JPH10335750A - 半導体基板および半導体装置 - Google Patents

半導体基板および半導体装置

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JPH10335750A
JPH10335750A JP9145199A JP14519997A JPH10335750A JP H10335750 A JPH10335750 A JP H10335750A JP 9145199 A JP9145199 A JP 9145199A JP 14519997 A JP14519997 A JP 14519997A JP H10335750 A JPH10335750 A JP H10335750A
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layer
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plane
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semiconductor
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Etsuo Morita
悦男 森田
Masao Ikeda
昌夫 池田
Hiroharu Kawai
弘治 河合
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平坦で光学的に優れた良好な劈開面を容易に
得ることができることにより、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体を用いた半導体レーザの製造に用いて好適な
半導体基板およびこの半導体基板を用いた半導体レーザ
を提供する。 【解決手段】 ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、かつ、｛０００１｝
面にほぼ垂直な面、例えば｛０１−１０｝面、｛１１−
２０｝面またはこれらの面から±５°以内オフしている
面を主面とする半導体基板、例えばＧａＮ基板１を用
い、その上にレーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層をエピタキシャル成長させる。共振器
端面を形成するには、ＧａＮ基板１をその上の窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とともに劈開容易面である
｛０００１｝面に沿って劈開する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板およ
び半導体装置に関し、特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）な
どの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体
レーザに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、緑色から青色、さらには紫外線の
発光が可能な半導体レーザとして、ＧａＮに代表される
ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体を用いた半導体レーザの研究が活発に行われて
いる。
【０００３】この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を
用いた半導体レーザを製造する場合には、サファイア基
板や炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板の上にＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＧａＩｎＮなどを多層にエピタキシャル成長させ、
活性層をｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層ではさん
だ構造を形成している。このエピタキシャル成長におい
ては、これらの層の｛０００１｝面が基板に平行になる
ように成長することにより良質のエピタキシャル層を形
成することができる。そして、このエピタキシャル成長
方法を用いて製造された半導体レーザにおいて、室温連
続発振に成功したとの報告もすでになされている（IEEE
Lasers and Electro-Optics Society 1996 Annual Mee
ting, Postdeadline Papers, Nov.1996)。
【０００４】さて、半導体レーザを製造する場合には、
共振器の反射面となる端面を形成する必要がある。この
共振器端面は、一般には、結晶の劈開性を利用して、基
板やその上にエピタキシャル成長させた層の表面あるい
は界面に垂直な面に沿って劈開を行うことにより形成す
る。この場合、エピタキシャル層に比べて厚い基板の劈
開性の強さは特に重要である。例えば、ＡｌＧａＡｓ系
やＡｌＧａＩｎＰ系などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系
半導体レーザやＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅなどのＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体系半導体レーザにおいては、基板と
して用いられるＧａＡｓ基板の強い劈開性を利用して、
同様に強い劈開性を有するエピタキシャル層をＧａＡｓ
基板とともに劈開することにより基板表面またはエピタ
キシャル層の表面に垂直で平坦な共振器端面が形成され
ている。
【０００５】共振器端面の形成方法としては、反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）法や化学的ウエットエッチン
グ法を用いることにより基板表面に垂直な共振器端面を
形成する方法も用いられているが、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体の結晶は化学的に非常に安定であるた
め、化学的ウエットエッチングを用いて共振器端面を形
成することは実際には極めて困難であり、また、ＲＩＥ
法を用いて共振器端面を形成する場合には共振器端面に
与える損傷や共振器端面の平坦性の悪さが問題となる。
【０００６】このため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体を用いた半導体レーザにおいては、劈開により共振
器端面を形成する試みが行われている。これまでにレー
ザ発振が報告されている、サファイア基板のような劈開
性が弱い基板を用いた半導体レーザにおいても、サファ
イア基板を劈開することによりその上に成長させたエピ
タキシャル層を同時に劈開する方法が採られている。一
般的には、このサファイア基板としては、｛０００１｝
面を主面とするものが用いられ、共振器端面としては、
レーザ構造を形成するエピタキシャル層の｛１１−２
０｝面が用いられている。ここで、この｛０００１｝面
を主面とするサファイア基板が用いられているのは、ウ
ルツ鉱型結晶構造を有する結晶の｛１１−２０｝面が、
ウルツ鉱型結晶構造と類似の閃亜鉛鉱型結晶構造を有す
る結晶の劈開面である｛１１０｝面と類似の原子配列
（結合）をしているため、ある程度の劈開性を有してい
るためである。
【０００７】しかしながら、この方法で実際に形成した
共振器端面を調べて見たところ、基板表面にほぼ垂直な
縦すじ状のステップの入った凹凸構造になっていること
がわかった。これは、｛１１−２０｝面の劈開性の弱さ
や、エピタキシャル層に存在する応力（基板との格子定
数の不一致などによる）や、エピタキシャル層の結晶性
の乱れ（内部結晶欠陥の存在やモザイク性結晶である点
など）により生じていると考えられる。このような凹凸
構造を有する共振器端面は、反射効率や平行度などが悪
く、共振器として良好な特性が得られているとは言い難
い状況である。そして、これが半導体レーザの特性や効
率などを悪化させる原因となるばかりでなく、素子の劣
化をもたらし、信頼性を低下させる原因ともなるもので
ある。
【０００８】一方、最近、サファイア基板などの上に厚
膜のＧａＮ結晶を成長させ、このＧａＮ結晶を基板とし
て用いてその上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を
エピタキシャル成長させる試みが行われている。しかし
ながら、この方法でも、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層は｛０００１｝面方位にエピタキシャル成長させ
ているため、劈開面としては上述と同様に｛１１−２
０｝面を用いることになり、やはり良質の共振器端面を
得ることは困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、これま
では、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導
体レーザにおいて、劈開により良好な共振器端面を得る
ことは困難であった。
【００１０】したがって、この発明の目的は、平坦で光
学的に優れた劈開面を容易に得ることができることによ
り、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体
レーザの製造に用いて好適な半導体基板およびこの半導
体基板を用いた、良好な特性を有し、高効率、長寿命、
高信頼性の半導体レーザに用いて好適な半導体装置を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明による半導体基板は、ウルツ鉱型結晶構造
を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、
かつ、｛０００１｝面に垂直な面を主面とすることを特
徴とするものである。
【００１２】この発明による半導体装置は、ウルツ鉱型
結晶構造を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体か
らなり、かつ、｛０００１｝面にほぼ垂直な面を主面と
する半導体基板と、半導体基板上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層とを有することを特徴とするものであ
る。
【００１３】この発明において、半導体基板の主面は、
｛０００１｝面（「Ｃ」面と呼ばれる）にほぼ垂直な面
であれば基本的にはどのような面であってもよいが、具
体的には、例えば、｛０１−１０｝面（「Ｍ」面と呼ば
れる）または｛１１−２０｝面（「Ａ」面と呼ばれ
る）、さらには、これらの面からオフしている面を用い
ることができる。｛０１−１０｝面または｛１１−２
０｝面からオフしている面を半導体基板の主面に用いる
場合、好適には、この主面は｛０００１｝面にほぼ垂直
でかつオフ角度は±５°以内である。
【００１４】この発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層は、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢからなる
群より選ばれた少なくとも一種類のＩＩＩ族元素と、少
なくともＮを含み、場合によってさらにＡｓまたはＰを
含むＶ族元素とからなる。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体層の具体例を挙げると、ＧａＮ層、ＡｌＧａ
Ｎ層、ＧａＩｎＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層などである。
【００１５】この発明による半導体基板は、例えば次の
ような方法により容易に製造することができる。すなわ
ち、まず、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体のバルク結晶を成長させる。この窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体バルク結晶は、具体的
には、例えば、１０ｋ〜２０ｋｂａｒの高圧力の窒素雰
囲気下で１４００〜１６００℃の高温において液体Ｇａ
から育成する方法（J.Crysatl Growth 166(1996)583)
や、金属Ｇａとアジ化ナトリウムとをステンレスチュー
ブ内に封じ込めて６００〜７００℃に加熱することによ
り育成するフラックス法または昇華法を用いて成長させ
ることができる。そして、このようにして成長させた窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体バルク結晶をその｛０
００１｝面にほぼ垂直な面、具体的には、例えば｛０１
−１０｝面（Ｍ面）または｛１１−２０｝面（Ａ面）に
沿って切り出し、さらに、表面の平坦性を得るためにこ
の切り出した結晶の表面を鏡面研磨する。これによっ
て、この発明による半導体基板を製造することができ
る。
【００１６】この発明による半導体基板は、次のような
方法により製造することもできる。すなわち、まず、何
らかの結晶性基板、例えばサファイア基板やＳｉＣ基板
などの上に、昇華法やハライド気相エピタキシー（ＨＶ
ＰＥ）法などの方法で十分な厚さ、例えば１００μｍ以
上の厚さの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のバルク
結晶を、その｛０００１｝面にほぼ垂直な面、具体的に
は、例えば｛０１−１０｝面または｛１１−２０｝面が
基板に平行になるようにエピタキシャル成長させた後、
表面の平坦性を得るためにエピタキシャル層の表面を鏡
面研磨する。この後、成長に用いた基板を機械加工や化
学的ウエットエッチングなどを用いて裏面側から除去す
ることにより、この発明による半導体基板を製造するこ
とができる。なお、サファイア基板やＳｉＣ基板などの
基板を除去する前に、この基板上にエピタキシャル成長
された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体バルク結晶上
に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャ
ル成長させ、その後に基板を除去するようにしてもよ
い。
【００１７】上述のように構成されたこの発明において
は、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体からなり、かつ、｛０００１｝面にほぼ垂
直な面を主面とする半導体基板は、その｛０００１｝面
が、層状構造であるウルツ鉱型結晶構造を有する結晶の
本来最も劈開性の強い面、すなわち劈開容易面であるこ
とにより、この｛０００１｝面に沿って容易に劈開を行
うことができる。このため、この半導体基板上に窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長さ
せて半導体レーザを製造する場合、この半導体基板とと
もに窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を｛０００
１｝面に沿って劈開することにより、共振器端面を容易
に形成することができる。
【００１８】また、この半導体基板は窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体からなるので、この半導体基板および
その上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はともに
ウルツ鉱型結晶構造を有し、また、格子定数も互いに一
致しているか、一致していなくても非常に近い。このた
め、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、応力
や内部結晶欠陥が極めて少ない良質のものとすることが
できる。さらに、このように半導体基板およびその上の
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数が互い
にほぼ等しいことにより、サファイア基板を用いる場合
のように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエピタ
キシャル成長に先立ってＧａＮやＡｌＮなどからなる低
温成長によるバッファ層を成長させなくても、窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長させ
ることができる。このため、サファイア基板を用いた場
合のように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にモザ
イク構造が発生するのを防止することができ、したがっ
てこの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はこの意味
でも良質なものである。
【００１９】以上のことにより、半導体基板をその上の
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とともに劈開する
ことにより得られる劈開面は、凹凸がほとんどない平坦
で光学的に優れたものとなり、半導体レーザの共振器端
面として用いて好適なものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
【００２１】図１はこの発明の第１の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザを示す。図１に示すように、この第
１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、
｛０１−１０｝面（Ｍ面）を主面とするアンドープのＧ
ａＮ基板１上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層２、ｎ型Ａｌ
x Ｇａ1-x Ｎクラッド層３、例えば低不純物濃度または
アンドープのｎ型のＧａ1-y Ｉｎy Ｎからなる活性層
４、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-zＮクラッド層５およびｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層６が順次積層されている。これらの窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は｛０１−１０｝面方
位を有する。ここで、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎクラッド層
３のＡｌ組成比ｘは０≦ｘ≦１、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ
クラッド層５のＡｌ組成比ｚは０≦ｚ≦１、活性層４を
構成するＧａ1-y Ｉｎy ＮのＩｎ組成比ｙは０≦ｙ≦１
である。ｎ型ＧａＮコンタクト層２およびｎ型Ａｌx Ｇ
ａ1-x Ｎクラッド層３にはｎ型不純物として例えばＳｉ
がドープされている。また、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎクラ
ッド層５およびｐ型ＧａＮコンタクト層６にはｐ型不純
物として例えばＭｇがドープされている。各層の厚さの
一例を挙げると、ｎ型ＧａＮコンタクト層２は３μｍ、
ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎクラッド層３は０．５μｍ、活性
層４は０．０５μｍ、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎクラッド層
５は０．５μｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層６は１μｍで
ある。
【００２２】ｎ型ＧａＮコンタクト層２の上層部、ｎ型
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎクラッド層３、活性層４、ｐ型Ａｌz
Ｇａ1-z Ｎクラッド層５およびｐ型ＧａＮコンタクト層
６は〈０００１〉方向に延びるストライプ形状を有す
る。このストライプ部およびこのストライプ部以外の部
分の表面を覆うように例えばＳｉＯ2 膜のような絶縁膜
７が設けられている。この絶縁膜７には、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層６の上の部分およびｎ型ＧａＮコンタクト層
２の上の部分に、〈０００１〉方向に延びるストライプ
形状の開口７ａ、７ｂがそれぞれ設けられている。これ
らの開口７ａ、７ｂの幅は例えば５μｍである。開口７
ａを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層６にｐ側電極８がコ
ンタクトしているとともに、開口７ｂを通じてｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層２にｎ側電極９がコンタクトしている。
ｐ側電極８としては例えばＮｉ／Ａｕ膜が用いられ、ｎ
側電極９としては例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕ膜が用いられ
る。
【００２３】この第１の実施形態において、一対の共振
器端面およびこの共振器端面と同一面内にあるＧａＮ基
板１の端面は｛０００１｝面（Ｃ面）からなり、共振器
の両側面は｛１１−２０｝面（Ａ面）からなる。
【００２４】次に、上述のように構成されたこの第１の
実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法につい
て説明する。
【００２５】すなわち、まず、例えば有機金属化学気相
成長（ＭＯＣＶＤ）装置の反応管内で、｛０１−１０｝
面（Ｍ面）を主面とするＧａＮ基板１を窒素（Ｎ2 ）を
含む雰囲気中において例えば１０５０℃に加熱すること
により表面をサーマルクリーニングした後、このＧａＮ
基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層２、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎクラッド層３、Ｇａ1-y
Ｉｎy Ｎからなる活性層４、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎクラ
ッド層５およびｐ型ＧａＮコンタクト層６を順次エピタ
キシャル成長させる。ここで、ｎ型ＧａＮコンタクト層
２、ｎ型ＡｌxＧａ1-x Ｎクラッド層３、ｐ型Ａｌz Ｇ
ａ1-z Ｎクラッド層５およびｐ型ＧａＮコンタクト層６
は例えば１０００℃程度の温度でエピタキシャル成長さ
せ、Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎからなる活性層４はＩｎＮの分解
を抑えるためにより低い温度、例えば７００〜８５０℃
の温度でエピタキシャル成長させる。これらの窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は｛０１−１０｝面方位に
エピタキシャル成長する。この場合、これらの窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＮ基板１と結晶構造
が同一であり、かつ、格子定数が一致しているか、一致
していなくても非常に近いため、これらの窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長時には、
応力によるクラックの発生や、結晶構造あるいは格子定
数の不一致による結晶欠陥の発生がほとんどなく、良質
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を得ることがで
きる。また、ＧａＮ基板１と窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層との格子定数の不一致は極めて小さいため、
この格子定数の不一致により生じる歪により窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体層中で意図しない不純物の拡散
が起きるのを抑えることもできる。
【００２６】次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６上にリソ
グラフィーにより〈０００１〉方向に延びるストライプ
形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、こ
のレジストパターンをマスクとして例えばＲＩＥ法によ
りｎ型ＧａＮコンタクト層２の厚さ方向の途中の深さま
でエッチングする。これによって、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層２の上層部、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎクラッド層３、
活性層４、ｐ型ＡｌzＧａ1-z Ｎクラッド層５およびｐ
型ＧａＮコンタクト層６が、〈０００１〉方向に延びる
ストライプ形状にパターニングされる。
【００２７】次に、エッチングマスクとして用いたレジ
ストパターンを除去した後、例えばＣＶＤ法やスパッタ
リング法などにより全面に絶縁膜７を形成する。次に、
この絶縁膜７の所定部分をスパッタエッチング法などに
よりエッチング除去して開口７ａ、７ｂを形成する。
【００２８】次に、例えば真空蒸着法やスパッタリング
法などにより全面に例えばＮｉ／Ａｕ膜を形成した後、
このＮｉ／Ａｕ膜をエッチングによりパターニングして
ｐ側電極８を形成する。同様に、例えば真空蒸着法やス
パッタリング法などにより全面に例えばＴｉ／Ａｌ／Ａ
ｕ膜を形成した後、このＴｉ／Ａｌ／Ａｕ膜をエッチン
グによりパターニングしてｎ側電極９を形成する。
【００２９】次に、図２に示すように、ＧａＮ基板１を
その劈開容易面である｛０００１｝面に沿ってバー状に
劈開することにより、このＧａＮ基板１上にエピタキシ
ャル成長されたｎ型ＧａＮコンタクト層２、ｎ型Ａｌx
Ｇａ1-x Ｎクラッド層３、活性層４、ｐ型Ａｌz Ｇａ
1-z Ｎクラッド層５およびｐ型ＧａＮコンタクト層６を
それらの劈開容易面である｛０００１｝面に沿って劈開
する。なお、図２において、（Ａ）および（Ｃ）はそれ
ぞれＡ面およびＣ面に垂直な方向を示す。この劈開によ
って、図３に示すように、｛０００１｝面からなる共振
器端面が形成される。
【００３０】ここで、この劈開は、具体的には、例えば
次のようにして行う。すなわち、まず、ＧａＮ基板１の
裏面の一部または全面に、けがき線あるいは断面形状が
楔型やＶ字またはＵ字の底部が平坦でない溝を〈０００
１〉方向に延びる直線状に共振器長に相当する間隔で互
いに平行に形成する。これらのけがき線や溝は、例え
ば、スクライバーやダイシング装置などを用いて形成す
ることができる。次に、ＧａＮ基板１に、その主面に平
行でかつこのＧａＮ基板１の裏面に形成されたけがき線
や溝に垂直な方向の張力を加えながら、このＧａＮ基板
１が湾曲するように外力を加えたり、熱応力を生じさせ
たり、超音波を加えたりしてこれらのけがき線または溝
の最深部分に応力集中を生じさせる。これによって、こ
のＧａＮ基板１はその裏面に形成されたけがき線または
溝の部分からその劈開容易面である｛０００１｝面（Ｃ
面）に沿って劈開し、それに伴ってこのＧａＮ基板１上
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層も劈開する。こ
のとき、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結
晶方位はＧａＮ基板１の結晶方位と同一であるので、こ
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の劈開面も｛０
００１｝面となる。ここで、劈開容易面であるこの｛０
００１｝面は原子レベルで平坦な面となる。
【００３１】この後、このようにしてバー状に劈開され
たＧａＮ基板１およびその上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体層を例えば共振器長方向と垂直な方向に沿っ
て破断または切断することによりチップ化し、レーザチ
ップを形成する。このチップ化を行うには、具体的に
は、例えばバー状に劈開されたＧａＮ基板１の裏面に、
上述と同様なけがき線や溝を、｛１１−２０｝面（Ａ
面）に沿う方向に延びる直線状にチップ幅に相当する間
隔で互いに平行に形成する。この後、上述と同様な方法
でＧａＮ基板１およびその上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体層を｛１１−２０｝面に沿って劈開する。こ
こで、この｛１１−２０｝面は｛０００１｝面ほど劈開
性は強くないが、｛０００１｝面に次いで劈開性が強い
ことから、容易に劈開することが可能である。なお、こ
の｛１１−２０｝面からなる劈開面は共振器端面として
用いられるものではないため、光学的に優れた面である
必要はなく、半導体レーザの特性に影響をおよぼすもの
でもない。
【００３２】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、｛０００１｝面に垂直な｛０１−１０｝面を主面と
するＧａＮ基板１を用い、その上にレーザ構造を形成す
る窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャ
ル成長させているので、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層を結晶欠陥が極めて少ない良質なものとする
ことができる。そして、このＧａＮ基板１をその｛００
０１｝面に沿って劈開することによりその上の窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をそれらの｛０００１｝面
に沿って劈開して共振器端面を形成しているので、この
共振器端面は凹凸がほとんどなく極めて平坦な鏡面とな
る。このため、反射率が高く、したがって反射損失が低
い、光学的に優れた共振器端面を得ることができる。ま
た、共振器端面の平行度を高めることもできる。これに
よって、しきい値電流密度およびエネルギー損失の大幅
な低減を図ることができ、したがって長寿命かつ高信頼
性のＧａＮ系半導体レーザを実現することができる。
【００３３】また、レーザ構造を形成する窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層と同種の材料からなるＧａＮ基
板１を用いているので、サファイア基板を用いる場合の
ようにＧａＮやＡｌＮからなるバッファ層を低温で成長
させてからレーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層をエピタキシャル成長させる必要がな
く、ＧａＮ基板１上にレーザ構造を形成する窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を直接にしかも良好にエピタ
キシャル成長させることができる。このため、サファイ
ア基板やＳｉＣ基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層を成長させた場合に報告されているモザイク構造
の形成も抑制され、結晶の乱れに関連して生じると考え
られる劈開面に現れる縦すじ状のステップの形成も抑制
される。
【００３４】さらに、このＧａＮ系半導体レーザは、Ｇ
ａＮ基板１およびその上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体層の劈開性が強く、劈開により容易に共振器端面
を形成することができるため、従来のＧａＮ系半導体レ
ーザに比べて製造しやすいという利点も得ることができ
る。
【００３５】次に、この発明の第２の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザについて説明する。
【００３６】この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザにおいては、ＧａＮ基板１として｛１１−２０｝
面（Ａ面）を主面とするものが用いられており、その上
にｎ型ＧａＮコンタクト層２、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎク
ラッド層３、活性層４、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎクラッド
層５およびｐ型ＧａＮコンタクト層６が順次積層されて
いる。これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は
｛１１−２０｝面方位を有する。この場合、共振器の両
側面は｛０１−１０｝面（Ｍ面）からなる。その他のこ
とは第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同様
であるので、説明を省略する。
【００３７】また、この第２の実施形態によるＧａＮ系
半導体レーザの製造方法は第１の実施形態によるＧａＮ
系半導体レーザの製造方法と同様であるので、説明を省
略する。
【００３８】この第２の実施形態によっても、第１の実
施形態と同様な利点を得ることができる。
【００３９】図４はこの発明の第３の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザを示す。図４に示すように、この第
３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、
｛０１−１０｝面（Ｍ面）を主面とするｎ型ＧａＮ基板
１０上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層２、ｎ型Ａｌx Ｇａ
1-x Ｎクラッド層３、例えば低不純物濃度またはアンド
ープのｎ型のＧａ1-y Ｉｎy Ｎからなる活性層４、ｐ型
Ａｌz Ｇａ1-z Ｎクラッド層５およびｐ型ＧａＮコンタ
クト層６が順次積層されている。これらの窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層は｛０１−１０｝面方位を有す
る。ここで、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎクラッド層３のＡｌ
組成比ｘは０≦ｘ≦１、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎクラッド
層５のＡｌ組成比ｚは０≦ｚ≦１、活性層４を構成する
Ｇａ1-yＩｎy ＮのＩｎ組成比ｙは０≦ｙ≦１である。
ｎ型ＧａＮコンタクト層２およびｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ
クラッド層３にはｎ型不純物として例えばＳｉがドープ
されている。また、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎクラッド層５
およびｐ型ＧａＮコンタクト層６にはｐ型不純物として
例えばＭｇがドープされている。各層の厚さは第１の実
施形態と同様である。
【００４０】ｎ型ＧａＮコンタクト層２の上層部、ｎ型
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎクラッド層３、活性層４、ｐ型Ａｌz
Ｇａ1-z Ｎクラッド層５およびｐ型ＧａＮコンタクト層
６は〈０００１〉方向に延びるストライプ形状を有す
る。ｐ型ＧａＮコンタクト層６上には、例えばＳｉＯ2
膜のような絶縁膜７が設けられている。この絶縁膜７に
は、〈０００１〉方向に延びるストライプ形状の開口７
ａが設けられている。この開口７ａの幅は例えば５μｍ
である。この開口７ａを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層
６にｐ側電極８がコンタクトしている。一方、ｎ型Ｇａ
Ｎ基板１の裏面にｎ側電極９がコンタクトしている。ｐ
側電極８としては例えばＮｉ／Ａｕ膜が用いられ、ｎ側
電極９としては例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕ膜が用いられ
る。
【００４１】この第３の実施形態において、一対の共振
器端面は｛０００１｝面（Ｃ面）からなり、共振器の両
側面は｛１１−２０｝面（Ａ面）からなる。
【００４２】次に、上述のように構成されたこの第３の
実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法につい
て説明する。
【００４３】すなわち、まず、｛０１−１０｝面を主面
とするｎ型ＧａＮ基板１上に、例えばＭＯＣＶＤ法によ
り、ｎ型ＧａＮコンタクト層２、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ
クラッド層３、Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎからなる活性層４、ｐ
型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎクラッド層５およびｐ型ＧａＮコン
タクト層６を順次エピタキシャル成長させる。これらの
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は｛０１−１０｝
面方位にエピタキシャル成長する。これらの窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長温度は第１の実施形態
と同様である。
【００４４】次に、例えばＣＶＤ法やスパッタリング法
などにより全面に絶縁膜７を形成する。次に、この絶縁
膜７上にリソグラフィーにより〈０００１〉方向に延び
るストライプ形状のレジストパターン（図示せず）を形
成した後、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜
７をエッチングする。これによって、絶縁膜７に開口７
ａが形成される。
【００４５】次に、エッチングマスクとして用いたレジ
ストパターンを除去した後、例えば真空蒸着法やスパッ
タリング法などにより全面に例えばＮｉ／Ａｕ膜を形成
し、このＮｉ／Ａｕ膜をエッチングによりパターニング
してｐ側電極８を形成する。一方、ｎ型ＧａＮ基板１の
裏面に例えば真空蒸着法やスパッタリング法などにより
例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕ膜を形成してｎ側電極９を形成
する。
【００４６】次に、図２に示すように、ＧａＮ基板１を
その劈開容易面である｛０００１｝面に沿ってバー状に
劈開することにより、このＧａＮ基板１上にエピタキシ
ャル成長されたｎ型ＧａＮコンタクト層２、ｎ型Ａｌx
Ｇａ1-x Ｎクラッド層３、活性層４、ｐ型Ａｌz Ｇａ
1-z Ｎクラッド層５およびｐ型ＧａＮコンタクト層６を
それらの劈開容易面である｛０００１｝面に沿って劈開
する。これによって、図３に示すように、｛０００１｝
面からなる共振器端面が形成される。この劈開は第１の
実施形態と同様な方法で行うことができる。
【００４７】この後、このようにしてバー状に劈開され
たＧａＮ基板１をチップ化し、レーザチップを形成す
る。このチップ化は第１の実施形態と同様な方法で行う
ことができる。
【００４８】この第３の実施形態によれば、第１の実施
形態と同様な利点を得ることができるほか、導電性のｎ
型ＧａＮ基板１０を用いていることにより、ＡｌＧａＡ
ｓ系半導体レーザやＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザなど
と同様に基板の裏面にｎ側電極を形成した構造とするこ
とができる。これによって、ｐ側電極およびｎ側電極と
も基板の表面側に形成する場合に比べてＧａＮ系半導体
レーザの製造プロセスの簡略化を図ることができるとと
もに、ＧａＡｓ基板を用いたＡｌＧａＡｓ系半導体レー
ザなどの製造に用いる製造装置と同じ製造装置を用いる
ことができ、ＧａＮ系半導体レーザの製造コストの低減
を図ることができるという利点を得ることができる。
【００４９】次に、この発明の第４の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザについて説明する。
【００５０】この第４の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザにおいては、ｎ型ＧａＮ基板１０として｛１１−
２０｝面（Ａ面）を主面とするものが用いられており、
その上にｎ型ＧａＮコンタクト層２、ｎ型Ａｌx Ｇａ
1-x Ｎクラッド層３、活性層４、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ
クラッド層５およびｐ型ＧａＮコンタクト層６が順次積
層されている。これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層は｛１１−２０｝面方位を有する。この場合、共
振器の両側面は｛０１−１０｝面（Ｍ面）からなる。そ
の他のことは第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レー
ザと同様であるので、説明を省略する。
【００５１】また、この第４の実施形態によるＧａＮ系
半導体レーザの製造方法は第３の実施形態によるＧａＮ
系半導体レーザの製造方法と同様であるので、説明を省
略する。
【００５２】この第４の実施形態によっても、第３の実
施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５３】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
【００５４】例えば、上述の第１、第２、第３および第
４の実施形態においては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体層のエピタキシャル成長にＭＯＣＶＤ法を用いて
いるが、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のエ
ピタキシャル成長にはＨＶＰＥ法や分子線エピタキシー
（ＭＢＥ）法などを用いてもよい。また、上述の第１お
よび第２の実施形態においては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層をストライプ形状にパターニングする方
法としてＲＩＥ法を用いているが、化学的ウエットエッ
チング法によりこのパターニングを行ってもよい。
【００５５】さらに、上述の第１、第２、第３および第
４の実施形態においては、ＧａＮ基板１を用いている
が、必要に応じて、このＧａＮ基板１の代わりに、ウル
ツ鉱型結晶構造を有する他の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体からなる半導体基板を用いてもよい。
【００５６】また、上述の第１、第２および第３の実施
形態においては、ダブルヘテロ構造のＧａＮ系半導体レ
ーザにこの発明を適用した場合について説明したが、こ
の発明は、活性層とクラッド層との間に光導波層を設け
たいわゆるＳＣＨ（SeparateConfinement Heterostruct
ure）構造のＧａＮ系半導体レーザに適用することも可
能であり、また、活性層として多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）や単一量子井戸構造（ＳＱＷ）のものを用いてもよ
い。さらに、レーザ構造としては、利得導波や屈折率導
波を実現するリッジ導波路型、内部狭窄型、構造基板
型、縦モード制御型（分布帰還（ＤＦＢ）型またはブラ
ッグ反射（ＤＢＲ）型）などの各種のレーザ構造を用い
ることが可能である。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による半
導体基板によれば、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、かつ、｛０００
１｝面にほぼ垂直な面を主面とすることにより、この半
導体基板上にレーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層を成長させた場合、この半導体基板を
その上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とともに
劈開容易面である｛０００１｝面に沿って容易に劈開す
ることができ、これにより得られる劈開面は平坦で光学
的に優れたものとなり、半導体レーザの共振器端面とし
て用いて好適なものである。このため、この半導体基板
は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体
レーザの製造に用いて好適である。
【００５８】また、この発明による半導体装置によれ
ば、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体からなり、かつ、｛０００１｝面にほぼ垂
直な面を主面とする半導体基板を用い、その上に窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を積層していることによ
り、この半導体基板をその上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体層とともに劈開容易面である｛０００１｝面
に沿って劈開することにより、平坦で光学的に優れた劈
開面を容易に形成することができる。このため、この良
好な劈開面を共振器端面として用いることにより、良好
な特性を有し、高効率、長寿命、高信頼性の半導体レー
ザを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザを示す斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図３】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図４】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザを示す斜視図である。
【符号の説明】
１・・・ＧａＮ基板、２・・・ｎ型ＧａＮコンタクト
層、３・・・ｎ型ＡｌxＧａ1-x Ｎクラッド層、４・・
・活性層、５・・・ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎクラッド層、
６・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、７・・・絶縁膜、８
・・・ｐ側電極、９・・・ｎ側電極、１０・・・ｎ型Ｇ
ａＮ基板

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物系Ｉ
    ＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、かつ、｛０００１｝
    面にほぼ垂直な面を主面とすることを特徴とする半導体
    基板。
  2. 【請求項２】 上記主面は｛０１−１０｝面からなるこ
    とを特徴とする請求項１記載の半導体基板。
  3. 【請求項３】 上記主面は｛０１−１０｝面からオフし
    ていることを特徴とする請求項１記載の半導体基板。
  4. 【請求項４】 上記主面は｛１１−２０｝面からなるこ
    とを特徴とする請求項１記載の半導体基板。
  5. 【請求項５】 上記主面は｛１１−２０｝面からオフし
    ていることを特徴とする請求項１記載の半導体基板。
  6. 【請求項６】 ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物系Ｉ
    ＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、かつ、｛０００１｝
    面にほぼ垂直な面を主面とする半導体基板と、 上記半導体基板上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
    層とを有することを特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項７】 上記半導体基板の上記主面は｛０１−１
    ０｝面からなることを特徴とする請求項６記載の半導体
    装置。
  8. 【請求項８】 上記半導体基板の上記主面は｛０１−１
    ０｝面からオフしていることを特徴とする請求項６記載
    の半導体装置。
  9. 【請求項９】 上記半導体基板の上記主面は｛１１−２
    ０｝面からなることを特徴とする請求項６記載の半導体
    装置。
  10. 【請求項１０】 上記半導体基板の上記主面は｛１１−
    ２０｝面からオフしていることを特徴とする請求項６記
    載の半導体装置。
  11. 【請求項１１】 上記半導体装置は、上記窒化物系ＩＩ
    Ｉ−Ｖ族化合物半導体層が第１導電型のクラッド層、活
    性層および第２導電型のクラッド層を含み、上記窒化物
    系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に形成された｛０００
    １｝面からなる共振器端面を有する半導体レーザである
    ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
JP9145199A 1997-06-03 1997-06-03 半導体基板および半導体装置 Pending JPH10335750A (ja)

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