JP2005191306A - 窒化物半導体積層基板およびそれを用いた窒化物半導体デバイス、窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化物半導体を積層するための窒化物半導体積層基板であって、GaN基板11の上面およびそれに存在し得る凹部の内面に接するように、GaN基板よりも格子定数が小さいAlb Ga1-b N(0<B<0.1) 層12が積層されてなる。両者の格子定数の違いは0.125 %程度である。ALの混晶比Bを0.01以上、望ましくは、0.03〜0.06に設定すると、AL<SUB>b Ga1-b N層を成長させる際にGaN基板の凹部の内面で横方向成長によって凹部が埋め込まれるようになる。この際、Alb Ga1-b N層の膜厚は、凹部の最大深さの2倍程度以上、凹部を完全に埋め込むには最大深さの6 〜7 倍程度以上が望ましい。
【選択図】 図1
Description
図1(a)、(b)は、第1の実施形態に係る窒化物半導体積層基板の製造工程を模式的に示す断面図である。図1(a)に示す窒化物半導体積層基板10は、窒化物半導体を積層するための窒化物半導体積層基板であって、窒化物半導体基板11と、該窒化物半導体基板の上面に接して積層され、該窒化物半導体基板よりも格子定数が小さい第1の半導体層12を具備する。
第1の実施形態に係る窒化物半導体積層基板10を使用して窒化物半導体デバイス、例えばLED、受光素子などを実現する際、窒化物半導体積層基板10の上に、少なくともn型窒化物半導体層およびp型窒化物半導体層を含む半導体層を結晶性良く形成することによって、高品質の窒化物半導体デバイスを歩留まり良く得ることができる。
第1の実施形態に係る窒化物半導体積層基板10を使用してLDを実現する際、窒化物半導体積層基板10の上に、光導波領域を形成する光ガイド層として用いられる少なくともn型窒化物半導体層および/またはp型窒化物半導体層を含む半導体層を結晶性良く形成することによって、高品質の窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く得ることができる。特に、窒化物半導体レーザ素子のリッジ構造を形成する際にパターニング精度が良くなり、共振器端面として良好な劈開面が得られる。
図1(a)、(b)、(c)は、本発明の窒化物半導体積層基板の一実施例の製造工程を模式的に示す断面図である。
図2は、本発明の窒化物半導体デバイスの一実施例として、本願出願人に係る特開平9−153642号公報に開示の窒化物半導体発光素子(LED)を参考にした場合の構造を模式的に示す断面図である。この発光素子は、実施例1に示したGaN積層基板(ウェハー)10を使用して素子を形成した後にチップに切り出したものである。
図3は、本発明の窒化物半導体デバイスの他の実施例として、本願出願人に係る特許第3063757号公報に開示の窒化物半導体素子の1つであるLEDを参考にした場合の構造を模式的に示す断面図である。このLEDは、実施例1に示したGaN積層基板(ウェハー)10を使用して素子を形成した後にチップに切り出したものである。
次に、実施例1に示したGaN積層基板10を使用した窒化物半導体レーザ素子を、5つの形態に分けて説明する。
図4は、本発明の窒化物半導体レーザ素子の一実施例として、本願出願人に係る特開平10−326943号公報に開示されている窒化物半導体素子の1つであるLDを参考にした場合のレーザ光の共振方向に垂直な位置で切断した際の構造を模式的に示す断面図である。このLDは、実施例1に示したGaN積層基板(ウェハー)10を使用して素子を形成した後にチップに切り出したものである。
実施例5は、実施例1で得られたGaN積層基板10のSi−Al0.05Ga0.95N層12(n型クラッド層)上に実施例4で述べたn側光ガイド層26を形成する前に、n側超格子クラッド層を形成するように変更したものであり、その他は同じである。
実施例6は、実施例1で得られたGaN積層基板10のSi−Al0.05Ga0.95N層12(n型クラッド層)上に実施例5で述べたn側超格子クラッド層を形成する前に、クラック防止層を形成を形成するように変更したものであり、その他は同じである。
実施例7のLDは、実施例1で得られたGaN積層基板10に正電極20および負電極22を形成するまでは、実施例4のLDと同様に作製する。この後、ウェハーの研磨面(裏面)側をスクライブして、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面に共振器長600μmの共振器を作製する。さらに共振器面にSiO2 とTiO2 よりなる誘電体多層膜を形成し、最後に、リッジストライプに平行な方向で、幅が400μmとなるようにバーを切断してレーザチップとする。そして、正電極20をヒートシンク、サブマウントのような放熱体に接続し、負電極22側にワイヤーボンディングを行う。
実施例8のLDは、実施例7においてリッジストライプに平行な方向の幅を200μmとし、その他は同様に作製する。
11a…高転位密度領域
11b…低転位密度領域
a……凹部(溝)
12……Alb Ga1-b N(0<b<0.1) 層(第1の半導体層)
13…窒化物半導体層
Claims (15)
- 窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板の上面に接して積層され、該窒化物半導体基板よりも格子定数が小さい第1の半導体層を具備することを特徴とする窒化物半導体積層基板。
- 前記窒化物半導体基板は、上面に低転位密度領域と高転位密度領域を有することを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体積層基板。
- 前記窒化物半導体基板は、上面の高転位密度領域に対応して凹部を有することを特徴とする請求項2記載の窒化物半導体積層基板。
- 前記窒化物半導体基板は、上面に凹部を有し、
前記第1の半導体層は、前記窒化物半導体基板の上面および凹部の内面に接している
ことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体積層基板。 - 前記第1の半導体層は、n型不純物を有する窒化物半導体であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層基板。
- 前記第1の半導体層に含有されるn型不純物は、前記窒化物半導体基板に含有されるn型不純物よりも不純物濃度が低いことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層基板。
- 前記第1の半導体層に含有されるn型不純物は、前記窒化物半導体基板に含有されるn型不純物とは異なることを特徴とする請求項6記載の窒化物半導体積層基板。
- 前記第1の半導体層に含有されるn型不純物は、ケイ素であることを特徴とする請求項7記載の窒化物半導体積層基板。
- 前記窒化物半導体基板に含有されるn型不純物は、酸素であることを特徴とする請求項6または8記載の窒化物半導体積層基板。
- 前記第1の半導体層は、Alb Ga1-b N(0<b<0.1) であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層基板。
- 前記第1の半導体層は、前記窒化物半導体基板の凹部の深さよりも大きい膜厚を有することを特徴とする請求項3乃至10のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層基板。
- 請求項1乃至11のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層基板は、前記窒化物半導体基板の凹部が存在する面とは反対面側に引っ張り応力を有することを特徴とする窒化物半導体積層基板。
- 窒化物半導体基板およびその上面に接して積層された該窒化物半導体基板よりも格子定数が小さい第1の半導体層を具備する窒化物半導体積層基板と、該窒化物半導体積層基板上に形成され、少なくともn型窒化物半導体層およびp型窒化物半導体層を含む第2の半導体層とを具備することを特徴とする窒化物半導体デバイス。
- 窒化物半導体基板およびその上面に接して積層された該窒化物半導体基板よりも格子定数が小さい第1の半導体層を具備する窒化物半導体積層基板と、該窒化物半導体積層基板上に形成され、光導波領域として用いられる少なくともn型窒化物半導体層および/またはp型窒化物半導体層を含む第2の半導体層とを具備することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
- 請求項14記載の窒化物半導体レーザ素子において、前記第1の半導体層は光閉じ込め層として用いられることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
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