JPH1093139A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子およびその製造方法

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JPH1093139A
JPH1093139A JP23879596A JP23879596A JPH1093139A JP H1093139 A JPH1093139 A JP H1093139A JP 23879596 A JP23879596 A JP 23879596A JP 23879596 A JP23879596 A JP 23879596A JP H1093139 A JPH1093139 A JP H1093139A
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Nobuyuki Kamimura
信行 上村
Akihiko Ishibashi
明彦 石橋
Yoshiteru Hasegawa
義晃 長谷川
Yoshihiro Hara
義博 原
Masahiro Kume
雅博 粂
Yuzaburo Ban
雄三郎 伴
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流狭窄を施してしきい値電流が従来より低
い、Nを含有するIII−V族化合物より構成される半
導体発光素子を提供する。 【解決手段】 n型SiC(0001)基板の、幅10
μmのストライプ状の領域以外の部分にあらかじめアン
ドープSiC電流狭窄層102を1000Å積層する。
その上にNを含有するIII−V族化合物より構成され
るむダブルヘテロ構造を作製する。そうすることによ
り、電流狭窄が実現してしきい値電流が低下する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示素子やフルカ
ラーディスプレイ、そして光ディスクの光源に用いる窒
化物を用いた発光素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】次世代高密度情報処理技術のキーデバイ
スとして、レーザの短波長化が可能な、Nを含むIII
−V族化合物半導体は注目を浴びている。
【0003】従来よりNを含むIII−V族化合物半導
体より構成されるレーザ構造として、図17に示されて
いる構造が知られている。この構造のキャビティ長は1
mm、ストライプ幅20μmで、活性層がMQW構造で
あるダブルヘテロ構造を有することを特徴としている。
この構造により発振波長410nm、しきい値電圧17
〜40V、しきい値電流0.2〜2A、しきい値電流密
度4〜10kA/cm 2、デューティ0.1%の室温パ
ルス発振が実現している(Shuji Nakamura et al.;Japan
ese Journal of Applied Physics Vol.35(1996)pp.L74ー
L76.、ibid.;Japanese Journal of Applied Physics Vo
l.35(1996)pp.L217ーL220.、ibid.;AppliedPhysics Lette
rs Vol.68(1996)pp.2105ー2107.、特開平7−16203
8号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のNを含むIII
−V族化合物半導体より構成されるレーザ構造に関する
技術には、次にあげる2つの問題があった。
【0005】1つ目は、上記図17に示すようなレーザ
構造は、ストライプ幅が20μmと広く、電流狭窄が困
難であり、そのためにしきい値電流が0.2〜2Aと非
常に大きくなり、レーザの室温連続発振は困難であっ
た。
【0006】2つ目は、上記図17に示すようなレーザ
構造は、ストライプ幅が20μmと広く、横方向の屈折
率差がつかず、横モード制御ができない。そのため、光
情報記録・再生用のレーザとしての単一横モード発振を
実現することはできなかった。
【0007】そこで本発明では、電流狭窄を施してしき
い値電流が従来より低い、Nを含有するIII−V族化
合物より構成される半導体発光素子を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記問題点
を解決する、Nを含むIII−V族化合物からなるレー
ザ構造及びそれを製造する技術として、以下(1)〜
(4)に示す技術を考案した。
【0009】(1)SiC基板のような、導電性の基板
に対してあらかじめZnO等の、基板に対して格子定数
が近い絶縁物結晶を、幅5〜10μm程度の電流注入領
域以外の部分に積層し、その上にNを含むIII−V族
化合物からなるダブルヘテロ構造を製造する。そうすれ
ば、幅5〜10μm程度の電流注入領域以外の部分には
電流が流れず、電流狭窄が実現し、レーザのしきい値電
流が低下する。
【0010】(2)SiC基板のような、導電性の基板
に対してあらかじめ幅5〜10μm程度の電流注入領域
以外の部分に水素イオン等を打ち込んで高抵抗化し、そ
の上にNを含むIII−V族化合物からなるダブルヘテ
ロ構造を製造する。そうすれば、幅5〜10μm程度の
電流注入領域以外の部分には電流が流れず、電流狭窄が
実現し、レーザのしきい値電流が低下する。
【0011】(3)SiC基板のような、導電性の基板
に対してあらかじめ逆の導電性を持った、Nを含むII
I−V族化合物を幅5〜10μm程度の電流注入領域以
外の部分に積層し、その上にNを含むIII−V族化合
物からなるダブルヘテロ構造を製造する。そうすれば、
幅5〜10μm程度の電流注入領域以外の部分には電流
が流れず、電流狭窄が実現し、レーザのしきい値電流が
低下する。
【0012】(4)SiC基板のような、導電性の基板
に対してあらかじめZnO等の、Nを含むIII−V族
化合物または基板に対して格子定数が近い絶縁物結晶
を、幅5〜10μm程度の電流注入領域以外の部分に積
層し、その上にNを含むIII−V族化合物からなるダ
ブルヘテロ構造を製造する。さらにドライエッチングに
より幅5〜10μm程度の電流注入領域以外の部分を絶
縁物結晶まで取り除き、その上に前記ダブルヘテロ構造
とは逆の導電性プロファイルを持ち、かつダブルヘテロ
構造の実効屈折率よりも小さい屈折率を持ったNを含む
III−V族化合物を積層する。そうすれば、幅5〜1
0μm程度の電流注入領域以外の部分には電流が流れ
ず、電流狭窄が実現し、レーザのしきい値電流が低下す
る。また、屈折率導波型レーザなので安定な単一横モー
ド発振レーザが実現する。
【0013】本発明のレーザ構造の作製は、図5に示さ
れている有機金属気相エピタキシャル装置を用い、有機
金属気相エピタキシャル成長法により行われるものであ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の、半導体発光素子、その
製造方法及び素子の特性について、図面を参照しながら
説明する。
【0015】(実施の形態1)実施の形態1を、図1、
図5、図6を用いて説明する。まず最初にアンドープS
iC電流狭窄層102をn型SiC(0001)基板1
01上に積層する方法を説明する。
【0016】n型SiC(0001)基板101をCV
D装置内に投入し、層厚1000ÅのSiO2601を
CVD法によりn型SiC(0001)基板101上全
面にわたって積層する。CVD装置としては、光CVD
装置を用いてもよく、またプラズマCVD装置を用いて
もよい。
【0017】次にSiO2601を全面に積層されたn
型SiC(0001)基板101に対してSiO260
1上全面にレジスト602を塗布する。
【0018】レジスト602を塗布されたn型SiC
(0001)基板101に対して幅10μmのマスク6
03をかぶせ、光を照射してマスク603に覆われてい
ない部分のレジストを化学変化させて取り除く。その
後、マスクを取り外しHF:NH 4F=1:10の水溶
液を用い、レジストが取り除かれた部分のSiO260
1を取り除く。その後アセトンおよびO2プラズマによ
りレジスト602を取り除く。このようにして幅10μ
mのストライプ状のSiO2601がn型SiC(00
01)基板101上に積層される。
【0019】次に有機溶媒による洗浄及び前処理を施さ
れ、幅10μmのストライプ状のSiO2601が積層
されたn型SiC(0001)基板101をスパッタ装
置内に投入し、基板温度を300℃とし、SiCに電子
線を照射してSiCの分子線強度が10-7Torrにな
るようする。その後、SiCのビームを基板に照射し、
アンドープSiC電流狭窄層102を1000Å積層す
る。その後、基板101を室温に戻し、SiC層102
が積層された基板101をスパッタ装置の外へ取り出
す。SiO2とSiCは格子定数の違いが大きいのでS
iO2の上にSiCはほとんど積層されない。このSi
C層を積層する方法は、従来より知られた方法である。
【0020】SiC層102が積層された基板101に
対して、フッ酸によってSiO2層601を取り除く。
【0021】SiC層102が積層された基板101を
有機溶媒による洗浄及び前処理を施し、今度は基板10
1を炭素製の基板ホルダ501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509内に投入する。
n型SiC(0001)基板101に対して有機溶媒に
よる洗浄及び前処理を行う。
【0022】次に成長室509内を圧力70Torrの
水素で満たし、水素雰囲気中でn型SiC(0001)
基板101を炭素製の基板ホルダ501ごとヒータ50
8で1090℃まで加熱し、表面に付着している吸着ガ
スや酸化物、水分子等を取り除く。その後n型SiC
(0001)基板101の温度を1000℃まで下げ、
トリメチルアルミニウム、アンモニア、シランのガス供
給ラインのバルブ503、505、507を開け、トリ
メチルアルミニウム5.5sccm、アンモニア2.5
l/min、シラン12.5sccmを流し、n型Al
Nバッファ層103を300Å積層する。
【0023】n型AlNバッファ層103を積層した
後、n型SiC(0001)基板101の温度を103
0℃まで上げ、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、シランのガス供給ラインのバルブ
502、503、505、507を開け、トリメチルガ
リウム2.7sccm、トリメチルアルミニウム8.7
sccm、アンモニア2.5l/min、シラン12.
5sccmを流し、層厚1.5μmのn型Al0.2Ga
0.8N104を積層する。
【0024】n型Al0.2Ga0.8N104を積層した
後、トリメチルアルミニウム及びシランのガス供給ライ
ン503、507を閉じ、トリメチルガリウム、アンモ
ニアのガス供給ラインのバルブ502、505を開け、
トリメチルガリウム2.7sccm、アンモニア2.5
l/minを流し、アンドープGaN光ガイド層105
を1000Å積層する。
【0025】アンドープGaN光ガイド層105を積層
した後、n型SiC(0001)基板101の温度を6
80℃まで下げ、トリメチルガリウム、トリメチルイン
ジウム、アンモニアのガス供給ラインのバルブ502、
504、505を開け、トリメチルガリウム2.7sc
cm、トリメチルインジウム27sccm、アンモニア
10l/minを流し、アンドープGa0.9In0.1N活
性層106を100Å積層する。
【0026】アンドープGa0.9In0.1N活性層106
を100Å積層した後、トリメチルインジウムのガス供
給ラインのバルブ504を閉じ、n型SiC(000
1)基板101の温度を1030℃まで上げ、トリメチ
ルガリウム、アンモニアのガス供給ラインのバルブ50
2、505を開け、トリメチルガリウム2.7scc
m、アンモニア2.5l/minを流し、アンドープG
aN光ガイド層107を1000Å積層する。
【0027】アンドープGaN光ガイド層107を10
00Å積層した後、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、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502、503、50
5、506を開け、トリメチルガリウム2.7scc
m、トリメチルアルミニウム8.7sccm、アンモニ
ア2.5l/min、シクロペンタジエニルマグネシウ
ム5.0sccmを流し、p型Al0.2Ga0.8Nクラッ
ド層108を1.0μm積層する。
【0028】p型Al0.2Ga0.8Nクラッド層108を
積層した後、トリメチルアルミニウムのガス供給ライン
のバルブ503を閉じ、トリメチルガリウム、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5
02、506を開け、トリメチルガリウム2.7scc
m、アンモニア2.5l/min、シクロペンタジエニ
ルマグネシウム5.0sccmを流し、p型GaNコン
タクト層109を1000Å積層する。
【0029】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SiC
(0001)基板101の温度を700℃に設定し、1
時間アニールを行い、p型のドーパントであるマグネシ
ウムを活性化する。アニール終了後、SiC(000
1)基板101の温度を室温まで戻し、レーザ構造が積
層されたSiC(0001)基板101を有機金属気相
エピタキシャル成長装置の外へ取り出す。
【0030】次にp型GaNコンタクト層が積層された
基板101に幅10μmの領域を残して厚さ1000Å
のSiO2絶縁層110を、p型GaNコンタクト層1
09の上に積層する方法を、図7を用いて説明する。
【0031】n型SiC(0001)基板101をCV
D装置内に投入し、層厚1000ÅのSiO2110を
CVD法によりp型GaNコンタクト層109上全面に
わたって積層する。CVD装置としては、光CVD装置
を用いてもよく、またプラズマCVD装置を用いてもよ
い。
【0032】次にSiO2110を全面に積層されたn
型SiC(0001)基板101に対してSiO211
0上全面にレジスト701を塗布する。
【0033】レジスト701を塗布されたn型SiC
(0001)基板101に対して幅10μmのすきまが
開いているマスク702をかぶせ、光を照射してマスク
702に覆われていない部分のレジストを化学変化させ
て取り除く。その後、マスクを取り外しHF:NH4
=1:10の水溶液を用い、レジストが取り除かれた部
分のSiO2110を取り除く。その後アセトンおよび
2プラズマによりレジスト701を取り除く。このよ
うにしてp型GaNコンタクト層109上に幅10μm
の領域を残して厚さ1000ÅのSiO2110が積層
される。
【0034】最後にレーザ構造が積層されたSiC基板
101に対して、基板101裏面にチタン111、金1
12を、p型GaNコンタクト層109の表面に厚さ1
000Åのニッケル113及び金114を蒸着させ、基
板101をキャビティ長1mmにへき開してレーザを完
成させる。
【0035】本発明の、上記レーザの特性を以下に述べ
る。まず光学的特性について述べる。レーザの発振波長
は400nmである。端面の反射率はフロント、リアと
も22%である。またレーザの内部損失は15cm -1
共振器における損失は20cm-1である。
【0036】次に電気的特性について述べる。p型及び
n型Al0.2Ga0.8Nクラッド層104、108のキャ
リア密度は1×1018/cm3である。移動度はp型及
びn型Al0.2Ga0.8Nクラッド層104、108それ
ぞれ10cm2/V・s、250cm2/V・sであり、
十分抵抗率の小さいp型及びn型クラッド層104、1
08が製造されている。また、p型GaNコンタクト層
109とニッケル113の間でのオーム性接触が実現
し、さらに裏面のn型SiC基板101とチタン111
との間にもオーム性接触が実現している。レーザの電流
−電圧−光出力特性は図12の太線のようになり、細線
に示す従来のものより特性が良い。しきい値電流は95
mAと、従来のレーザ構造よりも小さくなっている。こ
れはSiC基板側をSiC層102で電流狭窄をおこな
ったためである。
【0037】なお、SiC層102の代わりにZnO層
を用い、分子線エピタキシャル成長法によってGaN系
レーザ構造を作製しても同様な効果が得られる。さらに
図11に示すようにZnO層はGaN系に格子整合する
のでSiC層102を使うよりも欠陥密度が減少し、G
aN系レーザ内部損失が10cm-1とSiC層102の
場合に比べて小さくなり、しきい値電流が85mAとS
iC層102の場合に比べてさらに小さくなる。さらに
ZnO層に対しては王水を用いたウェットエッチングが
容易にできるので、エッチングによるダメージがSiC
層102の場合に比べてさらに小さくなる。
【0038】なお、SiC基板101の代わりに他の導
電性基板、例えばSi基板またはGaAs基板を用いて
も同様な効果が得られる。また、SiO2絶縁層110
の代わりに他の酸化物、例えばAl23、ZnOまたは
MgAl24を用いても同様な効果が得られる。
【0039】(実施の形態2)実施の形態2を、図2、
図5、図8を用いて説明する。まず最初にスパッタ装置
内において層厚1μmのZnO層801をn型SiC
(0001)基板201に積層し、その後スパッタ装置
より取り出した基板201のZnO層801の上に幅1
0μmの領域にレジスト802を塗布し、レジストでお
おわれていないZnO層801をHCl:HNO3
3:1の水溶液によって取り除き、その後レジストを除
去する。その後500eVに加速された水素イオンを基
板201に打ち込み、領域202を作製する。
【0040】そしてHCl:HNO3=3:1の水溶液
によってZnO層801を取り除く。ZnO層をマスク
に用いるのは、ZnOがSiC(0001)基板201
に格子定数が近く、良質で、かつイオン打ち込みに耐え
るような厚いマスクが得られるからである。
【0041】次に基板201を炭素製の基板ホルダ50
1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509内に投入する。n型SiC(0001)基板
201に対して有機溶媒による洗浄及び前処理を行う。
【0042】次にダブルヘテロ構造203〜209およ
びSiO2層210、電極211〜214を作製する。
ダブルヘテロ構造203〜209を作製する方法は、実
施の形態1に同じである。
【0043】本発明の、上記レーザの特性を以下に述べ
る。まず光学的特性について述べる。レーザの発振波長
は400nmである。端面の反射率はフロント、リアと
も22%である。またレーザの内部損失は15cm -1
共振器における損失は20cm-1である。
【0044】次に電気的特性について述べる。p型及び
n型Al0.2Ga0.8Nクラッド層204、208のキャ
リア密度は1×1018/cm3である。移動度はp型及
びn型Al0.2Ga0.8Nクラッド層204、208それ
ぞれ10cm2/V・s、250cm2/V・sであり、
十分抵抗率の小さいp型及びn型クラッド層204、2
08が製造されている。
【0045】また、p型GaNコンタクト層209とニ
ッケル213の間でのオーム性接触が実現し、さらに裏
面のn型SiC基板201とチタン211との間にもオ
ーム性接触が実現している。レーザの電流−電圧−光出
力特性は図13の太線のようになり、細線に示す従来の
ものより特性が良い。しきい値電流は95mAと、従来
のレーザ構造よりも小さくなっている。これはSiC基
板201の、幅10μmの電流を注入する以外の部分2
02が水素イオン打ち込みによって高抵抗化され、電流
狭窄が実現しているためである。
【0046】なお、SiC基板201の代わりに他の導
電性基板、例えばSi基板またはGaAs基板を用いて
も同様な効果が得られる。また、SiO2絶縁層210
の代わりに他の酸化物、例えばAl23、ZnOまたは
MgAl24を用いても同様な効果が得られる。
【0047】(実施の形態3)実施の形態3を、図3、
図5を用いて説明する。まず最初にn型SiC(000
1)基板301に対して、有機溶媒による洗浄及び前処
理を施し、基板301を炭素製の基板ホルダ501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5
09内に投入する。n型SiC(0001)基板301
に対して有機溶媒による洗浄及び前処理を行う。
【0048】次に成長室509内を圧力70Torrの
水素で満たし、水素雰囲気中でn型SiC(0001)
基板301を炭素製の基板ホルダ501ごとヒータ50
8で1090℃まで加熱し、表面に付着している吸着ガ
スや酸化物、水分子等を取り除く。その後n型SiC
(0001)基板301をの温度を1000℃まで下
げ、トリメチルアルミニウム、アンモニア、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50
3、505、506を開け、トリメチルアルミニウム
5.5sccm、アンモニア2.5l/min、シクロ
ペンタジエニルマグネシウム12.5sccmを流し、
p型AlNバッファ層302を300Å積層する。その
後基板301を室温まで冷却し、有機金属気相エピタキ
シャル成長装置の外に取り出す。
【0049】次にp型AlNバッファ層302を幅10
μmにわたってドライエッチングする方法を、図9を用
いて説明する。p型AlNバッファ層302が積層され
たn型SiC(0001)基板301に対して、スパッ
タにより幅10μmのストライプ状にZnO層901を
積層し、今度はドライエッチング装置内にてZnO層9
01が積層されていない部分のp型AlNをHClガス
を用いてエッチングを施して取り除く。その後基板30
1をドライエッチング装置の外に取り出し、ZnO層9
01をHCl:HNO3=3:1の水溶液によって取り
除く。幅10μmのストライプ状にZnOを積層する方
法は、実施の形態1と同様な方法である。
【0050】ZnO層901が取り除かれた基板301
に対して再び有機溶媒による洗浄及び前処理を施し、今
度は基板301を炭素製の基板ホルダ501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509内
に投入する。n型SiC(0001)基板301に対し
て有機溶媒による洗浄及び前処理を行う。
【0051】次にダブルヘテロ構造303〜309およ
びSiO2層310、電極311〜314を作製する。
ダブルヘテロ構造303〜309を作製する方法は、実
施の形態1に同じである。
【0052】本発明の、上記レーザの特性を以下に述べ
る。まず光学的特性について述べる。レーザの発振波長
は400nmである。端面の反射率はフロント、リアと
も22%である。またレーザの内部損失は15cm -1
共振器における損失は20cm-1である。
【0053】次に電気的特性について述べる。p型及び
n型Al0.2Ga0.8Nクラッド層304、308のキャ
リア密度は1×1018/cm3である。移動度はp型及
びn型Al0.2Ga0.8Nクラッド層304、308それ
ぞれ10cm2/V・s、250cm2/V・sであり、
十分抵抗率の小さいp型及びn型クラッド層304、3
08が製造されている。
【0054】また、p型GaNコンタクト層309とニ
ッケル313の間でのオーム性接触が実現し、さらに裏
面のn型SiC基板301とチタン311との間にもオ
ーム性接触が実現している。レーザの電流−電圧−光出
力特性は図14の太線のようになり、細線に示す従来の
ものより特性が良い。しきい値電流は95mAと、従来
のレーザ構造よりも小さくなっている。これはn型Si
C基板側をp型AlNで電流狭窄をおこなったためであ
る。
【0055】なお、SiC基板301の代わりに他の導
電性基板、例えばSi基板またはGaAs基板を用いて
も同様な効果が得られる。また、SiO2絶縁層310
の代わりに他の酸化物、例えばAl23、ZnOまたは
MgAl24を用いても同様な効果が得られる。
【0056】(実施の形態4)実施の形態1を、図4、
図5、図10を用いて説明する。まず最初にn型SiC
(0001)基板401に対して、有機溶媒による洗浄
及び前処理を施し、基板401を炭素製の基板ホルダ5
01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509内に投入する。n型SiC(0001)基
板401に対して有機溶媒による洗浄及び前処理を行
う。
【0057】次に成長室509内を圧力70Torrの
水素で満たし、水素雰囲気中でn型SiC(0001)
基板401を炭素製の基板ホルダ501ごとヒータ50
8で1090℃まで加熱し、表面に付着している吸着ガ
スや酸化物、水分子等を取り除く。その後n型SiC
(0001)基板401の温度を1000℃まで下げ、
トリメチルアルミニウム、アンモニア、シランのガス供
給ラインのバルブ503、505、507を開け、トリ
メチルアルミニウム5.5sccm、アンモニア2.5
l/min、シラン12.5sccmを流し、n型Al
Nバッファ層402を300Å積層する。その後基板4
01を室温まで冷却し、有機金属気相エピタキシャル成
長装置の外に取り出す。
【0058】次にダブルヘテロ構造403〜408を作
製する。ダブルヘテロ構造403〜408を作製する方
法は、実施の形態1に同じである。
【0059】ダブルヘテロ構造403〜408が積層さ
れたn型SiC(0001)基板401に対して、スパ
ッタにより幅10μmのストライプ状の部分にZnOか
らなるマスクを積層し、今度はドライエッチング装置内
にてZnOが積層されていない部分のダブルヘテロ構造
403〜408を、HClガスを用いてn型GaN層の
途中、残し厚み1.0μmになるまでエッチングを施し
て取り除く。その後基板401をドライエッチング装置
の外に取り出し、ZnOマスクをHCl:HNO3
3:1の水溶液によって取り除く。ZnOマスクを用い
てドライエッチングを行う方法は、実施の形態3に同じ
である。
【0060】次に埋め込み再成長に関する手順を、図1
0を用いて説明する。ZnOマスクが取り除かれた基板
401に対して再び有機溶媒による洗浄及び前処理を施
し、今度は基板401を炭素製の基板ホルダ501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5
09内に投入する。
【0061】その後基板温度を1030℃に設定し、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、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502、503、505、506を開け、ト
リメチルガリウム3.7sccm、トリメチルアルミニ
ウム8.7sccm、アンモニア2.5l/min、シ
クロペンタジエニルマグネシウム5.0sccmを流
し、層厚0.6μmのp型Al0.3Ga0.7N409を、
ダブルヘテロ構造403〜408の、活性層405の途
中あたりまで積層する。
【0062】その後、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506を閉じ、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、シラ
ンのガス供給ラインのバルブ502、503、505、
507を開け、トリメチルガリウム3.7sccm、ト
リメチルアルミニウム8.7sccm、アンモニア2.
5l/min、シラン12.5sccmを流し、層厚
1.1μmのn型Al0. 3Ga07N410を積層する。
【0063】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SiC
(0001)基板401の温度を700℃に設定し、1
時間アニールを行い、p型のドーパントであるマグネシ
ウムを活性化する。アニール終了後、SiC(000
1)基板401の温度を室温まで戻し、レーザ構造が積
層されたSiC(0001)基板401を有機金属気相
エピタキシャル成長装置の外へ取り出す。
【0064】次にレーザ構造が積層された基板401
に、実施の形態1と同様に幅5μmの領域を残して厚さ
1000ÅのSiO2絶縁層411を積層する。
【0065】最後にレーザ構造が積層されたSiC基板
401に対して、基板401裏面にチタン412および
金413、p型GaNコンタクト層408の表面に厚さ
1000Åのニッケル414及び金415を蒸着させ、
基板401をキャビティ長1mmにへき開してレーザを
完成させる。
【0066】本発明の、上記レーザの特性を以下に述べ
る。まず光学的特性について述べる。レーザの発振波長
は400nmである。端面の反射率はフロント、リアと
も22%である。またレーザの内部損失は20cm -1
共振器における損失は20cm-1である。
【0067】次に電気的特性について述べる。p型及び
n型Al0.2Ga0.8Nクラッド層403、407のキャ
リア密度は1×1018/cm3である。移動度はp型及
びn型Al0.2Ga0.8Nクラッド層403、407それ
ぞれ10cm2/V・s、250cm2/V・sであり、
十分抵抗率の小さいp型及びn型クラッド層403、4
07が製造されている。
【0068】また、p型GaNコンタクト層408とニ
ッケル414の間でのオーム性接触が実現し、さらに裏
面のn型SiC基板401とチタン412との間にもオ
ーム性接触が実現している。レーザの電流−電圧−光出
力特性は図15の太線のようになり、細線に示す従来の
ものより特性が良い。しきい値電流は105mAと、従
来のレーザ構造よりも小さくなっている。これはn型S
iC基板側をp型AlNで電流狭窄をおこなったためで
ある。また、レーザ発振の、水平横モードのファーフィ
ールドパターンは図16のようになり、単一横モード閉
じ込めレーザが実現していることがわかるが、これはp
型およびn型Al0.3Ga0.7N層409、410による
埋め込みの効果である。
【0069】なお、SiC基板401の代わりに他の導
電性基板、例えばSi基板またはGaAs基板を用いて
も同様な効果が得られる。また、SiO2絶縁層411
の代わりに他の酸化物、例えばAl23、ZnOまたは
MgAl24を用いても同様な効果が得られる。また、
n型Al0.3Ga0.7N層410の代わりにアンドープA
0.3Ga0.7N層を用いた場合、アンドープAl0.3
0.7Nが高抵抗またはn型の導電性を示すので、上記
と同様な効果が得られる。
【0070】また、上記ZnOが積層されていない部分
のダブルヘテロ構造403〜408を残し厚み1.0μ
mになるまでエッチングを施して取り除く代わりに、Z
nOが積層されていない部分のダブルヘテロ構造403
〜408をすべて取り除き、その取り除いた部分にアン
ドープAl0.3Ga0.7N層を積層しても同様な効果が得
られる。
【0071】以上説明した実施形態1〜4の発光素子
は、紫〜青色の発光を示すことから、ディスプレイ等の
表示装置や、短波長の光源が必要とされる光ディスク装
置の光源に用いることができるものである。
【0072】
【発明の効果】本発明の、レーザ構造及びその製造方法
により、従来のレーザ構造よりもしきい値電流が低下
し、単一横モード閉じ込めが実現し、素子としての信頼
性の高い、歩留まり率の良いものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の、第1の実施の形態の発光素子に関す
る構造断面図
【図2】本発明の、第2の実施の形態の発光素子に関す
る構造断面図
【図3】本発明の、第3の実施の形態の発光素子に関す
る構造断面図
【図4】本発明の、第4の実施の形態の発光素子に関す
る構造断面図
【図5】本発明の半導体発光素子を作製する、有機金属
気相エピタキシャル装置の構造断面図
【図6】本発明の、第1の実施の形態における発光素子
のプロセスに関する図
【図7】本発明の、第1の実施の形態における発光素子
に関する、SiO2絶縁層形成の手順に関する図
【図8】本発明の、第2の実施の形態における発光素子
のプロセスに関する図
【図9】本発明の、第3の実施の形態における発光素子
に関する、ドライエッチングに関する図
【図10】本発明の、第4の実施の形態における発光素
子の埋め込み再成長に関する図
【図11】III−V族化合物半導体のバンドギャップ
と格子定数との関係、およびよく用いられる基板の格子
定数を表す図
【図12】本発明の、第1の実施の形態の発光素子に関
する電流−電圧−光出力特性を表す図
【図13】本発明の、第2の実施の形態の発光素子に関
する電流−電圧−光出力特性を表す図
【図14】本発明の、第3の実施の形態の発光素子に関
する電流−電圧−光出力特性を表す図
【図15】本発明の、第4の実施の形態の発光素子に関
する電流−電圧−光出力特性を表す図
【図16】本発明の、第4の実施例の発光素子に関す
る、レーザ発振時のファーフィールドパターンを表す図
【図17】従来の半導体発光素子に関する構造断面図
【符号の説明】
101 n型SiC基板 102 アンドープSiC電流狭窄層 201 n型SiC基板 202 n型SiC基板の水素打ち込み領域 301 n型SiC基板 302 p型AlNバッファ層 401 n型SiC基板 409 p型Al0.3Ga0.7N層 410 p型Al0.3Ga0.7N層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 義博 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 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 伴 雄三郎 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 (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板と、前記基板上に1000Å以下の層
    厚に積層された絶縁層と、前記絶縁層を10μm以下の
    幅で除去した領域と、前記絶縁層を除去した領域の上
    に、Nを含むIIIーV族化合物より成るダブルヘテロ
    構造を有することを特徴とする半導体発光素子。
  2. 【請求項2】前記基板として、SiC基板、Si基板ま
    たはGaAs基板を用いることを特徴とする請求項1記
    載の半導体発光素子。
  3. 【請求項3】前記絶縁層としてZnO、Al23等の酸
    化物を用いることを特徴とする請求項1記載の半導体発
    光素子。
  4. 【請求項4】基板と、前記基板上に1000Å以下の層
    厚に積層された、基板とは逆の導電性を有する、Nを含
    むIIIーV族化合物より成る層と、前記絶縁層を10
    μm以下の幅で除去した領域と、前記絶縁層を除去した
    領域の上に、Nを含むIIIーV族化合物より成るダブ
    ルヘテロ構造を有することを特徴とする半導体発光素
    子。
  5. 【請求項5】前記基板として、SiC基板、Si基板ま
    たはGaAs基板を用いることを特徴とする請求項4記
    載の半導体発光素子。
  6. 【請求項6】基板上に積層されたZnO層を10μm以
    下の幅で除去した領域を製造するのに、前記ZnO層の
    上に10μm以下の幅を残してレジストを塗布し、HC
    lとHNO3とを混合した溶液を用いてZnO層を除去
    すことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
  7. 【請求項7】前記基板として、SiC基板、Si基板ま
    たはGaAs基板を用いることを特徴とする請求項6記
    載の半導体発光素子の製造方法。
  8. 【請求項8】基板と、前記基板上に積層された、不純物
    を添加していないNを含むIIIーV族化合物より成る
    層と、前記Nを含むIIIーV族化合物より成る層を1
    0μm以下の幅で除去した領域と、前記Nを含むIII
    ーV族化合物より成る層を除去した領域の上に、Nを含
    むIIIーV族化合物より成る、実効屈折率が前記不純
    物を添加していないNを含むIIIーV族化合物より大
    きいダブルヘテロ構造を有することを特徴とする半導体
    発光素子。
  9. 【請求項9】前記基板として、SiC基板、Si基板ま
    たはGaAs基板を用いることを特徴とする請求項8記
    載の半導体発光素子。
  10. 【請求項10】基板と、前記基板上に積層されたNを含
    むIIIーV族化合物より成るダブルヘテロ構造と、前
    記Nを含むIIIーV族化合物より成るダブルヘテロ構
    造を10μm以下の幅を残し、かつ適当な層厚を残して
    除去した領域と、前記Nを含むIIIーV族化合物より
    成るダブルヘテロ構造を除去した領域の上に、逆の導電
    性を有する、Nを含むIIIーV族化合物を含むダブル
    ヘテロ構造より実効屈折率が小さい、Nを含むIIIー
    V族化合物より成る単層または多層構造を有することを
    特徴とする半導体発光素子。
  11. 【請求項11】前記基板として、SiC基板、Si基板
    またはGaAs基板を用いることを特徴とする請求項1
    0記載の半導体発光素子。
  12. 【請求項12】前記ダブルヘテロ構造より実効屈折率が
    小さい、Nを含むIIIーV族化合物より成る単層また
    は多層構造のうち少なくとも1層を、不純物が添加され
    ていないNを含むIIIーV族化合物で置き換えること
    を特徴とする請求項10記載の半導体発光素子。
  13. 【請求項13】10μm以下の幅を残して水素イオン等
    の打ち込みによって高抵抗化した領域を有する基板と、
    前記基板上にNを含むIIIーV族化合物より成るダブ
    ルヘテロ構造を有することを特徴とする半導体発光素
    子。
  14. 【請求項14】前記基板として、SiC基板、Si基板
    またはGaAs基板を用いることを特徴とする請求項1
    3記載の半導体発光素子。
  15. 【請求項15】基板表面に電流を通さない層を設けるこ
    とにより電流狭窄を行うことを特徴とする請求項13記
    載の半導体発光素子。
  16. 【請求項16】請求項1〜15のいずれかに記載の半導
    体発光素子を用いた表示装置。
  17. 【請求項17】請求項1〜15のいずれかに記載の半導
    体発光素子を用いた光ディスク装置。
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