(57)【要約】【課題】格子不整合を少なくし、結晶性を改善すると共に、へき開の容易な光半導体素子を提供する。【解決手段】半導体結晶からなる基板２と、隙間を置いて互いに整列し、基板上にストライプ状又はランド状に設けた整合層３、３と、絶縁層４と、隙間及び絶縁層を覆うように設けたコンタクト層５と、クラッド層６と、このクラッド層の上部に設けた活性層７、クラッド層１０、コンタクト層１１、電極１２とから構成したもの。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に電極をもつ半導体単結晶からなる基板と、隙間を置いて互いに整列し、前記基板上にストライプ状又はランド状に設けられた複数の整合層と、その上に配置された絶縁層と、前記隙間及び前記絶縁層を覆うように設けられたコンタクト層と、その上に設けたクラッド層と、前記クラッド層の上部又は上方に設けられた活性層、ガイド層、クラッド層、コンタクト層、上部電極を具備したことを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
前記整合層にＡｌＡｓ単結晶又はＡｌ単結晶、絶縁層にＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４を用いたことを特徴とする請求項１の光半導体素子。
【請求項３】
前記隙間を覆うように、該隙間の上方に位置し前記活性層下部のコンタクト層或いはクラッド層内に設けられたマスク層を備えたことを特徴とする請求項１の光半導体素子。
【請求項４】
前記隙間を覆うように、該隙間の上方に位置し前記活性層下部のコンタクト層或いはクラッド層内に設けられた下部に整合層を持つマスク層を備えたことを特徴とする請求項１の光半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子に関し、特に４００ｎｍ青色レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来の青色（４００ｎｍ）レーザの例を示す（特開平１１−２１４７４４号公報）。ＧａＮは融点が高く（１７００℃）、窒素の分解蒸気圧が高いため、バルク基板の生産が難しく、また、格子定数や熱膨張係数の似かよった基板が存在しないため格子不整合が１４％と大きいサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板が使用されている。このため貫通転位対策としてＧａＮ等のバッファー層を形成しても１０９〜１０１０ｃｍ−２の貫通転位密度であった。この転位部分には不純物が集まり易い。その結果、活性層に不純物が進入し光出力が劣化する欠点があった。ＧａＮ基板を用いた場合格子不整合はないが高価であり、レーザに用いた場合には、透明であるために、図３と同じくｎ−ＧａＡｌＮのクラッド層の外側に、このクラッド層より屈折率が高く発光波長に対して透明なｎ−ＧａＮのコンタクト層があるため、この層への導波モードしみ出しが大きく垂直横モードに影響を与える欠点があった。レーザ共振器形成にとって重要なへき開も容易にできない不具合な点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、▲１▼サファイア、ＧａＮ等の高価な基板を使用しない。▲２▼格子不整合の少ない。▲３▼垂直横モードに影響のない。▲４▼へき開も容易な▲５▼結晶性の良い。▲６▼チップサイズの小さい。▲７▼１ワイヤーボンドで組立可能な青色レーザを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、裏面に電極をもつ半導体単結晶からなる基板と、隙間を置いて互いに整列し、前記基板上にストライプ状又はランド状に設けられた複数の整合層と、その上に配置された絶縁層と、前記隙間及び前記絶縁層を覆うように設けられたコンタクト層と、その上に設けたクラッド層と前記クラッド層の上部又は上方に設けられた活性層、ガイド層、クラッド層、コンタクト層、上部電極を具備したものである。
【０００５】
また、前記整合層にＡｌＡｓ単結晶又はＡｌ単結晶、絶縁層にＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４を用いたものである。
【０００６】
そして、前記隙間を覆うように、該隙間の上方に位置し前記活性層下部のコンタクト層或いはクラッド層内に設けられたマスク層を備えたものである。
【０００７】
さらに、前記隙間を覆うように、該隙間の上方に位置し前記活性層下部のコンタクト層或いはクラッド層内に設けられた下部に整合層を持つマスク層を備えたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光半導体素子の断面図、図２は他の実施例を示す断面図である。
【０００９】
裏面にＮ電極（１）をもつｎ−ＧａＡｓの基板（２）に、ＡｌＡｓ単結晶又はＡｌ単結晶よりなる隙間を置いて互いに整列し、前記基板上にストライプ状又はランド状に設けられた複数の整合層（３）と、その上に配置されたＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４よりなる絶縁層（４）と、前記隙間及び前記絶縁層を覆うように設けられたｎ−ＧａＮよりなるコンタクト層（５）と、この上に設けたｎ−ＧａＡｌＮなるクラッド層（６）と、ＩｎＧａＮよりなる活性層（７）と、ｐ−ＧａＡｌＮ光ガイド層（８）と、ｐ−ＧａＮ層（９）と、ｐ−ＧａＡｌＮクラッド層（１０）と、ｐ−ＧａＮのコンタクト層（１１）と、Ｐ電極（１２）により構成される。
【００１０】
ストライプ状又はランド状のＡｌＡｓ単結晶よりなる整合層（３）と、この上に同一巾にてＳｉＯ２によりなる絶縁層（４）をｎ−ＧａＡｓの基板（２）上に形成することにより、転位がｎ−ＧａＡｓ基板（２）から上方へ伝幡するのは整合層（３）、絶縁層（４）の隙間からとなり図３にくらべ１／３となる。
【００１１】
整合層の隙間部は、ｎ−ＧａＮ層が整合層（３）のＡｌＡｓ単結晶を種結晶としてｎ−ＧａＡｓ基板（２）の上面開口部において横方向成長し、転位密度は１／３（開口部面積比による改善）×１／２０（開口部横方向成長による改善）×１／２０〜３３（絶縁層上横方向成長による改善）≒１／１０３となる。
【００１２】
ｎ−ＧａＡｓの基板（２）とｎ−ＧａＮのコンタクト層（５）の格子不整合による結晶性を１０９ｃｍ−２とすると１０９ｃｍ−２×１／１０３＝１０６ｃｍ−２に改善される。図１においては、ｎ−ＧａＮのコンタクト層（５）内にＳｉＯ２によるマスク層（３）により、該マスク層上（活性層下部）は１０６ｃｍ−２×１／２０〜３３≒５×１０４ｃｍ−２に改善されＧａＮ基板を用いた場合と同レベルの結晶性にて成長層を形成できる。
【００１３】
ＧａＡｓの基板（２）は、図３のサファイア基板、ＧａＮ基板にくらべて安価であり、ウエハーサイズも大きく作業性も良い。ヘキカイも６５０ｎｍ、７８０ｎｍレーザ用基板としてＧａＡｓ基板は使用されている実績がある。図１において１番厚いＧａＡｓ基板でへき開は左右されるため容易である。
【００１４】
図１において、ｎ−ＧａＡｌＮのクラッド層の外側にクラッド層より屈折率が高く、発光波長に対し透明なｎ−ＧａＮのコンタクト層があるため、この層への導波モードのしみ出しがあるが、図３にくらべてｎ−ＧａＮのコンタクト層は薄く、大半はｎ−ＧａＡｓの基板へ吸収されてしまう。
【００１５】
このため垂直横モードに影響を与えることはない。６５０ｎｍ、７８０ｎｍレーザでこの問題が発生しないのはいずれもｎ−ＧａＡｓ基板に吸収されるためであるから４００ｎｍレーザにおいても同一性能が実現できる。
【００１６】
図１において、チップ形状が図３の段差構造でないためチップサイズを小さくでき、ｎ−ＧａＡｓの基板裏面にＮ電極を持つため、図３は組立時に２ワイヤー必要なのに対し、図１は１ワイヤーで良く作業性が良い。
【００１７】
ＡｌＡｓ単結晶をＭＯＣＶＤを用いてｎ−ＧａＡｓの基板全面に成長させ、その後スパッタリング等の周知の成膜技術により上記整合層上の全表面にＳｉＯ２の絶縁層を形成する。その後、周知のエッチング技術を利用して絶縁層、整合層の一部をストライプ状又はランド状に取り除くことにより行う。マスク層もスパッタリング等の周知の成膜技術を用いてｎ−ＧａＮ層にＳｉＯ２を全面形成しエッチングによりストライプ状、又はランド状に形成する。ｎ−ＧａＡｌＮ層、ｎ−ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ活性層、ｐ−ＧａＡｌＮ層、ｐ−ＧａＮ層、ｐ−ＧａＡｌＮ層、ｐ−ＧａＮ層はＭＯＣＶＤを用いて順次成長させて形成できる。
【００１８】
尚、整合層を構成するＡｌＡｓの蒸気温度は低いため、この点を考慮して、上記コンタクト層ｎ−ＧａＮは上記開口部が埋め込まれるまでは５００℃程度の低温で成長させることが望ましい。上記開口部が埋め込まれた後は、成長温度を１０００℃程度に上昇させても既にＮ型コンタクト層は成長しているため結晶性の観点からはＡｌＡｓが蒸発しても結晶成長に影響を及ぼすことはない。
【００１９】
また、整合層は、同じ幅の絶縁層で被われ保護された構造となっている。
【００２０】
図２は、本発明の他の実施例を示すが、図１のマスク層下部にＡｌＡｓ単結晶による整合層１３を設けることにより、この整合層１３を種結晶とする横方向成長によってマスク層１４の上部は１０６ｃｍ−２×１／２０（整合層による横方向成長）×１／２０〜３３（マスク層上横方向成長による改善）≒３×１０３ｃｍ−２の結晶性に改善され、高出力化、動作電流の低減が可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の様に本発明は、ｎ−ＧａＡｓの基板を使用し整合層、絶縁層を用いることにより、サファイア、ＧａＮ等の高価な基板を使用せずウエハーサイズの大きく作業性の良い汎用で安価なＧａＡｓの基板を用いて、格子不整合による結晶性、１０９ｃｍ−２レベルを５×１０４ｃｍ−２レベルまで改善し格子不整合を少なくし、活性層からのしみ出した光をｎ−ＧａＡｓ層が吸収するためｎ−ＧａＮ層があるにもかかわらず垂直横モードに影響がなくなる。
【００２２】
ｎ−ＧａＡｓをベース基板としているためへき開も容易にでき、且つ、５×１０４ｃｍ−２の結晶性も良い。
【００２３】
さらに、活性層の成長を行うことができ、ｎ−ＧａＡｓの基板裏面にＮ電極を持つためチップサイズを小さくでき、１ワイヤーボンドで組立可能な青色レーザを提供することができる。
【００２４】
ベース基板にＧａＡｓの基板を用いるため、６５０ｎｍ、７８０ｎｍレーザ用の設備を使用できることも生産性において優れる。
【００２５】
尚、活性層はＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多量子井戸構造としても良く、Ｐ、Ｎクラッド層を歪み超格子構造として貫通転位の表面への伝幡を抑制してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体素子の断面図である。
【図２】同じく他の実施例を示す断面図である。
【図３】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　Ｎ電極
２　基板
３　整合層
４　絶縁層
５　コンタクト層
６　クラッド層
７　活性層
８　ガイド層
１２　Ｐ電極（上部電極）
１３　マスク層
【図１】
2004022590.tif 000003
【図２】
2004022590.tif 000004
【図３】
2004022590.tif 000005