JP2003101156A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数波長の発光素子をモノリシックに形成し
て成る半導体発光装置とその製造方法を提供する。 【解決手段】 ｎ型ＧａＮ基板１１上にｎ型ＧａＮバッ
ファ層１２が形成された基板１に、波長の異なる半導体
レーザＬＤ１，ＬＤ２が一体に形成される。ＬＤ１側の
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２ａは、基板のｃ面を反映し
た平面Ａを有し、ＬＤ２側のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
２ｂは、傾斜面Ｂをもって形成される。これらの上に、
ｎ型ＧａＮ光導波層３ａ，３ｂ、ＩｎＧａＮ活性層４
ａ，４ｂ、ｐ型ＧａＮ光導波層５ａ，５ｂ、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層７ａ，７ｂ、ｐ型コンタクト層８ａ，８
ｂが順次形成される。
て成る半導体発光装置とその製造方法を提供する。 【解決手段】 ｎ型ＧａＮ基板１１上にｎ型ＧａＮバッ
ファ層１２が形成された基板１に、波長の異なる半導体
レーザＬＤ１，ＬＤ２が一体に形成される。ＬＤ１側の
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２ａは、基板のｃ面を反映し
た平面Ａを有し、ＬＤ２側のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
２ｂは、傾斜面Ｂをもって形成される。これらの上に、
ｎ型ＧａＮ光導波層３ａ，３ｂ、ＩｎＧａＮ活性層４
ａ，４ｂ、ｐ型ＧａＮ光導波層５ａ，５ｂ、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層７ａ，７ｂ、ｐ型コンタクト層８ａ，８
ｂが順次形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、基板上に異なる
２波長の発光素子を一体形成してなる半導体発光装置と
その製造方法に関する。
２波長の発光素子を一体形成してなる半導体発光装置と
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、家庭電化製品，ＯＡ機器，通
信機器，工業計測器などさまざまな分野で半導体レーザ
が用いられている。特に近年、高密度光ディスク記録等
への応用を目的として短波長の半導体レーザの開発が注
力されている。短波長半導体レーザには、ＧａＮ，Ａｌ
ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮ，ＧａＰＮなどの
窒素を含む六方晶化合物半導体（以下、単に窒化物半導
体という）が用いられる。このような窒化物半導体を用
いて、３５０ｎｍ以下までの短波長が可能で，４００ｎ
ｍでの発振動作が報告されている。信頼性に関しても、
ＬＥＤにおいて１万時間以上の寿命が確認されている。
信機器，工業計測器などさまざまな分野で半導体レーザ
が用いられている。特に近年、高密度光ディスク記録等
への応用を目的として短波長の半導体レーザの開発が注
力されている。短波長半導体レーザには、ＧａＮ，Ａｌ
ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮ，ＧａＰＮなどの
窒素を含む六方晶化合物半導体（以下、単に窒化物半導
体という）が用いられる。このような窒化物半導体を用
いて、３５０ｎｍ以下までの短波長が可能で，４００ｎ
ｍでの発振動作が報告されている。信頼性に関しても、
ＬＥＤにおいて１万時間以上の寿命が確認されている。
【０００３】一方これまで、モノリシックに２波長以上
の波長で発振する半導体レーザを作る試みもなされてい
る。異なる波長が発光材料の同一組成比で発振可能であ
る場合には、共振器構造などを違えて発振させることが
可能である。しかし、２波長が大きく異なり、これらを
同一組成比で発振させるのが難しい場合にはそれぞれの
発光層を作るために別々の工程が必要であった。具体的
には、二つの発光層を順次に積層形成するか、或いは、
一方の発光層を作る際に他方の発光層領域をマスクし、
もう一度マスクを反転して他方の発光層の作成を行う必
要がある．
の波長で発振する半導体レーザを作る試みもなされてい
る。異なる波長が発光材料の同一組成比で発振可能であ
る場合には、共振器構造などを違えて発振させることが
可能である。しかし、２波長が大きく異なり、これらを
同一組成比で発振させるのが難しい場合にはそれぞれの
発光層を作るために別々の工程が必要であった。具体的
には、二つの発光層を順次に積層形成するか、或いは、
一方の発光層を作る際に他方の発光層領域をマスクし、
もう一度マスクを反転して他方の発光層の作成を行う必
要がある．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、２波長
レーザをモノリシックに作るには、工程数が多く、コス
トが上がり、歩留まりは低下する。特に、ＧａＮ系の窒
化物半導体においては、長波長にするためにＩｎの組成
を高くする必要があるが、Ｉｎの組成比が２５％以上，
波長４５０ｎｍ以上では、Ｉｎ組成の不均一により半導
体レーザは発振不能となる。
レーザをモノリシックに作るには、工程数が多く、コス
トが上がり、歩留まりは低下する。特に、ＧａＮ系の窒
化物半導体においては、長波長にするためにＩｎの組成
を高くする必要があるが、Ｉｎの組成比が２５％以上，
波長４５０ｎｍ以上では、Ｉｎ組成の不均一により半導
体レーザは発振不能となる。
【０００５】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的は、複数波長の発光素子をモノリシックに
形成して成る半導体発光装置とその製造方法を提供する
ことにある。
で、その目的は、複数波長の発光素子をモノリシックに
形成して成る半導体発光装置とその製造方法を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体発
光装置は、半導体基板と、この半導体基板の主面に、そ
の主面と平行な平面と主面から傾斜した傾斜面をもって
形成された六方晶窒化物からなる半導体層と、この半導
体層の前記平面上及び傾斜面上にそれぞれ形成されてＩ
ｎを互いに異なる組成比で含んだ、六方晶窒化物半導体
からなる第１及び第２の発光層と、を有することを特徴
とする。
光装置は、半導体基板と、この半導体基板の主面に、そ
の主面と平行な平面と主面から傾斜した傾斜面をもって
形成された六方晶窒化物からなる半導体層と、この半導
体層の前記平面上及び傾斜面上にそれぞれ形成されてＩ
ｎを互いに異なる組成比で含んだ、六方晶窒化物半導体
からなる第１及び第２の発光層と、を有することを特徴
とする。
【０００７】この発明に係る半導体発光装置の製造方法
は、半導体基板の主面上に、その主面と平行な平面と主
面から傾斜した傾斜面をもつように六方晶窒化物からな
る半導体層を形成する工程と、前記半導体層の前記平面
上及び傾斜面上にそれぞれ、Ｉｎを互いに異なる組成比
で含んだ、六方晶窒化物半導体からなる第１及び第２の
発光層を同時に形成する工程と、を有することを特徴と
する。この場合、半導体層の傾斜面は、半導体層を成長
させた後、メサエッチングにより形成するか或いは、成
長阻止用マスクを用いて半導体層を成長させることによ
り形成する。
は、半導体基板の主面上に、その主面と平行な平面と主
面から傾斜した傾斜面をもつように六方晶窒化物からな
る半導体層を形成する工程と、前記半導体層の前記平面
上及び傾斜面上にそれぞれ、Ｉｎを互いに異なる組成比
で含んだ、六方晶窒化物半導体からなる第１及び第２の
発光層を同時に形成する工程と、を有することを特徴と
する。この場合、半導体層の傾斜面は、半導体層を成長
させた後、メサエッチングにより形成するか或いは、成
長阻止用マスクを用いて半導体層を成長させることによ
り形成する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を説明する。 ［実施の形態１］図１は、この発明の実施の形態に係わ
る半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。この実
施の形態では、一つの半導体基板１上に、波長の異なる
二つの半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２が集積形成されてい
る。ここで半導体基板１は、六方晶窒化物半導体であ
り、具体的にはｎ型ＧａＮ基板１１に、ｎ型ＧａＮバッ
ファ層１２が成長形成されたものである。
の実施の形態を説明する。 ［実施の形態１］図１は、この発明の実施の形態に係わ
る半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。この実
施の形態では、一つの半導体基板１上に、波長の異なる
二つの半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２が集積形成されてい
る。ここで半導体基板１は、六方晶窒化物半導体であ
り、具体的にはｎ型ＧａＮ基板１１に、ｎ型ＧａＮバッ
ファ層１２が成長形成されたものである。
【０００９】第１の半導体レーザＬＤ１は、半導体基板
１のバッファ層１２上に、Ｓｉドープのｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層２ａ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ａ、ＩｎＧａＮ
活性層（多重量子井戸層）４ａ、ｐ型ＧａＮ光導波層５
ａ、Ｍｇドープのｐ型クラッド層６ａが順次積層されて
形成されている。第２の半導体レーザＬＤ２は、半導体
基板１のバッファ層１２上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層２ｂ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ｂ、ＩｎＧａＮ活性層
（多重量子井戸層）４ｂ、ｐ型ＧａＮ光導波層５ｂ、ｐ
型クラッド層６ｂが順次積層されて形成されている。
１のバッファ層１２上に、Ｓｉドープのｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層２ａ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ａ、ＩｎＧａＮ
活性層（多重量子井戸層）４ａ、ｐ型ＧａＮ光導波層５
ａ、Ｍｇドープのｐ型クラッド層６ａが順次積層されて
形成されている。第２の半導体レーザＬＤ２は、半導体
基板１のバッファ層１２上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層２ｂ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ｂ、ＩｎＧａＮ活性層
（多重量子井戸層）４ｂ、ｐ型ＧａＮ光導波層５ｂ、ｐ
型クラッド層６ｂが順次積層されて形成されている。
【００１０】ここで、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２ａと
２ｂ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ａと３ｂ、ＩｎＧａＮ活性
層（多重量子井戸層）４ａと４ｂ、ｐ型ＧａＮ光導波層
５ａと５ｂ、ｐ型クラッド層６ａと６ｂは、後に説明す
るように、同時に結晶成長され、素子形成後にバッファ
層１２に達する溝１３を形成して分離されている。但
し、半導体レーザＬＤ１では、ｎ型クラッド層２ａの上
面がバッファ層１２の主面（ｃ面）と同じ平面Ａをもっ
て形成されて、この上に発光層が形成されているのに対
し、半導体レーザＬＤ２では、ｎ型クラッド層２ｂの上
面が傾斜面Ｂをもって形成され、従ってこの上に形成さ
れる発光層も傾斜面を持つ。
２ｂ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ａと３ｂ、ＩｎＧａＮ活性
層（多重量子井戸層）４ａと４ｂ、ｐ型ＧａＮ光導波層
５ａと５ｂ、ｐ型クラッド層６ａと６ｂは、後に説明す
るように、同時に結晶成長され、素子形成後にバッファ
層１２に達する溝１３を形成して分離されている。但
し、半導体レーザＬＤ１では、ｎ型クラッド層２ａの上
面がバッファ層１２の主面（ｃ面）と同じ平面Ａをもっ
て形成されて、この上に発光層が形成されているのに対
し、半導体レーザＬＤ２では、ｎ型クラッド層２ｂの上
面が傾斜面Ｂをもって形成され、従ってこの上に形成さ
れる発光層も傾斜面を持つ。
【００１１】各半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２のｐ型クラ
ッド層６ａ，６ｂの表面には、ｐ型ＧａＮコンタクト層
７ａ，７ｂが形成され、それぞれにｐ側電極８ａ，８ｂ
が形成されている。ｐ型コンタクト層７ａ，７ｂ及びそ
の下のクラッド層６ａ，６ｂは、電流狭窄及び横方向の
光閉じ込めのため、メサエッチングされている。基板１
の裏面には共通のｎ側電極９が形成されている。溝１３
により分離された各半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２は、Ｚ
ｒＯ２等の絶縁膜によるパシベーション膜１４で覆われ
ている。
ッド層６ａ，６ｂの表面には、ｐ型ＧａＮコンタクト層
７ａ，７ｂが形成され、それぞれにｐ側電極８ａ，８ｂ
が形成されている。ｐ型コンタクト層７ａ，７ｂ及びそ
の下のクラッド層６ａ，６ｂは、電流狭窄及び横方向の
光閉じ込めのため、メサエッチングされている。基板１
の裏面には共通のｎ側電極９が形成されている。溝１３
により分離された各半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２は、Ｚ
ｒＯ２等の絶縁膜によるパシベーション膜１４で覆われ
ている。
【００１２】この実施の形態では、平面Ａ上に結晶成長
されたレーザＬＤ１のＩｎＧａＮ活性層４ａと、傾斜面
Ｂ上に結晶成長されたレーザＬＤ２のＩｎＧａＮ活性層
４ｂとが異なるＩｎ組成比を持つこと、具体的には、傾
斜面Ｂ上に成長したレーザＬＤ２のＩｎＧａＮ活性層４
ｂのＩｎ組成比が高くなることを利用している。これに
より、半導体レーザＬＤ２は、半導体レーザＬＤ１に比
べて、長波長の発振が可能になる。
されたレーザＬＤ１のＩｎＧａＮ活性層４ａと、傾斜面
Ｂ上に結晶成長されたレーザＬＤ２のＩｎＧａＮ活性層
４ｂとが異なるＩｎ組成比を持つこと、具体的には、傾
斜面Ｂ上に成長したレーザＬＤ２のＩｎＧａＮ活性層４
ｂのＩｎ組成比が高くなることを利用している。これに
より、半導体レーザＬＤ２は、半導体レーザＬＤ１に比
べて、長波長の発振が可能になる。
【００１３】この実施の形態の具体的な製造工程を、図
２〜図６を参照して説明する。結晶成長には、ＭＯＣＶ
Ｄ法を用いる。ＧａＮ基板１１を有機溶剤と酸で前処理
を行った後に、ＭＯＣＶＤ装置の成長室に導入し、基板
温度が１０３０℃になるまで窒素雰囲気中で昇温して、
成長開始前に少量の水素を原料ガスを流す前に流し表面
の酸化膜を除去する。その後、図２に示すように、通常
のＭＯＣＶＤ成長法で、ｎ型バッファ層１２を成長し、
ガス切り換えを行ってｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２を成
長する。
２〜図６を参照して説明する。結晶成長には、ＭＯＣＶ
Ｄ法を用いる。ＧａＮ基板１１を有機溶剤と酸で前処理
を行った後に、ＭＯＣＶＤ装置の成長室に導入し、基板
温度が１０３０℃になるまで窒素雰囲気中で昇温して、
成長開始前に少量の水素を原料ガスを流す前に流し表面
の酸化膜を除去する。その後、図２に示すように、通常
のＭＯＣＶＤ成長法で、ｎ型バッファ層１２を成長し、
ガス切り換えを行ってｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２を成
長する。
【００１４】この後、基板を一旦成長室から取り出し、
第２の半導体レーザＬＤ２の領域のクラッド層をメサエ
ッチングして傾斜面を形成する。具体的には、図３に破
線で示すように、二つのレーザ領域を覆うマスク３１’
を形成し、その端部が次第に後退して、実線のマスク３
１となるようなエッチング条件に設定された反応性イオ
ンエッチングを行って、第２の半導体レーザＬＤ２の領
域のクラッド層２に傾斜面Ｂを形成する。エッチング条
件は、イオンの引き出し電圧を通常のメサ形成時より低
めに設定して、スパッタリングよりも反応性エッチング
が支配的になる条件とする。このとき、イオンの引き出
し電圧を加減することにより、傾斜角度をコントロール
することができる。
第２の半導体レーザＬＤ２の領域のクラッド層をメサエ
ッチングして傾斜面を形成する。具体的には、図３に破
線で示すように、二つのレーザ領域を覆うマスク３１’
を形成し、その端部が次第に後退して、実線のマスク３
１となるようなエッチング条件に設定された反応性イオ
ンエッチングを行って、第２の半導体レーザＬＤ２の領
域のクラッド層２に傾斜面Ｂを形成する。エッチング条
件は、イオンの引き出し電圧を通常のメサ形成時より低
めに設定して、スパッタリングよりも反応性エッチング
が支配的になる条件とする。このとき、イオンの引き出
し電圧を加減することにより、傾斜角度をコントロール
することができる。
【００１５】この後、再び基板をＭＯＣＶＤ成長炉に導
入し、図４に示すように、ｎ型ＧａＮ光導波層３、Ｉｎ
ＧａＮ活性層４、ｐ型ＧａＮ光導波層５、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層６、ｐ型コンタクト層７を順次形成する。
そして基板を成長炉より取り出し、図５に示すように、
ｐ型コンタクト層７上にｐ側電極８ａ，８ｂをパターン
形成する。このとき、電極８ａ，８ｂを覆うマスクを用
いて、電極８ａ，８ｂをパターンニングすると共に、引
き続きｐ型クラッド層６をメサエッチングする。続い
て、素子間を分離するために、図６に示すように、ｎ型
バッファ層１２に達する溝１３のエッチングを行う。そ
して、図１に示すように、素子側面を覆うパッシベーシ
ョン膜１４としてＺｒＯ２膜を形成する。最後にＧａＮ
基板１１を研磨して厚さが１００μｍ程度になるように
した後、ｎ側電極９を形成し、２つの半導体レーザＬＤ
１，ＬＤ２をペアとして含むように、ダイシングにより
分割する。
入し、図４に示すように、ｎ型ＧａＮ光導波層３、Ｉｎ
ＧａＮ活性層４、ｐ型ＧａＮ光導波層５、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層６、ｐ型コンタクト層７を順次形成する。
そして基板を成長炉より取り出し、図５に示すように、
ｐ型コンタクト層７上にｐ側電極８ａ，８ｂをパターン
形成する。このとき、電極８ａ，８ｂを覆うマスクを用
いて、電極８ａ，８ｂをパターンニングすると共に、引
き続きｐ型クラッド層６をメサエッチングする。続い
て、素子間を分離するために、図６に示すように、ｎ型
バッファ層１２に達する溝１３のエッチングを行う。そ
して、図１に示すように、素子側面を覆うパッシベーシ
ョン膜１４としてＺｒＯ２膜を形成する。最後にＧａＮ
基板１１を研磨して厚さが１００μｍ程度になるように
した後、ｎ側電極９を形成し、２つの半導体レーザＬＤ
１，ＬＤ２をペアとして含むように、ダイシングにより
分割する。
【００１６】この実施の形態において、第２の半導体レ
ーザＬＤ２の活性層を形成する傾斜面Ｂの角度により、
活性層に含まれるＩｎ量がコントロールされる。具体的
に図７は、傾斜面（ｃ軸とＲ軸とが作る平面に対して垂
直で且つｃ面から傾斜した面）の角度とその傾斜面上に
形成されたＩｎＧａＮ層のＩｎ組成比の関係を示してい
る。このデータは、ＩｎＧａＮのＩｎ組成比がｃ面上で
１１％になるような成長条件、具体的には成長温度８５
０℃、原料ガスであるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）
とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）の気相比０．９で行っ
た場合のものである。この成長条件により、傾斜面上で
は最大４５％のＩｎ組成比が得られている。成長条件を
変えて、ｃ面上でのＩｎ組成比が大きくなるようにする
と、各角度でのＩｎ組成比の角度に対する変化量はさら
に大きくなり、ｃ面上でのＩｎ組成比が小さくなる成長
条件で行うとＩｎ組成比の角度に対する変化量は小さく
なる．
ーザＬＤ２の活性層を形成する傾斜面Ｂの角度により、
活性層に含まれるＩｎ量がコントロールされる。具体的
に図７は、傾斜面（ｃ軸とＲ軸とが作る平面に対して垂
直で且つｃ面から傾斜した面）の角度とその傾斜面上に
形成されたＩｎＧａＮ層のＩｎ組成比の関係を示してい
る。このデータは、ＩｎＧａＮのＩｎ組成比がｃ面上で
１１％になるような成長条件、具体的には成長温度８５
０℃、原料ガスであるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）
とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）の気相比０．９で行っ
た場合のものである。この成長条件により、傾斜面上で
は最大４５％のＩｎ組成比が得られている。成長条件を
変えて、ｃ面上でのＩｎ組成比が大きくなるようにする
と、各角度でのＩｎ組成比の角度に対する変化量はさら
に大きくなり、ｃ面上でのＩｎ組成比が小さくなる成長
条件で行うとＩｎ組成比の角度に対する変化量は小さく
なる．
【００１７】具体的にこの実施の形態において、第２の
半導体レーザＬＤ２の活性層のＩｎ組成比を第１の半導
体レーザＬＤ１のそれに対して十分な有意差をもって大
きくするためには、傾斜角度の設定が重要である。図８
に示した六方晶系の結晶軸を参照して説明すれば、半導
体基板１の主面をｃ面として、第２の半導体レーザＬＤ
２の活性層の傾斜面Ｂは、ｃ軸とＲ軸とが作る平面に対
して垂直で且つｃ面とのなす角が３０度以上とすること
により、Ｉｎ組成比２５〜４５％を得ることができて好
ましい。或いは、ｃ軸とａ軸とが作る平面に対して垂直
で且つｃ面とのなす角が３０度以上の面であることが好
ましい。
半導体レーザＬＤ２の活性層のＩｎ組成比を第１の半導
体レーザＬＤ１のそれに対して十分な有意差をもって大
きくするためには、傾斜角度の設定が重要である。図８
に示した六方晶系の結晶軸を参照して説明すれば、半導
体基板１の主面をｃ面として、第２の半導体レーザＬＤ
２の活性層の傾斜面Ｂは、ｃ軸とＲ軸とが作る平面に対
して垂直で且つｃ面とのなす角が３０度以上とすること
により、Ｉｎ組成比２５〜４５％を得ることができて好
ましい。或いは、ｃ軸とａ軸とが作る平面に対して垂直
で且つｃ面とのなす角が３０度以上の面であることが好
ましい。
【００１８】このような好ましい条件で作成した素子を
動作させたところ、二つの半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２
ともに、しきい値３５ｍＡで室温連続発振した。発振波
長は第１のレーザＬＤ１が４０５ｎｍであり、第２のレ
ーザが４５０ｎｍであった。動作電圧は３．１Ｖであ
り、それぞれの発振しきい値はほぼ同じであった。信頼
性は、温度を７０℃に設定しての加速試験において、１
０万時間相当の信頼性試験を行っても劣化は見られなか
った。
動作させたところ、二つの半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２
ともに、しきい値３５ｍＡで室温連続発振した。発振波
長は第１のレーザＬＤ１が４０５ｎｍであり、第２のレ
ーザが４５０ｎｍであった。動作電圧は３．１Ｖであ
り、それぞれの発振しきい値はほぼ同じであった。信頼
性は、温度を７０℃に設定しての加速試験において、１
０万時間相当の信頼性試験を行っても劣化は見られなか
った。
【００１９】これまでＩｎＧａＮ系半導体レーザにおい
ては、Ｉｎ組成が大きくなるとＩｎの組成の不均一いわ
ゆる組成分離が生じ、しきい値電流密度が上昇する傾向
が見られた。この発明を用いると、成長温度が高い状態
で高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮを成長させることができ、組
成分離が抑えられてしきい値電流を下げることができる
ことがわかった。この理由は、傾斜面Ｂ上においては表
面での結合エネルギーが変化するためであると考えられ
る。ＭＯＣＶＤ成長においては通常Ｇａ極性で成長は進
む事がわかっている。しかし、傾斜面Ｂ上では結合とし
て逆のＮ極性に対応する結合が生じ易く、これにより結
合時の表面エネルギーが変化して、Ｉｎが取り込まれや
すい状況が生じるものと考えられる。或いは、ＩｎＧａ
Ｎの成長時にはエッチングと成長の拮抗状態にあり、Ｉ
ｎの組成が大きくなるとエッチングされやすくなるが、
そのエッチングの割合が傾斜面Ｂでは小さくなるとも考
えられる。
ては、Ｉｎ組成が大きくなるとＩｎの組成の不均一いわ
ゆる組成分離が生じ、しきい値電流密度が上昇する傾向
が見られた。この発明を用いると、成長温度が高い状態
で高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮを成長させることができ、組
成分離が抑えられてしきい値電流を下げることができる
ことがわかった。この理由は、傾斜面Ｂ上においては表
面での結合エネルギーが変化するためであると考えられ
る。ＭＯＣＶＤ成長においては通常Ｇａ極性で成長は進
む事がわかっている。しかし、傾斜面Ｂ上では結合とし
て逆のＮ極性に対応する結合が生じ易く、これにより結
合時の表面エネルギーが変化して、Ｉｎが取り込まれや
すい状況が生じるものと考えられる。或いは、ＩｎＧａ
Ｎの成長時にはエッチングと成長の拮抗状態にあり、Ｉ
ｎの組成が大きくなるとエッチングされやすくなるが、
そのエッチングの割合が傾斜面Ｂでは小さくなるとも考
えられる。
【００２０】以上のようにこの実施の形態によると、こ
れまでよりもＩｎ組成の高いＩｎＧａＮ活性層をＩｎ組
成の低い活性層と同時に作成でき、量産できていなかっ
た２波長緑色窒化物半導体レーザが量産できる。各半導
体レーザは、活性層形成前に一部表面処理工程が入るだ
けで、その他基本的に一つの半導体レーザを作る工程と
変わらず、２波長レーザを複雑な工程を要せず実現する
ことができる。
れまでよりもＩｎ組成の高いＩｎＧａＮ活性層をＩｎ組
成の低い活性層と同時に作成でき、量産できていなかっ
た２波長緑色窒化物半導体レーザが量産できる。各半導
体レーザは、活性層形成前に一部表面処理工程が入るだ
けで、その他基本的に一つの半導体レーザを作る工程と
変わらず、２波長レーザを複雑な工程を要せず実現する
ことができる。
【００２１】傾斜面Ｂの作成方法は、メサエッチングに
よらず、マスクを用いた再成長方法によっても良い。具
体的には、図９に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層２の一部クラッド層２１まで成長した後、成長炉から
基板を取り出し、ストライプ状にＳｉＯ２マスク９１を
パターニングする。このとき、マスク９１は、間隔を３
００μｍ程度とする。これを再び成長炉に導入し、残り
のクラッド層２２を成長する。このとき、クラッド層２
２は、ＳｉＯ２マスク９１がない部分のみに成長し、そ
の両端部は傾斜面Ｂとなる。この後、再び基板取り出し
てＳｉＯ２マスクを除去し、以下先の工程と同様の工程
を行う。
よらず、マスクを用いた再成長方法によっても良い。具
体的には、図９に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層２の一部クラッド層２１まで成長した後、成長炉から
基板を取り出し、ストライプ状にＳｉＯ２マスク９１を
パターニングする。このとき、マスク９１は、間隔を３
００μｍ程度とする。これを再び成長炉に導入し、残り
のクラッド層２２を成長する。このとき、クラッド層２
２は、ＳｉＯ２マスク９１がない部分のみに成長し、そ
の両端部は傾斜面Ｂとなる。この後、再び基板取り出し
てＳｉＯ２マスクを除去し、以下先の工程と同様の工程
を行う。
【００２２】この方法によると、傾斜面ＢとしてＲ面を
出すことができる。この面におけるＩｎの取り込みはも
っとも大きく、第１のレーザＬＤ１の発振波長が４０５
ｎｍの場合、第２のレーザＬＤ２の発振波長は５３０ｎ
ｍとなる。
出すことができる。この面におけるＩｎの取り込みはも
っとも大きく、第１のレーザＬＤ１の発振波長が４０５
ｎｍの場合、第２のレーザＬＤ２の発振波長は５３０ｎ
ｍとなる。
【００２３】［実施の形態２］図１０は、この発明の実
施の形態２による半導体レーザ装置の概略構成を示して
いる。先の実施の形態の図１と対応する部分には同一符
号を付してある。この実施の形態では、第２の半導体レ
ーザＬＤ２側の発光層部分が、両側に段差のある平面Ａ
１，Ａ２を持ち、これらの平面Ａ１，Ａ２間に傾斜面Ｂ
が形成された屈曲構造を有する。先の実施の形態と同様
に、傾斜面Ｂがｃ面とは異なる面になっており、この部
分でＩｎ組成比が高い。
施の形態２による半導体レーザ装置の概略構成を示して
いる。先の実施の形態の図１と対応する部分には同一符
号を付してある。この実施の形態では、第２の半導体レ
ーザＬＤ２側の発光層部分が、両側に段差のある平面Ａ
１，Ａ２を持ち、これらの平面Ａ１，Ａ２間に傾斜面Ｂ
が形成された屈曲構造を有する。先の実施の形態と同様
に、傾斜面Ｂがｃ面とは異なる面になっており、この部
分でＩｎ組成比が高い。
【００２４】第１の半導体レーザＬＤ１は、半導体基板
１のバッファ層１２上に、Ｓｉドープのｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層２ａ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ａ、ＩｎＧａＮ
活性層（多重量子井戸層）４ａ、ｐ型ＧａＮ光導波層５
ａ、Ｍｇドープのｐ型クラッド層６ａが順次積層されて
形成されている。第２の半導体レーザＬＤ２は、半導体
基板１のバッファ層１２上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層２ｂ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ｂ、ＩｎＧａＮ活性層
（多重量子井戸層）４ｂ、ｐ型ＧａＮ光導波層５ｂ、ｐ
型クラッド層６ｂが順次積層されて形成されている。
１のバッファ層１２上に、Ｓｉドープのｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層２ａ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ａ、ＩｎＧａＮ
活性層（多重量子井戸層）４ａ、ｐ型ＧａＮ光導波層５
ａ、Ｍｇドープのｐ型クラッド層６ａが順次積層されて
形成されている。第２の半導体レーザＬＤ２は、半導体
基板１のバッファ層１２上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層２ｂ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ｂ、ＩｎＧａＮ活性層
（多重量子井戸層）４ｂ、ｐ型ＧａＮ光導波層５ｂ、ｐ
型クラッド層６ｂが順次積層されて形成されている。
【００２５】先の実施の形態と同様に、ｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層２ａと２ｂ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ａと３
ｂ、ＩｎＧａＮ活性層（多重量子井戸層）４ａと４ｂ、
ｐ型ＧａＮ光導波層５ａと５ｂ、ｐ型クラッド層６ａと
６ｂは、同時に結晶成長され、素子形成後にバッファ層
１２に達する溝１３を形成して分離されている。半導体
レーザＬＤ１では、ｎ型クラッド層２ａの上面がバッフ
ァ層１２の主面（ｃ面）と同じ平面Ａをもって形成され
て、この上に発光層が形成されているのに対し、半導体
レーザＬＤ２では、ｎ型クラッド層２ｂの上面が二つの
平面Ａ１，Ａ２とこれらを結ぶ傾斜面Ｂをもって形成さ
れ、この上に形成される発光層も同様の屈曲構造を持
つ。
クラッド層２ａと２ｂ、ｎ型ＧａＮ光導波層３ａと３
ｂ、ＩｎＧａＮ活性層（多重量子井戸層）４ａと４ｂ、
ｐ型ＧａＮ光導波層５ａと５ｂ、ｐ型クラッド層６ａと
６ｂは、同時に結晶成長され、素子形成後にバッファ層
１２に達する溝１３を形成して分離されている。半導体
レーザＬＤ１では、ｎ型クラッド層２ａの上面がバッフ
ァ層１２の主面（ｃ面）と同じ平面Ａをもって形成され
て、この上に発光層が形成されているのに対し、半導体
レーザＬＤ２では、ｎ型クラッド層２ｂの上面が二つの
平面Ａ１，Ａ２とこれらを結ぶ傾斜面Ｂをもって形成さ
れ、この上に形成される発光層も同様の屈曲構造を持
つ。
【００２６】各半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２のｐ型クラ
ッド層６ａ，６ｂの表面には、ｐ型ＧａＮコンタクト層
７ａ，７ｂが形成され、それぞれにｐ側電極８ａ，８ｂ
が形成されている。ｐ型コンタクト層７ａ，７ｂ及びそ
の下のクラッド層７ａ，７ｂは、電流狭窄及び横方向の
光閉じ込めのため、メサエッチングされている。基板１
の裏面には共通のｎ側電極９が形成されている。溝１３
により分離された各半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２は、Ｚ
ｒＯ２等の絶縁膜によるパシベーション膜１４で覆われ
ている。
ッド層６ａ，６ｂの表面には、ｐ型ＧａＮコンタクト層
７ａ，７ｂが形成され、それぞれにｐ側電極８ａ，８ｂ
が形成されている。ｐ型コンタクト層７ａ，７ｂ及びそ
の下のクラッド層７ａ，７ｂは、電流狭窄及び横方向の
光閉じ込めのため、メサエッチングされている。基板１
の裏面には共通のｎ側電極９が形成されている。溝１３
により分離された各半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２は、Ｚ
ｒＯ２等の絶縁膜によるパシベーション膜１４で覆われ
ている。
【００２７】この実施の形態でも、平面Ａ上に結晶成長
されたレーザＬＤ１のＩｎＧａＮ活性層４ａと、傾斜面
Ｂ上に結晶成長されたレーザＬＤ２のＩｎＧａＮ活性層
４ｂとが異なるＩｎ組成比を持つこと、具体的には、傾
斜面Ｂ上に成長したレーザＬＤ２のＩｎＧａＮ活性層４
ｂのＩｎ組成比が高くなることを利用している。これに
より、半導体レーザＬＤ２は、半導体レーザＬＤ１に比
べて、長波長の発振が可能になる。
されたレーザＬＤ１のＩｎＧａＮ活性層４ａと、傾斜面
Ｂ上に結晶成長されたレーザＬＤ２のＩｎＧａＮ活性層
４ｂとが異なるＩｎ組成比を持つこと、具体的には、傾
斜面Ｂ上に成長したレーザＬＤ２のＩｎＧａＮ活性層４
ｂのＩｎ組成比が高くなることを利用している。これに
より、半導体レーザＬＤ２は、半導体レーザＬＤ１に比
べて、長波長の発振が可能になる。
【００２８】具体的な製造工程は、説明を省略するが、
基本的に先の実施の形態と同様である。この実施の形態
の場合、第１のレーザＬＤ１の発振しきい値３５ｍＡに
対して、第２のレーザＬＤ２は発振しきい値２０ｍＡが
得られ、単一横モード発振が認められた。これは屈曲構
造により、光閉じ込め効果と電流狭窄効果が先の実施の
形態に比べて良好になっている結果である。
基本的に先の実施の形態と同様である。この実施の形態
の場合、第１のレーザＬＤ１の発振しきい値３５ｍＡに
対して、第２のレーザＬＤ２は発振しきい値２０ｍＡが
得られ、単一横モード発振が認められた。これは屈曲構
造により、光閉じ込め効果と電流狭窄効果が先の実施の
形態に比べて良好になっている結果である。
【００２９】上記各実施の形態では、波長の異なる二つ
の半導体レーザを同一基板上に形成する場合を説明した
が、この発明はこれに限られない。例えば、３つ以上の
半導体レーザを集積形成することもできる。またその場
合、傾斜角度が異なる複数の傾斜面を形成すれば、発振
波長が３種以上のレーザを一体形成することができる。
また、この発明は半導体レーザに限らず、発光ダイオー
ドにも同様に適用可能である。
の半導体レーザを同一基板上に形成する場合を説明した
が、この発明はこれに限られない。例えば、３つ以上の
半導体レーザを集積形成することもできる。またその場
合、傾斜角度が異なる複数の傾斜面を形成すれば、発振
波長が３種以上のレーザを一体形成することができる。
また、この発明は半導体レーザに限らず、発光ダイオー
ドにも同様に適用可能である。
【００３０】更に実施の形態では、ＩｎＧａＮ系の半導
体レーザであって、傾斜面でＩｎ組成比が大きくなるこ
とを利用しているが、ＩｎＧａＡｌＮ，ＩｎＡｌＮ，Ｉ
ｎＧａＢＮ，ＩｎＢＮ，ＩｎＧａＡｌＢＮ等の他のＩｎ
を含む六方晶窒化物半導体発光層を持つ発光装置におい
て、Ｉｎを互いに異なる組成比で含んだ、六方晶窒化物
半導体からなる少なくとも二つの発光層を持つ発光装置
に対しても同様の効果をもって適用できる。
体レーザであって、傾斜面でＩｎ組成比が大きくなるこ
とを利用しているが、ＩｎＧａＡｌＮ，ＩｎＡｌＮ，Ｉ
ｎＧａＢＮ，ＩｎＢＮ，ＩｎＧａＡｌＢＮ等の他のＩｎ
を含む六方晶窒化物半導体発光層を持つ発光装置におい
て、Ｉｎを互いに異なる組成比で含んだ、六方晶窒化物
半導体からなる少なくとも二つの発光層を持つ発光装置
に対しても同様の効果をもって適用できる。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、複
数波長の発光素子をモノリシックに形成した半導体発光
装置を得ることができる。
数波長の発光素子をモノリシックに形成した半導体発光
装置を得ることができる。
【図１】この発明の実施の形態による半導体発光装置の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図２】同実施の形態のｎ型クラッド層形成までの工程
を示す図である。
を示す図である。
【図３】同実施の形態のｎ型クラッド層の傾斜面を形成
する工程を示す図である。
する工程を示す図である。
【図４】同実施の形態のｐ型コンタクト層形成までの工
程を示す図である。
程を示す図である。
【図５】同実施の形態のｐ側電極形成及びメサエッチン
グ工程を示す図である。
グ工程を示す図である。
【図６】同実施の形態の素子分離溝形成工程を示す図で
ある。
ある。
【図７】ＩｎＧａＮ層の成長傾斜面の傾斜角とＩｎ組成
比との関係を示す図である。
比との関係を示す図である。
【図８】六方晶の結晶面の関係を示す図である。
【図９】傾斜面の他の形成方法を説明するための図であ
る。
る。
【図１０】他の実施の形態による半導体発光装置の構成
を示す図である。
を示す図である。
ＬＤ１，ＬＤ２…半導体レーザ、１…半導体基板、１１
…ｎ型ＧａＮ基板、１２…ｎ型ＧａＮバッファ層、２
ａ，２ｂ…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、３ａ，３ｂ…ｎ
型ＧａＮ光導波層、４ａ，４ｂ…ＩｎＧａＮ活性層、５
ａ，５ｂ…ｐ型ＧａＮ光導波層、６ａ，６ｂ…ｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層、７ａ，７ｂ…ｐ型コンタクト層、８
ａ，８ｂ…ｐ側電極、９…ｎ側電極、１３…溝、１４…
パシベーション膜。Ａ…平面、Ｂ…傾斜面。
…ｎ型ＧａＮ基板、１２…ｎ型ＧａＮバッファ層、２
ａ，２ｂ…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、３ａ，３ｂ…ｎ
型ＧａＮ光導波層、４ａ，４ｂ…ＩｎＧａＮ活性層、５
ａ，５ｂ…ｐ型ＧａＮ光導波層、６ａ，６ｂ…ｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層、７ａ，７ｂ…ｐ型コンタクト層、８
ａ，８ｂ…ｐ側電極、９…ｎ側電極、１３…溝、１４…
パシベーション膜。Ａ…平面、Ｂ…傾斜面。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 原田 佳幸
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究開発センター内
Ｆターム(参考） 5F041 AA12 CA23 CA34 CA40 CB29
5F073 AA13 AA45 AA74 AB06 CA07
DA05 DA25 DA30 EA04
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板と、 この半導体基板の主面に、その主面と平行な平面と主面
から傾斜した傾斜面をもって形成された六方晶窒化物か
らなる半導体層と、 この半導体層の前記平面上及び傾斜面上にそれぞれ形成
されてＩｎを互いに異なる組成比で含んだ、六方晶窒化
物半導体からなる第１及び第２の発光層と、を有するこ
とを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】 前記半導体基板の主面はｃ面であり、前
記半導体層の傾斜面は、ｃ軸とＲ軸とが作る平面に対し
て垂直で且つｃ面とのなす角が３０度以上である面及
び、ｃ軸とａ軸とが作る平面に対して垂直で且つｃ面と
のなす角が３０度以上である面のいずれか一方であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】 前記半導体基板の主面はｃ面であり、前
記半導体層の傾斜面は、Ｒ面であることを特徴とする請
求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項４】 前記第１及び第２の発光層は、前記傾斜
面に形成された第２の発光層のＩｎ組成比が前記平面に
形成された前記第１の発光層のそれより高いことを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光装
置。 - 【請求項５】 半導体基板の主面上に、その主面と平行
な平面と主面から傾斜した傾斜面をもつように六方晶窒
化物からなる半導体層を形成する工程と、 前記半導体層の前記平面上及び傾斜面上にそれぞれ、Ｉ
ｎを互いに異なる組成比で含んだ、六方晶窒化物半導体
からなる第１及び第２の発光層を同時に形成する工程
と、を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001292748A JP3697406B2 (ja) | 2001-09-26 | 2001-09-26 | 半導体発光装置及びその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001292748A JP3697406B2 (ja) | 2001-09-26 | 2001-09-26 | 半導体発光装置及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003101156A true JP2003101156A (ja) | 2003-04-04 |
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ID=19114653
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001292748A Expired - Fee Related JP3697406B2 (ja) | 2001-09-26 | 2001-09-26 | 半導体発光装置及びその製造方法 |
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|---|---|
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| JP2008218746A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子 |
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| JP7242574B2 (ja) | 2009-05-29 | 2023-03-20 | キョウセラ エスエルディー レイザー，インコーポレイテッド | レーザを用いた表示方法およびシステム |
-
2001
- 2001-09-26 JP JP2001292748A patent/JP3697406B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2011077341A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
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| DE102010045782A1 (de) | 2010-09-17 | 2012-03-22 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers und kantenemittierender Halbleiterlaser |
| DE102010045782B4 (de) | 2010-09-17 | 2018-09-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers und kantenemittierender Halbleiterlaser |
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|---|---|
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