JPH11126949A - ３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JPH11126949A JPH11126949A JP30794497A JP30794497A JPH11126949A JP H11126949 A JPH11126949 A JP H11126949A JP 30794497 A JP30794497 A JP 30794497A JP 30794497 A JP30794497 A JP 30794497A JP H11126949 A JPH11126949 A JP H11126949A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】成長過程において量子箱が形成されるようにす
ることで、量子箱としての特性の向上及び製造の容易化
を図ること。 【解決手段】活性層６は、膜厚約５ｎｍのAl0.05Ga0.95
N から成る障壁層６２とその障壁層の中にGa0.8In0.2N
から成る井戸箱６１が島状に点在する量子箱構造であ
る。Ga0.8In0.2N の格子定数とAl0.05Ga0.95N の格子定
数の差のGa0.8In0.2N の格子定数に対する割合を０．０
２より大きくすることで、障壁層の上にGa0.8In0.2N を
成長させる時、面状ではなく、点島状に成長することか
ら、成長過程において、障壁層の中に井戸箱を点在させ
た量子箱構造を製造することができる。量子箱構造に活
性層を形成したので、キャリア閉じ込め効果が高くな
り、発光効率が向上する。又、薄膜成長工程において、
量子箱が形成されるために、製造が極めて簡単となる。
ることで、量子箱としての特性の向上及び製造の容易化
を図ること。 【解決手段】活性層６は、膜厚約５ｎｍのAl0.05Ga0.95
N から成る障壁層６２とその障壁層の中にGa0.8In0.2N
から成る井戸箱６１が島状に点在する量子箱構造であ
る。Ga0.8In0.2N の格子定数とAl0.05Ga0.95N の格子定
数の差のGa0.8In0.2N の格子定数に対する割合を０．０
２より大きくすることで、障壁層の上にGa0.8In0.2N を
成長させる時、面状ではなく、点島状に成長することか
ら、成長過程において、障壁層の中に井戸箱を点在させ
た量子箱構造を製造することができる。量子箱構造に活
性層を形成したので、キャリア閉じ込め効果が高くな
り、発光効率が向上する。又、薄膜成長工程において、
量子箱が形成されるために、製造が極めて簡単となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光効率等の素子特性を
向上させた３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法
に関する。
向上させた３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、３族窒化物半導体発光素子とし
て、バルク構造の活性層の他に超薄膜多層構造の量子井
戸構造を活性層とする発光素子が知られている。量子井
戸構造の発光素子は、注入されたキャリア（電子及び正
孔（ホール））が量子井戸層内に局在化し、キャリアの
自由度が１つ減ることにより、キャリアの運動は２次元
的となり量子サイズ効果を生じる。この量子サイズ効果
により発光効率等の素子特性が向上する。
て、バルク構造の活性層の他に超薄膜多層構造の量子井
戸構造を活性層とする発光素子が知られている。量子井
戸構造の発光素子は、注入されたキャリア（電子及び正
孔（ホール））が量子井戸層内に局在化し、キャリアの
自由度が１つ減ることにより、キャリアの運動は２次元
的となり量子サイズ効果を生じる。この量子サイズ効果
により発光効率等の素子特性が向上する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】バルク構造の活性層に
比べれば、上記の量子井戸構造の発光効率は向上する。
しかし、量子井戸構造は量子井戸層に電子及び正孔は２
次元的に閉じ込められるに過ぎないために発光効率の向
上には限界がある。そこで、量子細線、量子箱構造によ
るキャリアの高密度閉じ込めが提案されている。特開平
８−５６０５５号に量子箱構造の発光素子が開示されて
いる。しかし、その技術は、エッチング等を用いたもの
であり、量子井戸の成長過程において量子箱が形成でき
る構造のものではない。
比べれば、上記の量子井戸構造の発光効率は向上する。
しかし、量子井戸構造は量子井戸層に電子及び正孔は２
次元的に閉じ込められるに過ぎないために発光効率の向
上には限界がある。そこで、量子細線、量子箱構造によ
るキャリアの高密度閉じ込めが提案されている。特開平
８−５６０５５号に量子箱構造の発光素子が開示されて
いる。しかし、その技術は、エッチング等を用いたもの
であり、量子井戸の成長過程において量子箱が形成でき
る構造のものではない。
【０００４】よって、本発明の目的は、成長過程におい
て量子箱が形成されるようにすることであり、それによ
り量子箱としての特性の向上及び製造の容易化を図るこ
とである。
て量子箱が形成されるようにすることであり、それによ
り量子箱としての特性の向上及び製造の容易化を図るこ
とである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
３族窒化物半導体を活性層とした発光素子において、活
性層を、井戸部がAlx1Gay1In1-x1-y1N(0≦x1≦1,0 ≦y1
≦1,0 ≦x1+y1 ≦1)、障壁部がAlx2Gay2In1-x2-y2N(0≦
x2≦1,0 ≦y2≦1,0 ≦x2+y2 ≦1)で形成され、井戸部の
格子定数をa1、障壁部の格子定数をa2とする時、｜a1-a
2 ｜／a2＞０．０２を満たす量子箱で構成したことを特
徴とする。格子定数比｜a1-a2 ｜／a2が０．０２以下に
なると、障壁部上に井戸部を形成する時に、井戸部が面
状に成長するために量子箱が得られない。よって、格子
定数比が０．０２より大きいことが必要である。より望
ましくは、０．０２＜｜a1-a2 ｜／a2＜０．０２３であ
る。この範囲内で適当なサイズの量子箱を形成すること
ができる。
３族窒化物半導体を活性層とした発光素子において、活
性層を、井戸部がAlx1Gay1In1-x1-y1N(0≦x1≦1,0 ≦y1
≦1,0 ≦x1+y1 ≦1)、障壁部がAlx2Gay2In1-x2-y2N(0≦
x2≦1,0 ≦y2≦1,0 ≦x2+y2 ≦1)で形成され、井戸部の
格子定数をa1、障壁部の格子定数をa2とする時、｜a1-a
2 ｜／a2＞０．０２を満たす量子箱で構成したことを特
徴とする。格子定数比｜a1-a2 ｜／a2が０．０２以下に
なると、障壁部上に井戸部を形成する時に、井戸部が面
状に成長するために量子箱が得られない。よって、格子
定数比が０．０２より大きいことが必要である。より望
ましくは、０．０２＜｜a1-a2 ｜／a2＜０．０２３であ
る。この範囲内で適当なサイズの量子箱を形成すること
ができる。
【０００６】本発明の第２の特徴は、３族窒化物半導体
を活性層とした発光素子の製造方法において、井戸部を
Alx1Gay1In1-x1-y1N(0≦x1≦1,0 ≦y1≦1,0 ≦x1+y1 ≦
1)、障壁部をAlx2Gay2In1-x2-y2N(0≦x2≦1,0 ≦y2≦1,
0 ≦x2+y2 ≦1)で構成し、井戸部の格子定数をa1、障壁
部の格子定数をa2とする時、｜a1-a2 ｜／a2＞０．０２
とすることで、障壁部を平面状に成長させ、その後に井
戸部を成長させる時に、格子定数の差により井戸部を平
面的に成長が阻止された箱に形成することで量子箱構造
の活性層を形成することを特徴とする。
を活性層とした発光素子の製造方法において、井戸部を
Alx1Gay1In1-x1-y1N(0≦x1≦1,0 ≦y1≦1,0 ≦x1+y1 ≦
1)、障壁部をAlx2Gay2In1-x2-y2N(0≦x2≦1,0 ≦y2≦1,
0 ≦x2+y2 ≦1)で構成し、井戸部の格子定数をa1、障壁
部の格子定数をa2とする時、｜a1-a2 ｜／a2＞０．０２
とすることで、障壁部を平面状に成長させ、その後に井
戸部を成長させる時に、格子定数の差により井戸部を平
面的に成長が阻止された箱に形成することで量子箱構造
の活性層を形成することを特徴とする。
【０００７】
【発明の作用及び効果】井戸部の格子定数a1、障壁部の
格子定数a2に関して、｜a1-a2 ｜／a2＞０．０２とする
ことで、平面状に形成された障壁部の上に井戸部を箱状
（点の島状）に形成することができる。よって、箱状の
量子構造によるキャリア閉じ込め特性が向上し発光効率
が向上する。又、層を成長させた後にエッチング等の工
程を導入する必要がないために、製造が極めて容易とな
る。
格子定数a2に関して、｜a1-a2 ｜／a2＞０．０２とする
ことで、平面状に形成された障壁部の上に井戸部を箱状
（点の島状）に形成することができる。よって、箱状の
量子構造によるキャリア閉じ込め特性が向上し発光効率
が向上する。又、層を成長させた後にエッチング等の工
程を導入する必要がないために、製造が極めて容易とな
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお、本発明は下記実施例に限定さ
れるものではない。図１は、本発明の具体的な実施例に
係る発光素子（半導体レーザ）１００の構成を示した断
面図である。活性層６は量子箱構造である。発光素子１
００は、サファイア基板１を有しており、そのサファイ
ア基板１上に５０ｎｍのAlN バッファ層２が形成されて
いる。
基づいて説明する。なお、本発明は下記実施例に限定さ
れるものではない。図１は、本発明の具体的な実施例に
係る発光素子（半導体レーザ）１００の構成を示した断
面図である。活性層６は量子箱構造である。発光素子１
００は、サファイア基板１を有しており、そのサファイ
ア基板１上に５０ｎｍのAlN バッファ層２が形成されて
いる。
【０００９】そのバッファ層２の上には、順に、膜厚約
４．０μｍ、電子密度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン(S
i)ドープGaN から成るｎ層３、膜厚５００ｎｍ、電子密
度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン(Si)ドープ Al0.1Ga
0.9Nから成るｎクラッド層４、全膜厚が６５ｎｍのAlGa
N 及びGaInN から成る量子箱構造の活性層６、膜厚１０
０ｎｍ、ホール密度５×１０17／ｃｍ3 のマグネシウム
(Mg)ドープGaN から成るｐガイド層７、膜厚５００ｎ
ｍ、ホール密度５×１０17／ｃｍ3 、マグネシウム(Mg)
ドープAl0.1Ga0.9Nから成るｐクラッド層８、膜厚２０
０ｎｍ、ホール密度５×１０17／ｃｍ3 、マグネシウム
(Mg)ドープGaN から成るｐコンタクト層９が形成されて
いる。そして、ｐコンタクト層９上にNi電極１０が形成
されている。又、ｎ層３上にはAlから成る電極１１が形
成されている。
４．０μｍ、電子密度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン(S
i)ドープGaN から成るｎ層３、膜厚５００ｎｍ、電子密
度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン(Si)ドープ Al0.1Ga
0.9Nから成るｎクラッド層４、全膜厚が６５ｎｍのAlGa
N 及びGaInN から成る量子箱構造の活性層６、膜厚１０
０ｎｍ、ホール密度５×１０17／ｃｍ3 のマグネシウム
(Mg)ドープGaN から成るｐガイド層７、膜厚５００ｎ
ｍ、ホール密度５×１０17／ｃｍ3 、マグネシウム(Mg)
ドープAl0.1Ga0.9Nから成るｐクラッド層８、膜厚２０
０ｎｍ、ホール密度５×１０17／ｃｍ3 、マグネシウム
(Mg)ドープGaN から成るｐコンタクト層９が形成されて
いる。そして、ｐコンタクト層９上にNi電極１０が形成
されている。又、ｎ層３上にはAlから成る電極１１が形
成されている。
【００１０】活性層６は、図２、図３に示すように、Al
0.05Ga0.95N から成る障壁層６２の中に、 Ga0.8In0.2N
から成る井戸箱６１が略等間隔で散在した状態に構成さ
れたものである。この井戸箱６１は底面の１辺Ｄ，Ｗが
約１０ｎｍの矩形で厚さｔが５ｎｍの直方体状であり、
隣接する井戸箱との距離は略１０ｎｍで等間隔となって
いる。１つの層の中に井戸箱６１が規則性を持って散在
している層が１〜２０層の任意の範囲で積層されてい
る。
0.05Ga0.95N から成る障壁層６２の中に、 Ga0.8In0.2N
から成る井戸箱６１が略等間隔で散在した状態に構成さ
れたものである。この井戸箱６１は底面の１辺Ｄ，Ｗが
約１０ｎｍの矩形で厚さｔが５ｎｍの直方体状であり、
隣接する井戸箱との距離は略１０ｎｍで等間隔となって
いる。１つの層の中に井戸箱６１が規則性を持って散在
している層が１〜２０層の任意の範囲で積層されてい
る。
【００１１】次に、この構造の発光素子（半導体レー
ザ）の製造方法について説明する。上記発光素子１００
は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE 」と示
す）による気相成長により製造された。用いられたガス
は、NH3 とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム
(Ga(CH3)3)（以下「TMG 」と記す）とトリメチルアルミ
ニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す）とトリメチル
インジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す）とシラン
(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C
5H5)2) （以下「CP2Mg 」と記す）である。
ザ）の製造方法について説明する。上記発光素子１００
は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE 」と示
す）による気相成長により製造された。用いられたガス
は、NH3 とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム
(Ga(CH3)3)（以下「TMG 」と記す）とトリメチルアルミ
ニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す）とトリメチル
インジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す）とシラン
(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C
5H5)2) （以下「CP2Mg 」と記す）である。
【００１２】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１をMOVPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速２liter/分で約３０分反応室に流しながら
温度１１００℃でサファイア基板１をベーキングした。
ａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１をMOVPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速２liter/分で約３０分反応室に流しながら
温度１１００℃でサファイア基板１をベーキングした。
【００１３】次に、温度を４００℃まで低下させて、H2
を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を１．８×
１０-5モル／分で約９０秒間供給してAlN のバッファ層
２を約５０ｎｍの厚さに形成した。次に、サファイア基
板１の温度を１１５０℃に保持し、H2を２０liter/分、
NH3 を１０liter/分、TMG を１．７×１０-4モル／分、
H2ガスにて０．８６ｐｐｍに希釈されたシラン(SiH4)を
２０×１０-8モル／分で導入し、膜厚約４．０μｍ、電
子密度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン(Si)ドープGaN か
らなるｎ層３を形成した。
を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を１．８×
１０-5モル／分で約９０秒間供給してAlN のバッファ層
２を約５０ｎｍの厚さに形成した。次に、サファイア基
板１の温度を１１５０℃に保持し、H2を２０liter/分、
NH3 を１０liter/分、TMG を１．７×１０-4モル／分、
H2ガスにて０．８６ｐｐｍに希釈されたシラン(SiH4)を
２０×１０-8モル／分で導入し、膜厚約４．０μｍ、電
子密度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン(Si)ドープGaN か
らなるｎ層３を形成した。
【００１４】上記のｎ層３を形成した後、続いて温度を
１１００℃に保持し、H2を２０liter/分、NH3 を１０li
ter/分、TMA を５．０×１０-6モル／分、TMG を５．０
×１０-5モル／分、H2ガスにて０．８６ｐｐｍに希釈さ
れたシラン(SiH4)を８×１０-9モル／分で導入し、膜厚
５００ｎｍ、電子密度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン(S
i)ドープAl0.1Ga0.9Nからなるｎクラッド層４を形成し
た。
１１００℃に保持し、H2を２０liter/分、NH3 を１０li
ter/分、TMA を５．０×１０-6モル／分、TMG を５．０
×１０-5モル／分、H2ガスにて０．８６ｐｐｍに希釈さ
れたシラン(SiH4)を８×１０-9モル／分で導入し、膜厚
５００ｎｍ、電子密度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン(S
i)ドープAl0.1Ga0.9Nからなるｎクラッド層４を形成し
た。
【００１５】次に、温度を１１００℃に保持し、H2を２
０liter/分、TMG を５×１０-5モル／分、H2ガスにて
０．８６ｐｐｍに希釈された(SiH4)を８×１０-9モル／
分で導入し、膜厚１００ｎｍ、電子密度１×１０18／ｃ
ｍ3 のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層５を
形成した。その後、サファイア基板１の温度を１１００
℃に保持し、N2又はH2を２０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を０．５×１０-4モル／分、TMA を０．８×
１０-5モル／分で導入して、膜厚約５ｎｍのAl0.05Ga
0.95N から成る障壁層６２を形成した。続いて、温度を
８００℃に保持し、N2又はH2を２０liter/分、NH3 を１
０liter/分、TMG を０．５×１０-4モル／分、TMI を
１．６×１０-4モル／分、厚さ約５ｎｍの Ga0.8In0.2N
から成る井戸箱６１を形成した。この時、障壁層６２上
に井戸箱６１を成長させるが、 Ga0.8In0.2Nの格子定数
a1のAl0.05Ga0.95N の格子定数a2に対する格子定数比
は、｜a1-a2 ｜／a2＝０．０２２８であり、０．０２よ
り大きいので、Ga0.8In0.2N がAl0.05Ga0.95N 層上に層
状には 成長せず、島状に点在して形成される。
０liter/分、TMG を５×１０-5モル／分、H2ガスにて
０．８６ｐｐｍに希釈された(SiH4)を８×１０-9モル／
分で導入し、膜厚１００ｎｍ、電子密度１×１０18／ｃ
ｍ3 のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層５を
形成した。その後、サファイア基板１の温度を１１００
℃に保持し、N2又はH2を２０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を０．５×１０-4モル／分、TMA を０．８×
１０-5モル／分で導入して、膜厚約５ｎｍのAl0.05Ga
0.95N から成る障壁層６２を形成した。続いて、温度を
８００℃に保持し、N2又はH2を２０liter/分、NH3 を１
０liter/分、TMG を０．５×１０-4モル／分、TMI を
１．６×１０-4モル／分、厚さ約５ｎｍの Ga0.8In0.2N
から成る井戸箱６１を形成した。この時、障壁層６２上
に井戸箱６１を成長させるが、 Ga0.8In0.2Nの格子定数
a1のAl0.05Ga0.95N の格子定数a2に対する格子定数比
は、｜a1-a2 ｜／a2＝０．０２２８であり、０．０２よ
り大きいので、Ga0.8In0.2N がAl0.05Ga0.95N 層上に層
状には 成長せず、島状に点在して形成される。
【００１６】その後、Al0.05Ga0.95N 層を５ｎｍだけ形
成し、表面を平坦化した。その後、上記の井戸部として
Ga0.8In0.2N の点在的な成長と、障壁部としてAl0.05Ga
0.95N の面状成長とを多数繰り返した。このようにする
ことで、障壁層６２の中に多数の井戸箱６１が散在した
活性層６を形成した。このように、障壁層６２と井戸箱
６１とを交互に６周期だけ積層した多重量子井戸箱構造
で全体の厚さが６５ｎｍの活性層６を形成した。
成し、表面を平坦化した。その後、上記の井戸部として
Ga0.8In0.2N の点在的な成長と、障壁部としてAl0.05Ga
0.95N の面状成長とを多数繰り返した。このようにする
ことで、障壁層６２の中に多数の井戸箱６１が散在した
活性層６を形成した。このように、障壁層６２と井戸箱
６１とを交互に６周期だけ積層した多重量子井戸箱構造
で全体の厚さが６５ｎｍの活性層６を形成した。
【００１７】続いて、温度を１１００℃に保持し、N2又
はH2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMG を０．
５×１０-4モル／分、Cp2Mg を２×１０-7モル／分で導
入して、マグネシウム(Mg)がドーピングされた、膜厚約
１０ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープGaN からなるｐガイ
ド層７を形成した。
はH2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMG を０．
５×１０-4モル／分、Cp2Mg を２×１０-7モル／分で導
入して、マグネシウム(Mg)がドーピングされた、膜厚約
１０ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープGaN からなるｐガイ
ド層７を形成した。
【００１８】次に、温度を１１００℃に保持し、N2又は
H2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を５×１
０-6モル／分、TMG を５×１０-5モル／分、及び、Cp2M
g を２×１０-7モル／分で導入して、マグネシウム(Mg)
がドーピングされた、膜厚約１００ｎｍのマグネシウム
(Mg)ドープのAl0.1Ga0.9N からなるｐクラッド層８を形
成した。
H2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を５×１
０-6モル／分、TMG を５×１０-5モル／分、及び、Cp2M
g を２×１０-7モル／分で導入して、マグネシウム(Mg)
がドーピングされた、膜厚約１００ｎｍのマグネシウム
(Mg)ドープのAl0.1Ga0.9N からなるｐクラッド層８を形
成した。
【００１９】次に、温度を１１００℃に保持し、N2又は
H2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMG を５×１
０-5モル／分、Cp2Mg を２×１０-7モル／分で導入し
て、マグネシウム(Mg)がドーピングされた、膜厚約２０
０ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN からなるｐコン
タクト層９を形成した。
H2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMG を５×１
０-5モル／分、Cp2Mg を２×１０-7モル／分で導入し
て、マグネシウム(Mg)がドーピングされた、膜厚約２０
０ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN からなるｐコン
タクト層９を形成した。
【００２０】次に、電子線照射装置を用いて、ｐコンタ
クト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７に一様に電
子線を照射した。電子線の照射条件は、加速電圧約１０
ｋＶ、試料電流１μＡ、ビームの移動速度０．２ｍｍ／
ｓｅｃ、ビーム径６０μｍφ、真空度５．０×１０-5Ｔ
ｏｒｒである。この電子線の照射により、ｐコンタクト
層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７はそれぞれ、ホ
ール濃度５×１０17／ｃｍ3 、５×１０17／ｃｍ3 、５
×１０17／ｃｍ3 となった。このようにして多層構造の
ウエハを形成することができた。
クト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７に一様に電
子線を照射した。電子線の照射条件は、加速電圧約１０
ｋＶ、試料電流１μＡ、ビームの移動速度０．２ｍｍ／
ｓｅｃ、ビーム径６０μｍφ、真空度５．０×１０-5Ｔ
ｏｒｒである。この電子線の照射により、ｐコンタクト
層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７はそれぞれ、ホ
ール濃度５×１０17／ｃｍ3 、５×１０17／ｃｍ3 、５
×１０17／ｃｍ3 となった。このようにして多層構造の
ウエハを形成することができた。
【００２１】次に、図４に示すように、ｐコンタクト層
９の上に、スパッタリングによりSiO2層１２を２００ｎ
ｍの厚さに形成し、そのSiO2層１２上にフォトレジスト
１３を塗布した。そして、フォトリソグラフにより、図
４に示すように、ｐコンタクト層９上において、ｎ層３
に対する電極形成部位Ａ’のフォトレジスト１３を除去
した。次に、図５に示すように、フォトレジスト１３に
よって覆われていないSiO2層１２をフッ化水素酸系エッ
チング液で除去した。
９の上に、スパッタリングによりSiO2層１２を２００ｎ
ｍの厚さに形成し、そのSiO2層１２上にフォトレジスト
１３を塗布した。そして、フォトリソグラフにより、図
４に示すように、ｐコンタクト層９上において、ｎ層３
に対する電極形成部位Ａ’のフォトレジスト１３を除去
した。次に、図５に示すように、フォトレジスト１３に
よって覆われていないSiO2層１２をフッ化水素酸系エッ
チング液で除去した。
【００２２】次に、フォトレジスト１３及びSiO2層１２
によって覆われていない部位のｐコンタクト層９、ｐク
ラッド層８、ｐガイド層７、活性層６、ｎガイド層５、
ｎクラッド層４及びｎ層３の一部を真空度０．０４Ｔｏ
ｒｒ、高周波電力０．４４Ｗ／ｃｍ2 、BCl3ガスを１０
ｍｌ／分の割合で供給しドライエッチングし、その後Ar
でドライエッチングした。この工程で、図６に示すよう
に、ｎ層３に対する電極取り出しのための孔Ａ並びに共
振器面（紙面に対して垂直方向、図示せず）が形成され
た。その後、SiO2層１２を除去した。
によって覆われていない部位のｐコンタクト層９、ｐク
ラッド層８、ｐガイド層７、活性層６、ｎガイド層５、
ｎクラッド層４及びｎ層３の一部を真空度０．０４Ｔｏ
ｒｒ、高周波電力０．４４Ｗ／ｃｍ2 、BCl3ガスを１０
ｍｌ／分の割合で供給しドライエッチングし、その後Ar
でドライエッチングした。この工程で、図６に示すよう
に、ｎ層３に対する電極取り出しのための孔Ａ並びに共
振器面（紙面に対して垂直方向、図示せず）が形成され
た。その後、SiO2層１２を除去した。
【００２３】次に、一様にNiを蒸着し、フォトレジスト
の塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程を
経て、ｐコンタクト層９の上に電極１０を形成した。一
方、ｎ層３に対しては、アルミニウムを蒸着して電極１
１を形成した。その後、上記のごとく処理されたウエハ
は、各素子毎に切断され図１に示す構造の半導体レーザ
を得た。
の塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程を
経て、ｐコンタクト層９の上に電極１０を形成した。一
方、ｎ層３に対しては、アルミニウムを蒸着して電極１
１を形成した。その後、上記のごとく処理されたウエハ
は、各素子毎に切断され図１に示す構造の半導体レーザ
を得た。
【００２４】この製造方法にて作製された量子井戸箱は
周囲が完全に障壁層で取り囲まれており、障壁層の中に
量子井戸が散在した構造となっている。この構造のた
め、３次元的な閉じ込めが可能となり、キャリアの自由
度がなくなるため遷移確率が向上し、発光効率が向上し
た。
周囲が完全に障壁層で取り囲まれており、障壁層の中に
量子井戸が散在した構造となっている。この構造のた
め、３次元的な閉じ込めが可能となり、キャリアの自由
度がなくなるため遷移確率が向上し、発光効率が向上し
た。
【００２５】上記実施例において、活性層は多重量子井
戸箱構造としているが、量子井戸箱を１層だけ形成した
単一量子井戸箱構造としても良い。さらに、活性層は３
元系のGaInN やAlGaN でなくその他の３族窒化物半導
体、例えば、GaN 、４元系のAlGaInN によって井戸層、
障壁層が構成されていてもよい。上記実施例では、活性
層に不純物を添加しなかったが、ドナー不純物やアクセ
プタ不純物の一方、又は、両方を添加しても良い。活性
層にドナー不純物やアクセプタ不純物を添加する場合に
は、アクセプタ不純物として２族元素のベリリウム(B
e)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水
銀(Hg)を用いても良い。２族元素をアクセプタ不純物と
して用いる場合は、ドナー不純物として４族元素の炭素
(C) 、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、鉛(P
b)を用いることがてきる。又、４族元素をアクセプタ不
純物として用いる場合は、ドナー不純物として６族元素
の硫黄(S) 、セレン(Se)、テルル(Te)を用いることがで
きる。
戸箱構造としているが、量子井戸箱を１層だけ形成した
単一量子井戸箱構造としても良い。さらに、活性層は３
元系のGaInN やAlGaN でなくその他の３族窒化物半導
体、例えば、GaN 、４元系のAlGaInN によって井戸層、
障壁層が構成されていてもよい。上記実施例では、活性
層に不純物を添加しなかったが、ドナー不純物やアクセ
プタ不純物の一方、又は、両方を添加しても良い。活性
層にドナー不純物やアクセプタ不純物を添加する場合に
は、アクセプタ不純物として２族元素のベリリウム(B
e)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水
銀(Hg)を用いても良い。２族元素をアクセプタ不純物と
して用いる場合は、ドナー不純物として４族元素の炭素
(C) 、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、鉛(P
b)を用いることがてきる。又、４族元素をアクセプタ不
純物として用いる場合は、ドナー不純物として６族元素
の硫黄(S) 、セレン(Se)、テルル(Te)を用いることがで
きる。
【００２６】又、上記の発光素子は発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）としても用いることができる。又、ｎ層３の電子
密度は１×１０16〜１×１０20／ｃｍ3 が望ましい。電
子密度が１×１０20／ｃｍ3 以上になると、不純物濃度
が高くなり結晶性が低下し発光効率が低下するので望ま
しくなく、１×１０16以下となると、直列抵抗が高くな
りすぎるので望ましくない。ｎクラッド層４の電子密度
は１×１０14〜１×１０18／ｃｍ3 が望ましい。電子密
度が１×１０18／ｃｍ3 以上になると、不純物濃度が高
くなり結晶性が低下し発光効率が低下するので望ましく
なく、１×１０14以下となると、直列抵抗が高くなりす
ぎるので望ましくない。
ＥＤ）としても用いることができる。又、ｎ層３の電子
密度は１×１０16〜１×１０20／ｃｍ3 が望ましい。電
子密度が１×１０20／ｃｍ3 以上になると、不純物濃度
が高くなり結晶性が低下し発光効率が低下するので望ま
しくなく、１×１０16以下となると、直列抵抗が高くな
りすぎるので望ましくない。ｎクラッド層４の電子密度
は１×１０14〜１×１０18／ｃｍ3 が望ましい。電子密
度が１×１０18／ｃｍ3 以上になると、不純物濃度が高
くなり結晶性が低下し発光効率が低下するので望ましく
なく、１×１０14以下となると、直列抵抗が高くなりす
ぎるので望ましくない。
【００２７】ｐクラッド層８のホール密度は１×１０17
〜１×１０18／ｃｍ3 が望ましい。ホール密度が１×１
０18／ｃｍ3 以上となると、不純物濃度が高くなり結晶
性が低下し発光効率が低下するので望ましくなく、１×
１０17／ｃｍ3 以下となると、直列抵抗が高くなりすぎ
るので望ましくない。
〜１×１０18／ｃｍ3 が望ましい。ホール密度が１×１
０18／ｃｍ3 以上となると、不純物濃度が高くなり結晶
性が低下し発光効率が低下するので望ましくなく、１×
１０17／ｃｍ3 以下となると、直列抵抗が高くなりすぎ
るので望ましくない。
【００２８】ｐコンタクト層９はホール密度が１×１０
17〜８×１０21／ｃｍ3 が望ましい。金属電極に対しオ
ーミック性を向上させることができるからである。
17〜８×１０21／ｃｍ3 が望ましい。金属電極に対しオ
ーミック性を向上させることができるからである。
【００２９】また、ｐガイド層、ｐクラッド層及びｐコ
ンタクト層を電子線照射により低抵抗化したが、熱アニ
ーリング、N2プラズマガス中での熱処理、レーザ照射に
よって行ってもよい。また、上記実施例では半導体レー
ザについてであるが、発光ダイオード（ＬＥＤ）に用い
ることもできる。
ンタクト層を電子線照射により低抵抗化したが、熱アニ
ーリング、N2プラズマガス中での熱処理、レーザ照射に
よって行ってもよい。また、上記実施例では半導体レー
ザについてであるが、発光ダイオード（ＬＥＤ）に用い
ることもできる。
【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る半導体レー
ザの構成を示した構成図
ザの構成を示した構成図
【図２】同実施例の半導体レーザの活性層の構成を示し
た構成図
た構成図
【図３】同実施例の半導体レーザのｎガイド層、活性
層、ｐガイド層の構成を示した断面図。
層、ｐガイド層の構成を示した断面図。
【図４】同実施例の半導体レーザの製造工程を示した断
面図
面図
【図５】同実施例の半導体レーザの製造工程を示した断
面図
面図
【図６】同実施例の半導体レーザの製造工程を示した断
面図
面図
１００…半導体レーザ １…サファイア基板 ２…バッファ層 ３…ｎ層 ４…ｎ層（クラッド層） ５…ｎ層（ガイド層） ６…活性層 ６２…障壁層（障壁部） ６１…井戸箱（井戸部） ７…ｐ層（ガイド層） ８…ｐ層（クラッド層） ９…ｐ層（コンタクト層） １０…ｐ電極 １１…ｎ電極
Claims (4)
- 【請求項１】３族窒化物半導体を活性層とした発光素子
において、 前記活性層を、井戸部がAlx1Gay1In1-x1-y1N(0≦x1≦1,
0 ≦y1≦1,0 ≦x1+y1≦1)、障壁部がAlx2Gay2In1-x2-y2
N(0≦x2≦1,0 ≦y2≦1,0 ≦x2+y2 ≦1)で形成され、前
記井戸部の格子定数をa1、前記障壁部の格子定数をa2と
する時、 ｜a1-a2 ｜／a2＞０．０２を満たす量子箱で構成したこ
とを特徴とする３族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】前記井戸部は、Gay3In1-y3N(0 ≦Y3≦1)、
前記障壁部は、Alx3Ga1-X3N(0 ≦x3≦1)で構成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体
発光素子。 - 【請求項３】３族窒化物半導体を活性層とした発光素子
の製造方法において、 井戸部をAlx1Gay1In1-x1-y1N(0≦x1≦1,0 ≦y1≦1,0 ≦
x1+y1 ≦1)、障壁部をAlx2Gay2In1-x2-y2N(0≦x2≦1,0
≦y2≦1,0 ≦x2+y2 ≦1)で構成し、前記井戸部の格子定
数をa1、前記障壁部の格子定数をa2とする時、｜a1-a2
｜／a2＞０．０２とすることで、前記障壁部を平面状に
成長させ、その後に前記井戸部を成長させる時に、格子
定数の差により前記井戸部を平面的に成長が阻止された
箱に形成することで量子箱構造の活性層を形成すること
を特徴とする３族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項４】前記井戸部は、Gay3In1-y3N(0 ≦Y3≦1)、
前記障壁部は、Alx3Ga1-X3N(0 ≦x3≦1)で構成されてい
ることを特徴とする請求項３に記載の３族窒化物半導体
発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30794497A JP3884148B2 (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | ３族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30794497A JP3884148B2 (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | ３族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11126949A true JPH11126949A (ja) | 1999-05-11 |
| JP3884148B2 JP3884148B2 (ja) | 2007-02-21 |
Family
ID=17975063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30794497A Expired - Fee Related JP3884148B2 (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | ３族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3884148B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2456756A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-29 | Sharp Kk | AlInGaN Light-Emitting devices |
| JP2010503228A (ja) * | 2006-09-08 | 2010-01-28 | エージェンシー フォー サイエンス，テクノロジー アンド リサーチ | 波長可変発光ダイオード |
| JP2011523206A (ja) * | 2008-06-04 | 2011-08-04 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体デバイス |
-
1997
- 1997-10-21 JP JP30794497A patent/JP3884148B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010503228A (ja) * | 2006-09-08 | 2010-01-28 | エージェンシー フォー サイエンス，テクノロジー アンド リサーチ | 波長可変発光ダイオード |
| GB2456756A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-29 | Sharp Kk | AlInGaN Light-Emitting devices |
| US7858962B2 (en) | 2008-01-16 | 2010-12-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | AlInGaN light-emitting device |
| JP2011523206A (ja) * | 2008-06-04 | 2011-08-04 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体デバイス |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3884148B2 (ja) | 2007-02-21 |
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