JPH09266354A - 化合物半導体発光素子 - Google Patents

化合物半導体発光素子

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JPH09266354A
JPH09266354A JP7561896A JP7561896A JPH09266354A JP H09266354 A JPH09266354 A JP H09266354A JP 7561896 A JP7561896 A JP 7561896A JP 7561896 A JP7561896 A JP 7561896A JP H09266354 A JPH09266354 A JP H09266354A
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JP
Japan
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compound semiconductor
type
light emitting
emitting device
layer
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JP7561896A
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English (en)
Inventor
Kazuhiko Itaya
和彦 板谷
Masahiro Yamamoto
雅裕 山本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工が容易な外部反射鏡を用いることで、低
しきい値のGaN系半導体レーザを提供する。 【解決手段】 サファイアからなる基板11上に、厚さ
5ミクロンのn型GaN層12、0.5ミクロンのn型
AlGaN層13、0.2ミクロンのGaN層14、
0.3ミクロンp型AlGaN層15、0.5ミクロン
のp型GaN層16をMBE法によってエピタキシャル
成長させ成長させる。成長後、任意の大きさに割ること
により素子化する。さらに、端面にポリイミドをコーテ
ィングし、平坦化を行うことにより低しきい値でレーザ
発振する発光素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体発光素
子に関する。
【0002】
【従来の技術】GaNを含む III族窒化物化合物半導体
は青色を含む短波長発光素子に有望である。しかし、そ
の、加工が非常に困難であるため、特にレーザダイオー
ド端面の反射鏡を形成するのが非常にむずかしい。
【0003】一般にGaN系の発光素子は、GaNと同
じ六方晶形のサファイヤ基板上に、MOCVD法やMB
E法等でn型,p型のGaN系材料を成長し、その後壁
開により所定形状にする。しかしサファイヤとGaN系
は同じ六方晶形であっても軸方向が多少異なるため、G
aAs系と同じような端面(鏡面)にはならなく、特に
レーザダイオードとして使用できにくいという大きな問
題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来は
GaN系化合物半導体の端面が鏡面にならないという問
題があった。本発明はこのようなGaN系化合物半導体
における問題を解決したもので、端面を加工することに
より共振器を作成可能とした新規な発光素子を提供する
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第1に、基板上に積層されたGaxAl
yINzN(z=1−x−y)系化合物半導体層と、こ
の化合物半導体層に接する電極とを備えた発光素子にお
いて、積層された半導体の端面に少なくとも1種類の有
機物を接して設けたことを特徴とする。この場合、有機
物の一部又は全部が反射鏡となる。
【0006】第2に、基板上に積層されたGaxAly
InzN(z=1−x−y)系化合物半導体層と、この
化合物半導体層に接する電極とを備えた発光素子におい
て、積層された半導体の端面に金属と半導体の積層され
た導電層を接して設けたことを特徴とする。
【0007】第3に、基板上に積層されたGaxAly
InzN(z=1−x−y)系化合物半導体層と、この
化合物半導体層に接する電極とを備えた発光素子におい
て、積層された半導体の端面に光の進行方向と平行な有
機物からなる回折格子を備えたことを特徴とする。
【0008】第4に、基板上に積層されたGaxAly
InzN(z=1−x−y)系化合物半導体層と、この
化合物半導体層に接する電極とを備えた発光素子におい
て、積層された半導体の端面に光の進行方向に有機物か
らなる回折格子を備えたことを特徴とする。
【0009】本発明者らは、第1に、GaN系化合物半
導体の外部反射鏡について種々検討した結果、ポリイミ
ドに代表される有機物を素子端面に塗布し、これを加工
することにより、端面反射率が大きく改善することを見
いだした。特に加工後、Alに代表される金属をコーテ
ィングする事は反射率を大きくする事に効果的である。
【0010】第2に、GaN,AlN,ZnS等のEg
が比較的おおきな半導体を反射鏡として用いることも端
面反射率を大きく改善することが有効であることがわか
った。
【0011】第3に、半導体素子側面にポリイミドを塗
布、さらに、GaAs半導体からなる反射鏡を共振器端
部に付加させる。このように形成された共振器は端面反
射率の優れた共振器となり、第1、第2の組み合わせも
また有効であることがわかった。
【0012】第4に、GaN系半導体は非常に安定であ
り、加工が難しい。そこで本研究者らは、GaAs上と
有機物により、発振波長にあわせた回折格子を作製し、
これを素子側面に貼り付けることにより等価的にDB
R,DF Bを形成することになり、良好な立てモード
制御が可能となることを見いだした。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳し
く説明する。 (第1の実施の形態)まず、図1に示すように、サファ
イアからなる厚さ200ミクロンの基板11上に、厚さ
5ミクロンのn型GaN層12をMBE法によってエピ
タキシャル成長させた後、その上に厚さ0.5ミクロン
のn型AlGaN層13、0.2ミクロンのGaN層1
4、0.3ミクロンp型AlGaN層15、0.5ミク
ロンのp型GaN層16を成長させる。成長後、図には
示されないレジストを用い、一部をエッチングすること
によりn型AlGaN層を露出させて電極を形成し、ま
たp型側もSiO2 17の一部をエッチングしてp型電
極18を形成する。さらに、任意の大きさに割ることに
より素子化する。さらに、側面に有機物であるポリイミ
ド19を接着剤でコーティングし、平坦化を行う。
【0014】こうして得られた発光素子は、割ることに
のみで形成した素子にくらべ、低しきい値でレーザ発振
を確認でき、しかも、縦モードがはっきりとあらわれる
ことが確認できた(図2)。
【0015】(第2の実施形態)図3に、示すように、
SiCからなる厚さ150ミクロンの基板31上に、厚
さ3ミクロンのn型GaN層32をMBE法によってエ
ピタキシャル成長させた後、その上に厚さ0.5ミクロ
ンのn型AlGaN層33、この層よりもAl組成が低
いAlGaN層34を0.2ミクロン、またこの上にp
型AlGaN層35を、さらに、p型GaN層36を成
長させる。これを図には示されないレジストを持ちいる
ことにより、パターニングを行い、電極を形成しp型側
にも電極38を形成する。さらに、300x600ミク
ロンにへき開する。一方、GaAs基板39b上にTi
/Al39aを蒸着する。そしてこの積層した導電層を
へき開した面に接着させることにより素子は完成する。
【0016】このように得られた発光素子は、GaAs
基板とTi/Al層を積層した導電層を備えてないもの
に比べ低しきい値でレーザ発振する事が確認された。 (第3の実施の形態)まず、図4に示すように、サファ
イアからなる厚さ200ミクロンの基板61上に、厚さ
5ミクロンのn型GaN層62をMOCVD法によって
エピタキシャル成長させた後、その上に厚さ0.5ミク
ロンのn型AlGaN層63、0.2ミクロンのGaN
層64、0.3ミクロンp型AlGaN層65、0.5
ミクロンのp型GaN層66を成長させる。成長後、図
には示されないレジストを用い、一部をエッチングする
ことによりn型AlGaN層を露出させ電極を形成し、
またp型側にもSiO2 47の一部をエッチングしp型
電極48を形成する。さらに、300x600ミクロン
に加工する。一方、GaAs基板49c上にTi/Al
層39bを蒸着した導体層を、ポリイミド系有機物を介
して、へき開に接着剤で接着させて素子は完成する。
【0017】このように得られた発光素子は従来のもの
に比べ低しきい値でレーザ発振する事が確認され、加工
の際、基板の結晶方向とは無関係なしきい値分布を得た
(図5)。
【0018】(第4の実施の形態)まず、図6に示すよ
うに、サファイアからなる厚さ200ミクロンの基板6
1上に、厚さ5ミクロンのn型GaN層62をMOCV
D法によってエピタキシャル成長させた後、その上に厚
さ0.5ミクロンのn型AlGaN層63、0.2ミク
ロンのGaN層64、0.3ミクロンp型AlGaN層
65、0.5ミクロンのp型GaN層66を成長させ
る。成長後、図には示されないレジストを用い、一部を
エッチングすることによりn型AlGaN層を露出さ
せ、電極を形成し、p型層側にも電極68を形成する。
一方、GaAs基板上にZnSをMOCVD法により成
長させる。この表面をGaNの発振波長に対応するよう
に回折格子を作成する。これをレーザの端面に接合する
ことにより、DBRレーザとなる。さらにポリイミドを
ZnS上に塗布し、加工することによりフェーズマッチ
ングを行う。
【0019】このようにして得られた発光素子により単
一モードの紫外のレーザ光の発振を得た(図7)。 (第5の実施の形態)まず、図8に示すように、サファ
イアからなる厚さ200ミクロンの基板81上に厚さ5
ミクロンのn型GaN層82をMBE法によってエピタ
キシャル成長させた後、その上に厚さ0.5ミクロンの
n型AlGaN層83、0.2ミクロンのGaN層8
4、0.3ミクロンp型AlGaN層85、0.5ミク
ロンのp型GaN層86を成長させる。成長後、図には
示されないレジストを用い、一部をエッチングすること
によりn型AlGaN層を露出させる。一方、GaAs
基板上にZnSをMOCVD法により成長させる。この
表面をGaNの発振波長に対応するように回折格子を作
成する。さらにポリイミドをZnS上に塗布し、加工
し、これをレーザの側面に接合することにより、DFB
レーザとなる。
【0020】このようにして得られた発光素子により単
一モードの紫外のレーザ光の発進を得た(図9)。なお
上述した実施の形態の内、第1(b)と第3(a),そ
して従来例(c)とを比較した電流(しきい値)−光出
力の関係を図10に示した。その結果しきい値がaの場
合最も低くなることが判る。
【0021】また上述した実施の形態では有機物として
ポリイミドを用いたが、ポリアミド,ポリウレンタン,
ポリステレン,ポリ塩化ビニール,ポリ塩化ビニリデ
ン,ポリ炭酸エステル,ポリプロピレン,ポリビニルア
ルコール,ポリフェニレンオキシド,ポリエチレンテレ
クタラート,ポリエチレン,ポリエステルから選ばれた
少なくとも一種であれば、同様な効果がある。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、Ga
N系半導体レーザ共振器の特性は大きく改善された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の側面に係る半導体発光素子を示
す図。
【図2】本発明の第1の側面に係る半導体発光素子の発
振波長を示す図。
【図3】本発明の第2の側面に係る半導体発光素子を示
す図。
【図4】本発明の第3の側面に係る半導体発光素子の励
起部を示す図。
【図5】本発明の第3の側面に係る半導体発光素子の導
波路の結晶方向としきい値の関係を示す図。
【図6】本発明の第4の側面に係る半導体発光素子を示
す図。
【図7】本発明の第4の側面に係る半導体発光素子の発
振スペクトルを示す図。
【図8】本発明の第5の側面に係る半導体発光素子を示
す図。
【図9】本発明の第5の側面に係る半導体発光素子の発
振スペクトルを示す図。
【図10】本発明の第1及び第3実施の形態と従来例と
の電流に対する光出力を示した図。
【符号の説明】
11…サファイヤ基板、 12…n型GaN層、 13
…n型AlGaN層、14…GaN層(活性層)、 1
5…p型AlGaN層、 16…p型GaN層、 17
…SiO2 、 18…p型電極、 19…ポリイミド。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上にn型及びp型のGaxAlyIn
    zN(z=1−x−y)系の化合物半導体層を積層し、
    そのn型及びp型の化合物半導体層から夫々電極を取り
    出してなる化合物半導体発光素子において、前記化合物
    半導体層の側面に少なくとも反射鏡の一部をなす有機物
    を設けたことを特徴とする化合物半導体発光素子。
  2. 【請求項2】基板上にn型及びp型のGaxAlyIn
    zN(z=1−x−y)系の化合物半導体層を積層し、
    そのn型及びp型の化合物半導体層から夫々電極を取り
    出してなる化合物半導体発光素子において、前記化合物
    半導体層の側面と、その側面に接して設けられた有機物
    とで反射鏡を形成することを特徴とする化合物半導体発
    光素子。
  3. 【請求項3】基板上にn型及びp型のGaxAlyIn
    zN(z=1−x−y)系の化合物半導体層を積層し、
    そのn型及びp型の化合物半導体層から夫々電極を取り
    出してなる化合物半導体素子において、前記化合物半導
    体層の側面に有機物を設け、その側面を反射面とするこ
    とを特徴とする化合物半導体発光素子。
  4. 【請求項4】前記有機物が、ポリイミド,ポリアミド,
    ポリウレンタン,ポリステレン,ポリ塩化ビニール,ポ
    リ塩化ビニリデン,ポリ炭酸エステル,ポリプロピレ
    ン,ポリビニルアルコール,ポリフェニレンオキシド,
    ポリエチレンテレクタラート,ポリエチレン,ポリエス
    テルから選ばれた少なくとも一種であることを特徴とす
    る請求項1〜3記載の化合物半導体発光素子。
  5. 【請求項5】基板上にn型及びp型のGaxAlyIn
    zN(z=1−x−y)系の化合物半導体層を積層し、
    そのn型及びp型の化合物半導体層から夫々電極を取り
    出してなる化合物半導体発光素子において、前記化合物
    半導体層の側面に少なくとも反射鏡の一部をなす金属と
    半導体の積層構造の導電層を設けたことを特徴とする化
    合物半導体発光素子。
  6. 【請求項6】基板上にn型及びp型のGaxAlyIn
    zN(z=1−x−y)系の化合物半導体層を積層し、
    そのn型及びp型の化合物半導体層から夫々電極を取り
    出してなる化合物半導体発光素子において、前記化合物
    半導体層の側面と、その側面に接して設けられた金属と
    半導体の積層構造の導電層とで反射鏡を形成することを
    特徴とする化合物半導体発光素子。
  7. 【請求項7】基板上にn型及びp型のGaxAlyIn
    zN(z=1−x−y)系の化合物半導体層を積層し、
    そのn型及びp型の化合物半導体層から夫々電極を取り
    出してなる化合物半導体素子において、前記化合物半導
    体層の側面に金属と半導体の積層構造の導電層を設け、
    その導電層の金属面を反射面とすることを特徴とする化
    合物半導体発光素子。
  8. 【請求項8】基板上にn型及びp型のGaxAlyIn
    zN(z=1−x−y)系の化合物半導体層を積層し、
    そのn型及びp型の化合物半導体層から夫々電極を取り
    出してなる化合物半導体素子において、前記化合物半導
    体層の側面に有機物を設け、その有機物の側面に金属と
    半導体からなる積層構造の導体層を設けて、導体層の内
    の金属面を反射面とすることを特徴とする化合物半導体
    発光素子。
  9. 【請求項9】基板上にn型及びp型のGaxAlyIn
    zN(z=1−x−y)系の化合物半導体層を積層し、
    そのn型及びp型の化合物半導体層から夫々電極を取り
    出してなる化合物半導体素子において、前記化合物半導
    体層の側面に有機物と半導体層とを設け、その有機物と
    半導体層とで回折格子を形成した反射面とすることを特
    徴とする化合物半導体発光素子。
  10. 【請求項10】前記回折格子は、光の進行方向と平行に
    設けられていることを特徴とする請求項9記載の化合物
    半導体発光素子。
  11. 【請求項11】前記回折格子は、光の進行方向上に設け
    られていることを特徴とする請求項9記載の化合物半導
    体発光素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008090727A1 (ja) * 2007-01-25 2008-07-31 Nec Corporation 窒化物系半導体光素子
JP2008287892A (ja) * 2007-05-15 2008-11-27 Hitachi Ltd 照明装置および該照明装置を用いた液晶表示装置

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