JPH07297495A - 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオードInfo
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- JPH07297495A JPH07297495A JP10605794A JP10605794A JPH07297495A JP H07297495 A JPH07297495 A JP H07297495A JP 10605794 A JP10605794 A JP 10605794A JP 10605794 A JP10605794 A JP 10605794A JP H07297495 A JPH07297495 A JP H07297495A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレーザ
ダイオードの出力効率の向上 【構成】 活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅
を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウ
ム系化合物半導体（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦
1)から成るレーザダイオードにおいて、（１１−２０）
面（ａ面）を主面とするサファイア基板と、サファイア
基板上に直接又はバッファ層を介在させて、ダブルヘテ
ロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体
（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0 ≦x ≦1,0≦y≦1)から成る積層
された多重層と、多重層及び前記サファイア基板をサフ
ァイア基板の＜０００１＞（ｃ軸）に平行にへき開して
形成された鏡面とを有することを特徴とする。端面の平
行度及び鏡面度が高くなる結果、レーザの出力効率が向
上した。
ダイオードの出力効率の向上 【構成】 活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅
を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウ
ム系化合物半導体（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦
1)から成るレーザダイオードにおいて、（１１−２０）
面（ａ面）を主面とするサファイア基板と、サファイア
基板上に直接又はバッファ層を介在させて、ダブルヘテ
ロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体
（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0 ≦x ≦1,0≦y≦1)から成る積層
された多重層と、多重層及び前記サファイア基板をサフ
ァイア基板の＜０００１＞（ｃ軸）に平行にへき開して
形成された鏡面とを有することを特徴とする。端面の平
行度及び鏡面度が高くなる結果、レーザの出力効率が向
上した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可視単波長、特に、青
色領域から紫色領域まで、及び紫外光領域で発光可能な
半導体レーザダイオードに関する。
色領域から紫色領域まで、及び紫外光領域で発光可能な
半導体レーザダイオードに関する。
【０００２】
【従来技術】従来、特開平4-242985号公報に記載のレー
ザダイオードが提案されている。そのレーザダイオード
は、窒化ガリウム系化合物半導体（(AlxGa1-x)yIn1-yN:
0 ≦x ≦1,0≦y≦1)により作製されており、活性層には
不純物の無添加の層が用いられている。
ザダイオードが提案されている。そのレーザダイオード
は、窒化ガリウム系化合物半導体（(AlxGa1-x)yIn1-yN:
0 ≦x ≦1,0≦y≦1)により作製されており、活性層には
不純物の無添加の層が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このレーザダイオード
は、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を
エピタキシャル成長させたものである。しかしながら、
レーザダイオードを製作する場合には、精密な鏡面を得
る必要があるが、未だ、精密な鏡面を得るためのへき開
方向が見いだされていない。本願発明者らは、サファイ
ア基板の主面の面方位を変化させて、窒化ガリウム系化
合物半導体をエピタキシャル成長させて、多数の方向に
へき開を行って、へき開面の面精度を観測した。その結
果、サファイア基板のａ面上に窒化ガリウム系化合物半
導体をエピタキシャル成長させて、その半導体層をサフ
ァイア基板のｃ軸方向に平行にへき開するとき、へき開
面の精度が良好となることが判明した。
は、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を
エピタキシャル成長させたものである。しかしながら、
レーザダイオードを製作する場合には、精密な鏡面を得
る必要があるが、未だ、精密な鏡面を得るためのへき開
方向が見いだされていない。本願発明者らは、サファイ
ア基板の主面の面方位を変化させて、窒化ガリウム系化
合物半導体をエピタキシャル成長させて、多数の方向に
へき開を行って、へき開面の面精度を観測した。その結
果、サファイア基板のａ面上に窒化ガリウム系化合物半
導体をエピタキシャル成長させて、その半導体層をサフ
ァイア基板のｃ軸方向に平行にへき開するとき、へき開
面の精度が良好となることが判明した。
【０００４】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、窒化ガリウム系化合物
半導体レーザダイオードにおいて、共振器を構成する両
端面の平行度及び面精度を良好とすることで、レーザの
発振効率を向上させることである。
されたものであり、その目的は、窒化ガリウム系化合物
半導体レーザダイオードにおいて、共振器を構成する両
端面の平行度及び面精度を良好とすることで、レーザの
発振効率を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
の発明の構成は、活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁
制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化
ガリウム系化合物半導体（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,
0≦y≦1)から成るレーザダイオードにおいて、（１１−
２０）面（ａ面）を主面とするサファイア基板と、サフ
ァイア基板上に直接又はバッファ層を介在させて、ダブ
ルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半
導体（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0 ≦x ≦1,0≦y≦1)から成る
積層された多重層と、多重層及び前記サファイア基板を
サファイア基板の＜０００１＞（ｃ軸）に平行にへき開
して形成された鏡面とを有することを特徴とする。
の発明の構成は、活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁
制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化
ガリウム系化合物半導体（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,
0≦y≦1)から成るレーザダイオードにおいて、（１１−
２０）面（ａ面）を主面とするサファイア基板と、サフ
ァイア基板上に直接又はバッファ層を介在させて、ダブ
ルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半
導体（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0 ≦x ≦1,0≦y≦1)から成る
積層された多重層と、多重層及び前記サファイア基板を
サファイア基板の＜０００１＞（ｃ軸）に平行にへき開
して形成された鏡面とを有することを特徴とする。
【０００６】
【作用及び効果】本発明は、上記のように、サファイア
基板のａ面上に窒化ガリウム系化合物半導体の多層を形
成して、その多層によりレーザ素子を形成して、その多
層をサファイア基板のｃ軸方向に平行に２箇所でへき開
することで、レーザ素子の端面を得るようにしたもので
ある。その結果、端面の平行度及び鏡面度が高くなる結
果、レーザの出力効率が向上した。
基板のａ面上に窒化ガリウム系化合物半導体の多層を形
成して、その多層によりレーザ素子を形成して、その多
層をサファイア基板のｃ軸方向に平行に２箇所でへき開
することで、レーザ素子の端面を得るようにしたもので
ある。その結果、端面の平行度及び鏡面度が高くなる結
果、レーザの出力効率が向上した。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。
明する。
【０００８】図１は、サファイア基板を用いた半導体レ
ーザダイオードの構造を示した断面図である。図１にお
いて、(1,1,-2,0)面（ａ面）を結晶成長面とするサファ
イア基板１を有機洗浄の後、結晶成長装置の結晶成長部
に設置する。成長炉を真空排気の後、水素を供給し1200
℃程度まで昇温する。これによりサファイア基板１の表
面に付着していた炭化水素系ガスがある程度取り除かれ
る。
ーザダイオードの構造を示した断面図である。図１にお
いて、(1,1,-2,0)面（ａ面）を結晶成長面とするサファ
イア基板１を有機洗浄の後、結晶成長装置の結晶成長部
に設置する。成長炉を真空排気の後、水素を供給し1200
℃程度まで昇温する。これによりサファイア基板１の表
面に付着していた炭化水素系ガスがある程度取り除かれ
る。
【０００９】次に、サファイア基板１の温度を 600℃程
度まで降温し、トリメチルアルミニウム(TMA) 及びアン
モニア(NH3) を供給して、サファイア基板１上に50nm程
度の膜厚を持つAlN 層２を形成する。
度まで降温し、トリメチルアルミニウム(TMA) 及びアン
モニア(NH3) を供給して、サファイア基板１上に50nm程
度の膜厚を持つAlN 層２を形成する。
【００１０】次に、TMA の供給のみを止め、基板温度を
1040℃まで上げ、トリメチルガリウム(TMG) 及びシラン
(SiH4 ) を供給しSiドープｎ型GaN 層３（ｎ+ 層）を成
長する。
1040℃まで上げ、トリメチルガリウム(TMG) 及びシラン
(SiH4 ) を供給しSiドープｎ型GaN 層３（ｎ+ 層）を成
長する。
【００１１】一旦、ウェハを成長炉から取り出し、GaN
層３の表面の一部をSiO2でマスクした後、再び成長炉に
戻して真空排気して水素及びNH3 を供給し1040℃まで昇
温する。
層３の表面の一部をSiO2でマスクした後、再び成長炉に
戻して真空排気して水素及びNH3 を供給し1040℃まで昇
温する。
【００１２】次に、TMA ，TMG 及びSiH4を供給して、Si
O2でマスクされていない部分に厚さ0.5μｍのSiドープ
のAl0.1Ga0.9N 層４（ｎ層）を形成する。
O2でマスクされていない部分に厚さ0.5μｍのSiドープ
のAl0.1Ga0.9N 層４（ｎ層）を形成する。
【００１３】次に、TMG 及びSiH4を供給しシリコンドー
プの厚さ 0.2μｍのGaN 層５（活性層）を成長させる。
プの厚さ 0.2μｍのGaN 層５（活性層）を成長させる。
【００１４】次に、TMA 、TMG 及びCp2Mg(ビスシクロペ
ンタディエニルマグネシウム) を供給して、厚さ0.5 μ
ｍのマグネシウムドープのAl0.1Ga0.9N 層６（ｐ層）を
形成する。
ンタディエニルマグネシウム) を供給して、厚さ0.5 μ
ｍのマグネシウムドープのAl0.1Ga0.9N 層６（ｐ層）を
形成する。
【００１５】次に、マスクとして使用したSiO2を弗酸系
エッチャントにより除去する。次に、Al0.1Ga0.9N 層６
（ｐ層）上にSiO2層７を堆積した後、縦１mm、横50μｍ
の短冊状に窓７Ａを開け、真空チャンバに移して、マグ
ネシウムのドープされたAl0.1Ga0.9N 層６（ｐ層）に電
子線照射処理を行う。この電子線の照射により、Al0.1G
a0.9N 層６（ｐ層）はｐ型伝導を示した。
エッチャントにより除去する。次に、Al0.1Ga0.9N 層６
（ｐ層）上にSiO2層７を堆積した後、縦１mm、横50μｍ
の短冊状に窓７Ａを開け、真空チャンバに移して、マグ
ネシウムのドープされたAl0.1Ga0.9N 層６（ｐ層）に電
子線照射処理を行う。この電子線の照射により、Al0.1G
a0.9N 層６（ｐ層）はｐ型伝導を示した。
【００１６】典型的な電子線照射処理条件を表に示す。
【表１】
【００１７】次に、Al0.1Ga0.9N 層６（ｐ層）の窓７Ａ
の部分と、GaN 層３（ｎ+ 層）に、それぞれ、金属電極
８Ａ、８Ｂを形成する。
の部分と、GaN 層３（ｎ+ 層）に、それぞれ、金属電極
８Ａ、８Ｂを形成する。
【００１８】上記の素子が１枚のサファイア基板１の上
に多数形成される。そして、各素子は共振器の光路方向
にはダイヤモンドカッタで切断され、共振の光路に垂直
な方向（図１の紙面に垂直）にはへき開により切断され
る。
に多数形成される。そして、各素子は共振器の光路方向
にはダイヤモンドカッタで切断され、共振の光路に垂直
な方向（図１の紙面に垂直）にはへき開により切断され
る。
【００１９】サファイアの結晶構造は、図２に示すよう
に、６角柱であり、ｃ軸とａ面との関係は図示するよう
になっている。即ち、サファイア基板１のａ面上にｃ軸
が存在する。よって、図３に示すように、サファイア基
板１及びその上に積層された各層２、３、４、５、６、
７、８が、２つの位置でへき開により切断される。そう
して、図４に示すように、両端面Ａ，Ｂが鏡面となった
レーザ共振器を得ることができる。
に、６角柱であり、ｃ軸とａ面との関係は図示するよう
になっている。即ち、サファイア基板１のａ面上にｃ軸
が存在する。よって、図３に示すように、サファイア基
板１及びその上に積層された各層２、３、４、５、６、
７、８が、２つの位置でへき開により切断される。そう
して、図４に示すように、両端面Ａ，Ｂが鏡面となった
レーザ共振器を得ることができる。
【００２０】２５０〜３００μｍのサファイア基板のａ
面上にGaN を成長させて、これをサファイア基板のｃ軸
に平行な方向には、容易にへき開できた。しかし、サフ
ァイア基板のａ面上にGaN を成長させて、これをサファ
イア基板のｃ軸に平行でない方向でのへき開は困難であ
った。さらに、サファイア基板のｃ面上にGaN を成長さ
せて、これをサファイア基板の全ての方向に容易に割れ
るため、両端面の平行度を上げるのが困難である。尚、
ａ面及びｃ面のいずれのサファイア基板を用いても、Ga
N の結晶方向はｃ軸方向である。これらの実験から、サ
ファイア基板のａ面上にGaN を成長させて、これをサフ
ァイア基板のｃ軸方向にへき開した面の面精度が最も高
いことが理解される。
面上にGaN を成長させて、これをサファイア基板のｃ軸
に平行な方向には、容易にへき開できた。しかし、サフ
ァイア基板のａ面上にGaN を成長させて、これをサファ
イア基板のｃ軸に平行でない方向でのへき開は困難であ
った。さらに、サファイア基板のｃ面上にGaN を成長さ
せて、これをサファイア基板の全ての方向に容易に割れ
るため、両端面の平行度を上げるのが困難である。尚、
ａ面及びｃ面のいずれのサファイア基板を用いても、Ga
N の結晶方向はｃ軸方向である。これらの実験から、サ
ファイア基板のａ面上にGaN を成長させて、これをサフ
ァイア基板のｃ軸方向にへき開した面の面精度が最も高
いことが理解される。
【図１】サファイア基板上に作製した本発明の具体的な
一実施例に係る（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)
系半導体レーザダイオードの構成を示した断面図。
一実施例に係る（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)
系半導体レーザダイオードの構成を示した断面図。
【図２】サファイアの結晶構造を示した説明図。
【図３】サファイア基板のａ軸とｃ軸との関係及びへき
開方向を示した説明図。
開方向を示した説明図。
【図４】へき開面を有する素子を示した斜視図。
１…サファイアの(11-20) 面基板 ２…AlN 緩衝層 ３…GaN 層（ｎ+ 層） ４…Al0.1Ga0.9N 層（ｎ層） ５…GaN 層（活性層） ６…Al0.1Ga0.9N 層（ｐ層） ７…SiO2層 ８Ａ，８Ｂ…電極 Ａ，Ｂ…へき開面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591014950 天野 浩 愛知県名古屋市名東区山の手２丁目104 宝マンション山の手508号 (72)発明者 加藤 久喜 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小出 典克 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区神丘町二丁目21 虹 ケ丘東団地19号棟103号室
Claims (1)
- 【請求項１】 活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制
帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガ
リウム系化合物半導体（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0
≦y≦1)から成るレーザダイオードにおいて、 （１１−２０）面（ａ面）を主面とするサファイア基板
と、 前記サファイア基板上に直接又はバッファ層を介在させ
て、前記ダブルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウ
ム系化合物半導体（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0 ≦x≦1,0≦y
≦1)から成る積層された多重層と、 前記多重層及び前記サファイア基板をサファイア基板の
＜０００１＞（ｃ軸）に平行にへき開して形成された鏡
面と、 を有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体
レーザダイオード。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10605794A JPH07297495A (ja) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード |
| US08/423,940 US5604763A (en) | 1994-04-20 | 1995-04-19 | Group III nitride compound semiconductor laser diode and method for producing same |
| DE69503193T DE69503193T2 (de) | 1994-04-20 | 1995-04-20 | Dioden-Halbleiterlaser auf Basis von Nitridverbindungen der Gruppe III |
| EP95105899A EP0688070B1 (en) | 1994-04-20 | 1995-04-20 | Group III nitride based compound semiconductor laser diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10605794A JPH07297495A (ja) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07297495A true JPH07297495A (ja) | 1995-11-10 |
Family
ID=14423996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10605794A Pending JPH07297495A (ja) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07297495A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0792955A3 (en) * | 1996-02-29 | 1998-05-13 | Kyocera Corporation | Sapphire single crystal, semiconductor laser diode using the same for substrate, and method for manufacturing the same |
| US6441391B1 (en) | 2000-09-01 | 2002-08-27 | Nec Corporation | Semiconductor device having drain and gate electrodes formed to lie along few degrees of direction in relation to the substrate |
| US6861275B2 (en) | 2002-04-16 | 2005-03-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride compound semiconductor device |
| US7595544B2 (en) | 2005-05-19 | 2009-09-29 | Panasonic Corporation | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1994
- 1994-04-20 JP JP10605794A patent/JPH07297495A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| EP0792955A3 (en) * | 1996-02-29 | 1998-05-13 | Kyocera Corporation | Sapphire single crystal, semiconductor laser diode using the same for substrate, and method for manufacturing the same |
| US6809010B1 (en) | 1996-02-29 | 2004-10-26 | Kyocera Corporation | Sapphire single crystal, semiconductor laser diode using the same for substrate, and method for manufacturing the same |
| US6819693B2 (en) | 1996-02-29 | 2004-11-16 | Kyocera Corporation | Sapphire monocrystal, semiconductor laser diode using the same for substrate, and method for manufacturing the same |
| US6441391B1 (en) | 2000-09-01 | 2002-08-27 | Nec Corporation | Semiconductor device having drain and gate electrodes formed to lie along few degrees of direction in relation to the substrate |
| US6861275B2 (en) | 2002-04-16 | 2005-03-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride compound semiconductor device |
| US7595544B2 (en) | 2005-05-19 | 2009-09-29 | Panasonic Corporation | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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