JP4967657B2 - Group III nitride semiconductor optical device and manufacturing method thereof - Google Patents
Group III nitride semiconductor optical device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4967657B2 JP4967657B2 JP2006514796A JP2006514796A JP4967657B2 JP 4967657 B2 JP4967657 B2 JP 4967657B2 JP 2006514796 A JP2006514796 A JP 2006514796A JP 2006514796 A JP2006514796 A JP 2006514796A JP 4967657 B2 JP4967657 B2 JP 4967657B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- group iii
- nitride semiconductor
- iii nitride
- optical device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 100
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims description 41
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims 2
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 70
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 19
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 17
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 9
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical group O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000005811 Viola adunca Nutrition 0.000 description 1
- 240000009038 Viola odorata Species 0.000 description 1
- 235000013487 Viola odorata Nutrition 0.000 description 1
- 235000002254 Viola papilionacea Nutrition 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- QBJCZLXULXFYCK-UHFFFAOYSA-N magnesium;cyclopenta-1,3-diene Chemical compound [Mg+2].C1C=CC=[C-]1.C1C=CC=[C-]1 QBJCZLXULXFYCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明は、電流狭窄層を備える半導体光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor optical device including a current confinement layer.
窒化ガリウムに代表されるIII族窒化物半導体は、高効率の青紫色発光が得られることから、発光ダイオード(light emitting diode、LED)やレーザー・ダイオード(laser diode、LD)材料として注目を浴びてきた。なかでもLDは大容量光ディスク装置の光源として期待され、近年では書き込み用光源として高出力LDの開発が精力的に進められている。光ディスクへの応用では、レーザー・ビームをスポット状に絞り込むためにビーム形状を整える必要がある。このため横モードの制御が重要となる。また高出力化を図るためには、キャリアの注入効率を高めることがポイントとなる。さらに、光ディスクの転送速度高速化にともない高周波特性が重要となっており、素子抵抗の低減とともに素子の寄生容量をできるだけ小さくする必要がある。 Group III nitride semiconductors typified by gallium nitride have been attracting attention as materials for light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (laser diodes, LDs) because of their high-efficiency blue-violet emission. It was. In particular, LD is expected as a light source for a large-capacity optical disk apparatus. In recent years, development of a high-power LD as a light source for writing has been vigorously advanced. In application to optical disks, it is necessary to adjust the beam shape in order to narrow the laser beam into a spot shape. For this reason, lateral mode control is important. In order to increase the output, it is important to increase the carrier injection efficiency. Furthermore, high-frequency characteristics have become important as the transfer rate of optical disks increases, and it is necessary to reduce the element resistance and the parasitic capacitance of the element as much as possible.
これらを実現する窒化物LD構造として、リッジ型構造のLDが広く利用されている。リッジ型構造のLDは、LD構造の上部にドライエッチングにより形成されたリッジを備える。リッジ上部はストライプ状開口部を有する絶縁膜でカバーされ、開口部にp型電極が設けられる。電流狭窄はストライプ状電極でなされ、リッジ幅およびリッジ高さを調整することにより横モードの制御がなされる。 Ridge type LDs are widely used as nitride LD structures for realizing these. The LD having a ridge structure includes a ridge formed by dry etching on the LD structure. The upper portion of the ridge is covered with an insulating film having a stripe-shaped opening, and a p-type electrode is provided in the opening. The current confinement is made by a striped electrode, and the transverse mode is controlled by adjusting the ridge width and ridge height.
一方、リッジ型LDよりも効率のよい電流狭窄を実現する構造として、埋め込み構造型のLDが提案されている。図2は、特許文献1:特開平11−261160号公報に記載された埋め込み構造型(インナー・ストライプ型)のLDの構造を示す図である。この半導体レーザでは、n型第1クラッド層304とp型第2クラッド層307とで挟まれた活性層305を有する窒化物系化合物半導体レーザ素子300において、活性層305の上に、非晶質又は多結晶の窒化物系化合物半導体層からなる高抵抗層を成長させ、ウェット・エッチングでストライプ状開口部320を形成して電流狭窄層308とする。或いはストライプ状部分を除いて第2クラッド層に荷電粒子を照射し、キャリア・トラップを高密度に形成して高抵抗な電流狭窄層308とする。電流狭窄層308によりキャリア注入効率の向上が図られる。 On the other hand, an embedded structure type LD has been proposed as a structure for realizing current confinement more efficiently than a ridge type LD. FIG. 2 is a diagram showing the structure of an embedded structure type (inner stripe type) LD described in Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 11-261160. In this semiconductor laser, in a nitride-based compound semiconductor laser device 300 having an active layer 305 sandwiched between an n-type first cladding layer 304 and a p-type second cladding layer 307, an amorphous layer is formed on the active layer 305. Alternatively, a high resistance layer made of a polycrystalline nitride-based compound semiconductor layer is grown, and a stripe-shaped opening 320 is formed by wet etching to form the current confinement layer 308. Alternatively, the second clad layer is irradiated with charged particles except for the stripe portion, and carrier traps are formed at a high density to form a high-resistance current confinement layer 308. Carrier injection efficiency is improved by the current confinement layer 308.
しかしながら、リッジ型、埋め込み構造型のいずれの型式においても、上部電極の密着性を充分に得ることが困難であるという課題があった。 However, both the ridge type and the embedded structure type have a problem that it is difficult to obtain sufficient adhesion of the upper electrode.
特開2003−347238号公報には、リッジ型LDにおける電極密着性を改善する技術が記載されている。図3は、特開2003−347238号公報に記載の半導体レーザを示す図である。この半導体レーザでは、p型GaNコンタクト層28に微小な凹凸を形成し、p側電極36の密着性を改善している。凹凸の形成は、以下のようにして行う。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-347238 describes a technique for improving electrode adhesion in a ridge type LD. FIG. 3 is a diagram showing a semiconductor laser described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-347238. In this semiconductor laser, minute irregularities are formed in the p-type GaN contact layer 28 to improve the adhesion of the p-side electrode 36. The unevenness is formed as follows.
図3において、p型AlGaNクラッド層26を成長させた後、p型GaNコンタクト層28を成長させる際に、先ず、基板温度約1,000℃で所定膜厚のp型GaNコンタクト層28を成長させる。p型GaNコンタクト層28の成長を終了した時点で、TMG、TMI、MeCp2Mg、及びNH3ガスを成膜チャンバに供給し続けながら、基板温度を1分間ないし2分間かけて1,000℃から700℃に降温し、700℃で5秒間から60秒間維持する。次に、TMG、TMI、及びMeCp2Mgの供給を停止し、NH 3 ガスだけを供給しながら室温に下げて、積層構造の形成を終了する。こうすることにより、形成したp型GaNコンタクト層28の最表面に、深さの典型値が1〜2nmである溝状凹部が表面全域に数十〜数百nm間隔で不規則な網目状に広がった構造が形成される。 In FIG. 3, when the p-type GaN contact layer 28 is grown after the p-type AlGaN cladding layer 26 is grown, the p-type GaN contact layer 28 having a predetermined film thickness is first grown at a substrate temperature of about 1,000 ° C. Let When the growth of the p-type GaN contact layer 28 is completed, the substrate temperature is changed to 1,000 ° C. over 1 to 2 minutes while TMG, TMI, MeCp 2 Mg, and NH 3 gas are continuously supplied to the deposition chamber. The temperature is lowered to 700 ° C. and maintained at 700 ° C. for 5 to 60 seconds. Next, the supply of TMG, TMI, and MeCp 2 Mg is stopped, and the temperature is lowered to room temperature while supplying only the NH 3 gas, thereby completing the formation of the stacked structure. By doing so, groove-like recesses having a typical depth of 1 to 2 nm are formed on the outermost surface of the formed p-type GaN contact layer 28 in an irregular network shape at intervals of several tens to several hundreds of nm. An extended structure is formed.
その後、従来の方法と同様にして、ストライプ状リッジ30及びメサ32を形成し、リッジ30の両側面及びp型AlGaInNクラッド層26の残り層上にSiO2膜34を成膜する。続いて、p型GaNコンタクト層28上にp側電極36を、n型GaNコンタクト層16上にn側電極38を設ける。これにより、動作電圧が低く、p側電極36の金属膜とp型GaNコンタクト層との密着性及び固着性が向上してp側電極36が剥がれ難いGaN系半導体レーザ素子を製造することができるとされている。Thereafter, stripe ridges 30 and mesas 32 are formed in the same manner as in the conventional method, and SiO 2 films 34 are formed on both side surfaces of the ridge 30 and the remaining layers of the p-type AlGaInN cladding layer 26. Subsequently, a p-side electrode 36 is provided on the p-type GaN contact layer 28, and an n-side electrode 38 is provided on the n-type GaN contact layer 16. As a result, a GaN-based semiconductor laser device in which the operating voltage is low, the adhesion and adhesion between the metal film of the p-side electrode 36 and the p-type GaN contact layer is improved, and the p-side electrode 36 is difficult to peel off can be manufactured. It is said that.
特開平11−16852号公報には、電極下地に凹凸を設けることにより電極密着性を向上させる技術が記載されている。同文献の半導体レーザを図4に示す。図示したように、これはリッジ型半導体レーザ(LD)であり、インナー・ストライプ型ではない。図中、1は基板、2はバッファ層、3はアンドープGaN層、4はAlGaN層、5はMgドープp型GaN層、6はp電極を示す。p型GaN層5を形成した後、表面にAuを蒸着し、この上にフォトリソグラフィによってフォトレジストのパターンを形成する。次いで露出したAu部分をエッチングして除去し、必要部分だけp型GaNの露出し他はAuで覆われた構造を作製する。このAuマスクのついた試料をリン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)の溶融塩で湿式エッチングすることにより、六角柱型のエッチピットが多数形成される。この上にp電極6を形成し、図示した構造が得られる。Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-16852 describes a technique for improving electrode adhesion by providing irregularities on an electrode base. FIG. 4 shows the semiconductor laser disclosed in this document. As shown, this is a ridge type semiconductor laser (LD), not an inner stripe type. In the figure, 1 is a substrate, 2 is a buffer layer, 3 is an undoped GaN layer, 4 is an AlGaN layer, 5 is an Mg-doped p-type GaN layer, and 6 is a p-electrode. After the p-type GaN layer 5 is formed, Au is vapor-deposited on the surface, and a photoresist pattern is formed thereon by photolithography. Next, the exposed Au portion is removed by etching, and a structure in which only a necessary portion is exposed with p-type GaN and the others are covered with Au is produced. By subjecting the sample with the Au mask to wet etching with a molten salt of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), many hexagonal column-shaped etch pits are formed. A p-electrode 6 is formed thereon to obtain the illustrated structure.
しかしながら、特開2003−347238号公報、特開平11−16852号公報に記載された技術では、電極密着性を充分に改善することは困難であった。また、素子抵抗を充分に低減することが困難であった。However, JP 2003-347238 discloses, in the technique described in JP-A-11-16852 Patent Gazette, it is difficult to sufficiently improve the electrode adhesion. Further, it has been difficult to sufficiently reduce the element resistance.
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、内部に電流狭窄層を備えるIII族窒化物半導体光素子において、上部電極の密着性を向上するとともに素子抵抗を低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the adhesion of the upper electrode and reduce the device resistance in a group III nitride semiconductor optical device including a current confinement layer therein.
本発明によれば、III族窒化物半導体からなる半導体層と、前記半導体層上に設けられ所定の開口部を有する電流狭窄層と、前記半導体層および前記開口部の上部に設けられ、凹凸表面を有するコンタクト層と、前記コンタクト層の前記凹凸表面に設けられた電極と、を備えることを特徴とするIII族窒化物半導体光素子、特には、
III族窒化物半導体からなる半導体層と、前記半導体層上に設けられ所定の開口部を有する電流狭窄層と、前記半導体層上に設けらている前記電流狭窄層および前記開口部の上部に設けられ、前記電流狭窄層の上部に形成される部分は凹凸表面を有するコンタクト層と、前記凹凸表面部分を有する前記コンタクト層の上面に設けられた電極と、を備えることを特徴とするIII族窒化物半導体光素子が提供される。According to the present invention, a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor, a current confinement layer having a predetermined opening provided on the semiconductor layer, an uneven surface provided on the semiconductor layer and the opening, A group III nitride semiconductor optical device, in particular, comprising: a contact layer having a contact layer; and an electrode provided on the uneven surface of the contact layer.
A semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor, a current confinement layer provided on the semiconductor layer and having a predetermined opening, and provided on the current confinement layer and the opening provided on the semiconductor layer And a portion formed on the current confinement layer includes a contact layer having a concavo-convex surface, and an electrode provided on an upper surface of the contact layer having the concavo-convex surface portion. A semiconductor optical device is provided.
本発明によれば、コンタクト層の凹凸面に電極が設けられている。このため、優れた電極密着性が得られるとともに、素子抵抗を効果的に低減させることができる。なお、III族窒化物半導体とは、III族元素と窒素とを構成元素として有する半導体をいう。代表例としては、一般式InxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される半導体(以下、GaN系半導体という)が挙げられる。According to the present invention, the electrode is provided on the uneven surface of the contact layer. Therefore, excellent electrode adhesion can be obtained, and the element resistance can be effectively reduced. The group III nitride semiconductor refers to a semiconductor having a group III element and nitrogen as constituent elements. As a typical example, a semiconductor represented by a general formula In x Ga y Al 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) (hereinafter referred to as a GaN-based semiconductor) Is mentioned.
本発明において、前記コンタクト層は、前記電流狭窄層の上部において、前記凹凸表面に沿って水平方向に延在する形状を有する構成とすることができる。この構成によれば、コンタクト層が、電流狭窄層の上部において、凹凸表面に沿った断面形状を有するため、凹凸表面に沿ってコンタクト層内に電流が流れる。このため、広い範囲の電極から注入された電流を開口部に集めることができ、低い素子抵抗で、良好なI−V特性を有する素子を実現することができる。 In the present invention, the contact layer may have a shape extending in a horizontal direction along the uneven surface at the upper part of the current confinement layer. According to this configuration, since the contact layer has a cross-sectional shape along the uneven surface above the current confinement layer, a current flows in the contact layer along the uneven surface. For this reason, current injected from a wide range of electrodes can be collected in the opening, and an element having good IV characteristics can be realized with low element resistance.
本発明において、前記コンタクト層は、前記電流狭窄層の上部の領域から前記開口部の上部の領域にわたって連続的に形成されている構成とすることができる。この構成によれば、コンタクト層内に電流が流れることにより、開口部の上部に設けられた電極部分のみならず、電流狭窄層の上部の電極部分からも電流を集めることができ、低い素子抵抗で、良好なI−V特性を有する素子を実現することができる。 In the present invention, the contact layer may be formed continuously from a region above the current confinement layer to a region above the opening. According to this configuration, when current flows in the contact layer, current can be collected not only from the electrode part provided above the opening but also from the electrode part above the current confinement layer, and the low element resistance. Thus, an element having good IV characteristics can be realized.
本発明において、前記コンタクト層は、前記電流狭窄層の上部において凹凸表面を有し、前記開口部の上部において平坦表面を有する構成とすることができる。この構成によれば、コンタクト層の凹凸面に電極が設けられた構造となっているため、優れた電極密着性が得られるとともに、素子抵抗を効果的に低減させることができる。その一方、開口部の設けられた通電領域ではコンタクト層表面が平坦であるため、積層方向へ好適に通電することができる。すなわち、レーザ発振に直接的に寄与する結晶には、この凹凸は悪影響を及ぼさない。 In the present invention, the contact layer may have a concavo-convex surface above the current confinement layer and a flat surface above the opening. According to this configuration, since the electrode is provided on the uneven surface of the contact layer, excellent electrode adhesion can be obtained, and the element resistance can be effectively reduced. On the other hand, since the contact layer surface is flat in the energization region provided with the opening, it is possible to energize suitably in the stacking direction. That is, the unevenness does not adversely affect the crystal that directly contributes to laser oscillation.
本発明において、コンタクト層は、InaGabAl1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、a+b≦1)により構成することができる。また、電流狭窄層は、InxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)により構成することができる。In the present invention, the contact layer can be composed of In a Ga b Al 1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, a + b ≦ 1). The current constriction layer may be composed of In x Ga y Al 1-x -y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1).
本発明において、凹凸表面の二乗平均粗さ(Root Mean Square Roughness)がコンタクト層の厚みよりも大きい構成とすることができる。また、凹凸表面の二乗平均粗さは、好ましくは10nm以上、より好ましくは100nm以上とする。上限は特にないが、1μm以下とすることで充分である。このような凹凸とすることにより、優れた電極密着性が得られる。 In the present invention, the root mean square roughness of the uneven surface can be larger than the thickness of the contact layer. The root mean square roughness of the uneven surface is preferably 10 nm or more, more preferably 100 nm or more. There is no particular upper limit, but a thickness of 1 μm or less is sufficient. By making such irregularities, excellent electrode adhesion can be obtained.
凹凸表面は、結晶面により構成してもよい。このようにすれば、結晶面を介して電極とのコンタクトがとられるため、低い素子抵抗を安定的に実現することができる。結晶面としては、コンタクト層をGaNあるいはAlGaNで構成する場合、該コンタクト層表面が、(0001)面である際、(1−101)面とすることができる。また、凹凸表面を、エッチングにより形成した面ではなく結晶成長面とすれば、エッチングによるコンタクト層等の損傷を避けることができるとともに、コンタクト層が水平方向に延在して形成され、電極からの集電効果が向上し素子抵抗を充分に低減することができる。 The uneven surface may be constituted by a crystal plane. In this way, since contact with the electrode is made through the crystal plane, low device resistance can be stably realized. As the crystal plane, when the contact layer is made of GaN or AlGaN, it can be a (1-101) plane when the contact layer surface is a (0001) plane. In addition, if the uneven surface is a crystal growth surface instead of a surface formed by etching, damage to the contact layer or the like due to etching can be avoided, and the contact layer is formed extending in the horizontal direction from the electrode. The current collecting effect is improved and the element resistance can be sufficiently reduced.
凹凸表面は、六角錐状のピットを含む構成としてもよい。こうすることにより、六角錐状のピットが形成されるため、優れた電極密着性および良好な素子抵抗が得られる。 The uneven surface may include a hexagonal pyramid pit. By doing so, hexagonal pyramidal pits are formed, so that excellent electrode adhesion and good element resistance can be obtained.
本発明において、電流狭窄層とコンタクト層との間に超格子構造のクラッド層を備え、この超格子構造を構成する薄層が、前記凹凸表面に沿って水平方向に延在する形状を有する構成としてもよい。こうすることにより、電極からの集電効率が顕著に向上し、低い素子抵抗が実現される。
本発明の素子は、種々の素子に適用することができる。たとえば、前記半導体層の下に活性層を備える構造としてもよい。これにより、発光ダイオード、半導体レーザ等に好適に適用される。In the present invention, a clad layer having a superlattice structure is provided between the current confinement layer and the contact layer, and the thin layer constituting the superlattice structure has a shape extending in the horizontal direction along the uneven surface It is good. By doing so, the current collection efficiency from the electrodes is remarkably improved, and a low element resistance is realized.
The element of the present invention can be applied to various elements. For example, a structure including an active layer under the semiconductor layer may be employed. Thereby, it is suitably applied to a light emitting diode, a semiconductor laser, and the like.
さらに本発明によれば、基板の上部に、III族窒化物半導体からなる半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に、所定の開口部を有する電流狭窄層を形成する工程と、前記半導体層および前記開口部の上部に、1,000℃以下の成長温度でIII族窒化物半導体を成長させ、凹凸表面を有するコンタクト層を形成する工程と、前記コンタクト層の前記凹凸表面に電極を形成する工程と、を備えることを特徴とするIII族窒化物半導体光素子の製造方法が提供される。 Furthermore, according to the present invention, a step of forming a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate, a step of forming a current confinement layer having a predetermined opening on the semiconductor layer, and the semiconductor Forming a contact layer having a concavo-convex surface by growing a group III nitride semiconductor at a growth temperature of 1,000 ° C. or less on the layer and the opening, and forming an electrode on the concavo-convex surface of the contact layer There is provided a method for manufacturing a group III nitride semiconductor optical device.
この製造方法によれば、電極密着性に優れ、素子抵抗が効果的に低減された半導体レーザを安定的に製造することができる。 According to this manufacturing method, it is possible to stably manufacture a semiconductor laser having excellent electrode adhesion and effectively reduced element resistance.
本発明によれば、コンタクト層の凹凸面に電極が設けられている。このため、優れた電極密着性が得られるとともに、素子抵抗を効果的に低減させることができる。 According to the present invention, the electrode is provided on the uneven surface of the contact layer. Therefore, excellent electrode adhesion can be obtained, and the element resistance can be effectively reduced.
10 GaN半導体レーザ素子
12 サファイア基板
14 GaN−ELO構造層
16 n型GaNコンタクト層
18 n型AlGaNクラッド層
20 n型GaNガイド層
22 GaInN多重井戸(MQW)構造の活性層
24 p型GaNガイド層
26 p型AlGaNクラッド層
28 p型GaNコンタクト層
30 ストライプ状リッジ
32 メサ
34 SiO2膜
36 p側電極
38 n側電極
101 n型電極
102 n型GaN基板
103 Siドープn型GaN層
104 Siドープn型AlGaNクラッド層
105 Siドープn型GaN光閉込層
106 InGaN MQW活性層
107 Mgドープp型AlGaNキャップ層
108 Mgドープp型GaN光閉込層
109 AlN電流狭窄層
110 Mgドープp型AlGaNクラッド層
111 Mgドープp型GaNコンタクト層
112 p型電極
401 半導体表面
402 六角錘状の穴
501 Mgドープp型AlGaN/GaN超格子クラッド層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 GaN semiconductor laser element 12 Sapphire substrate 14 GaN-ELO structure layer 16 n-type GaN contact layer 18 n-type AlGaN clad layer 20 n-type GaN guide layer 22 Active layer of GaInN multiple well (MQW) structure 24 p-type GaN guide layer 26 p-type AlGaN cladding layer 28 p-type GaN contact layer 30 striped ridge 32 mesa 34 SiO 2 film 36 p-side electrode 38 n-side electrode 101 n-type electrode 102 n-type GaN substrate 103 Si-doped n-type GaN layer 104 Si-doped n-type AlGaN cladding layer 105 Si-doped n-type GaN optical confinement layer 106 InGaN MQW active layer 107 Mg-doped p-type AlGaN cap layer 108 Mg-doped p-type GaN optical confinement layer 109 AlN current confinement layer 110 Mg-doped p-type AlGaN cladding layer 111 Mg-doped p-type GaN contact layer 112 p-type electrode 401 Semiconductor surface 402 Hexagonal hole 501 Mg-doped p-type AlGaN / GaN superlattice cladding layer
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
[実施例1]
本実施例に係るインナー・ストライプ型半導体レーザについて、図1を参照して説明する。この半導体レーザは、n型GaN基板102上にSiドープn型GaN層103(Si濃度4×1017cm−3、厚さ1μm)、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(Si濃度4×1017cm−3、厚さ2μm)からなるn型クラッド層104、Siドープn型GaN(Si濃度4×1017cm−3、厚さ0.1μm)からなるn型光閉じ込め層105、In0.15Ga0.85N(厚さ3nm)井戸層とSiドープIn0.01Ga0.99N(Si濃度1×1018cm−3、厚さ4nm)バリア層からなる3つの井戸層を持つ多重量子井戸(MQW)層106、Mgドープp型Al0.2Ga0.8Nからなるキャップ層107、Mgドープp型GaN(Mg濃度2×1019cm−3、厚さ0.1μm)からなるp型GaNガイド層108が積層した構造を有する。そしてこの上に、AlN電流狭窄層109、Mgドープp型Al0.1Ga0.9N(Mg濃度1×1019cm−3、厚さ0.5μm)からなるp型クラッド層110、Mgドープp型GaN(Mg濃度1×1020cm−3、厚さ0.02μm)からなるコンタクト層111が積層している。コンタクト層111の上面には、二乗平均粗さが150nm程度の凹凸が形成されている。[Example 1]
An inner stripe type semiconductor laser according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In this semiconductor laser, an Si-doped n-type GaN layer 103 (Si concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 1 μm), Si-doped n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (Si concentration 4 × 10 17 cm -3, n-type clad layer 104 having a thickness of 2 [mu] m), Si-doped n-type GaN (Si concentration 4 × 10 17 cm -3, n-type light confinement layer having a thickness of 0.1 [mu] m) 105, 3 consisting of an In 0.15 Ga 0.85 N (thickness 3 nm) well layer and a Si-doped In 0.01 Ga 0.99 N (Si concentration 1 × 10 18 cm −3 , thickness 4 nm) barrier layer Multiple quantum well (MQW) layer 106 having two well layers, a cap layer 107 made of Mg-doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N, Mg-doped p-type GaN (Mg concentration 2 × 10 19 cm −3 , thickness 0.1μ ) Is p-type GaN guide layer 108 made of having a structure laminated. On top of this, an AlN current confinement layer 109, a p-type cladding layer 110 made of Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N (Mg concentration 1 × 10 19 cm −3 , thickness 0.5 μm), Mg A contact layer 111 made of doped p-type GaN (Mg concentration 1 × 10 20 cm −3 , thickness 0.02 μm) is laminated. Concavities and convexities having a root mean square roughness of about 150 nm are formed on the upper surface of the contact layer 111.
以下、この半導体レーザの作製方法について説明する。 A method for manufacturing this semiconductor laser will be described below.
素子構造の作製には、300hPaの減圧MOVPE(有機金属気相成長法)装置を用いた。キャリアガスには、水素と窒素の混合ガスを用い、Ga、Al、Inソースとしてそれぞれトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TMI)を用いた。また、n型ドーパントにはシラン(SiH4)、p型ドーパントにはビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いた。For the production of the element structure, a 300 hPa reduced pressure MOVPE (metal organic vapor phase epitaxy) apparatus was used. As a carrier gas, a mixed gas of hydrogen and nitrogen was used, and trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), and trimethylindium (TMI) were used as Ga, Al, and In sources, respectively. Silane (SiH 4 ) was used as the n-type dopant, and biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) was used as the p-type dopant.
はじめに、n型GaN基板102を用意する。n型GaN基板102としては、FIELO法(A.Usui他、Jpn. J. Appl. Phys., 36, L899 (1997))により作製した厚さ100μmのn型GaN(0001)基板を用いた。 First, an n-type GaN substrate 102 is prepared. As the n-type GaN substrate 102, a 100 μm-thick n-type GaN (0001) substrate manufactured by the FIELO method (A. Usui et al., Jpn. J. Appl. Phys., 36, L899 (1997)) was used.
このGaN基板の上に、活性層、n型クラッド層、p型クラッド層、電流狭窄のための低温AlN成長を行う。以下この工程を「活性層成長工程」という。 On this GaN substrate, an active layer, an n-type cladding layer, a p-type cladding layer, and low-temperature AlN growth for current confinement are performed. Hereinafter, this process is referred to as an “active layer growth process”.
n型GaN基板102を成長装置に投入後、NH3を供給しながら基板を昇温し、成長温度まで達した時点で成長を開始する。Siドープn型GaN層103、Siドープn型Al0.1Ga0.9Nからなるn型クラッド層104、Siドープn型GaNからなるn型光閉じ込め層105、In0.15Ga0.85N井戸層とSiドープIn0.01Ga0.99Nバリア層からなる、3つの井戸層を有する多重量子井戸層106、Mgドープp型Al0.2Ga0.8Nからなるキャップ層107、Mgドープp型GaNからなるp型光閉じ込め層108を順次堆積する。After the n-type GaN substrate 102 is put into the growth apparatus, the temperature of the substrate is raised while supplying NH 3 , and growth is started when the growth temperature is reached. Si-doped n-type GaN layer 103, n-type cladding layer 104 made of Si-doped n-type Al 0.1 Ga 0.9 N, n-type optical confinement layer 105 made of Si-doped n-type GaN, In 0.15 Ga 0. A multi-quantum well layer 106 having three well layers composed of an 85 N well layer and a Si-doped In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer, and a cap layer composed of Mg-doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N 107, A p-type optical confinement layer 108 made of Mg-doped p-type GaN is sequentially deposited.
GaN成長は、基板温度1,080℃、TMG供給量58μmol/min、NH3供給量0.36mol/minで行い、AlGaN成長は、基板温度1,080℃、TMA供給量36μmol/min、TMG供給量58μmol/min、NH3供給量0.36mol/minにて行っている。InGaN MQW成長においては、基板温度800℃、TMG供給量8μmol/min、NH30.36mol/minとし、TMIn供給量は、井戸層で48μmol/min、バリア層で3μmol/minとしている。GaN growth is performed at a substrate temperature of 1,080 ° C., a TMG supply rate of 58 μmol / min, and an NH 3 supply rate of 0.36 mol / min. AlGaN growth is performed at a substrate temperature of 1,080 ° C., a TMA supply rate of 36 μmol / min, and a TMG supply. The amount is 58 μmol / min and the NH 3 supply rate is 0.36 mol / min. In the InGaN MQW growth, the substrate temperature is 800 ° C., the TMG supply rate is 8 μmol / min, and NH 3 is 0.36 mol / min. The TMIn supply rate is 48 μmol / min for the well layer and 3 μmol / min for the barrier layer.
これらの構造を堆積後、引き続いて、基板温度を所定の温度まで降温し、低温成長AlN層(後に電流狭窄層109となる)の堆積を行っている。低温成長AlN層の堆積温度は、200℃以上600℃以下が望ましい。ここでは、堆積温度(基板温度)は、300℃とした。TMAおよびNH3供給量は、それぞれ36μmol/min、0.36mol/minとし、堆積膜厚は0.1μmとしている。After depositing these structures, the substrate temperature is subsequently lowered to a predetermined temperature, and a low-temperature grown AlN layer (which will later become the current confinement layer 109) is deposited. The deposition temperature of the low temperature growth AlN layer is desirably 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. Here, the deposition temperature (substrate temperature) was 300 ° C. The supply amounts of TMA and NH 3 are 36 μmol / min and 0.36 mol / min, respectively, and the deposited film thickness is 0.1 μm.
次に、低温成長AlN層にストライプ開口部を形成する。以下、この工程を「ストライプ形成工程」という。AlN層上にSiO2を100nm堆積し、レジストを塗布した後、フォトリソグラフィにより幅2μmのストライプ・パターンをレジスト上に形成する。次に、バッファード・フッ酸により、レジストをマスクとして、SiO2をエッチング後、レジストを有機溶媒により除去し、水洗を行う。AlN層は、バッファード・フッ酸、有機溶媒、水洗の各工程でエッチングまたは損傷を受けることはない。次に、SiO2をマスクとして低温成長AlN層のエッチングを行う。エッチング液には、リン酸と硫酸を体積比1:1の割合で混合した溶液を用いている。SiO2マスクでカバーされていない領域のAlN層は、80℃に保持した上記溶液中10分間のエッチングにより除去され、ストライプ状開口部が得られる。さらに、バッファード・フッ酸でマスクとして用いたSiO2を除去し、AlN層に2μm幅のストライプ状開口部を有する構造を得ている。Next, a stripe opening is formed in the low temperature growth AlN layer. Hereinafter, this process is referred to as a “stripe formation process”. After depositing 100 nm of SiO 2 on the AlN layer and applying a resist, a stripe pattern having a width of 2 μm is formed on the resist by photolithography. Next, SiO 2 is etched with buffered hydrofluoric acid using the resist as a mask, and then the resist is removed with an organic solvent and washed with water. The AlN layer is not etched or damaged in each step of buffered hydrofluoric acid, organic solvent, and water washing. Next, it intends row etching of low temperature growth AlN layer of SiO 2 as a mask. As the etching solution, a solution in which phosphoric acid and sulfuric acid are mixed at a volume ratio of 1: 1 is used. The AlN layer in the region not covered with the SiO 2 mask is removed by etching for 10 minutes in the above solution kept at 80 ° C., and a stripe-shaped opening is obtained. Further, SiO 2 used as a mask with buffered hydrofluoric acid is removed to obtain a structure having a stripe-shaped opening having a width of 2 μm in the AlN layer.
低温成長AlN層のエッチング液は、80℃以上に加熱された硝酸などでも可能であるが、制御性の点から50℃以上200℃以下、望ましくは80℃〜120℃に加熱されたリン酸を含む溶液が好適である。これらの溶液により、低温成長AlN層は、1〜30nm/min.程度のエッチング速度でエッチングされる。一方、結晶状のGaN、AlGaNはエッチングされない。これにより低温成長AlN層のみが、高い選択性でエッチングされる。また、アモルファスAlNでは、単結晶AlNで見られるようなエッチング速度の面方位依存性がないため、等方的なエッチングが実現される。これにより、LDストライプ形成時のサイド・エッチングを抑制することが可能となる。また、上記実施形態ではAlN層のエッチングマスクとしてSiO2を用いたが、エッチング液に侵されない材料であれば、SiNxやレジストを含む有機物を用いてもよい。The etching solution for the low temperature growth AlN layer can be nitric acid heated to 80 ° C. or higher, but from the viewpoint of controllability, phosphoric acid heated to 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, preferably 80 ° C. to 120 ° C. is used. A solution containing is preferred. With these solutions, the low-temperature grown AlN layer has a thickness of 1 to 30 nm / min. Etching is performed at an etching rate of the order. On the other hand, crystalline GaN and AlGaN are not etched. Thereby, only the low temperature growth AlN layer is etched with high selectivity. In addition, isotropic etching is realized with amorphous AlN because the etching rate does not depend on the plane orientation as seen with single crystal AlN. As a result, side etching during the formation of the LD stripe can be suppressed. Although in the above embodiment using SiO 2 as an etching mask of the AlN layer, as long as the material is not attacked by an etchant may be used an organic substance containing SiNx or resist.
以上により得られるストライプ開口部を有する試料に対し、p型AlGaNクラッド層の埋め込み再成長を行っている。以下この工程を「pクラッド再成長工程」という。MOVPE装置に投入後、NH3供給量0.36mol/minにて成長温度である980℃まで昇温する。980℃に達した後、Mgドープp型Al0.1Ga0.9N(Mg濃度1×1019cm−3、厚さ0.5μm)からなるp型クラッド層110およびMgドープp型GaN(Mg濃度1×1020cm−3、厚さ0.02μm)からなるコンタクト層111を成長させる。ここで、p型クラッド層110およびp型コンタクト層111の成長においては、NH3流量を最適値の10 slmより大きく下げ、1 slmとしている。なお、前記NH3流量:1 slmの条件を選択することにより、V/III比=4,500程度となっている。p型クラッド層110およびp型GaNコンタクト層111の成長温度は、900〜1,000℃の範囲で選択することがよく、NH3流量は、0.5〜3 slm以下の範囲(対応するV/III比は、2,300〜14,000の範囲)で選択することが好ましい。これらの条件は、電流狭窄層や、コンタクト層、クラッド層の材料や膜厚に応じて適切な値をすることが重要である。The embedded regrowth of the p-type AlGaN cladding layer is performed on the sample having the stripe opening obtained as described above. Hereinafter, this process is referred to as a “p-cladding regrowth process”. After charging the MOVPE apparatus, the temperature is raised to 980 ° C., which is the growth temperature, at an NH 3 supply rate of 0.36 mol / min. After reaching 980 ° C., the p-type cladding layer 110 made of Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N (Mg concentration 1 × 10 19 cm −3 , thickness 0.5 μm) and Mg-doped p-type GaN A contact layer 111 made of (Mg concentration 1 × 10 20 cm −3 , thickness 0.02 μm) is grown. Here, in the growth of the p-type cladding layer 110 and the p-type contact layer 111, the NH 3 flow rate is set to 1 slm, which is lower than the optimal value of 10 slm. By selecting the NH 3 flow rate: 1 slm, the V / III ratio is about 4,500. The growth temperature of the p-type cladding layer 110 and the p-type GaN contact layer 111 is preferably selected in the range of 900 to 1,000 ° C., and the NH 3 flow rate is in the range of 0.5 to 3 slm or less (corresponding V The / III ratio is preferably selected in the range of 2,300 to 14,000. It is important that these conditions have appropriate values according to the material and film thickness of the current confinement layer, contact layer, and cladding layer.
以上により、p型コンタクト層、AlN電流狭窄層、p型およびn型クラッド層、p型およびn型ガイド層、活性層を備えたLDウエハが得られる。このLDウエハに対し、p型およびn型電極を形成する。この工程を「電極工程」という。n型GaN基板裏面に、Ti 5nm、Al 20nmをこの順で真空蒸着し、次に、p型コンタクト層上にNi 10nm、Au 10nmをこの順で真空蒸着している。上記試料をRTA(Rapid Thermal Anealing)装置に投入し、600℃、30秒間のアロイングを行って、オーミック・コンタクトを形成している。基板裏面側のTiAlおよび表面側のNiAu上にAuを500nm真空蒸着し、n型電極101およびp型電極112とする。電極形成後の試料をストライプに垂直な方向に劈開し、LDチップとしている。典型的な素子長は500μmである。
以上のようにして作製される半導体レーザについて、以下の評価を行っている。As described above, an LD wafer including a p-type contact layer, an AlN current confinement layer, a p-type and n-type cladding layer, a p-type and n-type guide layer, and an active layer is obtained. P-type and n-type electrodes are formed on this LD wafer. This process is called an “electrode process”. Ti 5 nm and Al 20 nm are vacuum-deposited in this order on the back surface of the n-type GaN substrate, and then Ni 10 nm and Au 10 nm are vacuum-deposited in this order on the p-type contact layer. The sample is put into an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus and alloyed at 600 ° C. for 30 seconds to form an ohmic contact. Au is vacuum-deposited on TiAl on the back side of the substrate and NiAu on the front side to form an n-type electrode 101 and a p-type electrode 112. The sample after the electrode formation is cleaved in a direction perpendicular to the stripe to form an LD chip. A typical element length is 500 μm.
The semiconductor laser manufactured as described above is evaluated as follows.
(i)p型コンタクト層111の形態観察
p型コンタクト層111を形成した時点で、その表面を走査型電子顕微鏡により観察した。p型コンタクト層111の表面は、ストライプ状開口部113の直上においてはクラックやピットなどの欠陥は見られなかった。一方、AlN電流狭窄層109によるマスク領域上では、図6に示すように、表面に六角錘のピットが生じ凹凸が形成されていた。六角錘の側面は、(Al)GaNの(1−101)面およびこれと等価な面である場合が多かった。凹凸表面の表面粗さをAMF(原子間力顕微鏡)により測定したところ、二乗平均粗さで150nm程度であり、コンタクト層111の厚みを超える表面粗さとなっていた。(I) Morphological observation of p-type contact layer 111 When the p-type contact layer 111 was formed, its surface was observed with a scanning electron microscope. On the surface of the p-type contact layer 111, no defects such as cracks and pits were found immediately above the stripe-shaped openings 113. On the other hand, on the mask region formed by the AlN current confinement layer 109, as shown in FIG. In many cases, the side surface of the hexagonal weight is the (1-101) plane of (Al) GaN or a plane equivalent thereto. When the surface roughness of the concavo-convex surface was measured by AMF (atomic force microscope), the root mean square roughness was about 150 nm, and the surface roughness exceeded the thickness of the contact layer 111.
また、得られたLD構造の断面を観察したところ、以下のことが確認された。p型GaNコンタクト層111は、電流狭窄層109の上部において、凹凸表面に沿って水平方向に延在する形状を有し、電流狭窄層109の上部の領域から前記開口部113の上部の領域にわたって連続的に形成されていた(図1のコンタクト層111)。 Moreover, when the cross section of the obtained LD structure was observed, the following things were confirmed. The p-type GaN contact layer 111 has a shape extending in the horizontal direction along the uneven surface above the current confinement layer 109, and extends from the region above the current confinement layer 109 to the region above the opening 113. It was formed continuously (contact layer 111 in FIG. 1).
(ii)半導体レーザの素子性能
上記レーザ素子に電流注入をしたところ、レーザ出力30mWの動作電圧は、4.8Vと非常に良好な電気特性が得られた。このように良好な電気特性が得られたのは、p型電極112とp型GaNコンタクト層111との接触(オーミック・コンタクト)が十分に確保されていることに因っていると考えられる。(Ii) Device performance of the semiconductor laser When current was injected into the laser device, the operating voltage of the laser output of 30 mW was 4.8 V, and very good electrical characteristics were obtained. The reason why such excellent electrical characteristics are obtained is considered to be due to sufficient contact (ohmic contact) between the p-type electrode 112 and the p-type GaN contact layer 111.
対照実験として、実施例1の半導体レーザを、ドライエッチングを用いて試作した。実施例1における電流狭窄層109までは、実施形態1と同様にして形成した。その後、p型クラッド層110およびp型GaNコンタクト層111を、1,080℃の成長温度で形成した。つづいて、p型GaNコンタクト層111の表面に所定の形状にパターニングされたマスクを設け、このマスクを用いてp型GaNコンタクト層111を選択的にエッチングし、凹凸面を形成した。 As a control experiment, the semiconductor laser of Example 1 was prototyped using dry etching. Up to the current confinement layer 109 in Example 1 was formed in the same manner as in Embodiment 1. Thereafter, the p-type cladding layer 110 and the p-type GaN contact layer 111 were formed at a growth temperature of 1,080 ° C. Subsequently, a mask patterned in a predetermined shape was provided on the surface of the p-type GaN contact layer 111, and the p-type GaN contact layer 111 was selectively etched using this mask to form an uneven surface.
p型コンタクト層111を形成した時点で、その表面を走査型電子顕微鏡により観察した。p型コンタクト層111の表面全面に凹凸が形成されていた。また、得られたLD構造の断面を観察したところ、p型GaNコンタクト層111は、図5に示すように、凹部のところで分断された形状となっていた。 When the p-type contact layer 111 was formed, the surface was observed with a scanning electron microscope. Unevenness was formed on the entire surface of the p-type contact layer 111. Further, when the cross section of the obtained LD structure was observed, the p-type GaN contact layer 111 was divided at the recess as shown in FIG.
本例によって得られたレーザ素子に電流注入をしたところ、レーザ出力30mWの動作電圧は、5.5Vであった。 When current was injected into the laser element obtained in this example, the operating voltage at a laser output of 30 mW was 5.5V.
以下、本実施例による半導体レーザおよびその製造方法の効果について詳述する。 Hereinafter, the effects of the semiconductor laser and the manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described in detail.
第一に、本実施例では、AlN電流狭窄層109を低温成長により形成しているため、クラッド層やコンタクト層の膜質を良好にするとともに、電極の実質的な有効面積を広く取ることができ、素子抵抗を大幅に低減できる。 First, in this embodiment, since the AlN current confinement layer 109 is formed by low temperature growth, the film quality of the cladding layer and the contact layer can be improved, and the substantial effective area of the electrode can be widened. The element resistance can be greatly reduced.
従来技術においては、1,000℃以上の高温で堆積したAlN層を選択的にエッチング除去してAlN電流狭窄層109を形成していたが、高温成長AlN層のエッチングは一般に困難であり、また、AlN層成長時や、その後のAlN層上への半導体層の成長時において層中にクラックが発生する等、課題を有していた。本実施例では、AlNを600℃以下の低温で成長させているため、アモルファス状のAlNが得られる。このため、成長時のクラックを抑制するとともにGaN単結晶もしくはAlGaN単結晶との良好な選択エッチングが可能となる。 In the prior art, the AlN layer deposited at a high temperature of 1,000 ° C. or higher is selectively removed by etching to form the AlN current confinement layer 109. However, it is generally difficult to etch the high-temperature grown AlN layer. However, there have been problems such as generation of cracks in the layer during the growth of the AlN layer and the subsequent growth of the semiconductor layer on the AlN layer. In this embodiment, since AlN is grown at a low temperature of 600 ° C. or lower, amorphous AlN can be obtained. For this reason, cracks during growth can be suppressed and good selective etching with a GaN single crystal or an AlGaN single crystal can be performed.
また、前述の特開2003−347238号公報では、電流ブロック層としてSiO2などの全くの非晶質を用いているため、その上に析出した多結晶は、全く下地の結晶情報を引き継いでおらず、秩序がなく導電性のないものとなっている。それに対し、本実施例に係る半導体レーザでは、電流狭窄層109形成に際し、まず、600℃以下の低温堆積により非結晶層を形成した後、エッチングにより開口部を設け、その後、非結晶層形成温度よりも高い温度でp型クラッド層110上部の層を形成することにより、非結晶層を結晶層に変換するという工程を採用している。このため、電流狭窄層109用の低温成長AlN層形成時には、一旦は非晶質ライクなものが堆積したとしても、その後の昇温過程において、結晶化が進行する。このため、電流狭窄層109の上のMgドープp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層110やMgドープp型GaNコンタクト層111がp型導電性を示す。したがって、電極の実質的な有効面積を広く取ることができる。Further, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-347238, since a completely amorphous material such as SiO 2 is used as the current blocking layer, the polycrystal deposited on the current blocking layer takes over the crystal information of the base completely. In addition, there is no order and no conductivity. On the other hand, in the semiconductor laser according to the present embodiment, when forming the current confinement layer 109, first, an amorphous layer is formed by low temperature deposition at 600 ° C. or lower, an opening is provided by etching, and then the amorphous layer forming temperature is formed. The step of converting the amorphous layer to the crystalline layer by forming the layer above the p-type cladding layer 110 at a higher temperature is employed. For this reason, when the low temperature growth AlN layer for the current confinement layer 109 is formed, crystallization proceeds in the subsequent temperature rising process even if an amorphous-like layer is once deposited. Therefore, the Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 110 and the Mg-doped p-type GaN contact layer 111 on the current confinement layer 109 exhibit p-type conductivity. Accordingly, a substantial effective area of the electrode can be widened.
第二に、p型GaNコンタクト層111の表面に適度な凹凸が形成されるため、電極密着性が顕著に向上するとともに、素子抵抗を安定的に低減することができる。凹凸構造により電極密着性を改善する試みは、従来技術の項で述べたようにこれまでも検討された例があった。しかしながら、インナー・ストライプ型の半導体レーザにおいて、コンタクト層表面に凹凸形状を付与する検討がなされた例はない。また、特開2003−347238号公報に記載されているものは、凹凸が0.25nm以上と原子レベルの大きさの凹凸であり、充分な密着性を得ることは困難であった。また、湿式エッチングによりピットを形成する方法(特開平11−16852号公報)では、素子抵抗が上昇する傾向があり、改善の余地を有していた。この点、本実施例では、電流狭窄層109の形成およびその上部の層の形成において、新規なプロセスを採用することにより、電極密着性および素子抵抗を改善するのに有効な凹凸構造を実現している。すなわち、本実施例では、電流狭窄層109の材料として、低温成長AlNを用いている。また、p型クラッド層110およびp型GaNコンタクト層111を形成する際、基板温度を最適値より低い980℃とするとともに、NH3流量を最適値の10 slmより大きく下げ、1 slm(対応するV/III比は、4,500程度)とした。本実施例では、上記のような新規なプロセスを組み合わせて採用することにより、上記したようにp型GaNコンタクト層111表面に適度な凹凸が形成され、電極密着性が顕著に向上するとともに素子抵抗を安定的に低減することができる。Second, since moderate irregularities are formed on the surface of the p-type GaN contact layer 111, the electrode adhesion can be remarkably improved and the element resistance can be stably reduced. Attempts to improve the electrode adhesion by the concavo-convex structure have been studied so far as described in the section of the prior art. However, in the inner stripe type semiconductor laser, there has been no example in which an uneven shape is given to the contact layer surface. Moreover, what is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-347238 has unevenness of an atomic level of 0.25 nm or more, and it was difficult to obtain sufficient adhesion. Further, in the method of forming pits by wet etching (Japanese Patent Laid-Open No. 11-16852), there is a tendency for device resistance to increase and there is room for improvement. In this respect, in this embodiment, a concavo-convex structure effective for improving electrode adhesion and device resistance is realized by adopting a new process in forming the current confinement layer 109 and the upper layer thereof. ing. That is, in this embodiment, low temperature growth AlN is used as the material of the current confinement layer 109. Further, when the p-type cladding layer 110 and the p-type GaN contact layer 111 are formed, the substrate temperature is set to 980 ° C. which is lower than the optimum value, and the NH 3 flow rate is lowered to be less than the optimum value of 10 slm (corresponding to 1 slm). The V / III ratio was about 4,500). In this example, by adopting a combination of the above-described novel processes, moderate irregularities are formed on the surface of the p-type GaN contact layer 111 as described above, and the electrode adhesion is remarkably improved and the element resistance is increased. Can be stably reduced.
また、上記プロセスの採用により、AlN電流狭窄層109の上方では、Mgドープp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層110およびMgドープp型GaNコンタクト層111の表面に凹凸が生じた状態で結晶成長が進行する一方、AlN電流狭窄層109の開口部113上では表面は平坦なままで結晶成長が進行する。このため、p型電極112とp型GaNコンタクト層111との間の界面が、通電領域においては平坦であり電流狭窄領域においては凹凸面となる構造が得られる。電流狭窄領域における凹凸面によって電極密着性が向上する一方、開口部113を経由する通電領域においては平坦な界面となるため良好なキャリア注入効率が安定的に実現される。In addition, by adopting the above process, the surface of the Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 110 and the Mg-doped p-type GaN contact layer 111 is uneven above the AlN current confinement layer 109. On the other hand, the crystal growth proceeds while the surface remains flat on the opening 113 of the AlN current confinement layer 109. Therefore, a structure is obtained in which the interface between the p- type electrode 112 and the p-type GaN contact layer 111 is flat in the current-carrying region and is an uneven surface in the current confinement region. Electrode adhesion is improved by the uneven surface in the current confinement region, while a good interface is stably achieved in the energized region passing through the opening 113 because it has a flat interface.
開口部113を経由する通電領域においては平坦であり、電流狭窄領域においては凹凸面となる構造が得られる理由は、以下のように推察される。電流狭窄層109用の低温成長AlN層の表面には、汚染物質や酸化物などが多量に存在するために、Mgドープp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層110の再成長初期には、電流狭窄層109用の低温成長AlN層上では十分な核形成がなされない。さらに、基板温度が比較的低い場合には、Mgドープp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層110成長時にあまり顕著な横方向成長が生じないために、再成長開始後に、二次元的な成長に移行することができず、最後まで三次元成長が残ったものと考えられる。一方、AlN電流狭窄層109の開口部113上では、表面が清浄であるために基板温度が低温でも再成長初期から平坦な二次元成長が実現されたと思われる。The reason why a structure that is flat in the energization region passing through the opening 113 and becomes an uneven surface in the current confinement region is presumed as follows. Since a large amount of contaminants and oxides are present on the surface of the low-temperature grown AlN layer for the current confinement layer 109, the Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 110 is initially grown again. Is not sufficiently nucleated on the low-temperature grown AlN layer for the current confinement layer 109. In addition, when the substrate temperature is relatively low, since significant lateral growth does not occur during the growth of the Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 110, two-dimensional It is thought that three-dimensional growth remained until the end. On the other hand, since the surface is clean on the opening 113 of the AlN current confinement layer 109, it is considered that flat two-dimensional growth was realized from the initial stage of regrowth even when the substrate temperature was low.
第三に、本実施例の構成によれば、広い範囲の電極から注入された電流を開口部に集めることができ、低抵抗で良好なI−V特性を有する素子を実現することができる。本実施例では、図1に示すように、低抵抗のp型GaNコンタクト層111が、凹凸表面に沿って水平方向に延在し、電流狭窄層の上部の領域から前記開口部の上部の領域にわたって連続的に形成される。このため、広い範囲の電極から電流を集めることができ、上記のような効果が得られる。 Third, according to the configuration of the present embodiment, current injected from a wide range of electrodes can be collected in the opening, and an element having a low resistance and good IV characteristics can be realized. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the low-resistance p-type GaN contact layer 111 extends in the horizontal direction along the uneven surface, and the region above the current confinement layer to the region above the opening. It is formed continuously over. For this reason, current can be collected from a wide range of electrodes, and the above-described effects can be obtained.
[実施例2]
本発明によるインナー・ストライプ型半導体レーザの他の例について図7を参照して説明する。本実施例では、実施例1におけるMgドープp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層110に代え、Mgドープp型AlGaN/GaN超格子クラッド層501を採用した。p型GaNコンタクト層111表面の凹凸の様子は実施例1と同様に六角錘状である(図7)。[Example 2]
Another example of the inner stripe type semiconductor laser according to the present invention will be described with reference to FIG. In this example, an Mg-doped p-type AlGaN / GaN superlattice clad layer 501 was employed instead of the Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 110 in Example 1. The unevenness on the surface of the p-type GaN contact layer 111 is a hexagonal pyramid shape as in Example 1 (FIG. 7).
本実施例では、超格子クラッド層およびその上のコンタクト層が凹凸構造を有する。かかる構成をとることにより、本実施例の半導体レーザは、超格子クラッド本来の機能を損なうことなく、p型電極の密着性を改善するとともに素子抵抗を低減することができる。In this embodiment, the superlattice cladding layer and the contact layer thereon have a concavo-convex structure. By adopting such a configuration, the semiconductor laser of the present embodiment can improve the adhesion of the p- type electrode and reduce the element resistance without impairing the original function of the superlattice cladding.
本実施例に係るレーザ素子に電流注入をしたところ、レーザ出力30mWの動作電圧は、4.5Vと非常に良好な電気特性が得られた。このように良好な電気特性が得られたのは、p型電極112とp型GaNコンタクト層111との接触(オーミック・コンタクト)が十分に確保されていることによると考えられる。 When current was injected into the laser element according to this example, the operating voltage with a laser output of 30 mW was 4.5 V, and very good electrical characteristics were obtained. The reason why such good electrical characteristics are obtained is considered to be that contact (ohmic contact) between the p-type electrode 112 and the p-type GaN contact layer 111 is sufficiently secured.
対照実験として、実施例2の半導体レーザと同様の構造を有するインナー・ストライプ型半導体レーザを、ドライエッチングを用いて試作した。 As a control experiment, an inner stripe type semiconductor laser having the same structure as that of the semiconductor laser of Example 2 was prototyped using dry etching.
本例の半導体レーザの構造について図8を参照して説明する。本例では、Siドープn型GaN層103からMgドープp型GaN光閉込層108まで(ただし、InGaN MQW活性層106を除く)と、Mgドープp型AlGaN/GaN超格子クラッド層501およびMgドープp型GaNコンタクト層111とは、本MOVPE装置の(Al)GaN形成最適温度1,080℃で形成されている。したがって、結晶成長が終了した段階では、表面は平坦である。その後、ドライエッチングを施すことにより、表面に凹凸を形成した。このようにドライエッチで表面に凹凸を形成した場合の特徴は、Mgドープp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層110とMgドープp型GaNコンタクト層111との界面など、層構造の内部は平坦に形成されていることである(図8)。この構造においては、p型GaNコンタクト層111および超格子クラッド層501の一部が、凹部のところで分断された形態となっている。The structure of the semiconductor laser of this example will be described with reference to FIG. In this example, from the Si-doped n-type GaN layer 103 to the Mg-doped p-type GaN optical confinement layer 108 (except for the InGaN MQW active layer 106), the Mg-doped p-type AlGaN / GaN superlattice cladding layer 501 and Mg The doped p-type GaN contact layer 111 is formed at an optimal (Al) GaN formation temperature of 1,080 ° C. in the present MOVPE apparatus. Therefore, the surface is flat when the crystal growth is completed. Then, the unevenness | corrugation was formed in the surface by performing dry etching. Thus, when the surface is uneven by dry etching, the feature is that the layer structure such as the interface between the Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 110 and the Mg-doped p-type GaN contact layer 111 is The inside is formed flat (FIG. 8). In this structure, the p-type GaN contact layer 111 and the superlattice clad layer 501 are partly separated at the recesses.
得られた半導体レーザのレーザ出力30mWの動作電圧は、5.8Vと高い値であった。ドライエッチングで表面に凹凸を形成した場合には、充分に低い素子抵抗が得られなかった理由は、以下のように推察される。 The operating voltage of the obtained semiconductor laser with a laser output of 30 mW was a high value of 5.8V. The reason why a sufficiently low element resistance cannot be obtained when unevenness is formed on the surface by dry etching is presumed as follows.
凹凸をドライエッチングで形成した場合は、ドライエッチングの際に、エッチング粒子に曝された面の損傷が激しく、p型電極との間のコンタクト抵抗が高くなり、素子抵抗が非常に高くなる。また、p型電極の有効面積が狭く、I−V特性が低下する。こうした問題は、超格子クラッド層を採用した場合、特に顕著となる。超格子クラッド層を採用する場合、凹部のところで分断が生じてなければ、図7に示すように、広い範囲の電極から注入された電流を集めることができるようになるからである。 When the irregularities are formed by dry etching, the surface exposed to the etching particles is severely damaged during dry etching, the contact resistance with the p-type electrode is increased, and the element resistance is extremely increased. In addition, the effective area of the p-type electrode is narrow, and the IV characteristics are degraded. Such a problem becomes particularly remarkable when a superlattice cladding layer is employed. This is because when the superlattice clad layer is employed, currents injected from a wide range of electrodes can be collected as shown in FIG.
実施例2のように、成長により表面に凹凸を形成した場合、超格子構造を構成する薄層は、当初非結晶質である電流狭窄層上面に形成される凹凸表面の形状に沿って水平方向に延在する形状を有する。すなわち、超格子構造を構成する薄層間の界面が、電流狭窄層の上面に形成される凹凸形状に沿うように積層される。上記薄層は、層内横方向の抵抗率が低いため、図7で示すように、レーザ・ストライプ近傍の広い範囲の電極から注入された電流が、レーザ・ストライプ(開口部)に集まり、結果として、低い抵抗、良好なI−V特性が実現される。 As in Example 2, when unevenness is formed on the surface by growth, the thin layer constituting the superlattice structure is in the horizontal direction along the shape of the uneven surface formed on the upper surface of the current confinement layer that is initially amorphous. It has a shape that extends. In other words, the interface between the thin layers constituting the superlattice structure is laminated so as to follow the uneven shape formed on the upper surface of the current confinement layer. Since the thin layer has a low resistivity in the lateral direction within the layer, as shown in FIG. 7, current injected from a wide range of electrodes near the laser stripe gathers in the laser stripe (opening), resulting in As a result, low resistance and good IV characteristics are realized.
一方、図8のようにドライエッチングにより表面に凹凸を形成する場合、(Al)GaN形成最適温度で形成される超格子構造を構成する薄層は、電流狭窄層上面においても、基板水平面に沿って積層される。すなわち、超格子構造を構成する薄層間の界面が、基板水平面と平行に形成される。このため、ドライエッチングにより形成される凹凸部では、各薄層が分断された構造となり、ドライエッチングにより損傷を受けていない狭い範囲から注入された範囲からしか電流を集めることができず、超格子クラッド層によるI−V改善効果を充分に得ることが困難となる。 On the other hand, when unevenness is formed on the surface by dry etching as shown in FIG. 8, the thin layer constituting the superlattice structure formed at the (Al) GaN formation optimum temperature is along the substrate horizontal plane even on the upper surface of the current confinement layer. Are stacked. That is, the interface between the thin layers constituting the superlattice structure is formed in parallel with the substrate horizontal plane. For this reason, the concavo-convex portion formed by dry etching has a structure in which each thin layer is divided, and current can be collected only from a range injected from a narrow range that is not damaged by dry etching. It becomes difficult to obtain a sufficient IV improvement effect by the cladding layer.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
たとえば、上記実施例では、電流狭窄層109の材料としてAlNを用いたが、電流をブロックすることができれば他の物質でも構わない。特に、一般式InxGayAl1−x−yN(0≦x≦0.4、0≦y≦0.4、x+y≦0.4)で表される層は、上下の層(例えば、p型GaNガイド層108やMgドープp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層110)と結晶構造や格子定数が近く、相性が良いので好ましい。For example, in the above embodiment, AlN is used as the material of the current confinement layer 109, but other materials may be used as long as the current can be blocked. In particular, the layers represented by the general formula In x Ga y Al 1-xy N (0 ≦ x ≦ 0.4, 0 ≦ y ≦ 0.4, x + y ≦ 0.4) are upper and lower layers (for example, The p-type GaN guide layer 108 and the Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 110) are preferable because they are close in crystal structure and lattice constant and have good compatibility.
また、上記実施例1、2では、コンタクト層111として、GaNを用いたが、InaGabAl1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、a+b≦1)により構成してもよい。なお、コンタクト層111として、InaGabAl1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、a+b≦1)を用いる際、Alの組成(1−a−b)は、0≦(1−a−b)≦0.4の範囲に選択することが望ましい。通常、p型コンタクト層111は、p型クラッド層110と比較して、そのAlの組成を低く選択し、同時に、禁制帯幅Egも、より小さくすることが好ましい。In the first and second embodiments, GaN is used as the contact layer 111, but In a Ga b Al 1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, a + b ≦ 1). It may be configured. When In a Ga b Al 1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, a + b ≦ 1) is used as the contact layer 111, the Al composition (1-ab) is , 0 ≦ (1-a−b) ≦ 0.4 is preferable. In general, it is preferable that the p-type contact layer 111 has a lower Al composition than the p-type clad layer 110, and at the same time, the forbidden band width Eg is also made smaller.
加えて、上記実施例1、2のように、コンタクト層111として、p型ドープのコンタクト層を持ち、p型電極をその上に形成する素子構造において、本発明の効果がより顕著に発揮される。その際、電流狭窄層109に設ける開口部113への電流集中は、p型電極112から、p型コンタクト層111、p型クラッド層110を介して、開口部113に達する間に電流の集中が進む。従って、p型電極112とp型コンタクト層111との界面では、単位面積当たりの電流密度は低減する。一方、p型クラッド層110、p型コンタクト層111の厚さ、ドーピング濃度は、前記電流の集中過程に応じて、適宜選択することができる。 In addition, as in the first and second embodiments, in the element structure in which the contact layer 111 has a p-type doped contact layer and the p-type electrode is formed thereon, the effect of the present invention is more remarkably exhibited. The At this time, the current concentration in the opening 113 provided in the current confinement layer 109 is concentrated while reaching the opening 113 from the p-type electrode 112 via the p-type contact layer 111 and the p-type cladding layer 110. move on. Therefore, the current density per unit area is reduced at the interface between the p-type electrode 112 and the p-type contact layer 111. On the other hand, the thickness and doping concentration of the p-type cladding layer 110 and the p-type contact layer 111 can be appropriately selected according to the current concentration process.
上記実施例1、2では、端面発光型の窒化ガリウム半導体レーザの適用例について説明したが、レーザではない発光素子や、さらには発光素子ではない半導体光素子、たとえば受光素子等においても、本発明は支障なく実施することができる。また、本発明は、面発光レーザに適用することもできる。この場合、上記凹凸表面にリング状の上部電極を設け、開口部を発光窓とする。この場合、凹凸を有する部分で電極とのコンタクトがとられる一方、開口部上部の平坦面から光が出射される構造となり、発光効率および電極密着性に優れる半導体レーザが得られる。
In the first and second embodiments, the application example of the edge-emitting gallium nitride semiconductor laser has been described. However, the present invention can be applied to a light emitting element that is not a laser and a semiconductor optical element that is not a light emitting element, such as a light receiving element. Can be carried out without hindrance. The present invention can also be applied to a surface emitting laser. In this case, a ring-shaped upper electrode is provided on the uneven surface, and the opening is used as a light emitting window. In this case, a contact with the electrode is made at the uneven portion, while light is emitted from the flat surface above the opening, and a semiconductor laser excellent in light emission efficiency and electrode adhesion can be obtained.
Claims (14)
前記半導体層上に設けられ、所定の開口部を有する電流狭窄層と、
前記半導体層上に設けられている前記電流狭窄層および前記開口部の上部に設けられ、前記電流狭窄層の上部となる領域に形成される部分は凹凸表面を有するコンタクト層と、
前記凹凸表面部分を有する前記コンタクト層の上面に設けられた電極と、
を備え、
前記電流狭窄層は、200℃以上600℃以下の範囲に選択される成長温度で成長される低温成長InxGayAl1-x-yN(0≦x≦0.4、0≦y≦0.4、x+y≦0.4)または低温成長AlNにより構成され、
前記電流狭窄層と前記コンタクト層との間に、クラッド層を備え、
前記クラッド層の前記電流狭窄層の上部となる領域に形成される部分は凹凸表面を有し、前記開口部の上部の領域に形成される部分は平坦表面を有し、
前記コンタクト層は、前記電流狭窄層の上部の領域において凹凸表面を有し、前記開口部の上部の領域において平坦表面を有し、
前記コンタクト層ならびに前記クラッド層は、900℃〜1000℃の範囲に選択される成長温度において、原料のNH 3 とIII族有機金属化合物の供給比率:V/III比を2300〜14000の範囲に選択して、有機金属気相成長(MOVPE)法により成長され、
前記低温成長In x Ga y Al 1-x-y N(0≦x≦0.4、0≦y≦0.4、x+y≦0.4)または低温成長AlNは、前記低温成長後、前記クラッド層の成長温度における加熱を受ける前は、アモルファス状である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。A semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor;
A current confinement layer provided on the semiconductor layer and having a predetermined opening;
A portion of the current confinement layer provided on the semiconductor layer and the opening provided above the opening, and a portion formed in a region to be the upper portion of the current confinement layer has an uneven surface;
An electrode provided on the upper surface of the contact layer having the uneven surface portion;
With
The current confinement layer is grown at a growth temperature selected in a range of 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. In x Ga y Al 1-xy N (0 ≦ x ≦ 0.4, 0 ≦ y ≦ 0. 4, x + y ≦ 0.4) or low temperature growth AlN,
A clad layer is provided between the current confinement layer and the contact layer,
The portion formed in the upper region of the current confinement layer of the cladding layer has an uneven surface, the portion formed in the upper region of the opening has a flat surface,
The contact layer has an uneven surface in the upper region of the current confinement layer, it has a flat surface in the upper region of the opening,
The contact layer and the clad layer are selected at a growth temperature selected in the range of 900 ° C. to 1000 ° C., and the supply ratio of the raw material NH 3 and the group III organometallic compound: V / III ratio is selected in the range of 2300 to 14000. And grown by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE),
The low temperature grown In x Ga y Al 1-xy N (0 ≦ x ≦ 0.4, 0 ≦ y ≦ 0.4, x + y ≦ 0.4) or the low temperature grown AlN is formed after the low temperature growth. A group III nitride semiconductor optical device which is amorphous before being heated at the growth temperature .
前記コンタクト層は、前記電流狭窄層の上部となる領域に形成される前記凹凸表面部分が該凹凸に沿って水平方向に延在している形状を有する
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。The group III nitride semiconductor optical device according to claim 1,
The group III nitride semiconductor light characterized in that the contact layer has a shape in which the concavo-convex surface portion formed in a region to be an upper portion of the current confinement layer extends in a horizontal direction along the concavo-convex element.
前記コンタクト層は、前記電流狭窄層の上部の領域から前記開口部の上部の領域にわたって連続的に形成されている
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。The group III nitride semiconductor optical device according to claim 1 or 2,
The group III nitride semiconductor optical device, wherein the contact layer is formed continuously from a region above the current confinement layer to a region above the opening.
前記コンタクト層の上面に設けられた電極は、p型電極であり、
前記コンタクト層は、p型コンタクト層である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。In the group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 3,
The electrode provided on the upper surface of the contact layer is a p-type electrode,
The group III nitride semiconductor optical device, wherein the contact layer is a p-type contact layer.
前記凹凸表面の二乗平均粗さが前記コンタクト層の厚みよりも大きい
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。In the group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 4,
A group III nitride semiconductor optical device, wherein the uneven average surface has a root mean square roughness larger than the thickness of the contact layer.
前記凹凸表面の二乗平均粗さが10nm以上である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。In the group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 5,
A group III nitride semiconductor optical device, wherein the uneven surface has a root mean square roughness of 10 nm or more.
前記凹凸表面は、結晶面により構成されている
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。In the group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 6,
The group III nitride semiconductor optical device, wherein the uneven surface is constituted by a crystal plane.
前記凹凸表面は、六角錐状のピットを含む
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。In the group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 7,
The III-nitride semiconductor optical device, wherein the uneven surface includes hexagonal pyramid pits.
前記電流狭窄層と前記コンタクト層との間に、超格子構造のクラッド層を備え、
前記超格子構造を構成する薄層は、前記凹凸表面に沿って水平方向に延在する形状を有する
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。In the group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 8,
A clad layer having a superlattice structure is provided between the current confinement layer and the contact layer,
The group III nitride semiconductor optical device, wherein the thin layer constituting the superlattice structure has a shape extending in a horizontal direction along the uneven surface.
前記コンタクト層は、InaGabAl1-a-bN(0≦a≦1、0≦b≦1、a+b≦1)により構成される
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。In the group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 9,
The group III nitride semiconductor optical device, wherein the contact layer is made of In a Ga b Al 1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, a + b ≦ 1).
前記電流狭窄層は、前記低温成長InxGayAl1-x-yN(0≦x≦0.4、0≦y≦0.4、x+y≦0.4)により構成される
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。In the group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 10,
It said current confinement layer, characterized in that it is constituted by the low-temperature growth In x Ga y Al 1-xy N (0 ≦ x ≦ 0.4,0 ≦ y ≦ 0.4, x + y ≦ 0.4) Group III nitride semiconductor optical device.
前記電流狭窄層は、前記低温成長AlNにより構成される
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素。In the group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 11,
It said current confinement layer, III-nitride semiconductor light element, characterized in that it is constituted by the low-temperature growth AlN.
前記半導体層の下に活性層を備える
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。In the group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 12,
A group III nitride semiconductor optical device comprising an active layer under the semiconductor layer.
基板の上部にIII族窒化物半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に、所定の開口部を有する電流狭窄層を形成する工程と、
前記半導体層上に形成される前記電流狭窄層および前記開口部の上部に、1000℃以下の成長温度でIII族窒化物半導体を成長させ、前記電流狭窄層の上部の領域に形成される部分は凹凸表面を有するコンタクト層を形成する工程と、
前記凹凸表面を有するコンタクト層上に電極を形成する工程と、
を備え、
前記電流狭窄層は、200℃以上600℃以下の範囲に選択される成長温度で成長される低温成長In x Ga y Al 1-x-y N(0≦x≦0.4、0≦y≦0.4、x+y≦0.4)または低温成長AlNにより構成され、
前記電流狭窄層と前記コンタクト層との間に、クラッド層を備え、
前記コンタクト層ならびに前記クラッド層は、900℃〜1000℃の範囲に選択される成長温度において、原料のNH 3 とIII族有機金属化合物の供給比率:V/III比を2300〜14000の範囲に選択して、有機金属気相成長(MOVPE)法により成長され、
前記低温成長In x Ga y Al 1-x-y N(0≦x≦0.4、0≦y≦0.4、x+y≦0.4)または低温成長AlNは、前記低温成長後、前記クラッド層の成長温度における加熱を受ける前は、アモルファス状である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子の製造方法。A method for producing a group III nitride semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 13,
Forming a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate;
Forming a current confinement layer having a predetermined opening on the semiconductor layer;
A group III nitride semiconductor is grown at a growth temperature of 1000 ° C. or less on the current confinement layer and the opening formed on the semiconductor layer, and a portion formed in the region above the current confinement layer is Forming a contact layer having an uneven surface;
Forming an electrode on the contact layer having the uneven surface;
With
The current confinement layer is grown at a growth temperature selected in a range of 200 ° C. or more and 600 ° C. or less. Low temperature growth In x Ga y Al 1-xy N (0 ≦ x ≦ 0.4, 0 ≦ y ≦ 0. 4, x + y ≦ 0.4) or low temperature growth AlN,
A clad layer is provided between the current confinement layer and the contact layer,
The contact layer and the clad layer are selected at a growth temperature selected in the range of 900 ° C. to 1000 ° C., and the supply ratio of the raw material NH 3 and the group III organometallic compound: V / III ratio is selected in the range of 2300 to 14000. And grown by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE),
The low temperature grown In x Ga y Al 1-xy N (0 ≦ x ≦ 0.4, 0 ≦ y ≦ 0.4, x + y ≦ 0.4) or the low temperature grown AlN is formed after the low temperature growth. A method for manufacturing a group III nitride semiconductor optical device, wherein the device is amorphous before being heated at the growth temperature .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006514796A JP4967657B2 (en) | 2004-06-18 | 2005-06-17 | Group III nitride semiconductor optical device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004181811 | 2004-06-18 | ||
JP2004181811 | 2004-06-18 | ||
JP2006514796A JP4967657B2 (en) | 2004-06-18 | 2005-06-17 | Group III nitride semiconductor optical device and manufacturing method thereof |
PCT/JP2005/011130 WO2005124950A1 (en) | 2004-06-18 | 2005-06-17 | Group iii nitride semiconductor optical element and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2005124950A1 JPWO2005124950A1 (en) | 2008-04-17 |
JP4967657B2 true JP4967657B2 (en) | 2012-07-04 |
Family
ID=35510040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006514796A Active JP4967657B2 (en) | 2004-06-18 | 2005-06-17 | Group III nitride semiconductor optical device and manufacturing method thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4967657B2 (en) |
WO (1) | WO2005124950A1 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4807111B2 (en) * | 2006-03-09 | 2011-11-02 | 日本電気株式会社 | Inner stripe type semiconductor laser |
JP4850058B2 (en) * | 2006-12-27 | 2012-01-11 | シャープ株式会社 | Semiconductor device, and lighting device and image receiver using the same |
US7718455B2 (en) * | 2007-12-17 | 2010-05-18 | Palo Alto Research Center Incorporated | Method of forming a buried aperture nitride light emitting device |
JP2012019246A (en) * | 2011-10-25 | 2012-01-26 | Toshiba Corp | Semiconductor light emitting element |
JP2013070099A (en) * | 2013-01-08 | 2013-04-18 | Toshiba Corp | Method for manufacturing semiconductor light-emitting element |
CN107293622B (en) * | 2017-04-27 | 2020-01-10 | 华灿光电(苏州)有限公司 | Epitaxial wafer of light emitting diode and preparation method thereof |
JP6967024B2 (en) * | 2019-02-04 | 2021-11-17 | 株式会社東芝 | Semiconductor devices and their manufacturing methods |
CN112133797B (en) * | 2020-08-11 | 2021-11-05 | 华灿光电(浙江)有限公司 | Growth method of light emitting diode epitaxial wafer |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3325479B2 (en) * | 1997-01-30 | 2002-09-17 | 株式会社東芝 | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP4079393B2 (en) * | 1998-03-10 | 2008-04-23 | シャープ株式会社 | Nitride-based compound semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
JP3936109B2 (en) * | 1999-04-26 | 2007-06-27 | 富士通株式会社 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
JP2002314203A (en) * | 2001-04-12 | 2002-10-25 | Pioneer Electronic Corp | Group iii nitride semiconductor laser and its manufacturing method |
JP3785970B2 (en) * | 2001-09-03 | 2006-06-14 | 日本電気株式会社 | Method for manufacturing group III nitride semiconductor device |
JP4178836B2 (en) * | 2002-05-29 | 2008-11-12 | ソニー株式会社 | Gallium nitride semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
2005
- 2005-06-17 WO PCT/JP2005/011130 patent/WO2005124950A1/en active Application Filing
- 2005-06-17 JP JP2006514796A patent/JP4967657B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2005124950A1 (en) | 2008-04-17 |
WO2005124950A1 (en) | 2005-12-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3594826B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
JP3785970B2 (en) | Method for manufacturing group III nitride semiconductor device | |
JP4246242B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP3898537B2 (en) | Nitride semiconductor thin film forming method and nitride semiconductor light emitting device | |
JP5280439B2 (en) | Semiconductor layer structure | |
JP4166885B2 (en) | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP3688843B2 (en) | Nitride semiconductor device manufacturing method | |
JP3623713B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
JP4967657B2 (en) | Group III nitride semiconductor optical device and manufacturing method thereof | |
JP4451846B2 (en) | Method of manufacturing nitride semiconductor device | |
JP4850324B2 (en) | Nitride semiconductor device and nitride semiconductor laser device | |
US7755101B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP2009158893A (en) | Semiconductor light-emitting element and manufacturing method therefor | |
WO2004001920A1 (en) | GaN SEMICONDUCTOR DEVICE | |
JP2002319703A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP5507792B2 (en) | Group III nitride semiconductor optical device | |
JP2002314203A (en) | Group iii nitride semiconductor laser and its manufacturing method | |
JP2021097115A (en) | Surface emitting laser element and method of manufacturing surface emitting laser element | |
JP2003023179A (en) | p-TYPE III NITRIDE SEMICONDUCTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND ITS MANUFACTURING METHOD | |
JP3735638B2 (en) | Semiconductor laser and manufacturing method thereof | |
JP3900196B2 (en) | Group III nitride semiconductor optical device | |
JP2009038408A (en) | Semiconductor light emitting element | |
JP3763701B2 (en) | Gallium nitride semiconductor light emitting device | |
JP4449296B2 (en) | GaN-based semiconductor light emitting device | |
JP2009059740A (en) | Group iii nitride semiconductor element and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080514 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110622 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110729 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120110 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120210 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120306 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120319 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150413 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4967657 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |