JP3599896B2 - 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれらの混晶等のＩＩＩ−Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系半導体と呼ぶ）からなるエピタキシャル成長層を有する半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直接遷移型のバンド構造を有する窒化物系半導体は広い禁止帯幅を有するため、短波長の光を発生する発光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子の材料として有望である。しかしながら、これらの窒化物系半導体からなる基板が存在しないため、半導体発光素子を作製する際には他の材料からなる基板上に窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させている。
【０００３】
たとえば、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ Ｖｏｌ．６４ （１３），２８ Ｍａｒｃｈ，１９９４，ｐｐ．１６８７−１６８９ にはサファイア（Ａｌ２ Ｏ３ ）基板上に形成されたＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮダブルヘテロ構造の発光ダイオードが開示されている。その発光ダイオードは青色の光を発生することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サファイア基板はへき開面を有さないため、サファイアウエハ上に形成された各素子をへき開により分離することができない。一方、半導体レーザ素子においては、光学的平坦さを有する共振器面が必要となる。しかしながら、前述のように、サファイア基板はへき開面を有さないため、サファイア基板上に形成された窒化物系半導体からなる活性層に共振器面を形成することは困難である。
【０００５】
たとえば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法のように特殊なエッチング方法を用いて共振器面を形成することは可能である。しかしながら、エッチングにより形成された共振器面は平坦性が悪く、また量産性にも欠ける。したがって、エッチングは半導体レーザ素子の共振器面の形成にはあまり適さない。
【０００６】
このように、サファイア基板上に形成された従来の窒化物系半導体発光素子では、誘導放出および増幅のための共振器面をへき開法を用いて形成できず、安定して青色の光を発光する半導体レーザ素子を実現することができない。
【０００７】
また、サファイア基板は絶縁物であり、素子の上下方向に導電性がないので、サファイア基板の下面に電極を形成することができない。したがって、半導体発光素子の構造が複雑となる。また、半導体レーザ素子の活性層に対して垂直に電流を流してレーザ発振を起こすことも困難となる。
【０００８】
本発明の目的は、共振器面をへき開により作製可能でかつ安定して発振することができる窒化物系半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る半導体レーザ素子は、炭化ケイ素基板と、炭化ケイ素基板上に形成されかつガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体からなるエピタキシャル成長層とを備え、炭化ケイ素基板およびエピタキシャル成長層の光学的に平坦な面である｛１１−２０｝面で形成された一対の共振器面、及びを炭化ケイ素基板およびエピタキシャル成長層の｛１０−１０｝面で形成された一対の側面を有するものである。
【００１１】
第２の発明に係る半導体レーザ素子は、第１の発明に係る半導体レーザ素子の構成において、エピタキシャル成長層が、第１のクラッド層と、第１のクラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第２のクラッド層とを含むものである。
【００１２】
第３の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、炭化ケイ素基板上にガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体からなるエピタキシャル成長層を形成するステップと、炭化ケイ素基板の｛１１−２０｝面に沿って前記炭化ケイ素基板および前記エピタキシャル成長層をへき開して一対の光学的に平坦な共振器面を形成し、該一対の共振器面が形成されたウエハを切断または炭化ケイ素基板の｛１０−１０｝面に沿ってへき開して一対の側面を形成するステップとを備えるものである。
【００１３】
第１〜第３の発明に係る半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法において、炭化ケイ素基板の｛１１ −２ ０｝面はへき開性を有し、かつ光学的平坦さを有する。炭化ケイ素基板上にガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体からなる層をエピタキシャル成長させると、炭化ケイ素基板と同じ面方位で結晶成長を行える。したがって、炭化ケイ素基板をその上のエピタキシャル成長層とともに｛１１ −２ ０｝面でへき開することが可能となる。それにより、半導体レーザ素子の共振器面をへき開により形成することができる。
【００１４】
また、｛１１ −２ ０｝面に沿って炭化ケイ素基板をへき開した場合には、原子レベルおよび巨視的レベルにおいて平坦な面が出現する。したがって、半導体レーザ素子のレーザ光を安定にかつ効率良く発生することができる。また、炭化ケイ素基板には不純物元素の添加により導電性が付与されるので、素子の上下方向に導電性を有することとなり、素子構造が簡単になる。さらに、活性層に垂直に電流を注入することができるので、半導体レーザ素子を容易に作製することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下の実施例の説明においても、ＧａＮ、ＡｌＮもしくはＩｎＮまたはこれらの混晶を窒化物系半導体と呼ぶ。
【００１６】
６Ｈ形ＳｉＣ（炭化ケイ素）および４Ｈ形ＳｉＣは、窒化物系半導体が通常六方晶系半導体であるのと同様に六方晶系半導体であり、その格子定数は窒化物系半導体とほぼ等しい。６Ｈ形ＳｉＣの格子定数は３．０８１Åである。また、ＡｌＮの格子定数は３．１１２Åであり、ＧａＮの格子定数は３．１８９Åである。したがって、６Ｈ形ＳｉＣに対するＡｌＮの格子不整合率は（３．１１２−３．０８１）／３．０８１×１００＝１．０［％］であり、６Ｈ形ＳｉＣに対するＧａＮの格子不整合率は（３．１８９−３．０８１）／３．０８１×１００＝３．５［％］である。
【００１７】
また、ＳｉＣは不純物元素の添加によりｐ型またはｎ型の両方の導電型になる。したがって、ＳｉＣは窒化物系半導体発光素子の基板として適している。
図１（ａ）は六方晶ＳｉＣの｛１１−２０｝へき開面を示す図である。図１（ｂ）は六方晶ＳｉＣの｛１０−１０｝へき開面を示す図である。
【００１８】
ここで、六方晶ＳｉＣの｛１１−２０｝面は（１１−２０）面およびこれと等価な面を含む。（１１−２０）面と等価な面とは、（２ −１ −１ ０ ）面、（１ −２ １ ０）面、（−１ −１ ２０）面、（−２ １ １ ０）面および（−１ ２ −１ ０ ）面である。
【００１９】
６Ｈ形または４Ｈ形ＳｉＣには、へき開可能な複数の結晶学的面、たとえば｛０００１｝面、｛１０−１０｝面および｛１１−２０｝面が存在する。通常、窒化物系半導体発光素子は結晶面｛０００１｝面上に形成されるので、｛０００１｝面を共振器面とする素子構造は困難である。なお、｛０００１｝面は（０００１）面または（０００−１）面を示す。
【００２０】
したがって、図１（ａ）に示すような｛０００１｝面に垂直な｛１１−２０｝面または図１（ｂ）に示すような｛０００１｝面に垂直な｛１０−１０｝面を共振器面とした素子構造が実現可能である。
【００２１】
ここで、６Ｈ形ＳｉＣを例にとって、｛１０−１０｝面および｛１１−２０｝面の原子の配列を比較する。
図２はＳｉＣ単結晶の正四面体構造を示す図である。図２に示すように、ＳｉＣは、結晶学的には、Ｃ原子の周りに４個のＳｉ原子が等間隔に結合しており、正四面体構造となっている。Ｓｉ原子を中心として考えても、同様の四面体構造となる。この基本構造の組み合わせによって、上述した６Ｈ形、４Ｈ型等の結晶構造の変化が現れる。
【００２２】
図３（ａ）はＳｉＣの｛１０−１０｝面の原子配置を示す図、図３（ｂ）はＳｉＣを｛１０−１０｝面に対して平行な〈１１−２０〉方向（例えば（１０−１０）面に対して平行な［１−２１０］方向）から見た場合の原子配置を示す図である。
【００２３】
実験的には、｛１０−１０｝面でのへき開が確認されている。その場合の｛１０−１０｝面は、図３（ｂ）に一点鎖線で表される。この面が表面に現れるためには、その近傍の結合の弱い結合手が切れていくことが必要である。▲１▼で示される結合は、１つのＳｉ原子の２つの結合手が関係している。すなわち、｛１０−１０｝面のＣ原子１００から１つのＳｉ原子１０１を切り離すためには２つの結合手を切らなければならない。そのため、▲１▼で示される結合は、全体的に切れにくい。一方、▲２▼で示される結合手は、１つのＳｉ原子に対して１つの結合手である。すなわち、Ｃ原子１０２をＳｉ原子１０１から切り離すためには１つの結合手を切ればよい。そのため、▲２▼で示される結合手は容易に切ることができる。
【００２４】
｛１０−１０｝面全体で考えると、前述した二つの結合関係が共存するため、切れやすい結合手を連続してゆくと、原子サイズでみると、図３（ｂ）に破線で示されるように、凹凸の面が出現しやすい。このため、巨視的に｛１０−１０｝へき開面を見ると起伏が存在し、半導体発光素子の共振器面に必要とされる光学的平坦さが得られない。
【００２５】
図４（ａ）はＳｉＣの｛１１−２０｝面の原子配置を示す図、図４（ｂ）はＳｉＣを｛１１−２０｝面に対して平行な〈１０−１０〉方向（例えば（１１−２０）面に対して平行な［１−１００］方向）から見た原子配置を示す図である。
【００２６】
ＳｉＣの最表面は、Ｓｉ原子およびＣ原子が階段状につながった平坦な構造となっている。黒丸で示した階段構造は、最表面から１つ奥に位置し、最表面の層と結合している。〈１０−１０〉方向から見た場合、ＳｉＣの｛１１−２０｝面は図４（ｂ）に一点鎖線で表される。この面内に存在するＳｉ原子およびＣ原子の｛１１−２０｝面に垂直な方向の結合手は、▲３▼で示されるように、一方向に対して１本であり、容易に切ることができる。したがって、｛１１−２０｝面でへき開したときには、破線で示されるように、一直線で結合手が切り離される。
【００２７】
この結果、表面に出現したへき開面は原子レベルでも巨視的レベルでも平坦な面になっており、半導体発光素子の共振器面として十分に適用可能である。
４Ｈ形ＳｉＣ結晶も６Ｈ形ＳｉＣ結晶と類似の｛１０−１０｝面および｛１１−２０｝面の構造を有しており、｛１１−２０｝へき開面は光学的平坦さを持っている。
【００２８】
半導体発光素子において、活性層の共振器面の平坦性を得るためには、上記のような基板で得られるへき開による平坦性を活性層まで連続させる必要がある。そこで、６Ｈ形ＳｉＣ、４Ｈ形ＳｉＣ等六方晶ＳｉＣ基板の｛０００１｝面上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）により窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させると、ＳｉＣ基板と同じ面方位で結晶成長が行なわれ、六方晶の窒化物系半導体層からなるエピタキシャル成長層が形成される。
【００２９】
図５（ａ）は六方晶窒化物系半導体（たとえばＧａＮ）の｛１０−１０｝面の原子配置を示す図、図５（ｂ）は六方晶窒化物系半導体を｛１０−１０｝面に平行な〈１１−２０〉方向から見た原子配置を示す図である。また、図６（ａ）は六方晶窒化物系半導体の｛１１−２０｝面の原子配置を示す図、図６（ｂ）は六方晶窒化物系半導体を｛１１−２０｝面に平行な〈１０−１０〉方向から見た原子配置を示す図である。
【００３０】
図５（ｂ）および図６（ｂ）において、それぞれ｛１０−１０｝面および｛１１−２０｝面を一点鎖線で示している。窒化物系半導体では、｛１０−１０｝面および｛１１−２０｝面の両方において、原子の面に垂直方向の結合手は一本である。したがって、へき開によって光学的に平坦な面が容易に出現する。
【００３１】
半導体発光素子のエピタキシャル成長層は、数μｍ程度の厚さしか有さないので、独立してはへき開が不可能であるが、格子整合の良い六方晶ＳｉＣ基板、たとえば６Ｈ形ＳｉＣ基板または４Ｈ形ＳｉＣ基板の｛０００１｝面上にエピタキシャル成長層を形成後、数百μｍ程度の厚さを有するＳｉＣ基板をへき開すると、連続してエピタキシャル成長層もへき開される。
【００３２】
しかも、ＳｉＣの｛１１−２０｝面は、結晶構造からわかるように、平坦な面が得られるので、｛１１−２０｝面を共振器面とする素子構造をとり、へき開によって光学的に平坦な面を形成することにより、窒化物系半導体の共振器を備えた半導体発光素子を実現することが可能となる。
【００３３】
図７は本発明の第１の実施例における窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
図７において、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１は１００μｍ程度の厚さを有し、｛０００１｝の結晶成長面を有する。ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１の上面の中央部には、幅５μｍ、深さ０．５μｍの断面Ｖ字形のストライプ状の溝が形成されている。
【００３４】
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１の｛０００１｝Ｓｉ面上に、膜厚を小さくして導電性を有するようにした膜厚３００ｎｍのＡｌＮバッファ層２、膜厚３μｍのｎ型ＧａＮ中間層３、膜厚１８０ｎｍのｎ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層４、膜厚６０ｎｍのＩｎ１−Ｙ ＧａＹ Ｎ活性層５、膜厚１８０ｎｍのｐ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層６、および膜厚１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層７をＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）により順にエピタキシャル成長させる。なお、これらのエピタキシャル成長層はｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１の｛０００１｝Ｃ面上に形成してもよい。
【００３５】
ここで、ｎ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層４およびｐ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層６におけるＧａの組成比Ｘは０≦Ｘ＜１の範囲内の実数であり、ｎ型Ｉｎ１−Ｙ ＧａＹ Ｎ活性層５におけるＧａの組成比Ｙは０≦Ｙ＜１の範囲内の実数である。
【００３６】
ｐ型ＧａＮコンタクト層７の中央部の領域は、フォトリグラフィ技術およびエッチング技術を用いて幅５μｍ、高さ０．３μｍのストライプ状のリッジ部に形成し、リッジ部の両側のｐ型ＧａＮコンタクト層７上に蒸着法等によりＳｉＯ２ 、ＳｉＮ等からなる膜厚０．３μｍの絶縁膜８を形成する。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層７のリッジ部上に幅５μｍのｐ側電極９を形成する。さらに、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１の下面にｎ側電極１０を形成する。
【００３７】
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１の｛０００１｝面に対して垂直な｛１１−２０｝面に沿って３００μｍの間隔でウエハをへき開し、へき開後の棒状のウエハを２５０μｍピッチで切断または｛１１−２０｝面および｛０００１｝面に垂直な｛１０−１０｝面に沿ってへき開する。これにより、共振器長３００μｍ、幅２５０μｍおよび高さ１２０μｍの窒化物系半導体レーザ素子が作製される。共振器面Ａは｛１１−２０｝面で形成され、側面Ｂは｛１０−１０｝面で形成される。例えば、共振器面Ａは（１１−２０）面で形成され、側面Ｂは（１−１００）面で形成される。
【００３８】
したがって、本実施例の半導体レーザ素子は、光学的平坦さを有する共振器面を有し、青色の光を安定にかつ効率良く発生することができる。
上記実施例と同様にして、窒化物系発光ダイオードを作製することもできる。この場合、発光ダイオードの端面または側面を｛１１−２０｝面でまたはこれに垂直な｛１０−１０｝面で形成することにより、ウエハ上の素子をへき開により分離することが可能になる。ダイシングで素子を分離した場合には、機械的ダメージにより光度の低下等の特性の劣化が生じる。また、欠陥によってバンドギャップ中に準位が形成され、発光色が変化する。これに対して、ウエハ上の素子をへき開により分離した場合には、機械的ダメージがほとんどないので、特性の劣化や発光色の変化が生じない。
【００３９】
なお、上記の方法により製造される発光ダイオードは、単一のｐｎ接合からなるものでもよく、あるいは活性層をクラッド層で挟むように構成したダブルヘテロ構造を有するものでもよい。また、活性層としては、量子効果を有しない単一の活性層、あるいは多重または単一量子井戸構造の活性層を用いることができる。
【００４０】
図８は、本発明の第２の実施例における窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。図８において、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１は３５０μｍ程度の厚さを有し、｛０００１｝の結晶成長面を有する。
【００４１】
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１の｛０００１｝Ｓｉ面上には、膜厚を小さくして導電性を有するようにした膜厚３ｎｍのＡｌＮバッファ層１２、膜厚４μｍのｎ型ＧａＮ中間層１３、膜厚１μｍのｎ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎクラッド層１４、膜厚６ｎｍのＡｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ量子障壁層および膜厚３ｎｍのＧａＮ量子井戸層が交互に４ペア積層されてなる多重量子井戸構造の活性層１５、膜厚１μｍのｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎクラッド層１６、膜厚０．２μｍのｐ型ＧａＮキャップ層１７がＭＯＣＶＤ法により順次エピタキシャル成長されている。
【００４２】
また、ｐ型ＧａＮキャップ層１７およびｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎクラッド層１６の一部は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、幅５μｍ、高さ０．６μｍのストライプ状のメサ型に形成されている。そして、その両側にｎ型Ａｌ０．３ Ｇａ０．７ Ｎ電流ブロック層１８，１８がＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長されている。
【００４３】
さらに、ｐ型ＧａＮキャップ層１７およびｎ型Ａｌ０．３ Ｇａ０．７ Ｎ電流ブロック層１８の表面上には、ｐ＋ −ＧａＮコンタクト層１９がＭＯＣＶＤ法などによりエピタキシャル成長されている。さらに、ｐ＋ −ＧａＮコンタクト層１９上にはｐ側電極２０が形成され、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１の下面にはｎ側電極２１が形成されている。
【００４４】
上記の窒化物系半導体レーザ素子の端面、すなわち共振器面Ａはへき開により形成された｛１１−２０｝面で構成されており、側面Ｂはへき開あるいは切断により形成された｛１０−１０｝面で構成されている。
【００４５】
したがって、本実施例の半導体レーザ素子は、共振器面Ａが光学的平坦さを有するへき開面から構成されることによってレーザ光を安定にかつ効率良く発生することができる。
【００４６】
なお、上記第１および第２の実施例においては、６Ｈ−ＳｉＣ基板の代わりに２Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣまたは８Ｈ−ＳｉＣの基板を用いてもよい。また、エピタキシャル成長層は、（０００１）面またはこれと等価な面から傾斜した面、たとえば傾斜角が十数度以下の面上に形成してもよい。
【００４７】
さらに、上記実施例では、量子効果を有しない単一の活性層、および多重量子井戸構造の活性層を持つ半導体レーザについて説明したが、単一量子井戸構造の活性層を有する半導体レーザ素子にも本発明を適用することができる。
【００４８】
また、上記実施例では、六方晶ＳｉＣを基板として用いる場合を説明したが、３Ｃ−ＳｉＣを基板として用いることもできる。３Ｃ−ＳｉＣの立方晶ＳｉＣ基板上に窒化物系半導体をエピタキシャル成長させると、そのエピタキシャル層は、条件により六方晶または立方晶となる。
【００４９】
そこで、六方晶ＳｉＣの（１１−２０）面と等価な３Ｃ−ＳｉＣ基板の（−１０−１）面、（１−１０）面、（０−１−１）面、（０１１）面、（１１０）面、（１０１）面、すなわち｛１０１｝面、および３Ｃ−ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された六方晶窒化物系半導体からなるエピタキシャル層の｛１１−２０｝面を半導体レーザ素子の共振器面または発光ダイオードの端面または側面として用いても上記実施例と同様の効果が得られる。
【００５０】
また、六方晶ＳｉＣの（１１−２０）面と等価な３Ｃ−ＳｉＣ基板の（−１０−１）面、（１−１０）面、（０−１−１）面、（０１１）面、（１１０）面、（１０１）面、すなわち｛１０１｝面、および３Ｃ−ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された立方晶窒化物系半導体からなるエピタキシャル層の｛１０１｝面を半導体レーザ素子の共振器面または発光ダイオードの端面または側面として用いても上記実施例と同様の効果が得られる。
【００５１】
しかしながら、ＳｉＣ基板としては、立方晶よりも六方晶の方がエピタキシャル成長層の結晶性がよい。このため上記の半導体レーザ素子あるいは発光ダイオードに用いる場合は、六方晶ＳｉＣ基板上に六方晶のエピタキシャル層を用いるほうが好ましい。
【００５２】
なお、上記において「共振器面」とは、実質的な共振器の共振器面となる端面およびこれに連なる面を含むものである。
さらに、本発明において、ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長層を形成する方法はＭＯＣＶＤ法のみならず、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法等の気相成長法を用いてもよい。
【００５３】
以上のように本発明によれば、炭化ケイ素基板の（１１−２０）面または（１１−２０）面と等価な面で端面または側面が形成されるので、へき開により作製可能な半導体発光素子が実現される。また、素子の上下方向に導電性を付与することができるので、素子構造が簡単になる。
【００５４】
さらに、炭化ケイ素基板の（１１−２０）面または（１１−２０）面と等価な面で共振器面が形成され、かつ素子の上下方向に導電性を付与することができるので、安定に発振する半導体レーザ素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】六方晶ＳｉＣの｛１１−２０｝へき開面および｛１０−１０｝へき開面を示す図である。
【図２】ＳｉＣ単結晶の正四面体構造を示す図である。
【図３】６Ｈ形ＳｉＣの｛１０−１０｝面の原子配置および〈１１−２０〉方向から見た原子配置を示す図である。
【図４】６Ｈ形ＳｉＣの｛１１−２０｝面の原子配置および〈１０−１０〉方向から見た原子配置を示す図である。
【図５】六方晶窒化物系半導体の｛１０−１０｝面の原子配置および〈１１−２０〉方向から見た原子配置を示す図である。
【図６】六方晶窒化物系半導体の｛１１−２０｝面の原子配置および〈１０−１０〉方向から見た原子配置を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例における窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施例における窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板
２ ＡｌＮバッファ層
３ ｎ型ＧａＮ中間層
４ ｎ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層
５ Ｉｎ１−Ｙ ＧａＹ Ｎ活性層
６ ｐ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層
７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれらの混晶等のＩＩＩ−Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系半導体と呼ぶ）からなるエピタキシャル成長層を有する半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直接遷移型のバンド構造を有する窒化物系半導体は広い禁止帯幅を有するため、短波長の光を発生する発光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子の材料として有望である。しかしながら、これらの窒化物系半導体からなる基板が存在しないため、半導体発光素子を作製する際には他の材料からなる基板上に窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させている。
【０００３】
たとえば、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ Ｖｏｌ．６４ （１３），２８ Ｍａｒｃｈ，１９９４，ｐｐ．１６８７−１６８９ にはサファイア（Ａｌ２ Ｏ３ ）基板上に形成されたＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮダブルヘテロ構造の発光ダイオードが開示されている。その発光ダイオードは青色の光を発生することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サファイア基板はへき開面を有さないため、サファイアウエハ上に形成された各素子をへき開により分離することができない。一方、半導体レーザ素子においては、光学的平坦さを有する共振器面が必要となる。しかしながら、前述のように、サファイア基板はへき開面を有さないため、サファイア基板上に形成された窒化物系半導体からなる活性層に共振器面を形成することは困難である。
【０００５】
たとえば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法のように特殊なエッチング方法を用いて共振器面を形成することは可能である。しかしながら、エッチングにより形成された共振器面は平坦性が悪く、また量産性にも欠ける。したがって、エッチングは半導体レーザ素子の共振器面の形成にはあまり適さない。
【０００６】
このように、サファイア基板上に形成された従来の窒化物系半導体発光素子では、誘導放出および増幅のための共振器面をへき開法を用いて形成できず、安定して青色の光を発光する半導体レーザ素子を実現することができない。
【０００７】
また、サファイア基板は絶縁物であり、素子の上下方向に導電性がないので、サファイア基板の下面に電極を形成することができない。したがって、半導体発光素子の構造が複雑となる。また、半導体レーザ素子の活性層に対して垂直に電流を流してレーザ発振を起こすことも困難となる。
【０００８】
本発明の目的は、共振器面をへき開により作製可能でかつ安定して発振することができる窒化物系半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る半導体レーザ素子は、炭化ケイ素基板と、炭化ケイ素基板上に形成されかつガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体からなるエピタキシャル成長層とを備え、炭化ケイ素基板およびエピタキシャル成長層の光学的に平坦な面である｛１１−２０｝面で形成された一対の共振器面、及びを炭化ケイ素基板およびエピタキシャル成長層の｛１０−１０｝面で形成された一対の側面を有するものである。
【００１１】
第２の発明に係る半導体レーザ素子は、第１の発明に係る半導体レーザ素子の構成において、エピタキシャル成長層が、第１のクラッド層と、第１のクラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第２のクラッド層とを含むものである。
【００１２】
第３の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、炭化ケイ素基板上にガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体からなるエピタキシャル成長層を形成するステップと、炭化ケイ素基板の｛１１−２０｝面に沿って前記炭化ケイ素基板および前記エピタキシャル成長層をへき開して一対の光学的に平坦な共振器面を形成し、該一対の共振器面が形成されたウエハを切断または炭化ケイ素基板の｛１０−１０｝面に沿ってへき開して一対の側面を形成するステップとを備えるものである。
【００１３】
第１〜第３の発明に係る半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法において、炭化ケイ素基板の｛１１ −２ ０｝面はへき開性を有し、かつ光学的平坦さを有する。炭化ケイ素基板上にガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体からなる層をエピタキシャル成長させると、炭化ケイ素基板と同じ面方位で結晶成長を行える。したがって、炭化ケイ素基板をその上のエピタキシャル成長層とともに｛１１ −２ ０｝面でへき開することが可能となる。それにより、半導体レーザ素子の共振器面をへき開により形成することができる。
【００１４】
また、｛１１ −２ ０｝面に沿って炭化ケイ素基板をへき開した場合には、原子レベルおよび巨視的レベルにおいて平坦な面が出現する。したがって、半導体レーザ素子のレーザ光を安定にかつ効率良く発生することができる。また、炭化ケイ素基板には不純物元素の添加により導電性が付与されるので、素子の上下方向に導電性を有することとなり、素子構造が簡単になる。さらに、活性層に垂直に電流を注入することができるので、半導体レーザ素子を容易に作製することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下の実施例の説明においても、ＧａＮ、ＡｌＮもしくはＩｎＮまたはこれらの混晶を窒化物系半導体と呼ぶ。
【００１６】
６Ｈ形ＳｉＣ（炭化ケイ素）および４Ｈ形ＳｉＣは、窒化物系半導体が通常六方晶系半導体であるのと同様に六方晶系半導体であり、その格子定数は窒化物系半導体とほぼ等しい。６Ｈ形ＳｉＣの格子定数は３．０８１Åである。また、ＡｌＮの格子定数は３．１１２Åであり、ＧａＮの格子定数は３．１８９Åである。したがって、６Ｈ形ＳｉＣに対するＡｌＮの格子不整合率は（３．１１２−３．０８１）／３．０８１×１００＝１．０［％］であり、６Ｈ形ＳｉＣに対するＧａＮの格子不整合率は（３．１８９−３．０８１）／３．０８１×１００＝３．５［％］である。
【００１７】
また、ＳｉＣは不純物元素の添加によりｐ型またはｎ型の両方の導電型になる。したがって、ＳｉＣは窒化物系半導体発光素子の基板として適している。
図１（ａ）は六方晶ＳｉＣの｛１１−２０｝へき開面を示す図である。図１（ｂ）は六方晶ＳｉＣの｛１０−１０｝へき開面を示す図である。
【００１８】
ここで、六方晶ＳｉＣの｛１１−２０｝面は（１１−２０）面およびこれと等価な面を含む。（１１−２０）面と等価な面とは、（２ −１ −１ ０ ）面、（１ −２ １ ０）面、（−１ −１ ２０）面、（−２ １ １ ０）面および（−１ ２ −１ ０ ）面である。
【００１９】
６Ｈ形または４Ｈ形ＳｉＣには、へき開可能な複数の結晶学的面、たとえば｛０００１｝面、｛１０−１０｝面および｛１１−２０｝面が存在する。通常、窒化物系半導体発光素子は結晶面｛０００１｝面上に形成されるので、｛０００１｝面を共振器面とする素子構造は困難である。なお、｛０００１｝面は（０００１）面または（０００−１）面を示す。
【００２０】
したがって、図１（ａ）に示すような｛０００１｝面に垂直な｛１１−２０｝面または図１（ｂ）に示すような｛０００１｝面に垂直な｛１０−１０｝面を共振器面とした素子構造が実現可能である。
【００２１】
ここで、６Ｈ形ＳｉＣを例にとって、｛１０−１０｝面および｛１１−２０｝面の原子の配列を比較する。
図２はＳｉＣ単結晶の正四面体構造を示す図である。図２に示すように、ＳｉＣは、結晶学的には、Ｃ原子の周りに４個のＳｉ原子が等間隔に結合しており、正四面体構造となっている。Ｓｉ原子を中心として考えても、同様の四面体構造となる。この基本構造の組み合わせによって、上述した６Ｈ形、４Ｈ型等の結晶構造の変化が現れる。
【００２２】
図３（ａ）はＳｉＣの｛１０−１０｝面の原子配置を示す図、図３（ｂ）はＳｉＣを｛１０−１０｝面に対して平行な〈１１−２０〉方向（例えば（１０−１０）面に対して平行な［１−２１０］方向）から見た場合の原子配置を示す図である。
【００２３】
実験的には、｛１０−１０｝面でのへき開が確認されている。その場合の｛１０−１０｝面は、図３（ｂ）に一点鎖線で表される。この面が表面に現れるためには、その近傍の結合の弱い結合手が切れていくことが必要である。▲１▼で示される結合は、１つのＳｉ原子の２つの結合手が関係している。すなわち、｛１０−１０｝面のＣ原子１００から１つのＳｉ原子１０１を切り離すためには２つの結合手を切らなければならない。そのため、▲１▼で示される結合は、全体的に切れにくい。一方、▲２▼で示される結合手は、１つのＳｉ原子に対して１つの結合手である。すなわち、Ｃ原子１０２をＳｉ原子１０１から切り離すためには１つの結合手を切ればよい。そのため、▲２▼で示される結合手は容易に切ることができる。
【００２４】
｛１０−１０｝面全体で考えると、前述した二つの結合関係が共存するため、切れやすい結合手を連続してゆくと、原子サイズでみると、図３（ｂ）に破線で示されるように、凹凸の面が出現しやすい。このため、巨視的に｛１０−１０｝へき開面を見ると起伏が存在し、半導体発光素子の共振器面に必要とされる光学的平坦さが得られない。
【００２５】
図４（ａ）はＳｉＣの｛１１−２０｝面の原子配置を示す図、図４（ｂ）はＳｉＣを｛１１−２０｝面に対して平行な〈１０−１０〉方向（例えば（１１−２０）面に対して平行な［１−１００］方向）から見た原子配置を示す図である。
【００２６】
ＳｉＣの最表面は、Ｓｉ原子およびＣ原子が階段状につながった平坦な構造となっている。黒丸で示した階段構造は、最表面から１つ奥に位置し、最表面の層と結合している。〈１０−１０〉方向から見た場合、ＳｉＣの｛１１−２０｝面は図４（ｂ）に一点鎖線で表される。この面内に存在するＳｉ原子およびＣ原子の｛１１−２０｝面に垂直な方向の結合手は、▲３▼で示されるように、一方向に対して１本であり、容易に切ることができる。したがって、｛１１−２０｝面でへき開したときには、破線で示されるように、一直線で結合手が切り離される。
【００２７】
この結果、表面に出現したへき開面は原子レベルでも巨視的レベルでも平坦な面になっており、半導体発光素子の共振器面として十分に適用可能である。
４Ｈ形ＳｉＣ結晶も６Ｈ形ＳｉＣ結晶と類似の｛１０−１０｝面および｛１１−２０｝面の構造を有しており、｛１１−２０｝へき開面は光学的平坦さを持っている。
【００２８】
半導体発光素子において、活性層の共振器面の平坦性を得るためには、上記のような基板で得られるへき開による平坦性を活性層まで連続させる必要がある。そこで、６Ｈ形ＳｉＣ、４Ｈ形ＳｉＣ等六方晶ＳｉＣ基板の｛０００１｝面上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）により窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させると、ＳｉＣ基板と同じ面方位で結晶成長が行なわれ、六方晶の窒化物系半導体層からなるエピタキシャル成長層が形成される。
【００２９】
図５（ａ）は六方晶窒化物系半導体（たとえばＧａＮ）の｛１０−１０｝面の原子配置を示す図、図５（ｂ）は六方晶窒化物系半導体を｛１０−１０｝面に平行な〈１１−２０〉方向から見た原子配置を示す図である。また、図６（ａ）は六方晶窒化物系半導体の｛１１−２０｝面の原子配置を示す図、図６（ｂ）は六方晶窒化物系半導体を｛１１−２０｝面に平行な〈１０−１０〉方向から見た原子配置を示す図である。
【００３０】
図５（ｂ）および図６（ｂ）において、それぞれ｛１０−１０｝面および｛１１−２０｝面を一点鎖線で示している。窒化物系半導体では、｛１０−１０｝面および｛１１−２０｝面の両方において、原子の面に垂直方向の結合手は一本である。したがって、へき開によって光学的に平坦な面が容易に出現する。
【００３１】
半導体発光素子のエピタキシャル成長層は、数μｍ程度の厚さしか有さないので、独立してはへき開が不可能であるが、格子整合の良い六方晶ＳｉＣ基板、たとえば６Ｈ形ＳｉＣ基板または４Ｈ形ＳｉＣ基板の｛０００１｝面上にエピタキシャル成長層を形成後、数百μｍ程度の厚さを有するＳｉＣ基板をへき開すると、連続してエピタキシャル成長層もへき開される。
【００３２】
しかも、ＳｉＣの｛１１−２０｝面は、結晶構造からわかるように、平坦な面が得られるので、｛１１−２０｝面を共振器面とする素子構造をとり、へき開によって光学的に平坦な面を形成することにより、窒化物系半導体の共振器を備えた半導体発光素子を実現することが可能となる。
【００３３】
図７は本発明の第１の実施例における窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
図７において、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１は１００μｍ程度の厚さを有し、｛０００１｝の結晶成長面を有する。ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１の上面の中央部には、幅５μｍ、深さ０．５μｍの断面Ｖ字形のストライプ状の溝が形成されている。
【００３４】
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１の｛０００１｝Ｓｉ面上に、膜厚を小さくして導電性を有するようにした膜厚３００ｎｍのＡｌＮバッファ層２、膜厚３μｍのｎ型ＧａＮ中間層３、膜厚１８０ｎｍのｎ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層４、膜厚６０ｎｍのＩｎ１−Ｙ ＧａＹ Ｎ活性層５、膜厚１８０ｎｍのｐ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層６、および膜厚１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層７をＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）により順にエピタキシャル成長させる。なお、これらのエピタキシャル成長層はｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１の｛０００１｝Ｃ面上に形成してもよい。
【００３５】
ここで、ｎ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層４およびｐ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層６におけるＧａの組成比Ｘは０≦Ｘ＜１の範囲内の実数であり、ｎ型Ｉｎ１−Ｙ ＧａＹ Ｎ活性層５におけるＧａの組成比Ｙは０≦Ｙ＜１の範囲内の実数である。
【００３６】
ｐ型ＧａＮコンタクト層７の中央部の領域は、フォトリグラフィ技術およびエッチング技術を用いて幅５μｍ、高さ０．３μｍのストライプ状のリッジ部に形成し、リッジ部の両側のｐ型ＧａＮコンタクト層７上に蒸着法等によりＳｉＯ２ 、ＳｉＮ等からなる膜厚０．３μｍの絶縁膜８を形成する。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層７のリッジ部上に幅５μｍのｐ側電極９を形成する。さらに、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１の下面にｎ側電極１０を形成する。
【００３７】
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１の｛０００１｝面に対して垂直な｛１１−２０｝面に沿って３００μｍの間隔でウエハをへき開し、へき開後の棒状のウエハを２５０μｍピッチで切断または｛１１−２０｝面および｛０００１｝面に垂直な｛１０−１０｝面に沿ってへき開する。これにより、共振器長３００μｍ、幅２５０μｍおよび高さ１２０μｍの窒化物系半導体レーザ素子が作製される。共振器面Ａは｛１１−２０｝面で形成され、側面Ｂは｛１０−１０｝面で形成される。例えば、共振器面Ａは（１１−２０）面で形成され、側面Ｂは（１−１００）面で形成される。
【００３８】
したがって、本実施例の半導体レーザ素子は、光学的平坦さを有する共振器面を有し、青色の光を安定にかつ効率良く発生することができる。
上記実施例と同様にして、窒化物系発光ダイオードを作製することもできる。この場合、発光ダイオードの端面または側面を｛１１−２０｝面でまたはこれに垂直な｛１０−１０｝面で形成することにより、ウエハ上の素子をへき開により分離することが可能になる。ダイシングで素子を分離した場合には、機械的ダメージにより光度の低下等の特性の劣化が生じる。また、欠陥によってバンドギャップ中に準位が形成され、発光色が変化する。これに対して、ウエハ上の素子をへき開により分離した場合には、機械的ダメージがほとんどないので、特性の劣化や発光色の変化が生じない。
【００３９】
なお、上記の方法により製造される発光ダイオードは、単一のｐｎ接合からなるものでもよく、あるいは活性層をクラッド層で挟むように構成したダブルヘテロ構造を有するものでもよい。また、活性層としては、量子効果を有しない単一の活性層、あるいは多重または単一量子井戸構造の活性層を用いることができる。
【００４０】
図８は、本発明の第２の実施例における窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。図８において、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１は３５０μｍ程度の厚さを有し、｛０００１｝の結晶成長面を有する。
【００４１】
ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１の｛０００１｝Ｓｉ面上には、膜厚を小さくして導電性を有するようにした膜厚３ｎｍのＡｌＮバッファ層１２、膜厚４μｍのｎ型ＧａＮ中間層１３、膜厚１μｍのｎ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎクラッド層１４、膜厚６ｎｍのＡｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ量子障壁層および膜厚３ｎｍのＧａＮ量子井戸層が交互に４ペア積層されてなる多重量子井戸構造の活性層１５、膜厚１μｍのｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎクラッド層１６、膜厚０．２μｍのｐ型ＧａＮキャップ層１７がＭＯＣＶＤ法により順次エピタキシャル成長されている。
【００４２】
また、ｐ型ＧａＮキャップ層１７およびｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎクラッド層１６の一部は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、幅５μｍ、高さ０．６μｍのストライプ状のメサ型に形成されている。そして、その両側にｎ型Ａｌ０．３ Ｇａ０．７ Ｎ電流ブロック層１８，１８がＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長されている。
【００４３】
さらに、ｐ型ＧａＮキャップ層１７およびｎ型Ａｌ０．３ Ｇａ０．７ Ｎ電流ブロック層１８の表面上には、ｐ＋ −ＧａＮコンタクト層１９がＭＯＣＶＤ法などによりエピタキシャル成長されている。さらに、ｐ＋ −ＧａＮコンタクト層１９上にはｐ側電極２０が形成され、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１の下面にはｎ側電極２１が形成されている。
【００４４】
上記の窒化物系半導体レーザ素子の端面、すなわち共振器面Ａはへき開により形成された｛１１−２０｝面で構成されており、側面Ｂはへき開あるいは切断により形成された｛１０−１０｝面で構成されている。
【００４５】
したがって、本実施例の半導体レーザ素子は、共振器面Ａが光学的平坦さを有するへき開面から構成されることによってレーザ光を安定にかつ効率良く発生することができる。
【００４６】
なお、上記第１および第２の実施例においては、６Ｈ−ＳｉＣ基板の代わりに２Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣまたは８Ｈ−ＳｉＣの基板を用いてもよい。また、エピタキシャル成長層は、（０００１）面またはこれと等価な面から傾斜した面、たとえば傾斜角が十数度以下の面上に形成してもよい。
【００４７】
さらに、上記実施例では、量子効果を有しない単一の活性層、および多重量子井戸構造の活性層を持つ半導体レーザについて説明したが、単一量子井戸構造の活性層を有する半導体レーザ素子にも本発明を適用することができる。
【００４８】
また、上記実施例では、六方晶ＳｉＣを基板として用いる場合を説明したが、３Ｃ−ＳｉＣを基板として用いることもできる。３Ｃ−ＳｉＣの立方晶ＳｉＣ基板上に窒化物系半導体をエピタキシャル成長させると、そのエピタキシャル層は、条件により六方晶または立方晶となる。
【００４９】
そこで、六方晶ＳｉＣの（１１−２０）面と等価な３Ｃ−ＳｉＣ基板の（−１０−１）面、（１−１０）面、（０−１−１）面、（０１１）面、（１１０）面、（１０１）面、すなわち｛１０１｝面、および３Ｃ−ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された六方晶窒化物系半導体からなるエピタキシャル層の｛１１−２０｝面を半導体レーザ素子の共振器面または発光ダイオードの端面または側面として用いても上記実施例と同様の効果が得られる。
【００５０】
また、六方晶ＳｉＣの（１１−２０）面と等価な３Ｃ−ＳｉＣ基板の（−１０−１）面、（１−１０）面、（０−１−１）面、（０１１）面、（１１０）面、（１０１）面、すなわち｛１０１｝面、および３Ｃ−ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された立方晶窒化物系半導体からなるエピタキシャル層の｛１０１｝面を半導体レーザ素子の共振器面または発光ダイオードの端面または側面として用いても上記実施例と同様の効果が得られる。
【００５１】
しかしながら、ＳｉＣ基板としては、立方晶よりも六方晶の方がエピタキシャル成長層の結晶性がよい。このため上記の半導体レーザ素子あるいは発光ダイオードに用いる場合は、六方晶ＳｉＣ基板上に六方晶のエピタキシャル層を用いるほうが好ましい。
【００５２】
なお、上記において「共振器面」とは、実質的な共振器の共振器面となる端面およびこれに連なる面を含むものである。
さらに、本発明において、ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長層を形成する方法はＭＯＣＶＤ法のみならず、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法等の気相成長法を用いてもよい。
【００５３】
以上のように本発明によれば、炭化ケイ素基板の（１１−２０）面または（１１−２０）面と等価な面で端面または側面が形成されるので、へき開により作製可能な半導体発光素子が実現される。また、素子の上下方向に導電性を付与することができるので、素子構造が簡単になる。
【００５４】
さらに、炭化ケイ素基板の（１１−２０）面または（１１−２０）面と等価な面で共振器面が形成され、かつ素子の上下方向に導電性を付与することができるので、安定に発振する半導体レーザ素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】六方晶ＳｉＣの｛１１−２０｝へき開面および｛１０−１０｝へき開面を示す図である。
【図２】ＳｉＣ単結晶の正四面体構造を示す図である。
【図３】６Ｈ形ＳｉＣの｛１０−１０｝面の原子配置および〈１１−２０〉方向から見た原子配置を示す図である。
【図４】６Ｈ形ＳｉＣの｛１１−２０｝面の原子配置および〈１０−１０〉方向から見た原子配置を示す図である。
【図５】六方晶窒化物系半導体の｛１０−１０｝面の原子配置および〈１１−２０〉方向から見た原子配置を示す図である。
【図６】六方晶窒化物系半導体の｛１１−２０｝面の原子配置および〈１０−１０〉方向から見た原子配置を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例における窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施例における窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板
２ ＡｌＮバッファ層
３ ｎ型ＧａＮ中間層
４ ｎ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層
５ Ｉｎ１−Ｙ ＧａＹ Ｎ活性層
６ ｐ型Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ｎクラッド層
７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
Claims (3)
- 炭化ケイ素基板の｛０００１｝面上にガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体からなるエピタキシャル成長層を形成し、前記炭化ケイ素基板および前記エピタキシャル成長層の光学的に平坦な面である｛１１−２０｝面で一対の共振器面を形成し、前記炭化ケイ素基板および前記エピタキシャル成長層の｛１０−１０｝面で一対の側面を形成したことを特徴とする半導体レーザ素子。
- 前記エピタキシャル成長層は、第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層とを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
- 炭化ケイ素基板の｛０００１｝面上にガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体からなるエピタキシャル成長層を形成するステップと、前記炭化ケイ素基板の｛１１−２０｝面に沿って前記炭化ケイ素基板および前記エピタキシャル成長層をへき開して一対の光学的に平坦な共振器面を形成し、該一対の共振器面が形成されたウエハを切断または前記炭化ケイ素基板の｛１０−１０｝面に沿ってへき開するステップとを備えたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
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