JPH09194204A - Method for manufacturing aluminum nitride and semiconductor light emitting device - Google Patents
Method for manufacturing aluminum nitride and semiconductor light emitting deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温で高純度の窒化アルミニウム膜を製造す
る方法を提供する。
【解決手段】 ECR装置に、5Nの金属Al104を
セットし、窒素ガス109を導入しながら、ECRプラ
ズマを起こす。このときの温度は200℃である。EC
Rプラズマにより、AlとNがGaAs基板に成長して
いき、AlN膜107を製造できる。このようにECR
プラズマを用いたAlN膜の製造方法により、高純度の
金属Alを用いているので、当然高純度のAlN膜を成
長でき、MOVPE法のように高温での成長を必要とせ
ずに、膜の製造が可能となる。
(57) Abstract: A method for producing a high-purity aluminum nitride film at low temperature is provided. SOLUTION: A 5N metal Al 104 is set in an ECR device, and ECR plasma is generated while introducing a nitrogen gas 109. The temperature at this time is 200 ° C. EC
Al and N are grown on the GaAs substrate by the R plasma, and the AlN film 107 can be manufactured. Like this ECR
Since high-purity metallic Al is used in the AlN film manufacturing method using plasma, a high-purity AlN film can naturally be grown, and the film can be manufactured without the need for high-temperature growth as in the MOVPE method. Is possible.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウム
の製造方法および半導体発光素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing aluminum nitride and a semiconductor light emitting device.
【0002】[0002]
【従来の技術】窒化アルミニウム(以下、AlNと記
す)は、絶縁膜として広く使われている。また、バルク
のAlNは熱伝導性の良さから、放熱性を有する半導体
素子をマウントする基板にも用いられている。2. Description of the Related Art Aluminum nitride (hereinafter referred to as AlN) is widely used as an insulating film. Further, since bulk AlN has good thermal conductivity, it is also used for a substrate on which a semiconductor element having heat dissipation is mounted.
【0003】従来のAlN膜は、ターゲットにAlNを
用い、アルゴンイオンによるスパッタ法により基板上に
堆積していた。このときの温度は、室温から400℃程
度である。このようにAlN膜は、スパッタ法により比
較的低温でAlN膜を堆積できるものの、ターゲットの
AlNの純度が高くないので、必然的に堆積したAlN
膜も高純度のものが得られなかった。A conventional AlN film has been deposited on a substrate by using AlN as a target and by a sputtering method using argon ions. The temperature at this time is from room temperature to about 400 ° C. As described above, although the AlN film can be deposited at a relatively low temperature by the sputtering method, the purity of the target AlN is not high, so that the deposited AlN film is inevitable.
A highly pure film could not be obtained.
【0004】また、AlN膜をMOVPE法により、サ
ファイア基板上に成長させる方法もある(特開平2−2
29476号公報、特開平4−297023号公報参
照)。この方法では、トリメチルアルミニウムガスおよ
びアンモニアガスを反応炉に導入し、1080℃に加熱
して熱分解により、サファイア基板上にAlN膜を成長
させている。成長したAlN膜は、スパッタ法のような
不純物の混入はないものの、成長には1000℃以上の
高温が必要である。There is also a method of growing an AlN film on a sapphire substrate by the MOVPE method (Japanese Patent Laid-Open No. 2-2).
No. 29476, Japanese Patent Laid-Open No. 4-297023). In this method, trimethylaluminum gas and ammonia gas are introduced into a reaction furnace, heated to 1080 ° C., and thermally decomposed to grow an AlN film on a sapphire substrate. The grown AlN film does not contain impurities as in the sputtering method, but requires a high temperature of 1000 ° C. or higher for growth.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このように従来のAl
N膜の成長には、スパッタ法によれば、高純度のものが
得られない、成長膜にダメージが入る、ということがあ
る。また、MOVPE法によれば高温での成長が必要に
なる、ということであった。As described above, the conventional Al
For the growth of the N film, there are cases in which a high-purity one cannot be obtained by the sputtering method and the grown film is damaged. Further, according to the MOVPE method, it is necessary to grow at a high temperature.
【0006】そこで本発明は、比較的低温で成長が可能
で、しかも純度の高いAlN膜の製造方法を提供するこ
とを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an AlN film which can be grown at a relatively low temperature and which has a high purity.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のAlN膜の製造方法は、ECRプラズマを用
いるものである。その原料には、高純度の金属Alと窒
素ガスを用いている。In order to achieve the above object, the AlN film manufacturing method of the present invention uses ECR plasma. High-purity metal Al and nitrogen gas are used as the raw material.
【0008】またこのAlN膜の製造方法を、半導体レ
ーザ等の半導体発光素子の共振器端面のコーティングに
応用するものである。Further, the method of manufacturing the AlN film is applied to coating of the end face of a resonator of a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below.
【0010】(実施の形態1)AlN膜の成長に、EC
R(Electron Cyclotron Resonance)プラズマを用い
る。反応式は、Al(金属)+N2 → AlN、であ
る。(Embodiment 1) For growth of an AlN film, EC
R (Electron Cyclotron Resonance) plasma is used. The reaction formula is Al (metal) + N2 → AlN.
【0011】Alの原料には、金属アルミニウムを用い
る。これの理由は高純度のもの(ファイブナイン(5
N))が簡単に手に入るからであり、かつ、高純度のA
lN膜を成長できるからである。Metallic aluminum is used as a raw material of Al. The reason for this is high purity (five nine (5
N)) is easily available, and high-purity A
This is because the 1N film can be grown.
【0012】図1に示すECR装置を示す。装置の構成
は、電磁石コイル103が設置されたプラズマ生成室1
02に、窒素ガス109およびアルゴンガス110が接
続されている。またプラズマ生成室103にプラズマを
生成するためのマグネトロン101が接続されている。
さらにプラズマ生成室に薄膜堆積室108が接続され、
その接続部分にAlターゲット104が設置されてい
る。薄膜堆積室108は真空ポンプに接続されている。The ECR device shown in FIG. 1 is shown. The configuration of the device is the plasma generation chamber 1 in which the electromagnet coil 103 is installed.
A nitrogen gas 109 and an argon gas 110 are connected to 02. A magnetron 101 for generating plasma is connected to the plasma generation chamber 103.
Further, the thin film deposition chamber 108 is connected to the plasma generation chamber,
An Al target 104 is installed at the connecting portion. The thin film deposition chamber 108 is connected to a vacuum pump.
【0013】この装置に、5Nの金属Al104をセッ
トし、窒素ガス(流量:5000ccm)を導入しなが
ら、プラズマ生成室102でプラズマを起こす。このと
きの温度は200℃である。ECRプラズマにより、A
lとNがGaAs基板107に成長していき、AlN膜
を製造できる。成長したAlN膜の平坦性を調べると、
図2に示すようにきわめて平坦であった。ECRを用い
た場合は、平坦性(凹凸)が約4nm以内であり、スパ
ッタ法ではこの凹凸が約25nmとなっている(図2
(a)参照)。この理由は、明確ではないが、ECRの
場合、指向性が強く、基板に対して、斜め方向ではな
く、きれいに揃って垂直方向からAlとNが飛んでくる
ので成長した膜も平坦になると考えられる。A 5N metallic Al 104 is set in this apparatus, and a plasma is generated in the plasma generation chamber 102 while introducing nitrogen gas (flow rate: 5000 ccm). The temperature at this time is 200 ° C. By ECR plasma, A
l and N grow on the GaAs substrate 107, and an AlN film can be manufactured. When examining the flatness of the grown AlN film,
As shown in FIG. 2, it was extremely flat. When ECR is used, the flatness (unevenness) is within about 4 nm, and this unevenness is about 25 nm in the sputtering method (FIG. 2).
(A)). The reason for this is not clear, but in the case of ECR, the directivity is strong, and it is considered that the grown film also becomes flat because Al and N fly from the vertical direction in a neat line to the substrate instead of in an oblique direction. To be
【0014】このようにECRプラズマを用いたAlN
膜の製造は、高純度の金属Alを用いているので、当然
高純度のAlN膜を成長できるだけでなく、MOVPE
法のように高温での成長を必要としないので、高温の装
置が必要でなく、また、反応ガス(TMAなど)を使わ
ないので、Al化合物のような中間生成物もない。図3
のように、成長温度は0℃〜600℃の範囲で、十分な
純度、平坦性をもつ高膜質のものが得られる。550〜
600℃の範囲では若干、基板との密着性が落ちるが、
0℃〜550℃の範囲では、基板との密着性もよく、基
板にかかる応力も小さかった。またECRなので、低ダ
メージであり、窒素プラズマの活性化率が高いので、成
長レートも小さくなく、効率よくAlN膜を成長でき
る。Thus, AlN using ECR plasma
Since high-purity metal Al is used in the film production, not only can a high-purity AlN film be grown, but MOVPE
Since it does not require growth at a high temperature as in the method, it does not require a high temperature apparatus and does not use a reaction gas (TMA or the like), so that there is no intermediate product such as an Al compound. FIG.
As described above, when the growth temperature is in the range of 0 ° C. to 600 ° C., a high quality film having sufficient purity and flatness can be obtained. 550-
In the range of 600 ° C, the adhesion to the substrate is slightly reduced,
In the range of 0 ° C to 550 ° C, the adhesion to the substrate was good and the stress applied to the substrate was small. Further, since it is ECR, it is low in damage, and the activation rate of nitrogen plasma is high, so that the growth rate is not small and the AlN film can be efficiently grown.
【0015】これらの特性をまとめたものを図2(b)
に示す。ECRの場合は、堆積する膜の純度も6N程度
のものが得られる。堆積時のエネルギーも10〜20e
Vで小さく堆積する膜に与えるダメージも小さい。チャ
ージアップによる薄膜のダメージもなく、表面のラフネ
スも小さく平坦性に優れている。FIG. 2 (b) shows a summary of these characteristics.
Shown in In the case of ECR, the purity of the deposited film is about 6N. Energy during deposition is 10 to 20e
A small amount of V causes little damage to the deposited film. There is no damage to the thin film due to charge-up, the surface roughness is small, and the flatness is excellent.
【0016】(実施の形態2)実施の形態1で説明した
AlN膜を半導体レーザの端面のコーティングに応用し
た実施の形態について説明する。(Embodiment 2) An embodiment in which the AlN film described in Embodiment 1 is applied to coating of the end face of a semiconductor laser will be described.
【0017】図4は図1と同様のECRの装置である。
ここでは試料として半導体レーザのバー(各レーザチッ
プに切り出す前の状態)としている。この装置内に、ウ
エハからバーの状態に切り出した半導体レーザを設置す
る。レーザの端面に実施の形態1で述べた条件でAlN
膜を77、5nm成長する。FIG. 4 shows an ECR device similar to that shown in FIG.
Here, a semiconductor laser bar (a state before being cut into each laser chip) is used as a sample. In this apparatus, a semiconductor laser cut out from the wafer into a bar state is installed. AlN is formed on the end face of the laser under the conditions described in the first embodiment.
The film is grown at 77 nm.
【0018】半導体レーザのフロント側(レーザ出射面
側)端面にAlN膜を成長したレーザの断面図を図5に
示す。AlN膜上には、SiON膜を101、6nm堆
積している。これはSiON膜によりフロント側の反射
率を調整するためである。ここではSiON膜を堆積す
ることにより、反射率を10パーセントとしている。FIG. 5 shows a cross-sectional view of a laser having an AlN film grown on the front end face (laser emission face side) of the semiconductor laser. On the AlN film, a SiON film is deposited with a thickness of 101, 6 nm. This is because the front side reflectance is adjusted by the SiON film. Here, the reflectance is set to 10% by depositing a SiON film.
【0019】このように端面をAlN膜で覆うと、レー
ザ端面の酸化がなくレーザの動作電流の上昇を防止する
ことができる。またAlN膜は熱伝導度が高く、放熱性
に優れているので、動作電流の防止することができる。
また成長においても、レーザ端面にダメージを及ぼすこ
とが少なく、ダメージによる光出力の劣化もない。した
がって、高信頼性を有する半導体レーザとすることがで
きる。When the end face is covered with the AlN film in this way, the end face of the laser is not oxidized and the operating current of the laser can be prevented from increasing. Moreover, since the AlN film has high thermal conductivity and excellent heat dissipation, an operating current can be prevented.
Further, even during the growth, the laser end face is hardly damaged, and the optical output is not deteriorated by the damage. Therefore, a highly reliable semiconductor laser can be obtained.
【0020】さらに成長したAlN膜は平坦であり、レ
ーザの端面での反射率を正確に制御することができる。
図6にAlNの膜厚に対するレーザの反射率を示してい
る。これによれば、AlN膜により反射率が大きく変動
することがわかるが、AlN膜は平坦であり、膜厚の制
御にすぐれるので反射率の調整も容易である。The further grown AlN film is flat and the reflectance at the end face of the laser can be accurately controlled.
FIG. 6 shows the reflectance of the laser with respect to the film thickness of AlN. According to this, it can be seen that the reflectivity greatly varies depending on the AlN film, but since the AlN film is flat and the film thickness is excellently controlled, the reflectivity can be easily adjusted.
【0021】AlN膜の成長には、金属Alと窒素ガス
を用いたが、酸素ガスをさらに加えることでさらに端面
のコーティングに最適なAlN膜を製造できる。加えた
酸素ガスは、窒素ガス(5000ccm)に対して、1
/100の50ccmである。この反応式は、金属Al
+窒素ガス+酸素ガス→AlNO膜である。このように
成長したAlN膜には酸素が含まれている。この膜は、
GaAs基板に対しての「反り」が小さくなる。つま
り、図7のように、酸素がないときは反りが大きく、そ
のために基板におよぼす応力が大きかったが、酸素を添
加することで、反りが小さくなり、基板に与える応力を
かなり緩和することができる。Metal Al and nitrogen gas were used for growth of the AlN film, but by further adding oxygen gas, an AlN film most suitable for coating the end face can be manufactured. The added oxygen gas is 1 against the nitrogen gas (5000 ccm).
It is 50 ccm of / 100. This reaction formula is
+ Nitrogen gas + Oxygen gas → AlNO film. The AlN film thus grown contains oxygen. This membrane is
The "warp" with respect to the GaAs substrate is reduced. That is, as shown in FIG. 7, the warp was large when oxygen was absent, and therefore the stress exerted on the substrate was large. However, by adding oxygen, the warp is reduced and the stress applied to the substrate can be relieved considerably. it can.
【0022】最後に半導体レーザの端面に、マグネトロ
ンスパッタによりAlN膜を堆積した場合と、本実施例
のようにECRによりAlN膜を堆積した場合との半導
体レ−ザの動作電流の比較をしている。本実施例のよう
にECR法による方が、時間による動作電流の増加が少
なく、信頼性も高いことがわかる。Finally, the operating current of the semiconductor laser is compared between the case where the AlN film is deposited on the end face of the semiconductor laser by magnetron sputtering and the case where the AlN film is deposited by ECR as in this embodiment. There is. It can be seen that the ECR method as in this embodiment causes less increase in operating current with time and has higher reliability.
【0023】(実施の形態3)実施の形態1で述べたA
lNの製造方法により形成したAlN膜の応用として、
半導体レーザと受光素子とを一体に構成したホログラム
ユニットについて説明する。(Embodiment 3) A described in Embodiment 1
As an application of the AlN film formed by the manufacturing method of 1N,
A hologram unit in which a semiconductor laser and a light receiving element are integrally formed will be described.
【0024】このホログラムユニットの構成斜視図を図
9に示す。レーザチップ902をシリコン基板901上
に配置して、レーザチップ902、光信号検出用のフォ
トダイオード903a、903b、それにレーザチップ
からのレーザ光を反射させるマイクロミラー904、レ
ーザの出力をモニターするフォトダイオード905を一
体に構成している。これにより、小型化・薄型化を図っ
ている。このように、レーザユニットは、シリコン基板
901上に凹部を形成し、この凹部に半導体レーザチッ
プ902を配置する。レーザ902から出射する光は、
シリコン基板901に形成され、かつ、シリコン基板の
表面に対して45度の角度を持つマイクロミラー904
により、上方へ出射する。マイクロミラー904は、シ
リコンの(111)面を利用して形成される。(11
1)面は、異方性エッチングにより簡単に得られ、ま
た、化学的に安定な面であるので、光学的に平坦な面が
得られやすいからである。A configuration perspective view of this hologram unit is shown in FIG. A laser chip 902 is arranged on a silicon substrate 901, and a laser chip 902, photodiodes 903a and 903b for detecting an optical signal, a micro mirror 904 for reflecting laser light from the laser chip, and a photodiode for monitoring laser output. 905 is integrally configured. As a result, the size and thickness are reduced. In this way, the laser unit forms the concave portion on the silicon substrate 901 and arranges the semiconductor laser chip 902 in the concave portion. The light emitted from the laser 902 is
A micro mirror 904 formed on the silicon substrate 901 and having an angle of 45 degrees with respect to the surface of the silicon substrate.
Is emitted upward. The micro mirror 904 is formed by utilizing the (111) plane of silicon. (11
This is because the surface 1) is easily obtained by anisotropic etching and is a chemically stable surface, so that it is easy to obtain an optically flat surface.
【0025】しかし、シリコン(100)面を用いる
と、(111)面は、(100)面と54度の角度とな
るので、(100)面の面方位から<110>方向へ9
度傾斜した基板を用いることで、45度の角度が得られ
る。マイクロミラーと対向する面の角度は63度となる
が、この面には、レーザチップからの光出力をモニター
するモニター用フォトダイオード905が形成されてい
る。However, when the silicon (100) plane is used, the (111) plane forms an angle of 54 degrees with the (100) plane, so that the (110) plane is oriented in the <110> direction by 9 degrees.
By using a substrate inclined at an angle of 45 degrees, an angle of 45 degrees can be obtained. The angle of the surface facing the micromirror is 63 degrees, and a monitoring photodiode 905 for monitoring the light output from the laser chip is formed on this surface.
【0026】マイクロミラー904の表面は平坦なシリ
コンであるが、レーザ光の吸収がなく、光の利用効率を
高めるために、金など、反射効率が高く、レーザ光を吸
収しない金属を蒸着して光の損失を少なくするのが好ま
しい。The surface of the micro mirror 904 is flat silicon, but it does not absorb laser light, and in order to improve the light utilization efficiency, a metal such as gold, which has high reflection efficiency and does not absorb laser light, is deposited. It is preferable to reduce the loss of light.
【0027】以上のように、レーザユニットを用いるこ
とにより、光ディスクの小型化、薄型が可能となるとと
もに、製造上も、フォトダイオード、マイクロミラーが
形成されているシリコン基板表面の凹部に、レーザチッ
プを配置するだけでよいので、工程も簡略化でき、歩留
まりも高くなる。As described above, by using the laser unit, the optical disc can be made smaller and thinner, and also in manufacturing, the laser chip is formed in the concave portion on the surface of the silicon substrate where the photodiode and the micromirror are formed. Therefore, the process can be simplified and the yield can be increased.
【0028】このレーザユニットのaーb断面図を図1
0に示している。図9では、図示していないが、図10
のように、レーザチップ(半導体レーザ1002)の下
には、実施の形態1の方法により、AlN膜が形成され
ている。AlN膜は、図10(b)のように、シリコン
基板1001の上に形成されている。また図(c)のよ
うに、シリコン基板上にAlN膜だけを形成するのでは
なく、AlN膜1003とAl膜とが交互に積層されて
いるものでもよい。半導体レーザの下にAlN膜を形成
し、このAlN膜を放熱体として用いることにより、以
下の効果が得られる。FIG. 1 is a sectional view of the laser unit taken along the line ab.
0 is shown. Although not shown in FIG. 9, FIG.
As described above, the AlN film is formed under the laser chip (semiconductor laser 1002) by the method of the first embodiment. The AlN film is formed on the silicon substrate 1001 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 6C, instead of forming only the AlN film on the silicon substrate, the AlN film 1003 and the Al film may be alternately laminated. The following effects can be obtained by forming an AlN film under the semiconductor laser and using this AlN film as a heat radiator.
【0029】AlN膜またはAlN/Al積層膜を放熱
体を用いない場合、つまり、シリコン基板上に半導体レ
ーザを直接実装した場合、熱抵抗は70℃/Wであり、これ
では、熱抵抗が大きすぎ、AlGaInP系の波長63
0〜680nm帯の赤色レーザを実装することはできな
い。実装しても、熱抵抗のため、すぐにレーザチップが
発振しなくなるからである。When the AlN film or the AlN / Al laminated film is not used as a heat radiator, that is, when the semiconductor laser is directly mounted on the silicon substrate, the thermal resistance is 70 ° C./W, which is large. Too long, wavelength 63 of AlGaInP system
A red laser in the 0 to 680 nm band cannot be mounted. This is because the laser chip will not immediately oscillate due to thermal resistance even after mounting.
【0030】一方、シリコン基板上にAlN膜を形成
し、この膜の上に、レーザチップを実装した場合、つま
り、AlN膜を放熱体を用いた場合の熱抵抗は、35℃/Wで
あり、シリコン基板上に直接実装した場合の半分になっ
た。その結果、AlGaInP系の630〜680nm
帯、特に650nm帯赤色レーザで、80℃、5mWでの
信頼性も確保できた。On the other hand, when an AlN film is formed on a silicon substrate and a laser chip is mounted on this film, that is, when the AlN film is used as a radiator, the thermal resistance is 35 ° C./W. , Half of the case of mounting directly on a silicon substrate. As a result, AlGaInP-based 630-680 nm
With a band, especially a 650 nm band red laser, it was possible to secure reliability at 80 ° C. and 5 mW.
【0031】AlNは放熱性に優れ、200W/m・K程度の
熱伝導率を有する。ところが、高い熱伝導率を保つため
には、不純物の混入をさけなければならない。特に酸素
が混入すると熱伝導率が著しく低下する。実施の形態1
のECR成膜装置は高純度(5〜6N)の金属Alを原料
とすることできるので、ホログラムユニットでの放熱体
として用いた場合のメリットは大きい。また、ECR成膜
装置によって緻密な膜が形成できる点では、通常のマグ
ネトロンスパッタと大きく異なる。それは、膜の緻密さ
も熱伝導率に大きく影響するからである。AlN is excellent in heat dissipation and has a thermal conductivity of about 200 W / m · K. However, in order to maintain a high thermal conductivity, it is necessary to avoid mixing of impurities. In particular, if oxygen is mixed in, the thermal conductivity will be significantly reduced. Embodiment 1
Since the ECR film forming apparatus can use metal Al of high purity (5 to 6 N) as a raw material, it has a great advantage when used as a heat radiator in a hologram unit. Further, it is very different from ordinary magnetron sputtering in that a dense film can be formed by the ECR film forming apparatus. This is because the denseness of the film also greatly affects the thermal conductivity.
【0032】(実施の形態4)実施の形態3では、シリ
コン基板の上にAlN膜を形成して放熱体とし、レーザ
の放熱性を高めるようにしている。さらに冷却性をあげ
るために、ユニットの中を絶縁性の液体で満たして冷却
する、いわゆる液体冷却法を用いたユニットの実施の形
態を図11を用いて説明する。(Fourth Embodiment) In the third embodiment, an AlN film is formed on a silicon substrate to serve as a heat radiator to enhance the heat radiation performance of the laser. An embodiment of a unit using a so-called liquid cooling method in which the inside of the unit is filled with an insulating liquid and cooled in order to further improve the cooling property will be described with reference to FIG.
【0033】ホログラムユニットを、プラスチック等で
作られたパッケージ1100上にマウントし、レーザ1
102の出射面側にホログラム素子1105を乗せる。
ホログラム素子1105とプラスチックパッケージ11
00の間の空間に、フルオロカーボン系の液体1104
を充填する。ここでは、C4F10を用いた。フルオロカ
ーボン系の液体は、AlGaInP系の赤色レーザの波
長帯の光の吸収が小さく、しかも、不活性、不燃性、絶
縁性であり、冷却用の液体としては好適である。The hologram unit is mounted on a package 1100 made of plastic or the like, and the laser 1
The hologram element 1105 is placed on the exit surface side of 102.
Hologram element 1105 and plastic package 11
In the space between 00, a fluorocarbon liquid 1104
Fill. Here, C4F10 was used. The fluorocarbon-based liquid has a small absorption of light in the wavelength band of the AlGaInP-based red laser, is inert, incombustible, and insulative, and is suitable as a cooling liquid.
【0034】この方法によって、半導体レーザの駆動に
よって発生する熱を効率良く放熱することができ、半導
体レーザの特性悪化、特に信頼性の低下を防ぐことがで
きる。By this method, the heat generated by driving the semiconductor laser can be efficiently dissipated, and the deterioration of the characteristics of the semiconductor laser, especially the deterioration of reliability can be prevented.
【0035】このように、AlN放熱体と液体冷却とを同
時に使用すれば、半導体レーザの放熱の効果はさらに高
まり、レーザの高出力化等に非常に効果がある。As described above, when the AlN heat radiator and the liquid cooling are used at the same time, the heat radiation effect of the semiconductor laser is further enhanced, which is very effective in increasing the laser output.
【0036】最後に参考数値として、材料の熱伝導率を
記載しておく。Si・・・120W/m・K、AlN・・・2
00(文献によっては270)、Al2O3・・・25、GaAs・・・5
4、SiO2・・・1、SiC・・・270。Finally, the thermal conductivity of the material is described as a reference value. Si ・ ・ ・ 120W / m ・ K, AlN ・ ・ ・ 2
00 (270 depending on the literature), Al2O3 ... 25, GaAs ... 5
4, SiO2 ・ ・ ・ 1, SiC ・ ・ ・ 270.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、比較的低
温、高純度、かつ平坦性の高いAlN膜を容易に成長す
ることができる。As described above, according to the present invention, an AlN film having a relatively low temperature, high purity and high flatness can be easily grown.
【0038】また、このAlN膜を半導体レーザの端面
に用いると、端面の酸化を防止し、かつ放熱特性がよい
ので、動作電流の小さい信頼性の高い半導体レーザを実
現することができる。When this AlN film is used for the end face of a semiconductor laser, oxidation of the end face is prevented and the heat dissipation characteristics are good, so that a highly reliable semiconductor laser with a small operating current can be realized.
【0039】また、AlN膜を放熱体としてシリコン基
板上に用い、放熱特性の良くないレーザの放熱性を高め
ることで、レーザのしきい値電流の上昇を抑制し、高光
出力化を実現するものである。さらに、液体冷却によ
り、この効果を高めることができる。Further, an AlN film is used as a heat radiator on a silicon substrate to enhance the heat radiation performance of a laser having poor heat radiation characteristics, thereby suppressing an increase in the threshold current of the laser and realizing high light output. Is. Furthermore, liquid cooling can enhance this effect.
【図1】ECR装置の構造断面図FIG. 1 is a structural sectional view of an ECR device.
【図2】ECR法により、GaAs基板上にAlN膜を
成長した断面図FIG. 2 is a sectional view of an AlN film grown on a GaAs substrate by the ECR method.
【図3】ECR法の堆積温度と、屈折率との関係を示し
た特性図FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the deposition temperature of ECR method and the refractive index.
【図4】ECR装置に半導体レーザを設置したときのE
CR装置の説明図FIG. 4 E when a semiconductor laser is installed in an ECR device
Illustration of CR device
【図5】AlN膜を端面に成長した半導体レーザの共振
器方向の構造斜視図FIG. 5 is a structural perspective view in the cavity direction of a semiconductor laser in which an AlN film is grown on an end face.
【図6】端面に成長したAlN膜の膜厚と、半導体レー
ザの反射率との関係を説明する特性図FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the film thickness of an AlN film grown on the end surface and the reflectance of a semiconductor laser.
【図7】酸素の添加量と応力との関係を示した特性図FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of oxygen added and stress.
【図8】ECRを用いて端面コートした半導体レーザの
動作電流を示す特性図FIG. 8 is a characteristic diagram showing an operating current of a semiconductor laser whose end face is coated by using ECR.
【図9】実施の形態3のホログラムユニットの構成斜視
図FIG. 9 is a configuration perspective view of a hologram unit according to a third embodiment.
【図10】実施の形態3のホログラムユニットの構成断
面図FIG. 10 is a configuration cross-sectional view of a hologram unit according to a third embodiment.
【図11】液体冷却によるホログラムユニットの構成断
面図FIG. 11 is a cross-sectional view of the configuration of a hologram unit that is cooled by liquid
100 半導体レーザ 101 マグネトロン 102 プラズマ生成室 103 電磁石コイル 104 Alターゲット 105 RF電源 106 ECRプラズマ 107 試料 108 薄膜堆積室 109 窒素ガス 110 アルゴンガス 100 semiconductor laser 101 magnetron 102 plasma generation chamber 103 electromagnet coil 104 Al target 105 RF power supply 106 ECR plasma 107 sample 108 thin film deposition chamber 109 nitrogen gas 110 argon gas
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊渕 康仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasuhito Kumabuchi 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (15)
ズマによりAlN膜を製造する窒化アルミニウムの製造
方法。1. A method for producing an aluminum nitride, wherein an AlN film is produced by ECR plasma using metal Al and nitrogen gas.
1に記載の窒化アルミニウムの製造方法。2. The method for producing aluminum nitride according to claim 1, wherein oxygen is added.
特徴とする請求項1に記載の窒化アルミニウムの製造方
法。3. The method for producing aluminum nitride according to claim 1, wherein the reaction temperature is 0 ° C. to 600 ° C.
特徴とする請求項1に記載の窒化アルミニウムの製造方
法。4. The method for producing aluminum nitride according to claim 1, wherein the reaction temperature is 0 ° C. to 500 ° C.
徴とする請求項1に記載の窒化アルミニウムの製造方
法。5. The method for producing aluminum nitride according to claim 1, wherein Al having a purity of 5N or higher is used.
る半導体発光素子。6. A semiconductor light emitting device having an aluminum nitride film on an end face of a resonator.
長させたことを特徴とする請求項6に記載の半導体発光
素子。7. The semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein the aluminum nitride film is grown by an ECR method.
とを特徴とする請求項7に記載の半導体発光素子。8. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein oxygen is added to the aluminum nitride film.
成したことを特徴とする請求項6に記載の半導体発光素
子。9. The semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein an aluminum nitride film is formed on a light emitting end face.
たことを特徴とする請求項6に記載の半導体発光素子。10. The semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein a silicon oxide film is formed on the AlN film.
特徴とする請求項6に記載の半導体発光素子。11. The semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein Al having a purity of 5N or higher is used.
半導体発光素子と、前記凹部の前記半導体発光素子の直
下に形成したAlN膜とを備えた、半導体発光装置。12. A semiconductor light emitting device comprising a substrate, a semiconductor light emitting element provided in a recess of the substrate, and an AlN film formed immediately below the semiconductor light emitting element in the recess.
あり、その発光波長が、630〜680nm帯である請
求項12に記載の半導体発光装置。13. The semiconductor light emitting device according to claim 12, wherein the semiconductor light emitting element is a semiconductor laser, and its emission wavelength is in the 630 to 680 nm band.
用いる請求項12に記載の半導体発光装置。14. The semiconductor light emitting device according to claim 12, wherein a film having a laminated structure of an AlN film and an Al film is used.
半導体発光装置と、前記発光装置を収容するパッケージ
とを備え、前記パッケージ内は、冷却用液体で封入され
ている半導体発光装置。15. A semiconductor light emitting device, comprising: the semiconductor light emitting device according to claim 12, 13 or 14; and a package that houses the light emitting device, wherein the package is sealed with a cooling liquid.
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| JP7-298050 | 1995-11-16 | ||
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| JPH09194204A true JPH09194204A (en) | 1997-07-29 |
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