JP2002100839A

JP2002100839A - 半導体発光素子および半導体レーザ

Info

Publication number: JP2002100839A
Application number: JP2001214206A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiro Tanabe; 哲弘田辺; Norikazu Ito; 範和伊藤
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2002-04-05

Abstract

(57)【要約】【課題】サファイア基板上にチッ化物化合物半導体を
平坦性よく成長し、発光特性の優れた半導体発光素子、
およびサファイア基板をオフアングルさせて平坦性を改
良しながら、劈開面をきれいに形成することができるよ
うな構造の半導体レーザを提供する。【解決手段】サファイア基板上に発光層形成部を構成
するように、チッ化物化合物半導体積層部を形成する場
合に、サファイア基板が、Ａ軸に関して傾斜する角度を
θ_a、Ｍ軸に関して傾斜する角度をθ_mとするとき、０.
２°≦θ＝｛θ_a ²＋θ_m ²｝^1/2≦０.３° ここで０°≦
θ_aおよびθ_m≦０.３° となるようにＡ軸および／ま
たはＭ軸に関する傾きを有するオフアングルを有し、そ
のオフアングルされたＣ面表面に前記チッ化物化合物半
導体層が積層されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチッ化物系化合物半
導体（III 族元素とチッ素などとの化合物半導体）を用
い、高い記憶密度を有する光ディスクメモリや、レーザ
ビームプリンタの高精細化に必要な青色領域で発光可能
な半導体レーザおよび発光ダイオードなどの半導体発光
素子に関する。さらに詳しくは、半導体成長層の表面を
平らにして、結晶欠陥の少ない半導体層を成長すること
により、しきい電流値の低減など発光特性の優れた半導
体発光素子および半導体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の青色領域で発光する発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）は、サファイ
ア基板上にIII 族チッ化物化合物半導体が有機金属気相
成長法（Metal Organic Chemical Vapour Deposition
以下、ＭＯＣＶＤという）により順次積層されることに
より実現されている。

【０００３】たとえば青色領域でＣＷ発振する半導体レ
ーザは、図５に示されるように、サファイア基板２１上
にIII 族チッ化物化合物半導体がＭＯＣＶＤ法により順
次積層されるもので、ＧａＮ緩衝層２２、ｎ形ＧａＮか
らなるコンタクト層２３、Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎからなる
ｎ形クラッド層２４、ＧａＮからなるｎ形光ガイド層２
５、ＩｎＧａＮ系化合物半導体の多重量子井戸構造から
なる活性層２６、ｐ形ＧａＮからなるｐ形光ガイド層２
７、ｐ形Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎからなるｐ形クラッド層２
８、ｐ形ＧａＮからなるｐ形コンタクト層２９が順次積
層され、積層された半導体層の一部が図５に示されるよ
うにドライエッチングなどによりエッチングされてｎ形
コンタクト層２３を露出させ、その表面にｎ側電極３
１、前述のｐ形コンタクト層２９上にｐ側電極３０がそ
れぞれ形成されることにより構成されている。

【０００４】しかし、チッ化物系化合物半導体が成長さ
れるサファイア基板は、チッ化物系化合物半導体との格
子定数や熱膨張係数が大幅に異なり、両者間の格子整合
が採れず、成長するチッ化物系化合物半導体層の転位密
度が、１×１０⁸〜１×１０¹ ⁰ｃｍ^-2程度となり、赤色
系のＧａＡｓ基板上に成長される化合物半導体層の１×
１０²ｃｍ^-2程度と比べて大幅に転位密度が大きくなっ
ている。半導体レーザでは、とくに転位密度が大きい
と、しきい電流値などが増大するため、発光ダイオード
（ＬＥＤ）より転位密度の小さいことが要望される。し
かし、サファイアの他に工業的に適した基板も見つかっ
ていない。

【０００５】一方、平面が平坦で、転位密度の小さいチ
ッ化物系化合物半導体層を成長するため、種々の検討が
なされ、たとえば特開平５−１９０９０３号公報に示さ
れるように、サファイア基板のＲ面を０.８度以下オフ
アングルさせた基板にチッ化ガリウム系半導体層を成長
することが開示されるなど、オフアングル基板を用いる
ことも種々提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、チッ化
物系化合物半導体層の平坦性を改良し、転位密度を低減
させる工夫はなされているが、オフアングルさせる場合
に、結晶軸方向を気にせずオフアングルさせる角度が
０.８°以下とか、１°以下など僅かでもオフアングル
になっていればよいというような提案になっているだけ
で、必ずしも平坦なチッ化物系化合物半導体層が得られ
ず、半導体レーザなどの高特性のデバイスとして実用化
に至っていない。

【０００７】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、サファイア基板上にチッ化物系化合物半導体を
平坦性よく成長し、発光特性の優れた半導体発光素子を
提供することを目的とする。

【０００８】本発明の他の目的は、レーザ光出射端面を
劈開により製造する半導体レーザのような場合に、サフ
ァイア基板をオフアングルさせて平坦性を改良しなが
ら、劈開面をきれいに形成することによりしきい電流密
度の低下など特性を向上できる構造の半導体レーザを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、サファイ
ア基板をオフアングルさせることにより、成長するチッ
化物系化合物半導体層の表面を平坦にして転位密度を小
さくするため鋭意検討を重ねた結果、サファイア基板の
どの主面をオフアングルさせてチッ化物系化合物半導体
層を成長するかにより大きく変り、また、オフアングル
が小さ過ぎると表面の平坦性が得られないと共に、とく
にレーザダイオード（ＬＤ）にする場合など、その傾き
方向により、きれいな劈開面が得られず、しきい電流密
度を充分に下げられないなど、その傾き方向を考慮しな
ければ最終的な高特性のデバイスに繋がらないことを見
出した。そして、サファイア基板のＣ面の傾きを、直交
するＡ軸とＭ軸について、Ａ軸に関する傾きθ_aとＭ軸
に関する傾きθ_mとで調整しながら、その合計の傾きθ
＝｛θ_a ²＋θ_m ²｝^1/2を０.２°以上で０.３°以下にオ
フアングルさせることにより、表面の平坦性が優れ、ま
た、ＬＤにする場合には劈開面をＡ面にする場合にはθ
_aを大きくし、劈開面をＭ面にする場合にはθ_mを大きく
することにより、劈開面の歪みが小さく、非常にしきい
電流値（密度）を小さくすることができることを見出し
た。

【００１０】本発明による半導体発光素子は、サファイ
ア基板と、該サファイア基板上に発光層形成部を構成す
るようにチッ化物系化合物半導体層が積層される半導体
積層部とを有し、前記サファイア基板のＣ面が、Ａ軸に
関して傾斜する角度をθ_a、Ｍ軸に関して傾斜する角度
をθ_mとするとき、０.２°≦θ＝｛θ_a ²＋θ_m ²｝^1/2≦０.３° ここで０°≦θ_a≦０.３°、および０°≦θ_m≦０.３°
となるようにＡ軸および／またはＭ軸に関する傾きを有
するオフアングルを有し、該オフアングルされたＣ面表
面に前記チッ化物系化合物半導体層が積層されている。

【００１１】ここにチッ化物系化合物半導体とは、Ｇ
ａ、Ａｌ、ＩｎなどのIII 族元素とＮまたはＮと他のＶ
族元素との化合物からなる半導体を意味する。したがっ
て、ＧａＮの他、ＡｌとＧａとの組成比が変えられるＡ
ｌＧａＮ系化合物や、ＩｎとＧａの組成比が変えられる
ＩｎＧａＮ系化合物など、III族元素の混晶比やＶ族元
素の混晶比が適宜変化されるＮを含む化合物半導体を意
味する。

【００１２】この構成にすることにより、成長するチッ
化物系化合物半導体層の表面が非常に平坦になり、結晶
性の優れたチッ化物系化合物半導体層が得られ、発光効
率など発光特性の優れた半導体発光素子が得られた。す
なわち、とくにθが０.２°より小さいと、成長するチ
ッ化物系化合物半導体層の表面粗さが粗くなり、たとえ
ばθ＝０.１６°では凹凸の差である表面粗さが平均で
３７ｎｍであるのに対し、θ＝０.２３°では同じ表面
粗さが平均で１６ｎｍであった。

【００１３】本発明による半導体レーザは、請求項１記
載の半導体発光素子において、前記発光層形成部が半導
体レーザを構成するように形成されると共に、θ_a＞θ_m
で、かつ、レーザ光出射端面が前記サファイア基板のＡ
面と平行になるように劈開されるか、θ_a＜θ_mで、か
つ、レーザ光出射端面が前記サファイア基板のＭ面と平
行になるように劈開されることにより形成される。

【００１４】この構造にすることにより、オフアングル
された基板を用いながらＬＤを形成する場合に、オフア
ングルが劈開面に影響することが殆どなく、非常に発光
特性の優れた半導体レーザが得られる。なお、θ_aとθ_m
との大小関係は、θ_aまたはθ_mの大きくする方を、他方
よりもできるだけ大きくする方が劈開面へのオフアング
ルによる影響を小さくすることができるため好ましい。
他方よりも大きくする割合は、好ましくは２倍以上であ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子およびその一例の半導体レーザにつ
いて説明をする。本発明による半導体発光素子は、図２
にその一実施形態であるＬＤチップの断面構造が示され
るように、サファイア基板１上に発光層形成部を構成す
るように、チッ化物系化合物半導体積層部１５を形成す
る場合に、サファイア基板１のＣ面が、Ａ軸に関して傾
斜する角度をθ_a、Ｍ軸に関して傾斜する角度をθ_mとす
るとき、０.２°≦θ＝｛θ_a ²＋θ_m ²｝^1/2≦０.３° ここで０°≦θ_a≦０.３°、および０°≦θ_m≦０.３°
となるようにＡ軸および／またはＭ軸に関する傾きを有
するオフアングルを有し、そのオフアングルされたＣ面
表面に前記チッ化物系化合物半導体層が積層されてい
る。なお、Ｃ面などの面方位、Ａ軸とＭ軸の関係、およ
びθ_aとθ_mの関係がそれぞれ図１に示されている。そし
て、図１(ｃ)で斜線で示された部分が好ましいオフアン
グルの範囲になる。

【００１６】前述のように、本発明者らは、チッ化ガリ
ウム系化合物半導体層の表面を平坦化するため鋭意検討
を重ねた結果、サファイア基板のＣ面の傾きをＡ軸に関
する傾きθ_aと、Ａ軸に直交するＭ軸に関する傾きθ_mと
で調整しながら、その合計の傾きθ＝｛θ_a ²＋θ_m ²｝
^1/2を変化させると、このオフアングルθがあまり小さ
いと平坦性が得られず、また、とくにＬＤの場合劈開面
と傾ける軸との関係を考慮しなければ、デバイスとして
特性の優れた半導体発光素子が得られないことを見出し
た。

【００１７】すなわち、オフアングルθ（度）を種々変
化させたサファイア基板を用いて、その基板表面にＧａ
Ｎ層を成長して、その成長層の表面をＡＦＭ像で調べた
結果、０.２°≦θ≦０.３°では、その表面の高さの差
である表面粗さが小さかったが、θが０.２°より小さ
いと極端に表面粗さが大きくなり、０.３°より大きく
ても好ましくなかった。θ＝０.２３°（θ_a＝０.２３
°、θ_m＝０.０３°）およびθ＝０.１６°（θ_a＝０.
１６°、θ_m＝０.０２°）のときの金属顕微鏡写真によ
る表面状態を図４の（ａ）および(ｂ)にそれぞれ示す。
図４において、高さの差がコントラストで示され、白い
部分が表面側で、黒い部分が奥まっているところを示
し、図４(ｂ)のθ＝０.１６°では粒状の凹凸が観察さ
れるのに対し、本発明のθ＝０.２３°を示す図４
（ａ）においては、粒状の凹凸が殆どなく、平坦に成長
していることを示している。なお、このときの凹凸の程
度をＡＦＭで測定した結果、図４（ａ）のθ＝０.２３
°では平均で１６ｎｍであるのに対して、図４(ｂ)のθ
＝０.１６°では平均で３７ｎｍであった。

【００１８】本発明者らはさらに、オフアングルを設け
る場合に、Ａ軸回りおよびＭ軸回りの傾きの影響を調べ
るため、図２に示される構造のＬＤチップで、Ａ軸およ
びＭ軸に関する傾き角、ならびにレーザ端面（劈開面）
を変化させて製造し、そのしきい電流密度（ｋＡ／ｃｍ
²）を調べた。その結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】この表１からも、θが０.０１°ではしき
い電流密度が大きく好ましくないという前述の結果と同
様であるが、試料３および４のように、θが０.２８°
や０.２６°であっても、しきい電流密度がθ＝０.０１
°の場合と同じ１５ｋＡｃｍ^- ²で好ましくなかった。一
方、試料２は、θ＝０.２６°でしきい電流密度が１２
ｋＡｃｍ^-2と良好であった。この相違は、試料３はオフ
アングルとしては、試料２と殆ど同じであるが、レーザ
端面(劈開面)がＡ面からＭ面に変っていることにある。
すなわち、Ａ面で劈開する場合には、Ａ軸回りの傾きが
大きくても劈開にはあまり支障はないが、Ｍ面で劈開す
る場合にＡ軸回りの傾きが大きいと端面が歪み、劈開面
が鏡面になりにくいためにしきい電流値が増大するもの
と考えられる。

【００２１】このことは、試料４においても同様に、Ａ
面を劈開面とする場合に、Ｍ軸回りの傾きが大きいと端
面が歪み、しきい電流値（密度）が大きくなっている。
すなわち、劈開面をＡ面と平行にする場合にはθ_aを大
きくし、劈開面をＭ面と平行にする場合にはθ_mを大き
くしながら、前述のθを０.２°から０.３°になるよう
に調整することにより、その上に成長するチッ化物系化
合物半導体層の平坦性が優れ、かつ、劈開面の歪みが小
さく、非常にしきい電流値（密度）を小さくすることが
できることを見出した。

【００２２】図２に本発明の一実施形態であるＬＤチッ
プの断面説明図が示されている。すなわち、本発明によ
る半導体レーザは、前述のように、Ａ面と平行になるよ
うに劈開する場合には、θ_a＞θ_mになるように、Ｍ面と
平行になるように劈開する場合には、θ_a＜θ_mとなるよ
うにしながら、Ｃ面のオフアングルを０.２°〜０.３°
にしたサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）基板を準備し、そ
の基板１表面にチッ化物系化合物からなる半導体積層部
１５が形成されている。そして、所定の劈開面で劈開す
ることにより、図２に示されるＬＤチップが製造されて
いる。

【００２３】図２に示される例では、オフアングルを有
する基板１上に第１のチッ化物系化合物半導体層２が設
けられ、その上に開口部３ａを有するマスク層３が設け
られ、そのマスク層３上に前記開口部３ａから横方向に
選択成長される第２のチッ化物系化合物半導体層４、さ
らに、ストライプ状発光部を有する発光層を形成するよ
うに積層されるチッ化物系化合物半導体層からなる半導
体積層部１５が設けられている。すなわち、貫通転移を
少なくするため、ＥＬＯ（Epitaxial LateralOvergrowt
h）成長を行っている。このようにすれば転位密度が減
り好ましいが、必ずしもこの構造には限定されない。

【００２４】第１のチッ化物系化合物半導体層２は、た
とえば４μｍ程度の厚さで、ノンドープのＧａＮを、Ｍ
ＯＣＶＤ法などの通常のエピタキシャル成長法により形
成されたもので、後述する第２のチッ化物系化合物半導
体層４を選択成長する際のシードとするものである。

【００２５】マスク層３は、たとえばＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ
₄、Ｗなどの、その上には直接半導体層をエピタキシャ
ル成長することができない材料が、スパッタリングなど
により、２００ｎｍ程度の厚さに形成されている。この
マスク層３は、基板１表面または第１のＧａＮ層２上に
直接第２の半導体層が成長しないようにするもので、マ
スクの機能を有する程度に形成されれば、薄いほど段差
が生じにくく好ましい。このマスク層３は、ウェハ状態
の第１のチッ化物系化合物半導体層２上に全面に設けら
れた後に、ストライプ発光部に沿って開口部３ａを有す
るように、パターニングされると共に、さらに図２に示
される例では、残されたマスク層３の表面側に開口部か
ら２μｍ程度の幅を残して凹部３ｂが形成されている。
マスク層３の幅Ｍは２０μｍ程度に形成されている。な
お、図２では、マスク層３が発光層形成部の下側のみに
しか示されていないが、実際にはその横側にも１０〜２
０μｍ幅の開口部３ａを介して繰り返し形成されている
（図では、ストライプ部が拡大して示されている）。

【００２６】マスク層３の表面に形成される凹部３ｂ
は、開口部３ａが形成された後に、再度レジスト膜でマ
スクを形成し、ＨＦ系水溶液によりエッチングすること
により、マスク層３の厚さの半分程度、すなわち１００
ｎｍ程度の深さに形成されている。したがって、マスク
層３の両端部から２μｍ程度の幅をそれぞれ残して、そ
れより内部側の表面には凹部３ｂが形成されている。こ
の２μｍ程度の幅設けるのは、製造条件でのバラツキに
よっても、凹部が開口部側に露出しないようにするため
である。この凹部３ｂは、横方向に成長する第２の半導
体層４との間に接触応力が働かないようにし、横方向に
真っ直ぐ成長するようにするものである。

【００２７】第２のチッ化物系化合物半導体層４は、た
とえばノンドープのＧａＮ層で２０μｍ程度の厚さに形
成される。この半導体層４は、前述のマスク層３の開口
部３ａから露出する第１のＧａＮ層２をシードとして成
長し始め、マスク層３の表面に達すると、横方向に選択
成長する。すなわち、ＧａＮ層は、縦方向の成長よりも
横方向への成長の方が早くしかも結晶性よく成長するた
め、マスク層３に凹部３ｂが設けられていても、下側に
は殆ど成長せず、マスク層３との間に空隙３ｃを形成し
ながら横方向に成長しながら上方にも僅かに成長し、最
終的にはマスク層３の中央部あたりで２方向の開口部か
ら横方向に成長してきた半導体層が合致する。そしてマ
スク層３の表面が完全に埋まった後は上方に成長し、マ
スク層３上にも完全に第２のＧａＮ層（半導体層）４が
成長する。この第２のＧａＮ層４は、マスク層３上の両
端部（開口部３ａに接する部分）および中央部の合致す
る部分を除いた部分の結晶性がよく、転位密度も小さく
なる。

【００２８】第２のＧａＮ層４上の半導体積層部１５
は、通常の半導体レーザを構成する半導体積層部になっ
ている。すなわち、たとえばＳｉが５×１０¹⁸ｃｍ^-3程
度にドープされたｎ形ＧａＮからなるｎ形コンタクト層
５が０.５μｍ程度、たとえばＳｉが５×１０¹⁸ｃｍ^-3
程度にドープされたｎ形Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎからなるｎ
形クラッド層６が０.４μｍ程度、たとえばＳｉが１×
１０¹⁸ｃｍ^-3程度にドープされたｎ形ＧａＮからなる第
１のｎ形ガイド層７が０.２μｍ程度、たとえばＳｉが
ドープされたＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなる第２のｎ形ガ
イド層８を５０ｎｍ程度、Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなるウ
ェル層を５ｎｍ程度、Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎからなるバリ
ア層を５ｎｍ程度づつ交互にウェル層を５層積層した多
重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活性層９を５０ｎ
ｍ、たとえばＭｇがドープされたＡｌ _0.2Ｇａ_0.8Ｎから
なるｐ形キャップ層１０を２０ｎｍ程度、たとえばＭｇ
が１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度にドープされたＧａＮからなる
ｐ形ガイド層１１を０.１μｍ程度、たとえばＭｇが２
×１０¹⁷ｃｍ^-3程度にドープされたＡｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎ
からなるｐ形クラッド層１２を０.４μｍ程度、たとえ
ばＭｇが３×１０¹⁸ｃｍ^- ³程度にドープされたＧａＮか
らなるｐ形コンタクト層１３を０.１μｍ程度、それぞ
れ順次積層することにより形成されている。

【００２９】半導体積層部１５の構造や各層の材料は、
この例に限定されるものではなく、活性層９も量子井戸
構造でないバルク構造のものでもよく、所望の発光波長
により定まる材料の活性層９が、それよりバンドギャッ
プの大きい材料からなるクラッド層６、１２により挟持
される構成に形成される。また、図２に示される例のよ
うに半導体レーザを構成する場合、活性層９の屈折率が
クラッド層６、１２の屈折率より大きい材料により形成
される。そうすることにより、活性層９に光を閉じ込め
ることができるが、活性層９が薄く充分に光を閉じ込め
ることができないときは、図２に示される例のように、
クラッド層６、１２と活性層９との間の屈折率を有する
光ガイド層７、８、１１が設けられる。しかし、活性層
９で充分に光を閉じ込められれば光ガイド層７、８、１
１を設ける必要はない。

【００３０】半導体積層部１５の最上層のｐ形コンタク
ト層１３は、メサエッチングが施されると共に、半導体
積層部１５の一部がエッチングされてｎ形コンタクト層
５を露出させ、その表面の全面にＳｉＯ₂が成膜されて
保護膜１４が形成されている。そして、保護膜１４のコ
ンタクト孔を介してｐ形コンタクト層１３のメサ部上に
Ｎｉ-Ａｕからなるｐ側電極１６、およびｎ形コンタク
ト層と接続してＴｉ-Ａｌからなるｎ側電極１７がそれ
ぞれ形成されている。そして、共振器長（紙面に垂直方
向の長さ）が５００μｍ程度になるように劈開され、図
２に示されるレーザ（ＬＤ）チップが形成されている。

【００３１】この積層構造で、ｐ形コンタクト層１３の
ストライプ状のメサ型にされた部分が電流注入領域とな
り（コンタクト層１３がメサ形にされなくてもｐ側電極
がストライプ状に形成されておればストライプ状の電流
注入領域が形成される）、その下層に、マスク層３に設
けられるストライプ状凹部３ｂの幅の半分以下が位置す
るように、マスク層３およびｐ側電極１６が位置合せし
て形成されている。

【００３２】つぎに、この半導体レーザの製法について
説明をする。たとえばＭＯＣＶＤなどのエピタキシャル
成長装置を用いて、基板温度を１１００℃程度にしてＨ
₂雰囲気でサーマルクリーニングをする。その後、Ｇａ
の原料ガスとしてのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｎ
の原料ガスとしてのアンモニア（ＮＨ₃）を導入し、ノ
ンドープの第１のＧａＮ層２を、４μｍ程度成長する。
ついで、成長装置から基板を採りだし、たとえばスパッ
タリング装置を用いて、ＳｉＯ₂膜を２００ｎｍ程度成
膜する。その後、ＳｉＯ₂膜上にレジスト膜を設け、パ
ターニングし、ＨＦ水溶液を用いてＳｉＯ₂膜をエッチ
ングすることにより、開口部３ａを形成し、マスク層３
を形成する。さらに、表面全面にレジスト膜を設けてパ
ターニングし、再度ＨＦ水溶液によりエッチングするこ
とにより、凹部３ｂをストライプ状に（紙面に垂直方
向）形成する。

【００３３】その後、再度ＭＯＣＶＤ装置などの成長装
置に入れて、原料ガスとして、前述のガスのほかにＡｌ
のトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｉｎのトリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ）、ｎ形ドーパントとして、Ｓ
ｉＨ₄、ｐ形ドーパントとしてシクロペンタジエニルマ
グネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）またはジメチル亜鉛（ＤＭＺ
ｎ）の必要なガスをキャリアガスの水素と共に導入し
て、第２のチッ化物化合物半導体層４および半導体積層
部１５の各半導体層をそれぞれ前述の厚さで成長する。
この場合、第１のｎ形ガイド層７までは、基板温度を１
０５０℃程度で成長し、第２のｎ形ガイド層８および活
性層９は基板温度を７７０℃程度にして成長し、その後
の各層は再度基板温度を１０５０℃程度にして成長す
る。

【００３４】各半導体層の成長が終了したら、基板を成
長装置から取出して、表面にレジストマスクを設け、リ
アクティブイオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）
装置で、図３（ａ）に示されるように、４００μｍ周期
の一部の２００μｍ幅で、半導体積層部１５の一部をエ
ッチングし、ｎ形コンタクト層５の一部を露出させる。
さらにレジストマスクを除去して再度レジストマスクを
設け、同装置により図３（ｂ）に示されるように、ｐ形
コンタクト層１３を４μｍ程度の幅に残るようにメサエ
ッチングをする。その後、たとえばプラズマＣＶＤのよ
うな成膜装置を用いて、ＳｉＯ₂のような保護膜１４を
２００ｎｍ程度の厚さで全面に成膜し、電極の形成部を
ＨＦ系エッチャントによりエッチングしてコンタクト孔
を形成する。

【００３５】ついで、ｐ側電極１６として、Ｎｉを１０
０ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍそれぞれ真空蒸着装置により
成膜し、さらにｎ側電極１７として、Ｔｉを１００ｎ
ｍ、Ａｌを２００ｎｍそれぞれ成膜して電極１６、１７
を形成し、基板１の裏面を研削して６０μｍ程度に薄く
した後、共振器長が５００μｍ程度になるように、前述
の基板のオフアングル方向に応じたＡ面またはＭ面と平
行な面で劈開することにより、ＬＤチップが形成され
る。

【００３６】本発明によれば、ただサファイア基板にオ
フアングルの基板を用いるというのではなく、たとえば
ＬＤの出射端面に応じたＡ軸またはＭ軸の方向の傾きを
考慮しながら厳密なオフアングルを形成しているため、
半導体層の表面を平坦化すると共に、発光特性を大幅に
向上させることができ、とくにレーザに適用することに
より、その効果が大きい。

【００３７】なお、前述の例では、ｐ形コンタクト層１
３をメサ型のストライプ形状にしただけのストライプ構
造の半導体レーザであったが、半導体層をエッチングし
ないで電極だけをストライプ状に形成してもよく、ま
た、活性層の近くまでメサ型にしてもよく、さらには、
プロトンなどを打ち込んだプロトン打込み型にしたり、
電流制限層を埋め込む屈折率導波型構造にすることもで
きる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、チッ化物系化合物半導
体層のエピタキシャル成長層の平坦性が改良され、ＬＥ
Ｄの発光効率や、ＬＤのしきい電流密度の低減を図るこ
とができ、非常に高特性の半導体発光素子が得られる。
とくにＬＤの場合には、オフアングルの方向と劈開面と
の関係をマッチングさせているため、とくに劈開面で歪
みが発生することもなく、非常に発光特性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体発光素子に用いるサファイ
ア基板の面方位とオフアングルにする方向を説明する図
である。

【図２】本発明による半導体レーザの一実施形態の断面
説明図である。

【図３】半導体を積層した後、積層部をエッチングする
パターン例の説明図である。

【図４】θ＝０.２３°とθ＝０.１６°のときにおける
半導体層の表面粗さの様子を示した顕微鏡写真である。

【図５】従来の青色系半導体レーザの一例を示す断面説
明図である。

【符号の説明】

１サファイア基板９活性層１５半導体積層部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F045 AA04 AB14 AB17 AC08 AC12 AC19 AD11 AD14 AF09 BB12 BB16 DA53 DA69 DB02 5F073 AA13 AA74 BA06 BA07 CA07 CB05 CB22 DA05 DA22 DA32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サファイア基板と、該サファイア基板上
に発光層形成部を構成するように、チッ化物系化合物半
導体層が積層される半導体積層部とを有し、前記サファ
イア基板のＣ面が、Ａ軸に関して傾斜する角度をθ_a、
Ｍ軸に関して傾斜する角度をθ_mとするとき、０.２°≦θ＝｛θ_a ²＋θ_m ²｝^1/2≦０.３° ここで０°≦θ_a≦０.３°、および０°≦θ_m≦０.３°
となるようにＡ軸および／またはＭ軸に関する傾きを有
するオフアングルを有し、該オフアングルされたＣ面表
面に前記チッ化物系化合物半導体層が積層されてなる半
導体発光素子。
【請求項２】請求項１記載の半導体発光素子におい
て、前記発光層形成部が半導体レーザを構成するように
形成されると共に、θ_a＞θ_mで、かつ、レーザ光出射端
面が前記サファイア基板のＡ面と平行になるように劈開
されてなる半導体レーザ。
【請求項３】請求項１記載の半導体発光素子におい
て、前記発光層形成部が半導体レーザを構成するように
形成されると共に、θ_a＜θ_mで、かつ、レーザ光出射端
面が前記サファイア基板のＭ面と平行になるように劈開
されてなる半導体レーザ。