JP4895488B2 - 窒化物半導体発光素子、その製造方法、およびウエハ - Google Patents
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Description
Applied Physics Letters, Vol.73, No.6, 1998, pp.832-834
本発明に用いられる窒化物半導体基板の材質は、窒素を含む半導体結晶であれば特に限定はされず、たとえばGaN、InGaN、AlGaNまたはInAlGaNなどが用いられる。また、本発明に用いられる窒化物半導体基板としては、サファイア基板や窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が形成された多層の基板を用いてもよく、この多層の基板からサファイア基板や窒化物半導体基板などの下地が除去された後のフリースタンディングの窒化物半導体基板を用いてもよい。
図1の模式的平面図に、本発明に用いられる窒化物半導体基板の一例を示す。この窒化物半導体基板の表面には、1つの窒化物半導体発光素子について形成される複数の溝が1つの溝群aを構成して、複数の溝群aが周期的に形成されている。この1つの溝群aの両端にある溝の最も外側の端同士の間の窒化物半導体基板の表面の領域を溝領域といい、それ以外の領域を平坦領域という。なお、図1において、溝領域は参照符号106で示される領域であり、平坦領域は参照符号105で示される領域である。
図2の模式的拡大断面図に、窒化物半導体基板の表面に形成された1つの溝群の一例を示す。溝群を構成する溝の形状は特に限定されないが、ストライプ状であることが好ましい。溝がストライプ状に形成されている場合には、格子定数差および熱膨張係数差に起因する応力を伴う窒化物半導体層の成長の会合を窒化物半導体基板の表面上の広い範囲にわたって抑制することができるため、窒化物半導体基板の表面の平坦領域の上方に成長する窒化物半導体層の平坦性をより向上させることができる傾向にある。
上記のように複数の溝からなる溝群が周期的に形成されている窒化物半導体基板の表面上には窒化物半導体層が形成される。ここで、窒化物半導体層は、n型窒化物半導体層と発光層とp型窒化物半導体層とを含んでおり、窒化物半導体層の材質としては窒素を含む半導体結晶であれば特に限定されず、たとえばGaN、InGaN、AlGaNまたはInAlGaNなどが用いられる。また、窒化物半導体層の形成方法も特に限定されず、たとえば従来から公知のMOCVD法やMBE(Molecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシー)法などが用いられる。
本発明における発光領域は、n型窒化物半導体層またはp型窒化物半導体層を介して実質的に電流が注入される発光層中の領域のことである。ここで、本発明における発光領域の位置は窒化物半導体基板の表面の平坦領域の上方の領域であるが、発光領域のすべてが窒化物半導体基板の表面の平坦領域の上方の領域に含まれている必要がある。
図5の模式的断面図に、本発明の窒化物半導体レーザ素子が複数含まれているウエハの一部の一例を示す。ここで、n型GaN基板101には、ストライプ状の第一溝102aと第二溝102bとが近接して互いに平行に形成されている。このような第一溝102aと第二溝102bとが形成されている溝領域106がn型GaN基板101の表面に所定の間隔をあけて周期的に形成されている。
Claims (22)
- 窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上に形成されたn型窒化物半導体層と発光層とp型窒化物半導体層とを含む窒化物半導体層と、を含み、前記窒化物半導体基板の表面は、複数の溝が形成されている溝領域と前記溝領域以外の平坦領域とを有しており、前記溝の幅が3μm以上20μm以下であり、前記平坦領域の上方に前記発光層中の発光領域が位置しており、前記溝領域の上方に前記窒化物半導体層が形成されていることを特徴とする、窒化物半導体発光素子。
- 前記複数の溝を構成するそれぞれの溝が互いに平行に形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記複数の溝が、平行する2本以上4本以下の溝から構成されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記複数の溝を構成する隣り合う溝同士の間の間隔が1μm以上100μm未満であることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記発光領域が前記窒化物半導体基板の表面における前記溝領域と前記平坦領域との境界から前記平坦領域側に20μm以上離れた領域の上方に位置していることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記窒化物半導体発光素子は窒化物半導体レーザ素子であって、前記発光領域が光導波路であることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 溝の幅が3μm以上20μm以下である複数の溝が形成されている溝領域と前記溝領域以外の平坦領域とを有する窒化物半導体基板の表面上にn型窒化物半導体層と発光層とp型窒化物半導体層とを含む窒化物半導体層を形成する工程と、前記窒化物半導体基板の表面における前記平坦領域の上方に前記発光層中の発光領域を位置させる工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記複数の溝を構成するそれぞれの溝が互いに平行に形成されていることを特徴とする、請求項7に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記複数の溝が、平行する2本以上4本以下の溝から構成されていることを特徴とする、請求項8に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記複数の溝を構成する隣り合う溝同士の間の間隔が1μm以上100μm未満であることを特徴とする、請求項7から9のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記窒化物半導体基板の表面上における前記溝領域が形成される周期が100μm以上1000μm以下であることを特徴とする、請求項7から10のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記平坦領域の幅が200μm以上900μm以下であることを特徴とする、請求項7から10のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 表面に溝領域と前記溝領域以外の平坦領域とを周期的に有しており、前記溝領域は、少なくともその両端に溝を有し、複数の溝を有し、前記溝上には窒化物半導体層が形成されており、かつ前記溝の幅が3μm以上20μm以下であることを特徴とする、ウエハ。
- 前記溝領域における複数の溝が、互いに平行な2本以上4本以下の溝から構成されていることを特徴とする、請求項13に記載のウエハ。
- 前記溝領域における複数の溝において、隣り合う溝同士の間隔が1μm以上100μm未満であることを特徴とする、請求項13または14に記載のウエハ。
- 前記溝領域が形成される周期が100μm以上1000μm以下であることを特徴とする、請求項13から15のいずれかに記載のウエハ。
- 窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上に形成された第1導電型窒化物半導体層と発光層と第2導電型窒化物半導体層とを含む窒化物半導体層と、を含み、前記窒化物半導体基板の表面は、複数の溝が形成されている溝領域と前記溝領域以外の平坦領域とを周期的に有しており、前記溝の幅が3μm以上20μm以下であり、前記平坦領域の上方に前記発光層中の発光領域が位置しており、前記溝領域の上方に前記窒化物半導体層が形成されていることを特徴とする、ウエハ。
- 前記複数の溝を構成するそれぞれの溝が互いに平行に形成されていることを特徴とする、請求項17に記載のウエハ。
- 前記複数の溝が、平行する2本以上4本以下の溝から構成されていることを特徴とする、請求項17または18に記載のウエハ。
- 前記複数の溝を構成する隣り合う溝同士の間の間隔が1μm以上100μm未満であることを特徴とする、請求項17から19のいずれかに記載のウエハ。
- 前記発光領域が前記窒化物半導体基板の表面における前記溝領域と前記平坦領域との境界から前記平坦領域側に20μm以上離れた領域の上方に位置していることを特徴とする、請求項17から20のいずれかに記載のウエハ。
- 前記発光領域が窒化物半導体レーザ素子の光導波路であることを特徴とする、請求項17から21のいずれかに記載のウエハ。
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