JP4877294B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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さらに、一般的に、AlGaNはGaNに比べてアクセプタのイオン化エネルギーが大きいため、Mgをドーピングしても高い正孔濃度が得られにくい。このことは、活性層直上のp型AlGaNキャップ層の抵抗が高いことを意味しており、半導体レーザの駆動電圧の上昇につながる。
n型クラッド層とp型クラッド層との間に活性層がはさまれた構造を有する、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた半導体発光素子において、
活性層とp型クラッド層との間に、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなるキャップ層が、少なくとも一つ設けられている
ことを特徴とするものである。
InおよびGaを含む第3の窒化物系III−V族化合物半導体からなる障壁層とInおよびGaを含む第4の窒化物系III−V族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、
活性層に接した、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Gaを含む第5の窒化物系III−V族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、AlおよびGaを含む第6の窒化物系III−V族化合物半導体からなるp型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
InおよびGaを含む第3の窒化物系III−V族化合物半導体からなる障壁層とInおよびGaを含む第4の窒化物系III−V族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、
活性層に接した、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる第1のキャップ層と、
第1のキャップ層に接した、Gaを含む第5の窒化物系III−V族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、AlおよびGaを含む第9の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第3の厚さを有する障壁層とGaを含む第10の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第4の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる第2のキャップ層と、
第2のキャップ層に接した、AlおよびGaを含む第6の窒化物系III−V族化合物半導体からなるp型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
InおよびGaを含む第3の窒化物系III−V族化合物半導体からなる障壁層とInおよびGaを含む第4の窒化物系III−V族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、
活性層に接した、Gaを含む第10の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の光導波層と、
第1の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Gaを含む第5の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の光導波層と、
第2の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第6の窒化物系III−V族化合物半導体からなるp型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
InおよびGaを含む第3の窒化物系III−V族化合物半導体からなる障壁層とInおよびGaを含む第4の窒化物系III−V族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、
活性層に接した、Gaを含む第11の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の光導波層と、
第1の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる第1のキャップ層と、
第1のキャップ層に接した、Gaを含む第5の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の光導波層と、
第2の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第9の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第3の厚さを有する障壁層とGaを含む第10の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第4の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる第2のキャップ層と、
第2のキャップ層に接した、AlおよびGaを含む第6の窒化物系III−V族化合物半導体からなるp型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
InおよびGaを含む第3の窒化物系III−V族化合物半導体からなる障壁層とInおよびGaを含む第4の窒化物系III−V族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、
活性層に接した、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Gaを含む第5の窒化物系III−V族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、AlおよびGaを含む第6の窒化物系III−V族化合物半導体からなるp型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
光導波層およびp型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
InおよびGaを含む第3の窒化物系III−V族化合物半導体からなる障壁層とInおよびGaを含む第4の窒化物系III−V族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、
活性層に接した、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる第1のキャップ層と、
第1のキャップ層に接した、Gaを含む第5の窒化物系III−V族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、AlおよびGaを含む第9の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第3の厚さを有する障壁層とGaを含む第10の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第4の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる第2のキャップ層と、
第2のキャップ層に接した、AlおよびGaを含む第6の窒化物系III−V族化合物半導体からなるp型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層および第1のキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
光導波層、第2のキャップ層およびp型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
InおよびGaを含む第3の窒化物系III−V族化合物半導体からなる障壁層とInおよびGaを含む第4の窒化物系III−V族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、
活性層に接した、Gaを含む第11の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の光導波層と、
第1の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Gaを含む第5の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の光導波層と、
第2の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第6の窒化物系III−V族化合物半導体からなるp型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、第1の光導波層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
第2の光導波層およびp型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
InおよびGaを含む第3の窒化物系III−V族化合物半導体からなる障壁層とInおよびGaを含む第4の窒化物系III−V族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、
活性層に接した、Gaを含む第11の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の光導波層と、
第1の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる第1のキャップ層と、
第1のキャップ層に接した、Gaを含む第5の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の光導波層と、
第2の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第9の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第3の厚さを有する障壁層とGaを含む第10の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第4の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる第2のキャップ層と、
第2のキャップ層に接した、AlおよびGaを含む第6の窒化物系III−V族化合物半導体からなるp型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、第1の光導波層および第1のキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
第2の光導波層、第2のキャップ層およびp型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
また、キャップ層あるいは第1のキャップ層あるいは第2のキャップ層を構成する障壁層の厚さは同一で、井戸層の厚さも同様に同一であるため、これらの障壁層および井戸層の成長が容易である。特に、障壁層の厚さと井戸層の厚さとを同一とすることにより、これらの成長は極めて容易になる。
また、半導体発光素子を構成する各層の成長時のキャリアガス雰囲気を、各層に合わせて、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気と窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気とで使い分けているので、活性層からのInの脱離を防止することができるとともに、p型層の結晶性を良好にすることができる。さらに、キャップ層あるいは第1のキャップ層あるいは第2のキャップ層を構成する障壁層および井戸層をそれぞれ同一の厚さに設定していることにより、これらのキャップ層あるいは第1のキャップ層あるいは第2のキャップ層の成長が容易である。これらにより、半導体発光素子の製造が容易である。
まず、あらかじめサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化したc面サファイア基板1上に有機金属化学気相成長(MOCVD)法により例えば500℃程度の温度でアンドープGaNバッファ層2を成長させた後、例えばELOなどの横方向結晶成長技術を用いて例えば1000℃の成長温度で、アンドープGaN層3を成長させる。
次に、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜13をエッチングすることにより、開口13bを形成する。
以上により、目的とするリッジ構造およびSCH構造を有するGaN系半導体レーザが製造される。
図3に示すように、この第2の実施形態によるGaN系半導体レーザにおいては、活性層7に接してアンドープGaN光導波層16が設けられ、このアンドープGaN光導波層16に接してAlGaN/GaN超格子キャップ層8が設けられ、このAlGaN/GaN超格子キャップ層8に接してp型GaN光導波層9が設けられ、このp型GaN光導波層9に接してp型AlGaN/GaN超格子クラッド層10が設けられている。アンドープGaN光導波層16はn型伝導性を示す。このアンドープGaN光導波層17の厚さは一般的には10〜150nmであるが、ここでは20nmとする。その他の構成は、第1の実施形態によるGaN系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
この第3の実施形態によるGaN系半導体レーザにおいては、活性層7に接してAlGaN/GaN超格子キャップ層8が設けられ、このAlGaN/GaN超格子キャップ層8に接してp型GaN光導波層9が設けられ、このp型GaN光導波層9に接してAlGaN/GaN超格子キャップ層17が設けられ、このAlGaN/GaN超格子キャップ層17に接してp型AlGaN/GaN超格子クラッド層10が設けられている。ここで、AlGaN/GaN超格子キャップ層17は、例えば厚さが2.5nmでAl組成が0.15のアンドープのAlGaN層を障壁層とし、例えば厚さが同じく2.5nmでp型不純物として例えばMgがドープされたGaN層を井戸層とし、これらを交互に積層した構造を有し、障壁層としてのAlGaN層の合計の厚さは例えば100nmである。その他の構成は、第1の実施形態によるGaN系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
この第4の実施形態によるGaN系半導体レーザにおいては、第2の実施形態によるGaN系半導体レーザにおいて、p型GaN光導波層9とp型AlGaN/GaN超格子クラッド層10との間にさらにAlGaN/GaN超格子キャップ層17が設けられている。その他の構成は、第1および第3の実施形態によるGaN系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
Claims (2)
- InおよびGaを含む第3の窒化物系III−V族化合物半導体からなる障壁層とInおよびGaを含む第4の窒化物系III−V族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、
上記活性層に接した、Gaを含む第11の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の光導波層と、
上記第1の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなるキャップ層と、
上記キャップ層に接した、Gaを含む第5の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の光導波層と、
上記第2の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第6の窒化物系III−V族化合物半導体からなるp型クラッド層とを有する半導体発光素子を製造する場合に、
上記活性層、上記第1の光導波層および上記キャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
上記第2の光導波層および上記p型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした半導体発光素子の製造方法。 - InおよびGaを含む第3の窒化物系III−V族化合物半導体からなる障壁層とInおよびGaを含む第4の窒化物系III−V族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、
上記活性層に接した、Gaを含む第11の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の光導波層と、
上記第1の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第1の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第1の厚さを有する障壁層とGaを含む第2の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる第1のキャップ層と、
上記第1のキャップ層に接した、Gaを含む第5の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第2の光導波層と、
上記第2の光導波層に接した、AlおよびGaを含む第9の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第3の厚さを有する障壁層とGaを含む第10の窒化物系III−V族化合物半導体からなる第4の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる第2のキャップ層と、
上記第2のキャップ層に接した、AlおよびGaを含む第6の窒化物系III−V族化合物半導体からなるp型クラッド層とを有する半導体発光素子を製造する場合に、
上記活性層、上記第1の光導波層および上記第1のキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
上記第2の光導波層、上記第2のキャップ層および上記p型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした半導体発光素子の製造方法。
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