JP2001345520A - Method of manufacturing semiconductor light-emitting element - Google Patents
Method of manufacturing semiconductor light-emitting elementInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、窒素を含有する
(以下窒化物系とも言う)III−V族化合物半導体発
光素子の製造方法に関し、特に、インジウムを含む半導
体層の上層にさらに他の半導体層を形成する半導体発光
素子の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a group III-V compound semiconductor light emitting device containing nitrogen (hereinafter, also referred to as a nitride), and more particularly, to a method for forming a semiconductor layer containing indium on another semiconductor layer. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device for forming a layer.
【0002】[0002]
【従来の技術】窒化ガリウム(GaN)に代表される窒
化物系III−V族化合物半導体(以下「GaN系半導
体」ともいう)は、緑色から青色、さらには紫外線の領
域にわたる発光が可能な発光素子などの材料として有望
である。特に、このGaN系半導体を用いた発光ダイオ
ード(LED)が実用化されて以来、GaN系半導体は
大きな注目を集めている。また、このGaN系半導体を
用いた半導体レーザの実現も報告されており、DVD
(デジタル多用途ディスク)などの光学的に情報を記録
する光学記録媒体(以下、光ディスクとも称する)に記
録された情報の読み取り(再生)、あるいはこれらに情
報の書き込み(記録)を行う装置(以下、光ディスク装
置とも称する)に内蔵される光学ピックアップ装置など
への応用が期待されている。2. Description of the Related Art A nitride-based III-V compound semiconductor represented by gallium nitride (GaN) (hereinafter also referred to as a "GaN-based semiconductor") emits light that can emit light in a range from green to blue and even ultraviolet rays. It is promising as a material for devices and the like. In particular, since the light-emitting diode (LED) using the GaN-based semiconductor was put to practical use, GaN-based semiconductors have received a great deal of attention. The realization of a semiconductor laser using this GaN-based semiconductor has also been reported,
A device that reads (reproduces) information recorded on an optical recording medium (hereinafter, also referred to as an optical disc) such as a digital versatile disc (hereinafter also referred to as an optical disc) or writes (records) information to or from them. The optical pickup device is also expected to be applied to an optical pickup device incorporated therein.
【0003】図1は、一般的な構造を有する上記のGa
N系半導体発光素子(レーザダイオードLD)の斜視図
である。サファイア基板11上に、多重量子井戸構造の
活性層16を含むGaN系半導体層が積層されて、半導
体積層体10が形成されている。半導体積層体10にお
いて、活性層16を挟み込むように形成されたp型のク
ラッド層とn型のクラッド層のそれぞれに接続するよう
に、p電極10aとn電極10bがぞれぞれ形成されて
いる。ここで、サファイア基板11が絶縁性であること
から、n型のクラッド層に接続する半導体層あるいはn
型のクラッド層自身の引き出し部10cがサファイア基
板11上において半導体積層体10からはみ出して形成
されており、この上層に上記n電極10bが形成されて
いる。上記のp電極10aとn電極10bに、電源Bに
より所定の電圧が印加されると、半導体積層体10中の
活性層16からレーザ光Lが出射される。FIG. 1 shows the above-mentioned Ga having a general structure.
FIG. 3 is a perspective view of an N-based semiconductor light emitting device (laser diode LD). A GaN-based semiconductor layer including an active layer 16 having a multiple quantum well structure is stacked on a sapphire substrate 11 to form a semiconductor stacked body 10. In the semiconductor laminate 10, a p-type electrode 10a and an n-type electrode 10b are formed so as to be connected to the p-type clad layer and the n-type clad layer formed so as to sandwich the active layer 16, respectively. I have. Here, since the sapphire substrate 11 is insulative, the semiconductor layer connected to the n-type cladding layer or n
The lead portion 10c of the mold clad layer itself is formed on the sapphire substrate 11 so as to protrude from the semiconductor laminate 10, and the n-electrode 10b is formed on this upper layer. When a predetermined voltage is applied from the power supply B to the p-electrode 10a and the n-electrode 10b, the laser light L is emitted from the active layer 16 in the semiconductor laminate 10.
【0004】図2(a)は、上記の半導体積層体10部
分をより詳細に説明する断面図である。例えば、サファ
イア基板11上に、GaNなどからなるバッファ層12
が形成されており、その上層に、例えば、約5.0μm
の膜厚のn型のGaN層(コンタクト層)13、約0.
5μmの膜厚のn型のAlGaN層(クラッド層)1
4、約0.1μmの膜厚のn型のGaN層(ガイド層)
15、GaInNなどからなる多重量子井戸(MQW)
構造の活性層(発光層)16、約0.02μmの膜厚の
p型のAlGaN層(キャップ層)17、約0.1μm
の膜厚のp型のGaN層(ガイド層)18、約0.5μ
mの膜厚のp型のAlGaN層(クラッド層)19、約
0.1μmの膜厚のp型のGaN層(コンタクト層)2
0がそれぞれ積層されている。上記において、n型の層
にドープするn型不純物(ドナー不純物)としてはシリ
コン(Si)などを用い、p型の層にドープするp型不
純物(アクセプタ不純物)としてはマグネシウム(M
g)や亜鉛(Zn)などを用いる。FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating the above-described semiconductor laminate 10 in more detail. For example, a buffer layer 12 made of GaN or the like is formed on a sapphire substrate 11.
Is formed thereon, and for example, about 5.0 μm
N-type GaN layer (contact layer) 13 having a thickness of
5 μm-thick n-type AlGaN layer (cladding layer) 1
4. An n-type GaN layer (guide layer) having a thickness of about 0.1 μm
15. Multiple quantum well (MQW) made of GaInN or the like
Active layer (light emitting layer) 16 having a structure, p-type AlGaN layer (cap layer) 17 having a thickness of about 0.02 μm, about 0.1 μm
P-type GaN layer (guide layer) 18 having a thickness of about 0.5 μm
m-thick p-type AlGaN layer (cladding layer) 19, about 0.1 μm-thick p-type GaN layer (contact layer) 2
0 are respectively stacked. In the above description, silicon (Si) or the like is used as the n-type impurity (donor impurity) doped into the n-type layer, and magnesium (M) is used as the p-type impurity (acceptor impurity) doped into the p-type layer.
g) or zinc (Zn).
【0005】図2(b)は、上記の多重量子井戸構造の
活性層16のポテンシャルを示す模式図である。活性層
16においては、インジウム(In)の含有量が2%の
層と8%の層が交互に積層しており、各層のポテンシャ
ルが異なっていることから、多重量子井戸構造を構成し
ている。FIG. 2B is a schematic diagram showing the potential of the active layer 16 having the above-described multiple quantum well structure. In the active layer 16, layers having an indium (In) content of 2% and layers having an indium content of 8% are alternately stacked, and the potentials of the respective layers are different, so that a multiple quantum well structure is formed. .
【0006】上記のGaN系半導体発光素子(レーザダ
イオードLD)の製造方法について説明する。上記のG
aN系半導体により発光素子などを製造する場合には、
サファイア基板やSiC基板などの上にGaN系半導体
を多層に成長させる必要がある。このGaN系半導体の
成長方法としては、有機金属化学気相成長(MOCV
D)法や分子線エピタキシー(MBE)法などがある
が、このうちMOCVD法は高真空を必要としないた
め、実用上有利であり、多く用いられている。A method for manufacturing the above-mentioned GaN-based semiconductor light emitting device (laser diode LD) will be described. G above
When manufacturing a light emitting element or the like from an aN-based semiconductor,
It is necessary to grow a GaN-based semiconductor in multiple layers on a sapphire substrate, a SiC substrate, or the like. As a method for growing the GaN-based semiconductor, there is known a metal organic chemical vapor deposition (MOCV) method.
There are D) method and molecular beam epitaxy (MBE) method. Of these methods, MOCVD method is practically advantageous because it does not require a high vacuum, and is widely used.
【0007】上記のMOCVD法においては、例えば石
英ガラスなどからなるMOCVD反応管内に被処理基板
を配置し、反応管を取り囲むRFコイルなどにより加熱
しながら、反応管内に、窒素原料であるアンモニア(N
H3 )と、成長させるGaN系半導体に応じて、ガリウ
ム(Ga)、アルミニウム(Al)、インジウム(I
n)などの原料をキャリアガスとともに供給し、反応管
内に戴置された被処理基板上にGaN系半導体を成長さ
せる。In the above-mentioned MOCVD method, a substrate to be processed is placed in an MOCVD reaction tube made of, for example, quartz glass, and ammonia (N) as a nitrogen raw material is placed in the reaction tube while being heated by an RF coil or the like surrounding the reaction tube.
H 3 ) and gallium (Ga), aluminum (Al), indium (I
A raw material such as n) is supplied together with a carrier gas, and a GaN-based semiconductor is grown on a substrate to be processed placed in a reaction tube.
【0008】図2に示す構造のGaN系半導体を多層に
成長させる半導体発光素子の製造方法の製造工程につい
て、図3を参照して説明する。まず、図3(a)に示す
ように、c面サファイア基板11をサーマルクリーニン
グした後、MOCVD法により、GaNなどからなるバ
ッファ層12、約5.0μmの膜厚のn型のGaN層
(コンタクト層)13、約0.5μmの膜厚のn型のA
lGaN層(クラッド層)14、および、約0.1μm
の膜厚のn型のGaN層(ガイド層)15を順に結晶成
長させて形成する。上記において、n型の各層にドープ
するn型不純物(ドナー不純物)としてはシリコン(S
i)などを用いる。Referring to FIG. 3, a description will be given of a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device in which a GaN-based semiconductor having the structure shown in FIG. 2 is grown in multiple layers. First, as shown in FIG. 3A, after the c-plane sapphire substrate 11 is thermally cleaned, a buffer layer 12 made of GaN or the like and an n-type GaN layer (contact layer) having a thickness of about 5.0 μm are formed by MOCVD. Layer) 13, n-type A having a thickness of about 0.5 μm
lGaN layer (cladding layer) 14 and about 0.1 μm
An n-type GaN layer (guide layer) 15 having a thickness of 3 is formed by sequentially growing crystals. In the above description, silicon (S) is used as an n-type impurity (donor impurity) doped into each of the n-type layers.
i) and the like are used.
【0009】次に、図3(b)に示すように、MOCV
D法により、n型のGaN層15上にGaInNからな
る多重量子井戸(MQW)構造の活性層(発光層)16
を結晶成長させて形成する。Next, as shown in FIG. 3B, the MOCV
The active layer (light emitting layer) 16 having a multiple quantum well (MQW) structure made of GaInN is formed on the n-type GaN layer 15 by the D method.
Is formed by crystal growth.
【0010】次に、MOCVD法により、活性層16の
上層に、約0.02μmの膜厚のp型のAlGaN層
(キャップ層)17、約0.1μmの膜厚のp型のGa
N層(ガイド層)18、約0.5μmの膜厚のp型のA
lGaN層(クラッド層)19、および、約0.1μm
の膜厚のp型のGaN層(コンタクト層)20を順に結
晶成長させて形成し、図2に示す構造に至る。上記にお
いて、p型の各層にドープするp型不純物(アクセプタ
不純物)としてはマグネシウム(Mg)や亜鉛(Zn)
などを用いる。以降の工程としては、エッチングによ
り、図1に示すn型のクラッド層自身の引き出し部10
cを形成し、電極(10a,10b)を形成して、エッ
チングなどによりレーザ共振器端面を形成して、所望の
レーザダイオードとすることができる。Next, a p-type AlGaN layer (cap layer) 17 having a thickness of about 0.02 μm and a p-type Ga layer having a thickness of about 0.1 μm are formed on the active layer 16 by MOCVD.
N layer (guide layer) 18, p-type A having a thickness of about 0.5 μm
lGaN layer (cladding layer) 19 and about 0.1 μm
A p-type GaN layer (contact layer) 20 having a film thickness of 1 is formed by crystal growth in order, and reaches the structure shown in FIG. In the above, magnesium (Mg) or zinc (Zn) is used as a p-type impurity (acceptor impurity) doped into each p-type layer.
And so on. In the subsequent steps, the extraction portion 10 of the n-type cladding layer itself shown in FIG.
After forming c, the electrodes (10a, 10b) are formed, and the end face of the laser resonator is formed by etching or the like, whereby a desired laser diode can be obtained.
【0011】上記の半導体発光素子の製造方法におい
て、特開平10−32349号公報に記載されているよ
うに、V族原料であるアンモニアの分解効率が低いの
で、GaN層やAlGaN層などは1000℃程度の高
温で成長させるのが好ましい。しかしながら、活性層に
含まれるインジウムは、800℃程度の低温でなけれ
ば、成長層中に取り込まれない。さらに、活性層を成長
させた後、その上層にGaN層やAlGaN層などを形
成するために、活性層の成長後に直ちに1000℃程度
まで昇温してしまうと、活性層中のInNが分解して結
晶性が低下すると考えられていたため、少なくとも活性
層の上層のキャップ層(具体的には例えばp型のAlG
aN層)の成長終了まで昇温せず、その上層にガイド層
(具体的には例えばp型のGaN層)を成長させる前あ
るいは成長させる間に、再び1000℃程度に昇温して
いた。In the above-described method for manufacturing a semiconductor light emitting device, as described in JP-A-10-32349, the decomposition efficiency of ammonia, which is a group V raw material, is low. It is preferable to grow at a high temperature. However, indium contained in the active layer is not taken into the grown layer unless the temperature is as low as about 800 ° C. Further, after the active layer is grown, if the temperature is raised to about 1000 ° C. immediately after the growth of the active layer in order to form a GaN layer, an AlGaN layer, and the like thereon, InN in the active layer is decomposed. Therefore, at least a cap layer above the active layer (specifically, for example, p-type AlG
The temperature was not raised until the growth of the (aN layer) was completed, but was raised again to about 1000 ° C. before or during the growth of a guide layer (specifically, for example, a p-type GaN layer) thereover.
【0012】即ち、従来の半導体発光素子の製造方法に
おいては、例えば510℃の成長温度でバッファ層12
を成長させた後、例えば約1000℃まで昇温して、n
型のGaN層(コンタクト層)13、n型のAlGaN
層(クラッド層)14およびn型のGaN層(ガイド
層)15を成長させ、次に、成長温度を例えば750〜
850℃にまで降温し、活性層16およびp型のAlG
aN層(キャップ層)17を成長させ、次に、再び約1
000℃まで昇温して、p型のGaN層(ガイド層)1
8、p型のAlGaN層(クラッド層)19およびp型
のGaN層(コンタクト層)20を成長させる、あるい
は、p型のGaN層(ガイド層)18を成長させる間に
約1000℃まで昇温して、その後、p型のAlGaN
層(クラッド層)19およびp型のGaN層(コンタク
ト層)20を成長させていた。図4(b)中の温度プロ
ファイルZは、上記に従う成長温度プロファイルの例で
あり、図4(c)中の各層(符号はそれぞれ図2中の符
号と一致する)に対応する。That is, in the conventional method of manufacturing a semiconductor light emitting device, the buffer layer 12 is grown at a growth temperature of, for example, 510 ° C.
Is grown, for example, the temperature is increased to about 1000 ° C., and n
-Type GaN layer (contact layer) 13, n-type AlGaN
A layer (cladding layer) 14 and an n-type GaN layer (guide layer) 15 are grown.
The temperature is lowered to 850 ° C., and the active layer 16 and the p-type AlG
aN layer (cap layer) 17 is grown and then
The temperature is raised to 000 ° C., and the p-type GaN layer (guide layer) 1
8. While growing the p-type AlGaN layer (cladding layer) 19 and the p-type GaN layer (contact layer) 20, or raising the temperature to about 1000 ° C. while growing the p-type GaN layer (guide layer) 18 And then p-type AlGaN
A layer (cladding layer) 19 and a p-type GaN layer (contact layer) 20 were grown. The temperature profile Z in FIG. 4B is an example of the growth temperature profile according to the above, and corresponds to each layer in FIG. 4C (codes respectively correspond to the codes in FIG. 2).
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
製造方法において、800℃で成長させたGaN層など
の半導体層は結晶性が悪く、キャリア濃度が低いために
発光効率が低くなってしまい、動作電圧を高くする要因
となっていた。However, in the above-mentioned manufacturing method, a semiconductor layer such as a GaN layer grown at 800 ° C. has poor crystallinity and low carrier concentration, resulting in low luminous efficiency. This was a factor in increasing the voltage.
【0014】また、GaInN層(活性層)の成長時
に、MOCVD装置の反応管内において被処理基板を載
せる台であるサセプタ周辺にインジウムが付着してしま
い、このインジウムがその後に成長させるキャップ層や
ガイド層などのAlGaN層あるいはGaN層中に取り
込まれてしまい、結晶性を低下させる要因となってい
た。In addition, during the growth of the GaInN layer (active layer), indium adheres around the susceptor, which is the base on which the substrate to be processed is mounted, in the reaction tube of the MOCVD apparatus. It is taken into an AlGaN layer such as a layer or a GaN layer, which causes a decrease in crystallinity.
【0015】図5(a)は、上記の従来方法により成長
させた半導体発光素子のSIMS(二次イオン質量スペ
クトル)分析結果であり、図中、それぞれ、実線Aはイ
ンジウム(In)、破線Bはガリウム(Ga)、一点鎖
線Cはアルミニウム(Al)の二次イオン強度(相対
値)を表面からの距離(相対値)に対して測定したもの
である。図5(a)に示すように、実線Aのインジウム
のスペクトルに肩A’が形成されており、活性層の上層
にインジウムが取り込まれていることを示している。FIG. 5A shows the results of SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) analysis of the semiconductor light emitting device grown by the above-mentioned conventional method. In the figure, the solid line A is indium (In) and the broken line B is, respectively. Indicates the gallium (Ga), and the dashed line C indicates the secondary ion intensity (relative value) of aluminum (Al) measured relative to the distance (relative value) from the surface. As shown in FIG. 5A, a shoulder A ′ is formed in the spectrum of indium indicated by the solid line A, indicating that indium is incorporated in the upper layer of the active layer.
【0016】従って、本発明の目的は、窒化物系III
−V族化合物半導体層において、活性層などのインジウ
ムを含む半導体層の上層の半導体層中にインジウムが取
り込まれるのを防止し、インジウムを含む半導体層の上
層の半導体層の結晶性を向上させ、高品質な窒化物系I
II−V族化合物半導体発光素子を製造することができ
る方法を提供することである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride III
In a -V compound semiconductor layer, indium is prevented from being taken into a semiconductor layer above the semiconductor layer containing indium such as an active layer, and the crystallinity of the semiconductor layer above the semiconductor layer containing indium is improved, High quality nitride I
An object of the present invention is to provide a method capable of manufacturing a group II-V compound semiconductor light emitting device.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体発光素子の製造方法は、窒素を含有
するIII−V族化合物半導体層を結晶成長させて形成
する工程を有する半導体発光素子の製造方法であって、
第1の温度でインジウムおよび窒素を含むIII−V族
化合物半導体である第1半導体層を成長させる工程と、
上記第1半導体層の上方に、第2の温度でAlx Ga
1-x N(ただし、0≦x≦1)からなる第2半導体層を
成長させる工程とを有し、上記第2の温度は、上記第1
の温度よりも高く、上記第2半導体層中にインジウムが
取り込まれるのを防止する温度である。In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention comprises a step of forming a group III-V compound semiconductor layer containing nitrogen by crystal growth. A method for manufacturing a light emitting device,
Growing a first semiconductor layer that is a III-V compound semiconductor containing indium and nitrogen at a first temperature;
Above the first semiconductor layer, Al x Ga at a second temperature
Growing a second semiconductor layer made of 1-xN (where 0 ≦ x ≦ 1), wherein the second temperature is equal to the first temperature.
The temperature is higher than the temperature for preventing indium from being taken into the second semiconductor layer.
【0018】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好適には、上記第1半導体層を成長させる工程の
後、上記第2半導体層を成長させる工程の前に、Aly
Ga1- y N(ただし、0≦y≦1)からなる第3半導体
層を成長させる工程をさらに有し、上記第2半導体層を
成長させる工程においては、上記第3半導体層の上層に
成長させ、上記第3半導体層を成長させる間に、上記第
1の温度から上記第2の温度に昇温する。In the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, preferably, after the step of growing the first semiconductor layer and before the step of growing the second semiconductor layer, A y
The method further includes the step of growing a third semiconductor layer made of Ga 1 -yN (where 0 ≦ y ≦ 1). In the step of growing the second semiconductor layer, the third semiconductor layer is grown on the third semiconductor layer. Then, during the growth of the third semiconductor layer, the temperature is raised from the first temperature to the second temperature.
【0019】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、インジウムを含む窒化物系の第1半導体層の上方
に、第1半導体層の成長温度である第1の温度よりも高
く、インジウムが取り込まれるのを防止する第2の温度
でAlx Ga1-x N(ただし、0≦x≦1)からなる第
2半導体層を成長させる。第1の温度で第1半導体層を
成長させ、第2の温度まで昇温させてから第1半導体層
上に第2半導体層を成長させてもよく、第1半導体層と
第2半導体層の間に第3半導体層を形成して、第3半導
体層を形成する間に第1の温度から第2の温度に昇温さ
せてもよい。上記のように、インジウムを含む第1半導
体層を形成した後に、直ちに温度を上昇させても、Ga
InNの分解により第1半導体層の結晶性が低下するこ
とはないことが明らかとなる一方で、第2半導体層の成
長時の成長温度を高めることにより、第2半導体層中に
インジウムが取り込まれるのを防止して、第2半導体層
の結晶性を向上させることができ、高品質な半導体発光
素子を製造することができる。According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the temperature of the first semiconductor layer is higher than the first temperature, which is the growth temperature of the first semiconductor layer, above the first semiconductor layer containing indium. A second semiconductor layer made of Al x Ga 1 -xN (where 0 ≦ x ≦ 1) is grown at a second temperature that prevents incorporation. The first semiconductor layer may be grown at the first temperature, the temperature may be raised to the second temperature, and then the second semiconductor layer may be grown on the first semiconductor layer. A third semiconductor layer may be formed in between, and the temperature may be raised from the first temperature to the second temperature while forming the third semiconductor layer. As described above, even if the temperature is immediately increased after forming the first semiconductor layer containing indium,
While it is clear that the crystallinity of the first semiconductor layer does not decrease due to the decomposition of InN, indium is taken into the second semiconductor layer by increasing the growth temperature during the growth of the second semiconductor layer. , The crystallinity of the second semiconductor layer can be improved, and a high-quality semiconductor light emitting device can be manufactured.
【0020】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好適には、上記第2の温度は、850℃以上110
0℃以下、さらに好適には、900℃以上1050℃以
下である。上記の温度に昇温することで、効果的に第2
半導体層中にインジウムが取り込まれるのを防止して、
第2半導体層の結晶性を向上させることができる。In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, preferably, the second temperature is 850 ° C. or higher and 110 ° C.
0 ° C. or lower, more preferably 900 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower. By raising the temperature to the above temperature, the second
Prevents indium from being taken into the semiconductor layer,
The crystallinity of the second semiconductor layer can be improved.
【0021】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好適には、上記第3半導体層を、0.01〜0.5
μm、さらに好適には、0.01〜0.1μmの膜厚で
形成する。第3半導体層の成長終了前に完全に昇温させ
ることで、第2半導体層の成長温度を最初から高い温度
に設定でき、第2半導体層の結晶性を向上させることが
できる。In the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, preferably, the third semiconductor layer is formed in a thickness of 0.01 to 0.5.
μm, more preferably 0.01 to 0.1 μm. By completely raising the temperature before the completion of the growth of the third semiconductor layer, the growth temperature of the second semiconductor layer can be set to a high temperature from the beginning, and the crystallinity of the second semiconductor layer can be improved.
【0022】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好適には、上記第2半導体層を成長させる工程にお
いて、上記第2半導体層を成長させる間に、上記第2の
温度からさらに昇温して成長させる。第1の温度から第
2の温度に昇温させることで、第2半導体層のある程度
の結晶性を確保できるが、さらに昇温させることでさら
なる結晶性の向上が可能となる。In the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, preferably, in the step of growing the second semiconductor layer, the temperature is further increased from the second temperature while growing the second semiconductor layer. Warm and grow. By raising the temperature from the first temperature to the second temperature, a certain degree of crystallinity of the second semiconductor layer can be secured. However, by further raising the temperature, the crystallinity can be further improved.
【0023】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好適には、前記半導体発光素子として、レーザダイ
オードを形成する。レーザダイオードとして実用的な寿
命を実現するには、高い結晶性が必要であるが、本発明
により結晶性の向上が可能である。In the method of the present invention for manufacturing a semiconductor light emitting device, preferably, a laser diode is formed as the semiconductor light emitting device. Although high crystallinity is required to achieve a practical life as a laser diode, crystallinity can be improved by the present invention.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るの半導体発光
素子およびその製造方法、さらに、その半導体発光素子
を用いたレーザカプラおよび光ディスク装置の実施の形
態について図面を参照して説明する。なお、実施形態の
全図において、同一または対応する部分には同一の符号
を付す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same according to the present invention, and a laser coupler and an optical disk device using the semiconductor light emitting device will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.
【0025】図1は、本実施形態に係る窒化物系III
−V族化合物半導体発光素子であるGaN系半導体発光
素子(レーザダイオードLD)の斜視図である。サファ
イア基板11上に、多重量子井戸構造の活性層16を含
むIII−V族化合物半導体であるGaN系半導体層が
積層されて、半導体積層体10が形成されている。半導
体積層体10において、活性層16を挟み込むように形
成されたp型のクラッド層とn型のクラッド層のそれぞ
れに接続するように、p電極10aとn電極10bがぞ
れぞれ形成されている。ここで、サファイア基板11が
絶縁性であることから、n型のクラッド層に接続する半
導体層あるいはn型のクラッド層自身の引き出し部10
cがサファイア基板11上において半導体積層体10か
らはみ出して形成されており、この上層に上記n電極1
0bが形成されている。上記のp電極10aとn電極1
0bに、電源Bにより所定の電圧を印加することで、半
導体積層体10中の活性層16からレーザ光Lが出射さ
れる。FIG. 1 shows a nitride III according to this embodiment.
FIG. 2 is a perspective view of a GaN-based semiconductor light-emitting device (laser diode LD) that is a group V compound semiconductor light-emitting device. On a sapphire substrate 11, a GaN-based semiconductor layer, which is a group III-V compound semiconductor including an active layer 16 having a multiple quantum well structure, is laminated to form a semiconductor laminate 10. In the semiconductor laminate 10, a p-type electrode 10a and an n-type electrode 10b are formed so as to be connected to the p-type clad layer and the n-type clad layer formed so as to sandwich the active layer 16, respectively. I have. Here, since the sapphire substrate 11 is insulative, the lead portion 10 of the semiconductor layer connected to the n-type cladding layer or the n-type cladding layer itself is used.
c is formed on the sapphire substrate 11 so as to protrude from the semiconductor laminate 10.
0b is formed. The above-mentioned p electrode 10a and n electrode 1
A laser beam L is emitted from the active layer 16 in the semiconductor laminate 10 by applying a predetermined voltage to the power supply 0b from the power supply B.
【0026】図2(a)は、上記のGaN系化合物であ
る半導体積層体10部分をより詳細に説明する断面図で
ある。例えば、サファイア基板11上に、GaNなどか
らなるバッファ層12が形成されており、その上層に、
例えば、約5.0μmの膜厚のn型のGaN層(コンタ
クト層)13、約0.5μmの膜厚のn型のAlGaN
層(クラッド層)14、約0.1μmの膜厚のn型のG
aN層(ガイド層)15、GaInNなどからなる多重
量子井戸(MQW)構造の活性層(発光層)16、約
0.02μmの膜厚のp型のAlGaN層(キャップ
層)17、約0.1μmの膜厚のp型のGaN層(ガイ
ド層)18、約0.5μmの膜厚のp型のAlGaN層
(クラッド層)19、約0.1μmの膜厚のp型のGa
N層(コンタクト層)20がそれぞれ積層されている。
上記において、n型の層にドープするn型不純物(ドナ
ー不純物)としてはシリコン(Si)などを用い、p型
の層にドープするp型不純物(アクセプタ不純物)とし
てはマグネシウム(Mg)や亜鉛(Zn)などを用い
る。FIG. 2A is a cross-sectional view for explaining in more detail the portion of the semiconductor laminate 10 which is the GaN-based compound. For example, a buffer layer 12 made of GaN or the like is formed on a sapphire substrate 11, and
For example, an n-type GaN layer (contact layer) 13 having a thickness of about 5.0 μm, an n-type AlGaN having a thickness of about 0.5 μm
Layer (cladding layer) 14, n-type G having a thickness of about 0.1 μm
aN layer (guide layer) 15, active layer (light emitting layer) 16 having a multiple quantum well (MQW) structure made of GaInN or the like, p-type AlGaN layer (cap layer) 17 having a thickness of about 0.02 μm, A p-type GaN layer (guide layer) 18 having a thickness of 1 μm, a p-type AlGaN layer (cladding layer) 19 having a thickness of about 0.5 μm, and a p-type Ga layer having a thickness of about 0.1 μm.
N layers (contact layers) 20 are respectively laminated.
In the above description, silicon (Si) or the like is used as the n-type impurity (donor impurity) doped into the n-type layer, and magnesium (Mg) or zinc (zinc) is used as the p-type impurity (acceptor impurity) doped into the p-type layer. Zn) or the like.
【0027】図2(b)は、上記の多重量子井戸構造の
活性層16のポテンシャルを示す模式図である。活性層
16においては、インジウム(In)の含有量が2%の
層と8%の層が交互に積層しており、各層のポテンシャ
ルが異なっていることから、多重量子井戸構造を構成し
ている。FIG. 2B is a schematic diagram showing the potential of the active layer 16 having the multiple quantum well structure. In the active layer 16, layers having an indium (In) content of 2% and layers having an indium content of 8% are alternately stacked, and the potentials of the respective layers are different, so that a multiple quantum well structure is formed. .
【0028】上記のGaN系半導体発光素子(レーザダ
イオードLD)の製造方法について説明する。上記のG
aN系半導体により発光素子などを製造する場合には、
サファイア基板やSiC基板などの上にGaN系半導体
を多層に成長させる必要がある。このGaN系半導体の
成長方法としては、有機金属化学気相成長(MOCV
D)法や分子線エピタキシー(MBE)法などを用いる
ことができる。A method of manufacturing the GaN-based semiconductor light emitting device (laser diode LD) will be described. G above
When manufacturing a light emitting element or the like from an aN-based semiconductor,
It is necessary to grow a GaN-based semiconductor in multiple layers on a sapphire substrate, a SiC substrate, or the like. As a method for growing the GaN-based semiconductor, there is known a metal organic chemical vapor deposition (MOCV) method.
D) method, molecular beam epitaxy (MBE) method, or the like can be used.
【0029】上記のMOCVD法においては、例えば石
英ガラスなどからなるMOCVD反応管内に被処理基板
を配置し、反応管を取り囲むRFコイルなどにより加熱
しながら、反応管内に、窒素原料であるアンモニア(N
H3 )と、成長させるGaN系半導体に応じて、ガリウ
ム(Ga)、アルミニウム(Al)、インジウム(I
n)などの原料をキャリアガスとともに供給し、反応管
内に戴置された被処理基板上にGaN系半導体を成長さ
せる。In the above MOCVD method, a substrate to be processed is placed in an MOCVD reaction tube made of, for example, quartz glass, and ammonia (N) as a nitrogen raw material is placed in the reaction tube while being heated by an RF coil or the like surrounding the reaction tube.
H 3 ) and gallium (Ga), aluminum (Al), indium (I
A raw material such as n) is supplied together with a carrier gas, and a GaN-based semiconductor is grown on the substrate to be processed placed in the reaction tube.
【0030】図2に示す構造のGaN系半導体を多層に
成長させる半導体発光素子の製造方法の製造工程につい
て、図3を参照して説明する。まず、図3(a)に示す
ように、c面サファイア基板11をサーマルクリーニン
グした後、MOCVD法により、GaNなどからなるバ
ッファ層12、約5.0μmの膜厚のn型のGaN層
(コンタクト層)13、約0.5μmの膜厚のn型のA
lGaN層(クラッド層)14、および、約0.1μm
の膜厚のn型のGaN層(ガイド層)15を順に結晶成
長させて形成する。上記において、n型の各層にドープ
するn型不純物(ドナー不純物)としてはシリコン(S
i)などを用いる。A manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device in which a GaN-based semiconductor having the structure shown in FIG. 2 is grown in multiple layers will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3A, after the c-plane sapphire substrate 11 is thermally cleaned, a buffer layer 12 made of GaN or the like and an n-type GaN layer (contact layer) having a thickness of about 5.0 μm are formed by MOCVD. Layer) 13, n-type A having a thickness of about 0.5 μm
lGaN layer (cladding layer) 14 and about 0.1 μm
An n-type GaN layer (guide layer) 15 having a thickness of 3 is formed by sequentially growing crystals. In the above description, silicon (S) is used as an n-type impurity (donor impurity) doped into each of the n-type layers.
i) and the like are used.
【0031】次に、図3(b)に示すように、MOCV
D法により、n型のGaN層15上にGaInNからな
る多重量子井戸(MQW)構造の活性層(発光層)16
を結晶成長させて形成する。Next, as shown in FIG.
The active layer (light emitting layer) 16 having a multiple quantum well (MQW) structure made of GaInN is formed on the n-type GaN layer 15 by the D method.
Is formed by crystal growth.
【0032】次に、MOCVD法により、活性層16の
上層に、0.01〜0.5μm、好ましくは0.01〜
0.1μm(例えば0.02μm)の膜厚のp型のAl
GaN層(キャップ層)17を結晶成長させ、さらにそ
の上層に、約0.1μmの膜厚のp型のGaN層(ガイ
ド層)18、約0.5μmの膜厚のp型のAlGaN層
(クラッド層)19、および、約0.1μmの膜厚のp
型のGaN層(コンタクト層)20を順に結晶成長させ
て形成し、図2に示す構造に至る。上記において、p型
の各層にドープするp型不純物(アクセプタ不純物)と
してはマグネシウム(Mg)や亜鉛(Zn)などを用い
る。以降の工程としては、エッチングにより、図1に示
すn型のクラッド層自身の引き出し部10cを形成し、
電極(10a,10b)を形成して、エッチングなどに
よりレーザ共振器端面を形成して、所望のレーザダイオ
ードとすることができる。Next, a thickness of 0.01 to 0.5 μm, preferably 0.01 to 0.5 μm, is formed on the active layer 16 by MOCVD.
P-type Al having a thickness of 0.1 μm (for example, 0.02 μm)
A GaN layer (cap layer) 17 is crystal-grown, and further thereon, a p-type GaN layer (guide layer) 18 having a thickness of about 0.1 μm and a p-type AlGaN layer (about 0.5 μm) ( Cladding layer) 19 and p of about 0.1 μm thickness.
Formed GaN layers (contact layers) 20 are formed by sequentially growing crystals, resulting in the structure shown in FIG. In the above, magnesium (Mg), zinc (Zn), or the like is used as a p-type impurity (acceptor impurity) to be doped into each p-type layer. In the subsequent steps, the lead portion 10c of the n-type clad layer itself shown in FIG. 1 is formed by etching,
The electrodes (10a, 10b) are formed, and the end faces of the laser resonator are formed by etching or the like, whereby a desired laser diode can be obtained.
【0033】上記MOCVD工程においては、例えば5
10℃の成長温度でバッファ層12を成長させた後、例
えば約1000℃まで昇温して、n型のGaN層(コン
タクト層)13、n型のAlGaN層(クラッド層)1
4およびn型のGaN層(ガイド層)15を成長させ
る。次に、成長温度を例えば750〜850℃(第1の
温度)にまで降温し、活性層16を成長させる。次に、
第2の温度として、850〜1100℃、好ましくは9
00〜1050℃(例えば1000℃)まで昇温してか
ら、p型のAlGaN層(キャップ層)17、p型のG
aN層(ガイド層)18、p型のAlGaN層(クラッ
ド層)19およびp型のGaN層(コンタクト層)20
を成長させることができる。In the MOCVD process, for example, 5
After growing the buffer layer 12 at a growth temperature of 10 ° C., the temperature is raised to, for example, about 1000 ° C., and the n-type GaN layer (contact layer) 13 and the n-type AlGaN layer (cladding layer) 1
4 and n-type GaN layers (guide layers) 15 are grown. Next, the active layer 16 is grown by lowering the growth temperature to, for example, 750-850 ° C. (first temperature). next,
As the second temperature, 850 to 1100 ° C., preferably 9
After the temperature was raised to 00 to 1050 ° C. (for example, 1000 ° C.), the p-type AlGaN layer (cap layer) 17 and the p-type G
aN layer (guide layer) 18, p-type AlGaN layer (cladding layer) 19 and p-type GaN layer (contact layer) 20
Can grow.
【0034】また、p型のAlGaN層(キャップ層)
17を成長させる間に上記の第2の温度まで昇温して、
その後、p型のGaN層(ガイド層)18、p型のAl
GaN層(クラッド層)19およびp型のGaN層(コ
ンタクト層)20を成長させてもよい。例えば0.02
μmのp型のAlGaN層(キャップ層)17を形成す
る場合、0.01μm分を800℃で成長させ、それか
らさらに0.01μm分成長させる間に1000℃まで
昇温させる温度プロファイルとすることができる。図4
(a)中の温度プロファイルXは、図4(c)中の各層
(符号はそれぞれ図2中の符号と一致する)に対応する
ように描いた上記の成長温度プロファイルである。上記
のように、第1の温度から第2の温度に上昇させる間に
成長させる第3半導体層の膜厚は、例えば0.01〜
0.5μm、好ましくは0.01〜0.1μmであり、
第3半導体層の成長終了前に完全に昇温させることで、
第2半導体層の成長温度を最初から高い温度に設定で
き、第2半導体層の結晶性を向上させることができる。Also, a p-type AlGaN layer (cap layer)
While growing 17, the temperature is raised to the above-mentioned second temperature,
Thereafter, the p-type GaN layer (guide layer) 18 and the p-type Al
A GaN layer (cladding layer) 19 and a p-type GaN layer (contact layer) 20 may be grown. For example, 0.02
In the case of forming a p-type AlGaN layer (cap layer) 17 having a thickness of μm, a temperature profile in which a portion of 0.01 μm is grown at 800 ° C., and then the temperature is raised to 1000 ° C. during further growth of 0.01 μm is set. it can. FIG.
The temperature profile X in (a) is the above-mentioned growth temperature profile drawn so as to correspond to each layer in FIG. 4 (c) (the symbols respectively correspond to the symbols in FIG. 2). As described above, the thickness of the third semiconductor layer grown while the temperature is raised from the first temperature to the second temperature is, for example, 0.01 to
0.5 μm, preferably 0.01 to 0.1 μm,
By completely raising the temperature before the growth of the third semiconductor layer is completed,
The growth temperature of the second semiconductor layer can be set to a high temperature from the beginning, and the crystallinity of the second semiconductor layer can be improved.
【0035】また、p型のAlGaN層(キャップ層)
17を成長させる間に上記の第2の温度まで昇温して、
その後、p型のGaN層(ガイド層)18を成長する間
に第2温度からさらに昇温し、その温度でp型のAlG
aN層(クラッド層)19およびp型のGaN層(コン
タクト層)20を成長させることもできる。例えば0.
02μmのp型のAlGaN層(キャップ層)17を形
成する場合、0.01μm分を800℃で成長させ、そ
れからさらに0.01μm分成長させる間に第2温度で
ある900℃まで昇温させ、さらにp型のGaN層(ガ
イド層)18を成長させる間に第2温度(900℃)か
ら1000℃に昇温させる温度プロファイルとすること
ができる。図4(a)中の温度プロファイルYは、図4
(c)中の各層(符号はそれぞれ図2中の符号と一致す
る)に対応するように描いた上記の成長温度プロファイ
ルである。Further, a p-type AlGaN layer (cap layer)
While growing 17, the temperature is raised to the above-mentioned second temperature,
Thereafter, while growing the p-type GaN layer (guide layer) 18, the temperature is further raised from the second temperature, and at that temperature, the p-type AlG
An aN layer (cladding layer) 19 and a p-type GaN layer (contact layer) 20 can also be grown. For example, 0.
In the case of forming a 02 μm p-type AlGaN layer (cap layer) 17, a portion of 0.01 μm is grown at 800 ° C., and then further grown to a second temperature of 900 ° C. while growing by 0.01 μm. Further, it is possible to have a temperature profile in which the temperature is raised from the second temperature (900 ° C.) to 1000 ° C. while growing the p-type GaN layer (guide layer) 18. The temperature profile Y in FIG.
The growth temperature profiles described above correspond to the respective layers in (c) (the symbols respectively correspond to the symbols in FIG. 2).
【0036】本実施形態に係る半導体発光素子の製造方
法においては、インジウムを含む窒化物系の活性層(第
1半導体層)の上方に、第1半導体層の成長温度である
第1の温度よりも高く、インジウムが取り込まれるのを
防止する第2の温度でAlxGa1-x N(ただし、0≦
x≦1)からなるガイド層などの第2半導体層を成長さ
せる。第1の温度で第1半導体層を成長させ、第2の温
度まで昇温させてから第1半導体層上に第2半導体層を
成長させてもよく、第1半導体層と第2半導体層の間に
キャップ層などの第3半導体層を形成して、第3半導体
層を形成する間に第1の温度から第2の温度に昇温させ
てもよい。In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to this embodiment, the first temperature, which is the growth temperature of the first semiconductor layer, is higher than the nitride-based active layer containing indium (first semiconductor layer). also high, at a second temperature to prevent the indium is incorporated Al x Ga 1-x N (However, 0 ≦
A second semiconductor layer such as a guide layer composed of x ≦ 1) is grown. The first semiconductor layer may be grown at the first temperature, the temperature may be raised to the second temperature, and then the second semiconductor layer may be grown on the first semiconductor layer. A third semiconductor layer such as a cap layer may be formed therebetween, and the temperature may be raised from the first temperature to the second temperature while forming the third semiconductor layer.
【0037】上記のように、本実施形態に係る半導体発
光素子の製造方法によれば、インジウムを含む第1半導
体層を形成した後に、直ちに温度を上昇させても、Ga
InNの分解により第1半導体層の結晶性が低下するこ
とはなく、第2半導体層の成長時の成長温度を高めるこ
とにより、第2半導体層中にインジウムが取り込まれる
のを防止して、第2半導体層の結晶性を向上させること
ができ、高品質な半導体発光素子を製造することができ
る。As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present embodiment, even if the temperature is immediately increased after forming the first semiconductor layer containing indium,
The crystallinity of the first semiconductor layer does not decrease due to the decomposition of InN, and by increasing the growth temperature during the growth of the second semiconductor layer, indium is prevented from being taken into the second semiconductor layer. (2) The crystallinity of the semiconductor layer can be improved, and a high-quality semiconductor light emitting device can be manufactured.
【0038】図5(b)は、上記の本実施形態の製造方
法により成長させた半導体発光素子のSIMS(二次イ
オン質量スペクトル)分析結果であり、図中、それぞ
れ、実線Aはインジウム(In)、破線Bはガリウム
(Ga)、一点鎖線Cはアルミニウム(Al)の二次イ
オン強度(相対値)を表面からの距離(相対値)に対し
て測定したものである。図5(b)に示すように、実線
Aのインジウムのスペクトルに、図5(a)に見られる
ような肩A’は観測されず、活性層の上層にインジウム
が取り込まれていないことを示している。FIG. 5B shows the results of SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) analysis of the semiconductor light emitting device grown by the manufacturing method of the present embodiment. In FIG. 5B, the solid line A indicates indium (In). ), The dashed line B indicates gallium (Ga), and the dashed line C indicates the secondary ion intensity (relative value) of aluminum (Al) measured with respect to the distance (relative value) from the surface. As shown in FIG. 5B, in the spectrum of indium indicated by the solid line A, the shoulder A ′ as seen in FIG. 5A was not observed, indicating that indium was not incorporated into the upper layer of the active layer. ing.
【0039】上記の本実施形態に係るレーザダイオード
を用いて、光ディスク装置用の光学ピックアップ装置に
搭載されるレーザカプラを構成することができる。図6
(a)は、上記のレーザカプラの斜視図である。レーザ
カプラ1は、第1パッケージ部材2の凹部に装填され、
ガラスなどの透明な第2パッケージ部材3により封止さ
れている。Using the laser diode according to the present embodiment, a laser coupler mounted on an optical pickup device for an optical disk device can be configured. FIG.
(A) is a perspective view of the above laser coupler. The laser coupler 1 is loaded in a concave portion of the first package member 2,
It is sealed by a transparent second package member 3 such as glass.
【0040】図6(b)は上記のレーザカプラ1の要部
拡大斜視図である。例えば、シリコンの単結晶を切り出
した基板である集積回路基板4上に、モニター用の光検
出素子としてのPINダイオード5が形成された半導体
ブロック6が配置され、さらに、この半導体ブロック6
上に、発光素子として図1に示す構造のレーザダイオー
ドLDが配置されている。FIG. 6B is an enlarged perspective view of a main part of the laser coupler 1 described above. For example, a semiconductor block 6 on which a PIN diode 5 as a photodetector for monitoring is formed is disposed on an integrated circuit substrate 4 which is a substrate obtained by cutting a single crystal of silicon.
A laser diode LD having the structure shown in FIG.
【0041】一方、集積回路基板4には、例えばフォト
ダイオード7が形成され、このフォトダイオード7上
に、レーザダイオードLDと所定間隔をおいて、プリズ
ム8が搭載されている。On the other hand, for example, a photodiode 7 is formed on the integrated circuit board 4, and a prism 8 is mounted on the photodiode 7 at a predetermined distance from the laser diode LD.
【0042】上記のレーザダイオードLDのレーザ光出
射部(活性層)からレーザ光Lが出射される。レーザダ
イオードLDから出射されたレーザ光Lは、プリズム8
の分光面8aで一部反射して進行方向を略90°屈曲
し、第2パッケージ部材3に形成された出射窓から出射
方向に出射し、不図示の反射ミラーや対物レンズなどを
介してDVDなどの光ディスクなどの被照射対象物に照
射される。上記の被照射対象物からの反射光は、被照射
対象物への入射方向と反対方向に進み、レーザカプラ1
からの出射方向からプリズム8の分光面8aに入射す
る。このプリズム8の上面で焦点を結びながら、プリズ
ム8の下面となる集積回路基板4上に形成された2か所
のフォトダイオード7に入射する。The laser beam L is emitted from the laser beam emitting section (active layer) of the laser diode LD. The laser light L emitted from the laser diode LD is
Is partially reflected by the light-splitting surface 8a, and the traveling direction is bent by approximately 90 °, and is emitted in the emission direction from the emission window formed in the second package member 3, and is transmitted via a reflection mirror (not shown) or an objective lens to the DVD. Irradiation is performed on an irradiation target such as an optical disk. The reflected light from the object to be illuminated travels in the direction opposite to the direction of incidence on the object to be illuminated.
From the exit direction, and enters the spectral surface 8a of the prism 8. While focusing on the upper surface of the prism 8, the light is incident on two photodiodes 7 formed on the integrated circuit substrate 4 which is the lower surface of the prism 8.
【0043】また、半導体ブロック6上に形成されたP
INダイオード5は、レーザダイオードLDのリア側に
出射されたレーザ光を感知し、レーザ光の強度を測定し
て、レーザ光の強度が一定となるようにレーザダイオー
ドLDの駆動電流を制御するAPC(Automatic Power
Control )制御が行われる。The P formed on the semiconductor block 6
The IN diode 5 senses the laser light emitted to the rear side of the laser diode LD, measures the intensity of the laser light, and controls the drive current of the laser diode LD so that the intensity of the laser light becomes constant. (Automatic Power
Control) Control is performed.
【0044】図7は、上記のレーザカプラを用いて光学
ピックアップ装置を構成した時の例を示す構成図であ
る。レーザカプラ1に内蔵されるレーザダイオードから
出射されたレーザ光LをコリメータC、ミラーM、アパ
ーチャRおよび対物レンズOLなどを介して、DVDな
どの光ディスクDに入射する。光ディスクDからの反射
光は、入射光と同一の経路をたどってレーザカプラに戻
り、レーザカプラに内蔵されるフォトダイオードにより
受光される。上記のように、本実施形態により製造した
レーザダイオードを好ましく光ディスクシステムに適用
することができる。FIG. 7 is a structural diagram showing an example when an optical pickup device is constructed using the above laser coupler. Laser light L emitted from a laser diode incorporated in the laser coupler 1 is incident on an optical disc D such as a DVD via a collimator C, a mirror M, an aperture R, an objective lens OL, and the like. The reflected light from the optical disk D follows the same path as the incident light, returns to the laser coupler, and is received by a photodiode built in the laser coupler. As described above, the laser diode manufactured according to the present embodiment can be preferably applied to an optical disk system.
【0045】以上、本発明を実施形態により説明した
が、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるもので
はない。例えば、本発明に係る発光素子の発光波長は特
に限定されるものではなく、DVDあるいはその他の次
世代光ディスクシステムに採用されている波長とするこ
とができる。また、実施形態においてはレーザダイオー
ドについて説明しているが、レーザに限らず、発光ダイ
オード(LED)にも適用可能である。また、本発明
は、GaInN層などのインジウムを含む層の上層に、
GaN層やAlGaN層などのインジウムを含まない半
導体層を形成する半導体発光素子の製造方法に適用でき
る。また、本発明の製造方法を用いて、複数個の発光素
子をモノリシックに構成した半導体発光装置を製造する
こともできる。この場合、例えば、発光波長が異なる発
光素子、発光波長が同じで発光強度が異なるなどの素子
特性の異なる発光素子、さらに素子特性が同一の発光素
子などの複数個の発光素子を有する発光装置に適用する
ことが可能である。また、レーザダイオードの電流狭窄
構造としては、実施形態においては詳細に示していない
が、ゲインガイド型、インデックスガイド型、あるいは
パルセーションレーザなど、様々な特性の他のレーザに
適用することが可能である。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能である。Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the light emitting wavelength of the light emitting device according to the present invention is not particularly limited, and may be a wavelength employed in DVD or other next-generation optical disk systems. In the embodiment, a laser diode is described. However, the present invention is not limited to a laser, but can be applied to a light emitting diode (LED). In addition, the present invention provides a method in which a layer containing indium such as a GaInN layer is
The present invention can be applied to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device that forms a semiconductor layer containing no indium such as a GaN layer or an AlGaN layer. Further, a semiconductor light emitting device in which a plurality of light emitting elements are monolithically configured can be manufactured by using the manufacturing method of the present invention. In this case, for example, a light-emitting device having a plurality of light-emitting elements such as light-emitting elements with different emission wavelengths, light-emitting elements with different element characteristics such as the same emission wavelength and different emission intensity, and further, a light-emitting element with the same element characteristic. It is possible to apply. Although the current constriction structure of the laser diode is not shown in detail in the embodiment, it can be applied to other lasers having various characteristics such as a gain guide type, an index guide type, and a pulsation laser. is there. In addition, various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
【0046】[0046]
【発明の効果】本発明の半導体発光素子の製造方法によ
れば、窒化物系III−V族化合物半導体層において、
活性層などのインジウムを含む半導体層の上層の半導体
層中にインジウムが取り込まれるのを防止し、インジウ
ムを含む半導体層の上層の半導体層の結晶性を向上さ
せ、高品質な窒化物系III−V族化合物半導体発光素
子を製造することができる。According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, in the nitride III-V compound semiconductor layer,
Indium is prevented from being taken into the semiconductor layer above the semiconductor layer containing indium such as an active layer, the crystallinity of the semiconductor layer above the semiconductor layer containing indium is improved, and a high-quality nitride III- A group V compound semiconductor light emitting device can be manufactured.
【図1】図1は、本発明および従来例に係る半導体発光
素子(レーザダイオード)の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor light emitting device (laser diode) according to the present invention and a conventional example.
【図2】図2(a)は図1に示す半導体発光素子の半導
体積層体部分の断面図であり、図2(b)は活性層のポ
テンシャル図である。2A is a cross-sectional view of a semiconductor laminate portion of the semiconductor light emitting device shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a potential diagram of an active layer.
【図3】図3は、本発明および従来例に係る半導体発光
素子の製造方法の製造工程を説明する断面図であり、
(a)は活性層の下層の形成工程まで、(b)は活性層
の形成工程までを示す。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention and a conventional example.
(A) shows up to the step of forming the lower layer of the active layer, and (b) shows the step up to the step of forming the active layer.
【図4】図4は、本発明および従来例に係る半導体発光
素子の製造方法の製造工程における成長温度プロファイ
ルである。FIG. 4 is a growth temperature profile in a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention and a conventional example.
【図5】図5は、(a)従来例および(b)本発明に係
る半導体発光素子の二次イオン質量スペクトルである。FIG. 5 is a secondary ion mass spectrum of (a) a conventional example and (b) a semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図6】図6(a)は、本発明に係るレーザダイオード
を用いた光ディスク装置用の光学ピックアップ装置に搭
載されるレーザカプラの斜視図であり、図6(b)は上
記のレーザカプラの要部拡大斜視図である。FIG. 6A is a perspective view of a laser coupler mounted on an optical pickup device for an optical disc device using a laser diode according to the present invention, and FIG. 6B is a perspective view of the laser coupler. It is a principal part expansion perspective view.
【図7】図7は、本発明に係るレーザダイオードを備え
たレーザカプラを用いて光学ピックアップ装置を構成し
た時の例を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram illustrating an example in which an optical pickup device is configured using a laser coupler including a laser diode according to the present invention.
1…レーザカプラ、2…第1パッケージ部材、3…第2
パッケージ部材、4…集積回路基板、5…PINダイオ
ード、6…半導体ブロック、7…フォトダイオード、8
…プリズム、8a…分光面、10……半導体積層体、1
0a…p電極、10b…n電極、10c…引き出し部、
11…サファイア基板、12…バッファ層、13…n型
GaN層(コンタクト層)、14…n型AlGaN層
(クラッド層)、15…n型GaN層(ガイド層)、1
6…活性層(発光層)、17…p型AlGaN層(キャ
ップ層)、18…p型GaN層(ガイド層)、19…p
型AlGaN層(クラッド層)、20…p型GaN層
(コンタクト層)、B…電源、C…コリメータ、D…光
ディスク、L…レーザ光、LD…レーザダイオード、M
…ミラー、OL…対物レンズ、R…アパーチャ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser coupler, 2 ... 1st package member, 3 ... 2nd
Package member, 4 ... integrated circuit board, 5 ... PIN diode, 6 ... semiconductor block, 7 ... photodiode, 8
... Prism, 8a ... Dispersion surface, 10 ... Semiconductor laminate, 1
0a ... p electrode, 10b ... n electrode, 10c ... lead part,
11 sapphire substrate, 12 buffer layer, 13 n-type GaN layer (contact layer), 14 n-type AlGaN layer (cladding layer), 15 n-type GaN layer (guide layer), 1
6 Active layer (light emitting layer), 17 p-type AlGaN layer (cap layer), 18 p-type GaN layer (guide layer), 19 p
Type AlGaN layer (cladding layer), 20: p-type GaN layer (contact layer), B: power supply, C: collimator, D: optical disk, L: laser beam, LD: laser diode, M
… Mirror, OL… Objective lens, R… Aperture.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝妻 庸紀 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5D119 AA38 BA01 FA17 NA04 5F041 AA40 CA04 CA34 CA40 CA46 CA65 5F073 AA45 AA51 AA55 AA74 CA07 CB05 CB07 CB10 DA05 DA35 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Yuki Asazuma 6-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo F-term in Sony Corporation (reference) 5D119 AA38 BA01 FA17 NA04 5F041 AA40 CA04 CA34 CA40 CA46 CA65 5F073 AA45 AA51 AA55 AA74 CA07 CB05 CB07 CB10 DA05 DA35
Claims (10)
層を結晶成長させて形成する工程を有する半導体発光素
子の製造方法であって、 第1の温度でインジウムおよび窒素を含むIII−V族
化合物半導体である第1半導体層を成長させる工程と、 上記第1半導体層の上方に、第2の温度でAlx Ga
1-x N(ただし、0≦x≦1)からなる第2半導体層を
成長させる工程とを有し、 上記第2の温度は、上記第1の温度よりも高く、上記第
2半導体層中にインジウムが取り込まれるのを防止する
温度である半導体発光素子の製造方法。1. A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: forming a group III-V compound semiconductor layer containing nitrogen by crystal growth, the group III-V containing indium and nitrogen at a first temperature. Growing a first semiconductor layer that is a compound semiconductor; and forming Al x Ga over the first semiconductor layer at a second temperature.
Growing a second semiconductor layer made of 1-xN (0 ≦ x ≦ 1), wherein the second temperature is higher than the first temperature, and A method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a temperature at which indium is prevented from being taken into the semiconductor light emitting device.
℃以下である請求項1記載の半導体発光素子の製造方
法。2. The second temperature is 850 ° C. or higher and 1100 ° C.
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the temperature is lower than or equal to ° C.
℃以下である請求項1記載の半導体発光素子の製造方
法。3. The method according to claim 1, wherein the second temperature is 900 ° C. or more and 1050 ° C.
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the temperature is lower than or equal to ° C.
上記第2半導体層を成長させる工程の前に、Aly Ga
1-y N(ただし、0≦y≦1)からなる第3半導体層を
成長させる工程をさらに有し、 上記第2半導体層を成長させる工程においては、上記第
3半導体層の上層に成長させ、 上記第3半導体層を成長させる間に、上記第1の温度か
ら上記第2の温度に昇温する請求項1記載の半導体発光
素子の製造方法。4. After the step of growing the first semiconductor layer,
Before the step of growing the second semiconductor layer, Al y Ga
The method further includes the step of growing a third semiconductor layer made of 1-yN (where 0 ≦ y ≦ 1). In the step of growing the second semiconductor layer, the third semiconductor layer is grown on the third semiconductor layer. The method according to claim 1, wherein the temperature is raised from the first temperature to the second temperature while growing the third semiconductor layer.
℃以下である請求項4記載の半導体発光素子の製造方
法。5. The method according to claim 1, wherein the second temperature is 850.degree.
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the temperature is lower than or equal to 0C.
℃以下である請求項4記載の半導体発光素子の製造方
法。6. The method according to claim 1, wherein the second temperature is 900 ° C. or more and 1050 ° C.
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the temperature is lower than or equal to 0C.
mの膜厚で形成する請求項4記載の半導体発光素子の製
造方法。7. The semiconductor device according to claim 1, wherein said third semiconductor layer has a thickness of 0.01 to 0.5 μm.
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the semiconductor light emitting device is formed with a thickness of m.
mの膜厚で形成する請求項7記載の半導体発光素子の製
造方法。8. The semiconductor device according to claim 1, wherein said third semiconductor layer has a thickness of 0.01 to 0.1 μm.
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the semiconductor light emitting device is formed with a thickness of m.
て、上記第2半導体層を成長させる間に、上記第2の温
度からさらに昇温して成長させる請求項1記載の半導体
発光素子の製造方法。9. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein in the step of growing the second semiconductor layer, the temperature is further increased from the second temperature during the growth of the second semiconductor layer. Method.
オードを形成する請求項1記載の半導体発光素子の製造
方法。10. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a laser diode is formed as said semiconductor light emitting device.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007329312A (en) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Showa Denko Kk | Method of manufacturing laminated layer structure of group iii nitride semiconductor |
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- 2000-06-02 JP JP2000166598A patent/JP2001345520A/en active Pending
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