JPH0864912A - 半導体発光素子およびその製法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製法Info
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- JPH0864912A JPH0864912A JP20247994A JP20247994A JPH0864912A JP H0864912 A JPH0864912 A JP H0864912A JP 20247994 A JP20247994 A JP 20247994A JP 20247994 A JP20247994 A JP 20247994A JP H0864912 A JPH0864912 A JP H0864912A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板面に対して垂直にエッチングされた側面
が、半導体レーザや側面から発光するＬＥＤなどの発光
特性を向上することができるチッ化ガリウム系化合物半
導体を用いた半導体発光素子およびその製法を提供す
る。 【構成】 Ｒ面もしくはＭ面を主面とするサファイア基
板１上に少なくともｎ型層およびｐ型層を含み発光部
（活性層）を有するチッ化ガリウム系化合物半導体層２
〜７を積層し、該基板１に垂直にエッチングして、該エ
ッチングされた側面から光をとり出す半導体発光素子に
おいて、その光をとり出す側面が前記チッ化ガリウム系
化合物半導体の（０００１）結晶面であることを特徴と
する。
が、半導体レーザや側面から発光するＬＥＤなどの発光
特性を向上することができるチッ化ガリウム系化合物半
導体を用いた半導体発光素子およびその製法を提供す
る。 【構成】 Ｒ面もしくはＭ面を主面とするサファイア基
板１上に少なくともｎ型層およびｐ型層を含み発光部
（活性層）を有するチッ化ガリウム系化合物半導体層２
〜７を積層し、該基板１に垂直にエッチングして、該エ
ッチングされた側面から光をとり出す半導体発光素子に
おいて、その光をとり出す側面が前記チッ化ガリウム系
化合物半導体の（０００１）結晶面であることを特徴と
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子およびそ
の製法に関する。さらに詳しくは、青色発光に好適なチ
ッ化ガリウム系化合物半導体の積層膜が垂直にエッチン
グされ、該エッチングにより露出した側面から発光する
半導体発光素子およびその製法に関する。
の製法に関する。さらに詳しくは、青色発光に好適なチ
ッ化ガリウム系化合物半導体の積層膜が垂直にエッチン
グされ、該エッチングにより露出した側面から発光する
半導体発光素子およびその製法に関する。
【０００２】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
【０００３】ここでサファイア基板のＣ面、Ｒ面、Ｍ面
とは、サファイア基板の主面が、それぞれ単結晶サファ
イアのＣ面すなわち（０００１）、Ｒ面すなわち
とは、サファイア基板の主面が、それぞれ単結晶サファ
イアのＣ面すなわち（０００１）、Ｒ面すなわち
【０００４】
【外１】
【０００５】であることをいう。これら単結晶サファイ
アの各結晶面の名前は図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示され
る。
アの各結晶面の名前は図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示され
る。
【０００６】また、半導体発光素子とは、ｐｎ接合また
はｐｉｎなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオ
ード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（以下、
ＬＤという）などの光を発生する半導体素子をいう。
はｐｉｎなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオ
ード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（以下、
ＬＤという）などの光を発生する半導体素子をいう。
【０００７】
【従来の技術】従来青色のＬＥＤは赤色や緑色に比べて
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントした低抵
抗のｐ型半導体層がえられたことにより、輝度が向上し
脚光をあびている。
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントした低抵
抗のｐ型半導体層がえられたことにより、輝度が向上し
脚光をあびている。
【０００８】チッ化ガリウム系化合物半導体を用いた発
光素子は、たとえば図３に示されるような構造になって
いる。この発光素子を製造するには、まずサファイア
（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）基板２１に４００〜７００℃の低
温で有機金属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法と
いう）によりキャリアガスＨ2 とともに有機金属化合物
ガスであるトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）
およびアンモニア（ＮＨ3 ）を供給し、ｎ型のＧａＮか
らなる低温バッファ層２２を０．０１〜０．２μｍ程度
形成し、ついで７００〜１２００℃の高温で同じガスを
供給し同じ組成のｎ型のＧａＮからなる高温バッファ層
２３を２〜５μｍ程度形成する。
光素子は、たとえば図３に示されるような構造になって
いる。この発光素子を製造するには、まずサファイア
（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）基板２１に４００〜７００℃の低
温で有機金属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法と
いう）によりキャリアガスＨ2 とともに有機金属化合物
ガスであるトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）
およびアンモニア（ＮＨ3 ）を供給し、ｎ型のＧａＮか
らなる低温バッファ層２２を０．０１〜０．２μｍ程度
形成し、ついで７００〜１２００℃の高温で同じガスを
供給し同じ組成のｎ型のＧａＮからなる高温バッファ層
２３を２〜５μｍ程度形成する。
【０００９】ついで前述のガスに、さらにトリメチルア
ルミニウム（以下、ＴＭＡという）を導入して、ｎ型の
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）層を成膜し、タブルヘ
テロ接合形成のためのｎ型クラッド層２４を０．１〜
０．３μｍ程度形成する。これらのｎ型層を形成するに
は、前述の各成分ガスにＳｉをＳｉＨ4 ガスとして導入
することにより形成される。
ルミニウム（以下、ＴＭＡという）を導入して、ｎ型の
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）層を成膜し、タブルヘ
テロ接合形成のためのｎ型クラッド層２４を０．１〜
０．３μｍ程度形成する。これらのｎ型層を形成するに
は、前述の各成分ガスにＳｉをＳｉＨ4 ガスとして導入
することにより形成される。
【００１０】つぎに、バンドギャップエネルギーがクラ
ッド層のそれより小さくなる材料、たとえば前述の原料
ガスのＴＭＡに代えてトリメチルインジウム（以下、Ｔ
ＭＩという）を導入し、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦
１）からなる活性層２５を０．０５〜０．１μｍ程度形
成する。
ッド層のそれより小さくなる材料、たとえば前述の原料
ガスのＴＭＡに代えてトリメチルインジウム（以下、Ｔ
ＭＩという）を導入し、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦
１）からなる活性層２５を０．０５〜０．１μｍ程度形
成する。
【００１１】ついで、ｎ型クラッド層２４の形成と同じ
原料ガスで、不純物原料ガスをＳｉＨ4 に代えてｐ型不
純物としてのＭｇまたはＺｎのためのビスシクロペンタ
ジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2 Ｍｇという）また
はジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎという）の有機金属化
合物ガスを加えて反応管に導入し、ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎからなるｐ型クラッド層２６を形成する。これにより
ｎ型クラッド層２４と活性層２５とｐ型のクラッド層２
６とによりダブルヘテロ接合が形成される。
原料ガスで、不純物原料ガスをＳｉＨ4 に代えてｐ型不
純物としてのＭｇまたはＺｎのためのビスシクロペンタ
ジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2 Ｍｇという）また
はジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎという）の有機金属化
合物ガスを加えて反応管に導入し、ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎからなるｐ型クラッド層２６を形成する。これにより
ｎ型クラッド層２４と活性層２５とｐ型のクラッド層２
６とによりダブルヘテロ接合が形成される。
【００１２】さらにキャップ層２７とするため、前述の
バッファ層２３と同様のガスで、不純物原料ガスとして
Ｃｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を
気相成長させる。
バッファ層２３と同様のガスで、不純物原料ガスとして
Ｃｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を
気相成長させる。
【００１３】そののち、ＳｉＯ2 などの保護膜を半導体
の成長層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６
０分間程度のアニールを行い、ｐ型クラッド層２６およ
びキャップ層２７の活性化を図る。ついで保護膜を除去
したのちｎ型の電極を形成するため、レジストを塗布し
パターニングして、図３に示されるように、成長した各
半導体層の一部を塩素プラズマによる反応性イオンエッ
チングであるドライエッチングを行ってｎ型ＧａＮ層で
あるバッファ層２３を露出させる。ついでＡｕ、Ａｌな
どの金属膜をスパッタリングなどにより形成してｐ側お
よびｎ側の両電極２８、２９を形成し、ダイシングが行
われる。
の成長層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６
０分間程度のアニールを行い、ｐ型クラッド層２６およ
びキャップ層２７の活性化を図る。ついで保護膜を除去
したのちｎ型の電極を形成するため、レジストを塗布し
パターニングして、図３に示されるように、成長した各
半導体層の一部を塩素プラズマによる反応性イオンエッ
チングであるドライエッチングを行ってｎ型ＧａＮ層で
あるバッファ層２３を露出させる。ついでＡｕ、Ａｌな
どの金属膜をスパッタリングなどにより形成してｐ側お
よびｎ側の両電極２８、２９を形成し、ダイシングが行
われる。
【００１４】チッ化ガウム系化合物半導体を用いた半導
体発光素子は、サファイヤ基板が含まれているため、劈
開をすることができず、前述のようにエッチングおよび
ダイシングにより各チップに分離される。
体発光素子は、サファイヤ基板が含まれているため、劈
開をすることができず、前述のようにエッチングおよび
ダイシングにより各チップに分離される。
【００１５】ここで従来は、サファイア基板２１とチッ
化ガリウム系化合物半導体との整合のみに主眼がおかれ
ているため、サファイア結晶のＣ面が主面として使用さ
れ、チッ化ガリウム系化合物半導体は、その（０００
１）面がエピタキシャル成長時の成長面となり、エッチ
ングおよびダイシングなどにより個別化されたチップの
側面は、この（０００１）面以外の面である。
化ガリウム系化合物半導体との整合のみに主眼がおかれ
ているため、サファイア結晶のＣ面が主面として使用さ
れ、チッ化ガリウム系化合物半導体は、その（０００
１）面がエピタキシャル成長時の成長面となり、エッチ
ングおよびダイシングなどにより個別化されたチップの
側面は、この（０００１）面以外の面である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】従来は、前述のような
方法で、主としてＬＥＤが製作されていたが、エッチン
グされたチップの側面に問題があってチップ内の光導波
路が共振器とはならず、実用性や応用性のより高いＳＬ
ＤやＬＤを同様の方法で製造するまでに至っていない。
すなわち、少なくとも光導波路を露出するチップ側面に
充分な鏡面性がえられていなかったり、側面に傾斜が生
じて向き合った面が厳密に平行となっていない。
方法で、主としてＬＥＤが製作されていたが、エッチン
グされたチップの側面に問題があってチップ内の光導波
路が共振器とはならず、実用性や応用性のより高いＳＬ
ＤやＬＤを同様の方法で製造するまでに至っていない。
すなわち、少なくとも光導波路を露出するチップ側面に
充分な鏡面性がえられていなかったり、側面に傾斜が生
じて向き合った面が厳密に平行となっていない。
【００１７】本発明はこのような問題を解決し、エッチ
ングされた側面が滑らかな鏡面となり、かつ基板面に対
して垂直になるようにし、光導波路中に形成される共振
器によって発光特性の向上したチッ化ガリウム系化合物
半導体発光素子およびその製法を提供する。
ングされた側面が滑らかな鏡面となり、かつ基板面に対
して垂直になるようにし、光導波路中に形成される共振
器によって発光特性の向上したチッ化ガリウム系化合物
半導体発光素子およびその製法を提供する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、サファイア基板のＲ面またはＭ面上に積層されたチ
ッ化ガリウム系化合物半導体層を構成要素とする。
は、サファイア基板のＲ面またはＭ面上に積層されたチ
ッ化ガリウム系化合物半導体層を構成要素とする。
【００１９】前記チッ化ガリウム系化合物半導体層が、
チッ化ガリウムの（０００１）面を前記サファイア基板
に垂直な側面として有することにより、その側面を半導
体発光素子内の光導波路の鏡面とすることができて好ま
しい。
チッ化ガリウムの（０００１）面を前記サファイア基板
に垂直な側面として有することにより、その側面を半導
体発光素子内の光導波路の鏡面とすることができて好ま
しい。
【００２０】前記チッ化ガリウム系化合物半導体層が、
ｐ型層およびｎ型層を含む複数の層であり、かつ発光の
ための活性層を有することにより、簡単な構造の半導体
発光素子がえられて好ましい。
ｐ型層およびｎ型層を含む複数の層であり、かつ発光の
ための活性層を有することにより、簡単な構造の半導体
発光素子がえられて好ましい。
【００２１】また、前記チッ化ガリウム系化合物半導体
層が、バッファ層、下部クラッド層、活性層、上部クラ
ッド層、キャップ層からなる半導体発光素子であっても
よい。
層が、バッファ層、下部クラッド層、活性層、上部クラ
ッド層、キャップ層からなる半導体発光素子であっても
よい。
【００２２】前記バッファ層がｎ型ＧａＮ、前記下部ク
ラッド層がｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）、前記上部ク
ラッド層がｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
キャップ層がｐ型ＧａＮであることで、ダブルヘテロ構
造の半導体発光素子がえられるため好ましい。
ラッド層がｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）、前記上部ク
ラッド層がｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
キャップ層がｐ型ＧａＮであることで、ダブルヘテロ構
造の半導体発光素子がえられるため好ましい。
【００２３】前記活性層が、前記サファイア基板に垂直
な１組の前記（０００１）面側面に挟まれ、少なくとも
その一方の端面を発光面として有することが、前記光導
波路を光共振器とすることができて好ましい。
な１組の前記（０００１）面側面に挟まれ、少なくとも
その一方の端面を発光面として有することが、前記光導
波路を光共振器とすることができて好ましい。
【００２４】本発明の半導体発光素子の製法は、Ｒ面ま
たはＭ面を主面とするサファイア基板を用意する工程、
前記サファイア基板の主面上にチッ化ガリウム系化合物
半導体バッファ層を積層する工程、前記バッファ層上に
チッ化ガリウム系化合物半導体からなる下部クラッド
層、活性層、上部クラッド層およびキャップ層を結晶格
子を整合させて順次積層する工程、前記結晶格子の整合
されたチッ化ガリウム系化合物半導体層の（０００１）
面に沿って、前記サファイア基板に垂直にエッチングし
て、前記バッファ層を露出させる工程、金属膜を成膜す
る工程、前記金属膜のパターンニングにより、前記キャ
ップ層および前記エッチングにより露出したバッファ層
上に電極を形成する工程、およびダイシングによって素
子ごとにチップを分離する工程、からなる。
たはＭ面を主面とするサファイア基板を用意する工程、
前記サファイア基板の主面上にチッ化ガリウム系化合物
半導体バッファ層を積層する工程、前記バッファ層上に
チッ化ガリウム系化合物半導体からなる下部クラッド
層、活性層、上部クラッド層およびキャップ層を結晶格
子を整合させて順次積層する工程、前記結晶格子の整合
されたチッ化ガリウム系化合物半導体層の（０００１）
面に沿って、前記サファイア基板に垂直にエッチングし
て、前記バッファ層を露出させる工程、金属膜を成膜す
る工程、前記金属膜のパターンニングにより、前記キャ
ップ層および前記エッチングにより露出したバッファ層
上に電極を形成する工程、およびダイシングによって素
子ごとにチップを分離する工程、からなる。
【００２５】前記バッファ層を積層する工程は、低温に
より低温バッファ層を形成する工程と、それに続いて高
温で高温バッファ層を形成する工程とからなり、前記露
出されるバッファ層は前記高温バッファ層であること
が、前記活性層やクラッド層の結晶欠陥を減らすことが
できるため好ましい。
より低温バッファ層を形成する工程と、それに続いて高
温で高温バッファ層を形成する工程とからなり、前記露
出されるバッファ層は前記高温バッファ層であること
が、前記活性層やクラッド層の結晶欠陥を減らすことが
できるため好ましい。
【００２６】前記バッファ層がｎ型ＧａＮ、前記下部ク
ラッド層がｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）、前記上部ク
ラッド層がｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
キャップ層がｐ型ＧａＮであることが、ダブルヘテロ構
造の半導体発光素子の製法がえられるため好ましい。
ラッド層がｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）、前記上部ク
ラッド層がｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
キャップ層がｐ型ＧａＮであることが、ダブルヘテロ構
造の半導体発光素子の製法がえられるため好ましい。
【００２７】
【作用】本発明によれば、サファイア結晶のＲ面または
Ｍ面を主面とする基板上にチッ化ガリウム系化合物半導
体層が成長されているので、チッ化ガリウム系化合物半
導体層の（０００１）面に沿ってエッチングを行うこと
ができ、基板に垂直な側面を鏡面とすることが容易にな
る。したがって、そのチッ化ガリウム系化合物半導体層
で形成される半導体発光素子中の光導波路の両端面が滑
らかな、品質の高い鏡面となり、完成度の高い光共振器
の作製が可能となる。これにより輝度の高い青色ＬＥＤ
や、スーパルミネッセントダイオードさらには半導体レ
ーザが実現されうるものとなる。
Ｍ面を主面とする基板上にチッ化ガリウム系化合物半導
体層が成長されているので、チッ化ガリウム系化合物半
導体層の（０００１）面に沿ってエッチングを行うこと
ができ、基板に垂直な側面を鏡面とすることが容易にな
る。したがって、そのチッ化ガリウム系化合物半導体層
で形成される半導体発光素子中の光導波路の両端面が滑
らかな、品質の高い鏡面となり、完成度の高い光共振器
の作製が可能となる。これにより輝度の高い青色ＬＥＤ
や、スーパルミネッセントダイオードさらには半導体レ
ーザが実現されうるものとなる。
【００２８】
【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明の半導体発
光素子およびその製法を説明する。図１〜２は本発明の
製法の一実施例である半導体レーザチップの工程断面説
明図である。
光素子およびその製法を説明する。図１〜２は本発明の
製法の一実施例である半導体レーザチップの工程断面説
明図である。
【００２９】図１〜２を参照しながら本発明の製法の一
実施例である半導体レーザの製法について説明する。
実施例である半導体レーザの製法について説明する。
【００３０】まずＲ面もしくはＭ面を主面とするサファ
イヤ基板１を用意し、図１（ａ）に示されるように、従
来技術で説明したのと同様に、有機金属ガスおよび不純
物ガスを導入してＭＯＣＶＤ法による成膜を行う。サフ
ァイヤ基板１上にｎ型ＧａＮからなる低温バッファ層２
を０．０１〜０．２μｍ程度、７００〜１２００℃でｎ
型ＧａＮからなる高温バッファ層３を２〜５μｍ程度、
ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からなる下部クラ
ッド層４を０．１〜０．３μｍ程度、クラッド層よりも
バンドギャップエネルギーが小さくなる材料、たとえば
ノンドープのＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）からなる
活性層５を０．０５〜０．１μｍ程度、ｐ型Ａｌx Ｇａ
1-x Ｎからなる上部クラッド層６を０．１〜０．３μｍ
程度、ｐ型ＧａＮからなるキャップ層７を０．３〜２μ
ｍ程度それぞれ連続して成長させる。
イヤ基板１を用意し、図１（ａ）に示されるように、従
来技術で説明したのと同様に、有機金属ガスおよび不純
物ガスを導入してＭＯＣＶＤ法による成膜を行う。サフ
ァイヤ基板１上にｎ型ＧａＮからなる低温バッファ層２
を０．０１〜０．２μｍ程度、７００〜１２００℃でｎ
型ＧａＮからなる高温バッファ層３を２〜５μｍ程度、
ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からなる下部クラ
ッド層４を０．１〜０．３μｍ程度、クラッド層よりも
バンドギャップエネルギーが小さくなる材料、たとえば
ノンドープのＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）からなる
活性層５を０．０５〜０．１μｍ程度、ｐ型Ａｌx Ｇａ
1-x Ｎからなる上部クラッド層６を０．１〜０．３μｍ
程度、ｐ型ＧａＮからなるキャップ層７を０．３〜２μ
ｍ程度それぞれ連続して成長させる。
【００３１】このときＧａＮ膜の（０００１）結晶面
は、基板１に垂直な方向となる。これはサファイヤ基板
１の主面としてＲ面もしくはＭ面を使用したことに基因
するものである。
は、基板１に垂直な方向となる。これはサファイヤ基板
１の主面としてＲ面もしくはＭ面を使用したことに基因
するものである。
【００３２】つぎに図１（ｂ）に示されるように、積層
された半導体層の表面に、たとえばレジスト膜１０を
０．３〜３μｍの厚さに塗布し、半導体層のエッチング
される部分が開口するようにパターニングする。このパ
ターニングは、開口部１１の側壁が基板１の表面、すな
わち積層された半導体層の表面に対して実質的に垂直と
なるように行われる。
された半導体層の表面に、たとえばレジスト膜１０を
０．３〜３μｍの厚さに塗布し、半導体層のエッチング
される部分が開口するようにパターニングする。このパ
ターニングは、開口部１１の側壁が基板１の表面、すな
わち積層された半導体層の表面に対して実質的に垂直と
なるように行われる。
【００３３】そののち、たとえばＣｌ2 ガス雰囲気の下
で反応性イオンエッチングを行い、図１（ｃ）に示され
るるように、活性層５を貫通してｎ型の高温バッファ層
３が露出するまでエッチングする。このエッチングによ
り半導体発光素子の側面が形成されるが、このとき、活
性層を露呈する発光面および光導波路を介してそれに向
き合う端面がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ膜の（０００１）面であ
るようにあらかじめ設計されている。したがって、これ
らの端面は、滑らかで質の高い鏡面となる。続いて、表
面にＡｕ、Ａｌなどからなる金属膜を成膜してパターニ
ングすることにより、ｐ側電極８およびｎ側電極９をそ
れぞれキャップ層７およびエッチングにより露出した高
温バッファ層３上に形成する（図２（ｄ）参照）。図３
に示されるのと同様のＬＥＤチップを形成するには、こ
のままこれに続いてダイシングが行われる。
で反応性イオンエッチングを行い、図１（ｃ）に示され
るるように、活性層５を貫通してｎ型の高温バッファ層
３が露出するまでエッチングする。このエッチングによ
り半導体発光素子の側面が形成されるが、このとき、活
性層を露呈する発光面および光導波路を介してそれに向
き合う端面がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ膜の（０００１）面であ
るようにあらかじめ設計されている。したがって、これ
らの端面は、滑らかで質の高い鏡面となる。続いて、表
面にＡｕ、Ａｌなどからなる金属膜を成膜してパターニ
ングすることにより、ｐ側電極８およびｎ側電極９をそ
れぞれキャップ層７およびエッチングにより露出した高
温バッファ層３上に形成する（図２（ｄ）参照）。図３
に示されるのと同様のＬＥＤチップを形成するには、こ
のままこれに続いてダイシングが行われる。
【００３４】また、ｐ側電極８をマスクとしてキャップ
層７および上部クラッド層６の一部をアルゴンガスと塩
素ガスによる反応性イオンエッチングによりエッチング
してメサ形状としてから、基板１をダイシングすると、
ｐ側電極８の４〜１０μｍの帯状の形状にストライプが
形成された半導体レーザのチップがえられる（図２
（ｅ）参照）。
層７および上部クラッド層６の一部をアルゴンガスと塩
素ガスによる反応性イオンエッチングによりエッチング
してメサ形状としてから、基板１をダイシングすると、
ｐ側電極８の４〜１０μｍの帯状の形状にストライプが
形成された半導体レーザのチップがえられる（図２
（ｅ）参照）。
【００３５】本発明によれば、活性層５の両側端面は共
に基板１の表面に対して実質的に垂直になっており、活
性層５の上下はバンドギャップエネルギーが大きいクラ
ッド層で挟まれ、両端面が鏡面で囲まれた共振器とな
り、発振効率のすぐれた半導体レーザがえられるととも
に、活性層５から出射されるレーザビームは基板表面と
平行に進み、レーザビームと集光レンズとの光軸合わせ
も容易にすることができる。
に基板１の表面に対して実質的に垂直になっており、活
性層５の上下はバンドギャップエネルギーが大きいクラ
ッド層で挟まれ、両端面が鏡面で囲まれた共振器とな
り、発振効率のすぐれた半導体レーザがえられるととも
に、活性層５から出射されるレーザビームは基板表面と
平行に進み、レーザビームと集光レンズとの光軸合わせ
も容易にすることができる。
【００３６】前記実施例ではメサエッチングすることに
より電流の注入領域をストライプ形状にする半導体レー
ザの例で説明したが、たとえばクラッド層内にストライ
プ溝の形成された反対導電型の電流ブロッキング層を設
ける構造や埋込み構造の半導体レーザでも本発明により
基板表面に垂直な端面を形成でき、チッ化ガリウム系化
合物半導体層を用いた青色の半導体レーザをうることが
できる。また、チッ化ガリウム系の半導体材料も前述の
組成に限定されず、一般にＡｌp Ｇａq Ｉｎ1-p-q Ｎ
（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜ｐ＋ｑ≦１）からなり
活性層のバンドギャップエネルギーがクラッド層のバン
ドギャップエネルギーより小さくなるようにｐ、ｑを選
定すればよい。また前記Ａｌp Ｇａq Ｉｎ1-p-q ＮのＮ
の一部または全部をＡｓおよび／またはＰなどで置換し
た材料でも同様に本発明を適用できる。さらにレーザダ
イオードに限らず、ＬＥＤでも上部から発光させない
で、側面から発光するＬＥＤにおいては、本発明により
垂直な端面から発光させることができ、発光方向を一定
方向に揃えることができ、ダブルヘテロ接合に限らず、
ｐｎ接合でも同様に本発明を適用できる。
より電流の注入領域をストライプ形状にする半導体レー
ザの例で説明したが、たとえばクラッド層内にストライ
プ溝の形成された反対導電型の電流ブロッキング層を設
ける構造や埋込み構造の半導体レーザでも本発明により
基板表面に垂直な端面を形成でき、チッ化ガリウム系化
合物半導体層を用いた青色の半導体レーザをうることが
できる。また、チッ化ガリウム系の半導体材料も前述の
組成に限定されず、一般にＡｌp Ｇａq Ｉｎ1-p-q Ｎ
（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜ｐ＋ｑ≦１）からなり
活性層のバンドギャップエネルギーがクラッド層のバン
ドギャップエネルギーより小さくなるようにｐ、ｑを選
定すればよい。また前記Ａｌp Ｇａq Ｉｎ1-p-q ＮのＮ
の一部または全部をＡｓおよび／またはＰなどで置換し
た材料でも同様に本発明を適用できる。さらにレーザダ
イオードに限らず、ＬＥＤでも上部から発光させない
で、側面から発光するＬＥＤにおいては、本発明により
垂直な端面から発光させることができ、発光方向を一定
方向に揃えることができ、ダブルヘテロ接合に限らず、
ｐｎ接合でも同様に本発明を適用できる。
【００３７】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、エッ
チングによって基板に垂直に切り出される側面をチッ化
ガリウム系化合物半導体膜の（０００１）面とすること
ができ、かつ、この面を光導波路の両端面として選択す
ることにより、品質の高い鏡面によって挟まれる光共振
器が作製され、サファイア基板などの劈開をすることが
できない基板上に形成されるチッ化ガリウム系化合物半
導体層を用いる半導体発光素子においても、特性のすぐ
れた半導体レーザや側面から発光するＬＥＤをうること
ができる。
チングによって基板に垂直に切り出される側面をチッ化
ガリウム系化合物半導体膜の（０００１）面とすること
ができ、かつ、この面を光導波路の両端面として選択す
ることにより、品質の高い鏡面によって挟まれる光共振
器が作製され、サファイア基板などの劈開をすることが
できない基板上に形成されるチッ化ガリウム系化合物半
導体層を用いる半導体発光素子においても、特性のすぐ
れた半導体レーザや側面から発光するＬＥＤをうること
ができる。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施例を製造工程
に従って示す図である。
に従って示す図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の一実施例を製造工程
に従って示す図である。
に従って示す図である。
【図３】従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用いた
ＬＥＤの断面説明図である。
ＬＥＤの断面説明図である。
【図４】単結晶サファイアの結晶面の名称を表す図であ
る。
る。
１ サファイア基板 ４ ｎ型クラッド層 ５ 活性層 ６ ｐ型クラッド層 １０ レジスト膜 １１ 開口部
Claims (9)
- 【請求項１】 サファイア基板のＲ面またはＭ面上に積
層されたチッ化ガリウム系化合物半導体層を構成要素と
する半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記チッ化ガリウム系化合物半導体層
が、チッ化ガリウム系化合物半導体の（０００１）面を
前記サファイア基板に垂直な側面として有する請求項１
記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記チッ化ガリウム系化合物半導体層
が、ｐ型層およびｎ型層を含む複数の層であり、かつ発
光のための活性層を有する請求項１または２記載の半導
体発光素子。 - 【請求項４】 前記チッ化ガリウム系化合物半導体層
が、バッファ層、下部クラッド層、活性層、上部クラッ
ド層、キャップ層からなる請求項１、２または３記載の
半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記バッファ層がｎ型ＧａＮ、前記下部
クラッド層がｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前
記活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）、前記上部
クラッド層がｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前
記キャップ層がｐ型ＧａＮである請求項４記載の半導体
発光素子。 - 【請求項６】 前記活性層が、前記サファイア基板に垂
直な１組の前記（０００１）面側面に挟まれ、少なくと
もその一方の端面を発光面として有する請求項３、４ま
たは５記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 Ｒ面またはＭ面を主面とするサファイア
基板を用意する工程、前記サファイア基板の主面上にチ
ッ化ガリウム系化合物半導体バッファ層を積層する工
程、前記バッファ層上にチッ化ガリウム系化合物半導体
からなる下部クラッド層、活性層、上部クラッド層およ
びキャップ層を結晶格子を整合させて順次積層する工
程、前記結晶格子の整合されたチッ化ガリウム系化合物
半導体の層の（０００１）面に沿って、前記サファイア
基板に垂直にエッチングして、前記バッファ層を露出さ
せる工程、金属膜を成膜する工程、前記金属膜のパター
ンニングにより、前記キャップ層および前記エッチング
により露出したバッファ層上に電極を形成する工程、お
よびダイシングによって素子ごとにチップを分離する工
程、からなる半導体発光素子の製法。 - 【請求項８】 前記バッファ層を積層する工程は、低温
により低温バッファ層を形成する工程と、それに続いて
高温で高温バッファ層を形成する工程とからなり、前記
露出されるバッファ層は前記高温バッファ層である請求
項７記載の半導体発光素子の製法。 - 【請求項９】 前記バッファ層がｎ型ＧａＮ、前記下部
クラッド層がｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前
記活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）、前記上部
クラッド層がｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前
記キャップ層がｐ型ＧａＮである請求項７または８記載
の半導体発光素子の製法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20247994A JPH0864912A (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体発光素子およびその製法 |
| US08/509,231 US5814533A (en) | 1994-08-09 | 1995-07-31 | Semiconductor light emitting element and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20247994A JPH0864912A (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体発光素子およびその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864912A true JPH0864912A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16458200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20247994A Pending JPH0864912A (ja) | 1994-08-09 | 1994-08-26 | 半導体発光素子およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864912A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6100106A (en) * | 1997-11-17 | 2000-08-08 | Nec Corporation | Fabrication of nitride semiconductor light-emitting device |
| US6639925B2 (en) | 1996-10-30 | 2003-10-28 | Hitachi, Inc. | Optical information processing equipment and semiconductor light emitting device suitable therefor |
| JP2003347658A (ja) * | 2002-05-24 | 2003-12-05 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2006186257A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Sony Corp | 半導体発光素子の製造方法、集積型半導体発光装置の製造方法、画像表示装置の製造方法および照明装置の製造方法 |
| DE112007000504T5 (de) | 2006-03-01 | 2009-01-15 | Rohm Co., Ltd., Kyoto | Lichtemissionselement und Verfahren zu dessen Herstellung |
| WO2009093846A3 (ko) * | 2008-01-21 | 2009-10-22 | 엘지이노텍주식회사 | 발광소자의 제조방법 |
| JP2011151398A (ja) * | 2005-02-07 | 2011-08-04 | Panasonic Corp | トランジスタ |
| US8750343B2 (en) | 2007-09-28 | 2014-06-10 | Future Light, Llc | Nitride-based semiconductor light-emitting device, nitride-based semiconductor laser device, nitride-based semiconductor light-emitting diode, method of manufacturing the same, and method of forming nitride-based semiconductor layer |
| JP2014112695A (ja) * | 1998-07-31 | 2014-06-19 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光ダイオード素子 |
| JPWO2017221519A1 (ja) * | 2016-06-20 | 2019-04-11 | ソニー株式会社 | 窒化物半導体素子、窒化物半導体基板、窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体基板の製造方法 |
-
1994
- 1994-08-26 JP JP20247994A patent/JPH0864912A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPWO2017221519A1 (ja) * | 2016-06-20 | 2019-04-11 | ソニー株式会社 | 窒化物半導体素子、窒化物半導体基板、窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体基板の製造方法 |
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