JP2002289973A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 緩衝層を構成する原子のシリコン基板への侵
入を抑制しつつ、結晶の劈開面を利用して、光共振面と
なる素子表面に対し鉛直な側面を有する直方体状の発光
素子を構成する。 【解決手段】 表面の面方位を｛１１１｝とするシリコ
ン単結晶基板と、該基板表面上に積層された緩衝層と、
該緩衝層上に形成された III族窒化物半導体からなる下
クラッド層、発光層、及び上クラッド層から構成される
ｐｎ接合型発光部と、電流狭窄層とを少なくとも備えた
直方体の外形をなす積層構造体からなり、該直方体の外
形をなす積層構造体の長手方向の側面を該電流狭窄層の
［２１１]方向に平行な｛１１０｝結晶面とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】シリコン単結晶を基板として
利用して、ｐｎ接合型発光部を備えた III族窒化物半導
体発光素子、特にレーザダイオード（ＬＤ）を構成する
ための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】旧来の電気絶縁性のサファイア（α−Ａ
ｌ₂Ｏ₃単結晶）に代えて、シリコン（Ｓｉ）単結晶を基
板として利用して III族窒化物半導体発光ダイオード
（ＬＥＤ）を構成する技術が開示されている（例えば、
特開平１０−３２１９１１号公報、及び Electron.Let
t.,Vol.33 No.23 (1997) P.1986〜1987参照）。基板
には、面方位を｛１１１｝とするシリコン単結晶を用い
る技術が開示されている（例えば、特開平１０−２４２
５８６号公報、及びAppl. Phys. Lett., Vol.72 No.4(1
998) P.415〜417参照）。また、シリコン単結晶を基板
とすれば、［１１０]方向に沿った劈開性を利用して光
共振面が形成できるため（栖原 敏明著、「半導体レー
ザの基礎」（１９９８年３月２５日、共立出版（株）発
行 初版第１刷、１３９〜１４０頁参照）、 III族窒化
物半導体発光素子が簡単に構成できる優位性がある。

【０００３】シリコン単結晶を基板とする III族窒化物
半導体発光素子（ＬＥＤ）にあって、発光部は窒化アル
ミニウム・ガリウム（ＡｌaＧａ1-aＮ：０≦ａ≦１）等
の III族窒化物半導体結晶層から構成されるものとなっ
ている（上記の特開平１０−２４２５８６号公報参
照）。発光部とは、ｐ形又はｎ形クラッド（clad）層と
そのクラッド層に支持された発光層とから構成される発
光を担う部位をいう。ｐｎ接合型発光部にあって、青色
帯或いは緑色帯の短波長可視光を出射するための発光層
を窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_bＩｎ_1-bＮ：０≦ｂ
≦１）から構成する例が知られている（上記のElectro
n.Lett.,Vol.33 No.23 (1997) P.1986〜1987及び特開
平１０−３２１９０７号公報参照）。

【０００４】III族窒化物半導体ＬＥＤの発光部を構成
する III族窒化物半導体は、基板のシリコン単結晶とは
格子定数（latice constant） を異にする。このため、
従来技術に於いては、シリコン単結晶基板と発光部との
中間に中間層として緩衝（buffer）層を挿入する技術が
知られている。例えば、面方位を＜１１１＞とするシリ
コン単結晶基板上の緩衝層としてＧａＮまたは窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）から構成する例も報告されている
（上記の特開平１０−２４２５８６号公報、Electron.L
ett.,Vol.33 No.23 (1997)及び特開平１１−４６０４
５号公報参照）。しかし、ＧａＮまたはＡｌＮから緩衝
層を構成すると、アルミニウム（Ａｌ）またはガリウム
（Ｇａ）によりシリコン単結晶基板の表層部が浸食され
るため、基板とＧａＮまたはＡｌＮからなる緩衝層との
接合界面が粗雑化される。これより、平坦な表面の緩衝
層の形成が阻害され、しいては緩衝層上に構築される発
光部を構成層する機能層の接合界面の平坦化が困難にな
るという問題を招いている。

【０００５】最近では、アルミニウム（Ａｌ）、チタン
（Ｔｉ）や窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属膜または金属
窒化膜を、緩衝層または反射層として｛１１１｝−シリ
コン基板上の中間層として設ける技術が開示されている
（特開２０００−２６１０３１号及び特開２０００−２
６１０３２号公報参照）。金属窒化物からなる反射層を
設けることにより、発光層より放射される発光を外部へ
有効に反射することができ、発光素子の輝度の向上が図
れるとされる（上記の特開２０００−２６１０３２号公
報参照）。

【０００６】また、特開平２−２７５６８２号に記載さ
れる発明には、基板温度を８５０℃〜１１５０℃とした
高温で成膜された、リン化硼素（ＢＰ）単結晶層からな
る高温緩衝層を基板表面上に設ける技術が開示されてい
る。ＢＰと立方晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）の格子のミ
スマッチ（mismatch）は約０．６％と僅かである。この
ため、ＢＰ単結晶層を緩衝層とすれば、ミスフィット転
位等の結晶欠陥密度の小さい良質の発光層となるＧａＮ
層がもたらされる利点があるとされる。

【０００７】化合物半導体ＬＤを構成する際には、効率
的なレーザ光の発振を期して発光部上に駆動電流の流通
する領域を狭窄するための、電流狭窄層を設けるのが一
般的となっている（前記の栖原 敏明著、「半導体レー
ザの基礎」（１９９８年３月２５日、共立出版（株）発
行 初版第１刷、１４０頁参照）。Ｓｉ或いはリン化ガ
リウム（ＧａＰ）の様な立方晶単結晶を基板とする III
族窒化物半導体発光素子では、電流狭窄層をリン化硼素
（ＢＰ）から構成する例が知れている（特開平１０−２
４２５６７号公報、特開平１０−２４２５６８号公報、
特開平１０−２４２５６９号公報及び米国特許第５，０
４２，０４３号公報参照）。これらの従来技術に於い
て、上部クラッドや電流狭窄層の下地層は、閃亜鉛鉱型
のＢＰ（格子定数は約４．５４Å）とは格子整合をしな
い六方晶ウルツ鉱（wurtzite）型の窒化ガリウム（ａ軸
格子定数は約３．１８Å）から構成されている（例え
ば、上記の特開平１０−２４２５６７号公報参照）。

【０００８】また、化合物半導体ＬＤの外形は、一般に
は直方体であり、その側面は劈開面となっている。劈開
面を側面とする直方体状の素子を簡便に構成するため
に、従来よりＬＤは面方位を｛１００｝とする砒化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）やリン化インジウム（ＩｎＰ）等の閃
亜鉛鉱型の単結晶を基板として構成されているのがもっ
ぱらである（応用物理学会編著、「半導体レーザーの基
礎」、昭和６２年５月２０日、（株）オーム社発行第１
版第１刷、１９６頁参照）。｛１００｝−ＧａＡｓ単結
晶は［１１０] 方向に明瞭な劈開を呈するため、従来よ
り特に III−Ｖ族化合物半導体ＬＤ用途の基板として利
用されている（上記の応用物理学会編、「半導体レーザ
ーの基礎」、２２９〜２４４頁参照）。シリコン単結晶
を基板とするＬＤとしては砒化アルミニウム・ガリウム
（Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ：０≦Ｘ≦１）系ＬＤが知られてい
る（Appl.Phys.Lett., No.45 (1984) p.309参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】シリコン単結晶は、閃
亜鉛鉱結晶型と同類のダイヤモンド結晶構造の結晶であ
る。このため、面方位を｛１００｝とするシリコン単結
晶を基板として利用すれば、側面を｛１１０｝劈開面と
する直方体状のＬＤを簡易に構成でき得る。また、平滑
な劈開面を利用してＬＤの光共振面が形成できる利点が
ある。しかし、｛１００｝−シリコン基板上に緩衝層と
してリン化硼素（ＢＰ）層を堆積するに際し、リン化硼
素を構成する元素である硼素（Ｂ）並びにリン（Ｐ）が
基板内部に拡散・浸透してしまう。このため、ＢＰ緩衝
層と｛１００｝−シリコン基板との接合界面が時として
粗雑となってしまう欠点があった。この接合界面の不均
一な粗雑さは、しいては発光層の層厚を不均一にし、例
えば均一な閾値電圧の III族窒化物半導体発光素子を安
定して得るのに支障となるという問題を誘発している。

【００１０】ＢＰ結晶層を構成するＢ原子及びＰ原子の
シリコン単結晶基板への熱拡散を抑制するには、面方位
を｛１１１｝とするシリコン単結晶を基板として利用す
る手段が考えられる。｛１００｝結晶面に比較して｛１
１１｝結晶面ではＳｉ原子の空間的な占有率が大きいた
め、外部原子のシリコン単結晶内部への侵入をより抑止
する効果が期待できるからである。｛１１１｝−シリコ
ン単結晶基板でも、［１１０]方向に於ける劈開性は維
持される。しかし、｛１１１｝−シリコン単結晶を基板
として利用して III族窒化物半導体発光素子を構成する
際し、単に［１１０] 方向への劈開を利用しても直方体
状のＬＤが得られるとは限らない。例えば、鉛直断面を
菱形とする斜方形状の素子となり、発光部を構成する層
や電流狭窄層の表面に対して垂直な光共振面が形成でき
ない問題点がある。

【００１１】また、一般に III族窒化物半導体から構成
される発光部の上方、例えば、上部クラッド層上に設け
る電流狭窄層は、上部クラッド層と格子整合関係にない
III−Ｖ族化合物半導体から構成されるものとなってい
る。従って、従来の電流狭窄層は、格子のミスマッチに
よるミスフィット転位等の結晶欠陥を多量に内包するも
のとなっている。このため、電流狭窄層内の結晶欠陥を
介して、ＬＤを駆動させるための動作電流が短絡的に発
光部に流入してしまう問題点がある。即ち、従来の構成
からなる電流狭窄層では、ＬＤ駆動電流の流路を狭窄す
る機能を充分に発揮できない欠点があった。

【００１２】本発明は従来技術に於ける上記の問題点を
解決すべくなされたもので、シリコン単結晶を基板とす
る III族窒化物半導体発光素子を構成するために、
（１）緩衝層を構成する硼素（Ｂ）及びリン（Ｐ）原子
の拡散、侵入を抑止するのに効果的な面方位のシリコン
単結晶を基板とし、（２）少なくとも一組の対向する側
面を電流狭窄層や発光部構成層の表面の面方位に対する
結晶方位を特定して裁断した結晶面とし、（３）電流狭
窄層を発光部構成層等の下地層と格子整合させて結晶性
の良好なものとし、動作電流を充分に狭窄できる III−
Ｖ族化合物半導体から電流狭窄層を構成する技術手段を
提示する。これらの事実から、従来の III−Ｖ族化物半
導体ＬＤに係わる問題点を解決し、高性能の III族窒化
物半導体発光素子を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】即ち、請求項１に記載の
発明は、表面の面方位を｛１１１｝とするシリコン単結
晶基板と、該基板表面上に積層された緩衝層と、該緩衝
層上に形成された III族窒化物半導体からなる下クラッ
ド層、発光層、及び上クラッド層から構成されるｐｎ接
合型発光部と、電流狭窄層とを少なくとも備えた積層構
造体からなり、該直方体の外形をなす積層構造体の長手
方向に対向する側面を、該電流狭窄層の［２１１] 方向
に平行な｛１１０｝結晶面とした III族窒化物半導体発
光素子とした。このように素子を構成することにより、
光共振面として利用できる端面を備えた III族窒化物半
導体発光素子を簡単に得ることができる。

【００１４】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明の構成に加えて、直方体の長手方向に直交
して対向する側面を、電流狭窄層の［２１１] 方向との
交差角度を３０度とする［１１０] 方向に平行に裁断し
た｛１１０｝結晶面から構成した III族窒化物半導体発
光素子である。このように素子を構成することにより、
シリコン単結晶及びその表面上に積層されたＢＰ緩衝層
等の閃亜鉛鉱型結晶の劈開により、｛１１０｝劈開面か
ら構成される光共振面を備えた III族窒化物半導体発光
素子を容易に得ることができる。

【００１５】特に、請求項３に記載の発明では、請求項
１または２に記載の発明の構成に加えて、直方体の長手
方向に直交して対向する側面を、電流狭窄層の［２１
１] 方向の何れかとの交差角度を３０度とし、且つ上記
の長手方向の側面に直交する［１１０] 方向に平行に裁
断した｛２１１｝結晶面から構成した III族窒化物半導
体発光素子である。このように素子を構成することによ
り、電流狭窄層表面と鉛直をなす側面からなる直方体状
の III族窒化物半導体発光素子を簡単に得ることができ
る。

【００１６】また、請求項４に記載の発明では、請求項
１乃至３の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、電
流狭窄層の中央部に該電流狭窄層の［２１１] 方向と直
交する方向に、上部クラッド層を帯状に開放した開口部
を具備した III族窒化物半導体発光素子とした。このよ
うに素子を構成することにより、直方体状素子の長手方
向に沿って広範囲な発光部に素子駆動電流を注入するこ
とができる電極を備え、均一な発光を得ることができる
III族窒化物半導体発光素子とすることが可能となる。

【００１７】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
乃至４の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、電流
狭窄層の下方に位置するシリコン単結晶基板の表面また
は発光部の領域に、該電流狭窄層の［２１１] 方向に直
交する方向に、稜線が該電流狭窄層の［２１１] 方向に
平行な周期的な凹凸からなる段差構造を設けてなる III
族窒化物半導体発光素子とした。このように素子を構成
することにより、ＤＢＲ型或いはＤＦＢ型の反射層を備
えた高輝度の III族窒化物半導体発光素子を簡単に構成
することができる。

【００１８】特に、請求項６に記載の発明では、請求項
５に記載の発明の構成に加えて、前記電流狭窄層の下方
に位置する領域に設ける段差構造を、電流狭窄層の開口
部の写影領域に対応する位置に設けた。このように素子
を構成することにより、直方体状素子の長手方向に平行
で、かつ発光部の長手方向に平行に回折格子構造を設置
できるため、ＤＢＲ型或いはＤＦＢ型の高発光強の度 I
II族窒化物半導体発光素子が得られる。

【００１９】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
１乃至６の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、電
流狭窄層を表面を｛１１１｝面とする III−Ｖ族化合物
半導体から構成した。このように電流狭窄層を構成する
ことにより、上部クラッド層と格子整合した良質の結晶
で電流狭窄層を構成することができる。基板結晶を電流
狭窄層表面の特定の方向に沿って裁断すれば、電流狭窄
層の表面に対して鉛直な劈開面から構成される側面を有
する、直方体状の III族窒化物半導体発光素子が簡単に
得られ、光共振層として利用することができる。

【００２０】また、本発明の請求項８に記載の発明は、
請求項１乃至７の何れか１項に記載の発明の構成に加
え、電流狭窄層が上クラッド層を構成する III族窒化物
半導体層と格子整合しているものとした。このようにす
ることにより、格子不整合性に基づくミスフィット転位
等の結晶欠陥に起因する駆動電流の漏洩を抑制すること
ができ、発光効率の優れた III族窒化物半導体発光素子
とすることが可能となる。

【００２１】また、本発明の請求項９に記載の発明は、
請求項１乃至８の何れか１項に記載の発明の構成に加え
て、電流狭窄層を窒素とリンとを含有する III−Ｖ族化
合物半導体から構成した。窒素とリンとを含有する III
−Ｖ族化合物半導体は、発光部と格子整合し易結晶を選
択する余地が広く、発光効率に優れる III族窒化物半導
体発光素子が容易に得られるからである。

【００２２】特に、本発明の請求項１０に記載の発明で
は、請求項９に記載の発明の構成に於いて、電流狭窄層
を窒化リン化ガリウムから構成した。また、本発明の請
求項１１に記載の発明では、窒化リン化硼素から構成し
た。

【００２３】これらの結晶はＭＯＣＶＤ等の手段を利用
して発光部と格子整合し易い結晶組成を容易に選択で
き、良質の結晶を得るのが容易だからである。

【００２４】また、本発明の請求項１２に記載の発明で
は、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の発明の構成
に加えて、緩衝層をいずれもリン化硼素からなる低温緩
衝層と高温緩衝層からなる２層構造とした。緩衝層を２
層構造とすることにより、低温緩衝層部に非晶質部分が
生じ、格子不整合性に基づくミスフィット転位等の結晶
欠陥を抑制することができるので、発光効率に優れた I
II族窒化物半導体発光素子とすることが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態の一例としてレ
ーザ素子（ＬＤ）を例に挙げて説明する。本発明のＬＤ
は、表面の面指数を｛１１１｝とするシリコン単結晶
（以下、｛１１１｝−シリコン単結晶基板と表記する）
を基板として構成する。面指数を｛１１１｝として総記
される表面としては、具体的には（１．１．１．）、
（−１．１．１．）、（−１．−１．１．）、（１．−
１．１．）、（１．１．−１．）、（−１．１．−
１）、（−１．−１．−１．）、及び（１．−１．−
１．）面の８面が挙げられる。図５にシリコン単結晶１
の基本面を全て含む立体模型を示す。図５では｛１１
１｝面２として（１．１．１．）面と（−１．１．
１．）面及び（１．−１．１．）面の３面が現れてい
る。３は切断面の一例である。シリコン単結晶の｛１１
１｝面において、平面積に対してシリコン（Ｓｉ）原子
が占有する面積割合は、約６０％に達する程にＳｉ原子
が稠密に存在するのに対し、シリコン単結晶の｛１０
０｝面では約２９％と低い。即ち、｛１１１｝面内にお
いてはＳｉ原子によって占有される領域以外の「空隙」
の平面積は、｛１００｝面のそれと比較して約１／２で
ある。従って、面方位を｛１１１｝とするシリコン単結
晶を基板として利用すれば、リン化硼素（ＢＰ）緩衝層
を構成する硼素（Ｂ）並びにリン（Ｐ）等の原子がシリ
コン基板の内部へ熱拡散するのをより効果的に抑止する
ことができる。即ち、硼素並びにリンの拡散、侵入によ
るシリコン基板表面の粗面化（非平坦化）を抑制するこ
とにもなる。

【００２６】先ず、本発明に関わるＬＤに使用するエピ
タキシャルウエーハの積層構造について説明する。｛１
１１｝−シリコン単結晶基板表面上に、先ず緩衝層を堆
積させる。緩衝層はチタン（Ｔｉ）等の金属層や窒化チ
タン（ＴｉＮ）等の金属窒化物層から構成しても構わな
い。また、リン化ガリウム（ＧａＰ）等の化合物半導体
層からも構成できる。シリコン単結晶とほぼ等しい格子
定数をとり得るリン化硼素・ガリウム混晶（ＢＧａＰ混
晶）、リン化硼素・インジウム混晶（ＢＩｎＰ混晶）、
砒化硼素・ガリウム混晶（ＢＧａＡｓ混晶）、砒化硼素
・インジウム（ＢＩｎＡｓ混晶）等を利用すればより好
ましく緩衝層を構成することができる。

【００２７】本発明では、後述の如く緩衝層をリン化硼
素（ＢＰ）から構成するのが特に好ましい。更には、緩
衝層は単層に限らず複数のＢＰ結晶層を重層させて構成
するのが好ましい。特に、非晶質を主体としてなるＢＰ
結晶層は、格子のミスマッチを緩和するに効果を奏す
る。このため、｛１１１｝−シリコン単結晶基板表面に
堆積するＢＰ緩衝層を非晶質を主体とする層から構成す
ると、シリコン単結晶との格子ミスマッチが都合良く緩
和されるため、発光部を構成するのに好適な結晶欠陥密
度が低く良質の III族窒化物半導体発光部層が形成でき
る利点がある。｛１１１｝−シリコン単結晶基板表面に
配置された、非晶質を主体とするＢＰ層と単結晶を主体
とするＢＰ結晶層との重層構造から構成した緩衝層は、
特に結晶性に優れた III族窒化物半導体発光部層をもた
らすに効果を奏する。この構成に於いて、非晶質を主体
としてなるＢＰ層は、シリコン単結晶との格子ミスマッ
チを緩和して結晶性に優れるＢＰ結晶層をもたらす作用
を発揮する。また、シリコン単結晶との熱膨張率の差異
に起因する｛１１１｝−シリコン基板からのＢＰ単結晶
層の剥離を抑制する作用を発揮する。結晶性の良好なＢ
Ｐ単結晶層を下地層とすれば、その上には発光部となる
より結晶性の優れた III族窒化物半導体層が形成できる
利点がある。また、ＢＰ単結晶層は閃亜鉛鉱型結晶構造
を保有しており、且つ立方晶のＧａＮ（格子定数：約
４．５１Å）との格子ミスマッチも僅かである。従っ
て、ＢＰ単結晶層を下地層に活用すれば、立方晶を主体
とするＧａＮ等の III族窒化物半導体層からなる発光部
が容易に形成できる利点がある。

【００２８】ＢＰ層は、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）等を硼素
（Ｂ）源とする有機金属熱分解化学的気相堆積（ＭＯＣ
ＶＤ）法、ハロゲン（halogen）法あるいはハイドライ
ド（hydride）法等の気相成長手段を利用して形成する
ことができる。非晶質を主体とするＢＰ層を形成する温
度としては、２５０℃以上で５００℃以下の比較的低温
が適する。トリエチル硼素（（Ｃ₂Ｈ₅）₃ Ｂ）を硼素
（Ｂ）源とし、ホスフィン（ＰＨ₃ ）をリン（Ｐ）源と
として、ＭＯＣＶＤ法に依り水素（Ｈ₂ ）気流中で非晶
質を主体とするＢＰ層を形成する際には、３００℃以上
で４５０℃以下の温度が特に適する。ハロゲン法では、
例えば三塩化硼素（ＢＣｌ₃ ）／三塩化リン（ＰＣ
ｌ₃）／水素（Ｈ₂）反応系を利用してＢＰ層を形成でき
る。２５０℃未満の低温では原料の熱分解が不充分であ
り、ＢＰ層の成膜が円滑に進行しないため不都合であ
る。格子ミスマッチを緩和する作用を充分に発揮するた
めのＢＰ層は、非晶質を主体として構成する必要があ
る。５００℃を越える高温では、非晶質体と単結晶体と
が混在する多結晶層が形成されるため、非晶質を主体と
するＢＰ層の形成には好ましくはない。

【００２９】通常のＸ線回折法或いは電子線回折法等の
分析手段を利用すれば、ＢＰ層を主体的に構成する結晶
の形態を判別することができる。また、透過電子顕微鏡
（ＴＥＭ）を利用した断面ＴＥＭ技法によれば、ＢＰ層
の層厚の増加方向での結晶学的な構成要素の変化を知る
ことができる。特に精緻な断面ＴＥＭ観察に依れば、上
記の様な低温で形成したアズグローン（as-grown）状態
のＢＰ層であっても、｛１１１｝−シリコン単結晶基板
との接合界面近傍の数ナノメータ（ｎｍ）から数１０ｎ
ｍの領域に於いては、シリコン単結晶の｛１１１｝面の
間隔をあたかも受け継いだような格子面間隔を有するＢ
Ｐ単結晶層の存在を知ることができる。非晶質を主体と
してなるＢＰ層とは、実際には、｛１１１｝−シリコン
単結晶基板との境界領域が単結晶層を主体とする薄い層
からなり、その上方の領域が非晶質を主体とした層とな
っている。

【００３０】主に低温で形成されたＢＰ層の上層部を構
成する非晶質体は、さらに上部の層をより高温の環境下
で積層する過程に於いて、｛１１１｝−シリコン単結晶
基板と上層との格子ミスマッチを緩和しつつ単結晶化す
る。この単結晶化は、非晶質を主体とする領域の下方に
ある、上記の｛１１１｝−シリコン基板との接合界面領
域に存在するＢＰ単結晶体を種（seed）結晶として進行
する。即ち、上記の｛１１１｝−シリコン単結晶基板と
の接合領域に存在する単結晶体は、上層部の非晶質体の
単結晶化を促す「核」として作用する。また、非晶質体
は、｛１１１｝−シリコン単結晶基板と上層との格子ミ
スマッチを緩和する作用を有する。

【００３１】低温で成膜した非晶質を主体とするＢＰ層
を、いわゆる低温緩衝層として利用する際に適する層厚
は、約２ｎｍ以上で約５０ｎｍ以下である。更には、５
ｎｍ以上で２５ｎｍ以下とするのが最適である。ＢＰ低
温緩衝層は｛１１１｝−シリコン単結晶基板の表面を一
律に均一に被覆する様に設けるのが好適であって、約２
ｎｍ未満の極薄膜では、｛１１１｝−シリコン単結晶基
板の表面を充分に均一に被覆することができず不都合で
ある。再三記述する如く、低温緩衝層として重要な構成
要件は、ＢＰ層の上層部が非晶質体を主体としてなるこ
とにある。低温緩衝層の層厚を増加させると共に、非晶
質領域に単結晶粒が発生し始めるのが認められる。この
ため、約５０ｎｍを越える層厚では非晶質体中に単結晶
粒が存在する状態の、いわゆる多結晶層となる。多結晶
層では、非晶質となる程格子ミスマッチを緩和する作用
が充分に得られない不都合が発生する。

【００３２】単結晶を主体とするＢＰ結晶層の形成に
は、おおよそ８００℃以上１２００℃以下の高温が適す
る。特に、９００℃〜１１００℃の温度が適する。約１
１００℃を越える高温では、Ｂ₁₃Ｐ₂ で表記される様な
リン化硼素の多量体が形成される傾向が強まる（J. Am.
Chem.Soc., Vol.41 No.1 (1964) p.44〜46 参照）。例
えば、Ｂ₁₃Ｐ₂ 多量体は格子定数を約４．５１Åとする
菱面体構造（rhombohedral）の結晶である（上記のJ. A
m.Chem.Soc., Vol.41 No.1 (1964) p.46 参照）。この
ため、例えば立方晶のＧａＮ（格子定数：約３．１８
Å）との格子ミスマッチ度が、単量体のＢＰ（格子定
数：約４．５４Å）に比較してより増加することとな
り、良質の III族窒化物半導体層を形成するのに不利と
なる。また、ＢＰ多量体は閃亜鉛鉱型の結晶構造とは相
違する菱面体構造であるため、上層として立方晶の III
族窒化物半導体層を形成するには不利となる。高温で形
成されるＢＰ結晶層を高温緩衝層の構成層として利用す
るには、立方晶のＧａＮ発光部と良好な格子整合性を有
する単量体のＢＰから構成する必要がある。８００℃未
満の温度では、多結晶層または非晶質を主体としたＢＰ
結晶層が形成されるため不適当である。

【００３３】緩衝層上に設けるｐｎ接合型ヘテロ（hete
ro）構造の発光部は、 III族窒化物半導体層の積層構造
から構成する。発光部とは発光層をｎ形またはｐ形のク
ラッド層と接合させたヘテロ接合構造部位を指す。発光
層をｎ形またはｐ形のクラッド層の双方で挟持してなる
いわゆるダブルヘテロ接合構造（double hetero juncti
on structure：ＤＨ）部位であっても良い。此処では発
光層の上方に積層するクラッド（clad）層を上部クラッ
ド層と称し、発光層と｛１１１｝−シリコン基板との中
間に位置するクラッド層を下部クラッド層と称すること
とする。発光部を構成する III族窒化物半導体層として
は、一般式Ａｌ_αＧａ_βＩｎ_{1- α-β}Ｎ_1-γＭ_γ （ただ
し、０≦α，β，γ≦１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を
表す）で表記される化合物半導体があげられる。下部ク
ラッド層は導電性の III族窒化物半導体層から構成する
こととし、下部クラッド層の伝導型は緩衝層の伝導型に
一致させる。緩衝層の伝導型は｛１１１｝−シリコン単
結晶基板の伝導型に一致させる。上部クラッド層は下部
クラッド層とは反対の伝導型を有する III族窒化物半導
体層から構成する。即ち、導電性下部クラッド層の伝導
型を緩衝層の伝導型に合致させて選択することにより、
ｎサイドアップ（side-up ）またはｐサイドアップの何
れの型の III族窒化物半導体発光素子も形成することが
できる。

【００３４】閃亜鉛鉱型立方晶のＢＰ結晶からなる緩衝
層上に下部クラッド層を設ける構造とするのが好まし
い。下部クラッド層は、例えばＧａＮ等の禁制帯幅が発
光層のそれよりも大きな III族窒化物半導体層から構成
する。電子線回折パターンの解析に依れば、面方位を
｛１１１｝とするシリコン単結晶基板上には、｛１１
１｝方向に配列した閃亜鉛鉱型のＢＰ層が容易に形成さ
れるのが認められる。配向方位を｛１１１｝とするＢＰ
緩衝層の表面上には、同じく｛１１１｝配向性の立方晶
の III族窒化物半導体層が容易に形成される。ＢＰ層上
に設ける III族窒化物半導体層は層厚を増すにつれて、
六方晶の結晶形態を呈す傾向がある。従って、立方晶を
主体として構成される III族窒化物半導体層を得るに
は、その層厚を概ね１０００ｎｍ未満とするのが望まし
い。好ましくは５００ｎｍ以下とする。更に、好ましく
は約１００〜２００ｎｍとする。立方晶を主体とする I
II族窒化物半導体層とは、立方晶結晶の占有する空間的
な体積比率が９０％以上である結晶層をさす。その他の
領域に共存するのは多結晶体或いは非晶質体が主体であ
る。立方晶或いは六方晶結晶の存在比率は、例えばＸ線
回折分析法等の手段を利用して求められる。

【００３５】立方晶の III族窒化物半導体は、六方晶
（hexagonal ）の III族窒化物半導体とは価電子帯のバ
ンド（band）構造を異にするため（生駒俊明著、「化合
物半導体の基礎物性入門」（１９９１年９月１０日、
（株）培風館発行、初版１７頁参照）、低抵抗のｐ形導
電層が得られる利点を有する。このため、ｐ形のクラッ
ド層の形成が容易となり、しいては、ｐｎ接合型発光部
を容易に構成できる利点がある。ＢＰ結晶層上の立方晶
の下部クラッド層を下地層として形成した発光層も立方
晶となる。発光層は例えば、窒化ガリウム・インジウム
（Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ、０≦Ｘ≦１）等の III族窒化物半導
体から構成することができる。特に、インジウム組成
（濃度）を異にする複数の相（phase）からなる多相（m
ulti-phase）構造のＧａ_xＩｎ_1-xＮから発光層を構成す
ると、高強度の発光を得るのに有利となる（特開平８−
２０８４８６号公報参照）。立方晶の発光層上には、立
方晶の上部クラッド層を形成する。上部クラッド層とし
ては、下部クラッド層と伝導型を異にするＧａＮ等の I
II族窒化物半導体から構成する。また、立方晶の上部ク
ラッド層は、上層の電流狭窄層を立方晶の III−Ｖ族窒
化物半導体から構成するのに貢献する。

【００３６】本発明のＬＤでは、電流狭窄層を、｛１１
１｝結晶面に沿って重層された、面方位を｛１１１｝と
する III−Ｖ族化合物半導体層から構成する。面方位を
｛１１１｝とする III族窒化物半導体結晶層は前記の如
く、面方位を｛１１１｝とするシリコン単結晶を基板と
し、｛１１１｝−ＢＰ緩衝層を下地層としてエピタキシ
ャル成長させれば得られる。シリコン単結晶の表面の面
方位を｛１１１｝とすることにより、硼素やリンのシリ
コン基板内への侵入を防ぐことができるので、シリコン
基板上にエピタキシャル成長させる発光部や電流狭窄層
も、結晶欠陥の少ない良質の結晶が得られる。

【００３７】本発明のＬＤは、上クラッド層を構成する
III族窒化物半導体層と格子整合する III−Ｖ族化合物
半導体層を用いて電流狭窄層を構成する。即ち、電流狭
窄層をその下地層と格子整合する III−Ｖ族化合物半導
体から構成する。下地層に格子整合する結晶層は、格子
不整合に起因するミスフィット転位等の結晶欠陥密度が
少なく良質なものとなる。従って、結晶性に優れる電流
狭窄層が得られる。この電流狭窄層により、従来の問題
点である電極から転位等の結晶欠陥を介して、駆動電流
が直接発光部の広範囲に亘り流通してしまう欠点を解決
できる。

【００３８】電流狭窄層は、発光部の上部クラッド層等
の下地層とは伝導型を反対とする導電性の III−Ｖ族化
合物半導体から構成する。或いは、高抵抗の絶縁性の I
II−Ｖ族化合物半導体から構成する。例えば、ｎ形の上
部クラッド層には、ｐ形の伝導性或いは絶縁性を有す
る、 III−Ｖ族化合物半導体からなる電流狭窄層を接合
させる。特に、開口部以外の領域に残置された電流狭窄
層と下地層とでｐｎ接合構造を構成することにより、電
流狭窄層上の電極から給電されるＬＤ駆動電流を開口部
から発光部へ優先的に流通できる効果がある。即ち、Ｌ
Ｄ駆動電流を効率的に光に変換するのに寄与できる。

【００３９】上クラッド層等の下地層に格子整合する電
流狭窄層としては、例えばリン（Ｐ）と窒素（Ｎ）とを
構成元素として含有する III−Ｖ族化合物半導体層から
構成する。窒素（Ｎ）を一構成元素として含む III族窒
化物半導体層は、上部クラッド層を構成する III族窒化
物半導体層と頑強に結合する。双方の層間での格子整合
性の良好さと相俟って、両層に構成元素として共通に含
まれる窒素原子を介して、強固な化学結合により接合界
面での剥離が抑制される作用に基づくものと思量され
る。

【００４０】電流狭窄層となる III族窒化物半導体とし
ては、例えば導電性の窒化リン化ガリウム（ＧａＮ_1-X
Ｐ_X：０≦Ｘ≦１）から構成することができる。例え
ば、ｎ形のＧａＮ_1-XＰ_X（０≦Ｘ≦１）から構成される
上部クラッド層等の下地層に対し、電流狭窄層をｐ形Ｇ
ａＮ_1-XＰ_X（０≦Ｘ≦１）から構成する。リン組成比
（＝Ｘ）を上部クラッド層等の下地層と電流狭窄層のそ
れと一致させれば、下地層に格子整合し、しかも駆動電
流の発光部への短絡的な通流を阻止できるｐｎ接合を有
する電流狭窄層を構成することができる。ＧａＮ_1-XＰ_X
（０≦Ｘ≦１）では、窒素組成比（＝１−Ｘ）の増加と
共に、禁制帯幅が急激な減少を来す（Mat.Res.Soc.Sym
p.Proc.,Vol.499(1997)、23〜34頁参照）。上部クラッ
ド層のＧａＮ_1-XＰ_X（０≦Ｘ≦１）としては、発光層を
越える禁制帯幅（band-gap）を与えるリン組成比である
必要がある。従って、例えば、２．７エレクトロンボル
ト（ｅＶ）に対応する青色帯の短波長可視光を発する発
光層については、クラッド層はリン組成比を、例えば約
５％（ｘ＝０．０５）以下とするＧａＮ_1-XＰ_Xから構成
する必要がある。従って、電流狭窄層のリン組成比もこ
のクラッド層のそれに一致させて、下地層と格子整合す
る電流狭窄層を構成する。

【００４１】また、電流狭窄層中に一構成元素として含
有されるリン（Ｐ）は、六方晶と立方晶との双方の結晶
形態をとり得るＧａＮ_1-XＰ_Xの様なＧａＮ系の結晶にあ
っては、立方晶（ cubic）の結晶を優勢にもたらす作用
を発揮する。立方晶の III族窒化物半導体では前記の如
く価電子帯の縮帯により、六方晶結晶に比較して低抵抗
のｐ形導電層を簡便に形成し得る利点がある。本発明の
如く、｛１１１｝−シリコン単結晶基板にＢＰ緩衝層を
設ける積層構成とすれば、閃亜鉛鉱型の III族窒化物半
導体からなる下地層を提供できる上に、更に加えて上記
のリン（Ｐ）原子の作用により立方晶の電流狭窄層がも
たらされることとなる。

【００４２】このような電流狭窄層としては、例えば導
電性の窒化リン化硼素（ＢＮ_1-XＰ_X：０≦Ｘ≦１）から
構成することもできる。ＢＮ_1-XＰ_X（０≦Ｘ≦１）は、
上記のＧａＮ_1-XＰ_X（０≦Ｘ≦１）と同様に、窒素
（Ｎ）を一構成元素として含むため、下地層の III族窒
化物半導体層に強固に結合させて積層できる。また、リ
ン（Ｐ）を構成元素として含有しているため、立方晶の
電流狭窄層をもたらすのに優位に作用する。

【００４３】ＢＮ_1-XＰ_X（０≦Ｘ≦１）は、電流狭窄層
をＧａＮからなる下地層上に構成する際に優位となる材
料となる。リン組成比（＝Ｘ）を０．０３（＝３％）と
することで、立方晶のＧａＮ（格子定数：約４．５１
Å）に格子整合するからである。ＧａＮ下地層上に形成
したＢＮ_0.97Ｐ_0.03層は、下地層との良好な格子整合性
により結晶性に優れるものとなり、高機能を有する電流
狭窄層が形成できる利点がある。

【００４４】次に、上記のようにして作製したエピタキ
シャルウエーハを切断して、本発明に係わるＬＤを作成
する方法について説明する。｛１１１｝−シリコン単結
晶基板上のＢＰ緩衝層は、Ｓｉの｛１１１｝面に平行に
配列した同じ｛１１１｝面が重層したＢＰ結晶層（以下
｛１１１｝−ＢＰ結晶層と表記する）となる。この配向
関係を踏襲して、ＢＰ緩衝層の上にある発光部の構成層
は、いずれも[１１１]配向性の立方晶の結晶層となる傾
向にある。面方位を｛１１１｝とするシリコン単結晶を
基板として利用することによって帰結される、｛１１
１｝方位に配向した電流狭窄層の｛１１１｝結晶面に対
し、［２１１］方向に平行に沿って裁断する。これによ
り、｛１１１｝面に対し鉛直な長手方向の側面が形成で
きる。この｛１１１｝表面に対して鉛直な側面は、｛１
１０｝結晶面である。従って、電流狭窄層の｛１１１｝
面に対し［２１１］方向に平行に裁断して露呈させた
｛１１０｝結晶面を、光共振面とする III族窒化物半導
体発光素子が簡便に構成できる利点がある。長手方向の
２側面とは、例えば、図６に例示したような底面３１及
び表面３２を有する直方体状のIII族窒化物半導体発光
素子３０において、周囲を構成する４側面３３〜３６の
中で長手方向の両端に互いに平行に対向する、側面３３
及び３４である。一方、長手方向に直交する方向に対向
するのは、側面３５及び３６となる。側面３３及び３４
は、後述する図９において直方体の長手方向に対向する
する側面（イ），（イ）となる面である。また、側面３
５及び３６は、同じく後述する図９において長手方向に
直交して対向する側面（ロ），（ロ）となる面である。

【００４５】｛１１１｝結晶面と結晶軸方位との関係を
図面を用いて説明する。図７は（１．１．１．）結晶面
について、図８は（１．−１．−１．）結晶面について
例示するものである。例えば、図７の（１．１．１．）
結晶面は、図５に示す基本面を全て含む立方晶のシリコ
ン結晶模型に示させるように、正三角形で示される面で
ある。図７及び図８以外の異なる面指数の｛１１１｝面
の場合を考慮に入れると、［２１１］方向とは、具体的
には、＜１．１．２．＞、＜１．−２．−１．＞、＜−
２．１．−１．＞、＜１．−１．−２．＞、＜１．２．
１．＞、＜−２．−１．１．＞、＜２．−１．−１．
＞、＜−１．−１．２．＞、＜−１．２．−１．＞、＜
−１．１．−２．＞、＜−１．−２．１＞、及び＜２１
１＞の各方向を指す。すなわち、正三角形をなす（１．
１．１．）結晶面の頂点を通る各辺の２等分線の方向で
ある。従って、直方体状のＬＤにあって、光共振面とな
す側面は、例えば、＜２１１＞方向に対向する（０．
１．−１．）結晶面から構成する。図９はシリコン単結
晶基板の（１．１．１．）面上に、本発明の直方体状の
ＬＤ５０を形成する場合の配置の例を示している。ＬＤ
５０は直方体の長手方向に対向するする側面（イ），
（イ）及び長手方向に直交して対向する側面（ロ），
（ロ）からなる直方体状をなしている。例えば、シリコ
ン単結晶基板の（１．１．１．）面上に形成した図９に
示すような平面形状を長方形とする直方体状のＬＤ５０
にあって、〈２．１．１．〉方向（図９に示す（Ｘ）の
方向）に平行な結晶面とは、〈０．−１．１〉方向（図
９に示す（Ｗ）の方向）に直交する結晶面である。この
例においては、ＬＤ５０の側面（イ），（イ）を、
〈０．−１．１〉方向（図９に示す（Ｗ）の方向）に直
交する（１．−１．１）面から形成している。上記の如
く、劈開を利用して〈２．１．１．〉方向（図９に示す
（Ｘ）の方向）に平行に切断すれば、長手方向に平行に
対向する（０．−１．１）結晶面を露呈させることがで
き、この面をＬＤ５０の一方の側面（上記の側面
（イ））とする。

【００４６】本発明の III族窒化物半導体発光素子で
は、直方体の長手方向に直交して対向する側面（図６の
例では、側面３５及び側面３６）は、電流狭窄層の｛１
１１｝表面に関して［２１１］方向との交差角度を３０
度とする［１１０］方向に沿って裁断して形成する。
［２１１］結晶軸方向と３０度をなす［１１０］方向に
沿って裁断された結晶面は｛２１１｝面である。［２１
１］方向との交差角度を３０度とする［１１０］方向と
は、具体的には図７に示す如く、＜−１．−１．２．＞
方向に関しては＜０．−１．１＞方向及び＜−１．０．
１．＞方向である。また、＜−１．２．−１．＞方向に
関しては＜０．−１．１．＞方向及び＜１．−１．０．
＞方向である（図８参照）。また、＜２．１．１．＞方
向に関しては＜１．０．１＞方向及び＜−１．−１．
０．＞方向である（図８参照）。［１１０］方向は、ダ
イヤモンド構造のシリコン単結晶の劈開面である。従っ
て、［２１１］方向との交差角度を３０度に交差する
［１１０］方向とすれば、直方体の他の面の組を劈開の
容易さを利用してより簡単に構成できる利点がある。図
９に示すＬＤ５０を例にして具体的に説明すれば、〈−
１．１．−２．〉方向（図９の（Ｙ）方向）または〈−
１．−２．１．〉（図９の（Ｚ）の方向）との交差角度
を３０度とする〈０．−１．１．〉方向（図９の（Ｗ）
の方向）に平行に裁断すれば、（２．１．１．）結晶面
に直交する面からなる長手方向に直交して対向する側面
（図９の（ロ）の結晶面となる）を形成することができ
る。

【００４７】［２１１] 方向との交差角度を３０度とす
る［１１０］方向に平行に裁断して露呈させた｛２１
１｝結晶面は、｛１１１｝表面に対し、１９度２８分
（＝１９°２８′）、６１度５２分または９０度の角度
で交差する（坂公恭著、「結晶電子顕微鏡学」、１９９
７年１１月２５日、（株）内田老鶴圃発行、第１版、２
０５頁参照）。従って、電流狭窄層の｛１１１｝表面に
対して、垂直な側面をなさない｛２１１｝結晶面も存在
する。この｛１１１｝表面に対して、例えば約１９度の
斜方に交差する側面を光共振面として利用することも可
能ではある。しかし、光共振面は、電流狭窄層の｛１１
１｝表面に垂直であるのが最も好ましい。従って、長手
方向に対向する側面を電流狭窄層の｛１１１｝表面に対
し垂直な｛１１０｝結晶面とし、長手方向に鉛直に対向
する側面を同じく｛１１１｝表面と直角をなす｛２１
１｝結晶面から構成するのが好ましい。

【００４８】本発明の III族窒化物半導体発光素子で
は、長手方向の両端で対向する側面を［２１１］方向に
平行に裁断された｛１１０｝面とし、それと直交する他
の組の側面を、何れかの［２１１] 方向と３０度の角度
で交差し、尚且つ、上記と同一の指数で表される［２１
１］方向と直交する［１１０］方向に平行に裁断して露
呈させた｛２１１｝結晶面として、直方体状の素子を構
成する。例えば、＜２．１．１．＞方向に平行に裁断し
て得た（０．−１．１．）結晶面により、長手方向の両
端で対向する断が正方形の側面を構成し、同じ指数で表
現される＜２．２．１．＞結晶軸に直交する＜０．−
１．１．＞方向に平行に沿った（２．１．１．）結晶面
から他の組の側面を構成する（方向については図７及び
図８参照）。このように｛１１１｝結晶面に配向させた
電流狭窄層の｛１１１｝表面に対し、特定の方向に裁断
すれば、｛１１１｝面に対し鉛直をなす側面が得られ
る。｛１１１｝面と鉛直をなす側面の他の例として、＜
−１．２．−１．＞方向に平行に裁断されてなる（−
１．０．１．）面と、＜−１．２．−１．＞方向に直交
する＜−１．０．１．＞方向に平行に裁断して得られる
（−１．２．−１．）面との組み合わせがある（図８参
照）。また他の例には、＜１．１．２．＞方向に平行に
裁断してなる（１．−１．０）面と、＜１．１．２．＞
方向に垂直な＜１．−１．０．＞方向に沿って裁断され
た（１．１．２．）面との組み合わせがある（図示省
略。）。

【００４９】｛１１１｝結晶面と鉛直をなす｛１１０｝
面または｛２１１｝面は、何れも光共振面として利用で
きる。光共振面としては、表面が円滑で平滑であるのが
より好ましい。｛１１０｝結晶面は閃亜鉛鉱型 III−Ｖ
族化合物半導体の劈開面であり平滑である。従って、本
発明に係わ外形を直方体とする III族窒化物半導体発光
素子にあって、その長手方向に対向する側面には、［２
１１］方向に平行に切り出された｛１１０｝面を光共振
面として配置するのが最も好ましい。

【００５０】本発明における電流狭窄層は、｛１１１｝
−シリコン単結晶基板を利用して形成された III−Ｖ族
化合物半導体エピタキシャル成長層にエッチング加工を
施して開口部を設けることにより得られる。例えば、 I
II−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル成長層を形成した
後、同層の表面を一般的なフォトレジスト材で被覆し、
公知のフォトリソグラフィー（写真食刻）技法を利用し
て、 III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル成長層表面
の中央部の帯状の領域のフォトレジスト材を剥離する。
然る後、帯状に露呈させた III−Ｖ族化合物半導体エピ
タキシャル成長層をエッチングにより除去する。これに
より、 III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル成長層表
面の中央部に開口を有する電流狭窄層が形成される。特
に、この立方晶 III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル
成長層の［２１１］方向と直交する方向に開口部を設け
れば、即ち、上記の直方体の長手方向に沿った方向に開
口部を配置すれば、同じく直方体の長手方向に沿って設
置されている発光部に効率的に駆動電流を供給すること
ができる。

【００５１】長手方向に設ける帯状の開口部の幅は２〜
３μｍ以上で、おおむね１００μｍ以下とするのが好ま
しい。開口する領域の長さは III族窒化物半導体発光素
子の導波手段の種別によって変化させる。分布帰還（Ｄ
ＦＢ）型ＬＤ（上記の応用物理学会編、「半導体レーザ
ー」、１２３〜１３１頁参照）で、光共振面とする直方
体の対向する側面の間隔とほぼ同等とする。分布反射型
（ＤＲＢ）型ＬＤでは（上記の「半導体レーザー」、１
２０〜１２３頁参照）、光共振面端からの残置された発
光層の端迄の距離とする。公知のフォトリソグラフィー
技法を駆使した選択エッチング技法により、限定された
領域にエッチング加工を施せば、 III−Ｖ族化合物半導
体エピタキシャル成長層の｛１１１｝表面を特定の長さ
に帯状に開口部を設けることができる。

【００５２】本発明では、ＤＦＢ型またはＤＲＢ型ＬＤ
を構成するに好都合な表面加工を施した｛１１１｝−シ
リコン単結晶基板を使用することができる。即ち、シリ
コン基板の表面に光反射器として作用する微細加工領域
を設ける。緩衝層を構成するリン化硼素（ＢＰ）は化学
的耐久性があり、また、硬度も高いため湿式エッチング
を利用して微細加工を施すのは容易ではない。従って、
反射器は下方に位置するシリコン単結晶基板の表面、ま
たは発光部を構成する III族窒化物半導体層の表面に設
けるのが得策である。特に反射器の方向は、電流狭窄層
の表面の［２１１］方向に直交する方向に形成するのが
好ましい。即ち、上記直方体素子の長手方向に沿って延
在させた方向に反射器を形成するのが好ましい。

【００５３】反射器は周期的な凹凸からなる段差構造を
設けることにより形成する。特に、｛１１１｝−シリコ
ン単結晶を基板として利用する場合は、該規則的な凹凸
段差構造の頂部の稜線の方向は、［２１１] 方向に平行
になるように設ける。また、隣接する稜線との間隔は周
知のブラッグ反射器（ Distributed Bragg Reflector：
ＤＢＲ）と同じく、公知の選択パターニング技術を利用
した選択エッチング加工に依って形成できる。図１０に
｛１１１｝−シリコン単結晶基板２０１の表面にエッチ
ング加工して設けた周期的凹凸構造からなる反射器４８
の一例を示す。周期的凹凸構造からなる反射器４８の稜
線４９は［２１１] 方向に平行となっている。反射器４
８は直方体状のIII族窒化物半導体発光素子３０の長手
方向に沿ってに配置されている。

【００５４】本発明では、反射器４８をよりエッチング
加工が容易なシリコン単結晶基板上に設けるのが好まし
い。反射器４８を配置する方向は、面方位を｛１１１｝
とするシリコン単結晶基板では、［２１１] 方向に直交
する［１１０] 方向に沿って延伸して設ける（図１０参
照）。即ち、直方体素子の長手方向に沿った方向に延在
させて設ける。また、少なくとも上方の電流狭窄層の開
口部の写影領域に対応する位置に設ける。電流狭窄層の
開口部を介して供給される駆動電流を受給して発光す
る、電流狭窄層の下方の射影領域にある発光層からの発
光強度を効率的に増幅できる効果が得られるようにする
ためである。

【００５５】周期的凹凸構造からなる反射器４８の凸部
の断面形状は三角形、正方形或いは長方形等とすること
ができる。凹部の断面形状も凸部の断面形状と同型とな
る。周期的凹凸構造の凹部は上層の堆積により次第に埋
没される。凸部と凹部との段差が小さい程、即ち、浅い
凹部程、上層により埋没され易い。図１１に例示する周
期的凹凸からなる段差構造の模式図を利用して説明する
と、稜線４９間の距離ｗが短かく、凹部が底浅であると
凹凸構造４８の底部は上層の堆積により埋没され易くな
る。このため、凹凸構造の凹部の底部が埋まれ込まれ、
明瞭な凹凸構造が消失する。しいては、この凹凸構造の
段差を受け継いで成長する上層の表面は平坦化され、凹
凸段差構造が上層に顕現できず、反射器としての作用が
充分に得られないこととなる。従って、稜線４９間の距
離（ｗ）は、シリコン単結晶基板２０１より発光部の発
光層に至る距離が増大する程大きくする。即ち、シリコ
ン単結晶基板２０１表面上に設ける緩衝層及び発光部構
成層の合計の層厚が増す程、稜線４９間の距離（ｗ）を
大きくする。一例を挙げれば、側壁を｛１１１｝結晶面
とする断面が三角形状の凹凸構造であって、緩衝層と下
部クラッド層との合計の層厚が０．５μｍの場合には、
稜線４９間の距離をおおよそ１．５〜５μｍ程度とする
のが好ましい。また、凹凸構造の稜線間の距離は目的と
する発光波長が短波長であるほど短距離とするのが好ま
しい。周期的凹凸構造の凹凸の深さ（ｄ）は、おおよそ
２〜７μｍとするのが好ましい。

【００５６】

【作用】本発明のＢＰ緩衝層は、｛１１１｝−シリコン
単結晶基板上に立方晶の III族窒化物半導体エピタキシ
ャル成長層からなる発光部の形成を促進し、また、その
発光部を下地層として立方晶の電流狭窄層をもたらす作
用を有する。また、直方体素子の長手方向に対向して配
置された、電流狭窄層の｛１１１｝表面に対し、［２１
１］結晶軸に平行をなす｛１１０｝結晶面からなる側面
は、光共振面として作用させるに有効となる。

【００５７】本発明の電流狭窄層の中央部に設けられた
帯状の開口部は、当該領域に限定して選択的かつ集中的
に発光部に素子駆動電流を流通させる作用を有する。

【００５８】本発明の電流狭窄層の［２１１] 方向に直
交する方向に延在させ、かつ稜線を該電流狭窄層の［２
１１] 方向に平行に設けた、周期的な凹凸からなる段差
構造の反射器は、ＬＤ光の回折格子として作用する。

【００５９】本発明の電流狭窄層の開口部の写影領域に
対応する領域に設けた周期的凹凸からなる段差構造の反
射器は、直方体状の長手方向の端面に配置した光共振面
に垂直にＬＤ光を共振させる反射器として作用する。

【００６０】本発明の上クラッド層を構成する III族窒
化物半導体層と格子整合する III−Ｖ族化合物半導体か
ら構成された電流狭窄層は、ＬＤ駆動電流の発光部への
短絡的な流通を抑止し、発光源となるｐｎ接合領域に均
一に駆動電流を印加する作用を有する。

【００６１】本発明の電流狭窄層にあって、構成元素と
して含まれる窒素（Ｎ）は、下地層となす III族窒化物
半導体層に密着した電流狭窄層をもたらす作用を有す
る。また、他の構成元素であるリン（Ｐ）は立方晶の電
流狭窄層をもたらす作用を有する。

【００６２】

【実施例】（実施例１）シリコン単結晶基板上に、リン
化硼素（ＢＰ）緩衝層を介して設けた III族窒化物半導
体積層構造体からなる発光部を備えた、 III族窒化物半
導体レーザダイオード（ＬＤ）を例にして本発明を具体
的に説明する。本実施例に係わるＬＤの外観斜視図を図
１に示す。また、図１の線Ａ−Ａ’の沿った断面模式図
を図２に示す。

【００６３】図１，図２に示すＬＤの製造方法に従っ
て、その構造についても説明するまず、シリコン単結晶
からなる基板１０１には、先ず硼素（Ｂ）ドープのｐ形
シリコン単結晶の（１１１）面を用いた。基板１０１上
にはリン化硼素（ＢＰ）からなる低温緩衝層１０２−１
を堆積した。低温緩衝層１０２−１はトリエチル硼素
（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ ）／ホスフィン（ＰＨ₃）／水素
（Ｈ₂）系常圧ＭＯＣＶＤ法により、３５０℃で成長さ
せた。低温緩衝層１０２−１の層厚は約１５ｎｍとし
た。次いで、低温緩衝層１０２−１の表面に、高温緩衝
層１０２−２として上記のＭＯＣＶＤ気相成長手段を利
用して、亜鉛（Ｚｎ）をドーピングしたｐ形ＢＰ層を１
０００℃で積層した。亜鉛のドーピング源にはジメチル
亜鉛（（ＣＨ₃）₂Ｚｎ）を用いた。高温緩衝層１０２−
２のキャリア濃度は約７×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は５
００ｎｍとした。ＢＰ緩衝層１０２は、上記の低温緩衝
層１０２−１及び高温緩衝層１０２−２との２層からな
る重層構造から構成した。

【００６４】電子線回折パターンからは、高温緩衝層１
０２−２は基板１０１の（１１１）面に平行に重層した
（１１１）配向性の閃亜鉛鉱型のＢＰ単結晶層であるこ
とが示された。また、断面ＴＥＭ観察によれば、低温緩
衝層１０２−１は低温成長時のas-grown状態では、基板
１０１との接合界面近傍の領域はＢＰ単結晶層となり、
その上部は非晶質体を主体として構成されていた。この
非晶質体は、上部に高温緩衝層１０２−２を１０００℃
で積層させた際に単結晶化し、単結晶を主体とするＢＰ
多結晶層に変化した。

【００６５】緩衝層１０２の上には、下部クラッド層１
０３を積層した。下部クラッド層１０３はマグネシウム
（Ｍｇ）をドーピングしたｐ形窒化ガリウム（ＧａＮ）
層から構成した。下部クラッド層１０３はトリメチルガ
リウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／アンモニア（ＮＨ₃）／水
素（Ｈ₂ ）系常圧ＭＯＣＶＤ法により９５０℃で積層し
た。また、下部クラッド層１０３のキャリア濃度は約８
×１０¹⁷ｃｍ^-3とし、層厚は１００ｎｍとした。下部ク
ラッド層１０３を構成するＧａＮ層は、下地の緩衝層１
０２を構成するＢＰ単結晶の結晶配列を受け継ぎ、（１
１１）面を有する立方晶のＧａＮ単結晶層から構成され
るものとなった。

【００６６】下部クラッド層１０３上には、平均的なイ
ンジウム組成比が１０％のｎ形窒化ガリウム・インジウ
ム（Ｇａ_0.90Ｉｎ_0.10Ｎ）からなる発光層１０４を積層
させた。発光層１０４をなすＳｉドープのＧａ_0.90Ｉｎ
_0.10Ｎ層は、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／
トリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）／アンモニア
（ＮＨ₃）／水素（Ｈ₂ ）系常圧ＭＯＣＶＤ法により、
８９０℃で成長させた。発光層１０４はインジウム組成
比の異なる複数の相（phase ）からなり、この多相構造
の発光層１０４の大部分を空間的に占有する主体相（ma
trix-phase）はｎ形ＧａＮであった。また、主体相内に
従属的に散在する従属相（sub-phase ）は、おおむねイ
ンジウム組成比（＝１−Ｘ）を０．１２から０．１５と
するＧａ _XＩｎ_1-XＮ相であった。発光層１０４の層厚は
約３０ｎｍとし、そのキャリア濃度は約３×１０¹⁸ｃｍ
^-3に設定した。

【００６７】発光層１０４の上には、上部クラッド層１
０５としてＳｉをドーピングしたｎ形窒化リン化ガリウ
ム（Ｇａ_1-XＰ_XＮ）混晶層を積層した。リン組成比
（Ｘ）は３％（Ｘ＝０．０３）とした。上部クラッド層
１０５の層厚は２００ｎｍとし、その表面でのキャリア
濃度は約１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。上記のｐ形ＧａＮか
らなる下部クラッド層１０３、ｎ形Ｇａ_0.90Ｉｎ_0.10Ｎ
からなる発光層１０４、及びｎ形ＧａＰ_0.03Ｎ_0.97層か
らなる上部クラッド層１０５からｐｎ接合型ダブルヘテ
ロ接合構造（ＤＨ）の発光部１０６を構成した。発光部
１０６を構成する各層１０３〜１０５は、（１１１）面
を有するＢＰ単結晶からなる緩衝層１０２の上に積層さ
せたために、基板１０１としてダイヤモンド構造型の
（１１１）−シリコン単結晶を利用したことと相俟っ
て、（１１１）面を有する立方晶の単結晶層から構成さ
れるものとなった。

【００６８】発光部１０６の最表層をなす上部クラッド
層１０５の上には、亜鉛（Ｚｎ）ドープのｐ形のＢＰ単
結晶層を電流狭窄層１０７用のエピタキシャル成長層と
して積層した。このＢＰ単結晶層の成長には、前記と同
様の常圧ＭＯＣＶＤ反応系を利用した。ＢＰ単結晶層の
キャリア濃度は約５×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は約１０
０ｎｍとした。電流狭窄層用のＢＰ単結晶エピタキシャ
ル成長層の結晶構造系は、下地層となった立方晶のＧａ
Ｐ_0.03Ｎ_0.97層からなる上部クラッド層１０５の表面原
子配列の影響を受けて、閃亜鉛鉱型の（１１１）面を有
するＢＰ単結晶から構成されるものとなった。また、電
流狭窄層用のＢＰ単結晶エピタキシャル成長層を、下地
層であるＧａＰ_0.03Ｎ_0.97上部クラッド層１０５と格子
整合させて構成したので、このＢＰ単結晶エピタキシャ
ル成長層はミスフィット転位等の結晶欠陥密度の少ない
良質の結晶層となった。

【００６９】次に、ＢＰ単結晶エピタキシャル成長層の
表面を、公知の選択パターニング手法とプラズマエッチ
ング手法を利用して加工し、中央部分のＢＰ単結晶エピ
タキシャル成長層を帯状に除去して開口部１０８を作
り、開口部１０８の底面には下地層の上部クラッド層１
０５を露出させて電流狭窄層１０７を形成した。帯状の
開口部１０８は電流狭窄層１０７の（１１１）表面に対
し、＜２．−１．−１．＞方向に垂直な＜０．−１．−
１．＞方向に平行に設けた。開口部１０８の幅は、上部
クラッド層１０５側の底面で約５０μｍ、表面側で約１
２０μｍとした。た。

【００７０】次に、開口部１０８を設けた電流狭窄層１
０７の表面に、コンタクト層１０９としてＳｉをドーピ
ングした立方晶のｎ形ＧａＮ層を積層した。コンタクト
層１０９のキャリア濃度は約４×１０¹⁹ｃｍ^-3とし、そ
の層厚は約１５０ｎｍとした。ｎ形ＧａＮのコンタクト
層１０９と、残置された下地のｐ形ＢＰ単結晶エピタキ
シャル成長層とでｐｎ接合構造を形成した。コンタクト
層１０９は、開口部１０８の側面及び底面に露出させた
上部クラッド層１０５の表面を被覆する様に設けた。

【００７１】然る後、電流狭窄層１０７の全面を一旦、
クロム−金（ＣｒーＡｕ）合金の真空蒸着被膜で被覆し
た。次に、公知のフォトリソグラフィー手法を利用して
開口部１０８の上方のＣｒーＡｕ合金真空蒸着被膜のみ
を残して、ｎ形電極１１０を形成した。ｎ形電極１１０
は開口部１０８に沿って帯状に形成した。ｐ形シリコン
単結晶の基板１０１の裏面には、アルミニウム（Ａｌ）
からなるオーミック（ohmic）接合のｐ形電極１１１を
形成した。

【００７２】次に、閃亜鉛鉱形ＢＰ単結晶からなる電流
狭窄層１０７の（１１１）表面に対し、先ず＜２．−
１．−１．＞方向に平行にウェハを裁断して、長手方向
の側面を形成した。＜２．−１．−１．＞方向に平行に
裁断したことにより、長手方向の側面は（０．−１．
１．）劈開面から構成されるものとなった。その劈開面
は鏡面であったため、光共振面として利用した。更に、
＜２．−１．−１．＞方向と垂直をなす＜０．−１．
１．＞方向に沿って裁断して、長手方向に垂直な方向の
側面を構成し、直方体状のＬＤを形成した。＜０．−
１．−１．＞方向に沿って裁断したことにより、この側
面は電流狭窄層１０７の（１１１）結晶面に対し鉛直な
（２．−１．−１．）結晶面から形成できた。直方体状
ＬＤ１０の長手方向の長さは約３２０μｍとした。

【００７３】以上のようにして得られた直方体状のＬＤ
に、ｐ，ｎ両電極１１０及び１１１を介して駆動用パル
ス電流を通電した。液体窒素温度（７７ケルビン
（Ｋ））に於いて、パルス幅１００マイクロ秒（μsec
）のパルス電流を通電したところ、波長が約４１０ｎ
ｍの青紫色のレーザ光が発振された。閾値電流は約６０
キロアンペア（ｋＡ）／ｃｍ² となった。

【００７４】（実施例２）本発明に係わる実施例２のＬ
Ｄの透視斜視図を図３に示し、図３の線ＢーＢ’に沿っ
た断面図を図４に示す。本実施例２が実施例１と異なる
点は、ｎ型のシリコン基板を使用し、シリコン基板表面
に微細凹凸溝からなる反射器を設けた基板を使用した点
である。発光部の構造は、伝導型が逆となっている点以
外は、実施例１と同様である。

【００７５】表面に反射器２１２を形成したリン（Ｐ）
ドープのｎ形−シリコン単結晶の（１１１）面を基板と
して使用した。反射器２１２は周期的な凹凸構造からな
る溝であって、周知の選択パターニング技術と選択エッ
チング技術により形成した。反射器２１２の凹凸溝は、
シリコン結晶の（１１１）面の＜−１．−１．２．＞結
晶軸方位に直交する＜２．−１．０＞結晶軸方向に平行
に設けた。また、その溝の稜線を＜−１．−１．２．＞
結晶軸方向に平行にして形成した。溝の凹部は｛１１
１｝面を側壁とする３角形の断面とした。また、稜線間
の間隔（ピッチ）は約４．３μｍとした。

【００７６】上記の反射器２１２が形成されている（１
１１）面のｎ形−シリコン単結晶基板２０１上には、低
温緩衝層２０２−１としてジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）／フォス
フィン（ＰＨ₃）／水素（Ｈ₂）系減圧ＭＯＣＶＤ法によ
り、ＢＰ層を４３０℃で積層した。Ｖ／III比（＝ＰＨ₃
／Ｂ₂Ｈ₆ 供給比率）は約１８０に設定した。成長時の
反応系の圧力は約３×１０⁴ パスカル（Ｐａ）に設定し
た。低温緩衝層２０２−１の成長時には、ジシラン（Ｓ
ｉ₂Ｈ₆）−水素（Ｈ₂ ）混合ガスを使用してシリコン
（Ｓｉ）をドーピングした。層厚は約１５ｎｍとした。

【００７７】低温緩衝層２０２−１の内部構成を断面Ｔ
ＥＭ法で観察した。低温緩衝層２０２−１の成膜時（as
-grown状態）では、基板２０１との接合面からおおよ
そ、２ｎｍに至る上方の領域は、単結晶を主体として構
成されていた。低温緩衝層２０２−１と基板２０１との
間には剥離は認められず、良好な密着性が保持されてい
た。低温緩衝層２０２−１の上部は非晶質体を主体とし
て構成されていた。

【００７８】低温緩衝層２０２−１の上には前記の減圧
ＭＯＣＶＤ反応系を利用してシリコン（Ｓｉ）ドープｎ
形ＢＰからなる高温緩衝層２０２−２を９８０℃で形成
した。形成時の反応系の圧力は約３×１０⁴ Ｐａに設定
した。Ｘ線回折分析法による解析では高温緩衝層２０２
−２は立方晶を主体とするＢＰ結晶層であると認められ
た。層厚は約４１ｎｍ、キャリア濃度は約１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3に設定した。低温緩衝層２０２−１と高温緩衝層２
０２−２の２層から緩衝層２０２を構成した。

【００７９】高温緩衝層２０２−２の成膜を終了した後
では、低温緩衝層２０２−１内部の非晶質体の大部分
は、シリコン単結晶基板２０１との境界領域に存在する
単結晶層を基として単結晶化しているのが認められた。
また、高温緩衝層２０２−２は低温緩衝層２０２−１を
シリコン単結晶からなる基板２０１の表面上に設けたた
め、剥離することのない連続膜となった。

【００８０】緩衝層２０２の上には、トリメチルガリウ
ム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／フォスフィン（ＰＨ₃）／アン
モニア（ＮＨ₃）／水素（Ｈ₃）系減圧ＭＯＣＶＤ法によ
り９８０℃で下部クラッド層２０３を積層した。下部ク
ラッド層２０３はＳｉをドーピングしたｎ形の立方晶Ｇ
ａＮ_0.97Ｐ_0.03層から構成した。層厚は約２μｍとし、
キャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。キャリア濃
度はＭＯＣＶＤ反応系へのＳｉの添加量を制御して調整
した。

【００８１】下部クラッド層２０３上には、トリメチル
ガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／トリメチルインジウム
（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）／アンモニア（ＮＨ₃）／水素
（Ｈ₃）系減圧ＭＯＣＶＤ法により発光層２０４を８５
０℃で積層した。発光層２０４はＳｉをドーピングした
立方晶のｎ形Ｇａ_0.92Ｉｎ_0.08Ｎ層から構成した。層厚
は約１０ｎｍとし、キャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3
とした。キャリア濃度はＭＯＣＶＤ反応系へのＳｉの添
加量を制御して調整した。

【００８２】発光層２０４上には、トリメチルガリウム
（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／アンモニア（ＮＨ₃）／水素
（Ｈ₃）系減圧ＭＯＣＶＤ法により上部クラッド層２０
５となるＧａＮ層を９８０℃で積層した。上部クラッド
層２０５はＭｇとＺｎとを共にドーピングした立方晶の
ｐ形ＧａＮ層から構成した。層厚は約１００ｎｍとし、
キャリア濃度は約８×１０¹⁷ｃｍ^-3とした。キャリア濃
度はＭＯＣＶＤ反応系へのＭｇドーピング源及びＺｎド
ーピング源の添加量を制御して調整した。Ｍｇのドーピ
ング源には、ビス−メチルシクロペンタジエニルＭｇ
（ｂｉｓ−（ＣＨ₃・Ｃ₅Ｈ₄）₂Ｍｇ）を使用した。Ｚｎ
はジメチル亜鉛（体積濃度約１００ｖｏｌ．ｐｐｍ）−
水素混合ガスを使用してドーピングした。

【００８３】ｐｎ接合型ダブルヘテロ接合構造の発光部
２０６は、上記のｎ形ＧａＮ_0.97Ｐ _0.03下部クラッド層
２０３、ｎ形Ｇａ_0.92Ｉｎ_0.08Ｎ発光層２０４、及びｐ
形ＧａＮ層からなる上部クラッド層２０５から構成し
た。

【００８４】発光部２０６の最表層をなす上部クラッド
層２０５を構成するＧａＮ層表面上には、電流狭窄層２
０７用のエピタキシャル成長層として、上部クラッド層
２０５に格子整合するＳｉドープｎ形ＢＰ_0.97Ｎ_0.03単
結晶層を積層した。電流狭窄層２０７のキャリア濃度は
約５×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は約１５０ｎｍとした。
電流狭窄層２０７となるＢＰ_0.97Ｎ_0.03結晶構造は、下
地層とした立方晶のＧａＮ層の表面原子配列の影響を受
けて、閃亜鉛鉱型の（１１１）面を有する単結晶から構
成されるものとなった。また、電流狭窄層２０７となる
ＢＰ_0.97Ｎ_0.03層を下地層のＧａＮ層と格子整合する結
晶層から構成したため、電流狭窄層２０７はミスフィッ
ト転位等の結晶欠陥密度の少ない良質の結晶層となっ
た。

【００８５】次に、ＢＰ_0.97Ｎ_0.03層の表面を公知の選
択パターニング手法とプラズマエッチング手法を利用し
て加工し、中央部に帯状の開口部２０８を搾孔した。帯
状の開口部２０８はＢＰ_0.97Ｎ_0.03層の（１１１）表面
に対し、＜−１．−１．２．＞結晶軸方位に垂直な＜
１．−１．０．＞方向に平行に設けた。開口部２０８は
底面の開口幅を約５０μｍとし、表面部の開口幅を約１
５０μｍの順メサ（mesa）状とした。開口部２０８の底
面には下地層の上部クラッド層２０５の（１１１）表面
を露出させた。開口部２０８は長手方向を互いに平行と
して中心線間の距離を２５０μｍとして積層構造体（ウ
ェハ）の最表層をなす電流狭窄層２０７の全面に配置し
た。

【００８６】次に、開口部２０８を設けた電流狭窄層２
０７の表面上に、コンタクト層２０９としてＭｇとＺｎ
とを共にドーピングした立方晶のｐ形ＧａＮ層を積層し
た。コンタクト層２０９のキャリア濃度は約４×１０¹⁸
ｃｍ^ー3とし、その層厚は約１００ｎｍとした。コンタ
クト層２０９と、残置された下地の電流狭窄層２０７と
でｐｎ接合構造を形成した。コンタクト層２０９は、開
口部２０８部の側面及び底面に露出させた上部クラッド
層２０５の表面を被覆するように設けた。

【００８７】然る後、電流狭窄層２０７の全面を一旦、
Ａｕ−Ｚｎ真空蒸着被膜で被覆した。次に、公知のフォ
トリソグラフィー手法を利用して開口部２０８の上方部
にのみ真空蒸着被膜を残置させてｐ形電極２１１とし
た。ｐ形電極２１１は開口部２０８に沿って帯状に形成
した。シリコン単結晶基板２０１の裏面には、アルミニ
ウム（Ａｌ）ーアンチモン（Ｓｂ）合金のオーミック
（ohmic ）接合からなるｎ形電極２１０を形成した。

【００８８】次に、先ず、電流狭窄層２０７の（１１
１）結晶面に対し、＜−１．−１．２．＞方向に平行に
ウェハを裁断した。更に、＜−１．−１．２．＞方向と
は垂直をなす＜１．−１．０．＞方向に沿って裁断して
直方体状の素子（ＬＤ）２０を形成した。直方体の長手
方向の両端に対向する側面は＜−１．−１．２．＞方向
に平行に裁断した（１．−１．０．）劈開面からなる鏡
面であったため、光共振面として利用した。一方、＜
１．−１．０．＞結晶軸に沿って裁断したことにより、
長手方向に直交する側面は電流狭窄層２０７の（１１
１）表面に対し鉛直な（−１．−１．２．）結晶面から
形成されるものとなった。

【００８９】電流狭窄層２０７の表面をなすＢＰ単結晶
の（１１１）面に対し、何れも鉛直をなすに側面からな
る直方体状のＬＤ２０に、ｐ、ｎ両電極２１０及び２１
１を介して駆動用パルス電流を通電した。液体窒素温度
（７７ケルビン（Ｋ））に於いて、パルス幅１００マイ
クロ秒（μsec ）のパルス電流を通流したところ、波長
を約４１０ｎｍとする青紫色のレーザ光が発振された。
閾値電流は約７０キロアンペア（ｋＡ）／ｃｍ² となっ
た。

【００９０】

【発明の効果】本発明の III族窒化物半導体発光素子に
依れば、｛１１１｝−シリコン単結晶を基板とする直方
体状の III族窒化物半導体発光素子にあって、直方体の
長手方向に対向する側面を、［１１１］方向に成長した
電流狭窄層の［２１１] 方向に平行な｛１１０｝結晶面
から構成することとしたので、光共振面として利用でき
る端面を備えた III族窒化物半導体発光素子が簡便に提
供される。

【００９１】本発明の III族窒化物半導体発光素子に依
れば、上記の直方体状の III族窒化物半導体発光素子に
あって、長手方向に直交して対向する側面を、電流狭窄
層の［２１１] 方向との交差角度を３０度とする、［１
１０] 方向に平行に裁断した｛２１１｝結晶面から構成
することとしたので、シリコン単結晶及びその表面上に
積層されたＢＰ緩衝層等の閃亜鉛鉱型結晶の劈開によ
り、｛１１０｝劈開面から構成される光共振面を備えた
III族窒化物半導体発光素子を容易に構成することがで
きる。

【００９２】本発明の III族窒化物半導体発光素子に依
れば、直方体の長手方向に直交して対向する側面を、電
流狭窄層の［２１１] 方向との交差角度を３０度とし、
且つ上記の断面を正方形とする側面に直交する［１１
０] 方向に平行に裁断した｛２１１｝結晶面から構成す
ることとしたので、電流狭窄層表面と鉛直をなす側面か
らなる直方体状の III族窒化物半導体発光素子を容易に
構成することができる。

【００９３】本発明の III族窒化物半導体発光素子に依
れば、電流狭窄層の中央部に、電流狭窄層の［２１１]
方向と直交する方向に、上部クラッド層の表面を帯状に
開放した開口部を設けたので、直方体状素子の長手方向
に平行に、長手方向に存在する発光部の広範囲に亘り均
一に分布する素子駆動電流を注入できる III族窒化物半
導体発光素子を提供できる。

【００９４】本発明の III族窒化物半導体発光素子に依
れば、電流狭窄層の下方に位置するシリコン単結晶基板
の表面に、該電流狭窄層の［２１１] 方向に直交する方
向に、稜線を該電流狭窄層の［２１１] 方向に平行とす
る周期的な凹凸からなる段差構造の反射器を設けたの
で、ＤＢＲ型或いはＤＦＢ型 III族窒化物半導体発光素
子を容易に構成することができる。

【００９５】本発明の III族窒化物半導体発光素子に依
れば、電流狭窄層の下方の領域に設ける段差構造の反射
器を、電流狭窄層の開口部の写影領域に対応する、面方
位を｛１１１｝とするシリコン単結晶基板の［２１１]
方向に直交する｛１１０｝結晶方位の方向に沿って設け
たので、直方体状素子の長手方向に平行であり、発光部
の長手方向に平行に回折格子構造を設置できるため、Ｄ
ＢＲ型或いはＤＦＢ型III族窒化物半導体発光素子を都
合良く構成できる。

【００９６】本発明の III族窒化物半導体発光素子に依
れば、電流狭窄層を表面の面方位を｛１１１｝とする I
II−Ｖ族化合物半導体層から構成したので、電流狭窄層
表面の特定の方向に裁断すれば、電流狭窄層の表面に対
して鉛直な劈開面から構成される側面を有する、直方体
状の III族窒化物半導体発光素子を容易に構成すること
ができる。

【００９７】さらに、本発明の III族窒化物半導体発光
素子に依れば、電流狭窄層を上クラッド層を構成する I
II族窒化物半導体層と格子整合する III−Ｖ族化合物半
導体から構成することとしたので、格子不整合性に基づ
くミスフィット転位等の結晶欠陥に起因するＬＤ駆動電
流の漏洩を抑制でき、発光効率に優れる III族窒化物半
導体発光素子を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１に係わる III族窒化物半導
体発光素子の外観斜視図である。

【図２】 図１の線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。

【図３】 本発明の実施例２に係わる III族窒化物半導
体発光素子の透視斜視図である。

【図４】 図２の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。

【図５】 シリコン単結晶の立体模型を示す図である。

【図６】 本発明の III族窒化物半導体発光素子の、側
面の構成を説明する図である。

【図７】（１．１．１．）結晶面での結晶軸方向を例示
する平面模式図である。

【図８】（１．−１．−１．）結晶面での結晶軸方向を
例示する平面模式図である。

【図９】（１．１．１．）結晶面にＬＤを形成する例を
示した図である。

【図１０】 反射器の形成場所を説明するための、素子
の等視図である。

【図１１】 反射器の凹凸からなる段差構造を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１・・・・・・シリコン単結晶 ２・・・・・・（１．１．１．）結晶面 ３・・・・・・切断面の一例 １０，２０，３０・・・・・・ III族窒化物半導体発光素子 １０ａ，２０ａ・・・・・・長手方向に直交する方向の側面 １０ｂ，２０ｂ・・・・・・長手方向の側面 ３１・・・・・・底面 ３２・・・・・・表面 ３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９，４０・・・・
・・側面 ４８，２１２・・・・・・反射器 ４９・・・・・・稜線 ５０・・・・・・レーザ素子（ＬＤ） １０１・・・・・・基板 ２０１・・・・・・シリコン単結晶基板 １０２，２０２・・・・・・緩衝層 １０３，２０３・・・・・・下部クラッド層 １０４，２０４・・・・・・発光層 １０５，２０５・・・・・・上部クラッド層 １０６，２０６・・・・・・発光部 １０７，２０７・・・・・・電流狭窄層 １０８，２０８・・・・・・開口部 １０９，２０９・・・・・・コンタクト層 １１０，２１０・・・・・・ｎ形電極 １１１，２１１・・・・・・ｐ形電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AA02 AA04 AB09 AB17 AC03 AC08 AC09 AC12 AC19 AD06 AD07 AD08 AD09 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AF03 AF13 BB16 DA53 5F073 AA09 CA07 CB04 CB07 CB19 CB22 DA05 DA32 EA23

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面の面方位を｛１１１｝とするシリコ
   ン単結晶基板と、該基板表面上に積層された緩衝層と、
   該緩衝層上に形成された III族窒化物半導体からなる下
   クラッド層、発光層及び上クラッド層から構成されるｐ
   ｎ接合型発光部と、電流狭窄層とを少なくとも備えた直
   方体の外形をなす積層構造体からなり、該直方体の外形
   をなす積層構造体の長手方向の側面を該電流狭窄層の
   ［２１１]方向に平行な｛１１０｝結晶面としたことを
   特徴とする III族窒化物半導体発光素子。
2. 【請求項２】 前記直方体の長手方向に直交して対向す
   る側面を、前記電流狭窄層の［２１１]方向との交差角
   度を３０度とする［１１０]方向に平行に裁断した｛２
   １１｝結晶面から構成したことを特徴とする請求項１に
   記載の III族窒化物半導体発光素子。
3. 【請求項３】 前記直方体の長手方向に直交して対向す
   る側面を、前記電流狭窄層の[２１１]方向の何れかとの
   交差角度を３０度とし、且つ上記の長手方向の側面と直
   交する[１１０]方向に平行に裁断した｛２１１｝結晶面
   から構成したことを特徴とする請求項１または２に記載
   の III族窒化物半導体発光素子。
4. 【請求項４】 前記電流狭窄層の中央部に、該電流狭窄
   層の［２１１] 方向と直交する方向に、上部クラッド層
   の表面を帯状に開放した開口部を具備してなることを特
   徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の
   III族窒化物半導体発光素子。
5. 【請求項５】 前記電流狭窄層の下方に位置するシリコ
   ン単結晶基板の表面または発光部の領域に、該電流狭窄
   層の［２１１] 方向に直交する方向に、稜線が該電流狭
   窄層の［２１１] 方向に平行な周期的な凹凸からなる段
   差構造を設けてなることを特徴とする請求項１ないし請
   求項４のいずれか１項に記載の III族窒化物半導体発光
   素子。
6. 【請求項６】 前記電流狭窄層の下方に位置する領域に
   設ける段差構造が、前記電流狭窄層の開口部の写影領域
   に対応するシリコン単結晶基板の［２１１] 方向に直交
   する｛１１０｝面に沿って設けられてなることを特徴と
   する請求項５に記載の III族窒化物半導体発光素子。
7. 【請求項７】 前記電流狭窄層が、表面を｛１１１｝面
   とする III−Ｖ族化合物半導体層から構成されてなるこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に
   記載の III族窒化物半導体発光素子。
8. 【請求項８】 前記電流狭窄層が、上クラッド層を構成
   する III族窒化物半導体層と格子整合していることを特
   徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の
   III族窒化物半導体発光素子。
9. 【請求項９】 前記電流狭窄層が、窒素とリンとを含有
   する III−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする請
   求項１乃至請求８のいずれか１項に記載のIII族窒化物
   半導体発光素子。
10. 【請求項１０】 前記電流狭窄層が、窒化リン化ガリウ
    ムであることを特徴とする請求項９に記載の III族窒化
    物半導体発光素子。
11. 【請求項１１】 前記電流狭窄層が、窒化リン化硼素で
    あることを特徴とする請求項９に記載の III族窒化物半
    導体発光素子。
12. 【請求項１２】 前記緩衝層が、いずれもリン化硼素か
    らなる低温緩衝層と高温緩衝層との２層からなることを
    特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記
    載の III族窒化物半導体発光素子。