JP4741055B2 - Semiconductor light-emitting element - Google Patents

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雅之 園部
哲弘 田辺
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ローム株式会社
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【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明はチッ化物系化合物半導体(III 族元素とチッ素などとの化合物半導体)を用い、高い記憶密度を有する光ディスクメモリや、レーザビームプリンタの高精細化に必要な青色領域で発光可能な半導体レーザや発光ダイオードなどの半導体発光素子に関する。 The present invention uses a nitride-based compound semiconductor (compound semiconductor such as a group III element and nitrogen), higher or optical disk memory having a storage density, a laser beam capable of emitting semiconductor in the blue region required for high definition of the printer a semiconductor light emitting device such as a laser or a light emitting diode. さらに詳しくは、発光層での転位密度をできるだけ少なくし、発振出力の大きい半導体レーザなどの半導体発光素子に関する。 More specifically, to minimize the dislocation density in the light emitting layer, a semiconductor light emitting element such as a large semiconductor laser of the oscillation output.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
従来の青色領域でCW発振する半導体レーザは、たとえば図6に示されるように、サファイア基板21上にIII 族チッ化物化合物半導体(チッ化物系化合物半導体)が有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapour Deposition 以下、MOCVDという)により順次積層されるもので、GaN緩衝層22、n形GaNからなるコンタクト層23、Al 0.12 Ga 0.88 Nからなるn形クラッド層24、GaNからなるn形光ガイド層25、InGaN系化合物半導体の多重量子井戸構造からなる活性層26、p形GaNからなるp形光ガイド層27、p形Al 0.12 Ga 0.88 Nからなるp形クラッド層28、p形GaNからなるp形コンタクト層29が順次積層され、積層された半導体層の一部が図6に示されるようにドライエッチングなどによりエッチン A semiconductor laser for CW operation at conventional blue region, for example as shown in FIG. 6, III-group on the sapphire substrate 21 nitride compound semiconductor (nitride-based compound semiconductor) is metal organic chemical vapor deposition (Metal Organic Chemical Vapor Deposition below, intended to be sequentially laminated by that MOCVD), GaN buffer layer 22, a contact layer 23 made of n-type GaN, Al 0.12 Ga 0.88 n-type cladding layer 24 made of n, n-type light guide layer made of GaN 25, InGaN-based compound semiconductor multiple quantum well made of structure active layer 26, p-type light composed of p-type GaN guide layer 27, p-type Al 0.12 Ga 0.88 consisting N p-type cladding layer 28, made of p-type GaN p stacked -type contact layer 29 are successively etching by dry etching so that a part of the stacked semiconductor layers are shown in FIG. 6 されてn形コンタクト層23を露出させ、その表面にn側電極31、前述のp形コンタクト層29上にp側電極30がそれぞれ形成されることにより構成されている。 By exposing the n-type contact layer 23, n-side electrode 31 on the surface thereof, p-side electrode 30 is formed by being formed respectively on the p-type contact layer 29 described above.
【0003】 [0003]
一方、チッ化物系化合物が成長されるサファイア基板は、チッ化物系化合物半導体との格子定数が大幅に異なり、両者間の格子整合が採れず、成長するチッ化物系化合物半導体の転位密度が1×10 8 cm -2以上となり、赤色系のGaAs基板上に成長する化合物半導体層の1×10 2 cm -2程度と比べて大幅に転位密度が大きくなっている。 Meanwhile, the sapphire substrate nitride-based compound is grown, significantly different lattice constant between the nitride based compound semiconductor is not caught lattice matching between them, the dislocation density of the nitride-based compound semiconductor to be grown is 1 × 10 becomes 8 cm -2 or more, significantly dislocation density than a 1 × 10 2 cm -2 order of compound semiconductor layer grown reddish GaAs substrate is increased. LED(発光ダイオード)では、この程度の転位密度があっても実用化されているが、半導体レーザダイオード(LD)の場合には、低しきい値化、長寿命化のためには、少なくと1×10 7 cm -3程度以下の転位密度にすることが要望されている。 In LED (light emitting diode), has been put to practical use even if the dislocation density of the extent, in the case of the semiconductor laser diode (LD) is low thresholding, for long life is less when it is desired that the following dislocation density about 1 × 10 7 cm -3. しかし、サファイアの他に工業的に適した基板も見つかっていない。 However, also not found substrate suitable for industrial purposes in addition to the sapphire.
【0004】 [0004]
このチッ化物系化合物半導体層の転位密度を少なくする方法として、たとえばアキラ ウスイらによる「低転位密度の厚いGaNエピタキシャル成長(Thick GaN Epitaxial Growth with Low Dislocation Density)」(ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス(Jpn.J.Apply.Phys. )36巻(1997年)、899〜902頁)に示され、図7に部分的な断面説明図が示されるように、サファイア基板41上の第1のGaN層42上に、SiO 2マスク43が開口部44を有するように設けられ、その開口部44を介して横方向への選択成長により、第2のGaN層45を成長する方法が開示されている。 As a method for reducing the dislocation density of the nitride-based compound semiconductor layer, for example, Akira Usui et al., "Low dislocation density thick GaN epitaxial (Thick GaN Epitaxial Growth with Low Dislocation Density)" (Japanese Journal of Applied Physics (Jpn.J .Apply.Phys.) 36 Vol (1997), shown on pages 899 to 902), as a partial cross-sectional view in FIG. 7 is shown, on the first GaN layer 42 on the sapphire substrate 41 , SiO 2 mask 43 is provided so as to have an opening 44, by selective growth in the lateral direction through the opening 44, a method of growing a second GaN layer 45 is disclosed. チッ化物系化合物では、縦方向よりも横方向への成長が行われやすいため、直径が2インチのサファイアウェハに成長して、転位密度が6×10 7 cm -2より小さくなり、クラックもなく、ミラーフェースのGaN層が得られることが紹介されている。 The nitride-based compound, and is easy to grow in the lateral direction is performed than the longitudinal direction, and grown on a sapphire wafer 2 inches in diameter, the dislocation density is smaller than 6 × 10 7 cm -2, cracks no it has been introduced in which GaN layer of the mirror face can be obtained.
【0005】 [0005]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
前述のように、チッ化物系化合物半導体のエピタキシャル成長層は、転位密度が非常に大きく、発光効率の低下にもつながり、信頼性も低下する。 As described above, the epitaxial growth layer of nitride-based compound semiconductor, the dislocation density is very large, also lead to a reduction in luminous efficiency, also decreases reliability. 一方、前述のSiO 2マスクを用いることによる選択成長では転位密度が小さくなる。 Meanwhile, the dislocation density is small in the selective growth by using a SiO 2 mask described above. しかし、図7に示されるように、一定間隔で設けられる両側の開口部44から順次横方向に成長し、マスク43の中央部で合致するように成長するが、マスク43上に成長する第2のGaN層45は、中央部側にいくにしたがって、マスク43より浮き上がり、結晶軸が曲がりながら成長し、底面および表面側が平坦な第2のGaN層45とはならない。 However, as shown in FIG. 7, grown sequentially laterally from both sides of the opening 44 provided at regular intervals, but grows to match the central portion of the mask 43, the grown over the mask 43 2 GaN layer 45 of, toward the center side, lift from the mask 43, crystal axes is grown while bending, the bottom surface and the front surface side is not a flat second GaN layer 45. そのため、図7に示されるように、マスクの中央部側では、第2のGaN層45が浮き上がった状態で両方から合流することによる空孔46が形成され、デバイス化するのに好ましくない。 Therefore, as shown in FIG. 7, at the central portion of the mask, the holes 46 are formed by merging both in a state where the second GaN layer 45 is lifted, unfavorable to the device of. この傾向は、マスク幅Mが大きくなると一層顕著になる。 This tendency becomes more remarkable when the mask width M becomes larger.
【0006】 [0006]
この平坦性を損なわないようにするには、たとえば前述の文献に紹介されている例でも、SiO 2マスクの幅Mは1〜4μm幅で、その周期(M+W)が7μm程度と記載されているように、マスク幅Mが3μm以上になると空孔46が発生しやすくなる。 To avoid impairing the flatness, for example, in the example that is introduced in the aforementioned document, the width M of the SiO 2 mask 1~4μm width, the period (M + W) is described about 7μm as vacancies 46 is likely to occur when the mask width M is equal to or greater than 3 [mu] m. しかも幅Mが大きくなるにしたがって、空孔の高さも大きくなり、それにより表面の平坦性が低下してデバイス特性も低下する。 Moreover in accordance width M becomes larger, the height of the holes is also increased, whereby the flatness of the surface is lowered even device characteristics decreases. また、空孔46ができないで、平坦性が得られるぎりぎりの状態のところでも、その中央部の合致する部分では、転位密度が大きくなる。 Moreover, not possible holes 46, even at the last minute that flatness can be obtained state, the matching portion of the central part, the dislocation density increases. さらに、開口部44に成長する第2のGaN層45も第1のGaN層42の転位密度が大きいため、そのまま転位密度の大きい領域となる。 Further, since the dislocation density also the second GaN layer 45 first GaN layer 42 grown on the opening 44 is large, as it is a large area of ​​the dislocation density. そのため、転位密度の小さい連続した部分は、マスク幅の半分の範囲で、しかもその半分の両端部を除外したところしかなく、幅で1μm程度しか得られない。 Therefore, small successive portions dislocation density is half the range of the mask width, yet there is only a place excluding both end portions of the half, only be obtained 1μm about the width.
【0007】 [0007]
ところが、ストライプ状の半導体レーザにする場合で、ストライプ状の発光領域だけを転位密度の小さい半導体層で構成しようとしても、ストライプ幅の4〜5μmとアライメントマージンとを考慮し、マスク幅の半分以下しか使用できないことを考えると、マスク幅Mは10〜15μm以上必要となる。 However, in the case of the stripe of the semiconductor laser, even only striped light-emitting region in an attempt to configure a small semiconductor layer dislocation density, considering the 4~5μm and alignment margin of the stripe width, less than half of the mask width in view of the fact that only it can not be used, mask width M is required more than 10~15μm. そのため、このような幅広のマスクを使用して、平坦性のよいチッ化物系化合物半導体層を成長しなければ、実際のデバイスに応用することができないという問題がある。 Therefore, using such wide mask, unless grown good nitride-based compound semiconductor layer flatness, it is impossible to apply the actual device.
【0008】 [0008]
本発明はこのよな状況に鑑みなされたもので、SiO 2などのマスク上に選択成長をさせることにより、転位密度を小さくしながら、広い範囲に亘って平坦性が得られるチッ化物系化合物半導体層を積層し、発光効率の優れたチッ化物系化合物半導体発光素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the Yo circumstances, by selective growth on a mask such as SiO 2, while reducing the dislocation density, wide nitride-based compound flatness can be obtained over a range semiconductor the layers were laminated to provide an excellent nitride-based compound semiconductor light-emitting elements of the light emitting efficiency.
【0009】 [0009]
本発明の他の目的は、半導体レーザのように発光領域をストライプ状部分などに限定できる場合に、少なくともそのストライプ状の発光領域部分における活性層の転位密度を小さくし、しきい電流値を下げ、高出力を得ることができる半導体レーザを提供することにある。 Another object of the present invention, when a light emitting region as a semiconductor laser can be limited such as in a stripe-like portion, to reduce the dislocation density in the active layer in the light emitting region at least part of the stripe-shaped, lower the threshold current value is to provide a semiconductor laser capable of obtaining a high output.
【0010】 [0010]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
本発明者らは、マスク層上にチッ化物系化合物半導体層を横方向に選択成長する場合に、マスクの中央部に行くにしたがって、成長する半導体層の結晶軸が上方に曲って成長し、中央部近傍で空孔が形成され、マスク幅が広くなればなるほどその空孔部分が大きくなり、平坦な半導体層を成長することができないという問題を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、マスクの中央部側に成長するにしたがって、成長する半導体層の結晶軸が上方に曲がる原因が、半導体層とマスク層との接触部に働く接触応力に起因することを見出した。 The present inventors have found that when selecting grown laterally nitride-based compound semiconductor layer on the mask layer, toward the central portion of the mask, growing the crystal axes of the growing semiconductor layer is bent upwardly, are voids formed in the central portion near the pore portions as the mask width becomes if wider increases, in order to solve the problem of not being able to grow a flat semiconductor layer, as a result of intensive studies, the mask according grown in the central portion of the crystal axes of the growing semiconductor layer is caused to bend upward, it found that due to contact stress acting on the contact portion between the semiconductor layer and the mask layer. そして、この接触部を離して、接触応力が働かないようにすることにより、結晶軸の曲がりが発生しないで、転位密度が小さく、かつ、平坦な半導体層が成長されることを見出した。 Then, apart the contact part, by such contact stress does not work, without bending of the crystal axis is generated, the dislocation density is small and, it was found that a flat semiconductor layer is grown.
【0011】 [0011]
本発明による半導体発光素子は、基板と、該基板上または該基板上に設けられる第1のチッ化物系化合物半導体層上に設けられ、開口部を有するマスク層と、該マスク層上に前記開口部から横方向に選択成長される第2のチッ化物系化合物半導体層と、該第2のチッ化物系化合物半導体層上に発光層を形成するようにチッ化物系化合物半導体が積層される半導体積層部とからなり、前記マスク層の上面側で、前記開口部側より該開口部から離れた部分における前記マスク層の厚さが相対的に薄くされることにより、前記マスク層に凹部が形成されていたり、前記第2のチッ化物系化合物半導体層の底面と前記マスク層との間にほぼ平行な空隙が形成されるように前記第2のチッ化物系化合物半導体層が成長されていたりしている。 The semiconductor light emitting device according to the present invention, a substrate and, provided on the first nitride-based compound semiconductor layer provided on the substrate or substrate, a mask layer having an opening, said opening in the mask layer a second nitride-based compound semiconductor layer is selectively grown laterally from the parts, the semiconductor laminated nitride-based compound semiconductor is laminated so as to form a light emitting layer on the second nitride-based compound semiconductor layer consists of a part, the upper surface side of the mask layer, by the thickness of the mask layer in a portion away from the opening from the opening side is relatively thin, recessed portions are formed in the mask layer and or have, the second nitride-based compound semiconductor layer so as to substantially parallel gap is formed between the bottom surface and the mask layer of the second nitride-based compound semiconductor layer is or has been grown there.
【0012】 [0012]
ここにチッ化物系化合物半導体とは、Ga、Al、InなどのIII 族元素とNまたはNと他のV族元素との化合物からなる半導体を意味する。 Here The nitride-based compound semiconductor means Ga, Al, the semiconductor comprising a compound of the group III element and N or N and other group V element such as In. したがって、GaNの他、AlとGaとの組成比が変えられるAlGaN系化合物や、InとGaの組成比が変えられるInGaN系化合物など、III族元素の混晶比やV族元素の混晶比が適宜変化されるNを含む化合物半導体を意味する。 Therefore, another GaN, AlGaN based compound composition ratio of Al and Ga is changed and, like InGaN based compound composition ratio of In and Ga is changed, the mixed crystal ratio of mixed crystal ratio and group V elements of III group element There means a compound semiconductor containing N which is appropriately changed. また、マスク層とは、たとえばSiO 2のように、チッ化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長しようとしても、直接にはその表面にエピタキシャル成長をすることができない材料からなる層を意味する。 Further, the mask layer, for example, as SiO 2, also a nitride-based compound semiconductor layer in an attempt to epitaxial growth, directly means a layer made of a material that can not be epitaxially grown on the surface thereof.
【0013】 [0013]
この構造にすることにより、横方向に選択成長する第2のチッ化物系化合物半導体層の下層となるマスク層に凹部が設けられ、または第2のチッ化物系化合物半導体層とマスク層との間に空隙が形成されるように成長されているため、成長する第2のチッ化ガリウム系化合物半導体層はマスク層から応力を受けることがなくなる。 With this structure, between the second concave portion is provided in the mask layer as a lower layer of the nitride-based compound semiconductor layer, or the second nitride-based compound semiconductor layer and a mask layer selectively grown in the lateral direction because it is grown as voids are formed, the second gallium nitride-based compound semiconductor layer to be grown, it is no longer subjected to stress from the mask layer. その結果、第2のチッ化ガリウム系化合物半導体層は、横方向に成長するにしたがってその結晶軸が上方に押し曲げられることがなくなり、広い幅に亘って、まっすぐ横方向に成長して、平坦性が優れ、かつ、転位密度の小さい第2のチッ化物系化合物半導体層が得られる。 As a result, the second gallium nitride-based compound semiconductor layer, prevents its crystal axes in accordance grows laterally pressed and bent upwardly, over a wide width, to grow straight laterally, flat sex excellent, and small second nitride-based compound semiconductor layer dislocation density. そして、その上に積層されるチッ化物系化合物の半導体積層部も、転位密度の小さい半導体層上に成長するため、転位密度が小さく、平坦性の優れた半導体積層部が形成される。 Even semiconductor lamination portion for the up and the nitride-based compound laminated in order to grow on a small semiconductor layer dislocation density, the dislocation density is small, excellent semiconductor laminated portion of the flatness is formed.
【0014】 [0014]
本発明による半導体レーザは、請求項1 〜14のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子において、前記半導体積層部が半導体レーザを構成するように積層されると共に、前記開口部により挟まれるマスク層がストライプ状に設けられ、該マスク層のストライプ方向に沿って前記凹部またはほぼ平行な空隙が一定幅で形成され、該一定幅の半分の幅内上における前記半導体積層部にストライプ状の電流注入領域が形成されるように前記半導体積層部が形成されている。 The semiconductor laser according to the present invention is a nitride based compound semiconductor light-emitting device of any one of claims 1 to 14, wherein with the semiconductor lamination portion is stacked to constitute a semiconductor laser, sandwiched between the opening mask layer is provided in a stripe shape that the recesses or substantially parallel voids along the stripe direction of the mask layer is formed with a constant width, stripe on the semiconductor lamination portion on a half of the width of the constant width the semiconductor lamination portion is formed such that the current injection region is formed. このような構成にすることにより、広い範囲に亘って、転位密度の小さい半導体層が形成されなくても、ストライプ状の発光領域に必要な領域の半導体積層部は転位密度の小さい層のみで、しかも平坦性よく形成され、しきい電流値が小さく、高出力で信頼性の優れた半導体レーザが得られる。 By such a configuration, over a wide range, even if it is not smaller semiconductor layer dislocation density is formed, a semiconductor lamination portion of the space required for the striped light emitting region only small layer dislocation density, Moreover formed good flatness, low threshold current value, excellent semiconductor laser reliability at high output can be obtained.
【0015】 [0015]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体発光素子について説明をする。 Next, with reference to the accompanying drawings semiconductor light-emitting device of the present invention will be described. 本発明による半導体発光素子は、図1にその一実施形態である半導体レーザの断面説明図が示されるように、基板1上に第1のチッ化物系化合物半導体層2が設けられ、その上に開口部3aを有するマスク層3が設けられ、そのマスク層3上に前記開口部3aから横方向に選択成長される第2のチッ化物系化合物半導体層4、さらに、発光層を形成するように積層されるチッ化物系化合物からなる半導体積層部15が設けられている。 The semiconductor light emitting device according to the present invention, as cross-sectional view of a semiconductor laser which is an embodiment thereof is shown in FIG. 1, the first nitride-based compound semiconductor layer 2 is provided on the substrate 1, on which mask layer 3 having an opening 3a is provided, the second nitride-based compound semiconductor layer 4 is selectively grown from the opening 3a on the mask layer 3 in the lateral direction, further, to form a light-emitting layer semiconductor lamination portion 15 made of nitride-based compound to be stacked is provided. そして、マスク層3の上面側に凹部3bが形成されている。 Then, the recess 3b is formed on the upper surface side of the mask layer 3. 他の構成としては、たとえばマスク層3上面側の凹部3bにより、第2のチッ化物系化合物半導体層4の底面側が平坦面に形成され、かつ、第2のチッ化物系化合物半導体層4の底面とマスク層3との間にほぼ平行な空隙3cが形成されるように第2のチッ化物系化合物半導体層4が成長されてもよい。 Other configurations, for example, by the recess 3b of the mask layer 3 top side, a bottom side of the second nitride-based compound semiconductor layer 4 is formed on the flat surface, and the bottom surface of the second nitride-based compound semiconductor layer 4 the second nitride-based compound semiconductor layer 4 may be grown as substantially parallel gaps 3c are formed between the mask layer 3 and.
【0016】 [0016]
基板1は、たとえば高温にも耐え得るサファイア(Al 23単結晶)基板が用いられるが、サファイアに限定されず、Si、Geなどの他の半導体基板などを用いることができる。 Substrate 1 is, for example, sapphire (Al 2 O 3 single crystal) substrate is used to withstand high temperatures, can be used without being limited to sapphire, Si, Ge and other semiconductor substrate such as. どの材料が用いられても、GaNとは格子定数が合わず、格子整合を採ることができないが、マスク層を介して横方向の選択成長をすることにより、マスク層上に転位密度の小さい半導体層を成長することができる。 Whichever material is used, not meeting the lattice constant and GaN, but can take lattice matching, a semiconductor by lateral selective growth through the mask layer having a small dislocation density on the mask layer it is possible to grow a layer.
【0017】 [0017]
第1のチッ化物系化合物半導体層2は、たとえば4μm程度の厚さで、ノンドープのGaNを、MOCVD法などの通常のエピタキシャル成長法により形成されたもので、後述する第2のチッ化物系化合物半導体層4を選択成長する際のシードとするものである。 The first nitride-based compound semiconductor layer 2, for example a thickness of about 4 [mu] m, a non-doped GaN, which has been formed by conventional epitaxial growth method such as MOCVD method, the second nitride-based compound semiconductor described below it is to a seed in selecting growing a layer 4.
【0018】 [0018]
マスク層3は、たとえばSiO 2 、Si 34 、Wなどの、その上には直接半導体層をエピタキシャル成長することができない材料が、スパッタリングなどにより、200nm程度の厚さに形成されている。 Mask layer 3 is, for example, such as SiO 2, Si 3 N 4, W, the material can not be epitaxially grown directly semiconductor layer on it, by a sputtering, and is formed on the order of 200nm in thickness. この厚さは、第1のGaN層2上に直接第2の半導体層が成長しないようにマスクとするもので、マスクの機能を有する程度に形成されれば、薄いほど段差が生じにくく好ましい。 This thickness is intended to directly on the first GaN layer 2 and the second semiconductor layer as a mask so as not to grow, if it is formed to the extent that a function of the mask, thinner difficult step occurs preferably. このマスク層3は、ウェハの状態の一部断面説明図が図2に示されるように、ウェハ状態では第1のチッ化物系化合物半導体層2上に全面に設けられた後に、パターニングされて開口部3a(この例では、図面に垂直方向にストライプ状に延びている)が形成され、さらに残ったマスク層3の表面側に凹部3bが、その開口部3aに沿って形成されている。 The mask layer 3, as partially cross sectional view showing a state of the wafer shown in Figure 2, in a wafer state after being provided over the entire surface on the first nitride-based compound semiconductor layer 2 and patterned opening (in this example, the drawing and extends in stripes in the vertical direction) part 3a is formed, further the remaining recesses 3b on the surface side of the mask layer 3 is formed along the opening portion 3a. 図1に示される半導体レーザを製造する場合、この開口部3aの幅Wは、10〜20μm程度で、マスク層3の幅Mは20μm程度に形成されている。 When manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 1, the width W of the opening portion 3a, of about 10 to 20 [mu] m, the width M of the mask layer 3 is formed to approximately 20 [mu] m. 本発明によれば、このマスク幅の20μm程度を、さらに大きくしても平坦な第2の半導体層4を成長することができる。 According to the present invention, a 20μm about this mask width, be further increased can be grown second semiconductor layer 4 flat. 図1では、ストライプ部およびその下のマスク層3部分が誇張して示されているため、マスク層3が1個しか示されていないが、実際には前述のMとWの繰り返しで、1チップに多数個のマスク層3が設けられている。 In Figure 1, since the stripe portion and the mask layer 3 the lower part of which is shown in an exaggerated manner, although the mask layer 3 is not shown only one, in fact by repeating the above-described M and W, 1 the plurality of mask layer 3 is provided on the chip.
【0019】 [0019]
マスク層3の表面に形成される凹部3bは、その形成時の断面説明図が図3に示されるように、開口部3aが形成された後に、再度レジスト膜18が全面に設けられ、パターニングによりレジスト膜18に16μm程度の幅Nの開口部18aを形成した後に、HF系水溶液によりエッチングすることにより、マスク層3の厚さtの半分程度、すなわち100nm程度の深さdに形成されている。 Recess 3b formed on the surface of the mask layer 3, as cross-sectional view at the time of formation is shown in Figure 3, after the opening 3a is formed, is provided on the entire surface resist film 18 again, by patterning after forming the opening portions 18a of 16μm about width N in the resist film 18 by etching with HF based solution is formed about half the thickness t of the mask layer 3, that is, 100nm depth of about d . したがって、マスク層3の両端部から2μm程度の幅Pをそれぞれ残して、それより内部側の表面には凹部3bが形成されている。 Thus, leaving each width P of about 2μm from both ends of the mask layer 3, it is formed with a recess 3b to it from the inner side surface.
【0020】 [0020]
この両端に残す幅Pは、マスクアライメントの精度を考慮して2μm程度設けられているが、開口部3aから連続して凹部3b内に成長しないようにするためのもので、横方向への成長位置がマスク層3の大部分の表面より高い位置で始まり、大部分の表面と横方向に成長する第2の半導体層4との間に空隙が形成されればよい。 Width P leaving the both ends is provided about 2μm in consideration of the precision of mask alignment, intended for preventing grow in the recess 3b continuously from the opening 3a, the growth in the lateral direction position starts at a higher position than most of the surface of the mask layer 3, voids may be formed between the second semiconductor layer 4 grown on most of the surface and lateral. そのため、凹部3bの形成でなくても、開口部3a側に突起が形成される構造でも、第2の半導体層4との間にほぼ平行な空隙が形成される構造になっておればよい。 Therefore, even without formation of the recesses 3b, have a structure in which the projection in the opening 3a side is formed, it may be I has a structure substantially parallel gap is formed between the second semiconductor layer 4. また、凹部3bの深さ(両端部に突起が設けられる場合はその高さ)は、横方向に成長する第2の半導体層4との間に接触応力が働かない程度に段差が形成されておればよい。 Further, the concave portion 3b depth (both end portions in the projections its height if provided) is a step to the extent that contact stress does not act between the second semiconductor layer 4 to be grown in the lateral direction is formed it may be me. そのため、第2の半導体層4が僅かに底面側にも成長し、殆どマスク層3の大部分の表面と接するぎりぎりの位置関係で、空隙が形成されない程度の深さの凹部3bに形成されてもよいが、製造条件のバラツキを考慮すれば、前述の100nm程度が好ましい。 Therefore, the second semiconductor layer 4 is also grown slightly the bottom side, at a marginal positional relationship almost in contact with most of the surface of the mask layer 3, is formed in the recess 3b of the depth that the air gap is not formed it may, but considering the variation in manufacturing conditions, preferably about aforementioned 100 nm.
【0021】 [0021]
第2のチッ化物系化合物半導体層4は、たとえばノンドープのGaN層で20μm程度の厚さに形成される。 The second nitride-based compound semiconductor layer 4 is formed, for example, to a thickness of about 20μm in non-doped GaN layer. この半導体層4は、前述のマスク層3の開口部3aから露出する第1のGaN層2をシードとして成長し始め、マスク層3の表面に達すると、横方向に選択成長する。 The semiconductor layer 4, a first GaN layer 2 exposed from the mask layer 3 of the opening portion 3a of the aforementioned began to grow as the seed reaches the surface of the mask layer 3 is selectively grown in the lateral direction. すなわち、GaN層は、縦方向の成長よりも横方向への成長の方が早くしかも結晶性よく成長するため、マスク層3に凹部3bが設けられていても、下側には殆ど成長せず、マスク層3との間に空隙3cを形成しながら横方向に成長しながら上方にも僅かに成長し、最終的にはマスク層3の中央部あたりで両方の開口部から横方向に成長してきた半導体層が合致する。 That, GaN layer, since than vertical growth direction of growth in the lateral direction to grow faster yet with good crystallinity, even if the recess 3b is formed in the mask layer 3, hardly grow on the lower side also it grew slightly upward while grown in the lateral direction while forming a gap 3c between the mask layer 3, and finally have grown laterally from both openings per central portion of the mask layer 3 semiconductor layer matches. そしてマスク層3の表面が完全に埋まった後は上方に成長し、マスク層3上にも完全に第2のGaN層(半導体層)4が成長する。 Then, after the surface of the mask layer 3 is buried completely grown over, the second GaN layer completely also on the mask layer 3 (semiconductor layer) 4 is grown. この第2のGaN層4は、マスク層3上の両端部(開口部3aに接する部分)および中央部の合致する部分を除いた部分の結晶性がよく、転位密度も1桁ほど小さくなる。 The second GaN layer 4, the crystallinity of the portion excluding the both end portions matching portion (contact portion to the opening 3a) and the central portion of the mask layer 3 is good, the dislocation density becomes about one order of magnitude smaller.
【0022】 [0022]
第2のGaN層4上の半導体積層部15は、通常の半導体レーザを構成する半導体積層部になっている。 Semiconductor lamination portion 15 on the second GaN layer 4 has a semiconductor multilayer portion constituting the ordinary semiconductor laser. すなわち、たとえばSiが5×10 18 cm -3程度にドープされたn形GaNからなるn形コンタクト層5が0.5μm程度、たとえばSiが5×10 18 cm -3程度にドープされたn形Al 0.08 Ga 0.92 Nからなるn形クラッド層6が0.4μm程度、たとえばSiが1×10 18 cm -3程度にドープされたn形GaNからなる第1のn形ガイド層7が0.2μm程度、たとえばSiがドープされたIn 0.01 Ga 0.99 Nからなる第2のn形ガイド層8を50nm程度、In 0.1 Ga 0.9 Nからなるウェル層を5nm程度、In 0.02 Ga 0.98 Nからなるバリア層を5nm程度づつ交互にウェル層を5層積層した多重量子井戸(MQW)構造からなる活性層9を50nm、たとえばMgがドープされたAl 0.2 Ga 0.8 Nからなるp形キャップ層10を20n That is, for example, Si is 5 × 10 18 cm n-type contact layer 5 is 0.5μm about of doped n-type GaN to about -3, for example, Si is 5 × 10 18 cm -3 about the doped an n-type al 0.08 Ga 0.92 n-type cladding layer 6 made of n is 0.4μm or so, for example, Si is 1 × 10 18 cm made of doped n-type GaN to about -3 first n-type guide layer 7 is 0.2μm extent, for example, Si 50 nm about the second n-type guide layer 8 is made of doped in 0.01 Ga 0.99 n, in 0.1 Ga 5nm about a well layer composed of 0.9 n, a barrier layer made of in 0.02 Ga 0.98 n the active layer 9 made of multiple quantum well (MQW) structure in 5nm approximately at a time alternately stacked well layers 5 layers 50 nm, a p-type cap layer 10, for example Mg consists doped Al 0.2 Ga 0.8 N 20n 程度、たとえばMgが1×10 18 cm -3程度にドープされたGaNからなるp形ガイド層11を0.1μm程度、たとえばMgが2×10 17 cm -3程度にドープされたAl 0.08 Ga 0.92 Nからなるp形クラッド層12を0.4μm程度、たとえばMgが3×10 18 cm -3程度にドープされたGaNからなるp形コンタクト層13を0.1μm程度、それぞれ順次積層することにより形成されている。 Extent, Al 0.08 Ga 0.92, for example Mg-doped p-type guide layer 11 made of GaN doped to about 1 × 10 18 cm -3 of about 0.1 [mu] m, for example Mg within about 2 × 10 17 cm -3 0.4μm about the p-type cladding layer 12 made of N, for example, Mg is 3 × 10 18 cm 0.1μm about the p-type contact layer 13 made of GaN doped to about -3, formed by sequentially stacking each It is.
【0023】 [0023]
半導体積層部15の構造や各層の材料は、この例に限定されるものではなく、活性層9も量子井戸構造でないバルク構造のものでもよく、所望の発光波長により定まる材料の活性層9が、それよりバンドギャップの大きい材料からなるクラッド層6、12により挟持される構成に形成される。 Materials of construction and the layers of the semiconductor lamination portion 15 is not limited to this example may be those active layer 9 also show bulk structure is not quantum well structure, the active layer 9 of the material determined by the desired emission wavelength, it is formed in the configuration being sandwiched from the cladding layers 6, 12 made of a material having a large band gap. また、図1に示される例のように半導体レーザを構成する場合、活性層9の屈折率がクラッド層6、12より大きい材料により形成される。 In the case of the semiconductor laser as in the example shown in FIG. 1, the refractive index of the active layer 9 is formed by cladding layers 6, 12 is greater than the material. そうすることにより、活性層9に光を閉じ込めることができるが、活性層9が薄く充分に光を閉じ込めることができないときは、図1に示される例のように、クラッド層6、12と活性層9との間の屈折率を有する光ガイド層7、8、11が設けられる。 By doing so, it can be the active layer 9 confine the light, when it is not possible active layer 9 confines thin enough light, as in the example shown in FIG. 1, the cladding layer 6, 12 and the active optical guide layer 7, 8, 11 having a refractive index between the layer 9 is provided. しかし、活性層9で充分に光を閉じ込められれば光ガイド層7、8、11を設ける必要はない。 However, it is not necessary to provide the optical guide layer 7, 8, 11 as long sufficiently confine light in the active layer 9.
【0024】 [0024]
半導体積層部15の最上層のp形コンタクト層13は、メサエッチングが施されると共に、半導体積層部15の一部がエッチングされてn形コンタクト層5を露出させ、その表面の全面にSiO 2が成膜されて保護膜14が形成されている。 Uppermost p-type contact layer 13 of the semiconductor lamination portion 15, together with the mesa is etched, a part of the semiconductor lamination portion 15 is etched to expose the n-type contact layer 5, SiO 2 on the entire surface of the surface There protective film 14 is deposited are formed. そして、保護膜14のコンタクト孔を介してp形コンタクト層13のメサ部上にNi-Auからなるp側電極16、およびn形コンタクト層と接続してTi-Alからなるn側電極17がそれぞれ形成されている。 Then, the n-side electrode 17 connected to the p-side electrode 16, and the n-type contact layer made of Ni-Au on the mesa portion of the p-type contact layer 13 through the contact hole of the protective film 14 made of Ti-Al They are formed. そして、共振器長(紙面に垂直方向の長さ)が500μm程度になるように劈開され、図1に示されるレーザ(LD)チップが形成されている。 The cavity length (length in the direction perpendicular to the paper surface) is cleaved to be about 500 [mu] m, the laser (LD) chip shown in FIG. 1 is formed.
【0025】 [0025]
この積層構造で、p形コンタクト層13のストライプ状のメサ型にされた部分が電流注入領域となり(コンタクト層13がメサ型にされなくてもp側電極がストライプ状に形成されておればストライプ状の電流注入領域が形成される)、その下層に、マスク層3に設けられるストライプ状凹部3bの幅の半分以下が位置するように、マスク層3およびp側電極16が位置合せして形成されている。 In this laminated structure, a stripe-shaped mesa type portion of the p-type contact layer 13 is a current injection region (stripe if my p-side electrode without contact layer 13 is in the mesa is formed in a stripe shape Jo current injection region is formed), thereunder, as less than half of the width of the recesses 3b provided on the mask layer 3 is positioned, the mask layer 3 and the p-side electrode 16 is in alignment form It is.
【0026】 [0026]
本発明によれば、マスク層の上に横方向の選択成長によりチッ化物化合物半導体層を成長する場合に、マスク層の表面に凹部が形成されているため、半導体層を選択成長することにより、マスク層上に半導体層が成長しても、成長は横方向に進み、マスク層との間に空隙が形成されており、成長の際にマスク層と半導体層との間の接触応力は働かない。 According to the present invention, in the case of growing a nitride compound semiconductor layer by lateral selective growth on the mask layer, since recesses in the surface of the mask layer is formed, by selective growth of a semiconductor layer, even the semiconductor layer is grown on the mask layer, the growth proceeds in the lateral direction, a space is formed between the mask layer, the contact stresses between the mask layer and the semiconductor layer during growth does not work . そのため、成長する半導体層の結晶軸が応力により曲げられることはなく、長い幅に亘って平坦な半導体層が成長する。 Therefore, not the crystal axes of the growing semiconductor layer is bent by the stress, a flat semiconductor layer is grown over a long width. (空隙が形成されていなくても、凹部が形成されることにより、選択成長する半導体層とマスク層との間に殆ど接触応力が働かない状態になっている。)また、横方向の成長であるため、転位密度は小さく5×10 6 cm -2程度と1桁以上小さく、結晶性および平坦性の非常に優れた半導体層が広い範囲に亘って形成される。 (Even if not void formed by the concave portion is formed, it has become almost a state where contact stress does not act between the semiconductor layer and the mask layer selectively grown.) Further, in the lateral growth there therefore, the dislocation density is less 5 × 10 6 cm -2 degrees and one digit or more smaller, crystallinity and excellent semiconductor layer flatness is formed over a wide range.
【0027】 [0027]
図1に示される例のように、マスク層に設けられる凹部がストライプ状に設けられると共に、その半分の幅内にストライプ状の電流注入領域が形成されるようにその上の半導体積層部が形成されることにより、非常に結晶性がよく平坦性の優れた部分のみの半導体積層部で発光させることができ、広い範囲の全面に亘って結晶性よく、平坦性の優れた半導体層を成長することができなくても、しきい電流値が小さく、発振出力の大きな半導体レーザを得ることができる。 As in the example shown in FIG. 1, the concave portions formed in the mask layer is arranged in stripes, the semiconductor lamination portion thereon as striped current injection region within the width of the half is formed form by being very crystallinity can be well emission with excellent portions only of the semiconductor lamination portion of flatness, a wide range of the entire surface over with good crystallinity of the grown semiconductor layer having a high flatness even impossible, the threshold current value is small, it is possible to obtain a large semiconductor laser of the oscillation output. すなわち、図1に示される構造の転位密度としきい電流値との関係が、図5に示されるように、本発明によれば、転位密度が2×10 8 cm -2から5×10 6 cm -2に下がり、しきい電流値も10kAcm -2から5kAcm -2に低下した。 That is, the relationship between the dislocation density and the threshold current of the structure shown in FIG. 1, as shown in FIG. 5, according to the present invention, dislocation density of 2 × 10 8 cm -2 from 5 × 10 6 cm It dropped to -2, and decreased threshold current value from 10KAcm -2 to 5KAcm -2.
【0028】 [0028]
すなわち、マスクを用いた横方向への選択成長でも、マスクの開口部ではシードとなる第1の半導体層の結晶性が悪く、転位密度が大きいため、その上に成長する半導体層も転位密度が大きく、結晶性はよくない。 That is, even in selective growth in the lateral direction using a mask, poor crystallinity of the first semiconductor layer serving as a seed at the opening of the mask, since the dislocation density is large, dislocation density is also a semiconductor layer grown thereon large, crystallinity is not good. また、マスク層の幅が広いと、マスク層の中央部にいくにしたがって、平坦性を維持することが難しく、また、両方の開口部から成長して合流する部分では、結晶性も低下するため、広い面積の全面で結晶性もよく、平坦性の優れた半導体層を得ることはできない。 Also, the width of the mask layer is wide, toward the central portion of the mask layer, it is difficult to maintain the flatness, and in part to join grown from both openings, for drops crystalline may be crystalline in the entire surface of large area, it is impossible to obtain an excellent semiconductor layer flatness. しかし、前述の構成にすることにより、半導体レーザの発光させるストライプ状の共振器部分については、結晶性および平坦性の優れた半導体層上に成長することができるため、その共振器部分の半導体積層部も結晶性よく成長し、しきい電流値の小さい半導体レーザが得られる。 However, by the configuration described above, the stripe-shaped resonator portion to emit light of the semiconductor laser, it is possible to grow on the crystal and flatness of the excellent semiconductor layer, a semiconductor multilayer of the resonator portion part also good crystallinity grown, small semiconductor laser having threshold current value is obtained.
【0029】 [0029]
つぎに、この半導体レーザの製法について説明をする。 Next, the production method of the semiconductor laser will be described. たとえばMOCVDなどのエピタキシャル成長装置を用いて、基板温度を1100℃程度にしてH 2雰囲気でサーマルクリーニングをする。 For example using an epitaxial growth apparatus such as MOCVD, a thermal cleaning with H 2 atmosphere with a substrate temperature of about 1100 ° C.. その後、Gaの原料ガスとしてのトリエチルガリウム(TEG)、Nの原料ガスとしてのアンモニア(NH 3 )を導入し、ノンドープの第1のGaN層2を、4μm程度成長する。 Then, triethyl gallium as a source gas for Ga (TEG), and introducing ammonia (NH 3) as a source gas for N, the first GaN layer 2 of undoped, is grown about 4 [mu] m. ついで、成長装置から基板を採りだし、たとえばスパッタリング装置を用いて、SiO 2膜を200nm程度成膜する。 Then, out taking the substrate from the growth apparatus, for example, using a sputtering apparatus, for 200nm about a SiO 2 film. その後、SiO 2膜上にレジスト膜を設け、パターニングし、HF水溶液を用いてSiO 2膜をエッチングすることにより、ストライプ状に開口部を形成し、ストライプ状のマスク層3を形成する。 Thereafter, a resist film formed on the SiO 2 film is patterned by etching the SiO 2 film by using the HF solution, an opening is formed in a stripe shape to form a stripe-shaped mask layer 3. さらに、図3に示されるように、表面全面にレジスト膜18を設けてパターニングすることにより、凹部3bを形成する部分を開口する。 Furthermore, as shown in FIG. 3, by patterning by providing a resist film 18 on the entire surface, an opening portion for forming a recess 3b. そして、再度HF水溶液によりエッチングすることにより、図3に示される凹部3bをストライプ状に(紙面に垂直方向)形成する。 Then, by etching with HF aqueous solution is formed again (direction perpendicular to the plane of the drawing) of the recess 3b in stripes as shown in Figure 3.
【0030】 [0030]
その後、再度MOCVD装置などの成長装置に入れて、原料ガスとして、前述のガスのほかにAlのトリメチルアルミニウム(TMA)、Inのトリメチルインジウム(TMIn)、n形ドーパントとして、SiH 4 、p形ドーパントとしてシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp 2 Mg)またはジメチル亜鉛(DMZn)の必要なガスをキャリアガスの水素と共に導入して、第2のGaN層4および半導体積層部15の各半導体層をそれぞれ前述の厚さで成長する。 Then, put the growth apparatus, such as a re MOCVD apparatus, as the source gas, trimethyl aluminum Al in addition to the above-mentioned gas (TMA), trimethylindium of an In (TMIn), an n-type dopant, SiH 4, p-type dopant as the required gas cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) or dimethylzinc (DMZn) is introduced together with hydrogen carrier gas, the above-described respective semiconductor layers of the second GaN layer 4 and the semiconductor lamination portion 15, respectively to grow in thickness. この場合、第1のn形ガイド層7までは、基板温度を1050℃程度で成長し、第2のn形ガイド層8および活性層9は基板温度を770℃程度にして成長し、その後の各層は再度基板温度を1050℃程度にして成長する。 In this case, up to the first n-type guide layer 7, the substrate temperature was grown at about 1050 ° C., the second n-type guide layer 8 and the active layer 9 grown in the substrate temperature to about 770 ° C., followed by each layer is grown by the substrate temperature to about 1050 ° C. again.
【0031】 [0031]
各半導体層の成長が終了したら、基板を成長装置から取出して、表面にレジストマスクを設け、リアクティブ イオン ビーム エッチング(RIBE)装置で、図4(a)に示されるように、400μm周期の一部の200μm幅で、半導体積層部15の一部をエッチングし、n形コンタクト層5の一部を露出させる。 After completing the growth of the semiconductor layer, the substrate is taken out from the growth apparatus, a resist mask is provided on the surface, in reactive ion beam etching (RIBE) device, as shown in FIG. 4 (a), of 400μm round single in 200μm width parts, etching a portion of the semiconductor lamination portion 15 to expose a portion of the n-type contact layer 5. さらにレジストマスクを除去して再度レジストマスクを設け、同装置によりp形コンタクト層13を4μm程度の幅に残るようにメサエッチングをする。 Further the resist mask is removed is provided again resist mask, the mesa etching to leave the p-type contact layer 13 to the width of about 4μm by the apparatus. その後、たとえばプラズマCVDのような成膜装置を用いて、SiO 2のような保護膜14を200nm程度の厚さで全面に成膜し、電極の形成部をHF系エッチャントによりエッチングしてコンタクト孔を形成する。 Then, for example, by using a film forming apparatus such as a plasma CVD, the protective film 14 such as SiO 2 is deposited on the entire surface to a thickness of about 200 nm, the contact hole is etched to form portions of the electrodes by HF based etchant to form.
【0032】 [0032]
ついで、p側電極16として、Niを100nm、Auを200nmそれぞれ真空蒸着装置により成膜し、さらにn側電極17として、Tiを100nm、Alを200nmそれぞれ成膜して電極16、17を形成し、基板1の裏面を研削して60μm程度に薄くした後、共振器長が500μm程度になるように劈開することにより、LDチップが形成される。 Then, the p-side electrode 16, 100 nm and Ni, is deposited by 200nm respectively vacuum deposition apparatus Au, as further n-side electrode 17, the electrodes 16 and 17 formed by 100 nm, the Al 200nm respectively forming a Ti after thin as 60μm by grinding the back surface of the substrate 1, the resonator length by cleaving to be about 500 [mu] m, LD chip is formed.
【0033】 [0033]
前述の例では、p形コンタクト層13をメサ型のストライプ形状にしただけのストライプ構造の半導体レーザであったが、半導体層をエッチングしないで電極だけをストライプ状に形成してもよく、また、活性層の近くまでメサ型にしてもよく、さらには、プロトンなどを打ち込んだプロトン打込み型にすることもできる。 In the above example, the p-type contact layer 13 has a semiconductor laser of stripe structure of only the stripe-shaped mesa, may be a semiconductor layer is formed only electrode without etching in a stripe shape, also, It may be the mesa to near the active layer, and further, can also be a proton implantation type implanted and protons. さらに、電流制限層を埋め込む屈折率導波型構造にすることもできる。 It is also possible to index-guided structure embedding the current blocking layer. また、前述の例は、半導体レーザの例であったが、発光ダイオード(LED)の場合でも、本願発明によれば、広い範囲に亘って結晶性の優れた半導体層が得られ、一部に転位密度の大きい部分が合っても、その部分の全発光部に対する割合が小さいため、発光効率が向上する。 Further, the foregoing example, although a was the example of the semiconductor laser, even when the light emitting diode (LED), according to the present invention, excellent crystallinity semiconductor layer is obtained over a wide range, a part even if a large portion of the dislocation density, the proportion to the total light emission portion of the part is small, luminous efficiency is improved.
【0034】 [0034]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明によれば、マスク層の幅が広くなっても、その上に横方向に選択成長する半導体層の結晶軸が曲がることがなく、横方向への選択成長による低い転位密度を維持しながら、半導体層の平坦性を保持することができるため、広範囲に亘って結晶性および平坦性の優れたチッ化物系化合物半導体層が得られ、青色系の半導体発光素子などのチッ化物系化合物発光デバイスに実用化することができる。 According to the present invention, even when wider mask layer, without the crystal axis of the semiconductor layers is bent to selectively grown laterally thereon, while maintaining a low dislocation density by selective growth in the lateral direction , it is possible to hold the flatness of the semiconductor layer, obtained over a wide range crystallinity and flatness of good nitride-based compound semiconductor layer, nitride compounds such as blue semiconductor light emitting elements of the light emitting device it can be put into practical use. とくに、チッ化物系化合物半導体を用いた青色系の半導体レーザに応用することにより、しきい電流値の小さい半導体レーザが得られる。 In particular, by applying the blue semiconductor laser using nitride-based compound semiconductor, a small semiconductor laser having threshold current value is obtained.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明による半導体レーザの一実施形態の断面説明図である。 1 is a cross-sectional illustration of an embodiment of a semiconductor laser according to the present invention.
【図2】図1のマスク層部分のウェハ状態における断面説明図である。 It is a cross sectional view of a wafer state of the mask layer portion of FIG. 1. FIG.
【図3】図1のマスク層に凹部を形成する際の説明図である。 3 is an explanatory view for forming the recesses in the mask layer of FIG.
【図4】半導体を積層した後、積層部をエッチングするパターン例の説明図である。 [4] After stacking the semiconductor is an explanatory view of a pattern example of etching the laminate.
【図5】本発明による半導体レーザによるしきい値電流の変化の状態を転位密度に対して示した図である。 [5] The state of shift in the threshold current due to the semiconductor laser according to the present invention seen against dislocation density.
【図6】従来の青色系半導体レーザの一例を示す断面説明図である。 6 is a cross-sectional view showing an example of a conventional blue semiconductor laser.
【図7】従来のマスク層を用いて横方向に選択成長する場合のマスク層と開口部との関係を示す説明図である。 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the mask layer and the opening in the case of selecting grown in the lateral direction using a conventional mask layer.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
2 第1のGaN層3 マスク層3a 開口部3b 凹部3c 空隙4 第2のGaN層9 活性層15 半導体積層部 2 first GaN layer 3 a mask layer 3a openings 3b recess 3c space 4 second GaN layer 9 active layer 15 semiconductor lamination portion

Claims (15)

  1. 基板と、該基板上または該基板上に設けられる第1のチッ化物系化合物半導体層上に設けられ、開口部を有するマスク層と、該マスク層上に前記開口部から横方向に選択成長される第2のチッ化物系化合物半導体層と、該第2のチッ化物系化合物半導体層上に発光層を形成するようにチッ化物系化合物半導体が積層される半導体積層部とからなり、前記マスク層の上面側で、前記開口部側より該開口部から離れた部分における前記マスク層の厚さが相対的に薄くされることにより、前記マスク層に凹部が形成されてなるチッ化物系化合物半導体発光素子。 A substrate provided on the first nitride-based compound semiconductor layer provided on the substrate or substrate, a mask layer having an opening portion, is selectively grown laterally from the opening in the mask layer that a second nitride-based compound semiconductor layer composed of a semiconductor lamination portion which nitride based compound semiconductor is laminated so as to form a light emitting layer on the second nitride-based compound semiconductor layer, the mask layer of the upper surface side, by the thickness of the mask layer in a portion away from the opening from the opening side is relatively thin, the mask layer recess is formed nitride-based compound semiconductor light-emitting consisting element.
  2. 基板と、該基板上または該基板上に設けられる第1のチッ化物系化合物半導体層上に設けられ、開口部を有するマスク層と、該マスク層上に前記開口部から横方向に選択成長される第2のチッ化物系化合物半導体層と、該第2のチッ化物系化合物半導体層上に発光層を形成するようにチッ化物系化合物半導体が積層される半導体積層部とからなり、前記第2のチッ化物系化合物半導体層の底面側が平坦面に形成され、かつ、 前記マスク層の上面側で、前記開口部側より該開口部から離れた部分における前記マスク層の厚さが相対的に薄くされることにより、前記第2のチッ化物系化合物半導体層の底面と前記マスク層との間にほぼ平行な空隙が形成されるように前記第2のチッ化物系化合物半導体層が成長されてなるチッ化物系化合物半導体 A substrate provided on the first nitride-based compound semiconductor layer provided on the substrate or substrate, a mask layer having an opening portion, is selectively grown laterally from the opening in the mask layer that consists of a second nitride-based compound semiconductor layer, a semiconductor lamination portion and the nitride-based compound semiconductor is laminated so as to form a light emitting layer on the second nitride-based compound semiconductor layer, the second is the formed on the bottom side of the flat surface of the nitride-based compound semiconductor layer, and the upper surface side of the mask layer, the thickness of the mask layer in the away from the opening side from the opening portion is relatively thin by being, the second nitride-based compound semiconductor layer are grown so as substantially parallel gap is formed between the bottom surface and the mask layer of the second nitride-based compound semiconductor layer nitride-based compound semiconductor 光素子。 Light element.
  3. 前記マスク層が、SiO 2 、Si 3 4 およびWの少なくとも1種である請求項1または2記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 The mask layer, SiO 2, Si 3 N 4 and at least one kind of claim 1 or 2 nitride-based compound semiconductor light emitting device according the W.
  4. 前記第1のチッ化物系化合物半導体層が、ノンドープのGaNである請求項1〜3のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 It said first nitride-based compound semiconductor layer, nitride-based compound semiconductor light-emitting element described in any one of claims 1 to 3 which is non-doped GaN.
  5. 前記マスク層の前記開口部側に所定の幅を有する突起が形成されてなる請求項1〜4のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 Set forth in any one nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 1 to 4, projections having a predetermined width in the opening side of the mask layer is formed.
  6. 前記マスク層の前記開口部側に突起が形成されることにより、凹部が形成されてなる請求項1〜4のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 Wherein by the projection on the opening side of the mask layer is formed, the nitride-based compound semiconductor light-emitting element described in any one of claims 1 to 4, the recess is formed.
  7. 前記開口部の2つにより挟まれる前記マスク層の前記開口部側にマスク層の高い部分が幅を有するように形成されてなる請求項1〜6のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 Two by the mask the nitride-based compound according to any one of claims 1 to 6 is formed comprising as high mask layer portion on the opening side has a width of layer semiconductor sandwiched in the opening the light-emitting element.
  8. 前記マスク層の、幅を有する高い部分の幅が2μmである請求項7記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 The mask layer, nitride-based compound semiconductor light-emitting device of the width of the high portion is 2μm claim 7 having a width.
  9. 前記マスク層の、幅を有する高い部分が突起である請求項7または8記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 The mask layer, nitride-based compound semiconductor light-emitting device of a high partial protrusion claim 7 or 8, further comprising a width.
  10. 前記マスク層の、幅を有する高い部分が、前記2つの開口部で挟まれたマスク層の両端部に形成されてなる請求項7〜9のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 Of the mask layer, a high portion having a width, said two nitride-based compound semiconductor light-emitting device of any one of claims 7-9 which is formed at both ends of the interposed mask layer at the opening formed by .
  11. 前記開口部の周辺に前記突起が形成されてなる請求項7〜10のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 Nitride-based compound semiconductor light-emitting device of any one of claims 7 to 10, wherein the projections on the periphery of the opening portion is formed.
  12. 前記凹部の深さが、横方向に成長する前記第2のチッ化物系化合物半導体層と前記マスク層との間に接触応力が働かない深さに形成されてなる請求項1〜11のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 The depth of the recess, either laterally formed by a depth of contact stress does not act between the second nitride-based compound semiconductor layer grown and the mask layer according to claim 1 to 11 nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to 1, wherein.
  13. 前記第2のチッ化物系化合物半導体層がノンドープである請求項1〜12のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 The second nitride-based compound semiconductor layer of any one of claims 1 to 12 is a non-doped nitride based compound semiconductor light-emitting device.
  14. 前記基板または前記第1のチッ化物系化合物半導体層が、GaN層である請求項1〜13のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子。 The substrate or the first nitride-based compound semiconductor layer, nitride-based compound semiconductor light-emitting device of any one of claims 1 to 13 is GaN layer.
  15. 請求項1 〜14のいずれか1項記載のチッ化物系化合物半導体発光素子において、前記半導体積層部が半導体レーザを構成するように積層されると共に、前記開口部により挟まれるマスク層がストライプ状に設けられ、該マスク層のストライプ方向に沿って前記凹部または空隙が一定幅で形成され、該一定幅の半分の幅内上における前記半導体積層部にストライプ状の電流注入領域が形成されるように前記半導体積層部が形成されてなる半導体レーザ。 In nitride-based compound semiconductor light-emitting device of any one of claims 1 to 14, wherein with the semiconductor lamination portion is stacked to constitute a semiconductor laser, the mask layer is a stripe shape which is sandwiched by the opening provided, so that the recess or gap along the stripe direction of the mask layer is formed with a constant width, the stripe-shaped current injection region in the semiconductor lamination portion at half on the width of the constant width is formed said semiconductor laser in which the semiconductor lamination portion is formed.
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JP3496512B2 (en) * 1997-06-30 2004-02-16 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor device
US6265289B1 (en) * 1998-06-10 2001-07-24 North Carolina State University Methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers by lateral growth from sidewalls into trenches, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby
JP3987660B2 (en) * 1998-07-31 2007-10-10 シャープ株式会社 Nitride semiconductor structure and its manufacturing method and a light emitting element
JP3571641B2 (en) * 1999-11-15 2004-09-29 松下電器産業株式会社 Nitride semiconductor device
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