JP2018014444A - 半導体多層膜反射鏡及び垂直共振器型発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
半導体薄膜に貫通転位などの欠陥が高密度に存在することが問題となる。特に、垂直共振器型発光素子においては、高い反射率を有する多層膜反射鏡が求められるため、数十層に及ぶ半導体層が積層される。従って、多層膜反射鏡を構成する半導体層の転位などの欠陥の低減が課題となる。
In(インジウム)を組成に含む第1の窒化物半導体膜と、第2の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長して半導体多層膜反射鏡を形成する積層ステップを有し、
第1の窒化物半導体膜は、雰囲気ガスとして不活性ガスを用いて成長され、
積層ステップは、第1の窒化物半導体膜の成長終了後であって第2の窒化物半導体膜の成長開始前に、水素ガスを供給して第1の窒化物半導体膜の表面を水素雰囲気中に保持する水素処理ステップを有する。
上記の半導体多層膜反射鏡を第1の反射鏡として形成する積層ステップと、
記半導体多層膜反射鏡上に少なくとも1の半導体層からなる第1半導体層を形成するステップと、
第1半導体層上に活性層を形成するステップと、
活性層上に、第1半導体層とは反対の導電型を有する少なくとも1の半導体層からなる第2半導体層を形成するステップと、
第2半導体層上に前記半導体多層膜反射鏡に対向する第2の反射鏡を形成するステップと、を有する。
[半導体多層膜反射鏡の結晶成長プロセス]
成長基板11上に、アンドープGaNからなる下地層(バッファ)層13を500nm(ナノメートル)の層厚で成長した。なお、基板温度(成長温度)は1050℃とし、キャリアガスとして水素(H2)を供給した。
[垂直共振器型発光素子の半導体発光構造層の成長プロセス]
次に、垂直共振器型発光素子の半導体発光構造層について説明する。再度、図1を参照すると、多層膜反射鏡15上に、成長温度を1050℃として、層厚が430nmのn型GaN層17を成長した。なお、SiH4を供給し、n型不純物であるSiが1×1019cm-3の濃度でドーピングを行った。
[垂直共振器面発光型レーザの製造工程]
以下に、垂直共振器型発光素子の一例として、垂直共振器面発光型レーザ(VCSEL)30の製造工程について、図面を参照して詳細に説明する。図4は、垂直共振器面発光型レーザ(VCSEL)30の一例の断面構造を模式的に示す断面図である。
[半導体多層膜反射鏡(半導体DBR)15の結晶品質]
本発明の効果確認の比較実験を行った。図5Aは、本発明の多層膜反射鏡15の表面を原子間力顕微鏡(AFM)で観察した観察画像である。すなわち、図5Aは、AlInN層である第1の半導体薄膜15Aの成長後に第1の半導体薄膜15Aの表面(すなわち、AlInN層の表面)を水素混合雰囲気に曝す処理(水素処理)HPを行って製作した多層膜反射鏡15の表面を観察したAFM画像である。また、図5Bは、比較例としての多層膜反射鏡の表面を観察したAFM画像である。すなわち、図5Bは、当該水素処理工程を行わなかった点を除いて、本実施例の多層膜反射鏡15と同じ工程で製作した多層膜反射鏡の表面のAFM画像である。尚、いずれも表面観察の為、多層膜反射鏡は3ペアのみ積層した段階のものである。
Claims (11)
- 有機金属気相成長(MOCVD)法により半導体多層膜反射鏡を製造する製造方法であって、
In(インジウム)を組成に含む第1の窒化物半導体膜と、第2の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長して前記半導体多層膜反射鏡を形成する積層ステップを有し、
前記第1の窒化物半導体膜は、雰囲気ガスとして不活性ガスを用いて成長され、
前記積層ステップは、前記第1の窒化物半導体膜の成長終了後であって前記第2の窒化物半導体膜の成長開始前に、水素ガスを供給して前記第1の窒化物半導体膜の表面を水素雰囲気中に保持する水素処理ステップを有する、
半導体多層膜反射鏡の製造方法。 - 前記第1の窒化物半導体膜は第1の成長温度で成長され、前記水素処理ステップは前記第1の成長温度で実行される請求項1に記載の製造方法。
- 前記第1の窒化物半導体膜は第1の成長温度で成長され、前記第2の窒化物半導体膜は前記第1の成長温度とは異なる第2の成長温度で成長される請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記第1の窒化物半導体膜は第1の成長温度で成長され、前記第2の窒化物半導体膜は、前記第1の成長温度で成長される第1の成長膜と、前記第1の成長膜の成長後に前記第1の成長温度よりも高温の第2の成長温度で成長される第2の成長膜とを有する請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記水素処理ステップは前記第1の窒化物半導体膜の成長毎に実行される請求項1ないし4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記水素処理ステップは、前記不活性ガスと水素ガスの混合ガスを雰囲気ガスとして実行される請求項1ないし5のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記水素処理ステップは、前記水素ガスのみを雰囲気ガスとして実行される請求項1ないし5のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記第1の窒化物半導体膜及び前記第2の窒化物半導体膜の成長は、窒素ガスのみを雰囲気ガスとして実行される請求項1ないし7のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記第1の窒化物半導体膜はIn及びAl(アルミニウム)を組成に含む窒化物半導体であり、前記第2の窒化物半導体膜はAlGaNである請求項1ないし8のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記第1の窒化物半導体膜はAlInNであり、前記第2の窒化物半導体膜はGaNである請求項1ないし8のいずれか1項に記載の製造方法。
- 請求項1に記載の前記半導体多層膜反射鏡を第1の反射鏡として形成する前記積層ステップと、
前記半導体多層膜反射鏡上に少なくとも1の半導体層からなる第1半導体層を形成するステップと、
前記第1半導体層上に活性層を形成するステップと、
前記活性層上に、前記第1半導体層とは反対の導電型を有する少なくとも1の半導体層からなる第2半導体層を形成するステップと、
前記第2半導体層上に前記半導体多層膜反射鏡に対向する第2の反射鏡を形成するステップと、
を有する垂直共振器型発光素子の製造方法。
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