JP4481385B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光素子及びその製造方法に関するものであり、特に、基板としてＳｉＣ基板を用いたナイトライド系化合物半導体からなる短波長半導体レーザ等の半導体発光素子における基板側電極の接触抵抗の低減手段に特徴がある半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、短波長半導体レーザは、光ディスクやＤＶＤ等のデジタル記憶装置の光源として用いられているが、光ディスクの記録密度はレーザ光の波長の二乗に反比例するため、より短い波長の半導体レーザが要請されており、現在商品化されている最短波長の半導体レーザは６３０〜６５０ｎｍ近傍に波長を有する赤色半導体レーザであり、ＤＶＤに用いられている。
【０００３】
しかし、より記録密度を高めるためにはさらなる短波長化が必要であり、例えば、光ディスクに動画を２時間記録するためには波長が４００ｎｍ近辺の青色半導体レーザが不可欠となり、そのため、近年では次世代光ディスク用光源として、青色領域に波長を有する短波長半導体レーザの開発が盛んになされている。
【０００４】
この様な青色半導体レーザ用材料としては、バンドギャップが１．９５〜６ｅＶまで変化するＧａＮ系化合物半導体、即ち、ナイトライド系化合物半導体が注目されており、特に、１９９３年末の日亜化学によるＧａＮ高輝度ＬＥＤの発表を境に、世界中で研究者の大きな増加を見ており、１９９５年１２月初めには、同じく日亜化学によりパルスレーザ発振の成功が報告されて以来、急速に研究が進み、短波長高輝度固体光源としてデジタル記憶装置、ファクシミリ、プリンタ等への応用が期待されている。
【０００５】
この様なナイトライド系化合物半導体レーザにおいては、基板としてサファイア基板が用いられていたが、サファイア基板は劈開性が悪く、レーザのＦＦＰが悪くチップ歩留りが悪いという問題があり、また、熱伝導率が低く放熱が悪いため高出力・高温動作時のレーザ特性が劣るという問題点が挙げられる。
【０００６】
そこで、本出願人は、基板として壁開性を有し、且つ、ナイトライド系化合物半導体と結晶構造が似ているＳｉＣ基板を用いてナイトライド系ＭＱＷ構造半導体レーザを構成することによってレーザ発振に成功しているので、ここで、図６を参照して、この様な従来のナイトライド系化合物半導体レーザを説明する。
【０００７】
図６参照
図６は、従来のナイトライド系化合物半導体レーザの概略的断面図であり、まず、改良レイルー法によりバルク成長させた（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板３１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層（図示を省略）、ｎ型ＧａＮ中間層（図示を省略）、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層３２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層３３、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層３４、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層３５、ｐ型ＧａＮ光ガイド層３６、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層３７、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層３８を順次成長させる。
【０００８】
なお、この場合のＩｎＧａＮＭＱＷ活性層３４は、例えば、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を７００℃とした状態で、５ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層で分離された厚さが４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層を３層成長させて形成する。
【０００９】
次いで、ドライ・エッチングを用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層３８及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層３７をメサエッチングすることによって、例えば、幅が４μｍで、高さが０．５μｍのストライプ状メサ３９を形成する。
次いで、ストライプ状メサ３９を覆うようにＳｉＯ2 膜４０を形成したのち、ストライプ状の開口部を形成し、Ｎｉ，Ａｕ，Ｔｉ，Ａｕを順次堆積させることによってｐ側電極４１を形成する。
【００１０】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板３１の裏面にＮｉ、Ｔｉ／Ａｕ、或いは、Ｗ等を堆積させ、９００℃〜１０００℃程度の高温で熱処理することによってｎ側電極４２をオーミックコンタクト化したのち、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってナイトライド系化合物半導体レーザが完成する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この様に成長基板としてＳｉＣ基板を用いたナイトライド系化合物半導体レーザにおいては、ｎ側電極４２を形成する際に、９００〜１０００℃程度の高温で熱処理を行っており、この熱処理温度は、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層３４の成長温度である７００〜８００℃より高温であるため、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層３４を劣化させるという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明は、基板側電極、特に、ｎ側電極をオーミック化するための熱処理温度を低温化し、活性層の劣化を防止することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１（ａ）乃至（ｃ）は、夫々本発明の半導体発光素子の製造フロー図である。 図１（ａ）乃至（ｃ）参照
（１）本発明は、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面上に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層を設けた半導体発光素子において、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面と基板側電極との間にナイトライド系半導体層を設けたことを特徴とする。
【００１４】
この様に、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面、即ち、裏面と基板側電極との間にナイトライド系半導体層を設けることによって、オーミック性の良好な基板側電極を低温で形成することが可能になり、活性層等の発光層が熱処理によって劣化することがない。
特に、ｎ型ＳｉＣ基板に対するｎ側電極の形成工程に有効である。
なお、この場合のナイトライド系半導体層とは、エピタキシャル成長させたナイトライド系単結晶半導体層や、ＥＢ蒸着法（電子ビーム蒸着法）によって堆積させた多結晶状のナイトライド系半導体層も意味するものである。
【００１５】
特に、この様な基板側電極形成における熱処理温度を低温化するためのナイトライド系半導体層としては、発光層を含むナイトライド系化合物半導体層と同じ、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層を用いることが望ましく、特に、ＧａＮ層、即ち、ｘ＝０，ｙ＝０のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層が好適である。
【００１６】
（２）また、本発明は、半導体発光素子の製造方法において、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に一導電型ナイトライド系半導体層をエピタキシャル成長させたのち、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャルさせ、次いで、一導電型ナイトライド系半導体層上に基板側電極を形成することを特徴とする。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、最初に一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に基板側電極形成における熱処理温度を低温化するための一導電型ナイトライド系半導体層をエピタキシャル成長させることによって、発光層の成長温度と無関係に一導電型ナイトライド系半導体層の成長温度を設定することができる。
【００１８】
（３）また、本発明は、半導体発光素子の製造方法において、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたのち、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面にナイトライド系半導体層を蒸着し、次いで、ナイトライド系半導体層上に基板側電極を形成することを特徴とする。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたのち、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面にナイトライド系半導体層を堆積させる場合には、低温での堆積が可能な蒸着法を用いれば良い。
【００２０】
（４）また、本発明は、半導体発光素子の製造方法において、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたのち、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面に一導電型ナイトライド系半導体層を発光層の成長温度より低温でエピタキシャル成長させ、次いで、一導電型ナイトライド系半導体層上に基板側電極を形成することを特徴とする。
【００２１】
図１（ｃ）に示すように、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたのち、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面にナイトライド系半導体層を堆積させる場合には、ＧａＮ低温バッファ層と同様に、発光層の成長温度より低温でＧａＮ層等の半導体層をエピタキシャル成長させても良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
ここで、図２及び図３を参照して本発明の第１の実施の形態のナイトライド系化合物半導体レーザを説明する。
まず、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態の製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、改良レイリー法によってバルク成長した（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなる窒素ドープｎ型ＳｉＣ基板１１を研磨して厚さを、例えば、１００ｎｍとしたのち、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＣＶＤ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層（図示を省略）を成長させる。
【００２３】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜５．０μｍ、例えば、０．１μｍで、ｎ型キャリア濃度が１×１０18〜８×１０18ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ層１２を成長させる。
【００２４】
図２（ｂ）参照
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の他方の面上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層（図示を省略）を成長させる。
【００２５】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、ｎ型キャリア濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ中間層（図示を省略）を成長させる。
【００２６】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．９μｍで、ｎ型キャリア濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１３を成長させる。
【００２７】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、ｎ型キャリア濃度が１×１０18〜８×１０18ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ光ガイド層１４を成長させる。
【００２８】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎバリア層で分離された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、４ｎｍのアンドープＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎウエル層を２〜１０層、例えば、３層成長させてＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５を形成する。
【００２９】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を６００〜９００℃、例えば、７８０℃とした状態で、厚さ５〜３０ｎｍ、例えば、２０ｎｍで、不純物濃度が７×１０19ｃｍ-3以上、例えば、１×１０20ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層１６を成長させる。
【００３０】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜５．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１７を成長させる。
【００３１】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜５．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０18ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８を成長させる。
【００３２】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．０５μｍ（５０ｎｍ）で、不純物濃度が１．０×１０17〜３．０×１０20ｃｍ-3、例えば、５．０×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１９を成長させる。
【００３３】
次いで、ドライ・エッチングを用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８をメサエッチングすることによって、例えば、幅が４μｍで、高さが０．５μｍのストライプ状メサ２０を形成する。
【００３４】
次いで、ストライプ状メサ２０を覆うようにＳｉＯ2 膜２１を形成したのち、ストライプ状の開口部を形成し、厚さが、例えば、１５０ｎｍのＮｉ，７０ｎｍのＡｕ，５０ｎｍのＴｉ，４５００ｎｍのＡｕを順次堆積させることによってｐ側電極２２を形成する。
【００３５】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面に成長させたｎ型ＧａＮ層１２の表面にｎ側電極２３として、厚さが、例えば、２５ｎｍのＴｉ，２２０ｎｍのＡｌ，６０ｎｍのＮｉ，５０ｎｍのＡｕを順次堆積させたのち、５００〜８００℃、例えば、６００℃で、２分間熱処理することによってオーミックコンタクト化する。
なお、この場合の熱処理温度は、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５の成長温度よりも低くする。
【００３６】
次いで、（１−１００）面を劈開面として、共振器長Ｌが、例えば、７００μｍとなるように劈開することによってナイトライド系半導体レーザアレイを作成し、さらに、チップに分割することによってナイトライド系半導体レーザが完成する。
このレーザチップをｐ側電極２２を上面（ｐサイド・アップ）にしてステムのボンディングする。
なお、本明細書においては、明細書作成上の都合により、結晶方位を示す指数の内、通常は“１バー”等で表記される指数を“−１”で表す。
【００３７】
図３参照
図３は、上記の第１の実施の形態のナイトライド系半導体レーザのｎ側電極の接触抵抗の熱処理温度依存性を示す図であり、５００〜８００℃の熱処理を施すことによって、接触抵抗が約３×１０-4Ωｃｍ2 程度と良好なオーミックコンタクト性を示している。
一方、従来の様にｎ型ＳｉＣ基板にｎ側電極を直接設けた場合には、９００〜１０００℃の高温で熱処理を行わないと、良好なオーミックコンタクト性が得られない。
【００３８】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、レーザ構造を成長する前に、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面にｎ型ＧａＮ層１２を成長させているので、ｎ側電極のアロイ化工程はｎ型ＧａＮ層１２に対して行われ、従来よりもかなり低温でのオーミックコンタクト化が可能になり、オーミックコンタクト化のための熱処理工程によってＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５が劣化することがない。
【００３９】
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明するが、レーザ構造の成長工程は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、詳細な製造工程の説明は省略する。
図４（ａ）参照
まず、上記の第１の実施の形態と同様に、改良レイリー法によってバルク成長した（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなる窒素ドープｎ型ＳｉＣ基板１１上に、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層（図示を省略）、ｎ型ＧａＮ中間層（図示を省略）、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１４、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層１６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１７、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９を順次成長させる。
【００４０】
次いで、ドライ・エッチングを用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８をメサエッチングすることによって、例えば、幅が４μｍで、高さが０．５μｍのストライプ状メサ２０を形成し、次いで、ストライプ状メサ２０を覆うようにＳｉＯ2 膜２１を形成したのち、ストライプ状の開口部を形成し、厚さが、例えば、１５０ｎｍのＮｉ，７０ｎｍのＡｕ，５０ｎｍのＴｉ，４５００ｎｍのＡｕを順次堆積させることによってｐ側電極２２を形成する。
【００４１】
図４（ｂ）参照
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板の裏面を研磨して厚さを、例えば、１００ｎｍとしたのち、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面上に、電子ビーム蒸着法によって、室温〜２００℃の温度、例えば、室温においてＧａＮを蒸着することによって、厚さが、１０〜５００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＧａＮ蒸着層２４を堆積させる。
この場合のＧａＮ蒸着層２４は、メタリックな多結晶状態になり、ノン・ドープでもｎ型の導電性を示と考えられるが、ｎ型不純物をドープしても良い。
【００４２】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面に堆積させたＧａＮ蒸着層２４の表面にｎ側電極２３として、厚さが、例えば、２０ｎｍのＴｉ，２００ｎｍのＡｌを順次堆積させたのち、５００〜８００℃で熱処理することによってオーミックコンタクト化する。
なお、この場合の熱処理温度も、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５の成長温度よりも低くする。
【００４３】
次いで、（１−１００）面を劈開面として、共振器長Ｌが、例えば、７００μｍとなるように劈開することによってナイトライド系半導体レーザアレイを作成し、さらに、チップに分割することによってナイトライド系半導体レーザが完成する。
このレーザチップをｐ側電極２２を上面（ｐサイド・アップ）にしてステムのボンディングする。
【００４４】
この様に、本発明の第２の実施の形態においては、接触抵抗を低減するためのＧａＮ層を低温で成膜が可能な電子ビーム蒸着法によって形成しているので、レーザ構造を形成したのちに堆積させることができ、また、元々多結晶状態で堆積するのでＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層は不要となる。
【００４５】
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明するが、レーザ構造の成長工程は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、詳細な製造工程の説明は省略する。
図５（ａ）参照
まず、上記の第１の実施の形態と同様に、改良レイリー法によってバルク成長した（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなる窒素ドープｎ型ＳｉＣ基板１１上に、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層（図示を省略）、ｎ型ＧａＮ中間層（図示を省略）、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１４、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層１６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１７、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９を順次成長させる。
【００４６】
図５（ｂ）参照
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板の裏面を研磨して厚さを、例えば、１００ｎｍとしたのち、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面上に、再びＭＯＣＶＤ法によって、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を４００〜８００℃、例えば、６００℃とした状態で、厚さが、１０〜５００ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ低温成長層２５を堆積させる。
なお、この場合のｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ低温成長層２５の成長温度も、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５の成長温度より低くする。
【００４７】
以降は、上記の第１の実施の形態と同様に、ドライ・エッチングを用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８をメサエッチングすることによって、例えば、幅が４μｍで、高さが０．５μｍのストライプ状メサ２０を形成し、次いで、ストライプ状メサ２０を覆うようにＳｉＯ2 膜２１を形成したのち、ストライプ状の開口部を形成し、厚さが、例えば、１５０ｎｍのＮｉ，７０ｎｍのＡｕ，５０ｎｍのＴｉ，４５００ｎｍのＡｕを順次堆積させることによってｐ側電極２２を形成する。
【００４８】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面に成長させたｎ型ＧａＮ低温成長層の表面にｎ側電極２３として、厚さが、例えば、２５ｎｍのＴｉ，２２０ｎｍのＡｌ，６０ｎｍのＮｉ，５０ｎｍのＡｕを順次堆積させたのち、５００〜８００℃、例えば、６００℃で、２分間熱処理することによってオーミックコンタクト化する。
なお、この場合の熱処理温度も、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５の成長温度よりも低くする。
【００４９】
次いで、（１−１００）面を劈開面として、共振器長Ｌが、例えば、７００μｍとなるように劈開することによってナイトライド系半導体レーザアレイを作成し、さらに、チップに分割することによってナイトライド系半導体レーザが完成する。
このレーザチップをｐ側電極２２を上面（ｐサイド・アップ）にしてステムのボンディングする。
【００５０】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は上記の各実施の形態の構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、各実施の形態においては、ｎ側電極を接触させる層としてＧａＮ層を用いているが、ＧａＮ層に限られるものではなく、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（但し、０≦ｘ，ｙ≦１）を用いても良いものである。
【００５１】
また、上記の第１及び第３の実施の形態においては、ｎ側電極として、低抵抗性が良好なＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなる４層構造の電極を用いており、一方、上記の第２の実施の形態においては、ｎ側電極としてＴｉ／Ａｌの２層構造の電極を用いているが、第１及び第３の実施の形態においてもＴｉ／Ａｌの２層構造の電極を用いても良いものであり、逆に、第２の実施の形態においても、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなる４層構造の電極を用いても良いものである。
【００５２】
また、上記の第１の実施の形態においては、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層及びＧａＮ層を９２０℃程度の高温で成長しているが、上記の第３の実施の形態と同様に、低温成長層であっても良いものである。
【００５３】
また、上記の各実施の形態においては、レーザ構造をエレクトロンブロック層を有するＭＱＷ構造として説明しているが、レーザ構造はこの様な構造に限られるものではなく、ＳＱＷ（単一量子井戸構造）であっても良いし、または、エレクトロンブロック層を設けなくても良いし、さらに、光ガイド層としてノン・ドープ層を用いても良いものであり、さらに、ストライプ構造としても、ｐ側成長をメサエッチングすることなく、ストライプ状のｐ側電極を設けても良いものである。
【００５４】
また、上記の各実施の形態の説明においては、基板としてｎ型ＳｉＣ基板を用いているが、ｐ型ＳｉＣ基板を用いても良いものであり、この場合には、ｐ型ＳｉＣ基板上に、最上部の成長層がｎ型となるようにレーザ構造を成長させるとともに、ｐ型ＳｉＣ基板の裏面にｐ型Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層を成長させれば良く、特に、電子ビーム蒸着法を用いる場合には、ｐ型層になるようにｐ型不純物をドープする必要がある。
【００５５】
また、上記の各実施の形態においては、半導体レーザとして説明しているが、半導体レーザに限られるものではなく、高輝度発光短波長発光ダイオード等の他の半導体発光素子も対象とするものである。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳｉＣ基板を用いたナイトライド系化合物半導体からなる多重量子井戸構造半導体レーザ等の半導体発光素子の基板側の電極を形成する際に、ＳｉＣ基板の裏面にＧａＮ層等の半導体層を設けているので、活性層或いは発光層の成長温度より低温でオーミックコンタクト化が可能になり、それによって、活性層或いは発光層が劣化することがないので、しきい値電流密度Ｊthが低減するとともに、低消費電力化が可能になり、また、信頼性が向上するので、デジタル記憶装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるｎ側電極の接触抵抗の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図６】従来のナイトライド系化合物半導体レーザの概略的断面図である。
【符号の説明】
１１ ｎ型ＳｉＣ基板
１２ ｎ型ＧａＮ層
１３ ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
１４ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１５ ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層
１６ ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層
１７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１８ ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２０ ストライプ状メサ
２１ ＳｉＯ2 膜
２２ ｐ側電極
２３ ｎ側電極
２４ ＧａＮ蒸着層
２５ ｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ低温成長層
３１ ｎ型ＳｉＣ基板
３２ ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
３３ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
３４ ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層
３５ ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層
３６ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
３７ ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
３８ ｐ型ＧａＮコンタクト層
３９ ストライプ状メサ
４０ ＳｉＯ2 膜
４１ ｐ側電極
４２ ｎ側電極
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光素子及びその製造方法に関するものであり、特に、基板としてＳｉＣ基板を用いたナイトライド系化合物半導体からなる短波長半導体レーザ等の半導体発光素子における基板側電極の接触抵抗の低減手段に特徴がある半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、短波長半導体レーザは、光ディスクやＤＶＤ等のデジタル記憶装置の光源として用いられているが、光ディスクの記録密度はレーザ光の波長の二乗に反比例するため、より短い波長の半導体レーザが要請されており、現在商品化されている最短波長の半導体レーザは６３０〜６５０ｎｍ近傍に波長を有する赤色半導体レーザであり、ＤＶＤに用いられている。
【０００３】
しかし、より記録密度を高めるためにはさらなる短波長化が必要であり、例えば、光ディスクに動画を２時間記録するためには波長が４００ｎｍ近辺の青色半導体レーザが不可欠となり、そのため、近年では次世代光ディスク用光源として、青色領域に波長を有する短波長半導体レーザの開発が盛んになされている。
【０００４】
この様な青色半導体レーザ用材料としては、バンドギャップが１．９５〜６ｅＶまで変化するＧａＮ系化合物半導体、即ち、ナイトライド系化合物半導体が注目されており、特に、１９９３年末の日亜化学によるＧａＮ高輝度ＬＥＤの発表を境に、世界中で研究者の大きな増加を見ており、１９９５年１２月初めには、同じく日亜化学によりパルスレーザ発振の成功が報告されて以来、急速に研究が進み、短波長高輝度固体光源としてデジタル記憶装置、ファクシミリ、プリンタ等への応用が期待されている。
【０００５】
この様なナイトライド系化合物半導体レーザにおいては、基板としてサファイア基板が用いられていたが、サファイア基板は劈開性が悪く、レーザのＦＦＰが悪くチップ歩留りが悪いという問題があり、また、熱伝導率が低く放熱が悪いため高出力・高温動作時のレーザ特性が劣るという問題点が挙げられる。
【０００６】
そこで、本出願人は、基板として壁開性を有し、且つ、ナイトライド系化合物半導体と結晶構造が似ているＳｉＣ基板を用いてナイトライド系ＭＱＷ構造半導体レーザを構成することによってレーザ発振に成功しているので、ここで、図６を参照して、この様な従来のナイトライド系化合物半導体レーザを説明する。
【０００７】
図６参照
図６は、従来のナイトライド系化合物半導体レーザの概略的断面図であり、まず、改良レイルー法によりバルク成長させた（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板３１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層（図示を省略）、ｎ型ＧａＮ中間層（図示を省略）、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層３２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層３３、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層３４、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層３５、ｐ型ＧａＮ光ガイド層３６、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層３７、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層３８を順次成長させる。
【０００８】
なお、この場合のＩｎＧａＮＭＱＷ活性層３４は、例えば、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を７００℃とした状態で、５ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層で分離された厚さが４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層を３層成長させて形成する。
【０００９】
次いで、ドライ・エッチングを用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層３８及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層３７をメサエッチングすることによって、例えば、幅が４μｍで、高さが０．５μｍのストライプ状メサ３９を形成する。
次いで、ストライプ状メサ３９を覆うようにＳｉＯ2 膜４０を形成したのち、ストライプ状の開口部を形成し、Ｎｉ，Ａｕ，Ｔｉ，Ａｕを順次堆積させることによってｐ側電極４１を形成する。
【００１０】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板３１の裏面にＮｉ、Ｔｉ／Ａｕ、或いは、Ｗ等を堆積させ、９００℃〜１０００℃程度の高温で熱処理することによってｎ側電極４２をオーミックコンタクト化したのち、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってナイトライド系化合物半導体レーザが完成する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この様に成長基板としてＳｉＣ基板を用いたナイトライド系化合物半導体レーザにおいては、ｎ側電極４２を形成する際に、９００〜１０００℃程度の高温で熱処理を行っており、この熱処理温度は、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層３４の成長温度である７００〜８００℃より高温であるため、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層３４を劣化させるという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明は、基板側電極、特に、ｎ側電極をオーミック化するための熱処理温度を低温化し、活性層の劣化を防止することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１（ａ）乃至（ｃ）は、夫々本発明の半導体発光素子の製造フロー図である。 図１（ａ）乃至（ｃ）参照
（１）本発明は、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面上に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層を設けた半導体発光素子において、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面と基板側電極との間にナイトライド系半導体層を設けたことを特徴とする。
【００１４】
この様に、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面、即ち、裏面と基板側電極との間にナイトライド系半導体層を設けることによって、オーミック性の良好な基板側電極を低温で形成することが可能になり、活性層等の発光層が熱処理によって劣化することがない。
特に、ｎ型ＳｉＣ基板に対するｎ側電極の形成工程に有効である。
なお、この場合のナイトライド系半導体層とは、エピタキシャル成長させたナイトライド系単結晶半導体層や、ＥＢ蒸着法（電子ビーム蒸着法）によって堆積させた多結晶状のナイトライド系半導体層も意味するものである。
【００１５】
特に、この様な基板側電極形成における熱処理温度を低温化するためのナイトライド系半導体層としては、発光層を含むナイトライド系化合物半導体層と同じ、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層を用いることが望ましく、特に、ＧａＮ層、即ち、ｘ＝０，ｙ＝０のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層が好適である。
【００１６】
（２）また、本発明は、半導体発光素子の製造方法において、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に一導電型ナイトライド系半導体層をエピタキシャル成長させたのち、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャルさせ、次いで、一導電型ナイトライド系半導体層上に基板側電極を形成することを特徴とする。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、最初に一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に基板側電極形成における熱処理温度を低温化するための一導電型ナイトライド系半導体層をエピタキシャル成長させることによって、発光層の成長温度と無関係に一導電型ナイトライド系半導体層の成長温度を設定することができる。
【００１８】
（３）また、本発明は、半導体発光素子の製造方法において、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたのち、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面にナイトライド系半導体層を蒸着し、次いで、ナイトライド系半導体層上に基板側電極を形成することを特徴とする。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたのち、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面にナイトライド系半導体層を堆積させる場合には、低温での堆積が可能な蒸着法を用いれば良い。
【００２０】
（４）また、本発明は、半導体発光素子の製造方法において、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたのち、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面に一導電型ナイトライド系半導体層を発光層の成長温度より低温でエピタキシャル成長させ、次いで、一導電型ナイトライド系半導体層上に基板側電極を形成することを特徴とする。
【００２１】
図１（ｃ）に示すように、一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたのち、一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面にナイトライド系半導体層を堆積させる場合には、ＧａＮ低温バッファ層と同様に、発光層の成長温度より低温でＧａＮ層等の半導体層をエピタキシャル成長させても良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
ここで、図２及び図３を参照して本発明の第１の実施の形態のナイトライド系化合物半導体レーザを説明する。
まず、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態の製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、改良レイリー法によってバルク成長した（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなる窒素ドープｎ型ＳｉＣ基板１１を研磨して厚さを、例えば、１００ｎｍとしたのち、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＣＶＤ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層（図示を省略）を成長させる。
【００２３】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜５．０μｍ、例えば、０．１μｍで、ｎ型キャリア濃度が１×１０18〜８×１０18ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ層１２を成長させる。
【００２４】
図２（ｂ）参照
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の他方の面上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層（図示を省略）を成長させる。
【００２５】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、ｎ型キャリア濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ中間層（図示を省略）を成長させる。
【００２６】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．９μｍで、ｎ型キャリア濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１３を成長させる。
【００２７】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、ｎ型キャリア濃度が１×１０18〜８×１０18ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ光ガイド層１４を成長させる。
【００２８】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎバリア層で分離された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、４ｎｍのアンドープＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎウエル層を２〜１０層、例えば、３層成長させてＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５を形成する。
【００２９】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を６００〜９００℃、例えば、７８０℃とした状態で、厚さ５〜３０ｎｍ、例えば、２０ｎｍで、不純物濃度が７×１０19ｃｍ-3以上、例えば、１×１０20ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層１６を成長させる。
【００３０】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜５．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１７を成長させる。
【００３１】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜５．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０18ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８を成長させる。
【００３２】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．０５μｍ（５０ｎｍ）で、不純物濃度が１．０×１０17〜３．０×１０20ｃｍ-3、例えば、５．０×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１９を成長させる。
【００３３】
次いで、ドライ・エッチングを用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８をメサエッチングすることによって、例えば、幅が４μｍで、高さが０．５μｍのストライプ状メサ２０を形成する。
【００３４】
次いで、ストライプ状メサ２０を覆うようにＳｉＯ2 膜２１を形成したのち、ストライプ状の開口部を形成し、厚さが、例えば、１５０ｎｍのＮｉ，７０ｎｍのＡｕ，５０ｎｍのＴｉ，４５００ｎｍのＡｕを順次堆積させることによってｐ側電極２２を形成する。
【００３５】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面に成長させたｎ型ＧａＮ層１２の表面にｎ側電極２３として、厚さが、例えば、２５ｎｍのＴｉ，２２０ｎｍのＡｌ，６０ｎｍのＮｉ，５０ｎｍのＡｕを順次堆積させたのち、５００〜８００℃、例えば、６００℃で、２分間熱処理することによってオーミックコンタクト化する。
なお、この場合の熱処理温度は、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５の成長温度よりも低くする。
【００３６】
次いで、（１−１００）面を劈開面として、共振器長Ｌが、例えば、７００μｍとなるように劈開することによってナイトライド系半導体レーザアレイを作成し、さらに、チップに分割することによってナイトライド系半導体レーザが完成する。
このレーザチップをｐ側電極２２を上面（ｐサイド・アップ）にしてステムのボンディングする。
なお、本明細書においては、明細書作成上の都合により、結晶方位を示す指数の内、通常は“１バー”等で表記される指数を“−１”で表す。
【００３７】
図３参照
図３は、上記の第１の実施の形態のナイトライド系半導体レーザのｎ側電極の接触抵抗の熱処理温度依存性を示す図であり、５００〜８００℃の熱処理を施すことによって、接触抵抗が約３×１０-4Ωｃｍ2 程度と良好なオーミックコンタクト性を示している。
一方、従来の様にｎ型ＳｉＣ基板にｎ側電極を直接設けた場合には、９００〜１０００℃の高温で熱処理を行わないと、良好なオーミックコンタクト性が得られない。
【００３８】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、レーザ構造を成長する前に、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面にｎ型ＧａＮ層１２を成長させているので、ｎ側電極のアロイ化工程はｎ型ＧａＮ層１２に対して行われ、従来よりもかなり低温でのオーミックコンタクト化が可能になり、オーミックコンタクト化のための熱処理工程によってＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５が劣化することがない。
【００３９】
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明するが、レーザ構造の成長工程は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、詳細な製造工程の説明は省略する。
図４（ａ）参照
まず、上記の第１の実施の形態と同様に、改良レイリー法によってバルク成長した（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなる窒素ドープｎ型ＳｉＣ基板１１上に、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層（図示を省略）、ｎ型ＧａＮ中間層（図示を省略）、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１４、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層１６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１７、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９を順次成長させる。
【００４０】
次いで、ドライ・エッチングを用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８をメサエッチングすることによって、例えば、幅が４μｍで、高さが０．５μｍのストライプ状メサ２０を形成し、次いで、ストライプ状メサ２０を覆うようにＳｉＯ2 膜２１を形成したのち、ストライプ状の開口部を形成し、厚さが、例えば、１５０ｎｍのＮｉ，７０ｎｍのＡｕ，５０ｎｍのＴｉ，４５００ｎｍのＡｕを順次堆積させることによってｐ側電極２２を形成する。
【００４１】
図４（ｂ）参照
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板の裏面を研磨して厚さを、例えば、１００ｎｍとしたのち、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面上に、電子ビーム蒸着法によって、室温〜２００℃の温度、例えば、室温においてＧａＮを蒸着することによって、厚さが、１０〜５００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＧａＮ蒸着層２４を堆積させる。
この場合のＧａＮ蒸着層２４は、メタリックな多結晶状態になり、ノン・ドープでもｎ型の導電性を示と考えられるが、ｎ型不純物をドープしても良い。
【００４２】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面に堆積させたＧａＮ蒸着層２４の表面にｎ側電極２３として、厚さが、例えば、２０ｎｍのＴｉ，２００ｎｍのＡｌを順次堆積させたのち、５００〜８００℃で熱処理することによってオーミックコンタクト化する。
なお、この場合の熱処理温度も、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５の成長温度よりも低くする。
【００４３】
次いで、（１−１００）面を劈開面として、共振器長Ｌが、例えば、７００μｍとなるように劈開することによってナイトライド系半導体レーザアレイを作成し、さらに、チップに分割することによってナイトライド系半導体レーザが完成する。
このレーザチップをｐ側電極２２を上面（ｐサイド・アップ）にしてステムのボンディングする。
【００４４】
この様に、本発明の第２の実施の形態においては、接触抵抗を低減するためのＧａＮ層を低温で成膜が可能な電子ビーム蒸着法によって形成しているので、レーザ構造を形成したのちに堆積させることができ、また、元々多結晶状態で堆積するのでＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層は不要となる。
【００４５】
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明するが、レーザ構造の成長工程は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、詳細な製造工程の説明は省略する。
図５（ａ）参照
まず、上記の第１の実施の形態と同様に、改良レイリー法によってバルク成長した（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなる窒素ドープｎ型ＳｉＣ基板１１上に、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層（図示を省略）、ｎ型ＧａＮ中間層（図示を省略）、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１４、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層１６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１７、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９を順次成長させる。
【００４６】
図５（ｂ）参照
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板の裏面を研磨して厚さを、例えば、１００ｎｍとしたのち、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面上に、再びＭＯＣＶＤ法によって、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を４００〜８００℃、例えば、６００℃とした状態で、厚さが、１０〜５００ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ低温成長層２５を堆積させる。
なお、この場合のｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ低温成長層２５の成長温度も、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５の成長温度より低くする。
【００４７】
以降は、上記の第１の実施の形態と同様に、ドライ・エッチングを用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１８をメサエッチングすることによって、例えば、幅が４μｍで、高さが０．５μｍのストライプ状メサ２０を形成し、次いで、ストライプ状メサ２０を覆うようにＳｉＯ2 膜２１を形成したのち、ストライプ状の開口部を形成し、厚さが、例えば、１５０ｎｍのＮｉ，７０ｎｍのＡｕ，５０ｎｍのＴｉ，４５００ｎｍのＡｕを順次堆積させることによってｐ側電極２２を形成する。
【００４８】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面に成長させたｎ型ＧａＮ低温成長層の表面にｎ側電極２３として、厚さが、例えば、２５ｎｍのＴｉ，２２０ｎｍのＡｌ，６０ｎｍのＮｉ，５０ｎｍのＡｕを順次堆積させたのち、５００〜８００℃、例えば、６００℃で、２分間熱処理することによってオーミックコンタクト化する。
なお、この場合の熱処理温度も、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層１５の成長温度よりも低くする。
【００４９】
次いで、（１−１００）面を劈開面として、共振器長Ｌが、例えば、７００μｍとなるように劈開することによってナイトライド系半導体レーザアレイを作成し、さらに、チップに分割することによってナイトライド系半導体レーザが完成する。
このレーザチップをｐ側電極２２を上面（ｐサイド・アップ）にしてステムのボンディングする。
【００５０】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は上記の各実施の形態の構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、各実施の形態においては、ｎ側電極を接触させる層としてＧａＮ層を用いているが、ＧａＮ層に限られるものではなく、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（但し、０≦ｘ，ｙ≦１）を用いても良いものである。
【００５１】
また、上記の第１及び第３の実施の形態においては、ｎ側電極として、低抵抗性が良好なＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなる４層構造の電極を用いており、一方、上記の第２の実施の形態においては、ｎ側電極としてＴｉ／Ａｌの２層構造の電極を用いているが、第１及び第３の実施の形態においてもＴｉ／Ａｌの２層構造の電極を用いても良いものであり、逆に、第２の実施の形態においても、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなる４層構造の電極を用いても良いものである。
【００５２】
また、上記の第１の実施の形態においては、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層及びＧａＮ層を９２０℃程度の高温で成長しているが、上記の第３の実施の形態と同様に、低温成長層であっても良いものである。
【００５３】
また、上記の各実施の形態においては、レーザ構造をエレクトロンブロック層を有するＭＱＷ構造として説明しているが、レーザ構造はこの様な構造に限られるものではなく、ＳＱＷ（単一量子井戸構造）であっても良いし、または、エレクトロンブロック層を設けなくても良いし、さらに、光ガイド層としてノン・ドープ層を用いても良いものであり、さらに、ストライプ構造としても、ｐ側成長をメサエッチングすることなく、ストライプ状のｐ側電極を設けても良いものである。
【００５４】
また、上記の各実施の形態の説明においては、基板としてｎ型ＳｉＣ基板を用いているが、ｐ型ＳｉＣ基板を用いても良いものであり、この場合には、ｐ型ＳｉＣ基板上に、最上部の成長層がｎ型となるようにレーザ構造を成長させるとともに、ｐ型ＳｉＣ基板の裏面にｐ型Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層を成長させれば良く、特に、電子ビーム蒸着法を用いる場合には、ｐ型層になるようにｐ型不純物をドープする必要がある。
【００５５】
また、上記の各実施の形態においては、半導体レーザとして説明しているが、半導体レーザに限られるものではなく、高輝度発光短波長発光ダイオード等の他の半導体発光素子も対象とするものである。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳｉＣ基板を用いたナイトライド系化合物半導体からなる多重量子井戸構造半導体レーザ等の半導体発光素子の基板側の電極を形成する際に、ＳｉＣ基板の裏面にＧａＮ層等の半導体層を設けているので、活性層或いは発光層の成長温度より低温でオーミックコンタクト化が可能になり、それによって、活性層或いは発光層が劣化することがないので、しきい値電流密度Ｊthが低減するとともに、低消費電力化が可能になり、また、信頼性が向上するので、デジタル記憶装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるｎ側電極の接触抵抗の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図６】従来のナイトライド系化合物半導体レーザの概略的断面図である。
【符号の説明】
１１ ｎ型ＳｉＣ基板
１２ ｎ型ＧａＮ層
１３ ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
１４ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１５ ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層
１６ ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層
１７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１８ ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２０ ストライプ状メサ
２１ ＳｉＯ2 膜
２２ ｐ側電極
２３ ｎ側電極
２４ ＧａＮ蒸着層
２５ ｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ低温成長層
３１ ｎ型ＳｉＣ基板
３２ ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
３３ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
３４ ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層
３５ ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層
３６ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
３７ ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
３８ ｐ型ＧａＮコンタクト層
３９ ストライプ状メサ
４０ ＳｉＯ2 膜
４１ ｐ側電極
４２ ｎ側電極
Claims (4)
- 一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面上に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層を設けた半導体発光素子において、前記一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面と基板側電極との間にナイトライド系半導体層を設けたことを特徴とする半導体発光素子。
- 一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に一導電型ナイトライド系半導体層をエピタキシャル成長させたのち、前記一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャルさせ、次いで、前記一導電型ナイトライド系半導体層上に基板側電極を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたのち、前記一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面にナイトライド系半導体層を蒸着し、次いで、前記ナイトライド系半導体層上に基板側電極を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 一導電型ＳｉＣ基板の一方の主面に少なくとも発光層を含むナイトライド系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたのち、前記一導電型ＳｉＣ基板の他方の主面に一導電型ナイトライド系半導体層を前記発光層の成長温度より低温でエピタキシャル成長させ、次いで、前記一導電型ナイトライド系半導体層上に基板側電極を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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