JP2001156403A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザダイオード - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザダイオードInfo
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- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
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- H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
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- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
- H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
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- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】共振面を作製する際、凹凸の抑制された共振面
を有するIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオード
を提供すること。 【解決手段】 III族窒化物系化合物半導体レーザダイ
オード１００は、基板１と、III族窒化物系化合物半導
体層３と、その上部に複数のIII族窒化物系化合物半導
体層を積層しエッチングで形成された直方体状の共振器
Ｒｄを有する。III族窒化物系化合物半導体層３は、ス
トライプ状に欠陥の多い領域３０と、欠陥の少ない領域
３１を有している。III族窒化物系化合物半導体層３
の、ストライプ状に欠陥の多い領域３０と、欠陥の少な
い領域３１との境界面（バッファ層２の長手方向の端を
含む、基板に垂直な面）と、直方体状の共振器Ｒｄの長
手方向とは垂直に形成されており、また、その境界面
と、直方体状の共振器Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒは平行に
形成されている。
を有するIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオード
を提供すること。 【解決手段】 III族窒化物系化合物半導体レーザダイ
オード１００は、基板１と、III族窒化物系化合物半導
体層３と、その上部に複数のIII族窒化物系化合物半導
体層を積層しエッチングで形成された直方体状の共振器
Ｒｄを有する。III族窒化物系化合物半導体層３は、ス
トライプ状に欠陥の多い領域３０と、欠陥の少ない領域
３１を有している。III族窒化物系化合物半導体層３
の、ストライプ状に欠陥の多い領域３０と、欠陥の少な
い領域３１との境界面（バッファ層２の長手方向の端を
含む、基板に垂直な面）と、直方体状の共振器Ｒｄの長
手方向とは垂直に形成されており、また、その境界面
と、直方体状の共振器Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒは平行に
形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III族窒化物系化
合物半導体レーザダイオードに関する。特に、横方向エ
ピタキシャル成長（ＥＬＯ）成長などを用いて、欠陥の
多い領域と少ない領域を有するIII族窒化物系化合物半
導体層上部に共振器を形成したIII族窒化物系化合物半
導体レーザダイオードに関する。尚、III族窒化物系化
合物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNのような２元
系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn1-xN（いずれも0＜x
＜1）のような３元系、AlxGayIn1-x-yN（0＜x＜1, 0＜y
＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を包括した一般式AlxGayIn
1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）で表されるも
のがある。なお、本明細書においては、特に断らない限
り、単にIII族窒化物系化合物半導体と言う場合は、伝
導型をｐ型あるいはｎ型にするための不純物がドープさ
れたIII族窒化物系化合物半導体をも含んだ表現とす
る。
合物半導体レーザダイオードに関する。特に、横方向エ
ピタキシャル成長（ＥＬＯ）成長などを用いて、欠陥の
多い領域と少ない領域を有するIII族窒化物系化合物半
導体層上部に共振器を形成したIII族窒化物系化合物半
導体レーザダイオードに関する。尚、III族窒化物系化
合物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNのような２元
系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn1-xN（いずれも0＜x
＜1）のような３元系、AlxGayIn1-x-yN（0＜x＜1, 0＜y
＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を包括した一般式AlxGayIn
1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）で表されるも
のがある。なお、本明細書においては、特に断らない限
り、単にIII族窒化物系化合物半導体と言う場合は、伝
導型をｐ型あるいはｎ型にするための不純物がドープさ
れたIII族窒化物系化合物半導体をも含んだ表現とす
る。
【０００２】
【従来の技術】III族窒化物系化合物半導体は、発光ス
ペクトルが紫外から赤色の広範囲に渡る直接遷移型の半
導体であり、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード
(LD)等の発光素子に応用されている。このIII族窒化物
系化合物半導体では、通常、サファイアを基板として用
い、その上に形成している。レーザダイオードを形成す
る際、活性層を挟んでｎ型半導体側、ｐ型半導体側それ
ぞれにガイド層、クラッド層を形成することが一般的で
ある。クラッド層は、負極からの電子と、正極からの正
孔が活性層で対を生成するよう、バンドギャップの大き
い層で形成されており、アルミニウム(Al)を含むAlxGa
1-xN（0＜x＜1）が一般的に用いられている。また、ガ
イド層としては、活性層よりもバンドギャップのやや大
きい層を用い、屈折率差を利用して活性層中にレーザ光
を閉じ込めるよう、例えば窒化ガリウム(GaN)が用いら
れている。また、活性層は一般的に多重量子井戸構造が
適している。
ペクトルが紫外から赤色の広範囲に渡る直接遷移型の半
導体であり、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード
(LD)等の発光素子に応用されている。このIII族窒化物
系化合物半導体では、通常、サファイアを基板として用
い、その上に形成している。レーザダイオードを形成す
る際、活性層を挟んでｎ型半導体側、ｐ型半導体側それ
ぞれにガイド層、クラッド層を形成することが一般的で
ある。クラッド層は、負極からの電子と、正極からの正
孔が活性層で対を生成するよう、バンドギャップの大き
い層で形成されており、アルミニウム(Al)を含むAlxGa
1-xN（0＜x＜1）が一般的に用いられている。また、ガ
イド層としては、活性層よりもバンドギャップのやや大
きい層を用い、屈折率差を利用して活性層中にレーザ光
を閉じ込めるよう、例えば窒化ガリウム(GaN)が用いら
れている。また、活性層は一般的に多重量子井戸構造が
適している。
【０００３】図６に従来のIII族窒化物系化合物半導体
発光素子の一例としてレーザダイオード(LD)９００の構
造を示す。レーザダイオード（ＬＤ）９００は、サファ
イア基板９１を有しており、そのサファイア基板９１の
上、全面にAlNバッファ層９２が形成されている。
発光素子の一例としてレーザダイオード(LD)９００の構
造を示す。レーザダイオード（ＬＤ）９００は、サファ
イア基板９１を有しており、そのサファイア基板９１の
上、全面にAlNバッファ層９２が形成されている。
【０００４】そのバッファ層９２の上には、順に、シリ
コン(Si)ドープGaNから成るｎ層９３、シリコン(Si)ド
ープAl0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層９４、のシリ
コン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層９５、Ga0.85In
0.15Nから成る井戸層とGaNから成るバリア層とが交互に
積層された多重量子井戸構造(MQW)の活性層９６が形成
されている。そして、その活性層９６の上に、マグネシ
ウム(Mg)ドープGaNから成るｐガイド層９７、マグネシ
ウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラッド層９
８、マグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐコンタクト
層９９が形成されている。そして、ｐコンタクト層９９
上に電極９１０が形成されている。又、ｎ層９３上には
電極９１１が形成されている。
コン(Si)ドープGaNから成るｎ層９３、シリコン(Si)ド
ープAl0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層９４、のシリ
コン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層９５、Ga0.85In
0.15Nから成る井戸層とGaNから成るバリア層とが交互に
積層された多重量子井戸構造(MQW)の活性層９６が形成
されている。そして、その活性層９６の上に、マグネシ
ウム(Mg)ドープGaNから成るｐガイド層９７、マグネシ
ウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラッド層９
８、マグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐコンタクト
層９９が形成されている。そして、ｐコンタクト層９９
上に電極９１０が形成されている。又、ｎ層９３上には
電極９１１が形成されている。
【０００５】また、図７にレーザダイオード９００の斜
視図を示す。図７において、Ｒｄと示した部分が共振器
であり、Ｍｒｒと示した面が共振面である。これらは通
常エッチングにより形成される。
視図を示す。図７において、Ｒｄと示した部分が共振器
であり、Ｍｒｒと示した面が共振面である。これらは通
常エッチングにより形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、サファイア
基板上にIII族窒化物系化合物半導体を形成すると、サ
ファイアとIII族窒化物系化合物半導体との格子定数の
ミスフィットにより転位が発生し、このため素子特性が
良くないという問題がある。このミスフィットによる転
位は半導体層を縦方向（基板面に垂直方向）に貫通する
貫通転位であり、III族窒化物系化合物半導体中に109cm
-2程度の転位が伝搬してしまうという問題がある。これ
は組成の異なるIII族窒化物系化合物半導体各層を最上
層まで伝搬する。すると、共振面（図７のＭｒｒ）をエ
ッチングで形成する際、その共振面が貫通転位の影響で
面に凹凸（図８のφ）が生じていた。この凹凸φは20nm
程度の柱面状であり、共振面が凹凸の無い理想的な鏡面
から著しく離れたものとして形成され、レーザ発振の際
のレーザ反射効率が著しく悪いものとなっていた。
基板上にIII族窒化物系化合物半導体を形成すると、サ
ファイアとIII族窒化物系化合物半導体との格子定数の
ミスフィットにより転位が発生し、このため素子特性が
良くないという問題がある。このミスフィットによる転
位は半導体層を縦方向（基板面に垂直方向）に貫通する
貫通転位であり、III族窒化物系化合物半導体中に109cm
-2程度の転位が伝搬してしまうという問題がある。これ
は組成の異なるIII族窒化物系化合物半導体各層を最上
層まで伝搬する。すると、共振面（図７のＭｒｒ）をエ
ッチングで形成する際、その共振面が貫通転位の影響で
面に凹凸（図８のφ）が生じていた。この凹凸φは20nm
程度の柱面状であり、共振面が凹凸の無い理想的な鏡面
から著しく離れたものとして形成され、レーザ発振の際
のレーザ反射効率が著しく悪いものとなっていた。
【０００７】よって本発明の目的は、上記課題に鑑み、
共振面を作製する際、凹凸の抑制された共振面を有する
III族窒化物系化合物半導体レーザダイオードを提供す
ることである。
共振面を作製する際、凹凸の抑制された共振面を有する
III族窒化物系化合物半導体レーザダイオードを提供す
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を対決するた
め、請求項１に記載の発明によれば、III族窒化物系化
合物半導体を積層し、共振器を形成したIII族窒化物系
化合物半導体レーザダイオードにおいて、共振器が、欠
陥の多い領域と少ない領域とを有するIII族窒化物系化
合物半導体層上に欠陥の多い領域と少ない領域とを横断
するよう形成されており、共振器の端面が前記III族窒
化物系化合物半導体層の欠陥の少ない領域に形成されて
いることを特徴とする。共振器の形成方法としては、積
層したIII族窒化物系化合物半導体層を例えば劈開、エ
ッチングすることがあげられる。
め、請求項１に記載の発明によれば、III族窒化物系化
合物半導体を積層し、共振器を形成したIII族窒化物系
化合物半導体レーザダイオードにおいて、共振器が、欠
陥の多い領域と少ない領域とを有するIII族窒化物系化
合物半導体層上に欠陥の多い領域と少ない領域とを横断
するよう形成されており、共振器の端面が前記III族窒
化物系化合物半導体層の欠陥の少ない領域に形成されて
いることを特徴とする。共振器の形成方法としては、積
層したIII族窒化物系化合物半導体層を例えば劈開、エ
ッチングすることがあげられる。
【０００９】また、請求項２に記載の発明によれば、共
振器がエッチングにより形成されたことを特徴とする。
振器がエッチングにより形成されたことを特徴とする。
【００１０】また、請求項３に記載の発明によれば、II
I族窒化物系化合物半導体層が、少なくとも共振器の端
面近傍において、ストライプ状に欠陥の多い領域と少な
い領域とを有していることを特徴とする。ここでストラ
イプ状とは、その形状が短辺と長辺からなる矩形を必ず
しも意味せず、共振器の端面近傍において、欠陥の多い
領域と少ない領域との境界線と、その欠陥の少ない領域
と別の欠陥の多い領域との境界線とが、各々直線状で、
略平行であれば良い。なお境界線は機器による観測等で
きるものでなくても良く、製造工程上、その境界線を境
に欠陥の多い領域と少ない領域とが存在するであろうと
予測できれば良い。
I族窒化物系化合物半導体層が、少なくとも共振器の端
面近傍において、ストライプ状に欠陥の多い領域と少な
い領域とを有していることを特徴とする。ここでストラ
イプ状とは、その形状が短辺と長辺からなる矩形を必ず
しも意味せず、共振器の端面近傍において、欠陥の多い
領域と少ない領域との境界線と、その欠陥の少ない領域
と別の欠陥の多い領域との境界線とが、各々直線状で、
略平行であれば良い。なお境界線は機器による観測等で
きるものでなくても良く、製造工程上、その境界線を境
に欠陥の多い領域と少ない領域とが存在するであろうと
予測できれば良い。
【００１１】また、請求項４に記載の発明によれば、共
振器の端面が、その近傍のIII族窒化物系化合物半導体
層の欠陥の多い領域と少ない領域との境界面に平行であ
ることを特徴とする。ここで境界面とは１のIII族窒化
物系化合物半導体層を区分するためのものであり、例え
ば基板上に形成したIII族窒化物系化合物半導体層につ
いてはその基板面に垂直のものを意味する。また、機器
による観測等できるものでなくても良く、製造工程上、
その境界面を境に欠陥の多い領域と少ない領域とが存在
するであろうと予測できれば良い。また、ここで言う境
界面は、エピタキシャル成長する際の成長面とは必ずし
も一致しなくて良い。
振器の端面が、その近傍のIII族窒化物系化合物半導体
層の欠陥の多い領域と少ない領域との境界面に平行であ
ることを特徴とする。ここで境界面とは１のIII族窒化
物系化合物半導体層を区分するためのものであり、例え
ば基板上に形成したIII族窒化物系化合物半導体層につ
いてはその基板面に垂直のものを意味する。また、機器
による観測等できるものでなくても良く、製造工程上、
その境界面を境に欠陥の多い領域と少ない領域とが存在
するであろうと予測できれば良い。また、ここで言う境
界面は、エピタキシャル成長する際の成長面とは必ずし
も一致しなくて良い。
【００１２】また、請求項５に記載の発明によれば、共
振器の端面近傍の前記III族窒化物系化合物半導体層の
欠陥の多い領域と少ない領域との境界面が、前記III族
窒化物系化合物半導体層の｛１１−２０｝面であること
を特徴とする。ここで境界面とはそのIII族窒化物系化
合物半導体層を区分するためのものであり、例えば基板
上に形成したIII族窒化物系化合物半導体層については
その基板面に垂直のものを意味する。また、機器による
観測等できるものでなくても良く、製造工程上、その境
界面を境に欠陥の多い領域と少ない領域とが存在するで
あろうと予測できれば良い。
振器の端面近傍の前記III族窒化物系化合物半導体層の
欠陥の多い領域と少ない領域との境界面が、前記III族
窒化物系化合物半導体層の｛１１−２０｝面であること
を特徴とする。ここで境界面とはそのIII族窒化物系化
合物半導体層を区分するためのものであり、例えば基板
上に形成したIII族窒化物系化合物半導体層については
その基板面に垂直のものを意味する。また、機器による
観測等できるものでなくても良く、製造工程上、その境
界面を境に欠陥の多い領域と少ない領域とが存在するで
あろうと予測できれば良い。
【００１３】また、請求項６に記載の発明によれば、II
I族窒化物系化合物半導体層の欠陥の少ない領域の少な
くとも下層が、III族窒化物系化合物半導体の横方向エ
ピタキシャル成長を利用して形成されたことを特徴とす
る。ここで横方向エピタキシャル成長とは、例えば基板
上にIII族窒化物系化合物半導体を形成する際、基板面
に平行な方向へ成長するエピタキシャルを意味する。こ
のとき、同時に縦方向（基板面の法線方向）にエピタキ
シャル成長していても構わない。
I族窒化物系化合物半導体層の欠陥の少ない領域の少な
くとも下層が、III族窒化物系化合物半導体の横方向エ
ピタキシャル成長を利用して形成されたことを特徴とす
る。ここで横方向エピタキシャル成長とは、例えば基板
上にIII族窒化物系化合物半導体を形成する際、基板面
に平行な方向へ成長するエピタキシャルを意味する。こ
のとき、同時に縦方向（基板面の法線方向）にエピタキ
シャル成長していても構わない。
【００１４】また、請求項７に記載の発明によれば、II
I族窒化物系化合物半導体層の欠陥の少ない領域の少な
くとも下層が、｛１１−２０｝面を成長面として横方向
エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体
層である、又は｛１１−２０｝面を成長面として横方向
エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体
層上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層である
ことを特徴とする。ここで欠陥の多い領域と少ない領域
を有するIII族窒化物系化合物半導体層が、｛１１−２
０｝面を成長面として横方向エピタキシャル成長させた
III族窒化物系化合物半導体層であるとは、横方向エピ
タキシャル成長とともに縦方向エピタキシャル成長させ
ることを除外する意味でなく、横方向エピタキシャル成
長とともに縦方向エピタキシャル成長させても良い。ま
た、横方向エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化
合物半導体層上に形成されたIII族窒化物系化合物半導
体層とは、第１のIII族窒化物系化合物半導体を横方向
エピタキシャル成長とともに縦方向エピタキシャル成長
させることを除外する意味でなく、横方向エピタキシャ
ル成長とともに縦方向エピタキシャル成長させても良
い。且つ、その上に形成される第２のIII族窒化物系化
合物半導体は、第１のIII族窒化物系化合物半導体と組
成並びに不純物の種類及び量が同一でも良く、また異な
っても良い。更には横方向エピタキシャル成長された第
１のIII族窒化物系化合物半導体層上に何層ものIII族窒
化物系化合物半導体層が積層されていても良い。
I族窒化物系化合物半導体層の欠陥の少ない領域の少な
くとも下層が、｛１１−２０｝面を成長面として横方向
エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体
層である、又は｛１１−２０｝面を成長面として横方向
エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体
層上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層である
ことを特徴とする。ここで欠陥の多い領域と少ない領域
を有するIII族窒化物系化合物半導体層が、｛１１−２
０｝面を成長面として横方向エピタキシャル成長させた
III族窒化物系化合物半導体層であるとは、横方向エピ
タキシャル成長とともに縦方向エピタキシャル成長させ
ることを除外する意味でなく、横方向エピタキシャル成
長とともに縦方向エピタキシャル成長させても良い。ま
た、横方向エピタキシャル成長させたIII族窒化物系化
合物半導体層上に形成されたIII族窒化物系化合物半導
体層とは、第１のIII族窒化物系化合物半導体を横方向
エピタキシャル成長とともに縦方向エピタキシャル成長
させることを除外する意味でなく、横方向エピタキシャ
ル成長とともに縦方向エピタキシャル成長させても良
い。且つ、その上に形成される第２のIII族窒化物系化
合物半導体は、第１のIII族窒化物系化合物半導体と組
成並びに不純物の種類及び量が同一でも良く、また異な
っても良い。更には横方向エピタキシャル成長された第
１のIII族窒化物系化合物半導体層上に何層ものIII族窒
化物系化合物半導体層が積層されていても良い。
【００１５】
【作用及び発明の効果】III族窒化物系化合物半導体レ
ーザダイオードにおいて、形成された共振器が、下層の
III族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少な
い領域とを横断するよう形成されており、且つ共振器の
共振面である端面が欠陥の少ない領域に形成されている
ので、極めて小さい領域を欠陥の少ない領域とするのみ
で、III族窒化物系化合物半導体レーザダイオードの共
振器の共振面である端面の凹凸を抑制することが可能と
なる（請求項１）。このことはエッチングにより共振器
特に共振器端面が形成される場合に顕著である（請求項
２）。これは共振器の端面近傍において、ストライプ状
に欠陥の多い領域と少ない領域とを有していれば良く、
しかもそのストライプ状とは、共振面が形成されるに充
分な領域程度で良い（請求項３）。その際、共振器の端
面が、その近傍のIII族窒化物系化合物半導体層の欠陥
の多い領域と少ない領域との境界面に平行であれば欠陥
の少ない領域として必要とされる領域はさらに小さくす
ることができる（請求項４）。共振器の端面近傍の欠陥
の多い領域と少ない領域との境界面が、III族窒化物系
化合物半導体層の｛１１−２０｝面であるならば、共振
器の端面を｛１１−２０｝面とすることで、端面のエッ
チングが容易となり、凹凸を更に抑制することができる
（請求項５）。
ーザダイオードにおいて、形成された共振器が、下層の
III族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少な
い領域とを横断するよう形成されており、且つ共振器の
共振面である端面が欠陥の少ない領域に形成されている
ので、極めて小さい領域を欠陥の少ない領域とするのみ
で、III族窒化物系化合物半導体レーザダイオードの共
振器の共振面である端面の凹凸を抑制することが可能と
なる（請求項１）。このことはエッチングにより共振器
特に共振器端面が形成される場合に顕著である（請求項
２）。これは共振器の端面近傍において、ストライプ状
に欠陥の多い領域と少ない領域とを有していれば良く、
しかもそのストライプ状とは、共振面が形成されるに充
分な領域程度で良い（請求項３）。その際、共振器の端
面が、その近傍のIII族窒化物系化合物半導体層の欠陥
の多い領域と少ない領域との境界面に平行であれば欠陥
の少ない領域として必要とされる領域はさらに小さくす
ることができる（請求項４）。共振器の端面近傍の欠陥
の多い領域と少ない領域との境界面が、III族窒化物系
化合物半導体層の｛１１−２０｝面であるならば、共振
器の端面を｛１１−２０｝面とすることで、端面のエッ
チングが容易となり、凹凸を更に抑制することができる
（請求項５）。
【００１６】上記のような欠陥の多い領域と少ない領域
を有するIII族窒化物系化合物半導体層は、横方向エピ
タキシャル成長で容易に形成可能である（請求項６）。
特に、横方向エピタキシャル成長面を、III族窒化物系
化合物半導体の｛１１−２０｝面とすることで、例えば
基板上に形成した際、横方向エピタキシャル成長面が基
板に垂直となることで、基板に垂直に伝搬する貫通転位
を極めて効率良く抑えることができる（請求項７）。
を有するIII族窒化物系化合物半導体層は、横方向エピ
タキシャル成長で容易に形成可能である（請求項６）。
特に、横方向エピタキシャル成長面を、III族窒化物系
化合物半導体の｛１１−２０｝面とすることで、例えば
基板上に形成した際、横方向エピタキシャル成長面が基
板に垂直となることで、基板に垂直に伝搬する貫通転位
を極めて効率良く抑えることができる（請求項７）。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１に本発明の実施の形態の一例
の概略を示す。基板１と、III族窒化物系化合物半導体
層３と、その上部に複数のIII族窒化物系化合物半導体
層を積層しエッチングで形成された直方体状の共振器Ｒ
ｄを有する。III族窒化物系化合物半導体層３は、スト
ライプ状に欠陥の多い領域３０と、欠陥の少ない領域３
１を有している。図１では、ストライプ状に欠陥の多い
領域３０下方にバッファ層２を有し、欠陥の少ない領域
３１下方には基板１面を露出したものを示している。II
I族窒化物系化合物半導体層３の、ストライプ状に欠陥
の多い領域３０と、欠陥の少ない領域３１との境界面
（バッファ層２の長手方向の端を含む、基板に垂直な
面）と、直方体状の共振器Ｒｄの長手方向とは垂直に形
成されており、また、その境界面と、直方体状の共振器
Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒは平行に形成されている。この
直方体状の共振器Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒは、欠陥の少
ない領域３１の、中央部（２つの境界面の中央部）から
は、ずれて形成されている。図１の、直方体状の共振器
Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒが、ストライプ状に欠陥の多い
領域と欠陥の少ない領域とを有する層の、欠陥の少ない
領域の上方に形成されていることのほか、発明の実施の
形態としては次の中からそれぞれ選択することができ
る。
の概略を示す。基板１と、III族窒化物系化合物半導体
層３と、その上部に複数のIII族窒化物系化合物半導体
層を積層しエッチングで形成された直方体状の共振器Ｒ
ｄを有する。III族窒化物系化合物半導体層３は、スト
ライプ状に欠陥の多い領域３０と、欠陥の少ない領域３
１を有している。図１では、ストライプ状に欠陥の多い
領域３０下方にバッファ層２を有し、欠陥の少ない領域
３１下方には基板１面を露出したものを示している。II
I族窒化物系化合物半導体層３の、ストライプ状に欠陥
の多い領域３０と、欠陥の少ない領域３１との境界面
（バッファ層２の長手方向の端を含む、基板に垂直な
面）と、直方体状の共振器Ｒｄの長手方向とは垂直に形
成されており、また、その境界面と、直方体状の共振器
Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒは平行に形成されている。この
直方体状の共振器Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒは、欠陥の少
ない領域３１の、中央部（２つの境界面の中央部）から
は、ずれて形成されている。図１の、直方体状の共振器
Ｒｄの２つの端面Ｍｒｒが、ストライプ状に欠陥の多い
領域と欠陥の少ない領域とを有する層の、欠陥の少ない
領域の上方に形成されていることのほか、発明の実施の
形態としては次の中からそれぞれ選択することができ
る。
【００１８】基板上にIII族窒化物系化合物半導体を順
次積層してレーザダイオードを形成する場合は、基板と
してはサファイア、シリコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、
スピネル(MgAl2O4)、ZnO、MgOその他の無機結晶基板、
あるいは窒化ガリウム(GaN)その他のIII族窒化物系化合
物半導体等を用いることができる。
次積層してレーザダイオードを形成する場合は、基板と
してはサファイア、シリコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、
スピネル(MgAl2O4)、ZnO、MgOその他の無機結晶基板、
あるいは窒化ガリウム(GaN)その他のIII族窒化物系化合
物半導体等を用いることができる。
【００１９】III族窒化物系化合物半導体層を形成する
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）等を用いても良く、各層を各々異
なる成長方法で形成しても良い。
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）等を用いても良く、各層を各々異
なる成長方法で形成しても良い。
【００２０】例えばサファイア基板上にIII族窒化物系
化合物半導体積層する際、結晶性良く形成させるため、
サファイア基板との格子不整合を是正すべくバッファ層
を形成することが好ましい。他の基板を使用する場合も
バッファ層を設けることが望ましい。バッファ層として
は、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGa
yIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）、より好ま
しくはAlxGa1-xN（0≦x≦1）が用いられる。このバッフ
ァ層は単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良
い。
化合物半導体積層する際、結晶性良く形成させるため、
サファイア基板との格子不整合を是正すべくバッファ層
を形成することが好ましい。他の基板を使用する場合も
バッファ層を設けることが望ましい。バッファ層として
は、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGa
yIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）、より好ま
しくはAlxGa1-xN（0≦x≦1）が用いられる。このバッフ
ァ層は単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良
い。
【００２１】バッファ層及び上層のIII族窒化物系化合
物半導体は、III族元素の組成の一部は、ボロン(B)、タ
リウム(Tl)で置き換えても、また、窒素(N)の組成一部
をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)
で置き換えても本発明を実質的に適用できる。なお、発
光素子として構成する場合は、本来III族窒化物系化合
物半導体の２元系、若しくは３元系を用いることが望ま
しい。
物半導体は、III族元素の組成の一部は、ボロン(B)、タ
リウム(Tl)で置き換えても、また、窒素(N)の組成一部
をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)
で置き換えても本発明を実質的に適用できる。なお、発
光素子として構成する場合は、本来III族窒化物系化合
物半導体の２元系、若しくは３元系を用いることが望ま
しい。
【００２２】ｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。
【００２３】欠陥の多い領域と少ない領域とを有するII
I族窒化物系化合物半導体層の形成には例えば横方向エ
ピタキシャル成長を使用することが望ましい。横方向エ
ピタキシャル成長としては成長面が基板に垂直となるも
のが望ましいが、基盤に対して斜めのファセット面のま
ま成長するものでも良い。欠陥の多い領域と少ない領域
とは、共振面形成近傍にのみ欠陥の少ない領域が存在し
ても、共振器が形成された領域全体に散在しても良い。
例えばストライプ状に欠陥の多い領域と少ない領域とが
交互に形成され、例えばそれを垂直に横断するように共
振器が形成されても良い（図１）。この際、共振器の共
振面形成近傍以外の共振器下部にストライプ状の欠陥の
少ない領域があっても、又は無くても良い。
I族窒化物系化合物半導体層の形成には例えば横方向エ
ピタキシャル成長を使用することが望ましい。横方向エ
ピタキシャル成長としては成長面が基板に垂直となるも
のが望ましいが、基盤に対して斜めのファセット面のま
ま成長するものでも良い。欠陥の多い領域と少ない領域
とは、共振面形成近傍にのみ欠陥の少ない領域が存在し
ても、共振器が形成された領域全体に散在しても良い。
例えばストライプ状に欠陥の多い領域と少ない領域とが
交互に形成され、例えばそれを垂直に横断するように共
振器が形成されても良い（図１）。この際、共振器の共
振面形成近傍以外の共振器下部にストライプ状の欠陥の
少ない領域があっても、又は無くても良い。
【００２４】横方向エピタキシャル成長としては、それ
により形成される欠陥の多い領域と少ない領域との境界
面が共振器の共振面と平行であることが望ましく、更に
は横方向エピタキシャル成長面と共振器の共振面は平行
であることがより望ましく、更にはいずれもIII族窒化
物系化合物半導体の｛１１−２０｝面であることがより
望ましい。このようにすることで、例えば向かい合う横
方向エピタキシャル成長層の合体部分付近上部を避けて
共振器の共振面を形成することも可能である。
により形成される欠陥の多い領域と少ない領域との境界
面が共振器の共振面と平行であることが望ましく、更に
は横方向エピタキシャル成長面と共振器の共振面は平行
であることがより望ましく、更にはいずれもIII族窒化
物系化合物半導体の｛１１−２０｝面であることがより
望ましい。このようにすることで、例えば向かい合う横
方向エピタキシャル成長層の合体部分付近上部を避けて
共振器の共振面を形成することも可能である。
【００２５】横方向エピタキシャル成長の方法として
は、基板又はIII族窒化物系化合物半導体層上部にマス
クを施す方法、III族窒化物系化合物半導体層をエッチ
ングする方法、それらを組み合わせる方法のいずれを用
いても良い。エッチングする場合は基板が露出するまで
エッチングしても良く、また、深さと幅の関係から、横
方向エピタキシャル成長により塞がれるように段差を設
けても良い。III族窒化物系化合物半導体層上部にマス
クを施す場合は例えば基板上のバッファ層上部にマスク
を施しても良い。III族窒化物系化合物半導体層をエッ
チングする場合は例えば基板上のバッファ層をエッチン
グしても良い。
は、基板又はIII族窒化物系化合物半導体層上部にマス
クを施す方法、III族窒化物系化合物半導体層をエッチ
ングする方法、それらを組み合わせる方法のいずれを用
いても良い。エッチングする場合は基板が露出するまで
エッチングしても良く、また、深さと幅の関係から、横
方向エピタキシャル成長により塞がれるように段差を設
けても良い。III族窒化物系化合物半導体層上部にマス
クを施す場合は例えば基板上のバッファ層上部にマスク
を施しても良い。III族窒化物系化合物半導体層をエッ
チングする場合は例えば基板上のバッファ層をエッチン
グしても良い。
【００２６】基板上に積層するIII族窒化物系化合物半
導体層の結晶軸方向が予想できる場合は、III族窒化物
系化合物半導体層のａ面又はｍ面に垂直となるようスト
ライプ状にマスク或いはエッチングを施すことが有用で
ある。なお、島状、格子状等に、上記ストライプ及びマ
スクを任意に設計して良い。横方向エピタキシャル成長
面は、基板面に垂直なものの他、基板面に対し斜めの角
度の成長面でも良い。III族窒化物系化合物半導体層の
ａ面を横方向エピタキシャル成長面とするには例えばス
トライプの長手方向はIII族窒化物系化合物半導体層の
ｍ面に垂直とする。例えば基板をサファイアのａ面又は
ｃ面とする場合は、どちらもサファイアのｍ面がその上
に形成されるIII族窒化物系化合物半導体層のａ面と通
常一致するので、これに併せてマスク或いはエッチング
を施す。
導体層の結晶軸方向が予想できる場合は、III族窒化物
系化合物半導体層のａ面又はｍ面に垂直となるようスト
ライプ状にマスク或いはエッチングを施すことが有用で
ある。なお、島状、格子状等に、上記ストライプ及びマ
スクを任意に設計して良い。横方向エピタキシャル成長
面は、基板面に垂直なものの他、基板面に対し斜めの角
度の成長面でも良い。III族窒化物系化合物半導体層の
ａ面を横方向エピタキシャル成長面とするには例えばス
トライプの長手方向はIII族窒化物系化合物半導体層の
ｍ面に垂直とする。例えば基板をサファイアのａ面又は
ｃ面とする場合は、どちらもサファイアのｍ面がその上
に形成されるIII族窒化物系化合物半導体層のａ面と通
常一致するので、これに併せてマスク或いはエッチング
を施す。
【００２７】マスクを施す場合は、酸化珪素(SiO2)、窒
化珪素(Si3N4)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジルコニウム
(ZrOX)等の酸化物、窒化物、これらの多層膜、1200℃以
上の融点を有する金属例えばタングステン(W)をもちい
ることができる。600〜1100℃におけるIII族窒化物の成
長温度にも耐えることができ、且つ、その上にはIII族
窒化物半導体が成長しないか成長し難いものであること
が必要である。これらの成膜方法は蒸着、スパッタ、Ｃ
ＶＤ等の気相成長法の他、任意である。
化珪素(Si3N4)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジルコニウム
(ZrOX)等の酸化物、窒化物、これらの多層膜、1200℃以
上の融点を有する金属例えばタングステン(W)をもちい
ることができる。600〜1100℃におけるIII族窒化物の成
長温度にも耐えることができ、且つ、その上にはIII族
窒化物半導体が成長しないか成長し難いものであること
が必要である。これらの成膜方法は蒸着、スパッタ、Ｃ
ＶＤ等の気相成長法の他、任意である。
【００２８】共振器は劈開、エッチングで形成すれば容
易に形成できる。特にエッチングをする場合は反応性イ
オンビームエッチング（ＲＩＢＥ）が望ましいが、任意
のエッチング方法を用いることができる。
易に形成できる。特にエッチングをする場合は反応性イ
オンビームエッチング（ＲＩＢＥ）が望ましいが、任意
のエッチング方法を用いることができる。
【００２９】レーザダイオードの発光層は多重量子井戸
構造（ＭＱＷ）が望ましいが、単一量子井戸構造（ＳＱ
Ｗ）のものであっても良い。ホモ構造、ヘテロ構造、ダ
ブルヘテロ構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或い
はｐｎ接合等により形成しても良い。以下、発明の具体
的な実施例に基づいて説明する。なお、本発明は下記実
施例に限定されるものではない。
構造（ＭＱＷ）が望ましいが、単一量子井戸構造（ＳＱ
Ｗ）のものであっても良い。ホモ構造、ヘテロ構造、ダ
ブルヘテロ構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或い
はｐｎ接合等により形成しても良い。以下、発明の具体
的な実施例に基づいて説明する。なお、本発明は下記実
施例に限定されるものではない。
【００３０】〔実施例１〕図２は、本発明の具体的な実
施例に係るレーザダイオード１００の構成を示した断面
図である。尚、断面として、以下のようにAlNから成る
バッファ層２を断面に有する部分を選んだ。レーザダイ
オード１００は、サファイア基板１を有しており、その
サファイア基板１上に50nmのAlNバッファ層２が形成さ
れている。なお、バッファ層２は以下に示す通りサファ
イア基板１全面に形成されたのち、ストライプ状にエッ
チングされている。
施例に係るレーザダイオード１００の構成を示した断面
図である。尚、断面として、以下のようにAlNから成る
バッファ層２を断面に有する部分を選んだ。レーザダイ
オード１００は、サファイア基板１を有しており、その
サファイア基板１上に50nmのAlNバッファ層２が形成さ
れている。なお、バッファ層２は以下に示す通りサファ
イア基板１全面に形成されたのち、ストライプ状にエッ
チングされている。
【００３１】そのバッファ層２及び露出したサファイア
基板１の上には、膜厚約5μm、電子密度2×1018/cm3、
シリコン(Si)ドープGaNから成るｎ層３が形成されてい
る。ｎ層３の上には膜厚約1μm、電子密度2×1018/c
m3、シリコン(Si)ドープAl0.08Ga0 .92Nから成るｎクラ
ッド層４が形成されている。ｎクラッド層４の上には、
電子密度2×1018/cm3、膜厚約100nmのシリコン(Si)ドー
プGaNから成るｎガイド層５が形成されている。
基板１の上には、膜厚約5μm、電子密度2×1018/cm3、
シリコン(Si)ドープGaNから成るｎ層３が形成されてい
る。ｎ層３の上には膜厚約1μm、電子密度2×1018/c
m3、シリコン(Si)ドープAl0.08Ga0 .92Nから成るｎクラ
ッド層４が形成されている。ｎクラッド層４の上には、
電子密度2×1018/cm3、膜厚約100nmのシリコン(Si)ドー
プGaNから成るｎガイド層５が形成されている。
【００３２】ｎガイド層５の上には、膜厚約3nmのGa
0.85In0.15Nから成る井戸層と膜厚約5nmのGaNから成る
バリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造(MQW)
の活性層６が形成されている。バリア層は３層、井戸層
は４層である。多重量子井戸構造(MQW)の活性層６の上
には、ホール密度5×1017/cm3、膜厚約100nmのマグネシ
ウム(Mg)ドープGaNから成るｐガイド層７が形成されて
いる。
0.85In0.15Nから成る井戸層と膜厚約5nmのGaNから成る
バリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造(MQW)
の活性層６が形成されている。バリア層は３層、井戸層
は４層である。多重量子井戸構造(MQW)の活性層６の上
には、ホール密度5×1017/cm3、膜厚約100nmのマグネシ
ウム(Mg)ドープGaNから成るｐガイド層７が形成されて
いる。
【００３３】ｐガイド層７の上には、膜厚約1μmのホー
ル密度3×1017/cm3マグネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga
0.92Nから成るｐクラッド層８が形成されている。ｐク
ラッド層８の上には、膜厚300nm、ホール密度5×1017/c
m3、マグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐコンタクト
層９が形成されている。そして、ｐコンタクト層９上に
Ni電極１０が形成されている。又、ｎ層３上にはAlから
成る電極１１が形成されている。
ル密度3×1017/cm3マグネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga
0.92Nから成るｐクラッド層８が形成されている。ｐク
ラッド層８の上には、膜厚300nm、ホール密度5×1017/c
m3、マグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐコンタクト
層９が形成されている。そして、ｐコンタクト層９上に
Ni電極１０が形成されている。又、ｎ層３上にはAlから
成る電極１１が形成されている。
【００３４】ｎクラッド層４、ｎガイド層５、活性層
６、ｐガイド層７、ｐクラッド層８、ｐコンタクト層９
はエッチングにより共振器として形成されており、その
長手方向は、ストライプ状にエッチングされたバッファ
層２の長手方向と垂直である。また、その共振器の共振
面である端面Ｍｒｒは、ストライプ状にエッチングされ
たバッファ層２の長手方向に平行である。これを図１に
示す。尚、図１では、本発明の要部を説明するための図
となっており、実際には図１で示す欠陥の多い領域３０
と欠陥の少ない領域３１は４０乃至５０段形成されてお
り、共振器Ｒｄはそれら８０乃至１００近い領域を横断
するように形成されている。
６、ｐガイド層７、ｐクラッド層８、ｐコンタクト層９
はエッチングにより共振器として形成されており、その
長手方向は、ストライプ状にエッチングされたバッファ
層２の長手方向と垂直である。また、その共振器の共振
面である端面Ｍｒｒは、ストライプ状にエッチングされ
たバッファ層２の長手方向に平行である。これを図１に
示す。尚、図１では、本発明の要部を説明するための図
となっており、実際には図１で示す欠陥の多い領域３０
と欠陥の少ない領域３１は４０乃至５０段形成されてお
り、共振器Ｒｄはそれら８０乃至１００近い領域を横断
するように形成されている。
【００３５】次に、この構造の発光素子（半導体レー
ザ）の製造方法について説明する。上記発光素子１００
は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示
す）による気相成長により製造された。用いられたガス
は、NH3とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム
(Ga(CH3)3、以下「TMG」と記す）とトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3)3、以下「TMA」と記す）とトリメチルイン
ジウム(In(CH3)3、以下「TMI」と記す）とシラン(SiH4)
とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2、以下
「CP2Mg」と記す）である。
ザ）の製造方法について説明する。上記発光素子１００
は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示
す）による気相成長により製造された。用いられたガス
は、NH3とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム
(Ga(CH3)3、以下「TMG」と記す）とトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3)3、以下「TMA」と記す）とトリメチルイン
ジウム(In(CH3)3、以下「TMI」と記す）とシラン(SiH4)
とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2、以下
「CP2Mg」と記す）である。
【００３６】有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を
主面とし、単結晶のサファイア基板１上に、温度を400
℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を10L/min、TMAを
20μmol/minで供給してAlNのバッファ層２を約50nmの厚
さに形成した。このバッファ層２を、ハードベークレジ
ストマスクを使用して、反応性イオンビームエッチング
（ＲＩＢＥ）を用いた選択ドライエッチングにより、幅
5μm、間隔10μmのストライプ状にエッチングした。こ
れにより、幅5μmのAlNのバッファ層２と、それに覆わ
れていない幅10μmのサファイア基板１の表面が交互に
形成された。ストライプの長手方向はサファイアの＜０
００１＞方向である。
主面とし、単結晶のサファイア基板１上に、温度を400
℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を10L/min、TMAを
20μmol/minで供給してAlNのバッファ層２を約50nmの厚
さに形成した。このバッファ層２を、ハードベークレジ
ストマスクを使用して、反応性イオンビームエッチング
（ＲＩＢＥ）を用いた選択ドライエッチングにより、幅
5μm、間隔10μmのストライプ状にエッチングした。こ
れにより、幅5μmのAlNのバッファ層２と、それに覆わ
れていない幅10μmのサファイア基板１の表面が交互に
形成された。ストライプの長手方向はサファイアの＜０
００１＞方向である。
【００３７】次に、サファイア基板１の温度を1150℃に
保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを5μmol/min
で導入し、数千Åの成長を行い、全面をGaNで覆った。
その後、TMGを300μmol/min、H2ガスにて0.86ppmに希釈
されたシラン(SiH4)を100nmol/minで導入し、成長温度1
000℃で膜厚約5μmのGaN層３を形成した。このようにし
て、本実施例では、サファイア基板１上部にGaN領域３
１が、AlNのバッファ層２上部に縦方向にエピタキシャ
ル成長したGaN領域３０を核として、横方向にエピタキ
シャル成長することにより形成される。即ち、サファイ
ア基板１のAlNのバッファ層２の形成されていない露出
部上部に、結晶性の高いGaN領域３１が得られる。これ
をAlNのバッファ層２のストライプの長手方向と垂直な
断面図として図３に示す。この際、結晶性の高い（欠陥
の少ない）GaN領域３１と、AlNのバッファ層２上部に縦
方向にエピタキシャル成長したGaN領域３０との境界面
（図３の点線）は、GaN層３の｛１１−２０｝面であ
る。
保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを5μmol/min
で導入し、数千Åの成長を行い、全面をGaNで覆った。
その後、TMGを300μmol/min、H2ガスにて0.86ppmに希釈
されたシラン(SiH4)を100nmol/minで導入し、成長温度1
000℃で膜厚約5μmのGaN層３を形成した。このようにし
て、本実施例では、サファイア基板１上部にGaN領域３
１が、AlNのバッファ層２上部に縦方向にエピタキシャ
ル成長したGaN領域３０を核として、横方向にエピタキ
シャル成長することにより形成される。即ち、サファイ
ア基板１のAlNのバッファ層２の形成されていない露出
部上部に、結晶性の高いGaN領域３１が得られる。これ
をAlNのバッファ層２のストライプの長手方向と垂直な
断面図として図３に示す。この際、結晶性の高い（欠陥
の少ない）GaN領域３１と、AlNのバッファ層２上部に縦
方向にエピタキシャル成長したGaN領域３０との境界面
（図３の点線）は、GaN層３の｛１１−２０｝面であ
る。
【００３８】上記のGaN層３を形成した後、N2又はH2、N
H3、TMA、TMG及びシラン(SiH4)を供給して、膜厚約1μm
のAl0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層４を形成した。
次にN 2又はH2、NH3、TMG及びシラン(SiH4)を供給して、
膜厚約100nmのGaNから成るｎガイド層５を形成した。
H3、TMA、TMG及びシラン(SiH4)を供給して、膜厚約1μm
のAl0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層４を形成した。
次にN 2又はH2、NH3、TMG及びシラン(SiH4)を供給して、
膜厚約100nmのGaNから成るｎガイド層５を形成した。
【００３９】次に、N2又はH2、NH3、TMG及びTMIを供給
して、膜厚約3nmのGa0.85In0.15Nから成る井戸層を形成
した。次に、N2又はH2、NH3及びTMGを供給して、膜厚約
5nmのGaNから成るバリア層を形成した。さらに、井戸層
とバリア層とを同一条件で２周期形成し、その上に膜厚
約3nmのGa0.85In0.15Nから成る井戸層を形成した。この
ようにして4周期井戸層を有するMQW構造の活性層６を形
成した。
して、膜厚約3nmのGa0.85In0.15Nから成る井戸層を形成
した。次に、N2又はH2、NH3及びTMGを供給して、膜厚約
5nmのGaNから成るバリア層を形成した。さらに、井戸層
とバリア層とを同一条件で２周期形成し、その上に膜厚
約3nmのGa0.85In0.15Nから成る井戸層を形成した。この
ようにして4周期井戸層を有するMQW構造の活性層６を形
成した。
【００４０】次にN2又はH2、NH3、TMG及びCP2Mgを供給
して、膜厚約100nmのGaNから成るｐガイド層７を形成し
た。次に、N2又はH2、NH3、TMA、TMG及びCP2Mgを供給し
て、膜厚約1μmのAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラッド層
８を形成した。
して、膜厚約100nmのGaNから成るｐガイド層７を形成し
た。次に、N2又はH2、NH3、TMA、TMG及びCP2Mgを供給し
て、膜厚約1μmのAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラッド層
８を形成した。
【００４１】次に、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を
10L/min、NH3を10L/min、TMGを100μmol/min、Cp2Mgを2
μmol/minで導入して、マグネシウム(Mg)がドーピング
された、膜厚約300nmのマグネシウム(Mg)ドープのGaNか
らなるｐコンタクト層９を形成した。
10L/min、NH3を10L/min、TMGを100μmol/min、Cp2Mgを2
μmol/minで導入して、マグネシウム(Mg)がドーピング
された、膜厚約300nmのマグネシウム(Mg)ドープのGaNか
らなるｐコンタクト層９を形成した。
【００４２】次に、電子線照射装置を用いて、ｐコンタ
クト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７に一様に電
子線を照射し、ｐコンタクト層９、ｐクラッド層８及び
ｐガイド層７はそれぞれ、ホール濃度5×1017/cm3、3×
1017/cm3、5×1017/cm3となった。このようにして多層
構造のウエハを形成することができた。
クト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７に一様に電
子線を照射し、ｐコンタクト層９、ｐクラッド層８及び
ｐガイド層７はそれぞれ、ホール濃度5×1017/cm3、3×
1017/cm3、5×1017/cm3となった。このようにして多層
構造のウエハを形成することができた。
【００４３】次に、スパッタリングによりSiO2層を形成
し、そのSiO2上にフォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフを行った。次にｎ層３に対する電極形成部位フォ
トレジストを除去し、フォトレジストによって覆われて
いないSiO2層をフッ化水素酸系エッチング液で除去し
た。
し、そのSiO2上にフォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフを行った。次にｎ層３に対する電極形成部位フォ
トレジストを除去し、フォトレジストによって覆われて
いないSiO2層をフッ化水素酸系エッチング液で除去し
た。
【００４４】次に、フォトレジスト及びSiO2層によって
覆われていない部位のｐコンタクト層９、ｐクラッド層
８、ｐガイド層７、活性層６、ｎガイド層５、ｎクラッ
ド層４及びｎ層３の一部をドライエッチングした。この
工程で、ｎ層３に対する電極取り出しのための領域が形
成されるとともに共振器の長手方向の壁面が形成され
た。このとき、共振器の長手方向の壁面は、エッチング
されてストライプ状に形成されたバッファ層２の長手方
向と垂直とした。
覆われていない部位のｐコンタクト層９、ｐクラッド層
８、ｐガイド層７、活性層６、ｎガイド層５、ｎクラッ
ド層４及びｎ層３の一部をドライエッチングした。この
工程で、ｎ層３に対する電極取り出しのための領域が形
成されるとともに共振器の長手方向の壁面が形成され
た。このとき、共振器の長手方向の壁面は、エッチング
されてストライプ状に形成されたバッファ層２の長手方
向と垂直とした。
【００４５】次に、ニッケル(Ni)を蒸着してｐコンタク
ト層９の上に電極１０を形成した。一方、ｎ層３に対し
ては、アルミニウム(Al)を蒸着して電極１１を形成し
た。
ト層９の上に電極１０を形成した。一方、ｎ層３に対し
ては、アルミニウム(Al)を蒸着して電極１１を形成し
た。
【００４６】次に、共振器端面Ｍｒｒを形成するためド
ライエッチングを行った。このとき、共振器の端面は、
エッチングされてストライプ状に形成されたバッファ層
２の長手方向と平行とした。その後、スクライビングし
てスクライブ溝を形成し、共振器の端面に平行なｘ軸方
向にダイシンクして、短冊片を得た。このようにして得
たレーザダイオード１００は、端面Ｍｒｒの凹凸が10nm
以下であり、駆動電流は50ｍＡにて発光出力10ｍＷ、発
振ピーク波長410nmであった。
ライエッチングを行った。このとき、共振器の端面は、
エッチングされてストライプ状に形成されたバッファ層
２の長手方向と平行とした。その後、スクライビングし
てスクライブ溝を形成し、共振器の端面に平行なｘ軸方
向にダイシンクして、短冊片を得た。このようにして得
たレーザダイオード１００は、端面Ｍｒｒの凹凸が10nm
以下であり、駆動電流は50ｍＡにて発光出力10ｍＷ、発
振ピーク波長410nmであった。
【００４７】比較のため、従来の構造のレーザダイオー
ド９００を各層の膜厚は同様にして次の通り作成した。
即ち、レーザダイオード９００のサファイア基板９１全
面にバッファ層９２を形成し、エッチングを施さなかっ
た他は、組成又は材質、膜厚、或いは素子のエッチング
その他の処理は上記のレーザダイオード１００の対応す
るものと同様である。このレーザダイオード９００の共
振面Ｍｒｒの凹凸は20nmであった。
ド９００を各層の膜厚は同様にして次の通り作成した。
即ち、レーザダイオード９００のサファイア基板９１全
面にバッファ層９２を形成し、エッチングを施さなかっ
た他は、組成又は材質、膜厚、或いは素子のエッチング
その他の処理は上記のレーザダイオード１００の対応す
るものと同様である。このレーザダイオード９００の共
振面Ｍｒｒの凹凸は20nmであった。
【００４８】〔実施例２〕第２の実施例として、AlNか
ら成るバッファ層２をエッチングするのでなく、AlNか
ら成るバッファ層２１の上に、単結晶GaNから成る膜厚
約数千Åの層２２を形成したのちストライプ状にエッチ
ングし（図４）、そののち第１実施例と同様のＬＤを作
製した。共振面Ｍｒｒの凹凸は10nm以下であった。
ら成るバッファ層２をエッチングするのでなく、AlNか
ら成るバッファ層２１の上に、単結晶GaNから成る膜厚
約数千Åの層２２を形成したのちストライプ状にエッチ
ングし（図４）、そののち第１実施例と同様のＬＤを作
製した。共振面Ｍｒｒの凹凸は10nm以下であった。
【００４９】〔実施例３〕第３の実施例として、AlNか
ら成るバッファ層２をエッチングするのでなく、AlNか
ら成るバッファ層２の上に、単結晶GaNから成る膜厚約
数千Åの層２２を形成したのち、マスクをストライプ状
にタングステン(W)をスパッタで形成し（図５）、その
のち第１実施例と同様のＬＤを作製した。共振面Ｍｒｒ
の凹凸は10nm以下であった。
ら成るバッファ層２をエッチングするのでなく、AlNか
ら成るバッファ層２の上に、単結晶GaNから成る膜厚約
数千Åの層２２を形成したのち、マスクをストライプ状
にタングステン(W)をスパッタで形成し（図５）、その
のち第１実施例と同様のＬＤを作製した。共振面Ｍｒｒ
の凹凸は10nm以下であった。
【００５０】上記実施例において、多重層構造の各単位
層、ＭＱＷ構造の活性層の井戸層及び障壁層におけるII
I族窒化物系化合物半導体の組成比は各々が一例であっ
て、任意の一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1,
0≦x+y≦1）を用いても良い。その場合は各層において
アルミニウム組成x、ガリウム組成y、インジウム組成1-
x-yが異なっても良い。
層、ＭＱＷ構造の活性層の井戸層及び障壁層におけるII
I族窒化物系化合物半導体の組成比は各々が一例であっ
て、任意の一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1,
0≦x+y≦1）を用いても良い。その場合は各層において
アルミニウム組成x、ガリウム組成y、インジウム組成1-
x-yが異なっても良い。
【００５１】上記３実施例は本発明の一例であり、各
層、各電極又はマスクの組成、その他エッチング方法等
に本発明は限定されない。横方向エピタキシャル成長
は、アンモニア(NH3)に対するトリメチルガリウム(TMG)
の供給量を絞るほか、反応装置内の温度及び総圧力を調
整する方法で達成しても良い。
層、各電極又はマスクの組成、その他エッチング方法等
に本発明は限定されない。横方向エピタキシャル成長
は、アンモニア(NH3)に対するトリメチルガリウム(TMG)
の供給量を絞るほか、反応装置内の温度及び総圧力を調
整する方法で達成しても良い。
【図１】 本発明の具体的な一実施例にかかるレーザダ
イオード１００の構造を示す斜視図。
イオード１００の構造を示す斜視図。
【図２】 レーザダイオード１００の構造を示す断面
図。
図。
【図３】 第１実施例の、GaN層３の、欠陥の多い領域
３０と少ない領域３１の様子を示す断面図。
３０と少ない領域３１の様子を示す断面図。
【図４】 第２実施例の、GaN層３の、欠陥の多い領域
３０と少ない領域３１の様子を示す断面図。
３０と少ない領域３１の様子を示す断面図。
【図５】 第３実施例の、GaN層３の、欠陥の多い領域
３０と少ない領域３１０の様子を示す断面図。
３０と少ない領域３１０の様子を示す断面図。
【図６】 従来のレーザダイオード９００の構造を示す
断面図。
断面図。
【図７】 従来のレーザダイオード９００の構造を示す
斜視図。
斜視図。
【図８】 従来のレーザダイオード９００の、共振器Ｒ
ｄの端面Ｍｒｒの、貫通転位に起因する凹凸を示す斜視
図。
ｄの端面Ｍｒｒの、貫通転位に起因する凹凸を示す斜視
図。
１００ レーザダイオード １ サファイア基板 ２ バッファ層 ３ ｎ層（GaN層） ４ ｎクラッド層 ５ ｎガイド層 ６ ＭＱＷ構造の発光層 ７ ｐガイド層 ８ ｐクラッド層 ９ ｐコンタクト層 １０、１１ 金属電極 Ｒｄ 共振器 Ｍｒｒ 共振器端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平松 敏夫 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA14 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 5F073 AA74 CA07 CB05 CB07 DA05 DA33
Claims (7)
- 【請求項１】 III族窒化物系化合物半導体を積層し、
共振器を形成したIII族窒化物系化合物半導体レーザダ
イオードにおいて、 共振器が、欠陥の多い領域と少ない領域とを有するIII
族窒化物系化合物半導体層上に欠陥の多い領域と少ない
領域とを横断するよう形成されており、 共振器の端面が前記III族窒化物系化合物半導体層の欠
陥の少ない領域に形成されていることを特徴とするIII
族窒化物系化合物半導体レーザダイオード。 - 【請求項２】 前記共振器はエッチングにより形成され
たことを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化
合物半導体レーザダイオード。 - 【請求項３】 前記III族窒化物系化合物半導体層が、
少なくとも前記共振器の端面近傍において、ストライプ
状に欠陥の多い領域と少ない領域とを有していることを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物
系化合物半導体レーザダイオード。 - 【請求項４】 前記共振器の端面が、その近傍の前記II
I族窒化物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少ない
領域との境界面に平行であることを特徴とする請求項３
に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオー
ド。 - 【請求項５】 前記共振器の端面近傍の前記III族窒化
物系化合物半導体層の欠陥の多い領域と少ない領域との
境界面が、前記III族窒化物系化合物半導体層の｛１１
−２０｝面であることを特徴とする請求項３又は請求項
４に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザダイオー
ド。 - 【請求項６】 前記III族窒化物系化合物半導体層の前
記欠陥の少ない領域の少なくとも下層が、III族窒化物
系化合物半導体の横方向エピタキシャル成長を利用して
形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のい
ずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザ
ダイオード。 - 【請求項７】 前記III族窒化物系化合物半導体層の前
記欠陥の少ない領域の少なくとも下層が、｛１１−２
０｝面を成長面として横方向エピタキシャル成長させた
III族窒化物系化合物半導体層である、又は｛１１−２
０｝面を成長面として横方向エピタキシャル成長させた
III族窒化物系化合物半導体層上に形成されたIII族窒化
物系化合物半導体層であることを特徴とする請求項１乃
至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合
物半導体レーザダイオード。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33914999A JP4523097B2 (ja) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザダイオード |
| US09/725,495 US6518599B2 (en) | 1999-11-30 | 2000-11-30 | Light-emitting device using group III nitride group compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33914999A JP4523097B2 (ja) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001156403A true JP2001156403A (ja) | 2001-06-08 |
| JP4523097B2 JP4523097B2 (ja) | 2010-08-11 |
Family
ID=18324712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33914999A Expired - Fee Related JP4523097B2 (ja) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザダイオード |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP4523097B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010016532A1 (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-11 | 昭和電工株式会社 | Ｉｉｉ族 窒化物半導体積層構造体およびその製造方法 |
| US11355672B2 (en) | 2016-01-05 | 2022-06-07 | Suzhou Lekin Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6580098B1 (en) * | 1999-07-27 | 2003-06-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| TWI239668B (en) * | 2004-10-21 | 2005-09-11 | Formosa Epitaxy Inc | Structure of gallium-nitride based (GaN-based) light-emitting diode with high luminance |
| US7776636B2 (en) * | 2005-04-25 | 2010-08-17 | Cao Group, Inc. | Method for significant reduction of dislocations for a very high A1 composition A1GaN layer |
| TWI270222B (en) * | 2005-10-07 | 2007-01-01 | Formosa Epitaxy Inc | Light emitting diode chip |
| KR101101133B1 (ko) * | 2008-06-03 | 2012-01-05 | 삼성엘이디 주식회사 | 질화물 단결정 성장 방법 및 질화물 반도체 발광소자제조방법 |
| KR100999756B1 (ko) * | 2009-03-13 | 2010-12-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH11233893A (ja) * | 1998-02-18 | 1999-08-27 | Sharp Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JPH11312825A (ja) * | 1998-04-28 | 1999-11-09 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3727106B2 (ja) | 1996-04-17 | 2005-12-14 | 豊田合成株式会社 | ３族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法 |
| KR19980079320A (ko) * | 1997-03-24 | 1998-11-25 | 기다오까다까시 | 고품질 쥐에이엔계층의 선택성장방법, 고품질 쥐에이엔계층 성장기판 및 고품질 쥐에이엔계층 성장기판상에 제작하는 반도체디바이스 |
| EP0874405A3 (en) * | 1997-03-25 | 2004-09-15 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | GaN group crystal base member having low dislocation density, use thereof and manufacturing methods thereof |
| US6015979A (en) * | 1997-08-29 | 2000-01-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nitride-based semiconductor element and method for manufacturing the same |
| JP3925753B2 (ja) * | 1997-10-24 | 2007-06-06 | ソニー株式会社 | 半導体素子およびその製造方法ならびに半導体発光素子 |
| JP3592553B2 (ja) * | 1998-10-15 | 2004-11-24 | 株式会社東芝 | 窒化ガリウム系半導体装置 |
-
1999
- 1999-11-30 JP JP33914999A patent/JP4523097B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-11-30 US US09/725,495 patent/US6518599B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH11312825A (ja) * | 1998-04-28 | 1999-11-09 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 |
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| JP2010040867A (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-18 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体積層構造体およびその製造方法 |
| US8211727B2 (en) | 2008-08-06 | 2012-07-03 | Showa Denko K.K. | Group III nitride semiconductor multilayer structure and production method thereof |
| US8471266B2 (en) | 2008-08-06 | 2013-06-25 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride semiconductor multilayer structure and production method thereof |
| US11355672B2 (en) | 2016-01-05 | 2022-06-07 | Suzhou Lekin Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6518599B2 (en) | 2003-02-11 |
| JP4523097B2 (ja) | 2010-08-11 |
| US20010013605A1 (en) | 2001-08-16 |
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