JP3235440B2 - 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子とその製造方法Info
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- JP3235440B2 JP3235440B2 JP30527995A JP30527995A JP3235440B2 JP 3235440 B2 JP3235440 B2 JP 3235440B2 JP 30527995 A JP30527995 A JP 30527995A JP 30527995 A JP30527995 A JP 30527995A JP 3235440 B2 JP3235440 B2 JP 3235440B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はｎ型窒化物半導体（Ｉｎ
XＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）の成長
方法に係り、特にＡｌを含むｎ型の窒化物半導体層の成
長方法に関する。
XＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）の成長
方法に係り、特にＡｌを含むｎ型の窒化物半導体層の成
長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦
Y、X＋Y≦１）で示される窒化物半導体はＭＯＶＰＥ
（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線ビーム気相成
長法）、ＨＤＶＰＥ（ハライド気相成長法）等の気相成
長法を用いて基板上にエピタキシャル成長されている。
またこの半導体材料は直接遷移型の広ワイドギャップ半
導体であるため、紫外から赤色までの発光素子の材料と
して知られており、最近この材料で高輝度な青色ＬＥ
Ｄ、緑色ＬＥＤが実現され、次の目標としてレーザダイ
オード（ＬＤ）の実現が望まれている。
Y、X＋Y≦１）で示される窒化物半導体はＭＯＶＰＥ
（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線ビーム気相成
長法）、ＨＤＶＰＥ（ハライド気相成長法）等の気相成
長法を用いて基板上にエピタキシャル成長されている。
またこの半導体材料は直接遷移型の広ワイドギャップ半
導体であるため、紫外から赤色までの発光素子の材料と
して知られており、最近この材料で高輝度な青色ＬＥ
Ｄ、緑色ＬＥＤが実現され、次の目標としてレーザダイ
オード（ＬＤ）の実現が望まれている。
【０００３】ＬＤでは活性層が屈折率差の大きいｎ型と
ｐ型のクラッド層で挟まれたダブルへテロ構造が採用さ
れる。窒化物半導体でＬＤを作製する際、例えばＩｎＧ
ａＮを活性層とするダブルへテロ構造を実現する場合に
は、ｎ型、ｐ型のクラッド層をＧａＮ、ＡｌＧａＮ等と
して、ＩｎＧａＮ活性層と屈折率差の大きい材料を成長
させる必要がある。特にｎ型のクラッド層はそのクラッ
ド層の上に活性層、及びｐ型クラッド層を成長させなけ
ればならないため、膜質に優れた結晶を成長させる必要
がある。ｎ型クラッド層にクラック、凹凸等の欠陥が発
生すると、その上に成長する活性層、ｐ型クラッド層が
結晶性良く成長できず、素子作製ができない状態とな
る。
ｐ型のクラッド層で挟まれたダブルへテロ構造が採用さ
れる。窒化物半導体でＬＤを作製する際、例えばＩｎＧ
ａＮを活性層とするダブルへテロ構造を実現する場合に
は、ｎ型、ｐ型のクラッド層をＧａＮ、ＡｌＧａＮ等と
して、ＩｎＧａＮ活性層と屈折率差の大きい材料を成長
させる必要がある。特にｎ型のクラッド層はそのクラッ
ド層の上に活性層、及びｐ型クラッド層を成長させなけ
ればならないため、膜質に優れた結晶を成長させる必要
がある。ｎ型クラッド層にクラック、凹凸等の欠陥が発
生すると、その上に成長する活性層、ｐ型クラッド層が
結晶性良く成長できず、素子作製ができない状態とな
る。
【０００４】またＬＤの場合、ＬＥＤと異なりクラッド
層で活性層の光を閉じ込めるため、クラッド層に例えば
０．１μｍ以上の厚膜を必要とする。しかしながらＡｌ
を含む窒化物半導体は結晶成長方法が非常に難しく、厚
膜を形成すると結晶中にクラックが入りやすいという性
質がある。例えばＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層の上に直接Ａ
ｌＧａＮ層を厚膜で成長させるのは非常に困難である。
層で活性層の光を閉じ込めるため、クラッド層に例えば
０．１μｍ以上の厚膜を必要とする。しかしながらＡｌ
を含む窒化物半導体は結晶成長方法が非常に難しく、厚
膜を形成すると結晶中にクラックが入りやすいという性
質がある。例えばＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層の上に直接Ａ
ｌＧａＮ層を厚膜で成長させるのは非常に困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体よりなる
ＬＤを実現する場合、まずクラッド層の上に成長させる
窒化物半導体層を結晶性良く成長させるために、Ａｌを
含む窒化物半導体層よりなるクラッド層を膜質良く成長
させる必要がある。さらにそのクラッド層を光閉じ込
め、光ガイド層として作用させるには例えば０．１μｍ
以上の厚膜で成長させる必要がある。
ＬＤを実現する場合、まずクラッド層の上に成長させる
窒化物半導体層を結晶性良く成長させるために、Ａｌを
含む窒化物半導体層よりなるクラッド層を膜質良く成長
させる必要がある。さらにそのクラッド層を光閉じ込
め、光ガイド層として作用させるには例えば０．１μｍ
以上の厚膜で成長させる必要がある。
【０００６】従って本発明はこのような事情を鑑みて成
されたものであって、その目的とするところは、窒化物
半導体よりなるＬＤを作製するにあたり、Ａｌを含む窒
化物半導体層よりなるｎ型クラッド層を膜質良く、厚膜
で成長できる方法を提供することにある。
されたものであって、その目的とするところは、窒化物
半導体よりなるＬＤを作製するにあたり、Ａｌを含む窒
化物半導体層よりなるｎ型クラッド層を膜質良く、厚膜
で成長できる方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る窒化物半導
体レーザ素子は、少なくともＡｌを含むｎ型窒化物半導
体、若しくはｎ型ＧａＮよりなる第一のｎ型層の上に、
少なくともＩｎを含むｎ型窒化物半導体からなる第二の
ｎ型層が成長され、その第二のｎ型層の上に少なくとも
Ａｌを含むｎ型窒化物半導体よりなり、光閉じ込め層と
して作用する第三のｎ型層が成長され、その第三のｎ型
層の上にＩｎを含むｎ型窒化物半導体又はＧａＮよりな
り、光ガイド層として作用する第四のｎ型層が成長され
てなり、前記第二のｎ型層の膜厚が１００オングストロ
ーム以上、０．５μｍ以下であることを特徴とする。ま
た、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子においては、
前記第四のｎ型層の上に、量子井戸構造の活性層を有し
ていてもよい。さらに、本発明に係る窒化物半導体レー
ザ素子においては、前記活性層の上にＡｌを含むｐ型窒
化物半導体からなる第一のｐ型層を有していてもよい。
またさらに、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子にお
いては、前記第一のｐ型層の上に、ｐ型ＧａＮ又はＩｎ
を含むｐ型窒化物半導体からなる第二のｐ型層を光ガイ
ド層として有していてもよい。また、本発明に係る窒化
物半導体レーザ素子においては、前記第二のｐ型層の上
に、Ａｌを含むｐ型窒化物半導体からなる第三のｐ型層
を光閉じ込め層として有していてもよい。また、本発明
に係る窒化物半導体レーザ素子においては、前記第三の
ｐ型層の上に、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層を有し
ていてもよい。
体レーザ素子は、少なくともＡｌを含むｎ型窒化物半導
体、若しくはｎ型ＧａＮよりなる第一のｎ型層の上に、
少なくともＩｎを含むｎ型窒化物半導体からなる第二の
ｎ型層が成長され、その第二のｎ型層の上に少なくとも
Ａｌを含むｎ型窒化物半導体よりなり、光閉じ込め層と
して作用する第三のｎ型層が成長され、その第三のｎ型
層の上にＩｎを含むｎ型窒化物半導体又はＧａＮよりな
り、光ガイド層として作用する第四のｎ型層が成長され
てなり、前記第二のｎ型層の膜厚が１００オングストロ
ーム以上、０．５μｍ以下であることを特徴とする。ま
た、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子においては、
前記第四のｎ型層の上に、量子井戸構造の活性層を有し
ていてもよい。さらに、本発明に係る窒化物半導体レー
ザ素子においては、前記活性層の上にＡｌを含むｐ型窒
化物半導体からなる第一のｐ型層を有していてもよい。
またさらに、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子にお
いては、前記第一のｐ型層の上に、ｐ型ＧａＮ又はＩｎ
を含むｐ型窒化物半導体からなる第二のｐ型層を光ガイ
ド層として有していてもよい。また、本発明に係る窒化
物半導体レーザ素子においては、前記第二のｐ型層の上
に、Ａｌを含むｐ型窒化物半導体からなる第三のｐ型層
を光閉じ込め層として有していてもよい。また、本発明
に係る窒化物半導体レーザ素子においては、前記第三の
ｐ型層の上に、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層を有し
ていてもよい。
【０００８】また、本発明の窒化物半導体レーザ素子の
製造方法は、少なくともＡｌを含むｎ型窒化物半導体、
若しくはｎ型ＧａＮよりなる第一のｎ型層の上に、少な
くともＩｎを含むｎ型窒化物半導体よりなり、膜厚が１
００オングストローム以上、０．５μｍ以下の第二のｎ
型層を成長させることと、その第二のｎ型層の上に少な
くともＡｌを含むｎ型窒化物半導体よりなり、光閉じ込
め層として作用する第三のｎ型層を成長させることと、
その第三のｎ型層の上にＩｎを含むｎ型窒化物半導体又
はＧａＮよりなり、光ガイド層として作用する第四のｎ
型層を成長させることとを含むことを特徴とする。ま
た、本発明は、前記第四のｎ型層の上に、量子井戸構造
の活性層を成長させることをさらに含むものである。
製造方法は、少なくともＡｌを含むｎ型窒化物半導体、
若しくはｎ型ＧａＮよりなる第一のｎ型層の上に、少な
くともＩｎを含むｎ型窒化物半導体よりなり、膜厚が１
００オングストローム以上、０．５μｍ以下の第二のｎ
型層を成長させることと、その第二のｎ型層の上に少な
くともＡｌを含むｎ型窒化物半導体よりなり、光閉じ込
め層として作用する第三のｎ型層を成長させることと、
その第三のｎ型層の上にＩｎを含むｎ型窒化物半導体又
はＧａＮよりなり、光ガイド層として作用する第四のｎ
型層を成長させることとを含むことを特徴とする。ま
た、本発明は、前記第四のｎ型層の上に、量子井戸構造
の活性層を成長させることをさらに含むものである。
【０００９】本発明の方法において、第一のｎ型層はＡ
ｌXＧａ1-XＮ（０≦X≦１）の三元混晶又は二元混晶と
する方が結晶性の良いものが得られる。またこの第一の
ｎ型層は基板の上に成長することが望ましい。基板には
サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、スピネル１１１面（ＭｇＡｌ
2Ｏ4）、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の単結晶より
なる従来より知られている基板が用いられる。さらに、
基板の上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮよりなるバッフ
ァ層を成長させてもよい。特に第一のｎ型層にＡｌＧａ
Ｎを成長させる場合にはバッファ層を成長させると、結
晶性が良くなる。このバッファ層を成長させることによ
り、基板の上に成長させる第一のｎ型層の結晶性が良く
なることが知られているが、成長方法、基板の種類等に
よりバッファ層が成長されない場合もある。
ｌXＧａ1-XＮ（０≦X≦１）の三元混晶又は二元混晶と
する方が結晶性の良いものが得られる。またこの第一の
ｎ型層は基板の上に成長することが望ましい。基板には
サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、スピネル１１１面（ＭｇＡｌ
2Ｏ4）、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の単結晶より
なる従来より知られている基板が用いられる。さらに、
基板の上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮよりなるバッフ
ァ層を成長させてもよい。特に第一のｎ型層にＡｌＧａ
Ｎを成長させる場合にはバッファ層を成長させると、結
晶性が良くなる。このバッファ層を成長させることによ
り、基板の上に成長させる第一のｎ型層の結晶性が良く
なることが知られているが、成長方法、基板の種類等に
よりバッファ層が成長されない場合もある。
【００１０】第二のｎ型層はＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦
１）の三元混晶又は二元混晶とする方が結晶性の良いも
のが得られる。この第二のｎ型層は第一のｎ型層の上に
成長させることにより結晶性良く成長させることができ
る。第二のｎ型層の成長方法に関しては、例えば我々が
先に出願した特開平６−２０９１２１号公報に記載され
ている。第二のｎ型層は１００オングストローム以上、
０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましく、１
００オングストロームよりも薄いと前記のようにバッフ
ァ層として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結
晶自体が黒変する傾向にある。
１）の三元混晶又は二元混晶とする方が結晶性の良いも
のが得られる。この第二のｎ型層は第一のｎ型層の上に
成長させることにより結晶性良く成長させることができ
る。第二のｎ型層の成長方法に関しては、例えば我々が
先に出願した特開平６−２０９１２１号公報に記載され
ている。第二のｎ型層は１００オングストローム以上、
０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましく、１
００オングストロームよりも薄いと前記のようにバッフ
ァ層として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結
晶自体が黒変する傾向にある。
【００１１】次に第三のｎ型層もＡｌZＧａ1-ZＮ（０＜
Z≦１）の三元混晶又は二元混晶とする方が結晶性の良
いものが得られる。第三のｎ型層は例えば０．１μｍ以
上の厚膜で成長させても、あるいはＬＤのクラッド層と
して使用する際に０．５μｍ以上の厚膜で成長させて
も、結晶中にクラックが入ることなく膜質良く成長でき
る。
Z≦１）の三元混晶又は二元混晶とする方が結晶性の良
いものが得られる。第三のｎ型層は例えば０．１μｍ以
上の厚膜で成長させても、あるいはＬＤのクラッド層と
して使用する際に０．５μｍ以上の厚膜で成長させて
も、結晶中にクラックが入ることなく膜質良く成長でき
る。
【００１２】なお窒化物半導体層はノンドープ（何もド
ープしない状態）でもｎ型となる性質があるが、Ｓｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ等のドナー不純物を結晶成長中にドープする
ことにより、キャリア濃度が大きい好ましいｎ型を得る
ことができる。
ープしない状態）でもｎ型となる性質があるが、Ｓｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ等のドナー不純物を結晶成長中にドープする
ことにより、キャリア濃度が大きい好ましいｎ型を得る
ことができる。
【００１３】
【作用】本発明の方法では第二のｎ型層がバッファ層と
して作用する。つまり、第一のｎ型層の上に、直接第三
のｎ型層を成長させると、第三のｎ型層は非常にクラッ
クが入りやすい状態となる。そこでＩｎを含む窒化物半
導体よりなる第二のｎ型層を第一のｎ型層の上に成長さ
せることにより、第二のｎ型層がバッファ層となり第三
のｎ型層にクラックが入るのを防止することができる。
しかも第三のｎ型層を厚膜で成長させても、第二のｎ型
層が存在するために膜質良く成長できる。
して作用する。つまり、第一のｎ型層の上に、直接第三
のｎ型層を成長させると、第三のｎ型層は非常にクラッ
クが入りやすい状態となる。そこでＩｎを含む窒化物半
導体よりなる第二のｎ型層を第一のｎ型層の上に成長さ
せることにより、第二のｎ型層がバッファ層となり第三
のｎ型層にクラックが入るのを防止することができる。
しかも第三のｎ型層を厚膜で成長させても、第二のｎ型
層が存在するために膜質良く成長できる。
【００１４】
【実施例】以下、ＭＯＶＰＥ法を用いた本発明の成長法
を説明するが、本発明の方法はＭＯＶＰＥ方だけではな
く、ＭＢＥ、ＨＤＶＰＥ法等の窒化物半導体をエピタキ
シャル成長させる他の方法にも適用できることは云うま
でもない。
を説明するが、本発明の方法はＭＯＶＰＥ方だけではな
く、ＭＢＥ、ＨＤＶＰＥ法等の窒化物半導体をエピタキ
シャル成長させる他の方法にも適用できることは云うま
でもない。
【００１５】［実施例１］よく洗浄されたサファイア基
板（０００１）をＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置し
た後、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）と、ア
ンモニアを用い、温度５００℃でサファイア基板の表面
にＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストローム
の膜厚で成長させた。このバッファ層は他にＡｌＮ、Ａ
ｌＧａＮ等を成長させることも可能である。
板（０００１）をＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置し
た後、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）と、ア
ンモニアを用い、温度５００℃でサファイア基板の表面
にＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストローム
の膜厚で成長させた。このバッファ層は他にＡｌＮ、Ａ
ｌＧａＮ等を成長させることも可能である。
【００１６】続いて温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
4（シラン）ガスを用いて、ＳｉドープＧａＮよりなる
第一のｎ型層を４μｍの膜厚で成長させた。
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
4（シラン）ガスを用いて、ＳｉドープＧａＮよりなる
第一のｎ型層を４μｍの膜厚で成長させた。
【００１７】次に温度を７５０℃まで下げ、原料ガスに
ＴＥＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなる第二のｎ型層を２００オングストロ
ームの膜厚で成長させた。
ＴＥＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなる第二のｎ型層を２００オングストロ
ームの膜厚で成長させた。
【００１８】続いて、温度を１０５０℃にして、原料ガ
スにＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アン
モニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Ｓｉドープ
ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第三のｎ型層を０．５μ
ｍの膜厚で成長させた。
スにＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アン
モニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Ｓｉドープ
ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第三のｎ型層を０．５μ
ｍの膜厚で成長させた。
【００１９】このようにして得られたウェーハを反応容
器から取り出し、第三のｎ型層の表面を顕微鏡観察した
ところ、クラックは全く発生しておらず、また鏡面均一
な面が得られていた。さらに第三のｎ型層のＸ線ロッキ
ングカーブの半値幅を測定したところ、２分であり、非
常に結晶性の良いものが得られていることが分かった。
器から取り出し、第三のｎ型層の表面を顕微鏡観察した
ところ、クラックは全く発生しておらず、また鏡面均一
な面が得られていた。さらに第三のｎ型層のＸ線ロッキ
ングカーブの半値幅を測定したところ、２分であり、非
常に結晶性の良いものが得られていることが分かった。
【００２０】［実施例２］第一のｎ型層を成長させる
際、原料ガスにＴＭＡを添加してＳｉドープＡｌＧａＮ
層を成長させる他は実施例１と同様にして第三のｎ型層
まで成長させたところ、実施例１と同じく第三のｎ型層
の表面にクラックは発生せず、鏡面均一の結晶面が得ら
れていた。なお、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅は４分
であり、第一のｎ型層をＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎとしたために
第三のｎ型層の結晶性がやや悪くなっていた。
際、原料ガスにＴＭＡを添加してＳｉドープＡｌＧａＮ
層を成長させる他は実施例１と同様にして第三のｎ型層
まで成長させたところ、実施例１と同じく第三のｎ型層
の表面にクラックは発生せず、鏡面均一の結晶面が得ら
れていた。なお、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅は４分
であり、第一のｎ型層をＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎとしたために
第三のｎ型層の結晶性がやや悪くなっていた。
【００２１】［実施例３］図１は本発明の方法により得
られたレーザ素子の構造を示す断面図であり、この実施
例はこの図を参照して説明する。
られたレーザ素子の構造を示す断面図であり、この実施
例はこの図を参照して説明する。
【００２２】サファイア基板１の上に実施例１と同様に
して２００オングストロームの膜厚のＧａＮよりなるバ
ッファ層２を成長させた。
して２００オングストロームの膜厚のＧａＮよりなるバ
ッファ層２を成長させた。
【００２３】次に実施例１と同様にしてバッファ層２の
上にＳｉドープＧａＮよりなる第一のｎ型層３を４μｍ
の膜厚で成長させた。この第一のｎ型層３は電極を形成
すべきｎ型コンタクト層として作用する。特にｎ型のコ
ンタクト層をＧａＮとすることにより、キャリア濃度が
高い層が得られ、負電極と良好なオーミックを得ること
ができる。
上にＳｉドープＧａＮよりなる第一のｎ型層３を４μｍ
の膜厚で成長させた。この第一のｎ型層３は電極を形成
すべきｎ型コンタクト層として作用する。特にｎ型のコ
ンタクト層をＧａＮとすることにより、キャリア濃度が
高い層が得られ、負電極と良好なオーミックを得ること
ができる。
【００２４】次に実施例１と同様にして、第一のｎ型層
３の上にＳｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる第二
のｎ型層４を５００オングストロームの膜厚で成長させ
た。
３の上にＳｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる第二
のｎ型層４を５００オングストロームの膜厚で成長させ
た。
【００２５】次に実施例１と同様にして、第二のｎ型層
４の上にＳｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第三
のｎ型層５を０．５μｍの膜厚で成長させた。この第三
のｎ型層５は、ＬＤの場合光閉じ込め層として作用し、
０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが望まし
い。
４の上にＳｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第三
のｎ型層５を０．５μｍの膜厚で成長させた。この第三
のｎ型層５は、ＬＤの場合光閉じ込め層として作用し、
０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが望まし
い。
【００２６】続いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなる第四のｎ型層６を５００オングストロームの膜
厚で成長させた。この第四のｎ型層６は、ＬＤの場合光
ガイド層として作用し、通常１００オングストローム〜
１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、ＧａＮの他
にＩｎＧａＮ等のＩｎを含むｎ型窒化物半導体で成長さ
せることもでき、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることに
より次の活性層を量子井戸構造とすることが可能にな
る。
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなる第四のｎ型層６を５００オングストロームの膜
厚で成長させた。この第四のｎ型層６は、ＬＤの場合光
ガイド層として作用し、通常１００オングストローム〜
１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、ＧａＮの他
にＩｎＧａＮ等のＩｎを含むｎ型窒化物半導体で成長さ
せることもでき、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることに
より次の活性層を量子井戸構造とすることが可能にな
る。
【００２７】次に原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニ
アを用いて活性層７を成長させた。活性層７は温度を７
５０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよ
りなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させて、ノンドープＩｎ
0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５０オングストローム
の膜厚で成長させる。この操作を１３回繰り返し、最後
に井戸層を成長させ総膜厚０．１μｍの膜厚の多重量子
井戸構造よりなる活性層７を成長させた。井戸層の好ま
しい膜厚は１００オングストローム以下、障壁層は１５
０オングストローム以下の膜厚で成長することにより、
井戸層、障壁層が弾性的に変形して結晶欠陥が少なくな
り、素子の出力が飛躍的に向上するので、レーザ発振が
可能となる。さらに井戸層はＩｎＧａＮ等のＩｎＧａＮ
を含む窒化物半導体、障壁層はＧａＮ、ＩｎＧａＮ等で
構成することが望ましく、特に井戸層、障壁層ともＩｎ
ＧａＮとすると、成長温度が一定に保持できるので生産
技術上非常に好ましい。
アを用いて活性層７を成長させた。活性層７は温度を７
５０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよ
りなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させて、ノンドープＩｎ
0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５０オングストローム
の膜厚で成長させる。この操作を１３回繰り返し、最後
に井戸層を成長させ総膜厚０．１μｍの膜厚の多重量子
井戸構造よりなる活性層７を成長させた。井戸層の好ま
しい膜厚は１００オングストローム以下、障壁層は１５
０オングストローム以下の膜厚で成長することにより、
井戸層、障壁層が弾性的に変形して結晶欠陥が少なくな
り、素子の出力が飛躍的に向上するので、レーザ発振が
可能となる。さらに井戸層はＩｎＧａＮ等のＩｎＧａＮ
を含む窒化物半導体、障壁層はＧａＮ、ＩｎＧａＮ等で
構成することが望ましく、特に井戸層、障壁層ともＩｎ
ＧａＮとすると、成長温度が一定に保持できるので生産
技術上非常に好ましい。
【００２８】活性層７成長後、温度を１０５０℃にして
ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物源と
してＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）
を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第一
のｐ型層８を１００オングストロームの膜厚で成長させ
た。この第一のｐ型層８はは０．１μｍ以下の膜厚で成
長させることにより、ＩｎＧａＮよりなる活性層が分解
するのを防止するキャップ層としての作用があり、また
活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導体よりなる第一
のｐ型層を成長させることにより、発光出力が向上す
る。またｐ型窒化物半導体層はＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃ
ａ、Ｂｅ、Ｃ等のアクセプター不純物を成長中にドープ
することにより得られるが、その中でもＭｇが最も好ま
しいｐ型特性を示す。さらに、アクセプター不純物をド
ープした後、不活性ガス雰囲気中で４００℃以上のアニ
ーリングを行うとさらに好ましいｐ型が得られる。
ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物源と
してＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）
を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第一
のｐ型層８を１００オングストロームの膜厚で成長させ
た。この第一のｐ型層８はは０．１μｍ以下の膜厚で成
長させることにより、ＩｎＧａＮよりなる活性層が分解
するのを防止するキャップ層としての作用があり、また
活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導体よりなる第一
のｐ型層を成長させることにより、発光出力が向上す
る。またｐ型窒化物半導体層はＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃ
ａ、Ｂｅ、Ｃ等のアクセプター不純物を成長中にドープ
することにより得られるが、その中でもＭｇが最も好ま
しいｐ型特性を示す。さらに、アクセプター不純物をド
ープした後、不活性ガス雰囲気中で４００℃以上のアニ
ーリングを行うとさらに好ましいｐ型が得られる。
【００２９】次に温度を１０５０℃に保持しながら、Ｔ
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなる第二のｐ型層９を５００オングストローム
の膜厚で成長させた。この第二のｐ型層９はＬＤの場
合、光ガイド層として作用し、通常１００オングストロ
ーム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、Ｇａ
Ｎの他にＩｎＧａＮ等のＩｎを含むｐ型窒化物半導体で
成長させることもでき、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮとする
ことにより次のＡｌを含む第三のｐ型層１０を結晶性良
く成長できる。
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなる第二のｐ型層９を５００オングストローム
の膜厚で成長させた。この第二のｐ型層９はＬＤの場
合、光ガイド層として作用し、通常１００オングストロ
ーム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、Ｇａ
Ｎの他にＩｎＧａＮ等のＩｎを含むｐ型窒化物半導体で
成長させることもでき、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮとする
ことにより次のＡｌを含む第三のｐ型層１０を結晶性良
く成長できる。
【００３０】続いて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃ
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
第三のｐ型層１０を０．５μｍの膜厚で成長させた。こ
の第三のｐ型層１０はＬＤの場合、光閉じ込め層として
作用し、０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが
望ましく、ＡｌＧａＮのようなＡｌを含むｐ型窒化物半
導体とすることにより、好ましく光閉じ込め層として作
用する。
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
第三のｐ型層１０を０．５μｍの膜厚で成長させた。こ
の第三のｐ型層１０はＬＤの場合、光閉じ込め層として
作用し、０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが
望ましく、ＡｌＧａＮのようなＡｌを含むｐ型窒化物半
導体とすることにより、好ましく光閉じ込め層として作
用する。
【００３１】続いて、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層１１を０．５μｍの膜厚で成長させた。このｐ型コン
タクト層はＭｇを含むＧａＮとすると、最もキャリア濃
度の高いｐ型層が得られて、正電極の材料と良好なオー
ミック接触が得られる。
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層１１を０．５μｍの膜厚で成長させた。このｐ型コン
タクト層はＭｇを含むＧａＮとすると、最もキャリア濃
度の高いｐ型層が得られて、正電極の材料と良好なオー
ミック接触が得られる。
【００３２】以上のようにして窒化物半導体を積層した
ウェーハを反応容器から取り出し、図１に示すように最
上層のｐ型コンタクト層１１より選択エッチングを行
い、ｎ型コンタクト層３の表面を露出させ、露出したｎ
型コンタクト層３と、ｐ型コンタクト層１１の表面にそ
れぞれストライプ状の電極を形成した後、ストライプ状
の電極に直交する方向から、さらにエッチングを行い垂
直なエッチング端面を形成して、そのエッチング面に常
法に従って反射鏡を形成して共振面とした。共振面側か
ら見たレーザ素子の断面図が図１に示す断面図である。
このレーザ素子をヒートシンクに設置し、ＬＤとしたと
ころ、非常に優れた結晶が積層できていたため、常温に
おいて、しきい値電流密度４．０ｋＡ／cm2で発光波長
４１０ｎｍ、半値幅２ｎｍのレーザ発振を示した。
ウェーハを反応容器から取り出し、図１に示すように最
上層のｐ型コンタクト層１１より選択エッチングを行
い、ｎ型コンタクト層３の表面を露出させ、露出したｎ
型コンタクト層３と、ｐ型コンタクト層１１の表面にそ
れぞれストライプ状の電極を形成した後、ストライプ状
の電極に直交する方向から、さらにエッチングを行い垂
直なエッチング端面を形成して、そのエッチング面に常
法に従って反射鏡を形成して共振面とした。共振面側か
ら見たレーザ素子の断面図が図１に示す断面図である。
このレーザ素子をヒートシンクに設置し、ＬＤとしたと
ころ、非常に優れた結晶が積層できていたため、常温に
おいて、しきい値電流密度４．０ｋＡ／cm2で発光波長
４１０ｎｍ、半値幅２ｎｍのレーザ発振を示した。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法により
Ａｌを含むｎ型窒化物半導体が結晶性良く、しかも厚膜
で成長できるので、Ａｌを含む窒化物半導体を光閉じ込
め層、光ガイド層のように、活性層と屈折率差の大きい
クラッド層にすることができ、ＬＤを実現することがで
きる。しかも結晶性良く成長できるため、ｎ型層の上に
成長させる活性層、ｐ型クラッド層等の結晶性も良くな
るために、容易にレーザ発振する。特に本発明の方法に
よる第三のｎ型層を利用すると、実施例に示すように、
結晶性の良い多重量子井戸構造の活性層が成長できるた
めＬＤの発振が可能となる。このように本発明の方法で
ＬＤが実現されたことは、短波長半導体レーザを実用化
するうえにおいて、非常にその利用価値は大きい。
Ａｌを含むｎ型窒化物半導体が結晶性良く、しかも厚膜
で成長できるので、Ａｌを含む窒化物半導体を光閉じ込
め層、光ガイド層のように、活性層と屈折率差の大きい
クラッド層にすることができ、ＬＤを実現することがで
きる。しかも結晶性良く成長できるため、ｎ型層の上に
成長させる活性層、ｐ型クラッド層等の結晶性も良くな
るために、容易にレーザ発振する。特に本発明の方法に
よる第三のｎ型層を利用すると、実施例に示すように、
結晶性の良い多重量子井戸構造の活性層が成長できるた
めＬＤの発振が可能となる。このように本発明の方法で
ＬＤが実現されたことは、短波長半導体レーザを実用化
するうえにおいて、非常にその利用価値は大きい。
【図１】 本発明の一実施例によるＬＤの構造を示す模
式断面図。
式断面図。
１・・・基板 ２・・・ＧａＮバッファ層 ３・・・ｎ型ＧａＮ（第一のｎ型層、兼ｎ型コンタクト
層） ４・・・ｎ型ＩｎＧａＮ（第二のｎ型層） ５・・・ｎ型ＡｌＧａＮ（第三のｎ型層） ６・・・ｎ型ＧａＮ（第四のｎ型層） ７・・・活性層 ８・・・ｐ型ＡｌＧａＮ（第一のｐ型層） ９・・・ｐ型ＧａＮ（第二のｐ型層） １０・・・ｐ型ＡｌＧａＮ（第三のｐ型層） １１・・・ｐ型ＧａＮ（ｐ型コンタクト層）
層） ４・・・ｎ型ＩｎＧａＮ（第二のｎ型層） ５・・・ｎ型ＡｌＧａＮ（第三のｎ型層） ６・・・ｎ型ＧａＮ（第四のｎ型層） ７・・・活性層 ８・・・ｐ型ＡｌＧａＮ（第一のｐ型層） ９・・・ｐ型ＧａＮ（第二のｐ型層） １０・・・ｐ型ＡｌＧａＮ（第三のｐ型層） １１・・・ｐ型ＧａＮ（ｐ型コンタクト層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−249795（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−232451（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−235723（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−70139（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏ ｌ．67，Ｎｏ．13（1995）ｐ．1868− 1870 Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖ ｏｌ．34，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．11Ｂ （1995）Ｌ1517−1519 Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖ ｏｌ．35，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．１Ｂ （1996）Ｌ74−76 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (8)
- 【請求項１】 少なくともＡｌを含むｎ型窒化物半導
体、若しくはｎ型ＧａＮよりなる第一のｎ型層の上に、
少なくともＩｎを含むｎ型窒化物半導体からなる第二の
ｎ型層が成長され、その第二のｎ型層の上に少なくとも
Ａｌを含むｎ型窒化物半導体よりなり、光閉じ込め層と
して作用する第三のｎ型層が成長され、その第三のｎ型
層の上にＩｎを含むｎ型窒化物半導体又はＧａＮよりな
り、光ガイド層として作用する第四のｎ型層が成長され
てなり、前記第二のｎ型層の膜厚が１００オングストロ
ーム以上、０．５μｍ以下であることを特徴とする窒化
物半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記第四のｎ型層の上に、量子井戸構造
の活性層を有する請求項１に記載の窒化物半導体レーザ
素子。 - 【請求項３】 前記活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物
半導体からなる第一のｐ型層を有する請求項２に記載の
窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記第一のｐ型層の上に、ｐ型ＧａＮ又
はＩｎを含むｐ型窒化物半導体からなる第二のｐ型層を
光ガイド層として有する請求項３に記載の窒化物半導体
レーザ素子。 - 【請求項５】 前記第二のｐ型層の上に、Ａｌを含むｐ
型窒化物半導体からなる第三のｐ型層を光閉じ込め層と
して有する請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 前記第三のｐ型層の上に、ｐ型ＧａＮか
らなるコンタクト層を有する請求項５に記載の窒化物半
導体レーザ素子。 - 【請求項７】 少なくともＡｌを含むｎ型窒化物半導
体、若しくはｎ型ＧａＮよりなる第一のｎ型層の上に、
少なくともＩｎを含むｎ型窒化物半導体よりなり、膜厚
が１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の第二
のｎ型層を成長させることと、 その第二のｎ型層の上に少なくともＡｌを含むｎ型窒化
物半導体よりなり、光閉じ込め層として作用する第三の
ｎ型層を成長させることと、 その第三のｎ型層の上にＩｎを含むｎ型窒化物半導体又
はＧａＮよりなり、光ガイド層として作用する第四のｎ
型層を成長させることとを含むことを特徴とする窒化物
半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記第四のｎ型層の上に、量子井戸構造
の活性層を成長させることをさらに含む請求項７に記載
の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (14)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30527995A JP3235440B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法 |
| CNB200410003720XA CN100350641C (zh) | 1995-11-06 | 1996-11-06 | 氮化物半导体器件 |
| EP96117792A EP0772249B1 (en) | 1995-11-06 | 1996-11-06 | Nitride semiconductor device |
| EP06002478A EP1653524A1 (en) | 1995-11-06 | 1996-11-06 | Nitride semiconductor device |
| US08/743,729 US5959307A (en) | 1995-11-06 | 1996-11-06 | Nitride semiconductor device |
| CNB2004100037214A CN1264262C (zh) | 1995-11-06 | 1996-11-06 | 氮化物半导体器件 |
| KR1019960052331A KR100267839B1 (ko) | 1995-11-06 | 1996-11-06 | 질화물 반도체 장치 |
| CNB961205253A CN1160801C (zh) | 1995-11-06 | 1996-11-06 | 氮化物半导体器件 |
| DE69636088T DE69636088T2 (de) | 1995-11-06 | 1996-11-06 | Halbleitervorrichtung aus einer Nitridverbindung |
| JP33719798A JP3371830B2 (ja) | 1995-11-24 | 1998-11-27 | 窒化物半導体発光素子 |
| US10/229,067 US20030015724A1 (en) | 1995-11-06 | 2002-08-28 | Nitride semiconductor device |
| US10/718,652 US7166874B2 (en) | 1995-11-06 | 2003-11-24 | Nitride semiconductor with active layer of quantum well structure with indium-containing nitride semiconductor |
| US10/801,038 US7166869B2 (en) | 1995-11-06 | 2004-03-16 | Nitride semiconductor with active layer of quantum well structure with indium-containing nitride semiconductor |
| US11/635,613 US8304790B2 (en) | 1995-11-06 | 2006-12-08 | Nitride semiconductor with active layer of quantum well structure with indium-containing nitride semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30527995A JP3235440B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000184901A Division JP3888036B2 (ja) | 1995-11-24 | 2000-06-20 | ｎ型窒化物半導体の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09148247A JPH09148247A (ja) | 1997-06-06 |
| JP3235440B2 true JP3235440B2 (ja) | 2001-12-04 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30527995A Expired - Fee Related JP3235440B2 (ja) | 1995-11-06 | 1995-11-24 | 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法 |
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| JP (1) | JP3235440B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3448450B2 (ja) | 1996-04-26 | 2003-09-22 | 三洋電機株式会社 | 発光素子およびその製造方法 |
| JP2002164572A (ja) * | 1997-07-25 | 2002-06-07 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| JPH11297631A (ja) * | 1998-04-14 | 1999-10-29 | Matsushita Electron Corp | 窒化物系化合物半導体の成長方法 |
| JP4712169B2 (ja) | 1999-09-10 | 2011-06-29 | シャープ株式会社 | 窒化物系半導体レーザ素子および光学式情報再生装置 |
| WO2002013245A1 (en) * | 2000-08-04 | 2002-02-14 | The Regents Of The University Of California | Method of controlling stress in gallium nitride films deposited on substrates |
-
1995
- 1995-11-24 JP JP30527995A patent/JP3235440B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６７，Ｎｏ．１３（１９９５）ｐ．１８６８−１８７０ |
| Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．１１Ｂ（１９９５）Ｌ１５１７−１５１９ |
| Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３５，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．１Ｂ（１９９６）Ｌ７４−７６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09148247A (ja) | 1997-06-06 |
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