JP4166885B2 - 光半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
光半導体装置およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4166885B2 JP4166885B2 JP35324198A JP35324198A JP4166885B2 JP 4166885 B2 JP4166885 B2 JP 4166885B2 JP 35324198 A JP35324198 A JP 35324198A JP 35324198 A JP35324198 A JP 35324198A JP 4166885 B2 JP4166885 B2 JP 4166885B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type
- algan
- substrate
- gan
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- 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]
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02378—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/02502—Layer structure consisting of two layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/02636—Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- 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]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
- H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
- H10H20/01335—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Geometry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に光半導体装置に係り、特にレ−ザダイオ−ドおよびその製造方法に関する。
レーザダイオード，発光ダイオードあるいはフォトダイオード等の光半導体装置は、光通信や光情報処理、さらに情報記録の分野において広く使われている。一般にレーザダイオードは赤色光から赤外光の波長領域において発振するが、光情報記録の分野では、より大きい記録密度を実現すべく、より短波長で発振するレーザダイオードが要求されている。また、かかる短波長に光に感応するフォトダイオードが要求されている。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮはバンドギャップが大きく、波長が４００ｎｍ以下の青色あるいは紫外光領域で動作するレーザダイオードやフォトダイオードなどの光半導体装置を構成するのに有望な材料である。ＧａＮ結晶を活性層に使った青色発光ダイオードはすでに実用化されている。またＩｎＧａＮ結晶を活性層として使ったＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮダブルヘテロ構造の青色レーザダイオードが公知である。かかるＧａＮを使った青色光半導体装置では、ＧａＮ結晶によりバンドギャップの小さい成分を導入した混晶を使うことにより、緑色の発光が得られる。
【０００３】
ところで、ＧａＮは六方晶系に属するウルツ鉱型の結晶構造を有しており、現在の技術では単結晶基板の作製が困難であるため、かかるＧａＮを活性層とする光半導体装置では、前記ＧａＮ活性層を、ＧａＮと同様な六方晶系に属するサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）単結晶基板のｃ面上にエピタキシャル成長させることにより形成している。
【０００４】
図１は、従来のＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷ構造を有する青色レ−ザダイオ−ド１の構成を示す。
図１を参照するに、青色レ−ザダイオ−ド１はサファイア基板１１上に形成され、前記基板１１上に形成されたＧａＮバッファ層１２と、前記ＧａＮバッファ層１２上に形成されたｎ型ＧａＮ電極層１３と、前記電極層１３上に形成された、組成がＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎを有するｎ型ＡｌＧａＮよりなる下側クラッド層１４と、前記クラッド層１４上に形成されたｎ型ＧａＮ光導波層１５と、前記ｎ型光導波層１５上に形成された、非ドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮの積層構造を有するＭＱＷ活性層１６と、前記ＭＱＷ活性層１６上に形成されたｐ型ＧａＮ光導波層１７と、前記ｐ型光導波層１７上に形成された組成がＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎを有するｐ型ＡｌＧａＮよりなる上側クラッド層１８とを含み、前記上側クラッド層１８には前記活性層１６およびその上下の光導波層１５，１７中に導波路を形成する導波リッジ１８Ａが形成される。さらに、前記導波リッジ１８Ａの頂部にはｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層１９が形成され、前記上側クラッド層１８およびその上のＧａＮコンタクト層１８Ａは、前記導波リッジ１８Ａの側壁面も含めてＳｉＯ2 等の絶縁膜２０により覆われ、さらに前記絶縁膜２０上には前記絶縁膜２０中に形成されたコンタクトホールを介して前記ＧａＮコンタクト層１８Ａとコンタクトするように、ｐ型電極２１が形成される。
【０００５】
また、前記半導体層１４〜１８よりなる積層構造は、前記基板１１に実質的に垂直な側壁面Ｗ１，Ｗ２により画成され、また紙面の上下方向に対向する一対のミラー面により光共振器が形成される。さらに、前記基板１１、バッファ層１２およびその上の電極層１３は前記側壁面Ｗ２を超えて延在し、前記電極層１３の延在部上にｎ型電極２２が形成される。
【０００６】
かかる青色レ−ザダイオ−ドは、３９０〜４２０ｎｍの範囲に発振波長を有し、特に高密度情報記録の分野において、重要な用途を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１の青色レ−ザダイオ−ド１では、サファイア結晶のｃ面がＧａＮに対して１３％以上の格子不整合を有している結果、前記ＭＱＷ層１６を含む光学的活性層１５〜１７中に高濃度の結晶欠陥が導入されやすい問題点がある。また、レーザダイオード１では絶縁性のサファイア基板を使うため、通常の端面発光型のレ−ザダイオ−ドと異なり基板底面に電極を設けることが困難で、このため形成するレーザダイオードの構成あるいは製造工程が複雑になってしまう問題点が存在する。さらに、サファイア基板はへき開性が乏しく、このため通常の閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するレ−ザダイオ−ドと異なり、へき開によりレ−ザダイオ−ドのミラー面を形成するのが困難である。図１の青色レ−ザダイオ−ド１では、前記一対のミラー面はドライエッチング法により形成されるが、かかる工程は時間がかかり、また形成されるミラー面の平坦性も垂直性も、へき開により形成される面の平坦性に及ばない。
【０００８】
一方、かかるサファイア基板の代わりに、同じ六方晶系に属し、導電性を有するＳｉＣをＧａＮ活性層を有する光半導体装置の基板として使うことが提案されている。例えば、特開平１０−１３５５７６号公報には、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の（０００１）Ｓｉ面上にＧａＮ活性層をエピタキシャル成長させる技術が記載されている。ＳｉＣ基板はＧａＮに対する格子不整合が４％以下と小さく、また電気伝導性を有し、さらにサファイアよりも優れた熱伝導特性を有する好ましい特徴を備えている。このため、通常の端面発光型レ−ザダイオ−ドと同様な構成の青色レ−ザダイオ−ドを形成することができる。
【０００９】
一方、このようなＳｉＣ基板上にＧａＮ活性層をエピタキシャルに形成するためには、前記ＳｉＣ基板上にＧａＮバッファ層を形成する必要があるが、ＧａＮはＳｉＣ基板上において島状成長を生じ、その結果かかる構成のエピタキシャル構造ではＧａＮ活性層を平坦に形成することが困難になる。また、これに伴い、ＧａＮ活性層中には様々な欠陥が導入され、活性層中におけるＧａＮとフォトンとの間の相互作用が阻害されるため、レ−ザダイオ−ドの発光効率が低下する等の問題が生じる。
【００１０】
このようなＧａＮ膜の島状成長の問題は、ＳｉＣ基板上にＡｌＮあるいはＡｌＧａＮ膜をバッファ層としてエピタキシャル成長し、その上にＧａＮ膜を成長させることで回避できる。しかし、ＡｌＮ膜に導電性を付与するのは、現在の技術では困難である。
一方、ＡｌＧａＮ膜の場合、Ａｌ組成が４０％以下の範囲においてはｎ型の導電性を付与することが可能である。従って、このような組成範囲であれば、前記ＡｌＧａＮバッファ層を介してＧａＮ活性層とＳｉＣ基板とを電気的に接続することが可能である。
【００１１】
しかしながら、ＡｌＧａＮバッファ層を使う場合、ＧａＮ活性層の下地として適当な平坦な表面を有し、しかも好ましい、十分な導電性を有するＡｌＧａＮ膜を形成できる条件は、未だ不明のままであった。
そこで、本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な光半導体装置およびその製造方法を提供することを概括的課題とする。
【００１２】
本発明のより具体的な課題は、ＳｉＣ基板上にＧａを含むＩＩＩ族元素の窒化物をエピタキシャル成長させた光半導体装置において、前記窒化物のエピタキシャル層を平坦化すると同時に、前記ＳｉＣ基板と前記窒化物のエピタキシャル層との間に良好な電気伝導性を確保することにある。
本発明の他の課題は、簡単な構造で電流注入を所望のストライプ領域に確実に制限でき、高出力においても効果的な横モード制御を行なえる光半導体装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の課題は、窒化物の選択成長領域を有する光半導体装置、およびその製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、Ｇａを含むＩＩＩ族元素の窒化物を活性層として含む光半導体装置において、前記活性層からの電子のオーバーフローを抑止するエレクトロンブロック層のドーピングプロファイルを、クラックを発生させず、しかも前記活性層中へのキャリアの閉じ込めを向上させ、しきい値電圧を低下させた光半導体装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を、第１の導電型を有するＳｉＣ基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された、前記第１の導電型を有し、組成がＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ｎで表されるＡｌＧａＮよりなるバッファ層と、前記バッファ層上にエピタキシャルに形成された前記第１の導電型を有する第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された活性層と、前記活性層上にエピタキシャルに形成された、前記第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層に第１の極性の第１のキャリアを注入するように形成された第１の電極と、前記ＳｉＣ基板上に、第２の極性の第２のキャリアを注入するように形成された第２の電極とよりなり、前記バッファ層は、前記第１の導電型のキャリアを、３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲の濃度で含み、前記組成パラメータｘが０より大で０．０９より小であり、（０＜ｘ＜０．０９）前記基板は、前記第１の導電型のキャリアを、１×１０ 18 〜１×１０ 20 ｃｍ -3 の範囲の濃度で含むことを特徴とする光半導体装置により解決する。
【００１５】
また本発明は、上記の課題を、ｎ型のキャリアを、１×１０ 18 〜１×１０ 20 ｃｍ -3 の範囲の濃度で含むＳｉＣ基板上に、有機金属気相成長法により、組成がＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎで表されるＡｌＧａＮ膜を、成長圧力９０Ｔｏｒｒ以下でエピタキシャル成長させる工程を含み、前記ＡｌＧａＮ膜において、前記組成パラメータｘは０より大で０．０９より小（０＜ｘ＜０．０９）であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
より、解決する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
以下、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜0.4 ）をＡｌＧａＮと記す。この組成範囲がｎ型ドーピングが可能で、かつエピタキシャル層表面を平坦にできる範囲である。ＡｌＧａＮ層は、ＳｉＣ基板上に有機分子気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によりエピタキシャルに成長することができる。成長圧力を１００ｔｏｒｒとした場合、ＡｌＧａＮのＡｌ組成を９％以上とした時、平坦な表面を得ることができる。
【００１７】
ｎ型ＳｉＣ基板上に、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎバッファ層を成長し、その上に所望のＧａＮ系結晶層を積層してＧａＮ系レーザを形成することができる。このようにして作成したＧａＮ系半導体レーザは、発振波長４２０ｎｍで発振し、しきい値電流は５００ｍＡ，しきい値電圧は２２Ｖであった。
ＧａＮ系半導体のｐｎ接合の作り付け電位は本来約３Ｖであり、この値から期待される理想的な半導体レーザのしきい値は４〜５Ｖである。実際に必要であったしきい値電圧２２Ｖは、ｐｎ接合の作り付け電位から期待される理想値と較べると極めて大きな電圧である。
【００１８】
本発明者は、しきい値電圧が高い原因を究明し、ＳｉＣ基板とＡｌＧａＮバッファ層の間の界面抵抗が大きな原因の１つであることを解明した。
ＳｉＣとＡｌＧａＮのバンド構造の詳細は、現在まで明確ではない。さらに、ＳｉＣとＡｌＧａＮの界面には多くの結晶欠陥が存在する。従って、ＳｉＣ−ＡｌＧａＮ界面の界面抵抗を下げる方法を理論的に究明することは非常に困難である。
【００１９】
そこで、本発明者は実験的手法によりＳｉＣ基板とその上に成長するバッファ層との間の界面抵抗を低減できる解決策を求め、その結果を得た。
図２（Ａ）に、実験に用いたサンプルの構成を概略的に示す。改良レイリー法によりバルク成長させた窒素ドープのｎ型ＳｉＣ基板１は、厚さ約２００μm ，面積約１ｃｍ2 であり、６Ｈ−ウルツ鉱型構造の（０００１）Si面を有する。ｎ型ＡｌＧａＮ層２は、ｎ型不純物としてＳｉを用い、ＳｉＣ基板上にＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャルに成長され、厚さ約１μm である。なお、電極とのコンタクト抵抗を低減させるため、ｎ型ＡｌＧａＮ層２の上に、さらにｎ型ＧａＮ層３を厚さ約0.2 μm ＭＯＶＰＥ工程によりエピタキシャルに成長した。
【００２０】
ＭＯＶＰＥ工程は、ソースガスとして例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリエチルガリウム（ＴＥＧ），トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），トリメチルインジウム（ＴＭＩ），アンモニア（ＮＨ3 ）を用い、不純物ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4 ）とビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｇｐ2 Ｍｇ）を用い、成長温度１０９０℃で行った。
【００２１】
ＳｉＣ基板の裏面全面にＮｉの電極５を形成し、ｎ型ＧａＮ層３の表面上に円形またはストライプ状の電極６を形成した。電極６は、Ｔｉ層の上にＡｌ層を積層した積層電極である。円形電極の場合には、直径を３０μm 〜９０μm の範囲で選択した。ストライプ状電極の場合、幅は２〜１５μm ，長さは３００〜９００μm の範囲で選択した。ｎ型ＡｌＧａＮ層２およびｎ型ＳｉＣ基板のｎ型キャリア濃度、ｎ型ＡｌＧａＮ層２のＡｌ組成、ＭＯＶＰＥの成長圧力を変化させて、その結果を調べた。
【００２２】
図２（Ｂ）は、ｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度を変化させた時の、ＳｉＣ／ＡｌＧａＮ界面の界面抵抗率の変化を示すグラフである。横軸はｎ型ＡｌＧａＮ層中のｎ型キャリア濃度を対数スケール、単位ｃｍ-3で示し、縦軸は界面抵抗率を対数スケール、単位Ωｃｍ2 で示す。ｎ型ＳｉＣ基板１のｎ型キャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3とし、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層のＡｌ組成はｘ＝0.09とした。
【００２３】
なお、グラフにはｎ型ＡｌＧａＮ層中のキャリア濃度を１×１０17ｃｍから１×１０20ｃｍ-3まで変化させた時の界面抵抗率のプロットを示す。図１（Ａ）に示す構成の場合、電極、ＳｉＣ基板、ＡｌＧａＮ層、ＧａＮ層それぞれのバルク抵抗は無視できる程度の値であり、電極の接触抵抗、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの界面抵抗も無視できる値である。従って、電極５，６間に電流を流した時に測定される抵抗は、実効的にＳｉＣ／ＡｌＧａＮの界面抵抗のみである。
【００２４】
図２（Ｂ）から明らかなように、界面抵抗率のプロットは、２つの直線ｒ１，ｒ２上に乗っている。すなわち、キャリア濃度が約５×１０18ｃｍ-3以上の場合、界面抵抗率のプロットは勾配のゆるやかな直線ｒ２上にあり、キャリア濃度が約５×１０ 18 ｃｍ-3以下の場合界面抵抗率のプロットは勾配の急な直線ｒ１上にある。
【００２５】
直線ｒ２は直線ｒ１よりも勾配がゆるやかであり、キャリア濃度を変化させたときの界面抵抗率の変化が小さいことを示している。また、勾配の異なる２つの直線は、直線ｒ１の領域と直線ｒ２の領域で異なる現象が生じていることを示唆する。
ｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度を約５×１０18ｃｍ-3以上にすれば、ＡｌＧａＮ／ＳｉＣ界面の界面抵抗率は勾配のゆるやかな直線ｒ２上にあり、低い界面抵抗を安定に得ることができる。
【００２６】
メサ型ＧａＮ系半導体レーザ装置を作成した場合、全エピタキシャル層の抵抗が約１０Ω程度となる。ＡｌＧａＮ／ＳｉＣ界面の界面抵抗は、この全エピタキシャル層の抵抗値よりも低くすることが望まれる。
エピタキシャル層の面積が７００μm ×４μm 程度である場合、キャリア濃度が３×１０18ｃｍ-3程度であっても界面抵抗の値はエピタキシャル層の全抵抗よりも確実に小さなものとすることができる。従って、ｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度としては、約３×１０18ｃｍ-3以上が好ましく、約５×１０18ｃｍ-3以上がより好ましい。
【００２７】
なお、ｎ型ＡｌＧａＮ層のキャリア濃度を１×１０20ｃｍ-3を越える値にしようとした場合、ＡｌＧａＮ層表面に非常に多くの結晶欠陥が発生し、実験を行うことが困難であった。従って、ｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度は約１×１０20ｃｍ-3以下とすることが好ましい。
上記の実験においては、ｎ型ＳｉＣ基板上に成長するｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度を変化させた。次に、ｎ型ＳｉＣ基板１のキャリア濃度を変化させ、界面抵抗率の変化を測定した。ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層２のＡｌ組成はｘ＝0.09, キャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3とした。
【００２８】
図３は、ｎ型ＳｉＣ基板のキャリア濃度を変化させた時の界面抵抗率の変化を示すグラフである。図３中横軸はｎ型ＳｉＣ基板１内のキャリア濃度を単位ｃｍ-3で対数スケールで示し、縦軸はＳｉＣ／ＡｌＧａＮ界面の界面抵抗率を単位Ωｃｍ2 で対数スケールで示す。グラフには、ｎ型ＳｉＣ基板のキャリア濃度を１×１０17ｃｍ-3から３×１０19ｃｍ-3まで変化させた時のプロットを示す。
【００２９】
図３から明らかなように、得られたプロットは直線ｒ３，ｒ４上にある。すなわち、ｎ型ＳｉＣ基板１のキャリア濃度が約１×１０18ｃｍ-3以下の場合、界面抵抗率は直線ｒ３上にあり、キャリア濃度が約１×１０18ｃｍ-3以上の場合、界面抵抗率は直線ｒ４の上にある。直線ｒ４は、直線ｒ３よりも勾配がゆるやかであり、キャリア濃度を変化させても界面抵抗率の変化は小さい。
【００３０】
ＳｉＣ基板１のキャリア濃度を１×１０20ｃｍ-3よりも高くしようとした場合、ＳｉＣバルク結晶の結晶性が著しく劣化し、実験ができなかった。
従って、ｎ型ＳｉＣ基板１は、約１×１０18ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3の範囲のキャリア濃度を有することが好ましい。キャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3よりも小さくなると、界面抵抗は急激に増大する。キャリア濃度が１×１０20ｃｍ-3を越えるとＳｉＣ基板の結晶性が劣化する。
【００３１】
次に、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層２のＡｌ組成ｘを変化させた場合界面抵抗率がどのように変化するかを調べた。ｎ型ＳｉＣ基板１のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3，ｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3とした。
図４は、ｎ型ＡｌＧａＮ層２のＡｌ組成を変化させた時の界面抵抗率の変化の様子を示す。横軸はＡｌ組成を単位％で示し、縦軸は界面抵抗率を示す。横軸、縦軸共にリニアスケールで示す。
【００３２】
図４から明らかなように、得られた界面抵抗率のプロットは、直線ｒ５，ｒ６上にある。Ａｌ組成が約９％以下の領域においては勾配のゆるやかな直線ｒ５上に界面抵抗率のプロットが存在し、Ａｌ組成が約９％を越えると、界面抵抗率のプロットは勾配のより急峻な直線ｒ６上にあり、Ａｌ組成の増加と共に界面抵抗率は急峻に増加する。従って、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層２のＡｌ組成は、９％未満とすることが好ましい。
【００３３】
上述の結果は、結晶成長方法としてＭＯＶＰＥを用いて得た。しかしながら、界面抵抗率は基本的にバンド構造と不純物濃度とに支配されると考えられる。従って、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）等の他の成長方法を用いても同様の結果が得られると考えられる。
ＧａＮ系半導体結晶の結晶成長をＭＯＶＰＥによって行う場合、成長圧力を１００ｔｏｒｒとしていた。しかし、成長圧力を１００ｔｏｒｒとした場合、平坦な表面のエピタキシャル層を得るためには、ＳｉＣ基板上に直接成長するＡｌＧａＮバッファ層のＡｌ組成を８％より大きくする必要があった。本発明の発明者は成長条件を種々に変化させた結果、成長圧力を下げることにより８％以下のＡｌ組成のＡｌＧａＮ層でも平坦な表面を形成することができることを見いだした。
【００３４】
図５は、ＭＯＶＰＥによるＡｌＧａＮ層成長において、成長圧力と平坦な表面を得るために必要な最低Ａｌ組成の関係を示す。横軸は成長圧力を単位ｔｏｒｒでリニアスケールで示し、縦軸は最低Ａｌ組成を単位％でリニアスケールで示す。
図５を参照するに、成長圧力を低下させるに従い、平坦な表面を得るために必要な最低Ａｌ組成（％）は次第に減少しているのがわかる。言い換えると、低いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層も、成長圧力を下げたＭＯＶＰＥで成長すれば平坦な表面を有するようになる。
【００３５】
なお、Ａｌ組成のプロットは、約±１％程度の誤差を含む。成長圧力１００ｔｏｒｒ，７０ｔｏｒｒ，５０ｔｏｒｒのプロットは、ほぼ直線ｒ７上に乗っているが、成長圧力２０ｔｏｒｒのプロットは、この直線ｒ７から幾分離れている。これが測定誤差によるものか、成長構造の変化によるものかは現在のところ不明である。
【００３６】
本明細書においては、成長圧力に関連したＡｌ組成ｘ（％）の値は、約±１％の誤差を含むものとし、その値を約ｘ％と表現する。
図５の結果から、約８％のＡｌ組成を有し、平坦な表面を有するＡｌＧａＮ層を成長するためには、成長圧力は９０ｔｏｒｒ以下とすることが好ましいと結論される。またＡｌ組成約６％の平坦な表面を有するＡｌＧａＮ層を成長するためには、成長圧力は７０ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。Ａｌ組成約４％で平坦な表面を有するＡｌＧａＮ層を成長するためには、成長圧力は５０ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。同様に、Ａｌ組成約２％で平坦な表面を有するＡｌＧａＮ層を成長するためには、成長圧力を２０ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。
【００３７】
以上説明した実験結果を利用することにより、ｎ型ＳｉＣ基板上にｎ型ＡｌＧａＮ層をエピタキシャルに成長し、低い界面抵抗と平坦な表面を実現することができる。従って、さらに必要なエピタキシャル層を積層することにより、しきい値電圧の低いＧａＮ系半導体レーザ装置を実現することができる。ＳｉＣ基板上にｎ側電極を形成した半導体装置を作成することができる。
【００３８】
図６（Ａ），（Ｂ）は、上述の実験結果を利用したＧａＮ系半導体レーザ１００の構造を概略的に示す。
図６（Ａ）を参照するに、ｎ型ＳｉＣ基板３１は、６Ｈウルツ鉱型構造を有し、その表面は（０００１）Si面である。ｎ型ＳｉＣ基板３１には窒素がドープされており、ｎ型の導電性を示す。ｎ型キャリア濃度は、例えば８×１０17ｃｍ-3である。
【００３９】
ｎ型ＳｉＣ基板３１の表面上に、ｎ型エピタキシャル構造３０、活性層４０、ｐ型エピタキシャル構造５０が積層されている。ｎ型エピタキシャル構造３０は、下からｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのバッファ層３２、ｎ型ＧａＮのバッファ層３３、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのクラッド層３４、ｎ型ＧａＮの光導波層３５を含む。
【００４０】
ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層３２は、例えば厚さ約0.15μm ，ｎ型不純物Ｓｉ濃度８×１０18ｃｍ-3を有する。ｎ型ＧａＮバッファ層３３は、例えば厚さ約0.1 μm ，ｎ型不純物Ｓｉ濃度３×１０18ｃｍ-3を有する。ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのクラッド層３４は、例えば厚さ約0.5 μm ，ｎ型不純物Ｓｉ濃度約３×１０18ｃｍ-3を有する。ｎ型ＧａＮの光導波層３５は、例えば厚さ約0.1 μm ，ｎ型不純物Ｓｉ濃度約３×１０18ｃｍ-3を有する。
【００４１】
活性層４０はＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎで形成されるノンドープ多重量子井戸構造であり、３層のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層と４層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層とが交互に配置された構造を有する。Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層は、例えば厚さ約4.0 ｎｍであり、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層は例えば厚さ約5.0 ｎｍである。
【００４２】
ｐ型エピタキシャル層構造５０は、下からｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎのエレクトロンブロック層５１，ｐ型ＧａＮの光導波層５２，ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのクラッド層５３，ｐ型ＧａＮのコンタクト層５４を含む。
ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層５１は広いバンドギャップを有し、下方から進入する電子をブロックする役割を果たす。このエレクトロンブロック層５１は、例えば厚さ約２０ｎｍであり、ｐ型不純物Ｍｇ濃度約５×１０19ｃｍ-3を有する。ｐ型ＧａＮ光導波層５２は、例えば厚さ約0.1 μm ，ｐ型不純物Ｍｇ濃度約５×１０19ｃｍ-3を有する。ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層５３は、例えば厚さ約0.5 μm ，ｐ型不純物Ｍｇ濃度約５×１０19ｃｍ-3を有する。ｐ型ＧａＮコンタクト層５４は、ｐ型電極に対するコンタクト抵抗を低減させるための層であり、例えば厚さ0.2 μm ，ｐ型不純物Ｍｇ濃度約５×１０19ｃｍ-3を有する。
【００４３】
これらのエピタキシャル層は、減圧式のＭＯＶＰＥにより、例えば成長圧力１００ｔｏｒｒで成長することができる。成長原料としては、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリエチルガリウム（ＴＥＧ），トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），トリメチルインジウム（ＴＭＩ），アンモニア（ＮＨ3 ）を用い、トーパント原料としてはモノシラン（ＳｉＨ4 ）とビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を用いることができる。ｎ型ＳｉＣ基板１１は、種結晶を用いた気相成長法である改良レイリー法によりバルク成長したＳｉＣ基板を用いることができる。
【００４４】
ｎ型層構造３０の成長は、例えば成長温度１０９０℃，成長速度２μm ／ｈｒで成長することができる。活性層構造４０は、例えば成長温度７８０℃，成長速度約0.3 μm ／ｈｒで成長することができる。ｐ型層構造５０は、例えば成長温度１１３０℃，成長速度１μm ／ｈｒで成長することができる。
ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層３２がｎ型キャリア濃度約８×１０18ｃｍ-3を有するため、図２（Ｂ）のグラフから明らかなようにｎ型ＳｉＣ基板３１とｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層１２との界面の界面抵抗を低く抑えることができる。
【００４５】
なお、ｎ型ＳｉＣ基板３１としては厚さ２００μm の基板を用いてその上にエピタキシャル成長を行い、成長後ＳｉＣ基板の裏面を研磨し、厚さを約１００μm 程度まで薄くする。その後、ドライエッチングによりエピタキシャル層表面に幅約３〜５μm ，たとえば3.5 μm ，高さ約0.4 μm のメサを形成する。クラッド層５３の厚さ分布を形成することにより、屈折率ガイド構造が形成され、レーザの横モード制御が行われる。
【００４６】
メサ表面に例えばＳｉＯ2 で形成された絶縁膜６１を堆積し、窓を形成してｎ型ＧａＮコンタクト層５４表面を露出させる。窓の幅は、例えば１〜４μm 程度とする。
その後、ＳｉＣ基板３１裏面全面にＮｉ層、Ｔｉ層、Ａｕ層を順次積層し、ｎ側電極６３を形成する。また、メサ上面にＮｉ層、Ｔｉ層、Ａｕ層を順次積層し、パターニングしてｎ側電極６２を作成する。
【００４７】
電極形成後、メサのストライプ方向と直交する方向に劈開を行い、図６（Ｂ）に示すように例えば長さ約７００μm のリッジ型共振器を形成する。ストライプの方向は〔１−１００〕方向であり、劈開面は〔１−１００〕面である。図６（Ｂ）の構造では、前記劈開面上にミラーＨＲが形成されている。
このような構造により、半導体レーザ素子を作成し、波長４２０ｎｍで発振させることができた。駆動電源としてパルス電源を用い、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚで駆動した。しきい値電流５００ｍＡ，しきい値電圧１５Ｖが得られた。
【００４８】
比較のため、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層３２のキャリア濃度を３×１０18ｃｍ-3としたサンプルも作成した。このサンプルにおいては、４２０ｎｍで発振を行うことができたが、しきい値電流は５００ｍＡ，しきい値電圧は２２Ｖであった。すなわち、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層３２のキャリア濃度を３×１０18ｃｍ-3から８×１０18ｃｍ-3に増加させたことにより、しきい値電圧を２２Ｖから１５Ｖに減少させることができた。
【００４９】
さらに、ＳｉＣ基板の濃度を８×１０17ｃｍ-3から４×１０18ｃｍ-3に増加させ同様の半導体レーザを作成した。このレーザは４２０ｎｍで発振し、しきい値電流は５００ｍＡ，しきい値電圧は１２Ｖであった。ＳｉＣ基板のｎ型キャリア濃度を増大させたことにより、しきい値電圧がさらに３Ｖ低下した。
図２（Ｂ）に示す特性からは、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層３２のキャリア濃度をさらに増大させれば、しきい値電圧をさらに低下させることが可能であると推測される。また、図４の特性からは、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層のＡｌ組成を0.09からより小さな値に減少させることにより、界面抵抗を減少させることができ、しきい値電圧をさらに減少させることができると期待される。
【００５０】
Ａｌ組成を減少させ、かつ平坦な表面を得るためには、図５に示すように成長圧力を減少させることが好ましい。例えば、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層３２の代わりにｎ型Ａｌ0.04Ｇａ0.96Ｎバッファ層を成長圧力４０ｔｏｒｒで形成する。他の層は図６で説明したものと同様であり、その製造プロセスも同様である。
ｎ型Ａｌ0.04Ｇａ0.96Ｎバッファ層のｎ型不純物Ｓｉ濃度が約８×１０18ｃｍ-3とすれば、しきい値電圧は約１０Ｖ程度と低下するであろう。ｎ型ＳｉＣ基板表面上に形成するｎ型ＡｌＧａＮバッファ層のＡｌ組成をさらに減少させれば、界面抵抗、従ってしきい値電圧はさらに低下すると考えられる。
［第２実施例］
本発明の発明者は、先に説明した図６（Ａ），（Ｂ）の構造の青色レ−ザダイオ−ド１００について、前記ＳｉＣ基板３１と活性層４０との間の介在する層の厚さとしきい値電流の関係を実験的に調べたところ、図７の関係を見出した。ただし図７中、縦軸はレ−ザダイオ−ドのしきい値電流密度を示し、横軸は前記ＳｉＣ基板３１と活性層４０との間に介在する膜の合計膜厚を示す。
【００５１】
図７を参照するに、レ−ザダイオ−ドのしきい値電流は、前記基板３１と活性層４０との間に介在する膜の厚さの合計が増大するにつれて減少する傾向を一般的に示し、特に前記合計膜厚が約１．６μｍに達するまでは急激に減少することがわかる。
この理由は明らかではないが、基板３１と活性層４０との間に介在するエピタキシャル層の合計膜厚が増大するにつれて、エピタキシャル層中の欠陥密度が減少するものと理解される。
【００５２】
図７の結果は、このようにレ−ザダイオ−ドのしきい値電流を低減するには、前記基板３１と活性層４０との間に介在するエピタキシャル層の合計膜厚を増大させればよいことを示しているが、一方でかかる合計膜厚大きくなりすぎると、基板３１上に形成されたエピタキシャル層３０，４０，５０中にクラックが生じやすい問題が生じる。これは、おそらくＳｉＣ基板３１とその上の窒化物エピタキシャル層との間の熱膨張係数差に起因する引っ張り応力が前記エピタキシャル層に作用する結果であると考えられる。
【００５３】
これに対し、本発明の発明者は、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎで表される前記バッファ層３２中のＡｌ組成ｘよりも、Ａｌy Ｇａ1-y Ｎで表される前記下側クラッド層３４のＡｌ組成ｙを小さく設定することにより、かかるクラックの発生が抑制されることを見出した。また、本発明の発明者は、前記下側クラッド層３４中のＡｌ組成ｙよりも、Ａｌz Ｇａ1-z Ｎで表される前記上側クラッド層３４のＡｌ組成ｚを小さく設定することにより、かかるクラックの発生がさらに抑制されることを見出した。これは、ＳｉＣ基板とエピタキシャル層との間の格子定数差により、前記バッファ層３２あるいはクラッド層３４，５３を含むエピタキシャル層中に圧縮応力が誘起され、かかる圧縮応力が前記熱膨張係数差に起因する引っ張り応力を打ち消すためと理解される。
【００５４】
図８は、本発明の第２実施例による青色レ−ザダイオ−ド２００の構成を示す。ただし図８中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図８を参照するに、レ−ザダイオ−ド２００ではＧａＮバッファ層３３が省略されており、前記ＡｌＧａＮバッファ層３２とＡｌＧａＮクラッド層３４とＧａＮ光導波層３５の膜厚が、それぞれ１．０μｍ，１．５μｍおよび０．１μｍに設定される。その結果、前記ＳｉＣ基板３１と活性層４０との間の合計膜厚は２．６μｍとなり、図７に示したように、しきい値電流が７〜８ｋＡ／ｃｍ2 程度まで減少する。
【００５５】
本実施例では、また前記下側クラッド層３４中のＡｌ組成が０．１０で、バッファ層３２中のＡｌ組成０．１５よりも小さく設定されており、さらに前記上側クラッド層５３中のＡｌ組成が０．０８で、前記下側クラッド層３４中のＡｌ組成よりも小さく設定されている。その結果、図８のレ−ザダイオ−ド２００では、前記基板３１と活性層４０との間のエピタキシャル層の合計膜厚をこのように増大させてもクラックが発生するおそれはない。
【００５６】
本実施例のその他の特徴は、先に説明した青色レ−ザダイオ−ド１００と同様であり、説明を省略する。
図９は、図８のレ−ザダイオ−ド２００の一変形例によるレ−ザダイオ−ド２１０の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
本実施例では、前記バッファ層３２とクラッド層３４と光導波層３５の厚さをそれぞれ０．３５μｍ，１．１５μｍおよび０．１μｍとし、その結果、前記基板３１と活性層４０との間のエピタキシャル層の合計膜厚は１．６μｍになっている。また、前記バッファ層３２と下側クラッド層３４とは同一のＡｌ組成０．１０を有しているが、前記上側クラッド層５３中のＡｌ組成０．０８は下側クラッド層３４中のＡｌ組成よりも小さく、このためＳｉＣ基板３１上に形成されるエピタキシャル層中におけるクラックの発生は効果的に抑制される。
［第３実施例］
先に説明したリッジ型のレ−ザダイオ−ド１００，２００あるいは２１０では、前記活性層４０中における水平横モードの制御は、前記上側クラッド層５３にメサ構造を形成することにより行われるが、十分な水平横モードの制御を行なおうとすると、メサの幅を２μｍ以下に設定する必要がある。しかし従来より、このような非常に細いメサ構造の形成は困難であった。また、このような構造では、メサの幅を２μｍ以下に設定した場合、前記メサ上においてＳｉＯ2 膜６１中に形成される窓の幅も減少してしまい、その結果前記電極６２とコンタクト層５４との接触面積が減少してしまう。換言すると、先のリッジ型レ−ザダイオ−ドは、素子抵抗が高くなる問題を有していた。また、このような非常に細いメサ構造上でＳｉＯ2 膜６１をパターニングし、コンタクト窓を形成するのは非常に困難である。
【００５８】
さらに、かかるレ−ザダイオ−ドにおいては、垂直横モードに関連して、垂直方向における効果的な活性層への光の閉じ込めを実現しようとすると、前記上側クラッド層５３の厚さを増大させる必要があるが、クラッド層５３の格子定数はバッファ層３２の格子定数と異なるため、クラッド層５３の厚さを増大させるとクラックが発生してしまう。このため、従来のリッジ型レ−ザダイオ−ド１００，２００あるいは２１０では十分な光閉じ込めができず、その結果電極により損失が生じたり遠視野パターン（ＦＦＰ）が単一ピークにならないなど、レ−ザダイオ−ドの動作特性に悪影響が生じる。
【００５９】
これに対し、図１０（Ａ）および図１１（Ｂ）は、上記の課題を解決した本発明の第３実施例によるレ−ザダイオ−ド３００の製造工程を示す。ただし、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図１０（Ａ）を参照するに、ｎ型ＳｉＣ基板３１上にはｎ型窒化物層３２〜３５を含むｎ型エピタキシャル層構造３０と活性層４０とｐ型窒化物層５１〜５４を含むｐ型エピタキシャル層構造５０とが、図６（Ａ）のレ−ザダイオ−ド１００と同様に積層され、最上層のｐ型ＧａＮキャップ層５４上には典型的にはＳｉＯ2 よりなる絶縁膜３０１が、熱ＣＶＤ法により、約３００ｎｍの厚さに形成される。
【００６０】
前記ＳｉＯ2 膜３０１は次いでＨＦをエッチャントとして使ったフォトリソグラフィーによりパターニングされ、前記ＧａＮキャップ層５４を露出する幅が約１μｍのストライプ開口部３０１Ｗが、レ−ザダイオ−ドの長手軸方向、すなわち＜１−１００＞方向に沿って延在するように形成される。
次に、図１１（Ｂ）の工程において、前記ストライプ開口部３０１Ｗにおいて露出したＧａＮキャップ層５４上に、前記ＳｉＯ2 膜３０１をマスクに組成がＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのｐ型ＡｌＧａＮを、ＭＯＶＰＥ法により、前記クラッド層５３を形成するのと同様な条件下で典型的には約１．４μｍの厚さに堆積し、第３のクラッド層３０２を前記ストライプ開口部３０１Ｗに対応して形成する。このようにして形成されたクラッド層３０２は図１１（Ｂ）中側方にも成長し、前記絶縁膜３０１を部分的に覆い、かつレ−ザダイオ−ドの長手方向に延在するリッジ構造を形成する。
【００６１】
さらに、図１１（Ｂ）の工程では、前記クラッド層３０２上にｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層３０３を同様にＭＯＶＰＥ法により、前記クラッド層３０２の上面およに両側壁面を連続して覆うように、約０．２μｍの厚さに形成し、さらに前記コンタクト層３０３上に電極６２を、前記コンタクト層３０３の上面および両側壁面を連続して覆うように形成する。最後に、前記レ−ザダイオ−ド１００の場合と同様に前記ＳｉＣ基板３１の底部を研磨し、電極６３を形成する。
【００６２】
本実施例によるレ−ザダイオ−ド３００では、図１０（Ａ）の工程において前記絶縁膜３０１のフォトリソグラフィーが、前記ＧａＮキャップ層５４の平坦な主面上において実行されるため、精度のよいパターニングが可能で、前記開口部３０１Ｗの幅を、必要に応じて容易に１μｍ以下に減少させることができる。
本実施例において、前記ＧａＮキャップ層５４は、前記絶縁膜３０１を形成する際に、Ａｌを含むクラッド層５３の酸化を抑止するために設けられる。前記絶縁膜３０１はＳｉＯ2 膜に限定されるものではなく、ＳｉＮあるいはＡｌ2 Ｏ3 膜を使うことも可能である。
【００６３】
さらに、本実施例による構造は、ＳｉＣ基板３１を使ったレ−ザダイオ−ドのみならず、図１で説明したサファイア基板を使ったレ−ザダイオ−ドに対しても適用可能である。サファイア基板を使う場合には、前記開口部３０１Ｗの延在方向はサファイアの＜１１−２０＞方向、すなわちＧａＮの＜１−１００＞方向に設定される。
【００６４】
本実施例のレ−ザダイオ−ド３００によれば、電極６２がコンタクト層３０３を介してリッジ構造のクラッド層３２の上面および両側面を連続して覆うため、電極６２のコンタクト抵抗が減少する。また、活性層４０へのキャリア（ホール）の注入が前記絶縁膜３０１中の細長い開口部３０１Ｗに限定されるため、クラッド層３０２自体の幅を厳しく制限しなくても、前記活性層４０への電流狭搾が効果的に実現され、効果的な水平横モードの制御が実現される。
【００６５】
さらに、前記クラッド層３０２は、幅の非常に狭い前記開口部３０１Ｗにおける選択成長により形成されるため、ＧａＮキャップ層５４あるいはクラッド層５３の全面におけるエピタキシャル成長により形成される場合と異なり、格子の緩和が生じることがなく、厚く形成してもクラックが発生することがない。このため、垂直方向への効果的な光の閉じ込めが実現され、遠視野パターンが向上する。また、電極６２による光損失も抑制される。
【００６６】
ところで、図１１（Ｂ）の工程において、前記絶縁膜３０１をマスクとした前記クラッド層３０２あるいはコンタクト層３０３の選択成長時に、前記絶縁膜３０１上に粒子状の析出物が生じる場合がある。
このような粒子状の析出物が生じると、前記電極６２を形成した場合に密着性が劣化してしまうおそれがある。
【００６７】
そこで、このような場合には、図１１（Ｂ）の工程において、前記クラッド層３０２およびコンタクト層３０３の形成の後、前記ＳｉＯ2 膜３０１をＨＦ等により除去してもよい。前記ＳｉＯ2 膜３０１の除去に伴い、その上に堆積していた粒子状の析出物も除去される。
このようにして形成した、本実施例の一変形例によるレ−ザダイオ−ド３１０を図１２に示す。
【００６８】
図１２を参照するに、前記クラッド層３０２は、図１１（Ｂ）の場合と同様な基部の面積が縮小した逆Ｔ字型の断面形状を有するが、図１１（Ｂ）のＳｉＯ2 膜３０１はエアギャップ３０１Ｇに置き換えられ、図６（Ａ）の場合と同様なＳｉＯ2 膜６１が前記ＧａＮ膜５４の露出表面およびコンタクト層３０３を覆う。さらに前記ＳｉＯ2 膜６１には開口部が形成され、前記電極６２が前記開口部を介して前記コンタクト層３０３とコンタクトする。
【００６９】
前記ＳｉＯ2 膜６１は一般に熱ＣＶＤ法のような気相堆積法により形成されるが、このような場合にはＳｉＯ2 膜６１の一部が前記エアギャップ３０１Ｇ中に侵入する場合もある。すなわち、前記レ−ザダイオ−ド３１０において、前記エアギャップ３０１ＧはＳｉＯ2 により完全に、あるいは部分的に充填されていてもよい。
【００７０】
前記レ−ザダイオ−ド３００あるいは３１０において、前記コンタクト層３０３は必要に応じて省略することもできる。
［第４実施例］
図１３（Ａ）は、先の実施例によるレ−ザダイオ−ド３００あるいは３１０の製造工程において、前記クラッド層３０２あるいはコンタクト層３０３を選択成長させる際にマスクとして使われる絶縁膜３０１の平面図である。
【００７１】
図１３（Ａ）を参照するに、前記絶縁膜３０１においては幅が１μｍの直線状開口部が３００μｍの繰り返し周期で形成されており、このためこのような絶縁膜３０１をマスクにＭＯＶＰＥ法を行なった場合、供給された原料の大部分は絶縁膜３０１上に堆積するため、析出物が形成されやすい。
これに対し、本実施例において提案する図１３（Ｂ）のマスク３０１Ａでは、幅が例えば６μｍの一対の直線状絶縁膜ストライプ３０１ａおよび３０１ｂを、間に幅が１μｍの直線的に延在する隙間３０１ｎを隔てて配置した構造のマスクパターン３０１ｃが、３００μｍの繰り返し周期で形成されており、その結果、一のマスクパターン３０１ｃと隣接するマスクパターン３０１ｃとの間には、下地のＧａＮ膜５４を露出する幅の広い開口部３０１ｗが形成される。
【００７２】
かかる構成のマスク３０１Ａを選択成長工程において使った場合、供給される気相原料の大部分は露出されたＧａＮ膜５４上に堆積してエピタキシャル層を形成するため、マスクパターン３０１ａあるいは３０１ｂ上に堆積する原料の割合は最小化され、これに伴い粒子状堆積物の形成も最小化される。
図１４は、選択成長工程において図１３（Ｂ）のマスク３０１Ａを使った、本発明の第４実施例によるレ−ザダイオ−ド４００の構成を示す。ただし、図１４中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
図１４を参照するに、前記ｐ型ＧａＮキャップ層５４上には図１３（Ｂ）のマスク３０１Ａが、ＳｉＯ2 パターンとして形成されており、前記マスク３０１Ａを使ってＭＯＶＰＥ工程を実行することにより、前記直線状開口部３０１ｎに対応して、先の実施例と同様にｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３０２およびｐ型ＧａＮコンタクト層３０３が順次形成される。同時に、前記マスク３０１Ａを構成するマスクパターン３０１ｃの外側に、前記クラッド層３０２と実質的に同一の組成のｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル層３０２Ａと、前記コンタクト層３０３と実質的に同一の組成のｐ型ＧａＮエピタキシャル層３０３Ａとが、順次形成される。その際、前記クラッド層３０２および３０３よりなる構造と前記エピタキシャル層３０２Ａおよび３０２Ｂよりなる構造との間には、前記ＳｉＯ2 マスク３０１Ａを露出するリセス部が形成される。
【００７４】
前記エピタキシャル層３０３Ａはさらに別のＳｉＯ2 膜３０４により覆われ、前記ＳｉＯ2 膜３０４中に前記リセス部に対応して前記コンタクト層３０３を露出する開口部を形成した後、前記ＳｉＯ2 膜３０４上に前記リセス部を埋めるように前記電極６２が形成される。前記ＳｉＯ2 膜３０４は、例えば熱ＣＶＤ法により約２００ｎｍの厚さに形成され、さらにＨＦを使ったウェットエッチングにより、前記開口部が形成される。
【００７５】
先にも説明したように、かかる構造ではマスク３０１Ａ上への粒子状析出物の形成が最小化され、レ−ザダイオ−ドを歩留まり良く製造することが可能になる。また、図１４のレ−ザダイオ−ド４００では、電極６２は大面積に形成できるため、またおおよそ平坦な主面を有するため、実装が容易になる。
［第５実施例］
先にも説明したように、レ−ザダイオ−ド３００，３１０、あるいは４００においては、絶縁膜マスクを使った選択成長工程において、絶縁膜マスク上に粒子状の析出物が形成されやすい問題がある。これは、特にＡｌＧａＮよりなるクラッド層３０２を形成する場合に深刻になる。これはＡｌＧａＮ中に含まれるＡｌＮ成分が特にＳｉＯ2 膜上に付着しやすく、かかる付着したＡｌＮを核としてＡｌＧａＮ粒子の堆積が生じるものと考えられる。
【００７６】
これに対し、本発明の発明者は、ＳｉＯ2 マスクを使ったＡｌＧａＮのＭＯＶＰＥ法による選択成長に関する実験において、気相原料と同時にハロゲン元素を含むガスを供給することにより、かかる粒子状析出物の形成が抑制されることを発見した。
図１５（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明者による実験を説明する。
【００７７】
図１５（Ａ）を参照するに、６Ｈ−ＳｉＣ基板５０１を有機洗浄および水洗した後、ＨＦ中において１分間浸漬する。このように処理した基板５０１をＭＯＶＰＥ装置の反応室中に、ＳｉＣの（０００１）Si面上に堆積が生じるように装着し、真空排気後、水素雰囲気中、１０８０°Ｃにおいて５分間熱処理し、基板表面の酸化膜を除去する。次に、基板温度を１０５０°Ｃまで降下させ、ＴＭＧ，ＴＭＡおよびＮＨ3 をＨ2 キャリアガスと共に、それぞれ４４μｍｏｌ／ｍｉｎ，８μｍｏｌ／ｍｉｎおよび０．１μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給し、基板に吹き付けることにより、ＡｌＧａＮ膜５０２を１μｍの厚さにエピタキシャル形成する。
【００７８】
次に、図１５（Ｂ）の工程においてＴＭＧ，ＴＭＡの供給を停止し、ＮＨ3 のみを吹き付けながら、基板温度を６００°Ｃ以下に降下させ、前記反応室中の雰囲気をＮ2 雰囲気に置換する。さらに室温まで冷却した後、前記基板５０１を反応室から取り出し、ＣＶＤ法により、前記ＡｌＧａＮ膜上にＳｉＯ2 ５０３膜を、０．２μｍの厚さに形成する。
【００７９】
さらに、図１５（Ｃ）の工程において、前記ＳｉＯ2 膜５０３上にレジスト膜を塗布し、さらにこれをパターニングして幅が２μｍのレジストパターン５０４を３０μｍピッチで形成する。
次に、図１５（Ｄ）の工程において、前記レジストパターン５０４をマスクに、前記ＳｉＯ2 膜５０３をＨＦを使ったウェットエッチング工程によりパターニングし、前記ＡｌＧａＮ膜５０２を露出するラインアンドスペースパターンを形成する。さらに、図１５（Ｅ）の工程において前記レジストパターン５０４を剥離液を使って除去した後、図１５（Ｆ）の工程において基板５０１を前記ＭＯＶＰＥ装置の反応室中に戻す。さらに前記反応室中を真空排気し、水素雰囲気中、ＮＨ3 を流しながら１０５０°Ｃまで昇温し、前記ＡｌＧａＮ膜５０２の露出部から自然酸化膜を除去した後、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＣＨ3 ＣｌおよびＮＨ3 を、Ｈ2 キャリアガスと共に、それぞれ４４μｍｏｌ／ｍｉｎ、８μｍｏｌ／ｍｉｎ，５２μｍｏｌ／ｍｉｎおよび０．１μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給し、前記基板表面に吹き付けることにより、前記ＡｌＧａＮ膜５０２の露出部に、選択的にＡｌＧａＮ膜５０４をエピタキシャル成長させる。
【００８０】
図１５（Ｆ）の工程では、さらに前記ＡｌＧａＮ膜５０４の選択成長の後、前記反応室中にＮＨ3 を供給しながら基板温度を６００°Ｃ以下に冷却し、さらに前記反応室中の雰囲気をＮ2 雰囲気に置換した後、室温まで基板温度を降下させる。
本実施例による選択成長方法では、図１５（Ｆ）の工程においてＣＨ3 Ｃｌを気相原料と共に供給することにより、ＣＨ3 Ｃｌの熱分解により形成されたＣｌ等のハロゲンとＡｌとが相互作用をし、ＳｉＯ2 マスク５０３上におけるＡｌＮ結晶核の生成が抑制され、その結果多結晶堆積物の形成が抑制されると考えられる。その際、特にＣＨ3 Ｃｌは、Ｖ族元素の原料ガスであるＮＨ3 の導入ポートとは別の導入ポートから供給するのが好ましい。本実施例では、前記ＡｌＮ結晶核の生成をＡｌとハロゲンとを反応させることにより抑制しているが、その際、ハロゲンはＣｌに限定されるものではなく、他の元素、例えばＦ等も使用可能である。また、ハロゲンを供給するのに使われるガスは、ＣＨ3 Ｃｌに限定されるものではない。
【００８１】
また、本実施例による選択成長方法は、リッジ型青色レ−ザダイオ−ドの製造のみならず、Ａｌを含むＩＩＩ族元素の窒化物を、絶縁膜マスクを使って選択的にエピタキシャル成長する工程を含む半導体装置の製造工程一般に適用可能である。
［第６実施例］
先に説明した青色レ−ザダイオ−ド１００，２００，３００，３１０，４００では、いずれも活性層４０に隣接して、ｐ型エピタキシャル構造５０の側に高濃度のＭｇでドープされたＡｌＧａＮよりなるエレクトロンブロック層５１が形成されており、その外側にｐ型ＧａＮよりなる光導波層５２およびｐ型ＡｌＧａＮよりなるクラッド層５３が形成されている。エレクトロンブロック層５１は一般にＡｌ組成がクラッド層５３よりも大きく広いバンドギャップを有し、活性層４０に注入された電子が、抵抗率の比較的高いｐ型エピタキシャル構造５０中に形成される高電界により、活性層４０からオーバーフローするのを阻止するために設けられる。
【００８２】
図１６は、特開平１０−５６２３６号公報に記載された、サファイア基板上に形成される従来のリッジ型青色レ−ザダイオ−ドにおいて使われているＭｇ濃度プロファイルを、活性層よりも上側の部分について示す。
図１６を参照するに、上記従来のレ−ザダイオ−ドでは、ＡｌＧａＮよりなる前記エレクトロンブロック層、その上のＧａＮよりなりＳＣＨ構造の一部を形成する光導波層、さらにその上のＡｌＧａＮよりなるクラッド層のＭｇ濃度が約５×１０19ｃｍ-3に設定されており、一方最上部のＧａＮコンタクト層においてのみ、Ｍｇ濃度が約１×１０20ｃｍ-3に設定されている。また、先の実施例で説明したレ−ザダイオ−ド１００においても、同様なＭｇ濃度プロファイルが使われている。
【００８３】
しかし、このようなＭｇ濃度プロファイルを使った窒化物レ−ザダイオ−ドでは、エピタキシャル層中にクラックが発生するのが避けられない。かかるクラックはレ−ザダイオ−ドの効率を低下させ、しきい値電圧を上昇させるため、可能な限り減少させるのが好ましい。
本発明の発明者は、先に説明したレ−ザダイオ−ド１００において、活性層よりも上のｐ型ＧａＮ光導波層５２およびその上のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５３中のＭｇ濃度を減少させた場合、レ−ザダイオ−ドを構成するエピタキシャル層中に発生するクラックの密度が実質的に減少するのを見出した。
【００８４】
図１７を参照するに、前記光導波層５２およびクラッド層５３中のＭｇ濃度を、従来より一般的に使われている５×１０19ｃｍ-3から減少させると、前記クラッド層５３の表面において観察されるクラックの密度が急激に減少し、Ｍｇ濃度が約４×１０19ｃｍ-3以下、特に約３×１０19ｃｍ-3以下になると、実質的にゼロになることがわかる。ただし、図１７中、縦軸はクラック密度を、横軸はＭｇ濃度を示す。
【００８５】
かかるクラック密度の減少に伴い、レ−ザダイオ−ド１００の素子抵抗も、図１８に示すように前記光導波層５２およびクラッド層５３中のＭｇ濃度の減少に伴い急激に減少し、３〜４×１０19ｃｍ-3のところで最小値になる。ただし、図１８中、横軸はＭｇ濃度を、縦軸はレ−ザダイオ−ド１００において１００ｍＡの電流を流すのに必要な印加電圧を示す。図１８において、Ｍｇ濃度をさらに減少させると素子抵抗は再び増加するのがわかるが、これは光導波層５２およびクラッド層５３中のキャリア密度が減少することに起因するものと思われる。
【００８６】
図１９は、図６（Ａ），（Ｂ）のレ−ザダイオ−ド１００において、図１７，１８の発見を勘案して最適化したＭｇドーピングプロファイルを示す。
図１９を参照するに、前記活性層４０上の、組成がＡｌ0.18Ｇａ0.82Ｎのｐ型ＡｌＧａＮよりなるエレクトロンブロック層５１は約２０ｎｍの厚さを有し、約１×１０20ｃｍ-3のＭｇ濃度にドープされている。一方、前記エレクトロンブロック層５１上には、Ｍｇ濃度が約４×１０19ｃｍ-3のＧａＮ光導波層５２が約１００ｎｍの厚さに形成され、さらに前記光導波層５２上には、組成がＡｌ0.09Ｇａ0.91ＮでＭｇ濃度が同じく約４×１０19ｃｍ-3のＡｌＧａＮクラッド層５３が、約５５０ｎｍの厚さに形成される。さらに、前記クラッド層５３上にはＭｇ濃度が約１．５×１０20ｃｍ-3のＧａＮよりなるコンタクト層５４が、約８０ｎｍの厚さに形成される。
【００８７】
本実施例によれば、前記光導波層５２とクラッド層５３中のＭｇ濃度を前記約４×１０19ｃｍ-3のレベル以下に抑制することにより、エピタキシャル層中のクラック密度を最小化し、レ−ザダイオ−ドの素子抵抗を最小化できる。また、前記エレクトロンブロック層５１中のＭｇ濃度および前記コンタクト層５４中のＭｇ濃度を前記約４×１０19ｃｍ-3のレベル以上に増大させることにより、レ−ザダイオ−ドのしきい値が減少し、あるいは不純物濃度の不足によるレ−ザダイオ−ドの素子抵抗の増大が回避される。
【００８８】
図２０は、図１９のＭｇ濃度プロファイルにおいて、前記光導波層５２とクラッド層５３中のＭｇ濃度を、図１８，１９に従って約３×１０19ｃｍ-3まで減少させた実施例を示す。この場合にも、高濃度にドープされたエレクトロンブロック層５１とコンタクト層５４とを組み合わせることにより、前記レ−ザダイオ−ド１００を構成するエピタキシャル層中におけるクラック密度がほとんどゼロとなり、素子抵抗が最小化される。
【００８９】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００９０】
【発明の効果】
本発明の特徴によれば、
第１の導電型を有するＳｉＣ基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された、前記第１の導電型を有し、組成がＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ｎで表されるＡｌＧａＮよりなるバッファ層と、前記バッファ層上にエピタキシャルに形成された前記第１の導電型を有する第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された活性層と、前記活性層上にエピタキシャルに形成された、前記第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層に第１の極性の第１のキャリアを注入するように形成された第１の電極と、前記ＳｉＣ基板上に、第２の極性の第２のキャリアを注入するように形成された第２の電極とよりなる光半導体装置において、前記バッファ層中のキャリア濃度を３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲に設定することにより、またさらに前記ＳｉＣ基板中のキャリア濃度を３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲に設定することにより、またさらに前記ＡｌＧａＮバッファ層中のＡｌ組成を０．０９未満に設定することにより、またさらに前記ＡｌＧａＡｓバッファ層をＳｉＣ基板の（０００１）Ｓｉ面上に形成することにより、また前記ＡｌＧａＮバッファ層をＳｉＣ基板上にＭＯＶＰＥ法により、９０Ｔｏｒｒ以下の圧力下で形成することにより、基板とバッファ層との間の界面抵抗を最小化することが可能になる。
【００９１】
また本発明の特徴によれば、
ＳｉＣ基板上にＩＩＩ族元素の窒化物よりなるバッファ層と第１のクラッド層、さらに光導波層を介してＩＩＩ族元素の窒化物よりなる活性層を形成し、さらに前記活性層上にＩＩＩ族元素の窒化物よりなる第２のクラッド層を形成した光半導体装置において、前記ＳｉＣ基板と前記活性層との間の間隔を約１．６μｍ以上とし、また前記バッファ層の組成パラメータｘを０．０８以上０．５未満（０．０８≦ｘ＜０．５）とし、前記第１のクラッド層の組成パラメータｙを０．０５以上で前記組成パラメータｘ以下（０．０５≦ｙ≦ｘ）とし、前記第２のクラッド層の組成パラメータｚを前記組成パラメータｙよりも小（ｚ＜ｙ）としたことを特徴とする光半導体装置により、ＳｉＣ基板上に形成されるＩＩＩ族元素の窒化物を活性層とする光半導体装置において、しきい値電流を最小化することが可能である。
【００９２】
また本発明の特徴によれば、
基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された第１の導電型を有する第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された活性層と、前記活性層上にエピタキシャルに形成された第２の、逆導電型を有する第２のクラッド層とを備えた光半導体装置において、さらに前記第２のクラッド層上にエピタキシャルに形成された第２の導電型を有する第３のクラッド層と、前記第３のクラッド層上に形成された第２の導電型を有するコンタクト層と、前記コンタクト層上に形成された第１の電極と、前記基板上に形成された第２の電極とを設け、前記第３のクラッド層によりリッジ構造を形成し、さらに前記第２のクラッド層と第３のクラッド層との間に、前記リッジに対応し、前記リッジの幅よりも狭い幅の開口部を有する絶縁膜を形成したことを特徴とする光半導体装置により、非常に狭いリッジ領域に選択的に電流注入がなされ、効果的な水平横モード制御が可能になる。その結果、光半導体装置は低出力から高出力まで、キンク等の異常を含まない、スムーズな駆動特性を示す。
【００９３】
また本発明の特徴によれば、請求項８記載の光半導体装置において、前記コンタクト層を、前記第３のクラッド層により形成されるリッジ構造の両側壁面および頂面を連続して覆うように形成し、さらに前記第１の電極を、前記コンタクト層の両側壁面および頂面を連続して覆うように形成することにより、また前記リッジ構造を前記絶縁膜を露出するリセス構造中にメサの形で形成し、前記第１の電極を前記リセス構造を埋めるように形成することにより、従来より使われていた、リッジを形成するメサ構造上における電流狭搾窓の形成工程が省略でき、光半導体装置の製造工程が実質的に簡素化される。また、前記第１の電極は、前記リッジを構成するメサ構造の上面のみならず両側面も覆うため、コンタクト面積が増大し、コンタクト抵抗が減少する。本発明の構成は、特に前記第２のクラッド層の可能な厚さに限界があるＩＩＩ族元素の窒化物を使った光半導体装置において有効である。すなわち、本発明においては、メサを形成する第３のクラッド層としてＩＩＩ族元素の窒化物を使うことにより、クラッド層全体の厚さを、クラックを生じること無く厚くすることができる。これにより、クラッドの外側への光のしみだし、およびこれに伴う遠視野像の乱れが効果的に抑制される。
【００９４】
また本発明の特徴によれば、
第１の導電型を有する基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された、第１の導電型を有する第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された活性層と、前記活性層上にエピタキシャルに形成された、第２の、逆導電型を有する第２のクラッド層とを備えた光半導体装置において、さらに前記第２のクラッド層上にエピタキシャルに形成された、第２の導電型を有する第３のクラッド層と、前記第３のクラッド層上に形成された、第２の導電型を有するコンタクト層と、前記コンタクト層上に形成された第１の電極と、前記基板上に形成された第２の電極とを設け、前記第３のクラッド層を逆Ｔ字型の断面を有するリッジ構造に形成し、前記第３のクラッド層の下部に、両側壁面からリッジ中心線に向かって切り込む一対の隙間を形成することにより、前記第３のクラッド層を絶縁膜をマスクに選択成長により形成する際に、絶縁膜マスクの面積を最小化でき、これに伴い、選択成長を行なう場合にかかる絶縁マスク上において生じやすい粒子状析出物の形成を最小化できる。また、前記絶縁マスク自体は選択成長工程の後で除去されるため、前記第１の電極を前記リッジ構造を覆うように形成した場合にかかる粒子状析出物により前記第１の電極の密着性が劣化することがない。前記第３のクラッド層は逆Ｔ字型断面を有するため、基部の面積が減少しており、リッジ領域に対応した選択的な電流注入が可能になる。
【００９５】
また本発明の特徴によれば、ＡｌとＩＩＩ族元素の窒化物を有機金属気相成長法により、絶縁膜パターン上に堆積し、絶縁膜パターン中に形成された開口部に対応して再成長領域を形成することが可能になる。特に、その際気相原料と共にハロゲンを使うことにより、絶縁膜パターン上への粒子状析出物の堆積を最小化することができる。
【００９６】
また本発明の特徴によれば、
基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された、ｎ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなる第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された、前記ｎ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなる第１の導波層と、前記第１の導波層上にエピタキシャルに形成された、ＩＩＩ族元素の窒化物を含む活性層と、前記活性層上にエピタキシャルに形成された、ｐ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなるエレクトロンブロック層と、前記エレクトロンブロック層上にエピタキシャルに形成された、ｐ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなる第２の導波層と、前記第２の導波層上にエピタキシャル形成された、ｐ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなる第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層上にエピタキシャルに形成された、ｐ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなるコンタクト層と、前記コンタクト層上に設けられた第１の電極と、前記基板上に電子を注入するように設けられた第２の電極とよりなる光半導体装置において、前記エレクトロンブロック層と前記第２の導波層と前記第２のクラッド層と前記コンタクト層の各々を、いずれもＭｇによりドープし、その際前記第２の導波層および第２のクラッド層中におけるＭｇ濃度を、前記エレクトロンブロック層中のＭｇ濃度および前記コンタクト層中のＭｇ濃度のいずれよりも低く設定することにより、特に前記第２の導波層中および第２のクラッド層中におけるＭｇ濃度を、４×１０19ｃｍ-3以下に設定することにより、あるいは前記エレクトロンブロック層中および前記コンタクト層中におけるＭｇ濃度を、４×１０19ｃｍ-3を超えるように設定することにより、光半導体装置を構成するエピタキシャル層中におけるクラックの発生が最小化され、同時に駆動電圧が低減される。
【００９７】
また本発明によれば、ｎ型ＳｉＣ基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された、組成がＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ｎで表されるｎ型ＡｌＧａＮバッファ層とよりなる半導体ウェハにおいて、前記ＡｌＧａＮ層のキャリア密度を３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲に設定し、前記組成パラメータｘを０より大で０．４より小（０＜ｘ＜０．４）に設定することにより、またさらに前記ＳｉＣ基板中のキャリア濃度を３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲に設定することにより、またさらに前記ＡｌＧａＮバッファ層中のＡｌ組成を０．０９未満に設定することにより、またさらに前記ＡｌＧａＡｓバッファ層をＳｉＣ基板の（０００１）Ｓｉ面上に形成することにより、基板とバッファ層との間の界面抵抗を最小化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の青色レ−ザダイオ−ドの構成を示す図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例の基礎となる実験で使われた試料、および実験結果を示す図である。
【図３】本発明第１実施例の基礎となる実験の別の結果を示す図である。
【図４】本発明第１実施例の基礎となる実験の別の結果を示す図である。
【図５】本発明第１実施例の基礎となる実験の別の結果を示す図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるレ−ザダイオ−ドの構成を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例の基礎となる実験の結果を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例によるレ−ザダイオ−ドの構成を示す図である。
【図９】図８のレ−ザダイオ−ドの一変形例を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、本発明の第３実施例によるレ−ザダイオ−ドの製造工程を示す図（その１）である。
【図１１】（Ｂ）は、本発明の第３実施例によるレ−ザダイオ−ドの製造工程を示す図（その２）である。
【図１２】本発明第３実施例によるレ−ザダイオ−ドの一変形例を示す図である。
【図１３】（Ａ），（Ｂ）は、本発明第３実施例の選択成長工程で使われるマスク、および本発明第４実施例の選択成長工程で使われるマスクを示す図である。
【図１４】本発明の第４実施例によるレ−ザダイオ−ドの構成を示す図である。
【図１５】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の第５実施例による選択成長工程を示す図である。
【図１６】従来の青色レ−ザダイオ−ドにおけるｐ型エピタキシャル層中の不純物分布を示す図である。
【図１７】本発明の第６実施例の基礎となる実験結果を示す図である。
【図１８】本発明第６実施例の基礎となる実験結果を示す別の図である。
【図１９】本発明の第６実施例によるレ−ザダイオ−ドで使われる不純物分布を示す図である。
【図２０】図１９の一変形例による不純物分布を示す図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＳｉＣ基板
２ ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル層
３ ｎ型ＧａＮエピタキシャル層
５，６ ｎ型電極
１１ サファイア基板
１２ バッファ層
１３ ＧａＮ電極層
１４ ｎ型ＡｌＧａＮ下側クラッド層
１５ ｎ型ＧａＮ光導波層
１６ ＭＱＷ活性層
１７ ｐ型ＧａＮ光導波層
１８ ｐ型ＡｌＧａＮ上側クラッド層
１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２０ ＳｉＯ2 膜
２１ ｐ型電極
２２ ｎ型電極
３０ ｎ型エピタキシャル構造
３１ ｎ型ＳｉＣ基板
３２ ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層
３３ ｎ型ＧａＮバッファ層
３４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
３５ ｎ型光導波層
４０ 活性層
５０ ｐ型エピタキシャル構造
５１ ｎ型ＡｌＧａＮエレクトロンブロック層
５２ ｐ型光導波層
５３ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
５４ ｐ型ＧａＮコンタクト層
６１ ＳｉＯ2 膜
６２ ｐ型電極
６３ ｎ型電極
３０１，３０１Ａ，３０１ｃ ＳｉＯ2 マスク
３０１ｃ，３０１Ｗ マスク開口部
３０１ａ，３０１ｂ マスクパターン
３０１ｗ 広い開口部
３０２ ｐ型クラッド層
３０３ ｐ型コンタクト層
１００，２００，３００，３１０，４００ 青色レ−ザダイオ−ド
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に光半導体装置に係り、特にレ−ザダイオ−ドおよびその製造方法に関する。
レーザダイオード，発光ダイオードあるいはフォトダイオード等の光半導体装置は、光通信や光情報処理、さらに情報記録の分野において広く使われている。一般にレーザダイオードは赤色光から赤外光の波長領域において発振するが、光情報記録の分野では、より大きい記録密度を実現すべく、より短波長で発振するレーザダイオードが要求されている。また、かかる短波長に光に感応するフォトダイオードが要求されている。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮはバンドギャップが大きく、波長が４００ｎｍ以下の青色あるいは紫外光領域で動作するレーザダイオードやフォトダイオードなどの光半導体装置を構成するのに有望な材料である。ＧａＮ結晶を活性層に使った青色発光ダイオードはすでに実用化されている。またＩｎＧａＮ結晶を活性層として使ったＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮダブルヘテロ構造の青色レーザダイオードが公知である。かかるＧａＮを使った青色光半導体装置では、ＧａＮ結晶によりバンドギャップの小さい成分を導入した混晶を使うことにより、緑色の発光が得られる。
【０００３】
ところで、ＧａＮは六方晶系に属するウルツ鉱型の結晶構造を有しており、現在の技術では単結晶基板の作製が困難であるため、かかるＧａＮを活性層とする光半導体装置では、前記ＧａＮ活性層を、ＧａＮと同様な六方晶系に属するサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）単結晶基板のｃ面上にエピタキシャル成長させることにより形成している。
【０００４】
図１は、従来のＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷ構造を有する青色レ−ザダイオ−ド１の構成を示す。
図１を参照するに、青色レ−ザダイオ−ド１はサファイア基板１１上に形成され、前記基板１１上に形成されたＧａＮバッファ層１２と、前記ＧａＮバッファ層１２上に形成されたｎ型ＧａＮ電極層１３と、前記電極層１３上に形成された、組成がＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎを有するｎ型ＡｌＧａＮよりなる下側クラッド層１４と、前記クラッド層１４上に形成されたｎ型ＧａＮ光導波層１５と、前記ｎ型光導波層１５上に形成された、非ドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮの積層構造を有するＭＱＷ活性層１６と、前記ＭＱＷ活性層１６上に形成されたｐ型ＧａＮ光導波層１７と、前記ｐ型光導波層１７上に形成された組成がＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎを有するｐ型ＡｌＧａＮよりなる上側クラッド層１８とを含み、前記上側クラッド層１８には前記活性層１６およびその上下の光導波層１５，１７中に導波路を形成する導波リッジ１８Ａが形成される。さらに、前記導波リッジ１８Ａの頂部にはｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層１９が形成され、前記上側クラッド層１８およびその上のＧａＮコンタクト層１８Ａは、前記導波リッジ１８Ａの側壁面も含めてＳｉＯ2 等の絶縁膜２０により覆われ、さらに前記絶縁膜２０上には前記絶縁膜２０中に形成されたコンタクトホールを介して前記ＧａＮコンタクト層１８Ａとコンタクトするように、ｐ型電極２１が形成される。
【０００５】
また、前記半導体層１４〜１８よりなる積層構造は、前記基板１１に実質的に垂直な側壁面Ｗ１，Ｗ２により画成され、また紙面の上下方向に対向する一対のミラー面により光共振器が形成される。さらに、前記基板１１、バッファ層１２およびその上の電極層１３は前記側壁面Ｗ２を超えて延在し、前記電極層１３の延在部上にｎ型電極２２が形成される。
【０００６】
かかる青色レ−ザダイオ−ドは、３９０〜４２０ｎｍの範囲に発振波長を有し、特に高密度情報記録の分野において、重要な用途を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１の青色レ−ザダイオ−ド１では、サファイア結晶のｃ面がＧａＮに対して１３％以上の格子不整合を有している結果、前記ＭＱＷ層１６を含む光学的活性層１５〜１７中に高濃度の結晶欠陥が導入されやすい問題点がある。また、レーザダイオード１では絶縁性のサファイア基板を使うため、通常の端面発光型のレ−ザダイオ−ドと異なり基板底面に電極を設けることが困難で、このため形成するレーザダイオードの構成あるいは製造工程が複雑になってしまう問題点が存在する。さらに、サファイア基板はへき開性が乏しく、このため通常の閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するレ−ザダイオ−ドと異なり、へき開によりレ−ザダイオ−ドのミラー面を形成するのが困難である。図１の青色レ−ザダイオ−ド１では、前記一対のミラー面はドライエッチング法により形成されるが、かかる工程は時間がかかり、また形成されるミラー面の平坦性も垂直性も、へき開により形成される面の平坦性に及ばない。
【０００８】
一方、かかるサファイア基板の代わりに、同じ六方晶系に属し、導電性を有するＳｉＣをＧａＮ活性層を有する光半導体装置の基板として使うことが提案されている。例えば、特開平１０−１３５５７６号公報には、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の（０００１）Ｓｉ面上にＧａＮ活性層をエピタキシャル成長させる技術が記載されている。ＳｉＣ基板はＧａＮに対する格子不整合が４％以下と小さく、また電気伝導性を有し、さらにサファイアよりも優れた熱伝導特性を有する好ましい特徴を備えている。このため、通常の端面発光型レ−ザダイオ−ドと同様な構成の青色レ−ザダイオ−ドを形成することができる。
【０００９】
一方、このようなＳｉＣ基板上にＧａＮ活性層をエピタキシャルに形成するためには、前記ＳｉＣ基板上にＧａＮバッファ層を形成する必要があるが、ＧａＮはＳｉＣ基板上において島状成長を生じ、その結果かかる構成のエピタキシャル構造ではＧａＮ活性層を平坦に形成することが困難になる。また、これに伴い、ＧａＮ活性層中には様々な欠陥が導入され、活性層中におけるＧａＮとフォトンとの間の相互作用が阻害されるため、レ−ザダイオ−ドの発光効率が低下する等の問題が生じる。
【００１０】
このようなＧａＮ膜の島状成長の問題は、ＳｉＣ基板上にＡｌＮあるいはＡｌＧａＮ膜をバッファ層としてエピタキシャル成長し、その上にＧａＮ膜を成長させることで回避できる。しかし、ＡｌＮ膜に導電性を付与するのは、現在の技術では困難である。
一方、ＡｌＧａＮ膜の場合、Ａｌ組成が４０％以下の範囲においてはｎ型の導電性を付与することが可能である。従って、このような組成範囲であれば、前記ＡｌＧａＮバッファ層を介してＧａＮ活性層とＳｉＣ基板とを電気的に接続することが可能である。
【００１１】
しかしながら、ＡｌＧａＮバッファ層を使う場合、ＧａＮ活性層の下地として適当な平坦な表面を有し、しかも好ましい、十分な導電性を有するＡｌＧａＮ膜を形成できる条件は、未だ不明のままであった。
そこで、本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な光半導体装置およびその製造方法を提供することを概括的課題とする。
【００１２】
本発明のより具体的な課題は、ＳｉＣ基板上にＧａを含むＩＩＩ族元素の窒化物をエピタキシャル成長させた光半導体装置において、前記窒化物のエピタキシャル層を平坦化すると同時に、前記ＳｉＣ基板と前記窒化物のエピタキシャル層との間に良好な電気伝導性を確保することにある。
本発明の他の課題は、簡単な構造で電流注入を所望のストライプ領域に確実に制限でき、高出力においても効果的な横モード制御を行なえる光半導体装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の課題は、窒化物の選択成長領域を有する光半導体装置、およびその製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、Ｇａを含むＩＩＩ族元素の窒化物を活性層として含む光半導体装置において、前記活性層からの電子のオーバーフローを抑止するエレクトロンブロック層のドーピングプロファイルを、クラックを発生させず、しかも前記活性層中へのキャリアの閉じ込めを向上させ、しきい値電圧を低下させた光半導体装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を、第１の導電型を有するＳｉＣ基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された、前記第１の導電型を有し、組成がＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ｎで表されるＡｌＧａＮよりなるバッファ層と、前記バッファ層上にエピタキシャルに形成された前記第１の導電型を有する第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された活性層と、前記活性層上にエピタキシャルに形成された、前記第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層に第１の極性の第１のキャリアを注入するように形成された第１の電極と、前記ＳｉＣ基板上に、第２の極性の第２のキャリアを注入するように形成された第２の電極とよりなり、前記バッファ層は、前記第１の導電型のキャリアを、３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲の濃度で含み、前記組成パラメータｘが０より大で０．０９より小であり、（０＜ｘ＜０．０９）前記基板は、前記第１の導電型のキャリアを、１×１０ 18 〜１×１０ 20 ｃｍ -3 の範囲の濃度で含むことを特徴とする光半導体装置により解決する。
【００１５】
また本発明は、上記の課題を、ｎ型のキャリアを、１×１０ 18 〜１×１０ 20 ｃｍ -3 の範囲の濃度で含むＳｉＣ基板上に、有機金属気相成長法により、組成がＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎで表されるＡｌＧａＮ膜を、成長圧力９０Ｔｏｒｒ以下でエピタキシャル成長させる工程を含み、前記ＡｌＧａＮ膜において、前記組成パラメータｘは０より大で０．０９より小（０＜ｘ＜０．０９）であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
より、解決する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
以下、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜0.4 ）をＡｌＧａＮと記す。この組成範囲がｎ型ドーピングが可能で、かつエピタキシャル層表面を平坦にできる範囲である。ＡｌＧａＮ層は、ＳｉＣ基板上に有機分子気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によりエピタキシャルに成長することができる。成長圧力を１００ｔｏｒｒとした場合、ＡｌＧａＮのＡｌ組成を９％以上とした時、平坦な表面を得ることができる。
【００１７】
ｎ型ＳｉＣ基板上に、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎバッファ層を成長し、その上に所望のＧａＮ系結晶層を積層してＧａＮ系レーザを形成することができる。このようにして作成したＧａＮ系半導体レーザは、発振波長４２０ｎｍで発振し、しきい値電流は５００ｍＡ，しきい値電圧は２２Ｖであった。
ＧａＮ系半導体のｐｎ接合の作り付け電位は本来約３Ｖであり、この値から期待される理想的な半導体レーザのしきい値は４〜５Ｖである。実際に必要であったしきい値電圧２２Ｖは、ｐｎ接合の作り付け電位から期待される理想値と較べると極めて大きな電圧である。
【００１８】
本発明者は、しきい値電圧が高い原因を究明し、ＳｉＣ基板とＡｌＧａＮバッファ層の間の界面抵抗が大きな原因の１つであることを解明した。
ＳｉＣとＡｌＧａＮのバンド構造の詳細は、現在まで明確ではない。さらに、ＳｉＣとＡｌＧａＮの界面には多くの結晶欠陥が存在する。従って、ＳｉＣ−ＡｌＧａＮ界面の界面抵抗を下げる方法を理論的に究明することは非常に困難である。
【００１９】
そこで、本発明者は実験的手法によりＳｉＣ基板とその上に成長するバッファ層との間の界面抵抗を低減できる解決策を求め、その結果を得た。
図２（Ａ）に、実験に用いたサンプルの構成を概略的に示す。改良レイリー法によりバルク成長させた窒素ドープのｎ型ＳｉＣ基板１は、厚さ約２００μm ，面積約１ｃｍ2 であり、６Ｈ−ウルツ鉱型構造の（０００１）Si面を有する。ｎ型ＡｌＧａＮ層２は、ｎ型不純物としてＳｉを用い、ＳｉＣ基板上にＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャルに成長され、厚さ約１μm である。なお、電極とのコンタクト抵抗を低減させるため、ｎ型ＡｌＧａＮ層２の上に、さらにｎ型ＧａＮ層３を厚さ約0.2 μm ＭＯＶＰＥ工程によりエピタキシャルに成長した。
【００２０】
ＭＯＶＰＥ工程は、ソースガスとして例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリエチルガリウム（ＴＥＧ），トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），トリメチルインジウム（ＴＭＩ），アンモニア（ＮＨ3 ）を用い、不純物ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4 ）とビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｇｐ2 Ｍｇ）を用い、成長温度１０９０℃で行った。
【００２１】
ＳｉＣ基板の裏面全面にＮｉの電極５を形成し、ｎ型ＧａＮ層３の表面上に円形またはストライプ状の電極６を形成した。電極６は、Ｔｉ層の上にＡｌ層を積層した積層電極である。円形電極の場合には、直径を３０μm 〜９０μm の範囲で選択した。ストライプ状電極の場合、幅は２〜１５μm ，長さは３００〜９００μm の範囲で選択した。ｎ型ＡｌＧａＮ層２およびｎ型ＳｉＣ基板のｎ型キャリア濃度、ｎ型ＡｌＧａＮ層２のＡｌ組成、ＭＯＶＰＥの成長圧力を変化させて、その結果を調べた。
【００２２】
図２（Ｂ）は、ｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度を変化させた時の、ＳｉＣ／ＡｌＧａＮ界面の界面抵抗率の変化を示すグラフである。横軸はｎ型ＡｌＧａＮ層中のｎ型キャリア濃度を対数スケール、単位ｃｍ-3で示し、縦軸は界面抵抗率を対数スケール、単位Ωｃｍ2 で示す。ｎ型ＳｉＣ基板１のｎ型キャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3とし、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層のＡｌ組成はｘ＝0.09とした。
【００２３】
なお、グラフにはｎ型ＡｌＧａＮ層中のキャリア濃度を１×１０17ｃｍから１×１０20ｃｍ-3まで変化させた時の界面抵抗率のプロットを示す。図１（Ａ）に示す構成の場合、電極、ＳｉＣ基板、ＡｌＧａＮ層、ＧａＮ層それぞれのバルク抵抗は無視できる程度の値であり、電極の接触抵抗、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの界面抵抗も無視できる値である。従って、電極５，６間に電流を流した時に測定される抵抗は、実効的にＳｉＣ／ＡｌＧａＮの界面抵抗のみである。
【００２４】
図２（Ｂ）から明らかなように、界面抵抗率のプロットは、２つの直線ｒ１，ｒ２上に乗っている。すなわち、キャリア濃度が約５×１０18ｃｍ-3以上の場合、界面抵抗率のプロットは勾配のゆるやかな直線ｒ２上にあり、キャリア濃度が約５×１０ 18 ｃｍ-3以下の場合界面抵抗率のプロットは勾配の急な直線ｒ１上にある。
【００２５】
直線ｒ２は直線ｒ１よりも勾配がゆるやかであり、キャリア濃度を変化させたときの界面抵抗率の変化が小さいことを示している。また、勾配の異なる２つの直線は、直線ｒ１の領域と直線ｒ２の領域で異なる現象が生じていることを示唆する。
ｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度を約５×１０18ｃｍ-3以上にすれば、ＡｌＧａＮ／ＳｉＣ界面の界面抵抗率は勾配のゆるやかな直線ｒ２上にあり、低い界面抵抗を安定に得ることができる。
【００２６】
メサ型ＧａＮ系半導体レーザ装置を作成した場合、全エピタキシャル層の抵抗が約１０Ω程度となる。ＡｌＧａＮ／ＳｉＣ界面の界面抵抗は、この全エピタキシャル層の抵抗値よりも低くすることが望まれる。
エピタキシャル層の面積が７００μm ×４μm 程度である場合、キャリア濃度が３×１０18ｃｍ-3程度であっても界面抵抗の値はエピタキシャル層の全抵抗よりも確実に小さなものとすることができる。従って、ｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度としては、約３×１０18ｃｍ-3以上が好ましく、約５×１０18ｃｍ-3以上がより好ましい。
【００２７】
なお、ｎ型ＡｌＧａＮ層のキャリア濃度を１×１０20ｃｍ-3を越える値にしようとした場合、ＡｌＧａＮ層表面に非常に多くの結晶欠陥が発生し、実験を行うことが困難であった。従って、ｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度は約１×１０20ｃｍ-3以下とすることが好ましい。
上記の実験においては、ｎ型ＳｉＣ基板上に成長するｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度を変化させた。次に、ｎ型ＳｉＣ基板１のキャリア濃度を変化させ、界面抵抗率の変化を測定した。ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層２のＡｌ組成はｘ＝0.09, キャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3とした。
【００２８】
図３は、ｎ型ＳｉＣ基板のキャリア濃度を変化させた時の界面抵抗率の変化を示すグラフである。図３中横軸はｎ型ＳｉＣ基板１内のキャリア濃度を単位ｃｍ-3で対数スケールで示し、縦軸はＳｉＣ／ＡｌＧａＮ界面の界面抵抗率を単位Ωｃｍ2 で対数スケールで示す。グラフには、ｎ型ＳｉＣ基板のキャリア濃度を１×１０17ｃｍ-3から３×１０19ｃｍ-3まで変化させた時のプロットを示す。
【００２９】
図３から明らかなように、得られたプロットは直線ｒ３，ｒ４上にある。すなわち、ｎ型ＳｉＣ基板１のキャリア濃度が約１×１０18ｃｍ-3以下の場合、界面抵抗率は直線ｒ３上にあり、キャリア濃度が約１×１０18ｃｍ-3以上の場合、界面抵抗率は直線ｒ４の上にある。直線ｒ４は、直線ｒ３よりも勾配がゆるやかであり、キャリア濃度を変化させても界面抵抗率の変化は小さい。
【００３０】
ＳｉＣ基板１のキャリア濃度を１×１０20ｃｍ-3よりも高くしようとした場合、ＳｉＣバルク結晶の結晶性が著しく劣化し、実験ができなかった。
従って、ｎ型ＳｉＣ基板１は、約１×１０18ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3の範囲のキャリア濃度を有することが好ましい。キャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3よりも小さくなると、界面抵抗は急激に増大する。キャリア濃度が１×１０20ｃｍ-3を越えるとＳｉＣ基板の結晶性が劣化する。
【００３１】
次に、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層２のＡｌ組成ｘを変化させた場合界面抵抗率がどのように変化するかを調べた。ｎ型ＳｉＣ基板１のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3，ｎ型ＡｌＧａＮ層２のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3とした。
図４は、ｎ型ＡｌＧａＮ層２のＡｌ組成を変化させた時の界面抵抗率の変化の様子を示す。横軸はＡｌ組成を単位％で示し、縦軸は界面抵抗率を示す。横軸、縦軸共にリニアスケールで示す。
【００３２】
図４から明らかなように、得られた界面抵抗率のプロットは、直線ｒ５，ｒ６上にある。Ａｌ組成が約９％以下の領域においては勾配のゆるやかな直線ｒ５上に界面抵抗率のプロットが存在し、Ａｌ組成が約９％を越えると、界面抵抗率のプロットは勾配のより急峻な直線ｒ６上にあり、Ａｌ組成の増加と共に界面抵抗率は急峻に増加する。従って、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層２のＡｌ組成は、９％未満とすることが好ましい。
【００３３】
上述の結果は、結晶成長方法としてＭＯＶＰＥを用いて得た。しかしながら、界面抵抗率は基本的にバンド構造と不純物濃度とに支配されると考えられる。従って、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）等の他の成長方法を用いても同様の結果が得られると考えられる。
ＧａＮ系半導体結晶の結晶成長をＭＯＶＰＥによって行う場合、成長圧力を１００ｔｏｒｒとしていた。しかし、成長圧力を１００ｔｏｒｒとした場合、平坦な表面のエピタキシャル層を得るためには、ＳｉＣ基板上に直接成長するＡｌＧａＮバッファ層のＡｌ組成を８％より大きくする必要があった。本発明の発明者は成長条件を種々に変化させた結果、成長圧力を下げることにより８％以下のＡｌ組成のＡｌＧａＮ層でも平坦な表面を形成することができることを見いだした。
【００３４】
図５は、ＭＯＶＰＥによるＡｌＧａＮ層成長において、成長圧力と平坦な表面を得るために必要な最低Ａｌ組成の関係を示す。横軸は成長圧力を単位ｔｏｒｒでリニアスケールで示し、縦軸は最低Ａｌ組成を単位％でリニアスケールで示す。
図５を参照するに、成長圧力を低下させるに従い、平坦な表面を得るために必要な最低Ａｌ組成（％）は次第に減少しているのがわかる。言い換えると、低いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層も、成長圧力を下げたＭＯＶＰＥで成長すれば平坦な表面を有するようになる。
【００３５】
なお、Ａｌ組成のプロットは、約±１％程度の誤差を含む。成長圧力１００ｔｏｒｒ，７０ｔｏｒｒ，５０ｔｏｒｒのプロットは、ほぼ直線ｒ７上に乗っているが、成長圧力２０ｔｏｒｒのプロットは、この直線ｒ７から幾分離れている。これが測定誤差によるものか、成長構造の変化によるものかは現在のところ不明である。
【００３６】
本明細書においては、成長圧力に関連したＡｌ組成ｘ（％）の値は、約±１％の誤差を含むものとし、その値を約ｘ％と表現する。
図５の結果から、約８％のＡｌ組成を有し、平坦な表面を有するＡｌＧａＮ層を成長するためには、成長圧力は９０ｔｏｒｒ以下とすることが好ましいと結論される。またＡｌ組成約６％の平坦な表面を有するＡｌＧａＮ層を成長するためには、成長圧力は７０ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。Ａｌ組成約４％で平坦な表面を有するＡｌＧａＮ層を成長するためには、成長圧力は５０ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。同様に、Ａｌ組成約２％で平坦な表面を有するＡｌＧａＮ層を成長するためには、成長圧力を２０ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。
【００３７】
以上説明した実験結果を利用することにより、ｎ型ＳｉＣ基板上にｎ型ＡｌＧａＮ層をエピタキシャルに成長し、低い界面抵抗と平坦な表面を実現することができる。従って、さらに必要なエピタキシャル層を積層することにより、しきい値電圧の低いＧａＮ系半導体レーザ装置を実現することができる。ＳｉＣ基板上にｎ側電極を形成した半導体装置を作成することができる。
【００３８】
図６（Ａ），（Ｂ）は、上述の実験結果を利用したＧａＮ系半導体レーザ１００の構造を概略的に示す。
図６（Ａ）を参照するに、ｎ型ＳｉＣ基板３１は、６Ｈウルツ鉱型構造を有し、その表面は（０００１）Si面である。ｎ型ＳｉＣ基板３１には窒素がドープされており、ｎ型の導電性を示す。ｎ型キャリア濃度は、例えば８×１０17ｃｍ-3である。
【００３９】
ｎ型ＳｉＣ基板３１の表面上に、ｎ型エピタキシャル構造３０、活性層４０、ｐ型エピタキシャル構造５０が積層されている。ｎ型エピタキシャル構造３０は、下からｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのバッファ層３２、ｎ型ＧａＮのバッファ層３３、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのクラッド層３４、ｎ型ＧａＮの光導波層３５を含む。
【００４０】
ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層３２は、例えば厚さ約0.15μm ，ｎ型不純物Ｓｉ濃度８×１０18ｃｍ-3を有する。ｎ型ＧａＮバッファ層３３は、例えば厚さ約0.1 μm ，ｎ型不純物Ｓｉ濃度３×１０18ｃｍ-3を有する。ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのクラッド層３４は、例えば厚さ約0.5 μm ，ｎ型不純物Ｓｉ濃度約３×１０18ｃｍ-3を有する。ｎ型ＧａＮの光導波層３５は、例えば厚さ約0.1 μm ，ｎ型不純物Ｓｉ濃度約３×１０18ｃｍ-3を有する。
【００４１】
活性層４０はＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎで形成されるノンドープ多重量子井戸構造であり、３層のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層と４層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層とが交互に配置された構造を有する。Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層は、例えば厚さ約4.0 ｎｍであり、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層は例えば厚さ約5.0 ｎｍである。
【００４２】
ｐ型エピタキシャル層構造５０は、下からｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎのエレクトロンブロック層５１，ｐ型ＧａＮの光導波層５２，ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのクラッド層５３，ｐ型ＧａＮのコンタクト層５４を含む。
ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層５１は広いバンドギャップを有し、下方から進入する電子をブロックする役割を果たす。このエレクトロンブロック層５１は、例えば厚さ約２０ｎｍであり、ｐ型不純物Ｍｇ濃度約５×１０19ｃｍ-3を有する。ｐ型ＧａＮ光導波層５２は、例えば厚さ約0.1 μm ，ｐ型不純物Ｍｇ濃度約５×１０19ｃｍ-3を有する。ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層５３は、例えば厚さ約0.5 μm ，ｐ型不純物Ｍｇ濃度約５×１０19ｃｍ-3を有する。ｐ型ＧａＮコンタクト層５４は、ｐ型電極に対するコンタクト抵抗を低減させるための層であり、例えば厚さ0.2 μm ，ｐ型不純物Ｍｇ濃度約５×１０19ｃｍ-3を有する。
【００４３】
これらのエピタキシャル層は、減圧式のＭＯＶＰＥにより、例えば成長圧力１００ｔｏｒｒで成長することができる。成長原料としては、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリエチルガリウム（ＴＥＧ），トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），トリメチルインジウム（ＴＭＩ），アンモニア（ＮＨ3 ）を用い、トーパント原料としてはモノシラン（ＳｉＨ4 ）とビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を用いることができる。ｎ型ＳｉＣ基板１１は、種結晶を用いた気相成長法である改良レイリー法によりバルク成長したＳｉＣ基板を用いることができる。
【００４４】
ｎ型層構造３０の成長は、例えば成長温度１０９０℃，成長速度２μm ／ｈｒで成長することができる。活性層構造４０は、例えば成長温度７８０℃，成長速度約0.3 μm ／ｈｒで成長することができる。ｐ型層構造５０は、例えば成長温度１１３０℃，成長速度１μm ／ｈｒで成長することができる。
ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層３２がｎ型キャリア濃度約８×１０18ｃｍ-3を有するため、図２（Ｂ）のグラフから明らかなようにｎ型ＳｉＣ基板３１とｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層１２との界面の界面抵抗を低く抑えることができる。
【００４５】
なお、ｎ型ＳｉＣ基板３１としては厚さ２００μm の基板を用いてその上にエピタキシャル成長を行い、成長後ＳｉＣ基板の裏面を研磨し、厚さを約１００μm 程度まで薄くする。その後、ドライエッチングによりエピタキシャル層表面に幅約３〜５μm ，たとえば3.5 μm ，高さ約0.4 μm のメサを形成する。クラッド層５３の厚さ分布を形成することにより、屈折率ガイド構造が形成され、レーザの横モード制御が行われる。
【００４６】
メサ表面に例えばＳｉＯ2 で形成された絶縁膜６１を堆積し、窓を形成してｎ型ＧａＮコンタクト層５４表面を露出させる。窓の幅は、例えば１〜４μm 程度とする。
その後、ＳｉＣ基板３１裏面全面にＮｉ層、Ｔｉ層、Ａｕ層を順次積層し、ｎ側電極６３を形成する。また、メサ上面にＮｉ層、Ｔｉ層、Ａｕ層を順次積層し、パターニングしてｎ側電極６２を作成する。
【００４７】
電極形成後、メサのストライプ方向と直交する方向に劈開を行い、図６（Ｂ）に示すように例えば長さ約７００μm のリッジ型共振器を形成する。ストライプの方向は〔１−１００〕方向であり、劈開面は〔１−１００〕面である。図６（Ｂ）の構造では、前記劈開面上にミラーＨＲが形成されている。
このような構造により、半導体レーザ素子を作成し、波長４２０ｎｍで発振させることができた。駆動電源としてパルス電源を用い、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚで駆動した。しきい値電流５００ｍＡ，しきい値電圧１５Ｖが得られた。
【００４８】
比較のため、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層３２のキャリア濃度を３×１０18ｃｍ-3としたサンプルも作成した。このサンプルにおいては、４２０ｎｍで発振を行うことができたが、しきい値電流は５００ｍＡ，しきい値電圧は２２Ｖであった。すなわち、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層３２のキャリア濃度を３×１０18ｃｍ-3から８×１０18ｃｍ-3に増加させたことにより、しきい値電圧を２２Ｖから１５Ｖに減少させることができた。
【００４９】
さらに、ＳｉＣ基板の濃度を８×１０17ｃｍ-3から４×１０18ｃｍ-3に増加させ同様の半導体レーザを作成した。このレーザは４２０ｎｍで発振し、しきい値電流は５００ｍＡ，しきい値電圧は１２Ｖであった。ＳｉＣ基板のｎ型キャリア濃度を増大させたことにより、しきい値電圧がさらに３Ｖ低下した。
図２（Ｂ）に示す特性からは、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層３２のキャリア濃度をさらに増大させれば、しきい値電圧をさらに低下させることが可能であると推測される。また、図４の特性からは、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層のＡｌ組成を0.09からより小さな値に減少させることにより、界面抵抗を減少させることができ、しきい値電圧をさらに減少させることができると期待される。
【００５０】
Ａｌ組成を減少させ、かつ平坦な表面を得るためには、図５に示すように成長圧力を減少させることが好ましい。例えば、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層３２の代わりにｎ型Ａｌ0.04Ｇａ0.96Ｎバッファ層を成長圧力４０ｔｏｒｒで形成する。他の層は図６で説明したものと同様であり、その製造プロセスも同様である。
ｎ型Ａｌ0.04Ｇａ0.96Ｎバッファ層のｎ型不純物Ｓｉ濃度が約８×１０18ｃｍ-3とすれば、しきい値電圧は約１０Ｖ程度と低下するであろう。ｎ型ＳｉＣ基板表面上に形成するｎ型ＡｌＧａＮバッファ層のＡｌ組成をさらに減少させれば、界面抵抗、従ってしきい値電圧はさらに低下すると考えられる。
［第２実施例］
本発明の発明者は、先に説明した図６（Ａ），（Ｂ）の構造の青色レ−ザダイオ−ド１００について、前記ＳｉＣ基板３１と活性層４０との間の介在する層の厚さとしきい値電流の関係を実験的に調べたところ、図７の関係を見出した。ただし図７中、縦軸はレ−ザダイオ−ドのしきい値電流密度を示し、横軸は前記ＳｉＣ基板３１と活性層４０との間に介在する膜の合計膜厚を示す。
【００５１】
図７を参照するに、レ−ザダイオ−ドのしきい値電流は、前記基板３１と活性層４０との間に介在する膜の厚さの合計が増大するにつれて減少する傾向を一般的に示し、特に前記合計膜厚が約１．６μｍに達するまでは急激に減少することがわかる。
この理由は明らかではないが、基板３１と活性層４０との間に介在するエピタキシャル層の合計膜厚が増大するにつれて、エピタキシャル層中の欠陥密度が減少するものと理解される。
【００５２】
図７の結果は、このようにレ−ザダイオ−ドのしきい値電流を低減するには、前記基板３１と活性層４０との間に介在するエピタキシャル層の合計膜厚を増大させればよいことを示しているが、一方でかかる合計膜厚大きくなりすぎると、基板３１上に形成されたエピタキシャル層３０，４０，５０中にクラックが生じやすい問題が生じる。これは、おそらくＳｉＣ基板３１とその上の窒化物エピタキシャル層との間の熱膨張係数差に起因する引っ張り応力が前記エピタキシャル層に作用する結果であると考えられる。
【００５３】
これに対し、本発明の発明者は、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎで表される前記バッファ層３２中のＡｌ組成ｘよりも、Ａｌy Ｇａ1-y Ｎで表される前記下側クラッド層３４のＡｌ組成ｙを小さく設定することにより、かかるクラックの発生が抑制されることを見出した。また、本発明の発明者は、前記下側クラッド層３４中のＡｌ組成ｙよりも、Ａｌz Ｇａ1-z Ｎで表される前記上側クラッド層３４のＡｌ組成ｚを小さく設定することにより、かかるクラックの発生がさらに抑制されることを見出した。これは、ＳｉＣ基板とエピタキシャル層との間の格子定数差により、前記バッファ層３２あるいはクラッド層３４，５３を含むエピタキシャル層中に圧縮応力が誘起され、かかる圧縮応力が前記熱膨張係数差に起因する引っ張り応力を打ち消すためと理解される。
【００５４】
図８は、本発明の第２実施例による青色レ−ザダイオ−ド２００の構成を示す。ただし図８中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図８を参照するに、レ−ザダイオ−ド２００ではＧａＮバッファ層３３が省略されており、前記ＡｌＧａＮバッファ層３２とＡｌＧａＮクラッド層３４とＧａＮ光導波層３５の膜厚が、それぞれ１．０μｍ，１．５μｍおよび０．１μｍに設定される。その結果、前記ＳｉＣ基板３１と活性層４０との間の合計膜厚は２．６μｍとなり、図７に示したように、しきい値電流が７〜８ｋＡ／ｃｍ2 程度まで減少する。
【００５５】
本実施例では、また前記下側クラッド層３４中のＡｌ組成が０．１０で、バッファ層３２中のＡｌ組成０．１５よりも小さく設定されており、さらに前記上側クラッド層５３中のＡｌ組成が０．０８で、前記下側クラッド層３４中のＡｌ組成よりも小さく設定されている。その結果、図８のレ−ザダイオ−ド２００では、前記基板３１と活性層４０との間のエピタキシャル層の合計膜厚をこのように増大させてもクラックが発生するおそれはない。
【００５６】
本実施例のその他の特徴は、先に説明した青色レ−ザダイオ−ド１００と同様であり、説明を省略する。
図９は、図８のレ−ザダイオ−ド２００の一変形例によるレ−ザダイオ−ド２１０の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
本実施例では、前記バッファ層３２とクラッド層３４と光導波層３５の厚さをそれぞれ０．３５μｍ，１．１５μｍおよび０．１μｍとし、その結果、前記基板３１と活性層４０との間のエピタキシャル層の合計膜厚は１．６μｍになっている。また、前記バッファ層３２と下側クラッド層３４とは同一のＡｌ組成０．１０を有しているが、前記上側クラッド層５３中のＡｌ組成０．０８は下側クラッド層３４中のＡｌ組成よりも小さく、このためＳｉＣ基板３１上に形成されるエピタキシャル層中におけるクラックの発生は効果的に抑制される。
［第３実施例］
先に説明したリッジ型のレ−ザダイオ−ド１００，２００あるいは２１０では、前記活性層４０中における水平横モードの制御は、前記上側クラッド層５３にメサ構造を形成することにより行われるが、十分な水平横モードの制御を行なおうとすると、メサの幅を２μｍ以下に設定する必要がある。しかし従来より、このような非常に細いメサ構造の形成は困難であった。また、このような構造では、メサの幅を２μｍ以下に設定した場合、前記メサ上においてＳｉＯ2 膜６１中に形成される窓の幅も減少してしまい、その結果前記電極６２とコンタクト層５４との接触面積が減少してしまう。換言すると、先のリッジ型レ−ザダイオ−ドは、素子抵抗が高くなる問題を有していた。また、このような非常に細いメサ構造上でＳｉＯ2 膜６１をパターニングし、コンタクト窓を形成するのは非常に困難である。
【００５８】
さらに、かかるレ−ザダイオ−ドにおいては、垂直横モードに関連して、垂直方向における効果的な活性層への光の閉じ込めを実現しようとすると、前記上側クラッド層５３の厚さを増大させる必要があるが、クラッド層５３の格子定数はバッファ層３２の格子定数と異なるため、クラッド層５３の厚さを増大させるとクラックが発生してしまう。このため、従来のリッジ型レ−ザダイオ−ド１００，２００あるいは２１０では十分な光閉じ込めができず、その結果電極により損失が生じたり遠視野パターン（ＦＦＰ）が単一ピークにならないなど、レ−ザダイオ−ドの動作特性に悪影響が生じる。
【００５９】
これに対し、図１０（Ａ）および図１１（Ｂ）は、上記の課題を解決した本発明の第３実施例によるレ−ザダイオ−ド３００の製造工程を示す。ただし、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図１０（Ａ）を参照するに、ｎ型ＳｉＣ基板３１上にはｎ型窒化物層３２〜３５を含むｎ型エピタキシャル層構造３０と活性層４０とｐ型窒化物層５１〜５４を含むｐ型エピタキシャル層構造５０とが、図６（Ａ）のレ−ザダイオ−ド１００と同様に積層され、最上層のｐ型ＧａＮキャップ層５４上には典型的にはＳｉＯ2 よりなる絶縁膜３０１が、熱ＣＶＤ法により、約３００ｎｍの厚さに形成される。
【００６０】
前記ＳｉＯ2 膜３０１は次いでＨＦをエッチャントとして使ったフォトリソグラフィーによりパターニングされ、前記ＧａＮキャップ層５４を露出する幅が約１μｍのストライプ開口部３０１Ｗが、レ−ザダイオ−ドの長手軸方向、すなわち＜１−１００＞方向に沿って延在するように形成される。
次に、図１１（Ｂ）の工程において、前記ストライプ開口部３０１Ｗにおいて露出したＧａＮキャップ層５４上に、前記ＳｉＯ2 膜３０１をマスクに組成がＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのｐ型ＡｌＧａＮを、ＭＯＶＰＥ法により、前記クラッド層５３を形成するのと同様な条件下で典型的には約１．４μｍの厚さに堆積し、第３のクラッド層３０２を前記ストライプ開口部３０１Ｗに対応して形成する。このようにして形成されたクラッド層３０２は図１１（Ｂ）中側方にも成長し、前記絶縁膜３０１を部分的に覆い、かつレ−ザダイオ−ドの長手方向に延在するリッジ構造を形成する。
【００６１】
さらに、図１１（Ｂ）の工程では、前記クラッド層３０２上にｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層３０３を同様にＭＯＶＰＥ法により、前記クラッド層３０２の上面およに両側壁面を連続して覆うように、約０．２μｍの厚さに形成し、さらに前記コンタクト層３０３上に電極６２を、前記コンタクト層３０３の上面および両側壁面を連続して覆うように形成する。最後に、前記レ−ザダイオ−ド１００の場合と同様に前記ＳｉＣ基板３１の底部を研磨し、電極６３を形成する。
【００６２】
本実施例によるレ−ザダイオ−ド３００では、図１０（Ａ）の工程において前記絶縁膜３０１のフォトリソグラフィーが、前記ＧａＮキャップ層５４の平坦な主面上において実行されるため、精度のよいパターニングが可能で、前記開口部３０１Ｗの幅を、必要に応じて容易に１μｍ以下に減少させることができる。
本実施例において、前記ＧａＮキャップ層５４は、前記絶縁膜３０１を形成する際に、Ａｌを含むクラッド層５３の酸化を抑止するために設けられる。前記絶縁膜３０１はＳｉＯ2 膜に限定されるものではなく、ＳｉＮあるいはＡｌ2 Ｏ3 膜を使うことも可能である。
【００６３】
さらに、本実施例による構造は、ＳｉＣ基板３１を使ったレ−ザダイオ−ドのみならず、図１で説明したサファイア基板を使ったレ−ザダイオ−ドに対しても適用可能である。サファイア基板を使う場合には、前記開口部３０１Ｗの延在方向はサファイアの＜１１−２０＞方向、すなわちＧａＮの＜１−１００＞方向に設定される。
【００６４】
本実施例のレ−ザダイオ−ド３００によれば、電極６２がコンタクト層３０３を介してリッジ構造のクラッド層３２の上面および両側面を連続して覆うため、電極６２のコンタクト抵抗が減少する。また、活性層４０へのキャリア（ホール）の注入が前記絶縁膜３０１中の細長い開口部３０１Ｗに限定されるため、クラッド層３０２自体の幅を厳しく制限しなくても、前記活性層４０への電流狭搾が効果的に実現され、効果的な水平横モードの制御が実現される。
【００６５】
さらに、前記クラッド層３０２は、幅の非常に狭い前記開口部３０１Ｗにおける選択成長により形成されるため、ＧａＮキャップ層５４あるいはクラッド層５３の全面におけるエピタキシャル成長により形成される場合と異なり、格子の緩和が生じることがなく、厚く形成してもクラックが発生することがない。このため、垂直方向への効果的な光の閉じ込めが実現され、遠視野パターンが向上する。また、電極６２による光損失も抑制される。
【００６６】
ところで、図１１（Ｂ）の工程において、前記絶縁膜３０１をマスクとした前記クラッド層３０２あるいはコンタクト層３０３の選択成長時に、前記絶縁膜３０１上に粒子状の析出物が生じる場合がある。
このような粒子状の析出物が生じると、前記電極６２を形成した場合に密着性が劣化してしまうおそれがある。
【００６７】
そこで、このような場合には、図１１（Ｂ）の工程において、前記クラッド層３０２およびコンタクト層３０３の形成の後、前記ＳｉＯ2 膜３０１をＨＦ等により除去してもよい。前記ＳｉＯ2 膜３０１の除去に伴い、その上に堆積していた粒子状の析出物も除去される。
このようにして形成した、本実施例の一変形例によるレ−ザダイオ−ド３１０を図１２に示す。
【００６８】
図１２を参照するに、前記クラッド層３０２は、図１１（Ｂ）の場合と同様な基部の面積が縮小した逆Ｔ字型の断面形状を有するが、図１１（Ｂ）のＳｉＯ2 膜３０１はエアギャップ３０１Ｇに置き換えられ、図６（Ａ）の場合と同様なＳｉＯ2 膜６１が前記ＧａＮ膜５４の露出表面およびコンタクト層３０３を覆う。さらに前記ＳｉＯ2 膜６１には開口部が形成され、前記電極６２が前記開口部を介して前記コンタクト層３０３とコンタクトする。
【００６９】
前記ＳｉＯ2 膜６１は一般に熱ＣＶＤ法のような気相堆積法により形成されるが、このような場合にはＳｉＯ2 膜６１の一部が前記エアギャップ３０１Ｇ中に侵入する場合もある。すなわち、前記レ−ザダイオ−ド３１０において、前記エアギャップ３０１ＧはＳｉＯ2 により完全に、あるいは部分的に充填されていてもよい。
【００７０】
前記レ−ザダイオ−ド３００あるいは３１０において、前記コンタクト層３０３は必要に応じて省略することもできる。
［第４実施例］
図１３（Ａ）は、先の実施例によるレ−ザダイオ−ド３００あるいは３１０の製造工程において、前記クラッド層３０２あるいはコンタクト層３０３を選択成長させる際にマスクとして使われる絶縁膜３０１の平面図である。
【００７１】
図１３（Ａ）を参照するに、前記絶縁膜３０１においては幅が１μｍの直線状開口部が３００μｍの繰り返し周期で形成されており、このためこのような絶縁膜３０１をマスクにＭＯＶＰＥ法を行なった場合、供給された原料の大部分は絶縁膜３０１上に堆積するため、析出物が形成されやすい。
これに対し、本実施例において提案する図１３（Ｂ）のマスク３０１Ａでは、幅が例えば６μｍの一対の直線状絶縁膜ストライプ３０１ａおよび３０１ｂを、間に幅が１μｍの直線的に延在する隙間３０１ｎを隔てて配置した構造のマスクパターン３０１ｃが、３００μｍの繰り返し周期で形成されており、その結果、一のマスクパターン３０１ｃと隣接するマスクパターン３０１ｃとの間には、下地のＧａＮ膜５４を露出する幅の広い開口部３０１ｗが形成される。
【００７２】
かかる構成のマスク３０１Ａを選択成長工程において使った場合、供給される気相原料の大部分は露出されたＧａＮ膜５４上に堆積してエピタキシャル層を形成するため、マスクパターン３０１ａあるいは３０１ｂ上に堆積する原料の割合は最小化され、これに伴い粒子状堆積物の形成も最小化される。
図１４は、選択成長工程において図１３（Ｂ）のマスク３０１Ａを使った、本発明の第４実施例によるレ−ザダイオ−ド４００の構成を示す。ただし、図１４中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
図１４を参照するに、前記ｐ型ＧａＮキャップ層５４上には図１３（Ｂ）のマスク３０１Ａが、ＳｉＯ2 パターンとして形成されており、前記マスク３０１Ａを使ってＭＯＶＰＥ工程を実行することにより、前記直線状開口部３０１ｎに対応して、先の実施例と同様にｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３０２およびｐ型ＧａＮコンタクト層３０３が順次形成される。同時に、前記マスク３０１Ａを構成するマスクパターン３０１ｃの外側に、前記クラッド層３０２と実質的に同一の組成のｐ型ＡｌＧａＮエピタキシャル層３０２Ａと、前記コンタクト層３０３と実質的に同一の組成のｐ型ＧａＮエピタキシャル層３０３Ａとが、順次形成される。その際、前記クラッド層３０２および３０３よりなる構造と前記エピタキシャル層３０２Ａおよび３０２Ｂよりなる構造との間には、前記ＳｉＯ2 マスク３０１Ａを露出するリセス部が形成される。
【００７４】
前記エピタキシャル層３０３Ａはさらに別のＳｉＯ2 膜３０４により覆われ、前記ＳｉＯ2 膜３０４中に前記リセス部に対応して前記コンタクト層３０３を露出する開口部を形成した後、前記ＳｉＯ2 膜３０４上に前記リセス部を埋めるように前記電極６２が形成される。前記ＳｉＯ2 膜３０４は、例えば熱ＣＶＤ法により約２００ｎｍの厚さに形成され、さらにＨＦを使ったウェットエッチングにより、前記開口部が形成される。
【００７５】
先にも説明したように、かかる構造ではマスク３０１Ａ上への粒子状析出物の形成が最小化され、レ−ザダイオ−ドを歩留まり良く製造することが可能になる。また、図１４のレ−ザダイオ−ド４００では、電極６２は大面積に形成できるため、またおおよそ平坦な主面を有するため、実装が容易になる。
［第５実施例］
先にも説明したように、レ−ザダイオ−ド３００，３１０、あるいは４００においては、絶縁膜マスクを使った選択成長工程において、絶縁膜マスク上に粒子状の析出物が形成されやすい問題がある。これは、特にＡｌＧａＮよりなるクラッド層３０２を形成する場合に深刻になる。これはＡｌＧａＮ中に含まれるＡｌＮ成分が特にＳｉＯ2 膜上に付着しやすく、かかる付着したＡｌＮを核としてＡｌＧａＮ粒子の堆積が生じるものと考えられる。
【００７６】
これに対し、本発明の発明者は、ＳｉＯ2 マスクを使ったＡｌＧａＮのＭＯＶＰＥ法による選択成長に関する実験において、気相原料と同時にハロゲン元素を含むガスを供給することにより、かかる粒子状析出物の形成が抑制されることを発見した。
図１５（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明者による実験を説明する。
【００７７】
図１５（Ａ）を参照するに、６Ｈ−ＳｉＣ基板５０１を有機洗浄および水洗した後、ＨＦ中において１分間浸漬する。このように処理した基板５０１をＭＯＶＰＥ装置の反応室中に、ＳｉＣの（０００１）Si面上に堆積が生じるように装着し、真空排気後、水素雰囲気中、１０８０°Ｃにおいて５分間熱処理し、基板表面の酸化膜を除去する。次に、基板温度を１０５０°Ｃまで降下させ、ＴＭＧ，ＴＭＡおよびＮＨ3 をＨ2 キャリアガスと共に、それぞれ４４μｍｏｌ／ｍｉｎ，８μｍｏｌ／ｍｉｎおよび０．１μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給し、基板に吹き付けることにより、ＡｌＧａＮ膜５０２を１μｍの厚さにエピタキシャル形成する。
【００７８】
次に、図１５（Ｂ）の工程においてＴＭＧ，ＴＭＡの供給を停止し、ＮＨ3 のみを吹き付けながら、基板温度を６００°Ｃ以下に降下させ、前記反応室中の雰囲気をＮ2 雰囲気に置換する。さらに室温まで冷却した後、前記基板５０１を反応室から取り出し、ＣＶＤ法により、前記ＡｌＧａＮ膜上にＳｉＯ2 ５０３膜を、０．２μｍの厚さに形成する。
【００７９】
さらに、図１５（Ｃ）の工程において、前記ＳｉＯ2 膜５０３上にレジスト膜を塗布し、さらにこれをパターニングして幅が２μｍのレジストパターン５０４を３０μｍピッチで形成する。
次に、図１５（Ｄ）の工程において、前記レジストパターン５０４をマスクに、前記ＳｉＯ2 膜５０３をＨＦを使ったウェットエッチング工程によりパターニングし、前記ＡｌＧａＮ膜５０２を露出するラインアンドスペースパターンを形成する。さらに、図１５（Ｅ）の工程において前記レジストパターン５０４を剥離液を使って除去した後、図１５（Ｆ）の工程において基板５０１を前記ＭＯＶＰＥ装置の反応室中に戻す。さらに前記反応室中を真空排気し、水素雰囲気中、ＮＨ3 を流しながら１０５０°Ｃまで昇温し、前記ＡｌＧａＮ膜５０２の露出部から自然酸化膜を除去した後、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＣＨ3 ＣｌおよびＮＨ3 を、Ｈ2 キャリアガスと共に、それぞれ４４μｍｏｌ／ｍｉｎ、８μｍｏｌ／ｍｉｎ，５２μｍｏｌ／ｍｉｎおよび０．１μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給し、前記基板表面に吹き付けることにより、前記ＡｌＧａＮ膜５０２の露出部に、選択的にＡｌＧａＮ膜５０４をエピタキシャル成長させる。
【００８０】
図１５（Ｆ）の工程では、さらに前記ＡｌＧａＮ膜５０４の選択成長の後、前記反応室中にＮＨ3 を供給しながら基板温度を６００°Ｃ以下に冷却し、さらに前記反応室中の雰囲気をＮ2 雰囲気に置換した後、室温まで基板温度を降下させる。
本実施例による選択成長方法では、図１５（Ｆ）の工程においてＣＨ3 Ｃｌを気相原料と共に供給することにより、ＣＨ3 Ｃｌの熱分解により形成されたＣｌ等のハロゲンとＡｌとが相互作用をし、ＳｉＯ2 マスク５０３上におけるＡｌＮ結晶核の生成が抑制され、その結果多結晶堆積物の形成が抑制されると考えられる。その際、特にＣＨ3 Ｃｌは、Ｖ族元素の原料ガスであるＮＨ3 の導入ポートとは別の導入ポートから供給するのが好ましい。本実施例では、前記ＡｌＮ結晶核の生成をＡｌとハロゲンとを反応させることにより抑制しているが、その際、ハロゲンはＣｌに限定されるものではなく、他の元素、例えばＦ等も使用可能である。また、ハロゲンを供給するのに使われるガスは、ＣＨ3 Ｃｌに限定されるものではない。
【００８１】
また、本実施例による選択成長方法は、リッジ型青色レ−ザダイオ−ドの製造のみならず、Ａｌを含むＩＩＩ族元素の窒化物を、絶縁膜マスクを使って選択的にエピタキシャル成長する工程を含む半導体装置の製造工程一般に適用可能である。
［第６実施例］
先に説明した青色レ−ザダイオ−ド１００，２００，３００，３１０，４００では、いずれも活性層４０に隣接して、ｐ型エピタキシャル構造５０の側に高濃度のＭｇでドープされたＡｌＧａＮよりなるエレクトロンブロック層５１が形成されており、その外側にｐ型ＧａＮよりなる光導波層５２およびｐ型ＡｌＧａＮよりなるクラッド層５３が形成されている。エレクトロンブロック層５１は一般にＡｌ組成がクラッド層５３よりも大きく広いバンドギャップを有し、活性層４０に注入された電子が、抵抗率の比較的高いｐ型エピタキシャル構造５０中に形成される高電界により、活性層４０からオーバーフローするのを阻止するために設けられる。
【００８２】
図１６は、特開平１０−５６２３６号公報に記載された、サファイア基板上に形成される従来のリッジ型青色レ−ザダイオ−ドにおいて使われているＭｇ濃度プロファイルを、活性層よりも上側の部分について示す。
図１６を参照するに、上記従来のレ−ザダイオ−ドでは、ＡｌＧａＮよりなる前記エレクトロンブロック層、その上のＧａＮよりなりＳＣＨ構造の一部を形成する光導波層、さらにその上のＡｌＧａＮよりなるクラッド層のＭｇ濃度が約５×１０19ｃｍ-3に設定されており、一方最上部のＧａＮコンタクト層においてのみ、Ｍｇ濃度が約１×１０20ｃｍ-3に設定されている。また、先の実施例で説明したレ−ザダイオ−ド１００においても、同様なＭｇ濃度プロファイルが使われている。
【００８３】
しかし、このようなＭｇ濃度プロファイルを使った窒化物レ−ザダイオ−ドでは、エピタキシャル層中にクラックが発生するのが避けられない。かかるクラックはレ−ザダイオ−ドの効率を低下させ、しきい値電圧を上昇させるため、可能な限り減少させるのが好ましい。
本発明の発明者は、先に説明したレ−ザダイオ−ド１００において、活性層よりも上のｐ型ＧａＮ光導波層５２およびその上のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５３中のＭｇ濃度を減少させた場合、レ−ザダイオ−ドを構成するエピタキシャル層中に発生するクラックの密度が実質的に減少するのを見出した。
【００８４】
図１７を参照するに、前記光導波層５２およびクラッド層５３中のＭｇ濃度を、従来より一般的に使われている５×１０19ｃｍ-3から減少させると、前記クラッド層５３の表面において観察されるクラックの密度が急激に減少し、Ｍｇ濃度が約４×１０19ｃｍ-3以下、特に約３×１０19ｃｍ-3以下になると、実質的にゼロになることがわかる。ただし、図１７中、縦軸はクラック密度を、横軸はＭｇ濃度を示す。
【００８５】
かかるクラック密度の減少に伴い、レ−ザダイオ−ド１００の素子抵抗も、図１８に示すように前記光導波層５２およびクラッド層５３中のＭｇ濃度の減少に伴い急激に減少し、３〜４×１０19ｃｍ-3のところで最小値になる。ただし、図１８中、横軸はＭｇ濃度を、縦軸はレ−ザダイオ−ド１００において１００ｍＡの電流を流すのに必要な印加電圧を示す。図１８において、Ｍｇ濃度をさらに減少させると素子抵抗は再び増加するのがわかるが、これは光導波層５２およびクラッド層５３中のキャリア密度が減少することに起因するものと思われる。
【００８６】
図１９は、図６（Ａ），（Ｂ）のレ−ザダイオ−ド１００において、図１７，１８の発見を勘案して最適化したＭｇドーピングプロファイルを示す。
図１９を参照するに、前記活性層４０上の、組成がＡｌ0.18Ｇａ0.82Ｎのｐ型ＡｌＧａＮよりなるエレクトロンブロック層５１は約２０ｎｍの厚さを有し、約１×１０20ｃｍ-3のＭｇ濃度にドープされている。一方、前記エレクトロンブロック層５１上には、Ｍｇ濃度が約４×１０19ｃｍ-3のＧａＮ光導波層５２が約１００ｎｍの厚さに形成され、さらに前記光導波層５２上には、組成がＡｌ0.09Ｇａ0.91ＮでＭｇ濃度が同じく約４×１０19ｃｍ-3のＡｌＧａＮクラッド層５３が、約５５０ｎｍの厚さに形成される。さらに、前記クラッド層５３上にはＭｇ濃度が約１．５×１０20ｃｍ-3のＧａＮよりなるコンタクト層５４が、約８０ｎｍの厚さに形成される。
【００８７】
本実施例によれば、前記光導波層５２とクラッド層５３中のＭｇ濃度を前記約４×１０19ｃｍ-3のレベル以下に抑制することにより、エピタキシャル層中のクラック密度を最小化し、レ−ザダイオ−ドの素子抵抗を最小化できる。また、前記エレクトロンブロック層５１中のＭｇ濃度および前記コンタクト層５４中のＭｇ濃度を前記約４×１０19ｃｍ-3のレベル以上に増大させることにより、レ−ザダイオ−ドのしきい値が減少し、あるいは不純物濃度の不足によるレ−ザダイオ−ドの素子抵抗の増大が回避される。
【００８８】
図２０は、図１９のＭｇ濃度プロファイルにおいて、前記光導波層５２とクラッド層５３中のＭｇ濃度を、図１８，１９に従って約３×１０19ｃｍ-3まで減少させた実施例を示す。この場合にも、高濃度にドープされたエレクトロンブロック層５１とコンタクト層５４とを組み合わせることにより、前記レ−ザダイオ−ド１００を構成するエピタキシャル層中におけるクラック密度がほとんどゼロとなり、素子抵抗が最小化される。
【００８９】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００９０】
【発明の効果】
本発明の特徴によれば、
第１の導電型を有するＳｉＣ基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された、前記第１の導電型を有し、組成がＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ｎで表されるＡｌＧａＮよりなるバッファ層と、前記バッファ層上にエピタキシャルに形成された前記第１の導電型を有する第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された活性層と、前記活性層上にエピタキシャルに形成された、前記第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層に第１の極性の第１のキャリアを注入するように形成された第１の電極と、前記ＳｉＣ基板上に、第２の極性の第２のキャリアを注入するように形成された第２の電極とよりなる光半導体装置において、前記バッファ層中のキャリア濃度を３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲に設定することにより、またさらに前記ＳｉＣ基板中のキャリア濃度を３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲に設定することにより、またさらに前記ＡｌＧａＮバッファ層中のＡｌ組成を０．０９未満に設定することにより、またさらに前記ＡｌＧａＡｓバッファ層をＳｉＣ基板の（０００１）Ｓｉ面上に形成することにより、また前記ＡｌＧａＮバッファ層をＳｉＣ基板上にＭＯＶＰＥ法により、９０Ｔｏｒｒ以下の圧力下で形成することにより、基板とバッファ層との間の界面抵抗を最小化することが可能になる。
【００９１】
また本発明の特徴によれば、
ＳｉＣ基板上にＩＩＩ族元素の窒化物よりなるバッファ層と第１のクラッド層、さらに光導波層を介してＩＩＩ族元素の窒化物よりなる活性層を形成し、さらに前記活性層上にＩＩＩ族元素の窒化物よりなる第２のクラッド層を形成した光半導体装置において、前記ＳｉＣ基板と前記活性層との間の間隔を約１．６μｍ以上とし、また前記バッファ層の組成パラメータｘを０．０８以上０．５未満（０．０８≦ｘ＜０．５）とし、前記第１のクラッド層の組成パラメータｙを０．０５以上で前記組成パラメータｘ以下（０．０５≦ｙ≦ｘ）とし、前記第２のクラッド層の組成パラメータｚを前記組成パラメータｙよりも小（ｚ＜ｙ）としたことを特徴とする光半導体装置により、ＳｉＣ基板上に形成されるＩＩＩ族元素の窒化物を活性層とする光半導体装置において、しきい値電流を最小化することが可能である。
【００９２】
また本発明の特徴によれば、
基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された第１の導電型を有する第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された活性層と、前記活性層上にエピタキシャルに形成された第２の、逆導電型を有する第２のクラッド層とを備えた光半導体装置において、さらに前記第２のクラッド層上にエピタキシャルに形成された第２の導電型を有する第３のクラッド層と、前記第３のクラッド層上に形成された第２の導電型を有するコンタクト層と、前記コンタクト層上に形成された第１の電極と、前記基板上に形成された第２の電極とを設け、前記第３のクラッド層によりリッジ構造を形成し、さらに前記第２のクラッド層と第３のクラッド層との間に、前記リッジに対応し、前記リッジの幅よりも狭い幅の開口部を有する絶縁膜を形成したことを特徴とする光半導体装置により、非常に狭いリッジ領域に選択的に電流注入がなされ、効果的な水平横モード制御が可能になる。その結果、光半導体装置は低出力から高出力まで、キンク等の異常を含まない、スムーズな駆動特性を示す。
【００９３】
また本発明の特徴によれば、請求項８記載の光半導体装置において、前記コンタクト層を、前記第３のクラッド層により形成されるリッジ構造の両側壁面および頂面を連続して覆うように形成し、さらに前記第１の電極を、前記コンタクト層の両側壁面および頂面を連続して覆うように形成することにより、また前記リッジ構造を前記絶縁膜を露出するリセス構造中にメサの形で形成し、前記第１の電極を前記リセス構造を埋めるように形成することにより、従来より使われていた、リッジを形成するメサ構造上における電流狭搾窓の形成工程が省略でき、光半導体装置の製造工程が実質的に簡素化される。また、前記第１の電極は、前記リッジを構成するメサ構造の上面のみならず両側面も覆うため、コンタクト面積が増大し、コンタクト抵抗が減少する。本発明の構成は、特に前記第２のクラッド層の可能な厚さに限界があるＩＩＩ族元素の窒化物を使った光半導体装置において有効である。すなわち、本発明においては、メサを形成する第３のクラッド層としてＩＩＩ族元素の窒化物を使うことにより、クラッド層全体の厚さを、クラックを生じること無く厚くすることができる。これにより、クラッドの外側への光のしみだし、およびこれに伴う遠視野像の乱れが効果的に抑制される。
【００９４】
また本発明の特徴によれば、
第１の導電型を有する基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された、第１の導電型を有する第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された活性層と、前記活性層上にエピタキシャルに形成された、第２の、逆導電型を有する第２のクラッド層とを備えた光半導体装置において、さらに前記第２のクラッド層上にエピタキシャルに形成された、第２の導電型を有する第３のクラッド層と、前記第３のクラッド層上に形成された、第２の導電型を有するコンタクト層と、前記コンタクト層上に形成された第１の電極と、前記基板上に形成された第２の電極とを設け、前記第３のクラッド層を逆Ｔ字型の断面を有するリッジ構造に形成し、前記第３のクラッド層の下部に、両側壁面からリッジ中心線に向かって切り込む一対の隙間を形成することにより、前記第３のクラッド層を絶縁膜をマスクに選択成長により形成する際に、絶縁膜マスクの面積を最小化でき、これに伴い、選択成長を行なう場合にかかる絶縁マスク上において生じやすい粒子状析出物の形成を最小化できる。また、前記絶縁マスク自体は選択成長工程の後で除去されるため、前記第１の電極を前記リッジ構造を覆うように形成した場合にかかる粒子状析出物により前記第１の電極の密着性が劣化することがない。前記第３のクラッド層は逆Ｔ字型断面を有するため、基部の面積が減少しており、リッジ領域に対応した選択的な電流注入が可能になる。
【００９５】
また本発明の特徴によれば、ＡｌとＩＩＩ族元素の窒化物を有機金属気相成長法により、絶縁膜パターン上に堆積し、絶縁膜パターン中に形成された開口部に対応して再成長領域を形成することが可能になる。特に、その際気相原料と共にハロゲンを使うことにより、絶縁膜パターン上への粒子状析出物の堆積を最小化することができる。
【００９６】
また本発明の特徴によれば、
基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された、ｎ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなる第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された、前記ｎ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなる第１の導波層と、前記第１の導波層上にエピタキシャルに形成された、ＩＩＩ族元素の窒化物を含む活性層と、前記活性層上にエピタキシャルに形成された、ｐ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなるエレクトロンブロック層と、前記エレクトロンブロック層上にエピタキシャルに形成された、ｐ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなる第２の導波層と、前記第２の導波層上にエピタキシャル形成された、ｐ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなる第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層上にエピタキシャルに形成された、ｐ型の導電型を有するＩＩＩ族元素の窒化物よりなるコンタクト層と、前記コンタクト層上に設けられた第１の電極と、前記基板上に電子を注入するように設けられた第２の電極とよりなる光半導体装置において、前記エレクトロンブロック層と前記第２の導波層と前記第２のクラッド層と前記コンタクト層の各々を、いずれもＭｇによりドープし、その際前記第２の導波層および第２のクラッド層中におけるＭｇ濃度を、前記エレクトロンブロック層中のＭｇ濃度および前記コンタクト層中のＭｇ濃度のいずれよりも低く設定することにより、特に前記第２の導波層中および第２のクラッド層中におけるＭｇ濃度を、４×１０19ｃｍ-3以下に設定することにより、あるいは前記エレクトロンブロック層中および前記コンタクト層中におけるＭｇ濃度を、４×１０19ｃｍ-3を超えるように設定することにより、光半導体装置を構成するエピタキシャル層中におけるクラックの発生が最小化され、同時に駆動電圧が低減される。
【００９７】
また本発明によれば、ｎ型ＳｉＣ基板と、前記基板上にエピタキシャルに形成された、組成がＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ｎで表されるｎ型ＡｌＧａＮバッファ層とよりなる半導体ウェハにおいて、前記ＡｌＧａＮ層のキャリア密度を３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲に設定し、前記組成パラメータｘを０より大で０．４より小（０＜ｘ＜０．４）に設定することにより、またさらに前記ＳｉＣ基板中のキャリア濃度を３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲に設定することにより、またさらに前記ＡｌＧａＮバッファ層中のＡｌ組成を０．０９未満に設定することにより、またさらに前記ＡｌＧａＡｓバッファ層をＳｉＣ基板の（０００１）Ｓｉ面上に形成することにより、基板とバッファ層との間の界面抵抗を最小化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の青色レ−ザダイオ−ドの構成を示す図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例の基礎となる実験で使われた試料、および実験結果を示す図である。
【図３】本発明第１実施例の基礎となる実験の別の結果を示す図である。
【図４】本発明第１実施例の基礎となる実験の別の結果を示す図である。
【図５】本発明第１実施例の基礎となる実験の別の結果を示す図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例によるレ−ザダイオ−ドの構成を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例の基礎となる実験の結果を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例によるレ−ザダイオ−ドの構成を示す図である。
【図９】図８のレ−ザダイオ−ドの一変形例を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、本発明の第３実施例によるレ−ザダイオ−ドの製造工程を示す図（その１）である。
【図１１】（Ｂ）は、本発明の第３実施例によるレ−ザダイオ−ドの製造工程を示す図（その２）である。
【図１２】本発明第３実施例によるレ−ザダイオ−ドの一変形例を示す図である。
【図１３】（Ａ），（Ｂ）は、本発明第３実施例の選択成長工程で使われるマスク、および本発明第４実施例の選択成長工程で使われるマスクを示す図である。
【図１４】本発明の第４実施例によるレ−ザダイオ−ドの構成を示す図である。
【図１５】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の第５実施例による選択成長工程を示す図である。
【図１６】従来の青色レ−ザダイオ−ドにおけるｐ型エピタキシャル層中の不純物分布を示す図である。
【図１７】本発明の第６実施例の基礎となる実験結果を示す図である。
【図１８】本発明第６実施例の基礎となる実験結果を示す別の図である。
【図１９】本発明の第６実施例によるレ−ザダイオ−ドで使われる不純物分布を示す図である。
【図２０】図１９の一変形例による不純物分布を示す図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＳｉＣ基板
２ ｎ型ＡｌＧａＮエピタキシャル層
３ ｎ型ＧａＮエピタキシャル層
５，６ ｎ型電極
１１ サファイア基板
１２ バッファ層
１３ ＧａＮ電極層
１４ ｎ型ＡｌＧａＮ下側クラッド層
１５ ｎ型ＧａＮ光導波層
１６ ＭＱＷ活性層
１７ ｐ型ＧａＮ光導波層
１８ ｐ型ＡｌＧａＮ上側クラッド層
１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２０ ＳｉＯ2 膜
２１ ｐ型電極
２２ ｎ型電極
３０ ｎ型エピタキシャル構造
３１ ｎ型ＳｉＣ基板
３２ ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層
３３ ｎ型ＧａＮバッファ層
３４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
３５ ｎ型光導波層
４０ 活性層
５０ ｐ型エピタキシャル構造
５１ ｎ型ＡｌＧａＮエレクトロンブロック層
５２ ｐ型光導波層
５３ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
５４ ｐ型ＧａＮコンタクト層
６１ ＳｉＯ2 膜
６２ ｐ型電極
６３ ｎ型電極
３０１，３０１Ａ，３０１ｃ ＳｉＯ2 マスク
３０１ｃ，３０１Ｗ マスク開口部
３０１ａ，３０１ｂ マスクパターン
３０１ｗ 広い開口部
３０２ ｐ型クラッド層
３０３ ｐ型コンタクト層
１００，２００，３００，３１０，４００ 青色レ−ザダイオ−ド
Claims (3)
- 第１の導電型を有するＳｉＣ基板と、
前記基板上にエピタキシャルに形成された、前記第１の導電型を有し、組成がＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ｎで表されるＡｌＧａＮよりなるバッファ層と、
前記バッファ層上にエピタキシャルに形成された前記第１の導電型を有する第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上にエピタキシャルに形成された活性層と、
前記活性層上にエピタキシャルに形成された、前記第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層に第１の極性の第１のキャリアを注入するように形成された第１の電極と、
前記ＳｉＣ基板上に、第２の極性の第２のキャリアを注入するように形成された第２の電極とよりなり、
前記バッファ層は、前記第１の導電型のキャリアを、３×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲の濃度で含み、前記組成パラメータｘが０より大で０．０９より小であり、（０＜ｘ＜０．０９）
前記基板は、前記第１の導電型のキャリアを、１×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲の濃度で含むことを特徴とする光半導体装置。 - 前記基板は、ＳｉＣの（０００１）Ｓｉ面を有し、前記バッファ層は前記（０００１）Ｓｉ面において、前記基板に密接して形成されることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
- ｎ型のキャリアを、１×１０18〜１×１０20ｃｍ-3の範囲の濃度で含むＳｉＣ基板上に、有機金属気相成長法により、組成がＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ｎで表されるＡｌＧａＮ膜を、成長圧力９０Ｔｏｒｒ以下でエピタキシャル成長させる工程を含み、
前記ＡｌＧａＮ膜において、前記組成パラメータｘは０より大で０．０９より小（０＜ｘ＜０．０９）であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35324198A JP4166885B2 (ja) | 1998-05-18 | 1998-12-11 | 光半導体装置およびその製造方法 |
| US09/313,764 US6984840B2 (en) | 1998-05-18 | 1999-05-18 | Optical semiconductor device having an epitaxial layer of III-V compound semiconductor material containing N as a group V element |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-135425 | 1998-05-18 | ||
| JP13542598 | 1998-05-18 | ||
| JP35324198A JP4166885B2 (ja) | 1998-05-18 | 1998-12-11 | 光半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000040858A JP2000040858A (ja) | 2000-02-08 |
| JP4166885B2 true JP4166885B2 (ja) | 2008-10-15 |
Family
ID=26469286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35324198A Expired - Fee Related JP4166885B2 (ja) | 1998-05-18 | 1998-12-11 | 光半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6984840B2 (ja) |
| JP (1) | JP4166885B2 (ja) |
Families Citing this family (60)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6389051B1 (en) * | 1999-04-09 | 2002-05-14 | Xerox Corporation | Structure and method for asymmetric waveguide nitride laser diode |
| US7892974B2 (en) | 2000-04-11 | 2011-02-22 | Cree, Inc. | Method of forming vias in silicon carbide and resulting devices and circuits |
| JP2001352133A (ja) * | 2000-06-05 | 2001-12-21 | Sony Corp | 半導体レーザ，半導体素子および窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物基板並びにそれらの製造方法 |
| KR100763827B1 (ko) * | 2000-06-08 | 2007-10-05 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 반도체 레이저 소자 및 그 제조방법 |
| JP5145617B2 (ja) * | 2000-07-03 | 2013-02-20 | 日亜化学工業株式会社 | ｎ型窒化物半導体積層体およびそれを用いる半導体素子 |
| DE10032246A1 (de) * | 2000-07-03 | 2002-01-17 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Lumineszenzdiodenchip auf der Basis von InGaN und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US6956250B2 (en) * | 2001-02-23 | 2005-10-18 | Nitronex Corporation | Gallium nitride materials including thermally conductive regions |
| US7968362B2 (en) | 2001-03-27 | 2011-06-28 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
| US6765232B2 (en) * | 2001-03-27 | 2004-07-20 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
| JP2002319743A (ja) * | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Ricoh Co Ltd | ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体および半導体装置およびその作製方法 |
| US6683327B2 (en) | 2001-11-13 | 2004-01-27 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Nucleation layer for improved light extraction from light emitting devices |
| US6724013B2 (en) * | 2001-12-21 | 2004-04-20 | Xerox Corporation | Edge-emitting nitride-based laser diode with p-n tunnel junction current injection |
| KR200274179Y1 (ko) * | 2002-01-11 | 2002-05-06 | 이광호 | 진동모터가 내장된 쿠션체 |
| CN1628370B (zh) * | 2002-02-08 | 2011-05-18 | 克里公司 | 处理碳化硅衬底改善外延沉积的方法与形成的结构和器件 |
| AU2003222000A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-29 | Wisys Technology Foundation, Inc. | Mbe-method for the production of a gallium manganese nitride ferromagnetic film |
| US6953740B2 (en) | 2002-03-15 | 2005-10-11 | Cornell Research Foundation, Inc. | Highly doped III-nitride semiconductors |
| US6888170B2 (en) | 2002-03-15 | 2005-05-03 | Cornell Research Foundation, Inc. | Highly doped III-nitride semiconductors |
| US7378681B2 (en) * | 2002-08-12 | 2008-05-27 | Agility Communications, Inc. | Ridge waveguide device surface passivation by epitaxial regrowth |
| US6900067B2 (en) | 2002-12-11 | 2005-05-31 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Growth of III-nitride films on mismatched substrates without conventional low temperature nucleation layers |
| DE60311678T2 (de) * | 2002-12-20 | 2007-11-22 | Cree, Inc. | Verfahren zur herstellung von halbleitervorrichtungen mit mesastrukturen und vielfachen passivierungsschichten und verwandte vorrichtungen |
| JP2005033021A (ja) * | 2003-07-04 | 2005-02-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体光素子及びその製造方法 |
| KR101034055B1 (ko) * | 2003-07-18 | 2011-05-12 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
| GB2413434A (en) * | 2004-01-09 | 2005-10-26 | Sharp Kk | a semiconductor light-emitting device and a method of manufacture |
| JP2007027248A (ja) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Kyocera Corp | ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の製造方法および発光素子 |
| US20070023761A1 (en) * | 2005-07-26 | 2007-02-01 | Robbins Virginia M | Silicon carbon germanium (SiCGe) substrate for a group III nitride-based device |
| US7535031B2 (en) * | 2005-09-13 | 2009-05-19 | Philips Lumiled Lighting, Co. Llc | Semiconductor light emitting device with lateral current injection in the light emitting region |
| US7440482B2 (en) * | 2005-11-01 | 2008-10-21 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser element and method for manufacturing the same |
| JP4714013B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2011-06-29 | 日本オプネクスト株式会社 | 半導体レーザ |
| JP5145672B2 (ja) * | 2006-02-27 | 2013-02-20 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| KR101221067B1 (ko) * | 2006-02-09 | 2013-01-11 | 삼성전자주식회사 | 리지 도파형 반도체 레이저 다이오드 |
| KR100756841B1 (ko) * | 2006-03-13 | 2007-09-07 | 서울옵토디바이스주식회사 | ＡｌｘＧａ１－ｘＮ 버퍼층을 갖는 발광 다이오드 및 이의제조 방법 |
| JP4940987B2 (ja) * | 2006-03-20 | 2012-05-30 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| WO2007116517A1 (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-18 | Fujitsu Limited | 化合物半導体構造とその製造方法 |
| JP2007288052A (ja) * | 2006-04-19 | 2007-11-01 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| US7494546B1 (en) * | 2006-07-14 | 2009-02-24 | Blue Wave Semicodnuctors, Inc. | Method of growing insulating, semiconducting, and conducting group III-nitride thin films and coatings, and use as radiation hard coatings for electronics and optoelectronic devices |
| TWI398017B (zh) * | 2007-07-06 | 2013-06-01 | Huga Optotech Inc | 光電元件及其製作方法 |
| JP2009021424A (ja) * | 2007-07-12 | 2009-01-29 | Opnext Japan Inc | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| CN101393951B (zh) * | 2007-09-17 | 2010-06-02 | 广镓光电股份有限公司 | 光电元件及其制造方法 |
| WO2009045217A1 (en) * | 2007-10-04 | 2009-04-09 | Applied Materials, Inc. | Parasitic particle suppression in the growth of iii-v nitride films using mocvd and hvpe |
| JP4954039B2 (ja) * | 2007-11-29 | 2012-06-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US8144743B2 (en) | 2008-03-05 | 2012-03-27 | Rohm Co., Ltd. | Nitride based semiconductor device and fabrication method for the same |
| JP5014217B2 (ja) * | 2008-03-18 | 2012-08-29 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体およびその製造方法 |
| JP2010021576A (ja) * | 2009-10-19 | 2010-01-28 | Ricoh Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| DE102009060749B4 (de) * | 2009-12-30 | 2021-12-30 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Optoelektronischer Halbleiterchip |
| EP2581929A4 (en) | 2010-06-08 | 2014-04-02 | Ngk Insulators Ltd | EPITACTIC SUBSTRATE AND METHOD FOR PRODUCING THE EPITACTIC SUBSTRATE |
| CN102646766B (zh) * | 2011-02-18 | 2014-08-27 | 展晶科技(深圳)有限公司 | Led磊晶结构及制程 |
| US8669585B1 (en) * | 2011-09-03 | 2014-03-11 | Toshiba Techno Center Inc. | LED that has bounding silicon-doped regions on either side of a strain release layer |
| JP5460831B1 (ja) * | 2012-11-22 | 2014-04-02 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| DE112014001272B4 (de) | 2013-03-14 | 2023-03-30 | Canon Anelva Corporation | Schichtbildungsverfahren, Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Halbleitereinrichtung,lichtemittierende Halbleitereinrichtung und Beleuchtungseinrichtung |
| US9299880B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-03-29 | Crystal Is, Inc. | Pseudomorphic electronic and optoelectronic devices having planar contacts |
| JP6089953B2 (ja) * | 2013-05-17 | 2017-03-08 | 住友電気工業株式会社 | Ｉｉｉ−ｖ化合物半導体素子を作製する方法 |
| US9190270B2 (en) * | 2013-06-04 | 2015-11-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Low-defect semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP6135559B2 (ja) * | 2014-03-10 | 2017-05-31 | ソニー株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法ならびに半導体素子 |
| JP5889981B2 (ja) * | 2014-09-09 | 2016-03-22 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| TWI681570B (zh) * | 2015-02-06 | 2020-01-01 | 日商斯坦雷電氣股份有限公司 | 發光元件及發光元件之製造方法 |
| WO2018109857A1 (ja) * | 2016-12-14 | 2018-06-21 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
| US10840671B2 (en) * | 2017-03-27 | 2020-11-17 | Ushio Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
| JP6406477B1 (ja) * | 2017-11-17 | 2018-10-17 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP6847890B2 (ja) * | 2018-05-14 | 2021-03-24 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
| US10861722B2 (en) * | 2018-11-13 | 2020-12-08 | Applied Materials, Inc. | Integrated semiconductor processing |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5578839A (en) * | 1992-11-20 | 1996-11-26 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| JP2827794B2 (ja) | 1993-02-05 | 1998-11-25 | 日亜化学工業株式会社 | ｐ型窒化ガリウムの成長方法 |
| US5393993A (en) * | 1993-12-13 | 1995-02-28 | Cree Research, Inc. | Buffer structure between silicon carbide and gallium nitride and resulting semiconductor devices |
| JP2666237B2 (ja) | 1994-09-20 | 1997-10-22 | 豊田合成株式会社 | ３族窒化物半導体発光素子 |
| JPH08203834A (ja) * | 1995-01-24 | 1996-08-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体薄膜及び半導体薄膜の製造方法 |
| JPH08264835A (ja) | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| TW290743B (ja) | 1995-03-27 | 1996-11-11 | Sumitomo Electric Industries | |
| JPH08264836A (ja) | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP3250438B2 (ja) | 1995-03-29 | 2002-01-28 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
| US5670798A (en) * | 1995-03-29 | 1997-09-23 | North Carolina State University | Integrated heterostructures of Group III-V nitride semiconductor materials including epitaxial ohmic contact non-nitride buffer layer and methods of fabricating same |
| US5739554A (en) * | 1995-05-08 | 1998-04-14 | Cree Research, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
| JPH08306958A (ja) | 1995-05-09 | 1996-11-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| JP3599896B2 (ja) | 1995-05-19 | 2004-12-08 | 三洋電機株式会社 | 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法 |
| JP3604205B2 (ja) | 1995-09-18 | 2004-12-22 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体の成長方法 |
| JP3658112B2 (ja) | 1995-11-06 | 2005-06-08 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザダイオード |
| JP3409958B2 (ja) * | 1995-12-15 | 2003-05-26 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| JP3816176B2 (ja) | 1996-02-23 | 2006-08-30 | 富士通株式会社 | 半導体発光素子及び光半導体装置 |
| US5903017A (en) * | 1996-02-26 | 1999-05-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compound semiconductor device formed of nitrogen-containing gallium compound such as GaN, AlGaN or InGaN |
| JP3164016B2 (ja) * | 1996-05-31 | 2001-05-08 | 住友電気工業株式会社 | 発光素子および発光素子用ウエハの製造方法 |
| JPH1056236A (ja) | 1996-08-08 | 1998-02-24 | Toyoda Gosei Co Ltd | ３族窒化物半導体レーザ素子 |
| JP3087829B2 (ja) | 1996-10-14 | 2000-09-11 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
| JP3458625B2 (ja) | 1996-11-13 | 2003-10-20 | ソニー株式会社 | 半導体の成長方法 |
| US6165874A (en) * | 1997-07-03 | 2000-12-26 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method for growth of crystal surfaces and growth of heteroepitaxial single crystal films thereon |
| US6218269B1 (en) * | 1997-11-18 | 2001-04-17 | Technology And Devices International, Inc. | Process for producing III-V nitride pn junctions and p-i-n junctions |
-
1998
- 1998-12-11 JP JP35324198A patent/JP4166885B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-05-18 US US09/313,764 patent/US6984840B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6984840B2 (en) | 2006-01-10 |
| US20020110945A1 (en) | 2002-08-15 |
| JP2000040858A (ja) | 2000-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4166885B2 (ja) | 光半導体装置およびその製造方法 | |
| JP4666295B2 (ja) | 半導体レーザ及び半導体装置の製造方法 | |
| WO1997011518A1 (fr) | Materiau semi-conducteur, procede de production de ce materiau semi-conducteur et dispositif a semi-conducteur | |
| JP2008109066A (ja) | 発光素子 | |
| JP2001044497A (ja) | 窒化物半導体素子および窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP3446660B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2000223417A (ja) | 半導体の成長方法、半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法 | |
| JP4291960B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP2002314203A (ja) | ３族窒化物半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JP3282175B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP4991025B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP4873116B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子、及びその製造方法 | |
| JP4178807B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP4683730B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子とこれを含む装置 | |
| JP3441883B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP4211358B2 (ja) | 窒化物半導体、窒化物半導体素子及びそれらの製造方法 | |
| JP4628651B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2003115641A (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP4683731B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子とこれを含む光学装置 | |
| JP4639571B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
| JP4304883B2 (ja) | 窒化物半導体レーザダイオード、並びにその製造方法 | |
| JP3562478B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法及びそれを用いた素子 | |
| JP3878707B2 (ja) | 窒化物系半導体レーザ素子の製造方法 | |
| JP4394800B2 (ja) | ナイトライド系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置及びその製造方法 | |
| JP3589185B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法と窒化物半導体基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041208 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071126 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071211 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080212 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080422 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080519 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080722 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080731 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110808 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120808 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120808 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130808 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |