JPH09232680A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法

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JPH09232680A
JPH09232680A JP3455996A JP3455996A JPH09232680A JP H09232680 A JPH09232680 A JP H09232680A JP 3455996 A JP3455996 A JP 3455996A JP 3455996 A JP3455996 A JP 3455996A JP H09232680 A JPH09232680 A JP H09232680A
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JP
Japan
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layer
light emitting
semiconductor light
emitting device
iii
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Application number
JP3455996A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Kamimura
信行 上村
Akihiko Ishibashi
明彦 石橋
Masahiro Kume
雅博 粂
Yuzaburo Ban
雄三郎 伴
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流狭窄及び単一横モード閉じ込めを実現し
た半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 ｎ型ＳｉＣ（０００１）基板１上に、Ｇ
ａＩｎＮ活性層５とそれはさむｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層７、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３とが形成されてい
る。ｐ型クラッド層７は、アンドープＡｌＮ層８で埋め
込まれている。これにより、電流狭窄が実現してしきい
値電流が下がり、横方向の屈折率差が生じるので単一横
モード閉じ込めが実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｎを含むＩＩＩ−
Ｖ族化合物からなる発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】次世代高密度情報処理技術のキーデバイ
スとして、レーザの短波長化が可能な、Ｎを含むＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体は注目を浴びている。
【０００３】従来よりＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体より構成されるレーザ構造として、図９に示されてい
る構造が知られている。この構造のキャビティ長は１ｍ
ｍ、ストライプ幅０．５ｍｍで、活性層がＭＱＷ構造で
あるダブルヘテロ構造を有することを特徴としている。
この構造により発振波長４１０ｎｍ、しきい値電圧４０
Ｖ、しきい値電流２０Ａ、しきい値電流密度４ｋＡ／ｃ
ｍ2、デューティ０．１％の室温パルス発振が実現して
いる。
【０００４】また、従来より、Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化
合物からなる面発光レーザ(SurfaceーEmitting Laser、略
してSEL)構造として、図１０に示すような構造が知られ
ている(Tohru Honda et.al.;Japan Jounal of Applied
Physics Vol.34(1995)pp.3527ー3532)。
【０００５】また、従来より、図９、図１０に示すよう
な、Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるＳＥＬ構造ま
たはレーザ構造を製造する技術として、再成長前にドラ
イエッチングを行って電流注入層を形成する方法が採用
されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体より構成されるレーザ構造に関する技術に
は、次にあげる２つの問題があった。
【０００７】１つ目は、上記図９に示すようなレーザ構
造は、ストライプ幅が０．５ｍｍで広く、電流狭窄が困
難であり、そのためにしきい値電流が２０Ａと非常に大
きくなり、レーザの室温連続発振は困難であった。
【０００８】２つ目は、上記図９に示すようなレーザ構
造は、ストライプ幅が０．５ｍｍで広く、横方向の屈折
率差がつかず、横モード制御ができない。そのため、光
情報記録・再生用のレーザとしての単一横モード発振を
実現することはできなかった。
【０００９】また、前記の、Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体より構成される面発光レーザ構造に関する技術
には、次にあげる２つの問題があった。
【００１０】１つ目は、上記図１０に示すような、Ｎを
含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるＳＥＬ構造は、結晶再
成長によってミラーを作製する際に成長温度を室温から
１０００℃以上に上げなければならず、そのため熱歪に
よる結晶性の劣化が生じるという問題があった。
【００１１】２つ目は、上記図１０に示すような、Ｎを
含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるＳＥＬ構造に関して活
性層にＩｎxＧａ1-xＮを用いた場合、結晶再成長の際に
成長温度１０００℃以上に上げるために、活性層のＩｎ
の脱離が起きやすいという問題があった。
【００１２】そこで本発明は、電流狭窄及び単一横モー
ド閉じ込めを実現し、しきい値電流が従来より低い、Ｎ
を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物より構成される半導体発
光素子を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のレーザ構造またはＳＥＬ構造の作製は、図
６に示されている有機金属気相エピタキシシャル装置を
用い、有機金属気相エピタキシシャル成長法により行わ
れるものである。
【００１４】また、本発明のレーザ構造を製造する際、
ＩＩ−ＶＩ族化合物の結晶成長は図７に示される分子線
エピタキシャル成長装置を用い、分子線エピタキシャル
成長法により行われるものである。
【００１５】そこで本件発明者は、Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ
族化合物からなるレーザ構造及びそれを製造する技術と
して、以下（１）〜（６）に示す技術を考案した。
【００１６】（１）Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からな
るレーザ構造の電極のまわりをリッジまたはメサ上にエ
ッチングを施し、エッチングされた部分に、電流を注入
する部分よりも横方向の実効屈折率が小さな、Ｎを含む
ＩＩＩ−Ｖ族化合物で積層し、埋め込み構造を持たせ
る。そうすることにより、電流狭窄が実現し、しきい値
電流が低下する。さらに、横方向の実効屈折率差が生じ
るので単一横モード閉じ込めが実現する。
【００１７】（２）Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からな
るレーザ構造の電極のまわりをリッジまたはメサ上にエ
ッチングを施し、エッチングされた部分に、電流を注入
する部分よりも横方向の実効屈折率が小さな、ＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物で積層し、埋め込み構造を持たせる。そうす
ることにより、電流狭窄が実現し、しきい値電流が低下
する。さらに、横方向の実効屈折率差が生じるので単一
横モード閉じ込めが実現する。また、ＩＩ−ＶＩ族化合
物は成長温度が４００℃以下と低く、再成長時に活性層
のＩｎの脱離が起こらない。
【００１８】（３）Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からな
るレーザ構造の、ｐ型クラッド層をＡｌＮにより作製
し、電極部分のＡｌＮをエッチングし、セルフアライン
ド構造して電流を注入する部分と注入しない部分との間
の、横方向の実効屈折率差をつける。そうすることによ
り、電流狭窄が実現し、しきい値電流が低下する。ま
た、単一横モード閉じ込めが実現する。
【００１９】（４）Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からな
るレーザ構造の、ｐ型クラッド層をＡｌＮにより作製
し、電極部分のＡｌＮをエッチングし、その上にｐ型の
Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からなる層を結晶成長し、
セルフアラインド構造して電流を注入する部分と注入し
ない部分との間の、横方向の実効屈折率差をつける。そ
うすることにより、電流狭窄が実現し、しきい値電流が
低下する。また、単一横モード閉じ込めが実現する。
【００２０】（５）前記（１）〜（４）のレーザ構造ま
たはＳＥＬ構造を製造する方法として、まず電流を注入
しない部分にＳｉＯ2等の酸化物をマスクとして積層
し、エッチングを用いて電流を注入する部分の、活性層
からみて基板と反対側のクラッド層を除去する。その後
ＳｉＯ2等のマスクを王水等のエッチングで除去し、Ｎ
を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物を結晶成長し、埋め込みヘテ
ロ構造を持った半導体レーザを作製する。特に、基板と
反対側のクラッド層にＡｌＮを用いれば、水酸化カリウ
ムのようなアルカリ性水溶液によってＡｌＮを除去する
ことができ（Ｊ．Ｒ．Ｍｉｌｅｈａｍ．ｅｔ．ａｌ．；
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７（１９９５）１１
１９）、さらに電流を注入しない部分のＡｌＮと電流を
注入する部分のｐ型クラッド層との屈折率差を大きくと
ることができる。そうすればドライエッチングを行う際
に数１００ｅＶに加速されたハロゲンガスを用いること
による結晶性の劣化の心配がなくなる。
【００２１】（６）前記（６）の、特にＡｌＮ層を含む
レーザ構造に対して、ＡｌＮ層中の決まった位置に厚さ
１０００Å以下のＧａＮ層を入れる。そうすれば水酸化
カリウムのようなアルカリ性水溶液によりＡｌＮ層を所
定の厚さまでエッチングすることができ、埋め込み構造
を作製する際の埋め込み層の層厚を制御して単一横モー
ド閉じ込めレーザを歩留まり良く作製することが可能に
なる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の半導体発光素子およびそ
の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００２３】（実施の形態１）図１、図６および図８を
参照しながら説明する。まず最初に有機溶媒による洗浄
及び前処理を施した、ｎ型ＳｉＣ（０００１）基板１を
炭素製の基板ホルダ６６上に置き、リアクター６７内に
投入する。
【００２４】次にリアクター７４内を圧力７０Ｔｏｒｒ
の水素で満たし、水素雰囲気中でｎ型ＳｉＣ（０００
１）基板１を炭素製の基板ホルダ６６ごとヒータ６７で
１０９０℃まで加熱し、表面に付着している吸着ガスや
酸化物、水分子等を取り除く。その後ｎ型ＳｉＣ（００
０１）基板１をの温度を５４０℃まで下げ、トリメチル
アルミニウム、アンモニア、シランのガス供給ラインの
バルブ７０、７１、６８を開け、トリメチルアルミニウ
ム５．５ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉｎ、シラ
ン１２．５ｓｃｃｍを流し、ｎ型ＡｌＮバッファ層２を
３００Å積層する。
【００２５】ｎ型ＡｌＮバッファ層２を積層した後、ｎ
型ＳｉＣ（０００１）基板１の温度を１０３０℃まで上
げ、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、ア
ンモニア、シランのガス供給ラインのバルブ６９、７
０、７１、６８を開け、トリメチルガリウム２．７ｓｃ
ｃｍ、トリメチルアルミニウム８．７ｓｃｃｍ、アンモ
ニア２．５ｌ／ｍｉｎ、シラン１２．５ｓｃｃｍを流
し、層厚１．５μｍのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ３を積層す
る。
【００２６】ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ３を積層した後、ト
リメチルアルミニウム及びシランのガス供給ライン７
０、６８を閉じ、トリメチルガリウム、アンモニアのガ
ス供給ラインのバルブ６９、７１を開け、トリメチルガ
リウム２．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉｎを
流し、アンドープＧａＮ光ガイド層４を１０００Å積層
する。
【００２７】アンドープＧａＮ光ガイド層４を積層した
後、ｎ型ＳｉＣ（０００１）基板１の温度を６８０℃ま
で下げ、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムの
ガス供給ラインのバルブ６９、７３を開け、トリメチル
ガリウム２．７ｓｃｃｍ、トリメチルインジウム２７ｓ
ｃｃｍ、アンモニア１０ｌ／ｍｉｎを流し、アンドープ
Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ活性層５を１００Å積層する。
【００２８】アンドープＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ活性層５を１
００Å積層した後、トリメチルインジウムのガス供給ラ
インのバルブ７３を閉じ、ｎ型ＳｉＣ（０００１）基板
１の温度を１０３０℃まで上げ、トリメチルガリウム、
アンモニアのガス供給ラインのバルブ６９、７１を開
け、トリメチルガリウム２．７ｓｃｃｍ、アンモニア
２．５ｌ／ｍｉｎを流し、アンドープＧａＮ光ガイド層
６を１０００Å積層する。
【００２９】アンドープＧａＮ光ガイド層６を積層した
後、トリメチルガリウムのガス供給ラインのバルブ６９
を閉じ、トリメチルアルミニウム、アンモニアのガス供
給ラインのバルブ７０、７１を開け、トリメチルアルミ
ニウム８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉｎを
流し、層厚１．０μｍのアンドープＡｌＮ層８を積層す
る。
【００３０】アンドープＡｌＮ層８を積層した後、いっ
たん成長を終了して基板１をリアクター７４の外に取り
出す。
【００３１】次に基板１に幅５μｍの領域を残して厚さ
１０００ÅのＳｉＯ２８１でマスクをし、、水酸化カリ
ウムの飽和水溶液中に入れて１００℃まで加熱し、１０
分間かけてアンドープＡｌＮ層８を除去する。その後、
ＳｉＯ２８１マスクをはがし、アンドープＡｌＮ層８を
除去した基板１をイオン化されていない純水で水洗し、
メタノール等の有機物で洗浄を行う。
【００３２】有機物の洗浄を行った後、再びアンドープ
ＡｌＮ層８を除去された基板１をリアクター７４の中に
入れ、成長室７４内を圧力７０Ｔｏｒｒの水素で満た
し、水素雰囲気中でｎ型ＳｉＣ（０００１）基板１を炭
素製の基板ホルダ６６ごとヒータ６７で１０９０℃まで
加熱し、表面に付着している吸着ガスや酸化物、水分子
等を取り除く。その後、基板１の温度を１０３０℃まで
下げ、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、
アンモニア、シクロペンタジエニルマグネシウムのガス
供給ラインのバルブ６９、７０、７１、７２を開け、ト
リメチルガリウム２．７ｓｃｃｍ、トリメチルアルミニ
ウム８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉｎ、シ
クロペンタジエニルマグネシウム５．０ｓｃｃｍを流
し、ｐ型Ａｌ 0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層７を１．０μｍ積
層し、リッジ状にＡｌＮ層８を埋め込んだレーザ構造１
１を製造し、結晶成長を終了する。
【００３３】その後、水素のガス供給ラインのバルブの
みを開け、圧力７０Ｔｏｒｒの水素雰囲気中でＳｉＣ
（０００１）基板１の温度を７００℃に設定し、１時間
アニールを行い、ｐ型のドーパントであるマグネシウム
を活性化する。アニール終了後、ＳｉＣ（０００１）基
板１の温度を室温まで戻し、レーザ構造１１が積層され
たＳｉＣ（０００１）基板１を有機金属気相エピタキシ
ャル成長装置の外へ取り出す。
【００３４】最後にレーザ構造１１が積層されたＳｉＣ
基板１に対して、基板１裏面にインジウム９、ｐ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層７の表面に厚さ１０００Åのニ
ッケル及び金１０を蒸着させ、基板１をキャビティ長１
ｍｍにへき開して半導体レーザ１２を完成させる。
【００３５】本発明の、上記レーザ１２の特性を以下に
述べる。まず電気的特性について述べる。ｐ型及びｎ型
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層３、７のキャリア密度は１
×１０18／ｃｍ3、移動度はｐ型及びｎ型Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎクラッド層３、７それぞれ１０ｃｍ2／Ｖ・ｓ、２
５０ｃｍ2／Ｖ・ｓであり、十分抵抗率の小さいｐ型及
びｎ型クラッド層３、７が製造されている。また、ｐ型
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層７とAu/Ni１０の間でオー
ム性接触が実現し、さらに裏面のｎ型ＳｉＣ基板１とイ
ンジウム９との間にもオーム性接触が実現している。
【００３６】次に光学的特性について述べる。レーザの
発振波長は４１０ｎｍである。埋め込み層にＡｌＮ層８
を用いているので電流を注入する部分と注入しない部分
との間の、横方向の実効屈折率差が０．１と大きくな
り、単一横モード発振を実現する。端面の反射率はフロ
ント、リアとも２２％である。またレーザの内部損失は
５ｃｍ-1、共振器における損失は２０ｃｍ-1である。さ
らにしきい値電流密度は８００ｃｍ2／Ｖ・ｓと、従来
より知られているレーザのしきい値電流密度の１／５で
ある。本発明のレーザはＡｌＮの埋め込み層８を用いて
いるので、電流狭窄が容易であり、従来のレーザ＃に比
べてｐ型またはｎ型クラッド層における電流拡がりが小
さくなり、その結果しきい値電流密度が低下するのであ
る。また、ＡｌＮを除去するのにドライエッチングを用
いていないのでレーザとしての内部損失が小さくなり、
それがしきい値電流密度の低下につながるのである。
【００３７】なお、ＳｉＣ基板の代わりにＡｌ2Ｏ3、Ｚ
ｎＯ、ＬｉＡｌＯ2等の酸化物基板を用いても同様な結
果が得られる。また、ジャスト基板の代わりに、例えば
（０００１）面の面方位が[11-20]方向に傾いたＯＦＦ
基板を用いても同様な結果が得られる。
【００３８】また、ＡｌＮを除去するのに水酸化カリウ
ムを用いたが、水酸化ナトリウムを用いても同様な結果
が得られる。さらに、リッジ状にＡｌＮ層８を埋め込ん
だ構造の代わりにセルフアラインド構造を採用しても同
様な結果が得られる。
【００３９】セルフアラインド構造を図１１に示す。ｐ
型クラッド層７上にアンドープＡｌＮ層８ａが形成さ
れ、このＡｌＮ層８ａは高抵抗なので電流が流れず、電
流は、アンドープＡｌＮ層８ａの形成されていない領域
上の電極１０から注入される。このような構造をここで
はセルフアラインド構造とよんでいる。
【００４０】（実施の形態２）図２を用いて説明する。
有機溶媒による洗浄及び前処理からＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ活
性層１７をはさんで基板１３と反対側のアンドープＧａ
Ｎ光ガイド層１８を積層するまでの工程は、実施の形態
１と同じである。
【００４１】アンドープＧａＮ光ガイド層１８を積層し
た後、トリメチルガリウムのガス供給ラインのバルブを
閉じ、トリメチルアルミニウム、アンモニア及びシクロ
ペンタジエニルマグネシウムのガス供給ラインのバルブ
を開け、トリメチルアルミニウム８．７ｓｃｃｍ、アン
モニア２．５ｌ／ｍｉｎ、シクロペンタジエニルマグネ
シウム５．０ｓｃｃｍを流し、層厚０．１μｍのｐ型Ａ
ｌＮ層２０を積層する。
【００４２】ｐ型ＡｌＮ層２０を積層した後、トリメチ
ルアルミニウムのバルブを閉じ、トリメチルガリウム、
アンモニア及びシクロペンタジエニルマグネシウムのガ
ス供給ラインのバルブ６９、７１、７２を開け、トリメ
チルアルミニウム８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ
／ｍｉｎ、シクロペンタジエニルマグネシウム５．０ｓ
ｃｃｍを流し、層厚５００Åのｐ型ＧａＮ層２１を積層
する。
【００４３】ｐ型ＧａＮ層２１を積層した後、トリメチ
ルガリウム及びシクロペンタジエニルマグネシウムのガ
ス供給ラインのバルブ７２を閉じ、トリメチルアルミニ
ウム、アンモニアのガス供給ラインのバルブ７０、７１
を開け、トリメチルアルミニウム８．７ｓｃｃｍ、アン
モニア２．５ｌ／ｍｉｎを流し、層厚０．９μｍのアン
ドープＡｌＮ層２２を積層する。アンドープＡｌＮ層２
２を積層した後、いったん成長を終了して基板１３をリ
アクター７４の外に取り出す。
【００４４】次に基板１３上のＡｌＮ層２２の上に、幅
１０μｍの領域を残して厚さ１０００ÅのＳｉＯ2でマ
スクをし、水酸化カリウムの飽和水溶液中に入れて１０
０℃まで加熱し、１０分間かけてマスク上のアンドープ
ＡｌＮ層２２を除去する。その後、ＳｉＯ2マスクをは
がし、アンドープＡｌＮ層２２を除去した基板１３をイ
オン化されていない純水で水洗し、メタノール等の有機
物で洗浄を行う。
【００４５】有機物の洗浄を行った後、再びマスク上の
アンドープＡｌＮ層２２を除去された基板１３を有機金
属気相エピタキシャル成長装置の中に入れ、成長室内を
圧力７０Ｔｏｒｒの水素で満たし、水素雰囲気中でｎ型
ＳｉＣ（０００１）基板１３を炭素製の基板ホルダごと
ヒータで１０９０℃まで加熱し、表面に付着している吸
着ガスや酸化物、水分子等を取り除く。
【００４６】その後、基板１３の温度を１０３０℃まで
下げ、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、
アンモニア、シクロペンタジエニルマグネシウムのガス
供給ラインのバルブ６９、７０、７１、７２を開け、ト
リメチルガリウム２．７ｓｃｃｍ、トリメチルアルミニ
ウム８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉｎ、シ
クロペンタジエニルマグネシウム５．０ｓｃｃｍを流
し、ＡｌＮ層２２の開口した部分に、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎクラッド層１９を１．０μｍ積層し、ＡｌＧａＮ
層１９がリッジ状になったレーザ構造２５を製造し、結
晶成長を終了する。
【００４７】その後、水素のガス供給ラインのバルブの
みを開け、圧力７０Ｔｏｒｒの水素雰囲気中でＳｉＣ
（０００１）基板１３の温度を７００℃に設定し、１時
間アニールを行い、ｐ型のドーパントであるマグネシウ
ムを活性化する。アニール終了後、ＳｉＣ（０００１）
基板１３の温度を室温まで戻し、レーザ構造２５が積層
されたＳｉＣ（０００１）基板１３を有機金属気相エピ
タキシャル成長装置の外へ取り出す。
【００４８】最後にレーザ構造２５が積層されたＳｉＣ
基板１３に対して、基板１３裏面にインジウム２３、ｐ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層１９の表面に厚さ１００
０Åのニッケル及び金２４を蒸着させ、基板１３をキャ
ビティ長１ｍｍにへき開してレーザ２６を完成させる。
【００４９】本発明の、上記レーザ２６の特性を以下に
述べる。まず電気的特性について述べる。ｐ型及びｎ型
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層１９、１５のキャリア密度
は１×１０18／ｃｍ3、移動度はｐ型及びｎ型Ａｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ光ガイド層１９、１５それぞれ１０ｃｍ2／Ｖ・
ｓ、２５０ｃｍ2／Ｖ・ｓであり、十分抵抗率の小さい
ｐ型及びｎ型クラッド層１９、１５が製造されている。
また、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層１９とNi/Au２
４の間でオーム性接触が実現し、さらに裏面のｎ型Ｓｉ
Ｃ基板１３とインジウム２３との間にもオーム性接触が
実現している。
【００５０】次に光学的特性について述べる。レーザの
発振波長は４１０ｎｍである。埋め込み層にＡｌＮ層２
２を用いているので電流を注入する部分と注入しない部
分との間の、横方向の実効屈折率差が０．１と大きくな
り、単一横モード発振を実現する。端面の反射率はフロ
ント、リアとも２２％である。またレーザ２６の内部損
失は５ｃｍ-1、共振器における損失は２０ｃｍ-1であ
る。さらにしきい値電流密度は８００ｃｍ2／Ｖ・ｓ
と、従来より知られているレーザのしきい値電流密度の
１／５である。
【００５１】本発明のレーザ２６はＡｌＮの埋め込み層
２２を用いているので、電流狭窄が容易であり、従来の
レーザに比べてｐ型またはｎ型クラッド層における電流
拡がりが小さくなり、その結果しきい値電流密度が低下
するのである。また、ＡｌＮを除去するのにドライエッ
チングを用いていないのでレーザとしての内部損失が小
さくなり、それがしきい値電流密度の低下につながるの
である。
【００５２】また、アンドープＡｌＮ層２２を、厚さ５
００Åのｐ型ＧａＮ層２０の手前まで除去する。ｐ型Ｇ
ａＮ層２１はエッチング停止層として働く。ｐ型ＡｌＮ
層２０が１０００Åが除去されずに残っている。すなわ
ちｐ型ＡｌＮ層２２の１０００Åを正確に残しているの
で、単一横モード発振を実現するレーザのエッチングに
よる歩留まり率が改善する。
【００５３】これにより、ＡｌＧａＮ層１９とＡｌＮ層
２０との屈折率差が大きく、ＡｌＧａＮ層１９のストラ
イプ幅を小さくしてもレーザ光がマルチモードになると
しても、ＡｌＧａＮ層１９の下に、ＡｌＮ層２０が形成
することにより、ストライプ直下とストライプの外側と
の屈折率差を小さくなるように調整でき、単一横モード
を実現するためにＡｌＮ層２０を最適化するだけでよ
く、単一横モードを実現する許容度が大きくなる。
【００５４】なお、ＳｉＣ基板の代わりにＡｌ2Ｏ3、Ｚ
ｎＯ、ＬｉＡｌＯ2等の酸化物基板を用いても同様な結
果が得られる。また、ジャスト基板の代わりにＯＦＦ基
板を用いても同様な結果が得られる。
【００５５】また、ｐ型ＡｌＮ層２０の代わりにｐ型Ａ
ｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）層を用いても同様な結果が
得られる。また、ＡｌＮを除去するのに水酸化カリウム
を用いたが、水酸化ナトリウムを用いても同様な結果が
得られる。さらに、ＡｌＧａＮ層１９の両側にＡｌＮ層
を形成した構造の代わりにセルフアラインド構造を採用
しても同様な結果が得られる。セルフアラインド構造
は、図１１の通りである。
【００５６】（実施の形態３）図３を用いて説明する。
有機溶媒による洗浄及び前処理からＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ活
性層３１をはさんで基板２７と反対側のアンドープＧａ
Ｎ光ガイド層３２を積層するまでの工程は、実施の形態
１と同じである。
【００５７】アンドープＧａＮ光ガイド層３２を積層し
た後、トリメチルガリウムのガス供給ラインのバルブ６
９を閉じ、トリメチルアルミニウム、アンモニアのガス
供給ラインのバルブ７０、７１を開け、トリメチルアル
ミニウム８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉｎ
を流し、図示していないが、層厚１．０μｍのアンドー
プＡｌＮ層を積層する。
【００５８】アンドープＡｌＮ層を積層した後、いった
ん成長を終了して基板２７を有機金属気相エピタキシャ
ル成長装置の外に取り出す。
【００５９】次に基板２７に、幅５μｍの開口を有し、
厚さ１０００ÅのＳｉＯ2でマスクをし、水酸化カリウ
ムの飽和水溶液中に入れて１００℃まで加熱し、１０分
間かけてアンドープＡｌＮ層を除去して、ＡｌＮ層に開
口部を形成する。その後、マスクをしていない部分のア
ンドープＡｌＮ層を除去した基板２７をイオン化されて
いない純水で水洗し、メタノール等の有機物で洗浄を行
う。
【００６０】有機物の洗浄を行った後、再びアンドープ
ＡｌＮ層を除去された基板２７をリアクター７４の中に
入れ、リアクター７４内を圧力７０Ｔｏｒｒの水素で満
たし、水素雰囲気中でｎ型ＳｉＣ（０００１）基板２７
を炭素製の基板ホルダ６６ごとヒータ６７で１０９０℃
まで加熱し、表面に付着している吸着ガスや酸化物、水
分子等を取り除く。その後、基板２７の温度を１０３０
℃まで下げ、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニ
ウム、アンモニア、シクロペンタジエニルマグネシウム
のガス供給ラインのバルブ６９、７０、７１、７２を開
け、トリメチルガリウム２．７ｓｃｃｍ、トリメチルア
ルミニウム８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉ
ｎ、シクロペンタジエニルマグネシウム５．０ｓｃｃｍ
を流し、ＡｌＮ層の開口部に、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎク
ラッド層３４を１．０μｍ積層して埋め込む。
【００６１】ＡｌＮ層中にＡｌＧａＮクラッド層３４を
埋め込んだレーザ構造３８の基板２７を、リアクター７
４の外に取り出す。基板２７に対し、幅５μｍの、ｐ型
Ａｌ 0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層３４が積層されている領域
に、厚さ１０００ÅのＳｉＯ 2でマスクをし、水酸化カ
リウムの飽和水溶液中に入れて１００℃まで加熱し、１
０分間かけてアンドープＡｌＮ層を除去する。その後、
ＳｉＯ2マスクをはがし、アンドープＡｌＮ層を除去し
た基板３４をイオン化されていない純水で水洗し、メタ
ノール等の有機物で洗浄を行う。これにより、ＡｌＧａ
Ｎクラッド層３４がリッジ状になった構造が得られる。
ここで用いたＡｌＮ層は、レーザ構造の一部として用い
るのではなく、レーザ構造を形成するためのダミー膜と
して用いている。
【００６２】有機物の洗浄を行った後、再び、ダミー膜
である、アンドープＡｌＮ層を除去した基板２７を、今
度は成長室８０の中に入れ、成長室８０内の真空度を１
０-1 0Ｔｏｒｒにし、モリブデンブロック７６に貼り付
けられたｎ型ＳｉＣ（０００１）基板２７を６００℃ま
で加熱し、表面に付着している吸着ガスや酸化物、水分
子等を取り除く。
【００６３】その後、基板２７の温度を３００℃まで下
げ、８００℃にまで加熱されたＭｇＳのセル７８を開
け、５Ｘ１０-7Ｔｏｒｒのビームフラックスをを基板２
７に照射し、アンドープＭｇＳ３５で埋め込んだレーザ
構造３８を製造し、再び結晶成長を終了する。その後基
板２７を成長室８０の外へ取り出す。
【００６４】その後、リアクター７４の中に入れ、水素
のガス供給ラインのバルブのみを開け、圧力７０Ｔｏｒ
ｒの水素雰囲気中でＳｉＣ（０００１）基板２７の温度
を７００℃に設定し、１時間アニールを行い、ｐ型のド
ーパントであるマグネシウムを活性化する。アニール終
了後、ＳｉＣ（０００１）基板２７の温度を室温まで戻
し、レーザ構造＃が積層されたＳｉＣ（０００１）基板
２７を有機金属気相エピタキシャル成長装置の外へ取り
出す。
【００６５】最後にレーザ構造３８が積層されたＳｉＣ
基板２７に対して、基板＃裏面にインジウム３６、ｐ型
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層３４の表面に厚さ１０００
ÅのNi/Au３７を蒸着させ、基板２７をキャビティ長１
ｍｍにへき開してレーザ３９を完成させる。
【００６６】本実施例では、埋め込みにアンドープＭｇ
Ｓ層を用いている。この成長は、温度を３００℃で成長
できるので、埋め込みのために成長温度を高温にする必
要がなく、レーザ結晶に熱履歴がかからず、結晶の品質
の低下を防止できる。
【００６７】本発明の、上記レーザ３９の特性を以下に
述べる。まず電気的特性について述べる。ｐ型及びｎ型
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層３４、２９のキャリア密度
は１×１０18／ｃｍ3、移動度はｐ型及びｎ型Ａｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎクラッド層３４、２９それぞれ１０ｃｍ2／Ｖ・
ｓ、２５０ｃｍ2／Ｖ・ｓであり、十分抵抗率の小さい
ｐ型及びｎ型クラッド層３４、２９が製造されている。
また、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層３４とNi/Au３
７の間でオーム性接触が実現し、さらに裏面のｎ型Ｓｉ
Ｃ基板２７とインジウム３６との間にもオーム性接触が
実現している。
【００６８】次に光学的特性について述べる。レーザの
発振波長は４１０ｎｍである。埋め込み層３５にクラッ
ド層３４よりも屈折率の小さなＭｇＳ層を用いているの
で電流を注入する部分と注入しない部分との間の、横方
向の実効屈折率差が０．０５と大きくなり、単一横モー
ド発振を実現する。端面の反射率はフロント、リアとも
２２％である。またレーザの内部損失は５ｃｍ-1、共振
器における損失は２０ｃｍ-1である。さらにしきい値電
流密度は８００ｃｍ2／Ｖ・ｓと、従来より知られてい
るレーザのしきい値電流密度の１／５である。
【００６９】本発明のレーザはＡｌＮ埋め込み層を用い
ているので、電流狭窄が容易であり、従来のレーザに比
べてｐ型またはｎ型クラッド層における電流拡がりが小
さくなり、その結果しきい値電流密度が低下するのであ
る。また、ＡｌＮを除去するのにドライエッチングを用
いていないのでレーザとしての内部損失が小さくなり、
それがしきい値電流密度の低下につながるのである。ま
た、結晶成長温度が３００℃と低いので、再成長時に活
性層のＩｎの脱離が起こらず、レーザ特性が設計値通り
に製造しやすく、レーザ製造上において歩留まり率が向
上する。
【００７０】さらに、リッジ状にＭｇＳ層を埋め込んだ
構造の代わりにセルフアラインド構造を採用しても同様
な結果が得られる。また、埋め込み材料にＭｇＳを用い
たが、ＭｇＳｅを用いても同様な結果が得られる。
【００７１】（実施の形態４）図４、図１２を用いて説
明する。有機溶媒による洗浄及び前処理からＧａ0.9Ｉ
ｎ0.1Ｎ活性層４４をはさんで基板と反対側のアンドー
プＧａＮ光ガイド層４５を積層するまでの工程は、実施
の形態１と同じである。
【００７２】アンドープＧａＮ光ガイド層４５を積層し
た後、トリメチルガリウムのガス供給ラインのバルブ６
９を閉じ、トリメチルアルミニウム、アンモニアのガス
供給ラインのバルブ７０、７１を開け、トリメチルアル
ミニウム８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉｎ
を流し、層厚１．０μｍのアンドープＡｌＮ層を積層す
る。アンドープＡｌＮ層を積層した後、いったん成長を
終了して基板４０をリアクター７４の外に取り出す。
【００７３】次に基板４０に幅５μｍの開口領域を残し
て、厚さ１０００ÅのＳｉＯ２でマスクをし、水酸化カ
リウムの飽和水溶液中に入れて１００℃まで加熱し、１
０分間かけてマスクをしていないアンドープＡｌＮ層を
除去する。その後、アンドープＡｌＮ層を除去した基板
４０をイオン化されていない純水で水洗し、メタノール
等の有機物で洗浄を行う。
【００７４】有機物の洗浄を行った後、再びアンドープ
ＡｌＮ層を除去された基板４０を有機金属気相エピタキ
シャル成長装置の中に入れ、成長室内を圧力７０Ｔｏｒ
ｒの水素で満たし、水素雰囲気中でｎ型ＳｉＣ（０００
１）基板４０を炭素製の基板ホルダ６７ごとヒータで１
０９０℃まで加熱し、表面に付着している吸着ガスや酸
化物、水分子等を取り除く。その後、基板４０の温度を
１０３０℃まで下げ、トリメチルガリウム、トリメチル
アルミニウム、アンモニア、シクロペンタジエニルマグ
ネシウムのガス供給ラインのバルブ６９、７０、７１、
７２を開け、トリメチルガリウム２．７ｓｃｃｍ、トリ
メチルアルミニウム８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５
ｌ／ｍｉｎ、シクロペンタジエニルマグネシウム５．０
ｓｃｃｍを流し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層４６
を１．０μｍ積層し、ＡｌＮ層中にＡｌＧａＮ層４６が
埋め込まれたレーザ構造を製造し、再び結晶成長を終了
する。
【００７５】次に、幅５μｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎク
ラッド層４６が積層されている領域に、厚さ１０００Å
のＳｉＯ2でマスクをし、水酸化カリウムの飽和水溶液
中に入れて１００℃まで加熱し、１０分間かけてアンド
ープＡｌＮ層を除去する。その後、ＳｉＯ2マスクをは
がし、基板４０をイオン化されていない純水で水洗し、
メタノール等の有機物で洗浄を行う。
【００７６】有機物の洗浄を行った後、再びアンドープ
ＡｌＮ層を除去された基板４０をリアクター７４の中に
入れ、成長室＃内を圧力７０Ｔｏｒｒの水素で満たし、
水素雰囲気中でｎ型ＳｉＣ（０００１）基板４０を炭素
製の基板ホルダ６７ごとヒータで１０９０℃まで加熱
し、表面に付着している吸着ガスや酸化物、水分子等を
取り除く。その後、基板の温度を１０３０℃まで下げ、
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモ
ニア、シクロペンタジエニルマグネシウムのガス供給ラ
インのバルブ６９、７０、７１、７２を開け、トリメチ
ルガリウム２．７ｓｃｃｍ、トリメチルアルミニウム
８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉｎ、シクロ
ペンタジエニルマグネシウム５．０ｓｃｃｍを流し、ｐ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎクラッド層４７を１．０μｍ積層
し、ＡｌＧａＮ層４６をアンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層
４７で埋め込んだレーザ構造を製造し、再び結晶成長を
終了する。
【００７７】その後、水素のガス供給ラインのバルブの
みを開け、圧力７０Ｔｏｒｒの水素雰囲気中でＳｉＣ
（０００１）基板４０の温度を７００℃に設定し、１時
間アニールを行い、ｐ型のドーパントであるマグネシウ
ムを活性化する。アニール終了後、ＳｉＣ（０００１）
基板４０の温度を室温まで戻し、レーザ構造４８が積層
されたＳｉＣ（０００１）基板４０をリアクター７４の
外へ取り出す。
【００７８】最後にレーザ構造５０が積層されたＳｉＣ
基板４０に対して、基板５０裏面にインジウム４８、ｐ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層４６の表面に厚さ１００
０ÅのNi/Au４９を蒸着させ、基板４０をキャビティ長
１ｍｍにへき開してレーザを完成させる。
【００７９】本発明の、上記レーザの特性を以下に述べ
る。まず電気的特性について述べる。ｐ型及びｎ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層４６、４２のキャリア密度は１
×１０18／ｃｍ3、移動度はｐ型及びｎ型Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎクラッド層４６、４２それぞれ１０ｃｍ2／Ｖ・
ｓ、２５０ｃｍ2／Ｖ・ｓであり、十分抵抗率の小さい
ｐ型及びｎ型クラッド層４６、４２が製造されている。
また、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層４６とNi/Au４
９の間でオーム性接触が実現し、さらに裏面のｎ型Ｓｉ
Ｃ基板４０とインジウム４８との間にもオーム性接触が
実現している。
【００８０】次に光学的特性について述べる。レーザの
発振波長は４１０ｎｍである。埋め込み層４７にクラッ
ド層４６よりも屈折率の小さなＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層を用
いているので電流を注入する部分と注入しない部分との
間の、横方向の実効屈折率差が０．０５と大きくなり、
単一横モード発振を実現する。端面の反射率はフロン
ト、リアとも２２％である。またレーザ＃の内部損失は
５ｃｍ-1、共振器における損失は２０ｃｍ-1である。さ
らにしきい値電流密度は８００ｃｍ2／Ｖ・ｓと、従来
より知られているレーザのしきい値電流密度の１／５で
ある。
【００８１】本発明のレーザは、ＡｌＧａＮの埋め込み
層を用いているので、電流狭窄が容易であり、従来のレ
ーザに比べてｐ型またはｎ型クラッド層における電流拡
がりが小さくなり、その結果しきい値電流密度が低下す
るのである。また、ダミー層であるＡｌＮを除去するの
にドライエッチングを用いていないのでレーザとしての
内部損失が小さくなり、それがしきい値電流密度の低下
につながるのである。
【００８２】埋め込み層であるＡｌＧａＮ層４７は、Ａ
ｌＧａＮ層４６よりもＡｌの組成が大きく屈折率が小さ
いので、レーザ光もＡｌＧａＮ層４６の方へ閉じ込めら
れることになり、屈折率導波を実現できる。
【００８３】（実施の形態５）まず最初に有機溶媒によ
る洗浄及び前処理を施され、ｎ型ＳｉＣ（０００１）基
板５１を炭素製の基板ホルダ６６上に置き、リアクター
７４内に投入する。
【００８４】次に成長室内を圧力７０Ｔｏｒｒの水素で
満たし、水素雰囲気中でｎ型ＳｉＣ（０００１）基板５
１を炭素製の基板ホルダ６６ごとヒータ６７で１０９０
℃まで加熱し、表面に付着している吸着ガスや酸化物、
水分子等を取り除く。その後ＳｉＣ（０００１）基板５
１の温度を５４０℃まで下げ、トリメチルアルミニウ
ム、アンモニア、シランのガス供給ラインのバルブ７
０、７１、７２を開け、トリメチルアルミニウム５．５
ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉｎ、シラン１２．
５ｓｃｃｍを流し、ｎ型ＡｌＮバッファ層５２を３００
Å積層する。
【００８５】次に層厚４１４Åのｎ型ＡｌＮ５３、層厚
３５５Åのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ５４を交互に２０回繰
り返して作製したｎ型の導電性を持つミラー５６の作製
について述べる。ｎ型ＡｌＮ５３の層厚を４１４Å、ｎ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ５４の層厚を３５５Åにとるのは、
それぞれの層厚が、層内での発振波長の１／４であり、
活性層で発生するレーザ光に対する反射率が最大になる
からである。ｎ型ＧａＮバッファ層５２を積層した後、
ＳｉＣ（０００１）基板５１の温度を１０３０℃まで上
げ、トリメチルアルミニウム、アンモニア、シランのガ
ス供給ラインのバルブ７０、７１、７２を開け、トリメ
チルアルミニウム８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ
／ｍｉｎ、シラン１２．５ｓｃｃｍを流し、ｎ型ＡｌＮ
層＃を４１４Å積層する。次にトリメチルガリウム、ト
リメチルアルミニウム、アンモニア、シランのガス供給
ラインのバルブ６９、７０、７１、７２を開け、トリメ
チルガリウム２．７ｓｃｃｍ、トリメチルアルミニウム
８．７ｓｃｃｍ、アンモニア２．５ｌ／ｍｉｎ、シラン
１２．５ｓｃｃｍを流し、ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層５４
を３５５Å積層する。このｎ型ＡｌＮ層５３とｎ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ層５４とを交互に２０回繰り返して成長
し、ｎ型ＡｌＮ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎミラー５６を作製す
る。
【００８６】続いて、ＧａＮ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎダブル
ヘテロ構造５７、５８、５９の作製について述べる。ｎ
型ＡｌＮ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎミラー５６を作製した後、
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモ
ニア、シランのガス供給ラインのバルブ６９、７０、７
１、７２を開け、トリメチルガリウム２．７ｓｃｃｍ、
トリメチルアルミニウム８．７ｓｃｃｍ、アンモニア
２．５ｌ／ｍｉｎ、シラン１２．５ｓｃｃｍを流し、ｎ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ光ガイド層５７を２０００Å積層す
る。続いてトリメチルアルミニウム及びシランのガス供
給ラインのバルブを閉じ、トリメチルガリウムの流量を
５．５ｓｃｃｍとし、アンドープＧａＮ活性層５８を１
０００Å積層する。その後、トリメチルガリウム、トリ
メチルアルミニウム、アンモニア、シクロペンタジフェ
ニルマグネシウムのガス供給ラインのバルブ６９、７
０、７１、７２を開け、トリメチルガリウム２．７ｓｃ
ｃｍ、トリメチルアルミニウム８．７ｓｃｃｍ、アンモ
ニア２．５ｌ／ｍｉｎ、シクロペンタジフェニルマグネ
シウム５．０ｓｃｃｍを流し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ光
ガイド層５９を２０００Å積層する。
【００８７】その後、水素のガス供給ラインのバルブの
みを開け、圧力７０Ｔｏｒｒの水素雰囲気中でＳｉＣ
（０００１）基板５１の温度を７００℃に設定し、１時
間アニールを行い、ｐ型のドーパントであるマグネシウ
ムを活性化する。アニール終了後、ＳｉＣ（０００１）
基板５１の温度を室温まで戻し、ＳｉＣ（０００１）基
板５１をリアクター７４の外へ取り出す。
【００８８】有機金属気相エピタキシャル成長装置より
取り出した基板を、今度は今度は成長室８０内の真空度
を１０-10Ｔｏｒｒにし、モリブデンブロック７６に貼
り付けられたｎ型ＳｉＣ（０００１）基板５１を６００
℃まで加熱し、表面に付着している吸着ガスや酸化物、
水分子等を取り除く。その後、基板の温度を３００℃ま
で下げ、８００℃にまで加熱されたＭｇＳ及びＭｇＳｅ
のセル７８、７９を開け、それぞれ交互に５Ｘ１０-7Ｔ
ｏｒｒのビームフラックスを基板５１に照射し、層厚４
００Åのｐ型ＭｇＳ６０、層厚３５０Åのｐ型ＭｇＳｅ
６１を交互に２０回繰り返して作製し、ｐ型ミラーＭｇ
Ｓ／ＭｇＳｅ６２を製造し、再び結晶成長を終了する。
その後基板８０の外へ取り出す。
【００８９】ＳｉＣ（０００１）基板５１を外へ取り出
した後、直径１０μｍのマスクをかけ、厚さ１０００Å
のＳｉＯ2マスクをかぶせる。その後基板５１を重クロ
ム酸カリウムを用いてＳｉＯ2マスクをかぶせていない
部分のｐ型ＭｇＳ／ＭｇＳｅミラー６２をすべて取り除
く。
【００９０】最後にレーザ構造が積層されたＳｉＣ（０
００１）基板５１に対して、基板５１裏面にインジウム
６３、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ光ガイド層５９の表面に厚
さ１０００ÅのAu/Ni６４を蒸着させ、基板５１をへき
開して面発光レーザを完成させる。
【００９１】本発明の、上記面発光レーザの特性を以下
に述べる。まず電気的特性について述べる。ｐ型及びｎ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ光ガイド層５９、５７のキャリア密
度は１×１０18／ｃｍ3、ｎ型ＡｌＮ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎミラー５６のキャリア密度は１×１０18／ｃｍ3であ
り、移動度はｐ型及びｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ光ガイド層
５９、５７、ｎ型ＡｌＮ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎミラー５６
がそれぞれ１０ｃｍ2／Ｖ・ｓ、２５０ｃｍ2／Ｖ・ｓ、
２５０ｃｍ2／Ｖ・ｓであり、十分抵抗率の小さいｐ型
及びｎ型光ガイド層５９、５７、ｎ型及びｐ型ミラー５
６が作製されている。また、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ光ガ
イド層５９とNi/Au６４の間でオーム性接触が実現し、
さらに裏面のｎ型ＳｉＣ基板５１とインジウム６３との
間にもオーム性接触が実現している。
【００９２】次に光学的特性について述べる。面発光レ
ーザの発振波長は３６４ｎｍである。ｎ型ＡｌＮ／Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎミラー５６及びｐ型ＭｇＳ／ＭｇＳｅミラ
ー６２の反射率はそれぞれ９９％である。また面発光レ
ーザの活性層における損失は１０ｃｍ-1、共振器におけ
る損失は１０ｃｍ-1である。さらにしきい値キャリア密
度は１０19／ｃｍ3であり、従来より知られているサフ
ァイア（０００１）基板上に積層された面発光レーザと
比べて遜色がない。
【００９３】また、本発明の面発光レーザは導電性の基
板を用いているので、基板裏面を通して電流を流すこと
ができ、従来の面発光レーザに比べてミラー領域におけ
る電流拡がりが小さくなり、その結果しきい値電流密度
が低下する。また、ｐ型ミラーに成長温度の低いＭｇＳ
／ＭｇＳｅを用いており、さらにｐ型ミラーの除去に際
してドライエッチングは行っていないので、レーザ素子
に与える劣化などの影響は小さく、従来よりも信頼性の
高い面発光レーザが得られる。
【００９４】なお、また、ジャスト基板の代わりにＯＦ
Ｆ基板を用いても同様な結果が得られる。
【００９５】
【発明の効果】本発明の、レーザまたはＳＥＬ構造及び
その製造方法により、従来のレーザ構造よりもしきい値
電流が低下し、単一横モード閉じ込めが実現し、素子と
しての信頼性の高い、歩留まり率の良いものが得られる
ことが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における発光素子に
関する構造断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態における発光素子に
関する構造断面図
【図３】本発明の第３の実施の形態における発光素子に
関する構造断面図
【図４】本発明の第４の実施の形態における発光素子に
関する構造断面図
【図５】本発明の第５の実施の形態における発光素子に
関する構造断面図
【図６】本発明の半導体発光素子を製造する有機金属気
層エピタキシャル成長装置の構造断面図
【図７】本発明の半導体発光素子を製造する分子線エピ
タキシャル成長装置の構造断面図
【図８】本発明の半導体発光素子に関するプロセスを表
す図
【図９】従来の半導体発光素子に関する構造断面図
【図１０】従来の面発光レーザに関する構造断面図
【図１１】本発明の実施の形態における発光素子の構造
断面図
【図１２】本発明の実施の形態における発光素子の製造
工程断面図
【符号の説明】
８ アンドープＡｌＮ層 ２０ ｐ型ＡｌＮ層 ２１ アンドープＡｌＮ層 ２２ ｐ型ＡｌＮ層 ３５ アンドープＭｇＳ層 ４７ アンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層 ６２ ＭｇＳｅ／ＭｇＳミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】サファイア基板と、前記サファイア基板上
    に作製された、Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物より構
    成されるダブルヘテロ構造と、前記ダブルヘテロ構造の
    上に作製された電極と、電極のまわりをエッチングする
    ことによって作製したリッジまたはメサ構造と、前記リ
    ッジまたはメサ構造の側面を、前記ダブルヘテロ構造の
    実効屈折率よりも小さな、Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化
    合物で積層した埋め込み構造とを有することを特徴とす
    る半導体発光素子。
  2. 【請求項２】サファイア基板の代わりにＳｉＣ、Ｓｉ、
    ＺｎＯまたは酸化物基板基板を用いることを特徴とする
    請求項１記載の半導体発光素子。
  3. 【請求項３】サファイア基板と、前記サファイア基板上
    に作製された、Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物より構
    成されるダブルヘテロ構造と、前記ダブルヘテロ構造の
    上に作製された電極と、電極のまわりをエッチングする
    ことによって作製したリッジまたはメサ構造と、前記リ
    ッジまたはメサ構造の側面を、前記ダブルヘテロ構造の
    実効屈折率よりも小さなＩＩ−ＶＩ族化合物で積層した
    埋め込み構造とを有することを特徴とする半導体発光素
    子。
  4. 【請求項４】サファイア基板の代わりにＳｉＣ、Ｓｉ、
    ＺｎＯまたは酸化物基板基板を用いることを特徴とする
    請求項３記載の半導体発光素子。
  5. 【請求項５】サファイア基板と、前記サファイア基板上
    に作製された、Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物より構
    成されるダブルヘテロ構造と、前記ダブルヘテロ構造の
    上に作製された電極と、電極部分をエッチングすること
    によって作製したセルフアラインド構造と、前記セルフ
    アラインド構造の側面が、ＡｌＮからなる埋め込み構造
    とを有することを特徴とする半導体発光素子。
  6. 【請求項６】サファイア基板の代わりにＳｉＣ、Ｓｉ、
    ＺｎＯまたは酸化物基板基板を用いることを特徴とする
    請求項５記載の半導体発光素子。
  7. 【請求項７】サファイア基板と、前記サファイア基板上
    に作製された、Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物より構
    成されるダブルヘテロ構造と、前記ダブルヘテロ構造の
    上に作製された電極と、電極部分をエッチングし、その
    上にＮを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなる層を形成
    したセルフアラインド構造と、前記セルフアラインド構
    造の側面が、ＡｌＮからなる埋め込み構造とを有するこ
    とを特徴とする半導体発光素子。
  8. 【請求項８】サファイア基板の代わりにＳｉＣ、Ｓｉ、
    ＺｎＯまたは酸化物基板基板を用いることを特徴とする
    請求項７記載の半導体発光素子。
  9. 【請求項９】サファイア基板と、前記サファイア基板上
    に作製された、Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物より構
    成されるダブルヘテロ構造と、前記ダブルヘテロ構造の
    上に作製された電極と、電極部分をエッチングし、その
    上にＮを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物よりなる電流注入
    層を形成したセルフアラインド構造と、前記セルフアラ
    インド構造の側面が、ＡｌＮ層及びその上にＮを含有す
    る、前記電流注入層と同じ組成を有するＩＩＩ−Ｖ族化
    合物よりなる層から形成される埋め込み構造とを有する
    ことを特徴とする半導体発光素子。
  10. 【請求項１０】サファイア基板の代わりにＳｉＣ、Ｓ
    ｉ、ＺｎＯまたは酸化物基板基板を用いることを特徴と
    する請求項９記載の半導体発光素子。
  11. 【請求項１１】サファイア基板上に作製された、Ｎを含
    有するＩＩＩ−Ｖ族化合物より構成される、活性層から
    見て基板と反対側のクラッド層がＡｌＮであるダブルヘ
    テロ構造について、前記ダブルヘテロ構造の、電流を注
    入しない部分にＳｉＯ2を積層し、エッチングを用いて
    前記ＳｉＯ2が積層されていない部分のＡｌＮを除去す
    る。そのＡｌＮが除去された部分にＮを含有するＩＩＩ
    −Ｖ族化合物を結晶成長させ、埋め込みヘテロ構造を有
    する半導体発光素子を作製することを特徴とする半導体
    発光素子の製造方法。
  12. 【請求項１２】サファイア基板の代わりにＳｉＣ、Ｓ
    ｉ、ＺｎＯまたは酸化物基板基板を用いることを特徴と
    する請求項１１記載の半導体発光素子の製造方法。
  13. 【請求項１３】電流を注入しない部分に、ＳｉＯ2の代
    わりにＡｌ2Ｏ3等の酸化物を用いることを特徴とする請
    求項１１記載の半導体発光素子の製造方法。
  14. 【請求項１４】前記ＡｌＮを除去するのに水酸化カリウ
    ム等のアルカリ性水溶液によりウェットエッチングを行
    うことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
  15. 【請求項１５】Ａｌ及びＮを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合
    物より構成されるレーザ構造の、ＩＩＩ−Ｖ族化合物側
    の電流注入部分にＳｉＯ2またはＡｌ２Ｏ3等の酸化物を
    積層し、前記酸化物の積層されていない部分を水酸化カ
    リウム等のアルカリ性水溶液によりウェットエッチング
    することによってリッジまたはメサ構造を形成すること
    を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
  16. 【請求項１６】サファイア基板と、サファイア基板上に
    作製された、Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物より構成
    されるダブルヘテロ構造と、ＡｌＮ層中にＧａＮからな
    る厚さ１０００Å以下の層をはさんだ層を含む埋め込み
    構造を有することを特徴とする半導体発光素子。
  17. 【請求項１７】前記Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物よ
    り構成されるダブルヘテロ構造の代わりに面発光型レー
    ザ構造を有することを特徴とする請求項１６記載の半導
    体発光素子。
  18. 【請求項１８】サファイア基板と、前記サファイア基板
    上に作製された、Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物より
    構成される、活性層から見て基板と反対側のクラッド層
    がＡｌＮであるダブルヘテロ構造について、前記ＡｌＮ
    層中にＧａＮからなる厚さ１０００Å以下の層をはさ
    み、ダブルヘテロ構造の、電流を注入しない部分にＳｉ
    Ｏ2を積層し、エッチングを用いて前記ＳｉＯ2が積層さ
    れていない部分のＡｌＮを除去し、そのＡｌＮが除去さ
    れた部分にＮを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物を結晶成長
    させ、埋め込みヘテロ構造を有する半導体発光素子を作
    製することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
  19. 【請求項１９】電流を注入しない部分に、ＳｉＯ2の代
    わりにＡｌ2Ｏ3等の酸化物を用いることを特徴とする請
    求項１８記載の半導体発光素子の製造方法。
  20. 【請求項２０】前記ＡｌＮを除去するのに水酸化カリウ
    ム等のアルカリ性水溶液によりウェットエッチングを行
    うことを特徴とする、請求項１８記載の半導体発光素子
    の製造方法。
  21. 【請求項２１】前記Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物よ
    り構成されるダブルヘテロ構造の代わりに面発光型レー
    ザ構造に対して行うことを特徴とする請求項１８記載の
    半導体発光素子の製造方法。
  22. 【請求項２２】サファイア基板と、前記サファイア基板
    上に作製された、Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物より
    構成される、活性層から見て基板と反対側のクラッド層
    がＡｌＮであるダブルヘテロ構造について、前記ダブル
    ヘテロ構造の、電流を注入する部分にＳｉＯ2を積層
    し、エッチングを用いて前記ＳｉＯ2が積層されていな
    い部分のＡｌＮを除去し、そのＡｌＮが除去された部分
    にＮを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物を結晶成長させ、Ｓ
    ｉＯ2を除去した後、今度は前記ダブルヘテロ構造の、
    電流を注入する部分にＳｉＯ2を積層し、エッチングを
    用いて前記ＳｉＯ2が積層されていない部分のＡｌＮを
    除去し、そのＡｌＮが除去された部分に、前記Ｎを含有
    するＩＩＩ−Ｖ族化合物よりも屈折率の大きい、Ｎを含
    有するＩＩＩ−Ｖ族化合物を結晶成長させ、埋め込みヘ
    テロ構造を有する半導体発光素子を作製することを特徴
    とする半導体発光素子の作製方法。
  23. 【請求項２３】前記ＡｌＮを除去するのに水酸化カリウ
    ム等のアルカリ性水溶液によりウェットエッチングを行
    うことを特徴とする請求項２２記載の半導体発光素子の
    製造方法。
  24. 【請求項２４】活性層から見て基板と反対側のクラッド
    層がＡｌＮであるダブルヘテロ構造について、前記Ａｌ
    Ｎ層中にＧａＮからなる厚さ１０００Å以下の層をはさ
    み、ダブルヘテロ構造の、電流を注入しない部分にＳｉ
    Ｏ2を積層し、エッチングを用いて前記ＳｉＯ2が積層さ
    れていない部分のＡｌＮを除去することを特徴とする請
    求項２２記載の半導体発光素子の製造方法。
  25. 【請求項２５】前記Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物よ
    り構成されるダブルヘテロ構造の代わりに面発光型レー
    ザ構造に対して行うことを特徴とする請求項２２記載の
    半導体発光素子の製造方法。
  26. 【請求項２６】エッチングしない部分に対する、Ｎを含
    有するＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶成長と、エッチングす
    る部分に対する、Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物を結
    晶成長させる順序を逆にすることを特徴とする請求項２
    ２記載の半導体発光素子の作製方法。
  27. 【請求項２７】前記Ｎを含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物よ
    り構成されるダブルヘテロ構造の代わりに面発光型レー
    ザ構造に対して行うことを特徴とする請求項２６記載の
    半導体発光素子の製造方法。
  28. 【請求項２８】サファイア基板と、前記サファイア基板
    上に作製された、Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物からなる
    面発光型レーザ構造において、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導
    体の積層構造によって構成される、アンドープまたはｐ
    型ミラーを有することを特徴とする半導体発光素子。
  29. 【請求項２９】前記アンドープまたはｐ型ミラーにおい
    て、ＭｇＳとＭｇＳｅの積層構造によって構成されるこ
    とを特徴とする請求項２８記載の半導体発光素子。
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