JP5355855B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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なお、(11_22)面のうち、アンダーバー“_”表記はアンダーバーに続く数字のオーバーラインを意味するものとする。以下の記載でも同様である。
(11_22)面を下地として形成された半導体レーザは、外部量子効率を高めることができるとともに、電流密度が高くなるにつれて発光波長が短くなるブルーシフト現象を抑制することができる。
(第1の実施の形態)
図1、図2は、本発明の第1実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
ZnO表面の平坦化処理を行う。具体的には、例えば、酸化ジルコニア等の無機材質平板でZnO基板1を挟んで大気中で熱処理を行う。例えば、1000℃で2時間程度で行う。
まず、酸化シリコン等の絶縁膜10をプラズマCVD法等によりコンタクト層8の上に堆積させた後、(11_22)面のうち、後の工程でコンタクト層8に接続される電極の形成領域部分の絶縁膜10をフォトリソグラフィー工程により除去する。即ち、図示しないフォトレジストのパターンを用いて、コンタクト層8の両側の斜面、即ち(11_22)面の上にある保護膜10に開口部10a、10bを形成する。絶縁膜10に覆われた部分は、電流が流れないので電流狭窄領域11となる。
なお、1つの凸部1aの両側方の2カ所の(11_22)面に半導体レーザが形成されることになり、図2(d)ではそれら領域の各電極12a,12bで別々に各半導体レーザを制御できるようにしているが、電極12a,12bをパターニングすることなく、凸部1aの上方での絶縁膜10の上の全体を覆うようにしてもよい。
図4は、本発明の第2実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。なお、図4において、図1,図2と同一符号は同一要素を示している。
まず、第1実施形態と同様に、ZnO基板1に凸部1aを形成し、さらにその上に、バッファ層2からコンタクト層8までを形成する。
図5、図6は、本発明の第3実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
次に、図6(d)の構造を形成するまでの工程を説明する。
図7は、本発明の第4実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。なお、図7において、図5,図6と同一符号は同一要素を示している。
第1〜第4実施形態に係る半導体レーザでは、バッファ層2,22としてInGaN層、下部クラッド層3,25としてAlGaInN層、上部クラッド層7,29としてAlGaInN層を使用しているが、これに限定されるものではない。
1a:凸部
2:バッファ層
3:下部クラッド層
4:光ガイド層
5:MQW活性層
6:光ガイド層
7:上部クラッド層
8:コンタクト層
9、12a,12b:電極
10:絶縁膜
11,14:電流狭窄領域
21:ZnO基板
22:バッファ層
23:選択酸化用マスク
24:InGaN層
25:上部クラッド層
26:光ガイド層
27:MQW活性層
28:光ガイド層
29:クラッド層
30:コンタクト層
31,35:電流狭窄領域
32:絶縁膜
33、34a,34b:電極
Claims (20)
- c面又はc面から微傾斜した面を主面とした基板であって、該基板の表面をパターニングすることにより形成された凸部を有する酸化亜鉛単結晶基板と、
記酸化亜鉛単結晶基板の少なくとも前記凸部の表面に成長して、上面がc面又はc面から微傾斜した面であり、かつ斜面に(11_22)面を有するバッファ層と、
前記バッファ層の表面に成長された第1のクラッド層と、
前記第1のクラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された第2のクラッド層と、
前記第2のクラッド層の上に形成されたコンタクト層と、
前記(11_22)面の上に形成された前記コンタクト層に電気的に接続される第1の電極と、
前記酸化亜鉛単結晶基板の下面に形成された第2の電極とを有する半導体発光素子であって、
前記凸部の両側壁は前記酸化亜鉛単結晶基板に対して垂直であり、
前記バッファ層は、前記上面と、該上面に対して垂直なa面である垂直面と、前記上面と前記垂直面とに挟まれた前記(11_22)面とを有するものであり、
前記第1のクラッド層は、c面又はc面から微傾斜した上面と、該上面に対して垂直なa面である垂直面と、前記上面と前記垂直面とに挟まれた斜面である(11_22)面とを有するものであり、
前記活性層は、c面又はc面から微傾斜した上面と、前記上面に対して垂直なa面である垂直面と、前記上面と前記垂直面とに挟まれた斜面である(11_22)面とを有するものであり、
前記活性層の前記(11_22)面は、c面とa面とに挟まれた斜面である(11_22)面を下地として成長したものであることを特徴とする半導体発光素子。 - 単一の前記凸部を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記活性層は、In x Ga 1-xN(0<x<1)からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
- 前記In x Ga 1-xN(0<x<1)のうちInの組成比は20%以上とされていることを特徴とする請求項3に記載の半導体発光素子。
- 前記活性層は、量子井戸構造を有していることを特徴とする請求項1乃至請求項4いずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記活性層と前記クラッド層の間に光ガイド層を有していることを特徴とする請求項1乃至請求項5いずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記バッファ層は、Al1-y-z GayInz N(0≦y<1、0≦z<1、y+z≦1)からなることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記バッファ層は、Zn 1-a-b-c Mga Beb Cdc O(0≦a<1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c≦1)からなることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1、第2のクラッド層のいずれか一方は、Al 1-p-qGap In q N (0≦p<1、0≦q<1、p+q≦1)からなることを特徴とする請求項1乃至請求項8いずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1、第2のクラッド層のいずれか一方は、Zn 1-a-b-cMg aBeb Cdc O(0≦a<1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c≦1)からなることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- c面又はc面から微傾斜した面を主面とする酸化亜鉛単結晶基板の上部をパターニングして凸部を形成する工程と、
前記凸部の表面に成長して上面がc面又はc面から微傾斜した面であり、かつ斜面に(11_22)面を有するバッファ層を前記凸部の表面に成長する工程と、
前記バッファ層の表面に第1のクラッド層を成長する工程と、
前記第1のクラッド層の表面に活性層を成長する工程と、
前記活性層の上に第2のクラッド層を成長する工程と、
前記第2のクラッド層の表面にコンタクト層を成長する工程と、
前記酸化亜鉛単結晶基板の下面に下側電極を形成する工程と、
前記コンタクト層のうち(11_22)面が現れる領域に電気的に接続される上側電極を形成する工程とを有する半導体発光素子の製造方法において、
前記バッファ層は、前記上面と、該上面に対して垂直なa面である垂直面と、前記上面と前記垂直面とに前記(11_22)面とを有するものであり、
前記第1のクラッド層は、c面又はc面から微傾斜した上面と、該上面に対して垂直なa面である垂直面と、前記上面と前記垂直面とに挟まれた斜面である(11_22)面とを有するものであり、
前記活性層は、c面又はc面から微傾斜した上面と、前記上面に対して垂直なa面である垂直面と、前記上面と前記垂直面とに挟まれた斜面である(11_22)面とを有するものであり、
前記活性層の前記(11_22)面は、c面とa面とに挟まれた斜面である(11_22)面を下地として成長したものであることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記半導体発光素子が、単一の前記凸部を備えることを特徴とする請求項11に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記活性層は、In x Ga 1-xN(0<x<1)からなることを特徴とする請求項11又は12記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記In x Ga 1-xN(0<x<1)のうち前記インジウム(In)の組成比は20%以上とされていることを特徴とする請求項13記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記活性層は、量子井戸構造を有していることを特徴とする請求項11乃至請求項14いずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記活性層と前記クラッド層の間に光ガイド層を形成する工程を有していることを特徴とする請求項11乃至請求項15いずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記バッファ層は、Al1-y-z GayInz N(0≦y<1、0≦z<1、y+z≦1)からなることを特徴とする請求項11乃至請求項16のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記バッファ層は、Zn 1-a-b-c Mga Beb Cdc O(0≦a<1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c≦1)からなることを特徴とする請求項11乃至請求項16のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1、第2のクラッド層のいずれか一方は、Al 1-p-qGa p In q N (0≦p<1、0≦q<1、p+q≦1)からなることを特徴とする請求項11乃至請求項18のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1、第2のクラッド層のいずれか一方は、Zn 1-a-b-cMgaBeb Cdc O(0≦a<1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c≦1)からなることを特徴とする請求項11乃至請求項18のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
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