JP3543628B2 - Method for growing nitride III-V compound semiconductor and method for manufacturing semiconductor light emitting device - Google Patents

Method for growing nitride III-V compound semiconductor and method for manufacturing semiconductor light emitting device Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法および半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下「ＧａＮ系半導体」ともいう）は、緑色から青色、さらには紫外線の領域にわたる発光が可能な発光素子や高周波電子素子および耐環境電子素子などの材料として有望である。特に、このＧａＮ系半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）が実用化されて以来、ＧａＮ系半導体は大きな注目を集めている。また、ＧａＮ系半導体を用いた半導体レーザの実現も報告され、光ディスク装置の光源をはじめとした応用が期待されている。このＧａＮ系半導体により発光素子や電子素子を製造する場合には、サファイア基板やＳｉＣ基板などの上にＧａＮ系半導体を多層に成長させる必要がある。ここで、ＧａＮ系半導体を用いた発光素子、例えばＧａＮ系半導体レーザにおいては、Ｉｎ組成に応じて可視領域で発光波長を調節することが可能であることから、活性層の材料として一般にＧａＩｎＮが用いられる。このようなＧａＩｎＮからなる活性層を有するＧａＮ系半導体レーザにおいては、通常、クラッド層や光導波層の材料としてＡｌＧａＮ、ＧａＮが用いられる。
【０００３】
しかしながら、Ｉｎを含む層であるＧａＩｎＮ層を成長させる際には、Ｉｎを含まない層であるＡｌＧａＮ層やＧａＮ層を成長させる場合に比べて低温で結晶成長を行わなければならない。これは、Ｉｎの蒸気圧が高いために結晶表面からの脱離速度が大きく、結晶中へのＩｎの取り込み効率が低下するためである。したがって、これまでＧａＮ系半導体レーザを製造する場合には、活性層に該当するＧａＩｎＮ層の成長を８００℃以下で行い、クラッド層や光導波層に該当するＡｌＧａＮ層やＧａＮ層の成長を１０００℃以上で行うといった具合に、活性層の成長の前後において成長温度を切り替える温度エンジニアリング（Temperature Engineering ）が用いられていた。
【０００４】
以下に、この温度エンジニアリングを用いた従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。図６は、この従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法によりレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させる際の成長温度プロファイルの一例を示す略線図である。ここでは、ＳＣＨ構造（Separate Confinement Heterostructure）を有するＧａＮ系半導体レーザを製造する場合について説明する。
【０００５】
すなわち、この従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法においては、ｃ面サファイア基板上に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により５６０℃程度の温度でアンドープＧａＮバッファ層を成長させた後、図６に示すように、成長温度をＡｌＧａＮやＧａＮの最適成長温度である１０００℃以上の温度、例えば１０２０℃に設定し、ＭＯＣＶＤ法により、このアンドープＧａＮバッファ層の上にアンドープＧａＮ層、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ光導波層を順次成長させる。次に、成長を中断して、成長温度をＧａＩｎＮの最適成長温度である８００℃以下の温度、例えば８００℃まで下げる。そして、成長温度が８００℃で安定したところで、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＩｎＮ光導波層の上にＧａＩｎＮ活性層を成長させる。次に、成長を中断し、成長温度を再び１０２０℃まで上げる。そして、成長温度が１０２０℃で安定したところで、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＩｎＮ活性層上にｐ型ＧａＮ光導波層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順次成長させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような温度エンジニアリングを用いた従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法では、ＧａＩｎＮ活性層の成長終了後、成長を中断して成長温度を８００℃から１０２０℃まで上げる際に、ＧａＩｎＮ活性層からＩｎが脱離して、このＧａＩｎＮ活性層の組成が変化したり結晶性が低下するという問題があった。また、成長温度を変化させるタイミングで成長中断を行う必要があるため、成長界面が不純物によって汚染されるという問題も発生する。このため、従来のＧａＮ系半導体レーザにおいては、高出力化、長寿命化、波長揺らぎの安定化などを図ることが困難であった。また、この場合、成長シーケンスが複雑となる上に、生産時のスループットが低下するという問題もあった。
【０００７】
そこで、これらの問題を解決するために、図７に示すように、８００℃でＧａＩｎＮ活性層を成長させた後、引き続き、８００℃でＡｌＧａＮキャップ層を成長させ、ＧａＩｎＮ活性層の表面をこのＡｌＧａＮキャップ層で覆い、しかる後に、成長温度を１０２０℃に上げて、ＡｌＧａＮキャップ層の上に、ｐ型ＧａＮ光導波層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＧａＮコンタクト層を成長させるようにした技術が提案されている（例えば特開平９−１１６１３０）。
【０００８】
しかしながら、この場合もやはり、ＧａＩｎＮ活性層の最適な成長温度は一般に８００℃以下のままであり、このような温度領域で成長されたＡｌＧａＮキャップ層は、その最適成長温度から２００℃以上も低い温度で形成されることになる。したがって、このＡｌＧａＮキャップ層の結晶性は、ＡｌＧａＮ層をその最適成長温度である１０００℃以上の温度で成長させた場合に比べて低下する。このため、そのようなＡｌＧａＮキャップ層を有するＧａＮ系半導体レーザでは、このＡｌＧａＮキャップ層による電気的抵抗の上昇が、レーザ特性に悪影響を及ぼすなどの問題が生じていた。
【０００９】
また、ＧａＩｎＮ活性層の表面がＡｌＧａＮキャップ層によって覆われていても、その上にＧａＮ光導波層、ＡｌＧａＮクラッド層、ＧａＮコンタクト層を１０００℃以上の温度で成長させると、ＧａＩｎＮ活性層は、その成長温度よりも２００℃以上も高い高温下での熱履歴を受けることになり、ＧａＩｎＮ活性層へのダメージが懸念される。
【００１０】
したがって、この発明の目的は、ＧａＩｎＮのようなＩｎを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる際に、Ｉｎの脱離を抑制することで結晶性を向上させることができ、しかも、従来より高い温度で成長を行うことができる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法、ならびに、半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した従来技術の有する問題点を解決すべく、本発明者らは鋭意検討を行った結果、ホウ素（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）が添加されたＧａＩｎＮでは、結晶中からのＩｎの脱離が抑制されることを見出した。これは、ＧａＩｎＮの結晶中に添加されたＢ原子やＡｌ原子との相互作用によって、Ｉｎ原子の移動が抑制されたためと考えられる。したがって、Ｉｎを含むＧａＩｎＮの成長時に、ＢやＡｌを積極的に添加してやることが、Ｉｎの脱離を抑制し成長温度の引き上げを実現する有効な手段であるといえる。ここで、ＢやＡｌはＩＩＩ族元素であり、ＧａＩｎＮに添加した場合にＢＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＡｌＧａＩｎＮのような混晶を形成することが可能である。また、図１に示すように、ＢやＡｌの蒸気圧は、ＩｎやＧａの蒸気圧に比べて低く、ＧａＩｎＮにＢやＡｌを添加した場合に、これらのＢやＡｌの脱離が問題となることはない。
【００１２】
また、本発明者らは、さらに検討を行ったところ、ＧａＩｎＮの成長を行う際に、このＧａＩｎＮの下地層を単純にＧａＮとした場合よりも、ＢやＡｌが添加されたＧａＮとした場合の方がＩｎの表面付着係数が大きくなり、ＧａＩｎＮの成長初期段階におけるＩｎの脱離が低減されることを見出した。
【００１３】
この発明は、本発明者らの上述の検討に基づいて案出されたものである。
【００２３】
すなわち、上記目的を達成するために、この発明の第１の発明は、
Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料に、Ｂを含む第２の原料および／またはＡｌを含む第３の原料を混入して第１の成長温度で成長を行うことにより、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
Ｉｎを含まない第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を上記第１の成長温度より高い第２の成長温度で成長させる工程とを有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法であって、
第２の成長温度と第１の成長温度との差が２００℃以下となるように、第１の成長温度および第２の成長温度を設定した
ことを特徴とするものである。
【００２４】
この発明の第２の発明は、
Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料に、Ｂを含む第２の原料および／またはＡｌを含む第３の原料を混入して成長を行うことにより、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
Ｉｎを含まない第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程とを有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長と第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長とを同一の成長温度で行うようにした
ことを特徴とするものである。
【００２５】
この発明の第１の発明および第２の発明において、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ならびに、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長には、典型的には有機金属化学気相成長法を用いる。この発明の第１の発明および第２の発明において、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、典型的には例えばＧａＩｎＮである。また、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、典型的にはＧａＮ、ＡｌＧａＮであるが、場合によっては、例えばＢＮ、ＡｌＮ、ＢＧａＮ、ＢＡｌＮまたはＢＡｌＧａＮであってもよい。この発明の第１の発明および第２の発明において、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料は、例えば、このＩｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がＧａＩｎＮである場合、Ｇａを含む原料、Ｉｎを含む原料およびＮを含む原料からなる。この第１の発明および第２の発明においては、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がＩｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である場合は、このＩｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる際に、Ｉｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長時に、Ｉｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第４の原料に、Ｂを含む第５の原料および／またはＡｌを含む第６の原料を混入して成長を行い、このＩｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長層の上に、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させるようにしてもよい。
【００２６】
この発明の第１の発明および第２の発明においては、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長時に、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料に、Ｂを含む第２の原料および／またはＡｌを含む第３の原料を混入して成長を行うようにしていることにより、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶性を向上させた上で、このＩｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、従来に比べて高い温度で成長させることができる。
【００２７】
ここで、この発明の第１の発明においては、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長層に対して所定量のＢおよびＡｌが添加されるように、第２の原料および第３の原料の供給量、ならびに、第１の原料、第２の原料、第３の原料の供給比が設定される。これにより、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の最適成長温度を、従来より高い温度に引き上げてやることが可能となり、従来、第２の成長温度と第１の成長温度との間にあった２００℃以上の差を、２００℃以下にまで低減することが可能となる。この発明の第２の発明においては、例えば、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長層へのＢおよびＡｌの添加量をこの発明の第１の発明の場合よりも増加させる。これにより、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の最適成長温度を、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の最適成長温度とほぼ同程度に引き上げることが可能となり、両者の成長を同一の成長温度で行うことが可能となる。
【００２８】
この発明の第１の発明においては、好適には、第２の成長温度と第１の成長温度との差が１５０℃以下となるように、第１の成長温度および第２の成長温度が設定される。この発明の第１の発明において、第１の成長温度は、例えば８００℃以上に設定される。また、第２の成長温度は、好適には、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の最適成長温度、例えば１０００℃前後の温度に設定される。
【００２９】
この発明の第２の発明において、成長温度は、好適には、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の最適成長温度、例えば１０００℃前後の温度に設定される。
【００３０】
上述のように構成されたこの発明の第１の発明においては、Ｉｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長時に、Ｉｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第４の原料に、Ｂを含む第５の原料および／またはＡｌを含む第６の原料を混入して成長を行い、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長を第１の成長温度で行うと共に、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長を第１の成長温度より高い第２の成長温度で行い、この際、第２の成長温度と第１の成長温度との差が２００℃以下となるように第１の成長温度および第２の成長温度を設定していることにより、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶性を向上させることができると共に、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長層の上に、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる際に、その熱履歴によって、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長層が受けるダメージを軽減することができる。
【００３１】
上述のように構成されたこの発明の第２の発明においては、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長時に、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料に、Ｂを含む第２の原料および／またはＡｌを含む第３の原料を混入して成長を行い、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長とＩｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長とを同一の成長温度で行うようにしていることにより、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶性を向上させることができると共に、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長層の上に、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる際に、その熱履歴によって、Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長層がダメージを受けることを回避することができる。
【００３２】
この第１の発明および第２の発明においては、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がＩｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である場合は、このＩｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長時に、このＩｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第４の原料にＡｌを含む第５の原料および／またはＢを含む第６の原料を混入して成長を行い、さらに、このＩｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長層の上に、Ｉｎを含みＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させることで、Ｉｎの脱離の抑制効果を相乗的に増大させることができる。
【００３３】
この発明の第３の発明は、
Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料に、Ｂを含む第２の原料および／またはＡｌを含む第３の原料を混入して第１の成長温度で成長を行うことにより、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
Ｉｎを含まない第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を上記第１の成長温度より高い第２の成長温度で成長させる工程とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
第２の成長温度と第１の成長温度との差が２００℃以下となるように、第１の成長温度および第２の成長温度を設定した
ことを特徴とするものである。
【００３４】
この発明の第４の発明は、
Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料に、Ｂを含む第２の原料および／またはＡｌを含む第３の原料を混入して成長を行うことにより、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
Ｉｎを含まない第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長と第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長とを同一の成長温度で行うようにした
ことを特徴とするものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００４３】
まず、この発明の第１の実施形態について説明する。図２は、この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの断面図である。このＧａＮ系半導体レーザは、電極ストライプ構造およびＳＣＨ構造を有するものである。
【００４４】
図２に示すように、このＧａＮ系半導体レーザにおいては、例えば、ｃ面サファイア基板１上に、低温成長によるアンドープＧａＮバッファ層２を介して、アンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６（ただし０＜ｕ＋ｖ＜１、０≦ｕ＜１、０≦ｖ＜１）、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７（ただし０＜ｘ＋ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１）、ｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０が順次積層されている。ここで、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５およびｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６には、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされ、ｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０には、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。
【００４５】
ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７、ｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０は、所定幅のメサ形状を有する。メサ部のｐ型ＧａＮコンタクト層１０上には、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極１１がオーミックコンタクトして設けられている。また、メサ部に隣接するｎ型ＧａＮコンタクト層４上には、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｎ側電極１２がオーミックコンタクトして設けられている。
【００４６】
このＧａＮ系半導体レーザの共振器長は例えば１ｍｍ、チップ幅は例えば６００μｍである。また、共振器端面は例えばＧａＮ系半導体層の（１１−２０）面である。共振器端面には端面コーティングが施されている。
【００４７】
この第１の実施形態においては、ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて、活性層の材料として、従来のＧａＩｎＮに代えてＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ（ただし０＜ｘ＋ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１）が用いられているのが特徴である。このＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮからなる活性層、すなわち、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７は、ＧａＩｎＮにＢおよび／またはＡｌが添加されたものからなる。このＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７においては、Ｂおよび／またはＡｌの添加効果によってＩｎの脱離が抑制されている。このため、このＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７は、従来のＧａＩｎＮからなる活性層に比べて最適成長温度が高くなっている。
【００４８】
さらに、この第１の実施形態においては、ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて、第１の光導波層および第２の光導波層の材料として、従来のＧａＮに代えてＢu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ（ただし０＜ｕ＋ｖ＜１、０≦ｕ＜１、０≦ｖ＜１）が用いられているのが特徴である。これらのＢu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎからなる第１の光導波層および第２の光導波層、すなわち、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６およびｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８は、ＧａＮにＢおよび／またはＡｌが添加されたものからなる。この場合、特に、Ｂx Ａｌy Ｇａ1- x-y-zＩｎzＮ活性層７の下地層にあたるｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６が、Ｂおよび／またはＡｌを含む層となっていることが重要である。すなわち、第１の実施形態においては、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６の上に、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７を成長させることにより、このＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７の下地層が単純にＧａＮからなる場合に比べてＩｎの表面付着係数を増大させることができ、このＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７の成長初期段階におけるＩｎの脱離が抑制される。
【００４９】
ここで、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７およびｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６においては、不純物レベルである１×１０17／ｃｍ3 の濃度に相当する量のＢおよび／またはＡｌが添加されることで、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７からのＩｎの脱離を抑制する効力が発揮され、この点だけに着目すると、Ｂおよび／またはＡｌの添加量の上限は、基本的には無い。
【００５０】
ただし、この第１の実施形態では、実際に半導体レーザを製造する上で不都合が生じないようにするために、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７においては、このＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７中のＢおよびＡｌの合計の濃度が１×１０18／ｃｍ3 以上となり、かつ、このＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７におけるｘ＋ｙが０．２以下となるように、Ｂおよび／またはＡｌの添加量の範囲が規定される。同様に、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６においては、好適には、このｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６中のＢおよびＡｌの合計の濃度が１×１０18／ｃｍ3 以上となり、かつ、このｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６におけるｕ＋ｖが０．２以下となるように、Ｂおよび／またはＡｌの添加量の範囲が規定される。ｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８におけるＢおよび／またはＡｌの添加量についても、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６におけると同様に規定される。なお、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６およびｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８におけるＢおよび／またはＡｌの添加量は、これらのｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６およびｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８のバンドギャップが、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９のバンドギャップより小さくなるように選ばれる。
【００５１】
ここで、一例を挙げると、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７におけるｘ＋ｙは０．０１、ｚは０．１に選ばれ、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６およびｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８におけるｕ＋ｖは０．１に選ばれる。この場合、このＧａＮ系半導体レーザは、青紫色発光可能である。
【００５２】
次に、上述のように構成されたこの第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法について具体的に説明する。
【００５３】
この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法においては、レーザ構造を形成する各ＧａＮ系半導体層を、例えばＭＯＣＶＤ法により成長させる。ここで、ＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、ＩＩＩ族元素であるＧａの原料としてはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を、ＩＩＩ族元素であるＡｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を、ＩＩＩ族元素であるＩｎの原料としてはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、ＩＩＩ族元素であるＢの原料としてはトリエチルボロン（ＴＥＢ）を、Ｖ族元素であるＮの原料としてはアンモニア（ＮＨ3 ）を用いる。また、キャリアガスとしては、例えば水素（Ｈ2 ）と窒素（Ｎ2 ）との混合ガスを用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばメチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＭＣｐ）2 Ｍｇ）を用いる。
【００５４】
ここで、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７を成長させる際には、ＧａＩｎＮの成長時に、このＧａＩｎＮの成長に用いられる第１の原料すなわちＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 に、Ｂを含む第２の原料すなわちＴＥＢまたはＡｌを含む第３の原料すなわちＴＭＡのうち少なくとも一方を混入して成長を行う。このとき、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７中のＢおよびＡｌの合計の濃度が１×１０18／ｃｍ3 以上となり、かつ、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７におけるｘ＋ｙが０．２以下となるように、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７にＢおよび／またはＡｌが添加されるように、ＴＥＢおよびＴＭＡの供給量、ならびに、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 、ＴＥＢ、ＴＭＡの供給比が制御される。
【００５５】
また、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６およびｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８を成長させる際には、ＧａＮの成長時に、このＧａＮの成長に用いられる第４の原料すなわちＴＭＧ、ＮＨ3 に、Ｂを含む第５の原料すなわちＴＥＢおよび／またはＡｌを含む第６の原料すなわちＴＭＡとを混入して成長を行う。このとき、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６中およびｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８中のＢおよびＡｌの合計の濃度が１×１０18／ｃｍ3 以上となり、かつ、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６およびｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８におけるｕ＋ｖが０．２以下となるように、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６およびｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８にＢおよび／またはＡｌが添加されるように、ＴＥＢおよびＴＭＡの供給量、ならびに、ＴＭＧ、ＮＨ3 、ＴＥＢ、ＴＭＡの供給比が制御される。
【００５６】
さらに、この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法においては、レーザ構造を形成する各ＧａＮ系半導体層を成長させる際に、活性層の成長の前後において成長温度を切り替える温度エンジニアリングが用いられる。図３は、この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法によりレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させる際の成長温度プロファイルの一例を示す略線図である。この場合、Ｉｎを含む層、すなわちＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７の成長温度は、第１の成長温度Ｔ1 に設定され、Ｉｎを含まない層、すなわちアンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６、ｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０の成長温度は、第１の成長温度Ｔ1 より高い第２の成長温度Ｔ2 に設定される。
【００５７】
ここで、この第１の実施形態においては、活性層を成長させる際に、単純にＧａＩｎＮを成長させるのではなく、ＧａＩｎＮの成長時に、このＧａＩｎＮの成長に用いられる第１の原料（ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 ）に、Ｂを含む第２の原料（ＴＥＢ）またはＡｌを含む第３の原料のうち少なくとも一方を混入して成長を行うようにしていることにより、得られる成長層、すなわち、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７からのＩｎの脱離を抑制することができる。このため、このＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７の最適成長温度は、従来に比べて、すなわち、活性層が単純にＧａＩｎＮからなる場合に比べて高い。さらに、活性層の下地層にあたる第１の光導波層（ｎ型光導波層）を成長させる際に、単純にＧａＮを成長させるのではなく、ＧａＮの成長時に、このＧａＮの成長に用いられる第４の原料（ＴＭＧ、ＮＨ3 ）に、Ｂを含む第５の原料（ＴＥＢ）またはＡｌを含む第６の原料（ＴＭＡ）のうち少なくとも一方を混入して成長を行うようにしていることにより、得られる成長層、すなわちｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６の上にＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７を成長させる際に、Ｉｎの表面付着係数を増大させることができる。この場合、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７の成長初期段階におけるＩｎの脱離を抑制することができ、したがって、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７からのＩｎの脱離の抑制効果が、相乗的に増大する。
【００５８】
したがって、この第１の実施形態においては、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７を成長させる際に、その結晶性を向上させた上で、従来のＧａＩｎＮからなる活性層よりも高い温度で成長させることができるため、温度エンジニアリングを用いてレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させる際に、Ｉｎを含まない層の成長温度である第２の成長温度Ｔ2 と、Ｉｎを含む層の成長温度である第１の成長温度Ｔ1 との差を低減することができる。具体的には、この第１の実施形態においては、第２の成長温度Ｔ2 と第１の成長温度Ｔ1 との差が２００℃以下、好適には１５０℃以下となるように、第１の成長温度Ｔ1 および第２の成長温度Ｔ2 が設定される。
【００５９】
この際、第１の成長温度Ｔ1 は、Ｂおよび／またはＡｌの添加効果による最適成長温度の上昇分を考慮して、例えば８００℃以上に設定される。また、第２の成長温度Ｔ2 は、好適にはＩｎを含まないＧａＮ系半導体の最適成長温度である１０００℃前後に設定される。これらの第１の成長温度Ｔ1 および第２の成長温度Ｔ2 の一例を挙げると、第１の成長温度Ｔ1 は、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７におけるｘ＋ｙを０．０１、ｚを０．１とし、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６におけるｕ＋ｖを０．１とした場合、９００℃に設定され、第２の成長温度は１０２０℃に設定される。
【００６０】
すなわち、このＧａＮ系半導体レーザを製造するには、まず、ｃ面サファイア基板１上にＭＯＣＶＤ法により例えば５６０℃程度の温度でアンドープＧａＮバッファ層２を成長させる。次に、図３に示すように、成長温度を第２の成長温度Ｔ2 ＝１０２０℃に設定し、ＭＯＣＶＤ法により、アンドープＧａＮバッファ層２上にアンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５およびｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６を順次成長させる。次に、成長を中断して、成長温度を第１の成長温度Ｔ1 ＝９００℃まで下げる。そして、成長温度が第１の成長温度Ｔ1 ＝９００℃で安定したところで、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６上にＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７を成長させる。次に、成長を中断して、成長温度を再び第２の成長温度Ｔ2 ＝１０２０℃まで上げる。そして、成長温度が第２の成長温度Ｔ2 ＝１０２０℃で安定したところで、ＭＯＣＶＤ法により、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７上にｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０を順次成長させる。
【００６１】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０の全面に、例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜を形成した後に、このＳｉＯ2 膜をエッチングにより所定形状にパターニングすることにより、マスク（図示せず）を形成する。次に、このマスクを用いて例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりｎ型ＧａＮコンタクト層４に達するまでエッチングを行う。このとき、例えば、ｎ型ＧａＮコンタクト層４が０．５μｍエッチングされるようにする。これにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７、ｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０が、所定幅のメサ形状にパターニングされる。このＲＩＥのエッチングガスとしては、例えば塩素系ガス（Ｃｌ2 、ＳｉＣｌ4 ）を用いる。
【００６２】
次に、マスクをエッチング除去した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０上に、例えば真空蒸着法によりＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極１１を形成すると共に、メサ部に隣接するｎ型ＧａＮコンタクト層４上に、例えば真空蒸着法によりＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｎ側電極１２を形成する。
【００６３】
この後、上述のようにしてレーザ構造が形成されたｃ面サファイア基板１をバー状に加工して両共振器端面を形成し、さらに端面コーティングを施した後、このバーをチップ化する。これにより、目的とするＧａＮ系半導体レーザが製造される。
【００６４】
以上のように、この第１の実施形態によれば、活性層を成長させる際に、単純にＧａＩｎＮを成長させるのではなく、ＧａＩｎＮの成長時に、このＧａＩｎＮの成長に用いられる第１の原料（ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 ）に、Ｂを含む第２の原料（ＴＥＢ）および／またはＡｌを含む第３の原料（ＴＭＡ）を混入して成長を行うようにし、さらに、活性層の下地層にあたる第１の光導波層を成長させる際に、単純にＧａＮを成長させるのではなく、ＧａＮの成長時に、このＧａＮの成長に用いられる第４の原料（ＴＭＧ、ＮＨ3 ）に、Ｂを含む第５の原料（ＴＥＢ）および／またはＡｌを含む第６の原料（ＴＭＡ）を混入して成長を行うようにしていることにより、活性層からのＩｎの脱離を極めて効果的に抑制することができ、この活性層の最適成長温度を上昇させることができる。これにより、Ｉｎを含む層である活性層の結晶性を向上させつつ、この活性層を従来に比べて高い温度で成長させることができるので、このＧａＮ系半導体レーザの特性の向上、すなわち、高出力化、長寿命化、波長揺らぎの安定化を図ることができる。
【００６５】
また、Ｉｎを含む層である活性層を従来より高い温度で成長させることが可能となったことにより、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の成長時における、Ｉｎを含む層とＩｎを含まない層との成長温度の差を、従来に比べて低減することができる。これにより、Ｉｎを含む層である活性層を成長させた後、この上に、Ｉｎを含まない層である光導波層、クラッド層、コンタクト層を成長させてゆく際に、その熱履歴によって活性層の受けるダメージを軽減することができるので、このＧａＮ系半導体レーザの性能を向上させることができる。また、成長温度の切り替えに要する時間、したがって、成長中断時間を従来に比べて短縮することができるため、成長中断中のＩｎの脱離および成長界面の不純物汚染を低減することができると共に、このＧａＮ系半導体レーザの製造時のスループットを向上させることができる。
【００６６】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層に対して、第１の実施形態よりも高濃度にＢおよび／またはＡｌが添加されている。この場合、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７におけるｘ＋ｙは０．１、ｚは０．２に選ばれる。このＧａＮ系半導体レーザもまた、青紫色発光可能である。
【００６７】
この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの上記以外の構成は、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同様であるので、説明を省略する。
【００６８】
次に、この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。図４は、この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法によりレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させる際の成長温度プロファイルの一例を示す略線図である。
【００６９】
すなわち、この第２の実施形態においては、活性層に対して、第１の実施形態よりも高濃度にＢおよび／またはＡｌが添加されていることにより、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７の最適成長温度が、ＡｌＧａＮやＧａＮの最適成長温度とほぼ同程度まで引き上げられている。これにより、この第２の実施形態においては、Ｉｎを含む層であるＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７と、Ｉｎを含まない層であるアンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６、ｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０とを、同一の成長温度Ｔで成長させることができる。この場合、成長温度Ｔは、好適には、Ｉｎを含まないＧａＮ系半導体の最適成長温度である１０００℃前後に設定され、具体的には例えば１０２０℃に設定される。
【００７０】
すなわち、このＧａＮ系半導体レーザを製造するには、まず、ｃ面サファイア基板１上にＭＯＣＶＤ法により例えば５６０℃程度の温度でアンドープＧａＮバッファ層２を成長させる。次に、図４に示すように、成長温度Ｔを例えば１０２０℃に設定し、ＭＯＣＶＤ法により、このアンドープＧａＮバッファ層２上にアンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７上にｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０を順次成長させる。
【００７１】
この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法の上記以外の構成は、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００７２】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる他、Ｉｎを含む層である活性層を、Ｉｎを含まない層であるクラッド層、光導波層、コンタクト層などと同一の成長温度で成長させていることにより、次のような効果を得ることができる。
【００７３】
すなわち、この第２の実施形態によれば、活性層をクラッド層や光導波層などと同一の成長温度で成長させていることにより、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７の上に、ｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０を成長させる際に、その熱履歴によってＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７がダメージを受けることを回避することができる。また、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７の成長とその他の層の成長とを同一の成長温度で行うようにしていることにより、成長中断を行う必要がなくなるため、成長界面が不純物によって汚染されるという問題も回避される。また、温度プロファイルが一定であることから、成長シーケンスの簡略化することができ、生産時のスループットがさらに向上する。
【００７４】
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。図５は、この第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの断面図である。このＧａＮ系半導体レーザは、電極ストライプ構造およびＳＣＨ構造を有するものである。
【００７５】
図５に示すように、このＧａＮ系半導体レーザにおいては、例えば、ｃ面サファイア基板２１上に、低温成長によるアンドープＧａＮバッファ層２２を介して、アンドープＧａＮ層２３、ｎ型ＧａＮコンタクト層２４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２５、ｎ型ＧａＮ光導波層２６、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層７（ただし０＜ｘ＋ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１）、ｐ型ＧａＮ光導波層２８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２９およびｐ型ＧａＮコンタクト層３０が順次積層されている。ここで、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層２７は、ＧａＩｎＮに少なくともＢが添加され、場合によってはさらにＡｌが添加されたものからなる。
【００７６】
ｎ型ＧａＮコンタクト層２４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２５、ｎ型ＧａＮ光導波層２６、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層２７、ｐ型ＧａＮ光導波層２８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２９およびｐ型ＧａＮコンタクト層３０は、所定幅のメサ形状を有する。メサ部のｐ型ＧａＮコンタクト層３０上には、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極３１がオーミックコンタクトして設けられている。また、メサ部に隣接するｎ型ＧａＮコンタクト層２４上には、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｎ側電極３２がオーミックコンタクトして設けられている。
【００７７】
この第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの上記以外の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同様であるので、説明を省略する。
【００７８】
この第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザは、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層２７におけるＢおよび／またはＡｌの添加量に応じて、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法または第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様な製造方法により製造することができる。ただし、この場合、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層２７は、ＧａＩｎＮを成長させる際に、このＧａＩｎＮの成長に用いられる第１の原料すなわちＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 に、少なくともＢを含む第２の原料すなわちＴＥＢを混入し、場合によってはさらにＡｌを含む第３の原料を混入して成長を行うことにより形成される。
【００７９】
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態または第２の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００８０】
以上この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、実施形態において挙げた数値、材料、構造、製造プロセスなどはあくまで例にすぎず、これに限定されるものではない。具体的には、上述の第１の実施形態において挙げた第１の成長温度Ｔ1 および第２の成長温度Ｔ2 の値、ならびに第２の実施形態において挙げた成長温度Ｔの値は一例に過ぎず、それぞれ、例示した値と異なる値であってもよい。
【００８１】
また、上述の第１の実施形態においては、Ｉｎを含まない層であるアンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６、ｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０を、同一の成長温度（第２の成長温度Ｔ2 ）で成長させるようにしているが、これは、活性層の上層側の層を、活性層の下層側の層より低い温度で成長させるようにしてもよい。具体的には、活性層の下層側の層であるアンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５およびｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６を、１０００℃以上の温度、例えば１０２０℃で成長させ、活性層の上層側の層であるｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０を、１０００℃未満の温度、好適には９６５℃以上９９５℃以下の温度、例えば９８０℃で成長させる。この場合、活性層の上層側の層を成長させる際の熱履歴によって活性層の受けるダメージが、より一層、低減される。
【００８２】
また、上述の第１および第２の実施形態におけるｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層６およびｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層８に代えて、例えば、ｎ型ＧａＮ光導波層およびｐ型ＧａＮ光導波層を用いてもよく、また、上述の第３の実施形態におけるｎ型ＧａＮ光導波層２６およびｐ型ＧａＮ光導波層２８に代えて、例えば、ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層およびｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層（ただし０＜ｕ＋ｖ＜１、０≦ｕ＜１、０≦ｖ＜１）を用いてもよい。
【００８３】
また、上述の第１〜第３の実施形態においては、この発明を電極ストライプ構造のＧａＮ系半導体レーザに適用した場合について説明したが、この発明は、リッジストライプ構造のＧａＮ系半導体レーザに適用することも可能である。また、上述の第１〜第３の実施形態においては、この発明をＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザに適用した場合について説明したが、この発明はＤＨ（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半導体レーザは勿論、発光ダイオードに適用することも可能である。また、上述の第１〜第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを製造する際に用いたのと同様な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法は、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた受光素子や、トランジスタのような電子走行素子を製造する際に用いることもできる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の第１および第３の発明によれば、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性は良好であると共に、そのＩｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる際に、その熱履歴によって、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が受けるダメージを軽減することができる。また、成長温度の切り替えに要する時間、したがって、成長中断時間を従来に比べて短縮することができるため、成長中断中のＩｎの脱離および成長界面の不純物汚染を低減することができる。また、成長温度の切り替えに要する時間、したがって、成長中断時間を従来に比べて短縮することができるため、成長中断中のＩｎの脱離および成長界面の不純物汚染を低減することができると共に、製造時のスループットを向上させることができる。
【００８５】
この発明の第２および第４の発明によれば、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性は良好であると共に、そのＩｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、Ｉｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる際に、その熱履歴によって、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がダメージを受けることを回避することができる。また、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長とＩｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長とを同一の成長温度で行うようにしていることにより、成長中断を行う必要がなくなるため、成長界面が不純物によって汚染されるという問題を回避することができると共に、温度プロファイルが一定であることから、成長シーケンスの簡略化することができ、製造時のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｉｎ、Ｇａ、ＢおよびＡｌの蒸気圧曲線のグラフである。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法によりレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させる際の成長温度プロファイルの一例を示す略線図である。
【図４】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法によりレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させる際の成長温度プロファイルの一例を示す略線図である。
【図５】この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの断面図である。
【図６】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法によりレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させる際の成長温度プロファイルを示す略線図である。
【図７】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法によりレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させる際の成長温度プロファイルを示す略線図である。
【符号の説明】
１・・・ｃ面サファイア基板、２・・・アンドープＧａＮバッファ層、３・・・アンドープＧａＮ層、４・・・ｎ型ＧａＮコンタクト層、５・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、６・・・ｎ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層、７・・・Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-zＩｎzＮ活性層、８・・・ｐ型Ｂu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ光導波層、９・・・ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、１０・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、１１・・・ｐ側電極、１２・・・ｎ側電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for growing a nitride III-V compound semiconductor and a semiconductor light emitting device.Manufacturing methodAbout.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART A nitride III-V compound semiconductor represented by gallium nitride (GaN) (hereinafter also referred to as “GaN-based semiconductor”) is a light-emitting element or a high-frequency electronic element capable of emitting light in a range from green to blue, and even ultraviolet rays. It is also promising as a material for environment-resistant electronic devices. In particular, since the light emitting diode (LED) using the GaN-based semiconductor has been put to practical use, GaN-based semiconductors have received great attention. In addition, the realization of a semiconductor laser using a GaN-based semiconductor has been reported, and applications such as a light source of an optical disk device are expected. When a light-emitting element or an electronic element is manufactured from this GaN-based semiconductor, it is necessary to grow a GaN-based semiconductor in multiple layers on a sapphire substrate, a SiC substrate, or the like. Here, in a light-emitting element using a GaN-based semiconductor, for example, a GaN-based semiconductor laser, since the emission wavelength can be adjusted in the visible region according to the In composition, GaInN is generally used as the material of the active layer. Can be In a GaN-based semiconductor laser having such an active layer made of GaInN, AlGaN or GaN is usually used as a material for a cladding layer or an optical waveguide layer.
[0003]
However, when growing a GaInN layer that is a layer containing In, crystal growth must be performed at a lower temperature than when growing an AlGaN layer or a GaN layer that is a layer not containing In. This is because the desorption rate of In from the crystal surface is high due to the high vapor pressure of In, and the incorporation efficiency of In into the crystal is reduced. Therefore, when a GaN-based semiconductor laser has been manufactured, a GaInN layer corresponding to the active layer is grown at 800 ° C. or less, and an AlGaN layer or GaN layer corresponding to the cladding layer or the optical waveguide layer is grown at 1000 ° C. For example, temperature engineering (Temperature Engineering) for switching the growth temperature before and after the growth of the active layer has been used.
[0004]
Hereinafter, a method for manufacturing a conventional GaN-based semiconductor laser using this temperature engineering will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a growth temperature profile when a GaN-based semiconductor layer forming a laser structure is grown by the conventional method of manufacturing a GaN-based semiconductor laser. Here, a case of manufacturing a GaN-based semiconductor laser having an SCH structure (Separate Confinement Heterostructure) will be described.
[0005]
That is, in this conventional method of manufacturing a GaN-based semiconductor laser, after an undoped GaN buffer layer is grown on a c-plane sapphire substrate at a temperature of about 560 ° C. by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, As shown in FIG. 6, the growth temperature is set to a temperature of 1000 ° C. or more, which is the optimum growth temperature of AlGaN or GaN, for example, 1020 ° C., and an undoped GaN layer, an n-type GaN A contact layer, an n-type AlGaN cladding layer, and an n-type GaN optical waveguide layer are sequentially grown. Next, the growth is interrupted, and the growth temperature is lowered to 800 ° C. or lower, which is the optimum growth temperature of GaInN, for example, 800 ° C. Then, when the growth temperature is stabilized at 800 ° C., a GaInN active layer is grown on the n-type GaInN optical waveguide layer by MOCVD. Next, the growth is interrupted and the growth temperature is raised again to 1020 ° C. When the growth temperature becomes stable at 1020 ° C., a p-type GaN optical waveguide layer, a p-type AlGaN cladding layer, and a p-type GaN contact layer are sequentially grown on the GaInN active layer by MOCVD.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method of manufacturing a GaN-based semiconductor laser using temperature engineering as described above, when the growth of the GaInN active layer is terminated and the growth temperature is increased from 800 ° C. to 1020 ° C. There is a problem that In is desorbed from the layer, the composition of the GaInN active layer is changed, and the crystallinity is reduced. Further, since it is necessary to interrupt the growth at the timing of changing the growth temperature, there is a problem that the growth interface is contaminated with impurities. For this reason, it has been difficult for conventional GaN-based semiconductor lasers to achieve high output, long life, and stable wavelength fluctuation. Further, in this case, there are problems that the growth sequence becomes complicated and that the throughput during production decreases.
[0007]
In order to solve these problems, as shown in FIG. 7, after growing a GaInN active layer at 800 ° C., an AlGaN cap layer is subsequently grown at 800 ° C., and the surface of the GaInN active layer is In this technique, a p-type GaN optical waveguide layer, a p-type AlGaN cladding layer, and a p-type GaN contact layer are grown on an AlGaN cap layer by increasing the growth temperature to 1020 ° C. It has been proposed (for example, JP-A-9-116130).
[0008]
However, also in this case, the optimum growth temperature of the GaInN active layer generally remains below 800 ° C., and the AlGaN cap layer grown in such a temperature range has a temperature lower than the optimum growth temperature by 200 ° C. or more. Is formed. Therefore, the crystallinity of the AlGaN cap layer is lower than when the AlGaN layer is grown at a temperature of 1000 ° C. or higher, which is the optimum growth temperature. For this reason, in the GaN-based semiconductor laser having such an AlGaN cap layer, there has been a problem that an increase in electric resistance due to the AlGaN cap layer adversely affects laser characteristics.
[0009]
Even if the surface of the GaInN active layer is covered with the AlGaN cap layer, if the GaN optical waveguide layer, the AlGaN cladding layer, and the GaN contact layer are grown thereon at a temperature of 1000 ° C. or more, the GaInN active layer becomes The thermal history at a high temperature of 200 ° C. or more higher than the growth temperature is received, and there is a concern that the GaInN active layer may be damaged.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to improve the crystallinity by suppressing the elimination of In when growing a nitride-based III-V compound semiconductor containing In such as GaInN. A method for growing a nitride-based III-V compound semiconductor capable of growing at a higher temperature than before, and,Semiconductor light emitting deviceManufacturing methodIs to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and as a result, in GaInN to which boron (B) or aluminum (Al) is added, the elimination of In from the crystal has been observed. Found to be suppressed. This is presumably because the movement of In atoms was suppressed by the interaction with B atoms and Al atoms added to the GaInN crystal. Therefore, it can be said that actively adding B and Al during the growth of GaInN containing In is an effective means for suppressing the elimination of In and increasing the growth temperature. Here, B and Al are group III elements, and when added to GaInN, it is possible to form a mixed crystal such as BGaInN, AlGaInN, and BAlGaInN. Further, as shown in FIG. 1, the vapor pressures of B and Al are lower than the vapor pressures of In and Ga. When B and Al are added to GaInN, desorption of these B and Al poses a problem. It will not be.
[0012]
Further, the present inventors have further studied. As a result, when performing growth of GaInN, the case where the base layer of GaInN is GaN to which B or Al is added rather than the case where GaN is simply used. It has been found that the surface adhesion coefficient of In becomes larger, and the desorption of In in the initial stage of the growth of GaInN is reduced.
[0013]
The present invention has been devised based on the above-mentioned study by the present inventors.
[0023]
That is, in order to achieve the above object,The present invention1The invention of
A second material containing B and / or a third material containing Al are mixed into a first material used for growing a nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. Growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer containing In and adding B and / or Al by performing the growth at the first growth temperature;
Growing a second nitride-based III-V compound semiconductor layer not containing In at a second growth temperature higher than the first growth temperature. And
The first growth temperature and the second growth temperature were set such that the difference between the second growth temperature and the first growth temperature was 200 ° C. or less.
It is characterized by the following.
[0024]
The present invention2The invention of
A second material containing B and / or a third material containing Al are mixed into a first material used for growing a nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. Growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer containing In and to which B and / or Al has been added;
Growing a second nitride-based III-V compound semiconductor layer that does not contain In.
The growth of the first nitride III-V compound semiconductor layer and the growth of the second nitride III-V compound semiconductor layer are performed at the same growth temperature.
It is characterized by the following.
[0025]
The present invention1Invention and the second2In the invention of the above, the growth of a nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al, and a nitride-based III-V compound semiconductor not containing In, are typically performed by using an organic metal. A chemical vapor deposition method is used. The present invention1Invention and the second2In the invention, the nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al is typically, for example, GaInN. The nitride-based group III-V compound semiconductor not containing In is typically GaN or AlGaN, but may be, for example, BN, AlN, BGaN, BAlN or BAlGaN. The present invention1Invention and the second2In the invention of the first aspect, the first raw material used for growing the nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al is, for example, a nitride-based nitride containing In and not containing B and Al. When the group III-V compound semiconductor is GaInN, it is composed of a raw material containing Ga, a raw material containing In, and a raw material containing N. This second1Invention and the second2In the invention of (1), when the nitride-based III-V compound semiconductor not containing In is a nitride-based III-V compound semiconductor not containing In, B and Al, the nitride-based III-V compound semiconductor does not contain In, B and Al When growing a nitride-based III-V compound semiconductor, when growing a nitride-based III-V compound semiconductor that does not contain In, B, and Al, a nitride-based III-V that does not contain In, B, and Al Growth is performed by mixing a fifth raw material containing B and / or a sixth raw material containing Al with a fourth raw material used for growing a group III compound semiconductor, and growing the nitride containing no In, B and Al. A nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al may be grown on the growth layer of the system III-V compound semiconductor.
[0026]
The present invention1Invention and the second2In the invention of (1), during the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al, the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al is performed. Since the growth is performed by mixing the second raw material containing B and / or the third raw material containing Al with the first raw material to be used, the nitride containing In and containing no B and Al is formed. Growing the nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al at a higher temperature than before, after improving the crystallinity of the nitride-based III-V compound semiconductor Can be.
[0027]
Here, the present invention1In the invention, the second raw material and the third raw material and the third raw material are added so that predetermined amounts of B and Al are added to the nitride-based III-V compound semiconductor growth layer containing In and not containing B and Al. , The supply ratio of the first raw material, the second raw material, and the third raw material is set. This makes it possible to raise the optimum growth temperature of the nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al to a higher temperature than in the past. The difference of 200 ° C. or more between the growth temperature and the growth temperature of 1 can be reduced to 200 ° C. or less. The present invention2In the invention of the present invention, for example, the amounts of B and Al added to the growth layer of a nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al are determined according to the present invention.1Than in the case of the invention described above. As a result, the optimum growth temperature of the nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al is almost the same as the optimum growth temperature of the nitride-based III-V compound semiconductor not containing In. It is possible to raise them, and both can be grown at the same growth temperature.
[0028]
The present invention1Preferably, the first growth temperature and the second growth temperature are set such that the difference between the second growth temperature and the first growth temperature is 150 ° C. or less. The present invention1In the invention of the first aspect, the first growth temperature is,For example, the temperature is set to 800 ° C. or higher. The second growth temperature is preferably set to an optimum growth temperature of a nitride-based III-V compound semiconductor not containing In, for example, a temperature around 1000 ° C.
[0029]
The present invention2In the present invention, the growth temperature is preferably set to an optimum growth temperature of a nitride-based III-V compound semiconductor not containing In, for example, a temperature around 1000 ° C.
[0030]
The present invention, configured as described above,1In the invention of (4), during the growth of the nitride III-V compound semiconductor not containing In, B and Al, the fourth type used for growing the nitride III-V compound semiconductor not containing In, B and Al is used. Is grown by mixing a fifth raw material containing B and / or a sixth raw material containing Al into the raw material of (a), and growing a nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. Is performed at a first growth temperature, and a nitride-based III-V compound semiconductor not containing In is grown at a second growth temperature higher than the first growth temperature. By setting the first growth temperature and the second growth temperature so that the difference from the first growth temperature is 200 ° C. or less, the nitride III- containing In and not containing B and Al can be used. Crystallinity of Group V compound semiconductor And growing a nitride-based III-V compound semiconductor not containing In on a growth layer of a nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. In addition, the thermal history can reduce damage to the growth layer of the nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al.
[0031]
The present invention, configured as described above,2In the invention of (1), during the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al, the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al is performed. The second raw material containing B and / or the third raw material containing Al are mixed into the first raw material to be used for growth, and a nitride III-V group containing In and containing no B and Al is used. Since the growth of the compound semiconductor and the growth of the nitride III-V compound semiconductor not containing In are performed at the same growth temperature, the nitride III- containing In and not containing B and Al can be used. The crystallinity of the group V compound semiconductor can be improved, and the nitride-based I-free layer containing In does not exist on the growth layer of the nitride-based group III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. When growing an IV group compound semiconductor, it is possible to avoid damage to a growth layer of a nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al due to its thermal history. .
[0032]
This second1Invention and the second2In the invention of (1), when the nitride-based III-V compound semiconductor not containing In is a nitride-based III-V compound semiconductor not containing In, B and Al, the nitride-based III-V compound semiconductor does not contain In, B and Al During the growth of the nitride III-V compound semiconductor, a fifth raw material containing Al as a fourth raw material used for growing the nitride III-V compound semiconductor not containing In, B and Al, and / or Alternatively, growth is performed by mixing a sixth raw material containing B, and B and Al containing In are further deposited on the growth layer of the nitride-based III-V compound semiconductor not containing In, B, and Al. By growing a nitride-based III-V compound semiconductor that does not contain the compound, the effect of suppressing the elimination of In can be synergistically increased.
[0033]
The present invention3The invention of
A second material containing B and / or a third material containing Al are mixed into a first material used for growing a nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. Growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer containing In and adding B and / or Al by performing the growth at the first growth temperature;
Growing a second nitride-based III-V compound semiconductor layer containing no In at a second growth temperature higher than the first growth temperature, the method comprising:
The first growth temperature and the second growth temperature were set such that the difference between the second growth temperature and the first growth temperature was 200 ° C. or less.
It is characterized by the following.
[0034]
The present invention4The invention of
A second material containing B and / or a third material containing Al are mixed into a first material used for growing a nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. Growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer containing In and to which B and / or Al has been added;
Growing a second nitride-based III-V compound semiconductor layer that does not contain In.
The growth of the first nitride III-V compound semiconductor layer and the growth of the second nitride III-V compound semiconductor layer are performed at the same growth temperature.
It is characterized by the following.
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.
[0043]
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a sectional view of the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment. This GaN-based semiconductor laser has an electrode stripe structure and an SCH structure.
[0044]
As shown in FIG. 2, in the GaN-based semiconductor laser, for example, an undoped GaN layer 3, an n-type GaN contact layer 4, and an n-type GaN -Type AlGaN cladding layer 5, n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6 (where 0 <u + v <1, 0 ≦ u <1, 0 ≦ v <1), BxAlyGa1-xyzInzN active layer 7 (0 <x + y <1, 0 <x + y + z <1, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 <z <1), p-type BuAlvGa1-uvAn N optical waveguide layer 8, a p-type AlGaN cladding layer 9, and a p-type GaN contact layer 10 are sequentially stacked. Here, the n-type GaN contact layer 4, the n-type AlGaN cladding layer 5, and the n-type BuAlvGa1-uvThe N optical waveguide layer 6 is doped with, for example, Si as an n-type impurity, anduAlvGa1-uvThe N optical waveguide layer 8, the p-type AlGaN cladding layer 9, and the p-type GaN contact layer 10 are doped with, for example, Mg as a p-type impurity.
[0045]
Upper layer of n-type GaN contact layer 4, n-type AlGaN cladding layer 5, n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6, BxAlyGa1-xyzInzN active layer 7, p-type BuAlvGa1-uvThe N optical waveguide layer 8, the p-type AlGaN cladding layer 9, and the p-type GaN contact layer 10 have a mesa shape with a predetermined width. On the p-type GaN contact layer 10 in the mesa portion, for example, a p-side electrode 11 having a Ni / Pt / Au structure is provided in ohmic contact. On the n-type GaN contact layer 4 adjacent to the mesa, an n-side electrode 12 having, for example, a Ti / Al / Pt / Au structure is provided in ohmic contact.
[0046]
The resonator length of this GaN-based semiconductor laser is, for example, 1 mm, and the chip width is, for example, 600 μm. The end face of the resonator is, for example, the (11-20) plane of the GaN-based semiconductor layer. An end face coating is applied to the end face of the resonator.
[0047]
In the first embodiment, in a GaN-based semiconductor laser having an SCH structure, BxAlyGa1-xyzInzN (where 0 <x + y <1, 0 <x + y + z <1, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 <z <1) is used. This BxAlyGa1-xyzInzN active layer, ie, BxAlyGa1-xyzInzThe N active layer 7 is made of GaInN with B and / or Al added. This BxAlyGa1-xyzInzIn the N active layer 7, the elimination of In is suppressed by the effect of adding B and / or Al. Therefore, this BxAlyGa1-xyzInzThe optimum growth temperature of the N active layer 7 is higher than that of the conventional active layer made of GaInN.
[0048]
Further, in the first embodiment, in the GaN-based semiconductor laser having the SCH structure, the material of the first optical waveguide layer and the second optical waveguide layer is B instead of the conventional GaN.uAlvGa1-uvN (where 0 <u + v <1, 0 ≦ u <1, 0 ≦ v <1) is used. These BuAlvGa1-uvA first optical waveguide layer and a second optical waveguide layer made of N,uAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6 and p-type BuAlvGa1-uvThe N optical waveguide layer 8 is formed by adding B and / or Al to GaN. In this case, in particular, BxAlyGa1- xyzInzN-type B corresponding to the underlayer of the N active layer 7uAlvGa1-uvIt is important that the N optical waveguide layer 6 is a layer containing B and / or Al. That is, in the first embodiment, the n-type BuAlvGa1-uvOn the N optical waveguide layer 6, BxAlyGa1-xyzInzBy growing the N active layer 7, this BxAlyGa1-xyzInzThe surface adhesion coefficient of In can be increased as compared with the case where the underlayer of the N active layer 7 is simply made of GaN.xAlyGa1-xyzInzDesorption of In in the early stage of the growth of the N active layer 7 is suppressed.
[0049]
Where BxAlyGa1-xyzInzN active layer 7 and n-type BuAlvGa1-uvIn the N optical waveguide layer 6, the impurity level of 1 × 1017/ CmThreeBy adding an amount of B and / or Al corresponding to the concentration ofxAlyGa1-xyzInzThe effect of suppressing the elimination of In from the N active layer 7 is exerted. Focusing only on this point, there is basically no upper limit of the added amount of B and / or Al.
[0050]
However, in the first embodiment, in order to prevent inconvenience in actually manufacturing a semiconductor laser, BxAlyGa1-xyzInzIn the N active layer 7, this BxAlyGa1-xyzInzThe total concentration of B and Al in the N active layer 7 is 1 × 1018/ CmThreeAnd this BxAlyGa1-xyzInzThe range of the added amount of B and / or Al is defined so that x + y in N active layer 7 is 0.2 or less. Similarly, n-type BuAlvGa1-uvIn the N optical waveguide layer 6, preferably, the n-type BuAlvGa1-uvThe total concentration of B and Al in the N optical waveguide layer 6 is 1 × 1018/ CmThreeAnd n-type BuAlvGa1-uvThe range of the added amount of B and / or Al is defined so that u + v in N optical waveguide layer 6 is 0.2 or less. p-type BuAlvGa1-uvRegarding the addition amount of B and / or Al in the N optical waveguide layer 8, n-type BuAlvGa1-uvIt is defined in the same manner as in the N optical waveguide layer 6. Note that n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6 and p-type BuAlvGa1-uvThe addition amount of B and / or Al in the N optical waveguide layer 8 depends on the n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6 and p-type BuAlvGa1-uvThe band gap of the N optical waveguide layer 8 is selected to be smaller than the band gaps of the n-type AlGaN cladding layer 5 and the p-type AlGaN cladding layer 9.
[0051]
Here, as an example, BxAlyGa1-xyzInzIn the N active layer 7, x + y is selected to be 0.01 and z is selected to be 0.1.uAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6 and p-type BuAlvGa1-uvU + v in the N optical waveguide layer 8 is selected to be 0.1. In this case, the GaN-based semiconductor laser can emit blue-violet light.
[0052]
Next, a method of manufacturing the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment configured as described above will be specifically described.
[0053]
In the method of manufacturing a GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment, each GaN-based semiconductor layer forming a laser structure is grown by, for example, MOCVD. Here, the growth raw material of the GaN-based semiconductor layer is, for example, trimethylgallium (TMG) as a raw material of the group III element Ga, trimethylaluminum (TMA) as a raw material of the group III element Al, or a group III element. Trimethylindium (TMI) is used as a source of In as an element, triethylboron (TEB) is used as a source of B as a group III element, and ammonia (NH) is used as a source of N as a group V element.Three) Is used. As the carrier gas, for example, hydrogen (HTwo) And nitrogen (NTwo) Is used. As for the dopant, for example, monosilane (SiHFour) As the p-type dopant, for example, methylcyclopentadienyl magnesium ((MCp)TwoMg).
[0054]
Where BxAlyGa1-xyzInzWhen the N active layer 7 is grown, the first material used for the growth of GaInN, ie, TMG, TMI, NHThreeThen, growth is performed by mixing at least one of a second raw material containing B, that is, a third raw material containing TEB or Al, that is, TMA. At this time, BxAlyGa1-xyzInzThe total concentration of B and Al in the N active layer 7 is 1 × 1018/ CmThreeAnd BxAlyGa1-xyzInzIn order for x + y in the N active layer 7 to be 0.2 or less, BxAlyGa1-xyzInzIn order to add B and / or Al to the N active layer 7, supply amounts of TEB and TMA, and TMG, TMI, NHThree, TEB, and TMA are controlled.
[0055]
Also, n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6 and p-type BuAlvGa1-uvWhen growing the N optical waveguide layer 8, when growing GaN, the fourth raw material used for growing GaN, namely, TMG, NHThreeIs mixed with a fifth raw material containing B, that is, a sixth raw material containing TEB and / or Al, that is, TMA. At this time, n-type BuAlvGa1-uvIn N optical waveguide layer 6 and p-type BuAlvGa1-uvThe total concentration of B and Al in the N optical waveguide layer 8 is 1 × 1018/ CmThreeAnd n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6 and p-type BuAlvGa1-uvAn n-type B such that u + v in the N optical waveguide layer 8 is 0.2 or less.uAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6 and p-type BuAlvGa1-uvIn order to add B and / or Al to the N optical waveguide layer 8, supply amounts of TEB and TMA, and TMG, NHThree, TEB, and TMA are controlled.
[0056]
Further, in the method of manufacturing the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment, when each GaN-based semiconductor layer forming the laser structure is grown, temperature engineering that switches the growth temperature before and after the growth of the active layer is used. Can be FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a growth temperature profile when a GaN-based semiconductor layer forming a laser structure is grown by the GaN-based semiconductor laser manufacturing method according to the first embodiment. In this case, a layer containing In, that is, BxAlyGa1-xyzInzThe growth temperature of the N active layer 7 is the first growth temperature T1And an In-free layer, that is, an undoped GaN layer 3, an n-type GaN contact layer 4, an n-type AlGaN cladding layer 5, an n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6, p-type BuAlvGa1-uvThe growth temperature of the N optical waveguide layer 8, the p-type AlGaN cladding layer, and the p-type GaN contact layer 10 is the first growth temperature T1Higher second growth temperature TTwoIs set to
[0057]
Here, in the first embodiment, when growing the active layer, instead of simply growing GaInN, the first raw material (TMG, TMI, TMI) used for growing GaInN is not used when growing GaInN. , NHThree) Is mixed with at least one of the second raw material (TEB) containing B or the third raw material containing Al, so that a growth layer obtained, that is, BxAlyGa1-xyzInzDesorption of In from the N active layer 7 can be suppressed. Therefore, this BxAlyGa1-xyzInzThe optimum growth temperature of the N active layer 7 is higher than before, that is, as compared with the case where the active layer is simply made of GaInN. Further, when growing the first optical waveguide layer (n-type optical waveguide layer), which is the underlying layer of the active layer, instead of simply growing GaN, the first optical waveguide layer used for growing GaN is not used when growing GaN. 4 raw materials (TMG, NHThree) Is mixed with at least one of the fifth raw material (TEB) containing B or the sixth raw material (TMA) containing Al, so that a growth layer obtained, that is, n-type is obtained. BuAlvGa1-uvB on the N optical waveguide layer 6xAlyGa1-xyzInzWhen growing the N active layer 7, the surface adhesion coefficient of In can be increased. In this case, BxAlyGa1-xyzInzThe elimination of In in the early stage of the growth of the N active layer 7 can be suppressed, andxAlyGa1-xyzInzThe effect of suppressing the release of In from the N active layer 7 increases synergistically.
[0058]
Therefore, in the first embodiment, BxAlyGa1-xyzInzWhen the N active layer 7 is grown, it can be grown at a higher temperature than the conventional active layer made of GaInN after improving its crystallinity. When growing a system-based semiconductor layer, a second growth temperature T, which is a growth temperature of a layer not containing In, is used.TwoAnd a first growth temperature T which is a growth temperature of a layer containing In.1Can be reduced. Specifically, in the first embodiment, the second growth temperature TTwoAnd the first growth temperature T1The first growth temperature T so that the difference from the first growth temperature T is 200 ° C. or less, preferably 150 ° C. or less.1And the second growth temperature TTwoIs set.
[0059]
At this time, the first growth temperature T1Is set to, for example, 800 ° C. or more in consideration of a rise in the optimum growth temperature due to the effect of adding B and / or Al. Further, the second growth temperature TTwoIs preferably set at around 1000 ° C., which is the optimum growth temperature of a GaN-based semiconductor not containing In. These first growth temperatures T1And the second growth temperature TTwoTo give an example, the first growth temperature T1Is BxAlyGa1-xyzInzX + y in the N active layer 7 is 0.01, z is 0.1, and n-type BuAlvGa1-uvWhen u + v in the N optical waveguide layer 6 is 0.1, the temperature is set to 900 ° C., and the second growth temperature is set to 1020 ° C.
[0060]
That is, to manufacture this GaN-based semiconductor laser, first, the undoped GaN buffer layer 2 is grown on the c-plane sapphire substrate 1 by MOCVD at a temperature of, for example, about 560 ° C. Next, as shown in FIG. 3, the growth temperature is changed to a second growth temperature T.Two= 1,020 ° C., and an undoped GaN layer 3, an n-type GaN contact layer 4, an n-type AlGaN cladding layer 5, and an n-type BuAlvGa1-uvThe N optical waveguide layers 6 are sequentially grown. Next, the growth is interrupted, and the growth temperature is set to the first growth temperature T.1= 900 ° C. The growth temperature is equal to the first growth temperature T1= 900 ° C., and n-type BuAlvGa1-uvB on the N optical waveguide layer 6xAlyGa1-xyzInzThe N active layer 7 is grown. Next, the growth is interrupted, and the growth temperature is again set to the second growth temperature T.Two= 1020 ° C. The growth temperature is equal to the second growth temperature TTwo= 1020 ° C, the MOCVD methodxAlyGa1-xyzInzP type B on N active layer 7uAlvGa1-uvAn N layer 8, a p-type AlGaN cladding layer 9 and a p-type GaN contact layer 10 are sequentially grown.
[0061]
Next, SiO 2 is formed on the entire surface of the p-type GaN contact layer 10 by, for example, a CVD method.TwoAfter forming the film, the SiOTwoA mask (not shown) is formed by patterning the film into a predetermined shape by etching. Next, using this mask, etching is performed by, for example, a reactive ion etching (RIE) method until the n-type GaN contact layer 4 is reached. At this time, for example, the n-type GaN contact layer 4 is etched by 0.5 μm. Thereby, the upper part of the n-type GaN contact layer 4, the n-type AlGaN cladding layer 5, the n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6, BxAlyGa1-xyzInzN active layer 7, p-type BuAlvGa1-uvThe N optical waveguide layer 8, the p-type AlGaN cladding layer 9, and the p-type GaN contact layer 10 are patterned into a mesa shape having a predetermined width. As an etching gas for this RIE, for example, a chlorine-based gas (ClTwo, SiClFour) Is used.
[0062]
Next, after the mask is removed by etching, a p-side electrode 11 having a Ni / Pt / Au structure is formed on the p-type GaN contact layer 10 by, for example, a vacuum deposition method, and an n-type GaN contact layer adjacent to the mesa portion is formed. On the substrate 4, an n-side electrode 12 having a Ti / Al / Pt / Au structure is formed by, for example, a vacuum evaporation method.
[0063]
Thereafter, the c-plane sapphire substrate 1 on which the laser structure is formed as described above is processed into a bar shape to form both resonator end faces, and after the end face coating is performed, the bar is formed into chips. Thereby, a target GaN-based semiconductor laser is manufactured.
[0064]
As described above, according to the first embodiment, when growing the active layer, instead of simply growing GaInN, the first raw material (for the growth of GaInN) used for growing GaInN is not used. TMG, TMI, NHThree) Is mixed with a second raw material (TEB) containing B and / or a third raw material (TMA) containing Al, and the first optical waveguide layer serving as a base layer of the active layer is grown. When growing GaN, instead of simply growing GaN, at the time of growing GaN, the fourth raw materials (TMG, NHThree) Is mixed with a fifth raw material (TEB) containing B and / or a sixth raw material (TMA) containing Al, so that the desorption of In from the active layer is extremely reduced. This can be effectively suppressed, and the optimum growth temperature of the active layer can be increased. This allows the active layer, which is a layer containing In, to be grown at a higher temperature than before, while improving the crystallinity of the active layer. Output power, long life, and stable wavelength fluctuation can be achieved.
[0065]
In addition, since the active layer, which is a layer containing In, can be grown at a higher temperature than before, a layer containing In and a layer containing no In during the growth of the GaN-based semiconductor layer forming the laser structure can be obtained. The difference in growth temperature with the layer can be reduced as compared with the conventional case. As a result, after growing the active layer, which is a layer containing In, after growing the optical waveguide layer, the cladding layer, and the contact layer, which are layers containing no In, on the basis of the thermal history, the active layer becomes active. Since the damage to the layer can be reduced, the performance of the GaN-based semiconductor laser can be improved. In addition, the time required for switching the growth temperature, that is, the growth interruption time can be reduced as compared with the conventional case, so that the desorption of In during the growth interruption and the impurity contamination of the growth interface can be reduced, Throughput at the time of manufacturing a GaN-based semiconductor laser can be improved.
[0066]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the GaN-based semiconductor laser according to the second embodiment, B and / or Al are added to the active layer at a higher concentration than in the first embodiment. In this case, BxAlyGa1-xyzInzX + y in the N active layer 7 is selected to be 0.1, and z is selected to be 0.2. This GaN-based semiconductor laser can also emit blue-violet light.
[0067]
The other configuration of the GaN-based semiconductor laser according to the second embodiment is the same as that of the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment, and thus the description is omitted.
[0068]
Next, a method of manufacturing the GaN-based semiconductor laser according to the second embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a growth temperature profile when a GaN-based semiconductor layer forming a laser structure is grown by the GaN-based semiconductor laser manufacturing method according to the second embodiment.
[0069]
That is, in the second embodiment, B and / or Al are added to the active layer at a higher concentration than in the first embodiment, so that BxAlyGa1-xyzInzThe optimum growth temperature of the N active layer 7 has been raised to almost the same as the optimum growth temperature of AlGaN or GaN. Thereby, in the second embodiment, the layer B containing InxAlyGa1-xyzInzN active layer 7, undoped GaN layer 3 containing no In, n-type GaN contact layer 4, n-type AlGaN cladding layer 5, n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6, p-type BuAlvGa1-uvThe N optical waveguide layer 8, the p-type AlGaN cladding layer 9, and the p-type GaN contact layer 10 can be grown at the same growth temperature T. In this case, the growth temperature T is preferably set at around 1000 ° C., which is the optimum growth temperature of the GaN-based semiconductor not containing In, and specifically, for example, at 1020 ° C.
[0070]
That is, to manufacture this GaN-based semiconductor laser, first, the undoped GaN buffer layer 2 is grown on the c-plane sapphire substrate 1 by MOCVD at a temperature of, for example, about 560 ° C. Next, as shown in FIG. 4, the growth temperature T is set to, for example, 1020 ° C., and the undoped GaN layer 3, the n-type GaN contact layer 4, and the n-type AlGaN cladding layer are formed on the undoped GaN buffer layer 2 by MOCVD. 5, n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6, BxAlyGa1-xyzInzN active layer 7, BxAlyGa1-xyzInzP type B on N active layer 7uAlvGa1-uvAn N layer 8, a p-type AlGaN cladding layer 9 and a p-type GaN contact layer 10 are sequentially grown.
[0071]
The other configuration of the method of manufacturing the GaN-based semiconductor laser according to the second embodiment is the same as that of the method of manufacturing the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment.
[0072]
According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In addition, the active layer that is a layer containing In is replaced with a clad layer that is a layer that does not contain In, an optical waveguide layer, By growing at the same growth temperature as the contact layer and the like, the following effects can be obtained.
[0073]
In other words, according to the second embodiment, the active layer is grown at the same growth temperature as the cladding layer, the optical waveguide layer, etc.xAlyGa1-xyzInzOn the N active layer 7, a p-type BuAlvGa1-uvWhen growing the N optical waveguide layer 8, the p-type AlGaN cladding layer 9 and the p-type GaN contact layer 10, BxAlyGa1-xyzInzThe N active layer 7 can be prevented from being damaged. Also, BxAlyGa1-xyzInzSince the growth of the N active layer 7 and the growth of the other layers are performed at the same growth temperature, there is no need to interrupt the growth, so that the problem that the growth interface is contaminated by impurities is also avoided. . Further, since the temperature profile is constant, the growth sequence can be simplified, and the throughput during production is further improved.
[0074]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a sectional view of the GaN-based semiconductor laser according to the third embodiment. This GaN-based semiconductor laser has an electrode stripe structure and an SCH structure.
[0075]
As shown in FIG. 5, in the GaN-based semiconductor laser, for example, an undoped GaN layer 23, an n-type GaN contact layer 24, and an n-type GaN contact layer 24 are formed on a c-plane sapphire substrate 21 via an undoped GaN buffer layer 22 formed by low-temperature growth. -Type AlGaN cladding layer 25, n-type GaN optical waveguide layer 26, BxAlyGa1-xyzInzN active layer 7 (0 <x + y <1, 0 <x + y + z <1, 0 <x <1, 0 ≦ y <1, 0 <z <1), p-type GaN optical waveguide layer 28, p-type AlGaN cladding layer 29 and a p-type GaN contact layer 30 are sequentially laminated. Where BxAlyGa1-xyzInzThe N active layer 27 is made of GaInN in which at least B is added, and in some cases, Al is further added.
[0076]
Upper layer of n-type GaN contact layer 24, n-type AlGaN cladding layer 25, n-type GaN optical waveguide layer 26, BxAlyGa1-xyzInzThe N active layer 27, the p-type GaN optical waveguide layer 28, the p-type AlGaN cladding layer 29, and the p-type GaN contact layer 30 have a mesa shape with a predetermined width. On the p-type GaN contact layer 30 in the mesa portion, for example, a p-side electrode 31 having a Ni / Pt / Au structure is provided in ohmic contact. On the n-type GaN contact layer 24 adjacent to the mesa portion, for example, an n-side electrode 32 having a Ti / Al / Pt / Au structure is provided in ohmic contact.
[0077]
The other configuration of the GaN-based semiconductor laser according to the third embodiment is the same as that of the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment or the second embodiment, and thus the description is omitted.
[0078]
The GaN-based semiconductor laser according to the third embodiment has a BxAlyGa1-xyzInzDepending on the amount of B and / or Al added to the N active layer 27, a method similar to the method of manufacturing the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment or the method of manufacturing the GaN-based semiconductor laser according to the second embodiment is used. Can be manufactured. However, in this case, BxAlyGa1-xyzInzWhen growing GaInN, the N active layer 27 is formed of a first material used for growing GaInN, that is, TMG, TMI, NHThreeThen, a second raw material containing at least B, that is, TEB is mixed therein, and in some cases, a third raw material containing Al is further mixed and grown.
[0079]
According to the third embodiment, the same effects as in the first embodiment or the second embodiment can be obtained.
[0080]
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, numerical values, materials, structures, manufacturing processes, and the like described in the embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these. Specifically, the first growth temperature T described in the first embodiment described above.1And the second growth temperature TTwoAnd the value of the growth temperature T mentioned in the second embodiment are merely examples, and may be different from the values illustrated.
[0081]
In the first embodiment, the undoped GaN layer 3, the n-type GaN contact layer 4, the n-type AlGaN cladding layer 5, the n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6, p-type BuAlvGa1-uvThe N optical waveguide layer 8, the p-type AlGaN cladding layer 9, and the p-type GaN contact layer 10 are formed at the same growth temperature (second growth temperature T).Two), The layer on the upper side of the active layer may be grown at a lower temperature than the layer on the lower side of the active layer. Specifically, the undoped GaN layer 3, the n-type GaN contact layer 4, the n-type AlGaN cladding layer 5, and the n-type BuAlvGa1-uvAn N optical waveguide layer 6 is grown at a temperature of 1000 ° C. or more, for example, 1020 ° C., and a p-type BuAlvGa1-uvThe N optical waveguide layer 8, the p-type AlGaN cladding layer 9, and the p-type GaN contact layer 10 are grown at a temperature of less than 1000 ° C., preferably at a temperature of 965 ° C. to 995 ° C., for example, 980 ° C. In this case, damage to the active layer due to the heat history when growing the upper layer of the active layer is further reduced.
[0082]
Further, the n-type B in the first and second embodiments described above.uAlvGa1-uvN optical waveguide layer 6 and p-type BuAlvGa1-uvInstead of the N optical waveguide layer 8, for example, an n-type GaN optical waveguide layer and a p-type GaN optical waveguide layer may be used, and the n-type GaN optical waveguide layer 26 and the p-type GaN optical waveguide layer in the third embodiment described above. Instead of the GaN optical waveguide layer 28, for example, n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer and p-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layers (where 0 <u + v <1, 0 ≦ u <1, 0 ≦ v <1) may be used.
[0083]
In the first to third embodiments described above, the case where the present invention is applied to a GaN-based semiconductor laser having an electrode stripe structure has been described. However, the present invention is applied to a GaN-based semiconductor laser having a ridge stripe structure. It is also possible. In the first to third embodiments, the case where the present invention is applied to the GaN-based semiconductor laser having the SCH structure has been described. However, the present invention is not limited to the GaN-based semiconductor laser having the DH (Double Heterostructure) structure. And light emitting diodes. In addition, a method for growing a nitride-based III-V compound semiconductor similar to that used when manufacturing the GaN-based semiconductor laser according to the above-described first to third embodiments includes, for example, a nitride-based III-V compound semiconductor. It can also be used when manufacturing a light receiving element using a group III compound semiconductor or an electron transit element such as a transistor.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, the first aspect of the present inventionAnd the thirdAccording to the invention ofThe nitride III-V compound semiconductor layer containing In and to which B and / or Al is added has good crystallinity, and the nitride III containing In and to which B and / or Al is added. When growing a nitride-based III-V compound semiconductor layer containing no In on the -V compound semiconductor layer, a nitride-based material containing In and containing B and / or Al is added due to its thermal history. Damage to the III-V compound semiconductor layer can be reduced. Further, the time required for switching the growth temperature, that is, the growth interruption time can be shortened as compared with the conventional case, so that the desorption of In during the growth interruption and the impurity contamination of the growth interface can be reduced. In addition, the time required for switching the growth temperature, that is, the growth interruption time can be shortened as compared with the conventional method, so that the desorption of In during the growth interruption and the impurity contamination of the growth interface can be reduced, and the production can be reduced. The throughput at the time can be improved.
[0085]
Second embodiment of the present inventionAnd fourthAccording to the invention ofThe nitride III-V compound semiconductor layer containing In and to which B and / or Al is added has good crystallinity, and the nitride III containing In and to which B and / or Al is added. When growing a nitride-based III-V compound semiconductor layer containing no In on the -V compound semiconductor layer, a nitride-based material containing In and containing B and / or Al is added due to its thermal history. Damage to the III-V compound semiconductor layer can be avoided. The growth temperature of the nitride-based III-V compound semiconductor layer containing In and to which B and / or Al is added and the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer not containing In are the same. Since the growth is not interrupted, the problem that the growth interface is contaminated with impurities can be avoided, and since the temperature profile is constant, the growth sequence can be simplified. And the throughput at the time of manufacturing can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph of vapor pressure curves of In, Ga, B and Al.
FIG. 2 is a sectional view of the GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a growth temperature profile when a GaN-based semiconductor layer forming a laser structure is grown by the method for manufacturing a GaN-based semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a growth temperature profile when a GaN-based semiconductor layer forming a laser structure is grown by a GaN-based semiconductor laser manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a GaN-based semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a growth temperature profile when a GaN-based semiconductor layer forming a laser structure is grown by a conventional GaN-based semiconductor laser manufacturing method.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a growth temperature profile when a GaN-based semiconductor layer forming a laser structure is grown by a conventional method for manufacturing a GaN-based semiconductor laser.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... c-plane sapphire substrate, 2 ... undoped GaN buffer layer, 3 ... undoped GaN layer, 4 ... n-type GaN contact layer, 5 ... n-type AlGaN cladding layer, 6 ... n-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer, 7 ... BxAlyGa1-xyzInzN active layer, 8 ... p-type BuAlvGa1-uvN optical waveguide layer, 9 ... p-type AlGaN cladding layer, 10 ... p-type GaN contact layer, 11 ... p-side electrode, 12 ... n-side electrode

Claims (17)

Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料に、Ｂを含む第２の原料および／またはＡｌを含む第３の原料を混入して第１の成長温度で成長を行うことにより、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、A second material containing B and / or a third material containing Al are mixed into a first material used for growing a nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. Growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer containing In and adding B and / or Al by performing the growth at the first growth temperature;
Ｉｎを含まない第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を上記第１の成長温度より高い第２の成長温度で成長させる工程とを有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法であって、Growing a second nitride-based III-V compound semiconductor layer not containing In at a second growth temperature higher than the first growth temperature. And
上記第２の成長温度と上記第１の成長温度との差が２００℃以下となるように、上記第１の成長温度および上記第２の成長温度を設定したThe first growth temperature and the second growth temperature were set such that the difference between the second growth temperature and the first growth temperature was 200 ° C. or less.
ことを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。A method for growing a nitride-based III-V compound semiconductor, comprising: 上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＢおよび／またはＡｌが添加されたＧａＩｎＮからなることを特徴とする請求項１記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。2. The method for growing a nitride III-V compound semiconductor according to claim 1, wherein said first nitride III-V compound semiconductor layer is made of GaInN to which B and / or Al is added. 上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢＧａＮ、ＢＡｌＮまたはＢＡｌＧａＮからなることを特徴とする請求項１記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。2. The nitride-based III-V compound semiconductor according to claim 1, wherein the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is made of GaN, AlGaN, BN, AlN, BGaN, BAlN, or BAlGaN. Growth method. Ｉｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第４の原料に、Ｂを含む第５の原料および／またはＡｌを含む第６の原料を混入して成長を行うことにより、Ｉｎを含まずかつＢおよび／またはＡｌが添加された上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。Growth is performed by mixing a fifth raw material containing B and / or a sixth raw material containing Al with a fourth raw material used for growing a nitride III-V compound semiconductor containing no In, B, and Al. The method according to claim 1, wherein the second nitride-based III-V compound semiconductor layer containing no In and to which B and / or Al is added is grown. For growing a compound III-V compound semiconductor. 上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、その上に上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるようにしたことを特徴とする請求項４記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein said second nitride-based III-V compound semiconductor layer is grown, and said first nitride-based III-V compound semiconductor layer is grown thereon. The method for growing a nitride-based III-V compound semiconductor described above. 上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＢおよび／またはＡｌが添加されたＧａＮからなることを特徴とする請求項４記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。5. The method for growing a nitride III-V compound semiconductor according to claim 4, wherein said second nitride III-V compound semiconductor layer is made of GaN to which B and / or Al is added. 上記第２の成長温度と上記第１の成長温度との差が１５０℃以下となるように、上記第１の成長温度および上記第２の成長温度を設定したことを特徴とする請求項１記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。2. The method according to claim 1, wherein the first growth temperature and the second growth temperature are set such that a difference between the second growth temperature and the first growth temperature is 150 ° C. or less. 3. The method for growing a nitride-based III-V compound semiconductor described above. 上記第１の成長温度を８００℃以上に設定し、かつ、上記第２の成長温度を、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最適成長温度に設定したことを特徴とする請求項１記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。The first growth temperature is set to 800 ° C. or higher, and the second growth temperature is set to an optimum growth temperature of the second nitride III-V compound semiconductor layer. A method for growing a nitride III-V compound semiconductor according to claim 1. Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料に、Ｂを含む第２の原料および／またはＡｌを含む第３の原料を混入して成長を行うことにより、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、A second material containing B and / or a third material containing Al are mixed into a first material used for growing a nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. Growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer containing In and to which B and / or Al has been added;
Ｉｎを含まない第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程とを有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法であって、Growing a second nitride-based III-V compound semiconductor layer that does not contain In.
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長と上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長とを同一の成長温度で行うようにしたThe growth of the first nitride III-V compound semiconductor layer and the growth of the second nitride III-V compound semiconductor layer are performed at the same growth temperature.
ことを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。A method for growing a nitride-based III-V compound semiconductor, comprising: 上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＢおよび／またはＡｌが添加されたＧａＩｎＮからなることを特徴とする請求項９記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。10. The method of growing a nitride III-V compound semiconductor according to claim 9, wherein said first nitride III-V compound semiconductor layer is made of GaInN to which B and / or Al is added. 上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢＧａＮ、ＢＡｌＮまたはＢＡｌＧａＮからなることを特徴とする請求項９記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。The nitride-based III-V compound semiconductor according to claim 9, wherein the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is made of GaN, AlGaN, BN, AlN, BGaN, BAlN, or BAlGaN. Growth method. Ｉｎ、ＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第４の原料に、Ｂを含む第５の原料および／またはＡｌを含む第６の原料を混入して成長を行うことにより、Ｉｎを含まずかつＢおよび／またはＡｌが添加された上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるようにしたことを特徴とする請求項９記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。Growth is performed by mixing a fifth raw material containing B and / or a sixth raw material containing Al with a fourth raw material used for growing a nitride III-V compound semiconductor containing no In, B, and Al. 10. The method according to claim 9, wherein the second nitride-based III-V compound semiconductor layer containing no In and to which B and / or Al is added is grown. For growing a compound III-V compound semiconductor. 上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、その上に上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるようにしたことを特徴とする請求項９記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。10. The semiconductor device according to claim 9, wherein said second nitride III-V compound semiconductor layer is grown, and said first nitride III-V compound semiconductor layer is grown thereon. The method for growing a nitride-based III-V compound semiconductor described above. 上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＢおよび／またはＡｌが添加されたＧａＮからなることを特徴とする請求項１２記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。13. The method for growing a nitride III-V compound semiconductor according to claim 12, wherein the second nitride III-V compound semiconductor layer is made of GaN to which B and / or Al is added. 上記成長温度を、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最適成長温度に設定したことを特徴とする請求項１２記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。The method for growing a nitride III-V compound semiconductor according to claim 12, wherein the growth temperature is set to an optimum growth temperature of the second nitride III-V compound semiconductor layer. Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料に、Ｂを含む第２の原料および／またはＡｌを含む第３の原料を混入して第１の成長温度で成長を行うことにより、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、A second material containing B and / or a third material containing Al are mixed into a first material used for growing a nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. Growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer containing In and adding B and / or Al by performing the growth at the first growth temperature;
Ｉｎを含まない第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を上記第１の成長温度より高い第２の成長温度で成長させる工程とを有する半導体発光素子の製造方法であって、Growing a second nitride-based III-V compound semiconductor layer containing no In at a second growth temperature higher than the first growth temperature, the method comprising:
上記第２の成長温度と上記第１の成長温度との差が２００℃以下となるように、上記第１の成長温度および上記第２の成長温度を設定したThe first growth temperature and the second growth temperature were set such that the difference between the second growth temperature and the first growth temperature was 200 ° C. or less.
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: Ｉｎを含みかつＢおよびＡｌを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長に用いられる第１の原料に、Ｂを含む第２の原料および／またはＡｌを含む第３の原料を混入して成長を行うことにより、Ｉｎを含みかつＢおよび／またはＡｌが添加された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、A second material containing B and / or a third material containing Al are mixed into a first material used for growing a nitride III-V compound semiconductor containing In and not containing B and Al. Growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer containing In and to which B and / or Al has been added;
Ｉｎを含まない第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程とを有する半導体発光素子の製造方法であって、Growing a second nitride-based III-V compound semiconductor layer that does not contain In.
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長と上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長とを同一の成長温度で行うようにしたThe growth of the first nitride III-V compound semiconductor layer and the growth of the second nitride III-V compound semiconductor layer are performed at the same growth temperature.
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising:
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