JPH10294531A - 窒化物化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化物化合物半導体発光素子Info
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- JPH10294531A JPH10294531A JP3626398A JP3626398A JPH10294531A JP H10294531 A JPH10294531 A JP H10294531A JP 3626398 A JP3626398 A JP 3626398A JP 3626398 A JP3626398 A JP 3626398A JP H10294531 A JPH10294531 A JP H10294531A
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 接触抵抗が低くさらに良好なワイアボンディ
ングができる電極を有する窒化物化合物半導体発光素子
を提供する。 【解決手段】 電流阻止層１１１を、所定の金属の酸化
物、炭素．ｐ型およびｎ型の導電性を示す不純物を含む
ｎ型のＢ(1-x-y-z) ＩｎX Ａｌy Ｇａz Ｎ単結晶層（０
≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）、水素または酸素によってキャリア
が不活性化されてなるｉ型Ｂ(1-x-y-z) ＩｎX Ａｌy Ｇ
ａz Ｎ単結晶層（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）のいずれかの材
料にしたため、ドライエッチンクプロセスを不要とした
内部電流狭窄構造を実現する。または、逆バイアス電圧
を印加することにより、電流経路に沿って半導体層を活
性化することができ、それ以下の領域を電流ブロック層
として作用させることができる。
ングができる電極を有する窒化物化合物半導体発光素子
を提供する。 【解決手段】 電流阻止層１１１を、所定の金属の酸化
物、炭素．ｐ型およびｎ型の導電性を示す不純物を含む
ｎ型のＢ(1-x-y-z) ＩｎX Ａｌy Ｇａz Ｎ単結晶層（０
≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）、水素または酸素によってキャリア
が不活性化されてなるｉ型Ｂ(1-x-y-z) ＩｎX Ａｌy Ｇ
ａz Ｎ単結晶層（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）のいずれかの材
料にしたため、ドライエッチンクプロセスを不要とした
内部電流狭窄構造を実現する。または、逆バイアス電圧
を印加することにより、電流経路に沿って半導体層を活
性化することができ、それ以下の領域を電流ブロック層
として作用させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物化合物半導
体からなる半導体発光素子に関する。
体からなる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色から紫外域にかけての発光ダ
イオードや半導体レーザ用の材料としてＧａＮを始めと
する窒化物化合物半導体が注目されている。例えば、窒
化ガリウム系化合物半導体は、直接遷移型のバンド構造
を有していることから、高い発光効率が得られる点で注
目されている。さらに、この材料系を用いた青色半導体
発光ダイオードや半導体レーザは、その発振波長が短い
がゆえに高密度の情報処理用の光源やその他の種々の表
示光源としての応用が期侍されている。
イオードや半導体レーザ用の材料としてＧａＮを始めと
する窒化物化合物半導体が注目されている。例えば、窒
化ガリウム系化合物半導体は、直接遷移型のバンド構造
を有していることから、高い発光効率が得られる点で注
目されている。さらに、この材料系を用いた青色半導体
発光ダイオードや半導体レーザは、その発振波長が短い
がゆえに高密度の情報処理用の光源やその他の種々の表
示光源としての応用が期侍されている。
【０００３】なお、本願において「窒素物化合物半導
体」とは、ＢxＩｎyＡｌzＧａ(1-x-y- z)Ｎ（０≦ｘ，
ｙ，ｚ≦１）のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、Ｖ族
元素はＮに加えて、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含
有する混晶も含む。さらに、ＢｅＣＮ2などのＩＩ族−
ＩＶ族−Ｎ2型の化合物も含むものとする。
体」とは、ＢxＩｎyＡｌzＧａ(1-x-y- z)Ｎ（０≦ｘ，
ｙ，ｚ≦１）のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、Ｖ族
元素はＮに加えて、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含
有する混晶も含む。さらに、ＢｅＣＮ2などのＩＩ族−
ＩＶ族−Ｎ2型の化合物も含むものとする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】低しきい値で半導体レ
ーザを発振させるため、あるいは高輝度で発光ダイオー
ドを発光させるためには、光取り出しに寄与しない領域
での電流をいかに抑制するかが問題となる。例えば、半
導体レーザにおいては、電流を活性層のしぼりこんだ領
域に供給しなければレーザ発振が生じない。また、発光
ダイオードにおいては、ワイアボンディングなどの電極
によって取り出されない領域への電流を抑制すること
で、その分だけ低電流で同じ輝度を得ることができる。
ーザを発振させるため、あるいは高輝度で発光ダイオー
ドを発光させるためには、光取り出しに寄与しない領域
での電流をいかに抑制するかが問題となる。例えば、半
導体レーザにおいては、電流を活性層のしぼりこんだ領
域に供給しなければレーザ発振が生じない。また、発光
ダイオードにおいては、ワイアボンディングなどの電極
によって取り出されない領域への電流を抑制すること
で、その分だけ低電流で同じ輝度を得ることができる。
【０００５】そのための手法として、これまでにもさま
ざまな電流狭窄構造の提案がなされている。これらのう
ち特開平４−２４２９８５号公報や特開平４−２１３８
７８号公報に開示されている構造は、半導体レーザにお
いて、ストライプが形成された電極が直接ＧａＮ系結晶
に接している構造である。このような構造では、抵抗の
低くないｐ型層と接触抵抗の高い電極との接触面が小さ
な面積で接していることから、ｐ型電極からｐ型層にか
けての抵抗が大きく、これによって素子全体の抵抗が大
きくなり、動作電圧が高くなってしまうという問題があ
った。したがって、動作電圧を低減するためには、ｐ型
層領域の表面積を広くとることができる内部電流狭窄構
造が必要となる。
ざまな電流狭窄構造の提案がなされている。これらのう
ち特開平４−２４２９８５号公報や特開平４−２１３８
７８号公報に開示されている構造は、半導体レーザにお
いて、ストライプが形成された電極が直接ＧａＮ系結晶
に接している構造である。このような構造では、抵抗の
低くないｐ型層と接触抵抗の高い電極との接触面が小さ
な面積で接していることから、ｐ型電極からｐ型層にか
けての抵抗が大きく、これによって素子全体の抵抗が大
きくなり、動作電圧が高くなってしまうという問題があ
った。したがって、動作電圧を低減するためには、ｐ型
層領域の表面積を広くとることができる内部電流狭窄構
造が必要となる。
【０００６】このような問題に対してもいくつかの提案
がなされている。特開平８−１８１５９号公報ではキャ
リアの不活性化を生じさせるために水素の打ち込みを行
なっている。しかしながら、このような打ち込みだけで
は結晶にダメージを与えるため、熱処理などの結晶性回
復処理を行なう必要がある。このような処理を行なうと
打ち込んだ水素が結晶から抜け出してしまい、キャリア
が再度活性化してしまうため、電流狭窄が機能しなかっ
た。
がなされている。特開平８−１８１５９号公報ではキャ
リアの不活性化を生じさせるために水素の打ち込みを行
なっている。しかしながら、このような打ち込みだけで
は結晶にダメージを与えるため、熱処理などの結晶性回
復処理を行なう必要がある。このような処理を行なうと
打ち込んだ水素が結晶から抜け出してしまい、キャリア
が再度活性化してしまうため、電流狭窄が機能しなかっ
た。
【０００７】また、特開平８−４６２９１号公報、特開
平８−８８４４１号公報、特開平８−１０７２４７号公
報、あるいは特開平８−１１１５５８号公報では、ｐ型
結晶層中に異なる導電型の単結晶層あるいはＳｉＯ2膜
などの絶縁物層を形成することによって電流狭窄構造を
実現している。これらの公報では、一度成長した結晶を
部分的にエッチングする方法をとっている。しかしなが
ら、ＧａＮ系結晶では溶液によるウェットエッチングを
行なうことは困難であるため、さまざまなガスを用いた
ドライエッチング法を用いざるを得ない。しかし、この
ようなドライエッチング法では、エッチングで残した領
域の表面にダメージが入り、電流リークの要因となる。
このような電流リークが生じると、効率のいい活性層へ
の電流注入は行なえず、したがって低しきい電流密度で
のレーザ発振を阻害するという問題があった。
平８−８８４４１号公報、特開平８−１０７２４７号公
報、あるいは特開平８−１１１５５８号公報では、ｐ型
結晶層中に異なる導電型の単結晶層あるいはＳｉＯ2膜
などの絶縁物層を形成することによって電流狭窄構造を
実現している。これらの公報では、一度成長した結晶を
部分的にエッチングする方法をとっている。しかしなが
ら、ＧａＮ系結晶では溶液によるウェットエッチングを
行なうことは困難であるため、さまざまなガスを用いた
ドライエッチング法を用いざるを得ない。しかし、この
ようなドライエッチング法では、エッチングで残した領
域の表面にダメージが入り、電流リークの要因となる。
このような電流リークが生じると、効率のいい活性層へ
の電流注入は行なえず、したがって低しきい電流密度で
のレーザ発振を阻害するという問題があった。
【０００８】すなわち、従来のドライエッチング法やイ
オン注入法を用いた構造においてはいずれも結晶にダメ
ージを与え、電流リークの要因となりうる。このような
電流リークが生じると、効率のいい活性層への電流注入
は行なえず、低しきい値でのレーザ発振や高効率の発光
ダイオードの実現を阻害するという問題点があった。一
方、このような窒化物系の化合物半導体を用いた発光素
子は、サファイア基板上にバッファ層を介してｎ型層と
ｐ型層とをこの順で形成して成長させ、ｎ型層への電極
はｐ型層等をエッチング除去した後に形成している。こ
のようなｎ型層への電極としてはさまざまなものが提案
されている。例えば、特開平３−２５２１７５号公報な
どには、アルミニウム（Ａｌ）が開示されている。この
ような電極を用いた場合には、電極形成後のさまざまな
熱工程において変質が起こり、ワイアボンディングが行
なえないという問題があった。
オン注入法を用いた構造においてはいずれも結晶にダメ
ージを与え、電流リークの要因となりうる。このような
電流リークが生じると、効率のいい活性層への電流注入
は行なえず、低しきい値でのレーザ発振や高効率の発光
ダイオードの実現を阻害するという問題点があった。一
方、このような窒化物系の化合物半導体を用いた発光素
子は、サファイア基板上にバッファ層を介してｎ型層と
ｐ型層とをこの順で形成して成長させ、ｎ型層への電極
はｐ型層等をエッチング除去した後に形成している。こ
のようなｎ型層への電極としてはさまざまなものが提案
されている。例えば、特開平３−２５２１７５号公報な
どには、アルミニウム（Ａｌ）が開示されている。この
ような電極を用いた場合には、電極形成後のさまざまな
熱工程において変質が起こり、ワイアボンディングが行
なえないという問題があった。
【０００９】また、特開平７−２４０５０８号公報には
ワイアボンディングを行ないやすいように、Ａｌ電極上
に金（Ａｕ）を積層する構造が開示されている。しか
し、本発明者の実験の結果、このような構造において
も、ＡｕとＡｌとが熱工程によって混ざり合い、あるい
は酸化することによって変質するために解決にいたらな
かった。この問題点を解決する手段として、Ｔｉをバリ
アメタルとして挿入することが特開平８−２７４３７２
号公報に開示されている。しかし、本発明者の実験の結
果、このような構造ではワイアボンディングは可能であ
ったが、電極の接触抵抗が高くなってしまうという問題
があることがわかった。
ワイアボンディングを行ないやすいように、Ａｌ電極上
に金（Ａｕ）を積層する構造が開示されている。しか
し、本発明者の実験の結果、このような構造において
も、ＡｕとＡｌとが熱工程によって混ざり合い、あるい
は酸化することによって変質するために解決にいたらな
かった。この問題点を解決する手段として、Ｔｉをバリ
アメタルとして挿入することが特開平８−２７４３７２
号公報に開示されている。しかし、本発明者の実験の結
果、このような構造ではワイアボンディングは可能であ
ったが、電極の接触抵抗が高くなってしまうという問題
があることがわかった。
【００１０】すなわち、従来の窒化物化合物半導体発光
素子の電極構造においては、接触抵抗を低くすることが
できず、また良好なワイアボンディングを行なうことが
できないという問題があった。
素子の電極構造においては、接触抵抗を低くすることが
できず、また良好なワイアボンディングを行なうことが
できないという問題があった。
【００１１】以上詳述したように、従来の窒化物化合物
半導体発光素子では、効率の良い活性層への電流の注入
が行なえず、したがって低しきい値の電流密度でのレー
ザ発振や発光ダイオードの高効率な発光が困難であると
いう問題があった。さらに、従来の窒化物化合物半導体
発光素子の電極構造においては、接触抵抗を低くするこ
とができず、また良好なワイアボンディングを行なうこ
とができないという問題があった。
半導体発光素子では、効率の良い活性層への電流の注入
が行なえず、したがって低しきい値の電流密度でのレー
ザ発振や発光ダイオードの高効率な発光が困難であると
いう問題があった。さらに、従来の窒化物化合物半導体
発光素子の電極構造においては、接触抵抗を低くするこ
とができず、また良好なワイアボンディングを行なうこ
とができないという問題があった。
【００１２】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものである。すなわち、その目的は、上記問題を克服
し、活性層に効率良く電流注入を行なうことができ、低
しきい値の電流密度でのレーザ発振や発光ダイオードの
高効率な発光を可能にする新規な窒化物化合物半導体発
光素子を提供することにある。また、本発明の目的は、
接触抵抗が低くさらに良好なワイアボンディングができ
る電極を有する窒化物化合物半導体発光素子を提供する
ことにある。
ものである。すなわち、その目的は、上記問題を克服
し、活性層に効率良く電流注入を行なうことができ、低
しきい値の電流密度でのレーザ発振や発光ダイオードの
高効率な発光を可能にする新規な窒化物化合物半導体発
光素子を提供することにある。また、本発明の目的は、
接触抵抗が低くさらに良好なワイアボンディングができ
る電極を有する窒化物化合物半導体発光素子を提供する
ことにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の実施形態を要約
すると、以下の通りである。
すると、以下の通りである。
【００１４】まず、本発明の窒化物化合物半導体発光素
子は、結晶をドライエッチング処理することなく内部電
流狭窄楕造を作製することを可能にしたもので、電流阻
止層を備え、その電流阻止層は： １）チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル
（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、亜
鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、タング
ステン（Ｗ）から選ばれる金属の酸化物、 ２）炭素、 ３）ｐ型不純物とｎ型不純物とを含むｎ型のＢ
(1-x-y-z )ＩｎxＡｌyＧａzＮ単結晶層（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、 ４）水素または酸素によってキャリアが不活性化されて
なるｉ型Ｂ(1-x-y-z )ＩｎxＡｌyＧａzＮ単結晶層（０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１）、 のうちから選ばれるいずれかであることを特徴とする。
子は、結晶をドライエッチング処理することなく内部電
流狭窄楕造を作製することを可能にしたもので、電流阻
止層を備え、その電流阻止層は： １）チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル
（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、亜
鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、タング
ステン（Ｗ）から選ばれる金属の酸化物、 ２）炭素、 ３）ｐ型不純物とｎ型不純物とを含むｎ型のＢ
(1-x-y-z )ＩｎxＡｌyＧａzＮ単結晶層（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、 ４）水素または酸素によってキャリアが不活性化されて
なるｉ型Ｂ(1-x-y-z )ＩｎxＡｌyＧａzＮ単結晶層（０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１）、 のうちから選ばれるいずれかであることを特徴とする。
【００１５】または、本発明の窒化物化合物半導体発光
素子は、このような電流阻止層が導電層の上に選択的に
形成され、その上にＢ(1-x-y-z )ＩｎxＡｌyＧａzＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）からなるバッ
ファ層と、前記バッファ層の上に積層されたＢ
(1-x2-y2-x2)Ｉｎx2Ａｌy2Ｇａz2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０
≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１）からなる層とが設けられて
いることを特徴とする。
素子は、このような電流阻止層が導電層の上に選択的に
形成され、その上にＢ(1-x-y-z )ＩｎxＡｌyＧａzＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）からなるバッ
ファ層と、前記バッファ層の上に積層されたＢ
(1-x2-y2-x2)Ｉｎx2Ａｌy2Ｇａz2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０
≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１）からなる層とが設けられて
いることを特徴とする。
【００１６】または、本発明の窒化物化合物半導体発光
素子は、発光層と、該発光層をｐ型クラッド層とｎ型ク
ラッド層とではさんだ構造を有し、エッチング処理をほ
どこすことなく内部電流狭窄構造の実現を可能にしたも
ので、ｐ電極が負電圧、ｎ電極が正電圧となるように逆
バイアスを印加することによって、電流経路に対応した
低抵抗領域を形成し、その結果としてｐ型クラッド層と
ｎ型クラッド層ともに電流阻止領域が形成されてなるこ
とを特徴とするものである。
素子は、発光層と、該発光層をｐ型クラッド層とｎ型ク
ラッド層とではさんだ構造を有し、エッチング処理をほ
どこすことなく内部電流狭窄構造の実現を可能にしたも
ので、ｐ電極が負電圧、ｎ電極が正電圧となるように逆
バイアスを印加することによって、電流経路に対応した
低抵抗領域を形成し、その結果としてｐ型クラッド層と
ｎ型クラッド層ともに電流阻止領域が形成されてなるこ
とを特徴とするものである。
【００１７】また、本発明の窒化物化合物半導体発光素
子は、ｎ側電極として少なくとも３層以上からなる積層
構造を有し、ｎ型コンタクト層に接続する第１の層がア
ルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）から選ば
れたいずれかの金属を主成分とする層であり、その層に
直接接続する第２の層として白金（Ｐｔ）、パラジウム
（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タン
グステン（Ｗ）から選ばれた金属を主として含む層が介
在し、最表面の第３の層が金（Ａｕ）またはアルミニウ
ム（Ａｌ）から選ばれた金属を主成分とする層であるこ
とを特徴とする。
子は、ｎ側電極として少なくとも３層以上からなる積層
構造を有し、ｎ型コンタクト層に接続する第１の層がア
ルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）から選ば
れたいずれかの金属を主成分とする層であり、その層に
直接接続する第２の層として白金（Ｐｔ）、パラジウム
（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タン
グステン（Ｗ）から選ばれた金属を主として含む層が介
在し、最表面の第３の層が金（Ａｕ）またはアルミニウ
ム（Ａｌ）から選ばれた金属を主成分とする層であるこ
とを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に具体的な実施例を参照しな
がら、本発明の実施の形態について説明する。
がら、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】（実施例１）図１に本発明の第１の実施例
である半導体レーザ１００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ１００は、ｃ面を主面とするサファイア基板１０１
を有しており、その上に窒化物系半導体のレーザ構造が
形成されている。具体的には、基板１０１の上には、順
に、ＧａＮバッファ層１０２、アンドープＧａＮ層１０
３、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、ｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層１０５、ｎ型ＧａＮガイド層１０６、多重量子
井戸活性層１０７、ｐ型ＧａＮガイド層１０８、ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層１０９、ｐ型ＧａＮ層１１０、Ｔｉ
Ｏ2層１１１、ｐ型ＧａＮ層１１２、ｐ型ＧａＮ層１１
３、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１４が積層されている。
また、ｎ型コンタクト層１０４の上にはｎ側電極１３０
が形成され、ｐ型コンタクト層１１４の上には、ｐ側電
極１３１が形成されている。
である半導体レーザ１００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ１００は、ｃ面を主面とするサファイア基板１０１
を有しており、その上に窒化物系半導体のレーザ構造が
形成されている。具体的には、基板１０１の上には、順
に、ＧａＮバッファ層１０２、アンドープＧａＮ層１０
３、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、ｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層１０５、ｎ型ＧａＮガイド層１０６、多重量子
井戸活性層１０７、ｐ型ＧａＮガイド層１０８、ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層１０９、ｐ型ＧａＮ層１１０、Ｔｉ
Ｏ2層１１１、ｐ型ＧａＮ層１１２、ｐ型ＧａＮ層１１
３、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１４が積層されている。
また、ｎ型コンタクト層１０４の上にはｎ側電極１３０
が形成され、ｐ型コンタクト層１１４の上には、ｐ側電
極１３１が形成されている。
【００２０】図１中の１１１が本発明の主眼とする電流
阻止層であり、本実施例ではチタンの酸化膜である。本
発明によれば、電流阻止層として、このようなＴｉＯ2
膜を採用することにより、従来よりも高い効率で活性層
１０７に電流を注入することができ、低しきい値の電流
密度でのレーザ発振が可能となる。
阻止層であり、本実施例ではチタンの酸化膜である。本
発明によれば、電流阻止層として、このようなＴｉＯ2
膜を採用することにより、従来よりも高い効率で活性層
１０７に電流を注入することができ、低しきい値の電流
密度でのレーザ発振が可能となる。
【００２１】以下に、本発明の半導体レーザ１００の製
造方法を順に説明する。
造方法を順に説明する。
【００２２】本実施例における半導体レーザ１００は、
有機金属気相成長法（metal-organic chemical vapor d
eposition：ＭＯＣＶＤ法）を用いて製造した。用いた
原科は、有機金属原料のトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチル
インジウム（ＴＭＩ）、ビスシクロペンタジエニルマグ
ネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、およびガス原科のアンモニア
およびシランである。また、キャリアガスとして水素お
よび窒素を用いた。
有機金属気相成長法（metal-organic chemical vapor d
eposition：ＭＯＣＶＤ法）を用いて製造した。用いた
原科は、有機金属原料のトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチル
インジウム（ＴＭＩ）、ビスシクロペンタジエニルマグ
ネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、およびガス原科のアンモニア
およびシランである。また、キャリアガスとして水素お
よび窒素を用いた。
【００２３】まず、有機洗浄、酸洗浄によって処理した
サファイア基板１０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に導
入し、高周波によって加熱されるサセプタ上に載置し
た。次に常圧で水素を１０Ｌ／分の流量で流しながら、
温度１１００℃で約１０分間、気相エッチングを施し、
表面の自然酸化膜を除去した。
サファイア基板１０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に導
入し、高周波によって加熱されるサセプタ上に載置し
た。次に常圧で水素を１０Ｌ／分の流量で流しながら、
温度１１００℃で約１０分間、気相エッチングを施し、
表面の自然酸化膜を除去した。
【００２４】次に、サファイア基板１０１を５３０℃ま
で降温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモ
ニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の流量で約４
分間流すことにより、約５０ｎｍの層厚のＧａＮバッフ
ァ層１０２を形成した。
で降温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモ
ニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の流量で約４
分間流すことにより、約５０ｎｍの層厚のＧａＮバッフ
ァ層１０２を形成した。
【００２５】次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、サフ
ァイア基板１０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ
／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１００ｃｃ／分の流量で約６０分間流すことによ
り、厚さ約２μｍのアンドープＧａＮ層１０３を形成し
た。
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、サフ
ァイア基板１０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ
／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１００ｃｃ／分の流量で約６０分間流すことによ
り、厚さ約２μｍのアンドープＧａＮ層１０３を形成し
た。
【００２６】次に、これに水素で１０ｐｐｍに希釈した
ＳｉＨ4を３ｃｃ／分の流量で加え、約１３０分間流す
ことにより、厚さ約４μｍのｎ型ＧａＮ層１０４を形成
した。さらに、これらの原料にＴＭＡ５０ｃｃ／分を追
加し、約１０分間流すことにより厚さ０．２μｍのｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層１０５を形成した。
ＳｉＨ4を３ｃｃ／分の流量で加え、約１３０分間流す
ことにより、厚さ約４μｍのｎ型ＧａＮ層１０４を形成
した。さらに、これらの原料にＴＭＡ５０ｃｃ／分を追
加し、約１０分間流すことにより厚さ０．２μｍのｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層１０５を形成した。
【００２７】次に、サファイア基板１０１を１１００℃
に保持し、原料の供給を元の流量、すなわち、水素を１
５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、
ＴＭＧを１００ｃｃ／分の流量に戻し、ＳｉＨ4を１ｃ
ｃ／分の流量で追加して約３分間流すことにより、厚さ
０．１μｍのＧａＮガイド層１０６を形成した。
に保持し、原料の供給を元の流量、すなわち、水素を１
５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、
ＴＭＧを１００ｃｃ／分の流量に戻し、ＳｉＨ4を１ｃ
ｃ／分の流量で追加して約３分間流すことにより、厚さ
０．１μｍのＧａＮガイド層１０６を形成した。
【００２８】次に、サファイア基板１０１を、窒素を約
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分を流しながら約３
分間で８００℃まで降温した。この温度で、窒素を約２
０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１０ｃｃ
／分の流量に固定しながら、ＴＭＩの流量を変化させて
多重量子井戸活性層１０７を成長した。具体的には、Ｔ
ＭＩを５０ｃｃ／分の流量で約１分、４６０ｃｃ／分の
流量で約３０秒という組み合わせで１５回繰り返し、最
後に５０ｃｃ／分で約３分間流し、Ｉｎ組成５％で厚さ
４ｎｍの障壁層とＩｎ組成２０％で厚さ２ｎｍの井戸層
を有する周期１５の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からな
る活性層１０７を形成した。
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分を流しながら約３
分間で８００℃まで降温した。この温度で、窒素を約２
０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１０ｃｃ
／分の流量に固定しながら、ＴＭＩの流量を変化させて
多重量子井戸活性層１０７を成長した。具体的には、Ｔ
ＭＩを５０ｃｃ／分の流量で約１分、４６０ｃｃ／分の
流量で約３０秒という組み合わせで１５回繰り返し、最
後に５０ｃｃ／分で約３分間流し、Ｉｎ組成５％で厚さ
４ｎｍの障壁層とＩｎ組成２０％で厚さ２ｎｍの井戸層
を有する周期１５の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からな
る活性層１０７を形成した。
【００２９】次に、サファイア基板１０１を、窒素を約
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら約３分間で１１００℃まで昇温した。この温度で水素
を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを５０ｃｃ／
分の流量で約３分間流すことにより、厚さ０．１μｍの
ｐ型ＧａＮガイド層１０８を形成した。さらに、この原
料にＴＭＡ５０ｃｃ／分を加え、約１０分間流すことに
より、厚さ０．２μｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０
９を形成した。これに引き続いてＴＭＡの供給を停止
し、残りの原料ガスを約１５分間流すことにより、厚さ
約０．５μｍのｐ型ＧａＮ層１１０を形成した。
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら約３分間で１１００℃まで昇温した。この温度で水素
を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを５０ｃｃ／
分の流量で約３分間流すことにより、厚さ０．１μｍの
ｐ型ＧａＮガイド層１０８を形成した。さらに、この原
料にＴＭＡ５０ｃｃ／分を加え、約１０分間流すことに
より、厚さ０．２μｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０
９を形成した。これに引き続いてＴＭＡの供給を停止
し、残りの原料ガスを約１５分間流すことにより、厚さ
約０．５μｍのｐ型ＧａＮ層１１０を形成した。
【００３０】この後、ＴＭＧおよびＣｐ2 Ｍｇの供給を
停止した状態で３５０℃まで降温し、さらに３５０℃で
水素およびアンモニアの供給を停止し室温まで冷却し、
反応室から成長ウェーハを取り出した。
停止した状態で３５０℃まで降温し、さらに３５０℃で
水素およびアンモニアの供給を停止し室温まで冷却し、
反応室から成長ウェーハを取り出した。
【００３１】次に、この成長ウェーハを真空蒸着装置の
チャンバー内に載置し、約１×１０-4Ｐａの真空度にお
いてチタン（Ｔｉ）を約１００ｎｍ形成した。次に、フ
ォトエッチングプロセスによって、ＧａＮの＜１−１０
０＞軸方向に沿って長さ５００μｍ、幅約２０μｍの長
方形領域のＴｉを選択的に除去する。さらに、ウェーハ
を酸化炉内に移し、窒素を約５Ｌ／分流しながら７００
℃で約３０分の熱処理を施した。Ｔｉは非常に酸化され
やすいために、約３００ｎｍのＴｉＯ2層１１１になっ
た。この酸素は、酸化炉中の残留酸素や結晶中に取り込
まれた酸素に由来すると考えられる。ＴｉＯ2膜１１１
の厚さは電流狭窄構造を実現するためには１００ｎｍ以
上であることが望ましい。また、ＴｉＯ2膜の厚すぎる
と段差が生じ、本来の問題の解決とならないことから、
１μｍ以下であることが望ましい。チタンは、所定のエ
ッチング液により容易にエッチングすることができるた
めに、そのパターニング工程において、ドライエッチン
グ法を用いる必要がない。その結果として、本発明によ
れば、窒化物系半導体をドライエッチングの雰囲気に曝
して結晶にダメージを与えるという従来の問題を解消す
ることができる。
チャンバー内に載置し、約１×１０-4Ｐａの真空度にお
いてチタン（Ｔｉ）を約１００ｎｍ形成した。次に、フ
ォトエッチングプロセスによって、ＧａＮの＜１−１０
０＞軸方向に沿って長さ５００μｍ、幅約２０μｍの長
方形領域のＴｉを選択的に除去する。さらに、ウェーハ
を酸化炉内に移し、窒素を約５Ｌ／分流しながら７００
℃で約３０分の熱処理を施した。Ｔｉは非常に酸化され
やすいために、約３００ｎｍのＴｉＯ2層１１１になっ
た。この酸素は、酸化炉中の残留酸素や結晶中に取り込
まれた酸素に由来すると考えられる。ＴｉＯ2膜１１１
の厚さは電流狭窄構造を実現するためには１００ｎｍ以
上であることが望ましい。また、ＴｉＯ2膜の厚すぎる
と段差が生じ、本来の問題の解決とならないことから、
１μｍ以下であることが望ましい。チタンは、所定のエ
ッチング液により容易にエッチングすることができるた
めに、そのパターニング工程において、ドライエッチン
グ法を用いる必要がない。その結果として、本発明によ
れば、窒化物系半導体をドライエッチングの雰囲気に曝
して結晶にダメージを与えるという従来の問題を解消す
ることができる。
【００３２】また、酸化膜を形成するための金属はマグ
ネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃ
ｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウ
ム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）とするこ
とも可能である。それぞれの金属の酸化物で導電率が異
なることから、膜厚の範囲は自ずから変わってくる。す
なわち、ＩｎやＳｎでは３００ｎｍ以上２μｍ以下、そ
の他の金属では５０ｎｍ以上１μｍ以下であることが望
ましい。
ネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃ
ｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウ
ム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）とするこ
とも可能である。それぞれの金属の酸化物で導電率が異
なることから、膜厚の範囲は自ずから変わってくる。す
なわち、ＩｎやＳｎでは３００ｎｍ以上２μｍ以下、そ
の他の金属では５０ｎｍ以上１μｍ以下であることが望
ましい。
【００３３】次に、このようにして電流ブロック層１１
１を形成したウェーハを再びＭＯＣＶＤ装置内のサセプ
タに戻し、窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分の流量で流しながら約３分間かけて５５０℃まで昇温
した。この温度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、
アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、Ｃｐ
2Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約４分間流すことによ
り、厚さ約５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層１１２を形成した。
ここで形成した直後のＧａＮ層は、非晶質(amorphous)
状あるいはｃ軸に配向性を有した多結晶体であった。
１を形成したウェーハを再びＭＯＣＶＤ装置内のサセプ
タに戻し、窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分の流量で流しながら約３分間かけて５５０℃まで昇温
した。この温度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、
アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、Ｃｐ
2Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約４分間流すことによ
り、厚さ約５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層１１２を形成した。
ここで形成した直後のＧａＮ層は、非晶質(amorphous)
状あるいはｃ軸に配向性を有した多結晶体であった。
【００３４】次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／１分の流量で１１００℃まで
昇温した。ＴｉＯ2層１１１の上に形成したＧａＮ層１
１２は、この昇温の過程において再結晶化する。この温
度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを
１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを５
０ｃｃ／分の流量で約６０分間流すことにより、厚さ約
２μｍの単結晶のｐ型ＧａＮ層１１３を形成した。
分、アンモニアを１０Ｌ／１分の流量で１１００℃まで
昇温した。ＴｉＯ2層１１１の上に形成したＧａＮ層１
１２は、この昇温の過程において再結晶化する。この温
度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを
１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを５
０ｃｃ／分の流量で約６０分間流すことにより、厚さ約
２μｍの単結晶のｐ型ＧａＮ層１１３を形成した。
【００３５】次に、窒素を２０Ｌ／分、アンモニアを１
０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを１５
０ｃｃ／分の流量で６分間流すことにより、厚さ約０．
２μｍの高キャリア濃度ｐ型ＧａＮコンタクト層１１４
を形成した。この後、窒素のみを１０Ｌ／分流しなが
ら、室温まで冷却し、反応室から成長ウェーハを取り出
した。
０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを１５
０ｃｃ／分の流量で６分間流すことにより、厚さ約０．
２μｍの高キャリア濃度ｐ型ＧａＮコンタクト層１１４
を形成した。この後、窒素のみを１０Ｌ／分流しなが
ら、室温まで冷却し、反応室から成長ウェーハを取り出
した。
【００３６】次にｐ型ＧａＮ層１１４上に熱ＣＶＤ法な
どを用いて、厚さ０．５μｍのＳｉＯ2膜（図示せず）
を形成し、フォトエッチングプロセスなどによりＳｉＯ
2膜の一部を除去した。このＳｉＯ2膜およびフォトエッ
チングマスクとして用いたレジスト膜（図示せず）をマ
スクとし、塩素ガスなどによる反応性イオンエッチング
法を用いてｎ型ＧａＮ層１０４が露出するまでエッチン
グした。
どを用いて、厚さ０．５μｍのＳｉＯ2膜（図示せず）
を形成し、フォトエッチングプロセスなどによりＳｉＯ
2膜の一部を除去した。このＳｉＯ2膜およびフォトエッ
チングマスクとして用いたレジスト膜（図示せず）をマ
スクとし、塩素ガスなどによる反応性イオンエッチング
法を用いてｎ型ＧａＮ層１０４が露出するまでエッチン
グした。
【００３７】次に、周知の真空蒸着法やスパッタ法など
を用いて、ｎ型ＧａＮ層１０４上の一部に厚さ５０ｎｍ
のＴｉと厚さ０．５μｍのＡｕとの積層構造を形成し、
窒素雰囲気中、４５０℃、約３０秒の熱処理を施すこと
によりｎ型電極１３０とした。本実施例においては、ｎ
型電極としてＴｉとＡｕとの積層構造を用いたが、Ｔｉ
膜とｎ型層との間にＡｌ膜を挿入することも可能であ
る。この場合には、オーミック接触がＡｌによってはか
られていることから、Ｔｉ膜はＡｌとＡｕとの密着性向
上をはかることに目的が変化する。したがって、この場
合にはＴｉの代わりにＮｉやＣｒ、Ｐｔ、Ｐｄなどを用
いることも可能である。
を用いて、ｎ型ＧａＮ層１０４上の一部に厚さ５０ｎｍ
のＴｉと厚さ０．５μｍのＡｕとの積層構造を形成し、
窒素雰囲気中、４５０℃、約３０秒の熱処理を施すこと
によりｎ型電極１３０とした。本実施例においては、ｎ
型電極としてＴｉとＡｕとの積層構造を用いたが、Ｔｉ
膜とｎ型層との間にＡｌ膜を挿入することも可能であ
る。この場合には、オーミック接触がＡｌによってはか
られていることから、Ｔｉ膜はＡｌとＡｕとの密着性向
上をはかることに目的が変化する。したがって、この場
合にはＴｉの代わりにＮｉやＣｒ、Ｐｔ、Ｐｄなどを用
いることも可能である。
【００３８】なお、Ｔｉの代わりにＮｉを用いた場合に
は、密着性の向上の他に抵抗値がより低減するという効
果も見られた。
は、密着性の向上の他に抵抗値がより低減するという効
果も見られた。
【００３９】さらに、Ａｌとｎ型層の間に厚さが５０ｎ
ｍ以下のＳｉ膜を介在させること、あるいは混晶合比が
１０％以下のＡｌ−Ｓｉ合金を用いることも可能であ
る。いずれの場合もＳｉの厚さ、あるいは比が示した値
より高い場含には、良好なオーミック特性を得ることが
できなかった。
ｍ以下のＳｉ膜を介在させること、あるいは混晶合比が
１０％以下のＡｌ−Ｓｉ合金を用いることも可能であ
る。いずれの場合もＳｉの厚さ、あるいは比が示した値
より高い場含には、良好なオーミック特性を得ることが
できなかった。
【００４０】さらに、本発明の他の実施態様として後に
詳述するように、本発明の独特な３層構造の電極を用い
ることにより、さらに接触抵抗を下げ、ワイアボンディ
ングも容易となる。
詳述するように、本発明の独特な３層構造の電極を用い
ることにより、さらに接触抵抗を下げ、ワイアボンディ
ングも容易となる。
【００４１】次に、ｐ型ＧａＮ層１１４上のほぼ全面
に、真空蒸着法やスパッタ法などを用いて、厚さ約１０
ｎｍのＰｔ、厚さ約５０ｎｍのＴｉ、厚さ約３０ｎｍの
Ｐｔ、厚さ約１μｍのＡｕをこの順で積層し、窒素雰囲
気中、３００℃、約３０秒の熱処理を施すことによりｐ
型電極１３１とした。本実施例においては、電極として
Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの積層構造を用いたが、これら
の金属の他に、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｓｉ、
Ｚｎ、Ｂｅ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｐｄ、Ｓｎなどを含めて、こ
れらの単層、積層構造、あるいは合金を用いることも可
能である。
に、真空蒸着法やスパッタ法などを用いて、厚さ約１０
ｎｍのＰｔ、厚さ約５０ｎｍのＴｉ、厚さ約３０ｎｍの
Ｐｔ、厚さ約１μｍのＡｕをこの順で積層し、窒素雰囲
気中、３００℃、約３０秒の熱処理を施すことによりｐ
型電極１３１とした。本実施例においては、電極として
Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの積層構造を用いたが、これら
の金属の他に、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｓｉ、
Ｚｎ、Ｂｅ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｐｄ、Ｓｎなどを含めて、こ
れらの単層、積層構造、あるいは合金を用いることも可
能である。
【００４２】これらの電極１３０および１３１の上にボ
ンディングの密着性を高めるために、厚さ約５ｎｍのＣ
ｒと厚さ約１μｍのＡｕとをこの順で積層し、電極パッ
ドとした。ここにＡｕなどによるボンディングすること
により、素子は動作する。
ンディングの密着性を高めるために、厚さ約５ｎｍのＣ
ｒと厚さ約１μｍのＡｕとをこの順で積層し、電極パッ
ドとした。ここにＡｕなどによるボンディングすること
により、素子は動作する。
【００４３】電極形成まで終了した素子は、サファイア
基板１０１の裏面（素子が形成された側と反対側の面）
を６０μｍ以下の厚さまで研磨し、基板の裏面側からラ
インスクライブすることにより約５００μｍ×ｌｍｍの
大きさに素子を分離した。
基板１０１の裏面（素子が形成された側と反対側の面）
を６０μｍ以下の厚さまで研磨し、基板の裏面側からラ
インスクライブすることにより約５００μｍ×ｌｍｍの
大きさに素子を分離した。
【００４４】この後、レーザの端面となる面にＳｉＯ2
とＴｉＯ2とからなる多層膜１４０を形成し、レーザの
端面反射率の向上を図った。
とＴｉＯ2とからなる多層膜１４０を形成し、レーザの
端面反射率の向上を図った。
【００４５】以上説明したように、本発明によれば、電
流阻止層１１１としてＴｉＯ2膜を用い、その形成に際
してドライエッチング法を用いる必要がない。その結果
として、窒化物系半導体の結晶にダメージを与えてリー
ク電流が増加するという従来の問題を解消し、効果的に
注入電流を活性層１０７に狭窄することができる。
流阻止層１１１としてＴｉＯ2膜を用い、その形成に際
してドライエッチング法を用いる必要がない。その結果
として、窒化物系半導体の結晶にダメージを与えてリー
ク電流が増加するという従来の問題を解消し、効果的に
注入電流を活性層１０７に狭窄することができる。
【００４６】このようにして作製した半導体レーザ１０
０はしきい電流密度３ｋＡ／ｃｍ2で動作した。発振波
長は活性層１０７の平均的なＩｎ組成に依存し、３９０
ｎｍ〜４５０ｎｍの波長で発振させることが可能であ
る。
０はしきい電流密度３ｋＡ／ｃｍ2で動作した。発振波
長は活性層１０７の平均的なＩｎ組成に依存し、３９０
ｎｍ〜４５０ｎｍの波長で発振させることが可能であ
る。
【００４７】（実施例２）図２に本発明の第２の実施例
である半導体レーザ２００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ２００は、ａ面を主面とするサファイア２０１を有
しており、その上に窒化物系半導体のレーザ構造が形成
されている。具体的には、基板２０１の上には、順に、
ＡｌＮバッファ層２０２、アンドープＧａＮ層２０３、
ｎ型ＧａＮコンタクト層２０４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２０５、ｎ型ＧａＮガイド層２０６、多重量子井戸
活性層２０７、ｐ型ＧａＮガイド層２０８、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２０９、ｐ型ＧａＮ層２１０、電流阻止
層２１１、ｐ型ＧａＮ層２１２、ｐ型ＧａＮ層２１３、
ｐ型ＧａＮコンタクト層２１４が積層されている。ま
た、ｎ型コンタクト層２０４の上にはｎ側電極２３０が
形成され、ｐ型コンタクト層２１４の上には、ｐ側電極
２３１が形成されている。
である半導体レーザ２００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ２００は、ａ面を主面とするサファイア２０１を有
しており、その上に窒化物系半導体のレーザ構造が形成
されている。具体的には、基板２０１の上には、順に、
ＡｌＮバッファ層２０２、アンドープＧａＮ層２０３、
ｎ型ＧａＮコンタクト層２０４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２０５、ｎ型ＧａＮガイド層２０６、多重量子井戸
活性層２０７、ｐ型ＧａＮガイド層２０８、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２０９、ｐ型ＧａＮ層２１０、電流阻止
層２１１、ｐ型ＧａＮ層２１２、ｐ型ＧａＮ層２１３、
ｐ型ＧａＮコンタクト層２１４が積層されている。ま
た、ｎ型コンタクト層２０４の上にはｎ側電極２３０が
形成され、ｐ型コンタクト層２１４の上には、ｐ側電極
２３１が形成されている。
【００４８】図２中の２１１が本発明の主眼とする電流
阻止層であり、本実施例では炭素からなる膜である。本
発明によれば、電流阻止層として、このような炭素膜を
採用することにより、そのパターニングの際にドライエ
ッチング法を用いる必要が無くなる。その結果として、
窒化物系半導体の結晶にダメージを与えることが無くな
り、電流リークを解消して、従来よりも高い効率で活性
層２０７に電流を注入することができ、低しきい値の電
流密度でのレーザ発振が可能となる。
阻止層であり、本実施例では炭素からなる膜である。本
発明によれば、電流阻止層として、このような炭素膜を
採用することにより、そのパターニングの際にドライエ
ッチング法を用いる必要が無くなる。その結果として、
窒化物系半導体の結晶にダメージを与えることが無くな
り、電流リークを解消して、従来よりも高い効率で活性
層２０７に電流を注入することができ、低しきい値の電
流密度でのレーザ発振が可能となる。
【００４９】以下に、半導体レーザ２００の製造方法を
順に説明する。
順に説明する。
【００５０】まず、有機洗浄、酸洗浄によって処理した
サファイア基板２０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に載
置され、高周波によって加熱されるサセプタ上に装着し
た。次に常圧で水素を１０Ｌ／分の流量で流しながら、
温度１１００℃で約１０分間、気相エッチンクを施し、
表面の自然酸化膜を除去した。
サファイア基板２０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に載
置され、高周波によって加熱されるサセプタ上に装着し
た。次に常圧で水素を１０Ｌ／分の流量で流しながら、
温度１１００℃で約１０分間、気相エッチンクを施し、
表面の自然酸化膜を除去した。
【００５１】次に、サファイア基板２０１を５５０℃ま
で降温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモ
ニアを１０Ｌ／分、ＴＭＡを５０ｃｃ／分の流量で約４
分間流することにより、約３０ｎｍのＡｌＮバッファ層
２０２を形成した。
で降温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモ
ニアを１０Ｌ／分、ＴＭＡを５０ｃｃ／分の流量で約４
分間流することにより、約３０ｎｍのＡｌＮバッファ層
２０２を形成した。
【００５２】次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、サフ
ァイア基板２０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ
／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１００ｃｃ／分の流量で約６０分間流することによ
り、厚さ約２μｍのアンドープＧａＮ層２０３を形成し
た。
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、サフ
ァイア基板２０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ
／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１００ｃｃ／分の流量で約６０分間流することによ
り、厚さ約２μｍのアンドープＧａＮ層２０３を形成し
た。
【００５３】次に、これに水素によって１０ｐｐｍに希
釈したＳｉＨ4を３ｃｃ／分を加え、約１３０分間流す
ことにより、厚さ約４μｍのｎ型ＧａＮ層２０４を形成
した。さらに、これらの原科にＴＭＡ５０ｃｃ／分を追
加し、約１０分間流すことにより、厚さ０．２μｍのｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層２０５を形成した。
釈したＳｉＨ4を３ｃｃ／分を加え、約１３０分間流す
ことにより、厚さ約４μｍのｎ型ＧａＮ層２０４を形成
した。さらに、これらの原科にＴＭＡ５０ｃｃ／分を追
加し、約１０分間流すことにより、厚さ０．２μｍのｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層２０５を形成した。
【００５４】次に、サファイア基板２０１を、窒素を約
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分を流しながら８０
０℃まで降温した。この温度で窒素を２０Ｌ／分、アン
モニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１３ｃｃ／分、ＴＭＩを
３０ｃｃ／分の流量で約３分間流することにより、厚さ
１５μｍのＩｎＧａＮガイド層２０６を形成した。
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分を流しながら８０
０℃まで降温した。この温度で窒素を２０Ｌ／分、アン
モニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１３ｃｃ／分、ＴＭＩを
３０ｃｃ／分の流量で約３分間流することにより、厚さ
１５μｍのＩｎＧａＮガイド層２０６を形成した。
【００５５】次に温度を８００℃に保持し、窒素を約２
０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１３ｃｃ
／分の流量で固定し、ＴＭＩを２０ｃｃ／分の流量で約
１分、４７０ｃｃ／分の流量で約３０秒という組み合わ
せを５回行ない、最後に５２ｃｃ／分で約３分間流し、
Ｉｎ組成５％で厚さ５ｎｍの障壁層とＩｎ組成２５％で
厚さ３ｎｍの井戸層を有する周期５の多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）構造からなる活性層２０７を形成した。
０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１３ｃｃ
／分の流量で固定し、ＴＭＩを２０ｃｃ／分の流量で約
１分、４７０ｃｃ／分の流量で約３０秒という組み合わ
せを５回行ない、最後に５２ｃｃ／分で約３分間流し、
Ｉｎ組成５％で厚さ５ｎｍの障壁層とＩｎ組成２５％で
厚さ３ｎｍの井戸層を有する周期５の多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）構造からなる活性層２０７を形成した。
【００５６】さらに、窒素を２０Ｌ／分、アンモニアを
１０Ｌ／分、ＴＭＧを１３ｃｃ／分、ＴＭＩを３０ｃｃ
／分の流量で約３分間流すことにより、厚さ０．５μｍ
のＩｎＧａＮガイド層２０８を形成した。
１０Ｌ／分、ＴＭＧを１３ｃｃ／分、ＴＭＩを３０ｃｃ
／分の流量で約３分間流すことにより、厚さ０．５μｍ
のＩｎＧａＮガイド層２０８を形成した。
【００５７】次に、サファイア基板２０１を、窒素を約
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら約３分間で１１００℃まで昇温した。この温度で水素
を１５／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、ＴＭＡ５０ｃｃ／分、Ｃ
ｐ2Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約１０分間流すことに
より、厚さ０．２μｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０
９を形成した。これに引き続いてＴＭＡの供給を停止
し、残りの原料ガスを約１５分間流すことにより、厚さ
約０．５μｍのｐ型ＧａＮ層２１０を形成した。
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら約３分間で１１００℃まで昇温した。この温度で水素
を１５／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、ＴＭＡ５０ｃｃ／分、Ｃ
ｐ2Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約１０分間流すことに
より、厚さ０．２μｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０
９を形成した。これに引き続いてＴＭＡの供給を停止
し、残りの原料ガスを約１５分間流すことにより、厚さ
約０．５μｍのｐ型ＧａＮ層２１０を形成した。
【００５８】この後、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を
停止した状態で４００℃まで降温し、さらに４００℃で
水素およびアンモニアの供給を停止し室温まで冷却し、
反応室から成長ウェーハを取り出した。
停止した状態で４００℃まで降温し、さらに４００℃で
水素およびアンモニアの供給を停止し室温まで冷却し、
反応室から成長ウェーハを取り出した。
【００５９】次に、この成長ウェーハに周知の熱ＣＶＤ
法を用いてＳｉＯ2膜（図示せず）を堆積し、パターニ
ングすることによってサファイア基板のＭ軸（＜１０−
１０＞軸）方向に長さ５００μｍ、幅約３０μｍの長方
形領域にＳｉＯ2膜を残した。ａ面基板上では、サファ
イアのＭ面とＧａＮ系材科のＭ面とが一致することか
ら、この面を共振器端面とすることが望ましい。
法を用いてＳｉＯ2膜（図示せず）を堆積し、パターニ
ングすることによってサファイア基板のＭ軸（＜１０−
１０＞軸）方向に長さ５００μｍ、幅約３０μｍの長方
形領域にＳｉＯ2膜を残した。ａ面基板上では、サファ
イアのＭ面とＧａＮ系材科のＭ面とが一致することか
ら、この面を共振器端面とすることが望ましい。
【００６０】その後、抵抗加熱炉の内部にウェーハを載
置し、窒素中、９００℃以上の温度で約１時間の熱処理
を施した。その結果、ＳｉＯ2膜のない領域に炭素層が
約１００ｎｍ形成された。この炭素は、結晶中に含有さ
れていたものであり、その主要なソースは、有機金属原
料に含まれている炭素であると考えられる。このように
して形成された炭素層２１１が電流阻止層の働きをす
る。炭素の電気的抵抗は高いので、炭素層２１１の厚さ
は、３０ｎｍ以上あればよい。ここで、炭素層２１１を
厚く形成するためには長時間の熱処理が必要である。し
かし、長時間の熱処理によって、炭素が活性層２０７へ
拡散し非発光センターを形成することが懸念されるの
で、炭素層２１１の厚さの上限は、形成条件にも依存す
るが、概ね２００ｎｍから５００ｎｍであることが望ま
しい。
置し、窒素中、９００℃以上の温度で約１時間の熱処理
を施した。その結果、ＳｉＯ2膜のない領域に炭素層が
約１００ｎｍ形成された。この炭素は、結晶中に含有さ
れていたものであり、その主要なソースは、有機金属原
料に含まれている炭素であると考えられる。このように
して形成された炭素層２１１が電流阻止層の働きをす
る。炭素の電気的抵抗は高いので、炭素層２１１の厚さ
は、３０ｎｍ以上あればよい。ここで、炭素層２１１を
厚く形成するためには長時間の熱処理が必要である。し
かし、長時間の熱処理によって、炭素が活性層２０７へ
拡散し非発光センターを形成することが懸念されるの
で、炭素層２１１の厚さの上限は、形成条件にも依存す
るが、概ね２００ｎｍから５００ｎｍであることが望ま
しい。
【００６１】次に、このようにして炭素層２１１を形成
したウェーハを再びＭＯＣＶＤ装置内のサセプタに戻
し、窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流
量で流しながら３分間かけて４００℃まで昇温した。こ
の温度で水素を５Ｌ／分、窒素を１５Ｌ／分、アンモニ
アを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを
５０ｃｃ／分の流量で約４分間流すことにより、厚さ約
２０ｎｍのｐ型ＧａＮ層２１２を形成した。このような
成長条件をとることにより、ｐ型ＧａＮ層２１２は非晶
質状またはｃ軸に配向した多結晶状の層となった。
したウェーハを再びＭＯＣＶＤ装置内のサセプタに戻
し、窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流
量で流しながら３分間かけて４００℃まで昇温した。こ
の温度で水素を５Ｌ／分、窒素を１５Ｌ／分、アンモニ
アを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを
５０ｃｃ／分の流量で約４分間流すことにより、厚さ約
２０ｎｍのｐ型ＧａＮ層２１２を形成した。このような
成長条件をとることにより、ｐ型ＧａＮ層２１２は非晶
質状またはｃ軸に配向した多結晶状の層となった。
【００６２】次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で１１００℃まで昇
温した。この昇温により、ＧａＮ層２１２は、再結晶化
する。さらに、この温度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５
Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ
／分、Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約６０分間流
すことにより、厚さ約２μｍの単結晶ｐ型ＧａＮ層２１
３を形成した。
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で１１００℃まで昇
温した。この昇温により、ＧａＮ層２１２は、再結晶化
する。さらに、この温度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５
Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ
／分、Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約６０分間流
すことにより、厚さ約２μｍの単結晶ｐ型ＧａＮ層２１
３を形成した。
【００６３】次に、窒素を２０Ｌ／分、アンモニアを１
０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを１５
０ｃｃ／分の流量で約６分間流すことにより、厚さ約
０．２μｍの高濃度ｐ型ＧａＮ層２１４を形成した。こ
の後、窒素のみを１０Ｌ／分流しながら、室温まで冷却
し、反応室から成長ウェーハを取り出した。
０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを１５
０ｃｃ／分の流量で約６分間流すことにより、厚さ約
０．２μｍの高濃度ｐ型ＧａＮ層２１４を形成した。こ
の後、窒素のみを１０Ｌ／分流しながら、室温まで冷却
し、反応室から成長ウェーハを取り出した。
【００６４】次に、熱ＣＶＤ法を用いて、ｐ型ＧａＮ層
２１４の上に厚さ０．５μｍのＳｉＯ2膜（図示せず）
を形成し、フォトエッチングプロセスなどによりＳｉＯ
2膜の一部を除去した。このＳｉＯ2膜およびフォトエッ
チングマスクとして用いたレジスト膜（図示せず）をマ
スクとし、三塩化硼素などによる反応性イオンエッチン
グ法を用いてｎ型ＧａＮ層２０４が露出するまでエッチ
ングした。ここで、ｎ型層２０４を露出させた後のメサ
側面には、結晶にダメージがはいることが懸念されるの
で、このエッチング工程後に、ＳｉＯ2などの保護膜を
つけることが望ましい。
２１４の上に厚さ０．５μｍのＳｉＯ2膜（図示せず）
を形成し、フォトエッチングプロセスなどによりＳｉＯ
2膜の一部を除去した。このＳｉＯ2膜およびフォトエッ
チングマスクとして用いたレジスト膜（図示せず）をマ
スクとし、三塩化硼素などによる反応性イオンエッチン
グ法を用いてｎ型ＧａＮ層２０４が露出するまでエッチ
ングした。ここで、ｎ型層２０４を露出させた後のメサ
側面には、結晶にダメージがはいることが懸念されるの
で、このエッチング工程後に、ＳｉＯ2などの保護膜を
つけることが望ましい。
【００６５】電極２３０、２３１の形成プロセスについ
ては、第１の実施例に準じるのでここでは省略する。
ては、第１の実施例に準じるのでここでは省略する。
【００６６】このようなプロセスを終えたウェーハをＭ
軸に垂直な方向にへき開することによって共振器の端面
とし、またそれと垂直な方向にはへき開あるいはダイシ
ングなどの方法によって素子分離を行なう。
軸に垂直な方向にへき開することによって共振器の端面
とし、またそれと垂直な方向にはへき開あるいはダイシ
ングなどの方法によって素子分離を行なう。
【００６７】本実施例においても、電流阻止層２１１を
炭素で形成することにより、ドライエッチング法が不要
となり、窒化物系半導体の結晶にダメージを与えること
が無くなるので、電流リークが抑制され、活性層に効率
的に電流を注入することが゛てきるようになる。
炭素で形成することにより、ドライエッチング法が不要
となり、窒化物系半導体の結晶にダメージを与えること
が無くなるので、電流リークが抑制され、活性層に効率
的に電流を注入することが゛てきるようになる。
【００６８】このようにして作製した半導体レーザ２０
０はしきい電流密度３ｋＡ／ｃｍ2で、波長４１０ｎｍ
で室温発振した。
０はしきい電流密度３ｋＡ／ｃｍ2で、波長４１０ｎｍ
で室温発振した。
【００６９】本実施例においては、Ｍ軸に垂直に共振器
端面を形成したが、面内に存在するＲ軸に沿ってストラ
イプを形成することによって半導体レーザを形成するこ
とができる。
端面を形成したが、面内に存在するＲ軸に沿ってストラ
イプを形成することによって半導体レーザを形成するこ
とができる。
【００７０】また、本実施例においては、共振器をＭ軸
に沿った方向に形成したが、基板結晶を面内にＣ軸（＜
０００１＞軸）とＲ軸（＜１０−１２＞軸）とが垂直な
位置に存在するように用意することによって、Ｒ軸に垂
直な面に共振器の端面を形成することが可能である。Ｒ
面では基板であるサファイアのへき開が容易に行なえる
ことから、反射率の高い共振器端面を形成することがで
きる。この場合には、しきい電流密度１ｋＡ／ｃｍ2で
のレーザ発振を実現することができた。
に沿った方向に形成したが、基板結晶を面内にＣ軸（＜
０００１＞軸）とＲ軸（＜１０−１２＞軸）とが垂直な
位置に存在するように用意することによって、Ｒ軸に垂
直な面に共振器の端面を形成することが可能である。Ｒ
面では基板であるサファイアのへき開が容易に行なえる
ことから、反射率の高い共振器端面を形成することがで
きる。この場合には、しきい電流密度１ｋＡ／ｃｍ2で
のレーザ発振を実現することができた。
【００７１】（実施例３）図３に本発明の第３の実施例
である半導体レーザ３００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ３００は、基板として（０００１）面のうちの炭素
面を主面とした４Ｈ型ＳｉＣ基板３０１を有しており、
その上にレーザ構造が形成されている。ここで３０９が
本発明の主眼とする電流阻止層であり本実施例では不活
性化されたＡｌＧａＮ膜である。
である半導体レーザ３００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ３００は、基板として（０００１）面のうちの炭素
面を主面とした４Ｈ型ＳｉＣ基板３０１を有しており、
その上にレーザ構造が形成されている。ここで３０９が
本発明の主眼とする電流阻止層であり本実施例では不活
性化されたＡｌＧａＮ膜である。
【００７２】半導体レーザ３００は、基板３０１の上
に、ＧａＮバッファ層３０２、ｎ型ＧａＮ層３０３、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層３０４、ｎ型ＧａＮガイド層３
０５、多重量子井戸活性層３０６、ｐ型ＧａＮガイド層
３０７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３０８、ｉ型ＡｌＧ
ａＮ電流阻止層３０９、ｐ型ＧａＮ層３１０、ｐ型Ｉｎ
ＧａＮコンタクト層３１１が積層された構造を有する。
また、ＳｉＣ基板３０１の裏面にはｎ側電極３２０が形
成され、ｐ型コンタクト層３１１の上には、ｐ側電極３
２１が形成されている。
に、ＧａＮバッファ層３０２、ｎ型ＧａＮ層３０３、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層３０４、ｎ型ＧａＮガイド層３
０５、多重量子井戸活性層３０６、ｐ型ＧａＮガイド層
３０７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３０８、ｉ型ＡｌＧ
ａＮ電流阻止層３０９、ｐ型ＧａＮ層３１０、ｐ型Ｉｎ
ＧａＮコンタクト層３１１が積層された構造を有する。
また、ＳｉＣ基板３０１の裏面にはｎ側電極３２０が形
成され、ｐ型コンタクト層３１１の上には、ｐ側電極３
２１が形成されている。
【００７３】以下に、半導体レーザ３００の製造方法を
順に説明する。
順に説明する。
【００７４】まず、有機洗浄、酸洗浄によって処理した
ｎ型ＳｉＣ基板３０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に載
置され、高周波によって加熟されるサセプタ上に装着し
た。次に常圧で水素を１０Ｌ／分の流量で流しながら、
温度１１００℃で約１０分間、気相エッチングを施し、
表面にできた自然酸化膜を除去した。
ｎ型ＳｉＣ基板３０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に載
置され、高周波によって加熟されるサセプタ上に装着し
た。次に常圧で水素を１０Ｌ／分の流量で流しながら、
温度１１００℃で約１０分間、気相エッチングを施し、
表面にできた自然酸化膜を除去した。
【００７５】次に、ＳｉＣ基抜３０１を５５０℃まで降
温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニア
を１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の流量で流しなが
ら、約２０ｎｍのＧａＮバッファ層３０２を形成した。
温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニア
を１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の流量で流しなが
ら、約２０ｎｍのＧａＮバッファ層３０２を形成した。
【００７６】次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、Ｓｉ
Ｃ基板３０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ／
分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧ
を１００ｃｃ／分、水素によって１０ｐｐｍに希釈した
ＳｉＨ4を３ｃｃ／分の流量で約６０分間流すことによ
り、厚さ約２μｍのｎ型ＧａＮ層３０３を形成した。次
に、これらの原科にＴＭＡ５０ｃｃ／分を追加し、約１
０分間流すことにより厚さ０．２μｍのｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層３０４を形成した。
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、Ｓｉ
Ｃ基板３０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ／
分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧ
を１００ｃｃ／分、水素によって１０ｐｐｍに希釈した
ＳｉＨ4を３ｃｃ／分の流量で約６０分間流すことによ
り、厚さ約２μｍのｎ型ＧａＮ層３０３を形成した。次
に、これらの原科にＴＭＡ５０ｃｃ／分を追加し、約１
０分間流すことにより厚さ０．２μｍのｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層３０４を形成した。
【００７７】次に、ＳｉＣ基板３０１を、窒素を約２０
Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分を流しながら８２０℃
まで降温した。この濃度で水素を５Ｌ／分、窒素を１５
Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１０ｃｃ／
分、ＳｉＨ4を１ｃｃ／分の涜量で約３分間流すことに
より、厚さ０．１５μｍのｎ型ＧａＮガイド層３０５を
形成した。
Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分を流しながら８２０℃
まで降温した。この濃度で水素を５Ｌ／分、窒素を１５
Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１０ｃｃ／
分、ＳｉＨ4を１ｃｃ／分の涜量で約３分間流すことに
より、厚さ０．１５μｍのｎ型ＧａＮガイド層３０５を
形成した。
【００７８】次に温度を８２０℃に保持し、窒素を約２
０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１０ｃｃ
／分の流量で固定し、ＴＭＩを１分おきに４５０ｃｃ／
分の流量で約１分間ずつ間欠供給するサイクルを３回繰
り返す。このようにして、Ｉｎ組成が２０％の井戸層と
ＧａＮ障壁層とからなるＭＱＷ構造活性層３０６を形成
した。ここでの最表面にはＧａＮ層となるように成長を
行なった。
０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１０ｃｃ
／分の流量で固定し、ＴＭＩを１分おきに４５０ｃｃ／
分の流量で約１分間ずつ間欠供給するサイクルを３回繰
り返す。このようにして、Ｉｎ組成が２０％の井戸層と
ＧａＮ障壁層とからなるＭＱＷ構造活性層３０６を形成
した。ここでの最表面にはＧａＮ層となるように成長を
行なった。
【００７９】次に、窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを
１０Ｌ／分の流量で流しながら約３分間で１１００℃ま
で昇温した。この温度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ
／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／
分、Ｃｐ2Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約３分間流すこ
とにより、厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮガイド層３０
７を形成した。この原料ガスにＴＭＡ５０ｃｃ／分を加
え、さらに約１０分間流すことにより、厚さ約０．２μ
ｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３０８を形成した。この
後、室温まで自然冷却し、成長ウェーハをＭＯＣＶＤ成
長炉から取り出した。
１０Ｌ／分の流量で流しながら約３分間で１１００℃ま
で昇温した。この温度で水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ
／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／
分、Ｃｐ2Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約３分間流すこ
とにより、厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮガイド層３０
７を形成した。この原料ガスにＴＭＡ５０ｃｃ／分を加
え、さらに約１０分間流すことにより、厚さ約０．２μ
ｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３０８を形成した。この
後、室温まで自然冷却し、成長ウェーハをＭＯＣＶＤ成
長炉から取り出した。
【００８０】次に、この成長ウェーハの表面にＧａＮ系
材料の＜１−１００＞方向に長さ５００μｍ、幅２０μ
ｍのレジストマスク（図示せず）を設ける。そして、こ
のウェーハの表面にプラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ2
膜（図示せず）を堆積して、リフトオフ法により、Ｓｉ
Ｏ2膜を選択的に除去する。その結果、クラッド層３０
８の上には、ＧａＮ系材料の＜１−１００＞方向に長さ
５００μｍ、幅２０μｍの孔を作ったＳｉＯ2膜が形成
される。その後、７００℃、３０分程度の熱処理を施
す。
材料の＜１−１００＞方向に長さ５００μｍ、幅２０μ
ｍのレジストマスク（図示せず）を設ける。そして、こ
のウェーハの表面にプラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ2
膜（図示せず）を堆積して、リフトオフ法により、Ｓｉ
Ｏ2膜を選択的に除去する。その結果、クラッド層３０
８の上には、ＧａＮ系材料の＜１−１００＞方向に長さ
５００μｍ、幅２０μｍの孔を作ったＳｉＯ2膜が形成
される。その後、７００℃、３０分程度の熱処理を施
す。
【００８１】この結果、ＳｉＯ2膜直下のＡｌＧａＮ層
３０８に水素および／または酸素によってキャリア不活
性化されたｉ型ＡｌＧａＮ領域３０９が形成された。但
し、プラズマＣＶＤやその後の熱処理の条件によって
は、ＳｉＯ2膜のＳｉがクラッド層３０８に拡散して、
ｎ型の電流阻止領域を形成する場合もある。
３０８に水素および／または酸素によってキャリア不活
性化されたｉ型ＡｌＧａＮ領域３０９が形成された。但
し、プラズマＣＶＤやその後の熱処理の条件によって
は、ＳｉＯ2膜のＳｉがクラッド層３０８に拡散して、
ｎ型の電流阻止領域を形成する場合もある。
【００８２】このようにして部分的にキャリアを不活性
化して形成された層３０９は電流阻止層の役割を果た
す。このようなキャリアの不活性化は、ＳｉＯ2膜の堆
積方法としてプラズマＣＶＤ法を用いた場合に起こり、
熱ＣＶＤ法を用いた場合には起こらないことを本発明者
は発見した。ここで、本発明によれば、クラッド層３０
８のうちで、電流が注入される領域は、ストライプ状の
図示しないレジストマスクで保護されているので、プラ
ズマＣＶＤにおいても有害なプラズマに曝されることは
ない。このような層３０９を形成した後、図示しないＳ
ｉＯ2膜を除去し、ウェーハを再びＭＯＣＶＤ装置内の
サセプタに載置した。
化して形成された層３０９は電流阻止層の役割を果た
す。このようなキャリアの不活性化は、ＳｉＯ2膜の堆
積方法としてプラズマＣＶＤ法を用いた場合に起こり、
熱ＣＶＤ法を用いた場合には起こらないことを本発明者
は発見した。ここで、本発明によれば、クラッド層３０
８のうちで、電流が注入される領域は、ストライプ状の
図示しないレジストマスクで保護されているので、プラ
ズマＣＶＤにおいても有害なプラズマに曝されることは
ない。このような層３０９を形成した後、図示しないＳ
ｉＯ2膜を除去し、ウェーハを再びＭＯＣＶＤ装置内の
サセプタに載置した。
【００８３】次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を約５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら約６分
間かけて１１００℃まで昇温した。この温度で水素を１
５Ｌ／分、窒素を約５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを５０ｃｃ／
分の流量で約３０分間流すことによって、厚さ約１μｍ
のｐ型ＧａＮ層３１０を形成した。
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら約６分
間かけて１１００℃まで昇温した。この温度で水素を１
５Ｌ／分、窒素を約５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを５０ｃｃ／
分の流量で約３０分間流すことによって、厚さ約１μｍ
のｐ型ＧａＮ層３１０を形成した。
【００８４】次に、窒素を約２０Ｌ／分、アンモニアを
１０Ｌ／分を流しながら８２０℃まで降温した。この温
度で窒素を２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１０ｃｃ／分、ＴＭＩを３０ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇ
を５０ｃｃ／分の流量で約３分間流すことにより、厚さ
０．１μｍのｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１１を形成
した。この後、ＴＭＧ、ＴＭＩ、Ｃｐ2Ｍｇ、アンモニ
アの供給を停止し、窒素のみを２０Ｌ／分流しながら室
温まで冷却し、反応室からウェーハを取り出した。
１０Ｌ／分を流しながら８２０℃まで降温した。この温
度で窒素を２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１０ｃｃ／分、ＴＭＩを３０ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇ
を５０ｃｃ／分の流量で約３分間流すことにより、厚さ
０．１μｍのｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１１を形成
した。この後、ＴＭＧ、ＴＭＩ、Ｃｐ2Ｍｇ、アンモニ
アの供給を停止し、窒素のみを２０Ｌ／分流しながら室
温まで冷却し、反応室からウェーハを取り出した。
【００８５】本実施例においては、基板として導電性の
ＳｉＣを用いている。そのために、ｎ型層への電気的接
触のためにエッチングをする必要がないという点で前述
の第１、２実施例より有利である。電極としては、ｎ型
ＳｉＣ基板３０１の裏面に、厚さ約５０ｎｍのＰｔ、厚
さ約５０ｎｍのＴｉ、厚さ約２μｍのＡｕをこの順で積
層し、窒素雰囲気中、１０００℃、約５分の熟処理を施
すことによりｎ側電極３２０とした。ｐ型ＩｎＧａＮコ
ンタクト層３１１に対しては、同様の積層構造を形成
し、窒素雰囲気中、３５０℃、約３０秒の熱処理を施す
ことによりｐ側電極３２１を形成した。
ＳｉＣを用いている。そのために、ｎ型層への電気的接
触のためにエッチングをする必要がないという点で前述
の第１、２実施例より有利である。電極としては、ｎ型
ＳｉＣ基板３０１の裏面に、厚さ約５０ｎｍのＰｔ、厚
さ約５０ｎｍのＴｉ、厚さ約２μｍのＡｕをこの順で積
層し、窒素雰囲気中、１０００℃、約５分の熟処理を施
すことによりｎ側電極３２０とした。ｐ型ＩｎＧａＮコ
ンタクト層３１１に対しては、同様の積層構造を形成
し、窒素雰囲気中、３５０℃、約３０秒の熱処理を施す
ことによりｐ側電極３２１を形成した。
【００８６】このようにして作製した半導体レーザウェ
ーハを５００μｍピッチでへき開した。ヘき開性のある
ＳｉＣを基板として用いることにより、基板を研磨する
工程をなくすことができる点もサファイアなどを基板と
して使う場合より有利である。このようにして作製した
レーザ素子３００は波長４２０ｎｍで出力５ｍＷの連続
発振を生じた。
ーハを５００μｍピッチでへき開した。ヘき開性のある
ＳｉＣを基板として用いることにより、基板を研磨する
工程をなくすことができる点もサファイアなどを基板と
して使う場合より有利である。このようにして作製した
レーザ素子３００は波長４２０ｎｍで出力５ｍＷの連続
発振を生じた。
【００８７】本実施例では、ＳｉＣとして４Ｈ型の（０
００１）Ｃ（炭素）面を主面とした基板を用いたが、Ｓ
ｉ面を用いることも可能である。また、多型としても４
Ｈ型のほかに、６Ｈ型や２Ｈ型を用いることも可能であ
る。さらに、ＳｉＣ基板を用いた際には、（０００１）
面から＜１１−２０＞方向に３〜１０°程度オフした基
板を用いる方が結晶性のいいものができる。
００１）Ｃ（炭素）面を主面とした基板を用いたが、Ｓ
ｉ面を用いることも可能である。また、多型としても４
Ｈ型のほかに、６Ｈ型や２Ｈ型を用いることも可能であ
る。さらに、ＳｉＣ基板を用いた際には、（０００１）
面から＜１１−２０＞方向に３〜１０°程度オフした基
板を用いる方が結晶性のいいものができる。
【００８８】（実施例４）図４に本発明の第４の実施例
である半導体レーザ４００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ４００は、サファイア基板４０１の上にレーザ構造
が形成されている。同図の半導体レーザ４００は、ｎ型
の電流阻止領域を有するＩｎＧａＮ層４１０を形成し、
これを電流阻止層として用いた構造を例示するものであ
る。
である半導体レーザ４００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ４００は、サファイア基板４０１の上にレーザ構造
が形成されている。同図の半導体レーザ４００は、ｎ型
の電流阻止領域を有するＩｎＧａＮ層４１０を形成し、
これを電流阻止層として用いた構造を例示するものであ
る。
【００８９】すなわち、半導体レーザ４００は、基板４
０１の上に、ＩｎＮバッファ層４０２、ｎ型ＧａＮ層４
０３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４０４、ｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層４０５、ｎ型ＧａＮガイド層４０６、多重量
子井戸活性層４０７、ｐ型ＧａＮガイド層４０８、ｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層４０９、ｎ型の電流阻止領域Ｂを
有するＩｎＧａＮ層４１０、ｐ型ＧａＮ層４１１、ｐ型
ＩｎＧａＮコンタクト層４１２が積層された構造を有す
る。また、ｎ型コンタクト層４０４の上にはｎ側電極４
２０が形成され、ｐ型コンタクト層４１２の上には、ｐ
側電極４２１が形成されている。
０１の上に、ＩｎＮバッファ層４０２、ｎ型ＧａＮ層４
０３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４０４、ｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層４０５、ｎ型ＧａＮガイド層４０６、多重量
子井戸活性層４０７、ｐ型ＧａＮガイド層４０８、ｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層４０９、ｎ型の電流阻止領域Ｂを
有するＩｎＧａＮ層４１０、ｐ型ＧａＮ層４１１、ｐ型
ＩｎＧａＮコンタクト層４１２が積層された構造を有す
る。また、ｎ型コンタクト層４０４の上にはｎ側電極４
２０が形成され、ｐ型コンタクト層４１２の上には、ｐ
側電極４２１が形成されている。
【００９０】本実施例の半導体レーザ４００の製造に際
しては、前述した各実施例と同様にＭＯＣＶＤ法を用い
ることができる。その原料ガスや結晶成長の手順は、前
述した各実施例の場合と概略同様とすることができるの
で、ここではその詳細は、省略する。
しては、前述した各実施例と同様にＭＯＣＶＤ法を用い
ることができる。その原料ガスや結晶成長の手順は、前
述した各実施例の場合と概略同様とすることができるの
で、ここではその詳細は、省略する。
【００９１】すなわち、本実施例においては、基板４０
１をＭＯＣＶＤ装置内に導入してバッファ層４０２〜ｐ
型クラッド層４０９までを前述したようなプロセスによ
り成長し、さらに、ｐ型ＩｎＧａＮ層４１０を成長す
る。この後に、ｐ型ＩｎＧａＮ層４１０に対して選択的
にｎ型の不純物を導入することにより、電流阻止領域Ｂ
を形成する。この形成方法としては、以下に説明する２
通りのプロセスを例示することができる。
１をＭＯＣＶＤ装置内に導入してバッファ層４０２〜ｐ
型クラッド層４０９までを前述したようなプロセスによ
り成長し、さらに、ｐ型ＩｎＧａＮ層４１０を成長す
る。この後に、ｐ型ＩｎＧａＮ層４１０に対して選択的
にｎ型の不純物を導入することにより、電流阻止領域Ｂ
を形成する。この形成方法としては、以下に説明する２
通りのプロセスを例示することができる。
【００９２】第１のプロセスとしては、まず、ｐ型Ｉｎ
ＧａＮ層４１０の表面にＧａＮ系材料の＜１−１００＞
方向に沿って長さ５００μｍ、幅２０μｍのストライプ
状のレジストマスク（図示せず）を設ける。そして、こ
のウェーハの表面にプラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ2
膜（図示せず）を堆積して、リフトオフ法により、Ｓｉ
Ｏ2膜を選択的に除去する。その結果、ＩｎＧａＮ層４
１０の上には、ＧａＮ系材料の＜１−１００＞方向に長
さ５００μｍ、幅２０μｍの孔を作ったＳｉＯ2膜が形
成される。その後、７００℃、３０分程度の熱処理を施
す。
ＧａＮ層４１０の表面にＧａＮ系材料の＜１−１００＞
方向に沿って長さ５００μｍ、幅２０μｍのストライプ
状のレジストマスク（図示せず）を設ける。そして、こ
のウェーハの表面にプラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ2
膜（図示せず）を堆積して、リフトオフ法により、Ｓｉ
Ｏ2膜を選択的に除去する。その結果、ＩｎＧａＮ層４
１０の上には、ＧａＮ系材料の＜１−１００＞方向に長
さ５００μｍ、幅２０μｍの孔を作ったＳｉＯ2膜が形
成される。その後、７００℃、３０分程度の熱処理を施
す。
【００９３】この結果、ＳｉＯ2 膜直下のＩｎＧａＮ層
４１０には、ＳｉＯ2膜からＳｉが拡散して、ｎ型とな
る。但し、プラズマＣＶＤや熱処理の条件によっては、
水素および／または酸素によってキャリア不活性化され
たｉ型ＩｎＧａＮ領域が形成される場合もある。このよ
うにして形成されたｎ型ＩｎＧａＮやｉ型ＩｎＧａＮ領
域は、電流阻止層Ｂとして作用する。
４１０には、ＳｉＯ2膜からＳｉが拡散して、ｎ型とな
る。但し、プラズマＣＶＤや熱処理の条件によっては、
水素および／または酸素によってキャリア不活性化され
たｉ型ＩｎＧａＮ領域が形成される場合もある。このよ
うにして形成されたｎ型ＩｎＧａＮやｉ型ＩｎＧａＮ領
域は、電流阻止層Ｂとして作用する。
【００９４】ｐ型ＩｎＧａＮ層４１０に電流阻止領域Ｂ
を形成するもうひとつの方法は、以下の如くである。す
なわち、ｐ型ＩｎＧａＮ層４１０の上にシリコン（Ｓ
ｉ）などのｎ型不純物の薄膜を形成する。この形成方法
としては、例えば、ＭＯＣＶＤ装置内において、シラン
ガスのみを流すことにより、形成することも可能であ
る。次に、このｎ型不純物の薄膜を選択的に除去する。
この除去する部分のパターンは、活性層４０７への電流
の注入のパターンと概略同一であり、例えば、ストライ
プ状に除去することができる。この除去は、例えば、シ
リコン膜の場合には、フッ酸系などの周知のエッチング
液を用いたウェットエッチング法を用いることができ
る。従って、従来のようにドライエッチング法により窒
化物系半導体の結晶にダメージを与えるという問題を解
消することができる。次に、熱処理を施す。その条件と
しては、例えば、９００℃で約２時間の熱処理とするこ
とができる。この熱処理により、シリコンなどのｎ型不
純物がｐ型ＩｎＧａＮ層４１０に拡散してｎ型のＩｎＧ
ａＮ電流阻止領域Ｂが形成される。
を形成するもうひとつの方法は、以下の如くである。す
なわち、ｐ型ＩｎＧａＮ層４１０の上にシリコン（Ｓ
ｉ）などのｎ型不純物の薄膜を形成する。この形成方法
としては、例えば、ＭＯＣＶＤ装置内において、シラン
ガスのみを流すことにより、形成することも可能であ
る。次に、このｎ型不純物の薄膜を選択的に除去する。
この除去する部分のパターンは、活性層４０７への電流
の注入のパターンと概略同一であり、例えば、ストライ
プ状に除去することができる。この除去は、例えば、シ
リコン膜の場合には、フッ酸系などの周知のエッチング
液を用いたウェットエッチング法を用いることができ
る。従って、従来のようにドライエッチング法により窒
化物系半導体の結晶にダメージを与えるという問題を解
消することができる。次に、熱処理を施す。その条件と
しては、例えば、９００℃で約２時間の熱処理とするこ
とができる。この熱処理により、シリコンなどのｎ型不
純物がｐ型ＩｎＧａＮ層４１０に拡散してｎ型のＩｎＧ
ａＮ電流阻止領域Ｂが形成される。
【００９５】ここで、前述したいずれのプロセスの場合
にも、本来ｐ型を示していたＩｎＧａＮ層４１０をｎ型
化するためには、１×１０18ｃｍ-3以上、望ましくは１
×１０19ｃｍ-3のｎ型不純物を導入する必要がある。
にも、本来ｐ型を示していたＩｎＧａＮ層４１０をｎ型
化するためには、１×１０18ｃｍ-3以上、望ましくは１
×１０19ｃｍ-3のｎ型不純物を導入する必要がある。
【００９６】このようにして電流阻止領域Ｂを形成した
後は、再びＭＯＣＶＤ装置の反応室内において、残りの
各層を成長させ、さらに、第１実施例において前述した
ようにエッチング、電極形成のプロセスを経て、半導体
レーザ４００が完成する。
後は、再びＭＯＣＶＤ装置の反応室内において、残りの
各層を成長させ、さらに、第１実施例において前述した
ようにエッチング、電極形成のプロセスを経て、半導体
レーザ４００が完成する。
【００９７】本実施例において十分な電流阻止効果を得
るためには、ＩｎＧａＮ層４１０の層厚は、０．１〜
０．２μｍであることが望ましい。また、その組成は、
ＩｎxＧａ1-xＮとした時に、ｘ＝０．０１〜０．３の範
囲にあることが望ましい。その理由は、組成ｘがこの範
囲以下であると、光の閉じこめが悪く、しきい値が上昇
するためであり、組成ｘがこの範囲以上であると、良質
で十分な膜厚を有する結晶層を得ることが非常に困難だ
からである。
るためには、ＩｎＧａＮ層４１０の層厚は、０．１〜
０．２μｍであることが望ましい。また、その組成は、
ＩｎxＧａ1-xＮとした時に、ｘ＝０．０１〜０．３の範
囲にあることが望ましい。その理由は、組成ｘがこの範
囲以下であると、光の閉じこめが悪く、しきい値が上昇
するためであり、組成ｘがこの範囲以上であると、良質
で十分な膜厚を有する結晶層を得ることが非常に困難だ
からである。
【００９８】一方、本実施例によれば、電流阻止領域Ｂ
においては、ｎ型不純物の他にマグネシウムなどのｐ型
不純物も含有されている。その結果として、電流阻止領
域Ｂは、活性層４０７からの発光波長に対する吸収層と
もなり、素子構造を適宜選択することにより自励発振(s
elf-pulsation)を得ることも可能となる。
においては、ｎ型不純物の他にマグネシウムなどのｐ型
不純物も含有されている。その結果として、電流阻止領
域Ｂは、活性層４０７からの発光波長に対する吸収層と
もなり、素子構造を適宜選択することにより自励発振(s
elf-pulsation)を得ることも可能となる。
【００９９】（実施例５）図５に本発明の第５の実施例
である半導体レーザ５００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ５００は、図１に関して前述した半導体レーザ１０
０のｐ型の各層とｎ型の各層とを反転して配置したもの
である。すなわち、半導体レーザ５００は、ｃ面を主面
とするサファイア１０１の上に、ＧａＮバッファ層１０
２、アンドープＧａＮ層１０３、ｐ型ＧａＮコンタクト
層１１４、ｐ型ＧａＮ層１１３、電流阻止層１１１、ｐ
型ＧａＮ層１１２、ｐ型ＧａＮ層１１０、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１０９、ｐ型ＧａＮガイド層１０８、多重
量子井戸活性層１０７、ｎ型ＧａＮガイド層１０６、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、ｎ型ＧａＮコンタクト
層１０４、が順に積層されている。また、ｎ型コンタク
ト層１０４の上にはｎ側電極１３０が形成され、ｐ型コ
ンタクト層１１４の上には、ｐ側電極１３１が形成され
ている。
である半導体レーザ５００の断面構造を示す。半導体レ
ーザ５００は、図１に関して前述した半導体レーザ１０
０のｐ型の各層とｎ型の各層とを反転して配置したもの
である。すなわち、半導体レーザ５００は、ｃ面を主面
とするサファイア１０１の上に、ＧａＮバッファ層１０
２、アンドープＧａＮ層１０３、ｐ型ＧａＮコンタクト
層１１４、ｐ型ＧａＮ層１１３、電流阻止層１１１、ｐ
型ＧａＮ層１１２、ｐ型ＧａＮ層１１０、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１０９、ｐ型ＧａＮガイド層１０８、多重
量子井戸活性層１０７、ｎ型ＧａＮガイド層１０６、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、ｎ型ＧａＮコンタクト
層１０４、が順に積層されている。また、ｎ型コンタク
ト層１０４の上にはｎ側電極１３０が形成され、ｐ型コ
ンタクト層１１４の上には、ｐ側電極１３１が形成され
ている。
【０１００】電流阻止層１１１の材料としては、前述し
たいずれかの実施形態において説明したものを同様に用
いて同様の効果を得ることができる。すなわち、従来よ
りも高い効率で活性層１０７に電流を注入することがで
き、低しきい値の電流密度でのレーザ発振が可能とな
る。
たいずれかの実施形態において説明したものを同様に用
いて同様の効果を得ることができる。すなわち、従来よ
りも高い効率で活性層１０７に電流を注入することがで
き、低しきい値の電流密度でのレーザ発振が可能とな
る。
【０１０１】さらに、本実施例によれば、活性層１０７
よりも下に電流阻止層１１１を設けることにより、形成
した活性層に対する後処理工程が１度で済むことからプ
ロセス的には優位性がある。 （実施例６）図６は本発明の実施の形態に関わる半導体
レーザ６００の構造を示す断面図である。半導体レーザ
６００は、ｃ面を主面とするサファイア基板６０１を有
し、そのサファイア基板６０１上に、層厚が５０ｎｍの
ＧａＮバッファ層６０２が形成されている。そのバッフ
ァ層６０２の上には、厚さ４μｍ、キャリア濃度２×１
０18ｃｍ-3のＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト
層６０３が形成されている。さらに、ｎ型電極６４０を
形成する部分を除いたｎ型コンタクト層６０３上に、順
に、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3の
ＳｉドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比８％）からなるｎ型
クラッド層６０４、厚さ０．３μｍ、キャリア濃度１×
１０17ｃｍ-3のＳｉドープＧａＮからなるｎ型ガイド層
６０５、厚さ２ｎｍでＩｎ組成比４％のＩｎＧａＮ障壁
層と厚さ４ｎｍでＩｎ組成比１８％のＩｎＧａＮ井戸層
との組み合わせが５ペアからなる多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）構造の活性層６０６、厚さ０．３μｍ、キャリア濃
度１×１０17ｃｍ-3のＭｇドープＧａＮからなるｐ型ガ
イド層６０７、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度２×１０
17ｃｍ-3のＭｇドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比８％）か
らなるｐ型クラッド層６０８、厚さ０．３μｍ、キャリ
ア濃度３×１０17ｃｍ-3のＭｇドープＧａＮからなるｐ
型コンタクト層６０９が形成されている。
よりも下に電流阻止層１１１を設けることにより、形成
した活性層に対する後処理工程が１度で済むことからプ
ロセス的には優位性がある。 （実施例６）図６は本発明の実施の形態に関わる半導体
レーザ６００の構造を示す断面図である。半導体レーザ
６００は、ｃ面を主面とするサファイア基板６０１を有
し、そのサファイア基板６０１上に、層厚が５０ｎｍの
ＧａＮバッファ層６０２が形成されている。そのバッフ
ァ層６０２の上には、厚さ４μｍ、キャリア濃度２×１
０18ｃｍ-3のＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト
層６０３が形成されている。さらに、ｎ型電極６４０を
形成する部分を除いたｎ型コンタクト層６０３上に、順
に、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3の
ＳｉドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比８％）からなるｎ型
クラッド層６０４、厚さ０．３μｍ、キャリア濃度１×
１０17ｃｍ-3のＳｉドープＧａＮからなるｎ型ガイド層
６０５、厚さ２ｎｍでＩｎ組成比４％のＩｎＧａＮ障壁
層と厚さ４ｎｍでＩｎ組成比１８％のＩｎＧａＮ井戸層
との組み合わせが５ペアからなる多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）構造の活性層６０６、厚さ０．３μｍ、キャリア濃
度１×１０17ｃｍ-3のＭｇドープＧａＮからなるｐ型ガ
イド層６０７、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度２×１０
17ｃｍ-3のＭｇドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比８％）か
らなるｐ型クラッド層６０８、厚さ０．３μｍ、キャリ
ア濃度３×１０17ｃｍ-3のＭｇドープＧａＮからなるｐ
型コンタクト層６０９が形成されている。
【０１０２】ｐ型コンタクト層６０９上には幅５μｍの
開口を有するＳｉＯ2膜６２０が形成されている。この
開口を介して厚さ５０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）、厚さ
１００ｎｍの白金（Ｐｔ）、及び厚さ２μｍの金（Ａ
ｕ）の３層構造で構成される電極６３０がｐ型コンタク
ト層６０９に接続されている。また、ｎ型コンタクト層
６０３には電極６４０が形成されている。これはｎ型コ
ンタクト層６０３に接触する厚さ３００ｎｍのアルミニ
ウム（Ａｌ）、厚さ５０ｎｍの白金（Ｐｔ）、厚さ１．
５μｍの金（Ａｕ）の３層構造で構成されている。
開口を有するＳｉＯ2膜６２０が形成されている。この
開口を介して厚さ５０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）、厚さ
１００ｎｍの白金（Ｐｔ）、及び厚さ２μｍの金（Ａ
ｕ）の３層構造で構成される電極６３０がｐ型コンタク
ト層６０９に接続されている。また、ｎ型コンタクト層
６０３には電極６４０が形成されている。これはｎ型コ
ンタクト層６０３に接触する厚さ３００ｎｍのアルミニ
ウム（Ａｌ）、厚さ５０ｎｍの白金（Ｐｔ）、厚さ１．
５μｍの金（Ａｕ）の３層構造で構成されている。
【０１０３】本実施例によれば、エッチング処理をほど
こすことなく内部電流狭窄構造が形成されている。すな
わち、ｐ側電極が負電圧、ｎ側電極が正電圧となるよう
に逆バイアスを印加することによって、ｐ型クラッド層
とｎ型クラッド層ともに電流阻止領域Ｂを形成すること
ができる。
こすことなく内部電流狭窄構造が形成されている。すな
わち、ｐ側電極が負電圧、ｎ側電極が正電圧となるよう
に逆バイアスを印加することによって、ｐ型クラッド層
とｎ型クラッド層ともに電流阻止領域Ｂを形成すること
ができる。
【０１０４】次に、この構造の半導体レーザ６００の製
造方法について詳細に説明する。上記半導体レーザ６０
０は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により製造さ
れた。用いたガスは、アンモニア（ＮＨ3）、トリメチ
ルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3、以下「ＴＭＧ」と記
す）、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3、以下
「ＴＭＡ」と記す）、トリメチルインジウム（Ｉｎ（Ｃ
Ｈ3）3、以下「ＴＭＩ」と記す）、ビスシクロペンタジ
エニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5Ｈ5）2、以下「Ｃｐ2Ｍ
ｇ」と記す）、シラン（ＳｉＨ4）、キャリアガスであ
る水素（Ｈ2）及び窒素（Ｎ2）である。
造方法について詳細に説明する。上記半導体レーザ６０
０は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により製造さ
れた。用いたガスは、アンモニア（ＮＨ3）、トリメチ
ルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3、以下「ＴＭＧ」と記
す）、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3、以下
「ＴＭＡ」と記す）、トリメチルインジウム（Ｉｎ（Ｃ
Ｈ3）3、以下「ＴＭＩ」と記す）、ビスシクロペンタジ
エニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5Ｈ5）2、以下「Ｃｐ2Ｍ
ｇ」と記す）、シラン（ＳｉＨ4）、キャリアガスであ
る水素（Ｈ2）及び窒素（Ｎ2）である。
【０１０５】まず、ｃ面を主面とする単結晶のサファイ
ア基板６０１を有機溶剤及び酸によって洗浄し、ＭＯＣ
ＶＤ装置の反応室内に導入し、高周波によって加熱され
るサセプタ上に載置した。次に常圧(atomospheric pres
sure)で水素を２０Ｌ／分の流量で流しながら、温度１
２００℃で約１０分間、気相エッチングを施し、表面に
できた自然酸化膜を除去した。
ア基板６０１を有機溶剤及び酸によって洗浄し、ＭＯＣ
ＶＤ装置の反応室内に導入し、高周波によって加熱され
るサセプタ上に載置した。次に常圧(atomospheric pres
sure)で水素を２０Ｌ／分の流量で流しながら、温度１
２００℃で約１０分間、気相エッチングを施し、表面に
できた自然酸化膜を除去した。
【０１０６】次に、サファイア基板６０１を５３０℃ま
で降温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモ
ニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の流量で約４
分間流すことにより、ＧａＮバッファ層６０２を形成し
た。次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモ
ニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、サファイア基板
６０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ／分、窒素
を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００
ｃｃ／分、水素によって１０ｐｐｍに希釈したＳｉＨ4
を３ｃｃ／分の流量で、それぞれ約１３０分間流すこと
により、ｎ型ＧａＮコンタクト層６０３を形成した。次
に、これらの原料ガスにＴＭＡ５０ｃｃ／分を追加し、
約２２分間流すことにより、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
６０４を形成した。この後、ＴＭＡの供給を停止し、Ｓ
ｉＨ4の流量を１ｃｃ／分に減少させて約１０分間流す
によりｎ型ＧａＮガイド層６０５を形成した。
で降温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモ
ニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の流量で約４
分間流すことにより、ＧａＮバッファ層６０２を形成し
た。次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモ
ニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、サファイア基板
６０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ／分、窒素
を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１００
ｃｃ／分、水素によって１０ｐｐｍに希釈したＳｉＨ4
を３ｃｃ／分の流量で、それぞれ約１３０分間流すこと
により、ｎ型ＧａＮコンタクト層６０３を形成した。次
に、これらの原料ガスにＴＭＡ５０ｃｃ／分を追加し、
約２２分間流すことにより、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
６０４を形成した。この後、ＴＭＡの供給を停止し、Ｓ
ｉＨ4の流量を１ｃｃ／分に減少させて約１０分間流す
によりｎ型ＧａＮガイド層６０５を形成した。
【０１０７】次に、サファイア基板６０１を、窒素を約
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分を流しながら約３
分間で７５０℃まで降温した。この温度で窒素を約２０
Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１０ｃｃ／
分の流量で固定し、ＴＭＩを３０ｃｃ／分の流量で約１
分、１８０ｃｃ／分の流量で約３０秒という組み合わせ
を５回繰り返し、最後に３０ｃｃ／分で約１分間流し、
Ｉｎ組成５％の障壁層とＩｎ組成２０％の井戸層とを有
する周期数５の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活
性層６０６を形成した。
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分を流しながら約３
分間で７５０℃まで降温した。この温度で窒素を約２０
Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１０ｃｃ／
分の流量で固定し、ＴＭＩを３０ｃｃ／分の流量で約１
分、１８０ｃｃ／分の流量で約３０秒という組み合わせ
を５回繰り返し、最後に３０ｃｃ／分で約１分間流し、
Ｉｎ組成５％の障壁層とＩｎ組成２０％の井戸層とを有
する周期数５の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活
性層６０６を形成した。
【０１０８】次に、サファイア基板６０１を、窒素を約
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら約３分間で１１００℃まで昇温した。この温度で水素
を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを５０ｃｃ／
分の流量で約１０分間流すことにより、ｐ型ＧａＮガイ
ド層６０７を形成した。この原料にＴＭＡ５０ｃｃ／分
を加え、約２２分間流すことにより、ｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層６０８を形成した。これに引き続いて、水素を
０．５Ｌ／分、窒素を１９．５Ｌ／分、アンモニアを１
０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを５０
ｃｃ／分の流量で約１０分間流すことにより、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層６０９を形成した。
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら約３分間で１１００℃まで昇温した。この温度で水素
を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを５０ｃｃ／
分の流量で約１０分間流すことにより、ｐ型ＧａＮガイ
ド層６０７を形成した。この原料にＴＭＡ５０ｃｃ／分
を加え、約２２分間流すことにより、ｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層６０８を形成した。これに引き続いて、水素を
０．５Ｌ／分、窒素を１９．５Ｌ／分、アンモニアを１
０Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇを５０
ｃｃ／分の流量で約１０分間流すことにより、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層６０９を形成した。
【０１０９】この後、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を
停止した状態で３５０℃まで降温し、さらに３５０℃で
水素およびアンモニアの供給を停止し室温まで冷却し、
反応室から成長ウェーハを取り出した。
停止した状態で３５０℃まで降温し、さらに３５０℃で
水素およびアンモニアの供給を停止し室温まで冷却し、
反応室から成長ウェーハを取り出した。
【０１１０】次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６０９上に
熱ＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ2膜（図示せず）を０．
５μｍの厚さに形成し、さらにレジストなどでマスキン
グした。次に、フォトエッチングプロセスなどによって
このＳｉＯ2膜を幅１５０μｍのストライプ状にパター
ニングし、ＳｉＯ2膜のない部分を塩素ガスを用いてエ
ッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ層６０３を露出さ
せた。
熱ＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ2膜（図示せず）を０．
５μｍの厚さに形成し、さらにレジストなどでマスキン
グした。次に、フォトエッチングプロセスなどによって
このＳｉＯ2膜を幅１５０μｍのストライプ状にパター
ニングし、ＳｉＯ2膜のない部分を塩素ガスを用いてエ
ッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ層６０３を露出さ
せた。
【０１１１】次に、ＳｉＯ2膜６２０を堆積し、ｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層６０９の上にフォトエッチングプロセ
スなどによって幅１０μｍ程度のストライプ状の開口を
形成した。この開口に真空蒸着法などによりＰｄを５０
ｎｍ、Ｐｔを１００ｎｍ、Ａｕを１．５μｍの厚さで積
層して電極６３０とした。次に、ｎ型ＧａＮコンタクト
層６０３の上に、真空蒸着法やスパッタ法などによっ
て、厚さ３００ｎｍのＡｌ層、厚さ５０ｎｍのＰｔ層、
厚さ１．５μｍのＡｕ層からなる３層構造のｎ側電極６
４０を形成した。この電極に対しては４００℃程度の熱
処理を施すのが望ましい。
ａＮコンタクト層６０９の上にフォトエッチングプロセ
スなどによって幅１０μｍ程度のストライプ状の開口を
形成した。この開口に真空蒸着法などによりＰｄを５０
ｎｍ、Ｐｔを１００ｎｍ、Ａｕを１．５μｍの厚さで積
層して電極６３０とした。次に、ｎ型ＧａＮコンタクト
層６０３の上に、真空蒸着法やスパッタ法などによっ
て、厚さ３００ｎｍのＡｌ層、厚さ５０ｎｍのＰｔ層、
厚さ１．５μｍのＡｕ層からなる３層構造のｎ側電極６
４０を形成した。この電極に対しては４００℃程度の熱
処理を施すのが望ましい。
【０１１２】このようにして形成した電極では、接触抵
抗が１０-4Ωｃｍ2を示し、また通電することによる劣
化も見られなかった。
抗が１０-4Ωｃｍ2を示し、また通電することによる劣
化も見られなかった。
【０１１３】このようにして形成したウェーハについて
電極６３０を負、電極６４０を正とした逆バイアス条件
で、電圧２０Ｖを約２時間印加した。この結果、これま
でｐ型層として記述してきた６０７から６０９までの層
に含有されるＭｇが活性化した。また、ｎ型層６０４中
の水素も電流経路に沿って結晶から脱離し、その周囲の
部分よりも抵抗が下がる。すなわち、電流経路に対応し
て抵抗の低い領域ができ、その周囲に電流阻止領域が形
成された。さらに具体的には、活性層の上下のクラッド
層６０４、６０８において、電流経路に対応してそれぞ
れ低抵抗領域が形成され、その両側は、抵抗率が高い電
流阻止領域となる。このように、活性層の上下において
それぞれ電流阻止領域を形成することができるために、
活性層６０６に対してキャリアを効率的に注入して低し
きい値でレーザ発振を生じさせることができるようにな
る。
電極６３０を負、電極６４０を正とした逆バイアス条件
で、電圧２０Ｖを約２時間印加した。この結果、これま
でｐ型層として記述してきた６０７から６０９までの層
に含有されるＭｇが活性化した。また、ｎ型層６０４中
の水素も電流経路に沿って結晶から脱離し、その周囲の
部分よりも抵抗が下がる。すなわち、電流経路に対応し
て抵抗の低い領域ができ、その周囲に電流阻止領域が形
成された。さらに具体的には、活性層の上下のクラッド
層６０４、６０８において、電流経路に対応してそれぞ
れ低抵抗領域が形成され、その両側は、抵抗率が高い電
流阻止領域となる。このように、活性層の上下において
それぞれ電流阻止領域を形成することができるために、
活性層６０６に対してキャリアを効率的に注入して低し
きい値でレーザ発振を生じさせることができるようにな
る。
【０１１４】この電圧印加工程における電圧は１５Ｖ以
上で、１２０Ｖ以下が望ましい。それ以下の電圧ではＭ
ｇの活性化が十分でなく、それ以上の電圧ではブレーク
ダウンが起こり素子が破壊されてしまう。電流を流す時
間は、３０分以上であることが望ましい。
上で、１２０Ｖ以下が望ましい。それ以下の電圧ではＭ
ｇの活性化が十分でなく、それ以上の電圧ではブレーク
ダウンが起こり素子が破壊されてしまう。電流を流す時
間は、３０分以上であることが望ましい。
【０１１５】このようにして作製したウェーハを幅３５
０μｍ×長さ５００μｍの大きさにへき開し、レーザダ
イオードチップを得た。このチップを電流密度５ｋＡ／
ｃｍ2の条件で動作させた結果、波長４２０ｎｍにおい
て出力５ｍＷで室温連続発振した。ここで、発振波長
は、活性層中のＩｎ組成に応じて調節することができ
る。
０μｍ×長さ５００μｍの大きさにへき開し、レーザダ
イオードチップを得た。このチップを電流密度５ｋＡ／
ｃｍ2の条件で動作させた結果、波長４２０ｎｍにおい
て出力５ｍＷで室温連続発振した。ここで、発振波長
は、活性層中のＩｎ組成に応じて調節することができ
る。
【０１１６】従来の窒素化合物半導体、特にＧａＮをは
じめとした窒化物化合物半導体においては、ｐ型層を作
製することが困難であった。これまで提案がなされてき
た低エネルギー電子線照射（特開平３−２１８６２５号
公報）や熱アニール（特開平５−１８３１８９号公報）
などによってアクセプタ不純物であるマグネシウム（Ｍ
ｇ）と結合した水素を除去することによってｐ型層を実
現している。しかし、このような工程は、電子線照射や
７００℃程度の高温熱処理をほどこす必要がある。本出
願においては、このような工程をほどこすことなく、当
然必要となる電極に逆バイアスを印加するという簡単な
操作によって、アクセプタが添加された結晶中の水素を
Ｍｇから引き離すことができる。また、同時にドナーが
添加された層からも不必要な水素を抜くことができる。
この時に、電流がもっとも通りやすい経路のみ水素が抜
ける。その結果として、電流の経路に対応した部分を周
囲の領域に比べて抵抗を低くすることができる。
じめとした窒化物化合物半導体においては、ｐ型層を作
製することが困難であった。これまで提案がなされてき
た低エネルギー電子線照射（特開平３−２１８６２５号
公報）や熱アニール（特開平５−１８３１８９号公報）
などによってアクセプタ不純物であるマグネシウム（Ｍ
ｇ）と結合した水素を除去することによってｐ型層を実
現している。しかし、このような工程は、電子線照射や
７００℃程度の高温熱処理をほどこす必要がある。本出
願においては、このような工程をほどこすことなく、当
然必要となる電極に逆バイアスを印加するという簡単な
操作によって、アクセプタが添加された結晶中の水素を
Ｍｇから引き離すことができる。また、同時にドナーが
添加された層からも不必要な水素を抜くことができる。
この時に、電流がもっとも通りやすい経路のみ水素が抜
ける。その結果として、電流の経路に対応した部分を周
囲の領域に比べて抵抗を低くすることができる。
【０１１７】したがって、本実施例によれば、活性層を
挟むように形成されたｐ、ｎ両クラッド層にそれぞれ電
流阻止領域を形成することができる。このように上下に
電流阻止領域を備えた発光素子、例えば半導体レーザに
おいては活性層への電流の絞り込みが容易に行なえ、横
モード制御などを行なうことができる。また、電流阻止
領域は光吸収層となりうるので、素子構造を適宜最適化
することによって自励発振(self-pulsation)を起こすこ
とも可能である。
挟むように形成されたｐ、ｎ両クラッド層にそれぞれ電
流阻止領域を形成することができる。このように上下に
電流阻止領域を備えた発光素子、例えば半導体レーザに
おいては活性層への電流の絞り込みが容易に行なえ、横
モード制御などを行なうことができる。また、電流阻止
領域は光吸収層となりうるので、素子構造を適宜最適化
することによって自励発振(self-pulsation)を起こすこ
とも可能である。
【０１１８】（実施例７）図７は本発明の実施の形態に
関わる半導体レーザ７００の構造を示す断面図である。
本実施例においては、ｎ側電極として独特な３層構造の
電極を設けることにより、ｎ型コンタクト層に対して良
質なオーミック接触を得ることができると同時に、ｎ側
電極に対して良質なワイヤーボンディングを行うことが
できる。３層構造の中間の層は、上下の層が混合するこ
とを抑制し、それぞれの働きを保持させる作用を有す
る。
関わる半導体レーザ７００の構造を示す断面図である。
本実施例においては、ｎ側電極として独特な３層構造の
電極を設けることにより、ｎ型コンタクト層に対して良
質なオーミック接触を得ることができると同時に、ｎ側
電極に対して良質なワイヤーボンディングを行うことが
できる。３層構造の中間の層は、上下の層が混合するこ
とを抑制し、それぞれの働きを保持させる作用を有す
る。
【０１１９】すなわち、本発明の主眼は、ｎ型コンタク
ト層７０９に接続する第１の層７４１がアルミニウム
（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）から選ばれたいずれ
かの金属を主成分とする層であり、その層に直接接続す
る第２の層７４２として白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐ
ｄ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングス
テン（Ｗ）から選ばれた金属を主として含む層が介在
し、最表面の第３の層が金（Ａｕ）またはアルミニウム
（Ａｌ）から選ばれた金属を主成分とする層である点に
ある。
ト層７０９に接続する第１の層７４１がアルミニウム
（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）から選ばれたいずれ
かの金属を主成分とする層であり、その層に直接接続す
る第２の層７４２として白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐ
ｄ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングス
テン（Ｗ）から選ばれた金属を主として含む層が介在
し、最表面の第３の層が金（Ａｕ）またはアルミニウム
（Ａｌ）から選ばれた金属を主成分とする層である点に
ある。
【０１２０】本実施例の半導体レーザ７００は、ｃ面を
主面とするサファイア基板７０１を基板として有し、そ
のサファイア基板７０１上に、層厚５０ｎｍのＧａＮバ
ッファ層７０２が形成されている。バッファ層７０２の
上には、厚さ４μｍ、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3の
ＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層７０３が形
成されている。さらに、ｎ型電極７４０を形成する部分
を除いたｎ型コンタクト層７０３上に、厚さ０．５μ
ｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のＳｉドープＡｌＧ
ａＮ（Ａｌ組成比８％）からなるｎ型クラッド層７０
４、厚さ０．３μｍ、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3の
ＳｉドープＧａＮからなるｎ型ガイド層７０５、厚さ２
ｎｍでＩｎ組成比４％のＩｎＧａＮ障壁層と厚さ４ｎｍ
でＩｎ組成比１８％のＩｎＧａＮ井戸層との組み合わせ
５ペアからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層７
０６、厚さ０．３μｍ、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3
のＭｇドープＧａＮからなるｐ型ガイド層７０７、厚さ
０．５μｍ、キャリア濃度２×１０17ｃｍ-3のＭｇドー
プＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比８％）からなるｐ型クラッド
層７０８、厚さ０．３μｍ、キャリア濃度３×１０17ｃ
ｍ-3のＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層７０
９が順に形成されている。
主面とするサファイア基板７０１を基板として有し、そ
のサファイア基板７０１上に、層厚５０ｎｍのＧａＮバ
ッファ層７０２が形成されている。バッファ層７０２の
上には、厚さ４μｍ、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3の
ＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層７０３が形
成されている。さらに、ｎ型電極７４０を形成する部分
を除いたｎ型コンタクト層７０３上に、厚さ０．５μ
ｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のＳｉドープＡｌＧ
ａＮ（Ａｌ組成比８％）からなるｎ型クラッド層７０
４、厚さ０．３μｍ、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3の
ＳｉドープＧａＮからなるｎ型ガイド層７０５、厚さ２
ｎｍでＩｎ組成比４％のＩｎＧａＮ障壁層と厚さ４ｎｍ
でＩｎ組成比１８％のＩｎＧａＮ井戸層との組み合わせ
５ペアからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層７
０６、厚さ０．３μｍ、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3
のＭｇドープＧａＮからなるｐ型ガイド層７０７、厚さ
０．５μｍ、キャリア濃度２×１０17ｃｍ-3のＭｇドー
プＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比８％）からなるｐ型クラッド
層７０８、厚さ０．３μｍ、キャリア濃度３×１０17ｃ
ｍ-3のＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層７０
９が順に形成されている。
【０１２１】ｐ型コンタクト層７０９上には、幅５μｍ
の開口をあけたＳｉＯ2膜７２０が形成されている。こ
の開口を介してｐ側電極７３０がｐ型コンタクト層７０
９に接続されている。ｐ側電極７３０は、厚さ５０ｎｍ
のニッケル（Ｎｉ）層７３１と厚さ２μｍの金（Ａｕ）
層７３２との２層からなる。
の開口をあけたＳｉＯ2膜７２０が形成されている。こ
の開口を介してｐ側電極７３０がｐ型コンタクト層７０
９に接続されている。ｐ側電極７３０は、厚さ５０ｎｍ
のニッケル（Ｎｉ）層７３１と厚さ２μｍの金（Ａｕ）
層７３２との２層からなる。
【０１２２】また、ｎ型コンタクト層７０３の上にはｎ
側電極７４０が形成されている。ｎ側電極７４０は、ｎ
型コンタクト層７０３に接触する第１の層７４１と、そ
の上に積層される第２の層７４２と、さらにその上に積
層され図示しないワイアなどが接続される第３の層７４
３の３層からなる。
側電極７４０が形成されている。ｎ側電極７４０は、ｎ
型コンタクト層７０３に接触する第１の層７４１と、そ
の上に積層される第２の層７４２と、さらにその上に積
層され図示しないワイアなどが接続される第３の層７４
３の３層からなる。
【０１２３】第１の層７４１の材料としては、アルミニ
ウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）のいずれかを用
いることができる。具体的には、例えば、厚さ３００ｎ
ｍのアルミニウム（Ａｌ）層とすることができる。
ウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）のいずれかを用
いることができる。具体的には、例えば、厚さ３００ｎ
ｍのアルミニウム（Ａｌ）層とすることができる。
【０１２４】第２の層７４２の材料としては、白金（Ｐ
ｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデ
ン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のいずれかを用いるこ
とができる。具体的には、例えば、厚さ５０ｎｍの白金
（Ｐｔ）層とすることができる。
ｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデ
ン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のいずれかを用いるこ
とができる。具体的には、例えば、厚さ５０ｎｍの白金
（Ｐｔ）層とすることができる。
【０１２５】第３の層７４３としては、金（Ａｕ）また
はアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。具体的
には、例えば、厚さ１．５μｍの金（Ａｕ）層とするこ
とができる。
はアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。具体的
には、例えば、厚さ１．５μｍの金（Ａｕ）層とするこ
とができる。
【０１２６】本実施例によれば、ｎ側電極７４０を構成
する第１層７４１によってｎ型コンタクト層に対して良
質なオーミック接触を得ることができると同時に、第３
層７４３によって良質なワイヤーボンディングを行うこ
とができる。中間に位置する第２層７４２は、上下の層
が混合することを抑制し、それぞれの働きを保持させる
作用を有する。
する第１層７４１によってｎ型コンタクト層に対して良
質なオーミック接触を得ることができると同時に、第３
層７４３によって良質なワイヤーボンディングを行うこ
とができる。中間に位置する第２層７４２は、上下の層
が混合することを抑制し、それぞれの働きを保持させる
作用を有する。
【０１２７】次に、本実施例の半導体レーザ７００の製
造方法の要部について説明する。半導体レーザ７００は
有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により製造された。
用いたガスや、各層の成長の手順は、図６に関して前述
した第６実施例と概略同様とすることができる。従っ
て、ここでは、結晶成長工程の詳細は省略する。
造方法の要部について説明する。半導体レーザ７００は
有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により製造された。
用いたガスや、各層の成長の手順は、図６に関して前述
した第６実施例と概略同様とすることができる。従っ
て、ここでは、結晶成長工程の詳細は省略する。
【０１２８】前述したような方法により、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層７０９まで成長した後に、熱ＣＶＤ法などを
用いてＳｉＯ2膜（図示せず）を０．５μｍの厚さに堆
積した。次に、レジストなどによりマスキングした。次
に、フォトエッチングプロセスなどによってＳｉＯ2膜
（図示せず）を幅１５０μｍ程度のストライプ状にエッ
チングし、ＳｉＯ2膜のない部分を塩素ガス等を用いて
エッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ層７０３を露出
させた。
ンタクト層７０９まで成長した後に、熱ＣＶＤ法などを
用いてＳｉＯ2膜（図示せず）を０．５μｍの厚さに堆
積した。次に、レジストなどによりマスキングした。次
に、フォトエッチングプロセスなどによってＳｉＯ2膜
（図示せず）を幅１５０μｍ程度のストライプ状にエッ
チングし、ＳｉＯ2膜のない部分を塩素ガス等を用いて
エッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ層７０３を露出
させた。
【０１２９】次にＳｉＯ2膜７２０を堆積し、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層７０９の上にフォトエッチングプロセス
などによって幅１０μｍ程度のストライプ状の開口を形
成した。この開口に真空蒸着法などによりＮｉを５０ｎ
ｍ、Ａｕを２μｍの厚さで順次堆積させてｐ側電極７３
０とした。
Ｎコンタクト層７０９の上にフォトエッチングプロセス
などによって幅１０μｍ程度のストライプ状の開口を形
成した。この開口に真空蒸着法などによりＮｉを５０ｎ
ｍ、Ａｕを２μｍの厚さで順次堆積させてｐ側電極７３
０とした。
【０１３０】次に、ｎ型ＧａＮコンタクト層７０３に、
真空蒸着法やスパッタ法などによって、例えば、厚さ３
００ｎｍのＡｌ層７４１、厚さ５０ｎｍのＰｔ層７４
２、厚さ１．５μｍのＡｕ層７４３からなる３層構造の
ｎ側電極７４０を形成する。この電極に対しては、４０
０℃程度の熱処理を施すのが望ましい。
真空蒸着法やスパッタ法などによって、例えば、厚さ３
００ｎｍのＡｌ層７４１、厚さ５０ｎｍのＰｔ層７４
２、厚さ１．５μｍのＡｕ層７４３からなる３層構造の
ｎ側電極７４０を形成する。この電極に対しては、４０
０℃程度の熱処理を施すのが望ましい。
【０１３１】このようにして形成したｎ側電極では、接
触抵抗が１０-4Ωｃｍ2を示し、また通電することによ
る劣化も見られなかった。
触抵抗が１０-4Ωｃｍ2を示し、また通電することによ
る劣化も見られなかった。
【０１３２】このようにして作製したウェーハを幅３５
０μｍ×長さ５００μｍの大きさにへき開して、レーザ
ダイオードチップを得た。このチップを電流密度５ｋＡ
／ｃｍ2の条件において動作させた結果、波長４２０ｎ
ｍ、出力５ｍＷの室温連続発振が得られた。発振波長
は、活性層のＩｎ組成を調節することにより適宜変える
ことができる。
０μｍ×長さ５００μｍの大きさにへき開して、レーザ
ダイオードチップを得た。このチップを電流密度５ｋＡ
／ｃｍ2の条件において動作させた結果、波長４２０ｎ
ｍ、出力５ｍＷの室温連続発振が得られた。発振波長
は、活性層のＩｎ組成を調節することにより適宜変える
ことができる。
【０１３３】本実施例においては、ｎ側電極の第２層７
４２のＰｔの厚さを５０ｎｍとしたが、２０ｎｍ以上で
あれば同様の効果が得られた。また、Ｐｔの代わりにＰ
ｄ、Ｃｒ、Ｍｏ、或いはＷを用いても同程度の厚さで同
様の効果が得られた。
４２のＰｔの厚さを５０ｎｍとしたが、２０ｎｍ以上で
あれば同様の効果が得られた。また、Ｐｔの代わりにＰ
ｄ、Ｃｒ、Ｍｏ、或いはＷを用いても同程度の厚さで同
様の効果が得られた。
【０１３４】本発明者は、本実施例の半導体発光素子の
効果を定量的に確認するために、異なる電極構造を有す
る半導体発光素子を試作してし比較評価した。この比較
例は、図７に示したものと同様の半導体積層構造を有
し、ｎ側電極として、ｎ型コンタクト層の側から厚さ３
００ｎｍのＡｌ層、厚さ５０ｎｍのＴｉ層、厚さ１．５
μｍのＡｕ層を順に有するものである。このようにして
形成した比較例においてはｎ側電極の接触抵抗が１０-3
Ωｃｍ2であり、本実施例の半導体発光素子よりも約１
０倍も高いことが分かった。また、この比較例において
は、通電することによって抵抗値がさらに上昇するとい
う劣化現象が見られた。これに対して、本実施例の半導
体発光素子の場合には、通電を継続しても抵抗値の上昇
は見られず、極めて安定して低抵抗が得られていること
が分かった。
効果を定量的に確認するために、異なる電極構造を有す
る半導体発光素子を試作してし比較評価した。この比較
例は、図７に示したものと同様の半導体積層構造を有
し、ｎ側電極として、ｎ型コンタクト層の側から厚さ３
００ｎｍのＡｌ層、厚さ５０ｎｍのＴｉ層、厚さ１．５
μｍのＡｕ層を順に有するものである。このようにして
形成した比較例においてはｎ側電極の接触抵抗が１０-3
Ωｃｍ2であり、本実施例の半導体発光素子よりも約１
０倍も高いことが分かった。また、この比較例において
は、通電することによって抵抗値がさらに上昇するとい
う劣化現象が見られた。これに対して、本実施例の半導
体発光素子の場合には、通電を継続しても抵抗値の上昇
は見られず、極めて安定して低抵抗が得られていること
が分かった。
【０１３５】さらに比較例と本実施例の素子について、
それぞれワイアボンディングを試みた結果、本実施例の
素子の方がワイアボンディングの歩留まりが高く、ワイ
ア・プル・テスト(wire-pull test)の結果も、本実施例
の素子の方が優れていることが分かった。
それぞれワイアボンディングを試みた結果、本実施例の
素子の方がワイアボンディングの歩留まりが高く、ワイ
ア・プル・テスト(wire-pull test)の結果も、本実施例
の素子の方が優れていることが分かった。
【０１３６】さらに、本発明者は、本実施例のｎ側電極
として種々の具体例を試作し評価した。まず、ｎ側電極
７４０として、ｎ型コンタクト層７０９の側から第１の
層７４１としてＡｇ、第２の層７４２としてＰｔ、第３
の層７４３としてＡｕを用いた半導体発光素子を試作し
た。この素子の場合には、第１層７４１の材料としてＡ
ｌよりも酸化されにくいＡｇを用いた結果、電極劣化の
点に関しては、Ａｌの場合よりも素子寿命がさらに２０
％程度改善した。
として種々の具体例を試作し評価した。まず、ｎ側電極
７４０として、ｎ型コンタクト層７０９の側から第１の
層７４１としてＡｇ、第２の層７４２としてＰｔ、第３
の層７４３としてＡｕを用いた半導体発光素子を試作し
た。この素子の場合には、第１層７４１の材料としてＡ
ｌよりも酸化されにくいＡｇを用いた結果、電極劣化の
点に関しては、Ａｌの場合よりも素子寿命がさらに２０
％程度改善した。
【０１３７】このような寿命の改善に関しては、第１の
層７４１としてＡｇの代わりにＣｕを用いた場合にも同
様の効果が得られた。さらに第１の層７４１としてＣｕ
を用いた場合には、抵抗値がＡｌの場合の約半分に減少
した。
層７４１としてＡｇの代わりにＣｕを用いた場合にも同
様の効果が得られた。さらに第１の層７４１としてＣｕ
を用いた場合には、抵抗値がＡｌの場合の約半分に減少
した。
【０１３８】次に、本発明者は、第１の層７４１として
Ａｌに１％程度のＳｉを混入させた合金を採用した。こ
のような合金層を接触させることにより、接触抵抗をさ
らに低減することができる。本具体例の場合には、Ａｌ
に１％程度のＳｉを添加することによって、接触抵抗は
約２分の１に低減した。しかし、Ｓｉの添加量が多すぎ
ると接触抵抗は低下せず、Ｓｉを２０％以上添加すると
接触抵抗の低下は見られなかった。また、このような抵
抗値の低減は、スズ（Ｓｎ）を添加した場合にも見られ
たが、効果が見られる添加量の範囲は１０％以下であっ
た。
Ａｌに１％程度のＳｉを混入させた合金を採用した。こ
のような合金層を接触させることにより、接触抵抗をさ
らに低減することができる。本具体例の場合には、Ａｌ
に１％程度のＳｉを添加することによって、接触抵抗は
約２分の１に低減した。しかし、Ｓｉの添加量が多すぎ
ると接触抵抗は低下せず、Ｓｉを２０％以上添加すると
接触抵抗の低下は見られなかった。また、このような抵
抗値の低減は、スズ（Ｓｎ）を添加した場合にも見られ
たが、効果が見られる添加量の範囲は１０％以下であっ
た。
【０１３９】一方、第３の層７４３については、Ａｕ以
外にもワイヤーボンディングが行なえる金属であれば良
い。特に、Ａｕ以外には、Ａｌを用いることが望まし
い。
外にもワイヤーボンディングが行なえる金属であれば良
い。特に、Ａｕ以外には、Ａｌを用いることが望まし
い。
【０１４０】また、ｎ側電極７４０は、３層構造に限る
ものではなく、前述した第２の層７４２と第３の層７４
３との間に、第２の層の候補として説明した金属或いは
チタン（Ｔｉ）の層を挿入して４層あるいはそれ以上の
積層構造としても良い。
ものではなく、前述した第２の層７４２と第３の層７４
３との間に、第２の層の候補として説明した金属或いは
チタン（Ｔｉ）の層を挿入して４層あるいはそれ以上の
積層構造としても良い。
【０１４１】また、本実施例のｎ側電極は、前述した第
１〜第６実施例のいずれの発光素子にも、そのまま適用
して、さらに高性能の発光素子を実現できることはいう
までもない。
１〜第６実施例のいずれの発光素子にも、そのまま適用
して、さらに高性能の発光素子を実現できることはいう
までもない。
【０１４２】以上説明した第１実施例から第７実施例に
おいては、いずれも活性層がＭＱＷを有する。しかし、
その繰り返し周期数は少ない方、極端に言えば単一量子
井戸（ＳＱＷ）構造とした方が、レーザのしきい値電流
密度は小さくなる傾向があった。但し、この場合には、
光の閉じ込め効果が低下することから、ガイド層および
クラッド層を前述した各実施例よりも２倍程度厚めにす
ることが望ましい。
おいては、いずれも活性層がＭＱＷを有する。しかし、
その繰り返し周期数は少ない方、極端に言えば単一量子
井戸（ＳＱＷ）構造とした方が、レーザのしきい値電流
密度は小さくなる傾向があった。但し、この場合には、
光の閉じ込め効果が低下することから、ガイド層および
クラッド層を前述した各実施例よりも２倍程度厚めにす
ることが望ましい。
【０１４３】また、前述の第１実施例から第７実施例に
おいては、いずれの場合も活性層をアンドープとして形
成した。しかし、本発明者のさらなる実験の結果、図８
に示すように、活性層をキャリア濃度が２×１０16ｃｍ
-3以上８×１０17ｃｍ-3以下のｐ型とすると、活性層が
アンドープの場合よりしきい値電流密度の低減をはかる
ことができることが分かった。したがって、活性層をこ
のようなキャリア濃度のｐ型とすることが望ましい。
おいては、いずれの場合も活性層をアンドープとして形
成した。しかし、本発明者のさらなる実験の結果、図８
に示すように、活性層をキャリア濃度が２×１０16ｃｍ
-3以上８×１０17ｃｍ-3以下のｐ型とすると、活性層が
アンドープの場合よりしきい値電流密度の低減をはかる
ことができることが分かった。したがって、活性層をこ
のようなキャリア濃度のｐ型とすることが望ましい。
【０１４４】（第８実施例）図９は、本発明の実施の形
態に関わる発光ダイオード９００の構造を表す概略断面
図である。発光ダイオード９００は、基板としてサファ
イア基板９０１を有しており、その上に、発光層構造が
形成されている。同図の発光ダイオード９００は、Ｔｉ
Ｏ2層領域９０７を電流阻止領域として有する。
態に関わる発光ダイオード９００の構造を表す概略断面
図である。発光ダイオード９００は、基板としてサファ
イア基板９０１を有しており、その上に、発光層構造が
形成されている。同図の発光ダイオード９００は、Ｔｉ
Ｏ2層領域９０７を電流阻止領域として有する。
【０１４５】すなわち、発光ダイオード９００は、基板
９０１の上に、ＧａＮバッファ層９０２、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層９０３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層９０４、
厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＮ発光層９０５、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層９０６、ＴｉＯ2電流阻止領域９０７、ｐ
型ＧａＮコンタクト層９０８が部分的に積層された構造
を有する。
９０１の上に、ＧａＮバッファ層９０２、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層９０３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層９０４、
厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＮ発光層９０５、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層９０６、ＴｉＯ2電流阻止領域９０７、ｐ
型ＧａＮコンタクト層９０８が部分的に積層された構造
を有する。
【０１４６】また、ｎ型コンタクト層９０３の上には、
ｎ側電極９４０が形成され、ｐ型コンタクト層９０８の
上には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明電
極９３０がほぼ全面に形成され、その上のＴｉＯ2領域
の直上に対応する部分に、ＩＴＯ電極側から、順にニッ
ケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）を積層した
構造の電極９３１が形成されている。
ｎ側電極９４０が形成され、ｐ型コンタクト層９０８の
上には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明電
極９３０がほぼ全面に形成され、その上のＴｉＯ2領域
の直上に対応する部分に、ＩＴＯ電極側から、順にニッ
ケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）を積層した
構造の電極９３１が形成されている。
【０１４７】このような発光ダイオードでは、発光層に
用いるインジウム（Ｉｎ）やリン（Ｐ）などの組成比
や、添加する不純物の種類によって、発光波長を変える
ことができる。従って、赤外から紫外域までの波長領域
において発光する発光ダイオードを実現することが可能
となる。
用いるインジウム（Ｉｎ）やリン（Ｐ）などの組成比
や、添加する不純物の種類によって、発光波長を変える
ことができる。従って、赤外から紫外域までの波長領域
において発光する発光ダイオードを実現することが可能
となる。
【０１４８】本実施例に示した発光ダイオード９００の
製造に際しては、前述した各実施例と同様に、ＭＯＣＶ
Ｄ法を用いることができ、その原料ガスや結晶成長の手
順、ＴｉＯ2の形成方法は、前述した各実施例の場合と
概略同様とすることができる。従って、ここではその詳
細な説明は省略する。
製造に際しては、前述した各実施例と同様に、ＭＯＣＶ
Ｄ法を用いることができ、その原料ガスや結晶成長の手
順、ＴｉＯ2の形成方法は、前述した各実施例の場合と
概略同様とすることができる。従って、ここではその詳
細な説明は省略する。
【０１４９】上述した構造においては、不透明な電極部
分である金、クロム、ニッケルの積層構造電極部の真下
の部分で発光が生じても、この電極９３１によって遮蔽
され光の取り出しが阻害される。その分の電流は、発光
層に注入されないようにすれば、その分だけ同じ発光強
度を得るための電流を低減することができる。
分である金、クロム、ニッケルの積層構造電極部の真下
の部分で発光が生じても、この電極９３１によって遮蔽
され光の取り出しが阻害される。その分の電流は、発光
層に注入されないようにすれば、その分だけ同じ発光強
度を得るための電流を低減することができる。
【０１５０】本実施例において、電流阻止層をＴｉＯ2
としたが、前述した各実施例に示したように、ｉ型Ｇａ
ＮのＧａの一部をＢやＡｌなどに置換したものを用いる
ことも可能である。しかし、ここで注意すべき点は発光
ダイオードの場合には、発光した光を吸収する領域を作
らないことである。従って、発光層よりもバンドギャッ
プの小さい領域を形成することは望ましいことではな
い。そのために、インジウムを添加する場合には、Ｂや
Ａｌを同時に添加して、バンドギャップが小さくならな
いように調節することが望ましい。
としたが、前述した各実施例に示したように、ｉ型Ｇａ
ＮのＧａの一部をＢやＡｌなどに置換したものを用いる
ことも可能である。しかし、ここで注意すべき点は発光
ダイオードの場合には、発光した光を吸収する領域を作
らないことである。従って、発光層よりもバンドギャッ
プの小さい領域を形成することは望ましいことではな
い。そのために、インジウムを添加する場合には、Ｂや
Ａｌを同時に添加して、バンドギャップが小さくならな
いように調節することが望ましい。
【０１５１】また、基板については、サファイアの他
に、ＳｉＣなどを用いることも可能である。しかし、発
光した光を吸収するようなエネルギーギャップを有する
基板を用いる場合には、基板と発光層との間の、例えば
バッファ層の部分などに、多層膜を利用したブラッグ反
射鏡を形成することが望ましい。
に、ＳｉＣなどを用いることも可能である。しかし、発
光した光を吸収するようなエネルギーギャップを有する
基板を用いる場合には、基板と発光層との間の、例えば
バッファ層の部分などに、多層膜を利用したブラッグ反
射鏡を形成することが望ましい。
【０１５２】また、本実施例においては、電流阻止領域
を発光層９０５の上側に形成したが、発光層９０５その
ものの一部を酸化することによって、発光層そのものに
電流阻止領域を形成することも可能である。この場合に
は、発光層まで成長した時点で成長装置からウェーハを
一旦取り出すようにしても良く、またはエッチングが容
易な所定の保護膜を形成してから取り出すようにしても
良い。
を発光層９０５の上側に形成したが、発光層９０５その
ものの一部を酸化することによって、発光層そのものに
電流阻止領域を形成することも可能である。この場合に
は、発光層まで成長した時点で成長装置からウェーハを
一旦取り出すようにしても良く、またはエッチングが容
易な所定の保護膜を形成してから取り出すようにしても
良い。
【０１５３】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。
【０１５４】すなわち、前述した各具体例は、半導体レ
ーザについても発光ダイオードについても同様に実施し
てそれぞれの効果を得ることができる。
ーザについても発光ダイオードについても同様に実施し
てそれぞれの効果を得ることができる。
【０１５５】また、各具体例において示した各半導体層
の導電型は、反転して構成することも同様に可能であ
る。
の導電型は、反転して構成することも同様に可能であ
る。
【０１５６】さらに、基板として用いることのできるも
のは、前述したサファイアやＳｉＣに限定されず、その
他にも、例えば、スピネル、ＳｃＡｌＭｇＯ4、ＬａＳ
ｒＧａＯ4、（ＬａＳｒ）（ＡｌＴａ）Ｏ3などの絶縁性
基板や、ＭｇＯ、Ｓｉなどの導電性基板も同様に用いて
それぞれの効果を得ることができる。
のは、前述したサファイアやＳｉＣに限定されず、その
他にも、例えば、スピネル、ＳｃＡｌＭｇＯ4、ＬａＳ
ｒＧａＯ4、（ＬａＳｒ）（ＡｌＴａ）Ｏ3などの絶縁性
基板や、ＭｇＯ、Ｓｉなどの導電性基板も同様に用いて
それぞれの効果を得ることができる。
【０１５７】
【発明の効果】本発明は、以上に説明した形態で実施さ
れ、以下に説明する効果を奏する。
れ、以下に説明する効果を奏する。
【０１５８】まず、本発明によれば、結晶にダメージを
与えるドライエッチングプロセスを使うことなく、電流
注入効率の高い内部電流狭窄構造を実現できるため、低
しきい電流密度で動作する窒化物化合物半導体レーザや
高効率の発光ダイオードを実現することができる。本発
明の窒化物化合物半導体レーザは、その発振波長を４０
０〜４３０ｎｍ程度に調整することにより、次世代の高
精細ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）の光
源として利用することができ、特に書き込みに必要とさ
れる３０ｍＷ以上の出力を出すことも可能である。
与えるドライエッチングプロセスを使うことなく、電流
注入効率の高い内部電流狭窄構造を実現できるため、低
しきい電流密度で動作する窒化物化合物半導体レーザや
高効率の発光ダイオードを実現することができる。本発
明の窒化物化合物半導体レーザは、その発振波長を４０
０〜４３０ｎｍ程度に調整することにより、次世代の高
精細ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）の光
源として利用することができ、特に書き込みに必要とさ
れる３０ｍＷ以上の出力を出すことも可能である。
【０１５９】また、本発明によれば、逆バイアス電圧を
印加することによって、活性層の上下に電流阻止領域を
有するクラッド層を形成し、低しきい値でレーザ発振を
生じさせることが可能となる。
印加することによって、活性層の上下に電流阻止領域を
有するクラッド層を形成し、低しきい値でレーザ発振を
生じさせることが可能となる。
【０１６０】さらに、本発明によれば、独特な多層構造
のｎ型電極を用いることにより、接触抵抗が低く、しか
もワイアボンディングも良好な窒化物化合物半導体発光
素子を実現することができる。すなわち、半導体レーザ
においてはしきい電流密度を低下させ、発光ダイオード
においては動作電圧を低下させることができる。その結
果、電極の劣化を抑制することができるだけでなく、発
光素子自身の劣化を抑制し、信頼性を大幅に改善するこ
とができる。
のｎ型電極を用いることにより、接触抵抗が低く、しか
もワイアボンディングも良好な窒化物化合物半導体発光
素子を実現することができる。すなわち、半導体レーザ
においてはしきい電流密度を低下させ、発光ダイオード
においては動作電圧を低下させることができる。その結
果、電極の劣化を抑制することができるだけでなく、発
光素子自身の劣化を抑制し、信頼性を大幅に改善するこ
とができる。
【図１】第１の実施例の形態に関わる窒化物化合物半導
体発光素子の断面構造図。
体発光素子の断面構造図。
【図２】第２の実施例の形態に関わる窒化物化合物半導
体発光素子の断面構造図。
体発光素子の断面構造図。
【図３】第３の実施例の形態に関わる窒化物化合物半導
体発光素子の断面構造図。
体発光素子の断面構造図。
【図４】第４の実施例の形態に関わる窒化物化合物半導
体発光素子の断面構造図。
体発光素子の断面構造図。
【図５】第５の実施例の形態に関わる窒化物化合物半導
体発光素子の断面構造図。
体発光素子の断面構造図。
【図６】第６の実施例の形態に関わる窒化物化合物半導
体発光素子の断面構造図。
体発光素子の断面構造図。
【図７】第７の実施例の形態に関わる窒化物化合物半導
体発光素子の断面構造図。
体発光素子の断面構造図。
【図８】活性層のキャリア濃度としきい電流密度との関
係を表すグラフ図。
係を表すグラフ図。
【図９】第８の実施例の形態に関わる窒化物化合物半導
体発光素子の断面構造図。
体発光素子の断面構造図。
１００、２００、３００、４００、６００、７００、９
００ 半導体発光素子 １０１、２０１、３０１、４０１、６０１、７０１、９
０１ 基板 １０２、２０２、３０２、４０２、６０２、７０２、９
０２ バッファ層 １０３、２０３、３０３、４０３ ＧａＮ層 １０４、１１４、２０４、４０４、６０３、７０３、９
０３ ｎ型コンタクト層 １０５、２０５、３０４、４０５、６０４、７０４、９
０４ ｎ型クラッド層 １０６、２０６、３０５、４０６、６０５、７０５ ｎ
型ガイド層 １０７、２０７、３０６、４０７、６０６、７０６、９
０５ 活性層 １０８、２０８、３０７、４０８、６０７、７０７ ｐ
型ガイド層 １０９、２０９、３０８、４０９、６０８、７０８、９
０６ ｐ型クラッド層 １１０、２１０、４１１、６０９、７０９ ｐ型層 １１１、２１１、３０９、４１０、９０７、Ｂ 電流阻
止層 １１２、２１２ ｐ型ＧａＮバッファ層 １１３、２１３ ｐ型ＧａＮ層 １１４ 、２１４、３１１、４１２、６０９、７０９、
９０８ ｐ型コンタクト層 １３０、２３０、３２０、４２０、１３１、６４０、７
４０、９４０ ｎ側電極 １３１、２３１、３２１、４２１、６３０、７３０、９
３１ ｐ側電極
００ 半導体発光素子 １０１、２０１、３０１、４０１、６０１、７０１、９
０１ 基板 １０２、２０２、３０２、４０２、６０２、７０２、９
０２ バッファ層 １０３、２０３、３０３、４０３ ＧａＮ層 １０４、１１４、２０４、４０４、６０３、７０３、９
０３ ｎ型コンタクト層 １０５、２０５、３０４、４０５、６０４、７０４、９
０４ ｎ型クラッド層 １０６、２０６、３０５、４０６、６０５、７０５ ｎ
型ガイド層 １０７、２０７、３０６、４０７、６０６、７０６、９
０５ 活性層 １０８、２０８、３０７、４０８、６０７、７０７ ｐ
型ガイド層 １０９、２０９、３０８、４０９、６０８、７０８、９
０６ ｐ型クラッド層 １１０、２１０、４１１、６０９、７０９ ｐ型層 １１１、２１１、３０９、４１０、９０７、Ｂ 電流阻
止層 １１２、２１２ ｐ型ＧａＮバッファ層 １１３、２１３ ｐ型ＧａＮ層 １１４ 、２１４、３１１、４１２、６０９、７０９、
９０８ ｐ型コンタクト層 １３０、２３０、３２０、４２０、１３１、６４０、７
４０、９４０ ｎ側電極 １３１、２３１、３２１、４２１、６３０、７３０、９
３１ ｐ側電極
フロントページの続き (72)発明者 石 川 正 行 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 布 上 真 也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 杉 浦 理 砂 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内
Claims (9)
- 【請求項１】電流阻止層を備えた窒化物化合物半導体発
光素子であって、 前記電流阻止層は、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍ
ｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、スカンジウ
ム（Ｓｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、錫
（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）からなる群から選ばれた
金属の酸化物からなることを特徴とする窒化物化合物半
導体発光素子。 - 【請求項２】電流阻止層を備えた窒化物化合物半導体発
光素子であって、 前記電流阻止層は、炭素からなることを特徴とする窒化
物化合物半導体発光素子。 - 【請求項３】電流阻止層を備えた窒化物化合物半導体発
光素子であって、 前記電流阻止層は、水素または酸素によってキャリアが
不活性化されてなるｉ型のＢ(1-x-y-z )ＩｎxＡｌyＧａ
zＮ単結晶層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）
からなることを特微とする窒化物化合物半導体発光素
子。 - 【請求項４】電流阻止層を備えた窒化物化合物半導体発
光素子であって、 前記電流阻止層は、ｐ型の導電性を示す不純物とｎ型の
導電性を示す不純物とを含むｎ型のＢ(1-x-y-z )Ｉｎx
ＡｌyＧａzＮ単結晶層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦
ｚ≦１）からなることを特微とする窒化物化合物半導体
発光素子。 - 【請求項５】電流阻止層を備えた窒化物化合物半導体発
光素子であって、 前記電流阻止層は、ｐ型の導電性を示す不純物とｎ型の
導電性を示す不純物とを含むｎ型のＩｎx Ｇａ(1-x) Ｎ
単結晶層（０≦ｘ≦１）からなることを特微とする窒化
物化合物半導体発光素子。 - 【請求項６】導電性の窒化物化合物半導体層と、 前記導電性の窒化物化合物半導体層の表面付近に選択的
に形成された電流阻止層と、 前記導電性の窒化物化合物半導体層と前記電流阻止層と
を覆うように積層されたＢ(1-x-y-z )ＩｎxＡｌyＧａz
Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）からなるバ
ッファ層と、 前記バッファ層の上に積層されたＢ(1-x2-y2-x2)Ｉｎx2
Ａｌy2Ｇａz2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ
２≦１）からなる層と、 を備えたことを特徴とする窒化物化合物半導体発光素
子。 - 【請求項７】第１導電型の窒化物化合物半導体からなる
第１のクラッド層と、 前記第１のクラッド層の上に設けられ、窒化物化合物半
導体からなる発光層と、 前記発光層の上に設けられ、第２導電型の窒化物化合物
半導体からなる第２のクラッド層と、 第１の電極と、 第２の電極と、 を備えた窒化物化合物半導体発光素子であって、 前記第１のクラッド層は、電気抵抗が高い電流阻止領域
を有し、 前記第２のクラッド層は、電気抵抗が高い電流阻止領域
を有し、 前記第１のクラッド層の前記電流阻止領域と、前記第２
のクラッド層の前記電流阻止領域とは、いずれも前記第
１の電極と前記第２の電極との間に流れる電流の経路の
概ね外側に位置するものであることを特徴とする窒化物
化合物半導体発光素子。 - 【請求項８】少なくとも１層のｐ型の窒化物化合物半導
体層と、 少なくとも１層のｎ型の窒化物化合物半導体層と、 を備えた窒化物化合物半導体発光素子であって、 前記ｐ型の窒化物化合物半導体層は、前記ｐ型の窒化物
化合物半導体層が負電圧で、前記ｎ型の窒化物化合物半
導体層が正電圧となる逆バイアス電圧を印加することに
よって流れる電流経路に対応して形成された低抵抗領域
を有することを特徴とする窒化物化合物半導体発光素
子。 - 【請求項９】ｎ型の窒化物化合物半導体層と、 前記窒化物化合物半導体層に接続されたｎ側電極と、 を少なくとも備えた窒化物化合物半導体発光素子であっ
て、 前記ｎ側電極は、 前記ｎ型の窒化物化合物半導体層に接触し、アルミニウ
ム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、及び銅（Ｃｕ）からなる群か
ら選ばれたいずれかの金属を主成分とする第１の層と、 前記第１の層の上に形成され、白金（Ｐｔ）、パラジウ
ム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、及
びタングステン（Ｗ）からなる群から選ばれた少なくと
もいずれかの金属を主成分とする第２の層と、 前記第２の層の上に形成されて表面に露出し、金（Ａ
ｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）のいずれかを主成分と
する第３の層と、 を具備することを特徴とする窒化物化合物半導体発光素
子。
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|---|---|---|---|
| JP3626398A Pending JPH10294531A (ja) | 1997-02-21 | 1998-02-18 | 窒化物化合物半導体発光素子 |
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