JPH09266352A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH09266352A JPH09266352A JP7422196A JP7422196A JPH09266352A JP H09266352 A JPH09266352 A JP H09266352A JP 7422196 A JP7422196 A JP 7422196A JP 7422196 A JP7422196 A JP 7422196A JP H09266352 A JPH09266352 A JP H09266352A
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- Japan
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- cap layer
- gan
- light emitting
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
- H10D64/62—Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 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】 サファイア基板１上にn-GaN低温バッフ
ァ層２、n-GaNバッファ層３、n-InGaN バッファ層４、n
-AlGaN クラッド層５、n-GaN 光ガイド層６、活性層
７、p-GaN 光ガイド層８、一部にリッジストライプ部を
有するp-AlGaN クラッド層９、リッジストライプ状のp-
GaN 下部キャップ層10が積層され、p-AlGaNクラッド層
９のリッジストライプ以外の部分に、SiN 膜11を製膜す
る。さらに、p-GaN 上部キャップ層12をSiN 膜11上およ
びp-GaN 下部キャップ層10上に成長した後、塩素イオン
を用いたＲＩＢＥにより発光領域を含む部分以外のエピ
タキシャル層をn-GaN バッファ層３が露出するまでエッ
チング除去する。この後、n-GaN バッファ層３上にTi/A
l/Ti/Au ｎ側電極14を、また、上部キャップ層12上にNi
/Au ｐ側電極13を真空蒸着・窒素中アニールしてオーミ
ック電極を形成する。
減する。 【解決手段】 サファイア基板１上にn-GaN低温バッフ
ァ層２、n-GaNバッファ層３、n-InGaN バッファ層４、n
-AlGaN クラッド層５、n-GaN 光ガイド層６、活性層
７、p-GaN 光ガイド層８、一部にリッジストライプ部を
有するp-AlGaN クラッド層９、リッジストライプ状のp-
GaN 下部キャップ層10が積層され、p-AlGaNクラッド層
９のリッジストライプ以外の部分に、SiN 膜11を製膜す
る。さらに、p-GaN 上部キャップ層12をSiN 膜11上およ
びp-GaN 下部キャップ層10上に成長した後、塩素イオン
を用いたＲＩＢＥにより発光領域を含む部分以外のエピ
タキシャル層をn-GaN バッファ層３が露出するまでエッ
チング除去する。この後、n-GaN バッファ層３上にTi/A
l/Ti/Au ｎ側電極14を、また、上部キャップ層12上にNi
/Au ｐ側電極13を真空蒸着・窒素中アニールしてオーミ
ック電極を形成する。
Description
【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半導体発光素子にに関するもの
である。
構造関し、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半導体発光素子にに関するもの
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)）。
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。
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。
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ｐ側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。
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ｐ側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。
【０００６】このように、ｐ型半導体層の抵抗率が大き
く、ｐ側電極との接触抵抗が大きい半導体発光素子にお
いて、素子のインピーダンスを低減することが望まれて
いる。
く、ｐ側電極との接触抵抗が大きい半導体発光素子にお
いて、素子のインピーダンスを低減することが望まれて
いる。
【０００７】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。
であり、インピーダンスを低減した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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ
型クラッド層の各半導体層がこの順に積層され、前記ｐ
型クラッド層の一部に発光領域を定めるストライプ部が
形成され、前記ストライプ部上にｐ型キャップ層を形成
され、該ｐ型キャップ層上にｐ側電極が形成されている
半導体発光素子において、前記ｐ型キャップ層が、前記
ストライプ部上に積層されたストライプ状の下部キャッ
プ層と、前記下部キャップ層上に形成された該下部キャ
ップ層よりも広い面積を有する上部キャップ層とからな
り、前記ｐ側電極と前記ｐ型上部キャップ層との接触面
積が、下部キャップ層と上部キャップ層との接触面積よ
りも広いことを特徴とするものである。
は、基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ
型クラッド層の各半導体層がこの順に積層され、前記ｐ
型クラッド層の一部に発光領域を定めるストライプ部が
形成され、前記ストライプ部上にｐ型キャップ層を形成
され、該ｐ型キャップ層上にｐ側電極が形成されている
半導体発光素子において、前記ｐ型キャップ層が、前記
ストライプ部上に積層されたストライプ状の下部キャッ
プ層と、前記下部キャップ層上に形成された該下部キャ
ップ層よりも広い面積を有する上部キャップ層とからな
り、前記ｐ側電極と前記ｐ型上部キャップ層との接触面
積が、下部キャップ層と上部キャップ層との接触面積よ
りも広いことを特徴とするものである。
【０００９】すなわち、本発明は、電極との接触抵抗の
大きいｐ型半導体層とｐ側電極との接触面積を広くとる
ことにより、素子のインピーダンスを低減するものであ
る。
大きいｐ型半導体層とｐ側電極との接触面積を広くとる
ことにより、素子のインピーダンスを低減するものであ
る。
【００１０】前記上部キャップ層が、前記下部キャップ
層上に積層されている部分と前記下部キャップ層上から
張り出した張出部とからなっていてもよい。
層上に積層されている部分と前記下部キャップ層上から
張り出した張出部とからなっていてもよい。
【００１１】また、前記張出部が、前記ｐ型クラッド層
上の前記ストライプ部を除いた部分上に形成された絶縁
膜上に形成されていてもよい。
上の前記ストライプ部を除いた部分上に形成された絶縁
膜上に形成されていてもよい。
【００１２】上記構造は、AlxInyGa1-x-yN(0≦ｘ、ｙ≦
1)系の半導体発光素子に用いることができる。
1)系の半導体発光素子に用いることができる。
【００１３】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子は、ｐ型半導体
層とｐ側電極との接触面積を広くとることにより、従来
の素子構造の場合と比較してインピーダンスを低減する
ことができ、この結果、動作電圧を低減でき、横モード
の安定した半導体発光素子を提供することができる。
層とｐ側電極との接触面積を広くとることにより、従来
の素子構造の場合と比較してインピーダンスを低減する
ことができ、この結果、動作電圧を低減でき、横モード
の安定した半導体発光素子を提供することができる。
【００１４】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、あるいは高密度の光メモリの高性能化を実現
することができる。
・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、あるいは高密度の光メモリの高性能化を実現
することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に図面を用いて本発明の半導
体発光素子の実施の形態を説明する。
体発光素子の実施の形態を説明する。
【００１６】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、n-GaN低温バッファ層２、n-G
aNバッファ層３（Siドープ、５μm ）、n-In0.1Ga0.9N
バッファ層４（Siドープ、0.1μm ）、n-Al0.15Ga0.85N
クラッド層５（Siドープ、0.5μm）、n-GaN光ガイド層
６（Siドープ、0.1μm）、アンドープ活性層７、p-GaN
光ガイド層８（Mgドープ、0.1μm ）、p-Al0.15Ga0.85N
クラッド層９（Mgドープ、0.5μm）およびp-GaN下部キ
ャップ層10（Mgドープ、0.2μm）を成長する。活性層７
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）およびアンド
ープAl0.04Ga0.96N障壁層（0.01μm）の３層構造とす
る。
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、n-GaN低温バッファ層２、n-G
aNバッファ層３（Siドープ、５μm ）、n-In0.1Ga0.9N
バッファ層４（Siドープ、0.1μm ）、n-Al0.15Ga0.85N
クラッド層５（Siドープ、0.5μm）、n-GaN光ガイド層
６（Siドープ、0.1μm）、アンドープ活性層７、p-GaN
光ガイド層８（Mgドープ、0.1μm ）、p-Al0.15Ga0.85N
クラッド層９（Mgドープ、0.5μm）およびp-GaN下部キ
ャップ層10（Mgドープ、0.2μm）を成長する。活性層７
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）およびアンド
ープAl0.04Ga0.96N障壁層（0.01μm）の３層構造とす
る。
【００１７】次にフォトリソグラフィとエッチングによ
り幅2.2μm程度のリッジストライプをp-Al0.15Ga0.85N
クラッド層９の残し厚が0.1μmとなるようにして形成す
る。
り幅2.2μm程度のリッジストライプをp-Al0.15Ga0.85N
クラッド層９の残し厚が0.1μmとなるようにして形成す
る。
【００１８】次にSiN 膜11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リッ
ジ上の不要部分を除去する。
膜した後、フォトリソグラフィとエッチングによりリッ
ジ上の不要部分を除去する。
【００１９】この後、２回目のＭＯＣＶＤ成長によりp-
GaN上部キャップ層12（Mgドープ）を成長する。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。
GaN上部キャップ層12（Mgドープ）を成長する。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。
【００２０】この後、塩素イオンを用いたＲＩＢＥ(rea
ctive ion beam etching )により発光領域を含む部分以
外のエピタキシャル層をn-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
をエッチングにより形成することが可能であるが、その
場合は端面に相当する部分でリッジ幅を10μm 程度以上
に広げてリッジ部形状の端面の平坦性へ及ぼす悪影響を
低減することが望ましい（J.Quantum Electronics vol.
27,pp.1319-1331(1991))。劈開により共振器端面を形成
する場合は端面のリッジ幅を拡げる必要はない。
ctive ion beam etching )により発光領域を含む部分以
外のエピタキシャル層をn-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
をエッチングにより形成することが可能であるが、その
場合は端面に相当する部分でリッジ幅を10μm 程度以上
に広げてリッジ部形状の端面の平坦性へ及ぼす悪影響を
低減することが望ましい（J.Quantum Electronics vol.
27,pp.1319-1331(1991))。劈開により共振器端面を形成
する場合は端面のリッジ幅を拡げる必要はない。
【００２１】この後、n-GaN バッファ層３上にｎ側電極
14としてTi/Al/Ti/Auを、また、上部キャップ層12上に
ｐ側電極13としてNi/Auを真空蒸着・窒素中アニールし
てオーミック電極を形成する。
14としてTi/Al/Ti/Auを、また、上部キャップ層12上に
ｐ側電極13としてNi/Auを真空蒸着・窒素中アニールし
てオーミック電極を形成する。
【００２２】上記実施の形態では基板として絶縁性物質
であるサファイアを用いているが、SiC のような導電性
の基板101 を用いて図２に示す第二の実施形態に係る半
導体レーザを作成することも可能である。この場合、n-
GaN バッファ層３をエッチングにより露出させる必要は
なく、基板101 下面にｎ側電極を形成する。
であるサファイアを用いているが、SiC のような導電性
の基板101 を用いて図２に示す第二の実施形態に係る半
導体レーザを作成することも可能である。この場合、n-
GaN バッファ層３をエッチングにより露出させる必要は
なく、基板101 下面にｎ側電極を形成する。
【００２３】本発明に係る第三の実施の形態の半導体レ
ーザ断面模式図を図３に示す。基板の種類を含む活性層
以下の構造は種々の構造が採用できるため、図１に示す
前記第一の実施の形態と同様の構成とし、p-GaN 光ガイ
ド層８より上部の構造のみを示す。本実施の形態では、
２回目のＭＯＣＶＤ成長において、絶縁膜211 上に積層
しにくい選択成長を用いてp-GaN下部キャップ層10上にp
-GaN上部キャップ層212 を選択的に成長してｐ側電極21
3 との接触面積を大きくとった。
ーザ断面模式図を図３に示す。基板の種類を含む活性層
以下の構造は種々の構造が採用できるため、図１に示す
前記第一の実施の形態と同様の構成とし、p-GaN 光ガイ
ド層８より上部の構造のみを示す。本実施の形態では、
２回目のＭＯＣＶＤ成長において、絶縁膜211 上に積層
しにくい選択成長を用いてp-GaN下部キャップ層10上にp
-GaN上部キャップ層212 を選択的に成長してｐ側電極21
3 との接触面積を大きくとった。
【００２４】本発明の第四の実施の形態の半導体レーザ
断面模式図を図４に示す。リッジ導波路型の横モード制
御は前記の実施の形態と同様であるが、リッジの両側を
５μm 程度の幅の溝形状314 にエッチングして、SiO2絶
縁膜311 は塗布型の影両のスピンコートと熱処理を用い
て形成し、溝部314 を埋め込む形とした。この上に図
１、図２の実施の形態と同様にp-GaN 上部キャップ層31
2 を成長してｐ側電極313 との接触面積を大きくとっ
た。図４の実施の形態の構造について、SiO2絶縁膜を超
音波を加えながらのウエットエッチングにより除去し
て、この際に結晶性のよくないGaN 下部キャップ層310
上近傍のエピタキシャル層以外の部分をリフトオフ除去
して図５に示す第五の実施の形態の半導体レーザを作成
してもよい。
断面模式図を図４に示す。リッジ導波路型の横モード制
御は前記の実施の形態と同様であるが、リッジの両側を
５μm 程度の幅の溝形状314 にエッチングして、SiO2絶
縁膜311 は塗布型の影両のスピンコートと熱処理を用い
て形成し、溝部314 を埋め込む形とした。この上に図
１、図２の実施の形態と同様にp-GaN 上部キャップ層31
2 を成長してｐ側電極313 との接触面積を大きくとっ
た。図４の実施の形態の構造について、SiO2絶縁膜を超
音波を加えながらのウエットエッチングにより除去し
て、この際に結晶性のよくないGaN 下部キャップ層310
上近傍のエピタキシャル層以外の部分をリフトオフ除去
して図５に示す第五の実施の形態の半導体レーザを作成
してもよい。
【００２５】本発明の効果はリッジ形成、絶縁膜層形成
および２回目のGaN 上部キャップ層の成長により得られ
るものである。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多重井戸構造や量子井戸を用いな
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。基板としてサファイアやSi
C 以外にスピネル構造を有す物質（例えば、AlMg2O4 ）
等任意のものを用いることができる。
および２回目のGaN 上部キャップ層の成長により得られ
るものである。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多重井戸構造や量子井戸を用いな
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。基板としてサファイアやSi
C 以外にスピネル構造を有す物質（例えば、AlMg2O4 ）
等任意のものを用いることができる。
【００２６】前記実施例においては、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かまわない。
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かまわない。
【００２７】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。
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。
【００２８】また、本発明の構造は、基板上にｎ型半導
体層から形成し、電流注入窓側がｐ型半導体層とした半
導体発光素子であって、ｐ型半導体層の抵抗率および電
極との接触抵抗率の高い物質の場合にはいかなる組成の
半導体発光素子においても有効である。
体層から形成し、電流注入窓側がｐ型半導体層とした半
導体発光素子であって、ｐ型半導体層の抵抗率および電
極との接触抵抗率の高い物質の場合にはいかなる組成の
半導体発光素子においても有効である。
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る半導体レーザ
の断面模式図
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レーザ
の断面模式図
の断面模式図
【図３】本発明の第三の実施の形態に係る半導体レーザ
の断面模式図
の断面模式図
【図４】本発明の第四の実施の形態に係る半導体レーザ
の断面模式図
の断面模式図
【図５】本発明の第五の実施の形態に係る半導体レーザ
の断面模式図
の断面模式図
１ サファイアｃ面基板 ２ n-GaN低温バッファ層 ３ n-GaNバッファ層 ４ n-In0.1Ga0.9Nバッファ層 ５ n-Al0.15Ga0.85Nクラッド層 ６ n-GaN光ガイド層 ７ アンドープ活性層 ８ p-GaN光ガイド層 ９ p-Al0.15Ga0.85Nクラッド層 10 p-GaN下部キャップ層 11 SiN膜 12 p-GaN光ガイド層 13,14 電極
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に、少なくともｎ型クラッド層、
活性層、ｐ型クラッド層の各半導体層がこの順に積層さ
れ、前記ｐ型クラッド層の一部に発光領域を定めるスト
ライプ部が形成され、前記ストライプ部上にｐ型キャッ
プ層を形成され、該ｐ型キャップ層上にｐ側電極が形成
されている半導体発光素子において、 前記ｐ型キャップ層が、前記ストライプ部上に積層され
たストライプ状の下部キャップ層と、前記下部キャップ
層上に形成された該下部キャップ層よりも広い面積を有
する上部キャップ層とからなり、前記ｐ側電極と前記ｐ
型上部キャップ層との接触面積が、下部キャップ層と上
部キャップ層との接触面積よりも広いことを特徴とする
半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記上部キャップ層が、前記下部キャッ
プ層上に積層されている部分と前記下部キャップ層上か
ら張り出した張出部とからなることを特徴とする請求項
１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記張出部が、前記ｐ型クラッド層の前
記ストライプ部を除いた部分上に形成された絶縁膜上に
形成されていることを特徴とする請求項１または２記載
の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラ
ッド層およびｐ型キャップ層がAlxInyGa1-x-yN(0≦ｘ、
ｙ≦1)系の半導体層であることを特徴とする請求項１か
ら３いずれか記載の半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7422196A JPH09266352A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 半導体発光素子 |
| US08/827,252 US6072818A (en) | 1996-03-28 | 1997-03-28 | Semiconductor light emission device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7422196A JPH09266352A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09266352A true JPH09266352A (ja) | 1997-10-07 |
Family
ID=13540926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7422196A Pending JPH09266352A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09266352A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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