(57)【要約】【目的】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の出力効率の向上【構成】活性層５をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る発光素子において、サファイア基板１と、サファイア基板１上に直接又はバッファ層２を介在させて、ダブルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る積層された多重層３、４、５、６と、多重層の最上層６に反射膜で形成された第１電極層８とを形成する。次に、サファイア基板１を除いて多重層の露出した最下層３に形成された反射膜で形成された第２電極層９を形成する。第１電極層と第２電極層と、それらの間の多重層とで共振器を構成し、電極層に垂直な方向に光を出力するようにした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る発光素子において、
前記ダブルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る積層された多重層と、
前記多重層の最上層に形成された第１反射膜と、
前記多重層の露出した最下層に形成された第２反射膜と、
を有し、前記２つの反射膜に垂直な方向に光を出力するようにしたことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２】
活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る発光素子において、
前記ダブルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る積層された多重層と、
前記多重層の最上層に形成された第１電極層と、
前記多重層の露出した最下層に形成された第２電極層と、
を有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る発光素子の製造方法において、
サファイア基板上に直接又はバッファ層を介在させて、前記ダブルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る積層された多重層を形成し、
前記サファイア基板を除去して前記多重層の最下層を露出させ、
当該前記多重層の露出した最下層に反射膜を形成することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る発光素子の製造方法において、
サファイア基板上に直接又はバッファ層を介在させて、前記ダブルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る積層された多重層を形成し、
前記サファイア基板を除去して前記多重層の最下層を露出させ、
当該前記多重層の露出した最下層に電極を形成することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、可視単波長、特に、青色領域から紫色領域まで、及び紫外光領域で発光可能な半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、特開平４−２４２９８５号公報に記載のレーザダイオードが提案されている。そのレーザダイオードは、リン化インジウムガリウムアルミニウム（ＩｎＧａＡｌＰ）系結晶により作製されており、活性層には不純物の無添加の層が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このレーザダイオードは、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル成長させたものである。
しかしながら、レーザダイオードを製作する場合には、精密な鏡面を得る必要があるが、未だ、精密な鏡面を得るためのへき開方向が見いだされていない。精密な鏡面が得られないため、レーザの発振効率が低いという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、共振器を構成する両端面の平行度及び面精度を良好とすることで、例えばレーザの発振効率を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するための第１の発明の構成は、活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る発光素子において、
前記ダブルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る積層された多重層と、
前記多重層の最上層に形成された第１反射膜と、
前記多重層の露出した最下層に形成された第２反射膜と、
を有し、前記２つの反射膜に垂直な方向に光を出力するようにしたことを特徴とする。
また、第２の発明の構成は、活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る発光素子において、
前記ダブルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る積層された多重層と、
前記多重層の最上層に形成された第１電極層と、
前記多重層の露出した最下層に形成された第２電極層と、
を有することを特徴とする。
また、第３の発明の構成は、活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る発光素子の製造方法において、サファイア基板上に直接又はバッファ層を介在させて、前記ダブルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る積層された多重層を形成し、
前記サファイア基板を除去して前記多重層の最下層を露出させ、
当該前記多重層の露出した最下層に反射膜を形成することを特徴とする。
また、第４の発明の構成は、活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する層で挟んだダブルヘテロ接合構造の窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る発光素子の製造方法において、サファイア基板上に直接又はバッファ層を介在させて、前記ダブルヘテロ接合構造に形成された窒化ガリウム系化合物半導体（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から成る積層された多重層を形成し、
前記サファイア基板を除去して前記多重層の最下層を露出させ、
当該前記多重層の露出した最下層に電極を形成することを特徴とする。
【０００６】
【作用及び効果】
本発明は、上記のように、サファイア基板の主面上に窒化ガリウム系化合物半導体の多層を形成して、その多層により発光素子を形成して、サフアイア基板を除去して、露出した多重層の最下層に鏡面の第２反射膜又は第２電極層と、最上層に鏡面の第１反射膜又は第１電極層とを形成している。よって、その２つの鏡面によりサファイア基板の主面に垂直な方向に共振器を構成することができる。この共振器の端面は蒸着等で鏡面に形成することができ、面精度が高くとれるので、例えばレーザ出力の効率を向上させることができる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
【０００８】
図１は、サファイア基板を用いた半導体発光素子の構造を示した断面図である。
図１において、（１，１，−２，０）面（ａ面）を結晶成長面とするサファイア基板１を有機洗浄の後、結晶成長装置の結晶成長部に設置する。
成長炉を真空排気の後、水素を供給し１２００℃程度まで昇温する。これによりサファイア基板１の表面に付着していた炭化水素系ガスがある程度取り除かれる。
【０００９】
次に、サファイア基板１の温度を　６００℃程度まで降温し、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びアンモニア（ＮＨ３）を供給して、サファイア基板１上に５０ｎｍ程度の膜厚を持つＡｌＮ層２を形成する。
【００１０】
次に、ＴＭＡの供給のみを止め、基板温度を１０４０℃まで上げ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びシラン（ＳｉＨ４　）を供給しＳｉドープｎ型ＧａＮ層３（ｎ＋　層）（最下層）を成長する。
【００１１】
次に、ＴＭＡ及びＴＭＧ及びシラン（ＳｉＨ４　）を供給して、厚さ　０．４μｍのＳｉドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層４（ｎ層）を形成する。
【００１２】
次に、ＴＭＧを供給して厚さ　０．２μｍのＧａＮ層５（活性層）を成長させる。
【００１３】
次に、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びＣｐ２Ｍｇを供給して、厚さ０．４μｍのマグネシウムドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層６（ｐ層）（最上層）を形成する。
【００１４】
次に、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層６（ｐ層）上にＳｉＯ２層７を堆積した後、１ｍｍφに窓７Ａを開ける。又、サファイア基板１の裏面ｂ側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、１ｍｍφに穴１Ａを開けて、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３を露出させた。
【００１５】
その後、真空チャンバに移して、マグネシウムのドープされたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層６（ｐ層）及びＧａＮ層５（活性層）に電子線照射処理を行う。この電子線の照射により、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層６（ｐ層）及びＧａＮ層５（活性層）とｐ型伝導を示した。
【００１６】
典型的な電子線照射処理条件を表に示す。
【表１】
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【００１７】
次に、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層６（ｐ層）の窓７Ａの部分に厚さ、２０００Åのアルミニウム電極層（第１反射膜又は第１電極層）８を形成した。又、穴１Ａにおいて、露出したＳｉドープｎ型ＧａＮ層３に厚さ、８００Åのアルミニウム電極層（第２反射膜又は第２電極層）９を形成した。アルミニウム電極層８、９は共振器の両端の鏡面となる。
【００１８】
上記の素子が１枚のサファイア基板１の上に多数形成され、各素子がダイヤモンドカッタで切断される。そして、各素子において、アルミニウム電極層８とアルミニウム電極層９とに電圧を印加することで、本発光素子はＸ軸方向（サファイア基板１の面に垂直な方向）に発振する。発振したレーザは、反射率が８０％のアルミニウム電極層９の側から出力される。尚、アルミニウム電極層８は反射率１００％とすることができる。
【００１９】
このように、縦型の共振器を有した発光素子を得ることができる。
【００２０】
尚、光を出力する側の電極層は、アルミニウムに代えて、例えば、厚さ３５０ÅのＧａＮと厚さ３５０ÅのＡｌＧａＮとの多重層で構成することができる。この多重層の層数や層の厚さにより反射率を制御することができる。又、この電極層をＳｉＯ２／ＴｉＯ２　の多重層で構成することもできる。この場合にも、多重層の層数や層の厚さにより反射率を制御することができる。
【００２１】
又、サファイア基板１のエッチングはサファイア基板１を裏面ａ側から研磨した後、エッチングするようにすれば、よりエッチング時間が短くてすむ。
【００２２】
上記の発光素子は、１つの面において多数の点状の電極を形成することで、ドット発光が可能となり、平面ドットマトリックスディスプレイとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サファイア基板上に作製した本発明の具体的な一実施例に係る（（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ：０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）系半導体発光素子の構成を示した断面図。
【符号の説明】
１…サファイアの（１１−２０）面基板
２…ＡｌＮ緩衝層
３…ＧａＮ層（ｎ＋　層）（最下層）
４…Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層（ｎ層）
５…ＧａＮ層（活性層）
６…Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層（ｐ層）（最上層）
７…─ＳｉＯ２層
８…アルミニウム電極層（第１反射膜又は第１電極層）
９…アルミニウム電極層（第２反射膜又は第２電極層）
【図１】
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