JPH0864913A - 半導体発光素子およびその製法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製法Info
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- JPH0864913A JPH0864913A JP20248094A JP20248094A JPH0864913A JP H0864913 A JPH0864913 A JP H0864913A JP 20248094 A JP20248094 A JP 20248094A JP 20248094 A JP20248094 A JP 20248094A JP H0864913 A JPH0864913 A JP H0864913A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 格子定数の不一致や熱膨張係数の相違に基づ
く結晶欠陥や転位の発生を極力抑え、かつ、劈開するこ
とができる半導体発光素子およびその製法を提供する。 【構成】 （ａ）単結晶シリコン基板１上に形成される
絶縁膜２、（ｂ）前記絶縁膜上に成膜されるチッ化ガリ
ウム系化合物半導体層３、４、および（ｃ）前記チッ化
ガリウム系化合物半導体層４上に続けて成長され、少な
くともｎ型層およびｐ型層を含むチッ化ガリウム系化合
物半導体単結晶層５、６、７を有する。
く結晶欠陥や転位の発生を極力抑え、かつ、劈開するこ
とができる半導体発光素子およびその製法を提供する。 【構成】 （ａ）単結晶シリコン基板１上に形成される
絶縁膜２、（ｂ）前記絶縁膜上に成膜されるチッ化ガリ
ウム系化合物半導体層３、４、および（ｃ）前記チッ化
ガリウム系化合物半導体層４上に続けて成長され、少な
くともｎ型層およびｐ型層を含むチッ化ガリウム系化合
物半導体単結晶層５、６、７を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子およびそ
の製法に関する。さらに詳しくは、青色発光に好適なチ
ッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子お
よびその製法に関する。
の製法に関する。さらに詳しくは、青色発光に好適なチ
ッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子お
よびその製法に関する。
【０００２】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
【０００３】また、半導体発光素子とは、ｐｎ接合また
はｐｉｎなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオ
ード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（ＬＤ）
などの光を発生する半導体素子をいう。
はｐｉｎなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオ
ード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（ＬＤ）
などの光を発生する半導体素子をいう。
【０００４】
【従来の技術】従来青色のＬＥＤは赤色や緑色に比べて
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントした低抵
抗のｐ型半導体層がえられたことにより、輝度が向上し
脚光をあびている。
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントした低抵
抗のｐ型半導体層がえられたことにより、輝度が向上し
脚光をあびている。
【０００５】従来のチッ化ガリウム系のＬＥＤは、たと
えば図４に示されるような構造になっている。このＬＥ
Ｄを製造するには、まずサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結
晶）基板２１に４００〜７００℃の低温で有機金属化合
物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）によりキャ
リアガスＨ2 とともに有機金属化合物ガスであるトリメ
チルガリウム（以下、ＴＭＧという）およびアンモニア
（ＮＨ3 ）を供給し、ＧａＮからなる低温バッファ層２
２を０．０１〜０．２μｍ程度形成し、ついで７００〜
１２００℃の高温で同じガスを供給し同じ組成のｎ型の
ＧａＮからなる高温バッファ層２３を２〜５μｍ程度形
成する。
えば図４に示されるような構造になっている。このＬＥ
Ｄを製造するには、まずサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結
晶）基板２１に４００〜７００℃の低温で有機金属化合
物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）によりキャ
リアガスＨ2 とともに有機金属化合物ガスであるトリメ
チルガリウム（以下、ＴＭＧという）およびアンモニア
（ＮＨ3 ）を供給し、ＧａＮからなる低温バッファ層２
２を０．０１〜０．２μｍ程度形成し、ついで７００〜
１２００℃の高温で同じガスを供給し同じ組成のｎ型の
ＧａＮからなる高温バッファ層２３を２〜５μｍ程度形
成する。
【０００６】ついで前述のガスにさらにトリメチルアル
ミニウム（以下、ＴＭＡという）のガスを供給してｎ型
のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からなるｎ型クラッ
ド層２４を０．１〜０．３μｍ程度形成し、ダブルヘテ
ロ接合形成のためのｎ型クラッド層を形成する。これら
のｎ型層を形成するには、チッ化ガリウム系化合物半導
体のばあい、ｎ型不純物をドープしなくてもｎ型になる
という性質を利用することもできるし、ＳｉＨ4 などの
原料ガスを同時に導入することもできる。
ミニウム（以下、ＴＭＡという）のガスを供給してｎ型
のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からなるｎ型クラッ
ド層２４を０．１〜０．３μｍ程度形成し、ダブルヘテ
ロ接合形成のためのｎ型クラッド層を形成する。これら
のｎ型層を形成するには、チッ化ガリウム系化合物半導
体のばあい、ｎ型不純物をドープしなくてもｎ型になる
という性質を利用することもできるし、ＳｉＨ4 などの
原料ガスを同時に導入することもできる。
【０００７】つぎに、クラッド層の組成よりＡｌの量を
減らしＩｎの量を多くしてバンドギャップエネルギーが
クラッド層のそれより小さくなる材料、たとえばＧａy
Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）からなる活性層２５を形成す
る。
減らしＩｎの量を多くしてバンドギャップエネルギーが
クラッド層のそれより小さくなる材料、たとえばＧａy
Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）からなる活性層２５を形成す
る。
【０００８】ついで、ｎ型クラッド層の形成と同じ原料
ガスにさらにｐ型不純物としてのＭｇまたはＺｎのため
のビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ
2 Ｍｇという）またはジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎと
いう）の有機金属化合物ガスを加えて反応管に導入し、
ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｐ型クラッド層２６を形
成する。
ガスにさらにｐ型不純物としてのＭｇまたはＺｎのため
のビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ
2 Ｍｇという）またはジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎと
いう）の有機金属化合物ガスを加えて反応管に導入し、
ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｐ型クラッド層２６を形
成する。
【０００９】さらにキャップ層２７とするため、前述と
同様のガスを供給してｐ型のＧａＮ層を気相成長させ
る。
同様のガスを供給してｐ型のＧａＮ層を気相成長させ
る。
【００１０】そののち、ＳｉＯ2 などの保護膜を半導体
の成長層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６
０分間程度のアニールを行い、ｐ型層であるキャップ層
２７およびｐ型クラッド層２６の活性化を図る。ついで
保護膜を除去したのちｎ型の電極を形成するため、レジ
ストを塗布しパターニングして、図４に示されるよう
に、成長した各半導体層の一部を塩素ガス雰囲気でのド
ライエッチングを行ってｎ型ＧａＮからなる高温バッフ
ァ層２３を露出させる。ついでＡｕ、Ａｌなどの金属膜
をスパッタリングなどにより形成して両電極２８、２９
を形成し、ダイシングすることによりＬＥＤチップを形
成している。
の成長層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６
０分間程度のアニールを行い、ｐ型層であるキャップ層
２７およびｐ型クラッド層２６の活性化を図る。ついで
保護膜を除去したのちｎ型の電極を形成するため、レジ
ストを塗布しパターニングして、図４に示されるよう
に、成長した各半導体層の一部を塩素ガス雰囲気でのド
ライエッチングを行ってｎ型ＧａＮからなる高温バッフ
ァ層２３を露出させる。ついでＡｕ、Ａｌなどの金属膜
をスパッタリングなどにより形成して両電極２８、２９
を形成し、ダイシングすることによりＬＥＤチップを形
成している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来のチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子はサファイア基
板を用いるものである。サファイア基板は高温に耐える
ことができ、比較的種々の結晶面に合わせることができ
るため有利に用いられているが、サファイア基板とチッ
化ガリウム系化合物半導体結晶との格子定数はそれぞれ
４．７５８Åと３．１８９Åで相当異なり、さらに熱膨
脹係数も異なるため、図５のＡに示されるように、サフ
ァイア基板と接するバッファ層に転位や結晶欠陥が発生
し、その結晶欠陥が動作層であるチッ化ガリウム系化合
物半導体単結晶層にも進展し動作領域が狭くなるととも
に、半導体層の光学的品質も低下するという問題があ
る。
系化合物半導体を用いた半導体発光素子はサファイア基
板を用いるものである。サファイア基板は高温に耐える
ことができ、比較的種々の結晶面に合わせることができ
るため有利に用いられているが、サファイア基板とチッ
化ガリウム系化合物半導体結晶との格子定数はそれぞれ
４．７５８Åと３．１８９Åで相当異なり、さらに熱膨
脹係数も異なるため、図５のＡに示されるように、サフ
ァイア基板と接するバッファ層に転位や結晶欠陥が発生
し、その結晶欠陥が動作層であるチッ化ガリウム系化合
物半導体単結晶層にも進展し動作領域が狭くなるととも
に、半導体層の光学的品質も低下するという問題があ
る。
【００１２】さらに、サファイア基板を劈開することは
できず、前述の構造では劈開により半導体発光素子チッ
プを製造することができないため、半導体レーザのよう
に端面が精度のよい平行な２つの鏡面を必要とするデバ
イスには不向きであるという問題がある。また、サファ
イア基板の加工性にも問題があり、デバイス作製上の基
板の取扱いが困難である。
できず、前述の構造では劈開により半導体発光素子チッ
プを製造することができないため、半導体レーザのよう
に端面が精度のよい平行な２つの鏡面を必要とするデバ
イスには不向きであるという問題がある。また、サファ
イア基板の加工性にも問題があり、デバイス作製上の基
板の取扱いが困難である。
【００１３】本発明はこのような問題を解決し、格子定
数の不整合や熱膨張係数の相違に基づく結晶欠陥や転位
の発生が極力抑えられた半導体発光素子およびその製法
を提供することを目的とする。
数の不整合や熱膨張係数の相違に基づく結晶欠陥や転位
の発生が極力抑えられた半導体発光素子およびその製法
を提供することを目的とする。
【００１４】本発明のさらに他の目的は半導体発光素子
ごとに、劈開によって容易にチップを分離できるなど加
工が容易に行える層構造を有する半導体発光素子および
その製法を提供することを目的とする。
ごとに、劈開によって容易にチップを分離できるなど加
工が容易に行える層構造を有する半導体発光素子および
その製法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、単結晶シリコン基板、該単結晶シリコン基板上に形
成された絶縁膜および該絶縁膜上に積層されたチッ化ガ
リウム系化合物半導体層を構成要素とする。
は、単結晶シリコン基板、該単結晶シリコン基板上に形
成された絶縁膜および該絶縁膜上に積層されたチッ化ガ
リウム系化合物半導体層を構成要素とする。
【００１６】前記単結晶シリコン基板が（１１１）面を
主面とした基板であることにより、チッ化ガリウム系化
合物半導体層と界面での格子整合性がよい絶縁膜がえら
れるため好ましい。
主面とした基板であることにより、チッ化ガリウム系化
合物半導体層と界面での格子整合性がよい絶縁膜がえら
れるため好ましい。
【００１７】前記絶縁膜がチッ化シリコンであるか酸化
アルミニウムであることが半導体発光素子が、膜質のよ
いチッ化ガリウム系化合物半導体層から構成されるもの
となるために好ましい。
アルミニウムであることが半導体発光素子が、膜質のよ
いチッ化ガリウム系化合物半導体層から構成されるもの
となるために好ましい。
【００１８】前記チッ化ガリウム系化合物半導体層が、
ｐ型層およびｎ型層を含む複数の層であり、かつ、発光
のための活性層を有することにより、発光素子を実現す
るための構造として好ましい。
ｐ型層およびｎ型層を含む複数の層であり、かつ、発光
のための活性層を有することにより、発光素子を実現す
るための構造として好ましい。
【００１９】前記チッ化ガリウム系化合物半導体層が、
バッファ層、下部クラッド層、活性層、上部クラッド
層、キャップ層からなることが、発光素子を実現するた
めの構造として好ましい。
バッファ層、下部クラッド層、活性層、上部クラッド
層、キャップ層からなることが、発光素子を実現するた
めの構造として好ましい。
【００２０】前記バッファ層がｎ型ＧａＮ、前記下部ク
ラッド層がｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）、前記上部ク
ラッド層がｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
キャップ層がｐ型ＧａＮであると、ダブルヘテロ構造を
有する発光素子を実現するために好ましい。
ラッド層がｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）、前記上部ク
ラッド層がｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前記
キャップ層がｐ型ＧａＮであると、ダブルヘテロ構造を
有する発光素子を実現するために好ましい。
【００２１】本発明の半導体発光素子の製法は、単結晶
シリコン基板上に絶縁膜を形成する工程、前記絶縁膜上
にチッ化ガリウム系化合物半導体層を成膜してバッファ
層とする工程、前記バッファ層上にチッ化ガリウム系化
合物半導体からなる下部クラッド層、活性層、上部クラ
ッド層およびキャップ層を順次積層する工程、前記単結
晶シリコン基板に垂直にエッチングして、前記バッファ
層を露出させる工程、前記キャップ層および前記エッチ
ングにより露出したバッファ層上に電極を形成する工
程、およびダイシングまたは劈開によって素子ごとのチ
ップを分離する工程、を有する。
シリコン基板上に絶縁膜を形成する工程、前記絶縁膜上
にチッ化ガリウム系化合物半導体層を成膜してバッファ
層とする工程、前記バッファ層上にチッ化ガリウム系化
合物半導体からなる下部クラッド層、活性層、上部クラ
ッド層およびキャップ層を順次積層する工程、前記単結
晶シリコン基板に垂直にエッチングして、前記バッファ
層を露出させる工程、前記キャップ層および前記エッチ
ングにより露出したバッファ層上に電極を形成する工
程、およびダイシングまたは劈開によって素子ごとのチ
ップを分離する工程、を有する。
【００２２】前記単結晶シリコン基板が（１１１）面を
主面とする基板であることが、チッ化ガリウム系化合物
半導体とより近い格子定数を有する絶縁膜を形成する上
で好ましい。
主面とする基板であることが、チッ化ガリウム系化合物
半導体とより近い格子定数を有する絶縁膜を形成する上
で好ましい。
【００２３】前記絶縁膜を形成する工程が、前記単結晶
シリコン基板の表面酸化膜を除去したのち、チッ素雰囲
気中で熱処理する工程であると、形成されるチッ化シリ
コン膜が、チッ化ガリウム系化合物半導体と共通の原子
を有して整合が行われやすくなるため好ましい。
シリコン基板の表面酸化膜を除去したのち、チッ素雰囲
気中で熱処理する工程であると、形成されるチッ化シリ
コン膜が、チッ化ガリウム系化合物半導体と共通の原子
を有して整合が行われやすくなるため好ましい。
【００２４】前記絶縁膜を形成する工程が、酸化アルミ
ニウムを成膜する工程であると、それに続いてチッ化ガ
ウリム系半導体層を成膜するときの膜質の特性に変化を
つけ易くなり、半導体発光素子の設計が容易になるため
好ましい。
ニウムを成膜する工程であると、それに続いてチッ化ガ
ウリム系半導体層を成膜するときの膜質の特性に変化を
つけ易くなり、半導体発光素子の設計が容易になるため
好ましい。
【００２５】
【作用】本発明によれば、単結晶シリコン基板上にチッ
化シリコンや酸化アルミニウムなどの絶縁膜を堆積させ
たのち、チッ化ガリウム系化合物半導体層からなるバッ
ファ層を介してその上に動作層のチッ化ガリウム系化合
物半導体単結晶層を成長しているため、格子定数や熱膨
張係数は非常に近くなり、格子欠陥や転位は発生しにく
い。
化シリコンや酸化アルミニウムなどの絶縁膜を堆積させ
たのち、チッ化ガリウム系化合物半導体層からなるバッ
ファ層を介してその上に動作層のチッ化ガリウム系化合
物半導体単結晶層を成長しているため、格子定数や熱膨
張係数は非常に近くなり、格子欠陥や転位は発生しにく
い。
【００２６】ここで、半導体単結晶基板上に堆積させた
絶縁膜とチッ化ガリウム系化合物半導体層とのあいだの
格子不整合に基因して発生した結晶欠陥が、動作層とす
るチッ化ガリウム系化合物半導体単結晶層へ広がって転
位や欠陥とならないように、バッファ層が設けられてい
るが、このバッファ層は、低温バッファ層および高温バ
ッファ層の二重構造となっていてより効率よく格子の不
整合を吸収するものとされてもよい。
絶縁膜とチッ化ガリウム系化合物半導体層とのあいだの
格子不整合に基因して発生した結晶欠陥が、動作層とす
るチッ化ガリウム系化合物半導体単結晶層へ広がって転
位や欠陥とならないように、バッファ層が設けられてい
るが、このバッファ層は、低温バッファ層および高温バ
ッファ層の二重構造となっていてより効率よく格子の不
整合を吸収するものとされてもよい。
【００２７】さらに、バッファ層とクラッド層の１μｍ
以上に厚く形成される層の半導体単結晶層の組成を同じ
にすることにより、きれいな劈開面がえられ、鏡面もえ
られるものとなる。
以上に厚く形成される層の半導体単結晶層の組成を同じ
にすることにより、きれいな劈開面がえられ、鏡面もえ
られるものとなる。
【００２８】
【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明の半導体発
光素子を製法に従って説明する。図１〜２は本発明の製
法の一実施例により製造された半導体レーザチップの工
程断面説明図である。
光素子を製法に従って説明する。図１〜２は本発明の製
法の一実施例により製造された半導体レーザチップの工
程断面説明図である。
【００２９】図１〜２を参照しながら本発明の製法の一
実施例である半導体レーザを製法に従って説明する。
実施例である半導体レーザを製法に従って説明する。
【００３０】まず主面が（１１１）面である単結晶シリ
コン基板１を用意して表面酸化膜を除去し、図１（ａ）
に示されるように、チッ素雰囲気中で５００〜９００℃
で熱処理を行って表面シリコンをチッ化し１〜５ｎｍ程
度の、たとえばＳｉ3 Ｎ4 からなる絶縁膜２を形成す
る。これに続いて図１（ｂ）のように従来技術で説明し
たのと同様に、有機金属ガスおよび不純物ガスを導入し
てＭＯＣＶＤ法による成膜を行う。絶縁膜２上にｎ型Ｇ
ａＮからなる低温バッファ層３を０．０１〜０．２μｍ
程度、７００〜１２００℃でｎ型ＧａＮからなる高温バ
ッファ層４を２〜５μｍ程度、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ
（０＜ｘ＜１）からなる下部クラッド層５を０．１〜
０．３μｍ程度、クラッド層よりもバンドギャップエネ
ルギーが小さくなる材料、たとえばノンドープのＧａy
Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）からなる活性層６を０．０５
〜０．１μｍ程度、ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなる上部
クラッド層７を０．１〜０．３μｍ程度、ｐ型ＧａＮか
らなるキャップ層８を０．３〜２μｍ程度それぞれ連続
して成長させる。
コン基板１を用意して表面酸化膜を除去し、図１（ａ）
に示されるように、チッ素雰囲気中で５００〜９００℃
で熱処理を行って表面シリコンをチッ化し１〜５ｎｍ程
度の、たとえばＳｉ3 Ｎ4 からなる絶縁膜２を形成す
る。これに続いて図１（ｂ）のように従来技術で説明し
たのと同様に、有機金属ガスおよび不純物ガスを導入し
てＭＯＣＶＤ法による成膜を行う。絶縁膜２上にｎ型Ｇ
ａＮからなる低温バッファ層３を０．０１〜０．２μｍ
程度、７００〜１２００℃でｎ型ＧａＮからなる高温バ
ッファ層４を２〜５μｍ程度、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ
（０＜ｘ＜１）からなる下部クラッド層５を０．１〜
０．３μｍ程度、クラッド層よりもバンドギャップエネ
ルギーが小さくなる材料、たとえばノンドープのＧａy
Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）からなる活性層６を０．０５
〜０．１μｍ程度、ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなる上部
クラッド層７を０．１〜０．３μｍ程度、ｐ型ＧａＮか
らなるキャップ層８を０．３〜２μｍ程度それぞれ連続
して成長させる。
【００３１】つぎに図１（ｃ）に示されるように、積層
された半導体層の表面に、たとえばレジスト膜１１を
０．３〜３μｍの厚さに塗布形成し、半導体層のエッチ
ングされる部分が開口するようにパターニングする。こ
のパターニングは、開口部１２の側壁が基板１の表面、
すなわち積層された半導体層の表面に対して実質的に垂
直となるように行われる。
された半導体層の表面に、たとえばレジスト膜１１を
０．３〜３μｍの厚さに塗布形成し、半導体層のエッチ
ングされる部分が開口するようにパターニングする。こ
のパターニングは、開口部１２の側壁が基板１の表面、
すなわち積層された半導体層の表面に対して実質的に垂
直となるように行われる。
【００３２】そののち、たとえばＣｌ2 ガス雰囲気の下
で反応性イオンエッチングを行い、図２（ｄ）に示され
るるように、活性層６を貫通してｎ型のクラッド層５ま
たは高温バッファ層４が露出するまでエッチングする。
このエッチングにより半導体発光素子の側面が形成され
るが、このとき、活性層を露呈する発光面および光導波
路を介してそれに向き合う端面がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ膜の
（０００１）面であるようにあらかじめ設計されてい
る。したがって、これらの端面は、滑らかで質の高い鏡
面となる。続いて、表面にＡｕ、Ａｌなどからなる金属
膜を成膜してパターニングすることにより、ｐ側電極９
およびｎ側電極１０をそれぞれキャップ層８およびエッ
チングにより露出した高温バッファ層４上に形成する
（図２（ｅ）参照）。このままこれに続いてダイシング
を行って図３に示されるのと同様のＬＥＤチップを形成
してもよいが、ｐ側電極９をマスクとしてキャップ層８
および上部クラッド層７の一部をＣｌ2 ガス雰囲気の下
での反応性イオンエッチングによりエッチングしてメサ
形状としてから、基板１をシリコン基板とその上のエピ
膜とで滑らかな結晶面が出る方向に劈開すると、発光面
が滑らかで質の高い鏡面のｐ側電極９の４〜１０μｍの
帯状の形状にストライプが形成された半導体レーザのチ
ップがえられる（図２（ｆ）参照）。
で反応性イオンエッチングを行い、図２（ｄ）に示され
るるように、活性層６を貫通してｎ型のクラッド層５ま
たは高温バッファ層４が露出するまでエッチングする。
このエッチングにより半導体発光素子の側面が形成され
るが、このとき、活性層を露呈する発光面および光導波
路を介してそれに向き合う端面がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ膜の
（０００１）面であるようにあらかじめ設計されてい
る。したがって、これらの端面は、滑らかで質の高い鏡
面となる。続いて、表面にＡｕ、Ａｌなどからなる金属
膜を成膜してパターニングすることにより、ｐ側電極９
およびｎ側電極１０をそれぞれキャップ層８およびエッ
チングにより露出した高温バッファ層４上に形成する
（図２（ｅ）参照）。このままこれに続いてダイシング
を行って図３に示されるのと同様のＬＥＤチップを形成
してもよいが、ｐ側電極９をマスクとしてキャップ層８
および上部クラッド層７の一部をＣｌ2 ガス雰囲気の下
での反応性イオンエッチングによりエッチングしてメサ
形状としてから、基板１をシリコン基板とその上のエピ
膜とで滑らかな結晶面が出る方向に劈開すると、発光面
が滑らかで質の高い鏡面のｐ側電極９の４〜１０μｍの
帯状の形状にストライプが形成された半導体レーザのチ
ップがえられる（図２（ｆ）参照）。
【００３３】この実施例では、チッ化ガリウム系化合物
半導体層を成膜するための絶縁膜がチッ化シリコン（た
とえばＳｉ3 Ｎ4 ）であり、シリコン基板表面をチッ素
雰囲気中で熱処理するだけの簡単な工程で形成され、ま
た、チッ化ガリウム系化合物半導体層とチッ素原子を共
通して有するため、これらの界面で整合を取りやすく、
歪みを小さく押さえることができる。
半導体層を成膜するための絶縁膜がチッ化シリコン（た
とえばＳｉ3 Ｎ4 ）であり、シリコン基板表面をチッ素
雰囲気中で熱処理するだけの簡単な工程で形成され、ま
た、チッ化ガリウム系化合物半導体層とチッ素原子を共
通して有するため、これらの界面で整合を取りやすく、
歪みを小さく押さえることができる。
【００３４】一方、本発明の製法の他の実施例では、前
述の実施例と同様に、まず、主面が（１１１）面である
単結晶シリコン基板を用意して、スパッタ法、蒸着法な
どによって０．０１〜０．１μｍ程度の酸化アルミニウ
ムＡｌ2 Ｏ3 などの絶縁膜２を形成する。以下前述の実
施例と同様にして、バッファ層、クラッド層、活性層と
なるチッ化ガリウム系化合物半導体層をＭＯＣＶＤ法に
よってそれぞれ積層し、図２（ｆ）もしくは図３に示さ
れるような半導体発光素子をうる。
述の実施例と同様に、まず、主面が（１１１）面である
単結晶シリコン基板を用意して、スパッタ法、蒸着法な
どによって０．０１〜０．１μｍ程度の酸化アルミニウ
ムＡｌ2 Ｏ3 などの絶縁膜２を形成する。以下前述の実
施例と同様にして、バッファ層、クラッド層、活性層と
なるチッ化ガリウム系化合物半導体層をＭＯＣＶＤ法に
よってそれぞれ積層し、図２（ｆ）もしくは図３に示さ
れるような半導体発光素子をうる。
【００３５】この実施例のように、単結晶シリコン基板
上に、酸化アルミニウムを介在させて成膜されたチッ化
ガリウム系化合物半導体層は、その膜質が安定するの
で、それぞれの層の特性に幅をもたせることができ、発
光素子の設計が容易になる。
上に、酸化アルミニウムを介在させて成膜されたチッ化
ガリウム系化合物半導体層は、その膜質が安定するの
で、それぞれの層の特性に幅をもたせることができ、発
光素子の設計が容易になる。
【００３６】いずれの実施例においても、本発明によれ
ば、活性層６の両側発光端面は共に基板１の表面に対し
て実質的に垂直になっており、活性層６の上下はバンド
ギャップエネルギーが大きいクラッド層で挟まれ、両端
面が鏡面で囲まれた共振器となり、発振効率のすぐれた
半導体レーザがえられるとともに、活性層６から出射さ
れるレーザビームは基板表面と平行に進み、レーザビー
ムと集光レンズとの光軸合わせも容易にすることができ
る。
ば、活性層６の両側発光端面は共に基板１の表面に対し
て実質的に垂直になっており、活性層６の上下はバンド
ギャップエネルギーが大きいクラッド層で挟まれ、両端
面が鏡面で囲まれた共振器となり、発振効率のすぐれた
半導体レーザがえられるとともに、活性層６から出射さ
れるレーザビームは基板表面と平行に進み、レーザビー
ムと集光レンズとの光軸合わせも容易にすることができ
る。
【００３７】前記各実施例ではメサエッチングすること
により電流の注入領域をストライプ形状にする半導体レ
ーザの例で説明したが、たとえばクラッド層内にストラ
イプ溝の形成された反対導電型の電流ブロッキング層を
設ける構造や埋込み構造の半導体レーザでも本発明によ
り基板表面に垂直な端面を形成でき、チッ化ガリウム系
化合物半導体層を用いた青色の半導体レーザをうること
ができる。また、チッ化ガリウム系の半導体材料も前述
の組成に限定されず、一般にＡｌp Ｇａq Ｉｎ1-p-q Ｎ
（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜ｐ＋ｑ≦１）からなり
活性層のバンドギャップエネルギーがクラッド層のバン
ドギャップエネルギーより小さくなるようにｐ、ｑを選
定すればよい。また前記Ａｌp Ｇａq Ｉｎ1-p-q ＮのＮ
の一部または全部をＡｓおよび／またはＰなどで置換し
た材料でも同様に本発明を適用できる。さらにレーザダ
イオードに限らず、ＬＥＤでも上部から発光させない
で、側面から発光するＬＥＤにおいては、本発明により
垂直な端面から発光させることができ、発光方向を一定
方向に揃えることができ、ダブルヘテロ接合に限らず、
ｐｎ接合でも同様に本発明を適用できる。
により電流の注入領域をストライプ形状にする半導体レ
ーザの例で説明したが、たとえばクラッド層内にストラ
イプ溝の形成された反対導電型の電流ブロッキング層を
設ける構造や埋込み構造の半導体レーザでも本発明によ
り基板表面に垂直な端面を形成でき、チッ化ガリウム系
化合物半導体層を用いた青色の半導体レーザをうること
ができる。また、チッ化ガリウム系の半導体材料も前述
の組成に限定されず、一般にＡｌp Ｇａq Ｉｎ1-p-q Ｎ
（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜ｐ＋ｑ≦１）からなり
活性層のバンドギャップエネルギーがクラッド層のバン
ドギャップエネルギーより小さくなるようにｐ、ｑを選
定すればよい。また前記Ａｌp Ｇａq Ｉｎ1-p-q ＮのＮ
の一部または全部をＡｓおよび／またはＰなどで置換し
た材料でも同様に本発明を適用できる。さらにレーザダ
イオードに限らず、ＬＥＤでも上部から発光させない
で、側面から発光するＬＥＤにおいては、本発明により
垂直な端面から発光させることができ、発光方向を一定
方向に揃えることができ、ダブルヘテロ接合に限らず、
ｐｎ接合でも同様に本発明を適用できる。
【００３８】さらに端面をエッチングによって形成する
ことにかえて、劈開によって行ってもよい。このばあい
は、ｎ側電極１０を形成するためにエッチングを行った
のと直交する方向に劈開し、その端面が発光面を含むよ
うにしておくと品質の高い鏡面に挟まれた光共振器の作
製が可能となる。
ことにかえて、劈開によって行ってもよい。このばあい
は、ｎ側電極１０を形成するためにエッチングを行った
のと直交する方向に劈開し、その端面が発光面を含むよ
うにしておくと品質の高い鏡面に挟まれた光共振器の作
製が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、基板として単結晶基板
を用い、薄い絶縁膜を介してチッ化ガリウム系化合物半
導体層を成膜するので、従来のように、サファイア基板
に直接チッ化ガリウム系化合物半導体層を成膜するばあ
いに比べて界面での歪みが小さくなる。また、基板その
ものが安価に手に入り、加工性に優れているので、デバ
イス化が容易である。
を用い、薄い絶縁膜を介してチッ化ガリウム系化合物半
導体層を成膜するので、従来のように、サファイア基板
に直接チッ化ガリウム系化合物半導体層を成膜するばあ
いに比べて界面での歪みが小さくなる。また、基板その
ものが安価に手に入り、加工性に優れているので、デバ
イス化が容易である。
【００４０】さらにクラッド層などの厚いチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層と単結晶シリコン基板が構成の大半
を占めるので、チップを分離するに際して劈開すること
もでき、発光端面を鏡面とすることもできる。その結
果、青色の半導体レーザも容易にうることができる。
ム系化合物半導体層と単結晶シリコン基板が構成の大半
を占めるので、チップを分離するに際して劈開すること
もでき、発光端面を鏡面とすることもできる。その結
果、青色の半導体レーザも容易にうることができる。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施例を製造工程
（前半）に従って示す図である。
（前半）に従って示す図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の一実施例を製造工程
（後半）に従って示す図である。
（後半）に従って示す図である。
【図３】本発明の他の実施例であるＬＥＤの断面説明図
である。
である。
【図４】従来のＧａＮ系ＬＥＤの断面説明図である。
【図５】従来のサファイヤ基板上に形成されたバッファ
層に発生する転位の状況を説明する図である。
層に発生する転位の状況を説明する図である。
１ 単結晶シリコン基板 ２ 絶縁膜 ３ 低温バッファ層 ４ 高温バッファ層 ５ ｎ型クラッド層 ６ 活性層 ７ ｐ型クラッド層
Claims (11)
- 【請求項１】 単結晶シリコン基板、該単結晶シリコン
基板上に形成された絶縁膜および該絶縁膜上に積層され
たチッ化ガリウム系化合物半導体層を構成要素とする半
導体発光素子。 - 【請求項２】 前記単結晶シリコン基板が（１１１）面
を主面とした基板である請求項１記載の半導体発光素
子。 - 【請求項３】 前記絶縁膜がチッ化シリコンである請求
項１または２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記絶縁膜が酸化アルミニウムである請
求項１または２記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記チッ化ガリウム系化合物半導体層
が、ｐ型層およびｎ型層を含む複数の層であり、かつ、
発光のための活性層を有する請求項１、２、３または４
記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記チッ化ガリウム系化合物半導体層
が、バッファ層、下部クラッド層、活性層、上部クラッ
ド層、キャップ層からなる請求項１、２、３、４または
５記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記バッファ層がｎ型ＧａＮ、前記下部
クラッド層がｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前
記活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）、前記上部
クラッド層がｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）、前
記キャップ層がｐ型ＧａＮである請求項６記載の半導体
発光素子。 - 【請求項８】 単結晶シリコン基板上に絶縁膜を形成す
る工程、前記絶縁膜上にチッ化ガリウム系化合物半導体
層を成膜してバッファ層とする工程、前記バッファ層上
にチッ化ガリウム系化合物半導体からなる下部クラッド
層、活性層、上部クラッド層およびキャップ層を順次積
層する工程、前記単結晶シリコン基板に垂直にエッチン
グして、前記バッファ層を露出させる工程、前記キャッ
プ層および前記エッチングにより露出したバッファ層上
に電極を形成する工程、およびダイシングまたは劈開に
よってチップに分離する工程、からなる半導体発光素子
の製法。 - 【請求項９】 前記単結晶シリコン基板が（１１１）面
を主面とする基板である請求項８記載の半導体発光素子
の製法。 - 【請求項１０】 前記絶縁膜を形成する工程が、前記単
結晶シリコン基板の表面酸化膜を除去したのち、チッ素
雰囲気中で熱処理してチッ化シリコン膜を形成する工程
である請求項８または９記載の半導体発光素子の製法。 - 【請求項１１】 前記絶縁膜を形成する工程が、酸化ア
ルミニウムを成膜する工程である請求項８または９記載
の半導体発光素子の製法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20248094A JPH0864913A (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体発光素子およびその製法 |
| US08/517,121 US5838029A (en) | 1994-08-22 | 1995-08-21 | GaN-type light emitting device formed on a silicon substrate |
| US09/149,435 US6087681A (en) | 1994-08-08 | 1998-09-08 | GaN semiconductor light emitting device having a group III-V substrate |
| US09/569,300 US6376866B1 (en) | 1994-08-22 | 2000-05-11 | GaN semiconductor light emitting device having a group II-VI substrate |
| US10/127,810 US6680492B2 (en) | 1994-08-22 | 2002-04-23 | Semiconductor light emitting device and method for producing the same |
| US10/690,624 US7071015B2 (en) | 1994-08-22 | 2003-10-23 | Semiconductor light emitting device and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20248094A JPH0864913A (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体発光素子およびその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864913A true JPH0864913A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16458216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20248094A Pending JPH0864913A (ja) | 1994-08-08 | 1994-08-26 | 半導体発光素子およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864913A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000016378A3 (en) * | 1998-09-15 | 2000-07-06 | Univ Singapore | Method of fabricating group-iii nitride-based semiconductor device |
| JP2008504715A (ja) | 2004-06-28 | 2008-02-14 | ニトロネックス コーポレイション | 窒化ガリウム材料及び方法 |
| JP2008034834A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-14 | Samsung Electro Mech Co Ltd | シリコン基板上の窒化物単結晶成長方法、これを用いた窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2009152627A (ja) * | 1998-01-16 | 2009-07-09 | Mitsubishi Materials Corp | 窒化物半導体層付き基板の製造方法 |
| JP2013033887A (ja) * | 2011-08-03 | 2013-02-14 | Covalent Materials Corp | 窒化物半導体基板の製造方法 |
| WO2013145404A1 (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-03 | 株式会社豊田中央研究所 | オフ角を備えているシリコン単結晶とiii族窒化物単結晶の積層基板 |
| JP2014522126A (ja) * | 2011-08-08 | 2014-08-28 | イルジン エルイーディー カンパニー リミテッド | 漏れ電流遮断効果に優れる窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| CN114586132A (zh) * | 2019-10-24 | 2022-06-03 | 信越半导体株式会社 | 半导体基板的制造方法及半导体基板 |
| WO2023037838A1 (ja) * | 2021-09-09 | 2023-03-16 | 信越半導体株式会社 | 窒化物半導体基板の製造方法 |
-
1994
- 1994-08-26 JP JP20248094A patent/JPH0864913A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6524932B1 (en) | 1998-09-15 | 2003-02-25 | National University Of Singapore | Method of fabricating group-III nitride-based semiconductor device |
| SG94712A1 (en) * | 1998-09-15 | 2003-03-18 | Univ Singapore | Method of fabricating group-iii nitride-based semiconductor device |
| WO2000016378A3 (en) * | 1998-09-15 | 2000-07-06 | Univ Singapore | Method of fabricating group-iii nitride-based semiconductor device |
| US8748298B2 (en) | 2004-06-28 | 2014-06-10 | International Rectifier Corporation | Gallium nitride materials and methods associated with the same |
| JP2008504715A (ja) | 2004-06-28 | 2008-02-14 | ニトロネックス コーポレイション | 窒化ガリウム材料及び方法 |
| US10096701B2 (en) | 2004-06-28 | 2018-10-09 | Infineon Technologies Americas Corp. | Gallium nitride materials and methods associated with the same |
| JP2008034834A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-14 | Samsung Electro Mech Co Ltd | シリコン基板上の窒化物単結晶成長方法、これを用いた窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
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| US9728609B2 (en) | 2012-03-28 | 2017-08-08 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Layered substrate with a miscut angle comprising a silicon single crystal substrate and a group-III nitride single crystal layer |
| WO2013145404A1 (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-03 | 株式会社豊田中央研究所 | オフ角を備えているシリコン単結晶とiii族窒化物単結晶の積層基板 |
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| WO2023037838A1 (ja) * | 2021-09-09 | 2023-03-16 | 信越半導体株式会社 | 窒化物半導体基板の製造方法 |
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