JPH09266351A - AlInGaN系半導体発光素子 - Google Patents

AlInGaN系半導体発光素子

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JPH09266351A
JPH09266351A JP7422096A JP7422096A JPH09266351A JP H09266351 A JPH09266351 A JP H09266351A JP 7422096 A JP7422096 A JP 7422096A JP 7422096 A JP7422096 A JP 7422096A JP H09266351 A JPH09266351 A JP H09266351A
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JP
Japan
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layer
gan
light emitting
buffer layer
side electrode
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Application number
JP7422096A
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English (en)
Inventor
Toshiro Hayakawa
利郎 早川
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/62Electrodes ohmically coupled to a semiconductor

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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 AlInGaN系半導体発光素子において、インピ
ーダンスを低減する。 【解決手段】 サファイアc面基板1上に、p-GaN低温
バッファ層2、p-GaNバッファ層3、p-In0.1Ga0.9Nバッ
ファ層4、クラッド層、p-Al0.15Ga0.85Nクラッド層
5、p-GaN光ガイド層6、活性層7、n-GaN 光ガイド層
8、n-Al0.15Ga0.85Nクラッド層9およびn-GaN キャッ
プ層10を順次成長する。SiN 膜14をプラズマCVDで全
面に製膜した後、フォトリソグラフィとエッチングによ
り発光領域以外の不要部分を除去し、塩素イオンを用い
たRlBEにより発光領域以外のエピタキシャル層をp-
GaN バッファ層3が露出するまでエッチング除去する。
SiN 膜14に電流注入のためのストライプ状窓12を作製
後、該ストライプ窓12を覆うようにn側電極13としてTi
/Al/Ti/Au を、またp-GaN バッファ層の露出部にp側電
極11としてNi/Au を蒸着・窒素中アニールしてオーミッ
ク電極を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子の
構造に関し、特に詳しくは、発光ダイオード(LED)
および半導体レーザを含むAlxInyGa1-x-yN系半導体発光
素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、500nm を切る短波長光源とし
てAlInGaN系のLEDおよび半導体レーザが注目されて
いる。本材料は青・緑の波長領域の高輝度LEDとして
極めて優れた特性を有し(文献(1)Jpn.J.Appl.Phys.
vol.34,No.7A,pp.L797-799(1995))、信号機や屋外表示
装置の光源として実用化が進められている。また、半導
体レーザとしては、最近室温で417nm のパルス発振が報
告された(文献(2)Jpn.J.App1.Phys.vol35, No.1B,p
p.L74-76(1996))。
【0003】上記文献(2)記載のAlInGaN 系半導体レ
ーザでは、p型半導体層と電極との接触抵抗が非常に高
いため、パルス駆動時の動作電圧が数十ボルトと高くな
り、発振時に素子に投入される電力は通常の素子より10
倍程度高くなるため、素子の発熱や、変調時の歪みが大
きくなるという欠点がある。そこで、素子のインピーダ
ンスの低減が課題とされている。
【0004】また、上記AlInGaN 系半導体レーザの応用
としては短波長化により現在実現されている630nm 半導
体レーザより格段に小さい径の光スポットが得られるこ
とから、光ディスクメモリの高密度化への応用が最も期
待される。このためには、安定な光ビームが得られる単
一モードレーザの実現が必須であり、AlInGaN 系で期待
される360-500nm の短波長域では横モード安定化のため
の作りつけの光導波路のストライプ幅は2μm程度かそれ
以下の狭ストライプであることが必要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献に示される従来構造の素子においては基板上にn型半
導体層を先に積層した後にp型半導体層を積層して作製
する構成をとっており、狭ストライプを設ける場合、p
型半導体層と電極との接触面積が狭められ、さらにイン
ピーダンスを増加させることとなる。また、p型半導体
層に狭ストライプを形成すると、p型半導体自体の高抵
抗率もインピーダンス増加の要因となる。
【0006】本発明は、上記事情を鑑みてなされたもの
であり、インピーダンスを低減したAlInGaN 系半導体発
光素子を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、基板上の少なくとも一部に、少なくともp型クラッ
ド層、活性層およびn型クラッド層を含む複数の半導体
層と絶縁膜とがこの順に積層され、前記絶縁膜に単一モ
ード発振をさせるための狭ストライプの電流注入窓が形
成され、前記絶縁膜上に前記電流注入窓を覆うようにn
側電極が形成され、前記p型クラッド層側にp側電極が
形成されているAlxInyGa1-x-yN(0≦x,y≦1)系半導体
発光素子において、前記p側電極が前記半導体層と接触
する面積が前記電流注入窓の面積よりも広いことを特徴
とするものである。
【0008】すなわち、従来と異なり、基板側にp型半
導体層を先に成長しその後n型半導体層を成長してpn
接合を作製する構造をとったことにより、素子のストラ
イプ構造を形成する部分、すなわち面積が小さくなる部
分にn型半導体層を用い、抵抗率が高く電極との接触抵
抗も高いp型半導体層の面積を広くとり、p側電極との
接触面積も広くすることにより素子のインピーダンスを
下げたことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子は、基板上にp
型半導体層を先に成長し、その後n型半導体層を成長さ
せる構造をとったことにより、ストライプ構造の発光素
子において、p側半導体と電極との接触面積も広くする
ことができ、リッジ構造を有する発光素子の場合には、
p型半導体層の面積を広くすることができる。これによ
り素子のインピーダンスを低減でき、動作電圧を低減し
高効率化・高出力化が実現できる。また、変調時の変調
周波数の向上や変調歪みの低減を図ることができる。従
って、これらの光源を用いた印刷・写真・医療画像など
のハードコピー出力システムの高速化・高品位化を実現
することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。
【0011】図1は、本発明に係る第一の実施の形態の
半導体レーザ断面模式図を示す。サファイアc面基板1
上にMOCVD法を用いて、p-GaN低温バッファ層2、
p-GaN バッファ層3(Mgドープ、5μm )、p-In0.1Ga
0.9Nバッファ層4(Mgドープ、0.1μm )、p-Al0.15Ga
0.85Nクラッド層5(Mgドープ、0.5μm)、p-GaN光ガイ
ド層6(Mgドープ、0.1μm)、アンドープ活性層7、n-
GaN 光ガイド層8(Siドープ、0.1μm )、n-Al0.15Ga
0.85Nクラッド層9(Siドープ、0.5μm)およびn-GaNキ
ャップ層10(Siドープ、0.3μm)を順次成長する。活性
層7は、アンドープAl0.04Ga0.96N 障壁層(0.01μ
m)、アンドープIn0.2Ga0.8N 量子井戸層(3nm)およ
びアンドープAl0.04Ga0.96N障壁層(0.01μm)の3層構
造とする。
【0012】その後、窒素ガス雰囲気中で熱処理により
p型不純物を活性化する。
【0013】次に、SiN 膜14をプラズマCVDで全面に
製膜した後、フォトリソグラフィとエッチングにより発
光領域以外の不要部分を除去する。
【0014】この後、塩素イオンを用いたRlBE(re
active ion beam etching )により発光領域以外のエピ
タキシャル層をp-GaN バッファ層3が露出するまでエッ
チング除去する。この際にレーザの共振器端面を形成す
る。
【0015】SiN 膜14に電流注入のためのストライプ状
窓12(幅10μm)を作製後、該ストライプ窓12を覆うよ
うにn側電極13としてTi/Al/Ti/Au を、またp-GaN バッ
ファ層3の露出部にp側電極11としてNi/Auを蒸着・窒
素中アニールしてオーミック電極を形成する。
【0016】図2は、本発明に係る第二の実施の形態の
リッジ光導波構造を有する半導体レーザ断面模式図を示
す。サファイアc面基板1上にMOCVD法を用いて、
p-GaN 低温バッファ層2、p-GaNバッファ層3(Mgドー
プ、5μm)、p-In0.1Ga0.9Nバッファ層4(Mgドープ、
0.1μm)、p-Al0.15Ga0.85Nクラッド層5(Mgドープ、
0.5μm)、p-GaN 光ガイド層6(Mgドープ、0.1μm)、
アンドープ活性層27、n-GaN 光ガイド層8(Siドープ、
0.1μm)、n-Al0.15Ga0.85Nクラッド層9(Siドープ、
0.5μm)、n-GaNキャップ層10(Siドープ、0.3μm )を
成長する。活性層27は、アンドープAl0.04Ga0.96N 障壁
層(0.01μm )、アンドープIn0.2Ga0.8N 量子井戸層
(3nm)4層/アンドープIn0.1Ga0.9N障壁層(5nm)3
層よりなる多重量子井戸構造およびアンドープAl0.04Ga
0.96N 障壁層(0.01μm)とする。
【0017】その後、窒素ガス雰囲気中で熱処理により
p型不純物を活性化する。
【0018】次に、フォトリソグラフィとエッチングに
より、n-Al0.15Ga0.85N クラッド層9のn-GaN光ガイド
層8から0.1μmまでを残し厚として幅2.2μm程度のリッ
ジストライプを形成する。この際、リッジ端面近傍を素
子上部より見た模式図(図3)に示すように後でエッチ
ング形成する端面の部分に相当する領域は幅を20μmと
広く形成する。実線40はリッジエッチングの形状を、波
線41は端面形成エッチングの形状・位置関係を示す。図
のようにレーザ端面近傍でリッジ幅を広げているのはリ
ッジ部形状の端面の平坦性へ及ぼす悪影響を低減するた
めである(J.Quantum Electronics vol.27,pp.1319-133
1(1991))。次に、SiN 膜14をプラズマCVDで全面に
製膜した後、そのSiN 膜14をフォトリソグラフィとエッ
チングにより発光領域以外の不要部分を除去する。
【0019】この後、塩素イオンを用いたRlBEによ
り発光領域以外のエピタキシャル層をp-GaNバッファ層
3が露出するまでエッチング除去する。この際にレーザ
の共振器端面を形成する。
【0020】この後、前記第一の実施の形態と同様にSi
N 膜14に電流注入のためのストライプ状窓12を作製後、
n側電極13としてTi/Al/Ti/Au 、p側電極11としてNi/A
u をそれぞれ蒸着・窒素中アニールしてオーミック電極
を形成する。
【0021】以上2件の実施の形態において、ストライ
プ上部のn-GaNキャップ層10へのn側電極接触幅は2-10
μm 程度であるが、p-GaNバッファ層3上に形成するp
側電極11の半導体層との接触面積はチップ全体の幅を広
げることによりn側電極の10-100倍程度広くとることが
可能である。従って、p型半導体層の接触抵抗率がn型
半導体層に比較して1-2 桁高い場合でもデバイス性能の
低下を防止することができる。また、電流通路となるp
-GaNバッファ層3の抵抗が問題となる場合には、厚みを
更に厚くすることにより低抵抗化できる。
【0022】すなわち、本発明は、主にn型キャップ層
とp型バッファ層の性質と構成要因により素子のインピ
ーダンスを低減するものである。
【0023】従って、半導体レーザの層構造としては上
記実施の形態以外に量子井戸を用いないダブルヘテロ構
造など一般に考えられる種々の構造を採用することが可
能である。
【0024】また、基板としては、絶縁性物質ではスピ
ネル構造を有する物質(例えば、AlMg2O4 )等のサファ
イア以外の任意のものを用いることができる。更に、サ
ファイアのような絶縁性物質ではなく、SiC のような導
電性物質の基板21を用いて図4、図5のような素子構造
とする場合にも電極との接触面積の小さい半導体層をn
型とし、p側電極11がp型半導体層と接触する面積を広
くとることができるため低抵抗化が可能である。
【0025】前記実施の形態においては、レーザ端面を
塩素イオンを用いたRlBEにより形成したが、通常の
劈開や光学研磨法などを用いて形成してもよい。
【0026】以上半導体レーザ素子として述べたが、同
様の構造で端面発光型LEDとして用いる場合にも効果
があることは言うまでもない。前述の文献(1)に記載
されているような通常のLED構造においても、発光部
の上部電極は狭いほうが光を遮断する面積が小さく光り
の取り出し効率が上昇するためp型層上にn型層を形成
した本発明の構造を用いると低抵抗化できて有利であ
る。更に、LEDにおいては上部電極直下の電流拡がり
が大きいほうが均一発光が得られるので、上部にn型層
を用いて低抵抗化したほうがさらに有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態に係る半体発光装置
の断面模式図
【図2】本発明の第二の実施の形態に係る半導体発光装
置の断面模式図
【図3】図2に示す本発明の第二の実施の形態に係る半
導体発光装置におけるリッジストライプと端面形成位置
との関係を示す説明図
【図4】本発明のその他の実施の形態に係る半導体発光
装置の断面模式図
【図5】本発明のその他の実施の形態に係る半導体発光
装置の断面模式図
【符号の説明】 1 サファイア基板 2 p-GaN低温バッファ層 3 p-GaNバッファ層 4 p-In0.1Ga0.9Nバッファ層 5 p-Al0.15Ga0.85Nクラッド層 6 p-GaN光ガイド層 7 アンドープ活性層 8 n-GaN光ガイド層 9 n-Al0.15Ga0.85Nクラッド層 10 n-GaNキャップ層 11、13 電極 14 SiN膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上の少なくとも一部に、少なくとも
    p型クラッド層、活性層およびn型クラッド層を含む複
    数の半導体層と絶縁膜とがこの順に積層され、前記絶縁
    膜に単一モード発振をさせるための狭ストライプの電流
    注入窓が形成され、前記絶縁膜上に前記電流注入窓を覆
    うようにn側電極が形成され、前記p型クラッド層側に
    p側電極が形成されているAlxInyGa1-x-yN(0≦x, y≦
    1)系半導体発光素子において、 前記p側電極が前記半導体層と接触する面積が前記電流
    注入窓の面積よりも広いことを特徴とするAlInGaN系半
    導体発光素子。
JP7422096A 1996-03-28 1996-03-28 AlInGaN系半導体発光素子 Pending JPH09266351A (ja)

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