JPH09232629A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPH09232629A JPH09232629A JP3825996A JP3825996A JPH09232629A JP H09232629 A JPH09232629 A JP H09232629A JP 3825996 A JP3825996 A JP 3825996A JP 3825996 A JP3825996 A JP 3825996A JP H09232629 A JPH09232629 A JP H09232629A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 六方晶型（ウルツ鉱型）半導体素子、例えば
ＧａＮ系材料を用いた青色半導体レーザにおいて、転位
伝播阻止による長寿命化、信頼性の向上を可能にする。 【解決手段】 六方晶型の半導体からなる素子部を有す
る半導体素子において、成長基板と六方晶型の半導体か
らなる素子部との間に｛１１１｝成長面を有する立方晶
型の歪超格子を設ける。これにより、半導体素子、特に
ＧａＮ系青色半導体レーザにおいて、素子心臓部である
活性層への転位伝播を抑制でき、素子の長寿命化、高信
頼性化を実現できる。
ＧａＮ系材料を用いた青色半導体レーザにおいて、転位
伝播阻止による長寿命化、信頼性の向上を可能にする。 【解決手段】 六方晶型の半導体からなる素子部を有す
る半導体素子において、成長基板と六方晶型の半導体か
らなる素子部との間に｛１１１｝成長面を有する立方晶
型の歪超格子を設ける。これにより、半導体素子、特に
ＧａＮ系青色半導体レーザにおいて、素子心臓部である
活性層への転位伝播を抑制でき、素子の長寿命化、高信
頼性化を実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、特に
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなど窒素を含む化合物
半導体からなる半導体素子に関するものである。
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなど窒素を含む化合物
半導体からなる半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクの記録密度の向上やレ
ーザプリンタの解像度の向上を図るため、短波長での発
光が可能な半導体レーザ（ＬＤ）が要求されている。短
波長の半導体レーザとしてＩｎＧａＡｌＰ材料による６
００ｎｍ帯光源は、ディスクの読み込み、書き込みのど
ちらも可能なレベルにまで特性改善され、すでに実用化
されている。さらなる記録密度向上を目指して青色半導
体レーザの開発が盛んに行われている。
ーザプリンタの解像度の向上を図るため、短波長での発
光が可能な半導体レーザ（ＬＤ）が要求されている。短
波長の半導体レーザとしてＩｎＧａＡｌＰ材料による６
００ｎｍ帯光源は、ディスクの読み込み、書き込みのど
ちらも可能なレベルにまで特性改善され、すでに実用化
されている。さらなる記録密度向上を目指して青色半導
体レーザの開発が盛んに行われている。
【０００３】このような開発において、II−VI族化合物
半導体であるＺｎＳｅ系材料を用いた青緑色半導体レー
ザは発振動作が確認されて以来、長寿命化、信頼性向上
など実用化を目指した開発が盛んに行われている。
半導体であるＺｎＳｅ系材料を用いた青緑色半導体レー
ザは発振動作が確認されて以来、長寿命化、信頼性向上
など実用化を目指した開発が盛んに行われている。
【０００４】しかし、この材料系では、成長用基板と素
子部を有する成長層との間の格子不整合差や熱膨脹係数
差により生じた転位が通電により増殖するなどして、信
頼性が得られない、寿命が短いなど実用化への障壁は高
いことが明らかになりつつある。
子部を有する成長層との間の格子不整合差や熱膨脹係数
差により生じた転位が通電により増殖するなどして、信
頼性が得られない、寿命が短いなど実用化への障壁は高
いことが明らかになりつつある。
【０００５】一方、ＧａＮ系半導体レーザは材料的にＺ
ｎＳｅ系よりもさらに短波長化が可能であり、信頼性に
関してもＺｎＳｅ系に比べ材料的に硬化であるため有望
な材料として期待されている。この材料系では１０8 〜
１０10cm-2の転位が存在するが、ＬＥＤにおいては一万
時間以上の信頼性が確認されており、現在は次世代の光
ディスクシステム光源に必要な条件を満たす青色半導体
レーザの研究開発が盛んに行われている。
ｎＳｅ系よりもさらに短波長化が可能であり、信頼性に
関してもＺｎＳｅ系に比べ材料的に硬化であるため有望
な材料として期待されている。この材料系では１０8 〜
１０10cm-2の転位が存在するが、ＬＥＤにおいては一万
時間以上の信頼性が確認されており、現在は次世代の光
ディスクシステム光源に必要な条件を満たす青色半導体
レーザの研究開発が盛んに行われている。
【０００６】上記のようにＬＥＤでは１０8 〜１０10cm
-2の転位の存在は大きな問題となっていない。しかし、
大電流密度注入を必要とするＬＤでは、前記１０8 〜１
０10cm-2の高密度の転位の存在が信頼性を低下させる原
因となる。
-2の転位の存在は大きな問題となっていない。しかし、
大電流密度注入を必要とするＬＤでは、前記１０8 〜１
０10cm-2の高密度の転位の存在が信頼性を低下させる原
因となる。
【０００７】ところで、現在ＬＥＤ、ＬＤとして一般に
用いられているＧａＮ系半導体素子はサファイア基板上
に形成されており、六方晶型（ウルツ鉱型）半導体から
成る。ＧａＮ系の結晶は六方晶型と立方晶型とが存在す
るが、これまでのところＬＥＤ、ＬＤ用を得るためのＧ
ａＮ結晶としては、六方晶型の方が結晶品質の面で有利
であるという結果が多く報告されている。
用いられているＧａＮ系半導体素子はサファイア基板上
に形成されており、六方晶型（ウルツ鉱型）半導体から
成る。ＧａＮ系の結晶は六方晶型と立方晶型とが存在す
るが、これまでのところＬＥＤ、ＬＤ用を得るためのＧ
ａＮ結晶としては、六方晶型の方が結晶品質の面で有利
であるという結果が多く報告されている。
【０００８】図９は従来のＧａＮ系半導体素子の概略構
造を示す断面図である。六方晶型結晶における転位は
（１０１- ０）、（１１- ００）（１- は１のインバー
スを表す。以下同じ）などの柱面上で最もすべりを生じ
やすいため、図９に示すようにサファイア基板とＧａＮ
層との間の格子不整合により生じた１０8〜１０10cm-2
の高密度の転位が、成長方向（成長面と垂直方向）に伝
播し、活性層さらに表面まで貫通する。
造を示す断面図である。六方晶型結晶における転位は
（１０１- ０）、（１１- ００）（１- は１のインバー
スを表す。以下同じ）などの柱面上で最もすべりを生じ
やすいため、図９に示すようにサファイア基板とＧａＮ
層との間の格子不整合により生じた１０8〜１０10cm-2
の高密度の転位が、成長方向（成長面と垂直方向）に伝
播し、活性層さらに表面まで貫通する。
【０００９】したがって、活性層には１０8 〜１０10cm
-2の高密度の転位が存在するため結晶性は悪く、ＬＤの
場合、大電流密度注入により転位の伝播、増殖が生じる
など、素子の信頼性を低下させるため問題となる。
-2の高密度の転位が存在するため結晶性は悪く、ＬＤの
場合、大電流密度注入により転位の伝播、増殖が生じる
など、素子の信頼性を低下させるため問題となる。
【００１０】ＧａＮ系半導体レーザの信頼性を確保する
ためには、基板と成長層の界面で発生する転位の密度を
低減すること、または現在存在する１０8 〜１０10cm-2
の高密度の転位を活性層に伝播させないことが重要であ
る。
ためには、基板と成長層の界面で発生する転位の密度を
低減すること、または現在存在する１０8 〜１０10cm-2
の高密度の転位を活性層に伝播させないことが重要であ
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
窒化物系半導体素子をはじめとする六方晶型の半導体素
子では、基板と成長層との界面で発生した転位が成長方
向（成長面と垂直方向）へ最も伝播しやすいため、一旦
界面で生じた転位はそのまま素子部を貫通し、成長層表
面にぬけることになる。特にＧａＮ系ＬＤの場合、素子
心臓部である活性層に１０8 〜１０10cm-2の高密度の転
位が伝播し、大電流密度注入により素子の信頼性を低下
させるという問題があった。
窒化物系半導体素子をはじめとする六方晶型の半導体素
子では、基板と成長層との界面で発生した転位が成長方
向（成長面と垂直方向）へ最も伝播しやすいため、一旦
界面で生じた転位はそのまま素子部を貫通し、成長層表
面にぬけることになる。特にＧａＮ系ＬＤの場合、素子
心臓部である活性層に１０8 〜１０10cm-2の高密度の転
位が伝播し、大電流密度注入により素子の信頼性を低下
させるという問題があった。
【００１２】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、基板と成長層との界面で発生した転位を素子心臓部
（発光素子の場合は活性層）へ貫通しないような構造を
有することにより、素子の信頼性を確保できる半導体素
子を提供することを目的とする。
で、基板と成長層との界面で発生した転位を素子心臓部
（発光素子の場合は活性層）へ貫通しないような構造を
有することにより、素子の信頼性を確保できる半導体素
子を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、まず、請求項１に対応する発明は、六方晶型の半導
体からなる素子部を有する半導体素子において、成長基
板と素子部との間に実質的な｛１１１｝成長面を有する
立方晶型の歪層を設けた半導体素子である。
に、まず、請求項１に対応する発明は、六方晶型の半導
体からなる素子部を有する半導体素子において、成長基
板と素子部との間に実質的な｛１１１｝成長面を有する
立方晶型の歪層を設けた半導体素子である。
【００１４】次に、請求項２に対応する発明は、六方晶
型の半導体からなる素子部を有する半導体素子におい
て、成長基板と素子部との間に、｛１１１｝面から３０
度以内の傾斜を有する成長面を含む実質的な｛１１１｝
成長面を有する立方晶型の歪超格子を設けた半導体素子
である。 （作用）これにより、まず、請求項１に対応する発明の
半導体素子によれば、六方晶型の半導体素子心臓部の下
部に｛１１１｝成長面を有する立方晶型の歪層を設ける
ことにより、基板と成長層との界面で発生した高密度の
転位の成長方向への伝播を抑制できる。
型の半導体からなる素子部を有する半導体素子におい
て、成長基板と素子部との間に、｛１１１｝面から３０
度以内の傾斜を有する成長面を含む実質的な｛１１１｝
成長面を有する立方晶型の歪超格子を設けた半導体素子
である。 （作用）これにより、まず、請求項１に対応する発明の
半導体素子によれば、六方晶型の半導体素子心臓部の下
部に｛１１１｝成長面を有する立方晶型の歪層を設ける
ことにより、基板と成長層との界面で発生した高密度の
転位の成長方向への伝播を抑制できる。
【００１５】つまり、基板からの転位が、歪層に達した
とき、立方晶型結晶のすべり面である｛１１１｝面での
すべりにより、転位の大部分が半導体素子側部に抜ける
ものである。
とき、立方晶型結晶のすべり面である｛１１１｝面での
すべりにより、転位の大部分が半導体素子側部に抜ける
ものである。
【００１６】したがって、基板と成長層との界面で発生
した転位を素子心臓部（発光素子の場合は活性層）へ貫
通しないような構造を有することにより、素子の信頼性
を確保できる。
した転位を素子心臓部（発光素子の場合は活性層）へ貫
通しないような構造を有することにより、素子の信頼性
を確保できる。
【００１７】なお、この歪層は単層の歪層であってもよ
いが、例えば歪超格子層を用いればより一層効果的であ
る。次に、請求項２に対応する発明の半導体素子におい
ては、実質的な｛１１１｝成長面には、｛１１２｝成長
面や｛１１３｝成長面等の｛１１１｝面から３０度以内
の傾斜を有する成長面を含んでいる。｛１１１｝面から
３０度以内程度の傾斜があっても｛１１１｝面でのすべ
りによる上記した脱転位効果は十分働き、請求項１記載
の半導体素子と同様に作用する。
いが、例えば歪超格子層を用いればより一層効果的であ
る。次に、請求項２に対応する発明の半導体素子におい
ては、実質的な｛１１１｝成長面には、｛１１２｝成長
面や｛１１３｝成長面等の｛１１１｝面から３０度以内
の傾斜を有する成長面を含んでいる。｛１１１｝面から
３０度以内程度の傾斜があっても｛１１１｝面でのすべ
りによる上記した脱転位効果は十分働き、請求項１記載
の半導体素子と同様に作用する。
【００１８】なお、上述した課題を解決する手段として
は、上記手段の他、以下の内容をも含む。 （１）前記素子部はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等
の窒素を含む化合物半導体からなることを特徴とする請
求項１又は２記載の半導体素子。 （２）六方晶型の半導体からなる素子部を有する半導体
素子において、成長基板と前記素子部との間に実質的な
｛１１１｝成長面を有する立方晶型の半導体層を備え、
当該立方晶型の半導体層は前記素子部側にて接する他の
半導体層よりもやわらかい層であることを特徴とする半
導体素子。 （３）六方晶型の半導体からなる素子部を有する半導体
素子において、成長基板と前記素子部との間に実質的な
｛１１１｝成長面を有する立方晶型の半導体層を備え、
当該立方晶型の半導体層は前記成長基板側にて接する他
の半導体層よりもかたい層であることを特徴とする半導
体素子。
は、上記手段の他、以下の内容をも含む。 （１）前記素子部はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等
の窒素を含む化合物半導体からなることを特徴とする請
求項１又は２記載の半導体素子。 （２）六方晶型の半導体からなる素子部を有する半導体
素子において、成長基板と前記素子部との間に実質的な
｛１１１｝成長面を有する立方晶型の半導体層を備え、
当該立方晶型の半導体層は前記素子部側にて接する他の
半導体層よりもやわらかい層であることを特徴とする半
導体素子。 （３）六方晶型の半導体からなる素子部を有する半導体
素子において、成長基板と前記素子部との間に実質的な
｛１１１｝成長面を有する立方晶型の半導体層を備え、
当該立方晶型の半導体層は前記成長基板側にて接する他
の半導体層よりもかたい層であることを特徴とする半導
体素子。
【００１９】なお、上記（２）又は（３）のように立方
晶型の半導体層として単層を用いた場合でも十分に脱転
位効果は得られるが、（２）及び（３）における各立方
晶型の半導体層を組み合わせて用いた歪超格子の場合が
最も効果的に転位を減少させることができる。
晶型の半導体層として単層を用いた場合でも十分に脱転
位効果は得られるが、（２）及び（３）における各立方
晶型の半導体層を組み合わせて用いた歪超格子の場合が
最も効果的に転位を減少させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。 （発明の第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施
形態に係る半導体素子を適用したＧａＮ系青色半導体レ
ーザ装置の概略構成を示す断面図である。
図面を参照して詳細に説明する。 （発明の第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施
形態に係る半導体素子を適用したＧａＮ系青色半導体レ
ーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【００２１】この半導体レーザ装置においては、サファ
イア基板１０上に形成されている。サファイア基板１０
上には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、
まず（１１１）成長面を有する立方晶型（閃亜鉛鉱型）
のｎ−ＧａＮ層１１（Ｓｉドープ、３〜５×１０18c
m-3）を６５０℃で成長する。
イア基板１０上に形成されている。サファイア基板１０
上には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、
まず（１１１）成長面を有する立方晶型（閃亜鉛鉱型）
のｎ−ＧａＮ層１１（Ｓｉドープ、３〜５×１０18c
m-3）を６５０℃で成長する。
【００２２】その上にｎ−ＧａＮ層とｎ−ＡｌＧａＮ層
を臨界膜厚以下で交互に成長する歪超格子層１２（Ｓｉ
ドープ、３〜５×１０18cm-3）を６５０℃で成長する。
この歪超格子層１２は（１１１）成長面を有する閃亜鉛
鉱型のｎ−ＧａＮ層１１上に同一条件で成長させること
により、同様の（１１１）成長面を有する閃亜鉛鉱型の
歪超格子層となる。
を臨界膜厚以下で交互に成長する歪超格子層１２（Ｓｉ
ドープ、３〜５×１０18cm-3）を６５０℃で成長する。
この歪超格子層１２は（１１１）成長面を有する閃亜鉛
鉱型のｎ−ＧａＮ層１１上に同一条件で成長させること
により、同様の（１１１）成長面を有する閃亜鉛鉱型の
歪超格子層となる。
【００２３】次に、成長条件を調整することによって歪
超格子層１２の上に六方晶型（ウルツ鉱型）を有するｎ
−ＧａＮ層１３（Ｓｉドープ、３〜５×１０18cm-3）を
形成し、引き続いてウルツ鉱型のｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5
Ｎクラッド層１４（Ｓｉドープ、５×１０17cm-3、層厚
０．１５μｍ）、ＧａＮ活性層１５（アンドープ、層厚
０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層１６
（Ｍｇドープ、５×１０17cm-3、層厚０．１５μｍ）、
ＧａＮコンタクト層１７（Ｍｇドープ、１〜３×１０18
cm-3、層厚０．１μｍ）を順次１１５０℃で成長させ
る。ここで、閃亜鉛鉱型結晶からウルツ鉱型結晶への結
晶形態の制御は、成長温度、および水素、窒素キャリア
ガス、窒素原料であるアンモニアの流量比の制御により
行われる。
超格子層１２の上に六方晶型（ウルツ鉱型）を有するｎ
−ＧａＮ層１３（Ｓｉドープ、３〜５×１０18cm-3）を
形成し、引き続いてウルツ鉱型のｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5
Ｎクラッド層１４（Ｓｉドープ、５×１０17cm-3、層厚
０．１５μｍ）、ＧａＮ活性層１５（アンドープ、層厚
０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層１６
（Ｍｇドープ、５×１０17cm-3、層厚０．１５μｍ）、
ＧａＮコンタクト層１７（Ｍｇドープ、１〜３×１０18
cm-3、層厚０．１μｍ）を順次１１５０℃で成長させ
る。ここで、閃亜鉛鉱型結晶からウルツ鉱型結晶への結
晶形態の制御は、成長温度、および水素、窒素キャリア
ガス、窒素原料であるアンモニアの流量比の制御により
行われる。
【００２４】また、特に図示しないが、ｎ−ＧａＮ層１
１とサファイア基板１０との間には、ＭＯＣＶＤ成長時
に５５０℃で低温成長させたＡｌＮバッファ層が設けら
れている。
１とサファイア基板１０との間には、ＭＯＣＶＤ成長時
に５５０℃で低温成長させたＡｌＮバッファ層が設けら
れている。
【００２５】さらに、ＧａＮコンタクト層１７上面に
は、ｐ側電極１８が設けられ、ｎ−ＧａＮ層１３上のｎ
−ＡｌＧａＮクラッド層１４が積層されていない上面部
分には、ｎ側電極１９が設けられる。このようにして本
実施形態に係わる青色半導体レーザ装置が得られた。
は、ｐ側電極１８が設けられ、ｎ−ＧａＮ層１３上のｎ
−ＡｌＧａＮクラッド層１４が積層されていない上面部
分には、ｎ側電極１９が設けられる。このようにして本
実施形態に係わる青色半導体レーザ装置が得られた。
【００２６】上記構成の青色半導体レーザ装置につい
て、透過電子顕微鏡により断面からの素子観察を行った
ところ、サファイア基板１０とｎ−ＧａＮ層１１との界
面で格子不整合により発生した１０8 〜１０10cm-2の高
密度の転位の大部分が、本発明により設けた歪超格子層
１２で伝播方向を変えており、活性層１５における転位
密度は１０3 cm-3台にまで減少していることが確認され
た。
て、透過電子顕微鏡により断面からの素子観察を行った
ところ、サファイア基板１０とｎ−ＧａＮ層１１との界
面で格子不整合により発生した１０8 〜１０10cm-2の高
密度の転位の大部分が、本発明により設けた歪超格子層
１２で伝播方向を変えており、活性層１５における転位
密度は１０3 cm-3台にまで減少していることが確認され
た。
【００２７】このように転位密度が減少する理由につい
て図２を用いて説明する。図２は本実施形態の半導体素
子において転位が抜ける様子を説明する模式図である。
て図２を用いて説明する。図２は本実施形態の半導体素
子において転位が抜ける様子を説明する模式図である。
【００２８】半導体中を伝搬する転位は、やわらかい半
導体層から相対的にかたい半導体層に入ろうとすると
き、その転位伝搬の進行が阻まれ、伝搬方向を変えるこ
とになる。この様子を示したのが図２である。
導体層から相対的にかたい半導体層に入ろうとすると
き、その転位伝搬の進行が阻まれ、伝搬方向を変えるこ
とになる。この様子を示したのが図２である。
【００２９】歪超格子層１２を構成するｎ−ＧａＮ層と
ｎ−ＡｌＧａＮ層とでは、ｎ−ＧａＮ層に比しｎ−Ａｌ
ＧａＮ層がかたい層となっている。したがって、同図に
示すように、ｎ−ＡｌＧａＮ層からｎ−ＧａＮ層に入ろ
うとする位置で、転位７０は水平方向にその伝搬方向を
変えることになる。
ｎ−ＡｌＧａＮ層とでは、ｎ−ＧａＮ層に比しｎ−Ａｌ
ＧａＮ層がかたい層となっている。したがって、同図に
示すように、ｎ−ＡｌＧａＮ層からｎ−ＧａＮ層に入ろ
うとする位置で、転位７０は水平方向にその伝搬方向を
変えることになる。
【００３０】具体的には、このような転位伝搬方向の変
更が起こるのは、立方晶型結晶のすべり面が（１１１）
面であることによっている。つまり、（１１１）成長面
を有する閃亜鉛鉱型のｎ−ＧａＮ層とｎ−ＡｌＧａＮ層
から成る歪超格子層１２を基板と活性層の間に設けたこ
とにより、サファイア基板１０とｎ−ＧａＮ層１１との
界面で発生した転位の大部分が、立方晶型結晶のすべり
面である（１１１）面、しかも歪超格子の歪み方向から
成長面と平行な（１１１）面上で最も滑りやすくなるた
め、伝播方向を曲げられ素子の側面（成長方向と垂直方
向）に抜けると考えられる。
更が起こるのは、立方晶型結晶のすべり面が（１１１）
面であることによっている。つまり、（１１１）成長面
を有する閃亜鉛鉱型のｎ−ＧａＮ層とｎ−ＡｌＧａＮ層
から成る歪超格子層１２を基板と活性層の間に設けたこ
とにより、サファイア基板１０とｎ−ＧａＮ層１１との
界面で発生した転位の大部分が、立方晶型結晶のすべり
面である（１１１）面、しかも歪超格子の歪み方向から
成長面と平行な（１１１）面上で最も滑りやすくなるた
め、伝播方向を曲げられ素子の側面（成長方向と垂直方
向）に抜けると考えられる。
【００３１】これにより、上記したように活性層１５を
含むｎ−ＧａＮ層１３以降の活性層１５を含む半導体層
の転位密度は大幅に減少する。以上のように作製した半
導体レーザ装置は、しきい値１５０ｍＡで室温連続発振
した。発振波長は３６５ｎｍ、動作電圧は１０Ｖであっ
た。
含むｎ−ＧａＮ層１３以降の活性層１５を含む半導体層
の転位密度は大幅に減少する。以上のように作製した半
導体レーザ装置は、しきい値１５０ｍＡで室温連続発振
した。発振波長は３６５ｎｍ、動作電圧は１０Ｖであっ
た。
【００３２】上述したように、本発明の第１の実施の形
態に係わる半導体素子によれば、六方晶型の半導体素子
心臓部の下部に（１１１）成長面を有する立方晶型の歪
超格子層等を設け、基板と成長面との界面で発生した高
密度の転位の成長方向への伝播を抑制するようにしたの
で、ＧａＮ系青色半導体レーザにおいては基板と成長層
との界面で発生した１０8 〜１０10cm-2の転位を歪超格
子により活性層部では１０3 cm-2にまで減少させること
ができ、信頼性が大幅に向上させることができる。
態に係わる半導体素子によれば、六方晶型の半導体素子
心臓部の下部に（１１１）成長面を有する立方晶型の歪
超格子層等を設け、基板と成長面との界面で発生した高
密度の転位の成長方向への伝播を抑制するようにしたの
で、ＧａＮ系青色半導体レーザにおいては基板と成長層
との界面で発生した１０8 〜１０10cm-2の転位を歪超格
子により活性層部では１０3 cm-2にまで減少させること
ができ、信頼性が大幅に向上させることができる。
【００３３】すなわち従来技術で説明した構造のＧａＮ
系青色半導体レーザでは、基板と成長層との界面で発生
した１０8 〜１０10cm-2の存在により、レーザ発振が困
難であるか、レーザ発振動作が確認されても大電流密度
注入により数秒ないしは数分の動作寿命で素子が破壊さ
れるなど、素子の信頼性が得られていなかった。
系青色半導体レーザでは、基板と成長層との界面で発生
した１０8 〜１０10cm-2の存在により、レーザ発振が困
難であるか、レーザ発振動作が確認されても大電流密度
注入により数秒ないしは数分の動作寿命で素子が破壊さ
れるなど、素子の信頼性が得られていなかった。
【００３４】これに対し、本実施形態の内容に従い作製
した上述の半導体素子では、動作電圧が高い点はそのま
まであるにかかわらず、動作寿命が従来の１００〜１０
００倍に延び、素子の信頼性が大幅に向上した。（発明
の第２の実施の形態）第２の実施形態として、第１の実
施形態と同様、ＭＯＣＶＤ法により作製したやや構造の
異なる青色半導体レーザ素子について説明する。
した上述の半導体素子では、動作電圧が高い点はそのま
まであるにかかわらず、動作寿命が従来の１００〜１０
００倍に延び、素子の信頼性が大幅に向上した。（発明
の第２の実施の形態）第２の実施形態として、第１の実
施形態と同様、ＭＯＣＶＤ法により作製したやや構造の
異なる青色半導体レーザ素子について説明する。
【００３５】図３は本発明の第２の実施形態に係る半導
体素子を適用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略
構成を示す断面図である。このＧａＮ系青色半導体レー
ザ装置においては、サファイア基板２０上に５５０℃の
低温でＧａＮバッファ層（図示せず）を設け、その上に
第１の実施形態の場合と同様に、まず（１１１）成長面
を有する立方晶型（閃亜鉛鉱型）のｎ−ＧａＮ層２１
（Ｓｉドープ、３〜５×１０18cm-3）を７５０℃で成長
させる。
体素子を適用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略
構成を示す断面図である。このＧａＮ系青色半導体レー
ザ装置においては、サファイア基板２０上に５５０℃の
低温でＧａＮバッファ層（図示せず）を設け、その上に
第１の実施形態の場合と同様に、まず（１１１）成長面
を有する立方晶型（閃亜鉛鉱型）のｎ−ＧａＮ層２１
（Ｓｉドープ、３〜５×１０18cm-3）を７５０℃で成長
させる。
【００３６】さらに、ｎ−ＧａＮ層２１上に、同じく
（１１１）成長面を有する閃亜鉛鉱型のｎ−ＧａＮ／ｎ
−ＩｎＧａＮ歪超格子層２２（Ｓｉドープ、３〜５×１
０18cm-3）を７５０℃で成長させる。
（１１１）成長面を有する閃亜鉛鉱型のｎ−ＧａＮ／ｎ
−ＩｎＧａＮ歪超格子層２２（Ｓｉドープ、３〜５×１
０18cm-3）を７５０℃で成長させる。
【００３７】次に、六方晶型（ウルツ鉱型）を有するｎ
−ＧａＮ層２３（Ｓｉドープ、３〜５×１０18cm-3）を
形成し、続いてｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層２４
（Ｓｉドーブ、５×１０17cm-3、層厚０．３μｍ）、Ｇ
ａＮ光閉じ込め層２５（アンドープ、層厚０．２μ
ｍ）、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ多重量子井戸活性層２６、Ｇ
ａＮ光閉じ込め層２７（アンドープ、層厚０．２μ
ｍ）、ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層２８（Ｍｇド
ープ、５×１０17cm-3、層厚０．３μｍ）、ＧａＮコン
タクト層２９（Ｍｇドープ、１〜３×１０18cm-3，層厚
０．１μｍ）を順次１１５０℃で成長させる。
−ＧａＮ層２３（Ｓｉドープ、３〜５×１０18cm-3）を
形成し、続いてｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層２４
（Ｓｉドーブ、５×１０17cm-3、層厚０．３μｍ）、Ｇ
ａＮ光閉じ込め層２５（アンドープ、層厚０．２μ
ｍ）、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ多重量子井戸活性層２６、Ｇ
ａＮ光閉じ込め層２７（アンドープ、層厚０．２μ
ｍ）、ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層２８（Ｍｇド
ープ、５×１０17cm-3、層厚０．３μｍ）、ＧａＮコン
タクト層２９（Ｍｇドープ、１〜３×１０18cm-3，層厚
０．１μｍ）を順次１１５０℃で成長させる。
【００３８】さらに、ＧａＮコンタクト層２９上面に
は、ｐ側電極３０が設けられ、ｎ−ＧａＮ層２３上のｎ
−ＡｌＧａＮクラッド層２４が積層されていない上面部
分には、ｎ側電極３１が設けられる。このようにして本
実施形態に係わる青色半導体レーザ装置が得られた。
は、ｐ側電極３０が設けられ、ｎ−ＧａＮ層２３上のｎ
−ＡｌＧａＮクラッド層２４が積層されていない上面部
分には、ｎ側電極３１が設けられる。このようにして本
実施形態に係わる青色半導体レーザ装置が得られた。
【００３９】この青色半導体レーザ装置においても活性
層２６の転位密度は十分に低減された。次に、上記構成
の青色半導体レーザ装置の発振動作を説明する。
層２６の転位密度は十分に低減された。次に、上記構成
の青色半導体レーザ装置の発振動作を説明する。
【００４０】本構造の素子ではしきい値７５ｍＡで５０
℃まで連続発振した。発振波長は３９５ｎｍ、動作電圧
は７Ｖで５０００時間までの安定動作を確認した。上述
したように、本発明の第２の実施の形態に係わる半導体
素子によれば、第１の実施形態の場合と同様に、六方晶
型の半導体素子心臓部の下部に（１１１）成長面を有す
る立方晶型の歪超格子層等を設けたので、第１の実施形
態の場合と同様な効果が得られた。 （発明の第３の実施の形態）第３の実施形態として、第
１，第２の実施形態と同様のＧａＮ系半導体レーザを、
立方晶型（閃亜鉛鉱型）のIII −Ｖ族化合物半導体であ
って、光デバイス、電子デバイス等に広く利用されてい
るＧａＡｓ基板上に形成する場合について説明する。
℃まで連続発振した。発振波長は３９５ｎｍ、動作電圧
は７Ｖで５０００時間までの安定動作を確認した。上述
したように、本発明の第２の実施の形態に係わる半導体
素子によれば、第１の実施形態の場合と同様に、六方晶
型の半導体素子心臓部の下部に（１１１）成長面を有す
る立方晶型の歪超格子層等を設けたので、第１の実施形
態の場合と同様な効果が得られた。 （発明の第３の実施の形態）第３の実施形態として、第
１，第２の実施形態と同様のＧａＮ系半導体レーザを、
立方晶型（閃亜鉛鉱型）のIII −Ｖ族化合物半導体であ
って、光デバイス、電子デバイス等に広く利用されてい
るＧａＡｓ基板上に形成する場合について説明する。
【００４１】図４は本発明の第３の実施形態に係る半導
体素子を適用したＧａＡｓ基板上に形成したＧａＮ系青
色半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。こ
のＧａＮ系青色半導体レーザ装置においては、立方晶型
（閃亜鉛鉱型）のｎ−ＧａＡｓ（１１１）基板４０上
に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ま
ず、（１１１）成長面を有する立方晶型（閃亜鉛鉱型）
のｎ−ＧａＮ層４１（Ｓｉドープ、３〜５×１０18c
m-3）を５５０℃で成長させる。
体素子を適用したＧａＡｓ基板上に形成したＧａＮ系青
色半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。こ
のＧａＮ系青色半導体レーザ装置においては、立方晶型
（閃亜鉛鉱型）のｎ−ＧａＡｓ（１１１）基板４０上
に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ま
ず、（１１１）成長面を有する立方晶型（閃亜鉛鉱型）
のｎ−ＧａＮ層４１（Ｓｉドープ、３〜５×１０18c
m-3）を５５０℃で成長させる。
【００４２】その上にｎ−ＧａＮ層とｎ−ＩｎＧａＮ層
を臨界膜厚以下で交互に成長させた歪超格子層４２（Ｓ
ｉドープ、３〜５×１０18cm-3）を設ける。この歪超格
子層４２も同様の（１１１）成長面を有する閃亜鉛鉱型
となる。
を臨界膜厚以下で交互に成長させた歪超格子層４２（Ｓ
ｉドープ、３〜５×１０18cm-3）を設ける。この歪超格
子層４２も同様の（１１１）成長面を有する閃亜鉛鉱型
となる。
【００４３】次に７５０℃において、水素、窒素キャリ
アガスおよびアンモニアの流量を変更し、六方晶型（ウ
ルツ鉱型）を有するｎ−ＧａＮ層４３（Ｓｉドープ、３
〜５×１０18cm-3）を形成し、続いてウルツ鉱型のｎ−
Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層４４（Ｓｉドープ、５×
１０17cm-3、層厚０．２μｍ）、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ活
性層４５（アンドープ、層厚２００オングストロー
ム）、ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層４６（Ｍｇド
ープ、５×１０17cm-3、層厚０．２μｍ）、ＧａＮコン
タクト層４７（Ｍｇドープ、１〜３×１０18cm-3，層厚
０．１μｍ）を順次７５０℃で成長させる。
アガスおよびアンモニアの流量を変更し、六方晶型（ウ
ルツ鉱型）を有するｎ−ＧａＮ層４３（Ｓｉドープ、３
〜５×１０18cm-3）を形成し、続いてウルツ鉱型のｎ−
Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層４４（Ｓｉドープ、５×
１０17cm-3、層厚０．２μｍ）、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ活
性層４５（アンドープ、層厚２００オングストロー
ム）、ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層４６（Ｍｇド
ープ、５×１０17cm-3、層厚０．２μｍ）、ＧａＮコン
タクト層４７（Ｍｇドープ、１〜３×１０18cm-3，層厚
０．１μｍ）を順次７５０℃で成長させる。
【００４４】ここでｎ−ＧａＮ層４３、ｎ−ＡｌＧａＮ
層４４、ＩｎＧａＮ活性層４５、ｐ−ＡｌＧａＮ層４
６、ＧａＮコンタクト層４７からなる各層、すなわち素
子部としてのダブルヘテロ構造部５１は立方晶型よりも
安定である六方晶型で構成することで素子特性の信頼性
が向上する。
層４４、ＩｎＧａＮ活性層４５、ｐ−ＡｌＧａＮ層４
６、ＧａＮコンタクト層４７からなる各層、すなわち素
子部としてのダブルヘテロ構造部５１は立方晶型よりも
安定である六方晶型で構成することで素子特性の信頼性
が向上する。
【００４５】また、この半導体レーザ装置においては、
開口を有する円板上に構成されたＳｉＯ2 からなる電流
狭窄層４８がＧａＮコンタクト層４７の上に設けられ、
さらに上記開口を介してＧａＮコンタクト層２７と直接
接触するようにｐ側電極４９が設けられている。一方、
ｎ−ＧａＡｓ基板２０の下側にはｎ側電極５０が設けら
れている。
開口を有する円板上に構成されたＳｉＯ2 からなる電流
狭窄層４８がＧａＮコンタクト層４７の上に設けられ、
さらに上記開口を介してＧａＮコンタクト層２７と直接
接触するようにｐ側電極４９が設けられている。一方、
ｎ−ＧａＡｓ基板２０の下側にはｎ側電極５０が設けら
れている。
【００４６】上記構成の青色半導体レーザ装置につい
て、透過電子顕微鏡により断面からの素子観察を行った
ところ、第１の実施形態の場合と同様、ＧａＡｓ基板４
０とｎ−ＧａＮ層４１との界面で生じた転位の大部分
が、本実施形態において設けた歪超格子層４２により
（１１１）成長面上ですべりを生じた結果伝播方向を変
えられ、素子側面（成長方向と垂直方向）にぬけている
ことが確認された。活性層４５における転位密度は１０
3 cm-3台にまで減少していた。
て、透過電子顕微鏡により断面からの素子観察を行った
ところ、第１の実施形態の場合と同様、ＧａＡｓ基板４
０とｎ−ＧａＮ層４１との界面で生じた転位の大部分
が、本実施形態において設けた歪超格子層４２により
（１１１）成長面上ですべりを生じた結果伝播方向を変
えられ、素子側面（成長方向と垂直方向）にぬけている
ことが確認された。活性層４５における転位密度は１０
3 cm-3台にまで減少していた。
【００４７】次に、上記構成の青色半導体レーザ装置の
発振動作について説明する。本実施例のダブルヘテロ構
造を有する半導体レーザ装置は、しきい値４５ｍＡで８
０℃まで連続発振した。発振波長は３９５ｎｍ、動作電
圧は４Ｖで７０００時間までの安定動作を確認した。
発振動作について説明する。本実施例のダブルヘテロ構
造を有する半導体レーザ装置は、しきい値４５ｍＡで８
０℃まで連続発振した。発振波長は３９５ｎｍ、動作電
圧は４Ｖで７０００時間までの安定動作を確認した。
【００４８】上述したように、本発明の第３の実施の形
態に係わる半導体素子によれば、第１の実施形態の場合
と同様に、六方晶型の半導体素子心臓部の下部に（１１
１）成長面を有する立方晶型の歪超格子層等を設けた
他、基板としてＧａＡｓ基板４０を用い、基板方向に電
流を流せるようにしたので、第１の実施の形態の場合と
同様な効果が得られる他、本レーザでは特に素子抵抗の
面で改善をすること、すなわち抵抗値を低くすることが
できる。
態に係わる半導体素子によれば、第１の実施形態の場合
と同様に、六方晶型の半導体素子心臓部の下部に（１１
１）成長面を有する立方晶型の歪超格子層等を設けた
他、基板としてＧａＡｓ基板４０を用い、基板方向に電
流を流せるようにしたので、第１の実施の形態の場合と
同様な効果が得られる他、本レーザでは特に素子抵抗の
面で改善をすること、すなわち抵抗値を低くすることが
できる。
【００４９】従来技術と同様に、つまり第１の実施形態
のように絶縁性基板を用いた場合では、横方向から電流
を注入する方式になるために抵抗は高くなるが、本実施
形態のように導電性基板を用いた場合は基板方向に電流
を流すことが可能であり、著しく素子抵抗が改善され
る。
のように絶縁性基板を用いた場合では、横方向から電流
を注入する方式になるために抵抗は高くなるが、本実施
形態のように導電性基板を用いた場合は基板方向に電流
を流すことが可能であり、著しく素子抵抗が改善され
る。
【００５０】つまり、従来構造のＧａＮ系青色半導体レ
ーザでは、基板と成長層との界面で発生した高密度の転
位の大部分がＩｎＧａＮ活性層４５まで伝播しており、
レーザ発振のための大電流密度注入により、高抵抗であ
ることと相俟って、素子の動作寿命は数分程度であり信
頼性が得られなかった。
ーザでは、基板と成長層との界面で発生した高密度の転
位の大部分がＩｎＧａＮ活性層４５まで伝播しており、
レーザ発振のための大電流密度注入により、高抵抗であ
ることと相俟って、素子の動作寿命は数分程度であり信
頼性が得られなかった。
【００５１】しかし、本実施形態の場合は、活性層４５
の低転位密度化、低抵抗化により、動作寿命が従来の約
７０００倍に延び、素子の信頼性が大幅に向上した。 （発明の第４の実施の形態）本実施の形態は、単層の歪
層を用いた場合を示すものである。
の低転位密度化、低抵抗化により、動作寿命が従来の約
７０００倍に延び、素子の信頼性が大幅に向上した。 （発明の第４の実施の形態）本実施の形態は、単層の歪
層を用いた場合を示すものである。
【００５２】図５は本発明の第４の実施形態に係る半導
体素子を適用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略
構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略する。
体素子を適用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略
構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略する。
【００５３】このＧａＮ系青色半導体レーザ装置は、歪
超格子層に代えて立方晶型のＩｎＧａＮ層７１を設けた
他、第１の実施形態と同様に構成されている。このＩｎ
ＧａＮ層７１は、ｎ−ＧａＮ層１３に比し、やわらかい
層であり、これにより、図６に示すように転位が抜け、
活性層１５の転位密度は低くなっている。
超格子層に代えて立方晶型のＩｎＧａＮ層７１を設けた
他、第１の実施形態と同様に構成されている。このＩｎ
ＧａＮ層７１は、ｎ−ＧａＮ層１３に比し、やわらかい
層であり、これにより、図６に示すように転位が抜け、
活性層１５の転位密度は低くなっている。
【００５４】図６は本実施形態の半導体素子において転
位が抜ける様子を説明する模式図である。同図におい
て、やわらかい層であるＩｎＧａＮ層７１内を上方に伝
搬する転位７０は、かたい層であるｎ−ＧａＮ層１３に
近づくと、（１１１）成長面上ですべりを生じてその伝
搬方向を変えられ、当該転位７０は半導体素子側部から
抜ける。
位が抜ける様子を説明する模式図である。同図におい
て、やわらかい層であるＩｎＧａＮ層７１内を上方に伝
搬する転位７０は、かたい層であるｎ−ＧａＮ層１３に
近づくと、（１１１）成長面上ですべりを生じてその伝
搬方向を変えられ、当該転位７０は半導体素子側部から
抜ける。
【００５５】上述したように、本発明の第４の実施の形
態に係わる半導体素子によれば、第１の実施形態の場合
と同様の構成を有する他、歪超格子層に代えて立方晶型
のＩｎＧａＮ層７１を設けたので、第１の実施の形態の
場合と同様、活性層の低転位密度化を図ることができ
る。 （発明の第５の実施の形態）本実施の形態は、単層の歪
層を用いた場合を示すものである。
態に係わる半導体素子によれば、第１の実施形態の場合
と同様の構成を有する他、歪超格子層に代えて立方晶型
のＩｎＧａＮ層７１を設けたので、第１の実施の形態の
場合と同様、活性層の低転位密度化を図ることができ
る。 （発明の第５の実施の形態）本実施の形態は、単層の歪
層を用いた場合を示すものである。
【００５６】図７は本発明の第５の実施形態に係る半導
体素子を適用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略
構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略する。
体素子を適用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略
構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略する。
【００５７】このＧａＮ系青色半導体レーザ装置は、歪
超格子層に代えて立方晶型のＡｌＧａＮ層７２を設けた
他、第１の実施形態と同様に構成されている。このＡｌ
ＧａＮ層７２は、ｎ−ＧａＮ層１１に比し、かたい層で
あり、これにより、図８に示すように転位が抜け、活性
層１５の転位密度は低くなっている。
超格子層に代えて立方晶型のＡｌＧａＮ層７２を設けた
他、第１の実施形態と同様に構成されている。このＡｌ
ＧａＮ層７２は、ｎ−ＧａＮ層１１に比し、かたい層で
あり、これにより、図８に示すように転位が抜け、活性
層１５の転位密度は低くなっている。
【００５８】図８は本実施形態の半導体素子において転
位が抜ける様子を説明する模式図である。同図におい
て、やわらかい層であるｎ−ＧａＮ層１１内を上方に伝
搬する転位７０は、かたい層であるＡｌＧａＮ層７２に
近づくと、（１１１）成長面上ですべりを生じてその伝
搬方向を変えられ、当該転位７０は半導体素子側部から
抜ける。
位が抜ける様子を説明する模式図である。同図におい
て、やわらかい層であるｎ−ＧａＮ層１１内を上方に伝
搬する転位７０は、かたい層であるＡｌＧａＮ層７２に
近づくと、（１１１）成長面上ですべりを生じてその伝
搬方向を変えられ、当該転位７０は半導体素子側部から
抜ける。
【００５９】上述したように、本発明の第５の実施の形
態に係わる半導体素子によれば、第１の実施形態の場合
と同様の構成を有する他、歪超格子層に代えて立方晶型
のＡｌＧａＮ層７２を設けたので、第１の実施の形態の
場合と同様、活性層の低転位密度化を図ることができ
る。
態に係わる半導体素子によれば、第１の実施形態の場合
と同様の構成を有する他、歪超格子層に代えて立方晶型
のＡｌＧａＮ層７２を設けたので、第１の実施の形態の
場合と同様、活性層の低転位密度化を図ることができ
る。
【００６０】なお、上記各実施形態においては、六方晶
型サファイア基板、立方晶型ＧａＡｓ基板をその基板と
して用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、スピネル、ネオジウムガレ
ート（ＮｄＧａＯ3 、ＮＧＯ）等を基板とした場合でも
同様に適用が可能である。
型サファイア基板、立方晶型ＧａＡｓ基板をその基板と
して用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、スピネル、ネオジウムガレ
ート（ＮｄＧａＯ3 、ＮＧＯ）等を基板とした場合でも
同様に適用が可能である。
【００６１】また、上記第１，第２，第４，第５の実施
形態のような結晶成長の場合、一般的にはサファイヤ基
板の（０００１）面が成長面として用いられるが、本発
明はこれに限られるものではなく、例えばサファイヤ基
板の（０１１- ２）面等の種々の面を用いることができ
る。
形態のような結晶成長の場合、一般的にはサファイヤ基
板の（０００１）面が成長面として用いられるが、本発
明はこれに限られるものではなく、例えばサファイヤ基
板の（０１１- ２）面等の種々の面を用いることができ
る。
【００６２】さらに、上記各実施形態では、超格子層１
２，２２，４２、ＩｎＧａＮ層７１、ＡｌＧａＮ層７２
等の転位抜きのための層を｛１１１｝成長面の場合で説
明したが、本発明はこの場合に限られるものではない。
例えば｛１１２｝面や｛１１３｝面等の｛１１１｝面か
ら３０度以内程度の傾斜を有する面であれば、立方晶型
結晶のすべり面である（１１１）面でのすべりによる転
位抜け効果は十分に発揮でき、このような場合も本発明
の範囲に含まれる。なお、各実施形態では結晶面の表現
として（１１１）で説明したが、｛１１１｝の場合でも
同様な効果を得られることはいうまでもない。
２，２２，４２、ＩｎＧａＮ層７１、ＡｌＧａＮ層７２
等の転位抜きのための層を｛１１１｝成長面の場合で説
明したが、本発明はこの場合に限られるものではない。
例えば｛１１２｝面や｛１１３｝面等の｛１１１｝面か
ら３０度以内程度の傾斜を有する面であれば、立方晶型
結晶のすべり面である（１１１）面でのすべりによる転
位抜け効果は十分に発揮でき、このような場合も本発明
の範囲に含まれる。なお、各実施形態では結晶面の表現
として（１１１）で説明したが、｛１１１｝の場合でも
同様な効果を得られることはいうまでもない。
【００６３】さらにまた、本発明は、六方晶型を有する
半導体層として、半導体発光素子のみならず、受光素
子、トランジスター等の電子デバイス分野へも適用が可
能である。なお、本発明は、上記各実施の形態に限定さ
れるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変
形することが可能である。
半導体層として、半導体発光素子のみならず、受光素
子、トランジスター等の電子デバイス分野へも適用が可
能である。なお、本発明は、上記各実施の形態に限定さ
れるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変
形することが可能である。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
六方晶型の半導体層の下部に（１１１）成長面を有する
立方晶型の半導体層を設けて転位の成長方向への伝播を
抑制するようにしたので、基板と成長層との界面で発生
した転位を素子心臓部（発光素子の場合は活性層）へ貫
通しないようにして、素子の信頼性を確保できる半導体
素子を提供することができる。
六方晶型の半導体層の下部に（１１１）成長面を有する
立方晶型の半導体層を設けて転位の成長方向への伝播を
抑制するようにしたので、基板と成長層との界面で発生
した転位を素子心臓部（発光素子の場合は活性層）へ貫
通しないようにして、素子の信頼性を確保できる半導体
素子を提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体素子を適
用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略構成を示す
断面図。
用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略構成を示す
断面図。
【図２】同実施形態の半導体素子において転位が抜ける
様子を説明する模式図。
様子を説明する模式図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体素子を適
用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略構成を示す
断面図。
用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略構成を示す
断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る半導体素子を適
用したＧａＡｓ基板上に形成したＧａＮ系青色半導体レ
ーザ装置の概略構成を示す断面図。
用したＧａＡｓ基板上に形成したＧａＮ系青色半導体レ
ーザ装置の概略構成を示す断面図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る半導体素子を適
用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略構成を示す
断面図。
用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略構成を示す
断面図。
【図６】同実施形態の半導体素子において転位が抜ける
様子を説明する模式図。
様子を説明する模式図。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る半導体素子を適
用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略構成を示す
断面図。
用したＧａＮ系青色半導体レーザ装置の概略構成を示す
断面図。
【図８】同実施形態の半導体素子において転位が抜ける
様子を説明する模式図。
様子を説明する模式図。
【図９】従来のＧａＮ系半導体素子の概略構造を示す断
面図。
面図。
１０…サファイア基板（六方晶型） １１…閃亜鉛鉱型ｎ−ＧａＮ層（結晶欠陥密度：約１０
8 〜１０10cm-2） １２…閃亜鉛鉱型ｎ−ＧａＮ／ｎ−ＡｌＧａＮ歪超格子
層 １３…ウルツ鉱型ｎ−ＧａＮ層 １４…ウルツ鉱型ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 １５…ウルツ鉱型アンド−プＧａＮ活性層 １６…ウルツ鉱型ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 １７…ウルツ鉱型ｐ−ＧａＮコンタクト層 １８…ｐ側電極 １９…ｎ側電極 ２０…サファイア基板（六方晶型） ２１…閃亜鉛鉱型ｎ−ＧａＮ層（結晶欠陥密度：約１０
8 〜１０10cm-2） ２２…閃亜鉛鉱型ｎ−ＧａＮ／ｎ−ＩｎＧａＮ歪超格子
層 ２３…ウルツ鉱型ｎ−ＧａＮ層 ２４…ウルツ鉱型ｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層 ２５…ウルツ鉱型ＧａＮ光閉じ込め層 ２６…ウルツ鉱型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ多重量子井戸活性
層 ２７…ウルツ鉱型ＧａＮ光閉じ込め層 ２８…ウルツ鉱型ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層 ２９…ウルツ鉱型ＧａＮコンタクト層 ３０…ｐ側電極 ３１…ｎ側電極 ４０…ＧａＡｓ（１１１）基板（閃亜鉛鉱型） ４１…閃亜鉛鉱型ｎ−ＧａＮ層 ４２…閃亜鉛鉱型ｎ−ＩｎＧａＮ／ｎ−ＡｌＧａＮ歪超
格子層 ４３…ウルツ鉱型ｎ−ＧａＮ層 ４４…ウルツ鉱型ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 ４５…ウルツ鉱型アンド−プＩｎＧａＮ活性層 ４６…ウルツ鉱型ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 ４７…ウルツ鉱型ｐ−ＧａＮコンタクト層 ４８…電流狭窄層 ４９…ｐ側電極 ５０…ｎ側電極 ５１…ダブルヘテロ構造部 ７１…閃亜鉛鉱型ＩｎＧａＮ層 ７２…閃亜鉛鉱型ＡｌＧａＮ層
8 〜１０10cm-2） １２…閃亜鉛鉱型ｎ−ＧａＮ／ｎ−ＡｌＧａＮ歪超格子
層 １３…ウルツ鉱型ｎ−ＧａＮ層 １４…ウルツ鉱型ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 １５…ウルツ鉱型アンド−プＧａＮ活性層 １６…ウルツ鉱型ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 １７…ウルツ鉱型ｐ−ＧａＮコンタクト層 １８…ｐ側電極 １９…ｎ側電極 ２０…サファイア基板（六方晶型） ２１…閃亜鉛鉱型ｎ−ＧａＮ層（結晶欠陥密度：約１０
8 〜１０10cm-2） ２２…閃亜鉛鉱型ｎ−ＧａＮ／ｎ−ＩｎＧａＮ歪超格子
層 ２３…ウルツ鉱型ｎ−ＧａＮ層 ２４…ウルツ鉱型ｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層 ２５…ウルツ鉱型ＧａＮ光閉じ込め層 ２６…ウルツ鉱型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ多重量子井戸活性
層 ２７…ウルツ鉱型ＧａＮ光閉じ込め層 ２８…ウルツ鉱型ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎクラッド層 ２９…ウルツ鉱型ＧａＮコンタクト層 ３０…ｐ側電極 ３１…ｎ側電極 ４０…ＧａＡｓ（１１１）基板（閃亜鉛鉱型） ４１…閃亜鉛鉱型ｎ−ＧａＮ層 ４２…閃亜鉛鉱型ｎ−ＩｎＧａＮ／ｎ−ＡｌＧａＮ歪超
格子層 ４３…ウルツ鉱型ｎ−ＧａＮ層 ４４…ウルツ鉱型ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 ４５…ウルツ鉱型アンド−プＩｎＧａＮ活性層 ４６…ウルツ鉱型ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 ４７…ウルツ鉱型ｐ−ＧａＮコンタクト層 ４８…電流狭窄層 ４９…ｐ側電極 ５０…ｎ側電極 ５１…ダブルヘテロ構造部 ７１…閃亜鉛鉱型ＩｎＧａＮ層 ７２…閃亜鉛鉱型ＡｌＧａＮ層
Claims (2)
- 【請求項１】 六方晶型の半導体からなる素子部を有す
る半導体素子において、成長基板と前記素子部との間に
実質的な｛１１１｝成長面を有する立方晶型の歪層を設
けたことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 六方晶型の半導体からなる素子部を有す
る半導体素子において、成長基板と前記素子部との間
に、｛１１１｝面から３０度以内の傾斜を有する成長面
を含む実質的な｛１１１｝成長面を有する立方晶型の歪
超格子を設けたことを特徴とする半導体素子。
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|---|---|---|---|
| JP3825996A JPH09232629A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3825996A JPH09232629A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09232629A true JPH09232629A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12520329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3825996A Pending JPH09232629A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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