JPH09232681A - 窒化物系化合物半導体光素子 - Google Patents
窒化物系化合物半導体光素子Info
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- JPH09232681A JPH09232681A JP3457696A JP3457696A JPH09232681A JP H09232681 A JPH09232681 A JP H09232681A JP 3457696 A JP3457696 A JP 3457696A JP 3457696 A JP3457696 A JP 3457696A JP H09232681 A JPH09232681 A JP H09232681A
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- nitride
- cladding layer
- compound semiconductor
- based compound
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】窒化物系化合物半導体からなる光素子の製造に
おいて、光導波路を安全且つ制御性良く形成し、キャリ
ア及び光を有効に活性層に閉じ込められる光素子を作製
する。 【解決手段】側方に電流狭窄層１９が形成されるクラッ
ド層１８中にエッチング停止層７を新たに形成する。エ
ッチング停止層７は、クラッド層よりバンドギャップが
大きく且つキャリア濃度が異なるものとする。この場
合、エッチング停止層中のキャリア濃度は、これがｐ型
クラッド層８中のときは高く又ｎ型クラッド層４中のと
きは低くする。エッチング停止層の組成は、（ＡｌxＧ
ａ1-x)ＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）とす
る。
おいて、光導波路を安全且つ制御性良く形成し、キャリ
ア及び光を有効に活性層に閉じ込められる光素子を作製
する。 【解決手段】側方に電流狭窄層１９が形成されるクラッ
ド層１８中にエッチング停止層７を新たに形成する。エ
ッチング停止層７は、クラッド層よりバンドギャップが
大きく且つキャリア濃度が異なるものとする。この場
合、エッチング停止層中のキャリア濃度は、これがｐ型
クラッド層８中のときは高く又ｎ型クラッド層４中のと
きは低くする。エッチング停止層の組成は、（ＡｌxＧ
ａ1-x)ＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物系化合物半導
体の多層構造により構成される発光素子に係り、特に、
紫外領域から可視領域にかけての発光，位相の揃った光
によるレーザ発振する窒化物系化合物半導体発光ダイオ
ードおよび半導体レーザダイオードの窒化物系化合物半
導体発光素子に関する。
体の多層構造により構成される発光素子に係り、特に、
紫外領域から可視領域にかけての発光，位相の揃った光
によるレーザ発振する窒化物系化合物半導体発光ダイオ
ードおよび半導体レーザダイオードの窒化物系化合物半
導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮを中心とする窒化物系化合物半導
体は全ての組成領域で直接遷移型の大きなバンドギャッ
プエネルギを有する半導体材料であるため、次世代の短
波長発光素子材料として強く期待されている。しかし、
この化合物半導体は非常に大きな結合エネルギを持つ強
固な材料である。このため、従来のIII −Ｖ族化合物半
導体であるＧａＡｓ等に比べ、エッチング液を用いた形
状加工が容易にできないという問題がある。
体は全ての組成領域で直接遷移型の大きなバンドギャッ
プエネルギを有する半導体材料であるため、次世代の短
波長発光素子材料として強く期待されている。しかし、
この化合物半導体は非常に大きな結合エネルギを持つ強
固な材料である。このため、従来のIII −Ｖ族化合物半
導体であるＧａＡｓ等に比べ、エッチング液を用いた形
状加工が容易にできないという問題がある。
【０００３】窒化物系化合物による半導体レーザを考慮
した場合、活性層への有効な注入キャリアの閉じ込め，
活性層面内での光の閉じ込めおよび横モード制御を有効
に行うためには、クラッド層へ光導波路構造を作り付け
ることが必須である。現在、この窒化物系化合物半導体
のエッチング液としては、熱隣酸が知られている。しか
し、熱隣酸によるエッチングは、液温度を約１５０度以
上にしなければならないことや温度に対しエッチング速
度が線形でないことなど制御性の点に問題があった。さ
らに、１５０℃の高温は安全性の観点からも問題があっ
た。このように、窒化物系化合物半導体は強固な材料で
あり、エッチング量の制御性も難しいため、光導波路構
造等を作り付け形状を制御することが困難であった。
した場合、活性層への有効な注入キャリアの閉じ込め，
活性層面内での光の閉じ込めおよび横モード制御を有効
に行うためには、クラッド層へ光導波路構造を作り付け
ることが必須である。現在、この窒化物系化合物半導体
のエッチング液としては、熱隣酸が知られている。しか
し、熱隣酸によるエッチングは、液温度を約１５０度以
上にしなければならないことや温度に対しエッチング速
度が線形でないことなど制御性の点に問題があった。さ
らに、１５０℃の高温は安全性の観点からも問題があっ
た。このように、窒化物系化合物半導体は強固な材料で
あり、エッチング量の制御性も難しいため、光導波路構
造等を作り付け形状を制御することが困難であった。
【０００４】これに対し、窒化物系化合物半導体を安全
に制御性良くエッチングする方法として、アルカリ系の
水溶液を用いた光エッチングが報告されている（第５６
回応用物理学会学術講演会，２７ｐ−ＺＥ−１６，渡辺
他）。これは、窒化物系化合物半導体の禁制帯幅よりも
大きな光をアルカリ水溶液中の半導体結晶表面に照射す
ることでエッチングを行うものであった。
に制御性良くエッチングする方法として、アルカリ系の
水溶液を用いた光エッチングが報告されている（第５６
回応用物理学会学術講演会，２７ｐ−ＺＥ−１６，渡辺
他）。これは、窒化物系化合物半導体の禁制帯幅よりも
大きな光をアルカリ水溶液中の半導体結晶表面に照射す
ることでエッチングを行うものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、非常
に強固である窒化物系化合物半導体による光導波路構造
を安全且つ、制御性良く作り付け、活性層でのキャリア
の閉じ込め，光の閉じ込めおよび横モード制御を有効に
行った窒化物系化合物半導体による発光ダイオードおよ
びレーザダイオードを実現することにある。
に強固である窒化物系化合物半導体による光導波路構造
を安全且つ、制御性良く作り付け、活性層でのキャリア
の閉じ込め，光の閉じ込めおよび横モード制御を有効に
行った窒化物系化合物半導体による発光ダイオードおよ
びレーザダイオードを実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はエッチング停止層を第２のクラッド層中に
形成する手段を取る。
に、本発明はエッチング停止層を第２のクラッド層中に
形成する手段を取る。
【０００７】第１の手段としてエッチング停止層は、
（１）クラッド層よりもバンドギャップが大きく且つキ
ャリア濃度が異なる、（２）キャリア濃度のみが異なる
ものとする。
（１）クラッド層よりもバンドギャップが大きく且つキ
ャリア濃度が異なる、（２）キャリア濃度のみが異なる
ものとする。
【０００８】第２の手段として、（３）クラッド層より
もバンドギャップが大きく且つドナー，アクセプタを添
加しキャリアを補償する、（４）ドナー，アクセプタを
添加しキャリアを補償するものとする。
もバンドギャップが大きく且つドナー，アクセプタを添
加しキャリアを補償する、（４）ドナー，アクセプタを
添加しキャリアを補償するものとする。
【０００９】第３の手段として、（５）クラッド層より
もバンドギャップが大きく且つ不純物を添加しない、
（６）不純物を添加しないものとする。
もバンドギャップが大きく且つ不純物を添加しない、
（６）不純物を添加しないものとする。
【００１０】第１の手段で、エッチング停止層は、
（７）ｐ型クラッド層中に形成する場合は、キャリア濃
度を高くしたｐ型層、（８）ｎ型クラッド層中に形成す
る場合には、キャリア濃度を低いｎ型層とする。
（７）ｐ型クラッド層中に形成する場合は、キャリア濃
度を高くしたｐ型層、（８）ｎ型クラッド層中に形成す
る場合には、キャリア濃度を低いｎ型層とする。
【００１１】そして、（９）これらエッチング停止層
は、（ＡｌxＧａ1-x)ＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１）とする。
は、（ＡｌxＧａ1-x)ＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１）とする。
【００１２】以上、これらエッチング停止層を備えた窒
化物系化合物半導体発光素子は、（１０）発光ダイオー
ドまたは（１１）半導体レーザダイオードとする。
化物系化合物半導体発光素子は、（１０）発光ダイオー
ドまたは（１１）半導体レーザダイオードとする。
【００１３】次に、以上の手段を取る理由について説明
する。
する。
【００１４】まず、アルカリ水溶液中を用いた窒化物半
導体の光照射エッチング法で、第２のクラッド層中に形
成するエッチング停止層のバンドギャップをクラッド層
よりも大きくすることについて説明する。クラッド層の
バンドギャップエネルギよりも大きく、エッチング停止
層よりも低いエネルギを持った光を照射した場合、クラ
ッド層では価電子帯に束縛されていた電子が光の吸収に
よって伝導帯に励起される光導電効果が起こる。このた
め、熱平衡状態に比べ自由電子数が増大し、クラッド層
のみが選択的にエッチングされる。
導体の光照射エッチング法で、第２のクラッド層中に形
成するエッチング停止層のバンドギャップをクラッド層
よりも大きくすることについて説明する。クラッド層の
バンドギャップエネルギよりも大きく、エッチング停止
層よりも低いエネルギを持った光を照射した場合、クラ
ッド層では価電子帯に束縛されていた電子が光の吸収に
よって伝導帯に励起される光導電効果が起こる。このた
め、熱平衡状態に比べ自由電子数が増大し、クラッド層
のみが選択的にエッチングされる。
【００１５】次に、クラッド層と同導電型でキャリア濃
度のみが異なるエッチング停止層をクラッド層中に形成
した場合の作用について説明する。先ず、エッチング停
止層をｎ型の低キャリア濃度にした場合について述べ
る。キャリア濃度が低いｎ型のエッチング停止層では、
停止層のバンドギャップエネルギよりも大きなエネルギ
を持つ光を照射した場合、同導電型で高濃度なクラッド
層に比べ、光導電効果による自由電子数が少ない。この
結果、クラッド層とエッチング停止層のエッチング速度
に大きな選択比を取ることができるために制御性良く任
意の光導波路構造を形成することができる。これに対
し、エッチング停止層をｐ型にする場合には、束縛され
ている電子数が少なくなるように高濃度のキャリア濃度
にする。この結果、ｐ型クラッドよりも高キャリア濃度
であるｐ型エッチング停止層では光導電効果による自由
電子数が少ないために、エッチング速度が低下する。こ
の結果、ｎ型の場合と同様にクラッド層とエッチング停
止層との間では、エッチング速度の大きな選択比を取る
ことができき、制御性良く任意の光導波路構造を形成す
ることができる。
度のみが異なるエッチング停止層をクラッド層中に形成
した場合の作用について説明する。先ず、エッチング停
止層をｎ型の低キャリア濃度にした場合について述べ
る。キャリア濃度が低いｎ型のエッチング停止層では、
停止層のバンドギャップエネルギよりも大きなエネルギ
を持つ光を照射した場合、同導電型で高濃度なクラッド
層に比べ、光導電効果による自由電子数が少ない。この
結果、クラッド層とエッチング停止層のエッチング速度
に大きな選択比を取ることができるために制御性良く任
意の光導波路構造を形成することができる。これに対
し、エッチング停止層をｐ型にする場合には、束縛され
ている電子数が少なくなるように高濃度のキャリア濃度
にする。この結果、ｐ型クラッドよりも高キャリア濃度
であるｐ型エッチング停止層では光導電効果による自由
電子数が少ないために、エッチング速度が低下する。こ
の結果、ｎ型の場合と同様にクラッド層とエッチング停
止層との間では、エッチング速度の大きな選択比を取る
ことができき、制御性良く任意の光導波路構造を形成す
ることができる。
【００１６】これらの作用は、エッチング停止層にドナ
ー，アクセプタの両方を添加することによっても可能で
ある。ドナーとアクセプタを同程度添加することによ
り、キャリアが補償される。その結果、光吸収が起きて
も発生する自由電子数は少なくなる。
ー，アクセプタの両方を添加することによっても可能で
ある。ドナーとアクセプタを同程度添加することによ
り、キャリアが補償される。その結果、光吸収が起きて
も発生する自由電子数は少なくなる。
【００１７】また、エッチング停止層のみ不純物を添加
しないことによっても、光電効果による自由電子の発生
量を同様におさえることができる。そして、これらエッ
チング停止層は、（ＡｌxＧａ1-x)ＩｎyＮ（但し、０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から構成するものとする。
しないことによっても、光電効果による自由電子の発生
量を同様におさえることができる。そして、これらエッ
チング停止層は、（ＡｌxＧａ1-x)ＩｎyＮ（但し、０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から構成するものとする。
【００１８】このように、これらのエッチング停止層を
用いた光導波路の形成によって、光の閉じ込め，キャリ
アの閉じ込めおよび横モードを制御した窒化物半導体か
らなる発光ダイオードおよびレーザダイオードを安全に
制御性良く形成することができる。
用いた光導波路の形成によって、光の閉じ込め，キャリ
アの閉じ込めおよび横モードを制御した窒化物半導体か
らなる発光ダイオードおよびレーザダイオードを安全に
制御性良く形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】まず、本発明であるエッチング停
止層を備えた窒化物系化合物半導体による発光ダイオー
ドおよび半導体レーザ素子の製造方法について説明す
る。
止層を備えた窒化物系化合物半導体による発光ダイオー
ドおよび半導体レーザ素子の製造方法について説明す
る。
【００２０】〈実施例１〉はじめに、本発明の第１の実
施例である窒化物系化合物半導体による発光ダイオード
について図１ないし図４を用いて説明する。原料には、
有機金属原料およびアンモニアガスを用いた。
施例である窒化物系化合物半導体による発光ダイオード
について図１ないし図４を用いて説明する。原料には、
有機金属原料およびアンモニアガスを用いた。
【００２１】図１にサファイア基板上に窒化物系化合物
半導体層からなるダブルヘテロ構造を成長した試料の断
面図を示す。まず、有機金属気相成長法によりサファイ
ア基板１上に成長温度５００℃にてＧａＮバッファ層２
（厚さ２０ｎｍ）を成長後、１０００℃でｎ−ＧａＮコ
ンタクト層３（厚さ３μｍ，ｎ＝３×１０18cm-3），ｎ
−ＧａＮクラッド層４(厚さ２.５μｍ，ｎ＝１×１０18
cm-3），ＺｎドープＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ活性層５(厚さ０.
１μｍ，ｐ＝１×１０18cm-3），ｐ−ＧａＮクラッド層
６（厚さ０.２５μｍ，ｐ＝５×１０17cm-3)，ｐ−Ｇａ
0.9Ｉｎ0.1Ｎエッチング停止層７(厚さ０.０８μｍ，ｐ
＝５×１０18cm-3），ｐ−ＧａＮクラッド層８(厚さ２.
２５μｍ，ｎ＝５×１０17cm-3）およびｐ−ＧａＮコン
タクト層９（厚さ０.５μｍ，ｎ＝３×１０18cm-3）を
順次結晶成長した。
半導体層からなるダブルヘテロ構造を成長した試料の断
面図を示す。まず、有機金属気相成長法によりサファイ
ア基板１上に成長温度５００℃にてＧａＮバッファ層２
（厚さ２０ｎｍ）を成長後、１０００℃でｎ−ＧａＮコ
ンタクト層３（厚さ３μｍ，ｎ＝３×１０18cm-3），ｎ
−ＧａＮクラッド層４(厚さ２.５μｍ，ｎ＝１×１０18
cm-3），ＺｎドープＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ活性層５(厚さ０.
１μｍ，ｐ＝１×１０18cm-3），ｐ−ＧａＮクラッド層
６（厚さ０.２５μｍ，ｐ＝５×１０17cm-3)，ｐ−Ｇａ
0.9Ｉｎ0.1Ｎエッチング停止層７(厚さ０.０８μｍ，ｐ
＝５×１０18cm-3），ｐ−ＧａＮクラッド層８(厚さ２.
２５μｍ，ｎ＝５×１０17cm-3）およびｐ−ＧａＮコン
タクト層９（厚さ０.５μｍ，ｎ＝３×１０18cm-3）を
順次結晶成長した。
【００２２】ここで、第２のクラッド層がｎ型の場合に
は、エッチング停止層７のキャリア濃度はクラッド層よ
り低くする、そして、ドナーとアクセプタを同時に添加
しキャリアを補償する、また、不純物を添加しない、の
いずれかの場合でも同様な効果を得ることができる。
は、エッチング停止層７のキャリア濃度はクラッド層よ
り低くする、そして、ドナーとアクセプタを同時に添加
しキャリアを補償する、また、不純物を添加しない、の
いずれかの場合でも同様な効果を得ることができる。
【００２３】ダブルヘテロ構造を成長後、図２に示すよ
うに、エッチングマスクとなる酸化膜１０(厚さ０.５μ
ｍ）を熱ＣＶＤ法およびホトリソグラフィ技術によりｐ
−ＧａＮコンタクト層９上に形成した。そして、Ｈ2Ｏ2
とＫＯＨとを混合したエッチング液中に図１に示したダ
ブルヘテロ構造の試料を浸積し、Ｈｅ−Ｘｅランプを試
料表面に照射することによってクラッド層の選択エッチ
ングを行った。
うに、エッチングマスクとなる酸化膜１０(厚さ０.５μ
ｍ）を熱ＣＶＤ法およびホトリソグラフィ技術によりｐ
−ＧａＮコンタクト層９上に形成した。そして、Ｈ2Ｏ2
とＫＯＨとを混合したエッチング液中に図１に示したダ
ブルヘテロ構造の試料を浸積し、Ｈｅ−Ｘｅランプを試
料表面に照射することによってクラッド層の選択エッチ
ングを行った。
【００２４】Ｈｅ−Ｘｅランプからの放射スペクトルに
は、波長２９７ｎｍ，３１３ｎｍ，３６５ｎｍ，４０５
ｎｍおよび４３６ｎｍに強い５ピークを有する。中で
も、波長３１３ｎｍおよび３６５ｎｍが最も強いピーク
である。このため、ｐ−ＧａＮコンタクト層９およびｐ
−ＧａＮクラッド層８は、波長３６５ｎｍの光を吸収す
るため、価電子帯に束縛されていた電子が伝導帯に励起
される光導電効果を生じ、熱平衡状態に比べ自由電子数
が増大する。このため、この多量な電子の作用によって
ｐ−ＧａＮコンタクト層９およびｐ−ＧａＮクラッド層
８は選択的にエッチングされる。
は、波長２９７ｎｍ，３１３ｎｍ，３６５ｎｍ，４０５
ｎｍおよび４３６ｎｍに強い５ピークを有する。中で
も、波長３１３ｎｍおよび３６５ｎｍが最も強いピーク
である。このため、ｐ−ＧａＮコンタクト層９およびｐ
−ＧａＮクラッド層８は、波長３６５ｎｍの光を吸収す
るため、価電子帯に束縛されていた電子が伝導帯に励起
される光導電効果を生じ、熱平衡状態に比べ自由電子数
が増大する。このため、この多量な電子の作用によって
ｐ−ＧａＮコンタクト層９およびｐ−ＧａＮクラッド層
８は選択的にエッチングされる。
【００２５】ここで、ｐ−Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎエッチング
停止層７は、波長３６５ｎｍの光に対し吸収が起こらな
い。また、波長４０５ｎｍおよび４３６ｎｍの弱い光を
吸収したとしても、クラッド層８に比べエッチング停止
層７のキャリア濃度は高濃度のｐ型になっているために
光電効果作用が少ない。このため、クラッド層とエッチ
ング停止層との間では大きなエッチング量の選択比を取
ることができ、図２に示すように任意のクラッド層の厚
さを残し幅５μｍの光導波路構造を形成することができ
る。
停止層７は、波長３６５ｎｍの光に対し吸収が起こらな
い。また、波長４０５ｎｍおよび４３６ｎｍの弱い光を
吸収したとしても、クラッド層８に比べエッチング停止
層７のキャリア濃度は高濃度のｐ型になっているために
光電効果作用が少ない。このため、クラッド層とエッチ
ング停止層との間では大きなエッチング量の選択比を取
ることができ、図２に示すように任意のクラッド層の厚
さを残し幅５μｍの光導波路構造を形成することができ
る。
【００２６】次に、光導波路構造を形成後、図３に示す
ように、再び有機金属気相成長法によって、ｎ−ＧａＮ
電流狭窄層１１(厚さ２.８μｍ，ｎ＝３×１０18cm-3）
を成長し、酸化膜１０を除去後、ｐ−ＧａＮ埋込層１２
(厚さ１μｍ,ｎ＝３×１０18cm-3）を成長した。その
後、再度、熱ＣＶＤ法およびホトリソグラフィ技術によ
りｐ−ＧａＮ埋込層１２上にエッチングマスクとなる酸
化膜１０(厚さ０.５μm)を形成し（図３）、熱燐酸系エ
ッチング液を用いて図４に示すようにｎ−ＧａＮコンタ
クト層３までエッチングを行った。このときのエッチン
グはウエット，ＲＩＥ，ＲＩＢＥ，イオンミリング等、
方法を問わない。このエッチングは表面からｎ−ＧａＮ
クラッド層４まで完全に除去し、ｎ−ＧａＮコンタクト
層３の途中で止まるようにする。
ように、再び有機金属気相成長法によって、ｎ−ＧａＮ
電流狭窄層１１(厚さ２.８μｍ，ｎ＝３×１０18cm-3）
を成長し、酸化膜１０を除去後、ｐ−ＧａＮ埋込層１２
(厚さ１μｍ,ｎ＝３×１０18cm-3）を成長した。その
後、再度、熱ＣＶＤ法およびホトリソグラフィ技術によ
りｐ−ＧａＮ埋込層１２上にエッチングマスクとなる酸
化膜１０(厚さ０.５μm)を形成し（図３）、熱燐酸系エ
ッチング液を用いて図４に示すようにｎ−ＧａＮコンタ
クト層３までエッチングを行った。このときのエッチン
グはウエット，ＲＩＥ，ＲＩＢＥ，イオンミリング等、
方法を問わない。このエッチングは表面からｎ−ＧａＮ
クラッド層４まで完全に除去し、ｎ−ＧａＮコンタクト
層３の途中で止まるようにする。
【００２７】その後、酸化膜およびホトリソグラフィ技
術を用いて電子ビーム蒸着法およびリフトオフにてｐ側
電極１３，ｎ側電極１４を形成後、チップ化し、図３に
示すようにエッチング停止層を備えた窒化物半導体から
なる発光ダイオード素子とした。
術を用いて電子ビーム蒸着法およびリフトオフにてｐ側
電極１３，ｎ側電極１４を形成後、チップ化し、図３に
示すようにエッチング停止層を備えた窒化物半導体から
なる発光ダイオード素子とした。
【００２８】その断面図を図４に示す。この発光ダイオ
ード素子で、電流注入を行ったところ強い発光が見られ
た。これは、光導波路構造および電流狭窄層を作り付け
た効果であり、これはキャリアの閉じ込めが有効に行わ
れていることを示している。その発光スペクトルは、電
流値２０ｍＡで波長４４０ｎｍであった。
ード素子で、電流注入を行ったところ強い発光が見られ
た。これは、光導波路構造および電流狭窄層を作り付け
た効果であり、これはキャリアの閉じ込めが有効に行わ
れていることを示している。その発光スペクトルは、電
流値２０ｍＡで波長４４０ｎｍであった。
【００２９】〈実施例２〉次に本発明の第２の実施例で
あるエッチング停止層を備えた窒化物系化合物からなる
半導体レーザ素子の製造法について図５，図６を用いて
説明する。
あるエッチング停止層を備えた窒化物系化合物からなる
半導体レーザ素子の製造法について図５，図６を用いて
説明する。
【００３０】図５は、アンドープ多重量子井戸構造を活
性層１５とするダブルヘテロ構造の断面図である。実施
例１と同様に、有機金属気相成長法によってサファイア
基板上に順次レーザ用ダブルヘテロ構造を成長した。
性層１５とするダブルヘテロ構造の断面図である。実施
例１と同様に、有機金属気相成長法によってサファイア
基板上に順次レーザ用ダブルヘテロ構造を成長した。
【００３１】まず、基板１上に成長温度５００℃にてＧ
ａＮバッファ層２（厚さ２０ｎｍ）を成長後、１０００
℃にてｐ−ＧａＮコンタクト層９（厚さ３μｍ，ｎ＝１
×１０18cm-3），ｐ−ＧａＮクラッド層８（厚さ２.５
μｍ，ｎ＝１×１０18cm-3)を形成した。次いでアンド
ープ多重量子井戸構造を活性層１５（井戸層Ｇａ0.9Ｉ
ｎ0.1Ｎ，厚さ５ｎｍ，障壁層ＧａＮ，厚さ３ｎｍ）を
形成し、さらに、ｎ−ＧａＮクラッド層４(厚さ０.２５
μｍ，ｎ＝５×１０17cm-3),ｎ−ＧａＮエッチング停止
層７(厚さ０.０５μｍ，ｎ＝７×１０16cm-3），ｎ−Ｇ
ａＮクラッド層１８(厚さ２.２５μｍ，ｎ＝５×１０17
cm-3）およびｎ−ＧａＮコンタクト層３（厚さ０.５μ
ｍ，ｎ＝２×１０18cm-3）を順次結晶成長した。
ａＮバッファ層２（厚さ２０ｎｍ）を成長後、１０００
℃にてｐ−ＧａＮコンタクト層９（厚さ３μｍ，ｎ＝１
×１０18cm-3），ｐ−ＧａＮクラッド層８（厚さ２.５
μｍ，ｎ＝１×１０18cm-3)を形成した。次いでアンド
ープ多重量子井戸構造を活性層１５（井戸層Ｇａ0.9Ｉ
ｎ0.1Ｎ，厚さ５ｎｍ，障壁層ＧａＮ，厚さ３ｎｍ）を
形成し、さらに、ｎ−ＧａＮクラッド層４(厚さ０.２５
μｍ，ｎ＝５×１０17cm-3),ｎ−ＧａＮエッチング停止
層７(厚さ０.０５μｍ，ｎ＝７×１０16cm-3），ｎ−Ｇ
ａＮクラッド層１８(厚さ２.２５μｍ，ｎ＝５×１０17
cm-3）およびｎ−ＧａＮコンタクト層３（厚さ０.５μ
ｍ，ｎ＝２×１０18cm-3）を順次結晶成長した。
【００３２】ここで、実施例１と同様に、第２のクラッ
ド層がｐ型の場合にはエッチング停止層７のキャリア濃
度はクラッド層より高くする、そして、ドナーとアクセ
プタを同時に添加しキャリアを補償する、また、不純物
を添加しない、さらに照射光のエネルギよりも大きなバ
ンドギャップエネルギを持ったエッチング停止層にす
る、のいずれかでも同様な効果を得ることができる。
ド層がｐ型の場合にはエッチング停止層７のキャリア濃
度はクラッド層より高くする、そして、ドナーとアクセ
プタを同時に添加しキャリアを補償する、また、不純物
を添加しない、さらに照射光のエネルギよりも大きなバ
ンドギャップエネルギを持ったエッチング停止層にす
る、のいずれかでも同様な効果を得ることができる。
【００３３】次に、実施例１と同様に、光導波路構造を
形成後、有機金属気相成長法によってｐ−ＧａＮ電流狭
窄層１９(厚さ２.８μｍ，ｐ＝１×１０18cm-3）および
ｎ−ＧａＮ埋込層２０（厚さ１μｍ，ｎ＝３×１０18cm
-3）を成長した。
形成後、有機金属気相成長法によってｐ−ＧａＮ電流狭
窄層１９(厚さ２.８μｍ，ｐ＝１×１０18cm-3）および
ｎ−ＧａＮ埋込層２０（厚さ１μｍ，ｎ＝３×１０18cm
-3）を成長した。
【００３４】その後、熱ＣＶＤ法およびホトリソグラフ
ィ技術によりｐ−ＧａＮ埋込層１２上にエッチングマス
クとなる酸化膜１０(厚さ０.５μｍ）を形成し、熱燐酸
系エッチング液を用いてｐ−ＧａＮコンタクト層９まで
エッチングを行った。
ィ技術によりｐ−ＧａＮ埋込層１２上にエッチングマス
クとなる酸化膜１０(厚さ０.５μｍ）を形成し、熱燐酸
系エッチング液を用いてｐ−ＧａＮコンタクト層９まで
エッチングを行った。
【００３５】本実施例では、エッチング停止層７は、ク
ラッド層１８とバンドギャップは等しく、キャリア濃度
のみが異なる場合である。このため、光を吸収したクラ
ッド層のキャリア濃度は高濃度であるために光電効果に
よる自由電子数が増加する。このため、エッチング停止
層７よりもクラッド層４でのエッチング速度が速くな
る。この結果、クラッド層とエッチング停止層との間で
は大きな選択比を取ることができ、任意の厚さを残して
クラッド層のみエッチングを行った。
ラッド層１８とバンドギャップは等しく、キャリア濃度
のみが異なる場合である。このため、光を吸収したクラ
ッド層のキャリア濃度は高濃度であるために光電効果に
よる自由電子数が増加する。このため、エッチング停止
層７よりもクラッド層４でのエッチング速度が速くな
る。この結果、クラッド層とエッチング停止層との間で
は大きな選択比を取ることができ、任意の厚さを残して
クラッド層のみエッチングを行った。
【００３６】その後、酸化膜およびホトリソグラフィ技
術を用いて電子ビーム蒸着法およびリフトオフにてｐ側
電極１３，ｎ側電極１４を形成後、共振器長６００μｍ
のレーザ素子にチップ化し、図６に示すようにエッチン
グ停止層を備えた窒化物半導体からなる半導体レーザ素
子とした。この後、素子の前面にλ／４（λ：発振波
長）の厚みのＡｌ2Ｏ3による低反射膜１６を、素子の後
面にＳｉＯ2 とａ−Ｓｉからなる４層膜による高反射膜
１７を形成した。
術を用いて電子ビーム蒸着法およびリフトオフにてｐ側
電極１３，ｎ側電極１４を形成後、共振器長６００μｍ
のレーザ素子にチップ化し、図６に示すようにエッチン
グ停止層を備えた窒化物半導体からなる半導体レーザ素
子とした。この後、素子の前面にλ／４（λ：発振波
長）の厚みのＡｌ2Ｏ3による低反射膜１６を、素子の後
面にＳｉＯ2 とａ−Ｓｉからなる４層膜による高反射膜
１７を形成した。
【００３７】このレーザ素子に電流注入を行ったとこ
ろ、電流値２０ｍＡ時にはピーク波長３６０ｎｍの強い
自然放出光スペクトルが見られた。さらに、注入電流量
を増加していくと、自然放出光スペクトル強度は強くな
ると同時にその半値幅も狭く変化していった。そして、
電流値６０ｍＡで誘導放出光が見られはじめ、閾値電流
６５ｍＡのレーザ発振が見られた。その時の発振波長
は、３５５ｎｍであった。
ろ、電流値２０ｍＡ時にはピーク波長３６０ｎｍの強い
自然放出光スペクトルが見られた。さらに、注入電流量
を増加していくと、自然放出光スペクトル強度は強くな
ると同時にその半値幅も狭く変化していった。そして、
電流値６０ｍＡで誘導放出光が見られはじめ、閾値電流
６５ｍＡのレーザ発振が見られた。その時の発振波長
は、３５５ｎｍであった。
【００３８】
【発明の効果】本発明により、非常に強固で従来から形
状加工制御が難しかった窒化物系化合物半導体層を、任
意の厚さおよび形状に安全且つ制御性よく加工すること
ができる。その結果、光の閉じ込め，キャリアの閉じ込
めおよび横モードの制御性が向上し、注入電流の無効電
流が低減され有効に消費される。このため、強い光強度
を持つ窒化物半導体による発光ダイオードおよび横モー
ド制御された低閾値の半導体レーザ発振を実現させるこ
とができる。
状加工制御が難しかった窒化物系化合物半導体層を、任
意の厚さおよび形状に安全且つ制御性よく加工すること
ができる。その結果、光の閉じ込め，キャリアの閉じ込
めおよび横モードの制御性が向上し、注入電流の無効電
流が低減され有効に消費される。このため、強い光強度
を持つ窒化物半導体による発光ダイオードおよび横モー
ド制御された低閾値の半導体レーザ発振を実現させるこ
とができる。
【図１】基板上に成長した発光ダイオード用ダブルヘテ
ロ構造の断面図。
ロ構造の断面図。
【図２】光導波路構造を形成した発光ダイオード用ダブ
ルヘテロ構造の断面図。
ルヘテロ構造の断面図。
【図３】光導波路構造形成後、電流狭窄構造を作り付け
た発光ダイオード用ダブルヘテロ構造の断面図。
た発光ダイオード用ダブルヘテロ構造の断面図。
【図４】本発明の第１の実施例である窒化物系化合物半
導体による発光ダイオード素子構造を示した説明図。
導体による発光ダイオード素子構造を示した説明図。
【図５】基板上に成長した半導体レーザダイオード用ダ
ブルヘテロ構造の断面図。
ブルヘテロ構造の断面図。
【図６】本発明の第２の実施例である窒化物系化合物半
導体による半導体レーザ素子構造を示した説明図。
導体による半導体レーザ素子構造を示した説明図。
１…サファイア基板、２…バッファ層、３…ｎ−ＧａＮ
コンタクト層、４…ｎ−ＧａＮクラッド層、７…ｐ−Ｇ
ａＩｎＮエッチング停止層、８…ｐ−ＧａＮクラッド
層、９…ｐ−ＧａＮコンタクト層、１３…ｐ側電極、１
４…ｎ側電極、１５…多重量子井戸活性層、１６…前方
低反射膜、１７…後方高反射膜、１８…ｎ−ＧａＮクラ
ッド層、１９…ｎ−電流狭窄層、２０…ｎ−ＧａＮ埋込
層。
コンタクト層、４…ｎ−ＧａＮクラッド層、７…ｐ−Ｇ
ａＩｎＮエッチング停止層、８…ｐ−ＧａＮクラッド
層、９…ｐ−ＧａＮコンタクト層、１３…ｐ側電極、１
４…ｎ側電極、１５…多重量子井戸活性層、１６…前方
低反射膜、１７…後方高反射膜、１８…ｎ−ＧａＮクラ
ッド層、１９…ｎ−電流狭窄層、２０…ｎ−ＧａＮ埋込
層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 皆川 重量 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (11)
- 【請求項１】基板上に、第１のクラッド層，活性層およ
び第２のクラッド層を含む窒化物半導体からなるダブル
へテロ構造において、前記第２のクラッド層よりも禁制
帯幅が大きく、キャリア濃度が異なるエッチング停止層
が前記第２のクラッド層中に形成され、光エッチング法
により前記エッチング停止層を用いて光導波路型構造を
形成することを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項２】基板上に、第１のクラッド層，活性層およ
び第２のクラッド層を含む窒化物半導体からなるダブル
へテロ構造において、前記第２のクラッド層中にキャリ
ア濃度が異なるエッチング停止層が形成され、光エッチ
ング法により前記エッチング停止層を用いて光導波路型
構造を形成することを特徴とする窒化物系化合物半導体
発光素子。 - 【請求項３】基板上に、第１のクラッド層，活性層およ
び第２のクラッド層を含む窒化物半導体からなるダブル
へテロ構造において、前記第２のクラッド層よりも禁制
帯幅が大きく、ドナー，アクセプタの不純物が添加され
た前記エッチング停止層が前記第２のクラッド層中に形
成され、光エッチング法により前記エッチング停止層を
用いて光導波路型構造を形成することを特徴とする窒化
物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】基板上に、第１のクラッド層，活性層およ
び第２のクラッド層を含む窒化物半導体からなるダブル
へテロ構造において、前記第２のクラッド層中にドナ
ー，アクセプタの不純物が添加された前記エッチング停
止層が形成され、光エッチング法により前記エッチング
停止層を用いて光導波路型構造を形成することを特徴と
する窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項５】基板上に、第１のクラッド層，活性層およ
び第２のクラッド層を含む窒化物半導体からなるダブル
へテロ構造において、前記第２のクラッド層よりも禁制
帯幅が大きく、不純物が添加されていない前記エッチン
グ停止層が前記第２のクラッド層中に形成され、光エッ
チング法により前記エッチング停止層を用いて光導波路
型構造を形成することを特徴とする窒化物系化合物半導
体発光素子。 - 【請求項６】基板上に、第１のクラッド層，活性層およ
び第２のクラッド層を含む窒化物半導体からなるダブル
へテロ構造において、前記第２のクラッド層中に不純物
が添加されていない前記エッチング停止層が形成され、
光エッチング法により前記エッチング停止層を用いて光
導波路型構造を形成することを特徴とする窒化物系化合
物半導体発光素子。 - 【請求項７】請求項１または２において、前記エッチン
グ停止層は、ｐ導電型を有する前記第２のクラッド層よ
りもキャリア濃度が高いｐ導電型である窒化物系化合物
半導体発光素子。 - 【請求項８】請求項１または２に記載の前記エッチング
停止層は、ｎ導電型を有する前記第２のクラッド層より
もキャリア濃度が低いｎ導電型である窒化物系化合物半
導体発光素子。 - 【請求項９】請求項１，２，３，４，５または６に記載
した前記エッチング停止層は、（ＡｌxＧａ1-x)ＩｎyＮ
（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）である窒化物系化合
物半導体発光素子。 - 【請求項１０】請求項１，２，３，４，５，６または７
に記載の窒化物系化合物半導体からなる前記発光素子
は、発光ダイオードである窒化物系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項１１】請求項１，２，３，４，５，６または７
に記載の窒化物系化合物半導体からなる前記発光素子
は、半導体レーザダイオードである窒化物系化合物半導
体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3457696A JPH09232681A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 窒化物系化合物半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3457696A JPH09232681A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 窒化物系化合物半導体光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09232681A true JPH09232681A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12418160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3457696A Pending JPH09232681A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 窒化物系化合物半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09232681A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6503769B2 (en) | 1998-10-26 | 2003-01-07 | Matsushita Electronics Corporation | Semiconductor device and method for fabricating the same |
| US6673702B2 (en) | 1999-12-27 | 2004-01-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing a semiconductor device |
| US6845205B2 (en) | 2001-12-07 | 2005-01-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor optical device |
| JP2007042944A (ja) * | 2005-08-04 | 2007-02-15 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体素子の製法 |
| JP2007234647A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-13 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
-
1996
- 1996-02-22 JP JP3457696A patent/JPH09232681A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6503769B2 (en) | 1998-10-26 | 2003-01-07 | Matsushita Electronics Corporation | Semiconductor device and method for fabricating the same |
| US6673702B2 (en) | 1999-12-27 | 2004-01-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing a semiconductor device |
| US6845205B2 (en) | 2001-12-07 | 2005-01-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor optical device |
| JP2007042944A (ja) * | 2005-08-04 | 2007-02-15 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体素子の製法 |
| JP2007234647A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-13 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| US8211726B2 (en) | 2006-02-27 | 2012-07-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing nitride semiconductor light emitting device |
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