JPH09307188A

JPH09307188A - 窒素系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09307188A
Application number: JP11865896A
Authority: JP
Inventors: Yae Okuno; 八重奧野; Toshihisa Tsukada; 俊久塚田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】窒素系III-Ｖ族化合物半導体は、主に劈開し
にくいウルツ鉱型六方格子構造を有しており、共振器端
面を作製することが困難である。また、接触抵抗の低い
ｐ型電極を形成することが困難であった。従って本材料
によって青緑色の端面発光型半導体レーザを作製するこ
とができなかった。【解決手段】窒素系III-Ｖ族化合物半導体薄膜を、直
接接着により面心立方格子構造を有する半導体基板上に
形成する。面心立方格子構造は劈開が容易であり、基板
の劈開によって窒素系薄膜の擬似劈開面を形成すること
ができる。また、接触抵抗の低いｐ型電極を形成するこ
とができる。【効果】擬似劈開面により端面発光型レーザを実現す
るに不可欠な共振器端面を容易に形成できる。更に、接
触抵抗の低減により駆動電圧を低減することができる。
従って、これまで作製し得なかった青緑色半導体レーザ
を作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒素系III-Ｖ族化
合物半導体より成る光素子の構造および作製方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体光素子は、その材料に固有の物性
に対応した波長の光を発光、受光、変調等するものであ
り、様々な分野に利用されている。その内、ＩｎＰやＧ
ａＡｓなどの化合物半導体より成る半導体レーザは、光
通信用および情報読み取り用にそれぞれ主に利用され
る。

【０００３】近年、社会の発展に伴う情報量の増加に向
けて、情報読み取り用レーザの短波長化が望まれてい
る。しかしながら、これまで用いられてきているＧａＡ
ｓでは、得られる波長は６００ｎｍ以上であり、物性上
これより短い波長の光を発生させることは困難である。
このため、新しい材料の開発により、より短い波長のレ
ーザを作製する試みが広く行われている。中でも、Ｚｎ
Ｓｅ等のII−VI族化合物の開発、及び窒素（Ｎ）をＶ族
構成元素の中心とするＧａＮ等のIII-Ｖ族化合物の開発
が特に盛んである。これらの材料は４００ｎｍ〜６００
ｎｍの波長のレーザ光を発生することが可能である。し
かし、II−VI族化合物はイオン性が高く不安定な材料
で、結晶の信頼性の確保が難しい。III-Ｖ族化合物は既
にＧａＡｓやＩｎＰ等が実用化されている実績がある
が、窒素がＶ族の構成主元素になることで物性が大きく
変化する。よって、いずれもまだ実用に至るには困難な
状態である。

【０００４】このうち、窒素系III-Ｖ族化合物におい
て、以下に述べるように、結晶構造が通常のIII-Ｖ族化
合物と異なった形態を示すことにより、レーザ作製にお
ける問題が生じる。半導体レーザを作製するためには、
原子レベルで平坦な反射面を形成して光の共振器を作製
する必要がある。現在一般的に作製されている端面発光
型レーザでは、結晶を劈開することによってその共振器
端面を形成している。通常のIII-Ｖ族化合物は、面心立
方格子を単位格子とする結晶構造を採っており、この結
晶は容易に劈開できる。

【０００５】これに対し、窒素系III-Ｖ族化合物は、ウ
ルツ鉱型六方格子と面心立方格子の双方の結晶構造を採
る。どちらの結晶構造を採るかは、基板材料や成長温度
等の成長条件に依存し、双方が混在する場合もある。サ
ファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）等のウルツ鉱型六方格子構造を有
する基板上に成長すればウルツ鉱型六方格子構造に、Ｇ
ａＡｓ等の面心立方格子構造を有する基板上に成長すれ
ば面心立方格子構造になり易い。相対的に、ウルツ鉱型
六方格子構造の方がより安定であり、成長が容易であ
る。但し、ウルツ鉱型六方格子構造は劈開しにくく、レ
ーザ作製のための劈開端面を形成することが困難であ
る。他方、面心立方格子構造は容易に劈開できるもの
の、成長が難しい。具体的には、一様な面心立方格子構
造を得るには成長温度を低くするなどの成長条件を厳し
く設定しなければならない。そして、成長温度が低いた
め成長層の結晶性が悪く、実用的なレーザ作製が可能な
良質の成長層が得られない。

【０００６】また、結晶構造以外に、窒素系III-Ｖ族化
合物にはレーザ作製に次の問題がある。レーザ作製のた
めには、ｎ型とｐ型の電極を活性層を挟んで形成しなけ
ればならない。従来はｎ型・ｐ型共に、ＧａＮ層の表面
に電極を形成していた。しかしながら、ｐ型電極とＧａ
Ｎ層表面には大きな接触抵抗があり、このためレーザの
駆動電圧が高くなるという問題があった。駆動電圧が高
いと消費電力が上がり、また抵抗による発熱量が増加し
て素子の特性劣化につながる。現在までに、電極の改質
やＧａＮ層のｐ型濃度増加などの試みがなされている
が、駆動電圧の顕著な改善には至っていない。

【０００７】即ち、窒素系III-Ｖ族化合物によって端面
発光型レーザを作製するためには、ウルツ鉱型六方格子
構造の結晶においては劈開の難易さが、面心立方格子構
造の結晶においては成長の難易さおよび結晶性の悪さ
が、それぞれ問題となっていた。また、ｐ型電極をＧａ
Ｎ層表面に形成していることで大きな接触抵抗が生じて
いた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、窒素系II
I-Ｖ族化合物により実用的な半導体レーザを作製するに
は、作製に適した良質の結晶において劈開面を形成する
手法が無いという第１の課題が存在した。また、ｐ型の
接触抵抗を下げる手段が無いという第２の課題が存在し
た。本発明は、これらの課題を解決し、窒素系III-Ｖ族
化合物によるレーザの作製方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題は、ウル
ツ鉱型六方格子構造の窒素系III-Ｖ族化合物薄膜を、面
心立方構造の半導体基板上に、直接接着法により形成す
ることによって達成される。直接接着の際には、ウルツ
鉱型六方格子構造において割れやすく原子レベルで平坦
な端面を得やすい面と、面心立方格子構造における劈開
面が平行となるように両者を配置することが重要であ
る。

【００１０】直接接着法とは、文献（アプライドフィ
ジックスレターズ（Applied Physics Letters）、58
1961(1991)）に記載のごとく、二つの半導体を接着剤を
介在させずにじかに貼り合わせて高温・加圧下で一体化
する手法である。この手法の特徴は、格子定数等の物性
定数が異なった半導体材料を一体化できる点もある。ま
た、貼り合わせる半導体表面の格子配列様式が異なって
いても問題無く、一体化された半導体の結晶性は劣化し
ない。従って、この手法を用いれば、ウルツ鉱型六方格
子構造の窒素系III-Ｖ族化合物半導体とＧaＡs等の面心
立方格子構造の半導体基板を、任意の面方位関係で一体
化することが可能である。

【００１１】即ち、本発明の光半導体素子は次の構成を
持つ。窒素をＶ族構成元素の主たる元素とするIII-Ｖ族
の第１の化合物半導体層を有してなる半導体光素子であ
り、前記第１の化合物半導体層は窒素を構成元素に含ま
ない第１の半導体基板の表面上に直接接着により一体化
されてなる。

【００１２】ここで、III-Ｖ族の第１の化合物半導体層
は窒素をＶ族構成元素又はその主たる元素とするが、少
なくともＶ族構成元素の５０％以上、９０％以上が好ま
しい。他のＶ族構成元素の例としては、ＡＳ，Ｐ，Ｓｂ
等があげられる。

【００１３】尚、光素子構成の為、上記第１の化合物半
導体層が具体的には複数層をもって構成されることがあ
ることはいうまでもない。又、光素子構成の為の層構成
はこれまで知られた構成で良い。

【００１４】また、面心立方構造の半導体基板としてｐ
型電極が低い接触抵抗で形成できる半導体を選べば、面
心立方構造の半導体基板裏面にｐ型電極を形成すること
で、レーザの駆動電圧を低減できる。但し、ｎ型電極は
窒素系III-Ｖ族化合物薄膜の表面に形成しなければなら
ないから、電流は直接接着界面を通る。一般に、異なる
種類の半導体が急峻に接合している界面では、半導体の
物性差に応じた電位障壁が形成される。このため、直接
接着界面を通ることで、駆動電圧が高くなる。しかしな
がら、直接接着界面による駆動電圧増加は、ｐ型電極と
ＧａＮ層表面の接触抵抗による電圧増加と比べて大幅に
低い。従って、直接接着法を用いることで、全体として
駆動電圧を低減できる。

【００１５】更に、上記両手段を並用することで実用上
より一層効果的である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の一形態を図１に示す。ま
ず、図１(a)に示すように、ウルツ鉱型六方格子構造を
有する基板１上に、ＧａＮを主材料とする窒素系III-Ｖ
族化合物でｎ型層３、活性層４、及びｐ型層５より成る
薄膜２を結晶成長する。基板１の表面は（０００１）面
とする。また、このとき、薄膜２が基板１と同じウルツ
鉱型六方格子構造となるよう、成長条件の設定に注意す
る。次に、薄膜２の表面と面心立方格子構造を有する半
導体基板６の表面を貼り合わせて、直接接着する。基板
６の表面は（００１）面とする。貼り合わせる際には、
薄膜２の｛１−１００｝面または｛２−１−１０｝面
と、基板６の（１１０）または（１−１０）面が、平行
となるように配置する。但し、｛１−１００｝等の
“−”記号はミラー指数における負の方向を示すオーバ
ーラインの代用である。また、｛１−１００｝面とは、
ウルツ鉱型六方格子構造の±（１−１００）面、±（１
０−１０）面、±（０１−１０）面を、｛２−１−１
０｝面とは、ウルツ鉱型六方格子構造の±（２−１−１
０）面、±（−１２−１０）面、±（−１−１２０）面
を、それぞれ纏めて指す。ここでは薄膜２の（１−１０
０）面と基板６の（１１０）が平行であるとする。

【００１７】この後、基板１を機械研磨およびエッチン
グにより除去し、基板６上に薄膜２が形成された構造を
形成する。基板６は、その（００１）表面に垂直な（１
１０）および（１−１０）面で劈開することができる。
一方、ウルツ鉱型六方格子構造を有する薄膜２は、物性
上、それ自身では薄膜表面に垂直な面で劈開することが
できないが、ここでは薄膜２の（１−１００）面を基板
６の（１１０）面と平行に揃えている。薄膜２が基板６
と比べて十分に薄ければ、この一体化基体は基板６の
（１１０）面における劈開で分割することができ、その
結果、薄膜２の（１−１００）端面７が現れる。｛１−
１００｝面および｛２−１−１０｝面は、ウルツ鉱型六
方格子構造において比較的割れやすく原子レベルで平坦
な端面を得易い面であるので、端面７は光の共振器とな
り得る平坦な端面となる。このように、ウルツ鉱型六方
格子構造の窒素系III-Ｖ族化合物薄膜と面心立方構造の
半導体基板の一体化構造を形成すれば、窒素系III-Ｖ族
化合物の擬似劈開端面を得ることが可能となり、端面発
光型レーザを作製することができる。また、基板６をｐ
型基板とし、その材質として低い接触抵抗でｐ型電極を
形成できる材料を選べば、基板６の裏面にｐ型電極を形
成することで、レーザのｐ型電極の接触抵抗を低くでき
る。

【００１８】一方、図２および図３は窒素系III-Ｖ族化
合物より成るレーザの従来の作製例を示す。図２は、基
板１上に薄膜２を結晶成長した後、これをそのまま劈開
してレーザを作製しようとした例である。既述のとお
り、ウルツ鉱型六方格子構造は（０００１）表面に垂直
な面で劈開できない。よって、基板１を｛１−１００｝
面または｛２−１−１０｝面で劈開してみても、図２
（ａ）に示すように、多くの場合はＹの様に凹凸のある
端面となる。但し、わずかな確率でＺのような平坦な
｛１−１００｝端面または｛２−１−１０｝端面が現れ
ることがある。即ち、従来は、ウルツ鉱型六方格子構造
の窒素系III-Ｖ族化合物によって端面発光型レーザを作
製することは、非常に低い確率でしかできなかった。
尚、図２（ａ）で８，９は結晶端面を示す。

【００１９】加えて、従来は、図２（ｂ）に示すよう
に、ｐ型及びｎ型の両電極を薄膜２のｐ型及びｎ型層、
即ち窒素系III-Ｖ族化合物の層の表面に形成しなければ
ならなかった。しかしながら、ｐ型電極とｐ型の窒素系
III-Ｖ族化合物層との間の接触抵抗は非常に大きかっ
た。また、ウルツ鉱型六方格子構造を有する基板１の材
料には、ｐ型電極を低い接触抵抗で形成できる適当なも
のが無かった。

【００２０】また、図３は、半導体基板６上に薄膜２を
結晶成長してレーザ構造を作製した例である。基板６の
表面は（００１）面とする。この場合は、面心立方格子
構造の基板６は表面に垂直な（１１０）および（１−１
０）面で劈開することができるから、容易にレーザ端面
を形成することができる。しかしながら、この場合の薄
膜２の結晶構造は、成長条件を厳しく制御すれば一様な
面心立方格子構造となるが、さもなければ面心立方格子
とウルツ鉱型六方格子が混在した構造となってしまう。
さらに、一様な面心立方格子構造とするには成長温度を
低くすれば良いが、その結果薄膜２の結晶性が低下して
しまう。従って、この場合は劈開は可能であるが、実用
に値する特性のレーザを得ることができなかった。

【００２１】以下本発明に係る半導体装置およびその製
造方法の幾つかの実施例について、図４から図１０を用
いて詳細に説明する。

【００２２】（実施例１）図４より図６を用いて本発明
に係る半導体装置およびその製造方法の第１の実施例を
説明する。

【００２３】まず、図４（ａ）に示すように、ウルツ鉱
型六方格子構造を有する（０００１）サファイア基板３
１上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ
~またはアンドープＡｌＮエッチングストップ層１０
（厚さ２.０５μｍ）、ｎ+−ＧａＮコンタクト層１１
（厚さ０.３μｍ）、ｎ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ層１２１
（厚さ０.３μｍ）、アンドープＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ活性
層１３１（厚さ２ｎｍ）、ｐ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ層１４
１（厚さ０.３μｍ）、ｐ−ＧａＮ層１５（厚さ２.０μ
ｍ）を順次成長する。層１１〜１５を纏めて、以後レー
ザ構造層９１と称する。レーザ構造層９１は基板３１と
同じウルツ鉱型六方格子構造となるように成長条件を設
定している。但し、サファイアとＧａＮは格子定数が著
しく大きいため、レーザ構造層９１の（０００１）平面
内の面方位は、基板３１の面方位より３０゜ずれる。具
体的な成長方法は、まずサファイア基板３１を水素雰囲
気中で１１００℃に加熱して、表面を清浄化する。基板
温度を６００℃に低下させ、ＡｌＮエッチングストップ
層１０の内の５０ｎｍを成長する。一旦成長を中断し
て、基板温度を９００℃に上昇させ、残りの２.０μｍ
のＡｌＮを引き続き成長する。その後、基板温度を更に
１１００℃に上昇させて、残りの層を成長する。ｐ型の
ドーパントにはＭｇを、ｎ型のドーパントにはＳｉを用
いた。使用した成長原料は、ビスシクロペンタジエチル
マグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルガリウ
ム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡＩ）
アンモニア（ＮＨ₃）、である。

【００２４】続いて、ｐ−ＧａＮ層１５の表面と（００
１）ｐ−ＧａＡｓ基板２１の表面をＨＦ希釈液で洗浄す
る。これらを各々洗浄後に水洗してスピンナ乾燥し、洗
浄した表面を向かい合わせて重ねる。この時、サファイ
ア基板３１の（２−１−１０）面と、ＧａＡｓ基板２１
の（１１０）面が平行となるように、これらを配置す
る。また、このとき、レーザ構造層９１の（１０−１
０）が上記の２面と平行になる。これらの上に３０ｇ／
cm²程度の重石をのせ、アニール炉内に置く。この時、
サファイア基板３１側およびＧａＡｓ基板２１側のどち
らが上でも構わない。炉内にＨ₂ガスを流しながら温度
を７００℃に昇温し、３０分保持する。この加熱工程に
より、ｐ−ＧａＮ層１５の表面とＧａＡｓ基板２１の表
面の間で反応が起こり、これが直接接着される（図４
（ｂ））。

【００２５】この後、サファイア基板３１を機械研磨に
より約１０μｍに薄膜化する。断面観察等により、サフ
ァイア基板３１の残っている膜厚を正確に測定した後、
残りのサファイア基板３１を、１５０℃に加熱した燐酸
溶液により完全にエッチング除去する。このとき、加熱
した燐酸溶液はＡｌＮもエッチングするので、サファイ
ア基板３１を除去しつつもＡｌＮエッチングストップ層
１０を全て除去してしまわないように、エッチングを制
御する。具体的には、ＡｌＮエッチングストップ層１０
が０.１μｍにならないように注意する。その後、残り
のＡｌＮエッチングストップ層１０を９０℃に加熱した
ＡＺ４００Ｋ現象液によりエッチング除去する。ＡＺ４
００Ｋ現象液は、ＡｌＮエッチングストップ層１０以外
のレーザ構造層９１およびＧａＡｓ基板２１はエッチン
グしない。これらの研磨およびエッチング工程により、
図５（ａ）に示すように、面心立方構造のＧａＡｓ基板
２１上にウルツ鉱型六方格子構造の窒素系III-Ｖ族化合
物より成るレーザ構造層９１が形成された一体化基体が
得られる。

【００２６】この一体化基体のｎ+−ＧａＮコンタクト
層１１表面上に、ＳｉＯ₂ストライプ６１（厚さ３.０μ
ｍ）を形成する。ＳｉＯ₂ストライプ６１は幅１０μｍ
で、レーザ構造層９１の［１０−１０］方向に平行に、
３９０μｍ間隔で形成する。これを１５０℃に加熱した
燐酸溶液によりエッチングし、図５（ｂ）に示すような
リッジ構造を形成する。図５（ｂ）はレーザ共振器の光
軸と交わる断面図である。エッチングはｐ−ＧａＮ層１
５の途中までなされるように制御する。また、このと
き、ＳｉＯ₂ストライプ６１も同時にエッチングされる
が、膜厚を十分厚くしているので完全に除去されること
はない。その後、ＳｉＯ₂ストライプ６１をＨＦ希釈液
でエッチング除去し、リッジ側面にＳｉＯ₂保護膜６２
を形成し、ｎ+−ＧａＮコンタクト層１１表面上にｎ型
電極７１を、ＧａＡｓ基板２１の裏面にｐ型電極７２を
形成する（図６（ａ））。尚、図６（ａ）はレーザ共振
器の光軸を交わる断面図、図６（ｂ）は共振器の長平方
向の断面図を示す。ＧａＡｓ基板２１は、電極形成前に
約１００μｍになるよう、研磨およびエッチングしてお
く。

【００２７】これを、図６（ｂ）に示すように、ＧａＡ
ｓ基板２１の±（１１０）面で劈開する。レーザ構造層
９１はＧａＡｓ基板２１に比べて十分薄いので、この一
体化基体はＧａＡｓの固有の劈開面で劈開できる。ここ
では、ＧａＡｓ基板２１の±（１１０）面とレーザ構造
層９１±（１０−１０）面が平行であるため、ＧａＡｓ
基板２１の±（１１０）面での劈開により、これに平行
なレーザ構造層９１の±（１０−１０）端面８１が現れ
る。このとき、先に述べたように、ウルツ鉱型六方格子
構造のIII-Ｖ族化合物の｛１−１００｝面は比較的割れ
やすく、原子レベルで平坦な端面を得ることができる。
即ち、上記の劈開工程で現れたレーザ構造層９１の±
（１０−１０）端面８１は光の共振器となり得る平坦な
面であるので、この１対の端面により端面発光型レーザ
の共振器を形成することができる。以上の工程により、
ＧａＡｓ基板２１に直接接着された、ウルツ鉱型六方格
子構造の窒素系III-Ｖ族化合物よりなる、青色端面発光
型レーザを作製した。

【００２８】本実施例のように、直接接着技術を用いる
ことにより、ウルツ鉱型六方格子構造の端面発光型レー
ザを作製することができる。これは、直接接着によって
は、物性が異なる半導体材料を、任意の面方位関係で、
結晶性を損なうことなく一体化できるためである。ま
た、異なった半導体材料と一体化することにより、異な
った種類の素子と集積化することも可能となる。例え
ば、本実施例では、窒素系III-Ｖ族化合物よりなる青色
端面発光型レーザと、ＧａＡｓよりなる発光素子や受光
素子または電子素子等と集積することが可能である。更
に、本実施例のように、ｐ型電極をＧａＡｓ基板裏面に
形成することにより、ｐ型の接触抵抗を従来と比較して
大幅に低減できる。本実施例によるレーザでは閾値電圧
は５Ｖであり、従来は２０Ｖ程度であったのと比較して
大幅に低減された。

【００２９】本実施例では、ＧａＡｓ基板２１の（１１
０）面とレーザ構造層９１の（１０−１０）面を平行と
したが、ＧａＡｓ基板２１とレーザ構造層９１の面方位
関係はこれに限らない。本発明の要旨は、面心立方格子
構造の基板２１における表面に垂直でその材料固有の劈
開面の一つと、ウルツ鉱型六方格子構造のレーザ構造層
９１における割れやすく原子レベルで平坦な端面が形成
されやすい面の一つを、平行に揃えて直接接着すること
である。従って、例えば、ＧａＡｓ基板の面方位を（０
０１）の代わりに（１１１）とし、ＧａＡｓに固有の劈
開面で（１１１）表面に垂直である（１０−１）面と、
レーザ構造層９１の（１０−１０）面を平行に揃えて直
接接着し、ＧａＡｓ基板の±（１０−１）面で劈開すれ
ば、原子レベルで平坦なレーザ構造層９１の（１０−１
０）端面を得ることができる。また、本実施例ではＡｌ
Ｎエッチングストップ層１０の選択エッチングにＡＺ４
００Ｋ現像液を用いているが、この溶液の選択エッチン
グ特性については、文献（アプライドフィジックス
レターズ（Applied Physics Letters)、67 1119(199
5)）に詳細が記載されている。

【００３０】本実施例で用いたＧａＡｓ基板２１は、こ
れに限らず、ＧａＰやＩｎＰ等の他のIII-Ｖ族化合物半
導体基板をその代わりに用いても同様の効果がある。レ
ーザ構造層９１の層構成も本実施例に限らず、ウルツ鉱
型六方格子構造の窒素系III-Ｖ族化合物よりなる、あら
ゆる層構造を用いる場合に本実施例の適用が可能であ
る。全体の導電型を逆にしても良い。また、本実施例で
は青色端面発光型レーザを作製したが、波長の異なるレ
ーザや、端面入射型受光素子や光スイッチ素子など、他
の種類の光素子の作製に本実施例での適用が可能であ
る。その他、レーザ構造層９１の成長方法および直接接
着方法の委細も本実施例に限らない。

【００３１】（実施例２）図７および８を用いて本発明
に係る半導体装置およびその製造方法の第２の実施例を
説明する。

【００３２】図７（ａ）に示すように、ウルツ鉱型六方
格子構造を有する（０００１）ＳｉＣ基板３２上に、Ｍ
ＯＣＶＤ法により、ＡｌＮエッチングストップ層１０、
ｎ+−ＧａＮコンタクト層１１、ｎ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ
層１２２（厚さ０.２μｍ）、ｎ−ＧａＮ層１９ａ（厚
さ０.０５μｍ）、アンドープＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ活性層
１３２（厚さ１ｎｍ）、ｐ−ＧａＮ層１９ｂ（厚さ０.
０５μｍ）、ｐ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ層１４２（厚さ０.
２μｍ）、ｐ−ＧａＮ層１５を、実施例１と同様の条件
で順次成長する。本実施例の層１１〜１５を纏めて、レ
ーザ構造層９２と称する。この時、レーザ構造層９２が
基板３２と同じ面方位のウルツ鉱型六方格子構造となる
ように成長条件の設定に注意する。ｐ−ＧａＮ層１５の
表面上にＳｉＯ₂ストライプ６１を形成した後、これを
１５０℃に加熱した燐酸溶液によりエッチングする（図
７（ｂ））。ＳｉＯ₂ストライプ６１はレーザ構造層９
２の［−１−１２０］方向に平行に形成し、エッチング
はレーザ構造層９２が完全に除去されるように制御す
る。図のように、ＳｉＣ基板３２に至るまでエッチング
しても構わない。但し、既述の通り、このときＳｉＯ₂
ストライプ６１も同時にエッチングされるので、ＳｉＯ
₂ストライプ６１が無くならないようにエッチング時間
に注意する。ＳｉＯ₂ストライプ６１をＨＦ希釈液でエ
ッチング除去し、ｐ−ＧａＮ層１５の表面と（００１）
ｐ−ＧａＰ基板２２の表面をＨＦ希釈液で洗浄する。こ
れらを各々洗浄後に水洗してスピンナ乾燥し、洗浄した
表面を向かい合わせて重ねる。この時、ＳｉＣ基板３２
の（−１−１２０）面と、ＧａＰ基板２２の（１−１
０）面が平行となるように、これらを配置する。これを
実施例１と同様の手法で直接接着する（図８（ａ））。
但し、本実施例では、加熱温度を８００℃とした。

【００３３】この後、ＡｌＮエッチングストップ層１０
をＡＺ４００Ｋ現像液によりエッチング除去する（図８
（ｂ））。ＡＺ４００Ｋ現象液はレーザ構造層９２のス
トライプの間から浸透してＡｌＮエッチングストップ層
１０をエッチングし、その結果ＳｉＣ基板３２が一体化
基体から遊離する。これにより、図５（ｂ）と同様の構
造が得られる。以後、実施例１と同様の工程で緑色端面
発光型レーザを作製する。但し、本実施例では、劈開は
ＧａＰ基板２２の±（１−１０）面で行う。ＧａＰ基板
２２の±（１−１０）面とレーザ構造層９２の±（−１
−１２０）面が平行であり、｛２−１−１０｝面も｛１
−１００｝面と同じく比較的割れやすい面であるから、
実施例１と同様に、レーザ構造９２の（−１−１２０）
擬似劈開端面が得られる。

【００３４】本実施例においては、レーザ構造層をスト
ライプ状に加工してから直接接着しているので、ＡｌＮ
エッチングストップ層１０の選択エッチングにより、Ｓ
ｉＣ基板３２を機械研摩等することなく遊離させること
ができる。また、レーザ構造層９２がＧａＰ基板２２の
表面上にパターン状に一体化されているから、レーザ構
造層９２が直接接着されないＧａＰ基板２２の露出した
表面部分にＧａＰよりなる素子を形成することもでき
る。従って、窒素系III-Ｖ族化合物よりなる素子とＧａ
Ｐよりなる素子を集積することができる。ＧａＰよりな
る素子は、直接接着工程の前に作製しておいても良い。

【００３５】また、本実施例においては、ウルツ鉱型六
方格子構造の結晶成長基板としてＳｉＣ基板を用いた。
基板材料はこれに限らず、例えば実施例１で用いたサフ
ァイア基板を代わりに用いてもよい。また、ＩｎＧａＮ
活性層１３２のＩｎの割合を実施例１よりも増やすこと
で、発振波長を青色から緑色に変えた。このように、活
性層の組成を変化させることで、発振波長を選択でき
る。但し、この時、Ｉｎの割合が増えることでＧａＮと
の格子定数差が大きくなるので、活性層膜厚を減らす必
要がある。その他、基板２２の材質、レーザ構造層９２
の層構成、基板２２とレーザ構造層９２の面方位関係、
作製する素子の種類、結晶成長および直接接着の手法は
本実施例に限らない。

【００３６】（実施例３）図９および図１０を用いて本
発明に係る半導体装置およびその製造方法の第３の実施
例を説明する。

【００３７】図９（ａ）に示すように、ウルツ鉱型六方
格子構造を有する（０００１）ＺｎＯ基板３３上に、分
子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により、ｎ-またはアン
ドープＡｌＮエッチングストップ層１０、ｎ+−ＧａＮ
コンタクト層１１、ｎ−Ａｌ_0. ₅Ｇａ_0.5Ｎ層１２３（厚
さ０.１μｍ）、ｎ−ＧａＮ層１９ａ、ＧａＮ_0.98Ａｓ
_0. ₀₂活性層１３３（厚さ１ｎｍ）、ｐ−ＧａＮ層１９
ｂ、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ層１４３（厚さ０.１μ
ｍ）、ｐ−ＧａＮ層１５（厚さ２.０μｍ）を順次成長
する。本実施例の層１１〜１５を纏めて、以後レーザ構
造層９３と称する。ＭＢＥ法による成長法は、固体原料
のＩｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ａｓ、Ｍｇ、気体のＳｉ₂Ｈ₆、お
よび気体のＮ₂を電子サイクロトロン共鳴法により活性
化したガスを原料に用い、基板温度は全て７００℃とし
て成長を行う。レーザ構造層９３は基板３３と同じ面方
位のウルツ鉱型六方格子構造となる。ｐ−ＧａＮ層１５
の表面と（１１０）ｐ−Ｓｉ基板２３の表面を実施例１
と同様に洗浄および乾燥し、これらを実施例１と同様の
手法で直接接着する（図９（ｂ））。加熱温度は８００
℃とする。この時、ＺｎＯ基板３３の（１−１００）面
と、Ｓｉ基板２３の（１−１−１）面が平行となるよう
に配置して直接接着を行う。

【００３８】この後、ＺｎＯ基板３３を実施例１と同様
の手段で研磨およびエッチングで除去し、ＡｌＮエッチ
ングストップ層１０をエッチング除去して、Ｓｉ基板２
３上にレーザ構造層９３が形成された一体化基体を得る
（図１０（ａ））。以後、実施例１と同様の工程で緑色
端面発光型レーザを作製する（図１０（ｂ））。尚、図
１０（ｂ）は半導体レーザの斜視図である。本実施例で
の劈開は、Ｓｉ基板２３の±（１−１−１）面で行い、
これに平行なレーザ構造層９３の（１−１００）擬似劈
開面を形成した。

【００３９】本実施例では、面心立方格子構造を有する
基板としてＳｉを用いている。Ｓｉは実施例１および２
で用いたIII-Ｖ族化合物半導体と同じ結晶構造を有する
が、III-Ｖ族半導体が｛１１０｝面と｛１１１｝面で劈
開できるのに対し、Ｓｉは｛１１１｝面でのみ劈開でき
る。このため、表面に垂直な劈開面を得るためには、
｛１１０｝表面を有するＳｉ基板を用いる必要がある。
また、本実施例においては、ＭＢＥ法により結晶成長を
行ったが、本方法では窒素を活性化させて供給すること
が肝要である。その方法としては、本実施例の電子サイ
クロトロン共鳴法の他、高周波による励起方法もある。

【００４０】また、本実施例では、活性層としてＧａＮ
Ａｓを用いている。ＧａＮＡｓのバンドギャップは、そ
の組成の変化に対して大きく変化するので、発振波長の
制御のためには組成を厳密に制御する必要がある。ま
た、ウルツ鉱型六方格子構造の結晶成長基板としてはＺ
ｎＯ基板を用いた。これは、ＺｎＯの成長平面での熱膨
張係数とＳｉの熱膨張係数の値が近いため、直接接着工
程の際に熱歪の発生を抑制できるからである。しかしな
がら、実施例１や２で用いたサファイアやＳｉＣを用い
ても構わない。

【００４１】レーザの作製方法は、実施例２のごとく、
レーザ構造層を加工してから直接接着してもよく、その
他委細は本実施例に限らない。また、基板２３とレーザ
構造層９３の面方位関係、各基板の材質、レーザ構造層
９３の層構成、結晶成長および直接接着の手法は本実施
例の要旨を損なわない範囲で変更が可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したごとく、劈開しにくいウル
ツ鉱型六方格子構造を有する窒素系III-Ｖ族化合物半導
体薄膜を、面心立方格子構造を有する半導体基板上に直
接接着によって形成することで、窒素系半導体薄膜の擬
似劈開端面を作製することができる。これにより、窒素
系半導体より成る青緑色の発振波長を有する端面発光型
レーザの作製が可能となる。また、面心立方格子構造を
有する半導体基板として接触抵抗の低いｐ型電極が形成
可能な材料を選べばｐ型の接触抵抗を低減することがで
き、駆動電圧を低減することができる。従って、高密度
の情報を読み取ることができる短波長レーザが、歩留ま
り良く消費電力の低いものを提供することが可能とな
り、高度情報化に大きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の手段により作製した半導体層構造を示
す図である。

【図２】従来の手段により作製した半導体層構造を示す
図である。

【図３】従来の他の手段により作製した半導体層構造を
示す図である。

【図４】本発明の一実施例を示す半導体層構造およびそ
の製造過程を示す図である。

【図５】本発明の一実施例を示す半導体層構造およびそ
の製造過程を示す図である。

【図６】本発明の一実施例を示す半導体層構造およびそ
の製造過程を示す図である。

【図７】本発明の他の一実施例を示す半導体層構造およ
びその製造過程を示す図である。

【図８】本発明の他の一実施例を示す半導体層構造およ
びその製造過程を示す図である。

【図９】本発明の他の一実施例を示す半導体層構造およ
びその製造過程を示す図である。

【図１０】本発明の他の一実施例を示す半導体層構造お
よびその製造過程を示す図である。

【符号の説明】１…ウルツ鉱型六方格子構造を有する基板、２…窒素系
III-Ｖ族化合物薄膜、６…面心立方格子構造を有する基
板、７，８，９…端面、１０…ｎ-またはアンドープＡ
ｌＮエッチングストップ層、１１…ｎ+−ＧａＮコンタ
クト層、１２１，１２２，１２３…ｎ−ＡｌＧａＮ層、
１３１，１３２…アンドープＩｎＧａＮ活性層、１３３
…アンドープＧａＮＡｓ活性層１３３，１４１，１４
２，１４３…ｐ−ＡｌＧａＮ層、１５，１９ｂ…ｐ−Ｇ
ａＮ層、１９ａ…ｎ−ＧａＮ層、２１…（００１）Ｇａ
Ａｓ基板、２２…（００１）ＧａＰ基板、２３…（１１
０）Ｓｉ基板、３１…（０００１）サファイア基板、３
２…（０００１）ＳｉＣ基板、３３…（０００１）Ｚｎ
Ｏ基板、６１…ＳｉＯ₂ストライプ、６２…ＳｉＯ₂保護
膜、７１…ｎ型電極、７２…ｐ型電極、８１…端面、９
１，９２，９３…レーザ構造層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素をＶ族構成元素の主たる元素とするII
I-Ｖ族の第１の化合物半導体層を有して成る半導体光素
子であり、前記第１の化合物半導体層は窒素を構成元素
に含まない第１の半導体基板の表面上に直接接着により
一体化されて成ることを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】窒素をＶ族構成元素の主たる元素とするII
I-Ｖ族の第１の化合物半導体層より成る半導体光素子で
あり、第１の化合物半導体層は窒素を構成元素に含まな
い第１の半導体基板上に一体化されて成り、第１の化合
物半導体層は第１の半導体基板と種類の異なる第２の基
板の上に結晶成長により形成された後に第１の半導体基
板の表面上に直接接着により一体化され、その後第２の
基板が除去されて成ることを特徴とする半導体光素子。
【請求項３】請求項１または２に記載の半導体光素子に
おいて、前記第１の化合物半導体層はＧａＮを主材料と
することを特徴とする半導体光素子。
【請求項４】請求項２または３に記載の半導体光素子に
おいて、前記第２の基板はウルツ鉱型六方格子を単位格
子とするサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板であり、前記第１
の化合物半導体層は前記第２の基板上にＡｌＮ層を介し
て結晶成長された後に、前記第１の半導体基板上に直接
接着され、その後前記第２の基板および前記ＡｌＮ層が
選択除去されて成ることを特徴とする半導体光素子。
【請求項５】請求項２または３に記載の半導体光素子に
おいて、前記第２の基板はウルツ鉱型六方格子を単位格
子とするシリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板であり、前
記第１の化合物半導体層は前記第２の基板上にＡｌＮ層
を介して結晶成長された後に第１の半導体基板上に直接
接着され、その後前記第２の基板および前記ＡｌＮ層が
選択除去されて成ることを特徴とする半導体光素子。
【請求項６】請求項２または３に記載の半導体光素子に
おいて、前記第２の基板はウルツ鉱型六方格子を単位格
子とする酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板であり、前記第１の化
合物半導体層は第２の基板上にＡｌＮ層を介して結晶成
長された後に前記第１の半導体基板上に直接接着され、
その後前記第２の基板および前記ＡｌＮ層が選択除去さ
れて成ることを特徴とする半導体光素子。
【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載の半導体
光素子において、前記第１の化合物半導体層はウルツ鉱
型六方格子を単位格子とすることを特徴とする半導体光
素子。
【請求項８】請求項１から７のいずれかに記載の半導体
光素子において、前記第１の半導体基板は面心立方格子
を単位格子とし、その固有の劈表面が｛１１０｝面およ
び／もしくは｛１１１｝面であることを特徴とする半導
体光素子。
【請求項９】請求項１から８のいずれかに記載の半導体
光素子において、前記第１の半導体基板はＰ型の導電型
を有することを特徴とする半導体光素子。
【請求項１０】請求項１から９のいずれかに記載の半導
体光素子において、前記第１の半導体基板はＧａＰ、Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓの郡より選ばれた少なくとも
一者よりなることを特徴とする半導体光素子。
【請求項１１】請求項７から１０のいずれかに記載の半
導体光素子において、前記第１の半導体基板と前記第１
の化合物半導体層の直接接着は、前記第１の半導体基板
の固有の劈開面と前記第１の化合物半導体層の｛１−１
００｝面が平行となるように両者を配置して行うことを
特徴とする半導体光素子。
【請求項１２】請求項７から１０のいずれかに記載の半
導体光素子において、前記第１の半導体基板と前記第１
の化合物半導体層の直接接着は、前記第１の半導体基板
の固有の劈開面と前記第１の化合物半導体層の｛２−１
−１０｝面が平行となるように両者を配置して行うこと
を特徴とする半導体光素子。
【請求項１３】請求項１から１２のいずれかに記載の半
導体光素子が端面発光型レーザであることを特徴とする
半導体光素子。
【請求項１４】窒素をＶ族構成元素の主たる元素とする
III-Ｖ族の第１の化合物半導体層を所定基板上に結晶成
長により準備する工程、前記所定基板上に設けられた窒
素をＶ族構成元素の主たる元素とするIII-Ｖ族の前記第
１の化合物半導体層を、窒素を構成元素に含まない第１
の半導体基板の表面上に直接接着により一体化する工
程、前記第１の化合物半導体層を結晶成長に用いた前記
基板を除去する工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１５】請求項１４において、前記半導体装置は
半導体光素子であることを特徴とする半導体装置の製造
方法。