JPH0964418A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents
発光素子及びその製造方法Info
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- JPH0964418A JPH0964418A JP21351695A JP21351695A JPH0964418A JP H0964418 A JPH0964418 A JP H0964418A JP 21351695 A JP21351695 A JP 21351695A JP 21351695 A JP21351695 A JP 21351695A JP H0964418 A JPH0964418 A JP H0964418A
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- light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 紫外域から青色にわたる発光波長を有する半
導体レーザを、結晶の光学特性を損なうことなく構成で
きる発光素子及びその製造方法を提供する。 【構成】 基板１０と、基板上に形成された、ＡｌＮ、
ＧａＮ、又はＡｌxＧａ1 -xＮよりなるバッファ層１２
と、バッファ層１２上に形成された、ＡｌxＧａ1-xＮよ
りなる第１のクラッド層１６と、第１のクラッド層上に
形成された発光層２０と、発光層２０上に形成された、
ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第２のクラッド層２４とにより
構成する。
導体レーザを、結晶の光学特性を損なうことなく構成で
きる発光素子及びその製造方法を提供する。 【構成】 基板１０と、基板上に形成された、ＡｌＮ、
ＧａＮ、又はＡｌxＧａ1 -xＮよりなるバッファ層１２
と、バッファ層１２上に形成された、ＡｌxＧａ1-xＮよ
りなる第１のクラッド層１６と、第１のクラッド層上に
形成された発光層２０と、発光層２０上に形成された、
ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第２のクラッド層２４とにより
構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子に
係り、特に、紫外域から青色にわたる発光波長を有する
発光素子及びその製造方法に関する。
係り、特に、紫外域から青色にわたる発光波長を有する
発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ（窒化ガリウム）は、３．４ｅＶ
のエネルギーバンドギャップをもつ直接遷移型の半導体
材料であり、発光素子等への応用にむけて様々な研究が
なされている。特に、これをベースとした混晶、例えば
ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を利用して、紫外域から青色
にわたる発光波長を有する半導体発光素子を作成する試
みが盛んに行われている。
のエネルギーバンドギャップをもつ直接遷移型の半導体
材料であり、発光素子等への応用にむけて様々な研究が
なされている。特に、これをベースとした混晶、例えば
ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を利用して、紫外域から青色
にわたる発光波長を有する半導体発光素子を作成する試
みが盛んに行われている。
【０００３】このような背景において、最近、ＡｌＧａ
Ｎ／ＩｎＧａＮダブルヘテロ構造を利用して非常に高輝
度なＬＥＤ（Light Emitting Diode）を作成できること
が報告された（S. Nakamura et al., Appl.Phys.Lett.,
vol.64, p.1687 (1994) ）。ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ
ダブルヘテロ構造を利用した従来のＬＥＤを図４を用い
て説明する。
Ｎ／ＩｎＧａＮダブルヘテロ構造を利用して非常に高輝
度なＬＥＤ（Light Emitting Diode）を作成できること
が報告された（S. Nakamura et al., Appl.Phys.Lett.,
vol.64, p.1687 (1994) ）。ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ
ダブルヘテロ構造を利用した従来のＬＥＤを図４を用い
て説明する。
【０００４】サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板１０上には、
膜厚３０ｎｍのＧａＮよりなるアモルファスバッファ層
１２と、膜厚４μｍのｎ−ＧａＮよりなるコンタクト層
１４と、膜厚１５０ｎｍのｎ−ＡｌＧａＮよりなるクラ
ッド層１６と、膜厚５０ｎｍのＩｎＧａＮよりなる発光
層２０と、膜厚１５０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＮよりなるク
ラッド層２４と、膜厚５００ｎｍのｐ−ＧａＮよりなる
コンタクト層２６とが連続して積層されている。コンタ
クト層１４、２４上には、それぞれ、Ｔｉ／Ａｌよりな
るｎ型電極２８と、Ｎｉ／Ａｕよりなるｐ型電極３０と
が設けられている。
膜厚３０ｎｍのＧａＮよりなるアモルファスバッファ層
１２と、膜厚４μｍのｎ−ＧａＮよりなるコンタクト層
１４と、膜厚１５０ｎｍのｎ−ＡｌＧａＮよりなるクラ
ッド層１６と、膜厚５０ｎｍのＩｎＧａＮよりなる発光
層２０と、膜厚１５０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＮよりなるク
ラッド層２４と、膜厚５００ｎｍのｐ−ＧａＮよりなる
コンタクト層２６とが連続して積層されている。コンタ
クト層１４、２４上には、それぞれ、Ｔｉ／Ａｌよりな
るｎ型電極２８と、Ｎｉ／Ａｕよりなるｐ型電極３０と
が設けられている。
【０００５】このようにして素子を構成することによ
り、紫外域から青色にかけての発光波長を有する発光素
子が形成されていた。
り、紫外域から青色にかけての発光波長を有する発光素
子が形成されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＧａＮ系発光素子の構造により半導体レーザを構成
するためには、光の閉じ込めを十分にするためにクラッ
ド層１６、２４を厚くしなければならないが、この構造
では、クラッド層１６、２４の膜厚を厚くすることがで
きないといった問題があった。
来のＧａＮ系発光素子の構造により半導体レーザを構成
するためには、光の閉じ込めを十分にするためにクラッ
ド層１６、２４を厚くしなければならないが、この構造
では、クラッド層１６、２４の膜厚を厚くすることがで
きないといった問題があった。
【０００７】このようにクラッド層１６、２４の厚さが
制限されるのは、ｎ−ＧａＮよりなるコンタクト層１４
と、ＡｌＧａＮよりなるクラッド層１６、２４との間の
横方向の格子定数に差があるからである。従って、クラ
ッド層１６を厚くしようとすると転移発生の臨界膜厚を
越えてしまい、格子定数の違いに起因した転移やクラッ
クが発生し、結晶の光学的特性が著しく損なわれてしま
う。
制限されるのは、ｎ−ＧａＮよりなるコンタクト層１４
と、ＡｌＧａＮよりなるクラッド層１６、２４との間の
横方向の格子定数に差があるからである。従って、クラ
ッド層１６を厚くしようとすると転移発生の臨界膜厚を
越えてしまい、格子定数の違いに起因した転移やクラッ
クが発生し、結晶の光学的特性が著しく損なわれてしま
う。
【０００８】このため、紫外域から青色にかけての発光
波長を有する半導体レーザを形成することが困難である
といった問題があった。本発明の目的は、紫外域から青
色にかけての発光波長を有する半導体レーザを、結晶の
光学特性を損なうことなく構成できる発光素子及びその
製造方法を提供することにある。
波長を有する半導体レーザを形成することが困難である
といった問題があった。本発明の目的は、紫外域から青
色にかけての発光波長を有する半導体レーザを、結晶の
光学特性を損なうことなく構成できる発光素子及びその
製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、基板と、前
記基板上に形成された、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＡｌxＧ
ａ1-xＮよりなるバッファ層と、前記バッファ層上に形
成された、ＡｌxＧａ1- xＮよりなる第１のクラッド層
と、前記第１のクラッド層上に形成された発光層と、前
記発光層上に形成された、ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第２
のクラッド層とを有することを特徴とする発光素子によ
って達成される。
記基板上に形成された、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＡｌxＧ
ａ1-xＮよりなるバッファ層と、前記バッファ層上に形
成された、ＡｌxＧａ1- xＮよりなる第１のクラッド層
と、前記第１のクラッド層上に形成された発光層と、前
記発光層上に形成された、ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第２
のクラッド層とを有することを特徴とする発光素子によ
って達成される。
【００１０】このように発光素子を構成することによ
り、結晶の光学特性を劣化することなく十分な光閉じ込
めができるクラッド層を形成することができるので、Ｇ
ａＮ系材料により良質な半導体レーザを形成することが
できる。また、上記の発光素子において、Ａｌの組成比
ｘは、０．３以下であることが望ましい。
り、結晶の光学特性を劣化することなく十分な光閉じ込
めができるクラッド層を形成することができるので、Ｇ
ａＮ系材料により良質な半導体レーザを形成することが
できる。また、上記の発光素子において、Ａｌの組成比
ｘは、０．３以下であることが望ましい。
【００１１】また、上記の発光素子において、前記発光
層は、ＧａＮ又はＩｎyＧａ1-yＮにより形成されている
ことが望ましい。また、上記の発光素子において、前記
第１のクラッド層と前記発光層との間に形成された第１
の光閉じ込め層と、前記発光層と前記第２のクラッド層
との間に形成された第２の光閉じ込め層とを更に有する
ことが望ましい。
層は、ＧａＮ又はＩｎyＧａ1-yＮにより形成されている
ことが望ましい。また、上記の発光素子において、前記
第１のクラッド層と前記発光層との間に形成された第１
の光閉じ込め層と、前記発光層と前記第２のクラッド層
との間に形成された第２の光閉じ込め層とを更に有する
ことが望ましい。
【００１２】また、上記の発光素子において、前記発光
層は、ＧａＮにより形成されており、前記第１の光閉じ
込め層及び前記第２の光閉じ込め層は、前記第１のクラ
ッド層及び前記第２のクラッド層を構成するＡｌxＧａ
1-xＮにおけるＡｌの組成比ｘよりも小さい組成比ｚを
有するＡｌzＧａ1-zＮにより形成されていることが望ま
しい。
層は、ＧａＮにより形成されており、前記第１の光閉じ
込め層及び前記第２の光閉じ込め層は、前記第１のクラ
ッド層及び前記第２のクラッド層を構成するＡｌxＧａ
1-xＮにおけるＡｌの組成比ｘよりも小さい組成比ｚを
有するＡｌzＧａ1-zＮにより形成されていることが望ま
しい。
【００１３】また、上記の発光素子において、前記発光
層は、ＩｎyＧａ1-yＮにより形成されており、前記第１
の光閉じ込め層及び前記第２の光閉じ込め層は、ＧａＮ
により形成されていることが望ましい。また、上記の発
光素子において、前記発光層は、ＩｎyＧａ1-yＮにより
形成されており、前記第１の光閉じ込め層及び前記第２
の光閉じ込め層は、前記発光層を構成するＩｎyＧａ1-y
ＮにおけるＩｎの組成比ｙよりも小さい組成比ｚを有す
るＩｎzＧａ1-zＮにより形成されていることが望まし
い。
層は、ＩｎyＧａ1-yＮにより形成されており、前記第１
の光閉じ込め層及び前記第２の光閉じ込め層は、ＧａＮ
により形成されていることが望ましい。また、上記の発
光素子において、前記発光層は、ＩｎyＧａ1-yＮにより
形成されており、前記第１の光閉じ込め層及び前記第２
の光閉じ込め層は、前記発光層を構成するＩｎyＧａ1-y
ＮにおけるＩｎの組成比ｙよりも小さい組成比ｚを有す
るＩｎzＧａ1-zＮにより形成されていることが望まし
い。
【００１４】また、上記の発光素子において、前記発光
層は、ＩｎyＧａ1-yＮにより形成されており、前記第１
の光閉じ込め層及び前記第２の光閉じ込め層は、前記第
１のクラッド層及び前記第２のクラッド層を構成するＡ
ｌxＧａ1-xＮにおけるＡｌの組成比ｘよりも小さい組成
比ｚを有するＡｌzＧａ1-zＮにより形成されていること
が望ましい。
層は、ＩｎyＧａ1-yＮにより形成されており、前記第１
の光閉じ込め層及び前記第２の光閉じ込め層は、前記第
１のクラッド層及び前記第２のクラッド層を構成するＡ
ｌxＧａ1-xＮにおけるＡｌの組成比ｘよりも小さい組成
比ｚを有するＡｌzＧａ1-zＮにより形成されていること
が望ましい。
【００１５】また、上記の発光素子において、前記発光
層、前記第１の光閉じ込め層、又は前記第２の光閉じ込
め層の膜厚は、転移の発生する臨界膜厚以下であること
が望ましい。また、基板上に、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＡ
ｌxＧａ1-xＮよりなるバッファ層を形成するバッファ層
形成工程と、前記バッファ層上に、ＡｌxＧａ1-xＮより
なる第１のクラッド層を形成する第１のクラッド層形成
工程と、前記第１のクラッド層上に、発光層を形成する
発光層形成工程と、前記発光層上に、ＡｌxＧａ1-xＮよ
りなる第２のクラッド層を形成する第２のクラッド層形
成工程とを有することを特徴とする発光素子の製造方法
によっても達成される。
層、前記第１の光閉じ込め層、又は前記第２の光閉じ込
め層の膜厚は、転移の発生する臨界膜厚以下であること
が望ましい。また、基板上に、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＡ
ｌxＧａ1-xＮよりなるバッファ層を形成するバッファ層
形成工程と、前記バッファ層上に、ＡｌxＧａ1-xＮより
なる第１のクラッド層を形成する第１のクラッド層形成
工程と、前記第１のクラッド層上に、発光層を形成する
発光層形成工程と、前記発光層上に、ＡｌxＧａ1-xＮよ
りなる第２のクラッド層を形成する第２のクラッド層形
成工程とを有することを特徴とする発光素子の製造方法
によっても達成される。
【００１６】このように発光素子を製造すれば、光学特
性に優れたＧａＮ系の発光素子を形成することができ
る。
性に優れたＧａＮ系の発光素子を形成することができ
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態による発光素
子及びその製造方法を図１乃至図３を用いて説明する。
図１は本実施形態による発光素子の構造を示す概略断面
図、図２及び図３は本実施形態による発光素子の製造方
法を示す工程断面図である。
子及びその製造方法を図１乃至図３を用いて説明する。
図１は本実施形態による発光素子の構造を示す概略断面
図、図２及び図３は本実施形態による発光素子の製造方
法を示す工程断面図である。
【００１８】始めに、本実施形態による発光素子の構造
について、紫外線レーザを例に説明する。スピネル（Ｍ
ｇＡｌ2Ｏ4）基板１０上には、膜厚３０ｎｍのＧａＮよ
りなるアモルファスバッファ層１２と、膜厚４μｍのｎ
−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラッド層１６と、膜厚１
００ｎｍのｎ−ＧａＮよりなる光閉じ込め層１８と、膜
厚２０ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる発光層２０と、
膜厚１００ｎｍのｐ−ＧａＮよりなる光閉じ込め層２２
と、膜厚２μｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラッ
ド層２４と、膜厚５０ｎｍのｐ−ＧａＮよりなるコンタ
クト層２６とが連続して積層されている。クラッド層１
６、コンタクト層２６上には、それぞれ、Ｔｉ／Ａｌよ
りなるｎ型電極２８と、Ｎｉ／Ａｕよりなるｐ型電極３
０とが設けられている。ここで、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなるクラッド層１６はコンタクト層を兼ねている。
について、紫外線レーザを例に説明する。スピネル（Ｍ
ｇＡｌ2Ｏ4）基板１０上には、膜厚３０ｎｍのＧａＮよ
りなるアモルファスバッファ層１２と、膜厚４μｍのｎ
−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラッド層１６と、膜厚１
００ｎｍのｎ−ＧａＮよりなる光閉じ込め層１８と、膜
厚２０ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる発光層２０と、
膜厚１００ｎｍのｐ−ＧａＮよりなる光閉じ込め層２２
と、膜厚２μｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラッ
ド層２４と、膜厚５０ｎｍのｐ−ＧａＮよりなるコンタ
クト層２６とが連続して積層されている。クラッド層１
６、コンタクト層２６上には、それぞれ、Ｔｉ／Ａｌよ
りなるｎ型電極２８と、Ｎｉ／Ａｕよりなるｐ型電極３
０とが設けられている。ここで、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなるクラッド層１６はコンタクト層を兼ねている。
【００１９】このように、本実施形態による発光素子で
は、ＧａＮよりなるアモルファスバッファ層１２上にＡ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラッド層１６を形成すること
により、クラッド層１６、２４の膜厚を厚くすることを
可能にしている。これにより、十分な光閉じこめを行う
ことが可能となるので、半導体レーザに適用することが
できる。
は、ＧａＮよりなるアモルファスバッファ層１２上にＡ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラッド層１６を形成すること
により、クラッド層１６、２４の膜厚を厚くすることを
可能にしている。これにより、十分な光閉じこめを行う
ことが可能となるので、半導体レーザに適用することが
できる。
【００２０】次に、本実施形態による発光素子の製造方
法を説明する。スピネル基板１０の基板温度を５５０℃
まで昇温し、膜厚３０ｎｍのＧａＮよりなるアモルファ
スバッファ層１２を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により堆積する。次いで、基板温度を１０５０℃
まで昇温し、膜厚４μｍのｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
るクラッド層１６をＭＯＣＶＤ法により成長する。
法を説明する。スピネル基板１０の基板温度を５５０℃
まで昇温し、膜厚３０ｎｍのＧａＮよりなるアモルファ
スバッファ層１２を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により堆積する。次いで、基板温度を１０５０℃
まで昇温し、膜厚４μｍのｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
るクラッド層１６をＭＯＣＶＤ法により成長する。
【００２１】本実施形態においてクラッド層１６の膜厚
をこのように厚くできるのは、ＧａＮよりなるアモルフ
ァスバッファ層１２上に、ＡｌＧａＮよりなるクラッド
層１６をエピタキシャル成長するからである。本願発明
者は、アモルファスバッファ層１２上に成長するエピタ
キシャル結晶の格子定数は、アモルファスバッファ層１
２上に最初に高温で成長した層の格子定数により確定さ
れることを初めて見い出した。本実施形態では、アモル
ファスバッファ層１２上に最初に成長する層はＡｌＧａ
Ｎよりなるクラッド層１６であるので、その上に成長す
る各層の横方向の格子定数は、ＡｌＧａＮの格子定数と
等しくなる。
をこのように厚くできるのは、ＧａＮよりなるアモルフ
ァスバッファ層１２上に、ＡｌＧａＮよりなるクラッド
層１６をエピタキシャル成長するからである。本願発明
者は、アモルファスバッファ層１２上に成長するエピタ
キシャル結晶の格子定数は、アモルファスバッファ層１
２上に最初に高温で成長した層の格子定数により確定さ
れることを初めて見い出した。本実施形態では、アモル
ファスバッファ層１２上に最初に成長する層はＡｌＧａ
Ｎよりなるクラッド層１６であるので、その上に成長す
る各層の横方向の格子定数は、ＡｌＧａＮの格子定数と
等しくなる。
【００２２】これにより、ｎ−ＡｌＧａＮよりなるクラ
ッド層１６は無歪となり、結晶欠陥の発生を抑えたまま
厚い層を成長することが可能となる。なお、クラッド層
１６に含まれるＡｌの組成比は、ＡｌxＧａ1-xＮと表現
したときに、ｘが０．３以下であることが望ましい。続
いて、基板温度を１０５０℃としたままで、膜厚１００
ｎｍのｎ−ＧａＮよりなる光閉じ込め層１８をＭＯＣＶ
Ｄ法により成長する。
ッド層１６は無歪となり、結晶欠陥の発生を抑えたまま
厚い層を成長することが可能となる。なお、クラッド層
１６に含まれるＡｌの組成比は、ＡｌxＧａ1-xＮと表現
したときに、ｘが０．３以下であることが望ましい。続
いて、基板温度を１０５０℃としたままで、膜厚１００
ｎｍのｎ−ＧａＮよりなる光閉じ込め層１８をＭＯＣＶ
Ｄ法により成長する。
【００２３】この後、基板温度を８００℃まで降温し、
膜厚２０ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる発光層２０を
ＭＯＣＶＤ法により成長する。次いで、基板温度を再
度、１０５０℃に昇温し、膜厚１００ｎｍのｐ−ＧａＮ
よりなる光閉じ込め層２２をＭＯＣＶＤ法により成長す
る。ここで、このように成長した光閉じ込め層１８、２
２、発光層２０は、クラッド層１６を構成するｎ−Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎよりも横方向の格子定数が大きいため、圧
縮歪を受けた歪層となる。しかし、膜厚がそれぞれ１０
０ｎｍ、２０ｎｍ程度と薄くてもよいため、クラッド層
１６、２４を構成するＡｌと、光閉じ込め層１８、２２
を構成するＩｎの組成に応じて、転移の発生する臨界膜
厚以下の膜厚となるように形成すればよい。
膜厚２０ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる発光層２０を
ＭＯＣＶＤ法により成長する。次いで、基板温度を再
度、１０５０℃に昇温し、膜厚１００ｎｍのｐ−ＧａＮ
よりなる光閉じ込め層２２をＭＯＣＶＤ法により成長す
る。ここで、このように成長した光閉じ込め層１８、２
２、発光層２０は、クラッド層１６を構成するｎ−Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎよりも横方向の格子定数が大きいため、圧
縮歪を受けた歪層となる。しかし、膜厚がそれぞれ１０
０ｎｍ、２０ｎｍ程度と薄くてもよいため、クラッド層
１６、２４を構成するＡｌと、光閉じ込め層１８、２２
を構成するＩｎの組成に応じて、転移の発生する臨界膜
厚以下の膜厚となるように形成すればよい。
【００２４】続いて、基板温度を１０５０℃としたまま
で、膜厚２μｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0 .8Ｎよりなるクラッ
ド層２４をＭＯＣＶＤ法により成長する。このように成
長したｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎはクラッド層１６と等しい
格子定数を有しているため、無歪で厚い良質な結晶を得
ることができる。この後、基板温度を１０５０℃とした
ままで、膜厚５０ｎｍのｐ−ＧａＮよりなるコンタクト
層２６をＭＯＣＶＤ法により成長する（図２（ａ））。
で、膜厚２μｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0 .8Ｎよりなるクラッ
ド層２４をＭＯＣＶＤ法により成長する。このように成
長したｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎはクラッド層１６と等しい
格子定数を有しているため、無歪で厚い良質な結晶を得
ることができる。この後、基板温度を１０５０℃とした
ままで、膜厚５０ｎｍのｐ−ＧａＮよりなるコンタクト
層２６をＭＯＣＶＤ法により成長する（図２（ａ））。
【００２５】ＭＯＣＶＤ法により上記各層を成長するに
は、成長原料として、例えば、トリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い
る。次いで、このように成長したエピタキシャル結晶層
の一部を、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラッド層１
６が露出するまでエッチングする（図２（ｂ））。
は、成長原料として、例えば、トリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い
る。次いで、このように成長したエピタキシャル結晶層
の一部を、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラッド層１
６が露出するまでエッチングする（図２（ｂ））。
【００２６】続いて、ｐ−ＧａＮよりなるコンタクト層
２６上にＮｉ／Ａｕよりなるｐ型電極３０を、ｎ−Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラッド層１６上にＴｉ／Ａｌよ
りなるｎ型電極を形成する（図３（ａ））。この後、ス
ピネル基板１０の劈開性を利用して、エピタキシャル結
晶層の垂直劈開面３２よりなるレーザ共振器を形成する
（図３（ｄ））。なお、スピネル基板上に成長したエピ
タキシャル結晶層を劈開することによりレーザ共振器を
形成する方法は、同一出願人による特願平７−５７０６
０号明細書に詳述されている。
２６上にＮｉ／Ａｕよりなるｐ型電極３０を、ｎ−Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラッド層１６上にＴｉ／Ａｌよ
りなるｎ型電極を形成する（図３（ａ））。この後、ス
ピネル基板１０の劈開性を利用して、エピタキシャル結
晶層の垂直劈開面３２よりなるレーザ共振器を形成する
（図３（ｄ））。なお、スピネル基板上に成長したエピ
タキシャル結晶層を劈開することによりレーザ共振器を
形成する方法は、同一出願人による特願平７−５７０６
０号明細書に詳述されている。
【００２７】このようにして発光素子を形成することに
より、結晶の光学特性を劣化することなく十分な光閉じ
込めができるクラッド層を形成することができるので、
ＧａＮ系材料により良質な半導体レーザを形成すること
ができる。このように、本実施形態によれば、アモルフ
ァスバッファ層１２上に、無歪のクラッド層１６を形成
することにより、結晶の光学特性を劣化することなく十
分な光閉じ込めができるクラッド層を形成することがで
きるので、ＧａＮ系材料により良質な半導体レーザを形
成することができる。
より、結晶の光学特性を劣化することなく十分な光閉じ
込めができるクラッド層を形成することができるので、
ＧａＮ系材料により良質な半導体レーザを形成すること
ができる。このように、本実施形態によれば、アモルフ
ァスバッファ層１２上に、無歪のクラッド層１６を形成
することにより、結晶の光学特性を劣化することなく十
分な光閉じ込めができるクラッド層を形成することがで
きるので、ＧａＮ系材料により良質な半導体レーザを形
成することができる。
【００２８】本発明は、上記実施形態に限らず種々の変
形が可能である。例えば、上記実施形態ではＧａＮによ
り光閉じ込め層１８、２２を形成し、ＩｎＧａＮにより
発光層２０を形成したが、各層の屈折率が、発光層２０
において最も高く、次いで光閉じ込め層１８が高く、ク
ラッド層１６が最も低くなるように各層の材料、組成を
選択すればよい。
形が可能である。例えば、上記実施形態ではＧａＮによ
り光閉じ込め層１８、２２を形成し、ＩｎＧａＮにより
発光層２０を形成したが、各層の屈折率が、発光層２０
において最も高く、次いで光閉じ込め層１８が高く、ク
ラッド層１６が最も低くなるように各層の材料、組成を
選択すればよい。
【００２９】即ち、Ａｌ又はＩｎを含むＧａＮ系結晶で
は、Ａｌを多く含むほどに屈折率が小さく、エネルギー
バンドギャップが大きくなり、Ｉｎを多く含むほどに屈
折率が大きく、エネルギーバンドギャップが小さくなる
ので、上記の関係を満たすように各層の材料、組成を選
択することができる。例えば、光閉じ込め層１８、２２
と、発光層２０をともにＩｎxＧａ1-xＮにより形成し、
発光層２０の屈折率が光閉じ込め層１８、２２より高く
なるように、発光層２０のＩｎ組成を光閉じ込め層１
８、２２より多くしてもよい。
は、Ａｌを多く含むほどに屈折率が小さく、エネルギー
バンドギャップが大きくなり、Ｉｎを多く含むほどに屈
折率が大きく、エネルギーバンドギャップが小さくなる
ので、上記の関係を満たすように各層の材料、組成を選
択することができる。例えば、光閉じ込め層１８、２２
と、発光層２０をともにＩｎxＧａ1-xＮにより形成し、
発光層２０の屈折率が光閉じ込め層１８、２２より高く
なるように、発光層２０のＩｎ組成を光閉じ込め層１
８、２２より多くしてもよい。
【００３０】また、クラッド層１６、２４と光閉じ込め
層１８、２２をともにＡｌxＧａ1ーxＮにより形成し、光
閉じ込め層１８、２２の屈折率がクラッド層１６、２４
より高くなるように、クラッド層１６、２２のＡｌ組成
を光閉じ込め層１８、２２より多くしてもよい。また、
クラッド層１６、２４と光閉じ込め層１８、２２をとも
にＡｌxＧａ1ーxＮにより形成し、光閉じ込め層１８、２
２の屈折率がクラッド層１８、２４より高くなるよう
に、クラッド層１８、２４のＡｌ組成を光閉じ込め層１
８、２２より多くして、更に発光層２０をＧａＮにより
形成してもよい。
層１８、２２をともにＡｌxＧａ1ーxＮにより形成し、光
閉じ込め層１８、２２の屈折率がクラッド層１６、２４
より高くなるように、クラッド層１６、２２のＡｌ組成
を光閉じ込め層１８、２２より多くしてもよい。また、
クラッド層１６、２４と光閉じ込め層１８、２２をとも
にＡｌxＧａ1ーxＮにより形成し、光閉じ込め層１８、２
２の屈折率がクラッド層１８、２４より高くなるよう
に、クラッド層１８、２４のＡｌ組成を光閉じ込め層１
８、２２より多くして、更に発光層２０をＧａＮにより
形成してもよい。
【００３１】また、上記実施形態では光閉じ込め層１
８、２２を形成したが、必ずしも光閉じ込め層１８、２
２を形成する必要はない。クラッド層１６、２４との間
に発光層２０を直に形成してもよい。また、上記実施形
態では、アモルファスバッファ層１２としてＧａＮを堆
積したが、これに限定されるものではない。例えば、Ａ
ｌＮ又はＡｌxＧａ1-xＮによりアモルファスバッファ層
１２を構成しても同様の効果を得ることができる。
８、２２を形成したが、必ずしも光閉じ込め層１８、２
２を形成する必要はない。クラッド層１６、２４との間
に発光層２０を直に形成してもよい。また、上記実施形
態では、アモルファスバッファ層１２としてＧａＮを堆
積したが、これに限定されるものではない。例えば、Ａ
ｌＮ又はＡｌxＧａ1-xＮによりアモルファスバッファ層
１２を構成しても同様の効果を得ることができる。
【００３２】また、基板１０としてスピネル基板を用い
たが、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板、シリコンカーバイ
ド（ＳｉＣ）基板等を用いてもよい。
たが、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板、シリコンカーバイ
ド（ＳｉＣ）基板等を用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、基板と、
基板上に形成された、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＡｌxＧａ
1-xＮよりなるバッファ層と、バッファ層上に形成され
た、Ａｌ xＧａ1-xＮよりなる第１のクラッド層と、第１
のクラッド層上に形成された発光層と、発光層上に形成
された、ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第２のクラッド層とに
より発光素子を構成することにより、結晶の光学特性を
劣化することなく十分な光閉じ込めができるクラッド層
を形成することができるので、ＧａＮ系材料により良質
な半導体レーザを形成することができる。
基板上に形成された、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＡｌxＧａ
1-xＮよりなるバッファ層と、バッファ層上に形成され
た、Ａｌ xＧａ1-xＮよりなる第１のクラッド層と、第１
のクラッド層上に形成された発光層と、発光層上に形成
された、ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第２のクラッド層とに
より発光素子を構成することにより、結晶の光学特性を
劣化することなく十分な光閉じ込めができるクラッド層
を形成することができるので、ＧａＮ系材料により良質
な半導体レーザを形成することができる。
【００３４】また、上記の発光素子において、Ａｌの組
成比ｘを、０．３以下とすれば、良質な結晶性を有する
ＡｌxＧａ1-xＮを形成することができる。また、第１の
クラッド層と発光層との間に形成された第１の光閉じ込
め層と、発光層と第２のクラッド層との間に形成された
第２の光閉じ込め層とを更に有す発光素子においても、
結晶の光学特性を劣化することなく十分な光閉じ込めが
できるクラッド層を形成することができるので、ＧａＮ
系材料により良質な半導体レーザを形成することができ
る。
成比ｘを、０．３以下とすれば、良質な結晶性を有する
ＡｌxＧａ1-xＮを形成することができる。また、第１の
クラッド層と発光層との間に形成された第１の光閉じ込
め層と、発光層と第２のクラッド層との間に形成された
第２の光閉じ込め層とを更に有す発光素子においても、
結晶の光学特性を劣化することなく十分な光閉じ込めが
できるクラッド層を形成することができるので、ＧａＮ
系材料により良質な半導体レーザを形成することができ
る。
【００３５】また、上記の発光素子において、発光層、
第１の光閉じ込め層、又は第２の光閉じ込め層の膜厚
を、転移の発生する臨界膜厚以下に設定すれば、良質な
光学特性を有する発光素子を構成することができる。ま
た、基板上に、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＡｌxＧａ1-xＮよ
りなるアモルファスバッファ層を形成するアモルファス
バッファ層形成工程と、アモルファスバッファ層上に、
ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第１のクラッド層を形成する第
１のクラッド層形成工程と、第１のクラッド層上に、発
光層を形成する発光層形成工程と、発光層上に、Ａｌx
Ｇａ1-xＮよりなる第２のクラッド層を形成する第２の
クラッド層形成工程とにより発光素子を製造すれば、光
学特性に優れたＧａＮ系の発光素子を形成することがで
きる。
第１の光閉じ込め層、又は第２の光閉じ込め層の膜厚
を、転移の発生する臨界膜厚以下に設定すれば、良質な
光学特性を有する発光素子を構成することができる。ま
た、基板上に、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＡｌxＧａ1-xＮよ
りなるアモルファスバッファ層を形成するアモルファス
バッファ層形成工程と、アモルファスバッファ層上に、
ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第１のクラッド層を形成する第
１のクラッド層形成工程と、第１のクラッド層上に、発
光層を形成する発光層形成工程と、発光層上に、Ａｌx
Ｇａ1-xＮよりなる第２のクラッド層を形成する第２の
クラッド層形成工程とにより発光素子を製造すれば、光
学特性に優れたＧａＮ系の発光素子を形成することがで
きる。
【図１】本発明の一実施形態による発光素子の構造を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法
を示す工程断面図（その１）である。
を示す工程断面図（その１）である。
【図３】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法
を示す工程断面図（その２）である。
を示す工程断面図（その２）である。
【図４】従来の発光素子の構造を示す概略断面図であ
る。
る。
１０…基板 １２…アモルファスバッファ層 １４…コンタクト層 １６…クラッド層 １８…光閉じ込め層 ２０…発光層 ２２…光閉じ込め層 ２４…クラッド層 ２６…コンタクト層 ２８…ｎ型電極 ３０…ｐ型電極 ３２…垂直劈開面
Claims (10)
- 【請求項１】 基板と、 前記基板上に形成された、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＡｌx
Ｇａ1-xＮよりなるバッファ層と、 前記バッファ層上に形成された、ＡｌxＧａ1-xＮよりな
る第１のクラッド層と、 前記第１のクラッド層上に形成された発光層と、 前記発光層上に形成された、ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第
２のクラッド層とを有することを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の発光素子において、Ａｌ
の組成比ｘは、０．３以下であることを特徴とする発光
素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の発光素子におい
て、前記発光層は、ＧａＮ又はＩｎyＧａ1-yＮにより形
成されていることを特徴とする発光素子。 - 【請求項４】 請求項１又は２記載の発光素子におい
て、 前記第１のクラッド層と前記発光層との間に形成された
第１の光閉じ込め層と、 前記発光層と前記第２のクラッド層との間に形成された
第２の光閉じ込め層とを更に有することを特徴とする発
光素子。 - 【請求項５】 請求項４記載の発光素子において、 前記発光層は、ＧａＮにより形成されており、 前記第１の光閉じ込め層及び前記第２の光閉じ込め層
は、前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層を
構成するＡｌxＧａ1-xＮにおけるＡｌの組成比ｘよりも
小さい組成比ｚを有するＡｌzＧａ1-zＮにより形成され
ていることを特徴とする発光素子。 - 【請求項６】 請求項４記載の発光素子において、 前記発光層は、ＩｎyＧａ1-yＮにより形成されており、 前記第１の光閉じ込め層及び前記第２の光閉じ込め層
は、ＧａＮにより形成されていることを特徴とする発光
素子。 - 【請求項７】 請求項４記載の発光素子において、 前記発光層は、ＩｎyＧａ1-yＮにより形成されており、 前記第１の光閉じ込め層及び前記第２の光閉じ込め層
は、前記発光層を構成するＩｎyＧａ1-yＮにおけるＩｎ
の組成比ｙよりも小さい組成比ｚを有するＩｎzＧａ1-z
Ｎにより形成されていることを特徴とする発光素子。 - 【請求項８】 請求項４記載の発光素子において、 前記発光層は、ＩｎyＧａ1-yＮにより形成されており、 前記第１の光閉じ込め層及び前記第２の光閉じ込め層
は、前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層を
構成するＡｌxＧａ1-xＮにおけるＡｌの組成比ｘよりも
小さい組成比ｚを有するＡｌzＧａ1-zＮにより形成され
ていることを特徴とする発光素子。 - 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載の発光
素子において、前記発光層、前記第１の光閉じ込め層、
又は前記第２の光閉じ込め層の膜厚は、転移の発生する
臨界膜厚以下であることを特徴とする発光素子。 - 【請求項１０】 基板上に、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＡｌ
xＧａ1-xＮよりなるバッファ層を形成するバッファ層形
成工程と、 前記バッファ層上に、ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第１のク
ラッド層を形成する第１のクラッド層形成工程と、 前記第１のクラッド層上に、発光層を形成する発光層形
成工程と、 前記発光層上に、ＡｌxＧａ1-xＮよりなる第２のクラッ
ド層を形成する第２のクラッド層形成工程とを有するこ
とを特徴とする発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21351695A JPH0964418A (ja) | 1995-08-22 | 1995-08-22 | 発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21351695A JPH0964418A (ja) | 1995-08-22 | 1995-08-22 | 発光素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0964418A true JPH0964418A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=16640490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21351695A Withdrawn JPH0964418A (ja) | 1995-08-22 | 1995-08-22 | 発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0964418A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998044569A1 (fr) * | 1997-03-31 | 1998-10-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dispositif electroluminescent et son procede de fabrication |
| JP2009071127A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Kyoto Univ | 窒化物半導体レーザ素子 |
-
1995
- 1995-08-22 JP JP21351695A patent/JPH0964418A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998044569A1 (fr) * | 1997-03-31 | 1998-10-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dispositif electroluminescent et son procede de fabrication |
| US6583442B2 (en) | 1997-03-31 | 2003-06-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitter device and a method for manufacturing the same |
| CN100346487C (zh) * | 1997-03-31 | 2007-10-31 | 夏普株式会社 | 发光元件 |
| JP2009071127A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Kyoto Univ | 窒化物半導体レーザ素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20021105 |