JP3224020B2

JP3224020B2 - 窒化物半導体発光素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP3224020B2
Application number: JP15934197A
Authority: JP
Inventors: 雅彦佐野; 修二中村
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 2001-10-29
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JPH118439A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば発光ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等に使用される
窒化物半導体よりなる発光素子と、その発光素子の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号等で最近実用化されたばかりである。これ
らの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ｎ型窒化物半
導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構
造（ＳＱＷ：Single-Quantum- Well）のＩｎＧａＮより
なる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。
青色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成比を
増減することで決定されている。

【０００３】また、本出願人は、この材料を用いてパル
ス電流下、室温での４１０ｎｍのレーザ発振を世界で初
めて発表した{例えば、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L74、
Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L217等}。このレーザ素子
は、ＩｎＧａＮを用いた多重量子井戸構造の活性層を有
するダブルへテロ構造を有し、パルス幅２μｓ、パルス
周期２ｍｓの条件で、閾値電流６１０ｍＡ、閾値電流密
度８．７ｋＡ／cm²、４１０ｎｍの発振を示す。さら
に、我々は改良したレーザ素子をAppl.Phys.Lett.69(19
96)1477において発表した。このレーザ素子は、ｐ型窒
化物半導体層の一部にリッジストライプが形成された構
造を有しており、パルス幅１μｓ、パルス周期１ｍｓ、
デューティー比０．１％で、閾値電流１８７ｍＡ、閾値
電流密度３ｋＡ／cm²、４１０ｎｍの発振を示す。そし
て、さらに我々は室温での連続発振にも初めて成功し、
発表した。{例えば、日経エレクトロニクス 1996年12月
2日号技術速報、Appl.Phys.Lett.69(1996)3034、Appl.P
hys.Lett.69(1996)4056 等}、このレーザ素子は２０℃
において、閾値電流密度３．６ｋＡ／cm²、閾値電圧
５．５Ｖ、１．５ｍＷ出力において、２７時間の連続発
振を示す。そして今現在、世界中で本出願人以外に窒化
物半導体レーザ素子の連続発振に成功している報告はさ
れていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記レーザ素子は、い
わゆる電極ストライプ型の構造を有しており、ストライ
プ幅数μｍのｐ電極に電流を集中させて、リッジ下部に
ある活性層を発光させ、活性層端面に形成された共振面
で発光を共振させて、活性層端面からレーザ光が出射さ
れる。このレーザ素子の場合、活性層に電流を集中させ
るための電流狭窄層は窒化物半導体層内部には設けられ
ておらず、ストライプ状のｐ電極で電流を集中させるよ
うにしている。一方、光閉じ込めとしては、活性層より
もバンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体より
なるクラッド層と、活性層上部にあるリッジ構造とで行
っている。活性層の光閉じ込めと電流狭窄とを同時に行
うことができれば、従来よりももっと簡単な構造でレー
ザ発振が実現できる。従って本発明は主として窒化物半
導体よりなるレーザ素子の新規な構造と、その製造方法
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体素
子は、活性層とｎ型不純物がドープされた第１の窒化物
半導体層との間、若しくは活性層とｐ型不純物がドープ
された第２の窒化物半導体層との間にアルミニウムを含
む第３の窒化物半導体層が形成されており、その第３の
窒化物半導体層の一部にアルミニウムの酸化物を含むこ
とを特徴とする。本発明において、活性層、第３の窒化
物半導体層、及び第１の窒化物半導体層とは接して形成
されていなくても良く、また活性層、第３の窒化物半導
体層、及び第２の窒化物半導体層とは接して形成されて
いなくても良い。

【０００６】本発明の発光素子において、第３の窒化物
半導体層は第１の窒化物半導体層、及び第２の窒化物半
導体層よりもアルミニウムが多く含まれていることを特
徴とする。

【０００７】また本発明の発光素子の製造方法は、基板
上部に、ｎ型不純物を含む第１の窒化物半導体層と、活
性層と、ｐ型不純物を含む第２の窒化物半導体とを成長
させるＡ工程、さらに活性層と第１の窒化物半導体層と
の間、若しくは活性層と第２の窒化物半導体層との間
に、アルミニウムを含む第３の窒化物半導体層を成長さ
せるＢ工程、Ａ工程とＢ工程とを行った後、第３の窒化
物半導体層の周辺を露出させ、少なくとも酸素を含む雰
囲気中、若しくは水分を含む雰囲気中で加熱することに
より、第３の窒化物半導体層の一部を酸化させるＣ工程
とを具備することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の発光素子の一構造
を示す模式的な断面図であり、具体的にはレーザ光の共
振方向に対して垂直な方向でレーザ素子を切断した際の
図を示している。基本的な構造としては窒化物半導体と
異なる材料よりなる基板（図示していない。）の上に成
長させたＧａＮ基板１０の上に、ＳｉドープＧａＮより
なるｎ側バッファ層１１、ＳｉドープＡｌＧａＮよりな
るｎ側クラッド層１２、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側
光ガイド層１３、ＩｎＧａＮとＧａＮとが積層されてな
る多重量子井戸構造の活性層１４、ＭｇドープＡｌＧａ
Ｎよりなるｐ側キャップ層１５、ＭｇドープＧａＮより
なるｐ側光ガイド層１６、ＭｇドープＡｌＧａＮよりな
るｐ側クラッド層１７、ＡｌＧａＮよりなり、ＡｌＧａ
Ｎの一部にＡｌ酸化物を含む電流狭窄層３０、Ｍｇドー
プＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１８が積層された構
造を有している。ｐ側コンタクト層１８のほぼ全面には
ｐ電極１９が形成され、エッチングにより露出されたｎ
側バッファ層１１の表面にはｎ電極２０が形成されてい
る

【０００９】Ａｌ酸化物を含む電流狭窄層３０は、活性
層１４と、ｐ側コンタクト層１８との間、若しくは活性
層１４とｎ側バッファ層１１との間であれば、任意の位
置に形成することができる。即ち、活性層とｎ型不純物
がドープされた第１の窒化物半導体層、又は活性層とｐ
型不純物がドープされた第２の窒化物半導体層との間で
あれば、任意の層間に形成できる。電流狭窄層３０は、
例えば図１に示すように、Ａｌ、Ｇａ酸化物が含まれる
周辺部のａ領域と、酸化物が含まれない中心部のｂ領域
とからなる。ａ領域は酸化物が含まれるために高抵抗と
なるが、ｂ領域は低抵抗（図１の場合、ｐ導電型）のま
まである。一方、電流狭窄層をｎ層側に形成した場合に
は、周辺部ａ領域は高抵抗とし、中央部ｂ領域はｎ導電
型とする。ｂ層の領域は１０μｍ以下、さらに好ましく
は５μｍ以下にする。面発光レーザ素子の場合も同様に
１０μｍφ以下、好ましくは５μｍφ以下に調整するこ
とが望ましい。

【００１０】電流狭窄層３０はＡｌを含む窒化物半導体
で形成し、Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０＜X≦１）で形成するこ
とが望ましく、好ましくはX値が０．３以上のＡｌ_XＧａ
_1-XＮで形成する。また膜厚はキャリアが電流狭窄層を
トンネルしない程度以上の膜厚で形成し、例えば１００
オングストローム以上、５μｍ以下、さらに好ましくは
０．１μｍ以上、２μｍ以下の膜厚で形成する。５μｍ
よりも厚いと電流狭窄層中にクラックが入りやすくなっ
て成長が困難となる傾向にある。

【００１１】電流狭窄層３０がキャリア閉じ込め層、及
び光閉じ込め層としてのｐ側クラッド層１７よりも、ｐ
電極１９に接近した位置にある場合、電流狭窄層３０は
その名の通りｐ電極１９から注入される電流を狭窄して
活性層１４の一部に集中させる作用を奏する。同じく電
流狭窄層３０がキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層
としてのｎ側クラッド層１２よりも、基板１０側に接近
した位置にある場合も同一作用である。一方、電流狭窄
層３０がｐ側クラッド層１７と活性層１４との間にある
場合、電流狭窄層３０は電流を狭窄する作用の他に、活
性層の発光を閉じ込める作用がある。これは電流狭窄層
を構成するＡｌ酸化物、具体的にはＡｌ ₂Ｏ₃の屈折率が
窒化物半導体の屈折率よりも小さいことによる。この作
用は、電流狭窄層３０がｎ側クラッド層１２と活性層１
４との間にある場合も同一である。従って、従来光閉じ
込め層であったｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層を省略
することもできる。また、活性層の発光を狭い領域で閉
じ込めることができるので、例えば面発光型のレーザ素
子を作製した場合には低閾値で発振する。

【００１２】また本発明の製造方法では、第３の窒化物
半導体層の周辺を露出させて、酸素（オゾンも含む）を
含む雰囲気中、若しくは水分を含む雰囲気中で、ウェー
ハ若しくは素子を加熱することにより形成する。これは
周囲からＡｌを含む窒化物半導体が先に酸化される作用
を用いている。つまりＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ等の窒化
物半導体はＧａＮ、ＩｎＮよりも先にＡｌＮの方が酸化
されやすいことを見いだしたことにより、このＡｌを多
く含む第３の窒化物半導体層を成長させて、その第３の
窒化物半導体層の周辺を露出させた後、加熱処理して周
辺部を先に酸化させ、中央部を低抵抗なままとして残す
ことにより、この第３の窒化物半導体層を電流狭窄層と
して作用させるのである。従って、第３の窒化物半導体
層は素子を構成する積層した窒化物半導体層中で最もＡ
ｌ混晶比を大きくすることが望ましい。図１では電流阻
止層３０において酸化物を含む領域をａでもって示して
いるが、他のＡｌを含む窒化物半導体よりなるｎ側クラ
ッド層１２、ｐ側クラッド層１７の周辺部も電流阻止層
ほどではないが、一部酸化物を含んでいる。

【００１３】第３の窒化物半導体層周辺部を露出させる
には例えばエッチングが用いられる。即ち、窒化物半導
体ウェーハを素子状に分離する前に、例えばｎ電極を形
成すべきｎ側コンタクト層の表面を露出させるエッチン
グを行うことにより、ｎ型コンタクト層よりも上にある
第３の窒化物半導体層の側面を同時に露出させることが
可能である。その他、面発光レーザ素子のような場合に
は、ウェーハをレーザチップ状にダイシング、スクライ
ビング等の手法により分離することにより、自動的に第
３の窒化物半導体層の周辺が露出できる。

【００１４】

【実施例】

［実施例１］以下、図１を元に本発明の実施例を詳説す
る。サファイア（Ｃ面）よりなる基板の上にＧａＮより
なるバッファ層を介してＧａＮよりなる単結晶を１５０
μｍの膜厚で成長させたＧａＮ基板１０を用意する。こ
のＧａＮ基板１０を反応容器内にセットし、温度を１０
５０℃まで上げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアン
モニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）、不純物ガスと
してシランガスを用い、ＧａＮ基板１０上にＳｉを１×
１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮよりなるｎ側バッファ層
１１を４μｍの膜厚で成長させる。このバッファ層は、
図１のような構造の発光素子を作製した場合にはｎ電極
を形成するためのコンタクト層としても作用する。さら
に、このｎ側バッファ層は高温で成長させるバッファ層
であり、例えばサファイア、ＳｉＣ、スピネルのように
窒化物半導体体と異なる材料よりなる基板の上に、９０
０℃以下の低温において、ＧａＮ、ＡｌＮ等を、０．５
μｍ以下の膜厚で直接成長させるバッファ層とは区別さ
れる。

【００１５】（ｎ側クラッド層１２＝歪み超格子層）続
いて、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム）、ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを
１×１０¹⁹／cm³ドープしたｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.8 ₅Ｎよ
りなる層を４０オングストロームの膜厚で成長させ、続
いてシランガス、ＴＭＡを止め、アンドープのＧａＮよ
りなる層を４０オングストロームの膜厚で成長させる。
そしてこれら２種類の層をそれぞれ１００層ずつ交互に
積層し、総膜厚０．８μｍの歪み超格子よりなるｎ側ク
ラッド層１２を成長させる。

【００１６】（ｎ側光ガイド層１３）続いて、シランガ
スを止め、１０５０℃でＳｉを１×１０¹⁸／cm³ドープ
したｎアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層１３を
０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層
は、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧ
ａＮを成長させることが望ましく、通常１００オングス
トローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングスト
ローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。ま
たこの層を歪み超格子層とすることもできる。歪み超格
子層とする場合にはバンドギャップエネルギーは活性層
より大きく、ｎ側クラッド層よりも小さくする。なおこ
の層のｎ型不純物濃度はｎ側クラッド層１２よりも少な
くする方が望ましい。

【００１７】（活性層１４）次に、原料ガスにＴＭＧ、
ＴＭＩ、アンモニアを用いて活性層１４を成長させる。
活性層１４は温度を８００℃に保持して、アンドープＩ
ｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる井戸層を２５オングストローム
の膜厚で成長させる。次にＴＭＩのモル比を変化させる
のみで同一温度で、Ｓｉを１×１０¹⁸／cm³ドープした
Ｉｎ_0.01Ｇａ₀ _.95Ｎよりなる障壁層を５０オングストロ
ームの膜厚で成長させる。この操作を２回繰り返し、最
後に井戸層を積層した総膜厚１７５オングストロームの
多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。活
性層は本実施例のようにアンドープでもよいし、またｎ
型不純物及び／又はｐ型不純物をドープしても良い。不
純物は井戸層、障壁層両方にドープしても良く、いずれ
か一方にドープしてもよい。

【００１８】（ｐ側キャップ層１５）次に、温度を１０
５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍ
ｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側
光ガイド層１６よりもバンドギャップエネルギーが大き
い、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎよりなるｐ側キャップ層１７を３００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層１５の
膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストローム
以上の膜厚で形成することが望ましい。

【００１９】（ｐ側光ガイド層１８）続いてＣｐ2Ｍ
ｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、バンドギャップエネ
ルギーがｐ側キャップ層１５よりも小さい、Ｍｇを１×
１０¹⁹／cm³ドープしたＧａＮよりなるｐ側光ガイド層
１８を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、活性
層の光ガイド層として作用し、ｎ型光ガイド層１３と同
じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ましい。
なお、このｐ側光ガイド層を歪み超格子層とすることも
できる。歪み超格子層とする場合にはバンドギャップエ
ネルギーは活性層より大きく、ｐ側クラッド層よりも小
さくする。なおこのｐ側光ガイド層のｐ型不純物濃度は
ｐ側クラッド層１７よりも少なくすることが望ましい。

【００２０】（ｐ側クラッド層１７）続いて、１０５０
℃でＭｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.15Ｇ
ａ_0.8 ₅Ｎよりなる層を４０オングストロームの膜厚で成
長させ、続いてＴＭＡのみを止め、アンドープＧａＮよ
りなる層を４０オングストロームの膜厚で成長させる。
そしてこれら２種類の層をそれぞれ１００層積層し、総
膜厚０．８μｍの歪み超格子層よりなるｐ側クラッド層
１７を形成する。

【００２１】（電流阻止層３０）次に、１０５０℃でＭ
ｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたＧａＮよりなる第２の
バッファ層を１００オングストロームの膜厚で成長させ
る（図示せず。）。このＧａＮ層はＡｌを含む電流阻止
層を成長させる際のバッファ層として作用する。続い
て、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ
_0.6Ｎよりなる電流阻止層３０を０．５μｍの膜厚で成
長させる。このように成長させたままの状態では未だ電
流阻止層として作用していないが、本実施例においては
あえて電流阻止層という。

【００２２】（ｐ側コンタクト層１８）最後に、１０５
０℃で、Ｍｇを２×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮ
よりなるｐ側コンタクト層１８を１５０オングストロー
ムの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層１８はｐ型の
Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で
構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａ
Ｎとすれば、ｐ電極２１と最も好ましいオーミック接触
が得られる。

【００２３】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを反応容器内において、窒素雰囲気中７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型不純物をドープした層を
さらに低抵抗化させる。

【００２４】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、図１に示すように、ＲＩＥ装置により最上層
のｐ側コンタクト層１８からエッチングを行い、電流狭
窄層３０の側面と、ｎ電極２０を形成すべきｎ側バッフ
ァ層１１の表面とを露出させる。

【００２５】次にｐ側コンタクト層１８のほぼ全面にＮ
ｉとＡｕよりなるｐ電極１９を形成する。一方、Ｔｉと
Ａｌよりなるｎ電極２０を先ほど露出させたｎ側バッフ
ァ層１１の表面にストライプ状に形成する。電極形成
後、ウェーハのサファイア基板を研磨により除去し、Ｇ
ａＮ基板の裏面を表出させる。

【００２６】研磨後、ウェーハをアニーリング装置に入
れ、酸素雰囲気中、３００℃で数時間アニーリングを行
い、電流狭窄層３０の周辺近傍を酸化させ、電流狭窄層
として作用するようにする。

【００２７】酸化後、ｎ電極２０のストライプと平行な
方向でウェーハをバー状に切断する。バー状に切断した
際、バーの短辺と平行方向での断面図は図１と同一とな
る。一方、ストライプ状のｎ電極２０に垂直な方向でバ
ーを劈開し、劈開面に共振器を作製した後、それぞれの
電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を
試みたところ、室温において、１００時間以上のレーザ
発振が確認された。

【００２８】［実施例２］実施例１において、ｐ側光ガ
イド層成長後、実施例１と同様にしてＭｇを１×１０²⁰
／cm³ドープしたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ層よりなる電流狭窄
層を０．５μｍの膜厚で成長させる。なお実施例１にお
いて電流狭窄層を成長させる前に成長させたＧａＮより
なる第２のバッファ層は、本実施例ではｐ側光ガイド層
がバッファ層となっているため成長させていない。

【００２９】電流狭窄層成長後、ｐ側クラッド層は成長
させず、直接ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト
層を５００オングストロームの膜厚で成長させる。本実
施例の場合、電流狭窄層が光閉じ込め層として作用する
ために、ｐ側クラッド層を成長させていない。後は実施
例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、実施例
１とほぼ同等の特性を有するレーザ素子が得られた。

【００３０】［実施例３］実施例１において、ｎ側バッ
ファ層成長後、同じく１０５０℃でシランガス、ＴＭ
Ｇ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm
³ドープしたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる電流阻止層を
０．５μｍの膜厚で成長させる。次に、ｎ側クラッド層
１２を成長させずに、電流阻止層の上に直接ｎ側光ガイ
ド層を成長させる。後は実施例１と同様にして、この電
流阻止層の上に窒化物半導体を成長させた後、同様にし
てレーザ素子を作製したところ、実施例１とほぼ同等の
特性を有するレーザ素子が得られた。

【００３１】［実施例４］図２は本発明の他の実施例に
係る素子の構造を示す模式断面図であり、具体的には面
発光レーザ素子の構造を示している。以下図２を元に本
実施例について説明する。

【００３２】スピネル（１１１）よりなる基板の上に成
長させた膜厚１５０μｍのＳｉドープＧａＮよりなる基
板１０’を用意し、このＧａＮ基板１０’の上に、ＭＯ
ＶＰＥ法を用い、実施例１と同様にして、Ｓｉを１×１
０¹⁹／cm³ドープしたｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる層
４０オングストロームと、アンドープ（undope）ＧａＮ
よりなる層を４０オングストロームとを、それぞれ２５
回交互に積層した、歪み超格子構造よりなるｎ側クラッ
ド層１２’を０．２μｍの膜厚で成長させる。

【００３３】次に、アンドープＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりな
る井戸層、２５オングストロームと、アンドープＩｎ
_0.01Ｇａ_0.95Ｎよりなる障壁層、５０オングストローム
とを２回ずつ交互に積層し、最後に井戸層を積層した総
膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）よりなる活性層１４’を成長させる。

【００３４】次に、１０５０℃で、Ｍｇを１×１０²⁰／
cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる電流阻止
層３０を０．５μｍの膜厚で成長させる。なお、本実施
例ではＩｎＧａＮを含む活性層がバッファ層となってい
るため、実施例１の第２のバッファ層は成長させていな
い。

【００３５】続いて、実施例１と同様にして、Ｍｇを１
×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ₀ _.2Ｇａ_0.8Ｎよりな
る層４０オングストロームと、アンドープ（undope）Ｇ
ａＮよりなる層を４０オングストロームとを、それぞれ
２５回交互に積層した、歪み超格子構造よりなるｐ側ク
ラッド層１７’を０．２μｍの膜厚で成長させる。

【００３６】最後に１０５０℃でＭｇを１×１０²⁰／cm
³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１
８’を２００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００３７】以上のようにして窒化物半導体を成長した
ウェーハを反応容器から取りだし、スピネル基板を研磨
して除去した後、ＧａＮ基板１０’の裏面側の位置に保
護膜を形成し、保護膜を形成していない部分をエッチン
グして、図２に示すように２０μｍφの孔１００を形成
する。孔１００の深さは孔の底部と、ｎ側クラッド層３
との距離とが０．５μｍとなるように調整する。本実施
例のように窒化物半導体で面発光レーザ素子を作製する
場合、基板の裏面側に孔１００を設け、その孔の底部に
反射鏡を設けている。この孔１００を設けることによ
り。活性層の共振器長が短くなり、低閾値で発振して単
一モードのレーザ光が得られやすくなる。ｐ側反射鏡２
０と、ｎ側反射鏡２１との距離は１０μｍ以下、さらに
好ましくは５μｍ以下、最も好ましくは３μｍ以下に調
整することが望ましい。下限については特に限定しない
が、１００オングストローム以上、好ましくは活性層の
発光波長以上、通常は３８０ｎｍ以上に調整する。１０
μｍよりも長いと損失が大きくなって閾値が上昇して素
子寿命が短くなる傾向にある。

【００３８】孔１００形成後ウェーハをＣＶＤ装置に移
送し、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂との誘電体多層膜からなるｎ側
反射鏡２１を、図２に示すように孔１００の底部に形成
する。一方、ｐ側コンタクト層１８’の表面にも所定の
形状の保護膜を形成して、図２に示すように２０μｍφ
のｐ側反射鏡２０を形成する。これらの反射鏡は４１０
ｎｍの発光波長に対して８０％以上の反射率を有するよ
うに設計されている。

【００３９】次に、ＧａＮ基板１０’の裏面には、ｎ側
反射鏡２１を囲むＴｉ／Ａｌよりなるリング状のｎ電極
２０１０を形成し、一方、最上層のｐ側コンタクト層８
の表面の第２の反射鏡１２を除くほぼ全面にＮｉ／Ａｕ
よりなるｐ電極９を形成した後、ＧａＮ基板１０’をス
クライバーにより劈開して２００μｍ角のチップに分離
する。

【００４０】さらにそのチップを水分を３０％含む３０
０℃のアニーリング装置中で、空気中、十数時間放置
し、図２に示すようにｐ側クラッド層１７’の周辺近傍
を酸化させ、電流狭窄層として作用するようにする。以
上のようにして作製した面発光レーザ素子は、従来の電
極ストライプ型の窒化物半導体レーザ素子に比較して、
約１／３０の電流で４０８ｎｍの室温連続発振を示し、
寿命は１分以上であった。

【００４１】

【発明の効果】本発明のようにＡｌ混晶比の高い窒化物
半導体層を積層半導体中に存在させ、その周辺近傍を酸
化させることにより、Ａｌ混晶比の高い層が電流狭窄
層、光閉じ込め層として作用するので、従来に比較して
簡単な構造でレーザ素子が得られる。また、本発明の方
法は周辺近傍に酸化物を有する第３の窒化物半導体を得
るための一方法であって、本発明の発光素子は必ずしも
この製造方法によって方法を本発明はレーザ素子の他、
ＬＥＤ素子、スーパールミネッセントダイオードのよう
な他の窒化物半導体よりなる発光素子に適用することも
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式断面図。

【図２】本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す模式断面図。

【符号の説明】

１０、１０’・・・ＧａＮ基板１１・・・・ｎ側バッファ層１２、１２’・・・・ｎ側クラッド層１３・・・・ｎ側光ガイド層１４、１４’・・・・活性層１５・・・・ｐ側キャップ層１６・・・・ｐ側光ガイド層１７、１７’・・・・ｐ側クラッド層１８、１８’・・・・ｐ側コンタクト層３０、３０’・・・・電流阻止層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層とｎ型不純物がドープされた第１
の窒化物半導体層との間、若しくは活性層とｐ型不純物
がドープされた第２の窒化物半導体層との間にアルミニ
ウムを含む第３の窒化物半導体層が形成されており、そ
の第３の窒化物半導体層の一部にアルミニウムの酸化物
を含むと共に、第３の窒化物半導体層がＩｎＧａＮ若し
くはＧａＮ層からなるバッファ層の上に接して形成され
ていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】前記第３の窒化物半導体層が、アルミニ
ウムの酸化物を含む高抵抗な周辺部（領域ａ）と、低抵
抗な中央部（領域ｂ）とを有し、電流狭窄層として作用
させることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体発
光素子。
【請求項３】前記第３の窒化物半導体層は第１の窒化
物半導体層、及び第２の窒化物半導体層よりもアルミニ
ウムが多く含まれていることを特徴とする請求項１又は
２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】基板上部に、ｎ型不純物を含む第１の窒
化物半導体層と、活性層と、ｐ型不純物を含む第２の窒
化物半導体とを成長させるＡ工程、さらに活性層と第１の窒化物半導体層との間、若しくは
活性層と第２の窒化物半導体層との間であって、ＩｎＧ
ａＮ若しくはＧａＮ層からなるバッファ層の上に接し
て、アルミニウムを含む第３の窒化物半導体層を成長さ
せるＢ工程、Ａ工程とＢ工程とを行った後、第３の窒化物半導体層の
周辺を露出させ、少なくとも酸素を含む雰囲気中、若し
くは水分を含む雰囲気中で加熱することにより、第３の
窒化物半導体層の一部を酸化させるＣ工程とを具備する
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。