JPH10335749A - 電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JPH10335749A JPH10335749A JP14432697A JP14432697A JPH10335749A JP H10335749 A JPH10335749 A JP H10335749A JP 14432697 A JP14432697 A JP 14432697A JP 14432697 A JP14432697 A JP 14432697A JP H10335749 A JPH10335749 A JP H10335749A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 動作電圧が低く、発振開始電流を低減でき、
電気的特性を向上できる電流狭窄型窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 ＡｌＮバッファ層２をエッチングし、層
厚の厚いバッファ層領域２ａと層厚の薄いバッファ層領
域２ｂを形成する。続いて、ＳｉドープＮ型ＧａＮ層
３、ＧａＮ層３’、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４、Ｉ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５を成長させ、ＭｇドープＡｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を成長させ、続いて、Ｍｇド
ープＧａＮコンタクト層７を成長させる。層厚の薄いバ
ッファ層２ｂ上の領域に形成されたＧａＮ層３’及びク
ラッド層４の領域１０ｂのキャリヤ濃度は約５×１０17
ｃｍ‐3とし、層厚の厚いバッファ層２ａ上の領域に形
成されたＧａＮ層３’及びクラッド層４の領域１０ａの
キャリヤ濃度は約２×１０16ｃｍ‐3とする。
電気的特性を向上できる電流狭窄型窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 ＡｌＮバッファ層２をエッチングし、層
厚の厚いバッファ層領域２ａと層厚の薄いバッファ層領
域２ｂを形成する。続いて、ＳｉドープＮ型ＧａＮ層
３、ＧａＮ層３’、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４、Ｉ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５を成長させ、ＭｇドープＡｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を成長させ、続いて、Ｍｇド
ープＧａＮコンタクト層７を成長させる。層厚の薄いバ
ッファ層２ｂ上の領域に形成されたＧａＮ層３’及びク
ラッド層４の領域１０ｂのキャリヤ濃度は約５×１０17
ｃｍ‐3とし、層厚の厚いバッファ層２ａ上の領域に形
成されたＧａＮ層３’及びクラッド層４の領域１０ａの
キャリヤ濃度は約２×１０16ｃｍ‐3とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色領域から紫外
領域で発光可能な半導体レーザや発光ダイオード等の窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法に
関し、特に、電流狭窄型の窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子及びその製造方法に関する。
領域で発光可能な半導体レーザや発光ダイオード等の窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法に
関し、特に、電流狭窄型の窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体
レーザの一従来例として、特開平８−１０７２４７号公
報に開示されたものがある。図９はこの電流狭窄型窒化
ガリウム系化合物半導体レーザの断面構造を示す。以下
にその構造を製造プロセスとともに説明する。
レーザの一従来例として、特開平８−１０７２４７号公
報に開示されたものがある。図９はこの電流狭窄型窒化
ガリウム系化合物半導体レーザの断面構造を示す。以下
にその構造を製造プロセスとともに説明する。
【０００３】サファイヤ基板（ウエハー）１をＭＯＣＶ
Ｄ装置内に導入し、サファイヤ基板１上に、ＧａＮバッ
ファ層２、Ｎ型ＧａＮ層３、Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
４、ノンドープＩｎＧａＮ活性層５、Ｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層６及びＮ／Ｐ／Ｎ型ＧａＮ電流阻止層２０を順
次積層する。
Ｄ装置内に導入し、サファイヤ基板１上に、ＧａＮバッ
ファ層２、Ｎ型ＧａＮ層３、Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
４、ノンドープＩｎＧａＮ活性層５、Ｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層６及びＮ／Ｐ／Ｎ型ＧａＮ電流阻止層２０を順
次積層する。
【０００４】続いて、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取
り出し、エッチングによりＮ／Ｐ／Ｎ型ＧａＮ電流阻止
層２０にストライプ状の溝２１を形成する。
り出し、エッチングによりＮ／Ｐ／Ｎ型ＧａＮ電流阻止
層２０にストライプ状の溝２１を形成する。
【０００５】次に、ウエハーを再度成長室内に導入し、
溝２１を埋めるためにＰ型ＧａＮコンタクト層７を再成
長させる。
溝２１を埋めるためにＰ型ＧａＮコンタクト層７を再成
長させる。
【０００６】次に、Ｐ型ＧａＮコンタクト層７上にＰ型
用電極８を形成し、また、エッチングにより一部が露出
されたＮ型ＧａＮ層３の露出面にＮ型用電極９を形成す
る。以上の製造プロセスを経て、図９に示す断面構造の
電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製さ
れる。
用電極８を形成し、また、エッチングにより一部が露出
されたＮ型ＧａＮ層３の露出面にＮ型用電極９を形成す
る。以上の製造プロセスを経て、図９に示す断面構造の
電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製さ
れる。
【０００７】また、電極ストライプ型窒化ガリウム系化
合物半導体レーザの一従来例として、文献「Ｊ．Ｊ．
Ａ．Ｐ．３５．ｐ１３１５．（１９９６）」に開示され
たものがある。図１０はこの電極ストライプ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの断面構造を示す。以下にそ
の構造を製造プロセスとともに説明する。
合物半導体レーザの一従来例として、文献「Ｊ．Ｊ．
Ａ．Ｐ．３５．ｐ１３１５．（１９９６）」に開示され
たものがある。図１０はこの電極ストライプ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの断面構造を示す。以下にそ
の構造を製造プロセスとともに説明する。
【０００８】サファイヤ基板１をＭＯＣＶＤ装置内に導
入し、サファイヤ基板１上に、ＧａＮバッファ層２、Ｎ
型ＧａＮ層３、Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ノンドー
プＧａＮ層３’、ノンドープＩｎＧａＮ多重量子井戸活
性層５、Ｐ型ＧａＮ層６’、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
６及びＰ型ＧａＮコンタクト層７を順次積層する。
入し、サファイヤ基板１上に、ＧａＮバッファ層２、Ｎ
型ＧａＮ層３、Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ノンドー
プＧａＮ層３’、ノンドープＩｎＧａＮ多重量子井戸活
性層５、Ｐ型ＧａＮ層６’、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
６及びＰ型ＧａＮコンタクト層７を順次積層する。
【０００９】続いて、Ｐ型ＧａＮコンタクト層７上にＳ
ｉＯ2絶縁体層３０を形成し、外部との電気的接触をも
たせるために、その一部を除去し、Ｐ型用電極８を形成
する。また、エッチングにより一部が露出されたＮ型Ｇ
ａＮ層３の露出面にＮ型用電極９を形成する。以上の製
造プロセスを経て、図１０に示す断面構造の電極ストラ
イプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製され
る。
ｉＯ2絶縁体層３０を形成し、外部との電気的接触をも
たせるために、その一部を除去し、Ｐ型用電極８を形成
する。また、エッチングにより一部が露出されたＮ型Ｇ
ａＮ層３の露出面にＮ型用電極９を形成する。以上の製
造プロセスを経て、図１０に示す断面構造の電極ストラ
イプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製され
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−１０７２４７号公報に開示された電流狭窄型窒化ガ
リウム系化合物半導体レーザでは、以下に示す問題点が
ある。
８−１０７２４７号公報に開示された電流狭窄型窒化ガ
リウム系化合物半導体レーザでは、以下に示す問題点が
ある。
【００１１】（１）例えば、ドライエッチング法を用い
てエッチングを行い、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６表面
を露出したり、クラッド層６の途中にてエッチングを停
止することは、高度な制御性を必要とするため困難であ
る。
てエッチングを行い、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６表面
を露出したり、クラッド層６の途中にてエッチングを停
止することは、高度な制御性を必要とするため困難であ
る。
【００１２】（２）電流狭窄層２０に設けられたストラ
イプ状の溝２１を持つウエハーをＭＯＣＶＤ装置内に再
度導入し、ストライプ状の溝２１を覆うようにＰ型Ｇａ
Ｎコンタクト層７を再成長する必要があるため、再成長
Ｐ型ＧａＮコンタクト層７とＰ型ＡｌＧａＮクラッド層
６の再成長界面近傍が表面荒れ等に起因して高低抗化す
るという問題が発生する。この結果、発光素子の直列抵
抗が大きくなるため、駆動電圧の増加及び発光素子の信
頼性が劣化する。
イプ状の溝２１を持つウエハーをＭＯＣＶＤ装置内に再
度導入し、ストライプ状の溝２１を覆うようにＰ型Ｇａ
Ｎコンタクト層７を再成長する必要があるため、再成長
Ｐ型ＧａＮコンタクト層７とＰ型ＡｌＧａＮクラッド層
６の再成長界面近傍が表面荒れ等に起因して高低抗化す
るという問題が発生する。この結果、発光素子の直列抵
抗が大きくなるため、駆動電圧の増加及び発光素子の信
頼性が劣化する。
【００１３】また、上記文献に記載された電極ストライ
プ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザでは、以下に示
す問題点がある。
プ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザでは、以下に示
す問題点がある。
【００１４】（１）電流拡がりが発生し、発振開始電流
が増加するため、発振開始電流の低減や発光パターンの
制御が困難である。
が増加するため、発振開始電流の低減や発光パターンの
制御が困難である。
【００１５】（２）製造プロセスにおいて、絶縁体膜の
形成工程を必要とするため、製造工程が複雑になり、コ
ストアップを招来する。
形成工程を必要とするため、製造工程が複雑になり、コ
ストアップを招来する。
【００１６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、発振開始電流を低減でき、結果的に動作
電圧が低く、信頼性を向上できる電流狭窄型窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
たものであり、発振開始電流を低減でき、結果的に動作
電圧が低く、信頼性を向上できる電流狭窄型窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の電流狭窄型窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子は、基板上に、基板表
面を基準とした層厚が、厚い領域と薄い領域とを有する
バッファ層が形成され、該バッファ層の上に、少なくと
もＮ型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系
化合物半導体クラッド層、窒化ガリウム系化合物半導体
活性層及びＰ型窒化ガリウム系化合物半導体クラッド層
からなる半導体発光素子構造を結晶成長させており、そ
のことにより上記目的が達成される。
ガリウム系化合物半導体発光素子は、基板上に、基板表
面を基準とした層厚が、厚い領域と薄い領域とを有する
バッファ層が形成され、該バッファ層の上に、少なくと
もＮ型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系
化合物半導体クラッド層、窒化ガリウム系化合物半導体
活性層及びＰ型窒化ガリウム系化合物半導体クラッド層
からなる半導体発光素子構造を結晶成長させており、そ
のことにより上記目的が達成される。
【００１８】好ましくは、前記バッファ層の層厚の薄い
領域が前記窒化ガリウム系化合物半導体活性層の発光領
域の下方に配置される一方、層厚の厚い領域が該窒化ガ
リウム系化合物半導体活性層の非発光領域の下方に配置
される構成とする。
領域が前記窒化ガリウム系化合物半導体活性層の発光領
域の下方に配置される一方、層厚の厚い領域が該窒化ガ
リウム系化合物半導体活性層の非発光領域の下方に配置
される構成とする。
【００１９】また、好ましくは、前記バッファ層をエッ
チングにより形成する。
チングにより形成する。
【００２０】また、好ましくは、前記バッファ層の上
に、Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、前記窒化ガリ
ウム系化合物半導体クラッド層、前記窒化ガリウム系化
合物半導体活性層及び前記Ｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体クラッド層をこの順に結晶成長させる構成とする。
に、Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、前記窒化ガリ
ウム系化合物半導体クラッド層、前記窒化ガリウム系化
合物半導体活性層及び前記Ｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体クラッド層をこの順に結晶成長させる構成とする。
【００２１】また、好ましくは、記バッファ層の上に、
前記窒化ガリウム系化合物半導体クラッド層、前記窒化
ガリウム系化合物半導体活性層及び前記Ｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体クラッド層をこの順に結晶成長させる
構成とする。
前記窒化ガリウム系化合物半導体クラッド層、前記窒化
ガリウム系化合物半導体活性層及び前記Ｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体クラッド層をこの順に結晶成長させる
構成とする。
【００２２】また、本発明の電流狭窄型窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子の製造方法は、基板の表面上にＡ
ｌdＧａ1-dＮ（０≦ｄ≦１）バッファ層を形成する工程
と、エッチングにて、該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層に基
板表面を基準とした層厚が、厚い領域と薄い領域とを形
成する工程と、該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層の上に、Ｎ
型ＧａＮ層、ノンドープＧａＮ層及びＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程と、該Ａｌx
Ｇａ1-xＮクラッド層の上に、ＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ
≦１：ｘ＝０のときｙ＞０）活性層を形成する工程と、
該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層の上に、Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程と、該Ｐ型Ａ
ｌxＧａ1-xＮクラッド層の上に、Ｐ型ＧａＮコンタクト
層を形成する工程とを包含しており、そのことにより上
記目的が達成される。
化合物半導体発光素子の製造方法は、基板の表面上にＡ
ｌdＧａ1-dＮ（０≦ｄ≦１）バッファ層を形成する工程
と、エッチングにて、該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層に基
板表面を基準とした層厚が、厚い領域と薄い領域とを形
成する工程と、該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層の上に、Ｎ
型ＧａＮ層、ノンドープＧａＮ層及びＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程と、該Ａｌx
Ｇａ1-xＮクラッド層の上に、ＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ
≦１：ｘ＝０のときｙ＞０）活性層を形成する工程と、
該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層の上に、Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程と、該Ｐ型Ａ
ｌxＧａ1-xＮクラッド層の上に、Ｐ型ＧａＮコンタクト
層を形成する工程とを包含しており、そのことにより上
記目的が達成される。
【００２３】また、本発明の電流狭窄型窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子の製造方法は、基板の表面上にＡ
ｌdＧａ1-dＮ（０≦ｄ≦１）バッファ層を形成する工程
と、エッチングにて、該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層に基
板表面を基準とした層厚が、厚い領域と薄い領域とを形
成する工程と、該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層の上に、Ｇ
ａＮ層及びＡｌxＧａl-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を
形成する工程と、該ＡｌxＧａl-xＮクラッド層の上に、
ＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ＞０）活
性層を形成する工程と、該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層の上
に、Ｐ型ＡｌxＧａ1‐xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を
形成する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1‐xＮクラッド層の
上に、Ｐ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程とを包含
しており、そのことにより上記目的が達成される。
化合物半導体発光素子の製造方法は、基板の表面上にＡ
ｌdＧａ1-dＮ（０≦ｄ≦１）バッファ層を形成する工程
と、エッチングにて、該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層に基
板表面を基準とした層厚が、厚い領域と薄い領域とを形
成する工程と、該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層の上に、Ｇ
ａＮ層及びＡｌxＧａl-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を
形成する工程と、該ＡｌxＧａl-xＮクラッド層の上に、
ＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ＞０）活
性層を形成する工程と、該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層の上
に、Ｐ型ＡｌxＧａ1‐xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を
形成する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1‐xＮクラッド層の
上に、Ｐ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程とを包含
しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】以下に本発明の作用を説明する。本発明者
等は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、窒
化ガリウム系化合物半導体層のキャリヤ濃度（一例とし
て、ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層のキャリ
ヤ濃度）がバッファ層の層厚に依存することを見い出し
た。図８はその関係を示しており、ＡｌＮバッファ層の
層厚（ｎｍ）が厚くなると、キャリア濃度（ｃｍ-3）が
低下し、層厚が薄くなるとキャリア濃度が大きくなって
いる。
等は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、窒
化ガリウム系化合物半導体層のキャリヤ濃度（一例とし
て、ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層のキャリ
ヤ濃度）がバッファ層の層厚に依存することを見い出し
た。図８はその関係を示しており、ＡｌＮバッファ層の
層厚（ｎｍ）が厚くなると、キャリア濃度（ｃｍ-3）が
低下し、層厚が薄くなるとキャリア濃度が大きくなって
いる。
【００２５】このため、例えば、上記のように、バッフ
ァ層をエッチングし、層厚の厚いバッファ層領域と層厚
の薄いバッファ層領域を形成し、その上に、例えばノン
ドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を形成すると、層
厚の厚いバッファ層上に形成されたノンドープ窒化ガリ
ウム系化合物半導体層は高抵抗領域となり、層厚の薄い
バッファ層上に形成したノンドープ窒化ガリウム系化合
物半導体層は低抵抗領域となる。
ァ層をエッチングし、層厚の厚いバッファ層領域と層厚
の薄いバッファ層領域を形成し、その上に、例えばノン
ドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を形成すると、層
厚の厚いバッファ層上に形成されたノンドープ窒化ガリ
ウム系化合物半導体層は高抵抗領域となり、層厚の薄い
バッファ層上に形成したノンドープ窒化ガリウム系化合
物半導体層は低抵抗領域となる。
【００２６】この結果、ノンドープ窒化ガリウム系化合
物半導体層の一部を電流狭窄層として機能させることが
可能になるので、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子を実現することができる。
物半導体層の一部を電流狭窄層として機能させることが
可能になるので、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子を実現することができる。
【００２７】なお、図８において、ノンドープ窒化ガリ
ウム系化合物半導体層の層厚は１０〜６０ｎｍまでの範
囲内において上記抵抗の変化が観察される。
ウム系化合物半導体層の層厚は１０〜６０ｎｍまでの範
囲内において上記抵抗の変化が観察される。
【００２８】加えて、本発明の素子構造によれば、再成
長界面はバッファ層上に存在するため、再成長界面の悪
い結晶性が発光素子の電気的特性を悪化させることはな
い。この理由を今少し具体的に説明すると、例えば、図
９に示すような素子構造であれば、電流通路となるとこ
ろ、即ち、電流狭窄層２０間の溝部に再成長界面が存在
するため、界面に付着している不純物（Ｃ、Ｏ2等）に
より再成長層の界面近傍が高抵抗化するため、電流が流
れにくくなり、駆動電圧が非常に高くなるという問題が
ある。
長界面はバッファ層上に存在するため、再成長界面の悪
い結晶性が発光素子の電気的特性を悪化させることはな
い。この理由を今少し具体的に説明すると、例えば、図
９に示すような素子構造であれば、電流通路となるとこ
ろ、即ち、電流狭窄層２０間の溝部に再成長界面が存在
するため、界面に付着している不純物（Ｃ、Ｏ2等）に
より再成長層の界面近傍が高抵抗化するため、電流が流
れにくくなり、駆動電圧が非常に高くなるという問題が
ある。
【００２９】ここで、界面に不純物が付着するのは、一
度、結晶成長装置内からウエハーを取り出し、大気中に
さらした状態で上記溝を通常のフォトリソグラフィ技術
やエッチング工程によって形成するため、その時点で不
純物が界面に付着することによる。
度、結晶成長装置内からウエハーを取り出し、大気中に
さらした状態で上記溝を通常のフォトリソグラフィ技術
やエッチング工程によって形成するため、その時点で不
純物が界面に付着することによる。
【００３０】これに対して、本発明によれば、再成長界
面が電流通路でないバッファ層上に存在するため、再成
長層の界面近傍が高抵抗化することがないので、駆動電
圧が低く、電気的特性が悪化することがない。
面が電流通路でないバッファ層上に存在するため、再成
長層の界面近傍が高抵抗化することがないので、駆動電
圧が低く、電気的特性が悪化することがない。
【００３１】また、本発明の素子構造によれば、従来技
術で説明した絶縁体膜の形成や再成長技術を必要としな
いので、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
等の発光素子を容易に作製することが可能となる。
術で説明した絶縁体膜の形成や再成長技術を必要としな
いので、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
等の発光素子を容易に作製することが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。なお、本明細書において、
窒化ガリウム系化合物半導体とは、例えば、ＩｎxＡｌy
Ｇａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ，ｘ＋ｙ≦１）も含むも
のとする。また、本発明でいう半導体発光素子とは半導
体レーザ及び発光ダイオードを含むものとする。
に基づき具体的に説明する。なお、本明細書において、
窒化ガリウム系化合物半導体とは、例えば、ＩｎxＡｌy
Ｇａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ，ｘ＋ｙ≦１）も含むも
のとする。また、本発明でいう半導体発光素子とは半導
体レーザ及び発光ダイオードを含むものとする。
【００３３】（実施形態１）図１及び図２は本発明電流
狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態
１を示す。本実施形態１は、本発明を電流狭窄型窒化ガ
リウム系化合物半導体レーザに適用した例を示す。
狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態
１を示す。本実施形態１は、本発明を電流狭窄型窒化ガ
リウム系化合物半導体レーザに適用した例を示す。
【００３４】なお、本実施形態１では、有機金属化合物
気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）を用いて半導体レーザ
を作製した。また、基板としては、サファイヤ基板を用
い、Ｖ族原料として、アンモニアＮＨ3、III族原料とし
て、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ
ｎ）、Ｐ型不純物として、ビスジクロペンタデイエニル
マグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、Ｎ型不純物として、モノ
シラン（ＳｉＨ4）を用い、キャリヤガスとして、Ｈ2又
はＮ2を用いた。
気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）を用いて半導体レーザ
を作製した。また、基板としては、サファイヤ基板を用
い、Ｖ族原料として、アンモニアＮＨ3、III族原料とし
て、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ
ｎ）、Ｐ型不純物として、ビスジクロペンタデイエニル
マグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、Ｎ型不純物として、モノ
シラン（ＳｉＨ4）を用い、キャリヤガスとして、Ｈ2又
はＮ2を用いた。
【００３５】なお、基板材料、Ｖ族原料、III族原料、
Ｐ型不純物、Ｎ型不純物及びキャリヤガスについては、
後述の実施形態２〜実施形態４においても、全く同様の
ものを用いている。
Ｐ型不純物、Ｎ型不純物及びキャリヤガスについては、
後述の実施形態２〜実施形態４においても、全く同様の
ものを用いている。
【００３６】本実施形態１の電流狭窄型窒化ガリウム系
化合物半導体レーザは、図１に示す素子構造であるが、
以下に、図２（ａ）〜（ｅ）に基づきその構造を製造プ
ロセスとともに説明する。
化合物半導体レーザは、図１に示す素子構造であるが、
以下に、図２（ａ）〜（ｅ）に基づきその構造を製造プ
ロセスとともに説明する。
【００３７】まず、サファイヤ基板１をＭＯＣＶＤ装置
のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇
温し、Ｎ2又はＨ2雰囲気中にさらす。次に、サファイヤ
基板１の基板温度を４００℃〜６５０℃程度まで降温
し、サファイヤ基板１上に一般的にはＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ≦１）バッファ層２、ここではＡｌＮバッファ
層２を約５０ｎｍ成長させる（同図（ａ）参照）。
のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇
温し、Ｎ2又はＨ2雰囲気中にさらす。次に、サファイヤ
基板１の基板温度を４００℃〜６５０℃程度まで降温
し、サファイヤ基板１上に一般的にはＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ≦１）バッファ層２、ここではＡｌＮバッファ
層２を約５０ｎｍ成長させる（同図（ａ）参照）。
【００３８】次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り
出し、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、ＡｌＮ
バッファ層２をエッチングし、層厚の厚いバッファ層領
域２ａと層厚の薄いバッファ層領域２ｂを形成する（同
図（ｂ）参照）。より具体的には、同図（ｂ）に示すよ
うに、中間部に層厚の薄いバッファ層領域２ｂを形成
し、その両側に層厚の厚いバッファ層領域２ａを形成し
ている。
出し、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、ＡｌＮ
バッファ層２をエッチングし、層厚の厚いバッファ層領
域２ａと層厚の薄いバッファ層領域２ｂを形成する（同
図（ｂ）参照）。より具体的には、同図（ｂ）に示すよ
うに、中間部に層厚の薄いバッファ層領域２ｂを形成
し、その両側に層厚の厚いバッファ層領域２ａを形成し
ている。
【００３９】次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置の
サセプタ上に導入し、基板温度１０５０℃程度まで昇温
し、ＡｌＮバッファ層２上にＳｉドープＮ型ＧａＮ層３
を０．５μｍ〜２μｍ程度成長させ、続いて、その上
に、ノンドープＧａＮ層３’を２μｍ程度成長させる。
更に、その上に、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層４を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。
サセプタ上に導入し、基板温度１０５０℃程度まで昇温
し、ＡｌＮバッファ層２上にＳｉドープＮ型ＧａＮ層３
を０．５μｍ〜２μｍ程度成長させ、続いて、その上
に、ノンドープＧａＮ層３’を２μｍ程度成長させる。
更に、その上に、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層４を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。
【００４０】次に、基板温度を８００℃〜８５０℃程度
に降温し、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４上
にノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５を３ｎｍ〜８
０ｎｍ成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度ま
で昇温し、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５上に
ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を０．１μｍ
〜０．３μｍ程度成長させ、続いて、その上に、Ｍｇド
ープＧａＮコンタクト層７を０．５μｍ〜１μｍ程度成
長させる（同図（ｃ）参照）。
に降温し、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４上
にノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５を３ｎｍ〜８
０ｎｍ成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度ま
で昇温し、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５上に
ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を０．１μｍ
〜０．３μｍ程度成長させ、続いて、その上に、Ｍｇド
ープＧａＮコンタクト層７を０．５μｍ〜１μｍ程度成
長させる（同図（ｃ）参照）。
【００４１】ここで、層厚の薄い前記ＡｌＮバッファ層
２ｂ上の領域に形成されたノンドープＧａＮ層３’及び
ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０ｂ
のキャリヤ濃度は約５×１０17ｃｍ-3とする。一方、層
厚の厚い前記ＡｌＮバッファ層２ａ上の領域に形成され
たノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎクラッド層４の領域１０ａのキャリヤ濃度は約２
×１０16ｃｍ-3とする。
２ｂ上の領域に形成されたノンドープＧａＮ層３’及び
ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０ｂ
のキャリヤ濃度は約５×１０17ｃｍ-3とする。一方、層
厚の厚い前記ＡｌＮバッファ層２ａ上の領域に形成され
たノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎクラッド層４の領域１０ａのキャリヤ濃度は約２
×１０16ｃｍ-3とする。
【００４２】この結果、高抵抗領域１０ａと低抵抗領域
１０ｂが形成され、注入された電流は低抵抗領域１０ｂ
を流れることになるので、電流狭窄構造が形成される。
１０ｂが形成され、注入された電流は低抵抗領域１０ｂ
を流れることになるので、電流狭窄構造が形成される。
【００４３】次に、Ｐ型ＧａＮコンタクト層７上にレジ
ストマスク１００を形成し、Ｎ型ＧａＮ層３の表面が露
出するまでエッチング１１を施す（同図（ｄ）参照）。
ストマスク１００を形成し、Ｎ型ＧａＮ層３の表面が露
出するまでエッチング１１を施す（同図（ｄ）参照）。
【００４４】次に、ウエハーを成長室から取り出し、Ｎ
2雰囲気中で、温度８００℃で、２０分間熱処理を行
い、Ｍｇドープ層をＰ型層に変化させる。
2雰囲気中で、温度８００℃で、２０分間熱処理を行
い、Ｍｇドープ層をＰ型層に変化させる。
【００４５】次に、Ｎ型ＧａＮ層３の表面にＮ型用電極
９を形成し、またＰ型ＧａＮコンタクト層７の表面にＰ
型用電極８を形成する（同図（ｅ）参照）。以上の製造
プロセスを経て、図１に示す素子構造の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザが作製される。
９を形成し、またＰ型ＧａＮコンタクト層７の表面にＰ
型用電極８を形成する（同図（ｅ）参照）。以上の製造
プロセスを経て、図１に示す素子構造の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザが作製される。
【００４６】本実施形態１の素子構造を有する電流狭窄
型窒化ガリウム系化合物半導体レーザによれば、動作電
圧は３〜４Ｖ、発振開始電流は６０〜７０ｍＡであるこ
とを確認できた。この値は図９に示す従来の電流狭窄型
窒化ガリウム系化合物半導体レーザで得られた値の約１
／２である。また、図１０に示す従来の電極ストライプ
型のものと比べても大幅に低減できる。
型窒化ガリウム系化合物半導体レーザによれば、動作電
圧は３〜４Ｖ、発振開始電流は６０〜７０ｍＡであるこ
とを確認できた。この値は図９に示す従来の電流狭窄型
窒化ガリウム系化合物半導体レーザで得られた値の約１
／２である。また、図１０に示す従来の電極ストライプ
型のものと比べても大幅に低減できる。
【００４７】このように、発振開始電流を従来例よりも
低減できるのは、以下の理由によるる。即ち、図９に示
す電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、電
流通路に再成長界面が存在し、この界面が高抵抗化して
いるため駆動電圧が上昇し、そのために、発振開始電流
が上昇する。
低減できるのは、以下の理由によるる。即ち、図９に示
す電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、電
流通路に再成長界面が存在し、この界面が高抵抗化して
いるため駆動電圧が上昇し、そのために、発振開始電流
が上昇する。
【００４８】これに対して、本実施形態１の電流狭窄型
窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、再成長界面が電
流通路でないバッファ層上に存在するため、再成長層の
界面近傍が高抵抗化することがないので、駆動電圧が低
く、発振開始電流を大幅に低減できるのである。
窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、再成長界面が電
流通路でないバッファ層上に存在するため、再成長層の
界面近傍が高抵抗化することがないので、駆動電圧が低
く、発振開始電流を大幅に低減できるのである。
【００４９】一方、図１０に示す電極ストライプ型のも
のは、その素子構造より無効電流が多く、発振開始電流
の低減が困難であるのに対し、本実施形態１の電流狭窄
型窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、内部電流狭窄
型であり、無効電流が少ないので、発振開始電流を低減
できるのである。
のは、その素子構造より無効電流が多く、発振開始電流
の低減が困難であるのに対し、本実施形態１の電流狭窄
型窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、内部電流狭窄
型であり、無効電流が少ないので、発振開始電流を低減
できるのである。
【００５０】（実施形態２）図３及び図４は本発明電流
狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態
２を示す。本実施形態２は、実施形態１とは異なり、中
間部に層厚の厚いバッファ層領域２ａを形成し、その両
側に層厚の薄いバッファ層領域２ｂを形成している。
狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態
２を示す。本実施形態２は、実施形態１とは異なり、中
間部に層厚の厚いバッファ層領域２ａを形成し、その両
側に層厚の薄いバッファ層領域２ｂを形成している。
【００５１】本実施形態２の電流狭窄型窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子は、図３に示す素子構造である
が、以下に、図４（ａ）〜（ｅ）に基づきその構造を製
造プロセスとともに説明する。
化合物半導体発光素子は、図３に示す素子構造である
が、以下に、図４（ａ）〜（ｅ）に基づきその構造を製
造プロセスとともに説明する。
【００５２】まず、サファイヤ基板１をＭＯＣＶＤ装置
のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇
温し、Ｎ2又はＨ2雰囲気中にさらす。次に、サファイヤ
基板１の基板温度を４００℃〜６５０℃程度に降温し、
サファイヤ基板１上にＡｌＮバッファ層２を約５０ｎｍ
成長させる（同図（ａ）参照）。
のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇
温し、Ｎ2又はＨ2雰囲気中にさらす。次に、サファイヤ
基板１の基板温度を４００℃〜６５０℃程度に降温し、
サファイヤ基板１上にＡｌＮバッファ層２を約５０ｎｍ
成長させる（同図（ａ）参照）。
【００５３】次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り
出し、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、ＡｌＮ
バッファ層２をエッチングし、層厚の厚いバッファ層領
域２ａと層厚の薄いバッファ層領域２ｂを形成する（同
図（ｂ）参照）。より具体的には、同図（ｂ）に示すよ
うに、中央部に層厚の厚いバッファ層領域２ａを形成
し、その両側に層厚の薄いバッファ層領域２ｂを形成す
る。
出し、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、ＡｌＮ
バッファ層２をエッチングし、層厚の厚いバッファ層領
域２ａと層厚の薄いバッファ層領域２ｂを形成する（同
図（ｂ）参照）。より具体的には、同図（ｂ）に示すよ
うに、中央部に層厚の厚いバッファ層領域２ａを形成
し、その両側に層厚の薄いバッファ層領域２ｂを形成す
る。
【００５４】次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置の
サセプタ上に導入し、基板温度１０５０℃程度まで昇温
し、ＡｌＮバッファ層２上にＳｉドープＮ型ＧａＮ層３
を０．５μｍ〜２μｍ程度成長させ、続いて、その上に
ノンドープＧａＮ層３’を２μｍ程度成長させる。更
に、その上にノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４
を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。
サセプタ上に導入し、基板温度１０５０℃程度まで昇温
し、ＡｌＮバッファ層２上にＳｉドープＮ型ＧａＮ層３
を０．５μｍ〜２μｍ程度成長させ、続いて、その上に
ノンドープＧａＮ層３’を２μｍ程度成長させる。更
に、その上にノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４
を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。
【００５５】次に、基板温度を８００℃〜８５０℃程度
に降温し、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４上
にノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５を３〜８０ｎ
ｍ成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇
温し、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５上にＭｇ
ドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を０．１μｍ〜
０．３μｍ程度成長させ、続いて、その上にＭｇドープ
ＧａＮコンタクト層７を０．５μｍ〜１μｍ程度成長さ
せる（同図（ｃ）参照）。
に降温し、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４上
にノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５を３〜８０ｎ
ｍ成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇
温し、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５上にＭｇ
ドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を０．１μｍ〜
０．３μｍ程度成長させ、続いて、その上にＭｇドープ
ＧａＮコンタクト層７を０．５μｍ〜１μｍ程度成長さ
せる（同図（ｃ）参照）。
【００５６】ここで、層厚の薄い前記ＡｌＮバッファ層
２ｂ上の領域に形成されたノンドープＧａＮ層３’及び
ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０ｂ
のキャリヤ濃度は約５×１０17ｃｍ‐3とする。また、
層厚の厚い前記ＡｌＮバッファ層２ａ上の領域に形成さ
れたノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０ａのキャリヤ濃度は約
２×１０16ｃｍ‐3とする。
２ｂ上の領域に形成されたノンドープＧａＮ層３’及び
ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０ｂ
のキャリヤ濃度は約５×１０17ｃｍ‐3とする。また、
層厚の厚い前記ＡｌＮバッファ層２ａ上の領域に形成さ
れたノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０ａのキャリヤ濃度は約
２×１０16ｃｍ‐3とする。
【００５７】この結果、高抵抗領域１０ａと低抵抗領域
１０ｂが形成され、注入された電流は低抵抗領域１０ｂ
を流れるので、電流狭窄構造が形成される。
１０ｂが形成され、注入された電流は低抵抗領域１０ｂ
を流れるので、電流狭窄構造が形成される。
【００５８】次に、Ｐ型ＧａＮコンタクト層７上にレジ
ストマスク１００を形成し、Ｎ型ＧａＮ層３の表面が露
出するまでエッチング１１を施す（同図（ｄ）参照）。
ストマスク１００を形成し、Ｎ型ＧａＮ層３の表面が露
出するまでエッチング１１を施す（同図（ｄ）参照）。
【００５９】次に、ウエハーを成長室から取り出し、Ｎ
2雰囲気中で、８００℃、２０間の熱処理を行い、Ｍｇ
ドープ層をＰ型層に変化させる。
2雰囲気中で、８００℃、２０間の熱処理を行い、Ｍｇ
ドープ層をＰ型層に変化させる。
【００６０】次に、Ｎ型ＧａＮ層３の露出した表面にＮ
型用電極９を形成し、またＰ型ＧａＮコンタクト層７の
表面にＰ型用電極８を形成する（同図（ｅ）参照）。以
上の製造プロセスを経て、図３に示す素子構造の窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子が作製される。
型用電極９を形成し、またＰ型ＧａＮコンタクト層７の
表面にＰ型用電極８を形成する（同図（ｅ）参照）。以
上の製造プロセスを経て、図３に示す素子構造の窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子が作製される。
【００６１】なお、本実施形態２の窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子では、低抵抗領域１０ｂが両側に形成
されるため、同図（ｅ）に示すように、両側の低抵抗領
域１０ｂ、１０ｂに対応して、Ｎ型ＧａＮ層３の両側も
露出され、ここにＮ型用電極９が形成されている。
物半導体発光素子では、低抵抗領域１０ｂが両側に形成
されるため、同図（ｅ）に示すように、両側の低抵抗領
域１０ｂ、１０ｂに対応して、Ｎ型ＧａＮ層３の両側も
露出され、ここにＮ型用電極９が形成されている。
【００６２】本発明の素子構造を有する電流阻止型窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子の輝度は、従来の窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子で得られた値の約２倍
である。以下にその理由を説明する。
ガリウム系化合物半導体発光素子の輝度は、従来の窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子で得られた値の約２倍
である。以下にその理由を説明する。
【００６３】本実施形態２では、Ｐ型用電極８の直下に
位置するノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５、つま
り発光層の領域に電流を注入させず、無効電流の低減を
図るべく高抵抗領域１０ａを設けてある。このため、効
率よく発光層５に電流を注入できるので、光の取り出し
効率を向上できる。よって、発光効率を向上できるの
で、上記のように輝度を大幅に向上できるのである。
位置するノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５、つま
り発光層の領域に電流を注入させず、無効電流の低減を
図るべく高抵抗領域１０ａを設けてある。このため、効
率よく発光層５に電流を注入できるので、光の取り出し
効率を向上できる。よって、発光効率を向上できるの
で、上記のように輝度を大幅に向上できるのである。
【００６４】（実施形態３）図５及び図６は本発明窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態３を示す。
本実施形態３も本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レ
ーザに適用した例を示すが、バッファ層２上に、ノンド
ープＧａＮ層３’を成長させる点が、上記の実施形態１
及び実施形態２とは異なっている。
ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態３を示す。
本実施形態３も本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レ
ーザに適用した例を示すが、バッファ層２上に、ノンド
ープＧａＮ層３’を成長させる点が、上記の実施形態１
及び実施形態２とは異なっている。
【００６５】ここで、図５は本実施形態３の窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザの断面構造を示し、図５のａ−
ａ線断面に相当する図６はその電極配置を示す。
ム系化合物半導体レーザの断面構造を示し、図５のａ−
ａ線断面に相当する図６はその電極配置を示す。
【００６６】なお、基板材料等は上記実施形態１及び実
施形態２と同様であり、製造プロセスも略同様であるの
で、対応する部分に同一の符号を付し、具体的な説明は
省略する。
施形態２と同様であり、製造プロセスも略同様であるの
で、対応する部分に同一の符号を付し、具体的な説明は
省略する。
【００６７】図６に示すように、本実施形態３では、ノ
ンドープＧａＮ層３’の領域１０ｂの表面上にＮ型用電
極９を形成している。
ンドープＧａＮ層３’の領域１０ｂの表面上にＮ型用電
極９を形成している。
【００６８】本実施形態３においても、バッファ層２に
エッチングにより層厚の厚い領域と薄い領域とが形成さ
れるため、実施形態１及び実施形態２同様の効果を奏す
ることができる。
エッチングにより層厚の厚い領域と薄い領域とが形成さ
れるため、実施形態１及び実施形態２同様の効果を奏す
ることができる。
【００６９】加えて、本実施形態３によれば、実施形態
１及び実施形態２で形成したＮ型ＧａＮ層３を必要とし
ない電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザを実
現できるので、製造プロセスの簡略化及びコストダウン
が図れる利点がある。
１及び実施形態２で形成したＮ型ＧａＮ層３を必要とし
ない電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザを実
現できるので、製造プロセスの簡略化及びコストダウン
が図れる利点がある。
【００７０】（実施形態４）図７は本発明窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の実施形態４を示す。本実施形
態４も本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザに適
用した例を示す。
系化合物半導体発光素子の実施形態４を示す。本実施形
態４も本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザに適
用した例を示す。
【００７１】図７に示すように、本実施形態４では、Ｖ
字状と逆Ｖ字状に形成した領域１２を持つサファイヤ基
板１の表面上に、バッファ層２を形成することにより、
バッファ層２に層厚の厚い領域２ａと層厚の薄い領域２
ｂを形成し、その上にＮ型ＧａＮ層３〜Ｐ型ＧａＮコン
タクト層７を順次成長させる構成をとっている。
字状と逆Ｖ字状に形成した領域１２を持つサファイヤ基
板１の表面上に、バッファ層２を形成することにより、
バッファ層２に層厚の厚い領域２ａと層厚の薄い領域２
ｂを形成し、その上にＮ型ＧａＮ層３〜Ｐ型ＧａＮコン
タクト層７を順次成長させる構成をとっている。
【００７２】なお、上記実施形態１及び実施形態２と対
応する部分に同一の符号を付し、具体的な説明は省略す
る。
応する部分に同一の符号を付し、具体的な説明は省略す
る。
【００７３】本実施形態４の窒化ガリウム系化合物半導
体レーザにおいても、上記実施形態１及び実施形態２同
様の効果を奏することができる。
体レーザにおいても、上記実施形態１及び実施形態２同
様の効果を奏することができる。
【００７４】（その他の実施形態）上記の各実施形態で
は、バッファ層２として、ＡｌdＧａ1-dＮ（０≦ｄ≦
１）層を用いているが、図８に示す特性を有するもので
あれば、他の材料からなるバッファ層を用いることも可
能である。
は、バッファ層２として、ＡｌdＧａ1-dＮ（０≦ｄ≦
１）層を用いているが、図８に示す特性を有するもので
あれば、他の材料からなるバッファ層を用いることも可
能である。
【００７５】また、上記の各実施形態では、基板として
サファイヤ基板を用いてるが、他にＳｉＣ基板やＧａＮ
基板を用いることも可能である。
サファイヤ基板を用いてるが、他にＳｉＣ基板やＧａＮ
基板を用いることも可能である。
【００７６】また、上記実施形態１、３、４では、本発
明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザに適用する場合
について説明したが、本発明は半導体発光ダイオードに
ついても同様に適用できることは勿論である。
明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザに適用する場合
について説明したが、本発明は半導体発光ダイオードに
ついても同様に適用できることは勿論である。
【００７７】
【発明の効果】以上の本発明窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子によれば、層厚の厚いバッファ層領域と層厚
の薄いバッファ層領域を形成し、その上に、窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を形成する構成をとるので、層厚の
厚いバッファ層上に形成された窒化ガリウム系化合物半
導体層は高抵抗領域となり、層厚の薄いバッファ層上に
形成した窒化ガリウム系化合物半導体層は低抵抗領域と
なる。
体発光素子によれば、層厚の厚いバッファ層領域と層厚
の薄いバッファ層領域を形成し、その上に、窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を形成する構成をとるので、層厚の
厚いバッファ層上に形成された窒化ガリウム系化合物半
導体層は高抵抗領域となり、層厚の薄いバッファ層上に
形成した窒化ガリウム系化合物半導体層は低抵抗領域と
なる。
【００７８】この結果、窒化ガリウム系化合物半導体層
の一部を電流狭窄層として機能させることが可能になる
ので、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
を実現することができる。
の一部を電流狭窄層として機能させることが可能になる
ので、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
を実現することができる。
【００７９】加えて、本発明の素子構造によれば、再成
長界面が電流通路でないバッファ層上に存在するため、
再成長層の界面近傍が高抵抗化することがないので、駆
動電圧が低く、発振開始電流が低い電気的特性に優れた
半導体発光素子を実現できる利点がある。
長界面が電流通路でないバッファ層上に存在するため、
再成長層の界面近傍が高抵抗化することがないので、駆
動電圧が低く、発振開始電流が低い電気的特性に優れた
半導体発光素子を実現できる利点がある。
【００８０】また、本発明の素子構造によれば、従来技
術で説明した絶縁体膜の形成や再成長技術を必要としな
いので、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
等の発光素子を容易に作製することが可能となる。
術で説明した絶縁体膜の形成や再成長技術を必要としな
いので、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
等の発光素子を容易に作製することが可能となる。
【００８１】また、本発明の製造方法によれば、上記特
性を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を低コ
ストで作製できる利点がある。
性を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を低コ
ストで作製できる利点がある。
【図１】本発明の実施形態１を示す、窒化ガリウム系化
合物半導体レーザの断面図。
合物半導体レーザの断面図。
【図２】本発明の実施形態１を示す、窒化ガリウム系化
合物半導体レーザの製造プロセスを示す工程図。
合物半導体レーザの製造プロセスを示す工程図。
【図３】本発明の実施形態２を示す、窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の断面図。
合物半導体発光素子の断面図。
【図４】本発明の実施形態２を示す、窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の製造プロセスを示す工程図。
合物半導体発光素子の製造プロセスを示す工程図。
【図５】本発明の実施形態３を示す、窒化ガリウム系化
合物半導体レーザの断面図。
合物半導体レーザの断面図。
【図６】本発明の実施形態３を示す、図５のａ−ａ線断
面に相当する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの電極
配置を示す断面図。
面に相当する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの電極
配置を示す断面図。
【図７】本発明の実施形態４を示す、窒化ガリウム系化
合物半導体レーザの断面図。
合物半導体レーザの断面図。
【図８】バッファ層厚とキャリヤ濃度の関係を示すグラ
フ。
フ。
【図９】電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
の従来例を示す断面図。
の従来例を示す断面図。
【図１０】電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導
体レーザの従来例を示す断面図。
体レーザの従来例を示す断面図。
１ サファイヤ基板 ２ バッファ層 ２ａ バッファ層の層厚が厚い領域 ２ｂ バッファ層の層厚が薄い領域 ３ Ｎ型ＧａＮ層 ３’ ノンドープＧａＮ層 ４ ノンドープＡｌＧａＮクラッド層 ４’ ノンドープＧａＮ層 ５ ノンドープＩｎＧａＮ層 ６ Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 ６’ Ｐ型ＧａＮクラッド層 ７ Ｐ型ＧａＮコンタクト層 ８ Ｐ型電極 ９ Ｎ型電極 １０ａ 高低抗領域 １０ｂ 低抵抗領域 １２ サファイヤ基板表面上のＶ状、逆Ｖ状の加工領域 ２０ ＧａＮ電流狭窄層 ２１ ストライプ状の溝 １００ レジストマスク
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に、基板表面を基準とした層厚
が、厚い領域と薄い領域とを有するバッファ層が形成さ
れ、該バッファ層の上に、少なくともＮ型窒化ガリウム
系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体クラッ
ド層、窒化ガリウム系化合物半導体活性層及びＰ型窒化
ガリウム系化合物半導体クラッド層からなる半導体発光
素子構造を結晶成長させた電流狭窄型窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記バッファ層の層厚の薄い領域が前記
窒化ガリウム系化合物半導体活性層の発光領域の下方に
配置される一方、層厚の厚い領域が該窒化ガリウム系化
合物半導体活性層の非発光領域の下方に配置されている
請求項１記載の電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子。 - 【請求項３】 前記バッファ層がエッチングにより形成
されている請求項１又は請求項２記載の電流狭窄型窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記バッファ層の上に、Ｎ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層、前記窒化ガリウム系化合物半導体
クラッド層、前記窒化ガリウム系化合物半導体活性層及
び前記Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体クラッド層をこ
の順に結晶成長させてなる請求項１〜請求項３のいずれ
かに記載の電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子。 - 【請求項５】 前記バッファ層の上に、前記窒化ガリウ
ム系化合物半導体クラッド層、前記窒化ガリウム系化合
物半導体活性層及び前記Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体クラッド層をこの順に結晶成長させてなる請求項１〜
請求項４のいずれかに記載の電流狭窄型窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子。 - 【請求項６】 基板の表面上にＡｌdＧａ1-dＮ（０≦ｄ
≦１）バッファ層を形成する工程と、 エッチングにて、該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層に基板表
面を基準とした層厚が、厚い領域と薄い領域とを形成す
る工程と、 該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層の上に、Ｎ型ＧａＮ層、ノ
ンドープＧａＮ層及びＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）ク
ラッド層を形成する工程と、 該ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層の上に、ＩｎyＧａ1-yＮ
（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ＞０）活性層を形成する
工程と、 該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層の上に、Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程と、 該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層の上に、Ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層を形成する工程とを包含する電流狭窄型窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項７】 基板の表面上にＡｌdＧａ1-dＮ（０≦ｄ
≦１）バッファ層を形成する工程と、 エッチングにて、該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層に基板表
面を基準とした層厚が、厚い領域と薄い領域とを形成す
る工程と、 該ＡｌdＧａ1-dＮバッファ層の上に、ＧａＮ層及びＡｌ
xＧａl-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程
と、 該ＡｌxＧａl-xＮクラッド層の上に、ＩｎyＧａ1-yＮ
（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ＞０）活性層を形成する
工程と、 該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層の上に、Ｐ型ＡｌxＧａ1‐xＮ
（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程と、 該Ｐ型ＡｌxＧａ1‐xＮクラッド層の上に、Ｐ型ＧａＮ
コンタクト層を形成する工程とを包含する電流狭窄型窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14432697A JPH10335749A (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | 電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
| US09/088,222 US6091083A (en) | 1997-06-02 | 1998-06-01 | Gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device having buffer layer with non-flat surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14432697A JPH10335749A (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | 電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10335749A true JPH10335749A (ja) | 1998-12-18 |
Family
ID=15359513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14432697A Withdrawn JPH10335749A (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | 電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10335749A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013078136A1 (en) * | 2011-11-21 | 2013-05-30 | Saint-Gobain Cristaux Et Detecteurs | Semiconductor substrate and method of forming |
-
1997
- 1997-06-02 JP JP14432697A patent/JPH10335749A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013078136A1 (en) * | 2011-11-21 | 2013-05-30 | Saint-Gobain Cristaux Et Detecteurs | Semiconductor substrate and method of forming |
| US10043662B2 (en) | 2011-11-21 | 2018-08-07 | Saint-Gobain Cristaux Et Detecteurs | Method of forming semiconductor substrate |
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