JP3283802B2 - 選択成長法を用いた半導体層及びその成長方法、選択成長法を用いた窒化物系半導体層及びその成長方法、窒化物系半導体発光素子とその製造方法 - Google Patents
選択成長法を用いた半導体層及びその成長方法、選択成長法を用いた窒化物系半導体層及びその成長方法、窒化物系半導体発光素子とその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は選択成長を用いた半
導体層及びその成長方法に関し、特に選択成長用マスク
材料の混入のない半導体層及びその成長方法に関する。
導体層及びその成長方法に関し、特に選択成長用マスク
材料の混入のない半導体層及びその成長方法に関する。
【０００２】また選択成長を用いた半導体層及びその成
長方法に関し、特に選択成長用マスク材料の混入のない
窒化物系半導体層及びその成長方法に関する。
長方法に関し、特に選択成長用マスク材料の混入のない
窒化物系半導体層及びその成長方法に関する。
【０００３】また、選択成長法を用いた窒化物系半導体
発光素子及びその製造方法に関し、特に選択成長用マス
クの開口部の広がりがなく、選択成長層にマスク材料の
混入のない窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に
関する。
発光素子及びその製造方法に関し、特に選択成長用マス
クの開口部の広がりがなく、選択成長層にマスク材料の
混入のない窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に
関する。
【０００４】
【従来の技術】窒化ガリウムは、燐化インジウムや砒化
ガリウムなどの他の化合物半導体に比べ、禁制帯エネル
ギーが３．４ｅＶと大きい。そのため、窒素を構成元素
として有する半導体（以下窒化物系半導体）を用いた、
緑から紫外の比較的短い波長で発光する素子（以下窒化
物系半導体発光素子）、例えば発光ダイオード（以下窒
化物系発光ダイオード）や半導体レーザ（以下窒化物系
半導体レーザ）が実現されている。窒化物系半導体は形
成方法により主に六方晶と立方晶の２種類の結晶構造を
とり得るが、通常六方晶の方がエネルギー的に安定であ
る。
ガリウムなどの他の化合物半導体に比べ、禁制帯エネル
ギーが３．４ｅＶと大きい。そのため、窒素を構成元素
として有する半導体（以下窒化物系半導体）を用いた、
緑から紫外の比較的短い波長で発光する素子（以下窒化
物系半導体発光素子）、例えば発光ダイオード（以下窒
化物系発光ダイオード）や半導体レーザ（以下窒化物系
半導体レーザ）が実現されている。窒化物系半導体は形
成方法により主に六方晶と立方晶の２種類の結晶構造を
とり得るが、通常六方晶の方がエネルギー的に安定であ
る。
【０００５】《従来例１》図６は、従来の製造方法によ
り製造された窒化物系半導体レーザの概略断面図である
（S. Nakamura et al., Extended Abstracts of
１99６ International Conference on Solid Sta
te Devices and Materials, Yokohama, １996, p
p.67-69）。
り製造された窒化物系半導体レーザの概略断面図である
（S. Nakamura et al., Extended Abstracts of
１99６ International Conference on Solid Sta
te Devices and Materials, Yokohama, １996, p
p.67-69）。
【０００６】図６に於いて、この窒化物系半導体レーザ
は、（１１−２０）面を表面とするサファイア基板２０
１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温
成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μｍの
ｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が添加され
た厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防
止層１０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａ
ｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された
厚さ０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、
厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井
戸層と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障
壁層からなる７周期の多重量子井戸構造活性層１０７、
マグネシウムが添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2
Ｇａ0.8Ｎインジウム解離防止層１０８、マグネシウム
が添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウム光ガイ
ド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ０．４μｍ
のｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、マグネシ
ウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ型窒化ガリウムコ
ンタクト層１１１、ニッケル（第１層）および金（第２
層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１層）およびア
ルミニウム（第２層）からなるn電極１１３が形成され
ている。
は、（１１−２０）面を表面とするサファイア基板２０
１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温
成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μｍの
ｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が添加され
た厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防
止層１０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａ
ｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された
厚さ０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、
厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井
戸層と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障
壁層からなる７周期の多重量子井戸構造活性層１０７、
マグネシウムが添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2
Ｇａ0.8Ｎインジウム解離防止層１０８、マグネシウム
が添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウム光ガイ
ド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ０．４μｍ
のｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、マグネシ
ウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ型窒化ガリウムコ
ンタクト層１１１、ニッケル（第１層）および金（第２
層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１層）およびア
ルミニウム（第２層）からなるn電極１１３が形成され
ている。
【０００７】図６に示された従来の窒化物系半導体レー
ザの半導体層は全て（０００１）面を表面とする六方晶
である。図６に示された従来の窒化物系半導体レーザに
於いては、結晶成長によって平坦なサファイア基板２０
１上に全ての半導体層が形成されている。
ザの半導体層は全て（０００１）面を表面とする六方晶
である。図６に示された従来の窒化物系半導体レーザに
於いては、結晶成長によって平坦なサファイア基板２０
１上に全ての半導体層が形成されている。
【０００８】《従来例２》図７は、従来の製造方法によ
り製造された窒化物系半導体レーザの概略断面図である
（S. Nakamura et al., Appl. Phys. Lett. 69
(1996) 1477）。図７に於いて、（１１−２０）面を表
面とするサファイア基板２０１上に、厚さ３００Åのア
ンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層１０２、珪
素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウムコンタク
ト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防止層１０４、珪素が添加さ
れた厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド
層６０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化
ガリウム光ガイド層１０６、厚さ３０Åのアンドープの
Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ６０Åのアンド
ープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる７周期の多重
量子井戸構造活性層７０７、マグネシウムが添加された
厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解
離防止層１０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１
μｍのｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウ
ムが添加された厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95
Ｎクラッド層７１０、マグネシウムが添加された厚さ
０．２μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニ
ッケル（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１
１２、チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）
からなるｎ電極１１３、酸化珪素膜２１５が形成されて
いる。
り製造された窒化物系半導体レーザの概略断面図である
（S. Nakamura et al., Appl. Phys. Lett. 69
(1996) 1477）。図７に於いて、（１１−２０）面を表
面とするサファイア基板２０１上に、厚さ３００Åのア
ンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層１０２、珪
素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウムコンタク
ト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防止層１０４、珪素が添加さ
れた厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド
層６０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化
ガリウム光ガイド層１０６、厚さ３０Åのアンドープの
Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ６０Åのアンド
ープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる７周期の多重
量子井戸構造活性層７０７、マグネシウムが添加された
厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解
離防止層１０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１
μｍのｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウ
ムが添加された厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95
Ｎクラッド層７１０、マグネシウムが添加された厚さ
０．２μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニ
ッケル（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１
１２、チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）
からなるｎ電極１１３、酸化珪素膜２１５が形成されて
いる。
【０００９】図７に示された、従来の窒化物系半導体レ
ーザの半導体層は全て（０００１）面を表面とする六方
晶である。図７に示された従来の窒化物系半導体レーザ
に於いては、結晶成長によって平坦なサファイア基板２
０１上に一旦全ての半導体層が形成された後に、リッジ
構造を形成するためにその一部がドライエッチングされ
ていた。
ーザの半導体層は全て（０００１）面を表面とする六方
晶である。図７に示された従来の窒化物系半導体レーザ
に於いては、結晶成長によって平坦なサファイア基板２
０１上に一旦全ての半導体層が形成された後に、リッジ
構造を形成するためにその一部がドライエッチングされ
ていた。
【００１０】《従来例３》図８は、従来の製造方法によ
り製造された窒化物系半導体レーザの概略断面図である
（特願平０８−３４３１２５号）。図８に示された従来
の窒化物系半導体レーザの構造について説明する。（１
１−２０）面を表面とするサファイア基板２０１上に、
厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッ
ファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化
ガリウムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ
０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防止層１
０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.07
Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ
０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、厚さ
２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層
と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層
からなる７周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグ
ネシウムが添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎインジウム解離防止層１０８、マグネシウム
が添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウム光ガイ
ド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ０．４μｍ
のｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、マグネシ
ウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ型窒化ガリウム層
２１４、厚さ２０００Åの酸化珪素膜２１５、マグネシ
ウムが添加された厚さ１．０μｍのｐ型窒化ガリウムコ
ンタクト層１１１、ニッケル（第１層）および金（第２
層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１層）およびア
ルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１３が形成され
ている。図８に示された、従来の窒化物系半導体レーザ
の半導体層は全て（０００１）面を表面とする六方晶で
ある。
り製造された窒化物系半導体レーザの概略断面図である
（特願平０８−３４３１２５号）。図８に示された従来
の窒化物系半導体レーザの構造について説明する。（１
１−２０）面を表面とするサファイア基板２０１上に、
厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッ
ファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化
ガリウムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ
０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防止層１
０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.07
Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ
０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、厚さ
２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層
と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層
からなる７周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグ
ネシウムが添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎインジウム解離防止層１０８、マグネシウム
が添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウム光ガイ
ド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ０．４μｍ
のｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、マグネシ
ウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ型窒化ガリウム層
２１４、厚さ２０００Åの酸化珪素膜２１５、マグネシ
ウムが添加された厚さ１．０μｍのｐ型窒化ガリウムコ
ンタクト層１１１、ニッケル（第１層）および金（第２
層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１層）およびア
ルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１３が形成され
ている。図８に示された、従来の窒化物系半導体レーザ
の半導体層は全て（０００１）面を表面とする六方晶で
ある。
【００１１】図８に示された従来の窒化物系半導体レー
ザの製造方法について説明する。まず、有機金属化学気
相成長法により、平坦なサファイア基板２０１上に、窒
化ガリウム低温成長バッファ層１０２、ｎ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１０３、ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッ
ク防止層１０４、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１
０５、ｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、多重量子井
戸構造活性層１０７、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジ
ウム解離防止層１０８、ｐ型窒化ガリウム光ガイド層１
０９、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、ｐ型
窒化ガリウム層２１４を前記順序で形成した後に、ｎ型
窒化ガリウムコンタクト層１０３ないしｐ型窒化ガリウ
ム層２１４の結晶の［１−１００］方向に、熱化学気相
堆積法により幅５μｍのストライプ状の開口部を持つ酸
化珪素膜２１５を形成した。しかる後に、Ｖ原料として
アンモニアを用いた有機金属化学気相成長法により、前
記酸化珪素膜２１５をマスクとして、その開口部にの
み、基板温度１０５０℃で、選択的にｐ型窒化ガリウム
コンタクト層１１１を形成した。図９はここまでの工程
終了後の概略断面図である。前記酸化珪素膜２１５に
は、９００μｍ間隔で幅５μｍのストライプ状の開口部
を形成した。
ザの製造方法について説明する。まず、有機金属化学気
相成長法により、平坦なサファイア基板２０１上に、窒
化ガリウム低温成長バッファ層１０２、ｎ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１０３、ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッ
ク防止層１０４、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１
０５、ｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、多重量子井
戸構造活性層１０７、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジ
ウム解離防止層１０８、ｐ型窒化ガリウム光ガイド層１
０９、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、ｐ型
窒化ガリウム層２１４を前記順序で形成した後に、ｎ型
窒化ガリウムコンタクト層１０３ないしｐ型窒化ガリウ
ム層２１４の結晶の［１−１００］方向に、熱化学気相
堆積法により幅５μｍのストライプ状の開口部を持つ酸
化珪素膜２１５を形成した。しかる後に、Ｖ原料として
アンモニアを用いた有機金属化学気相成長法により、前
記酸化珪素膜２１５をマスクとして、その開口部にの
み、基板温度１０５０℃で、選択的にｐ型窒化ガリウム
コンタクト層１１１を形成した。図９はここまでの工程
終了後の概略断面図である。前記酸化珪素膜２１５に
は、９００μｍ間隔で幅５μｍのストライプ状の開口部
を形成した。
【００１２】図６に示された従来例１の窒化物系半導体
レーザは、電流狭窄構造および基板と水平な方向の光閉
じ込め構造を有していないために、発振しきい値電流が
大きいという問題があった。
レーザは、電流狭窄構造および基板と水平な方向の光閉
じ込め構造を有していないために、発振しきい値電流が
大きいという問題があった。
【００１３】図７に示された従来例２の窒化物系半導体
レーザは、リッジ構造によって電流狭窄および基板と水
平な方向の光閉じ込めを行なっている。このため、図７
に示された従来例２の窒化物系半導体レーザは、図６に
示された従来例１の窒化物系半導体レーザに比べ、発振
しきい値電流が小さいという利点があった。しかし、前
記リッジ構造はドライエッチングにより形成されてい
る。これにより、図７に示された従来例２の窒化物系半
導体レーザは、半導体レーザ表面に形成されたｐ電極と
ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１と間の接触面積が
小さいため、ｐ電極の接触抵抗が大きく、かつ、ｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１の面積が小さいため、ｐ
型窒化ガリウムコンタクト層１１１のバルク抵抗が大き
いという問題があった。また、一般に、ドライエッチン
グに関しては、エッチングレートの制御性が悪く、か
つ、半導体層に損傷を与えやすい等の問題がある。
レーザは、リッジ構造によって電流狭窄および基板と水
平な方向の光閉じ込めを行なっている。このため、図７
に示された従来例２の窒化物系半導体レーザは、図６に
示された従来例１の窒化物系半導体レーザに比べ、発振
しきい値電流が小さいという利点があった。しかし、前
記リッジ構造はドライエッチングにより形成されてい
る。これにより、図７に示された従来例２の窒化物系半
導体レーザは、半導体レーザ表面に形成されたｐ電極と
ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１と間の接触面積が
小さいため、ｐ電極の接触抵抗が大きく、かつ、ｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１の面積が小さいため、ｐ
型窒化ガリウムコンタクト層１１１のバルク抵抗が大き
いという問題があった。また、一般に、ドライエッチン
グに関しては、エッチングレートの制御性が悪く、か
つ、半導体層に損傷を与えやすい等の問題がある。
【００１４】図８に示された従来例３の窒化物系半導体
レーザは、リッジ構造によって電流狭窄および基板と水
平な方向の光閉じ込めを行なっている。このため、図８
に示された従来例３の窒化物系半導体レーザは、図６に
示された従来例１の窒化物系半導体レーザに比べ、発振
しきい値電流が小さいという利点があった。その上、前
記リッジ構造は、選択成長法により、ｎ型窒化ガリウム
コンタクト層１０３ないしｐ型窒化ガリウム層２１４の
結晶の［１−１００］方向に平行に形成されている。
レーザは、リッジ構造によって電流狭窄および基板と水
平な方向の光閉じ込めを行なっている。このため、図８
に示された従来例３の窒化物系半導体レーザは、図６に
示された従来例１の窒化物系半導体レーザに比べ、発振
しきい値電流が小さいという利点があった。その上、前
記リッジ構造は、選択成長法により、ｎ型窒化ガリウム
コンタクト層１０３ないしｐ型窒化ガリウム層２１４の
結晶の［１−１００］方向に平行に形成されている。
【００１５】これにより、図８に示された従来例３の窒
化物系半導体レーザは、図７に示された従来例２の窒化
物系半導体レーザに比べ、半導体レーザ表面に形成され
たｐ電極とｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１と間の
接触面積が大きいため、ｐ電極の接触抵抗が小さく、か
つ、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１の面積が大き
いため、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１のバルク
抵抗が小さいという利点があった。また、一般に、選択
成長法に関しては、成長速度の制御性がドライエッチン
グのエッチングレートの制御性に比べ優れており、か
つ、半導体層に損傷を与えることもない、という利点が
ある。
化物系半導体レーザは、図７に示された従来例２の窒化
物系半導体レーザに比べ、半導体レーザ表面に形成され
たｐ電極とｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１と間の
接触面積が大きいため、ｐ電極の接触抵抗が小さく、か
つ、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１の面積が大き
いため、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１のバルク
抵抗が小さいという利点があった。また、一般に、選択
成長法に関しては、成長速度の制御性がドライエッチン
グのエッチングレートの制御性に比べ優れており、か
つ、半導体層に損傷を与えることもない、という利点が
ある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に、有機
金属化学気相成長法により窒化物系半導体を形成する場
合には、他の化合物半導体を形成する場合に比べ、基板
を高温に加熱する必要がある。このため、図８に示され
た従来例３の窒化物系半導体レーザの製造方法に於いて
も、マスクの開口部にのみ選択的にｐ型窒化ガリウムコ
ンタクト層１１１を形成する工程を含め、窒化ガリウム
低温成長バッファ層１０２を形成する工程を除き、構成
元素としてインジウムを有しない半導体層の結晶成長工
程の全てで基板を１０５０℃に加熱している。一方、熱
化学気相堆積法により形成された酸化珪素膜は８００℃
程度以上の温度で部分的な分解を開始する。このため、
ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１の形成中に、酸化
珪素膜２１５が後退し、開口部が広がってしまい、選択
成長層の幅を所望の幅に制御するのが難しいという問題
があった。
金属化学気相成長法により窒化物系半導体を形成する場
合には、他の化合物半導体を形成する場合に比べ、基板
を高温に加熱する必要がある。このため、図８に示され
た従来例３の窒化物系半導体レーザの製造方法に於いて
も、マスクの開口部にのみ選択的にｐ型窒化ガリウムコ
ンタクト層１１１を形成する工程を含め、窒化ガリウム
低温成長バッファ層１０２を形成する工程を除き、構成
元素としてインジウムを有しない半導体層の結晶成長工
程の全てで基板を１０５０℃に加熱している。一方、熱
化学気相堆積法により形成された酸化珪素膜は８００℃
程度以上の温度で部分的な分解を開始する。このため、
ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１の形成中に、酸化
珪素膜２１５が後退し、開口部が広がってしまい、選択
成長層の幅を所望の幅に制御するのが難しいという問題
があった。
【００１７】さらに、酸化珪素膜２１５の分解に起因す
る珪素が、ｐ型窒化ガリウム層２１４とｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１との間の再成長界面に堆積し、か
つ、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１に取り込まれ
るという問題があった。これにより、ｐ型窒化ガリウム
コンタクト層１１１に多くの結晶欠陥が生じ、かつ、珪
素が窒化物系半導体にとってｎ型の不純物であるため、
選択成長により素子を形成した場合に電流電圧特性が悪
化するという問題があった。
る珪素が、ｐ型窒化ガリウム層２１４とｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１との間の再成長界面に堆積し、か
つ、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１に取り込まれ
るという問題があった。これにより、ｐ型窒化ガリウム
コンタクト層１１１に多くの結晶欠陥が生じ、かつ、珪
素が窒化物系半導体にとってｎ型の不純物であるため、
選択成長により素子を形成した場合に電流電圧特性が悪
化するという問題があった。
【００１８】さらに、図８に示された従来例３の窒化物
系半導体レーザの製造方法に於いては、酸化珪素膜２１
５の被覆率が９９％と極めて高いため、前記酸化珪素膜
２１５をマスクとした選択成長法によりｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１を形成する際に、ｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１の成長速度が極端に速く、ｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１の厚さの制御性が悪く、
かつ、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１に結晶欠陥
が多いという問題があった。
系半導体レーザの製造方法に於いては、酸化珪素膜２１
５の被覆率が９９％と極めて高いため、前記酸化珪素膜
２１５をマスクとした選択成長法によりｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１を形成する際に、ｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１の成長速度が極端に速く、ｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１の厚さの制御性が悪く、
かつ、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１に結晶欠陥
が多いという問題があった。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体層の成長
方法は、半導体層を第１導電型にする元素を含む材料を
用いて開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク
材料が分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選
択的に一または複数の第２導電型半導体層を成長させる
選択成長法であって、前記マスク材料の構成元素の一部
と前記半導体層の構成元素の一部とが同じであることを
特徴とする。
方法は、半導体層を第１導電型にする元素を含む材料を
用いて開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク
材料が分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選
択的に一または複数の第２導電型半導体層を成長させる
選択成長法であって、前記マスク材料の構成元素の一部
と前記半導体層の構成元素の一部とが同じであることを
特徴とする。
【００２０】本発明の窒化物系半導体層の成長方法は、
窒化物系半導体層を第１導電型にする元素を含む材料を
用いて開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク
材料が分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選
択的に一または複数の第２導電型窒化物系半導体層を成
長させる選択成長法であって、前記マスク材料の構成元
素の一部と前記窒化物系半導体層の構成元素の一部とが
同じであることを特徴とする。
窒化物系半導体層を第１導電型にする元素を含む材料を
用いて開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク
材料が分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選
択的に一または複数の第２導電型窒化物系半導体層を成
長させる選択成長法であって、前記マスク材料の構成元
素の一部と前記窒化物系半導体層の構成元素の一部とが
同じであることを特徴とする。
【００２１】本発明の窒化物系半導体層の成長方法は、
窒化物系半導体層をｎ型にする元素を含む材料を用いて
開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク材料が
分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選択的に
一または複数のｐ型窒化物系半導体層を成長させる選択
成長法であって、前記マスク材料は窒素を構成元素とし
て有することを特徴とする。
窒化物系半導体層をｎ型にする元素を含む材料を用いて
開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク材料が
分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選択的に
一または複数のｐ型窒化物系半導体層を成長させる選択
成長法であって、前記マスク材料は窒素を構成元素とし
て有することを特徴とする。
【００２２】本発明の窒化物系半導体層の成長方法は、
窒化物系半導体層をｎ型にする元素を含む材料を用いて
開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク材料が
分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選択的に
一または複数のｐ型窒化物系半導体層を成長させる選択
成長法であって、前記マスク材料が窒化硅素であること
を特徴とする。
窒化物系半導体層をｎ型にする元素を含む材料を用いて
開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク材料が
分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選択的に
一または複数のｐ型窒化物系半導体層を成長させる選択
成長法であって、前記マスク材料が窒化硅素であること
を特徴とする。
【００２３】本発明の選択成長法による半導体層は、半
導体層を第１導電型にする元素を含む材料を用いて開口
部を有するマスクを形成した後、前記マスク材料が分解
する温度より高い成長温度で前記開口部に選択的に成長
する第２導電型半導体層であって、前記マスク材料の構
成元素の一部と前記第２導電型半導体層の構成元素の一
部とが同じであることを特徴とする。
導体層を第１導電型にする元素を含む材料を用いて開口
部を有するマスクを形成した後、前記マスク材料が分解
する温度より高い成長温度で前記開口部に選択的に成長
する第２導電型半導体層であって、前記マスク材料の構
成元素の一部と前記第２導電型半導体層の構成元素の一
部とが同じであることを特徴とする。
【００２４】本発明の選択成長法による窒化物系半導体
層は、窒化物系半導体層を第１導電型にする元素を含む
材料を用いて開口部を有するマスクを形成した後、前記
マスク材料が分解する温度より高い成長温度で前記開口
部に選択的に成長する第２導電型窒化物系半導体層であ
って、前記マスク材料の構成元素の一部と前記第２導電
型窒化物系半導体層の構成元素の一部とが同じであるこ
とを特徴とする。
層は、窒化物系半導体層を第１導電型にする元素を含む
材料を用いて開口部を有するマスクを形成した後、前記
マスク材料が分解する温度より高い成長温度で前記開口
部に選択的に成長する第２導電型窒化物系半導体層であ
って、前記マスク材料の構成元素の一部と前記第２導電
型窒化物系半導体層の構成元素の一部とが同じであるこ
とを特徴とする。
【００２５】本発明の選択成長法による窒化物系半導体
層は、窒化物系半導体層をｎ型にする元素を含む材料を
用いて開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク
材料が分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選
択的に成長するｐ型窒化物系半導体層であって、前記マ
スク材料は窒素を構成元素として有することを特徴とす
る。
層は、窒化物系半導体層をｎ型にする元素を含む材料を
用いて開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク
材料が分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選
択的に成長するｐ型窒化物系半導体層であって、前記マ
スク材料は窒素を構成元素として有することを特徴とす
る。
【００２６】本発明の選択成長法による窒化物系半導体
層は、窒化物系半導体層をｎ型にする元素を含む材料を
用いて開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク
材料が分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選
択的に成長するｐ型窒化物系半導体層であって、前記マ
スク材料が窒化珪素であることを特徴とする。
層は、窒化物系半導体層をｎ型にする元素を含む材料を
用いて開口部を有するマスクを形成した後、前記マスク
材料が分解する温度より高い成長温度で前記開口部に選
択的に成長するｐ型窒化物系半導体層であって、前記マ
スク材料が窒化珪素であることを特徴とする。
【００２７】本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方
法は、窒素を構成元素として含む材料をマスクとして用
い、一または複数の窒化物系半導体層を前記マスクの開
口部に選択的に結晶成長させることにより、電流狭窄構
造または基板と水平な方向の光の閉じ込め構造またはそ
の双方を形成することを特徴とする。
法は、窒素を構成元素として含む材料をマスクとして用
い、一または複数の窒化物系半導体層を前記マスクの開
口部に選択的に結晶成長させることにより、電流狭窄構
造または基板と水平な方向の光の閉じ込め構造またはそ
の双方を形成することを特徴とする。
【００２８】本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方
法は、基板上に第１導電型窒化物系半導体層を少なくと
も含む一または複数の層、活性層を少なくとも含む一ま
たは複数の窒化物系半導体層、第２導電型半導体層を少
なくとも含む一または複数の窒化物系半導体層を形成す
る工程と、窒素を構成元素として含む材料によりストラ
イプ状の開口部を有するマスクを形成する工程と、前記
マスクの開口部に第２導電型窒化物系半導体層を少なく
とも含む一または複数の窒化物系半導体層を選択的に形
成する工程とを有することを特徴とする。
法は、基板上に第１導電型窒化物系半導体層を少なくと
も含む一または複数の層、活性層を少なくとも含む一ま
たは複数の窒化物系半導体層、第２導電型半導体層を少
なくとも含む一または複数の窒化物系半導体層を形成す
る工程と、窒素を構成元素として含む材料によりストラ
イプ状の開口部を有するマスクを形成する工程と、前記
マスクの開口部に第２導電型窒化物系半導体層を少なく
とも含む一または複数の窒化物系半導体層を選択的に形
成する工程とを有することを特徴とする。
【００２９】本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方
法は、基板上に第１導電型窒化物系半導体層を少なくと
も含む一または複数の層、活性層を少なくとも含む一ま
たは複数の窒化物系半導体層、第２導電型窒化物系半導
体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系半導体層
を形成する工程と、窒素を構成元素として含む材料によ
りストライプ状の開口部を有するマスクを形成する工程
と、前記マスクの開口部に第２導電型窒化物系半導体層
を少なくとも含み一または複数の窒化物系半導体層を選
択的に結晶成長し電流狭窄構造または基板と水平な方向
の光の閉じ込め構造またはその双方を形成する工程を有
することを特徴とする。
法は、基板上に第１導電型窒化物系半導体層を少なくと
も含む一または複数の層、活性層を少なくとも含む一ま
たは複数の窒化物系半導体層、第２導電型窒化物系半導
体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系半導体層
を形成する工程と、窒素を構成元素として含む材料によ
りストライプ状の開口部を有するマスクを形成する工程
と、前記マスクの開口部に第２導電型窒化物系半導体層
を少なくとも含み一または複数の窒化物系半導体層を選
択的に結晶成長し電流狭窄構造または基板と水平な方向
の光の閉じ込め構造またはその双方を形成する工程を有
することを特徴とする。
【００３０】また前記窒素を構成元素として含む材料は
窒化珪素であることを特徴とする。さらに前記マスクの
被覆率が５０％以下であることを特徴とする。
窒化珪素であることを特徴とする。さらに前記マスクの
被覆率が５０％以下であることを特徴とする。
【００３１】本発明の窒化物系半導体発光素子は、窒素
を構成元素として含む材料をマスクとして用い、一また
は複数の窒化物系半導体層を前記マスクの開口部に選択
的に結晶成長し形成した電流狭窄構造または基板と水平
な方向の光の閉じ込め構造またはその双方を有すること
を特徴とする。
を構成元素として含む材料をマスクとして用い、一また
は複数の窒化物系半導体層を前記マスクの開口部に選択
的に結晶成長し形成した電流狭窄構造または基板と水平
な方向の光の閉じ込め構造またはその双方を有すること
を特徴とする。
【００３２】本発明の窒化物系半導体発光素子は、基板
上に第１導電型窒化物系半導体層を少なくとも含む一ま
たは複数の窒化物系半導体層と、活性層を少なくとも含
む一または複数の窒化物系半導体層と、第２導電型窒化
物系半導体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系
半導体層と、窒素を構成元素として含む材料によりスト
ライプ状の開口部を有するマスクを形成し前記マスクの
開口部に選択的に結晶成長した第２導電型窒化物系半導
体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系半導体層
とが順次形成されていることを特徴とする。
上に第１導電型窒化物系半導体層を少なくとも含む一ま
たは複数の窒化物系半導体層と、活性層を少なくとも含
む一または複数の窒化物系半導体層と、第２導電型窒化
物系半導体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系
半導体層と、窒素を構成元素として含む材料によりスト
ライプ状の開口部を有するマスクを形成し前記マスクの
開口部に選択的に結晶成長した第２導電型窒化物系半導
体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系半導体層
とが順次形成されていることを特徴とする。
【００３３】本発明の窒化物系半導体発光素子は、基板
上に第１導電型窒化物系半導体層を少なくとも含む一ま
たは複数の窒化物系半導体層と、活性層を少なくとも含
む一または複数の窒化物系半導体層と、第２導電型窒化
物系半導体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系
半導体層と、窒素を構成元素として含む材料によりスト
ライプ状の開口部を有するマスクを形成し前記マスクの
開口部に第２導電型窒化物系半導体層を少なくとも含む
一または複数の窒化物系半導体層を選択的に結晶成長し
形成した電流狭窄構造または基板と水平な方向の光の閉
じ込め構造またはその双方とを有することを特徴とす
る。
上に第１導電型窒化物系半導体層を少なくとも含む一ま
たは複数の窒化物系半導体層と、活性層を少なくとも含
む一または複数の窒化物系半導体層と、第２導電型窒化
物系半導体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系
半導体層と、窒素を構成元素として含む材料によりスト
ライプ状の開口部を有するマスクを形成し前記マスクの
開口部に第２導電型窒化物系半導体層を少なくとも含む
一または複数の窒化物系半導体層を選択的に結晶成長し
形成した電流狭窄構造または基板と水平な方向の光の閉
じ込め構造またはその双方とを有することを特徴とす
る。
【００３４】また前記窒素を構成元素として含む材料は
窒化珪素であることを特徴とする。さらに前記マスクの
被覆率が５０％以下であることを特徴とする。
窒化珪素であることを特徴とする。さらに前記マスクの
被覆率が５０％以下であることを特徴とする。
【００３５】特に、前記マスクを表面に形成する半導体
の結晶構造が六方晶であって、かつ、その表面が（００
０１）面または（０００１）面となす角が１０°以内で
ある面であって、かつ、前記マスクのストライプ方向を
半導体結晶の[１−１００]方向または［１−１００］方
向となす角が１０°以内である方向に形成することが好
ましい。
の結晶構造が六方晶であって、かつ、その表面が（００
０１）面または（０００１）面となす角が１０°以内で
ある面であって、かつ、前記マスクのストライプ方向を
半導体結晶の[１−１００]方向または［１−１００］方
向となす角が１０°以内である方向に形成することが好
ましい。
【００３６】さらに、前記第１導電型がｎ型であって、
前記第２導電型がｐ型であることが好ましい。また前記
窒素を構成元素として有する半導体層が、一般式Ｉｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０
≦ｘ＋ｙ≦１）で表されることを特徴とする。また前記
窒素を構成元素として有する半導体層が、一般式Ｉｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０
≦ｘ＋ｙ≦１）で表されることを特徴とする。
前記第２導電型がｐ型であることが好ましい。また前記
窒素を構成元素として有する半導体層が、一般式Ｉｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０
≦ｘ＋ｙ≦１）で表されることを特徴とする。また前記
窒素を構成元素として有する半導体層が、一般式Ｉｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０
≦ｘ＋ｙ≦１）で表されることを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
【００３８】《実施例１》本発明の一実施例である実施
例１では、窒化珪素膜をマスクとした選択成長法によ
り、窒化物系半導体レーザのリッジ構造を形成した。
例１では、窒化珪素膜をマスクとした選択成長法によ
り、窒化物系半導体レーザのリッジ構造を形成した。
【００３９】図１は、本発明の製造方法を用いて製造さ
れた窒化物系半導体レーザの概略断面図である。図１に
示された実施例１の窒化物系半導体レーザの構造につい
て説明する。（１１−２０）面を表面とするサファイア
基板２０１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリ
ウム低温成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ
３μｍのｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が
添加された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎク
ラック防止層１０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍ
のｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、珪素が添
加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層
１０６、厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層からなる７周期の多重量子井戸構造活性層
１０７、マグネシウムが添加された厚さ２００Åのｐ型
Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防止層１０８、マ
グネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリ
ウム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ
０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１
０、マグネシウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ型窒
化ガリウム層２１４、厚さ３０００Åの酸化珪素膜２１
５、マグネシウムが添加された厚さ１．０μｍのｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル（第１層）お
よび金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１
層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１
３が形成されている。図１に示された実施例１の窒化物
系半導体レーザの窒化物系半導体層は全て（０ ０ ０
１）面を表面とする六方晶である。
れた窒化物系半導体レーザの概略断面図である。図１に
示された実施例１の窒化物系半導体レーザの構造につい
て説明する。（１１−２０）面を表面とするサファイア
基板２０１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリ
ウム低温成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ
３μｍのｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が
添加された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎク
ラック防止層１０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍ
のｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、珪素が添
加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層
１０６、厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層からなる７周期の多重量子井戸構造活性層
１０７、マグネシウムが添加された厚さ２００Åのｐ型
Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防止層１０８、マ
グネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリ
ウム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ
０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１
０、マグネシウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ型窒
化ガリウム層２１４、厚さ３０００Åの酸化珪素膜２１
５、マグネシウムが添加された厚さ１．０μｍのｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル（第１層）お
よび金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１
層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１
３が形成されている。図１に示された実施例１の窒化物
系半導体レーザの窒化物系半導体層は全て（０ ０ ０
１）面を表面とする六方晶である。
【００４０】次に図２を用いて、図１に示された実施例
１の窒化物系半導体レーザの製造方法について説明す
る。図２は、実施例１の窒化物系半導体レーザの製造工
程の一部を抜き出した概略断面図である。まず、Ｖ族原
料としてアンモニアを用いた有機金属化学気相成長法に
より、平坦なサファイア基板２０１上に、窒化ガリウム
低温成長バッファ層１０２、ｎ型窒化ガリウムコンタク
ト層１０３、ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防止層１
０４、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、ｎ型
窒化ガリウム光ガイド層１０６、多重量子井戸構造活性
層１０７、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防
止層１０８、ｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、ｐ型
Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、ｐ型窒化ガリウ
ム層２１４を順次形成した後に、ｎ型窒化ガリウムコン
タクト層１０３或いはｐ型窒化ガリウム層２１４の結晶
の[１−１００]方向に、プラズマ化学気相堆積法により
９００μｍ間隔で幅５μｍのストライプ状の開口部を持
つ窒化珪素膜２１６を形成する。
１の窒化物系半導体レーザの製造方法について説明す
る。図２は、実施例１の窒化物系半導体レーザの製造工
程の一部を抜き出した概略断面図である。まず、Ｖ族原
料としてアンモニアを用いた有機金属化学気相成長法に
より、平坦なサファイア基板２０１上に、窒化ガリウム
低温成長バッファ層１０２、ｎ型窒化ガリウムコンタク
ト層１０３、ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防止層１
０４、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、ｎ型
窒化ガリウム光ガイド層１０６、多重量子井戸構造活性
層１０７、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防
止層１０８、ｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、ｐ型
Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、ｐ型窒化ガリウ
ム層２１４を順次形成した後に、ｎ型窒化ガリウムコン
タクト層１０３或いはｐ型窒化ガリウム層２１４の結晶
の[１−１００]方向に、プラズマ化学気相堆積法により
９００μｍ間隔で幅５μｍのストライプ状の開口部を持
つ窒化珪素膜２１６を形成する。
【００４１】通常、窒化珪素膜を形成する場合、原料と
してシラン（ＳｉＨ4 ）とアンモニア（ＮＨ3 ）を用
いる。アンモニア（ＮＨ3 ）を熱により分解するには
１０００℃程度以上の高温が必要であり、このような高
温で成膜を制御するのは容易ではない。このため、実施
例１では、窒化珪素膜を形成する際に、成膜時の基板温
度は２００〜２５０℃程度の比較的低温に抑え、代わり
高周波により発生させたプラズマを用いてアンモニア
（ＮＨ3 ）を分解するプラズマ化学気相堆積法を用い
ている。
してシラン（ＳｉＨ4 ）とアンモニア（ＮＨ3 ）を用
いる。アンモニア（ＮＨ3 ）を熱により分解するには
１０００℃程度以上の高温が必要であり、このような高
温で成膜を制御するのは容易ではない。このため、実施
例１では、窒化珪素膜を形成する際に、成膜時の基板温
度は２００〜２５０℃程度の比較的低温に抑え、代わり
高周波により発生させたプラズマを用いてアンモニア
（ＮＨ3 ）を分解するプラズマ化学気相堆積法を用い
ている。
【００４２】しかる後に、Ｖ族原料としてアンモニアを
用いた有機金属化学気相成長法により、窒化珪素膜２１
６をマスクとして、その開口部にのみ、基板温度１０５
０℃で、選択的にｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１
を形成する。図２はここまでの工程終了後の概略断面図
である。
用いた有機金属化学気相成長法により、窒化珪素膜２１
６をマスクとして、その開口部にのみ、基板温度１０５
０℃で、選択的にｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１
を形成する。図２はここまでの工程終了後の概略断面図
である。
【００４３】ここで、実施例１に於いて、窒化珪素膜２
１６のマスクの開口部が広がることなく、選択成長した
ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１に多くの結晶欠陥
が生じず、かつ、素子の電流電圧特性が悪化しない理由
を説明する。通常、プラズマ化学気相堆積法により形成
された窒化珪素膜も、熱化学気相堆積法により形成され
た酸化珪素膜と同様に、８００℃程度以上の温度で部分
的な分解を開始する。しかし、図１に示された実施例１
の窒化物系半導体レーザの製造方法に於いては、窒化珪
素膜２１６をマスクとした選択成長法によりｐ型窒化ガ
リウムコンタクト層１１１を形成する際に、ｐ型窒化ガ
リウムコンタクト層１１１のＶ族原料としてアンモニア
（ＮＨ3 ）を供給しているので、１０００℃程度以上
のアンモニア（ＮＨ3 ）雰囲気中で、アンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）が分解して気相中の窒素分圧がある程度以上存
在する。したがって、窒化珪素（ＳｉＮ）膜からのＮの
脱離と窒化珪素（ＳｉＮ）膜へのＮの吸着が平衡状態と
なり、１０５０℃という高い基板温度でｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１を形成しているにも関らず、窒化
珪素膜２１６の分解が抑制される。このため、ｐ型窒化
ガリウムコンタクト層１１１の形成中に、窒化珪素膜２
１６が後退し開口部が広がることが抑制される。
１６のマスクの開口部が広がることなく、選択成長した
ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１に多くの結晶欠陥
が生じず、かつ、素子の電流電圧特性が悪化しない理由
を説明する。通常、プラズマ化学気相堆積法により形成
された窒化珪素膜も、熱化学気相堆積法により形成され
た酸化珪素膜と同様に、８００℃程度以上の温度で部分
的な分解を開始する。しかし、図１に示された実施例１
の窒化物系半導体レーザの製造方法に於いては、窒化珪
素膜２１６をマスクとした選択成長法によりｐ型窒化ガ
リウムコンタクト層１１１を形成する際に、ｐ型窒化ガ
リウムコンタクト層１１１のＶ族原料としてアンモニア
（ＮＨ3 ）を供給しているので、１０００℃程度以上
のアンモニア（ＮＨ3 ）雰囲気中で、アンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）が分解して気相中の窒素分圧がある程度以上存
在する。したがって、窒化珪素（ＳｉＮ）膜からのＮの
脱離と窒化珪素（ＳｉＮ）膜へのＮの吸着が平衡状態と
なり、１０５０℃という高い基板温度でｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１を形成しているにも関らず、窒化
珪素膜２１６の分解が抑制される。このため、ｐ型窒化
ガリウムコンタクト層１１１の形成中に、窒化珪素膜２
１６が後退し開口部が広がることが抑制される。
【００４４】よって窒化珪素膜２１６の分解に起因する
珪素が、ｐ型窒化ガリウム層２１４とｐ型窒化ガリウム
コンタクト層１１１との間の再成長界面に堆積し、ｐ型
窒化ガリウムコンタクト層１１１に取り込まれることも
ない。
珪素が、ｐ型窒化ガリウム層２１４とｐ型窒化ガリウム
コンタクト層１１１との間の再成長界面に堆積し、ｐ型
窒化ガリウムコンタクト層１１１に取り込まれることも
ない。
【００４５】図５に実施例１の製造方法により製造され
た図１に示す窒化物系半導体レーザの二次イオン質量分
光分析結果を示す。実施例１では、再成長界面に珪素の
堆積は見られない。したがって、ｐ型窒化ガリウムコン
タクト層１１１に多くの結晶欠陥が生じることもなく、
かつ、素子の電流電圧特性が悪化することもない。
た図１に示す窒化物系半導体レーザの二次イオン質量分
光分析結果を示す。実施例１では、再成長界面に珪素の
堆積は見られない。したがって、ｐ型窒化ガリウムコン
タクト層１１１に多くの結晶欠陥が生じることもなく、
かつ、素子の電流電圧特性が悪化することもない。
【００４６】《実施例２》本発明の一実施例である実施
例２では、被覆率の小さな窒化珪素膜をマスクとした選
択成長法により、窒化物系半導体レーザのリッジ構造を
形成した。
例２では、被覆率の小さな窒化珪素膜をマスクとした選
択成長法により、窒化物系半導体レーザのリッジ構造を
形成した。
【００４７】図３は、本発明の製造方法を用いて製造さ
れた窒化物系半導体レーザの概略断面図である。図３に
示された実施例２の窒化物系半導体レーザの構造につい
て説明する。（１１−２０）面を表面とするサファイア
基板２０１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリ
ウム低温成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ
３μｍのｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が
添加された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎク
ラック防止層１０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍ
のｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、珪素が添
加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層
１０６、厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層からなる７周期の多重量子井戸構造活性層
１０７、マグネシウムが添加された厚さ２００Åのｐ型
Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防止層１０８、マ
グネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリ
ウム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ
０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１
０、マグネシウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ型窒
化ガリウム層２１４、厚さ２０００Åの窒化珪素膜２１
６、マグネシウムが添加された厚さ１．０μｍのｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１、マグネシウムが添加さ
れた厚さ１．０μｍのｐ型窒化ガリウム層１１６、厚さ
２０００Åの酸化珪素膜２１５、ニッケル（第１層）お
よび金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１
層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１
３が形成されている。図３に示された、本発明の一実施
例である窒化物系半導体レーザの半導体層は全て（００
０１）面を表面とする六方晶である。
れた窒化物系半導体レーザの概略断面図である。図３に
示された実施例２の窒化物系半導体レーザの構造につい
て説明する。（１１−２０）面を表面とするサファイア
基板２０１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリ
ウム低温成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ
３μｍのｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が
添加された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎク
ラック防止層１０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍ
のｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、珪素が添
加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層
１０６、厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層からなる７周期の多重量子井戸構造活性層
１０７、マグネシウムが添加された厚さ２００Åのｐ型
Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防止層１０８、マ
グネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリ
ウム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ
０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１
０、マグネシウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ型窒
化ガリウム層２１４、厚さ２０００Åの窒化珪素膜２１
６、マグネシウムが添加された厚さ１．０μｍのｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１、マグネシウムが添加さ
れた厚さ１．０μｍのｐ型窒化ガリウム層１１６、厚さ
２０００Åの酸化珪素膜２１５、ニッケル（第１層）お
よび金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１
層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１
３が形成されている。図３に示された、本発明の一実施
例である窒化物系半導体レーザの半導体層は全て（００
０１）面を表面とする六方晶である。
【００４８】次に図４を用いて、図３に示された実施例
２の窒化物系半導体レーザの製造方法について説明す
る。図４は、実施例２の窒化物系半導体レーザの製造工
程の一部を抜き出した概略断面図である。まず、Ｖ族原
料としてアンモニアを用いた有機金属化学気相成長法に
より、平坦なサファイア基板２０１上に、窒化ガリウム
低温成長バッファ層１０２、ｎ型窒化ガリウムコンタク
ト層１０３、ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防止層１
０４、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、ｎ型
窒化ガリウム光ガイド層１０６、多重量子井戸構造活性
層１０７、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防
止層１０８、ｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、ｐ型
Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、ｐ型窒化ガリウ
ム層２１４を順次形成した後に、ｎ型窒化ガリウムコン
タクト層１０３ないしｐ型窒化ガリウム層２１４の結晶
の[１−１００]方向に、プラズマ化学気相堆積法により
９００μｍ間隔で幅５μｍのストライプ状の開口部を形
成すると同時に、幅５μｍのストライプ状の開口部と開
口部の間にダミーの幅８７５μｍ持つ窒化珪素膜２１６
を形成した。
２の窒化物系半導体レーザの製造方法について説明す
る。図４は、実施例２の窒化物系半導体レーザの製造工
程の一部を抜き出した概略断面図である。まず、Ｖ族原
料としてアンモニアを用いた有機金属化学気相成長法に
より、平坦なサファイア基板２０１上に、窒化ガリウム
低温成長バッファ層１０２、ｎ型窒化ガリウムコンタク
ト層１０３、ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防止層１
０４、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、ｎ型
窒化ガリウム光ガイド層１０６、多重量子井戸構造活性
層１０７、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防
止層１０８、ｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、ｐ型
Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、ｐ型窒化ガリウ
ム層２１４を順次形成した後に、ｎ型窒化ガリウムコン
タクト層１０３ないしｐ型窒化ガリウム層２１４の結晶
の[１−１００]方向に、プラズマ化学気相堆積法により
９００μｍ間隔で幅５μｍのストライプ状の開口部を形
成すると同時に、幅５μｍのストライプ状の開口部と開
口部の間にダミーの幅８７５μｍ持つ窒化珪素膜２１６
を形成した。
【００４９】実施例２では、窒化珪素膜を形成する際
に、成膜時の基板温度は２００〜２５０℃程度の比較的
低温に抑え、代わり高周波により発生させたプラズマを
用いてアンモニア（ＮＨ3 ）を分解するプラズマ化学
気相堆積法を用いている。
に、成膜時の基板温度は２００〜２５０℃程度の比較的
低温に抑え、代わり高周波により発生させたプラズマを
用いてアンモニア（ＮＨ3 ）を分解するプラズマ化学
気相堆積法を用いている。
【００５０】しかる後に、Ｖ族原料としてアンモニアを
用いた有機金属化学気相成長法により、前記窒化珪素膜
２１６をマスクとして、その開口部にのみ、基板温度１
０５０℃で、選択的にｐ型窒化ガリウムコンタクト層１
１１およびダミーのｐ型窒化ガリウム層１１６を形成し
た。図４はここまでの工程終了後の概略断面図である。
用いた有機金属化学気相成長法により、前記窒化珪素膜
２１６をマスクとして、その開口部にのみ、基板温度１
０５０℃で、選択的にｐ型窒化ガリウムコンタクト層１
１１およびダミーのｐ型窒化ガリウム層１１６を形成し
た。図４はここまでの工程終了後の概略断面図である。
【００５１】窒化珪素膜２１６をマスクとした選択成長
法によりｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１を形成す
る際に、窒化珪素膜２１６の被覆率を下げるために形成
したダミーの幅８７５μｍのストライプ状の開口部に
も、ダミーのｐ型窒化ガリウム層１１６が形成される。
そこで、電流が前記ダミーのｐ型窒化ガリウム層１１６
を流れないように、ダミーのｐ型窒化ガリウム層１１６
を絶縁体膜で覆う必要がある。
法によりｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１を形成す
る際に、窒化珪素膜２１６の被覆率を下げるために形成
したダミーの幅８７５μｍのストライプ状の開口部に
も、ダミーのｐ型窒化ガリウム層１１６が形成される。
そこで、電流が前記ダミーのｐ型窒化ガリウム層１１６
を流れないように、ダミーのｐ型窒化ガリウム層１１６
を絶縁体膜で覆う必要がある。
【００５２】図３に示された実施例２の窒化物系半導体
レーザに於いては、絶縁体膜として酸化珪素膜２１５が
用いられている。この場合、酸化珪素膜２１５には、ｐ
型窒化ガリウムコンタクト層１１１の上部にのみ、ｐ電
極１１２をｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１に接触
させるための開口部を設けることになる。酸化珪素は弗
酸をエッチング液としたウエットエッチングにより容易
に除去出来るが、その際に、選択成長マスク２１６を同
時に除去してしまわないように注意しなければならな
い。一般に、プラズマ化学気相堆積法により形成された
窒化珪素膜は、熱化学気相堆積法により形成された酸化
珪素膜に比べ、弗酸によるウエットエッチングレートが
遅いため、選択成長マスク２１６として窒化珪素を用い
た場合、酸化珪素膜２１５に開口部を設ける工程が容易
であるという利点もある。
レーザに於いては、絶縁体膜として酸化珪素膜２１５が
用いられている。この場合、酸化珪素膜２１５には、ｐ
型窒化ガリウムコンタクト層１１１の上部にのみ、ｐ電
極１１２をｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１に接触
させるための開口部を設けることになる。酸化珪素は弗
酸をエッチング液としたウエットエッチングにより容易
に除去出来るが、その際に、選択成長マスク２１６を同
時に除去してしまわないように注意しなければならな
い。一般に、プラズマ化学気相堆積法により形成された
窒化珪素膜は、熱化学気相堆積法により形成された酸化
珪素膜に比べ、弗酸によるウエットエッチングレートが
遅いため、選択成長マスク２１６として窒化珪素を用い
た場合、酸化珪素膜２１５に開口部を設ける工程が容易
であるという利点もある。
【００５３】ここで、実施例２に於いて、窒化珪素膜２
１６をマスクとした選択成長法によりｐ型窒化ガリウム
コンタクト層１１１を形成する際に、ｐ型窒化ガリウム
コンタクト層１１１の成長速度が極端に速いということ
がなく、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１の厚さの
制御性が良く、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１に
結晶欠陥が少ない理由を説明する。
１６をマスクとした選択成長法によりｐ型窒化ガリウム
コンタクト層１１１を形成する際に、ｐ型窒化ガリウム
コンタクト層１１１の成長速度が極端に速いということ
がなく、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１の厚さの
制御性が良く、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１に
結晶欠陥が少ない理由を説明する。
【００５４】選択成長法では、半導体層の一部がマスク
により被われている、試料表面に供給された原料のう
ち、マスク上に飛来した原料は、マスク上マイグレーシ
ョンかつ／または気相中拡散により、マスク開口部に移
動する。このため、選択成長では、同じ成長条件で行な
ったマスクなしの平坦成長に比べ、マスク開口部への原
料の供給量が多く、その結果、成長速度が速くなる。こ
の成長速度の増加は、マスクパターンなしの平坦成長に
対し被覆率の逆数倍程度となり、マスクの被覆率が高い
場合は、成長速度が極端に速くなる。
により被われている、試料表面に供給された原料のう
ち、マスク上に飛来した原料は、マスク上マイグレーシ
ョンかつ／または気相中拡散により、マスク開口部に移
動する。このため、選択成長では、同じ成長条件で行な
ったマスクなしの平坦成長に比べ、マスク開口部への原
料の供給量が多く、その結果、成長速度が速くなる。こ
の成長速度の増加は、マスクパターンなしの平坦成長に
対し被覆率の逆数倍程度となり、マスクの被覆率が高い
場合は、成長速度が極端に速くなる。
【００５５】図３に示された実施例２の窒化物系半導体
レーザの製造方法に於いては、窒化珪素膜２１６の被覆
率が２％と極めて低いため、図１に示された実施例１の
窒化物系半導体レーザの製造方法と異なり、窒化珪素膜
２１６をマスクとした選択成長法によりｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１を形成する際に、ｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１の成長速度が極端に速くなるとい
うことがなく、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１の
厚さの制御性が良く、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１
１１に結晶欠陥が少なくなる。
レーザの製造方法に於いては、窒化珪素膜２１６の被覆
率が２％と極めて低いため、図１に示された実施例１の
窒化物系半導体レーザの製造方法と異なり、窒化珪素膜
２１６をマスクとした選択成長法によりｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１を形成する際に、ｐ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１１１の成長速度が極端に速くなるとい
うことがなく、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１の
厚さの制御性が良く、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１
１１に結晶欠陥が少なくなる。
【００５６】以上のように、本実施例に於いては、リッ
ジ構造によって電流狭窄および基板と水平な方向の光閉
じ込めを行なっているため、発振しきい値電流を小さく
できる。その上、リッジ構造は、選択成長法により、ｎ
型窒化ガリウムコンタクト層ないしｐ型窒化ガリウム層
の結晶の[１ -１ ０ ０]方向に平行に形成されてい
る。これにより、半導体レーザ表面に形成されたｐ電極
とｐ型窒化ガリウムコンタクト層と間の接触面積が大き
いため、ｐ電極の接触抵抗が小さく、かつ、ｐ型窒化ガ
リウムコンタクト層の面積が大きいため、ｐ型窒化ガリ
ウムコンタクト層のバルク抵抗を小さくできる。また、
電流狭窄構造および基板と水平な方向の光閉じ込め構造
を形成するためのドライエッチングが不要となる。さら
に、このような利点に加え、窒化珪素膜のマスクの開口
部が広がることなく、選択成長したｐ型窒化ガリウムコ
ンタクト層に多くの結晶欠陥が生じず、かつ、素子の電
流電圧特性が悪化することがないという利点がある。
ジ構造によって電流狭窄および基板と水平な方向の光閉
じ込めを行なっているため、発振しきい値電流を小さく
できる。その上、リッジ構造は、選択成長法により、ｎ
型窒化ガリウムコンタクト層ないしｐ型窒化ガリウム層
の結晶の[１ -１ ０ ０]方向に平行に形成されてい
る。これにより、半導体レーザ表面に形成されたｐ電極
とｐ型窒化ガリウムコンタクト層と間の接触面積が大き
いため、ｐ電極の接触抵抗が小さく、かつ、ｐ型窒化ガ
リウムコンタクト層の面積が大きいため、ｐ型窒化ガリ
ウムコンタクト層のバルク抵抗を小さくできる。また、
電流狭窄構造および基板と水平な方向の光閉じ込め構造
を形成するためのドライエッチングが不要となる。さら
に、このような利点に加え、窒化珪素膜のマスクの開口
部が広がることなく、選択成長したｐ型窒化ガリウムコ
ンタクト層に多くの結晶欠陥が生じず、かつ、素子の電
流電圧特性が悪化することがないという利点がある。
【００５７】また実施例２に於いては、窒化珪素膜をマ
スクとした選択成長法によりｐ型窒化ガリウムコンタク
ト層を形成する際に、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層の
成長速度が極端に速いということがなく、ｐ型窒化ガリ
ウムコンタクト層１１１の厚さの制御性が良く、ｐ型窒
化ガリウムコンタクト層の結晶欠陥が少ないという実施
例１にない利点もある。
スクとした選択成長法によりｐ型窒化ガリウムコンタク
ト層を形成する際に、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層の
成長速度が極端に速いということがなく、ｐ型窒化ガリ
ウムコンタクト層１１１の厚さの制御性が良く、ｐ型窒
化ガリウムコンタクト層の結晶欠陥が少ないという実施
例１にない利点もある。
【００５８】《実施例の変形》上記の実施例１、実施例
２の窒化物系半導体レーザの変形例について説明する。
２の窒化物系半導体レーザの変形例について説明する。
【００５９】窒化物系半導体レーザの構造について、本
実施例に示された構造の窒化物系半導体レーザにのみ限
られるものではなく、各層の層厚や各層の組成や各層の
ドーピング濃度や電極材料やマスク材料やドライエッチ
ング深さやストライプ幅等の様々な組み合わせの窒化物
系半導体レーザに於いて支障なく実施することが出来
る。また選択成長法を用いたリッジ構造を有する窒化物
系半導体レーザおよびその製造方法について述べたが、
これに限られるものではなく、選択成長法を用いて電流
狭窄構造または基板と水平な方向の光の閉じ込め構造ま
たはその双方を形成するあらゆる窒化物系半導体レーザ
およびその製造方法に於いて、本発明は有効である。
実施例に示された構造の窒化物系半導体レーザにのみ限
られるものではなく、各層の層厚や各層の組成や各層の
ドーピング濃度や電極材料やマスク材料やドライエッチ
ング深さやストライプ幅等の様々な組み合わせの窒化物
系半導体レーザに於いて支障なく実施することが出来
る。また選択成長法を用いたリッジ構造を有する窒化物
系半導体レーザおよびその製造方法について述べたが、
これに限られるものではなく、選択成長法を用いて電流
狭窄構造または基板と水平な方向の光の閉じ込め構造ま
たはその双方を形成するあらゆる窒化物系半導体レーザ
およびその製造方法に於いて、本発明は有効である。
【００６０】光導波路の方向について、本実施例に於い
ては、光導波路が半導体結晶の［１−１００］方向に形
成されているが、光導波路は半導体結晶の［１−１０
０］］]方向または［１−１００］方向と１０°以内の
角をなす方向に形成されていれば、本発明の実施に支障
はない。さらに、光導波路を半導体結晶の［１−１０
０］方向と１０°以上の角をなす方向に形成した場合に
於いても、ｐ電極１１２の接触面積が減ること以外に
は、本発明の実施に支障はない。
ては、光導波路が半導体結晶の［１−１００］方向に形
成されているが、光導波路は半導体結晶の［１−１０
０］］]方向または［１−１００］方向と１０°以内の
角をなす方向に形成されていれば、本発明の実施に支障
はない。さらに、光導波路を半導体結晶の［１−１０
０］方向と１０°以上の角をなす方向に形成した場合に
於いても、ｐ電極１１２の接触面積が減ること以外に
は、本発明の実施に支障はない。
【００６１】窒化物系半導体層を成長する基板につい
て、本実施例に於いては、いずれも（０００１）面を表
面とするサファイア基板上に形成されているが、（１１
−２０）面を表面とするサファイア基板上あるいは（０
００１）面および（１１−２０）面以外の面を表面とす
るサファイア基板に形成してもよく、例えば炭化珪素基
板あるいはＭｇＡｌ2 Ｏ4 基板あるいは窒化ガリウム
基板といった他の基板上に形成した場合も、本発明の実
施に支障はない。
て、本実施例に於いては、いずれも（０００１）面を表
面とするサファイア基板上に形成されているが、（１１
−２０）面を表面とするサファイア基板上あるいは（０
００１）面および（１１−２０）面以外の面を表面とす
るサファイア基板に形成してもよく、例えば炭化珪素基
板あるいはＭｇＡｌ2 Ｏ4 基板あるいは窒化ガリウム
基板といった他の基板上に形成した場合も、本発明の実
施に支障はない。
【００６２】窒化物系半導体層の表面について、本実施
例に於いては、いずれも、窒化物半導体層の表面は（０
００１）面であるが、窒化物半導体層の表面は（０００
１）面または（０００１）面とのなす角が１０°以内で
ある面であれば、本発明の実施に支障はない。
例に於いては、いずれも、窒化物半導体層の表面は（０
００１）面であるが、窒化物半導体層の表面は（０００
１）面または（０００１）面とのなす角が１０°以内で
ある面であれば、本発明の実施に支障はない。
【００６３】選択成長用マスクについて、本実施例に於
いては、選択成長用マスクとして窒化珪素膜を用いてい
るが、窒素を構成元素として有する他の膜、例えばSiNO
膜等を選択成長用マスクとして用いた場合にも、本発明
は有効である。但し、例えばSiNO膜等を選択成長用マス
クとして用いた場合、高い基板温度で選択成長を行なう
際に、Ｖ族原料としてアンモニアを供給したとしても、
選択成長用マスクの分解を十分に抑制することが出来な
い怖れがある。よって、本発明に於いては、窒化珪素膜
を選択成長用マスクとして用いることが最も望ましい。
いては、選択成長用マスクとして窒化珪素膜を用いてい
るが、窒素を構成元素として有する他の膜、例えばSiNO
膜等を選択成長用マスクとして用いた場合にも、本発明
は有効である。但し、例えばSiNO膜等を選択成長用マス
クとして用いた場合、高い基板温度で選択成長を行なう
際に、Ｖ族原料としてアンモニアを供給したとしても、
選択成長用マスクの分解を十分に抑制することが出来な
い怖れがある。よって、本発明に於いては、窒化珪素膜
を選択成長用マスクとして用いることが最も望ましい。
【００６４】被覆率について、実施例２に於いては、選
択成長用マスクである窒化珪素膜２１６の被覆率は２％
であった。しかし、選択成長用マスクの被覆率が５０％
以下であれば有効である。何故なら、被覆率５０％の範
囲内であれば、選択成長法により形成された半導体層の
厚さは十分に制御可能であり、窒化物系半導体層に導入
される結晶欠陥も少ないためである。但し、選択成長用
マスクの被覆率が低いほど選択成長により形成された半
導体層の厚さの制御性は良く、かつ、窒化物系半導体層
に導入される結晶欠陥も少ないため、選択成長用マスク
の被覆率は素子構造の許す範囲内で可能な限り低いこと
が望ましい。
択成長用マスクである窒化珪素膜２１６の被覆率は２％
であった。しかし、選択成長用マスクの被覆率が５０％
以下であれば有効である。何故なら、被覆率５０％の範
囲内であれば、選択成長法により形成された半導体層の
厚さは十分に制御可能であり、窒化物系半導体層に導入
される結晶欠陥も少ないためである。但し、選択成長用
マスクの被覆率が低いほど選択成長により形成された半
導体層の厚さの制御性は良く、かつ、窒化物系半導体層
に導入される結晶欠陥も少ないため、選択成長用マスク
の被覆率は素子構造の許す範囲内で可能な限り低いこと
が望ましい。
【００６５】窒化物系半導体層の混晶について、本実施
例に於いては、全ての窒化物系半導体層が一般式Ｉｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０
≦ｘ＋ｙ≦１）で表される材料について述べたが、例え
ば一般式Ｇａx Ｉｎ1-x Ｎy Ａｓ1-y（０≦ｘ≦１、
０＜ｙ≦１）で表される窒化物系半導体層等の材料が選
択成長法により形成する場合についても、本発明は有効
である。但し、例えばＧａx Ｉｎ1-x Ｎy Ａｓ1-y
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）層を選択成長法により形成
する場合には、砒素と窒素の所望の組成比等からアンモ
ニアの供給量が決まるため、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y
Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）層を
選択成長法により形成する場合に比べ、アンモニアの供
給量が少ない。このため、高い基板温度で選択成長を行
なった際に、窒素を構成元素として有する選択成長用マ
スクの分解を十分に抑制出来ない怖れがある。よって、
本発明は、窒素のみをＶ族構成元素として有する半導体
層、例えばＩｎx ＡｌyＧａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）層等を選択成長法により
形成する場合に於いて、最も有効である。
例に於いては、全ての窒化物系半導体層が一般式Ｉｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０
≦ｘ＋ｙ≦１）で表される材料について述べたが、例え
ば一般式Ｇａx Ｉｎ1-x Ｎy Ａｓ1-y（０≦ｘ≦１、
０＜ｙ≦１）で表される窒化物系半導体層等の材料が選
択成長法により形成する場合についても、本発明は有効
である。但し、例えばＧａx Ｉｎ1-x Ｎy Ａｓ1-y
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）層を選択成長法により形成
する場合には、砒素と窒素の所望の組成比等からアンモ
ニアの供給量が決まるため、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y
Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）層を
選択成長法により形成する場合に比べ、アンモニアの供
給量が少ない。このため、高い基板温度で選択成長を行
なった際に、窒素を構成元素として有する選択成長用マ
スクの分解を十分に抑制出来ない怖れがある。よって、
本発明は、窒素のみをＶ族構成元素として有する半導体
層、例えばＩｎx ＡｌyＧａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）層等を選択成長法により
形成する場合に於いて、最も有効である。
【００６６】窒化物系半導体レーザにおける各層の導電
型について、本実施例に於いては、結晶成長により形成
される窒化物系半導体層の基板側がｎ型であり、かつ、
表面側がｐ型である窒化物系半導体レーザおよびその製
造方法について述べたが、基板側がｐ型であり、かつ、
表面側がｎ型である場合に於いても、本発明は有効であ
る。但し、ｐ型の窒化物系半導体の抵抗率は１Ω・ｃｍ
程度と比較的高いため、サファイア等の導電性のない基
板を用いる場合には、素子抵抗低減のために、結晶成長
により形成される半導体層の基板側をｎ型とし、かつ、
表面側がｐ型とする方が望ましい。
型について、本実施例に於いては、結晶成長により形成
される窒化物系半導体層の基板側がｎ型であり、かつ、
表面側がｐ型である窒化物系半導体レーザおよびその製
造方法について述べたが、基板側がｐ型であり、かつ、
表面側がｎ型である場合に於いても、本発明は有効であ
る。但し、ｐ型の窒化物系半導体の抵抗率は１Ω・ｃｍ
程度と比較的高いため、サファイア等の導電性のない基
板を用いる場合には、素子抵抗低減のために、結晶成長
により形成される半導体層の基板側をｎ型とし、かつ、
表面側がｐ型とする方が望ましい。
【００６７】窒化珪素膜の堆積法について、本実施例に
於いては、プラズマ化学気相堆積法で窒化珪素膜を形成
したが、比較的低温で分解するヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4
）・ジメチルヒドラジン（（Ｎ2 Ｈ2 （ＣＨ3 ）2
））等の他の窒素原料を用いれば、プラズマ化学気相
堆積法でなくともよい。
於いては、プラズマ化学気相堆積法で窒化珪素膜を形成
したが、比較的低温で分解するヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4
）・ジメチルヒドラジン（（Ｎ2 Ｈ2 （ＣＨ3 ）2
））等の他の窒素原料を用いれば、プラズマ化学気相
堆積法でなくともよい。
【００６８】窒化物系半導体層以外の選択成長層につい
て、本実施例においては、窒化物系半導体層の選択成長
の場合について説明したが、これに限られるものではな
く、選択成長法を用いて成長する層を構成する元素と選
択成長用のマスクを構成する元素とに共通な元素があれ
ばよく、望ましくは実施例１、２に示したＳｉＮのよう
に選択成長用マスクの材料が選択成長層と共通な元素と
他の１つの元素の方がよい。
て、本実施例においては、窒化物系半導体層の選択成長
の場合について説明したが、これに限られるものではな
く、選択成長法を用いて成長する層を構成する元素と選
択成長用のマスクを構成する元素とに共通な元素があれ
ばよく、望ましくは実施例１、２に示したＳｉＮのよう
に選択成長用マスクの材料が選択成長層と共通な元素と
他の１つの元素の方がよい。
【００６９】本発明を用いた他の素子について、本実施
例においては、窒化物系半導体レーザ及びその製造方法
について説明したが、これに限られるものではなく選択
成長法を用いて製造する素子であれば適用可能であり、
例えば発光ダイオード、面発光素子等の製造方法にも利
用できる。
例においては、窒化物系半導体レーザ及びその製造方法
について説明したが、これに限られるものではなく選択
成長法を用いて製造する素子であれば適用可能であり、
例えば発光ダイオード、面発光素子等の製造方法にも利
用できる。
【００７０】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、マスクの開
口部にのみ選択的成長する層の成長温度が、一般的に選
択成長用マスクを部分的に分解するような温度となる場
合でも、マスクの開口部は広がることはない。
口部にのみ選択的成長する層の成長温度が、一般的に選
択成長用マスクを部分的に分解するような温度となる場
合でも、マスクの開口部は広がることはない。
【００７１】したがって選択成長用マスクの分解に起因
する元素が選択成長する層の再成長界面に堆積すること
や選択成長する層に取り込まれることを防止できるの
で、選択成長する層には多くの結晶欠陥は生じず、か
つ、製造された素子は良好な電流電圧特性が得られる。
する元素が選択成長する層の再成長界面に堆積すること
や選択成長する層に取り込まれることを防止できるの
で、選択成長する層には多くの結晶欠陥は生じず、か
つ、製造された素子は良好な電流電圧特性が得られる。
【００７２】さらに、選択成長法により層を形成する際
に、成長速度が極端に速くなるということがなく、選択
成長する層の厚さの制御性が良く、結晶欠陥も少くでき
る。
に、成長速度が極端に速くなるということがなく、選択
成長する層の厚さの制御性が良く、結晶欠陥も少くでき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に示された、本発明の製造方法を用い
て製造された窒化物系半導体レーザの概略断面図であ
る。
て製造された窒化物系半導体レーザの概略断面図であ
る。
【図２】実施例１に示された窒化物系半導体レーザの製
造工程の中途を示す概略断面図である。
造工程の中途を示す概略断面図である。
【図３】実施例２に示された、本発明の製造方法を用い
て製造された窒化物系半導体レーザの概略断面図であ
る。
て製造された窒化物系半導体レーザの概略断面図であ
る。
【図４】実施例２に示された窒化物系半導体レーザの製
造工程の中途を示す概略断面図である。
造工程の中途を示す概略断面図である。
【図５】実施例１に示された窒化物系半導体レーザの二
次イオン質量分光分析結果を示すグラフである。
次イオン質量分光分析結果を示すグラフである。
【図６】従来例１に示された窒化物系半導体レーザの概
略断面図である。
略断面図である。
【図７】従来例２に示された窒化物系半導体レーザの概
略断面図である。
略断面図である。
【図８】従来例３に示された窒化物系半導体レーザの概
略断面図である。
略断面図である。
【図９】従来例３に示された窒化物系半導体レーザの製
造工程の中途を示す概略断面図である。
造工程の中途を示す概略断面図である。
１０１ （０００１）面を表面とするサファイア基板 １０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 １０３ ｎ型窒化ガリウムコンタクト層 １０４ ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防止層 １０５ ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １０６ ｎ型窒化ガリウム光ガイド層 １０７ 多重量子井戸構造活性層 １０８ ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防止
層 １０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １１０ ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １１１ ｐ型窒化ガリウムコンタクト層 １１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 １１６ ダミーのｐ型窒化ガリウム層 ２０１ （１１−２０）面を表面とするサファイア基板 ２１４ ｐ型窒化ガリウム層 ２１５ 酸化珪素膜 ２１５ 窒化珪素膜 ６０５ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層 ７０７ 多重量子井戸構造活性層 ７１０ ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層
層 １０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １１０ ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １１１ ｐ型窒化ガリウムコンタクト層 １１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 １１６ ダミーのｐ型窒化ガリウム層 ２０１ （１１−２０）面を表面とするサファイア基板 ２１４ ｐ型窒化ガリウム層 ２１５ 酸化珪素膜 ２１５ 窒化珪素膜 ６０５ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層 ７０７ 多重量子井戸構造活性層 ７１０ ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−18159（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−36473（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−340284（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−221390（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−139417（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−288583（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】基板上に第１導電型窒化物系半導体層を少
なくとも含む一または複数の層、活性層を少なくとも含
む一または複数の窒化物系半導体層、第２導電型窒化物
系半導体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系半
導体層を形成する工程と、窒素を構成元素として含む材
料によりストライプ状の開口部を有するマスクを形成す
る工程と、前記マスクの開口部に第２導電型窒化物系半
導体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系半導体
層を選択的に形成する工程とを順次行うことを特徴とす
る窒化物系半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項２】基板上に第１導電型窒化物系半導体層を少
なくとも含む一または複数の層、活性層を少なくとも含
む一または複数の窒化物系半導体層、第２導電型窒化物
系半導体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系半
導体層を形成する工程と、窒素を構成元素として含む材
料によりストライプ状の開口部を有するマスクを形成す
る工程と、前記マスクの開口部に第２導電型窒化物系半
導体層を少なくとも含み一または複数の窒化物系半導体
層を選択的に結晶成長し電流狭窄構造または基板と水平
な方向の光の閉じ込め構造またはその双方を形成する工
程とを順次行うことを特徴とする窒化物系半導体発光素
子の製造方法。 - 【請求項３】前記窒素を構成元素として含む材料は窒化
珪素であることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化
物系半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項４】前記マスクの被覆率が５０％以下であるこ
とを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の窒
化物系半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項５】基板上に第１導電型窒化物系半導体層を少
なくとも含む一または複数の窒化物系半導体層と、活性
層を少なくとも含む一または複数の窒化物系半導体層
と、第２導電型窒化物系半導体層を少なくとも含む一ま
たは複数の窒化物系半導体層と、窒素を構成元素として
含む材料によりストライプ状の開口部を有するマスクを
形成し前記マスクの開口部に選択的に結晶成長した第２
導電型窒化物系半導体層を少なくとも含む一または複数
の窒化物系半導体層とが順次形成されていることを特徴
とする窒化物系半導体発光素子。 - 【請求項６】基板上に第１導電型窒化物系半導体層を少
なくとも含む一または複数の窒化物系半導体層と、活性
層を少なくとも含む一または複数の窒化物系半導体層
と、第２導電型窒化物系半導体層を少なくとも含む一ま
たは複数の窒化物系半導体層と、窒素を構成元素として
含む材料によりストライプ状の開口部を有するマスクと
を順次形成し、前記マスクの開口部に第２導電型窒化物
系半導体層を少なくとも含む一または複数の窒化物系半
導体層を選択的に結晶成長し形成した電流狭窄構造また
は基板と水平な方向の光の閉じ込め構造またはその双方
とを有することを特徴とする窒化物系半導体発光素子。 - 【請求項７】前記窒素を構成元素として含む材料は窒化
珪素であることを特徴とする請求項５又は６記載の窒化
物系半導体発光素子。 - 【請求項８】前記マスクの被覆率が５０％以下であるこ
とを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の
窒化物系半導体発光素子。
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|---|---|---|---|
| JP26422597A JP3283802B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 選択成長法を用いた半導体層及びその成長方法、選択成長法を用いた窒化物系半導体層及びその成長方法、窒化物系半導体発光素子とその製造方法 |
| US09/161,981 US6887726B2 (en) | 1997-09-29 | 1998-09-29 | Semiconductor layer formed by selective deposition and method for depositing semiconductor layer |
| US10/958,385 US7314672B2 (en) | 1997-09-29 | 2004-10-06 | Semiconductor layer formed by selective deposition and method for depositing semiconductor layer |
| US11/937,921 US7655485B2 (en) | 1997-09-29 | 2007-11-09 | Semiconductor layer formed by selective deposition and method for depositing semiconductor layer |
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|---|---|---|---|
| JP26422597A JP3283802B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 選択成長法を用いた半導体層及びその成長方法、選択成長法を用いた窒化物系半導体層及びその成長方法、窒化物系半導体発光素子とその製造方法 |
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| JPH11103133A JPH11103133A (ja) | 1999-04-13 |
| JP3283802B2 true JP3283802B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=17400242
Family Applications (1)
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| JP26422597A Expired - Lifetime JP3283802B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 選択成長法を用いた半導体層及びその成長方法、選択成長法を用いた窒化物系半導体層及びその成長方法、窒化物系半導体発光素子とその製造方法 |
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| JP3770014B2 (ja) * | 1999-02-09 | 2006-04-26 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子 |
| DE19955747A1 (de) * | 1999-11-19 | 2001-05-23 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optische Halbleitervorrichtung mit Mehrfach-Quantentopf-Struktur |
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| KR101172091B1 (ko) * | 2005-10-06 | 2012-08-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 피형 질화물 반도체 및 그 제조 방법 |
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| KR20120022872A (ko) * | 2009-05-22 | 2012-03-12 | 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 | 반도체 기판, 전자 디바이스, 반도체 기판의 제조 방법 및 전자 디바이스의 제조 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| CA2041610A1 (en) * | 1990-05-04 | 1991-11-05 | Elisabeth S. Papazoglou | Process for the preparation of polyamide blends having improved low temperature properties |
| JPH04340284A (ja) | 1991-02-01 | 1992-11-26 | Olympus Optical Co Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP3225699B2 (ja) * | 1992-12-15 | 2001-11-05 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ及びこれを用いた光学装置 |
| JPH0818159A (ja) | 1994-04-25 | 1996-01-19 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子及びその作製方法 |
| WO1996003776A1 (fr) * | 1994-07-21 | 1996-02-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif a semi-conducteur emettant de la lumiere et procede de production de celui-ci |
| US5787104A (en) * | 1995-01-19 | 1998-07-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same |
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- 1997-09-29 JP JP26422597A patent/JP3283802B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1998
- 1998-09-29 US US09/161,981 patent/US6887726B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2004
- 2004-10-06 US US10/958,385 patent/US7314672B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-11-09 US US11/937,921 patent/US7655485B2/en not_active Expired - Fee Related
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