JP2003101153A - 発光素子及びその製造方法および光ディスク装置 - Google Patents
発光素子及びその製造方法および光ディスク装置Info
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- JP2003101153A JP2003101153A JP2002232402A JP2002232402A JP2003101153A JP 2003101153 A JP2003101153 A JP 2003101153A JP 2002232402 A JP2002232402 A JP 2002232402A JP 2002232402 A JP2002232402 A JP 2002232402A JP 2003101153 A JP2003101153 A JP 2003101153A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 へき開を容易にして低しきい値電流密度で発
振するＧａＮ系半導体レーザを提供することを目的とす
る。 【解決手段】 ＩｎＧａＮ多重量子井戸発光層１４を有
するＧａＮ系の六方晶系構造を有する半導体をｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１８のような立方晶系の半導体とを熱処理を施
すことにより融着により付着させる。その後、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１８をへき開すると、このへき開に従って六方
晶系の半導体もへき開されるため、極めて平滑な共振器
端面が得られ、結果的には小さなしきい値電流の発光素
子を得ることができる。
振するＧａＮ系半導体レーザを提供することを目的とす
る。 【解決手段】 ＩｎＧａＮ多重量子井戸発光層１４を有
するＧａＮ系の六方晶系構造を有する半導体をｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１８のような立方晶系の半導体とを熱処理を施
すことにより融着により付着させる。その後、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１８をへき開すると、このへき開に従って六方
晶系の半導体もへき開されるため、極めて平滑な共振器
端面が得られ、結果的には小さなしきい値電流の発光素
子を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色半導体レーザ
およびこれを用いた光ディスク装置に関するものであ
る。
およびこれを用いた光ディスク装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は直
接遷移型で広いバンドギャップをもつことから、これら
の材料を用いた青色半導体レーザの開発が活発に行われ
ている。従来例として、ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族半導体を
用いた青色半導体レーザの構造を図７に示す。７１はＣ
面サファイア基板、７２はＧａＮバファー層、７３はｎ
型ＧａＮコンタクト層、７４はｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層、７５はｎ型ＧａＮガイド層、７６はＩｎＧａＮ多重
量子井戸発光層、７７はｐ型ＧａＮガイド層、７８はｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層、７９はｐ型ＧａＮコンタクト
層である。また、７１０及び７１１は各々ｐ型及びｎ型
の電極である。この構造によって室温における電流注入
型のレーザ発振が報告されている（参考文献：Ｓ．Ｎａ
ｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌ
ｅｔｔ．６９，１５６８（１９９６））。
接遷移型で広いバンドギャップをもつことから、これら
の材料を用いた青色半導体レーザの開発が活発に行われ
ている。従来例として、ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族半導体を
用いた青色半導体レーザの構造を図７に示す。７１はＣ
面サファイア基板、７２はＧａＮバファー層、７３はｎ
型ＧａＮコンタクト層、７４はｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層、７５はｎ型ＧａＮガイド層、７６はＩｎＧａＮ多重
量子井戸発光層、７７はｐ型ＧａＮガイド層、７８はｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層、７９はｐ型ＧａＮコンタクト
層である。また、７１０及び７１１は各々ｐ型及びｎ型
の電極である。この構造によって室温における電流注入
型のレーザ発振が報告されている（参考文献：Ｓ．Ｎａ
ｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌ
ｅｔｔ．６９，１５６８（１９９６））。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のＧａＡｓなど立
方晶系構造の半導体から成るレーザは、一般に結晶へき
開面をレーザの共振器ミラーに利用する。しかし従来例
のようなＣ面サファイア基板もしくはＧａＮ系半導体は
六方晶系構造を有しているためへき開性がない。そのた
め共振器として実用に足る平滑な端面を、結晶を割るこ
とにより得ることは困難であった。そこで従来の報告さ
れたレーザはドライエッチングによりミラーを形成した
り、特定のサファイアの結晶面上にミラーを形成するな
どの工夫が必要とされた。しかしこれらの方法も再現性
や信頼性の点で問題があった。
方晶系構造の半導体から成るレーザは、一般に結晶へき
開面をレーザの共振器ミラーに利用する。しかし従来例
のようなＣ面サファイア基板もしくはＧａＮ系半導体は
六方晶系構造を有しているためへき開性がない。そのた
め共振器として実用に足る平滑な端面を、結晶を割るこ
とにより得ることは困難であった。そこで従来の報告さ
れたレーザはドライエッチングによりミラーを形成した
り、特定のサファイアの結晶面上にミラーを形成するな
どの工夫が必要とされた。しかしこれらの方法も再現性
や信頼性の点で問題があった。
【０００４】また、従来の構造においては、サファイア
基板が絶縁体であるため、図７に示したように、ｎ電極
はｎ型ＧａＮコンタクト層７３までエッチングを行った
うえで形成しており、駆動電圧の上昇や不安定性が生じ
る。
基板が絶縁体であるため、図７に示したように、ｎ電極
はｎ型ＧａＮコンタクト層７３までエッチングを行った
うえで形成しており、駆動電圧の上昇や不安定性が生じ
る。
【０００５】そこで本発明は上記問題点に鑑み、半導体
結晶においてへき開を容易にし、レーザ特性の向上を図
ることを主たる目的とし、さらには、コンタクト層まで
のエッチングを行うことなく電極を形成できる発光素子
を提供することを目的とする。
結晶においてへき開を容易にし、レーザ特性の向上を図
ることを主たる目的とし、さらには、コンタクト層まで
のエッチングを行うことなく電極を形成できる発光素子
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に次の手段をとるものである。
に次の手段をとるものである。
【０００７】本発明の第１の発明による発光素子は、Ｇ
ａＮ、ＡｌＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ活性層などの
積層構造から成る六方晶系構造を有する半導体と、Ｓ
ｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどの立方晶系構
造を有する半導体とが特定の結晶面で付着している構造
を持つものである。
ａＮ、ＡｌＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ活性層などの
積層構造から成る六方晶系構造を有する半導体と、Ｓ
ｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどの立方晶系構
造を有する半導体とが特定の結晶面で付着している構造
を持つものである。
【０００８】本発明の第２の発明による発光素子の製造
方法は、六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構造を
有する半導体とを特定の結晶面で付着させ、その付着さ
せた半導体を立方晶系構造を有する半導体のへき開面に
従ってへき開するものである。
方法は、六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構造を
有する半導体とを特定の結晶面で付着させ、その付着さ
せた半導体を立方晶系構造を有する半導体のへき開面に
従ってへき開するものである。
【０００９】本発明の第３の発明による発光素子の製造
方法は、六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構造を
有する半導体を熱処理により付着させるものである。
方法は、六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構造を
有する半導体を熱処理により付着させるものである。
【００１０】本発明の第４の発明による発光素子の製造
方法は、六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構造を
有する半導体を樹脂により付着させるものである。
方法は、六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構造を
有する半導体を樹脂により付着させるものである。
【００１１】本発明の第５の発明による発光素子は、Ｇ
ａＮ、ＡｌＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ活性層などの
積層構造から成る六方晶系構造を有する半導体と、Ｓ
ｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどの立方晶系構
造を有する半導体が、その間にＺｎＯ、ＭｇＯ層などを
挟んで、特定の結晶面で付着しているものである。
ａＮ、ＡｌＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ活性層などの
積層構造から成る六方晶系構造を有する半導体と、Ｓ
ｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどの立方晶系構
造を有する半導体が、その間にＺｎＯ、ＭｇＯ層などを
挟んで、特定の結晶面で付着しているものである。
【００１２】本発明の第６の発明による発光素子の製造
方法は、基板上にＺｎＯ、ＭｇＯまたはその積層構造を
形成し、そのＺｎＯ、ＭｇＯなどの上に六方晶系構造を
有する半導体を形成するものである。
方法は、基板上にＺｎＯ、ＭｇＯまたはその積層構造を
形成し、そのＺｎＯ、ＭｇＯなどの上に六方晶系構造を
有する半導体を形成するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。なお以下では、まず本発明の
実施の形態における発光素子について説明を行った後、
この発光素子を用いた光ディスク装置について説明す
る。
て図面を用いて説明する。なお以下では、まず本発明の
実施の形態における発光素子について説明を行った後、
この発光素子を用いた光ディスク装置について説明す
る。
【００１４】（実施の形態１）以下では図１及び図２を
参照しながら本発明実施の形態１における半導体発光素
子について説明する。
参照しながら本発明実施の形態１における半導体発光素
子について説明する。
【００１５】図１は、発光素子であるＧａＮ系ＩＩＩ−
Ｖ族半導体を用いた青色半導体レーザの構造断面図を示
したものである。図１において、１１はｐ型ＧａＮコン
タクト層、１２はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、１３はｐ
型ＧａＮガイド層、１４はＩｎＧａＮ多重量子井戸発光
層、１５はｎ型ＧａＮガイド層、１６はｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層、１７はｎ型ＧａＮコンタクト層、１８はｎ
型ＧａＡｓ基板、１９はｐ型電極、１１０はｎ型電極で
ある。ここで、製造方法については後述するが、ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層１７とｎ型ＧａＡｓ基板１８との間の
界面は熱処理を施すことにより融着されている。
Ｖ族半導体を用いた青色半導体レーザの構造断面図を示
したものである。図１において、１１はｐ型ＧａＮコン
タクト層、１２はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、１３はｐ
型ＧａＮガイド層、１４はＩｎＧａＮ多重量子井戸発光
層、１５はｎ型ＧａＮガイド層、１６はｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層、１７はｎ型ＧａＮコンタクト層、１８はｎ
型ＧａＡｓ基板、１９はｐ型電極、１１０はｎ型電極で
ある。ここで、製造方法については後述するが、ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層１７とｎ型ＧａＡｓ基板１８との間の
界面は熱処理を施すことにより融着されている。
【００１６】この図１に示した半導体発光素子は、図７
に示した従来の半導体発光素子とは異なり基板としてＧ
ａＡｓ基板を用いている。ＧａＡｓ基板１８などの立方
晶系構造の半導体は、サファイア基板と異なり一定の結
晶面でへき開が容易であるため、本発明によりそのへき
開面に従って基板の上に形成された六方晶系構造の半導
体も割ることが容易となり、平滑で実用可能な共振器端
面を得ることができる。尚、本実施の形態ではへき開用
の基板としてｎ型ＧａＡｓを用いたが、ｐ型ＧａＡｓを
用いてもよく、さらにＩｎＰやＳｉやＧｅやＧａＰなど
のその他の立方晶系構造を持つ半導体を用いることがで
きる。本実施の形態では横方向の光閉じ込めのため屈折
率導波型のリッジ構造としている。ストライプ幅は５ミ
クロンとした。へき開端面には反射率を上げるため端面
コートを行っている。
に示した従来の半導体発光素子とは異なり基板としてＧ
ａＡｓ基板を用いている。ＧａＡｓ基板１８などの立方
晶系構造の半導体は、サファイア基板と異なり一定の結
晶面でへき開が容易であるため、本発明によりそのへき
開面に従って基板の上に形成された六方晶系構造の半導
体も割ることが容易となり、平滑で実用可能な共振器端
面を得ることができる。尚、本実施の形態ではへき開用
の基板としてｎ型ＧａＡｓを用いたが、ｐ型ＧａＡｓを
用いてもよく、さらにＩｎＰやＳｉやＧｅやＧａＰなど
のその他の立方晶系構造を持つ半導体を用いることがで
きる。本実施の形態では横方向の光閉じ込めのため屈折
率導波型のリッジ構造としている。ストライプ幅は５ミ
クロンとした。へき開端面には反射率を上げるため端面
コートを行っている。
【００１７】次に、以下では図１に示した半導体発光素
子の製造の工程の一例を図２を用いて説明する。本実施
の形態ではＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族半導体の成長方法とし
て、常圧の有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用い、
ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルア
ルミニウム、トリメチルインジウムを、Ｖ族原料として
アンモニアを用いた。
子の製造の工程の一例を図２を用いて説明する。本実施
の形態ではＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族半導体の成長方法とし
て、常圧の有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用い、
ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルア
ルミニウム、トリメチルインジウムを、Ｖ族原料として
アンモニアを用いた。
【００１８】まず図２（ａ）に示すように、Ｃ面サファ
イア基板２１上にｐ型ＧａＮコンタクト層１１、ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層１２、ｐ型ＧａＮガイド層１３、Ｉ
ｎＧａＮ多重量子井戸発光層１４、ｎ型ＧａＮガイド層
１５、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１６、ｎ型ＧａＮコン
タクト層１７を、順次エピタキシャル成長する。尚、Ｃ
面サファイア基板２１上にｐ型ＧａＮコンタクト層１１
を成長する際、結晶性の向上などを目的にまずＣ面サフ
ァイア基板２１上にＧａＮやＡｌＮなどのバッファー層
を成長してからＩＩＩ−Ｖ族半導体エピタキシャル層を
成長してもよく、またＣ面サファイア基板２１のかわり
にＳｉＣなどの基板を用いてもよい。
イア基板２１上にｐ型ＧａＮコンタクト層１１、ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層１２、ｐ型ＧａＮガイド層１３、Ｉ
ｎＧａＮ多重量子井戸発光層１４、ｎ型ＧａＮガイド層
１５、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１６、ｎ型ＧａＮコン
タクト層１７を、順次エピタキシャル成長する。尚、Ｃ
面サファイア基板２１上にｐ型ＧａＮコンタクト層１１
を成長する際、結晶性の向上などを目的にまずＣ面サフ
ァイア基板２１上にＧａＮやＡｌＮなどのバッファー層
を成長してからＩＩＩ−Ｖ族半導体エピタキシャル層を
成長してもよく、またＣ面サファイア基板２１のかわり
にＳｉＣなどの基板を用いてもよい。
【００１９】次に図２（ｂ）に示すように、Ｃ面サファ
イア基板２１上に成長したエピタキシャル膜上にｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１８を、特定の面方位を合わせて付着させ
る。例えばｎ型ＧａＡｓ基板１８の＜１１０＞方向とＣ
面サファイア基板２１の＜１１２０＞方向を一致させて
一定圧力の下で付着させる。そして窒素ガス雰囲気中で
９００℃で３時間熱処理を行う。それによりｎ型ＧａＮ
コンタクト層１７とｎ型ＧａＡｓ基板１８との間の界面
は融着される。尚、ｐ型層のキャリアの活性化を目的と
した熱処理と本熱処理とを同時に兼ねることも可能であ
る。
イア基板２１上に成長したエピタキシャル膜上にｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１８を、特定の面方位を合わせて付着させ
る。例えばｎ型ＧａＡｓ基板１８の＜１１０＞方向とＣ
面サファイア基板２１の＜１１２０＞方向を一致させて
一定圧力の下で付着させる。そして窒素ガス雰囲気中で
９００℃で３時間熱処理を行う。それによりｎ型ＧａＮ
コンタクト層１７とｎ型ＧａＡｓ基板１８との間の界面
は融着される。尚、ｐ型層のキャリアの活性化を目的と
した熱処理と本熱処理とを同時に兼ねることも可能であ
る。
【００２０】その後図２（ｃ）に示すように、サファイ
ア基板２１を研磨とフッ酸系エッチャントによるウエッ
トエッチングにより除去した。次にこれによって露出し
たｐ型ＧａＮコンタクト層１１上にストライプ形状（幅
５ミクロン）のレジストパターンを形成し、これをマス
クに用いてｐ型ＧａＮコンタクト層１１とｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１２をウエットエッチングし、メサの形成
を行った。しかし、ウエットエッチングではしばしばエ
ッチングによる表面の荒れが生じたり、平滑なエッチン
グ側壁を得ることが困難であったりする。そこで、塩素
系ドライエッチングなどを用いてもよい。その後ｐ型電
極１９およびｎ型電極１１０の蒸着を行った。最後にｎ
型ＧａＡｓ基板１８をへき開することにより、ＧａＮ系
レーザ構造の良好な共振器端面が形成された（図２
（ｄ））。尚、共振器長は７５０ミクロンとした。
ア基板２１を研磨とフッ酸系エッチャントによるウエッ
トエッチングにより除去した。次にこれによって露出し
たｐ型ＧａＮコンタクト層１１上にストライプ形状（幅
５ミクロン）のレジストパターンを形成し、これをマス
クに用いてｐ型ＧａＮコンタクト層１１とｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１２をウエットエッチングし、メサの形成
を行った。しかし、ウエットエッチングではしばしばエ
ッチングによる表面の荒れが生じたり、平滑なエッチン
グ側壁を得ることが困難であったりする。そこで、塩素
系ドライエッチングなどを用いてもよい。その後ｐ型電
極１９およびｎ型電極１１０の蒸着を行った。最後にｎ
型ＧａＡｓ基板１８をへき開することにより、ＧａＮ系
レーザ構造の良好な共振器端面が形成された（図２
（ｄ））。尚、共振器長は７５０ミクロンとした。
【００２１】本発明においては室温におけるレーザ発振
が得られた。この場合５０ｍＡ程度の極めて小さなしき
い値電流が得られた。ｎ型ＧａＡｓ基板をへき開するこ
とで極めて平滑な共振器端面が得られることからこのよ
うな小さなしきい値電流が得られる。またｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１１からｎ型ＧａＡｓ基板１８まで縦方向に
電流を流すことができるため駆動電圧も低く抑えること
ができ、駆動電圧は６Ｖであった。レーザ発振波長は４
１０ｎｍであった。
が得られた。この場合５０ｍＡ程度の極めて小さなしき
い値電流が得られた。ｎ型ＧａＡｓ基板をへき開するこ
とで極めて平滑な共振器端面が得られることからこのよ
うな小さなしきい値電流が得られる。またｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１１からｎ型ＧａＡｓ基板１８まで縦方向に
電流を流すことができるため駆動電圧も低く抑えること
ができ、駆動電圧は６Ｖであった。レーザ発振波長は４
１０ｎｍであった。
【００２２】尚、本発明においてＣ面サファイア基板２
１上に成長したエピタキシャル膜上にｎ型ＧａＡｓ基板
１８を付着させるためにエポキシ系の樹脂などを用いて
も同様なへき開面を得ることができる。この場合は樹脂
が絶縁物なのでｎ電極はｎ型ＧａＮコンタクト層１１ま
でエッチングして上よりとる必要がある。
１上に成長したエピタキシャル膜上にｎ型ＧａＡｓ基板
１８を付着させるためにエポキシ系の樹脂などを用いて
も同様なへき開面を得ることができる。この場合は樹脂
が絶縁物なのでｎ電極はｎ型ＧａＮコンタクト層１１ま
でエッチングして上よりとる必要がある。
【００２３】また本発明において半導体レーザを実施の
形態に説明したが、例えば光スイッチなどの光導波路型
素子すべてに応用可能である。
形態に説明したが、例えば光スイッチなどの光導波路型
素子すべてに応用可能である。
【００２４】（実施の形態２）以下では図３及び図４を
参照しながら本発明実施の形態２における半導体発光素
子について説明する。
参照しながら本発明実施の形態２における半導体発光素
子について説明する。
【００２５】図３は、半導体発光素子であるＧａＮ系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族半導体を用いた青色半導体レーザの構造断面
図を示したものである。図３において、３１はｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層、３２はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、３
３はｐ型ＧａＮガイド層、３４はＩｎＧａＮ多重量子井
戸発光層、３５はｎ型ＧａＮガイド層、３６はｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層、３７はｎ型ＧａＮコンタクト層、３
８はｎ型ＺｎＯ層、３９はｎ型Ｓｉ基板、３１０はｐ型
電極、３１１はｎ型電極である。
ＩＩ−Ｖ族半導体を用いた青色半導体レーザの構造断面
図を示したものである。図３において、３１はｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層、３２はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、３
３はｐ型ＧａＮガイド層、３４はＩｎＧａＮ多重量子井
戸発光層、３５はｎ型ＧａＮガイド層、３６はｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層、３７はｎ型ＧａＮコンタクト層、３
８はｎ型ＺｎＯ層、３９はｎ型Ｓｉ基板、３１０はｐ型
電極、３１１はｎ型電極である。
【００２６】この図３に示した半導体発光素子は、図７
に示した従来の半導体発光素子とは異なり基板としてＳ
ｉ基板を用いている。Ｓｉ基板３９などの立方晶系構造
の半導体は一定の結晶面でへき開が容易であるため、本
発明によりそのへき開面に従って基板の上に形成された
六方晶系構造の半導体も割ることが容易となり、平滑で
実用可能な共振器端面を得ることができる。尚、本実施
の形態では基板としてｎ型Ｓｉ３９を用いたが、ｐ型Ｓ
ｉを用いてもよく、さらにＩｎＰやＧａＡｓやＧｅやＧ
ａＰなどのその他の立方晶系構造を持つ半導体を用いる
ことができる。本実施の形態では横方向の光閉じ込めの
ため屈折率導波型のリッジ構造としている。ストライプ
幅は５ミクロンとした。へき開端面には反射率を上げる
ため端面コートを行っている。
に示した従来の半導体発光素子とは異なり基板としてＳ
ｉ基板を用いている。Ｓｉ基板３９などの立方晶系構造
の半導体は一定の結晶面でへき開が容易であるため、本
発明によりそのへき開面に従って基板の上に形成された
六方晶系構造の半導体も割ることが容易となり、平滑で
実用可能な共振器端面を得ることができる。尚、本実施
の形態では基板としてｎ型Ｓｉ３９を用いたが、ｐ型Ｓ
ｉを用いてもよく、さらにＩｎＰやＧａＡｓやＧｅやＧ
ａＰなどのその他の立方晶系構造を持つ半導体を用いる
ことができる。本実施の形態では横方向の光閉じ込めの
ため屈折率導波型のリッジ構造としている。ストライプ
幅は５ミクロンとした。へき開端面には反射率を上げる
ため端面コートを行っている。
【００２７】次に、以下では図３に示した半導体発光素
子の製造の工程の一例を図４を用いて説明する。本実施
の形態ではＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族半導体およびＺｎＯ系
ＩＩ−ＶＩ族半導体の成長方法として、常圧の有機金属
気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用い、ＩＩＩ族原料として
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメ
チルインジウムを、Ｖ族原料としてアンモニアを用い
た。またＩＩ族原料としてジエチルジンクを、ＶＩ族原
料としてＨ2ＯとＮ2Ｏを用いた。
子の製造の工程の一例を図４を用いて説明する。本実施
の形態ではＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族半導体およびＺｎＯ系
ＩＩ−ＶＩ族半導体の成長方法として、常圧の有機金属
気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用い、ＩＩＩ族原料として
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメ
チルインジウムを、Ｖ族原料としてアンモニアを用い
た。またＩＩ族原料としてジエチルジンクを、ＶＩ族原
料としてＨ2ＯとＮ2Ｏを用いた。
【００２８】まず図４（ａ）に示すように、ｎ型Ｓｉ基
板３９上にｎ型ＺｎＯ層３８、ｎ型ＧａＮコンタクト層
３１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２、ｎ型ＧａＮガイ
ド層３３、ＩｎＧａＮ多重量子井戸発光層３４、ｐ型Ｇ
ａＮガイド層３５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３６、ｐ
型ＧａＮコンタクト層３７を、順次エピタキシャル成長
する。尚、ｎ型ＺｎＯ層３８上にｎ型ＧａＮコンタクト
層３１を成長する際、結晶性の向上などを目的にまずｎ
型ＺｎＯ層３８上にＧａＮやＡｌＮなどのバッファー層
を成長してからＩＩＩ−Ｖ族半導体エピタキシャル層を
成長してもよい。
板３９上にｎ型ＺｎＯ層３８、ｎ型ＧａＮコンタクト層
３１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２、ｎ型ＧａＮガイ
ド層３３、ＩｎＧａＮ多重量子井戸発光層３４、ｐ型Ｇ
ａＮガイド層３５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３６、ｐ
型ＧａＮコンタクト層３７を、順次エピタキシャル成長
する。尚、ｎ型ＺｎＯ層３８上にｎ型ＧａＮコンタクト
層３１を成長する際、結晶性の向上などを目的にまずｎ
型ＺｎＯ層３８上にＧａＮやＡｌＮなどのバッファー層
を成長してからＩＩＩ−Ｖ族半導体エピタキシャル層を
成長してもよい。
【００２９】上記のように、Ｓｉ基板３９上にＺｎＯ層
３８をＭＯＶＰＥにより成長するとＳｉ基板３９は立方
晶系構造を有しているにもかかわらず、六方晶系構造を
有する結晶性の良好なＺｎＯ層３８が成長される。その
六方晶系構造を有するＺｎＯ層３８上に同一六方晶系構
造を有しておりかつ格子定数も近いＧａＮ系半導体を成
長すれば、結晶性の良好なＧａＮ系膜が得られる。
３８をＭＯＶＰＥにより成長するとＳｉ基板３９は立方
晶系構造を有しているにもかかわらず、六方晶系構造を
有する結晶性の良好なＺｎＯ層３８が成長される。その
六方晶系構造を有するＺｎＯ層３８上に同一六方晶系構
造を有しておりかつ格子定数も近いＧａＮ系半導体を成
長すれば、結晶性の良好なＧａＮ系膜が得られる。
【００３０】次に、図４（ｂ）に示すように、ストライ
プ形状（幅５ミクロン）のレジストパターンをマスクに
用いてｐ型ＧａＮコンタクト層１１とｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層１２をウエットエッチングし、メサの形成を行
った。しかし、ウエットエッチングではしばしばエッチ
ングによる表面の荒れが生じたり、平滑なエッチング側
壁を得ることが困難であったりする。そこで、塩素系ド
ライエッチングなどを用いてもよい。その後ｐ型電極の
蒸着を行った。最後にｎ型Ｓｉ基板３９をへき開するこ
とにより、ＧａＮ系レーザ構造の良好な共振器端面が形
成された。尚、共振器長は７５０ミクロンとした。
プ形状（幅５ミクロン）のレジストパターンをマスクに
用いてｐ型ＧａＮコンタクト層１１とｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層１２をウエットエッチングし、メサの形成を行
った。しかし、ウエットエッチングではしばしばエッチ
ングによる表面の荒れが生じたり、平滑なエッチング側
壁を得ることが困難であったりする。そこで、塩素系ド
ライエッチングなどを用いてもよい。その後ｐ型電極の
蒸着を行った。最後にｎ型Ｓｉ基板３９をへき開するこ
とにより、ＧａＮ系レーザ構造の良好な共振器端面が形
成された。尚、共振器長は７５０ミクロンとした。
【００３１】本発明においても室温におけるレーザ発振
が得られた。この場合６０ｍＡ程度の極めて小さなしき
い値電流が得られた。ｎ型Ｓｉ基板をへき開することで
極めて平滑な共振器端面が得られることからこのような
小さなしきい値電流が得られる。またｐ型ＧａＮコンタ
クト層３１からｎ型Ｓｉ基板３９まで縦方向に電流を流
すことができるため駆動電圧も低く抑えることができ、
駆動電圧は６Ｖであった。レーザ発振波長は４１０ｎｍ
であった。
が得られた。この場合６０ｍＡ程度の極めて小さなしき
い値電流が得られた。ｎ型Ｓｉ基板をへき開することで
極めて平滑な共振器端面が得られることからこのような
小さなしきい値電流が得られる。またｐ型ＧａＮコンタ
クト層３１からｎ型Ｓｉ基板３９まで縦方向に電流を流
すことができるため駆動電圧も低く抑えることができ、
駆動電圧は６Ｖであった。レーザ発振波長は４１０ｎｍ
であった。
【００３２】尚、本発明ではＺｎＯ層３８をＧａＮ系半
導体とＳｉとの間に挟んでいるが、ＭｇＯ層を用いても
同様な効果が期待でき、またＺｎＯ層やＭｇＯ層を積層
しても同様な効果が期待できる。また実施の形態１のよ
うにＺｎＯ層３８とＧａＮ系半導体を熱処理により融着
する方法を行っても、へき開に関しては同様な効果が期
待できる。また本発明において半導体レーザを実施の形
態に説明したが、例えば光スイッチなどの光導波路型素
子すべてに応用可能である。
導体とＳｉとの間に挟んでいるが、ＭｇＯ層を用いても
同様な効果が期待でき、またＺｎＯ層やＭｇＯ層を積層
しても同様な効果が期待できる。また実施の形態１のよ
うにＺｎＯ層３８とＧａＮ系半導体を熱処理により融着
する方法を行っても、へき開に関しては同様な効果が期
待できる。また本発明において半導体レーザを実施の形
態に説明したが、例えば光スイッチなどの光導波路型素
子すべてに応用可能である。
【００３３】（実施の形態３）図５に、同一のＳｉ基板
３９上に発光素子と光検出器とを形成した概略図を示
す。本実施の形態は、上記の実施の形態２に示したよう
な半導体発光素子を用いると、半導体発光素子を形成し
たＳｉの同一基板上に光検出器をも形成することができ
ることを利用したものである。同一基板上に光検出器
（受光素子）５２とレーザ５１を形成することにより、
光軸合わせも簡略化でき、コストが低減できる集積化素
子を得ることができる。尚、実施の形態１のように基板
がＧａＡｓの場合も同様にＧａＡｓ受光素子とレーザを
同一基板上に形成でき、集積化素子を提供することがで
きる。また受光素子のかわりに別の異なった電子素子を
集積化することも可能である。
３９上に発光素子と光検出器とを形成した概略図を示
す。本実施の形態は、上記の実施の形態２に示したよう
な半導体発光素子を用いると、半導体発光素子を形成し
たＳｉの同一基板上に光検出器をも形成することができ
ることを利用したものである。同一基板上に光検出器
（受光素子）５２とレーザ５１を形成することにより、
光軸合わせも簡略化でき、コストが低減できる集積化素
子を得ることができる。尚、実施の形態１のように基板
がＧａＡｓの場合も同様にＧａＡｓ受光素子とレーザを
同一基板上に形成でき、集積化素子を提供することがで
きる。また受光素子のかわりに別の異なった電子素子を
集積化することも可能である。
【００３４】（実施の形態４）以下では、上記した本発
明の実施の形態における半導体発光素子を光ディスク装
置に適用した場合の具体構成を図面を用いて説明する。
明の実施の形態における半導体発光素子を光ディスク装
置に適用した場合の具体構成を図面を用いて説明する。
【００３５】この半導体レーザを光ディスク装置に応用
したものを図６に示す。キャンにレーザチップが入った
キャンタイプの半導体レーザ６１より波長４１０ｎｍの
レーザ光６２は、コリメータレンズ６３で平行光にされ
た後、回折格子６４で３ビームに分割され（図示してい
ない）、ハーフプリズム６５を通り集光レンズ６６で集
光され、光ディスク６７上に直径１μｍのスポットを結
ぶ。ディスク６７上での反射光は、再度、集光レンズ６
６を通り、ハーフプリズム６５で反射され、受光レンズ
６８で絞られたシリンドリカルレンズ６９を経てホトダ
イオード６１０に入り電気信号に変換される。
したものを図６に示す。キャンにレーザチップが入った
キャンタイプの半導体レーザ６１より波長４１０ｎｍの
レーザ光６２は、コリメータレンズ６３で平行光にされ
た後、回折格子６４で３ビームに分割され（図示してい
ない）、ハーフプリズム６５を通り集光レンズ６６で集
光され、光ディスク６７上に直径１μｍのスポットを結
ぶ。ディスク６７上での反射光は、再度、集光レンズ６
６を通り、ハーフプリズム６５で反射され、受光レンズ
６８で絞られたシリンドリカルレンズ６９を経てホトダ
イオード６１０に入り電気信号に変換される。
【００３６】この際、分割された３ビームにより光ディ
スク６７の半径方向のずれを検出し、またシリンドリカ
ルレンズ６９により焦点の位置ずれを検出する。そして
このずれは、駆動系により光学系が微動調整され修正さ
れる。
スク６７の半径方向のずれを検出し、またシリンドリカ
ルレンズ６９により焦点の位置ずれを検出する。そして
このずれは、駆動系により光学系が微動調整され修正さ
れる。
【００３７】このように、半導体レーザを、半導体レー
ザからのレーザ光を光ディスクに導く集光光学系、光デ
ィスクで反射した光を読むシリコン材料で形成された光
検出器を備えた光ディスク装置に応用すれば、低出力で
は、自励発振特性により、レーザへの戻り光の影響をあ
まり受けることなくディスクの読み出し（再生）ができ
る。構成自体も、レーザに高周波回路のような付加的な
回路は必要なく、簡単な構成により小型化が可能とな
る。さらに、１５ｍＷの出力も可能であることから、光
ディスクへの書き込み（記録）もすることができ、１台
のレーザで、読み出しと書き込みとができる簡単な構成
で優れた特性をもつ光ディスク装置への応用も可能であ
る。
ザからのレーザ光を光ディスクに導く集光光学系、光デ
ィスクで反射した光を読むシリコン材料で形成された光
検出器を備えた光ディスク装置に応用すれば、低出力で
は、自励発振特性により、レーザへの戻り光の影響をあ
まり受けることなくディスクの読み出し（再生）ができ
る。構成自体も、レーザに高周波回路のような付加的な
回路は必要なく、簡単な構成により小型化が可能とな
る。さらに、１５ｍＷの出力も可能であることから、光
ディスクへの書き込み（記録）もすることができ、１台
のレーザで、読み出しと書き込みとができる簡単な構成
で優れた特性をもつ光ディスク装置への応用も可能であ
る。
【００３８】尚、実施の形態で述べた半導体レーザを用
いてプリンターなどの印刷製版などにも応用することが
できる。
いてプリンターなどの印刷製版などにも応用することが
できる。
【００３９】
【発明の効果】従来ＧａＮ系半導体の成長のために用い
られていたサファイア基板はへき開性がないため、Ｇａ
Ｎ系半導体レーザではへき開面によるレーザ共振器構造
を得ることが困難であったが、本発明においてはｎ型Ｇ
ａＡｓ基板などの立方晶構造を有する材料を基板に用い
てそのへき開面に沿ってＧａＮ系半導体を割ることによ
り、ＧａＮ系半導体においても極めて平滑な共振器端面
が得られ、その結果しきい値電流の低減が実現できる。
また導電性を有する基板を用いているため、縦方向に電
流を流すことができ駆動電圧も低く抑えることができ
る。
られていたサファイア基板はへき開性がないため、Ｇａ
Ｎ系半導体レーザではへき開面によるレーザ共振器構造
を得ることが困難であったが、本発明においてはｎ型Ｇ
ａＡｓ基板などの立方晶構造を有する材料を基板に用い
てそのへき開面に沿ってＧａＮ系半導体を割ることによ
り、ＧａＮ系半導体においても極めて平滑な共振器端面
が得られ、その結果しきい値電流の低減が実現できる。
また導電性を有する基板を用いているため、縦方向に電
流を流すことができ駆動電圧も低く抑えることができ
る。
【図１】本発明実施の形態１におけるＧａＮ系ＩＩＩ−
Ｖ族半導体を用いた青色半導体レーザの構造を示す断面
図
Ｖ族半導体を用いた青色半導体レーザの構造を示す断面
図
【図２】本発明実施の形態１における半導体発光素子の
製造工程断面図
製造工程断面図
【図３】本発明実施の形態２におけるＧａＮ系ＩＩＩ−
Ｖ族半導体を用いた青色半導体レーザの構造を示す断面
図
Ｖ族半導体を用いた青色半導体レーザの構造を示す断面
図
【図４】本発明実施の形態２における半導体発光素子の
製造工程断面図
製造工程断面図
【図５】本発明の実施の形態における同一基板上に形成
された青色半導体レーザと光検出器の構造を示す断面図
された青色半導体レーザと光検出器の構造を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態における光ディスク装置の
構成を示す概略図
構成を示す概略図
【図７】従来の青色半導体レーザの構造を示す断面図
１１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１２ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１３ ｐ型ＧａＮガイド層
１４ ＩｎＧａＮ多重量子井戸発光層
１５ ｎ型ＧａＮガイド層
１６ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１７ ｎ型ＧａＮコンタクト層
１８ ｎ型ＧａＡｓ基板
１９ ｐ型電極
１１０ ｎ型電極
３１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
３２ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
３３ ｐ型ＧａＮガイド層
３４ ＩｎＧａＮ多重量子井戸発光層
３５ ｎ型ＧａＮガイド層
３６ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
３７ ｎ型ＧａＮコンタクト層
３８ ｎ型ＺｎＯ層
３９ ｎ型Ｓｉ基板
３１０ ｐ型電極
３１１ ｎ型電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F073 AA01 AA45 AA74 AB12 AB21
BA05 CA07 CB02 CB04 CB07
DA05 DA16 EA29
5F088 BA15 BB10 CB03 CB11 EA09
GA04 GA05
Claims (11)
- 【請求項１】六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構
造を有する半導体とが特定の結晶面で付着されているこ
とを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構
造を有する半導体がその間にＺｎＯ、ＭｇＯまたはその
積層構造を備えていることを特徴とする発光素子。 - 【請求項３】六方晶系構造を有する半導体がＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはその積層構造で構成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。 - 【請求項４】立方晶系構造を有する半導体がＳｉ、Ｇ
ｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰまたはそれらを含む積層
構造で構成されることを特徴とする請求項１または２に
記載の発光素子。 - 【請求項５】六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構
造を有する半導体とを特定の結晶面で付着させる工程を
有する発光素子の製造方法であって、立方晶系構造を有
する半導体のへき開面に従って前記発光素子をへき開す
ることを特徴とする発光素子の製造方法。 - 【請求項６】六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構
造を有する半導体を熱処理により付着させることを特徴
とする請求項５に記載の発光素子の製造方法。 - 【請求項７】六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構
造を有する半導体を樹脂により付着させることを特徴と
する請求項５に記載の発光素子の製造方法。 - 【請求項８】立方晶系構造を有する半導体基板上にＺｎ
Ｏ、ＭｇＯまたはその積層構造を形成する工程と、前記
ＺｎＯ、ＭｇＯまたはその積層構造上に六方晶系構造を
有する半導体を形成する工程とを有する発光素子の製造
方法。 - 【請求項９】六方晶系構造を有する半導体と立方晶系構
造を有する半導体とが特定の結晶面で付着されている発
光素子と、前記発光素子から出射したレーザ光を記録媒
体に集光する集光光学系と、前記記録媒体からの反射光
を受光する光検出器とを備えた光ディスク装置。 - 【請求項１０】六方晶系構造を有する半導体と立方晶系
構造を有する半導体がその間にＺｎＯ、ＭｇＯまたはそ
の積層構造を備えている発光素子と、前記発光素子から
出射したレーザ光を記録媒体に集光する集光光学系と、
前記記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを備え
た光ディスク装置。 - 【請求項１１】光検出器がシリコンにより構成され、前
記シリコン表面に発光素子が設置されていることを特徴
とする請求項１０または１１に記載の光ディスク装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002232402A JP4221969B2 (ja) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | 集積化素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002232402A JP4221969B2 (ja) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | 集積化素子の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17674297A Division JP3456118B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 発光素子及びその製造方法および光ディスク装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003101153A true JP2003101153A (ja) | 2003-04-04 |
| JP2003101153A5 JP2003101153A5 (ja) | 2008-08-28 |
| JP4221969B2 JP4221969B2 (ja) | 2009-02-12 |
Family
ID=19196308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002232402A Expired - Fee Related JP4221969B2 (ja) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | 集積化素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4221969B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021206032A1 (ja) * | 2020-04-07 | 2021-10-14 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換膜、分散液、光検出素子およびイメージセンサ |
-
2002
- 2002-08-09 JP JP2002232402A patent/JP4221969B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021206032A1 (ja) * | 2020-04-07 | 2021-10-14 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換膜、分散液、光検出素子およびイメージセンサ |
| JP7372452B2 (ja) | 2020-04-07 | 2023-10-31 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換膜、分散液、光検出素子およびイメージセンサ |
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| JP4221969B2 (ja) | 2009-02-12 |
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