JPH10173228A - 化合物半導体基板および半導体発光素子 - Google Patents

化合物半導体基板および半導体発光素子

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JPH10173228A
JPH10173228A JP34467396A JP34467396A JPH10173228A JP H10173228 A JPH10173228 A JP H10173228A JP 34467396 A JP34467396 A JP 34467396A JP 34467396 A JP34467396 A JP 34467396A JP H10173228 A JPH10173228 A JP H10173228A
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JP
Japan
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substrate
layer
gan
compound semiconductor
type
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Application number
JP34467396A
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English (en)
Inventor
Hirokazu Iwata
浩和 岩田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦
ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体と格子整合し、品質
の良い(結晶性の良い)ＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ
≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体結晶を成
膜させることが可能な、加工しやすい大面積で安価の化
合物半導体基板を提供する。 【解決手段】 この基板は、表面が鏡面仕上げされた石
英基板１０１上に、ｃ軸配向した六方晶結晶のバッファ
層１０２と、低温ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)バッフ
ァ層１０３と、ｃ面を主面とするＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体単結晶１０４とが、順次積層された構造となっ
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、化合物半導体基板
および半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、青色の発光ダイオード(ＬＥＤ)
は、赤色や緑色のＬＥＤに比べて輝度が小さく、実用化
に難点があったが、近年、ＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導
体を用い、Ｍｇをドーパントとした低抵抗のｐ型半導体
層が得られたことにより、高輝度青色ＬＥＤが実用化さ
れ、さらには、室温でパルス発振するレーザダイオード
が実現された。
【０００３】図１は文献「Japanese Journal of Applie
d Physics Vol.34(1995)p.L1332〜L1335」(従来技術１)
に示されている従来のＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体を
用いたＬＥＤ(発光ダイオード)の断面図である。図１を
参照すると、このＬＥＤは、サファイア(Ａｌ2Ｏ3単結
晶)からなる１００〜３００μｍの厚さの基板７上に、
ｎ型のＧａＮなどからなる低温バッファ層６と、ｎ型の
ＧａＮ層５と、ノンドープのＩｎyＧａ(1-y)Ｎ(０＜ｙ
＜１)などからなる活性層４と、ｐ型ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ
(０＜ｘ＜１)などからなるバリア層３と、ｐ型ＧａＮな
どからなるキャップ層２とが、有機金属化学気相成長法
(以下、ＭＯＣＶＤ法という)により、順次に積層されて
いる。そして、この積層された半導体層の一部がエッチ
ングにより除去されて露出したｎ型ＧａＮ層５上にｎ側
電極８が形成され、また、キャップ層２上にｐ側電極１
が形成されており、これによって、ＬＥＤが構成されて
いる。
【０００４】また、図２は、文献「Japanese Journal o
f Applied Physics Vol.35(1996)p.L74〜L76」(従来技
術２)に示されている従来のレーザダイオード(ＬＤ)の
斜視図である。図２を参照すると、このＬＤは、ＬＥＤ
と同様に、サファイア(Ａｌ2Ｏ3単結晶)からなる１００
〜３００μｍの厚さの基板２２上に、ｎ型のＧａＮなど
からなる低温バッファ層２１と、ｎ型のＧａＮからなる
高温バッファ層２０と、ｎ型ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ層１９
と、ｎ型のＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)層１８と、ｎ
型ＧａＮ層１７と、ノンドープのＩｎＧａＮ ＭＱＷな
どからなる活性層１６と、ｐ型ＡｌzＧａ(1-z)Ｎ(０＜
ｚ＜１)層１５と、ｐ型ＧａＮ層１４と、ｐ型ＡｌuＧａ
(1-u)Ｎ(０＜ｕ＜１)層１３と、ｐ型ＧａＮ層などから
なるキャップ層１２とが、ＭＯＣＶＤ法により、順次に
積層されている。この積層された半導体層をリッジ状に
ドライエッチングすることによって、光導波路と光共振
器端面２４が形成され、さらに、エッチングにより露出
した高温バッファ層２０上にｎ側電極２３が形成され、
また、キャップ層１２上にｐ側電極１１が形成されてお
り、これにより、ＬＤが構成されている。
【０００５】このように、近年、サファイア基板を用い
て高輝度ＬＥＤが実現され、また、ＬＤの室温パルス発
振も実現されている。しかしながら、サファイアとＧａ
Ｎとでは格子不整合が十数％あるため、サファイア上に
成長したＧａＮにはかなりの欠陥が導入されている。ま
た、熱膨張係数も大きく異なるため、ＧａＮの成長温度
から室温に冷却する過程で、基板と成長した結晶には大
きな熱応力がかかり、クラックの発生や熱ひずみの残留
などの不具合も起こっている。従って、その結晶性は必
ずしも良くはなかった。
【０００６】また、サファイアは堅く加工しづらいた
め、チップ分離などの実装コストがかかり、なおかつ、
それ自体が高価なものであるために高コストとなってい
た。さらに、サファイアは劈開性が悪いため、ＬＤの共
振器ミラー面はドライエッチングなどの方法で作製して
いた。そのため、作製プロセスも複雑化し、さらには共
振器ミラーの平滑性、平行性、垂直性も未だ十分とは言
えず、閾電流値の増大などが起こり、実用に耐えうる素
子特性を得ることは困難であった。
【０００７】また、共振器面を劈開によって作製するた
め、スピネルなどの劈開性の基板を使用した例も報告さ
れているが、これら基板材料とＧａＮとでは結晶構造が
異なるため、基板とＧａＮとの劈開面が必ずしも一致せ
ず劈開の再現性に問題があった。
【０００８】これに対し、基板のコストダウン、劈開に
よる共振器面の形成等の目的のため、サファイア以外の
基板の提案もなされている。その一つとして、ＧａＮ基
板を作製する提案がなされている。例えば、文献「Appl
ied Physics Letter Vol.61(1992)p.2688〜2690」(従来
技術３)には、サファイア基板に、ＺｎＯをバッファ層
にして、ＧａＮ厚膜を成膜し、王水によってＺｎＯバッ
ファ層をエッチング除去し、サファイア基板からＧａＮ
厚膜を分離して基板を作製する方法が提案されている。
【０００９】また、特開平８−８３９２８号(従来技術
４)には、酸化ケイ素基板上にＧａＮ単結晶を成膜し、
これを基板として発光素子を作製する方法が提案されて
いる。
【００１０】すなわち、従来技術４に示されている提案
では、酸化ケイ素基板の表面を鏡面仕上げし、該鏡面仕
上げされた酸化ケイ素基板表面にＡｌ2Ｏ3膜を成膜する
か、あるいは、鏡面仕上げされた酸化ケイ素基板表面に
Ａｌ2Ｏ3膜を成膜せずにＧａＮ系化合物半導体を多結晶
で成膜し、これを昇温して単結晶化し、該単結晶化した
ＧａＮ系化合物半導体のバッファ層上に、少なくともｎ
型層およびｐ型層を有するＧａＮ系化合物半導体層を積
層し、発光素子を作製するものである。
【００１１】図３はこのようにして作製された発光素子
の断面図である。図３を参照すると、この発光素子は、
酸化ケイ素基板３９上に、Ａｌ2Ｏ3膜３８と、ＧａＮ低
温バッファ層３７と、高温ＧａＮ単結晶層３６とが積層
され、このように積層された基板上に、さらに、ｎ型の
ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)からなるクラッド層３５
と、ノンドープのＩｎyＧａ(1-y)Ｎ(０＜ｙ＜１)からな
る活性層３４と、ｐ型のＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)
からなるクラッド層３３と、ｐ型のＧａＮキャップ層３
２とが、ＭＯＣＶＤ法により順次に積層されている。そ
して、この積層された半導体層の一部がエッチングによ
り除去されて露出したｎ型ＧａＮ層３６上にｎ側電極４
０が形成され、また、キャップ層３２上にｐ側電極３１
が形成されており、これにより、発光素子が構成されて
いる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このように、ＧａＮ基
板を作製しこれを使用して発光素子を作製するという従
来技術３，従来技術４の提案は、サファイア基板を用い
る従来技術１，従来技術２の問題点を解決する上ではよ
りよい方法である。
【００１３】しかしながら、従来技術３のように、サフ
ァイア基板上にバッファ層ＺｎＯを成膜し、その上にＧ
ａＮ厚膜を成長させ、ＺｎＯを王水等でエッチングして
サファイア基板と分離して、ＧａＮ基板を作製する方法
は、分離の再現性に問題があった。これは、結晶性の良
いＧａＮ基板を得るためには、ＺｎＯバッファ層の厚さ
を必要以上に厚くすることはできないため、エッチング
液がＺｎＯ層に入り込みにくく、再現性良く分離するこ
とが困難であるためである。また、このため、大面積の
基板を作製することは困難であった。
【００１４】また、従来技術４のように、酸化ケイ素基
板にＧａＮを成膜して基板を作製し発光素子を作製する
方法は、ＧａＮ上に素子構造を成長させるので、ホモエ
ピタキシャル成長に近く、格子不整合の影響も緩和され
る。さらに、サファイア基板を使用する場合に比べて大
面積基板に安価に発光素子を作製することが可能であ
る。また、酸化ケイ素はサファイアに比べ、柔らかく加
工しやすいという利点もある。
【００１５】しかしながら、従来技術４の方法におい
て、低温ＧａＮバッファ層を、酸化ケイ素基板に直接に
成膜する場合には、成膜された低温ＧａＮバッファ層の
結晶方位はまちまちで揃っていない。そのため昇温して
低温ＧａＮバッファ層を単結晶化する際、低温ＧａＮバ
ッファ層は単結晶化しづらくその結晶性は必ずしも良く
ない。このため、その上に成膜したＧａＮ単結晶の結晶
性も必ずしも良くはなかった。また、酸化ケイ素基板に
Ａｌ2Ｏ3を成膜した上に低温ＧａＮバッファ層を成膜す
る場合にも、このＡｌ2Ｏ3は多結晶で結晶方位もまちま
ちであるため低温ＧａＮバッファ層は単結晶化しづら
く、また、格子定数もＡｌ2Ｏ3とＧａＮとでは大きく異
なるため、同様に、ＧａＮ単結晶の結晶性は必ずしも良
くなかった。さらに、酸化ケイ素とＧａＮとでは、材質
が異なるため、サファイア同様、熱ひずみの影響は依然
として残っていた。
【００１６】また、従来技術４の方法でＬＥＤを作製す
る場合、このＬＥＤは、酸化ケイ素基板から光を取り出
すことができるため、光の取り出し効率の点では有利で
あるが、従来技術４の方法でＬＤを作製する場合には、
石英に劈開性がないため共振器面を劈開で作製できない
という問題があった。
【００１７】さらには、酸化ケイ素は絶縁性であるの
で、基板裏面から電極をとることができない。そのため
電極は素子表面に形成されることになり、電極のスペー
ス分、チップ面積が大きくなるといった問題もあった。
【００１８】本発明は、ＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦
ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体と格子
整合し、品質の良い(結晶性の良い)ＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体結晶を成膜させることが可能な、加工しやすい
大面積で安価の化合物半導体基板を提供することを目的
としている。
【００１９】また、本発明は、チップ加工しやすく、結
晶欠陥の少ない高品質の結晶構造を有する発光特性の良
いＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，
ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体からなる安価な半導体発光素
子を提供することを目的としている。
【００２０】また、本発明は、ＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)
Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体
と格子整合し、熱膨張係数差が小さく、品質の良い(結
晶性の良い)ＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０
≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体結晶を成膜させる
ことが可能であって、さらに、劈開可能で導電性があ
り、チップ加工しやすい大面積で安価の化合物半導体基
板を提供することを目的としている。
【００２１】また、本発明は、基板裏面からも電極がと
れて、チップ面積を小さくでき、また、チップ加工しや
すく、結晶欠陥の少ない高品質の結晶構造を有する発光
特性の良いＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦
ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体からなる安価な半導
体発光素子を提供することを目的としている。
【００２２】また、本発明は、劈開によって形成された
共振器面を有する性能の良い、低コストのＩｎyＡｌzＧ
ａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化
合物半導体からなる半導体発光素子(半導体レーザ素子)
を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、石英基板上に、ｃ軸配向し
た六方晶結晶のバッファ層と、低温ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ
(０≦ｘ≦１)バッファ層と、ｃ面を主面とするＩｎyＡ
ｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦
１)化合物半導体単結晶とが順次に積層されていること
を特徴としている。
【００２４】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の化合物半導体基板上に、少なくともｎ型層，ｐ型層
を有するＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ
≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体が積層されていること
を特徴としている。
【００２５】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の化合物半導体基板において、少なくとも前記石英基
板の部分が除去されていることを特徴としている。
【００２６】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の化合物半導体基板上に、少なくともｎ型層、ｐ型層
を有するＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ
≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体が積層されていること
を特徴としている。
【００２７】また、請求項５記載の発明は、請求項４記
載の半導体発光素子において、該半導体発光素子は、劈
開で形成された共振器ミラー面を有する半導体レーザで
あることを特徴としている。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図４は本発明に係る化合物半導体基
板の構成例を示す図である。図４を参照すると、この基
板は、表面が鏡面仕上げされた石英基板１０１上に、ｃ
軸配向した六方晶結晶のバッファ層１０２と、低温Ａｌ
xＧａ(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)バッファ層１０３と、ｃ面を
主面とするＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦
ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体単結晶１０４とが、
順次積層された構造となっている。
【００２９】このような構造の化合物半導体基板の最大
の特徴は、ＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦
ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体単結晶層１０４と石
英基板１０１との間に、ｃ軸配向した六方晶結晶のバッ
ファ層１０２と低温で成膜されたＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０
＜ｘ＜１)バッファ層１０３とからなる２層構造を具備
している点にある。
【００３０】ここで、ｃ軸配向した六方晶結晶のバッフ
ァ層１０２は、ＺｎＯ，ＢＮ，ＡｌＮ，ＢｅＯ等の六方
晶結晶であれば良く、その種類は特に限定されるもので
はない。また、これらはスパッタなどの方法により、ｃ
軸配向させて堆積することができる。また、低温Ａｌx
Ｇａ(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)バッファ層１０３は、低温で
成膜したアモルファス状あるいは、微細な多結晶として
形成される。
【００３１】このような構造では、石英基板１０１上
に、ｃ軸配向した六方晶結晶のバッファ層１０２を成膜
した後、低温ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)バッファ層
１０３を成膜し、昇温してこの低温ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ
(０＜ｘ＜１)バッファ層１０３を単結晶化する際に、こ
の低温ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)バッファ層１０３
の単結晶化が容易に進み、結晶性の良いＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体単結晶層１０４を成膜することが可能となる。
【００３２】すなわち、従来のように、石英基板上に直
接、低温ＧａＮバッファ層を積層する場合、あるいは、
Ａｌ2Ｏ3を積層した上に低温ＧａＮバッファ層を積層す
る場合、低温ＧａＮバッファ層は多結晶あるいはアモル
ファス状であるため、結晶軸はまちまちであり、これを
昇温しても単結晶化しづらく、単結晶化した低温ＧａＮ
バッファ層にはかなりの結晶欠陥が導入される。そのた
め、その上に積層されたＧａＮ単結晶膜の結晶性も必ず
しも高品質ではなかった。
【００３３】これに対し、図４の構成例では、ｃ軸配向
した六方晶結晶のバッファ層１０２上に低温ＡｌxＧａ
(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)バッファ層１０３を形成するの
で、昇温による低温ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)バッ
ファ層１０３の単結晶化の際に、低温バッファ層１０３
は容易にｃ軸配向し単結晶化しやすくなる。このため欠
陥の導入も減少し、その上に成膜されるＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体単結晶層１０４も高品質なものとなる。
【００３４】すなわち、従来に比べ、より結晶性の良い
ＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ
＋ｚ≦１)化合物半導体単結晶を得ることが可能とな
る。
【００３５】また、図４の基板上にＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体結晶を結晶成長させる場合、図４の基板上に結
晶成長したＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦
ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体結晶は、格子不整合
が小さく、結晶欠陥の少ない結晶性の良いものとなる。
従って、図４の基板上にＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦
ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体結晶を
積層して発光素子を作製する場合、この発光素子の性能
を向上させることが可能となる。また、石英基板は、サ
ファイアよりも柔らかく加工しやすいため、図４の化合
物半導体基板は、チップカット等の実装面でも優れた発
光素子を提供できる基板となっている。
【００３６】また、図５は本発明に係る半導体発光素子
の構成例を示す図であり、図５の半導体発光素子は、図
４の化合物半導体基板上に、少なくともｎ型層，ｐ型層
を有するＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ
≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体が積層されて構成され
ている。
【００３７】具体的に、図５の例では、この半導体発光
素子は、図４の化合物半導体基板(１０１，１０２，１
０３，１０４)上に、ｎ型ＧａＮ層２０６が５μｍ程
度、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２０５が１μｍ
程度、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ活性層２０４が
０．０５μｍ程度、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
２０３が１μｍ程度、ｐ型ＧａＮキャップ層２０２が
０．５μｍ程度の膜厚で順次に積層されたダブルヘテロ
構造となっている。この積層構造(２０６，２０５，２
０４，２０３，２０２)の一部はキャップ層２０２の表
面から、ｎ型ＧａＮ層２０６の途中までエッチング除去
され露出されている。そして、この露出したｎ型ＧａＮ
層２０６の表面には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極２１
１が形成され、また、ｐ型ＧａＮキャップ層２０２の表
面には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極２０１が形成され
ている。この構成では、ｎ側電極２１１，ｐ側電極２０
１に電流を注入することによって、この半導体発光素子
の発光が起こる。
【００３８】このように、図５の半導体発光素子は、石
英基板上に形成されたＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ
≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体結晶基
板，すなわち図４の化合物半導体基板上に形成されてい
るため、格子不整合による欠陥の影響の少ない結晶で作
製されている。そのため、発光効率高く、長寿命という
特徴を持つ。さらに、石英基板は透明であるので、発光
層の光が透過しやすく、裏面側から光を取り出したり、
裏面側の光を表面側に反射させることにより、光の利用
効率が高い発光素子を実現することができる。また、安
価で大面積の石英基板を使用することができるので、コ
ストも低くなる。さらに、サファイアよりも加工しやす
いのでチップカット等の実装面でも優れた発光素子を実
現できる。
【００３９】なお、この半導体発光素子の構造は、ｐ−
ｎ接合型、シングルヘテロ型、ダブルヘテロ型、量子井
戸構造を含む構造、その他の構造であっても良く、どの
ような構造であっても、本発明を適用することができ
る。また、電極、その他の構造、形状も、図５のものに
限定されるものではない。
【００４０】また、図６は本発明に係る化合物半導体基
板の他の構成例を示す図であり、図６の基板は、図４の
基板から、少なくとも石英基板１０１が除去されたもの
となっている。すなわち、図６の例では、この基板は、
ｃ軸配向した六方晶結晶のバッファ層１０２と、単結晶
化した低温ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０＜ｘ＜１)バッファ層１
０３と、ｃ面を主面とするＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０
≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体単結
晶層１０４とからなる３層構造のものとなっている。な
お、図６の例では、上記３層構造のものとなっている
が、基板としては、単結晶化した低温ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ
(０＜ｘ＜１)バッファ層１０３、ｃ面を主面とするＩｎ
yＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ
≦１)化合物半導体単結晶層１０４とからなる２層構造
のものでも良いし、あるいは、ｃ面を主面とするＩｎy
ＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ
≦１)化合物半導体単結晶層１０４からなる単層構造の
ものであっても良い。
【００４１】図７は、ｃ面を主面とするＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体単結晶層１０４からなる化合物半導体基板４０
１上に、ｃ面を主面とするＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０
≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体単結
晶層４０２が厚く積層されたものとなっている。
【００４２】図６のような基板では、図４の基板から、
少なくとも石英基板１０１の部分を除去しているので、
石英基板が除去されないものに比べ、石英基板１０１と
ＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ
＋ｚ≦１)化合物半導体層１０４との熱膨張係数の差に
よる熱ひずみの影響が少なくなる。従って、図７のよう
に、図６の基板上に厚いＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦
ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体層４０
２を成長しても、この化合物半導体層４０２にクラック
がはいることがなくなり、良質の結晶成長を行なうこと
ができる。また、図６のような基板では、石英基板１０
１がないため、基板を劈開することが可能となる。さら
に、基板にドーピングを行なう場合には、導電性基板と
なり、基板裏面に電極を形成することが可能となる。
【００４３】また、図８は本発明に係る半導体発光素子
の他の構成例を示す図であり、図８の半導体発光素子
は、図６あるいは図７の化合物半導体基板上に、少なく
ともｎ型層、ｐ型層を有するＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ
(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体が
積層されて構成されている。具体的に、図８の例の半導
体発光素子は、基板として例えば図７の化合物半導体基
板５０７(４０１，４０２)を用い、約２００μｍの厚さ
のＧａＮ単結晶基板５０７上に、ｎ型ＧａＮ層５０６が
５μｍ程度、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層５０５
が１μｍ程度、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ活性層５
０４が０．０５μｍ程度、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラ
ッド層５０３が１μｍ程度、ｐ型ＧａＮキャップ層５０
２が０．５μｍ程度の膜厚に順次に積層されたダブルヘ
テロ構造のものとなっている。また、ｐ型ＧａＮキャッ
プ層５０２表面には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極５０
１が形成され、ＧａＮ単結晶基板５０７のダブルヘテロ
構造が積層された面と反対側の表面には、Ｔｉ／Ａｌか
らなるｎ側電極５０８が形成されている。この構成で
は、ｎ側電極５０８，ｐ側電極５０１に電流を注入する
ことによって、この半導体発光素子の発光が起こる。
【００４４】図８の半導体発光素子では、格子定数と熱
膨張係数の近い基板５０７上に発光素子(５０６，５０
５，５０４，５０３，５０２)が形成されているので、
格子不整合や熱ひずみの影響が少なく、このため、発光
効率などの素子性能が良好で長寿命な発光素子となる。
また、基板５０７にドーピングを行ない基板５０７を導
電性基板にする場合には、図８のように基板の裏面に電
極５０８を形成することが可能となり、従来に比べて、
チップ面積の小さい発光素子を提供できる。
【００４５】なお、この半導体発光素子の構造は、ｐ−
ｎ接合型、シングルヘテロ型、ダブルヘテロ型、量子井
戸構造を含む構造、その他の構造であっても良く、図８
の構造に特に限定されるものではない。すなわち、どの
ような構造であっても、本発明を適用することができ
る。また、電極、その他の構造、形状も、図８のものに
限定されるものではない。
【００４６】また、図９は本発明に係る半導体発光素子
の他の構成例を示す図であり、図９の半導体発光素子
は、基本的には、図８の半導体発光素子において、基板
を劈開することによって形成された共振器ミラー面６０
００，６００１を有する半導体レーザとして構成されて
いる。なお、図９の例では、ｐ型ＧａＮキャップ層５０
２表面には、ストライプパターンの絶縁層６０２が形成
され、ｐ型ＧａＮキャップ層５０２，絶縁層６０２上
に、ｐ側電極５０１が形成されている。この半導体レー
ザは、電極５０１，５０８に電流を注入することによっ
てレーザ発振し、劈開で形成された共振器ミラー面６０
００，６００１からレーザ光を取り出すことができる。
【００４７】このような半導体レーザ構造では、共振器
ミラーが劈開で形成されているため、ドライエッチング
などによって形成された共振器ミラーに比べ、ミラー面
は原子レベルの平滑性をもち、かつ、平行度も良好であ
る。このため、ミラー面による散乱ロス等が少なく、ド
ライエッチングで形成された共振器ミラーを有するレー
ザに比べて、発振閾値を下げることができる。また、共
振器ミラーをドライエッチングで行なう工程がないの
で、工程が簡単で、コストも低くなる。
【００４８】なお、半導体レーザの構造はレーザ素子と
なるものであれば、図９の構造のものに特に限定される
ものではない。
【００４９】次に、本発明に係る半導体基板および半導
体発光素子の実施例について説明する。
【００５０】
【実施例】実施例１ 実施例１では、図４の基板として、鏡面仕上げされた石
英基板１０１上に、ｃ軸配向したＺｎＯ膜１０２が約
０．０５μｍ、低温ＧａＮバッファ層１０３が０．０５
μｍ、ＧａＮ単結晶層１０４が約５０μｍの膜厚に順次
に成膜された構造のものを作製した。
【００５１】すなわち、先ず、表面が鏡面仕上げされた
石英基板１０１上に、ＺｎＯ膜１０２をスパッタ法によ
ってｃ軸配向させ０．０５μｍ程度の膜厚に成膜する。
次いで、低温ＧａＮバッファ層１０３をＨＣｌ／Ｇａ／
ＮＨ3／Ｎ2系のハイドライドＶＰＥ法により５５０℃の
温度で０．０５μｍ程度の膜厚に積層し、１０５０℃程
度に昇温した後、約１０分間ＮＨ3ガスを流した状態で
保持し、低温ＧａＮバッファ層１０３を単結晶化する。
その後、同一方法で、基板温度１０５０℃程度でＧａＮ
単結晶層１０４を約５０μｍ成膜した。これにより、図
４の基板を得ることができた。なお、上記作製工程にお
いて、各層の膜厚や成膜方法などは、上記のものに特に
限定されるものではなく、適宜選択，変更することがで
きる。
【００５２】実施例２ 実施例２では、図５の半導体発光素子として、石英基板
１０１上に、ｃ軸配向したＺｎＯ膜１０２が０．０５μ
ｍ程度、低温ＧａＮバッファ層１０３が０．０５μｍ程
度、ＧａＮ単結晶層１０４が約５０μｍ程度、ｎ型Ｇａ
Ｎ層２０６が５μｍ程度、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラ
ッド層２０５が１μｍ程度、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ活性層２０４が０．０５μｍ程度、ｐ型Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎクラッド層２０３が１μｍ程度、ｐ型ＧａＮ
キャップ層２０２が０．５μｍ程度の膜厚に順次に積層
したものを作製した。そして、この積層構造の一部をキ
ャップ層２０２の表面から、ｎ型ＧａＮ層２０６の途中
までエッチング除去して露出し、この露出したｎ型Ｇａ
Ｎ層２０６の表面とｐ型ＧａＮキャップ層２０２の表面
の一部に、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極２１１とＮｉ／
Ａｕからなるｐ側電極２０１をそれぞれ形成した。
【００５３】ここで、ＺｎＯ膜１０２はスパッタ法によ
ってｃ軸配向させ成膜した。また、低温ＧａＮバッファ
層１０３は、ＨＣｌ／Ｇａ／ＮＨ3／Ｎ2系のハイドライ
ドＶＰＥ法により５５０℃程度の温度で積層し、１０５
０℃程度に昇温した後、１０分間ＮＨ3ガスを流した状
態で熱処理し単結晶化した。また、ＧａＮ単結晶層１０
４は、低温ＧａＮバッファ層１０３を単結晶化した後、
同一装置内で１０５０℃程度の温度で成膜した。
【００５４】また、ＧａＮ単結晶層１０４、ｎ型ＧａＮ
層２０６、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２０５、
ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ活性層２０４、ｐ型Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２０３、ｐ型ＧａＮキャップ
層２０２からなる積層構造は、ＭＯＣＶＤ法で成膜し
た。この際、基板温度を１０５０℃程度とし、水素をキ
ャリアガスとして、ＧａＮ，Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ，Ｉｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎそれぞれの組成に合わせ、トリメチルガ
リウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウ
ム、アンモニアガスを流し成膜した。また、ドーパント
ガスとしては、ｎ型ドーパントガスとしてシランガス
を、ｐ型ドーパントガスとして、ビスシクロペンタジエ
ニルマグネシウムを使用した。また、キャップ層２０２
の表面からｎ型ＧａＮ層２０６の途中までのエッチング
除去は、四塩化ケイ素をエッチングガスとして使用した
ＲＩＥで行なった。
【００５５】また、ｎ側電極２１１とｐ側電極２０１
は、Ｔｉ／ＡｌとＮｉ／Ａｕをそれぞれ真空蒸着し、熱
処理して形成した。また、チップ分離はダイシングによ
って行なった。これにより、図５の半導体発光素子を得
ることができた。
【００５６】実施例３ 実施例３では、図６の基板として、ｃ軸配向したＺｎＯ
膜１０２が約０．０５μｍ、低温ＧａＮバッファ層１０
３が０．０５μｍ、ＧａＮ単結晶層１０４が約２００μ
ｍの膜厚に順次に成膜された構造のものを作製した。
【００５７】すなわち、先ず、表面が鏡面仕上げされた
石英基板(図示せず)上にＺｎＯ膜１０２をスパッタ法で
ｃ軸配向させ０．０５μｍ程度の膜厚に成膜する。次い
で、低温ＧａＮバッファ層１０３をＨＣｌ／Ｇａ／ＮＨ
3／Ｎ2系のハイドライドＶＰＥ法により５５０℃程度の
温度で０．０５μｍ程度の膜厚に積層し、１０５０℃程
度に昇温した後、１０分間ＮＨ3ガスを流した状態で保
持し単結晶化する。その後、同一方法で基板温度１０５
０℃程度でＧａＮ単結晶層１０４を約２００μｍの膜厚
に成膜する。その後、石英基板をフッ酸でエッチング除
去し、図６の基板を作製することができる。なお、上記
作製工程において、各層の膜厚や成膜方法などは、上記
のものに特に限定されるものではなく、適宜選択，変更
することができる。
【００５８】実施例４ 実施例４では、図７の化合物半導体基板として、図６の
ＧａＮ単結晶基板４０１上にＧａＮ単結晶４０２が約３
００μｍの膜厚に積層された構造のものを作製した。
【００５９】すなわち、先ず、表面が鏡面仕上げされた
石英基板(図示せず)上にＺｎＯ膜(図示せず)を反応性ク
ラスタイオンビーム法によって基板温度１５０℃程度で
ｃ軸配向させ０．０５μｍ程度の膜厚に成膜する。次い
で、低温ＧａＮバッファ層(図示せず)をＨＣｌ／Ｇａ／
ＮＨ3／Ｎ2系のハイドライドＶＰＥ法によって５５０℃
程度の温度で０．０５μｍ程度の膜厚に積層し、１０５
０℃程度に昇温した後、１０分間ＮＨ3ガスを流した状
態で保持し単結晶化する。その後、同一反応管内で、Ｈ
Ｃｌ／Ｇａ／ＮＨ3／Ｎ2系のハイドライドＶＰＥ法によ
って、ＧａＮを成膜する際に、アルゴンをキャリアガス
として四塩化ケイ素を同時に基板上に導入し、ｎ型のＧ
ａＮ単結晶層４０１を約２５０μｍの膜厚に成膜した。
ここで、成膜温度は１０５０℃程度である。
【００６０】次いで、前記石英基板側から研磨を行な
い、石英基板とＺｎＯ膜とＧａＮ単結晶層４０１の一部
を除去し、約２００μｍの厚さのＧａＮ単結晶基板４０
１を作製する。その後、ＧａＮ単結晶基板４０１上に、
ＧａＮ単結晶基板４０１と同様の作製方法で、ｎ型のＧ
ａＮ単結晶４０２を約３００μｍ成膜し、図７のＧａＮ
基板を作製することができる。
【００６１】なお、上記作製工程では、ｃ軸配向した六
方晶結晶バッファ層にＺｎＯを使用し、反応性クラスタ
イオンビーム法によって基板温度１５０℃程度で成膜し
ている。ＺｎＯは通常でもガラス基板にもｃ軸配向しや
すいが、上記作製工程のように反応性クラスタイオンビ
ーム法によって成膜すると、低温で容易にｃ軸配向した
膜を形成することができる。さらに、ＺｎＯはＧａＮに
も格子定数が近く、これにより、その上に堆積する低温
ＧａＮバッファ層もｃ軸配向したものとなる。
【００６２】このため、次工程の熱処理において低温Ｇ
ａＮバッファ層を容易に単結晶化させることができ、均
一に単結晶化した低温ＧａＮバッファ層を形成すること
ができて、その上に成長したＧａＮ単結晶４０１も結晶
性の良いものとなる。また、石英基板を除去した後にＧ
ａＮ単結晶層４０２を成膜しているので、ＧａＮ単結晶
層４０２は、石英との熱膨張係数の差による熱ひずみの
影響の無い高品質な結晶となる。
【００６３】実施例５ 実施例５では、図８の半導体発光素子として、約２００
μｍの厚さのＧａＮ単結晶基板５０７上に、ｎ型ＧａＮ
層５０６が５μｍ程度、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッ
ド層５０５が１μｍ程度、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95
Ｎ活性層５０４が０．０５μｍ程度、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎクラッド層５０３が１μｍ程度、ｐ型ＧａＮキャ
ップ層５０２が０．５μｍ程度の膜厚に順次に積層した
ものを作製した。また、ｐ型ＧａＮキャップ層５０２表
面には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極５０１を形成し、
ＧａＮ単結晶基板５０７のダブルヘテロ構造が積層され
た面と反対側の表面には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極
５０８を形成した。
【００６４】より具体的に、先ず、表面が鏡面仕上げさ
れた石英基板(図示せず)上に、ＺｎＯ膜(図示せず)をス
パッタ法によってｃ軸配向させ０．０５μｍ程度の膜厚
に成膜する。次いで、低温ＧａＮバッファ層(図示せず)
をＨＣｌ／Ｇａ／ＮＨ3／Ｎ2系のハイドライドＶＰＥ法
によって５５０℃程度の温度で０．０５μｍ程度の膜厚
に積層し、１０５０℃程度に昇温した後、１０分間ＮＨ
3ガスを流した状態で保持し単結晶化する。その後、同
一反応管内で、ＨＣｌ／Ｇａ／ＮＨ3／Ｎ2系のハイドラ
イドＶＰＥ法によって、ＧａＮを成膜する際に、アルゴ
ンをキャリアガスとして四塩化ケイ素を同時に基板上に
導入し、ｎ型のＧａＮ単結晶層５０７を約２５０μｍの
膜厚に成膜した。成膜温度は１０５０℃程度である。
【００６５】次いで、前記石英基板側から研磨を行な
い、石英基板とＺｎＯとＧａＮ単結晶層５０７の一部を
除去し、約２００μｍの厚さのＧａＮ単結晶基板５０７
を作製した。その後、ＧａＮ単結晶基板５０７表面にＭ
ＯＣＶＤ法で、ｎ型ＧａＮ層５０６を５μｍ程度、ｎ型
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層５０５を１μｍ程度、ノ
ンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ活性層５０４を０．０５μ
ｍ程度、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層５０３を１
μｍ程度、ｐ型ＧａＮキャップ層５０２を０．５μｍ程
度の膜厚で順次に積層し、ダブルヘテロ構造を成膜し
た。
【００６６】ここで、基板温度は１０５０℃程度とし、
水素をキャリアガスとして、ＧａＮ，Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ，Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎそれぞれの組成にあわせ、トリ
メチルガリウム，トリメチルアルミニウム，トリメチル
インジウム，アンモニアガスを流し成膜した。また、ド
ーパントガスとしては、ｎ型ドーパントガスとしてシラ
ンガスを使用し、ｐ型ドーパントガスとしては、ビスシ
クロペンタジエニルマグネシウムを使用した。
【００６７】なお、上記の工程で５μｍ程度の膜厚のｎ
型ＧａＮ層５０６を堆積するのは、その上に積層する積
層構造の結晶性をさらに良くするためである。また、石
英基板を除去した後にダブルヘテロ構造の成膜を行なう
のは、成長温度から室温まで冷却する際に生ずる石英と
ＧａＮとの熱膨張係数の違いによる熱ひずみの影響をな
くすためである。これによって、積層構造には熱ひずみ
が残留することなく、結晶性の良いものが得られる。
【００６８】その後、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極５０
１を真空蒸着で堆積し、熱処理を行ないオーミック電極
５０１を形成する。その後、ＧａＮ単結晶基板５０７の
裏面に、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極５０８を真空蒸着
し、熱処理を行ないオーミック電極５０８を形成する。
その後、ダイシングでチップ分離を行ない、図８の半導
体発光素子を作製することができる。
【００６９】実施例６ 実施例６では、図９の半導体レーザとして、約１００μ
ｍの厚さのＧａＮ単結晶基板５０７上に、ｎ型ＧａＮ層
５０６が５μｍ程度、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド
層５０５が１μｍ程度、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ
活性層５０４が０．０５μｍ程度、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎクラッド層５０３が１μｍ程度、ｐ型ＧａＮキャ
ップ層５０２が０．５μｍ程度の膜厚に順次に積層され
たダブルヘテロ構造のレーザ素子を作製した。
【００７０】なお、実施例６の半導体レーザでは、さら
に、ｐ型ＧａＮキャップ層６０３上に、ＳｉＯ2からな
る絶縁層６０２が形成されており、この絶縁層６０２に
はｐ型ＧａＮキャップ層５０２表面に到達するストライ
プパターンが開けられている。そして、Ｎｉ／Ａｕから
なるｐ側電極５０１が、ストライプパターンの部分で、
ｐ型ＧａＮキャップ層５０２表面に接するように絶縁層
６０２上に形成されている。また、ＧａＮ単結晶基板５
０７のレーザ素子構造が積層された面と反対側の表面に
は、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極５０８が形成されてい
る。
【００７１】また、ＩｎＧａＮ活性層５０４に対して垂
直に、互いに平行な共振器ミラー面６０００および６０
０１が形成されている。
【００７２】実施例６では、この半導体レーザを次のよ
うな仕方で作製した。すなわち、先ず、表面が鏡面仕上
げされた石英基板(図示せず)上に、ＺｎＯ膜(図示せず)
を反応性クラスタイオンビーム法によって基板温度１５
０℃程度でｃ軸配向させ０．０５μｍ程度の膜厚に成膜
する。次いで、低温ＧａＮバッファ層(図示せず)をＨＣ
ｌ／Ｇａ／ＮＨ3／Ｎ2系のハイドライドＶＰＥ法によっ
て５５０℃程度の温度で０．０５μｍ程度の膜厚に積層
し、１０５０℃程度に昇温した後、１０分間ＮＨ3ガス
を流した状態で熱処理し単結晶化する。その後、同一反
応管内で、ＨＣｌ／Ｇａ／ＮＨ3／Ｎ2系のハイドライド
ＶＰＥ法によって、ＧａＮを成膜する際に、アルゴンを
キャリアガスとして四塩化ケイ素を同時に基板上に導入
し、ｎ型のＧａＮ単結晶層５０７を約２５０μｍの膜厚
に成膜した。成膜温度は１０５０℃程度である。
【００７３】次いで、前記石英基板側から研磨を行な
い、石英基板とＺｎＯとＧａＮ単結晶層５０７の一部を
除去し、約２００μｍの厚さのＧａＮ単結晶基板５０７
を作製する。その後、ＧａＮ単結晶基板５０７上に、Ｍ
ＯＣＶＤ法で、ｎ型ＧａＮ層５０６を５μｍ程度、ｎ型
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層５０５を１μｍ程度、ノ
ンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ活性層５０４を０．０５μ
ｍ程度、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層５０３を１
μｍ程度、ｐ型ＧａＮキャップ層５０２を０．５μｍ程
度の膜厚に順次に積層し、ダブルヘテロ構造のレーザ素
子を成膜した。
【００７４】ここで、基板温度は１０５０℃程度とし、
水素をキャリアガスとして、ＧａＮ，Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ，Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎそれぞれの組成にあわせ、トリ
メチルガリウム，トリメチルアルミニウム，トリメチル
インジウム，アンモニアガスを流し成膜した。また、ド
ーパントガスとしては、ｎ型ドーパントガスとしてシラ
ンガスを使用し、ｐ型ドーパントガスとしては、ビスシ
クロペンタジエニルマグネシウムを使用した。
【００７５】なお、上記の工程で５μｍ程度の膜厚のｎ
型ＧａＮ層５０６を堆積するのは、その上に積層するレ
ーザ構造の結晶性をさらに良くするためである。また、
石英基板を除去した後にレーザ構造の成膜を行なうの
は、成長温度から室温まで冷却する際に生ずる石英とＧ
ａＮとの熱膨張係数の違いによる熱ひずみの影響をなく
すためである。これによって、レーザ構造には熱ひずみ
が残留することなく、結晶性の良いものが得られる。
【００７６】その後、積層構造の最上部のｐ型ＧａＮキ
ャップ層５０２表面にＳｉＯ2膜をＰＥＣＶＤ法で堆積
し絶縁層６０２を形成する。
【００７７】次いで、絶縁層６０２表面にレジストでフ
ォトリソグラフィーの手法でストライプパターンを形成
し、バッファーフッ酸で、絶縁層６０２にｐ型ＧａＮキ
ャップ層５０２表面に到達するストライプパターンを開
ける。その後、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極５０１を真
空蒸着で堆積し、熱処理を行ないオーミック電極５０１
とする。
【００７８】次いで、ＧａＮ単結晶基板５０７の裏面を
研磨し、厚さを約１００μｍにする。その後、ＧａＮ単
結晶基板５０７の研磨面に、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電
極５０８を真空蒸着し、熱処理を行ないオーミック電極
５０８とする。その後、ＧａＮ単結晶基板５０７の(１
０−１０)面を劈開することによって、基板に垂直で、
互いに平行な共振面６０００および６００１を形成し、
チップ分離を行ない、図９の半導体レーザ(ＬＤ)を作製
することができる。
【００７９】このように、本発明は、ＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体を発光部とする発光ダイオード、半導体レー
ザ、スーパールミネッセントダイオードなどに適用する
ことができる。
【００８０】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、石英基板上に、ｃ軸配向した六方晶結晶
のバッファ層と、低温ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０≦ｘ≦１)バ
ッファ層と、ｃ面を主面とするＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)
Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体
単結晶とを順次に積層して化合物半導体基板としている
ので、このＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦
ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体基板上に、品質の良
い(結晶性の良い)ＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦
１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体結晶を成膜
させることが可能となる。
【００８１】また、この化合物半導体基板は、石英基板
を材料にしているため、加工しやすい大面積で安価の化
合物半導体基板を提供できる。
【００８２】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の化合物半導体基板上に、少なくともｎ型層，
ｐ型層を有するＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，
０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体が積層されてい
るので、チップ加工しやすく、結晶欠陥の少ない高品質
の結晶構造を有する発光特性の良いＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体からなる安価な半導体発光素子を提供すること
ができる。
【００８３】すなわち、この半導体発光素子は、石英基
板上に形成されたＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦
１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体結晶基板上
に形成されているため、格子不整合による欠陥の影響の
少ない結晶で作製されている。そのため、発光効率高
く、長寿命という特徴を持つ。さらに、石英基板は透明
であるので、発光層の光が透過しやすく、裏面側から光
を取り出したり、裏面側の光を表面側に反射させること
により、光の利用効率が高い発光素子が実現される。ま
た、安価で大面積の石英基板を使用することができるの
で、コストも低くなる。さらに、サファイアよりも加工
しやすいのでチップカット等の実装面でも優れた発光素
子を実現できる。
【００８４】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１記載の化合物半導体基板において、少なくとも前記
石英基板の部分が除去されているので、ＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体と格子整合し、熱膨張係数差が小さく、品質の
良い(結晶性の良い)ＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦
１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体結晶を成膜
させることが可能となる。
【００８５】すなわち、請求項１の基板から、少なくと
も石英基板の部分を除去しているので、石英基板が除去
されないものに比べ、石英基板とＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体層との熱膨張係数の差による熱ひずみの影響が
少なくなる。従って、この基板上に厚いＩｎyＡｌzＧａ
(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
物半導体層を成長してもクラックが入ることがなくな
り、良質の結晶成長を行なうことができる。また、この
化合物半導体基板は、石英基板がないことにより、基板
を劈開することが可能となる。さらに、基板にドーピン
グを行なった場合には、導電性基板となり、基板裏面に
電極を形成することが可能となる。すなわち、劈開可能
で導電性があり、チップ加工しやすい大面積で安価の基
板を提供することができる。
【００８６】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項３記載の化合物半導体基板上に、少なくともｎ型層、
ｐ型層を有するＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，
０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体が積層されてお
り、基板裏面からも電極がとれるので、チップ面積を小
さくでき、また、チップ加工しやすく、結晶欠陥の少な
い高品質の結晶構造を有する発光特性の良いＩｎyＡｌz
Ｇａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)
化合物半導体からなる安価な発光素子を提供することが
できる。
【００８７】すなわち、この半導体発光素子は、格子定
数と熱膨張係数の近い基板上に発光素子が形成されてい
るので、格子不整合や熱ひずみの影響が少なく、このた
め、発光効率などの素子性能が良好で長寿命な発光素子
となる。また、ドーピングにより導電性にした基板を用
いた場合には、基板の裏面に電極を形成することが可能
となるので、従来より、チップ面積の小さい発光素子が
作製できる。
【００８８】また、請求項５記載の発明によれば、劈開
によって形成された共振器面を有する性能の良い、低コ
ストのＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦
１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体からなる半導体レーザ素
子を提供することができる。
【００８９】すなわち、共振器ミラーが劈開で形成され
ているため、ドライエッチングなどによって形成された
共振器ミラーに比べ、ミラー面は原子レベルの平滑性を
もち、かつ、平行度も良好である。このため、ミラー面
による散乱損失等が少なく、ドライエッチングで形成さ
れた共振器ミラーを有するレーザに比べ、発振閾値を下
げることができる。また、共振器ミラーをドライエッチ
ングで行なう工程がないので、工程が簡単で、コストも
低くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体を用いた
ＬＥＤ(発光ダイオード)の断面図である。
【図２】従来のレーザダイオード(ＬＤ)の斜視図であ
る。
【図３】従来の発光素子の断面図である。
【図４】本発明に係る化合物半導体基板の構成例を示す
図である。
【図５】本発明に係る半導体発光素子の構成例を示す図
である。
【図６】本発明に係る化合物半導体基板の他の構成例を
示す図である。
【図７】本発明に係る化合物半導体基板の他の構成例を
示す図である。
【図８】本発明に係る半導体発光素子の他の構成例を示
す図である。
【図９】本発明に係る半導体発光素子の他の構成例を示
す図である。
【符号の説明】
１０１ 石英基板 １０２ ＺｎＯ膜 １０３ 低温ＧａＮバッファ層 １０４ ＧａＮ単結晶層 ２０１，５０１ ｐ側電極Ｎｉ／Ａｕ ２０２，５０２ ｐ型ＧａＮキャップ層 ２０３，５０３ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラ
ッド層 ２０４，５０４ Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ活性層 ２０５，５０５ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラ
ッド層 ２０６，５０６ ｎ型ＧａＮ層 ２１１，５０８ ｎ側電極Ｔｉ／Ａｌ ４０１，５０７ ＧａＮ単結晶基板 ６０２ 絶縁層ＳｉＯ2 ６０００，６００１ 共振器面

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 石英基板上に、ｃ軸配向した六方晶結晶
    のバッファ層と、低温ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ(０≦ｘ≦１)バ
    ッファ層と、ｃ面を主面とするＩｎyＡｌzＧａ(1-y-z)
    Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合物半導体
    単結晶とが順次に積層されていることを特徴とする化合
    物半導体基板。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の化合物半導体基板上に、
    少なくともｎ型層，ｐ型層を有するＩｎyＡｌzＧａ
    (1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
    物半導体が積層されていることを特徴とする半導体発光
    素子。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の化合物半導体基板におい
    て、少なくとも前記石英基板の部分が除去されているこ
    とを特徴とする化合物半導体基板。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の化合物半導体基板上に、
    少なくともｎ型層、ｐ型層を有するＩｎyＡｌzＧａ
    (1-y-z)Ｎ(０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＋ｚ≦１)化合
    物半導体が積層されていることを特徴とする半導体発光
    素子。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体発光素子におい
    て、該半導体発光素子は、劈開で形成された共振器ミラ
    ー面を有する半導体レーザであることを特徴とする半導
    体発光素子。
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