JPH10135570A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子Info
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- JPH10135570A JPH10135570A JP28493396A JP28493396A JPH10135570A JP H10135570 A JPH10135570 A JP H10135570A JP 28493396 A JP28493396 A JP 28493396A JP 28493396 A JP28493396 A JP 28493396A JP H10135570 A JPH10135570 A JP H10135570A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 放熱性が良く、さらに生産性に優れた窒化物
半導体レーザ素子を提供することにあり、具体的には発
光チップの基板を薄くして、発光チップの放熱性を向上
させて、素子寿命を向上させる。 【構成】 絶縁性基板上に、互いに異なる導電型を有す
る窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体レーザ
素子において、前記絶縁性基板の厚さが８０μｍ以下に
調整されてなり、特にスピネル基板にすると薄く研磨で
きて放熱性が高まる。
半導体レーザ素子を提供することにあり、具体的には発
光チップの基板を薄くして、発光チップの放熱性を向上
させて、素子寿命を向上させる。 【構成】 絶縁性基板上に、互いに異なる導電型を有す
る窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体レーザ
素子において、前記絶縁性基板の厚さが８０μｍ以下に
調整されてなり、特にスピネル基板にすると薄く研磨で
きて放熱性が高まる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるレ
ーザ素子に関する。
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるレ
ーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体よりなる青色ＬＥＤ、緑色
ＬＥＤが最近実用化され、現在各研究機関で活発に研究
が行われている。窒化物半導体は格子整合する基板が今
のところ存在しないため、大きな格子定数差（１３．５
％）にもかかわらず、サファイアが成長基板として使用
されている。前記ＬＥＤもサファイア基板の上にダブル
へテロ構造を有する窒化物半導体が成長されてなってい
る。
ＬＥＤが最近実用化され、現在各研究機関で活発に研究
が行われている。窒化物半導体は格子整合する基板が今
のところ存在しないため、大きな格子定数差（１３．５
％）にもかかわらず、サファイアが成長基板として使用
されている。前記ＬＥＤもサファイア基板の上にダブル
へテロ構造を有する窒化物半導体が成長されてなってい
る。
【０００３】基板にはサファイアの他に、窒化物半導体
と格子定数差の少ないＳｉＣ、スピネル（ＭｇＡｌ
2Ｏ4）を使用することも提案されているが｛例えば、J.
I.Pankove : RCA Review 32,383(1972)、M.E.Lin : App
l.Phys.Lett 62,702(1993)｝、現実に主流となっている
のはサファイアを用いた窒化物半導体素子である。
と格子定数差の少ないＳｉＣ、スピネル（ＭｇＡｌ
2Ｏ4）を使用することも提案されているが｛例えば、J.
I.Pankove : RCA Review 32,383(1972)、M.E.Lin : App
l.Phys.Lett 62,702(1993)｝、現実に主流となっている
のはサファイアを用いた窒化物半導体素子である。
【０００４】サファイアの上に窒化物半導体が成長され
た素子では、窒化物半導体とサファイアとの格子定数、
熱膨張係数等が異なるため、その界面には歪みによる応
力が係っている。しかも窒化物半導体は１０００℃以上
の高温で成長されるため、窒化物半導体成長後、ウェー
ハを常温に冷却すると歪みは顕著になる。そのため、成
長後のウェーハが平面状ではなく、反り返ったりする場
合がある。さらに窒化物半導体、サファイアともモース
硬度が９とダイヤモンドに近い非常に堅い物質であるた
め、ウェーハから規則的な形状のチップに分離するのが
難しいという問題がある。このため特開平５−１６６９
２３号では、サファイア基板を研磨して薄くしてからス
クライブで切断する技術が示されている。このように、
サファイアを基板としたＬＥＤ素子では１００μｍ前後
にサファイア基板を薄くしてから切断されている。
た素子では、窒化物半導体とサファイアとの格子定数、
熱膨張係数等が異なるため、その界面には歪みによる応
力が係っている。しかも窒化物半導体は１０００℃以上
の高温で成長されるため、窒化物半導体成長後、ウェー
ハを常温に冷却すると歪みは顕著になる。そのため、成
長後のウェーハが平面状ではなく、反り返ったりする場
合がある。さらに窒化物半導体、サファイアともモース
硬度が９とダイヤモンドに近い非常に堅い物質であるた
め、ウェーハから規則的な形状のチップに分離するのが
難しいという問題がある。このため特開平５−１６６９
２３号では、サファイア基板を研磨して薄くしてからス
クライブで切断する技術が示されている。このように、
サファイアを基板としたＬＥＤ素子では１００μｍ前後
にサファイア基板を薄くしてから切断されている。
【０００５】一方、窒化物半導体はレーザ素子の材料と
しても非常に有望であるが、レーザ素子ではＬＥＤと異
なり、素子自体の発熱量が格段に大きく、素子寿命を向
上させて、閾値電流を低下させるためには、素子自体の
放熱性を高める必要がある。しかしながら、窒化物半導
体自体が注目されるようになってから、具体的に窒化物
半導体よりなるレーザ素子の放熱性を高める技術は提案
されていないのが実状である。
しても非常に有望であるが、レーザ素子ではＬＥＤと異
なり、素子自体の発熱量が格段に大きく、素子寿命を向
上させて、閾値電流を低下させるためには、素子自体の
放熱性を高める必要がある。しかしながら、窒化物半導
体自体が注目されるようになってから、具体的に窒化物
半導体よりなるレーザ素子の放熱性を高める技術は提案
されていないのが実状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
とするところは放熱性が良く、さらに生産性に優れた窒
化物半導体レーザ素子を提供することにあり、具体的に
は発光チップの基板を薄くして、発光チップの放熱性を
向上させて、素子寿命を向上させることにある。
とするところは放熱性が良く、さらに生産性に優れた窒
化物半導体レーザ素子を提供することにあり、具体的に
は発光チップの基板を薄くして、発光チップの放熱性を
向上させて、素子寿命を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子は、絶縁性基板上に、互いに異なる導電型を有
する窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体レー
ザ素子において、前記絶縁性基板の厚さが８０μｍ以下
に調整されてなることを特徴とする。基板の好ましい厚
さは７０μｍ以下、さらに好ましくは６０μｍ以下、最
も好ましくは５０μｍ以下に調整される。また下限は特
に限定しないが通常１０μｍ以上あることが望ましい。
ーザ素子は、絶縁性基板上に、互いに異なる導電型を有
する窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体レー
ザ素子において、前記絶縁性基板の厚さが８０μｍ以下
に調整されてなることを特徴とする。基板の好ましい厚
さは７０μｍ以下、さらに好ましくは６０μｍ以下、最
も好ましくは５０μｍ以下に調整される。また下限は特
に限定しないが通常１０μｍ以上あることが望ましい。
【０００８】また、本発明のレーザ素子は、絶縁性基板
がスピネルよりなることを特徴とする。また、スピネル
基板の窒化物半導体が成長される面は（１１１）面であ
ることがさらに好ましい。
がスピネルよりなることを特徴とする。また、スピネル
基板の窒化物半導体が成長される面は（１１１）面であ
ることがさらに好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】レーザ素子の基板には、サファイ
ア（Ａｌ2Ｏ3、Ａ面、Ｃ面、Ｒ面を含む）、スピネル
（ＭｇＡｌ2Ｏ4）の他、例えば特開平２−２２９４７５
号公報に示されているような窒化物半導体に格子整合し
た酸化物基板、若しくは格子定数の近い酸化物基板を用
いることができる。その中でもスピネルは窒化物半導体
との、格子定数不整が９．５％と少なく、また窒化物半
導体との密着性も良く、基板を薄くしても基板自体が割
れることは少ない。
ア（Ａｌ2Ｏ3、Ａ面、Ｃ面、Ｒ面を含む）、スピネル
（ＭｇＡｌ2Ｏ4）の他、例えば特開平２−２２９４７５
号公報に示されているような窒化物半導体に格子整合し
た酸化物基板、若しくは格子定数の近い酸化物基板を用
いることができる。その中でもスピネルは窒化物半導体
との、格子定数不整が９．５％と少なく、また窒化物半
導体との密着性も良く、基板を薄くしても基板自体が割
れることは少ない。
【００１０】窒化物半導体を積層するには、例えばＭＯ
ＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成
長法）、ＨＤＶＰＥ（ハライド気相成長法）等の窒化物
半導体を成長させるために提案されている従来の気相成
長技術を用いることができる。そして、これらの気相成
長技術を用いて、窒化物半導体をｎ型、ｐ型等の導電型
になるように積層することによりレーザ素子の構造を作
製することができる。窒化物半導体はノンドープ（不純
物をドープしない状態）でも結晶自信が持つ格子欠陥の
ためにｎ型となる性質があるが、好ましくはＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ、Ｓ等のドナー不純物を結晶成長中にドープす
ることにより、キャリア濃度の高い好ましいｎ型とする
ことができる。またｐ型はＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ等の
II族元素よりなるアクセプター不純物を結晶成長中にド
ープすることにより得られるが、これらのアクセプター
不純物は結晶中の水素原子と結合して、アクセプターを
不活性化しているため、結晶成長後にアニーリング（熱
処理）して結晶中の水素を除去してやることにより、低
抵抗な好ましいｐ型が得られる。
ＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成
長法）、ＨＤＶＰＥ（ハライド気相成長法）等の窒化物
半導体を成長させるために提案されている従来の気相成
長技術を用いることができる。そして、これらの気相成
長技術を用いて、窒化物半導体をｎ型、ｐ型等の導電型
になるように積層することによりレーザ素子の構造を作
製することができる。窒化物半導体はノンドープ（不純
物をドープしない状態）でも結晶自信が持つ格子欠陥の
ためにｎ型となる性質があるが、好ましくはＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ、Ｓ等のドナー不純物を結晶成長中にドープす
ることにより、キャリア濃度の高い好ましいｎ型とする
ことができる。またｐ型はＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ等の
II族元素よりなるアクセプター不純物を結晶成長中にド
ープすることにより得られるが、これらのアクセプター
不純物は結晶中の水素原子と結合して、アクセプターを
不活性化しているため、結晶成長後にアニーリング（熱
処理）して結晶中の水素を除去してやることにより、低
抵抗な好ましいｐ型が得られる。
【００１１】成長後の基板は例えばダイヤモンド粉、Ｓ
ｉＣ粉等を研磨剤として、通常の研削装置を用いてラッ
ピングすることにより、膜厚を調整できる。また、ラッ
ピング後、そのラッピング面をさらに細かい研磨剤を用
いてポリシングしても良い。一方、エッチングにはドラ
イエッチングとウェットエッチングがありどちらを用い
ても良い。ドライエッチングでは例えば、ＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）装置、ＲＩＢＥ（反応性イオンビ
ームエッチング）装置、ＥＣＲ（電子サイクロトロンエ
ッチング）装置、イオンミリング装置等を用いることが
できる。ウェットエッチングでは例えば硫酸＋過酸化水
素、硫酸＋リン酸の混酸等でエッチング可能である。ま
たウェットエッチングとドライエッチングを併用するこ
ともできる。
ｉＣ粉等を研磨剤として、通常の研削装置を用いてラッ
ピングすることにより、膜厚を調整できる。また、ラッ
ピング後、そのラッピング面をさらに細かい研磨剤を用
いてポリシングしても良い。一方、エッチングにはドラ
イエッチングとウェットエッチングがありどちらを用い
ても良い。ドライエッチングでは例えば、ＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）装置、ＲＩＢＥ（反応性イオンビ
ームエッチング）装置、ＥＣＲ（電子サイクロトロンエ
ッチング）装置、イオンミリング装置等を用いることが
できる。ウェットエッチングでは例えば硫酸＋過酸化水
素、硫酸＋リン酸の混酸等でエッチング可能である。ま
たウェットエッチングとドライエッチングを併用するこ
ともできる。
【００１２】基板膜厚調整後の窒化物半導体を成長した
ウェーハを分割して発光チップとするには、例えばダイ
シング、スクライブ等の手段がある。本発明では好まし
くスピネル基板を使用して、さらにそのスピネル基板を
８０μｍ以下と非常に薄く調節しているため、ダイシン
グ、スクライブいずれの方法においても、正確な位置で
切断可能となる。特に、スピネルはサファイアほどの硬
度を有していないので、ダイサーででも切断可能であ
り、さらに、基板を薄くしているので、用意に切断でき
る。一方、スクライブも同様に、スピネル（１１１）面
は（１００）面に劈開性があるため、その劈開性を用い
れば、ウェーハを簡単に分離できる。
ウェーハを分割して発光チップとするには、例えばダイ
シング、スクライブ等の手段がある。本発明では好まし
くスピネル基板を使用して、さらにそのスピネル基板を
８０μｍ以下と非常に薄く調節しているため、ダイシン
グ、スクライブいずれの方法においても、正確な位置で
切断可能となる。特に、スピネルはサファイアほどの硬
度を有していないので、ダイサーででも切断可能であ
り、さらに、基板を薄くしているので、用意に切断でき
る。一方、スクライブも同様に、スピネル（１１１）面
は（１００）面に劈開性があるため、その劈開性を用い
れば、ウェーハを簡単に分離できる。
【００１３】［実施例１］図１を元にして本発明の方法
によるＬＤ素子を作製する方法について説明する。（１
１１）面を成長面とする１インチφ、厚さ３００μｍの
スピネル基板１１（ＭｇＡｌ2Ｏ4）を反応容器内にセッ
トし、反応容器内を水素で十分置換した後、水素を流し
ながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板の
クリーニングを行う。
によるＬＤ素子を作製する方法について説明する。（１
１１）面を成長面とする１インチφ、厚さ３００μｍの
スピネル基板１１（ＭｇＡｌ2Ｏ4）を反応容器内にセッ
トし、反応容器内を水素で十分置換した後、水素を流し
ながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板の
クリーニングを行う。
【００１４】続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリ
アガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメ
チルガリウム）とを用い、スピネル基板上にＧａＮより
なるバッファ層１２を約２００オングストロームの膜厚
で成長させる。バッファ層はＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ等が、９００℃以下の温度で、膜厚数十オングストロ
ーム〜数百オングストロームで形成できる。このバッフ
ァ層は基板と窒化物半導体との格子定数不正を緩和する
ために形成されるが、窒化物半導体の成長方法によって
は省略することも可能である。
アガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメ
チルガリウム）とを用い、スピネル基板上にＧａＮより
なるバッファ層１２を約２００オングストロームの膜厚
で成長させる。バッファ層はＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ等が、９００℃以下の温度で、膜厚数十オングストロ
ーム〜数百オングストロームで形成できる。このバッフ
ァ層は基板と窒化物半導体との格子定数不正を緩和する
ために形成されるが、窒化物半導体の成長方法によって
は省略することも可能である。
【００１５】バッファ層１２成長後、ＴＭＧのみ止め
て、温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃にな
ったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、ド
ーパントガスにシランガスを用い、ｎ型コンタクト層１
３としてＳｉドープｎ型ＧａＮ層を５μｍの膜厚で成長
させる。ｎ型コンタクト層はＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ
（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、特
にＧａＮ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉ若しくはＧｅを
ドープしたＧａＮで構成することにより、キャリア濃度
の高いｎ型層が得られ、また負電極と好ましいオーミッ
ク接触が得られる。負電極の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、
Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金が好
ましいオーミックが得られる。
て、温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃にな
ったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、ド
ーパントガスにシランガスを用い、ｎ型コンタクト層１
３としてＳｉドープｎ型ＧａＮ層を５μｍの膜厚で成長
させる。ｎ型コンタクト層はＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ
（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、特
にＧａＮ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉ若しくはＧｅを
ドープしたＧａＮで構成することにより、キャリア濃度
の高いｎ型層が得られ、また負電極と好ましいオーミッ
ク接触が得られる。負電極の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、
Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金が好
ましいオーミックが得られる。
【００１６】次に、温度を８００℃にして、原料ガスに
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層１４を５００オング
ストロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層１
４はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧ
ａＮで成長させることにより、次に成長させるＡｌを含
む第１のｎ型窒化物半導体層１５を厚膜で成長させるこ
とが可能となり、非常に好ましい。ＬＤの場合は、光閉
じ込め層となる層を、好ましくは０．１μｍ以上の膜厚
で成長させる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧａＮ
層の上に直接、厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後か
ら成長させたＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作製
が困難であったが、このクラック防止層１４が、次に成
長させるＡｌを含む第１のｎ型窒化物半導体層１５にク
ラックが入るのを防止することができる。なおこのクラ
ック防止層は１００オングストローム以上、０．５μｍ
以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オング
ストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止とし
て作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が
黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層１４は
成長方法、成長装置等の条件によっては省略することも
できるがＬＤを作製する場合には成長させる方が望まし
い。
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層１４を５００オング
ストロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層１
４はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧ
ａＮで成長させることにより、次に成長させるＡｌを含
む第１のｎ型窒化物半導体層１５を厚膜で成長させるこ
とが可能となり、非常に好ましい。ＬＤの場合は、光閉
じ込め層となる層を、好ましくは０．１μｍ以上の膜厚
で成長させる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧａＮ
層の上に直接、厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後か
ら成長させたＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作製
が困難であったが、このクラック防止層１４が、次に成
長させるＡｌを含む第１のｎ型窒化物半導体層１５にク
ラックが入るのを防止することができる。なおこのクラ
ック防止層は１００オングストローム以上、０．５μｍ
以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オング
ストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止とし
て作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が
黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層１４は
成長方法、成長装置等の条件によっては省略することも
できるがＬＤを作製する場合には成長させる方が望まし
い。
【００１７】次に温度を１０３０℃にして、原料ガスに
ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、ＮＨ3、
ＳｉＨ4を用い、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎより
なる第１のｎ型窒化物半導体層１５を０．５μｍの膜厚
で成長させる。この第１のｎ型窒化物半導体層１５はキ
ャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、上
記のようにＡｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧ
ａＮを成長させることが望ましく、１００オングストロ
ーム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オング
ストローム以上、１μｍ以下で成長させることにより、
結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。
ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、ＮＨ3、
ＳｉＨ4を用い、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎより
なる第１のｎ型窒化物半導体層１５を０．５μｍの膜厚
で成長させる。この第１のｎ型窒化物半導体層１５はキ
ャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、上
記のようにＡｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧ
ａＮを成長させることが望ましく、１００オングストロ
ーム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オング
ストローム以上、１μｍ以下で成長させることにより、
結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。
【００１８】続いて、１０３０℃でＳｉドープｎ型Ｇａ
Ｎよりなる第２のｎ型窒化物半導体層１６を０．２μｍ
の膜厚で成長させる。この第２のｎ型窒化物半導体層１
６は、光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを
成長させることが望ましく、通常１００オングストロー
ム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム
〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。
Ｎよりなる第２のｎ型窒化物半導体層１６を０．２μｍ
の膜厚で成長させる。この第２のｎ型窒化物半導体層１
６は、光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを
成長させることが望ましく、通常１００オングストロー
ム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム
〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。
【００１９】次に、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモ
ニアを用いて活性層１７を成長させる。活性層は温度を
８００℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を２
回繰り返し、最後に井戸層を積層した多重量子井戸構造
の活性層１７を成長させる。
ニアを用いて活性層１７を成長させる。活性層は温度を
８００℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を２
回繰り返し、最後に井戸層を積層した多重量子井戸構造
の活性層１７を成長させる。
【００２０】次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、
ＴＭＡ、ＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグ
ネシウム）を用い、活性層よりもバンドギャップエネル
ギーが大きい、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりな
る第１のｐ型窒化物半導体層１８を３００オングストロ
ームの膜厚で成長させる。この第１のｐ型窒化物半導体
層１８はｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物を
ドープしてキャリアが補償されたｉ型としても良く、最
も好ましくはｐ型とする。第１のｐ型窒化物半導体層１
８の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オ
ングストローム以下、最も好ましくは３００オングスト
ローム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長
させると、第１の窒化物半導体層中にクラックが入りや
すくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくい
からである。またキャリアがこのエネルギーバリアをト
ンネル効果により通過できなくなる。また、Ａｌの組成
比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振
しやすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡｌYＧａ
1-YＮであれば５００オングストローム以下に調整する
ことが望ましい。第１の窒化物半導体層１８の膜厚の下
限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜
厚で形成することが望ましい。
ＴＭＡ、ＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグ
ネシウム）を用い、活性層よりもバンドギャップエネル
ギーが大きい、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりな
る第１のｐ型窒化物半導体層１８を３００オングストロ
ームの膜厚で成長させる。この第１のｐ型窒化物半導体
層１８はｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物を
ドープしてキャリアが補償されたｉ型としても良く、最
も好ましくはｐ型とする。第１のｐ型窒化物半導体層１
８の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オ
ングストローム以下、最も好ましくは３００オングスト
ローム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長
させると、第１の窒化物半導体層中にクラックが入りや
すくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくい
からである。またキャリアがこのエネルギーバリアをト
ンネル効果により通過できなくなる。また、Ａｌの組成
比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振
しやすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡｌYＧａ
1-YＮであれば５００オングストローム以下に調整する
ことが望ましい。第１の窒化物半導体層１８の膜厚の下
限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜
厚で形成することが望ましい。
【００２１】続いて１０５０℃で、バンドギャップエネ
ルギーが第１のｐ型窒化物半導体層１８よりも小さい、
Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第２のｐ型窒化物半導体
層１９を０．２μｍの膜厚で成長させる。この層は、光
ガイド層として作用し、第２のｎ型窒化物半導体層１６
と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望まし
い。また、この層は第３のｐ型窒化物半導体層２０を成
長させる際のバッファ層としても作用し、１００オング
ストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングス
トローム〜１μｍの膜厚で成長させることにより、好ま
しい光ガイド層として作用する。
ルギーが第１のｐ型窒化物半導体層１８よりも小さい、
Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第２のｐ型窒化物半導体
層１９を０．２μｍの膜厚で成長させる。この層は、光
ガイド層として作用し、第２のｎ型窒化物半導体層１６
と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望まし
い。また、この層は第３のｐ型窒化物半導体層２０を成
長させる際のバッファ層としても作用し、１００オング
ストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングス
トローム〜１μｍの膜厚で成長させることにより、好ま
しい光ガイド層として作用する。
【００２２】続いて１０５０℃で、バンドギャップエネ
ルギーが第２の窒化物半導体層１９よりも大きい、Ｍｇ
ドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第３のｐ型窒化物
半導体層２０を０．５μｍの膜厚で成長させる。この層
は第１のｎ型窒化物半導体層１５と同じく、キャリア閉
じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む
窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを成長させること
が望ましく、１００オングストローム以上、２μｍ以
下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１
μｍ以下で成長させることにより、結晶性の良いキャリ
ア閉じ込め層が形成できる。
ルギーが第２の窒化物半導体層１９よりも大きい、Ｍｇ
ドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第３のｐ型窒化物
半導体層２０を０．５μｍの膜厚で成長させる。この層
は第１のｎ型窒化物半導体層１５と同じく、キャリア閉
じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む
窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを成長させること
が望ましく、１００オングストローム以上、２μｍ以
下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１
μｍ以下で成長させることにより、結晶性の良いキャリ
ア閉じ込め層が形成できる。
【００２３】本実施例のようにＩｎＧａＮよりなる井戸
層を有する活性層１７の場合、その活性層１７に接し
て、膜厚０．１μｍ以下のＡｌを含む第１のｐ型窒化物
半導体層１８を設け、その第１のｐ型窒化物半導体層１
８よりも活性層から離れた位置に、第１のｐ型窒化物半
導体層よりもバッドギャップエネルギーが小さい第２の
ｐ型窒化物半導体層１９を設け、その第２のｐ型窒化物
半導体層１９よりも活性層から離れた位置に、第２のｐ
型窒化物半導体層１９よりもバンドギャップが大きいＡ
ｌを含む窒化物半導体よりなる第３のｐ型窒化物半導体
層２０を設けることは非常に好ましい。しかもこの第１
のｐ型窒化物半導体層１０４の膜厚を０．１μｍ以下と
薄く設定してあるため、キャリアのバリアとして作用す
ることはなく、ｐ層から注入された正孔が、トンネル効
果により第１のｐ型窒化物半導体層を通り抜けることが
できて、活性層で効率よく再結合し、ＬＤの出力が向上
する。つまり、注入されたキャリアは、第１のｐ型窒化
物半導体層１８のバンドギャップエネルギーが大きいた
め、半導体素子の温度が上昇しても、あるいは注入電流
密度が増えても、キャリアは活性層をオーバーフローせ
ず、第１のｐ型窒化物半導体層１９で阻止されるため、
キャリアが活性層に貯まり、効率よく発光することが可
能となる。従って、半導体素子が温度上昇しても発光効
率が低下することが少ないので、閾値電流の低いＬＤを
実現することができる。
層を有する活性層１７の場合、その活性層１７に接し
て、膜厚０．１μｍ以下のＡｌを含む第１のｐ型窒化物
半導体層１８を設け、その第１のｐ型窒化物半導体層１
８よりも活性層から離れた位置に、第１のｐ型窒化物半
導体層よりもバッドギャップエネルギーが小さい第２の
ｐ型窒化物半導体層１９を設け、その第２のｐ型窒化物
半導体層１９よりも活性層から離れた位置に、第２のｐ
型窒化物半導体層１９よりもバンドギャップが大きいＡ
ｌを含む窒化物半導体よりなる第３のｐ型窒化物半導体
層２０を設けることは非常に好ましい。しかもこの第１
のｐ型窒化物半導体層１０４の膜厚を０．１μｍ以下と
薄く設定してあるため、キャリアのバリアとして作用す
ることはなく、ｐ層から注入された正孔が、トンネル効
果により第１のｐ型窒化物半導体層を通り抜けることが
できて、活性層で効率よく再結合し、ＬＤの出力が向上
する。つまり、注入されたキャリアは、第１のｐ型窒化
物半導体層１８のバンドギャップエネルギーが大きいた
め、半導体素子の温度が上昇しても、あるいは注入電流
密度が増えても、キャリアは活性層をオーバーフローせ
ず、第１のｐ型窒化物半導体層１９で阻止されるため、
キャリアが活性層に貯まり、効率よく発光することが可
能となる。従って、半導体素子が温度上昇しても発光効
率が低下することが少ないので、閾値電流の低いＬＤを
実現することができる。
【００２４】最後に、第３のｐ型窒化物半導体層２０の
上に、１０５０℃でＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型
コンタクト層２１を０．５μｍの膜厚で成長させる。ｐ
型コンタクト層２１はｐ型のＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ
（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好
ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極３２
と最も好ましいオーミック接触が得られる。なお、ｐ型
コンタクト層と好ましいオーミックが得られるｐ電極の
材料としては、例えばＮｉ、Ｐｄ、Ｎｉ／Ａｕ等を挙げ
ることができる。
上に、１０５０℃でＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型
コンタクト層２１を０．５μｍの膜厚で成長させる。ｐ
型コンタクト層２１はｐ型のＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ
（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好
ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極３２
と最も好ましいオーミック接触が得られる。なお、ｐ型
コンタクト層と好ましいオーミックが得られるｐ電極の
材料としては、例えばＮｉ、Ｐｄ、Ｎｉ／Ａｕ等を挙げ
ることができる。
【００２５】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。
【００２６】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、ＲＩＥ装置でにより最上層のｐ型コンタクト
層２１と、第３のｐ型窒化物半導体層２０とをエッチン
グして、２μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とす
る。このように、活性層よりも上部にあるｐ型層をスト
ライプ状のリッジ形状とすることにより、活性層の発光
がストライプリッジの下に集中するようになって閾値が
低下する。特に活性層よりも上にあるＡｌを含むｐ型窒
化物半導体層以上の層をリッジ形状とすることが好まし
い。リッジ形成後、リッジ表面にマスクを形成し、図１
に示すように、ストライプ状のリッジに対して左右対称
にして、ｎ型コンタクト層１３の表面を露出させる。
取り出し、ＲＩＥ装置でにより最上層のｐ型コンタクト
層２１と、第３のｐ型窒化物半導体層２０とをエッチン
グして、２μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とす
る。このように、活性層よりも上部にあるｐ型層をスト
ライプ状のリッジ形状とすることにより、活性層の発光
がストライプリッジの下に集中するようになって閾値が
低下する。特に活性層よりも上にあるＡｌを含むｐ型窒
化物半導体層以上の層をリッジ形状とすることが好まし
い。リッジ形成後、リッジ表面にマスクを形成し、図１
に示すように、ストライプ状のリッジに対して左右対称
にして、ｎ型コンタクト層１３の表面を露出させる。
【００２７】次にｐ型コンタクト層２１の表面にＮｉと
Ａｕよりなるｐ電極３２をストライプ状に形成する。一
方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極３１をストライプ状のｎ
型コンタクト層１のほぼ全面に形成する。なおほぼ全面
とは８０％以上の面積をいう。
Ａｕよりなるｐ電極３２をストライプ状に形成する。一
方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極３１をストライプ状のｎ
型コンタクト層１のほぼ全面に形成する。なおほぼ全面
とは８０％以上の面積をいう。
【００２８】次に、図１に示すように、ｎ電極３１とｐ
電極３２との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉ
Ｏ2よりなる絶縁膜４０を形成し、この絶縁膜４０を介
してｐ電極３２と電気的に接続したパッド電極３３を形
成する。このパッド電極３３は実質的なｐ電極３２の表
面積を広げて、ｐ電極３２側をワイヤーボンディングで
きるようにする作用がある。
電極３２との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉ
Ｏ2よりなる絶縁膜４０を形成し、この絶縁膜４０を介
してｐ電極３２と電気的に接続したパッド電極３３を形
成する。このパッド電極３３は実質的なｐ電極３２の表
面積を広げて、ｐ電極３２側をワイヤーボンディングで
きるようにする作用がある。
【００２９】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨
剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側のスピネ
ル基板をラッピングし、スピネル基板の厚さを５０μｍ
とする。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で１μｍポ
リシングして基板表面を鏡面状とする。
成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨
剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側のスピネ
ル基板をラッピングし、スピネル基板の厚さを５０μｍ
とする。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で１μｍポ
リシングして基板表面を鏡面状とする。
【００３０】基板研磨後、研磨面側をスクライブして、
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開面に共振器を作製する。なお劈開面はスピネル基板の
上に成長した窒化物半導体面の
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開面に共振器を作製する。なお劈開面はスピネル基板の
上に成長した窒化物半導体面の
【外１】 面とする。外１面とは窒化物半導体を正六角柱の六方晶
系で近似した場合に、その六角柱の側面に相当する四角
形の面（Ｍ面）に相当する面である。この他、ＲＩＥ等
のドライエッチング手段により端面をエッチングして共
振器を作製することもできる。またこの他、劈開面を鏡
面研磨して作成することも可能である。
系で近似した場合に、その六角柱の側面に相当する四角
形の面（Ｍ面）に相当する面である。この他、ＲＩＥ等
のドライエッチング手段により端面をエッチングして共
振器を作製することもできる。またこの他、劈開面を鏡
面研磨して作成することも可能である。
【００３１】劈開後、共振器面にＳｉＯ2とＴｉＯ2より
なる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向
で、バーを切断してレーザチップとした。次にチップを
フェースアップ（基板とヒートシンクとが対向した状
態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、常温でレーザ発振を試みたとこ
ろ、室温において、しきい値電流密度２ｋＡ／cm2で、
発振波長４００ｎｍの連続発振が確認された。このよう
にスピネル基板を薄くすることによって、チップの放熱
性が向上するので、連続発振が可能となる。
なる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向
で、バーを切断してレーザチップとした。次にチップを
フェースアップ（基板とヒートシンクとが対向した状
態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、常温でレーザ発振を試みたとこ
ろ、室温において、しきい値電流密度２ｋＡ／cm2で、
発振波長４００ｎｍの連続発振が確認された。このよう
にスピネル基板を薄くすることによって、チップの放熱
性が向上するので、連続発振が可能となる。
【００３２】［実施例２］実施例１において、窒化物半
導体を成長させて、同様に電極を形成したウェーハのス
ピネル基板を６０μｍにラッピングして、５９μｍにな
るまでポリシングする他は同様にしてＬＤを作製したと
ころ、実施例１とほぼ同等の特性を有するＬＤを作製す
ることができた。
導体を成長させて、同様に電極を形成したウェーハのス
ピネル基板を６０μｍにラッピングして、５９μｍにな
るまでポリシングする他は同様にしてＬＤを作製したと
ころ、実施例１とほぼ同等の特性を有するＬＤを作製す
ることができた。
【００３３】［実施例３］実施例１において、窒化物半
導体を成長させて、同様に電極を形成したウェーハのス
ピネル基板を８０μｍにラッピングして、７９μｍにな
るまでポリシングする他は同様にしてＬＤを作製したと
ころ、実施例１と同様に室温でレーザ発振したが、寿命
は実施例１のものに比較して７０％であった。
導体を成長させて、同様に電極を形成したウェーハのス
ピネル基板を８０μｍにラッピングして、７９μｍにな
るまでポリシングする他は同様にしてＬＤを作製したと
ころ、実施例１と同様に室温でレーザ発振したが、寿命
は実施例１のものに比較して７０％であった。
【００３４】［実施例４］実施例１において、基板に２
インチφ、厚さ５００μｍのサファイアのＣ面を用いる
他は、同様にしてサファイア基板の上に窒化物半導体を
積層し、ｎ電極と、ｐ電極とを形成した後、ウェーハを
研磨装置に移送して、サファイア基板をラッピングし
て、基板の厚さを７０μｍとした他は同様にしてＬＤを
作製したところところ実施例１と同様に室温でレーザ発
振したが、寿命は実施例１のものに比較して６０％であ
った。
インチφ、厚さ５００μｍのサファイアのＣ面を用いる
他は、同様にしてサファイア基板の上に窒化物半導体を
積層し、ｎ電極と、ｐ電極とを形成した後、ウェーハを
研磨装置に移送して、サファイア基板をラッピングし
て、基板の厚さを７０μｍとした他は同様にしてＬＤを
作製したところところ実施例１と同様に室温でレーザ発
振したが、寿命は実施例１のものに比較して６０％であ
った。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると格
子不整合系基板の上に成長した窒化物半導体ウェーハで
も、基板を極限近くまで薄くすることができるので、き
れいにチップに分離することができる。つまり正確な位
置で一定の形状で歩留よくチップ状にすることができ
る。さらにＬＤを作製すると基板が薄いので、放熱効果
が高まり、窒化物半導体の連続発振が可能となる。
子不整合系基板の上に成長した窒化物半導体ウェーハで
も、基板を極限近くまで薄くすることができるので、き
れいにチップに分離することができる。つまり正確な位
置で一定の形状で歩留よくチップ状にすることができ
る。さらにＬＤを作製すると基板が薄いので、放熱効果
が高まり、窒化物半導体の連続発振が可能となる。
【図１】 本発明のレーザ素子の一構造を示す模式断面
図。
図。
１１・・・スピネル基板 １２・・・バッファ層 １３・・・ｎ型コンタクト層 １４・・・クラック防止層 １５・・・第１のｎ型窒化物半導体層 １６・・・第２のｎ型窒化物半導体層 １７・・・活性層 １８・・・第１のｐ型窒化物半導体層 １９・・・第２のｐ型窒化物半導体層 ２０・・・第３のｐ型窒化物半導体層 ２１・・・ｐ型コンタクト層 ３１・・・ｎ電極 ３２・・・ｐ電極 ３３・・・パッド電極 ４０・・・絶縁膜
Claims (2)
- 【請求項１】 絶縁性基板上に、互いに異なる導電型を
有する窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体レ
ーザ素子において、前記絶縁性基板の厚さが８０μｍ以
下に調整されてなることを特徴とする窒化物半導体レー
ザ素子。 - 【請求項２】 前記絶縁性基板がスピネルよりなること
を特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28493396A JPH10135570A (ja) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28493396A JPH10135570A (ja) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10135570A true JPH10135570A (ja) | 1998-05-22 |
Family
ID=17684946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28493396A Pending JPH10135570A (ja) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10135570A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002009337A (ja) * | 2000-06-21 | 2002-01-11 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
| JP2013009013A (ja) * | 2005-07-29 | 2013-01-10 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | オプトエレクトロニクス半導体チップ、オプトエレクトロニクスモジュールおよびオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法 |
-
1996
- 1996-10-28 JP JP28493396A patent/JPH10135570A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002009337A (ja) * | 2000-06-21 | 2002-01-11 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
| JP2013009013A (ja) * | 2005-07-29 | 2013-01-10 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | オプトエレクトロニクス半導体チップ、オプトエレクトロニクスモジュールおよびオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法 |
| US8994000B2 (en) | 2005-07-29 | 2015-03-31 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic semiconductor chip |
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