーザに有効である。

【００３１】次に、このレーザのｎ側電極について説明
する。従来ｎ側の電極にはＴｉとＡｌが用いられている
が、放熱のためのサブマウントへの実装やワイアボンデ
ィングなどを行う際に最表面はＡｕにする必要がある。
しかし、高温や高電圧で動作した場合、Ａｕがｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層まで拡散し、コンタクト抵抗の上昇を招
き、駆動電圧を上昇させてしまうことがわかった。その
結果、信頼性を著しく損なってしまう。これは、Ａｕの
仕事関数が５．１ｅＶと大きく、拡散によってｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層に達するとショットキー障壁が増大して
コンタクト抵抗が上昇するためである。このＡｕの拡散
を抑制する方法について図１４を用いて説明する。

【００３２】図１４に示すように、ｎ−ＧａＮのコンタ
クトメタルにＭｏ（モリブデン）を用いた。図１４
（ａ）ではＡｕ（金）の下部（ｎ−ＧａＮ側）にＰｔ
（白金）を挿入してある。これにより過剰なＡｕの拡散
を制止でき、コンタクト抵抗の上昇を抑制できる。図１
４（ａ）ではＰｔの下部にさらにＴｉ（チタン）を入れ
てある。Ｐｔもまた仕事関数が５．６５ｅＶと高く、拡
散によりコンタクト抵抗の上昇を招く恐れがある。Ｔｉ
の挿入でＰｔの拡散を抑制する。図１４（ｂ）ではＡｕ
の下部にＴｉＮを挿入してある。これにより過剰なＡｕ
の拡散を制止でき、コンタクト抵抗の上昇を抑制でき
る。

【００３３】図１４ではｎ−ＧａＮのコンタクトメタル
にＭｏを用いた場合について説明したが、他の金属でも
良く、例えばＷ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌでもよい。ただし、
これれらの金属においてもＡｕやＰｔの拡散を抑制する
ために本発明のような手法をとる必要がある。また、特
にＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザについて述べたが、こ
の電極はダブルヘテロＦＥＴなどの電気デバイスでも使
用することができる。

【００３４】（実施の形態２）半導体レーザの単一横モ
ード化のためにリッジ・ストライプの形成やリセス・エ
ッチングを行う必要があるが、その形成プロセスは精度
良く行う必要がある。ＧａＮ系材料ではドライエッチン
グによってリッジ等を形成するが、一般的にエッチング
の停止の判断は、時間制御で行うことが多い。しかし、
この方法ではエッチングに少なくとも±１０％の程度の
誤差を生じることもあり、精度の良いエッチングは期待
できず、横モードの制御といった目的を達成できない。
そこで、精度良くエッチングし、リッジストライプを形
成するための方法を図７を用いて説明する。

【００３５】まず、（０００１）面サファイア基板３０
１上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）などの結晶
成長方法を用いて、ｎ−ＧａＮコンタクト層３０２、ｎ
−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３０３、活性層３
０４、ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ第一クラッド層３０
５（厚さ０．１５ミクロン）、ｐ−ＧａＮ第二クラッド
層３０６、ｐ−ＧａＮコンタクト層３０７をエピタキシ
ャル成長する（図７（（ａ））。次に、Ｓｉ０２膜３０
８を堆積し、フォトリソグラフィー技術とエッチング技
術によって、ストライプ状に加工する（図７
（（ｂ））。

【００３６】次に、Ｓｉ０２膜３０８をエッチングマス
クとし、電子サイクロトロン共鳴反応性イオンビームエ
ッチング（ＥＣＲ−ＲＩＢＥ）を用い、塩素（Ｃｌ２）
フッ化硫黄（ＳＦ６）の混合ガスによってｐ−ＧａＮ第
二クラッド層３０６をエッチングする（図７
（（Ｃ））。

【００３７】第二クラッド層３０６のエッチングで、ｐ
−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ第一クラッド層３０５の表面
には、ＡｌとＦとの強固な反応生成物が形成されエッチ
ングが進行しなくなり、エッチングが停止する。これ
は、第一クラッド層３０５のＡｌ組成を０．１以上にし
ているからである。

【００３８】その後フッ酸（ＨＦ）によってＳｉ０２膜
３０８を除去し、エッチングした第二クラッド層３０６
を含むリッジストライプ上に新たにＳｉ０２膜３０９を
堆積し、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を
用いてｎ−ＧａＮコンタクト層までエッチングする（図
８（（ａ））。

【００３９】最後に、ｐ−ＧａＮコンタクト層３０７の
上部のＳｉ０２膜３０９の一部に開口部を設けｐ側電極
３１０を形成し、また、ｎ−ＧａＮコンタクト層３０２
にはｎ側電極３１０を形成する（図８（ｂ））。

【００４０】ＡｌＧａＩｎＮ系はＩＩＩ族元素とＶ族元
素の結合が非常に強く、ドライエッチングにおいては、
反応性より、物理的なスパッタリングを強くする必要が
ある。例えば、Ｃｌ２ガスを用いたＥＣＲ−ＲＩＢＥで
は加速電圧を５００ｅＶにしてスパッタリングを強め
る。スパッタリングの強い条件では、ＧａＩｎＮとＡｌ
ＧａＩｎＮの組成を変えても選択性は上がりにくいが、
Ａｌの組成が少なくとも０．１入っていればＳＦ６を加
えることにより、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎで制御良くＧ
ａＮのみをエッチングできることがわかった。エッチン
グガス中のＦ（フッ素）とＡｌとが強固な結合をするた
めに、このような選択エッチングが可能である。したが
って、エッチングガスとしては、ＳＦ６の他に、Ｆを含
むものをもちいればよい。

【００４１】エッチングに用いるガスは、ＳＦ６のほ
か、ＣＨｖＦ４−ｖ（１≦ｖ≦３）または、ＣＣｌｗＦ
４−ｗ（１≦ｗ≦３）であればよいし、これらの混合ガ
スであってもよい。

【００４２】図１の半導体レーザおよび図２の半導体レ
ーザの製造方法では、横モード制御のためのストライプ
形成については特に説明していないが、例えば図７の方
法が適用して、横モード制御のためのストライプ構造を
有したものにしてもよい。

【００４３】また、このエッチング方法は、ＡｌＧａＩ
ｎＮ系半導体レーザの場合について述べたが、このエッ
チング方法は、ＡｌＧａＩｎＮ系の電気デバイスでも使
用することができる。

【００４４】（実施の形態３）実施形態２では、横モー
ド制御のためのストライプを形成した半導体レーザの構
造について説明したが、さらなる横モードの安定化につ
いて図７と図９を用いて説明する。

【００４５】この実施形態のレーザストライプ構造は、
ストライプの幅よりも狭い領域に電流注入領域を設ける
ものである。言い換えれば、狭い領域に電流注入し、そ
れよりも広い領域で光の閉じ込めをする構造である。

【００４６】図１０に示すように、第２クラッド層３０
６、コンタクト層３０７を含むリッジストライプ中に、
不活性化領域４０１が形成され、この領域４０１には電
流が注入されない構造である。このような構造により、
電流 は、電極３１０からコンタクト層３０７を通して
クラッド層３０６に注入される。先ほどもいったよう
に、電流は不活性化領域４０１は流れない。したがっ
て、電流は、不活性化領域４０１にはさまれた領域のク
ラッド層３０６を流れる。さらに電流は、活性層３０４
に注入され、ここでキャリアの再結合により発光するが
光は、不活性化領域４０１を含めたリッジストライプを
感じて、このリッジストライプ中に閉じ込められるよう
になる。

【００４７】図１０で示すこの構造の製造方法について
説明する。図７（ｂ）の工程の後にＨ２プラズマ中で３
５０℃で熱処理すると、図９に示すようにＳｉＯ２膜３
０８の幅５．０ミクロンよりも狭い幅２．５ミクロンを
残してｐ型半導体が不活性化される。これは、水素がｐ
型半導体層３０５〜３０７に侵入することによるパッシ
ベーション効果による。この不活性化領域は、図９にお
いて不活性領域４０１として示してある。その後の工程
は図７ｃ）および図８と同様であるが、最終的には図１
０に示すような構造となる。図１０に示すような構造に
する理由を以下に示す。

【００４８】ＧａＮ系結晶は、正孔の有効質量が他のＩ
ＩＩ−Ｖ族半導体に比べ大きい。またこのＧａＮ系は発
振波長が短く、高出力化しようとすると端面での劣化が
問題となってくる。したがって、リッジストライプの幅
を小さくし、光の閉じ込めを強くしすぎると光密度があ
がってしまい、端面破壊が起こりやすくなる。そこでス
トライプ幅をある程度広く設定し、光密度を低くする構
造とする。

【００４９】しかしながら、ストライプ幅を広くする
と、空間的ホールバーニングにより、光密度が一番高い
部分のキャリアが枯渇し、横モードが単峰性から双峰性
になってしまう。そこで、電流の流れる領域が光密度が
高くなるストライプの中心付近になるように制限してや
ることにより、キンクの発生を抑制でき、１０ｍＷ以上
の高い出力でも安定な横モードを達成することができ
る。

【００５０】この実施形態では、Ｈ２プラズマ中で３５
０℃で熱処理しｐ型半導体を不活性化することで、高抵
抗化を達成したが、キャリアを活性層に注入する幅が単
一横モードにするためのストライプの幅よりも狭くする
方法であればどのような方法によってもよい。例えば、
イオン注入でもよい。

【００５１】次に活性層の構造について説明する。図１
では活性層に図１１に示すようなＧａ０．２Ｉｎ０．８
Ｎを用いた場合について説明したが、活性層には多重量
子井戸（ＭＱＷ）を用いてもよい。例えば、図１３に示
すようなＧａ０．２Ｉｎ０．８Ｎ井戸層４０４とＧａ
０．９５Ｉｎ０．０５Ｎ障壁層４０５から成るＭＱＷ構
造でも構わない。

【００５２】図１３の構造では伝導帯側と価電子帯側の
バンド不連続の比率は約１：１になっている。レーザの
温度特性等の向上のためには伝導帯側、すなわち有効質
量の小さなのバリアΔＥｃを高くする方がよい。そうす
ることで、例えば、キャリア（電子）のｐクラッド層へ
のオーバーフローを抑制でき、レーザ特性が向上する。
ＭＱＷ構造の一例を挙げると、図１２に示すように障壁
層にＡｌ０．１Ｇａ０．８Ｉｎ０．１Ｎ層４０２を用い
る方法がある。

【００５３】結晶成長の観点から言えば、ＭＱＷ構造の
井戸層（ウエル層）と障壁層（バリア層）のＩｎ組成は
ほぼ等しくするのが望ましい。その理由を以下に示す。
ＡｌＧａＩｎＮ系半導体の結晶成長温度は７００℃以上
と非常に高い。ＡｌＧａＩｎＮ系半導体を成長する際
に、ＩＩＩ族元素であるＡｌとＧａとＩｎの組成を正確
に制御する必要があるが、この３つの元素のうちＩｎの
組成制御が最も難しい。それは、Ｉｎの蒸気圧が高いた
めで、７００℃以上という高い成長温度では、取り込ま
れたＩｎが結晶表面から再蒸発してしまうためである。
そこで、ＭＱＷ構造の井戸層と障壁層のＩｎ組成をほぼ
同じくすることで、ＭＱＷ構造内でのＩｎの取り込まれ
をほぼ一定にし（すなわち原料であるＴＭＩの流量はほ
ぼ一定とし）、結晶成長をより容易にすることができ
る。

【００５４】この構造により、井戸層と障壁層のＩｎ組
成をほぼ等しくし、ΔＥｃの大きな活性層構造を構成で
きるので、レーザの環境温度を８０度程度の高温にして
も、電子のオーバーフロが小さく、しきい値の小さいレ
ーザを実現することができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、選択成長によりレーザ
の共振器を形成することができるため、共振器面での固
有欠陥により非発光中心が形成を抑制でき、信頼性の高
い半導体レーザを実現することができる。

【００５６】本発明によれば、半導体レーザの共振器面
の最上面が、発光波長のエネルギーよりも大きなバンド
ギャップエネルギーを有する、いわゆる窓構造とするこ
とができるので、高出力動作が可能となり、信頼性の高
い半導体レーザを実現することができる。また、共振器
面の近傍を高抵抗化することで、信頼性の高い半導体レ
ーザとすることができる。

【００５７】本発明によれば、端面コート膜にＳｒｘＴ
ｉｙＯｚ（ｘ＞０）を用いることにより、端面破壊に強
い、耐圧の高い半導体レーザを得ることができる。

【００５８】本発明によれば、半導体の積層膜がＧａｘ
Ｉｎ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）とＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ
（０≦ｋ， ｌ， ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）を有し、
少なくともフッ素を含有するガスを用いて選択的に上記
ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の一部をドライエッチングし、、
かつ該ＡｌｋＧａｌＩｎｍＮのＡｌ組成ｋが０．１以上
とすることで、エッチングの選択性を高めることができ
る。

【００５９】本発明の半導体レーザによれば、レーザ光
を単一横モードにするために、キャリアを活性層に注入
する幅が、ストライプの幅よりも狭くすることで、横モ
ードを安定化させることができる。

【００６０】本発明の半導体レーザによれば、井戸層に
ＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）、井戸層と接触する
障壁層がＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ（０≦ｋ， ｌ， ｍ≦
１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）の多重量子井戸構造とし、ΔＥｃ
を大きくすることで、温度特性を向上させることができ
る。

【００６１】本発明によれば、ｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎ
ｍＮ（０≦ｋ， ｌ， ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）に形
成される電極にＰｔおよびＴｉを含有させることで、Ａ
ｕの拡散によるコンタクト抵抗の上昇を抑制できる。

【００６２】本発明によれば、ｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎ
ｍＮ（０≦ｋ， ｌ， ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）に形
成される電極にＴｉＮを含有させることで、Ａｕの拡散
によるコンタクト抵抗の上昇を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザの構造断面図

【図２】本発明の半導体レーザの製造工程断面図（共振
器方向）

【図３】本発明の半導体レーザの断面図

【図４】本発明の半導体レーザの断面図

【図５】本発明の半導体レーザの断面図

【図６】本発明の半導体レーザの断面図

【図７】本発明の半導体レーザの製造工程断面図（共振
器と垂直方向）

【図８】本発明の半導体レーザの製造工程断面図（共振
器と垂直方向）

【図９】本発明の半導体レーザの製造工程断面図（共振
器と垂直方向）

【図１０】本発明の半導体レーザの断面図（共振器と垂
直方向）

【図１１】本発明の活性層付近のバンドキャップエネル
ギー図

【図１２】本発明の活性層付近のバンドキャップエネル
ギー図

【図１３】従来の活性層付近のバンドキャップエネルギ
ー図

【図１４】本発明のｎ側電極構造断面図

【図１５】従来のＧａＮ系半導体レーザの構造断面図

【符号の説明】

１ ｎ−サファイア基板 ２ ＳｉＯ２マスク ３ ｎーＧａＮコンタクト層 ４ ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層 ５ Ｇａ０．８Ｉｎ０．２Ｎ活性層 ６ ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層 ７ ｐーＧａＮコンタクト層 ８ ｐ側電極 ９ ｎ側電極 ２０１ 共振器ミラー ２０２ 端面コート ２０３ ＳｉＯ２ ２０４ ＳｒＴｉＯ ３０１ ｎ−サファイア基板 ３０２ ｎーＧａＮコンタクト層 ３０３ ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層 ３０４ 活性層 ３０５ ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ第一クラッド層 ３０６ ｐーＧａＮ第二クラッド層 ３０７ ｐーＧａＮコンタクト層 ３０８ ＳｉＯ２ ３０９ ＳｉＯ２ ３１０ ｐ側電極 ３１１ ｎ側電極 ４０１ 不活性領域 ５０１ Ｇａ０．８Ｉｎ０．２Ｎ井戸層 ５０２ Ａｌ０．１Ｇａ０．８Ｉｎ０．１Ｎ障壁層 ５０３ 光ガイド層 ５０４ Ｇａ０．８Ｉｎ０．２Ｎ井戸層 ５０２ Ｇａ０．９５Ｉｎ０．０５Ｎ障壁層 １００１ サファイア基板 １００２ ＧａＮ層 １００３ ｎ型ＧａＮ層 １００４ ｎ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層 １００５ ｎ型ＧａＮ層 １００６ ＭＱＷ活性層 １００７ ｐ型ＧａＮ層 １００８ ｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層 １００９ ｐ型ＧａＮ層 １０１０ ｐ側電極 １０１１ ｎ側電極

フロントページの続き (72)発明者 足立 秀人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 粂 雅博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA02 BA14 DA04 DA06 DA15 DA18 DB19 EA06 5F073 AA11 AA13 AA74 AA83 AA87 AA88 CA07 CB05 CB20 DA05 DA24 DA35 EA28

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体の積層膜が、ＧａｘＩｎ１−ｘＮ
   （０≦ｘ≦１）と、Ａｌ組成が０．１以上であるＡｌｋ
   ＧａｌＩｎｍＮ（０．１≦ｋ， ｌ， ｍ≦１、ｋ＋ｌ
   ＋ｍ＝１）とを有する半導体多層膜であって、少なくと
   もフッ素を含有するガスを用いて選択的に前記ＧａｘＩ
   ｎ１−ｘＮ層の一部をエッチングする、ドライエッチン
   グ方法。
2. 【請求項２】塩素を含有するガスとフッ素の含有するガ
   スとの混合ガスを用いる請求項１に記載のドライエッチ
   ング方法。
3. 【請求項３】レーザ光を単一横モードにするためのスト
   ライプ状の開口部を有する半導体レーザであって、キャ
   リアを活性層に注入する幅が該ストライプの幅よりも狭
   い半導体レーザ。
4. 【請求項４】レーザ光を単一横モードにするためのリッ
   ジ状のストライプを有する半導体レーザであって、キャ
   リアを活性層に注入する幅が該リッジ状のストライプの
   幅よりも狭いこと半導体レーザ。
5. 【請求項５】前記半導体レーザがＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ
   （０≦ｋ， ｌ， ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）系材料で
   構成されている請求項３または４に記載の半導体レー
   ザ。
6. 【請求項６】量子井戸を有する半導体発光素子であっ
   て、井戸層にＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）、井戸
   層と接触する障壁層がＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ（０≦ｋ，
   ｌ，ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）であり、該障壁層の禁
   制帯幅が該井戸層の禁制帯幅よりも大きい半導体発光素
   子。
7. 【請求項７】量子井戸を有する半導体発光素子であっ
   て、井戸層にＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）、井戸
   層と接触する障壁層がＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ（０≦ｋ，
   ｌ，ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）であり、井戸層と障壁
   層のＩｎ組成がほぼ等しい半導体発光素子。
8. 【請求項８】ｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ（０≦ｋ，
   ｌ， ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）を有する半導体素子で
   あって、ｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎｍＮに形成される電極
   がチタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）を含有しており、前記
   チタンがｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ側に位置すること
   を特徴とする半導体素子。
9. 【請求項９】前記ｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎｍＮに形成さ
   れる電極がモリブデン（Ｍｏ）を含有する請求項８に記
   載の半導体素子。
10. 【請求項１０】ｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ（０≦ｋ，
    ｌ， ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）を有する半導体素子
    であって、ｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎｍＮに形成される電
    極がＴｉＮを含有することを特徴とする半導体素子。
11. 【請求項１１】ｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ（０≦ｋ，
    ｌ， ｍ≦１、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１）を有する半導体素子
    であって、ｎ型のＡｌｋＧａｌＩｎｍＮに形成される電
    極がＴｉＮと金（Ａｕ）を含有しており、ＴｉＮがｎ型
    のＡｌｋＧａｌＩｎｍＮ側に位置することを特徴とする
    半導体素子。
12. 【請求項１２】電極が接触する半導体層がｎ型のＧａｘ
    Ｉｎ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）であることを特徴とする請
    求項７〜１１のいずれかに記載の半導体素子。
13. 【請求項１３】活性層を有する半導体レーザであって、
    前記レーザの共振器端面のコーティング膜がＳｒｘＴｉ
    ｙＯｚ材料である半導体レーザ。
14. 【請求項１４】活性層を含む半導体多層膜が、ＡｌＧａ
    ＩｎＮ系材料で構成されている請求項１３に記載の半導
    体レーザ。