JP2828002B2 - Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same

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JP2828002B2
JP2828002B2 JP704896A JP704896A JP2828002B2 JP 2828002 B2 JP2828002 B2 JP 2828002B2 JP 704896 A JP704896 A JP 704896A JP 704896 A JP704896 A JP 704896A JP 2828002 B2 JP2828002 B2 JP 2828002B2
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政勝 鈴木
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晃 高森
正也 萬濃
勲 木戸口
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光情報処
理分野などに用いられる短波長の半導体発光素子及びそ
の製造方法に関するる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a short-wavelength semiconductor light-emitting device used in the fields of optical communication and optical information processing, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、多くの分野で短波長半導体発光素
子の需要が高まり、ZnSe系、及びGaN系材料を中
心として精力的に研究が進められている。ZnSe系材
料では、発振波長500nm前後の短波長半導体レーザ
の室温連続発振が達成され、実用化に向けての研究開発
が続けられている。一方、GaN系材料でも、最近、高
輝度な青色発光ダイオードが実現された。発光ダイオー
ドとしての信頼性も、他の半導体発光素子材料と比較し
ても遜色なく、半導体レーザへの応用も十分可能である
と思われる。
2. Description of the Related Art In recent years, demands for short-wavelength semiconductor light-emitting devices have been increasing in many fields, and intensive studies have been made on ZnSe-based and GaN-based materials. With a ZnSe-based material, continuous oscillation at room temperature of a short-wavelength semiconductor laser with an oscillation wavelength of about 500 nm has been achieved, and research and development for practical use have been continued. On the other hand, even with GaN-based materials, blue light-emitting diodes with high luminance have recently been realized. The reliability as a light emitting diode is not inferior to other semiconductor light emitting element materials, and it seems that application to a semiconductor laser is sufficiently possible.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaN
系材料はその物性があまり明らかにされておらず、結晶
構造が六方晶系であるため、従来の立方晶系材料と同様
な素子構造で十分実用に耐えられる特性が得られるかど
うかはわからない。
SUMMARY OF THE INVENTION However, GaN
Since the physical properties of the system material are not well understood and the crystal structure is a hexagonal system, it is not known whether the element structure similar to that of the conventional cubic system material can provide sufficiently practical characteristics.

【0004】本発明は以上のような問題点を鑑みてなさ
れたものであり、六方晶化合物半導体の独特の電子帯構
造の特徴を用いて高性能な半導体発光素子を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has as its object to provide a high-performance semiconductor light-emitting device using a unique characteristic of an electronic band structure of a hexagonal compound semiconductor. .

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体レーザは、六方晶化合物半導体固
有の電子帯構造の歪特性を用いて、構成の単純な高性能
半導体レーザを実現するものである。具体的には、六方
晶化合物半導体のc面内に等方的でない(異方的な)歪
を加えることにより、しきい値電流の低い半導体発光素
子を実現するものである。
In order to achieve the above object, a semiconductor laser of the present invention uses a distortion characteristic of an electronic band structure inherent to a hexagonal compound semiconductor to provide a simple high performance semiconductor laser. It will be realized. Specifically, a semiconductor light emitting device having a low threshold current is realized by applying non-isotropic (anisotropic) strain to the c-plane of a hexagonal compound semiconductor.

【0006】我々は、六方晶化合物半導体のc面内に等
方的でない(異方的な)歪を加えた場合、価電子帯上端
付近のホールの有効質量が小さくなるということを見い
出した。この性質を利用して、c軸方向に成長させた六
方晶化合物半導体から構成されている活性層のc面内に
等方的でない(異方的な)歪を入れることにより、しき
い値電流が低い半導体発光素子が実現できる。ここで等
方的とはc面内で静水圧的(等方的)にかかる歪をい
う。
We have found that when a non-isotropic (anisotropic) strain is applied to the c-plane of a hexagonal compound semiconductor, the effective mass of holes near the upper end of the valence band is reduced. By utilizing this property, non-isotropic (anisotropic) strain is applied to the c-plane of the active layer composed of a hexagonal compound semiconductor grown in the c-axis direction, so that the threshold current is increased. , A semiconductor light emitting device having a low density can be realized. Here, isotropic means a strain applied hydrostatically (isotropically) in the c-plane.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下に、本発明で利用している六
方晶化合物半導体の価電子帯の電子帯構造の歪特性につ
いて、図面を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The distortion characteristics of the valence band structure of the hexagonal compound semiconductor used in the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0008】図1は、歪が加わっていない場合のAlG
aN/GaN量子井戸構造について、GaN量子井戸層
の価電子帯の電子帯構造を示している。この量子井戸構
造は、AlGaN障壁層と、GaN量子井戸層とからな
る。量子井戸層の厚みは約4nmである。図1におい
て、曲線aは重い正孔の第1準位のエネルギバンドを表
現し、曲線bは重い正孔の第2準位のエネルギバンドを
表現している。曲線cは軽い正孔の第1準位のエネルギ
バンドを表現し、曲線dは軽い正孔の第2準位のエネル
ギバンドを表現している。
FIG. 1 shows an AlG when no strain is applied.
Regarding the aN / GaN quantum well structure, the electron band structure of the valence band of the GaN quantum well layer is shown. This quantum well structure includes an AlGaN barrier layer and a GaN quantum well layer. The thickness of the quantum well layer is about 4 nm. In FIG. 1, a curve a represents the energy band of the heavy hole in the first level, and a curve b represents the energy band of the heavy hole in the second level. Curve c represents the energy band of the first level of light holes, and curve d represents the energy band of the second level of light holes.

【0009】図1は、価電子帯上端付近(波数0の近
傍)におけるホールの有効質量は、Zincblend
e型化合物半導体と比べてかなり大きいことを示してい
る。また、GaN量子井戸層にc軸方向の一軸性歪、あ
るいはc面内の等方的な(二軸性)歪が加わった場合、
価電子帯上端付近のホールの有効質量は無歪の場合とほ
とんど変わらない。c軸方向の一軸性歪とは、六方晶化
合物半導体のc軸方向にのみ歪がある場合をいい、c面
内の二軸性歪とは、互いに垂直な軸にそれぞれ等しい大
きさの歪がある場合であり、この場合も等方的な歪であ
る。
FIG. 1 shows that the effective mass of a hole near the upper end of the valence band (near the wave number 0) is Zincblend
This shows that it is considerably larger than the e-type compound semiconductor. When uniaxial strain in the c-axis direction or isotropic (biaxial) strain in the c-plane is applied to the GaN quantum well layer,
The effective mass of the hole near the top of the valence band is almost the same as in the case of no distortion. The uniaxial strain in the c-axis direction refers to a case where there is a strain only in the c-axis direction of the hexagonal compound semiconductor, and the biaxial strain in the c-plane is a strain having a magnitude equal to the axes perpendicular to each other. In some cases, this is also an isotropic distortion.

【0010】ところで、六方晶化合物半導体のc面内に
等方的でない(異方的な)歪が加わった場合の変形ポテ
ンシャルをD5、c面内の直交する2つの方向の歪をe
xx、及びeyy、c面内のせん断歪をexyとすると、c
面内に等方的でない(異方的な)歪が加わったことによ
る変形エネルギーはD5(exx−eyy+2iexy)の形で
記述できる。
By the way, when a non-isotropic (anisotropic) strain is applied to the c-plane of the hexagonal compound semiconductor, the deformation potential is D5, and the strain in two orthogonal directions in the c-plane is e.
xx , e yy , and the shear strain in the c-plane is yy ,
Not isotropic in the plane (anisotropic) deformation energy due to distortion is applied can be described in the form of D5 (e xx -e yy + 2ie xy).

【0011】図2は、c面内に変形エネルギーが10m
eVとなる等方的でない(異方的な)歪が加わった場合
のAlGaN/GaN量子井戸構造におけるGaN量子
井戸層の価電子帯の電子帯構造を示している。図2から
明らかなように、等方的でない歪を加えることにより、
波数の小さい領域における「価電子帯の曲率」が小さく
なっている。このため、価電子帯上端付近のホールの有
効質量は無歪の場合と比較してかなり小さくなっている
ことがわかる。これは価電子帯上端付近の状態密度が減
少していることを意味し、レーザ発振させるために必要
な注入電流密度が少なくてよいことに対応している。し
たがって、このように量子井戸層に等方的でない歪を加
えた活性層を用いた半導体レーザでは、発振しきい値電
流が小さくなることがわかる。
FIG. 2 shows that the deformation energy is 10 m in the c-plane.
4 shows an electron band structure of a valence band of a GaN quantum well layer in an AlGaN / GaN quantum well structure when non-isotropic (anisotropic) strain of eV is applied. As is apparent from FIG. 2, by applying a non-isotropic distortion,
The “valence band curvature” in a region with a small wave number is small. For this reason, it can be seen that the effective mass of the hole near the upper end of the valence band is considerably smaller than that in the case of no distortion. This means that the state density near the upper end of the valence band is reduced, which corresponds to the fact that the injection current density required for laser oscillation is small. Therefore, it can be seen that in the semiconductor laser using the active layer in which the non-isotropic strain is applied to the quantum well layer, the oscillation threshold current becomes small.

【0012】また、図3は、c面内に等方的でない(異
方的な)歪が加わった場合のしきい値電流密度の歪依存
性を示している。横軸は変形エネルギー、縦軸は無歪の
場合の値で規格化したしきい値電流密度を表わしてい
る。図にはしきい値利得を変化させた場合の結果をまと
めて示してある。図3から明らかなように、しきい値利
得の値がどのような場合でも等方的でない(異方的な)
歪を加えることにより、しきい値電流密度がかなり減少
している。
FIG. 3 shows the strain dependence of the threshold current density when non-isotropic (anisotropic) strain is applied to the c-plane. The horizontal axis represents the deformation energy, and the vertical axis represents the threshold current density normalized by the value in the case of no distortion. The figure collectively shows the results when the threshold gain is changed. As is clear from FIG. 3, the threshold gain value is not isotropic (anisotropic) in any case.
The application of the strain significantly reduces the threshold current density.

【0013】また、図3では、c面内のせん段歪を考慮
していないが、c面内にせん段歪が加わった場合につい
ても同様な効果が見られる。
Although FIG. 3 does not consider step distortion in the c-plane, the same effect can be obtained when step distortion is applied in the c-plane.

【0014】以上図1〜図3で説明したように、六方晶
化合物半導体を活性層に用いた半導体発光素子におい
て、等方的でない歪を活性層に用いることでしきい値電
流の小さい素子が実現できることがわかる。
As described above with reference to FIGS. 1 to 3, in a semiconductor light emitting device using a hexagonal compound semiconductor for an active layer, an element having a small threshold current can be obtained by using non-isotropic strain for the active layer. It can be seen that it can be realized.

【0015】以下、具体的に六方晶化合物半導体に等方
的でない歪を導入した素子、およびその製造方法につい
て述べていく。
Hereinafter, a device in which a non-isotropic strain is introduced into a hexagonal compound semiconductor and a method of manufacturing the same will be specifically described.

【0016】(実施例1)本発明の一実施例の半導体発
光素子の構造を示す。六方晶化合物半導体としては、I
II−V族化合物半導体である、AlGaInN系の材
料を用いている。歪は、c面に平行方向導入している。
AlGaInN発光素子層100にウルツ鉱型を用いる
た場合、その(0001)軸に垂直な方向(c面内に平
行)に一軸性の歪みを加えるとバンド構造(価電子帯)
を変化させることが可能となる。その結果、発光素子の
特性が向上することは前述した。
Embodiment 1 The structure of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described. As a hexagonal compound semiconductor, I
An AlGaInN-based material that is a II-V group compound semiconductor is used. The distortion is introduced in a direction parallel to the c-plane.
In the case where a wurtzite type is used for the AlGaInN light emitting element layer 100, a band structure (valence band) is obtained when a uniaxial strain is applied in a direction perpendicular to the (0001) axis (parallel to the c-plane).
Can be changed. As described above, the characteristics of the light emitting element are improved as a result.

【0017】図4のように、サファイア基板101にス
トライプ状の溝102を形成するとその基板に熱膨張係
数の方向性が表れ、その後、ストライプ溝102が形成
されていない、他方の面に成長されたAlGaInN発
光層100には図中のx方向に一軸性の歪みを加えるこ
とが可能となる。この発光層100を活性層とすること
でしきい値電流の小さい半導体発光素子を実現できる。
As shown in FIG. 4, when a stripe-shaped groove 102 is formed in a sapphire substrate 101, the direction of the thermal expansion coefficient appears on the substrate, and then the substrate is grown on the other surface where the stripe groove 102 is not formed. It is possible to apply uniaxial strain to the AlGaInN light emitting layer 100 in the x direction in the figure. By using the light emitting layer 100 as an active layer, a semiconductor light emitting device having a small threshold current can be realized.

【0018】具体的な製造方法を図5に示す。はじめに
サファイア基板103の一主面にストライプ状のマスク
104を形成する。その後、マスク104を用い、熱硫
酸などのエッチング液を用いてストライプ状の溝105
を形成する。さらに、たとえばAlNなどの材料をマス
ク104を用いて選択成長すると溝105の中だけにA
lN埋め込み層106が形成される。その結果、厚さ方
向に熱膨張係数の分布が生じ、続いてAlGaInN発
光層107の結晶成長を1000℃以上の高温で行う場
合に基板に一軸性の歪みを生じることができる。結晶成
長には有機金属気相成長法が用いられるがAlGaIn
Nでは1100℃程度がよいとされている。すると、温
度を室温に戻したときにAlGaInN発光層107に
一軸性の歪みが加わった状態とすることができる。
FIG. 5 shows a specific manufacturing method. First, a stripe-shaped mask 104 is formed on one main surface of a sapphire substrate 103. After that, using a mask 104 and an etching solution such as hot sulfuric acid, a striped groove 105 is formed.
To form Further, when a material such as AlN is selectively grown using the mask 104, the A
An 1N buried layer 106 is formed. As a result, a distribution of the thermal expansion coefficient occurs in the thickness direction, and when the crystal growth of the AlGaInN light emitting layer 107 is subsequently performed at a high temperature of 1000 ° C. or more, uniaxial distortion can be generated in the substrate. Metalorganic vapor phase epitaxy is used for crystal growth, but AlGaIn
It is said that about 1100 ° C. is good for N. Then, when the temperature is returned to room temperature, the AlGaInN light emitting layer 107 can be in a state where uniaxial strain is applied.

【0019】ここで、AlN埋め込み層106を形成す
ることによって熱膨張を増大させ、加熱機構からの熱の
伝達を良好にし、より大きな歪みを加えることが可能と
なる。また、加える歪みの絶対量は溝105の幅や深さ
で制御することができ、発光素子にとって最適な構造と
することが可能である。
Here, by forming the AlN buried layer 106, thermal expansion is increased, heat transfer from the heating mechanism is improved, and a larger strain can be applied. Further, the absolute amount of distortion to be applied can be controlled by the width and depth of the groove 105, so that a structure optimal for the light emitting element can be obtained.

【0020】また、結晶に一軸性の歪みを加える方法と
してストライプ状の酸化膜の形成が考えられる。図6、
7にこの発明の一実施例の半導体発光素子の構造図を示
す。
As a method of applying uniaxial distortion to the crystal, formation of a stripe-shaped oxide film can be considered. FIG.
FIG. 7 is a structural view of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

【0021】結晶成長を行う前にストライプ状の酸化膜
109をサファイア基板108の一主面に形成する。
Before crystal growth, a stripe-shaped oxide film 109 is formed on one main surface of the sapphire substrate 108.

【0022】その後結晶成長を行うために1000℃以
上に昇温するとサファイア基板108と酸化膜109の
熱膨張係数の違いによって図中Zの方向に湾曲させるこ
とができる(図7)。その状態で結晶成長を行い室温に
戻すことによってZ方向に歪みの入った結晶を得ること
ができる。この場合、その歪み量はストライプの幅とピ
ッチで制御される。たとえば半導体レーザを作製する場
合、その幅は5ミクロン、ピッチは10ミクロン程度が
適している。
Thereafter, when the temperature is raised to 1000 ° C. or more for crystal growth, the sapphire substrate 108 and the oxide film 109 can be curved in the direction of Z in FIG. By growing the crystal in this state and returning the temperature to room temperature, a crystal having a strain in the Z direction can be obtained. In this case, the amount of distortion is controlled by the width and pitch of the stripe. For example, when fabricating a semiconductor laser, it is appropriate that the width is about 5 microns and the pitch is about 10 microns.

【0023】類似の方法としてあらかじめAlGaIn
N発光層を有機金属気相成長法により成長する方法があ
る。その後、ストライプ状の酸化膜109を形成するが
そのとき500℃程度の高温で形成することにより同様
の湾曲を発生させ結晶中に一軸性の歪みを加えることが
できる。これはストライプ状の酸化膜109を形成後高
温で熱処理することによっても同様の効果を得ることが
できる。
As a similar method, AlGaIn
There is a method of growing an N light emitting layer by metal organic chemical vapor deposition. After that, a stripe-shaped oxide film 109 is formed. At that time, by forming the oxide film at a high temperature of about 500 ° C., the same curvature can be generated and uniaxial strain can be applied to the crystal. The same effect can be obtained by forming a stripe-shaped oxide film 109 and then performing a heat treatment at a high temperature.

【0024】同様の効果を金属のバイメタル効果を利用
することによって実現することが可能である。図8にこ
の発明の一実施例の半導体発光素子の構造図を示す。A
lGaInN発光素子を作製する場合SiC基板112
を用いることは有効である。あらかじめAlGaInN
発光層116を有機金属気相成長法により成長する。そ
の後、Ni層113上にストライプ状の第一のAu層1
14を形成することによってバイメタル効果で図中Z方
向にSiC基板112を湾曲させることができる。その
結果AlGaInN発光層116に一軸性の歪みを加え
ることができる。この場合Ni層113がSiC基板1
12に対して電気的なオーミック特性を示すため半導体
発光素子を作製した場合の効果は大きい。
A similar effect can be realized by utilizing the bimetal effect of a metal. FIG. 8 is a structural view of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention. A
In the case of manufacturing an lGaInN light emitting device, a SiC substrate 112
It is effective to use. AlGaInN in advance
The light emitting layer 116 is grown by metal organic chemical vapor deposition. After that, the stripe-shaped first Au layer 1 is formed on the Ni layer 113.
By forming 14, the SiC substrate 112 can be curved in the Z direction in the figure by the bimetal effect. As a result, uniaxial strain can be applied to the AlGaInN light emitting layer 116. In this case, the Ni layer 113 is
Since the semiconductor light-emitting element has electrical ohmic characteristics with respect to No. 12, the effect when the semiconductor light-emitting element is manufactured is large.

【0025】さらに図9にこの発明の一実施例の半導体
発光素子の構造図を示す。これは結晶成長を行うときに
外部から応力を加えておく方法で、あらかじめ用意され
た曲率Rの面を有するトレイ119上にサファイア基板
117をとめ治具118を用いて固定する。その後、基
板117に発光層を成長し取り出すとサファイア基板1
17は元の状態に戻ろうとし発光層に歪みが加わる。こ
の方法の特徴は加える歪みの量をトレイ119の曲率を
機械的に変化させることによって制御できることであ
る。
FIG. 9 is a structural view of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention. This is a method in which a stress is applied from the outside when crystal growth is performed. The sapphire substrate 117 is fixed on a tray 119 having a surface with a curvature R prepared in advance and fixed using a jig 118. Thereafter, a light emitting layer is grown on the substrate 117 and taken out.
Reference numeral 17 indicates that the light emitting layer is strained to return to the original state. A feature of this method is that the amount of distortion to be applied can be controlled by mechanically changing the curvature of the tray 119.

【0026】(実施例2)図10は第2の実施例を示す
ウルツ鉱型InxGa1-xN/AlyGa1-yN量子井戸半
導体レーザの素子断面図である。井戸層にInxGa1-x
N、障壁層にAl yGa1-yNを用いている。
(Embodiment 2) FIG. 10 shows a second embodiment.
Wurtzite InxGa1-xN / AlyGa1-yN quantum well half
FIG. 3 is a sectional view of an element of a conductor laser. In the well layerxGa1-x
N, Al in barrier layer yGa1-yN is used.

【0027】有機金属気相成長方法により(1100)
LiTaO3基板201上にAlNバッファ層202、
n−AlzGa1-zNクラッド層203、AlyGa1-y
第1光ガイド層204、InxGa1-xN/GaN多重
量子井戸活性層205(InxGa1−xN量子井戸
層、GaN量子井戸層の積層構造)、AlyGa1-yN第
2光ガイド層206、p−AlzGa1-zNクラッド層2
07を連続的に形成する。
According to the metal organic chemical vapor deposition method (1100)
An AlN buffer layer 202 on a LiTaO 3 substrate 201,
n-Al z Ga 1-z N cladding layer 203, Al y Ga 1-y N
The first light guide layer 204, In x Ga 1-x N / GaN multi-quantum well active layer 205 (InxGa1-xN quantum well layer, a stacked structure of GaN quantum well layer), Al y Ga 1-y N second light guide layer 206, p-Al z Ga 1 -z N cladding layer 2
07 are formed continuously.

【0028】その後エッチングによりリッジストライプ
208を形成し、SiO2絶縁膜209を堆積した後、
電流注入のためにSiO2絶縁膜209に開口部210
および211を形成する。そして最後にアノード電極2
12およびカソード電極213を形成する。
After that, a ridge stripe 208 is formed by etching, and a SiO2 insulating film 209 is deposited.
An opening 210 is formed in the SiO 2 insulating film 209 for current injection.
And 211 are formed. And finally the anode electrode 2
12 and the cathode electrode 213 are formed.

【0029】このウルツ鉱型InGaN/AlGaN量
子井戸半導体レーザを構成する層構造は組成、材料によ
り成長温度が異なる場合が多いが、例えば有機金属気相
成長法を用いた場合AlNバッファ層202を除いて8
00〜1100℃の範囲で作製される。したがって成長
終了後に室温に戻された結晶には基板との熱膨張係数差
によって歪が発生する。なお、成長時には多結晶状であ
るAlNバッファ層202を種結晶としてそれ以降の結
晶が成長されるので、(1100)LiTaO 3基板2
01とそれ以外の層との格子定数差が歪に反映されるこ
とはほとんどない。もちろんn−AlzGa1-zNクラッ
ド層203からp−AlzGa1-zNクラッド層207ま
でのヘテロ構造において材料間で格子定数が異なる場合
もあり、この格子定数差が歪に反映されることはあり得
るが、ミスフィット転位等が発生しないように材料、膜
厚を選べばよい。しかし、前述の熱膨張係数差による歪
は回避できない。そこで本発明ではこの歪を積極的に利
用している。
This wurtzite type InGaN / AlGaN amount
The layer structure of a subwell semiconductor laser depends on its composition and material.
The growth temperature is often different, but for example,
When the growth method is used, 8 excluding the AlN buffer layer 202
It is produced in the range of 00 to 1100 ° C. Therefore growing
The crystal returned to room temperature after completion has a difference in thermal expansion coefficient from the substrate.
Causes distortion. It should be noted that it is polycrystalline during growth.
Subsequent AlN buffer layer 202 as a seed crystal
As crystals grow, (1100) LiTaO ThreeSubstrate 2
The difference in lattice constant between the layer 01 and the other layers is reflected in the strain.
And almost none. Of course n-AlzGa1-zN crush
P-AlzGa1-zN clad layer 207
The lattice constant differs between materials in heterostructures
It is possible that this lattice constant difference is reflected in the distortion.
Material and film to prevent misfit dislocations, etc.
You can choose the thickness. However, the distortion due to the aforementioned difference in thermal expansion coefficient
Cannot be avoided. Therefore, in the present invention, this distortion is positively used.
I use it.

【0030】図15に基板として用いたLiTaO3
板201および、ウルツ鉱型GaN結晶との面内での熱
膨張係数を示す。本実施例では(1100)LiTaO
3基板を用いているので面内では熱膨張係数に異方性が
あり、図11に示すように(0001)方向とこれと垂
直な(11`20)方向とで表している。なお、ウルツ
鉱型GaN系材料は、基板の面方位に係わらず(000
1)配向で結晶が成長するので各層とも(0001)方
向に垂直に形成されいる。ウルツ鉱型GaN系材料の熱
膨張係数は(0001)面で等方的であり、GaNでは
5.6×10-6である。AlGaInN混晶のいかなる
組成の材料でもこの付近の熱膨張係数を有する。一方L
iTaO3基板は(0001)方向では1.2×10-6
とGaNよりも小さい熱膨張係数を有しているが、(1
1`20)方向では逆に2.2×10-5とGaNよりも
はるかに大きい熱膨張係数を持つ。したがって図10の
半導体レーザにおいて(1100)LiTaO3基板2
01が、結晶成長により作製されたn−AlzGa1-z
クラッド層203からp−AlzGa1-zNクラッド層2
07までの結晶よりも十分に厚い場合、例えば成長温度
が室温よりも1000℃と高いと仮定すると、室温に冷
却したときにn−AlzGa1-zNクラッド層203から
p−AlzGa1-zNクラッド層207までの結晶には、
(0001)方向の歪をexx、(11`20)方向の歪
をeyyとするとexx=−0.44%、そしてeyy=1.6%
となる。このようにしてInxGa1-xN/GaN多重量
子井戸活性層205面内に、非等方歪(等方的でない
歪)を作り込むことができるので価電子帯の状態密度を
大幅に低減でき、レーザのしきい値電流の低減が可能と
なる。
FIG. 15 shows the in-plane thermal expansion coefficients of the LiTaO 3 substrate 201 used as the substrate and the wurtzite-type GaN crystal. In this embodiment, (1100) LiTaO
Since three substrates are used, the coefficient of thermal expansion has anisotropy in the plane, and is represented by a (0001) direction and a (11`20) direction perpendicular to the (0001) direction as shown in FIG. The wurtzite-type GaN-based material is (000) regardless of the plane orientation of the substrate.
1) Since the crystal grows in the orientation, each layer is formed perpendicular to the (0001) direction. The coefficient of thermal expansion of the wurtzite GaN-based material is isotropic in the (0001) plane, and is 5.6 × 10 −6 for GaN. Materials of any composition of AlGaInN mixed crystals have a coefficient of thermal expansion near this. On the other hand, L
The iTaO3 substrate is 1.2 × 10 −6 in the (0001) direction.
And GaN have a smaller coefficient of thermal expansion than
Conversely, in the (1`20) direction, it has a thermal expansion coefficient of 2.2 × 10 −5 , which is much larger than that of GaN. Thus, in the semiconductor laser of FIG. 10 (1100) LiTaO 3 substrate 2
01 were prepared by crystal growth n-Al z Ga 1-z N
A cladding layer 203 p-Al z Ga 1- z N cladding layer 2
If sufficiently thicker than the crystal up to 07, for example, the growth temperature is assumed to 1000 ° C. and higher than room temperature, n-Al z Ga 1- z N cladding layer 203 from p-Al z Ga when cooled to room temperature Crystals up to the 1-z N cladding layer 207 include:
Assuming that the distortion in the (0001) direction is e xx and the distortion in the (11`20) direction is e yy , e xx = −0.44% and e yy = 1.6%.
Becomes In this manner, anisotropic strain (non-isotropic strain) can be formed in the surface of the In x Ga 1 -xN / GaN multiple quantum well active layer 205, so that the state density of the valence band can be greatly increased. And the threshold current of the laser can be reduced.

【0031】ただし、n−AlzGa1-zNクラッド層2
03からp−AlzGa1-zNクラッド層207までの結
晶成長層の全体の膜厚が厚い場合、上で述べた基板との
熱膨張係数差による歪、すなわちexxとeyyに耐えられ
ず、転位欠陥を起こして歪が緩和してしまう場合も考え
られる。この場合には図12に示すように(1100)
から(0001)方向にθ、(11`20)方向にφ傾
けたLiTaO3基板を用いればよい。この傾きによっ
て結晶成長層のそれぞれの方向に入る歪は、 e'xx=−0.4cosθ e'yy=1.6cosφ となり、小さくできる。したがって適当にqおよびfを
選ぶことによって転位欠陥の導入を防ぐことができる。
e'xx+e'yy=0となるようにqおよびfを選べば、特に
転位欠陥防止の効果が高い。
However, the n-Al z Ga 1 -z N clad layer 2
If the total thickness of the crystal growth layer from 03 to p-Al z Ga 1-z N cladding layer 207 is thick, the distortion due to thermal expansion coefficient difference between the substrate as described above, i.e. withstand e xx and e yy It is also conceivable that dislocation defects are caused and strain is relaxed. In this case, as shown in FIG.
A LiTaO 3 substrate may be used which is tilted θ in the (0001) direction and φ in the (11`20) direction. Due to this inclination, the strain entering each direction of the crystal growth layer becomes e ′ xx = −0.4 cos θ e ′ yy = 1.6 cos φ and can be reduced. Therefore, introduction of dislocation defects can be prevented by appropriately selecting q and f.
If q and f are selected so that e ′ xx + e ′ yy = 0, the effect of preventing dislocation defects is particularly high.

【0032】なお、本実施例では基板としてLiTaO
3を用いたが、他の非線形光学結晶、例えばLiNbO3
やKTiOPO4、KNbO3、LiB613等の材料は
LiTaO3と同様に熱膨張係数の異方性が大きく、成
長温度で安定なら使用可能である。
In this embodiment, LiTaO is used as the substrate.
3 , but other non-linear optical crystals such as LiNbO 3
And KTiOPO4, KNbO 3, LiB 6 material O 13 and the like similarly increases the anisotropy of thermal expansion coefficient as LiTaO3, is possibly stabilized at the growth temperature used.

【0033】(実施例3)図13は第3の実施例を示す
ウルツ鉱型InGaN/AlGaN量子井戸半導体レー
ザの素子断面図である。結晶成長により(0001)サ
ファイア基板301上にAlNバッファ層302、n−
AlzGa1−zNクラッド層303、AlyGa1−y
N 第1光ガイド層304、InxGa1−xN/Ga
N多重量子井戸活性層305、AlyGa1-yN 第2光
ガイド層306、p−AlzGa1−zN第1クラッド層
307、p−Alz'Ga1-z'N歪導入層308を連続的
に形成する。その後一旦結晶成長装置から基板を取り出
し、エッチングによりp−Alz'Ga1-z'N歪導入層3
08を幅2mmのストライプ状に加工し、再び成長装置
に戻してからp−AlzGa1-zN第2クラッド層309
を成長させる。そしてSiO2絶縁膜310を堆積した
後、電流注入のためにSiO2絶縁膜310に開口部3
11および312を形成する。そして最後にアノード電
極313およびカソード電極314を形成する。
(Embodiment 3) FIG. 13 is a sectional view of an element of a wurtzite-type InGaN / AlGaN quantum well semiconductor laser showing a third embodiment. By crystal growth, an AlN buffer layer 302 and an n-
AlzGa1-zN cladding layer 303, AlyGa1-y
N first light guide layer 304, InxGa1-xN / Ga
Continuous N multiple quantum well active layer 305, Al y Ga 1-y N second optical guide layer 306, p-AlzGa1-zN first cladding layer 307, p-Al z 'Ga 1-z' N strain induced layer 308 It is formed. Then once the substrate is taken out of the crystal growth apparatus, p-Al z 'Ga 1 -z' N distortion introduced layer 3 by etching
08 was processed into a stripe shape having a width of 2mm to, p-Al z Ga 1- z N second cladding layer 309 after returning to the growth apparatus again
Grow. After depositing the SiO2 insulating film 310, the opening 3 is formed in the SiO2 insulating film 310 for current injection.
11 and 312 are formed. Finally, an anode electrode 313 and a cathode electrode 314 are formed.

【0034】ここでp−Alz'Ga1-z'N歪導入層30
8のAl組成比z'をp−Alza1- zN第1クラッド層
307およびp−AlzGa1-zN第2クラッド層309
のAl組成比zよりも大きく選ぶと格子定数がp−Al
z'Ga1-z'N歪導入層308の方が小さいために図14
に示すように周囲の結晶に圧縮の歪を導入することがで
きる。
Here, the p-Al z ' Ga 1 -z'N strain introducing layer 30
P-Al z G a1- z N first cladding layer 307 a Al composition ratio z '8 and p-Al z Ga 1-z N second cladding layer 309
Is selected to be larger than the Al composition ratio z of p-Al
Since the z ′ Ga 1 -z′N strain introducing layer 308 is smaller, FIG.
As shown in (1), compressive strain can be introduced into surrounding crystals.

【0035】このように局部的な歪が導入できるのはp
−Alz'Ga1-z'N歪導入層308の幅が2mm程度と
小さいためで、この幅が十分大きくなるとp−Alz'
1- z'N歪導入層308自身に歪が入るだけで付近の結
晶へは歪を導入できなくなる。p−Alz'Ga1-z'N歪
導入層308はストライプ状に作製されているのでスト
ライプに垂直な面では周囲の結晶に歪を導入することが
できるが、ストライプに平行な面では歪は導入されな
い。その結果、InxGa1-xN/GaN多重量子井戸活
性層305面内においてもストライプに垂直な面内のみ
に歪を導入できるので、歪に異方性が生じ、ホールの状
態密度を低減できる。InxGa1-xN/GaN多重量子
井戸活性層305への歪はp−Alz'Ga1-z'N歪導入
層308との距離が近いほど大きくできるのでp−Al
zGa1-zN第1クラッド層307の膜厚を適当に設定す
ることで調整が可能である。
As described above, the local distortion can be introduced by p
In the width of the -Al z 'Ga 1-z' N strain induced layer 308 is as small as about 2 mm, when the width is sufficiently large p-Al z 'G
Only strain is introduced into the a 1 -z'N strain introduction layer 308 itself, so that strain cannot be introduced into nearby crystals. p-Al z is 'Ga 1-z' N strain induced layer 308 can introduce distortion around the crystal with a plane perpendicular to the stripe because it is fabricated into a stripe shape, distortion in a plane parallel to the stripes Is not introduced. As a result, even in the In x Ga 1 -xN / GaN multiple quantum well active layer 305, the strain can be introduced only in the plane perpendicular to the stripe, so that anisotropy occurs in the strain and the state density of holes is reduced. it can. Since the strain to the In x Ga 1 -xN / GaN multiple quantum well active layer 305 can be increased as the distance from the p-Al z ' Ga 1 -z'N strain introduction layer 308 becomes shorter, the p-Al
The thickness of the z Ga 1-z N first cladding layer 307 can be adjusted by properly setting.

【0036】なお、本実施例ではp−Alz'Ga1-z'
歪導入層308のAl組成比z'をp−AlzGa1-zN第
1クラッド層307およびp−AlzGa1-zN第2クラ
ッド層309のAl組成比zよりも大きく選んだが、逆
に小さく選んだ場合でも同様の異方性歪を作り込むこと
ができる。特にz'がzよりも小さい場合、p−Alz'
1-z'N歪導入層308によって光導波構造も実現でき
る。p−Alz'Ga1- z'N歪導入層308はその横のp
−AlzGa1-zN第2クラッド層309よりも屈折率が
大きいからである。このため非常に簡単に屈折率導波構
造が実現できる。
[0036] In this embodiment p-Al z 'Ga 1- z' N
Although selected larger than the Al composition ratio of the strain introduction layer 308 z 'a p-Al z Ga 1-z N first cladding layer 307 and the p-Al z Ga 1-z N Al composition ratio of the second cladding layer 309 z Conversely, the same anisotropic strain can be produced even when the size is selected to be small. In particular, when z ′ is smaller than z, p-Al z ′ G
The a 1-z ′ N strain introduction layer 308 can also realize an optical waveguide structure. The p-Al z ' Ga 1 -z'N strain introducing layer 308
This is because having a refractive index greater than -Al z Ga 1-z N second cladding layer 309. Therefore, a refractive index waveguide structure can be realized very easily.

【0037】(実施例4)図16にこの発明の一実施例
の半導体レーザの製造方法を示す。
(Embodiment 4) FIG. 16 shows a method of manufacturing a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【0038】有機金属気相成長法等の結晶成長方法を用
いて、例えば(0001)面サファイア基板上に作製さ
れたAlxGayInzN系(0≦x≦1、0≦y≦1、
0≦z≦1)の半導体レーザ401のチップを図16
(a)に示すように、まず、200℃の高温でサブマウ
ント402上に配置する。サブマウント402の構造は
図17に示すように、LiTaO3 403、ハンダ材
404から成る。LiTaO3 403は異方性結晶の
誘電体であり、半導体レーザ401は(0001)面に
垂直な面、例えば、(1120)面や(1100)面上
に実装する。
[0038] using the crystal growth method of a metal-organic vapor phase epitaxy method or the like, for example, (0001) plane Al x Ga y In z N system fabricated on a sapphire substrate (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1 ,
FIG. 16 shows a chip of the semiconductor laser 401 satisfying 0 ≦ z ≦ 1).
As shown in (a), first, it is arranged on the submount 402 at a high temperature of 200 ° C. As shown in FIG. 17, the structure of the submount 402 is composed of LiTaO 3 403 and a solder material 404. LiTaO 3 403 is a dielectric of anisotropic crystal, and the semiconductor laser 401 is mounted on a plane perpendicular to the (0001) plane, for example, on the (1120) plane or the (1100) plane.

【0039】ハンダ材404には例えばPb−Sn等を
用いる。200℃で溶融したハンダ材は、室温に下がっ
た際に固まり、半導体レーザ401がサブマウント40
2上に固定される。LiTaO3403のa軸方向の熱
膨張係数は22×10-6/Kで、c軸方向のそれは1.
2×10-6/Kである。即ち、図16(a)のx軸方向
とy軸方向の熱膨張の割合が大きく異なり、半導体レー
ザ401がサブマウント402に固定される時に、半導
体レーザ401に不均一な応力が加わることになる。半
導体レーザ401に加えられる一軸性の応力の量は上げ
る温度によって制御することができる。つまり、温度が
高い程より大きな応力を加えることが可能となる。
As the solder material 404, for example, Pb-Sn or the like is used. The solder material melted at 200 ° C. solidifies when cooled to room temperature, and the semiconductor laser 401
2 fixed on. The thermal expansion coefficient of LiTaO 3 403 in the a-axis direction is 22 × 10 −6 / K, and that in the c-axis direction is 1.
It is 2 × 10 −6 / K. That is, the rates of thermal expansion in the x-axis direction and the y-axis direction in FIG. 16A are significantly different, and when the semiconductor laser 401 is fixed to the submount 402, uneven stress is applied to the semiconductor laser 401. . The amount of uniaxial stress applied to the semiconductor laser 401 can be controlled by increasing the temperature. In other words, a higher stress can be applied as the temperature is higher.

【0040】本実施例の半導体レーザ401はウルツ鉱
型の結晶を用いている。この結晶は(0001)軸に垂
直な方向に一軸性の応力を加えることにより、価電子体
のバンド構造を変化させることができ、有効質量を低減
でき、状態密度を低下させることができて、結果とし
て、半導体レーザのしきい値電流や駆動電流を低減でき
て信頼性の高いレーザを得ることができる。
The semiconductor laser 401 of this embodiment uses a wurtzite crystal. By applying a uniaxial stress in a direction perpendicular to the (0001) axis, this crystal can change the band structure of the valence body, can reduce the effective mass, can reduce the state density, As a result, the threshold current and drive current of the semiconductor laser can be reduced, and a highly reliable laser can be obtained.

【0041】このようにウルツ鉱型の半導体発光素子
と、方位によって熱膨張係数が大きく異なる異方性結晶
を組み合わせることによって、上記半導体発光素子の特
性を大きく向上させることが可能となる。
As described above, by combining a wurtzite type semiconductor light emitting device with an anisotropic crystal whose coefficient of thermal expansion greatly differs depending on the orientation, it is possible to greatly improve the characteristics of the semiconductor light emitting device.

【0042】本実施例では、半導体レーザ401は(0
001)面に垂直な面、例えば、(1120)面や(1
100)面上に実装するものとして説明したが、一軸性
の応力が加わるようなサブマウントであれば面方位を問
わない。
In this embodiment, the semiconductor laser 401 is (0
001) plane, for example, (1120) plane or (1
Although the description has been made assuming that the submount is mounted on the 100) plane, the plane orientation does not matter as long as it is a submount to which uniaxial stress is applied.

【0043】(実施例5)図18にこの発明の別の実施
例の半導体レーザの製造方法を示す。
(Embodiment 5) FIG. 18 shows a method of manufacturing a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention.

【0044】有機金属気相成長法等の結晶成長方法を用
いて、例えば(0001)面サファイア基板上に作製さ
れたAlxGayInzN系(0≦x≦1、0≦y≦1、
0≦z≦1)の半導体レーザ501のチップを図18
(a)に示すように、まず、180℃の高温でサブマウ
ント502上に配置する。サブマウント502の構造は
図19に示すように、Fe−Ni合金503、Fe−N
i−Mn合金504、Pb−Snハンダ505から成
る。Fe−Ni合金503はインバー(Invar)と呼
ばれ、温度が変化しても長さがほとんど変化しない材料
である。また、Fe−Ni−Mn合金504は温度の上
昇に伴って熱膨張が著しい材料である。Fe−Ni合金
503とFe−Ni−Mn合金504をはり合わせるこ
とで、温度変化によって湾曲するようなサブマウントが
得られる。
[0044] using the crystal growth method of a metal-organic vapor phase epitaxy method or the like, for example, (0001) plane Al x Ga y In z N system fabricated on a sapphire substrate (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1 ,
FIG. 18 shows a chip of the semiconductor laser 501 satisfying 0 ≦ z ≦ 1).
As shown in (a), first, it is arranged on the submount 502 at a high temperature of 180 ° C. The structure of the submount 502 is as shown in FIG.
It is composed of an i-Mn alloy 504 and Pb-Sn solder 505. The Fe—Ni alloy 503 is a material called an invar, whose length hardly changes even when the temperature changes. Further, the Fe—Ni—Mn alloy 504 is a material whose thermal expansion is remarkable as the temperature rises. By bonding the Fe—Ni alloy 503 and the Fe—Ni—Mn alloy 504 together, a submount that is curved by a change in temperature can be obtained.

【0045】180℃で溶融したハンダ材は室温に下が
った際に固まり、半導体レーザ501がサブマウント5
02上に固定される。半導体レーザ501がサブマウン
ト502に固定される時に、半導体レーザ501に一方
方向への応力が大きい不均一応力が加わることになる。
半導体レーザ501に加えられる一軸性の応力の量は上
げる温度によって制御することができる。
The solder material melted at 180 ° C. solidifies when the temperature drops to room temperature, and the semiconductor laser 501 is mounted on the submount 5.
02. When the semiconductor laser 501 is fixed to the submount 502, a non-uniform stress having a large stress in one direction is applied to the semiconductor laser 501.
The amount of uniaxial stress applied to the semiconductor laser 501 can be controlled by increasing the temperature.

【0046】本実施例の半導体レーザ501はウルツ鉱
型の結晶を用いている。この結晶は(0001)軸に垂
直な方向に一軸性の応力を加えることにより、価電子体
のバンド構造を変化させることができ、有効質量を低減
でき、状態密度を低下させることができて、結果とし
て、半導体レーザのしきい値電流や駆動電流を低減でき
て信頼性の高いレーザを得ることができる。
The semiconductor laser 501 of this embodiment uses a wurtzite crystal. By applying a uniaxial stress in a direction perpendicular to the (0001) axis, this crystal can change the band structure of the valence body, can reduce the effective mass, can reduce the state density, As a result, the threshold current and drive current of the semiconductor laser can be reduced, and a highly reliable laser can be obtained.

【0047】このようにウルツ鉱型の半導体発光素子
と、バイメタルとの組み合わせによって、上記半導体発
光素子の特性を大きく向上させることが可能となる。
As described above, by combining the wurtzite-type semiconductor light-emitting device and the bimetal, the characteristics of the semiconductor light-emitting device can be greatly improved.

【0048】本実施例では、図19の様なサブマウント
を用いて説明したが、一方向に湾曲するようなサブマウ
ントであれば本発明の効果は大きい。例えば、図20に
示すような構造等でも構わない。すなわち、Fe−Ni
−Mn合金504の裏面に、温度変化に対して膨張しな
いFe−Ni合金503をストライプ状に形成する。こ
の構造でも、(b)に示すようにストライプと垂直方向
にサブマウントを湾曲させることができる。
Although the present embodiment has been described using a submount as shown in FIG. 19, the effect of the present invention is great if the submount is curved in one direction. For example, a structure as shown in FIG. 20 may be used. That is, Fe-Ni
-On the back surface of the Mn alloy 504, a Fe-Ni alloy 503 that does not expand due to a temperature change is formed in a stripe shape. Even with this structure, the submount can be curved in the direction perpendicular to the stripe as shown in FIG.

【0049】図21にこの発明の別の実施例の半導体レ
ーザの製造方法を示す。有機金属気相成長法等の結晶成
長方法を用いて、例えば(1120)面サファイア基板
上に作製されたAlxGayInzN系(0≦x≦1、0
≦y≦1、0≦z≦1)の半導体レーザ551のチップ
を図21に示すように、まず、サブマウント552上に
配置する。その後、加重用のコレット553を用いて上
面から半導体レーザ553に応力を加えながら紫外線硬
化樹脂554に紫外線を照射して半導体レーザ551を
サブマウント552に固定する。半導体レーザ551が
サブマウント552に固定される時に、半導体レーザ5
51に上下方向に応力が加わる。
FIG. 21 shows a method of manufacturing a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention. Using the crystal growth method of the metal organic chemical vapor deposition or the like, Al x produced, for example, (1120) plane sapphire substrate Ga y In z N system (0 ≦ x ≦ 1, 0
As shown in FIG. 21, first, a chip of the semiconductor laser 551 satisfying ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) is disposed on the submount 552. Thereafter, ultraviolet rays are applied to the ultraviolet curing resin 554 while applying stress to the semiconductor laser 553 from above using the collet 553 for weighting, thereby fixing the semiconductor laser 551 to the submount 552. When the semiconductor laser 551 is fixed to the submount 552, the semiconductor laser 5
51 is vertically stressed.

【0050】本実施例の半導体レーザ551はウルツ鉱
型の結晶を用いている。この結晶は(0001)軸に垂
直な方向に一軸性の応力を加えることにより、価電子体
のバンド構造を変化させて有効質量を低減でき、状態密
度を低下させることができて、結果として、半導体レー
ザのしきい値電流や駆動電流を低減できて信頼性の高い
レーザを得ることができる。
The semiconductor laser 551 of this embodiment uses a wurtzite crystal. By applying a uniaxial stress in a direction perpendicular to the (0001) axis, this crystal can change the band structure of the valence body, reduce the effective mass, reduce the state density, and as a result, The threshold current and drive current of the semiconductor laser can be reduced, and a highly reliable laser can be obtained.

【0051】本実施例では、図21に示すように半導体
レーザに上面から応力を加えたが、側面から加えられる
ような構造でも良く、例えば図22のような構造として
もよい。すなわち、サブマウント555に設けた凹部に
半導体レーザ551を設置する。半導体レーザの活性層
には六方晶化合物半導体を用い、その結晶はc軸方向に
成長している。
In this embodiment, the semiconductor laser is applied with stress from the upper surface as shown in FIG. 21. However, a structure in which the semiconductor laser is applied from the side surface may be employed, for example, a structure as shown in FIG. That is, the semiconductor laser 551 is installed in the concave portion provided in the submount 555. A hexagonal compound semiconductor is used for the active layer of the semiconductor laser, and the crystal grows in the c-axis direction.

【0052】サブマウント555の両サイドには、半導
体レーザ551の側面に加重用板バネ556を介して応
力をかけるための加重用ネジ557が設置されている。
レーザ551は凹部に紫外線効果樹脂554で固定さ
れ、加重用ネジ557を回転することで、レーザ551
の活性層のc面内に一軸歪を導入できるようになってい
る。この一軸歪により、しきい値電流の小さい半導体レ
ーザを実現できる。
On both sides of the submount 555, a load screw 557 for applying a stress to the side surface of the semiconductor laser 551 via a load leaf spring 556 is provided.
The laser 551 is fixed to the concave portion with an ultraviolet effect resin 554, and the laser 551 is rotated by rotating a weight screw 557.
Uniaxial strain can be introduced into the c-plane of the active layer. With this uniaxial strain, a semiconductor laser with a small threshold current can be realized.

【0053】本実施例では(1120)基板上に成長し
た半導体レーザを用いて説明したが、一軸性の応力が
(0001)面に垂直な方向に加わるような構造であれ
ば本発明の効果は大きい。
Although the present embodiment has been described using the semiconductor laser grown on the (1120) substrate, the effect of the present invention can be obtained if the structure is such that uniaxial stress is applied in the direction perpendicular to the (0001) plane. large.

【0054】本実施例では紫外線硬化樹脂を用いて説明
したが、半導体レーザとサブマウントを固定できるもの
であればよく、例えば熱硬化樹脂等でも構わない。
Although the present embodiment has been described using an ultraviolet curable resin, any material can be used as long as the semiconductor laser and the submount can be fixed. For example, a thermosetting resin may be used.

【0055】(実施例6)図23は本発明の一実施例の
AlGaInN系半導体発光素子の製造工程を示すもの
である。
(Embodiment 6) FIG. 23 shows a process of manufacturing an AlGaInN-based semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

【0056】結晶成長は減圧MOVPE法であり、2回
のMOVPE成長により素子構造を形成した。まず、図
23(a)に示すように、6H−SiC基板601を脱
脂洗浄した後、MOVPE法による第一の結晶成長を行
った。成長方法について詳細に説明する。MOVPE装
置の反応室内に水素ガスを導入し、反応室内圧力を1/
10気圧に設定した後、水素ガス中で基板601を11
00℃まで昇温し、6H−SiC基板601表面の清浄
化を行った。
The crystal was grown by the reduced pressure MOVPE method, and the element structure was formed by two MOVPE growths. First, as shown in FIG. 23A, the 6H—SiC substrate 601 was degreased and cleaned, and then the first crystal growth was performed by the MOVPE method. The growth method will be described in detail. Hydrogen gas was introduced into the reaction chamber of the MOVPE apparatus, and the pressure in the reaction chamber was reduced to 1 /
After setting the pressure to 10 atm, the substrate 601 is placed in hydrogen gas for 11 atm.
The temperature was raised to 00 ° C., and the surface of the 6H—SiC substrate 601 was cleaned.

【0057】次いで、基板温度を600℃まで降温した
後、6H−SiC基板601面上にV族原料としてアン
モニアガスを導入し、10秒後にIII族原料としてト
リメチルアルミニウムを供給して膜厚50nmの非単結
晶AlN層602を堆積した。その後、一旦トリメチル
アルミニウムの供給を停止し、基板温度を900℃まで
昇温して、III族原料としてトリメチルアルミニウム
を再度供給し膜厚5μmの単結晶AlN層603を堆積
した。
Then, after lowering the substrate temperature to 600 ° C., ammonia gas was introduced as a group V raw material onto the surface of the 6H—SiC substrate 601, and after 10 seconds, trimethylaluminum was supplied as a group III raw material to form a 50 nm-thick film. A non-single crystal AlN layer 602 was deposited. Thereafter, the supply of trimethylaluminum was stopped once, the substrate temperature was raised to 900 ° C., and trimethylaluminum was again supplied as a group III raw material, and a single-crystal AlN layer 603 having a thickness of 5 μm was deposited.

【0058】次に、エッチング用マスクとしてSiO2
を用い、図23(b)に示すように、幅3μm、間隔2
μmの2本のストライプ溝を形成した。
Next, SiO 2 was used as an etching mask.
23, a width of 3 μm and an interval of 2 as shown in FIG.
Two μm stripe grooves were formed.

【0059】エッチング用マスクを除去した後、MOV
PE法による第二の結晶成長を行った。MOVPE装置
の反応室内に水素ガスを導入し、反応室内圧力を1/1
0気圧に設定した後、水素ガスとアンモニアガスの混合
雰囲気中で6H−SiC基板601を1100℃まで昇
温し、表面の清浄化を行った。次いで、基板温度を10
30℃に降温した後、III族原料としてトリメチルア
ルミニウム、トリメチルインジウムとトリメチルガリウ
ムを供給し、図23(c)に示すように、膜厚3μmの
Siドープn型AlGaInNクラッド層604、膜厚
20nmのAlGaInN活性層605、膜厚2μmの
Mgドープp型AlGaInNクラッド層606をスト
ライプ溝内部を含め全表面に連続的に積層した。最後に
p側電極607、n側電極608を形成しレーザ構造を
完成した。
After removing the etching mask, the MOV
A second crystal growth was performed by the PE method. Hydrogen gas was introduced into the reaction chamber of the MOVPE apparatus, and the pressure in the reaction chamber was reduced to 1/1.
After the pressure was set to 0 atm, the 6H-SiC substrate 601 was heated to 1100 ° C. in a mixed atmosphere of hydrogen gas and ammonia gas to clean the surface. Then, the substrate temperature is set to 10
After the temperature was lowered to 30 ° C., trimethyl aluminum, trimethyl indium and trimethyl gallium were supplied as group III raw materials, and as shown in FIG. 23C, a Si-doped n-type AlGaInN cladding layer 604 having a thickness of 3 μm and a 20 nm An AlGaInN active layer 605 and a 2 μm-thick Mg-doped p-type AlGaInN cladding layer 606 were continuously laminated on the entire surface including the inside of the stripe groove. Finally, a p-side electrode 607 and an n-side electrode 608 were formed to complete the laser structure.

【0060】以上の製造工程から、上記のダブルへテロ
構造の積層に際しては、2本のストライプ溝部609の
組成と2本のストライプ溝間の平坦部610において各
III族元素の結晶内への取り込まれ効率が異なるた
め、組成変化が生じる。この場合、組成変化は、格子定
数の変化に対応し、両側から格子定数の異なる結晶によ
ってサンドイッチされた平坦部610においては、両側
の溝部609から横方向に応力が発生することとなる。
したがって、平坦部において、ストライプ方向とは垂直
方向のみ選択的に歪みを加えることができる。これは、
活性層の面内方向のほぼ一軸歪となり、価電子帯の状態
密度を小さくすることができる。また、2本のストライ
プ溝間の平坦部610においては活性層が湾曲するた
め、平坦部610を発光部とした低しきい値電流で横モ
ード安定な半導体レーザが実現できる。
From the above manufacturing steps, when laminating the above double hetero structure, the composition of the two stripe grooves 609 and the incorporation of each group III element into the crystal at the flat portion 610 between the two stripe grooves. Since the efficiencies differ, a composition change occurs. In this case, the composition change corresponds to the change in the lattice constant. In the flat portion 610 sandwiched by crystals having different lattice constants from both sides, a stress is generated in the lateral direction from the groove 609 on both sides.
Therefore, in the flat portion, distortion can be selectively applied only in the direction perpendicular to the stripe direction. this is,
Almost uniaxial strain occurs in the in-plane direction of the active layer, and the state density of the valence band can be reduced. Further, since the active layer is curved in the flat portion 610 between the two stripe grooves, a semiconductor laser with low threshold current and stable transverse mode can be realized using the flat portion 610 as a light emitting portion.

【0061】なお、発光部となる平坦部610にかかる
歪量は2本のストライプ溝間隔、深さやSiドープn型
AlGaInNクラッド層604の厚みを変化させるこ
とで容易に制御できる。
The amount of strain applied to the flat portion 610 serving as a light emitting portion can be easily controlled by changing the interval and depth of two stripe grooves and the thickness of the Si-doped n-type AlGaInN cladding layer 604.

【0062】(実施例7)図24は本発明の一実施例の
製造方法によるAlGaInN系半導体発光素子の製造
工程を示すものである。実施例6との違いは、ストライ
プ溝部に代えて、凹部を設けていることである。この凹
部の傾斜部を利用することで、凹部の平坦部の活性層に
歪を加えることができる。
(Embodiment 7) FIG. 24 shows a manufacturing process of an AlGaInN-based semiconductor light emitting device according to a manufacturing method of an embodiment of the present invention. The difference from the sixth embodiment is that a concave portion is provided instead of the stripe groove portion. By utilizing the inclined portion of the concave portion, strain can be applied to the active layer at the flat portion of the concave portion.

【0063】結晶成長は減圧MOVPE法であり、2回
のMOVPE成長により素子構造を形成た。まず、図2
4(a)に示すように、6H−SiC基板651を脱脂
洗浄した後、MOVPE法による第一の結晶成長を行っ
た。成長方法について詳細に説明する。MOVPE装置
の反応室内に水素ガスを導入し、反応室内圧力を1/1
0気圧に設定した後、水素ガス中で基板651を110
0℃まで昇温し、6H−SiC基板651表面の清浄化
を行った。次いで、基板温度を600℃まで降温した
後、6H−SiC基板651面上にV族原料としてアン
モニアガスを導入し、10秒後にIII族原料としてト
リメチルアルミニウムを供給して膜厚50nmの非単結
晶AlN層652を堆積した。その後、一旦トリメチル
アルミニウムの供給を停止し、基板温度を900℃まで
昇温して、III族原料としてトリメチルアルミニウム
を再度供給し膜厚5μmの単結晶AlN層653を堆積
した。
The crystal was grown by the reduced pressure MOVPE method, and the element structure was formed by MOVPE growth twice. First, FIG.
As shown in FIG. 4A, after the 6H—SiC substrate 651 was degreased and cleaned, first crystal growth was performed by MOVPE. The growth method will be described in detail. Hydrogen gas was introduced into the reaction chamber of the MOVPE apparatus, and the pressure in the reaction chamber was reduced to 1/1.
After setting to 0 atm, the substrate 651 is
The temperature was raised to 0 ° C., and the surface of the 6H—SiC substrate 651 was cleaned. Next, after lowering the substrate temperature to 600 ° C., ammonia gas was introduced as a group V material onto the surface of the 6H—SiC substrate 651, and after 10 seconds, trimethylaluminum was supplied as a group III material to provide a non-single-crystal having a thickness of 50 nm. An AlN layer 652 was deposited. Thereafter, the supply of trimethylaluminum was temporarily stopped, the substrate temperature was raised to 900 ° C., and trimethylaluminum was again supplied as a group III raw material to deposit a single-crystal AlN layer 653 having a thickness of 5 μm.

【0064】次に、エッチング用マスクとしてSiO2
を用い、図24(b)に示すように、幅3μmストライ
プ溝を形成した。
Next, SiO 2 was used as an etching mask.
As shown in FIG. 24B, a stripe groove having a width of 3 μm was formed.

【0065】エッチング用マスクを除去した後、MOV
PE法による第二の結晶成長を行った。MOVPE装置
の反応室内に水素ガスを導入し、反応室内圧力を1/1
0気圧に設定した後、水素ガスとアンモニアガスの混合
雰囲気中で6H−SiC基板651を1100℃まで昇
温し、表面の清浄化を行った。次いで、基板温度を10
30℃に降温した後、III族原料としてトリメチルア
ルミニウム、トリメチルインジウムとトリメチルガリウ
ムを供給し、図24(c)に示すように、膜厚3μmの
Siドープn型AlGaInNクラッド層654、膜厚
20nmのAlGaInN活性層655、膜厚2μmの
Mgドープp型AlGaInNクラッド層656をスト
ライプ溝内部を含め全表面に連続的に積層した。最後に
p側電極657、n側電極658を形成しレーザ構造を
完成した。
After removing the etching mask, the MOV
A second crystal growth was performed by the PE method. Hydrogen gas was introduced into the reaction chamber of the MOVPE apparatus, and the pressure in the reaction chamber was reduced to 1/1.
After the pressure was set to 0 atm, the temperature of the 6H-SiC substrate 651 was increased to 1100 ° C. in a mixed atmosphere of hydrogen gas and ammonia gas to clean the surface. Then, the substrate temperature is set to 10
After cooling to 30 ° C., trimethylaluminum, trimethylindium and trimethylgallium were supplied as group III raw materials, and as shown in FIG. 24C, a 3 μm-thick Si-doped n-type AlGaInN cladding layer 654 and a 20 nm-thick An AlGaInN active layer 655 and a 2 μm-thick Mg-doped p-type AlGaInN cladding layer 656 were continuously laminated on the entire surface including the inside of the stripe groove. Finally, a p-side electrode 657 and an n-side electrode 658 were formed to complete the laser structure.

【0066】以上の製造工程から、上記のダブルへテロ
構造の積層に際しては、ストライプ溝側面部659の組
成とストライプ溝平坦部660において各III族元素
の結晶内への取り込まれ効率が異なるため、組成変化が
生じる。この場合、組成変化は、格子定数の変化に対応
し、両側から格子定数の異なる結晶によってサンドイッ
チされた平坦部660においては横方向に応力が発生す
ることとなる。したがって、平坦部660において、矢
印で示すようにストライプ方向とは垂直方向のみ選択的
に歪みを加えることができる。よって、平坦部660の
活性層の面内方向に一軸歪を加えることができるので、
平坦部660を発光部とした低しきい値電流で横モード
安定な半導体レーザが実現できる。なお、発光部となる
平坦部660にかかる歪量はストライプ溝幅、深さやS
iドープn型AlGaInNクラッド層654の厚みを
変化させることで容易に制御できる。
From the above manufacturing steps, when laminating the above-mentioned double hetero structure, the composition of the stripe groove side surface portion 659 and the efficiency of taking in each group III element into the crystal in the stripe groove flat portion 660 are different. A composition change occurs. In this case, the change in the composition corresponds to the change in the lattice constant, and a stress is generated in the lateral direction in the flat portion 660 sandwiched by crystals having different lattice constants from both sides. Therefore, in the flat portion 660, distortion can be selectively applied only in the direction perpendicular to the stripe direction as indicated by the arrow. Therefore, uniaxial strain can be applied in the in-plane direction of the active layer of the flat portion 660,
A semiconductor laser with low threshold current and stable transverse mode can be realized using the flat portion 660 as a light emitting portion. Note that the amount of strain applied to the flat portion 660 serving as the light emitting portion is determined by the stripe groove width, the depth, and S.
It can be easily controlled by changing the thickness of the i-doped n-type AlGaInN cladding layer 654.

【0067】(実施例8)図25(a)に示すように
(0001)サファイア基板801上に有機金属気相成
長(MOVPE)法によりGaN結晶層802及び80
3を堆積する。原料にはトリメチルガリウム(TM
G)、アンモニア(NH3)を用い、原料のキャリアガ
スには水素ガスを用いる。成長圧力は100Torrで
ある。気相成長の際に反応室に設けた覗き窓からエキシ
マレーザ等の光線を基板の一部に選択的に照射する。成
長温度は通常単結晶が得られる温度よりも低い温度であ
る500℃で行う。これは選択的に格子定数の異なるG
aN結晶層を2次元的に配列するためである。
(Embodiment 8) As shown in FIG. 25A, GaN crystal layers 802 and 80 are formed on a (0001) sapphire substrate 801 by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE).
3 is deposited. The raw material is trimethylgallium (TM
G), ammonia (NH3), and hydrogen gas as a carrier gas for the raw material. The growth pressure is 100 Torr. A part of the substrate is selectively irradiated with a light beam such as an excimer laser from a viewing window provided in the reaction chamber during the vapor phase growth. The growth temperature is usually 500 ° C., which is lower than the temperature at which a single crystal is obtained. This means that G with different lattice constants
This is because the aN crystal layers are two-dimensionally arranged.

【0068】図26に気相成長中のレーザ照射強度によ
ってGaN結晶の格子定数が変わることを見いだしたデ
ータを示す。これは成長温度が十分低いと多結晶的なG
aN結晶ができ見かけ上の格子定数が大きくなるためと
考えられる。このことから強い強度のレーザ光線を照射
すると照射した部分の成長温度が選択的に上昇して単結
晶化されるものと考えられる。図25(a)に示すよう
にエキシマレーザを10kWの強度で(0001)サフ
ァイア基板801上に選択的に照射して有機金属気相成
長を行うと、レーザ光を照射した領域では格子定数が本
来の単結晶の値であるGaN結晶層802が堆積されレ
ーザ光を照射していない領域では格子定数が大きい多結
晶的なGaN結晶層803が堆積される。その結果、図
25(b)に示すようにGaN結晶層802とGaN結
晶層803の境界領域では境界線に沿った方向には歪が
生じ、境界線に垂直な方向では歪の無い2次元的に異方
性のある歪状態が作製できる。これを例えば窒化ガリウ
ム系半導体レーザの活性層に用いれば著しい特性改善が
期待される。なお、成長温度は多結晶が得られる700
℃以下なら同様の効果が得られるので本発明においては
500℃に限定するものではない。
FIG. 26 shows data showing that the lattice constant of the GaN crystal changes depending on the laser irradiation intensity during vapor phase growth. This is because if the growth temperature is sufficiently low, polycrystalline G
This is probably because an aN crystal was formed and the apparent lattice constant was increased. From this, it is considered that when a high intensity laser beam is irradiated, the growth temperature of the irradiated portion is selectively increased and single crystal is formed. As shown in FIG. 25A, when an excimer laser is selectively irradiated onto the (0001) sapphire substrate 801 at an intensity of 10 kW to perform metal organic chemical vapor deposition, the lattice constant in the region irradiated with the laser light originally has A GaN crystal layer 802 having a single crystal value is deposited, and a polycrystalline GaN crystal layer 803 having a large lattice constant is deposited in a region not irradiated with laser light. As a result, as shown in FIG. 25B, in the boundary region between the GaN crystal layer 802 and the GaN crystal layer 803, distortion occurs in the direction along the boundary line, and there is no distortion in the direction perpendicular to the boundary line. An anisotropic strain state can be produced. If this is used for, for example, an active layer of a gallium nitride based semiconductor laser, a remarkable improvement in characteristics is expected. The growth temperature is 700 at which a polycrystal is obtained.
The same effect can be obtained if the temperature is lower than 500C, so that the present invention is not limited to 500C.

【0069】(実施例9)さらに、図27に示すように
GaN結晶層802とGaN結晶層803上にレーザ光
線を照射せずに1000℃で有機金属気相成長法により
GaN結晶層を堆積する。このような成長を行うと多結
晶的なGaN結晶層803上のGaN結晶層805の格
子定数は大きく単結晶のGaN結晶層802上のGaN
結晶層804の格子定数は小さくすることができる。こ
の場合の成長温度は前記GaN結晶層802とGaN結
晶層803を堆積した温度よりも高いことが重要で、格
子定数の大きい多結晶的なGaN結晶層803をバッフ
ァ層としてより単結晶に近い結晶性の良いGaN単結晶
層805を堆積できる。したがって図25に示したよう
なレーザ光線を照射するだけの製造方法よりも高品質な
GaN単結晶層を作製できる。
Embodiment 9 Further, as shown in FIG. 27, a GaN crystal layer is deposited on the GaN crystal layer 802 and the GaN crystal layer 803 by metal organic chemical vapor deposition at 1000 ° C. without irradiating a laser beam. . When such a growth is performed, the lattice constant of the GaN crystal layer 805 on the polycrystalline GaN crystal layer 803 is large, and the GaN crystal layer 805 on the single crystal GaN crystal layer 802 is large.
The lattice constant of the crystal layer 804 can be reduced. It is important that the growth temperature in this case is higher than the temperature at which the GaN crystal layer 802 and the GaN crystal layer 803 are deposited, and a polycrystalline GaN crystal layer 803 having a large lattice constant is used as a buffer layer to form a crystal closer to a single crystal. A GaN single crystal layer 805 having good properties can be deposited. Therefore, a higher quality GaN single crystal layer can be manufactured than the manufacturing method in which only a laser beam is applied as shown in FIG.

【0070】(実施例10)また、このとき図25で示
したGaN結晶層802とGaN結晶層803の膜厚を
変化させることにより、サファイア基板からの格子不整
合の情報を制御できるので、GaN結晶層802とGa
N結晶層803の膜厚を変化させてGaN結晶層805
の格子定数を変化させることができ歪量を制御すること
が可能である。このような製造方法で作製した2次元的
な歪をもったGaN単結晶層を例えば窒化ガリウム系半
導体レーザの活性層に用いれば著しい特性改善が期待さ
れる。
(Embodiment 10) At this time, by changing the film thicknesses of the GaN crystal layer 802 and the GaN crystal layer 803 shown in FIG. 25, the information of the lattice mismatch from the sapphire substrate can be controlled. Crystal layer 802 and Ga
The thickness of the GaN crystal layer 805 is changed by changing the thickness of the N crystal layer 803.
Can be changed, and the amount of strain can be controlled. If a two-dimensionally strained GaN single crystal layer manufactured by such a manufacturing method is used as, for example, an active layer of a gallium nitride based semiconductor laser, a remarkable improvement in characteristics is expected.

【0071】なお、本実施例ではGaN単結晶の成長方
法を示したがAlN、InN及びこれらの混晶において
も同様の効果が得られることは明らかである。また、基
板はサファイア基板に限らずSiC、ZnO等の基板に
おいても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, a method of growing a GaN single crystal has been described. However, it is apparent that the same effect can be obtained with AlN, InN, and a mixed crystal thereof. The same effect can be obtained not only with a sapphire substrate but also with a substrate such as SiC or ZnO.

【0072】(実施例11)本発明の第11の実施例に
ついて説明する。図28は実施例における製造工程断面
図である。サファイア基板1101を有機金属気相成長
装置の反応管にセットし、前記サファイア基板1101
を1000℃まで加熱し、前記反応管に水素、アンモニ
ア、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウムを供
給することによりAlGaNクラッド層1102を5μ
m、水素、アンモニア、トリメチルアルミニウム、トリ
メチルインジウム、トリメチルガリウムを供給すること
によりn型AlGaInNクラッド層1103を5μ
m、水素、アンモニア、トリメチルインジウム、トリメ
チルガリウムを供給することによりInGaN活性層1
104を0.01μm、水素、アンモニア、トリメチル
アルミニウム、トリメチルインジウム、トリメチルガリ
ウム、ジエチルジンクを供給することによりp型AlG
aInNクラッド層1105を2μm、それぞれ有機金
属成長法により成長し、ダブルヘテロ構造を形成する。
Embodiment 11 An eleventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 28 is a cross-sectional view showing a manufacturing process in the example. The sapphire substrate 1101 is set in a reaction tube of a metal organic chemical vapor deposition apparatus, and the sapphire substrate 1101 is set.
Was heated to 1000 ° C., and hydrogen, ammonia, trimethylaluminum, and trimethylgallium were supplied to the reaction tube to reduce the AlGaN cladding layer 1102 to 5 μm.
By supplying m, hydrogen, ammonia, trimethylaluminum, trimethylindium, and trimethylgallium, the n-type AlGaInN cladding layer 1103 is reduced to 5 μm.
m, hydrogen, ammonia, trimethylindium, and trimethylgallium to supply the InGaN active layer 1
P-type AlG by supplying 0.01 μm of hydrogen, ammonia, trimethylaluminum, trimethylindium, trimethylgallium, and diethyl zinc.
The aInN cladding layer 1105 is grown to a thickness of 2 μm by an organic metal growth method to form a double hetero structure.

【0073】このとき前記AlInGaNクラッド層1
103、1105および前記InGaN活性層1104
は前記AlGaNクラッド層1102に比べ格子定数が
大きいため、圧縮歪が入った状態となる。
At this time, the AlInGaN cladding layer 1
103, 1105 and the InGaN active layer 1104
Has a lattice constant larger than that of the AlGaN cladding layer 1102, and thus has a compressive strain.

【0074】続いて前記サファイア基板1101、前記
AlGaNクラッド層1102、前記AlInGaNク
ラッド層1103、1105、および前記InGaN活
性層1104の側面に絶縁膜1106を熱CVDにより
堆積し、(a)のような構造を形成する。
Subsequently, an insulating film 1106 is deposited on the side surfaces of the sapphire substrate 1101, the AlGaN cladding layer 1102, the AlInGaN cladding layers 1103 and 1105, and the InGaN active layer 1104 by thermal CVD, and the structure shown in FIG. To form

【0075】続いてフォトリソグラフィおよび四フッ化
炭素による反応性イオンエッチングによって前記AlG
aNクラッド層1102の側面が露出するように、前記
絶縁膜をエッチングし、(b)のような構造を形成す
る。
Subsequently, the AlG was formed by photolithography and reactive ion etching with carbon tetrafluoride.
The insulating film is etched so that the side surface of the aN cladding layer 1102 is exposed to form a structure as shown in FIG.

【0076】続いて塩素による反応性イオンビームエッ
チングによって、側面より前記AlGaNクラッド層1
102を5μmエッチングし、(c)のような構造を形
成する。AlGaInN1103、InGaN110
4、AlGaInN1105はAlGaNクラッド層1
102と比べてInを含んでいる分、格子定数が大きい
ので、AlGaNクラッド層1102がエッチングされ
てなくなっている部分は、ストレスがフリーとなってい
るので、本来の格子定数となるため、横方向に伸びたよ
うに図示している。下部にAlGaN1102がある部
分は、本来の格子定数よりも小さくなり、圧縮歪が導入
されている。
Subsequently, the AlGaN cladding layer 1 was etched from the side by reactive ion beam etching with chlorine.
102 is etched by 5 μm to form a structure as shown in FIG. AlGaInN 1103, InGaN 110
4. AlGaInN 1105 is an AlGaN cladding layer 1
The portion where AlGaN cladding layer 1102 is not etched is free from stress because the lattice constant is large by including In as compared with that containing In. It is illustrated as if it was extended. The portion where AlGaN 1102 is located below is smaller than the original lattice constant, and compressive strain is introduced.

【0077】図29に絶縁膜を除去した後の断面構造図
と、上から見た平面図を示す。1107、1108は、
上面から見た場合のInGaN活性層1104を構成す
る結晶の格子定数を表した模式図である。1107に示
す領域においてはInGaN活性層1104は、この活
性層より格子定数の小さいAlGaNクラッド層110
2上に堆積されているため、InGaN活性層1104
は成長方向に垂直な全方向より応力を受け、2次元的に
圧縮歪となっている。ただし圧縮歪を受けている分、成
長方向に伸びている。
FIG. 29 shows a sectional structural view after the insulating film is removed and a plan view seen from above. 1107 and 1108 are
FIG. 4 is a schematic diagram showing a lattice constant of a crystal constituting the InGaN active layer 1104 when viewed from above. In the region 1107, the InGaN active layer 1104 has an AlGaN cladding layer 110 having a smaller lattice constant than this active layer.
InGaN active layer 1104
Is subjected to stress from all directions perpendicular to the growth direction, resulting in a two-dimensional compressive strain. However, because of the compressive strain, it extends in the growth direction.

【0078】一方、1108に示す領域においては下部
にAlGaNクラッド層1102が存在しないため、成
長方向に垂直な方向の内、図29の右への方向に対して
は応力を受けないためストレスフリーとなる。したがっ
て、選択的な方向に圧縮歪を加えることができる。
On the other hand, since the AlGaN cladding layer 1102 does not exist below the region 1108, no stress is applied to the right direction in FIG. Become. Therefore, compressive strain can be applied in a selective direction.

【0079】このように、活性層1104において、A
lGaN層1102が下部にある部分と、除去されてな
い部分との境界部(1107と1108との境界)で、
矢印に示す方向に歪が発生することになり、この歪が面
内方向での一軸歪となり、価電子帯の状態密度を小さく
することができる。1107の部分では、活性層110
4は面内方向に圧縮歪を等方的に受けているので、この
歪は、しきい値電流の低減には寄与しない。しかし、1
107と1108との境界部では、等方的でない歪が生
じるため、しきい値電流の低減に大きく寄与することに
なる。
As described above, in the active layer 1104, A
At the boundary between the lower portion of the lGaN layer 1102 and the portion that has not been removed (the boundary between 1107 and 1108),
Strain occurs in the direction indicated by the arrow, and this strain becomes uniaxial strain in the in-plane direction, and the state density of the valence band can be reduced. In the portion 1107, the active layer 110
4 receives isotropic compressive strain in the in-plane direction, and this strain does not contribute to the reduction of the threshold current. However, 1
Non-isotropic distortion occurs at the boundary between 107 and 1108, which greatly contributes to the reduction of the threshold current.

【0080】また図28(d)のようにAlGaNクラ
ッド層1102の代わりに、InGaNクラッド層を、
InGaN活性層1104の代わりにAlGaInN活
性層を用いることにより、同様の方法でAlGaInN
活性層における、下部にInGaNクラッド層がある部
分とない部分との境界部に選択的に引っ張り歪を加える
ことも可能である。
As shown in FIG. 28D, instead of the AlGaN cladding layer 1102, an InGaN cladding layer is used.
By using an AlGaInN active layer instead of the InGaN active layer 1104, the AlGaInN
It is also possible to selectively apply tensile strain to the boundary between the portion where the lower portion of the active layer has the InGaN cladding layer and the portion where the lower portion does not have the InGaN cladding layer.

【0081】なお選択エッチングを前述の絶縁膜のパタ
ーニングおよび反応性イオンビームエッチング等のドラ
イエッチングを用いる代わりに、電気分解による選択性
エッチングを用いることも可能である。この際被エッチ
ング層は電気分解によるエッチングが多の層にくらべよ
り促進させるため、高濃度の不純物を添加し、電解液中
にて電極を接触して電圧を印加することによりエッチン
グの促進が可能となる。また被エッチング層とデバイス
構造を形成する層の間には電気的な干渉を防ぐために1
μm程度以上の絶縁層を積層する必要がある。
Instead of using the above-described dry etching such as patterning of an insulating film and reactive ion beam etching, it is also possible to use selective etching by electrolysis. At this time, since the etching of the layer to be etched is promoted by the electrolysis more than in the case of many layers, it is possible to accelerate the etching by adding a high concentration of impurities and contacting the electrodes in the electrolyte and applying a voltage. Becomes In order to prevent electrical interference between the layer to be etched and the layer forming the device structure,
It is necessary to stack an insulating layer of about μm or more.

【0082】(実施例12)次に本発明の第12の実施
例について説明する。図30は実施例における製造工程
の模式図である。サファイア基板1201を有機金属気
相成長装置の反応管にセットし、サファイア基板120
1を1000℃まで加熱し、反応管に水素、アンモニア
およびトリメチルガリウムを供給することにより基板上
にGaN結晶の成長核1202を形成する。この際、成
長核の形成密度を小さくするため、反応管内の圧力は1
0Torrと低圧にしておく。
(Embodiment 12) Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described. FIG. 30 is a schematic diagram of the manufacturing process in the example. The sapphire substrate 1201 is set in a reaction tube of a metal organic chemical vapor deposition apparatus,
1 is heated to 1000 ° C., and hydrogen, ammonia, and trimethylgallium are supplied to the reaction tube to form a GaN crystal growth nucleus 1202 on the substrate. At this time, in order to reduce the formation density of growth nuclei, the pressure in the reaction tube is set to 1
Keep the pressure as low as 0 Torr.

【0083】引き続いて、圧力を5Torrとさらに低
圧にしてアンモニアおよびトリメチルガリウムを供給す
ることによりGaN1203の成長を行う。この際、圧
力が非常に小さいため基板上に新たな結晶の成長核は形
成されず、また基板に垂直に積層されることもなく、結
晶側壁に最も単結晶が析出しやすい条件となる。したが
ってGaN結晶1203は結晶核1202を中心として
基板に平行に螺旋状に成長が行われ、螺旋状薄膜とな
る。
Subsequently, GaN 1203 is grown by supplying ammonia and trimethylgallium at a further reduced pressure of 5 Torr. At this time, since the pressure is very small, no new crystal growth nucleus is formed on the substrate, and the crystal is not vertically stacked on the substrate, so that the condition that the single crystal is most likely to be deposited on the crystal side wall is obtained. Therefore, the GaN crystal 1203 grows spirally around the crystal nucleus 1202 in parallel with the substrate, forming a spiral thin film.

【0084】図31はこのときのGaN結晶1203の
単位胞1204の状態を表した模式図である。動径方向
に関しては応力を受けないが、円周方向においては外周
へ向かうほど引張応力を受ける。したがって転位に至ら
ない限り、GaN結晶1203は引張歪を円周方向にの
みもつ非対称歪結晶(等方的でない歪)となる。
FIG. 31 is a schematic diagram showing the state of the unit cell 1204 of the GaN crystal 1203 at this time. No stress is applied in the radial direction, but in the circumferential direction, tensile stress is applied toward the outer periphery. Therefore, as long as dislocations do not occur, the GaN crystal 1203 is an asymmetric strained crystal (strain that is not isotropic) having tensile strain only in the circumferential direction.

【0085】続いて、反応管内の圧力を80Torrま
で上げ、基板に垂直な方向への積層が可能な条件にし、
GaN螺旋状薄膜1203上に水素、アンモニア、トリ
メチルアルミニウム、トリメチルガリウムを供給するこ
とによりn型AlGaNクラッド層1205を5μm、
水素、アンモニア、トリメチルインジウム、トリメチル
ガリウムを供給することによりInGaN活性層120
6を0.01μm、水素、アンモニア、トリメチルアル
ミニウム、トリメチルガリウム、ジエチルジンクを供給
することによりp型AlGaNクラッド層1207を2
μm成長し、ダブルヘテロ構造を形成する。
Subsequently, the pressure in the reaction tube was increased to 80 Torr, and the conditions were set so that lamination in a direction perpendicular to the substrate was possible.
By supplying hydrogen, ammonia, trimethylaluminum, and trimethylgallium on the GaN spiral thin film 1203, the n-type AlGaN cladding layer 1205 is 5 μm thick.
By supplying hydrogen, ammonia, trimethylindium, and trimethylgallium, the InGaN active layer 120 is formed.
6 was supplied with 0.01 μm of hydrogen, ammonia, trimethylaluminum, trimethylgallium, and diethyl zinc to form a p-type AlGaN cladding layer 1207 of 2 μm.
It grows up to μm to form a double heterostructure.

【0086】本方法によれば、エッチングや選択再成長
などの工程を用いず、成長時に圧力を変化させるのみで
容易に非対称歪結晶を形成することが可能である。した
がって、この方法で製造した半導体レーザは、しきい値
電流の小さいものとなる。
According to this method, an asymmetric strained crystal can be easily formed only by changing the pressure during growth without using steps such as etching and selective regrowth. Therefore, the semiconductor laser manufactured by this method has a small threshold current.

【0087】(実施例13)図34は本発明の一実施例
で用いられる成長装置の断面概略図である。図中101
1は石英製の反応管で、この反応管11内にはガス導入
口1012から原料ガスが導入される。反応管1011
内にはカーボン製のサセプタ1013が配置されてお
り、試料基板1014はこのサセプタ上面に設置され
る。サセプタはエピタキシャル層の組成および膜圧の面
内均一性を得るために、回転機構を備えている。反応管
の周囲に配置された高周波コイル1015によってサセ
プタは誘導加熱される。サセプタ内に配置された熱伝対
1016によて基板加熱温度のモニタおよび制御ができ
るようになっている。ガス排気口1017は真空ポンプ
1018に接続されており、反応管内の圧力調節および
ガスの排気ができるようになっている。
(Embodiment 13) FIG. 34 is a schematic sectional view of a growth apparatus used in an embodiment of the present invention. 101 in the figure
Reference numeral 1 denotes a reaction tube made of quartz, into which a raw material gas is introduced from a gas inlet 1012. Reaction tube 1011
A susceptor 1013 made of carbon is arranged in the inside, and a sample substrate 1014 is installed on the upper surface of the susceptor. The susceptor is provided with a rotation mechanism in order to obtain in-plane uniformity of the composition and film thickness of the epitaxial layer. The susceptor is induction-heated by the high-frequency coil 1015 arranged around the reaction tube. A thermocouple 1016 disposed in the susceptor enables monitoring and control of the substrate heating temperature. The gas exhaust port 1017 is connected to a vacuum pump 1018 so that the pressure inside the reaction tube can be adjusted and gas can be exhausted.

【0088】次に、上記の装置を用いた結晶成長方法に
ついて図34、図35を用いて説明する。まず、有機溶
剤、塩酸系の薬品処理および純水洗浄により表面を清浄
化した面方位(0001)のα−Al23(サファイ
ア)基板1031を上記サセプタ1013上に設置し、
基板ホルダー1021によって固定する。ガス導入口1
012から精製装置を通した高純度の水素ガスを導入
し、反応管1011内の大気を置換する。数分間水素ガ
スを導入した後に真空ポンプ1018を作動させ管内の
圧力を10Torrに保つ。圧力が安定したところで高
周波コイル1015によってサセプタを誘導加熱し、試
料基板1014の温度が1200℃に達してから約10
分間保持し基板表面の清浄化を行う。
Next, a crystal growth method using the above-described apparatus will be described with reference to FIGS. First, an α-Al 2 O 3 (sapphire) substrate 1031 having a plane orientation (0001) whose surface has been cleaned by an organic solvent, a hydrochloric acid-based chemical treatment and pure water cleaning is placed on the susceptor 1013,
It is fixed by the substrate holder 1021. Gas inlet 1
From 012, high-purity hydrogen gas passed through a purification device is introduced to replace the atmosphere in the reaction tube 1011. After introducing hydrogen gas for several minutes, the vacuum pump 1018 is operated to maintain the pressure in the tube at 10 Torr. When the pressure is stabilized, the susceptor is induction-heated by the high-frequency coil 1015, and after the temperature of the sample substrate 1014 reaches 1200.degree.
Hold for a minute to clean the substrate surface.

【0089】次いで基板温度を400℃に降温してから
原料ガスであるTMG(トリメチルガリウム)およびN
3(アンモニア)をガス導入口1012から導入しア
モルファス状のGaN膜1035を膜圧0.1μmにな
るまで堆積させる。このとき、基板温度が通常の成長条
件に比べて低いためNH3の分解効率が低いことを考慮
して、NH3とTMGの流量比は10000:1とし
た。このとき成長温度が上記温度よりも高いと、3次元
成長すなわち6角柱状の島状成長がおこり、均一なアモ
ルファス状のGaN膜が得られなかった。
Next, the temperature of the substrate was lowered to 400 ° C., and then TMG (trimethylgallium) and N
H 3 (ammonia) is introduced from the gas inlet 1012 to deposit an amorphous GaN film 1035 until the film pressure becomes 0.1 μm. At this time, in mind substrate temperature is low decomposition efficiency of NH 3 for lower than normal growth conditions, the flow rate ratio of NH3 and TMG is 10000: 1. At this time, if the growth temperature was higher than the above temperature, three-dimensional growth, that is, hexagonal columnar island-like growth occurred, and a uniform amorphous GaN film could not be obtained.

【0090】GaN膜1035の堆積後は基板温度が下
がってから、一旦試料基板を反応管1011から取り出
し、フォトリソグラフィー工程により図35(b)に示
すように、サファイア基板のR面に直交する方向にスト
ライプ状にアモルファス状のGaN堆積膜1035を残
した。ここでR面は図35のサファイア基板31の断面
となっている面であり、ストライプは紙面に垂直方向、
つまりR面に直交する方向に伸びている。ストライプの
幅および間隔はそれぞれ5μmおよび50μmとなって
いる。
After the GaN film 1035 is deposited, after the substrate temperature has dropped, the sample substrate is once removed from the reaction tube 1011 and subjected to a photolithography process in a direction perpendicular to the R plane of the sapphire substrate as shown in FIG. The amorphous GaN deposition film 1035 was left in a stripe shape. Here, the R surface is a surface that is a cross section of the sapphire substrate 31 in FIG.
That is, it extends in a direction perpendicular to the R plane. The width and spacing of the stripes are 5 μm and 50 μm, respectively.

【0091】充分な純水洗浄の後、再び試料基板を反応
管1011内に戻し、今度は水素ガスの代わりにNH3
ガスを流しながら、上述の要領で試料基板1014の温
度が1100℃になるまで加熱し、試料基板表面の清浄
化を行う。
After sufficient washing with pure water, the sample substrate was returned into the reaction tube 1011 again, and this time, instead of hydrogen gas, NH 3 was used.
The sample substrate 1014 is heated until the temperature of the sample substrate 1014 reaches 1100 ° C. in the above-described manner while flowing the gas to clean the surface of the sample substrate.

【0092】次いで、TMGおよびNH3をガス導入口
1012から導入し通常の2段階成長法でGaN膜をエ
ピタキシャル成長させる。すなわち、基板温度を600
℃まで下げ、ます、0.05μmの膜厚まではGaN膜
1033が3次元成長、すなわち6角柱状の島状成長が
促進されるようにし、その後、基板温度を1050℃に
上げて続けて、GaN膜1034を膜厚が5.0μmと
なるまでエピタキシャル成長を行った。このときNH3
とTMGの流量比は300:1とした。エピタキシャル
成長したGaN膜1034は、下部にアモルファス状の
GaN膜1035が存在するところは、アモルファスラ
イクの結晶となる。アモルファスの上にはアモルファス
しか積もらないからである。ここではその膜をアモルフ
ァス状のGaN膜1036とよぶ。
Next, TMG and NH 3 are introduced from the gas inlet 1012, and a GaN film is epitaxially grown by a usual two-stage growth method. That is, the substrate temperature is set to 600
In order to promote the three-dimensional growth of the GaN film 1033, that is, the hexagonal columnar island growth until the film thickness of 0.05 μm, the substrate temperature is increased to 1050 ° C. The GaN film 1034 was epitaxially grown until the thickness became 5.0 μm. At this time, NH3
And the flow ratio of TMG was 300: 1. The GaN film 1034 grown epitaxially becomes an amorphous-like crystal where the amorphous GaN film 1035 exists below. This is because only the amorphous is deposited on the amorphous. Here, the film is referred to as an amorphous GaN film 1036.

【0093】また、このアモルファス状のGaN膜10
36にはさまれた領域を素子形成領域1041としてい
る。それは、この領域は後述するように転位密度がすく
なく、また結晶中の歪が等方的でない(異方性をもつ)
ようになっている。つまり、ストライプに平行な方向に
は、基板1031とGaN膜1034との格子定数の差
に起因する歪が残り、垂直な方向には歪が緩和されてい
るからである。
The amorphous GaN film 10
The region sandwiched between 36 is an element formation region 1041. This is because, as described later, this region has a low dislocation density and the strain in the crystal is not isotropic (has anisotropy).
It has become. That is, the strain due to the difference in lattice constant between the substrate 1031 and the GaN film 1034 remains in the direction parallel to the stripe, and the strain is relaxed in the direction perpendicular to the stripe.

【0094】このように、等方的でない歪を有するGa
N膜の素子形成領域1041に例えば半導体レーザを形
成したとすると、その歪の状態からしきい値電流の小さ
いものをつくることができる。
As described above, Ga having a non-isotropic strain
If, for example, a semiconductor laser is formed in the element forming region 1041 of the N film, a small threshold current can be produced from the strained state.

【0095】つぎに本発明者等が上記実施例方法により
得たGaNエピタキシャル層の結晶品質について述べ
る。図36は比較のため、従来の二段階成長法により、
面方位(0001)のα−Al23(サファイア)基板
1031上に成長した厚さ5μmのGaNエピタキシャ
ル層1033、1034の断面の透過電子顕微鏡像から
得られた転位の分布を示している。
Next, the present inventors describe the crystal quality of the GaN epitaxial layer obtained by the method of the above embodiment. FIG. 36 shows, for comparison, the conventional two-step growth method.
The distribution of dislocations obtained from a transmission electron microscope image of a cross section of a 5 μm thick GaN epitaxial layer 1033 or 1034 grown on an α-Al 2 O 3 (sapphire) substrate 1031 having a (0001) plane orientation is shown.

【0096】基板1031との界面1037から格子不
整合による歪みが原因で一様に発生した転位1032は
エピタキシャル成長方向に蛇行しながらエピタキシャル
層表面に延びている。図中、途中から見えている、ある
いは途中で消えている転位は、断面に垂直な方向に転位
が延びているために透過電子顕微鏡の視野から外れてい
るためで、転位が消滅しているわけではない。透過電子
顕微鏡像から転位密度を見積もると、109/cm2以上
の転位が一様に発生しており、エピタキシャル層に加わ
る格子歪みも面内で等方的である。
The dislocations 1032 uniformly generated from the interface 1037 with the substrate 1031 due to the strain due to the lattice mismatch extend to the surface of the epitaxial layer while meandering in the epitaxial growth direction. In the figure, the dislocations that are visible or disappear in the middle are out of the field of view of the transmission electron microscope because the dislocations extend in the direction perpendicular to the cross section, and the dislocations disappear. is not. When the dislocation density is estimated from a transmission electron microscope image, dislocations of 10 9 / cm 2 or more occur uniformly, and the lattice strain applied to the epitaxial layer is isotropic in the plane.

【0097】一方、本実施例によるところのGaNエピ
タキシャル層を図37を使って説明する。断面の透過電
子顕微鏡像から得られた転位の分布も模式的に図37に
示している。厚さ3μmまでにかなりの転位がストライ
プ状に形成されたアモルファス状のGaN膜1035の
上の結晶欠陥の集中した部分に達していることがわかっ
た。すなわち、ストライプの直行方向1039では歪み
が緩和されるのに対して、平行な方向1040では歪み
が結晶内に内在されやすい。従って、格子不整合による
歪みがストライプに平行な方向1040に偏ったエピタ
キシャル層が得られる。
On the other hand, a GaN epitaxial layer according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 37 also schematically shows the distribution of dislocations obtained from the transmission electron microscope image of the cross section. It was found that up to a thickness of 3 μm, considerable dislocations reached a portion where crystal defects were concentrated on the amorphous GaN film 1035 formed in stripes. That is, while the strain is relaxed in the direction 1039 perpendicular to the stripe, the strain is likely to be inherent in the crystal in the parallel direction 1040. Therefore, an epitaxial layer in which the strain due to lattice mismatch is biased in the direction 1040 parallel to the stripe is obtained.

【0098】さらに別の効果として、ストライプとスト
ライプとにはさまれた素子形成領域1041の転位密度
は105/cm2以下と図36の従来例に比べきわめて結
晶性の優れたGaN膜が得られていることがわかった。
また歪についてもストライプに平行方向と垂直方向と
で、異なることがわかった。つまり、素子形成領域10
41は、等方的でない歪を有していることがわかった。
As another effect, the dislocation density of the element forming region 1041 sandwiched between the stripes is 10 5 / cm 2 or less, and a GaN film having extremely excellent crystallinity as compared with the conventional example of FIG. 36 can be obtained. I knew it was being done.
It was also found that the strain was different between the direction parallel to the stripe and the direction perpendicular to the stripe. That is, the element formation region 10
41 was found to have non-isotropic distortion.

【0099】本実施例では、アモルファス状のGaN膜
1035のストライプを基板上に形成した場合について
説明したが、SiO2膜、SiN膜などの酸化膜層、窒
化膜層を用いても同様の効果が得られる。
In this embodiment, the case where the stripe of the amorphous GaN film 1035 is formed on the substrate has been described. However, the same effect can be obtained by using an oxide film layer such as a SiO 2 film or a SiN film or a nitride film layer. Is obtained.

【0100】図38はこのSiO2膜を用いた場合の例
であり、厚さ0.1μmのSiO2膜1038でストライ
プを形成した基板上に、この実施例と同様の方法で、G
aN膜1033、1034の選択成長を行った。この場
合も同様に格子不整合による歪みがストライプに平行な
方向に偏ったエピタキシャル層が得られた。さらにGa
N膜は、SiO2膜の上には成長しないので(選択成
長)、この方法によるGaN膜は島状(アイランド状)
に形成されることになる。この島状のGaN膜1034
の歪の状態も、ストライプに平行な方向では歪が残り、
ストライプに垂直な方向では歪が緩和されるのでGaN
膜歪は小さくなり、等方的でない歪の状態が実現でき
る。
FIG. 38 shows an example in which this SiO 2 film is used. On a substrate on which a stripe is formed by a SiO 2 film 1038 having a thickness of 0.1 μm, G is formed in the same manner as in this embodiment.
Selective growth of the aN films 1033 and 1034 was performed. In this case, similarly, an epitaxial layer in which the strain due to the lattice mismatch was deviated in the direction parallel to the stripe was obtained. Furthermore, Ga
Since the N film does not grow on the SiO 2 film (selective growth), the GaN film formed by this method has an island shape (island shape).
Will be formed. This island-like GaN film 1034
As for the state of distortion, the distortion remains in the direction parallel to the stripe,
Since the strain is relaxed in the direction perpendicular to the stripe, GaN
The film strain is reduced, and a non-isotropic strain state can be realized.

【0101】また、本実施例は、面方位(0001)の
α−Al23(サファイア)基板上へのGaNエピタキ
シャル成長について述べたが、本発明はこの実施例方法
に限定されるものではなく、その他あらゆる格子不整合
系のエピタキシャル成長において実施でき、同様の効果
を得られるものである。
In this embodiment, the GaN epitaxial growth on the (0001) α-Al 2 O 3 (sapphire) substrate has been described. However, the present invention is not limited to this method. And any other lattice-mismatched epitaxial growth, and the same effect can be obtained.

【0102】この実施例では、GaN膜1035のスト
ライプは複数形成しているが、少なくとも1つあれば、
素子形成領域のGaN膜の歪は等方的でないものが実現
できる。とくにストライプの近くはかならず等方的でな
い歪が存在するからである。
In this embodiment, a plurality of stripes of the GaN film 1035 are formed.
Non-isotropic distortion of the GaN film in the element formation region can be realized. This is because non-isotropic distortion always exists near the stripe.

【0103】また、基板上にGaN膜を成長するには2
段成長方法を用いているが、GaN膜1033を成長せ
ずに、GaN膜1034を基板上に直接成長してもよ
い。
To grow a GaN film on a substrate,
Although the step growth method is used, the GaN film 1034 may be directly grown on the substrate without growing the GaN film 1033.

【0104】以上より、本発明による方法が格子不整合
系のエピタキシャル成長において、格子不整合により発
生する格子歪みを特定の方位に集中させることを特徴と
するエピタキシャルを得るのに十分有効であることが、
実証された。
From the above, it can be seen that the method according to the present invention is sufficiently effective to obtain epitaxial growth characterized by concentrating lattice strain generated by lattice mismatch in a specific direction in epitaxial growth of a lattice mismatch system. ,
Proven.

【0105】(実施例14)本発明の一実施例である半
導体発光装置を図面とともに説明する。この実施例の特
徴は、形状記憶合金を用いて、半導体発光素子の側面に
物理的に応力を印加し、活性層に歪を導入するところで
ある。
Embodiment 14 A semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The feature of this embodiment is that a stress is physically applied to the side surface of the semiconductor light emitting device using a shape memory alloy, and a strain is introduced into the active layer.

【0106】図32に示すように、凹部1403を有
し、Cu−Ni−Al系合金からなる形状記憶合金14
04を用意する。この凹部1403の幅は、480μm
であり、半導体発光素子の幅よりも僅かに小さくなって
いる。この凹部1403の表面は、半導体発光素子が設
置されるために、薄く絶縁化処理がなされ、発光素子が
短絡しないようになっている。
As shown in FIG. 32, a shape memory alloy 14 having a concave portion 1403 and made of a Cu—Ni—Al alloy
04 is prepared. The width of the recess 1403 is 480 μm
Which is slightly smaller than the width of the semiconductor light emitting element. The surface of the recess 1403 is provided with a semiconductor light-emitting element, and is therefore subjected to a thin insulation treatment so that the light-emitting element is not short-circuited.

【0107】まず、この凹部1403を機械的に広げ
る。そして、後述する半導体発光素子1402をこの凹
部に設置して加熱室に入れる。この加熱室で、80℃ま
で温度を上昇させると、形状記憶合金も加熱され、もと
の形状に戻ることになる。もとの凹部にもどることで、
半導体発光素子1402には、ストライプ方向と垂直な
x方向に応力が印加され、その結果、活性層のc面内
で、一軸方向(ストライプ方向に垂直方向、つまりx方
向)に歪を導入することができ、この発光素子のしきい
値電流を小さくすることができる。
First, the concave portion 1403 is mechanically expanded. Then, a semiconductor light emitting element 1402 described later is set in this concave portion and put into a heating chamber. When the temperature is raised to 80 ° C. in this heating chamber, the shape memory alloy is also heated and returns to its original shape. By returning to the original recess,
A stress is applied to the semiconductor light emitting device 1402 in the x direction perpendicular to the stripe direction. As a result, strain is introduced in the uniaxial direction (the direction perpendicular to the stripe direction, that is, the x direction) in the c plane of the active layer. And the threshold current of the light emitting element can be reduced.

【0108】形状記憶合金の凹部1403の開口の大き
さは、あらかじめ一定の大きさに決まっているので、発
光素子にかかる応力もその開口部の大きさによって決定
される。また発光素子を実装するために凹部を広げて
も、加熱するだけでもとの状態にもどるので、実装も容
易である。この半導体発光素子を実装したものを半導体
発光装置1401としている。
Since the size of the opening of the concave portion 1403 of the shape memory alloy is fixed to a predetermined size in advance, the stress applied to the light emitting element is also determined by the size of the opening. In addition, even if the concave portion is widened for mounting the light emitting element, it returns to the original state only by heating, so that mounting is easy. A semiconductor light-emitting device 1401 in which the semiconductor light-emitting element is mounted is referred to as a semiconductor light-emitting device 1401.

【0109】次に、この半導体発光素子について説明す
る。この発光素子は有機金属気相成長法を用いた以下の
方法により製造される。
Next, the semiconductor light emitting device will be described. This light emitting device is manufactured by the following method using a metal organic chemical vapor deposition method.

【0110】まず、よく洗浄した(0001)サファイ
ア基板(c面)を反応容器内のサセプタにセットし、反
応容器内を水素雰囲気にしたのち、基板の温度を108
0℃にまで上昇させ、基板のクリーニングをおこなう。
First, a well-cleaned (0001) sapphire substrate (c-plane) is set on a susceptor in a reaction vessel, and the inside of the reaction vessel is set to a hydrogen atmosphere.
The temperature is raised to 0 ° C. to clean the substrate.

【0111】続いて、温度を505℃まで下げ、原料ガ
スとして、アンモニア4リットル/分、トリメチルガリ
ウムを30×10-6モル/分、キャリアガスとして水素
を2リットル/分、流しながら基板上にGaNバッファ
−層を成長させる。
Subsequently, the temperature was lowered to 505 ° C., and 4 liters / minute of ammonia, 30 × 10 −6 mol / minute of trimethylgallium as a raw material gas, and 2 liters / minute of hydrogen as a carrier gas were passed onto the substrate while flowing. Grow a GaN buffer layer.

【0112】その後、トリメチルガリウムを止めて、温
度を1080℃まで上昇させ、トリメチルガリウム50
×10-6モル/分、シランガスを2×10-9モル/分を
流し、シリコンドープn型GaN層を成長させる。
Thereafter, the trimethylgallium was stopped, the temperature was raised to 1080 ° C., and trimethylgallium 50
X 10 -6 mol / min and silane gas at 2 X 10 -9 mol / min are flown to grow a silicon-doped n-type GaN layer.

【0113】n型GaN層の成長後、原料ガスを止め、
基板温度を800℃にして、キャリアガスを水素から窒
素に替え、窒素を2リットル/分、原料ガスとしては、
トリメチルガリウムを2×10-6モル/分、トリメチル
インジウムを1×10-5モル/分、ジエチルカドミウム
を2×10-6モル/分、アンモニアを4リットル/分を
流しなまがら、カドミウムドープIn0.14Ga0.86N層
を成長させる。
After the growth of the n-type GaN layer, the source gas is stopped.
The substrate temperature was set to 800 ° C., the carrier gas was changed from hydrogen to nitrogen, nitrogen was 2 l / min, and the source gas was:
Trimethylgallium 2 × 10 -6 mol / min, 1 × 10 -5 mol / min trimethylindium, 2 × 10 -6 mol / min diethyl cadmium, reluctant raw flow 4 liters / min of ammonia, cadmium doped In A 0.14 Ga 0.86 N layer is grown.

【0114】カドミウムドープIn0.14Ga0.86N層を
成長後、原料ガスを止め、温度を1080℃まで上昇さ
せ、トリメチルガリウムを50×10-6、シクロペンタ
ジエニルマグネシウムを3.6×10-6モル/分、アン
モニアを4リットル/分を流し、p型GaN層を成長さ
せる。
After growing the cadmium-doped In 0.14 Ga 0.86 N layer, the source gas is stopped, the temperature is raised to 1080 ° C., trimethylgallium is 50 × 10 −6 , and cyclopentadienyl magnesium is 3.6 × 10 −6. The p-type GaN layer is grown by flowing ammonia at a rate of 4 liters / min.

【0115】以上のようにして得られた半導体発光素子
のp型GaN層、およびn型InGaN層の一部をエッ
チングにより取り除き、n型GaN層を露出させ、p型
GaN層、およびn型GaN層にp型、n型オーミック
電極を設けた。本実施例は、この半導体発光素子を用い
て実装している。次の実施例もこの半導体発光素子を用
いて実装したものである。
A part of the p-type GaN layer and the n-type InGaN layer of the semiconductor light emitting device obtained as described above is removed by etching to expose the n-type GaN layer, and the p-type GaN layer and the n-type GaN layer are removed. The layer was provided with p-type and n-type ohmic electrodes. This embodiment is mounted using this semiconductor light emitting device. The following embodiment is also mounted using this semiconductor light emitting device.

【0116】(実施例15)この実施例は、半導体発光
素子に機械的に応力をかけた半導体発光装置である。実
施例14で示した半導体発光素子に対して側面から応力
をかける方法である。
Embodiment 15 This embodiment is a semiconductor light emitting device in which a semiconductor light emitting element is mechanically stressed. This is a method of applying stress from the side to the semiconductor light emitting device shown in the fourteenth embodiment.

【0117】図33に示すように、この半導体発光素子
は(0001)面(c面)上に六方晶化合物半導体であ
るAlGaInN系結晶を成長させているので、c面内
に一軸方向((a)のy方向)の歪を導入すべく半導体
発光素子の側面から応力を印加している。
As shown in FIG. 33, in this semiconductor light emitting device, an AlGaInN-based crystal, which is a hexagonal compound semiconductor, is grown on the (0001) plane (c-plane). The stress is applied from the side surface of the semiconductor light emitting element in order to introduce the strain in the direction y)).

【0118】応力印加容器1503内に半導体発光素子
1502をセットし、その側面から応力を徐々に印加し
ていく。応力の大きさは、ハンドル1504を回すこと
により調節可能になっている。
The semiconductor light emitting device 1502 is set in the stress applying container 1503, and the stress is gradually applied from the side thereof. The magnitude of the stress can be adjusted by turning the handle 1504.

【0119】図33(a)では、半導体発光素子150
2の基板に(0001)面のサファイア基板を用いた
が、例えばR面を基板に用いて、この基板上にAlGa
InN系の結晶を成長させた半導体発光素子を用いれ
ば、図33(b)のように、基板に対して垂直方向(y
方向)から応力を印加することができる。これは、c軸
方向に歪を導入しても、価電子帯の状態密度を小さくす
ることはできないが、c面内で等方的でない歪を導入す
れば価電子帯の状態密度を飛躍的に小さくできることに
よる。基板にR面を用いれば、c軸は図33(b)に示
した方向を向いているので、基板に垂直(y方向)に応
力を印加してもc面内に等方的でない歪を導入できるの
である。もちろん先ほど(a)で説明したように、R面
上に成長した半導体発光素子の側面から応力をかけるこ
とでも、c面内で等方的でない歪を導入することができ
る。
In FIG. 33A, the semiconductor light emitting device 150
A sapphire substrate having a (0001) plane was used as the substrate of the second substrate.
When a semiconductor light emitting device in which an InN-based crystal is grown is used, as shown in FIG.
Direction). This is because even if strain is introduced in the c-axis direction, the valence band state density cannot be reduced, but if non-isotropic strain is introduced in the c plane, the valence band state density will be dramatically increased. It can be made smaller. If an R-plane is used for the substrate, the c-axis is oriented in the direction shown in FIG. 33 (b). Therefore, even if stress is applied perpendicularly (y-direction) to the substrate, non-isotropic strain is generated in the c-plane. It can be introduced. Of course, as described in (a) above, non-isotropic strain can be introduced in the c-plane by applying a stress from the side surface of the semiconductor light-emitting element grown on the R-plane.

【0120】この実施例の方法によれば、半導体発光素
子のc面内に等方的でない歪を機械的に導入できるの
で、価電子帯の状態密度を小さくでき、レーザ発振する
ためのしきい値電流を飛躍的に下げることができる。
According to the method of this embodiment, non-isotropic strain can be mechanically introduced into the c-plane of the semiconductor light emitting device, so that the state density of the valence band can be reduced and the threshold for laser oscillation can be obtained. The value current can be drastically reduced.

【0121】[0121]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、六方晶化
合物半導体のc面内に等方的でない(異方的な)歪を加
えた場合、価電子帯上端付近のホールの有効質量が小さ
くなるということにもとづき、c軸方向に成長させた六
方晶化合物半導体から構成されている活性層のc面内に
等方的でない(異方的な)歪を入れることにより、しき
い値電流が低い半導体発光素子を実現することができ
る。
As described above, according to the present invention, when a non-isotropic strain is applied to the c-plane of a hexagonal compound semiconductor, the effective mass of the hole near the upper end of the valence band is reduced. Based on the fact that the active layer is made smaller, the threshold current is increased by introducing non-isotropic (anisotropic) strain into the c-plane of the active layer composed of the hexagonal compound semiconductor grown in the c-axis direction. Semiconductor light-emitting element having a low level can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】AlGaN/GaN量子井戸におけるGaN層
の価電子帯の電子帯構造を示す図
FIG. 1 is a diagram showing an electronic band structure of a valence band of a GaN layer in an AlGaN / GaN quantum well.

【図2】c面内に等方的でない歪が加わった場合のAl
GaN/GaN量子井戸におけるGaN層の価電子帯の
電子帯構造を示す図
FIG. 2 shows Al when non-isotropic strain is applied in the c-plane.
The figure which shows the electronic band structure of the valence band of a GaN layer in a GaN / GaN quantum well

【図3】c面内に等方的でない(異方的な)歪が加わっ
た場合のしきい値電流密度の歪依存性を示す図
FIG. 3 is a diagram showing the strain dependence of the threshold current density when non-isotropic (anisotropic) strain is applied to the c-plane.

【図4】本発明の一実施例の半導体発光素子の構造図FIG. 4 is a structural view of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例の半導体発光素子の製造工程
断面図
FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例の半導体発光素子の構造図FIG. 6 is a structural view of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例の半導体発光素子の形状を示
す図
FIG. 7 is a diagram showing the shape of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例の半導体発光素子の構造図FIG. 8 is a structural view of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例の半導体発光素子の製造方法
を示す一工程図
FIG. 9 is a process chart showing a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

【図10】第2の実施例を示すウルツ鉱型InGaN/
AlGaN量子井戸半導体レーザの素子断面図
FIG. 10 shows wurtzite InGaN /
Element cross section of AlGaN quantum well semiconductor laser

【図11】LiTaO3基板上の直行する2つの結晶方
位を示す図
FIG. 11 shows two orthogonal crystal orientations on a LiTaO 3 substrate.

【図12】LiTaO3基板が(1100)面から(0
001)方向、あるいは(1120)方向へ傾斜した状
態を示す図
FIG. 12 shows that the LiTaO 3 substrate is moved from (1100) plane to (0
The figure showing the state inclined to the (001) direction or the (1120) direction.

【図13】第3の実施例を示すウルツ鉱型InGaN/
AlGaN量子井戸半導体レーザの素子断面図
FIG. 13 shows a wurtzite-type InGaN /
Element cross section of AlGaN quantum well semiconductor laser

【図14】p−Alz'Ga1-z'N歪導入層の周囲に局部
的に導入される歪を示す図
FIG. 14 is a view showing a strain locally introduced around a p-Al z ' Ga 1 -z'N strain introducing layer;

【図15】LiTaO3とGaNとの熱膨張係数の比較
FIG. 15 is a comparison diagram of the thermal expansion coefficients of LiTaO 3 and GaN.

【図16】本発明の実施例の半導体レーザの作製方法を
示す構成斜視図
FIG. 16 is a configuration perspective view showing a method for manufacturing a semiconductor laser according to an example of the present invention.

【図17】本発明の一実施例のサブマウントの構造図FIG. 17 is a structural view of a submount according to an embodiment of the present invention.

【図18】本発明の別の実施例の半導体レーザの作製方
法を示す構成図
FIG. 18 is a configuration diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention.

【図19】本発明の半導体レーザを実装するサブマウン
トの断面図
FIG. 19 is a sectional view of a submount on which the semiconductor laser of the present invention is mounted.

【図20】本発明の半導体レーザを実装する別のサブマ
ウントの図
FIG. 20 is a view of another submount for mounting the semiconductor laser of the present invention.

【図21】本発明の別の実施例の半導体レーザの作製方
法を示す構成断面図
FIG. 21 is a sectional view showing the structure of a method for manufacturing a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention.

【図22】本発明の一実施例の半導体レーザの作製方法
を示す構成断面図
FIG. 22 is a sectional view showing the structure of a semiconductor laser according to one embodiment of the present invention;

【図23】本発明の一実施例の製造方法によるAlGa
InN系半導体発光素子の製造工程図
FIG. 23 is a view showing AlGa formed by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
Manufacturing process diagram of InN-based semiconductor light emitting device

【図24】本発明の一実施例の製造方法によるAlGa
InN系半導体発光素子の製造工程図
FIG. 24 is a view showing AlGa formed by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
Manufacturing process diagram of InN-based semiconductor light emitting device

【図25】選択的にレーザ照射を行う気相成長の工程
図、および選択的にレーザ照射を行う気相成長法によっ
て作製したGaN結晶の格子定数の関係を示す図
FIG. 25 is a diagram showing a process of vapor phase growth in which laser irradiation is selectively performed, and a diagram showing a relationship between lattice constants of a GaN crystal produced by a vapor deposition method in which laser irradiation is selectively performed.

【図26】レーザ照射強度とGaN格子定数の関係を示
す図
FIG. 26 is a diagram showing a relationship between laser irradiation intensity and a GaN lattice constant.

【図27】選択的にレーザ照射を行う気相成長の工程図FIG. 27 is a process chart of vapor phase growth in which laser irradiation is selectively performed.

【図28】本発明の実施例11における半導体装置の製
造工程の模式断面図
FIG. 28 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing step of a semiconductor device in Embodiment 11 of the present invention.

【図29】本発明の実施例11における半導体装置の模
式断面図および活性層の結晶構造の模式図
FIG. 29 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device and a schematic diagram of a crystal structure of an active layer according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図30】本発明の実施例12における半導体装置の製
造工程の模式図
FIG. 30 is a schematic view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to Embodiment 12 of the present invention.

【図31】本発明の実施例12におけるGaN螺旋状薄
膜の単位胞の模式図
FIG. 31 is a schematic view of a unit cell of a GaN spiral thin film in Example 12 of the present invention.

【図32】本発明の実施例14における半導体発光装置
の構成斜視図
FIG. 32 is a configuration perspective view of a semiconductor light emitting device according to Embodiment 14 of the present invention.

【図33】本発明の実施例15における半導体発光装置
の構成断面図
FIG. 33 is a configuration sectional view of a semiconductor light emitting device according to Embodiment 15 of the present invention.

【図34】本発明の実施例13における成長装置の構造
断面図
FIG. 34 is a structural sectional view of a growth apparatus according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図35】本発明の実施例13における結晶成長の工程
断面図
FIG. 35 is a sectional view of a crystal growth step in Example 13 of the present invention.

【図36】本発明の実施例13との比較における2段成
長後の構造断面図
FIG. 36 is a structural cross-sectional view after two-step growth in comparison with Example 13 of the present invention.

【図37】本発明の実施例13における結晶成長後の構
造斜視図
FIG. 37 is a structural perspective view after crystal growth in Example 13 of the present invention.

【図38】本発明の実施例13のSiO2膜を用いた場
合の構造断面図
FIG. 38 is a structural sectional view when the SiO 2 film of Example 13 of the present invention is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 AlGaInN発光層 101 サファイア基板 102 ストライプ状の溝 103 サファイア基板 104 マスク 105 溝 106 AlN埋込み層 107 AlGaInN発光層 108 サファイア基板 109 酸化膜 110 サファイア基板 111 酸化膜 112 SiC基板 113 Ni層 114 第一のAu層 115 第二のAu層 116 AlGaInN発光素子層 117 サファイア基板 118 とめ治具 119 トレイ 201 LiTaO3基板 202 AlNバッファ層 203 n−AlzGa1-zNクラッド層 204 AlyGa1-yN 第1光ガイド層 205 InxGa1-xN/GaN多重量子井戸活性層 206 AlyGa1-yN 第2光ガイド層 207 p−AlzGa1-zNクラッド層 208 リッジストライプ 209 SiO2絶縁膜 210 SiO2絶縁膜の開口部 211 SiO2絶縁膜の開口部 212 アノード電極 213 カソード電極 301 (0001)サファイア基板 302 AlNバッファ層 303 n−AlzGa1-zNクラッド層 304 AlyGa1-yN 第1光ガイド層 305 InxGa1-xN/GaN多重量子井戸活性層 306 AlyGa1-yN 第2光ガイド層 307 p−AlzGa1-zN第1クラッド層 308 p−Alz'Ga1-z'N歪導入層 309 p−AlzGa1-zN第2クラッド層 310 SiO2絶縁膜 311 開口部 312 開口部 313 アノード電極 314 カソード電極 401 半導体レーザ 402 サブマウント 403 LiTaO3 404 ハンダ材 501 半導体レーザ 502 サブマウント 503 Fe−Ni合金 504 Fe−Ni−Mn合金 505 Pb−Snハンダ材 551 半導体レーザ 552 サブマウント 553 加重用コレット 554 紫外線硬化樹脂 555 サブマウント 556 加重用板板バネ 557 加重用ネジ 601 6H−SiC基板 602 AlN層 603 AlN層 604 n型AlGaInNクラッド層 605 AlGaInN活性層 606 p型AlGaInNクラッド層 607 p側電極 608 n側電極 651 6H−SiC基板 652 AlN層 653 AlN層 654 n型AlGaInNクラッド層 655 AlGaInN活性層 656 p型AlGaInNクラッド層 657 p側電極 658 n側電極 801 サファイア基板 802 GaN結晶層 803 GaN結晶層 804 GaN結晶層 805 GaN結晶層 1011 反応管 1012 ガス導入管 1013 サセプタ 1014 試料基板 1015 高周波コイル 1016 熱伝対 1017 ガス導入口 1018 真空ポンプ 1031 サファイア基板 1032 転位 1033 GaNエピタキシャル層 1034 GaNエピタキシャル層 1035 アモルファス状のGaN膜 1036 アモルファス状のGaN膜 1037 界面 1038 SiO2膜 1039 ストライプと直行方向 1040 ストライプと平行方向 1041 素子形成領域 1101 サファイア基板 1102 AlGaNクラッド層 1103 n型AlInGaNクラッド層 1104 InGaN活性層 1105 p型AlInGaNクラッド層 1106 絶縁膜 1107 活性層の格子定数の模式図 1108 活性層の格子定数の模式図 1201 サファイア基板 1202 GaN結晶の成長核 1203 GaN螺旋状薄膜層 1204 GaN螺旋状薄膜層の単位胞 1205 n型AlGaNクラッド層 1206 InGaN活性層 1207 p型AlGaNクラッド層 1401 半導体発光装置 1402 半導体発光素子 1403 凹部 1404 形状記憶合金 1501 半導体発光装置 1502 半導体発光素子 1503 応力印加容器 1504 ハンドルREFERENCE SIGNS LIST 100 AlGaInN light emitting layer 101 sapphire substrate 102 striped groove 103 sapphire substrate 104 mask 105 groove 106 AlN buried layer 107 AlGaInN light emitting layer 108 sapphire substrate 109 oxide film 110 sapphire substrate 111 oxide film 112 SiC substrate 113 Ni layer 114 first Au layer 115 a second Au layer 116 AlGaInN light emitting element layer 117 sapphire substrate 118 stop jig 119 tray 201 LiTaO 3 substrate 202 AlN buffer layer 203 n-Al z Ga 1- z n cladding layer 204 Al y Ga 1-y n 1 the light guide layer 205 In x Ga 1-x N / GaN multi-quantum well active layer 206 Al y Ga 1-y N second optical guide layer 207 p-Al z Ga 1- z N cladding layer 208 ridge stripe 209 SiO 2 Absolute Enmaku 210 SiO 2 insulating film opening 211 SiO 2 insulating film opening 212 anode 213 cathode 301 (0001) sapphire substrate 302 AlN buffer layer 303 n-Al z Ga 1- z N cladding layer 304 Al y Ga 1-y N first optical guiding layer 305 In x Ga 1-x N / GaN multi-quantum well active layer 306 Al y Ga 1-y N second optical guide layer 307 p-Al z Ga 1- z N first cladding layer 308 p-Al z 'Ga 1 -z' N strain induced layer 309 p-Al z Ga 1- z N second cladding layer 310 SiO 2 insulating film 311 opening 312 opening 313 anode 314 cathode 401 semiconductor laser 402 submount 403 LiTaO 3 404 solder material 501 semiconductor laser 502 submount 503 Fe-Ni alloy 504 Fe- i-Mn alloy 505 Pb-Sn solder material 551 Semiconductor laser 552 Submount 553 Weighting collet 554 Ultraviolet curing resin 555 Submount 556 Weighting leaf spring 557 Weighting screw 601 6H-SiC substrate 602 AlN layer 603 AlN layer 604n -Type AlGaInN cladding layer 605 AlGaInN active layer 606 p-type AlGaInN cladding layer 607 p-side electrode 608 n-side electrode 651 6H-SiC substrate 652 AlN layer 653 AlN layer 654 n-type AlGaInN cladding layer 655 AlGaInN active layer 656 N-type AlGaInN cladding layer p-side electrode 658 n-side electrode 801 sapphire substrate 802 GaN crystal layer 803 GaN crystal layer 804 GaN crystal layer 805 GaN crystal layer 1011 Reaction tube 1012 Gas inlet tube 1013 Susceptor 1014 Sample substrate 1015 High frequency coil 1016 Thermocouple 1017 Gas inlet 1018 Vacuum pump 1031 Sapphire substrate 1032 Dislocation 1033 GaN epitaxial layer 1034 GaN epitaxial layer 1035 Amorphous GaN film 1036 Amorphous GaN film 1037 Interface 1038 SiO2 film 1039 Direction perpendicular to stripe 1040 Parallel direction to stripe 1041 Element formation region 1101 Sapphire substrate 1102 AlGaN cladding layer 1103 n-type AlInGaN cladding layer 1104 InGaN active layer 1105 p-type AlInGaN cladding layer 1106 Insulating film 1107 Schematic of lattice constant of active layer FIG. 1108 Schematic diagram of lattice constant of active layer 1201 Sapphire substrate 1202 aN crystal growth nucleus 1203 GaN spiral thin film layer 1204 GaN spiral thin film layer unit cell 1205 n-type AlGaN cladding layer 1206 InGaN active layer 1207 p-type AlGaN cladding layer 1401 semiconductor light emitting device 1402 semiconductor light emitting element 1403 recess 1404 shape memory alloy 1501 semiconductor light emitting device 1502 semiconductor light emitting element 1503 stress applying container 1504 handle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大仲 清司 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 高森 晃 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 萬濃 正也 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 木戸口 勲 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 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 石橋 明彦 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 福久 敏哉 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 熊渕 康仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 Jap J Appl Phys V ol.27,No.8,AUGUST, 1988,pp.L1384−L1386 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 33/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kiyoji Onaka 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Akira Takamori 1006 Odaka Kadoma Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Masaya Manno 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Isao Kidoguchi 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Hideto Adachi 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka, Japan Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Akihiko Ishibashi 1006 Odaka Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Toshiya Fukuhisa Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., 1006 Kadoma, Kadoma, Futoma City In the business Co., Ltd. (56) references Jap J Appl Phys V ol. 27, No. 8, AUGUST, 1988, pp. L1384-L1386 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 33/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】活性層が六方晶化合物半導体であり、前記
活性層のc面内に、等方的でない歪が入っている半導体
発光素子。
1. A semiconductor light emitting device in which an active layer is a hexagonal compound semiconductor and non-isotropic strain is present in a c-plane of the active layer.
【請求項2】活性層は、c軸方向に成長されている、請
求項1に記載の半導体発光素子。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the active layer is grown in a c-axis direction.
【請求項3】前記六方晶化合物半導体がウルツ型構造、
4H型構造、または6H型構造である、請求項1に記載
の半導体発光素子。
3. The method according to claim 1, wherein the hexagonal compound semiconductor has a wurtz-type structure,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device has a 4H type structure or a 6H type structure.
【請求項4】前記等方的でない歪が1軸性歪、またはせ
ん断歪である、請求項1に記載の半導体発光素子。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the non-isotropic strain is a uniaxial strain or a shear strain.
【請求項5】前記活性層は、ウルツ鉱型のAlxGay
zN(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)
である請求項1に記載の半導体発光素子。
Wherein said active layer is wurtzite Al x Ga y I
nz N (however, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein
【請求項6】前記活性層は、サファイア基板上に形成さ
れており、前記活性層が、ウルツ鉱型のAlxGayIn
zN(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)か
ら形成されている請求項1に記載の半導体発光素子。
Wherein said active layer is formed on a sapphire substrate, the active layer is wurtzite Al x Ga y In
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is formed of zN (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1).
【請求項7】六方晶化合物半導体である活性層をc軸方
向に成長させる工程を有し、前記活性層は、前記c面内
に等方的でない歪が入るよう成長されている半導体発光
素子の製造方法。
7. An active layer, which is a hexagonal compound semiconductor, having a c-axis direction.
And forming the active layer in the c-plane.
Semiconductor luminescence grown to introduce non-isotropic strain into the surface
Device manufacturing method.
【請求項8】前記活性層は、ウルツ鉱型のAl x Ga y
z N(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)
である請求項7に記載の半導体発光素子の製造方法。
Wherein said active layer is wurtzite Al x Ga y I
n z N (where, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1)
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein
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