JP3347633B2 - 半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体素子およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、特に
窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光ダイオードお
よび半導体レーザなどの半導体素子に関する。
窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光ダイオードお
よび半導体レーザなどの半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色から紫外域にかけての発光ダ
イオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）用の材料と
してＧａＮを始めとする窒化ガリウム系化合物半導体が
注目されている。この材料系を用いた青色ＬＥＤは、す
でにいくつかのメーカーから商品化されている。また、
ＬＤについても、その発振波長が短いゆえに高密度の情
報処理用の光源としての応用が期待されており、現在、
研究・開発が進められている。
イオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）用の材料と
してＧａＮを始めとする窒化ガリウム系化合物半導体が
注目されている。この材料系を用いた青色ＬＥＤは、す
でにいくつかのメーカーから商品化されている。また、
ＬＤについても、その発振波長が短いゆえに高密度の情
報処理用の光源としての応用が期待されており、現在、
研究・開発が進められている。
【０００３】従来、窒化ガリウム系化合物半導体の積層
構造を形成する際には、成長用基板として一般にサファ
イアが用いられている。このような場合には、サファイ
ア基板に導電性がないため、表面に現われていない層へ
の電気的接触を図るために、素子の一部をエッチングす
るなどしてメサ構造を形成し、上下両段に電極を形成す
る必要がある。このようなメサ構造では、エッチングし
た角の部分に加工歪が蓄積しやすく、また、素子動作の
際には電界が集中しやすい。したがって、素子の劣化は
この部分を起点にしておこりやすく、信頼性が低下する
という課題があった。
構造を形成する際には、成長用基板として一般にサファ
イアが用いられている。このような場合には、サファイ
ア基板に導電性がないため、表面に現われていない層へ
の電気的接触を図るために、素子の一部をエッチングす
るなどしてメサ構造を形成し、上下両段に電極を形成す
る必要がある。このようなメサ構造では、エッチングし
た角の部分に加工歪が蓄積しやすく、また、素子動作の
際には電界が集中しやすい。したがって、素子の劣化は
この部分を起点にしておこりやすく、信頼性が低下する
という課題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の素子は特にメサ
構造のメサ側部と底部との角部に電界が集中し、信頼性
に欠けるという課題があった。本発明は上記課題を克服
し、信頼性の高い半導体素子及びその製造方法を提供す
ることにある。
構造のメサ側部と底部との角部に電界が集中し、信頼性
に欠けるという課題があった。本発明は上記課題を克服
し、信頼性の高い半導体素子及びその製造方法を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒化ガリウム
系化合物半導体素子において必要なメサ構造特有な加工
歪と電界集中を回避することを目的としたものである。
例えば、金属膜とＳｉＯ2 膜との積層構造をマスクとし
て選択成長（有機金属を用いた気相成長法：ＭＯＣＶＤ
法）を行なうことによってメサ構造を形成し、メサ構造
の下段部の半導体層表面側及びメサ底部側の側面の半導
体層表面側の不純物濃度を、下段部半導体層の裏面側よ
り高くしたことを特徴とするものである。
系化合物半導体素子において必要なメサ構造特有な加工
歪と電界集中を回避することを目的としたものである。
例えば、金属膜とＳｉＯ2 膜との積層構造をマスクとし
て選択成長（有機金属を用いた気相成長法：ＭＯＣＶＤ
法）を行なうことによってメサ構造を形成し、メサ構造
の下段部の半導体層表面側及びメサ底部側の側面の半導
体層表面側の不純物濃度を、下段部半導体層の裏面側よ
り高くしたことを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の実施形態としての必須要件は、以下の通りであ
る。 （１） メサ構造を具備し、該メサ構造の上段面表面と
下段面表面とに一対の電極を具備する半導体素子におい
て、前記下段面表面の電極直下の半導体表面側及びメサ
底部側の側面の半導体層表面側の不純物濃度を、下段部
表面電極直下の半導体層の裏面側より高くした点で、例
えば５×１０18ｃｍ-3以上にしている。 （２） 半導体層がＢx Ｉｎy Ａｌz Ｇａ(1-x-y-z) Ｎ
（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）である。 （３） 高濃度含まれる不純物が、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｓ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｃ、Ｂａ、
Ｍｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄから選ばれる少な
くとも１つである。 （４） 半導体Ｐ1 がサファイア、スピネル、酸化亜鉛
から選ばれる１つを基板として成長されている。 （５） メサ構造を形成する際に、金属膜およびＳｉＯ
2 膜を積層した構造をマスクとし、選択成長を行なう、
等である。
本発明の実施形態としての必須要件は、以下の通りであ
る。 （１） メサ構造を具備し、該メサ構造の上段面表面と
下段面表面とに一対の電極を具備する半導体素子におい
て、前記下段面表面の電極直下の半導体表面側及びメサ
底部側の側面の半導体層表面側の不純物濃度を、下段部
表面電極直下の半導体層の裏面側より高くした点で、例
えば５×１０18ｃｍ-3以上にしている。 （２） 半導体層がＢx Ｉｎy Ａｌz Ｇａ(1-x-y-z) Ｎ
（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）である。 （３） 高濃度含まれる不純物が、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｓ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｃ、Ｂａ、
Ｍｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄから選ばれる少な
くとも１つである。 （４） 半導体Ｐ1 がサファイア、スピネル、酸化亜鉛
から選ばれる１つを基板として成長されている。 （５） メサ構造を形成する際に、金属膜およびＳｉＯ
2 膜を積層した構造をマスクとし、選択成長を行なう、
等である。
【０００７】
【実施例】以下に図を参照しながら、本発明の実施例を
説明する。 （実施例１）図１に本発明の第１の実施例であって、発
光ダイオード１００の構造断面図である。発光ダイオー
ド１００は、ｃ面を主面とするサファイア１０１を基板
として有しており、その上に周知のＭＯＣＶＤ法を用い
て積層構造が形成されている。図１中の点で示した領域
１２０および斜線で示した領域１２１がＳｉの高濃度領
域、具体的には２×１０19ｃｍ-3以上の濃度の領域であ
る。このうち、領域１２１が本発明の主眼であるもの
で、この領域１２１を設けることで電界集中がなくな
る。なお領域１２０は横方向の抵抗を小さくし、且つオ
ーミック接触抵抗も小さくできるという効果がある。
説明する。 （実施例１）図１に本発明の第１の実施例であって、発
光ダイオード１００の構造断面図である。発光ダイオー
ド１００は、ｃ面を主面とするサファイア１０１を基板
として有しており、その上に周知のＭＯＣＶＤ法を用い
て積層構造が形成されている。図１中の点で示した領域
１２０および斜線で示した領域１２１がＳｉの高濃度領
域、具体的には２×１０19ｃｍ-3以上の濃度の領域であ
る。このうち、領域１２１が本発明の主眼であるもの
で、この領域１２１を設けることで電界集中がなくな
る。なお領域１２０は横方向の抵抗を小さくし、且つオ
ーミック接触抵抗も小さくできるという効果がある。
【０００８】以下に発光ダイオード１００の製造方法を
順に説明する。まず、有機溶剤および酸によって洗浄さ
れたサファイア基板１０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内
の高周波によって加熱されうるサセプタ上に装着した。
順に説明する。まず、有機溶剤および酸によって洗浄さ
れたサファイア基板１０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内
の高周波によって加熱されうるサセプタ上に装着した。
【０００９】次に、常圧で水素を１０Ｌ／分の流量で流
しながら、温度１１００℃で約１０分間、気相エッチン
グを施し、表面にできた自然酸化膜を除去した。次に、
サファイア基板１０１を５５０℃まで降温し、水素を１
５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分アンモニアを１０Ｌ／分、Ｔ
ＭＧを２５ｃｃ／分の流量で約４分間流すことにより、
約２０ｎｍのＧａＮバッファ層１０２を形成した。
しながら、温度１１００℃で約１０分間、気相エッチン
グを施し、表面にできた自然酸化膜を除去した。次に、
サファイア基板１０１を５５０℃まで降温し、水素を１
５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分アンモニアを１０Ｌ／分、Ｔ
ＭＧを２５ｃｃ／分の流量で約４分間流すことにより、
約２０ｎｍのＧａＮバッファ層１０２を形成した。
【００１０】次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、サフ
ァイア基板１０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ
／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１００ｃｃ／分、水素によって１０ｐｐｍに希釈し
たＳｉＨ4 を３ｃｃ／分の流量で約６０分間流すことに
より、厚さ約２μｍのＳｉドープのｎ型ＧａＮ層１０３
を形成した。
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、サフ
ァイア基板１０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ
／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１００ｃｃ／分、水素によって１０ｐｐｍに希釈し
たＳｉＨ4 を３ｃｃ／分の流量で約６０分間流すことに
より、厚さ約２μｍのＳｉドープのｎ型ＧａＮ層１０３
を形成した。
【００１１】この後、ＴＭＧおよびＳｉＨ4 の供給を停
止した状態で３５０℃まで降温し、さらに３５０℃で水
素およびアンモニアの供給を停止し室温まで冷却し、反
応室から成長ウエハーを取り出した。
止した状態で３５０℃まで降温し、さらに３５０℃で水
素およびアンモニアの供給を停止し室温まで冷却し、反
応室から成長ウエハーを取り出した。
【００１２】このウエハーの表面にフォトエッチングプ
ロセスによって厚さ１００ｎｍのＳｉ膜および厚さ５０
０ｎｍのＳｉＯ2 膜をこの順で部分的に形成した。形成
する方法はフォトエッチングプロセスなどによるのが望
ましい。このＳｉ膜が、成長中の温度プロセスにより拡
散し、ｎ型ＧａＮ層１０３の表面近傍に高濃度領域を形
成する。
ロセスによって厚さ１００ｎｍのＳｉ膜および厚さ５０
０ｎｍのＳｉＯ2 膜をこの順で部分的に形成した。形成
する方法はフォトエッチングプロセスなどによるのが望
ましい。このＳｉ膜が、成長中の温度プロセスにより拡
散し、ｎ型ＧａＮ層１０３の表面近傍に高濃度領域を形
成する。
【００１３】次に、このウエハーをＭＯＣＶＤ装置内の
サセプタ上に戻した。次に、成長ウエハーの温度を約３
分かけて、１１００℃まで昇温した。この時の雰囲気ガ
スは、１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０
Ｌ／分である。
サセプタ上に戻した。次に、成長ウエハーの温度を約３
分かけて、１１００℃まで昇温した。この時の雰囲気ガ
スは、１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０
Ｌ／分である。
【００１４】次に、ウエハー温度を１１００℃に保持
し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを
１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を３ｃ
ｃ／分の流量で約６０分間流すことにより、厚さ約２μ
ｍのＳｉドープのｎ型ＧａＮ層１０４を選択成長した。
次に、ＳｉＨ4 を１００ｃｃ／分の流量のＣｐ2 Ｍｇに
換え、さらに３０分流すことにより、厚さ１μｍのｐ型
ＧａＮ層１０５を形成した。この１時間３０分の間にＳ
ｉ膜のｎ型ＧａＮ層中への拡散が生じ、高濃度領域１２
０および１２１ができる。
し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを
１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を３ｃ
ｃ／分の流量で約６０分間流すことにより、厚さ約２μ
ｍのＳｉドープのｎ型ＧａＮ層１０４を選択成長した。
次に、ＳｉＨ4 を１００ｃｃ／分の流量のＣｐ2 Ｍｇに
換え、さらに３０分流すことにより、厚さ１μｍのｐ型
ＧａＮ層１０５を形成した。この１時間３０分の間にＳ
ｉ膜のｎ型ＧａＮ層中への拡散が生じ、高濃度領域１２
０および１２１ができる。
【００１５】なお高濃度領域１２０及び１２１はイオン
注入によりＳｉ等をドープし、その後熱処理して表面濃
度をある程度低くすることも可能である。この場合、高
濃度領域１２１の表面が例えば５×２０18ｃｍ3 、その
内部を２×１０19ｃｍ-3程度にできる為、その角部の電
界集中をさらに押えることができるし、又リーク電流も
抑制可能である。
注入によりＳｉ等をドープし、その後熱処理して表面濃
度をある程度低くすることも可能である。この場合、高
濃度領域１２１の表面が例えば５×２０18ｃｍ3 、その
内部を２×１０19ｃｍ-3程度にできる為、その角部の電
界集中をさらに押えることができるし、又リーク電流も
抑制可能である。
【００１６】また高濃度領域１２０及び１２１を形成す
る不純物は、Ｓｉ以外Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅ等のｎ型を
構成するものであれば良く、そして高濃度領域１２０に
形成する電極もオーミック接触可能なＡｕ−Ｓｉ、Ａｕ
−Ｇｅ等種々選択できる。
る不純物は、Ｓｉ以外Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅ等のｎ型を
構成するものであれば良く、そして高濃度領域１２０に
形成する電極もオーミック接触可能なＡｕ−Ｓｉ、Ａｕ
−Ｇｅ等種々選択できる。
【００１７】さらに高濃度領域１２０及び１２１の不純
物濃度は５×１０18ｃｍ-3以上であれば良く、望ましく
は２×１０19ｃｍ-3以上が良い。比較例として、従来の
方法で作製した発光ダイオード２００構造断面図を図２
に示す。図２の構造は、サファイア基板２０１上にＧａ
Ｎバッファ層２０２からｐ型ＧａＮ層２０５までを、図
１の１０２から１０５までと同じ厚さとなるように、ま
た、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から途中で取り出すこと
なしに積層した。この時、ｎ型ＧａＮ層２０３と２０４
との間には、成長中断等の操作は加えていないが、図２
では説明のためにこの領域を２つに分けた。比較例では
ｎ型電極を形成するために、２０５までの層を積層した
後、エッチングによってｎ型ＧａＮ層２０３が露出する
まで上部層２０５および２０４を除去した。このような
方法で作製した素子であるので、露出したｎ型ＧａＮ層
２０３の表面近傍にはＳｉの高濃度領域は存在しない。
このようにして２つの方法で作製した素子を比較する
と、素子２００に比べて素子１００の方が信頼性が高
く、約３倍、素子寿命に改善が見られた。これはＳｉの
高濃度領域１２０および１２１の存在によるものであ
る。
物濃度は５×１０18ｃｍ-3以上であれば良く、望ましく
は２×１０19ｃｍ-3以上が良い。比較例として、従来の
方法で作製した発光ダイオード２００構造断面図を図２
に示す。図２の構造は、サファイア基板２０１上にＧａ
Ｎバッファ層２０２からｐ型ＧａＮ層２０５までを、図
１の１０２から１０５までと同じ厚さとなるように、ま
た、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から途中で取り出すこと
なしに積層した。この時、ｎ型ＧａＮ層２０３と２０４
との間には、成長中断等の操作は加えていないが、図２
では説明のためにこの領域を２つに分けた。比較例では
ｎ型電極を形成するために、２０５までの層を積層した
後、エッチングによってｎ型ＧａＮ層２０３が露出する
まで上部層２０５および２０４を除去した。このような
方法で作製した素子であるので、露出したｎ型ＧａＮ層
２０３の表面近傍にはＳｉの高濃度領域は存在しない。
このようにして２つの方法で作製した素子を比較する
と、素子２００に比べて素子１００の方が信頼性が高
く、約３倍、素子寿命に改善が見られた。これはＳｉの
高濃度領域１２０および１２１の存在によるものであ
る。
【００１８】（実施例２）図３に本発明の第２の実施例
である半導体レーザ３００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ３００は、ａ面を主面とし、側面がＭ面とＣ面とな
るサファイア３０１を基板として有しており、その上に
内部電流狭窄構造によるレーザ構造が形成されている。
積層構造の形成は、第１の実施例と同じく、ＭＯＣＶＤ
法を用いたが、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法やハイ
ドライド原料を用いたＣＶＤ法を用いることも可能であ
る。
である半導体レーザ３００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ３００は、ａ面を主面とし、側面がＭ面とＣ面とな
るサファイア３０１を基板として有しており、その上に
内部電流狭窄構造によるレーザ構造が形成されている。
積層構造の形成は、第１の実施例と同じく、ＭＯＣＶＤ
法を用いたが、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法やハイ
ドライド原料を用いたＣＶＤ法を用いることも可能であ
る。
【００１９】以下に、半導体レーザ３００の製造方法を
順に説明する。まず、有機洗浄、酸洗浄によって処理し
たサファイア基板３０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に
載置され、高周波によって加熱されるサセプタ上に装着
した。次に常圧で水素を１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら、温度１１００℃で約１０分間、気相エッチングを施
し、表面にできた自然酸化膜を除去した。
順に説明する。まず、有機洗浄、酸洗浄によって処理し
たサファイア基板３０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に
載置され、高周波によって加熱されるサセプタ上に装着
した。次に常圧で水素を１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら、温度１１００℃で約１０分間、気相エッチングを施
し、表面にできた自然酸化膜を除去した。
【００２０】次に、温度を５３０℃まで降温し、水素を
１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の流量で約４分間流すことに
より、約５０ｎｍのＧａＮバッファ層３０２を形成し
た。
１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の流量で約４分間流すことに
より、約５０ｎｍのＧａＮバッファ層３０２を形成し
た。
【００２１】次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、１１
００℃まで昇温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／
分、水素によって１０ｐｐｍに希釈したＳｉＨ4 を３ｃ
ｃ／分の流量で約１３０分間流すことにより、厚さ約４
μｍのｎ型ＧａＮ層３０３を形成した。本実施例におい
ては、ｎ型ＧａＮ層３０３をバッファ層３０２の上に直
接形成したが、結晶性の向上という観点からは、厚さ２
μｍ程度のアンドープＧａＮ層を介在させる方が望まし
い。
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、１１
００℃まで昇温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／
分、水素によって１０ｐｐｍに希釈したＳｉＨ4 を３ｃ
ｃ／分の流量で約１３０分間流すことにより、厚さ約４
μｍのｎ型ＧａＮ層３０３を形成した。本実施例におい
ては、ｎ型ＧａＮ層３０３をバッファ層３０２の上に直
接形成したが、結晶性の向上という観点からは、厚さ２
μｍ程度のアンドープＧａＮ層を介在させる方が望まし
い。
【００２２】次に、ここまで成長したウエハーを窒素中
で室温まで冷却し、ＭＯＣＶＤ装置から取り出した。こ
のウエハーにメタルマスク等を用いて、厚さ５０ｎｍの
Ｔｉ膜と、厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2 膜をこの順で部分
的に積層した。本実施例ではメタルマスクなどによる選
択形成を行なったが、フォトエッチングプロセスなどの
方法を用いることも可能である。
で室温まで冷却し、ＭＯＣＶＤ装置から取り出した。こ
のウエハーにメタルマスク等を用いて、厚さ５０ｎｍの
Ｔｉ膜と、厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2 膜をこの順で部分
的に積層した。本実施例ではメタルマスクなどによる選
択形成を行なったが、フォトエッチングプロセスなどの
方法を用いることも可能である。
【００２３】このように部分的にｎ型ＧａＮ層３０３が
露出したウエハーを再びＭＯＣＶＤ装置内のサセプタ上
に載置した。このウエハーを１１００℃まで昇温し、水
素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ
／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を３ｃｃ／分
の流量で約３０分間流すことにより、厚さ約１μｍのｎ
型ＧａＮ層３０４を形成した。次に、これらの原料に流
量５０ｃｃ／分のＴＭＡを追加し、約１０分間流すこと
により厚さ０．２μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３０
５を形成した。次に、ＴＭＡとＳｉＨ4 の供給を停止
し、約３分間流すことにより、厚さ０．１μｍのＧａＮ
ガイド層３０６を形成した。
露出したウエハーを再びＭＯＣＶＤ装置内のサセプタ上
に載置した。このウエハーを１１００℃まで昇温し、水
素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ
／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を３ｃｃ／分
の流量で約３０分間流すことにより、厚さ約１μｍのｎ
型ＧａＮ層３０４を形成した。次に、これらの原料に流
量５０ｃｃ／分のＴＭＡを追加し、約１０分間流すこと
により厚さ０．２μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３０
５を形成した。次に、ＴＭＡとＳｉＨ4 の供給を停止
し、約３分間流すことにより、厚さ０．１μｍのＧａＮ
ガイド層３０６を形成した。
【００２４】次に、窒素を２０Ｌ／分、アンモニアを１
０Ｌ／分の流量で流しながら、温度を８００℃まで降温
した。この温度で窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを１
０Ｌ／分、ＴＭＧを１０ｃｃ／分の流量で固定し、ＴＭ
Ｉを５０ｃｃ／分の流量で約１分、４６０ｃｃ／分の流
量で約３０秒という組み合わせを５回行ない、最後に５
０ｃｃ／分で約３分間流し、Ｉｎ組成５％で厚さ４ｎｍ
の障壁層とＩｎ組成２０％で厚さ２ｎｍの井戸層を有す
る５周期の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活性層
３０７を形成した。
０Ｌ／分の流量で流しながら、温度を８００℃まで降温
した。この温度で窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを１
０Ｌ／分、ＴＭＧを１０ｃｃ／分の流量で固定し、ＴＭ
Ｉを５０ｃｃ／分の流量で約１分、４６０ｃｃ／分の流
量で約３０秒という組み合わせを５回行ない、最後に５
０ｃｃ／分で約３分間流し、Ｉｎ組成５％で厚さ４ｎｍ
の障壁層とＩｎ組成２０％で厚さ２ｎｍの井戸層を有す
る５周期の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活性層
３０７を形成した。
【００２５】次に、窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを
１０Ｌ／分の流量で流しながら約３分間で１１００℃ま
で昇温した後、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、ア
ンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ
2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で３分間流すことにより、
厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮガイド層３０８を形成し
た。さらに、この原料にＴＭＡ５０ｃｃ／分を加え、約
１０分間流すことにより、厚さ０．２μｍのｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層３０９を形成した。これに引き続いてＴ
ＭＡの供給を停止し、残りの原料ガスを約１５分間流す
ことにより、厚さ約０．５μｍのｐ型ＧａＮ層３１０を
形成した。次に、Ｃｐ2 Ｍｇを３ｃｃ／分の流量のＳｉ
Ｈ4 に切り換え、さらに１５分流すことにより、ｎ型Ｇ
ａＮ電流阻止層３１１を形成した。ここまで成長したウ
エハーを再び室温まで冷却し、ＭＯＣＶＤ装置から取り
出した。
１０Ｌ／分の流量で流しながら約３分間で１１００℃ま
で昇温した後、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、ア
ンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ
2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で３分間流すことにより、
厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮガイド層３０８を形成し
た。さらに、この原料にＴＭＡ５０ｃｃ／分を加え、約
１０分間流すことにより、厚さ０．２μｍのｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層３０９を形成した。これに引き続いてＴ
ＭＡの供給を停止し、残りの原料ガスを約１５分間流す
ことにより、厚さ約０．５μｍのｐ型ＧａＮ層３１０を
形成した。次に、Ｃｐ2 Ｍｇを３ｃｃ／分の流量のＳｉ
Ｈ4 に切り換え、さらに１５分流すことにより、ｎ型Ｇ
ａＮ電流阻止層３１１を形成した。ここまで成長したウ
エハーを再び室温まで冷却し、ＭＯＣＶＤ装置から取り
出した。
【００２６】このウエハーのｎ型層３１１をＳｉＯ2 膜
およびレジスト膜でマスクし、Ｃｌ2 ガスなどを用いた
ドライエッチング法によって幅５μｍ、長さ５００μｍ
の長方形領域をエッチング除去した。この時、レーザの
共振器端面がＭ面となるように設定した。すなわち、長
方形領域はＭ軸方向に５００μｍ、Ｃ軸方向に５μｍの
長さを有している。このウエハーの表面につけたレジス
ト膜を有機溶剤などを用いて除去した後、再度ＭＯＣＶ
Ｄ装置内に戻し、窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを１
０Ｌ／分の流量で流しながら約３分間かけて５５０℃ま
で昇温した。この温度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ
／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／
分、Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約４分間流すこ
とにより、厚さ約５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層３１２を形成
した。ここで形成した直後のＧａＮ層３１２はｃ軸に配
向性を有した多結晶体であった。
およびレジスト膜でマスクし、Ｃｌ2 ガスなどを用いた
ドライエッチング法によって幅５μｍ、長さ５００μｍ
の長方形領域をエッチング除去した。この時、レーザの
共振器端面がＭ面となるように設定した。すなわち、長
方形領域はＭ軸方向に５００μｍ、Ｃ軸方向に５μｍの
長さを有している。このウエハーの表面につけたレジス
ト膜を有機溶剤などを用いて除去した後、再度ＭＯＣＶ
Ｄ装置内に戻し、窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを１
０Ｌ／分の流量で流しながら約３分間かけて５５０℃ま
で昇温した。この温度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ
／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／
分、Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約４分間流すこ
とにより、厚さ約５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層３１２を形成
した。ここで形成した直後のＧａＮ層３１２はｃ軸に配
向性を有した多結晶体であった。
【００２７】次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で１１００℃まで昇
温した。この温度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／
分、Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約６０分間流す
ことにより、厚さ約２μｍのｐ型ＧａＮ層３１３を形成
した。
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で１１００℃まで昇
温した。この温度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／
分、Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約６０分間流す
ことにより、厚さ約２μｍのｐ型ＧａＮ層３１３を形成
した。
【００２８】次に窒素を２０Ｌ／分、アンモニアを１０
Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを１５０
ｃｃ／分の流量で６分間流すことにより、厚さ約０．２
μｍの高濃度ｐ型ＧａＮコンタクト層３１４を形成し
た。この後、窒素のみを１０Ｌ／分流しながら、室温ま
で冷却し、反応室から成長ウエハーを取り出した。この
ような温度過程により、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜はｎ型層
３０３および再成長層３０４内に拡散し、Ｔｉの高濃度
領域３３０が形成される。この表面の一部にｎ型電極３
２０を、ｐ型層３１４上にｐ型電極を形成した。ｎ型電
極の材料としては、本実施例においてはＴｉがｎ型層３
０３に接する形が最も望ましいが、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｕ、
Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎなどの単層、積層構造、あるい
はこれらの合金を用いることも可能である。逆に、選択
成長のマスクとして、これらの金属を用いることも可能
である。いずれの場合においても、高濃度に含まれた不
純物種と、ＧａＮに接触する部分の電極材料とが同じ金
属であることが最も望ましい。
Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを１５０
ｃｃ／分の流量で６分間流すことにより、厚さ約０．２
μｍの高濃度ｐ型ＧａＮコンタクト層３１４を形成し
た。この後、窒素のみを１０Ｌ／分流しながら、室温ま
で冷却し、反応室から成長ウエハーを取り出した。この
ような温度過程により、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜はｎ型層
３０３および再成長層３０４内に拡散し、Ｔｉの高濃度
領域３３０が形成される。この表面の一部にｎ型電極３
２０を、ｐ型層３１４上にｐ型電極を形成した。ｎ型電
極の材料としては、本実施例においてはＴｉがｎ型層３
０３に接する形が最も望ましいが、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｕ、
Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎなどの単層、積層構造、あるい
はこれらの合金を用いることも可能である。逆に、選択
成長のマスクとして、これらの金属を用いることも可能
である。いずれの場合においても、高濃度に含まれた不
純物種と、ＧａＮに接触する部分の電極材料とが同じ金
属であることが最も望ましい。
【００２９】これらの電極３２０および３２１の上にボ
ンディングの密着性を高めるために、厚さ約５ｎｍのＣ
ｒと厚さ約１μｍのＡｕとをこの順で積層し、電極パッ
ドとした。ここにＡｕなどによるボンディングすること
により、素子は動作する。
ンディングの密着性を高めるために、厚さ約５ｎｍのＣ
ｒと厚さ約１μｍのＡｕとをこの順で積層し、電極パッ
ドとした。ここにＡｕなどによるボンディングすること
により、素子は動作する。
【００３０】電極形成まで終了した素子は、サファイア
基板３０１の裏面（素子が形成された側と反対側の面）
を６０μｍ以下の厚さまで研磨し、Ｍ軸方向に長さ約５
００μｍ、Ｃ軸方向に長さ８００μｍの大きさに素子を
分離した。共振器端面を形成するＭ軸方向の分離は基板
側からのラインスクライブにより行なうことが望まれる
が、側面となるＣ軸方向の分離はスクライブによる開で
もよいし、ダイシングによる分離でもよい。
基板３０１の裏面（素子が形成された側と反対側の面）
を６０μｍ以下の厚さまで研磨し、Ｍ軸方向に長さ約５
００μｍ、Ｃ軸方向に長さ８００μｍの大きさに素子を
分離した。共振器端面を形成するＭ軸方向の分離は基板
側からのラインスクライブにより行なうことが望まれる
が、側面となるＣ軸方向の分離はスクライブによる開で
もよいし、ダイシングによる分離でもよい。
【００３１】この後、レーザの端面となるＭ面にＳｉＯ
2 とＴｉＯ2 とからなる多層膜を形成し、レーザ端面反
射率の向上を図った。このようにして作製した半導体レ
ーザ３００はしきい電流密度２ｋＡ／ｃｍ2で動作し
た。発振波長は活性層３０７の平均的なＩｎ組成に依存
するが、３９０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長で発振させるこ
とが可能である。
2 とＴｉＯ2 とからなる多層膜を形成し、レーザ端面反
射率の向上を図った。このようにして作製した半導体レ
ーザ３００はしきい電流密度２ｋＡ／ｃｍ2で動作し
た。発振波長は活性層３０７の平均的なＩｎ組成に依存
するが、３９０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長で発振させるこ
とが可能である。
【００３２】本実施例においては、Ｍ面が共振器端面と
なるように素子の形成を行なったが、主面ａ面内にはへ
き開性の高いＲ面が存在するので、この面を共振器端面
となるように素子形成を行なうことも可能である。この
時には素子の特性としては、大きな差異は見られない
が、歩留まりに３０％程度の改善が見られた。
なるように素子の形成を行なったが、主面ａ面内にはへ
き開性の高いＲ面が存在するので、この面を共振器端面
となるように素子形成を行なうことも可能である。この
時には素子の特性としては、大きな差異は見られない
が、歩留まりに３０％程度の改善が見られた。
【００３３】図４は本発明の第２の実施例の変形例であ
り、埋め込み型構造を用いたものである。層構造は第２
の実施例と類似し、図３の３０１から３１０まで図４の
４０１から４１０までに対応している。また図３の３１
２から３１４が図４の４１１から４１３にそれぞれ対応
している。図４における４３０はＺｎを添加したｉ型Ｇ
ａＮ層で、電流を阻止する働きをする。この部分は、ｎ
ｐの逆接合を用いてもいいし、絶縁物を用いることも可
能である。電極についても図３の中の３２０および３２
１は、図４中の４２０および４２１に対応している。こ
のような構造を取ることにより、電流の集中をさらに図
ることができ、しきい電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ2 まで
低減できた。
り、埋め込み型構造を用いたものである。層構造は第２
の実施例と類似し、図３の３０１から３１０まで図４の
４０１から４１０までに対応している。また図３の３１
２から３１４が図４の４１１から４１３にそれぞれ対応
している。図４における４３０はＺｎを添加したｉ型Ｇ
ａＮ層で、電流を阻止する働きをする。この部分は、ｎ
ｐの逆接合を用いてもいいし、絶縁物を用いることも可
能である。電極についても図３の中の３２０および３２
１は、図４中の４２０および４２１に対応している。こ
のような構造を取ることにより、電流の集中をさらに図
ることができ、しきい電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ2 まで
低減できた。
【００３４】（実施例３）図５に本発明の第３の実施例
である半導体レーザ５００の構造断面図を示す。本実施
例では、これまでｐ型電極の接触抵抗が高いことから実
現が困難であったｎアップ構造の例を示す。なお、成長
条件等については第１および第２の実施例に準ずるので
省略し、各層の材料と、それらの働きについてのみ述べ
る。
である半導体レーザ５００の構造断面図を示す。本実施
例では、これまでｐ型電極の接触抵抗が高いことから実
現が困難であったｎアップ構造の例を示す。なお、成長
条件等については第１および第２の実施例に準ずるので
省略し、各層の材料と、それらの働きについてのみ述べ
る。
【００３５】５０１はｃ面を主面としたサファイア基板
である。５０２は厚さ２０ｎｍのＡｌＮバッファ層であ
る。成長温度は、上部の単結晶層よりも低いことが望ま
しい。５０３はｐ型ＧａＮ層であり、キャリア濃度は２
×１０18ｃｍ-3以上あることが望ましい。また、厚さは
横方向の抵抗を考えると厚い方が好ましいが、現実的に
は２μｍ程度以上であれば、素子としての障害はそれほ
ど生じない。５０４は再成長層の結晶性を向上させるた
めのバッファ層である。電気的な抵抗を考えると、ｐ型
のＧａＮあるいはＩｎＧａＮであることが望ましい。５
０５はｐ型のＧａＮ層である。再成長界面からの影響が
ない程度の厚さが必要であるが、厚すぎるとその分が抵
抗として働くので、０．３μｍ以上２μｍ以下であるこ
とが望ましい。５０６はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層で、
キャリア濃度はＡｌの組成比にもよるが、１×１０17ｃ
ｍ-3以上あることが望ましい。Ａｌの組成は５％以上で
あることが望まれるが、一方でＡｌ組成が高すぎるとク
ラックを生じやすくなるため、この要件からは２０％以
下であることが望まれる。また、この層は光の閉じ込め
にも有効に働くため、Ａｌ組成が１５％程度で０．３μ
ｍ以上の厚さが望ましい。５０７はｐ型のガイド層で、
クラッド層とともに光のしみだしを防ぐものである。本
実施例ではｐ型としたが、アンドープであることも可能
である。５０８は活性層で、本実施例では３周期のＧａ
Ｎ／ＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比１５％）ＭＱＷ構造を用い
た。５０９はアンドープのガイド層である。ＧａＮ系材
料はアンドープでもｎ型を示すので、Ｓｉを添加する必
要性は特にはない。なお、ガイド層５０７および５０９
にはＩｎを活性層の平均組成以下の範囲で添加すること
も可能である。５１０はｎ型ＡｌＧａＮクラッド層であ
る。キャリア濃度はＡｌの組成比にもよるが、１×１０
17ｃｍ-3以上あることが望ましい。５１１はｎ型ＧａＮ
コンタクト層である。キャリア濃度は高い方が電極との
接触抵抗の低減という点からは望ましいが、不純物であ
るＳｉを多く含有することは結晶の品質を低下させるこ
とにつながるので、実際には２×１０18ｃｍ-3以上２×
１０20ｃｍ-3以下であることが望ましい。５２０はｎ型
電極、５２１はｐ型電極である。本実施例では、選択成
長のマスクとして、Ｉｎ膜とＳｉＯ2 膜との積層構造を
用いた。このことから５４０はＩｎが多く含まれたＧａ
Ｎ層である。この領域はＩｎＧａＮのように単結晶化し
ていることが望ましいが、必ずしも必要要件ではない。
また、ｐ型電極５２１として本実施例ではＭｇを１％程
度含有したＡｕを用いたが、これらの金属の他に、Ｎ
ｉ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎなどの単層、積層構
造、あるいはこれらの合金を用いることも可能である。
また、逆に、選択成長のマスクとして、これらの金属を
用いることも可能である。いずれの場合においても、高
濃度に含まれた不純物種と、ＧａＮに接触する部分の電
極材料とが同じ金属であることが最も望ましいことは第
２の実施例で述べたとおりである。
である。５０２は厚さ２０ｎｍのＡｌＮバッファ層であ
る。成長温度は、上部の単結晶層よりも低いことが望ま
しい。５０３はｐ型ＧａＮ層であり、キャリア濃度は２
×１０18ｃｍ-3以上あることが望ましい。また、厚さは
横方向の抵抗を考えると厚い方が好ましいが、現実的に
は２μｍ程度以上であれば、素子としての障害はそれほ
ど生じない。５０４は再成長層の結晶性を向上させるた
めのバッファ層である。電気的な抵抗を考えると、ｐ型
のＧａＮあるいはＩｎＧａＮであることが望ましい。５
０５はｐ型のＧａＮ層である。再成長界面からの影響が
ない程度の厚さが必要であるが、厚すぎるとその分が抵
抗として働くので、０．３μｍ以上２μｍ以下であるこ
とが望ましい。５０６はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層で、
キャリア濃度はＡｌの組成比にもよるが、１×１０17ｃ
ｍ-3以上あることが望ましい。Ａｌの組成は５％以上で
あることが望まれるが、一方でＡｌ組成が高すぎるとク
ラックを生じやすくなるため、この要件からは２０％以
下であることが望まれる。また、この層は光の閉じ込め
にも有効に働くため、Ａｌ組成が１５％程度で０．３μ
ｍ以上の厚さが望ましい。５０７はｐ型のガイド層で、
クラッド層とともに光のしみだしを防ぐものである。本
実施例ではｐ型としたが、アンドープであることも可能
である。５０８は活性層で、本実施例では３周期のＧａ
Ｎ／ＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比１５％）ＭＱＷ構造を用い
た。５０９はアンドープのガイド層である。ＧａＮ系材
料はアンドープでもｎ型を示すので、Ｓｉを添加する必
要性は特にはない。なお、ガイド層５０７および５０９
にはＩｎを活性層の平均組成以下の範囲で添加すること
も可能である。５１０はｎ型ＡｌＧａＮクラッド層であ
る。キャリア濃度はＡｌの組成比にもよるが、１×１０
17ｃｍ-3以上あることが望ましい。５１１はｎ型ＧａＮ
コンタクト層である。キャリア濃度は高い方が電極との
接触抵抗の低減という点からは望ましいが、不純物であ
るＳｉを多く含有することは結晶の品質を低下させるこ
とにつながるので、実際には２×１０18ｃｍ-3以上２×
１０20ｃｍ-3以下であることが望ましい。５２０はｎ型
電極、５２１はｐ型電極である。本実施例では、選択成
長のマスクとして、Ｉｎ膜とＳｉＯ2 膜との積層構造を
用いた。このことから５４０はＩｎが多く含まれたＧａ
Ｎ層である。この領域はＩｎＧａＮのように単結晶化し
ていることが望ましいが、必ずしも必要要件ではない。
また、ｐ型電極５２１として本実施例ではＭｇを１％程
度含有したＡｕを用いたが、これらの金属の他に、Ｎ
ｉ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎなどの単層、積層構
造、あるいはこれらの合金を用いることも可能である。
また、逆に、選択成長のマスクとして、これらの金属を
用いることも可能である。いずれの場合においても、高
濃度に含まれた不純物種と、ＧａＮに接触する部分の電
極材料とが同じ金属であることが最も望ましいことは第
２の実施例で述べたとおりである。
【００３６】図６は第３の実施例の応用として、発光ダ
イオードに適用した例である。６０１はサファイア基
板、６０２はＧａＮバッファ層、６０３はｐ型ＧａＮ
層、６０４は再成長を行なうためのｐ型ＧａＮバッファ
層、６０５はｐ型ＡｌＧａＮ注入層、６０６は発光層
で、ＳｉとＺｎとを添加したＩｎＧａＮであることも可
能であるし、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）からなる
ＭＱＷ、あるいはＳＱＷ（単一量子井戸構造）でも可能
である。６０７はｎ型ＧａＮ注入層である。電流のオー
バーフローを防止するために、Ａｌを加えることも可能
である。６０８はｎ型ＧａＮコンタクト層である。キャ
リア濃度は６０７よりも高いことが望まれる。この層
は、注入層６０７にオーミックコンタクトが取りにくい
場合には必要であり、６０７に対して低抵抗のオーミッ
ク電極が形成できる場合には特に必要ではない。
イオードに適用した例である。６０１はサファイア基
板、６０２はＧａＮバッファ層、６０３はｐ型ＧａＮ
層、６０４は再成長を行なうためのｐ型ＧａＮバッファ
層、６０５はｐ型ＡｌＧａＮ注入層、６０６は発光層
で、ＳｉとＺｎとを添加したＩｎＧａＮであることも可
能であるし、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）からなる
ＭＱＷ、あるいはＳＱＷ（単一量子井戸構造）でも可能
である。６０７はｎ型ＧａＮ注入層である。電流のオー
バーフローを防止するために、Ａｌを加えることも可能
である。６０８はｎ型ＧａＮコンタクト層である。キャ
リア濃度は６０７よりも高いことが望まれる。この層
は、注入層６０７にオーミックコンタクトが取りにくい
場合には必要であり、６０７に対して低抵抗のオーミッ
ク電極が形成できる場合には特に必要ではない。
【００３７】図７は第３の実施例の変形として、リッジ
型の半導体レーザを形成した例である。図７中の７０１
から７１１はそれぞれ図５中の５０１から５１１に対応
している。また、７２０はｎ型電極であり、７２１はｐ
型電極である。本変形例では、ｐ型電極の接触抵抗をよ
り低減させるために、リッジ型（７０４から７１１、お
よび７２０）となっている部分の両側に電極を形成して
いる。このことにより、電界が角部により集中せずに素
子の動作を行なうことができ、この点では信頼性の向上
をはかることができた。
型の半導体レーザを形成した例である。図７中の７０１
から７１１はそれぞれ図５中の５０１から５１１に対応
している。また、７２０はｎ型電極であり、７２１はｐ
型電極である。本変形例では、ｐ型電極の接触抵抗をよ
り低減させるために、リッジ型（７０４から７１１、お
よび７２０）となっている部分の両側に電極を形成して
いる。このことにより、電界が角部により集中せずに素
子の動作を行なうことができ、この点では信頼性の向上
をはかることができた。
【００３８】図８に第４の実施例である半導体レーザ８
００の構造断面図を示す。半導体レーザ８００はＲ面を
主面とするサファイア基板８０１上に、ＡｌＮバッファ
層８０２を介してレーザのためのＧａＮ系材料による積
層構造が形成されている。ここで斜線部の８４０が本願
の主眼であるＳｅの高濃度領域である。Ｓｅはイオン注
入で導入し、注入後に損なわれた結晶性の回復を図るた
め、およびＳｅ濃度に適切な分布を持たせるために、８
００℃３０分の熱処理を施した。図９は図８中のＡ−
Ａ′上のＳｅの濃度プロファイルである。図９に示すよ
うにＳｅ濃度はおおまかに２段階になっている。このよ
うに不純物分布を制御することにより、電流経路を制御
し、さらなる改善をはかることができる。
００の構造断面図を示す。半導体レーザ８００はＲ面を
主面とするサファイア基板８０１上に、ＡｌＮバッファ
層８０２を介してレーザのためのＧａＮ系材料による積
層構造が形成されている。ここで斜線部の８４０が本願
の主眼であるＳｅの高濃度領域である。Ｓｅはイオン注
入で導入し、注入後に損なわれた結晶性の回復を図るた
め、およびＳｅ濃度に適切な分布を持たせるために、８
００℃３０分の熱処理を施した。図９は図８中のＡ−
Ａ′上のＳｅの濃度プロファイルである。図９に示すよ
うにＳｅ濃度はおおまかに２段階になっている。このよ
うに不純物分布を制御することにより、電流経路を制御
し、さらなる改善をはかることができる。
【００３９】本実施例においては、ｎ型層への電極形成
に対して本願の主旨である高不純物濃度領域を形成した
が、ｐ型層に対しても同様の効果が得られることはいう
までもない。不純物種については、ｎ型層中に高濃度領
域を形成する際にはＳｉ、Ｓ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ａ
ｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉを用いることが望ましく、ｐ型層
中に高濃度領域を形成する際にはＭｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄを用いることが望ましい。
に対して本願の主旨である高不純物濃度領域を形成した
が、ｐ型層に対しても同様の効果が得られることはいう
までもない。不純物種については、ｎ型層中に高濃度領
域を形成する際にはＳｉ、Ｓ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ａ
ｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉを用いることが望ましく、ｐ型層
中に高濃度領域を形成する際にはＭｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄを用いることが望ましい。
【００４０】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、メサ構造の下隅部に電界が集中することなく素子の
動作を行なえることから、素子の信頼性を向上させるこ
とができた。このことは、次世代の高詳細ＤＶＤのピッ
クアップとして本発明の実施例で述べたような半導体レ
ーザを搭載した際に、その信頼性を向上させるという点
で有効に働くものである。
ば、メサ構造の下隅部に電界が集中することなく素子の
動作を行なえることから、素子の信頼性を向上させるこ
とができた。このことは、次世代の高詳細ＤＶＤのピッ
クアップとして本発明の実施例で述べたような半導体レ
ーザを搭載した際に、その信頼性を向上させるという点
で有効に働くものである。
【図１】 第１の実施形態に関わる発光ダイオードの断
面構造図。
面構造図。
【図２】 第１の実施形態の比較例である発光ダイオー
ドの断面構造図。
ドの断面構造図。
【図３】 第２の実施形態に関わる、内部電流狭窄型半
導体レーザの断面構造図。
導体レーザの断面構造図。
【図４】 第２の実施形態の変形例である、埋め込み型
半導体レーザの断面構造図。
半導体レーザの断面構造図。
【図５】 第３の実施形態に関わる半導体レーザの断面
構造図。
構造図。
【図６】 第３の実施形態の応用例である、発光ダイオ
ードの構造断面図。
ードの構造断面図。
【図７】 第３の実施形態の変形例である、リッジ型半
導体レーザの断面構造図。
導体レーザの断面構造図。
【図８】 第４の実施形態に関わる半導体レーザの断面
構造図。
構造図。
【図９】 Ａ−Ａ′上のＳｅの濃度プロファイル。
１０１、２０１…サファイア基板 １０２、２０２…ＧａＮバッファ層 １０３、２０３…ｎ型ＧａＮ層 １０４、２０４…ｎ型ＧａＮ層 １０５、２０５…ｐ型ＧａＮ層 １１０、２１０…ｎ型電極 １１１、２１１…ｐ型電極 １２０、１２１…Ｓｉ高濃度領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 正行 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝 川崎事業所内 (72)発明者 波多腰 玄一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平６−97188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−280665（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−27636（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−148718（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】複数の半導体層が積層されてなり積層され
た前記半導体層が活性層を有するメサ構造を具備し、該
メサ構造の上段面表面と下段面表面とに一対の電極を具
備し、該一対の電極間に電流を流すことにより前記活性
層で発光が生じる半導体素子において、前記下段面表面
に設けられた電極の直下に位置する窒化ガリウム系化合
物からなる半導体層の表面側における不純物濃度及び前
記メサ構造の底部側の側面に位置する窒化ガリウム系化
合物からなる半導体層の表面側における不純物濃度が、
前記電極の直下に位置する半導体層の裏面側より高いこ
とを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】前記窒化ガリウム系化合物はＢx Ｉｎy Ａ
１z Ｇａ(1-x-y-z) Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体素子。 - 【請求項３】前記半導体層の不純物はＳｉ、Ｓ、Ｇｅ、
Ｓｅ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃ、Ｂａ、Ｓ
ｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄから選
ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１
又は２に記載の半導体素子。 - 【請求項４】前記半導体層はサファイア、スピネル、酸
化亜鉛から選ばれる１つからなる基板上に形成されてい
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
半導体素子。 - 【請求項５】サファイア基板上にＢx Ｉｎy Ａｌz Ｇａ
(1-x-y-z) Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）からなる半導体層
が積層され、積層された前記半導体層が活性層を含み且
つメサ構造をなし、該メサ構造の上段面表面と下段面表
面とに一対の電極を具備し、該一対の電極間に電流を流
すことにより前記活性層で発光が生じる半導体素子にお
いて、前記上段面表面の電極はＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｕ
−Ｚｎ、Ａｕ−Ｂｅから選ばれる少なくとも一種からな
り、その直下に位置する半導体層の表面側にはＺｎ、Ｍ
ｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｇｅ、Ｃの
少なくとも一種が含まれており、前記下段面表面の電極
はＡｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−
Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｅ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｔｉ、Ｐｔ−Ｓ
ｉ、Ｐｔ−Ｇｅから選ばれた少なくとも一種からなり、
その直下に位置するＢx Ｉｎy Ａ１z Ｇａ(1-x-y-z) Ｎ
（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）からなる半導体層の表面側及び
前記メサ構造の底部側の側面に位置するＢx Ｉｎy Ａ１
z Ｇａ(1-x-y-z) Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）からなる半
導体層の表面側にはＳｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｔｅ
の少なくとも一種が含まれ、前記下段面表面の電極の直
下に位置する半導体層の表面側における不純物濃度及び
前記メサ構造の底部側の側面に位置する半導体層の表面
側における不純物濃度は、前記下段面表面の電極の直下
に位置する半導体層の裏面側における不純物濃度より高
いことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項６】請求項５記載の積層される前記半導体層は
有機金属を用いた気相成長法で形成することを特徴とす
る半導体素子の製造方法。
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