JPH09266355A

JPH09266355A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPH09266355A
Application number: JP900497A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kamimura; 信行上村; Yuzaburo Ban; 雄三郎伴; Akihiko Ishibashi; 明彦石橋; Hidemi Takeishi; 英見武石; Masahiro Kume; 雅博粂; Makoto Kitahata; 真北畠
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】しきい値電流密度が小さく、かつ高い歩留ま
りで製造できる窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体発光
素子を提供する。【解決手段】本発明による半導体発光素子は、シリコ
ン基板１と、該シリコン基板１の上に形成され、活性層
６と該活性層の上下に設けられた１対のミラー構造４、
８とを有する面発光構造体１５であって、該活性層６お
よび該ミラー構造４、８は、窒素を含むIII−Ｖ族化合
物半導体から形成されている、面発光構造体１５と、を
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、青色領域から紫外
領域で発光する半導体発光素子に関しており、特に、窒
素を含むIII−Ｖ族化合物半導体から形成される面発光
レーザ構造を有する半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】青色より短い波長領域で発光する発光素
子は、フルカラーディスプレーや、高い密度で記録可能
な光ディスク用光源として期待されている。このような
発光素子に用いられる半導体として、窒素（Ｎ）を含む
III−Ｖ族化合物半導体が注目を浴びている。

【０００３】図１１を参照しながら、従来の窒素を含む
III−Ｖ族化合物半導体から形成される面発光レーザ(Su
rfaceーEmitting Laser、略してＳＥＬ)素子を説明する。
この面発光レーザ素子は、Tohru Honda et.al.;Japan J
ounal of Applied PhysicsVol.34 (1995), pp.3527ー353
2に開示されている。

【０００４】図１１に示される面発光レーザ素子は、サ
ファイア（単結晶Ａｌ₂Ｏ₃）基板１００上に、ｎ型Ｇａ
Ｎバッファ層１０１、ｎ型ＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ多
層ミラー構造１０２、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド
層１０３、アンドープＧａＮ活性層１０４、ｐ型Ａｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層１０５、およびアンドープＡｌ
Ｎ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ多層ミラー構造１０６とを順次堆
積した構成を備えている。ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイ
ド層１０５の一部露出部分上に、ｐ側電極（Ｎｉ電極）
１０７が形成されている。ｎ型ＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8
Ｎ多層ミラー構造１０２の一部露出部分上に、ｎ側電極
（Ａｌ電極）１０８が形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の面発光レー
ザ素子において、次のような問題がある。

【０００６】第１に、基板１００として用いられている
サファイアは絶縁性のため、基板１００の裏面を通して
電流を流すことはできない。このため、図１１に示され
るように、ｎ型ミラー構造１０２上の半導体層を部分的
にエッチング除去して、一部が露出しているｎ型ミラー
構造１０２上に、ｎ側電極１０８を形成し、この露出部
分から電流を流さなければならなかった。このために、
ｎ型ミラー構造１０２の領域における電流の拡がりが大
きくなり、しきい値電流密度が増加してしまう。

【０００７】第２に、図１１に示すように、窒素を含む
III−Ｖ族化合物半導体からなる面発光レーザ構造は、
サファイア基板１００上に形成されるため、へき開が困
難である。各々の半導体レーザ素子を分離するために、
へき開の代わりに、ドライエッチングを行わなければな
らない。このため、素子に対するダメージが大きく、歩
留まりが低下する。

【０００８】第３に、ＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ多層ミ
ラー構造１０２、１０６を構成するＡｌＮとＡｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ｎとの屈折率の差が小さい。このため、９９％の
反射率を有する実用的なミラーを実現するためには、Ａ
ｌＮ層／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層の対の数を２０以上にする
必要がある。しかも、ＡｌＮ層およびＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ
層の厚さを精確に制御しなければならない。また、ミラ
ー構造１０２、１０６を構成する混晶の組成が変化する
と、ミラー構造１０２、１０６の反射率が低下してしま
う。このため、良質のミラー構造を作製するのは困難で
ある。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、ｎ型ミラー構造の
領域における電流の拡がりが抑えられ、しきい値電流密
度が低く、しかも、へき開によって作製できる面発光レ
ーザ構造を有する半導体発光素子を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子は、シリコン基板と、該シリコン基板の上に形成さ
れ、活性層と該活性層の上下に設けられた１対のミラー
構造とを有する面発光構造体であって、該活性層および
該ミラー構造は、窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体か
ら形成されている、面発光構造体と、を備えており、そ
のことにより上記目的が達成される。

【００１１】ある実施形態では、前記ミラー構造は、Ａ
ｌＮ層とＧａＮ層とを含んでいる。

【００１２】ある実施形態では、前記シリコン基板と、
前記面発光構造体との間に、ＧａＮバッファ層が形成さ
れている。

【００１３】ある実施形態では、前記シリコン基板の前
記面発光構造体が形成される表面に、炭化珪素層が形成
されている。

【００１４】ある実施形態では、前記活性層の選択され
た領域に電流を狭窄するための開口部を持った電流狭窄
領域をさらに備えている。

【００１５】ある実施形態では、前記電流狭窄領域は、
水素イオンが注入された領域である。ある実施形態で
は、前記電流狭窄領域は、前記面発光構造体中に形成さ
れている。ある実施形態では、前記電流狭窄領域は、前
記基板の表面領域に形成されている。

【００１６】ある実施形態では、前記電流狭窄領域は、
前記活性層と前記基板との間に形成された絶縁層を含ん
でいる。ある実施形態では、前記電流狭窄領域は、前記
ミラー構造を構成する層の酸化された層を含んでいる。
ある実施形態では、前記絶縁層は、ＡｌＮの酸化物から
形成されている。

【００１７】本発明による他の半導体発光素子は、基板
と、該基板上の、窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導
体から形成された活性層と、該活性層の上下に設けられ
た１対のミラー構造とを有する面発光構造体と、を備え
ており、該ミラー構造は、ＡｌＮ層とＧａＮ層とを含ん
でいる、そのことにより上記目的が達成される。

【００１８】ある実施形態では、前記活性層は、窒素お
よびガリウムを含むIII−Ｖ族化合物半導体から形成さ
れている。

【００１９】ある実施形態では、前記活性層の上下に、
該活性層を挟む１対の光ガイド層が形成されており、該
光ガイド層は、窒素およびガリウムを含むIII−Ｖ族化
合物半導体から形成されている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を詳細
に説明する。

【００２１】（第１の実施形態）図１を参照しながら、
本発明による半導体発光素子の第１の実施形態として、
面発光レーザ素子を説明する。より詳細にいえば、シリ
コン（Ｓｉ）基板上に、窒化ガリウム系III−Ｖ族化合
物半導体から形成される面発光構造体を有する面発光レ
ーザ素子を説明する。

【００２２】図１は、本実施形態の面発光レーザ素子の
断面を摸式的に示す。この面発光レーザ素子は、図１に
示されるように、導電性を有するシリコン（００１）基
板１と、基板１の表面に形成された炭化珪素膜２と、炭
化珪素膜２の上に形成されたｎ型ＧａＮバッファ層３
と、ｎ型ＧａＮバッファ層３の上に設けられた面発光レ
ーザ構造１５と、発光に必要な電流（駆動電流）を供給
するための一対の電極１０および１１とを備えている。

【００２３】面発光レーザ構造１５は、ｎ型ＧａＮバッ
ファ層３に近い側から順番に、ｎ型ミラー構造４、ｎ型
Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層５、アンドープＧａＮ活性
層６、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層７、およびアン
ドープミラー構造８を含んでいる。

【００２４】ｎ型ミラー構造４は、ｎ型ＡｌＮ層４ａ
とｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４ｂとによって形成されてお
り、ｎ型ＡｌＮ層４ａとｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４ｂの
対が２０回繰り返された多層構造（４ｃ）を有する。ア
ンドープミラー構造８は、アンドープＡｌＮ層８ａとア
ンドープＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層８ｂとによって形成されて
おり、アンドープＡｌＮ層８ａとアンドープＡｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ｎ層８ｂの対が２０回繰り返された多層構造８ｃ
を有する。アンドープミラー構造８は、円筒状を有す
る。

【００２５】円筒状のアンドープミラー８の回りのｐ型
Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層７上に、ｐ側電極（Ｎｉ電
極）１１が形成されている。シリコン基板１の裏面の全
面には、ｎ側電極（Ａｌ電極）１０が形成されている。

【００２６】以下に、上記面発光レーザ素子を製造する
ための結晶成長工程を説明する。

【００２７】まず、シリコン基板１の表面に、炭化珪素
（ＳｉＣ）膜を形成する工程を説明する。

【００２８】シリコン基板１を不図示の分子線エピタキ
シ装置に設置し、装置内を１×１０^-8Ｔｏｒｒ以上の
高真空まで排気した後、基板温度を９００℃まで昇温す
る。昇温すると同時に、バックグランド圧力を１×１０
^-7Ｔｏｒｒ以下に保ちながら、電子線蒸着器を用いて黒
鉛に８ｋＶ、１００ｍＡ程度の電子線を照射することに
よって、炭素を分子状に昇華させる。分子状の炭素を清
浄されたシリコン（００１）(2x1)基板１の表面に供給
することによって、シリコン基板１の表面に、ヘテロエ
ピタキシャル炭化珪素薄膜が形成される。分子状の炭素
を基板１の表面への供給は、基板温度が４００℃以下の
状態から始められる。基板１は、炭素の供給を続けなが
ら、徐々に９００℃以上までに加熱される。

【００２９】上記炭化処理によって、基板１の上に形成
されるヘテロエピタキシャル炭化珪素薄膜は、シリコン
基板１との間に、原子レベルで接している急峻なＳｉＣ
/Ｓｉ界面を有する。このため、炭化珪素薄膜は、結晶
方位の異なる双晶などを殆ど含まないような良質の結晶
層である。

【００３０】上記炭化処理に続いて、１３５７℃程度に
保たれたクヌーセンセルからＳｉを基板１に供給して、
１０５０℃程度の基板温度で、炭化珪素薄膜を成長させ
る。ヘテロエピタキシャル炭化珪素膜を厚さ１００〜５
０００Å程度に成長させ、良好な単結晶炭化珪素膜２が
得られる。

【００３１】本実施形態で用いられるシリコン基板１
は、（００１）および（１１１）のいずれの面であって
もよい。また、（００１）面または（１１１）面から３
度程度傾斜するように研磨した基板（オフ基板、または
傾斜基板）を用いてもよい。このようなオフ基板を用い
ることによって、その上に、より品質の高い単結晶層を
成長できる。

【００３２】また、シリコン基板１を用いて、窒化ガリ
ウム系III−Ｖ族の化合物半導体から形成される活性層
を含む発光素子を形成するためには、シリコン基板１
は、ｎ型導電性を有することがよい。更に、シリコン基
板１の表面に形成されるヘテロエピタキシャル炭化珪素
膜２も、ｎ型導電性を有することが好ましい。例えば、
窒素（Ｎ）をドーピングすることにより、炭化珪素膜２
をｎ型にすることができる。

【００３３】以下に、表面に炭化珪素膜２が形成された
シリコン基板１の上に、半導体結晶層を堆積させる工程
を説明する。本実施形態においては、半導体結晶層の堆
積に、有機金属気相エピタキシャル成長法を用いる。

【００３４】まず、結晶成長を行うため、表面に炭化珪
素膜２が形成されたシリコン（００１）基板１に対し
て、有機溶媒による洗浄等の前処理を施す。その後、基
板１を炭素製の基板ホルダ上に置き、有機金属気相エピ
タキシャル成長装置の成長室内に設置する。成長室内
は、圧力７０Ｔｏｒｒの水素で満たされる。水素雰囲気
中でヒータを用いて、基板１を炭素製の基板ホルダごと
１０９０℃までに加熱する。このことによって、基板１
の表面に付着している吸着ガス、酸化物、または水分子
等が取り除かれる。

【００３５】次に、基板温度を５４０℃程度までに降温
した後、トリメチルガリウム、アンモニア、およびモノ
シランのガス供給ラインのバルブを開け、トリメチルガ
リウムを約５．５ｓｃｃｍ、アンモニアを約２．５ｌ／
ｍｉｎ、モノシランを約１２．５ｓｃｃｍ供給して、図
１に示されるように、ｎ型ＧａＮバッファ層３を３００
Å程度堆積する。その後、トリメチルガリウムのガス供
給ラインのバルブを閉じる。

【００３６】次に、厚さ約４１４Åのｎ型ＡｌＮ層４ａ
と、厚さ約３５５Åのｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４ｂと
を、交互に２０回繰り返された構造を有するｎ型導電性
のミラー構造４を形成する。ｎ型ＡｌＮ層４ａの厚さを
４１４Å、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４ｂの厚さを３５５
Åにするのは、それぞれの層の厚さが、層内での発振波
長の１／４になるようにするためである。これによっ
て、活性層で発生するレーザ光に対するミラー構造４の
反射率が最大になる。

【００３７】ミラー構造４の形成をより詳細に説明する
と、次のようである。

【００３８】まず、基板温度を１０３０℃まで昇温した
後、トリメチルアルミニウム、アンモニア、およびモノ
シランのガス供給ラインのバルブを開け、トリメチルア
ルミニウムを約８．７ｓｃｃｍ、アンモニアを約２．５
ｌ／ｍｉｎ、およびモノシランを約１２．５ｓｃｃｍ供
給し、ｎ型ＧａＮバッファ層３上に、ｎ型ＡｌＮ層４ａ
を約４１４Å堆積する。

【００３９】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、およびモノシランのガス供給
ラインのバルブを開け、トリメチルガリウム約２．７ｓ
ｃｃｍ、トリメチルアルミニウム約８．７ｓｃｃｍ、ア
ンモニア約２．５ｌ／ｍｉｎ、およびモノシラン約１
２．５ｓｃｃｍを供給し、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４ｂ
を３５５Å堆積する。

【００４０】次に、ｎ型ＡｌＮ層４ａとｎ型Ａｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ｎ層４ｂとを、交互に２０回繰り返して成長さ
せ、ｎ型ＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ多層ミラー構造４が
形成される。

【００４１】続いて、ミラー構造４の上に、ＧａＮ／Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎダブルヘテロ構造を形成する。より詳細
に説明すると、以下のようである。

【００４２】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、およびモノシランのガス供給ライン
のバルブを開け、トリメチルガリウム約２．７ｓｃｃ
ｍ、トリメチルアルミニウム約８．７ｓｃｃｍ、アンモ
ニア約２．５ｌ／ｍｉｎ、およびモノシラン約１２．５
ｓｃｃｍを供給し、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層５
を２０００Å成長する。

【００４３】次に、トリメチルアルミニウムおよびモノ
シランのガス供給ラインのバルブを閉じ、トリメチルガ
リウムの流量を約５．５ｓｃｃｍにし、アンドープＧａ
Ｎ活性層６を１０００Å堆積する。

【００４４】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、およ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
チルガリウム約２．７ｓｃｃｍ、トリメチルアルミニウ
ム約８．７ｓｃｃｍ、アンモニア約２．５ｌ／ｍｉｎ、
およびシクロペンタジエニルマグネシウム約５．０ｓｃ
ｃｍを供給し、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層７を２
０００Å堆積する。

【００４５】その後、厚さ４１４ÅのアンドープＡｌＮ
層８ａと、厚さ３５５ÅのアンドープＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ
層８ｂとが、交互に２０回繰り返された構造を有するア
ンドープミラー構造８を形成する。より詳細には、次の
ようである。

【００４６】トリメチルアルミニウム、およびアンモニ
アのガス供給ラインのバルブを開け、トリメチルアルミ
ニウム約８．７ｓｃｃｍ、アンモニア約２．５ｌ／ｍｉ
ｎを供給し、アンドープＡｌＮ層８ａを約４１４Å堆積
する。

【００４７】次に、トリメチルガリウム、トリメチルア
ルミニウム、およびアンモニアのガス供給ラインのバル
ブを開け、トリメチルガリウム約２．７ｓｃｃｍ、トリ
メチルアルミニウム約８．７ｓｃｃｍ、およびアンモニ
ア約２．５ｌ／ｍｉｎを供給し、アンドープＡｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ｎ層８ｂを３５５Å堆積する。

【００４８】アンドープＡｌＮ層８ａと、アンドープＡ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層８ｂとを、交互に２０回繰り返して成
長させ、アンドープＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ多層ミラ
ー構造８が形成される。

【００４９】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、基板１
の温度を７００℃程度に設定し、アニールを約１時間行
う。このアニールによって、ｐ型ドーパントであるマグ
ネシウムは活性化される。アニールを終了した後、基板
１の温度を室温まで降温し、基板１を有機金属気相エピ
タキシャル成長装置から取り出す。こうして、シリコン
基板１上に、面発光レーザ構造１５が形成される。

【００５０】以下に、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しなが
ら、図１の面発光レーザ素子の製造方法を説明する。

【００５１】まず、図２（ａ）に示されるように、先に
説明した結晶成長工程によって面発光レーザ構造１５が
形成された基板１を、直径１０μｍ、厚さ１０００Åの
ＳｉＯ₂マスク１７で覆う。次に、基板１をドライエッ
チング装置内に設置し、塩素系のエッチングガスを用い
て、図２（ｂ）に示されるように、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8
Ｎ光ガイド層７の一部が露出するまで、ＳｉＯ₂マスク
１７に覆われていない部分のアンドープＡｌＮ／Ａｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎミラー構造８を選択的にエッチングする。
その後、フッ酸によってＳｉＯ₂マスク１７を取り除
く。

【００５２】次に、図２（ｃ）に示されるように、基板
１の裏面に、アルミニウムを厚さ１０００Å蒸着させｎ
側電極を形成し、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層７の
露出部に、厚さ約１０００Åのニッケルを蒸着させｐ側
電極を形成する。

【００５３】最後に、基板１をへき開することによっ
て、面発光レーザ素子が完成する。

【００５４】以下に、本実施形態によって得られた面発
光レーザ素子の特性について説明する。

【００５５】まず、電気的特性を説明する。図１の面発
光レーザ素子において、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド
層７、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層５、およびｎ型
ＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎミラー構造４のキャリア密度
は、ともに約１×１０¹⁸／ｃｍ³である。ｐ型Ａｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ｎ光ガイド層７、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド
層５の移動度は、それぞれ約１０ｃｍ²／Ｖ・ｓおよび
約２５０ｃｍ²／Ｖ・ｓである。ｎ型ＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ｎミラー構造４の移動度は、約２５０ｃｍ²／Ｖ・
ｓである。これらの結果から分かるように、本実施形態
によると、抵抗率が十分に小さいｎ型光ガイド層５、ｐ
型光ガイド層７、およびｎ型ミラー構造４を有する面発
光レーザ素子が作製できる。

【００５６】また、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層７
とニッケル電極１１との間に、オーム性接触が形成され
ており、さらにシリコン基板１の裏面とアルミニウム電
極１０との間にもオーム性接触が形成されている。

【００５７】次に、光学的特性について説明する。本実
施形態による面発光レーザ素子の発振波長は、３６４ｎ
ｍである。ｎ型ＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎミラー構造４
およびアンドープＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎミラー構造
８の反射率は、ともに約９９％である。また、活性層６
における損失は約１０ｃｍ^-1、共振器における損失は約
１０ｃｍ^-1である。しきい値キャリア密度は、約１０¹⁹
／ｃｍ³である。これらのことから、本実施形態による
面発光レーザ素子は、従来のサファイア（０００１）基
板を用いた面発光レーザ素子に比べて優れていることが
分かる。

【００５８】また、基板１として、導電性を有するシリ
コンを用いるので、基板１の裏面を通して電流を流すこ
とができる。このため、本実施形態による面発光レーザ
素子は、従来の面発光レーザ素子に比べて、ミラー領域
における電流の拡がりが低減され、しきい値電流密度が
低くなる。以上の説明では、基板１として、シリコンが
用いられたが、本発明はこれに限定されない。基板１と
して、導電性を有する他の材料、例えば、ＳｉＣ、Ｇａ
ＡｓまたはＩｎＰ等を用いても、上記効果は得られる。

【００５９】また、本実施形態において、へき開可能な
シリコン（００１）基板が用いられるため、へき開によ
り、面発光レーザ素子を基板から分離する方法が使用で
きる。この方法は、従来のようなドライエッチングによ
って面発光レーザ素子を基板から分離する方法に比べ
て、素子に対するダメージが小さい。このため、面発光
レーザ素子の製造歩留まりが向上する。

【００６０】すなわち、本実施形態によるシリコン基板
に形成された面発光レーザ構造を有する面発光レーザ素
子は、従来のサファイア基板が用いられた面発光レーザ
素子に比べて、特性が優れており、かつ高い歩留まりで
形成できる。

【００６１】（第２の実施形態）以下に、図３を参照し
ながら、本発明による半導体発光素子の第２の実施形態
として、他の面発光レーザ素子を説明する。本実施形態
は、次の点で上記第１の実施形態と異なる。ミラー構造
は、ＡｌＮ層とＧａＮ層とによって形成される。また、
ダブルヘテロ構造は、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ＜１）
活性層とＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ＜１）光ガイド層とに
よって形成される。

【００６２】図３は、本実施形態の面発光レーザ素子の
断面を摸式的に示す。この面発光レーザ素子は、図３に
示されるように、導電性を有するシリコン（００１）基
板１と、基板１の表面に形成された炭化珪素膜２と、炭
化珪素膜２の上に形成されたｎ型ＧａＮバッファ層３
と、ｎ型ＧａＮバッファ層３の上に設けられた面発光レ
ーザ構造２５と、発光に必要な電流を供給するための一
対の電極１０および１１とを備えている。

【００６３】面発光レーザ構造２５は、ｎ型ＧａＮバッ
ファ層３に近い側から順番に、ｎ型ミラー構造２４、ｎ
型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層５、アンドープＩｎ_0.07
Ｇａ_0.93Ｎ活性層２６、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド
層７、およびアンドープミラー構造２８を含んでいる。

【００６４】ｎ型ミラー構造２４は、ｎ型ＡｌＮ層２４
ａとｎ型ＧａＮ層２４ｂとによって形成されており、ｎ
型ＡｌＮ層２４ａとｎ型ＧａＮ層２４ｂの対が１５回繰
り返された多層構造２４ｃを有する。アンドープミラー
構造２８は、アンドープＡｌＮ層２８ａとアンドープＧ
ａＮ層２８ｂとによって形成されており、アンドープＡ
ｌＮ層２８ａとアンドープＧａＮ層２８ｂの対が１５回
繰り返された多層構造２８ｃを有する。アンドープミラ
ー構造２８は、円筒状を有する。

【００６５】円筒状のアンドープミラー２８の回りのｐ
型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層７上に、ｐ側電極（Ｎｉ
電極）１１が形成されている。シリコン基板１の裏面の
全面には、ｎ側電極（Ａｌ電極）１０が形成されてい
る。

【００６６】以下に、上記面発光レーザ素子の製造方法
を説明する。本実施形態において、結晶成長に、第１の
実施形態の方法と同様な方法を用いる。

【００６７】表面に炭化珪素膜２が形成されたシリコン
（００１）基板１を炭素製の基板ホルダ上に置き、有機
金属気相エピタキシャル成長装置の成長室内に設置し、
ｎ型ＧａＮバッファ層３を３００Å程度堆積する。その
後、トリメチルガリウムのガス供給ラインのバルブを閉
じる。

【００６８】次に、厚さ約４１４Åのｎ型ＡｌＮ層２４
ａと、厚さ約３３０Åのｎ型ＧａＮ層２４ｂとを、１５
回繰り返す構造を有するｎ型導電性のミラー構造２４を
形成する。ｎ型ＡｌＮ層２４ａの厚さを４１４Å、ｎ型
ＧａＮ層２４ｂの厚さを３３０Åにするのは、それぞれ
の層の厚さが、層内での発振波長の１／４になるように
するためである。これによって、活性層で発生するレー
ザ光に対するミラー構造２４の反射率が最大になる。

【００６９】ｎ型ミラー構造２４の形成方法をより詳細
に説明すると、次のようである。

【００７０】まず、基板温度を１０３０℃まで昇温した
後、トリメチルアルミニウム、アンモニア、およびモノ
シランのガス供給ラインのバルブを開け、トリメチルア
ルミニウムを約８．７ｓｃｃｍ、アンモニアを約２．５
ｌ／ｍｉｎ、およびモノシランを約１２．５ｓｃｃｍ供
給し、ｎ型ＧａＮバッファ層３上に、ｎ型ＡｌＮ層２４
ａを約４１４Å堆積する。

【００７１】次に、トリメチルガリウム、アンモニア、
およびモノシランのガス供給ラインのバルブを開け、ト
リメチルガリウム約５．５ｓｃｃｍ、アンモニア約２．
５ｌ／ｍｉｎ、およびモノシラン約１２．５ｓｃｃｍを
供給し、ｎ型ＧａＮ層２４ｂを約３３０Å堆積する。

【００７２】ｎ型ＡｌＮ層２４ａとｎ型ＧａＮ層２４ｂ
とを、交互に１５回繰り返して成長させ、ｎ型ＡｌＮ／
ＧａＮ多層ミラー構造２４が形成される。

【００７３】続いて、ｎ型ミラー構造２４の上に、Ｉｎ
_0.07Ｇａ_0.93Ｎ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎダブルヘテロ構造を
形成する。より詳細に説明すると、以下のようである。

【００７４】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、およびモノシランのガス供給ライン
のバルブを開け、トリメチルガリウム約２．７ｓｃｃ
ｍ、トリメチルアルミニウム約８．７ｓｃｃｍ、アンモ
ニア約２．５ｌ／ｍｉｎ、およびモノシラン約１２．５
ｓｃｃｍを供給し、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層５
を約２０００Å成長する。

【００７５】次に、基板温度を７００℃程度までに降温
した後、トリメチルアルミニウムおよびモノシランのガ
ス供給ラインのバルブを閉じ、トリメチルインジウムの
ガス供給ラインのバルブを開け、トリメチルガリウムの
流量を約０．５ｓｃｃｍ、トリメチルインジウムの流量
を約５．５ｓｃｃｍにし、アンドープＩｎ_0.07Ｇａ_0.93
Ｎ活性層２６を約１０００Å堆積する。

【００７６】次に、トリメチルインジウムのガス供給ラ
インのバルブを閉じ、基板温度を１０３０℃程度までに
昇温し、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、およ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、トリメチルガリ
ウム約２．７ｓｃｃｍ、トリメチルアルミニウム約８．
７ｓｃｃｍ、アンモニア約２．５ｌ／ｍｉｎ、およびシ
クロペンタジエニルマグネシウム約５．０ｓｃｃｍを供
給し、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層７を約２０００
Å堆積する。

【００７７】その後、厚さ約４１４ÅのアンドープＡｌ
Ｎ層２８ａと、厚さ約３３０ÅのアンドープＧａＮ層２
８ｂとが、交互に１５回繰り返された構造を有するアン
ドープミラー構造２８を形成する。より詳細には、次の
ようである。

【００７８】トリメチルアルミニウム、およびアンモニ
アのガス供給ラインのバルブを開け、トリメチルアルミ
ニウム約８．７ｓｃｃｍ、アンモニア約２．５ｌ／ｍｉ
ｎを供給し、アンドープＡｌＮ層２８ａを約４１４Å堆
積する。

【００７９】次に、トリメチルガリウム、およびアンモ
ニアのガス供給ラインのバルブを開け、トリメチルガリ
ウム約５．５ｓｃｃｍ、およびアンモニア約２．５ｌ／
ｍｉｎを供給し、アンドープＧａＮ層２８ｂを約３３０
Å堆積する。

【００８０】アンドープＡｌＮ層２８ａと、アンドープ
ＧａＮ層２８ｂとを、交互に１５回繰り返して成長さ
せ、アンドープＡｌＮ／ＧａＮ多層ミラー構造２８が形
成される。

【００８１】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、シリコ
ン（００１）基板１の温度を７００℃程度に設定し、ア
ニールを１時間行う。このアニールによって、ｐ型ドー
パントであるマグネシウムは活性化される。アニールを
終了した後、基板１の温度を室温まで降温し、基板１を
有機金属気相エピタキシャル成長装置から取り出す。こ
うして、シリコン基板１上に、面発光レーザ構造２５が
形成される。

【００８２】次に、面発光レーザ構造２５が形成された
基板１を、直径約１０μｍ、厚さ約１０００ÅのＳｉＯ
₂マスク１７で覆う。次に、基板１をドライエッチング
装置内に設置し、塩素系のエッチングガスを用いて、ｐ
型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層７の一部が露出するま
で、ＳｉＯ₂マスク１７に覆われていない部分のアンド
ープＡｌＮ／ＧａＮミラー構造２８を選択的にエッチン
グする。その後、ＳｉＯ₂マスク１７を取り除く。

【００８３】次に、基板１の裏面に、アルミニウムを１
０００Å程度蒸着させｎ側電極を形成し、ｐ型Ａｌ_0.2
Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層７の露出部に、厚さ約１０００Å
のニッケルを蒸着させｐ側電極を形成する。

【００８４】最後に、基板１をへき開することによっ
て、面発光レーザ素子が完成する。

【００８５】以下に、本実施形態によって得られた面発
光レーザ素子の特性について説明する。

【００８６】まず、電気的特性を説明する。上記面発光
レーザ素子において、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層
７、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層５、およびｎ型Ａ
ｌＮ／ＧａＮミラー構造２４のキャリア密度は、ともに
約１×１０¹⁸／ｃｍ³である。ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光
ガイド層７、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層５の移動
度は、それぞれ約１０ｃｍ²／Ｖ・ｓおよび約２５０ｃ
ｍ²／Ｖ・ｓである。ｎ型ＡｌＮ／ＧａＮミラー構造２
４の移動度は、約２５０ｃｍ²／Ｖ・ｓである。これら
の結果から分かるように、本実施形態によると、抵抗率
が十分に小さいｎ型光ガイド層５、ｐ型光ガイド層７、
およびｎ型ミラー構造２４を有する面発光レーザ素子が
作製できる。

【００８７】また、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ光ガイド層７
とニッケル電極１１との間に、オーム性接触が形成され
ており、さらにシリコン基板１の裏面とアルミニウム電
極１０との間にもオーム性接触が形成されている。

【００８８】次に、光学的特性について説明する。本実
施形態による面発光レーザ素子の発振波長は、３９４ｎ
ｍである。ｎ型ＡｌＮ／ＧａＮミラー構造２４およびア
ンドープＡｌＮ／ＧａＮミラー構造２８の反射率は、と
もに約９９％である。また、活性層２６における損失は
約１０ｃｍ^-1、共振器における損失は約１０ｃｍ^-1であ
る。しきい値キャリア密度は、約１０¹⁹／ｃｍ³であ
る。これらのことから、本実施形態による面発光レーザ
素子は、従来のサファイア（０００１）基板を用いた面
発光レーザ素子に比べて優れていることが分かる。

【００８９】また、基板１として、導電性を有するシリ
コンを用いるので、基板１の裏面を通して電流を流すこ
とができる。このため、本実施形態による面発光レーザ
素子は、従来の面発光レーザ素子に比べてミラー領域に
おける電流の拡がりが低減され、その結果、しきい値電
流密度が低くなる。

【００９０】また、本実施形態において、へき開可能な
シリコン（００１）基板が用いられるため、へき開によ
り、面発光レーザ素子を基板から分離する方法が使用で
きる。この方法は、従来のようなドライエッチングによ
って面発光レーザ素子を基板から分離する方法に比べ
て、素子に対するダメージが小さい。このため、面発光
レーザ素子の製造歩留まりが向上する。

【００９１】本実施形態において、約９９％の反射率を
実現するのに、ＡｌＮ／ＧａＮミラー構造のＡｌＮ層と
ＧａＮ層の対の数（１５）は、上記第１の実施形態１に
おけるＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎミラー構造のＡｌＮ層
とＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層の対の数（２０）より少ない。こ
れは、ＡｌＮとＧａＮとの屈折率差（０．５〜０．６）
がＡｌＮとＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎとの屈折率差（０．４）よ
り大きいからである。

【００９２】また、本実施形態によると、ミラー構造を
形成するために、厚さを精確に制御しなければならない
ＡｌＮ／ＧａＮ対の数が、２０から１５までに減ってい
るので、素子作製が容易になる。

【００９３】さらに、ＡｌＮ／ＧａＮミラー構造は、２
元結晶のみから形成されており、３元混晶（Ａｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ｎ）を含まない。このため、ミラー構造を形成す
る混晶の組成が変化することによって、ミラー構造の反
射率が低下する問題はなくなる。

【００９４】以上の説明で、ミラー構造２４、２８はシ
リコン基板を用いた面発光レーザ素子に設けられている
が、本発明はこれに限定されない。本発明によるミラー
構造を、シリコン以外の基板を用いた面発光レーザ素子
に設けられても、上記効果は得られる。なお、アンドー
プＩｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎ活性層の代わりに、第１の実施形
態のように、アンドープＧａＮ活性層を用いても同様な
効果が得られる。

【００９５】すなわち、本実施形態による面発光レーザ
素子は、図１１に示されるような従来の面発光レーザ素
子に比べて、特性が優れており、かつ高い歩留まりで製
造できる。

【００９６】（第３の実施形態）以下に、図４を参照し
ながら、本発明による半導体発光素子の第３の実施形態
として、さらに他の面発光レーザ素子を説明する。本実
施形態の面発光レーザ素子は、半導体層の接合面に平行
な方向の電流狭窄を積極的に行った構造（電流狭窄領
域）を備えている。電流狭窄領域以外の構成は、第１の
実施形態の構成に類似し、同一の部分について同一の参
照符号を付している。

【００９７】図４は、本実施形態の面発光レーザ素子の
断面を摸式的に示す。この面発光レーザ素子は、図４に
示されるように、導電性を有するｎ型シリコン（００
１）基板１と、基板１の表面に形成されたｎ型炭化珪素
膜２と、炭化珪素膜２の上に形成されたｎ型シリコン層
３３と、ｎ型シリコン層３３の上に設けられた面発光レ
ーザ構造３１５と、発光に必要な電流を供給するための
一対の電極１０および３１とを備えている。

【００９８】面発光レーザ構造３１５は、ｎ型シリコン
層３３に近い側から順番に、ｎ型ＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎミラー構造４、分離光閉じ込め単一量子井戸構造
９５、およびアンドープＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎミラ
ー構造８を含んでいる。単一量子井戸構造９５は、ｎ型
Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層９１、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9
Ｎ光ガイド層３５、アンドープＧａＮ活性層６、ｐ型Ａ
ｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ光ガイド層３７、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ
クラッド層９２、およびｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎコンタク
ト層９３を備えている。

【００９９】ｎ型ミラー構造４は、ｎ型ＡｌＮ層４ａと
ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４ｂとによって形成されてお
り、ｎ型ＡｌＮ層４ａとｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４ｂの
対が２０回繰り返された多層構造４ｃを有する。アンド
ープミラー構造８は、アンドープＡｌＮ層８ａとアンド
ープＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層８ｂとによって形成されてお
り、アンドープＡｌＮ層８ａとアンドープＡｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎ層８ｂの対が２０回繰り返された多層構造８ｃを
有する。アンドープミラー構造８は、円筒状を有する。

【０１００】円筒状のアンドープミラー８の回りのｐ型
Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎコンタクト層９３上に、ｐ側電極（Ｎ
ｉ／Ａｕ電極）３１が形成されている。シリコン基板１
の裏面の全面には、ｎ側電極（Ａｌ電極）１０が形成さ
れている。

【０１０１】図４に示される面発光レーザ素子におい
て、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層９２から炭化珪素
膜２に至るまでの選択された領域に、水素イオンを打ち
込むことによって形成された高抵抗領域（電流狭窄領
域）３９が設けられている。電流狭窄領域３９は、選択
された領域に電流を狭窄するための開口部８０を持って
いる。基板１の上部から見た開口部８０の形状は、例え
ば、円状、四角状またはストライプ状をなすことができ
る。この開口部８０の幅は、レーザ発振の横モードを調
整するように決定される。

【０１０２】不図示の電流供給回路から電極１０および
３１に電圧が与えられ、半導体積層構造体の中をｐ側電
極３１からｎ側電極１０へと電流が流れる。このとき、
電流は電流狭窄領域３９によってブロックされるので、
電流は狭窄されながら電流狭窄領域３９の間の開口部を
上から下へ流れる。電流狭窄領域３９を設けることによ
って、アンドープＧａＮ活性層６の選択された領域に電
流が狭窄され、横モードの制御されたレーザ発振が生
じ、しきい値電流密度の低い面発光レーザ素子が得られ
る。

【０１０３】以下に、図５（ａ）〜（ｄ）を参照しなが
ら、図４の面発光レーザ素子の製造方法を説明する。

【０１０４】まず、第１の実施形態で用いた方法と同様
な方法で、シリコン（００１）基板１上に、分子状に昇
華された炭素を供給することによって、シリコン基板１
の表面に、原子レベルで接している急峻なＳｉＣ/Ｓｉ
界面を有するヘテロエピタキシャル炭化珪素薄膜２（厚
さ：約１００〜５０００Å程度）を形成する。

【０１０５】次に、有機金属気相エピタキシャル成長装
置を用いて、モノシランを原料として、ｎ型シリコン層
３３（厚さ：約１００〜５０００Å程度）を形成する。

【０１０６】その後、第１の実施形態で説明した方法と
同様な方法で、基板１上に半導体層を堆積させる。基板
温度を１０３０℃まで昇温した後、ｎ型ＡｌＮ層４ａを
約４１４Å、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４ｂを約３５５Å
堆積する。ｎ型ＡｌＮ層４ａとｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層
４ｂとを、交互に２０回繰り返して成長させ、ｎ型Ａｌ
Ｎ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ多層ミラー構造４が形成される。

【０１０７】続いて、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層
９１（厚さ：約３０００〜１００００Å程度）、ｎ型Ａ
ｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ光ガイド層３５（厚さ：１０００〜２０
００Å程度）、アンドープＧａＮ活性層６（厚さ：１０
０〜１０００Å程度）、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ光ガイド
層３７（厚さ：１０００〜２０００Å程度）、ｐ型Ａｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層９２（厚さ：約３０００〜１０
０００Å程度）、およびｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎコンタク
ト層９３（厚さ：約１０００〜４０００Å程度）を堆積
する。

【０１０８】その後、アンドープＡｌＮ層８ａを約４１
４Å、アンドープＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層８ｂを約３５５Å
堆積する。アンドープＡｌＮ層８ａと、アンドープＡｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層８ｂとを、交互に２０回繰り返して成長
させ、アンドープＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ多層ミラー
構造８が形成される。

【０１０９】その後、シリコン（００１）基板１の温度
を７００℃程度に設定し、アニールを１時間行う。この
アニールによって、ｐ型ドーパントであるマグネシウム
は活性化される。アニールを終了した後、基板１の温度
を室温まで降温し、基板１を有機金属気相エピタキシャ
ル成長装置から取り出す。こうして、図５（ａ）に示さ
れるように、シリコン基板１上に、面発光レーザ構造３
５が形成される。

【０１１０】次に、図５（ｂ）に示されるように、ドラ
イエッチング装置において、面発光レーザ構造３５が形
成された基板１を、塩素と水素を含むエッチングガスを
用いて、単一量子井戸構造９５の一部が露出するまで、
アンドープＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎミラー構造８を選
択的にエッチングする。

【０１１１】次に、公知のイオン注入技術によって、図
５（ｃ）に示されるように、水素イオンを基板１の選択
された領域に注入し、高抵抗領域（電流狭窄領域）３９
を形成する。注入条件は、加速電圧数１００〜数１００
０Ｖ、バックグラウンド真空度１０^-2〜１Ｔｏｒｒであ
る。このように形成された電流狭窄領域３９の抵抗値
は、１０³Ωｃｍ以上；ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎコンタク
ト層９３の表面から、電流狭窄領域３９の上部までの深
さＬは、１．０μｍ程度；電流狭窄領域３９の厚さＨ
は、１．５μｍ程度である。水素イオンが注入された面
発光レーザ構造３１５に対して、２次イオン質量分析装
置を用いて、水素イオン濃度のプロファイルを測定し
た。図６は、測定の結果を示す。横軸は、単一量子井戸
構造９５の上面から基板１方向への深さを示し、縦軸
は、注入された水素イオンの濃度を示す。図６から分か
るように、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層９２から炭
化珪素膜２に至るまでの選択された領域に、高い濃度の
水素イオンが存在している。

【０１１２】次に、図５（ｄ）に示されるように、基板
１の裏面に、アルミニウムを厚さ１０００Å程度蒸着さ
せ、ｎ側電極１０を形成する。また、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ
_0.9Ｎコンタクト層９３（単一量子井戸構造９５の最上
層）の露出部に、厚さ１０００Å程度のニッケルおよび
厚さ約１００〜１０００Å程度の金を蒸着させｐ側電極
３１を形成する。

【０１１３】最後に、基板１をへき開することによっ
て、図４に示される面発光レーザ素子が完成する。

【０１１４】以上の説明では、ミラー構造４、８はＡｌ
Ｎ層とＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層とによって形成されている
が、ＡｌＮ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎの代わりに、第２の実施
形態のように、ＡｌＮ層とＧａＮ層とによってミラー構
造を形成してもよい。

【０１１５】（第４の実施形態）以下に、図７を参照し
ながら、本発明による半導体発光素子の第４の実施形態
として、さらに他の面発光レーザ素子を説明する。本実
施形態と上記第３の実施形態とは、電流狭窄手段の構成
の点で異なる。以下に、この相違点のみについて説明す
る。

【０１１６】図７に示されるように、ｎ型シリコン層３
３とｎ型ミラー構造４との間に、電流狭窄層４９が設け
られている。電流狭窄層４９は、ＡｌＮを酸化して得ら
れた酸化層から形成されている。電流狭窄層４９は、選
択された領域に電流を狭窄するための開口部８０を持っ
ている。基板１の上部から見た開口部８０の形状は、例
えば、円状、四角状またはストライプ状をなすことがで
きる。開口部８０の幅は、レーザ発振の横モードを調整
するように決定される。

【０１１７】図７の面発光レーザ素子の製造方法につい
て、電流狭窄層４９以外の層の形成は、上記第３の実施
形態の場合と同一である。以下に、図８（ａ）〜（ｄ）
を参照しながら、電流狭窄層４９の形成のみについて説
明する。

【０１１８】図８（ａ）に示されるように、基板１上
に、ｎ型ＡｌＮ層４ａおよびｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４
ｂによって構成されるｎ型ミラー構造４、単一量子井戸
構造９５、および円筒状にエッチングされたアンドープ
ミラー構造８が形成されている。

【０１１９】図８（ａ）の基板１上に、図８（ｂ）に示
されるように、ＳｉＯ₂膜４０１を被覆する。その後、
水蒸気雰囲気中で、４００〜８００℃程度の温度で、Ａ
ｌＮ層４ａに対して酸化処理を行う。この処理によっ
て、ＡｌＮ層４ａは、左及び右の両面から内部に向かっ
て部分的に酸化され、図８（ｃ）に示されるように、開
口部８０を持ったＡｌ、ＯおよびＮを含む絶縁層（電流
狭窄層４９、厚さ：４００〜４０００Å程度）が形成さ
れる。次に、図８（ｄ）に示されるように、フッ酸によ
って、ＳｉＯ₂膜４０１を除去する。

【０１２０】ｎ型ミラー構造４に含まれる２０個のｎ型
ＡｌＮ層４ａがすべての層が上記のように酸化されても
よいし、２０個のｎ型ＡｌＮ層４ａのうちの一部の層だ
けが上記のように酸化されてもよい。ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎ層４ｂは、Ｇａが含まれているので、酸化されに
くい。アンドープミラー構造８はＳｉＯ₂によって覆わ
れているので、アンドープミラー構造８を構成するアン
ドープＡｌＮ層８ａは酸化されない。

【０１２１】その後、基板１の上に、第３の実施形態の
方法と同様な方法で、他の半導体結晶層を成長させ、面
発光レーザ素子を完成する。

【０１２２】（第５の実施形態）以下に、図９を参照し
ながら、本発明による半導体発光素子の第５の実施形態
として、さらに他の面発光レーザ素子を説明する。本実
施形態と上記第３の実施形態とは、電流狭窄手段の構成
の点で異なる。以下に、この相違点のみについて説明す
る。

【０１２３】図９に示されるように、ｎ型シリコン基板
１のｎ型炭化珪素膜２と接する表面領域に、電流狭窄層
５９が設けられている。電流狭窄層５９は、水素イオン
を注入することによって形成された高抵抗領域である。
電流狭窄層５９は、選択された領域に電流を狭窄するた
めの開口部８０を持っている。基板１の上部から見た開
口部８０は、ストライプ状を有する。開口部８０は、ス
トライプ状の代わりに、例えば、円状、または四角状を
有してもよい。開口部８０の幅は、レーザ発振の横モー
ドを調整するように決定される。

【０１２４】以下に、図１０（ａ）〜（ｄ）を参照しな
がら、電流狭窄層５９の形成方法を説明する。

【０１２５】図１０（ａ）の基板１上に、図１０（ｂ）
に示されるように、幅１０μmのストライプ状のＮｉ膜
５７を被覆する。次に、図１０（ｃ）に示されるよう
に、公知のイオン注入技術によって、Ｎｉ膜５７をマス
クとして、基板１の表面に、水素イオンを注入する。注
入条件は、加速電圧数１００〜数１０００Ｖ、バックグ
ラウンド真空度１０^-2〜１Ｔｏｒｒである。その後、図
１０（ｄ）に示されるように、Ｎｉ膜５７を硝酸によっ
て除去する。こうして、基板１の表面領域に、開口部８
０を有する高抵抗な電流狭窄層５９が形成される。電流
狭窄層５９の抵抗値は、１０³Ωｃｍ以上；厚さは、４
００〜４０００Å程度である。

【０１２６】その後、基板１の上に、第３の実施形態の
方法と同様な方法で、他の半導体結晶層を成長させ、面
発光レーザ素子を完成する。

【０１２７】

【発明の効果】本発明によると、次のような効果が得ら
れる。

【０１２８】(1) 窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体か
ら形成される面発光構造が、導電性を有するシリコン基
板上に形成されるため、基板の裏面を通して電流を流す
ことができる。このため、ｎ型ミラー領域における電流
の拡がりが低減され、しきい値電流密度が低くなる。さ
らに、半導体層の接合面に平行な方向の電流狭窄手段を
設けることによって、しきい値電流密度を一層低下でき
る。

【０１２９】(2) へき開可能なシリコン基板が用いら
れるため、へき開により、面発光レーザ素子を基板から
分離できる。このため、素子に対するダメージが小さ
く、素子の製造歩留まりが向上する。

【０１３０】(3) ミラー構造を構成する層は、２元結
晶（ＡｌＮおよびＧａＮ）のみからなっており、しか
も、ＡｌＮとＧａＮとの間の屈折率の差が大きい。この
ため、ミラー構造を構成するＡｌＮ層／ＧａＮ層の対の
数が低減される。さらに、３元混晶が含まれないので、
混晶の組成が変化することによって、ミラー構造の反射
率が低下する問題はなくなる。

【０１３１】本発明によると、しきい値電流密度が小さ
く、かつ高い歩留まりで製造できる窒素を含むIII−Ｖ
族化合物半導体から形成される面発光構造を有する面発
光レーザ素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態による面発光レーザ素子の断面
図

【図２】（ａ）から（ｃ）は、図１の面発光レーザ素子
の製造方法を示す工程断面図

【図３】第２の実施形態による面発光レーザ素子の断面
図

【図４】第３の実施形態による面発光レーザ素子の断面
図

【図５】（ａ）から（ｄ）は、図４の面発光レーザ素子
の製造方法を示す工程断面図

【図６】第３の実施形態による面発光レーザ構造に注入
された水素イオン濃度のプロファイルを示す図

【図７】第４の実施形態による面発光レーザ素子の断面
図

【図８】（ａ）から（ｄ）は、図７の面発光レーザ素子
の製造方法を示す工程断面図

【図９】第５の実施形態による面発光レーザ素子の断面
図

【図１０】（ａ）から（ｄ）は、図９の面発光レーザ素
子の製造方法を示す工程断面図

【図１１】従来の面発光レーザ素子の断面図

【符号の説明】

１シリコン基板２炭化珪素膜３ＧａＮバッファ層４ｎ型ＡｌＮ／ＡｌＧａＮミラー構造４ａｎ型ＡｌＮ層４ｂｎ型ＡｌＧａＮ層５ｎ型ＡｌＧａＮ光ガイド層６ＧａＮ活性層７ｐ型ＡｌＧａＮ光ガイド層８アンドープＡｌＮ／ＡｌＧａＮミラー構造８ａアンドープＡｌＮ層８ｂアンドープＡｌＧａＮ層１０ｎ側電極１１ｐ側電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武石英見大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者粂雅博大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者北畠真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

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板と、該シリコン基板の上に形成され、活性層と該活性層の上
下に設けられた１対のミラー構造とを有する面発光構造
体であって、該活性層および該ミラー構造は、窒素を含
むIII−Ｖ族化合物半導体から形成されている、面発光
構造体と、を備えた半導体発光素子。
【請求項２】前記ミラー構造は、ＡｌＮ層とＧａＮ層
とを含んでいる請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】前記シリコン基板と、前記面発光構造体
との間に、ＧａＮバッファ層が形成されている請求項１
または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】前記シリコン基板の前記面発光構造体が
形成される表面に、炭化珪素層が形成されている請求項
１から３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】前記活性層の選択された領域に電流を狭
窄するための開口部を持った電流狭窄領域をさらに備え
ている、請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光
素子。
【請求項６】前記電流狭窄領域は、水素イオンが注入
された領域である、請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】前記電流狭窄領域は、前記面発光構造体
中に形成されている請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】前記電流狭窄領域は、前記基板の表面領
域に形成されている請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項９】前記電流狭窄領域は、前記活性層と前記
基板との間に形成された絶縁層を含んでいる、請求項５
に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】前記電流狭窄領域は、前記ミラー構造
を構成する層の酸化された層を含んでいる、請求項５に
記載の半導体発光素子。
【請求項１１】前記絶縁層は、ＡｌＮの酸化物から形
成されている、請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】基板と、該基板上の、窒化ガリウム系III−Ｖ族化合物半導体か
ら形成された活性層と、該活性層の上下に設けられた１
対のミラー構造とを有する面発光構造体と、を備えた半
導体発光素子であって、該ミラー構造は、ＡｌＮ層とＧａＮ層とを含んでいる、
半導体発光素子。
【請求項１３】前記活性層は、窒素およびガリウムを
含むIII−Ｖ族化合物半導体から形成されている、請求
項１から１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】前記活性層の上下に、該活性層を挟む
１対の光ガイド層が形成されており、該光ガイド層は、
窒素およびガリウムを含むIII−Ｖ族化合物半導体から
形成されている、請求項１から１２のいずれかに記載の
半導体発光素子。