JP6819956B2 - 半導体多層膜反射鏡、これを用いた垂直共振器型発光素子及びこれらの製造方法。 - Google Patents
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Description
次に、半導体多層膜反射鏡15の結晶成長について説明する。有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いて、半導体多層膜反射鏡15を構成するIII-V族窒化物半導体層の結晶成長を行った。
次に、垂直共振器型発光素子の半導体発光構造層について説明する。再度、図1を参照すると、半導体多層膜反射鏡15上に、成長温度を1050℃として、層厚が430nmのn型GaN層17を成長した。なお、Siを7×1018cm-3の濃度でドーピングした。
以下に、垂直共振器型発光素子の一例として、垂直共振器面発光型レーザ(VCSEL)30の構造及び製造工程について説明する。図4は、垂直共振器面発光型レーザ(VCSEL)30の断面構造を模式的に示す断面図である。
本発明の半導体多層膜反射鏡の組成及び結晶性について、評価を行った。図5Aは、半導体多層膜反射鏡15の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した観察画像である。図5Aに示すように、2層のGaN層及び当該GaN層に挟まれたAlInN層がTEMにより観察された。また、図5Aの観察領域内における半導体多層膜反射鏡15の積層方向に沿って、TEMに付属のエネルギー分散型X線分析(TEM−EDX)により元素分析を行った。
11:成長基板
13:バッファ層
15:半導体多層膜反射鏡
15A:第1の窒化物半導体膜
15B:第2の窒化物半導体膜、
15C:膜間遷移層
15C1:第1の遷移層
15C2:第2の遷移層
17:第1の半導体層
20:発光層
27:第2の半導体層
30:垂直共振器面発光型レーザ(VCSEL)
31:n電極
33:絶縁膜
34:透光性電極
35:p電極
37:誘電体多層膜反射鏡
Claims (10)
- In(インジウム)を組成に含む第1の窒化物半導体膜と、Inを組成に含まない第2の窒化物半導体膜と、が交互に繰り返し形成された半導体多層膜反射鏡であって、
前記第1の窒化物半導体膜と前記第2の窒化物半導体膜との間に、前記第1の窒化物半導体膜の組成から前記第2の窒化物半導体膜の組成に、組成が次第に変化する膜間遷移層を有し、
前記膜間遷移層は、前記第1の窒化物半導体膜上に形成されてInおよびAl(アルミニウム)を組成に含む第1の遷移層と、前記第1の遷移層上に形成されてAlを組成に含みInを組成に含まない第2の遷移層と、を有し、
前記第1の遷移層において、前記第1の窒化物半導体膜から前記第2の遷移層に向かうに従い、Inの含有率(atomic%)及びAlの含有率が減少し、
前記第1の遷移層における前記Inの含有率の減少は前記Alの含有率の減少よりも前記第1の窒化物半導体膜に近い位置もしくは同じ位置から始まることを特徴とする半導体多層膜反射鏡。 - 前記第1の遷移層において、前記Inの含有率は、前記第2の遷移層に向かうに従い、前記Alの含有率よりも大きな減少の程度で減少することを特徴とする請求項1に記載の半導体多層膜反射鏡。
- 前記第2の窒化物半導体膜はGa(ガリウム)を組成に含み、
前記第1の遷移層は、前記第1の窒化物半導体膜から前記第2の遷移層に向かうに従い、Gaの含有率が次第に増加し、Alの含有率が単調に又は段階的に減少し、Inの含有率が単調に又は段階的に減少して実質的にゼロとなる、AlGaInNからなる組成変化層であり、
前記第2の遷移層は、前記第1の遷移層から前記第2の窒化物半導体膜に向かうに従い、Alの含有率が単調に又は段階的に減少して実質的にゼロとなる、AlGaNからなる組成変化層であることを特徴とする請求項2に記載の半導体多層膜反射鏡。 - 前記第1の窒化物半導体膜はAlInN層であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体多層膜反射鏡。
- 前記第2の窒化物半導体膜はGaN層であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体多層膜反射鏡。
- Inを組成に含む第1の窒化物半導体膜と、Inを組成に含まない第2の窒化物半導体膜と、が交互に繰り返し形成された半導体多層膜反射鏡であって、
前記第1の窒化物半導体膜と前記第2の窒化物半導体膜との間に、前記第1の窒化物半導体膜の組成から前記第2の窒化物半導体膜の組成に、組成が次第に変化する膜間遷移層を有し、
前記膜間遷移層は、前記第1の窒化物半導体膜上に形成されてInおよびAlを組成に含む第1の遷移層と、前記第1の遷移層上に形成されてAlを組成に含みInを組成に含まない第2の遷移層と、を有し、
前記第1の窒化物半導体膜における含有率を1として規格化したとき、前記第1の遷移層において、層厚方向のいずれの位置においても規格化されたIn含有率は規格化されたAl含有率よりも小さいことを特徴とする半導体多層膜反射鏡。 - 請求項1又は6に記載の半導体多層膜反射鏡を第1の反射鏡とし、
前記第1の反射鏡上に形成された、少なくとも1つの半導体層からなる第1の半導体層と、
前記第1の半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された、前記第1の半導体層とは反対の導電型を有する少なくとも1つの半導体層を含む第2の半導体層と、
前記第2の半導体層上に形成された、前記第1の反射鏡に対向する第2の反射鏡と、
を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。 - 有機金属気相成長(MOCVD)法により半導体多層膜反射鏡を製造する製造方法であって、
Inを組成に含む第1の窒化物半導体膜と、Inを組成に含まない第2の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長する積層ステップを有し、
前記積層ステップは、
前記第1の窒化物半導体膜を成長するステップと、
前記第1の窒化物半導体膜の成長後であって前記第2の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する前に、前記第2の窒化物半導体膜を0nmより大きく1nm以下の層厚で形成する時間条件で、前記第2の窒化物半導体膜の材料ガスを供給する材料ガス供給ステップ、前記材料ガス供給ステップの後に、前記第2の窒化物半導体膜の前記材料ガスの供給を停止して所定の時間保持する保持ステップ及び、前記保持ステップの後に、成長温度を前記第2の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する昇温ステップを行って膜間遷移層を形成するステップと、
前記昇温ステップの後に、前記第2の窒化物半導体膜の材料ガスを供給して前記第2の窒化物半導体膜を成長するステップと、
を有することを特徴とする製造方法。 - 有機金属気相成長(MOCVD)法により半導体多層膜反射鏡を製造する製造方法であって、
In及びAlを組成に含む第1の窒化物半導体膜と、Inを組成に含まない第2の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長する積層ステップを有し、
前記積層ステップは、
前記第1の窒化物半導体膜を成長するステップと、
前記第1の窒化物半導体膜の成長後であって前記第2の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する前に、Inの材料ガスの供給を停止しつつ所定の時間保持する第1の停止ステップ、前記第1の停止ステップの後に、Alの材料ガスの供給を停止する第2の停止ステップ、前記第2の停止ステップの後に、前記第2の窒化物半導体膜の材料ガスを供給して前記第2の窒化物半導体膜からなるキャップ層を形成するキャップ層形成ステップ及び、前記キャップ層形成ステップの後に、成長温度を前記第2の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する昇温ステップを行って膜間遷移層を形成するステップと、
前記昇温ステップの後に、前記第2の窒化物半導体膜の材料ガスを供給して前記第2の窒化物半導体膜を成長するステップと、
を有することを特徴とする製造方法。 - 請求項1又は6に記載の半導体多層膜反射鏡を第1の反射鏡として形成するステップと、
前記第1の反射鏡上に少なくとも1つの半導体層からなる第1の半導体層を形成するステップと、
前記第1の半導体層上に活性層を形成するステップと、
前記活性層上に、前記第1の半導体層とは反対の導電型を有する少なくとも1つの半導体層からなる第2の半導体層を形成するステップと、
前記第2の半導体層上に前記半導体多層膜反射鏡に対向する第2の反射鏡を形成するステップと、
を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子の製造方法。
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