JP3405334B2 - 窒化物半導体素子 - Google Patents
窒化物半導体素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子、
太陽電池、フォトダイオード等の受光素子に使用される
窒化物半導体（Ｉｎ XＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦
Y、X＋Y≦１）素子に係り、特にレーザ素子の構造に関
する。
（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子、
太陽電池、フォトダイオード等の受光素子に使用される
窒化物半導体（Ｉｎ XＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦
Y、X＋Y≦１）素子に係り、特にレーザ素子の構造に関
する。
【０００２】
【従来の技術】紫外〜青色の領域に発光するレーザ素子
の材料として窒化物半導体が知られており、本出願人
は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温で
の４１０ｎｍのレーザ発振を発表した（例えば、Jpn.J.
Appl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76）。発表したレー
ザ素子はいわゆる電極ストライプ型のレーザ素子であ
り、活性層を含む窒化物半導体層のストライプ幅を数十
μｍにして、レーザ発振させたものである。図５にその
レーザ素子の構造を示す模式的な断面図を示す。このレ
ーザ素子はサファイアよりなる基板の上に、ＧａＮより
なるバッファ層、ｎ−ＧａＮ、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ、
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.95Ｎ、ｎ−ＧａＮ、多重量子井戸構
造（ＭＱＷ:Multi-Quantum-Well）のＩｎＧａＮよりな
る活性層、ｐ-Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ、ｐ−ＧａＮ、ｐ−Ａ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ、ｐ−ＧａＮを順に積層した構造を有
し、バッファ層の上にあるｎ−ＧａＮ層が負電極を形成
するｎ型コンタクト層、最上層のｐ−ＧａＮ層が正電極
を形成するｐ型コンタクト層として作用し、ｎ−Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層と、ｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層とが光
閉じ込め層として作用している。
の材料として窒化物半導体が知られており、本出願人
は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温で
の４１０ｎｍのレーザ発振を発表した（例えば、Jpn.J.
Appl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76）。発表したレー
ザ素子はいわゆる電極ストライプ型のレーザ素子であ
り、活性層を含む窒化物半導体層のストライプ幅を数十
μｍにして、レーザ発振させたものである。図５にその
レーザ素子の構造を示す模式的な断面図を示す。このレ
ーザ素子はサファイアよりなる基板の上に、ＧａＮより
なるバッファ層、ｎ−ＧａＮ、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ、
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.95Ｎ、ｎ−ＧａＮ、多重量子井戸構
造（ＭＱＷ:Multi-Quantum-Well）のＩｎＧａＮよりな
る活性層、ｐ-Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ、ｐ−ＧａＮ、ｐ−Ａ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ、ｐ−ＧａＮを順に積層した構造を有
し、バッファ層の上にあるｎ−ＧａＮ層が負電極を形成
するｎ型コンタクト層、最上層のｐ−ＧａＮ層が正電極
を形成するｐ型コンタクト層として作用し、ｎ−Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層と、ｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層とが光
閉じ込め層として作用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように、本発明者
らが開発した窒化物半導体レーザにより、世界で初めて
４１０ｎｍのレーザ発振が実現されたわけであるが、未
だパルス発振でしかなく、しかも閾値電流は１〜２Ａも
ある。連続発振させるためには、さらに閾値電流を下げ
る必要がある。また、図を見ても分かるように複雑な積
層構造を有しているため、窒化物半導体成長工程におい
て、煩雑な作業を必要とする。
らが開発した窒化物半導体レーザにより、世界で初めて
４１０ｎｍのレーザ発振が実現されたわけであるが、未
だパルス発振でしかなく、しかも閾値電流は１〜２Ａも
ある。連続発振させるためには、さらに閾値電流を下げ
る必要がある。また、図を見ても分かるように複雑な積
層構造を有しているため、窒化物半導体成長工程におい
て、煩雑な作業を必要とする。
【０００４】本発明はこのような事情を鑑みて成された
ものであって、その目的とするところは、シンプルな構
造で窒化物半導体よりなるレーザ素子を実現し、さらに
閾値電流を小さくして、室温での連続発振を目指すこと
にある。
ものであって、その目的とするところは、シンプルな構
造で窒化物半導体よりなるレーザ素子を実現し、さらに
閾値電流を小さくして、室温での連続発振を目指すこと
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の窒化
物半導体素子は、基板上部に、ＡｌとＧａとを含むｎ型
窒化物半導体層よりなるｎ型コンタクト層と、Ｉｎを含
む窒化物半導体よりなる多重量子井戸構造の活性層と、
ｐ型窒化物半導体よりなるｐ型コンタクト層とを順に備
えた窒化物半導体素子において、前記ｎ型コンタクト層
は、前記活性層側において前記活性層との屈折率差が大
きくなるように、基板側のＡｌ混晶比が少なく、前記活
性層側のＡｌ混晶比が大きい組成傾斜構造を有すること
を特徴とする。また、本発明に係る第１の窒化物半導体
素子では、前記ｎ型コンタクト層がＡｌｙＧａ１−ｙＮ
（０＜ｙ＜１）で表されるｎ型窒化物半導体よりなって
いてもよい。また、本発明に係る第２の窒化物半導体素
子は、基板上部に、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜
１）で表されるｎ型窒化物半導体層よりなるｎ型コンタ
クト層と、井戸層と障壁層からなる多重量子井戸構造の
活性層と、ｐ型窒化物半導体よりなるｐ型コンタクト層
とを順に備えた窒化物半導体素子において、前記井戸層
はＩｎｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１）よりなり、前記ｎ
型コンタクト層は、基板側のＡｌ混晶比が少なく、前記
活性層側のＡｌ混晶比が大きい構造を有することを特徴
とする。
物半導体素子は、基板上部に、ＡｌとＧａとを含むｎ型
窒化物半導体層よりなるｎ型コンタクト層と、Ｉｎを含
む窒化物半導体よりなる多重量子井戸構造の活性層と、
ｐ型窒化物半導体よりなるｐ型コンタクト層とを順に備
えた窒化物半導体素子において、前記ｎ型コンタクト層
は、前記活性層側において前記活性層との屈折率差が大
きくなるように、基板側のＡｌ混晶比が少なく、前記活
性層側のＡｌ混晶比が大きい組成傾斜構造を有すること
を特徴とする。また、本発明に係る第１の窒化物半導体
素子では、前記ｎ型コンタクト層がＡｌｙＧａ１−ｙＮ
（０＜ｙ＜１）で表されるｎ型窒化物半導体よりなって
いてもよい。また、本発明に係る第２の窒化物半導体素
子は、基板上部に、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜
１）で表されるｎ型窒化物半導体層よりなるｎ型コンタ
クト層と、井戸層と障壁層からなる多重量子井戸構造の
活性層と、ｐ型窒化物半導体よりなるｐ型コンタクト層
とを順に備えた窒化物半導体素子において、前記井戸層
はＩｎｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１）よりなり、前記ｎ
型コンタクト層は、基板側のＡｌ混晶比が少なく、前記
活性層側のＡｌ混晶比が大きい構造を有することを特徴
とする。
【０００６】本発明に係る第１と第２の窒化物半導体素
子は、前記基板と前記ｎ型コンタクト層の間に、Ａｌｘ
Ｇａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１，但し、ｘ＜ｙ）で表される
窒化物半導体層よりなるバッファ層を有することが好ま
しい。
子は、前記基板と前記ｎ型コンタクト層の間に、Ａｌｘ
Ｇａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１，但し、ｘ＜ｙ）で表される
窒化物半導体層よりなるバッファ層を有することが好ま
しい。
【０００７】本発明に係る第１と第２の窒化物半導体素
子は、前記活性層と前記ｐ型コンタクト層との間にＡｌ
を含むｐ型窒化物半導体よりなる第１のｐ型層を有して
いてもよい。また、本発明に係る第１と第２の窒化物半
導体素子では、前記活性層と前記第１のｐ型層との間
に、Ａｌを含むｐ型窒化物半導体よりなる第３のｐ型層
を有することもできる。
子は、前記活性層と前記ｐ型コンタクト層との間にＡｌ
を含むｐ型窒化物半導体よりなる第１のｐ型層を有して
いてもよい。また、本発明に係る第１と第２の窒化物半
導体素子では、前記活性層と前記第１のｐ型層との間
に、Ａｌを含むｐ型窒化物半導体よりなる第３のｐ型層
を有することもできる。
【０００８】さらに、本発明に係る第１と第２の窒化物
半導体素子は、前記第１のｐ型層と前記第３のｐ型層と
の間に、Ｉｎを含むｐ型窒化物半導体若しくはＧａＮよ
りなり、光ガイド層として作用する第２のｐ型層を有
し、かつ前記ｎ型コンタクト層と前記活性層との間にＩ
ｎを含むｎ型窒化物半導体若しくはｎ型ＧａＮよりなる
ｎ型クラッド層を有するレーザ発振素子であってもよ
い。
半導体素子は、前記第１のｐ型層と前記第３のｐ型層と
の間に、Ｉｎを含むｐ型窒化物半導体若しくはＧａＮよ
りなり、光ガイド層として作用する第２のｐ型層を有
し、かつ前記ｎ型コンタクト層と前記活性層との間にＩ
ｎを含むｎ型窒化物半導体若しくはｎ型ＧａＮよりなる
ｎ型クラッド層を有するレーザ発振素子であってもよ
い。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例に係るレ
ーザ素子の構造を示す模式的な断面図である。この素子
は、サファイアＡ面を主面とする基板１の上に、ＧａＮ
よりなるバッファ層２、ｎ型ＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y＜
１）よりなるｎ型コンタクト層３、ＩｎXＧａ1-XＮ（０
＜X≦１）よりなる井戸層と、ＩｎX'Ｇａ1-X'Ｎ（０≦
X'＜１、X'＜X）よりなる障壁層とが積層された多重量
子井戸構造の活性層４、ｐ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（０＜Z＜
１）よりなる第１のｐ型層５１、ｐ型ＧａＮよりなるｐ
型コンタクト層６とが順に積層された構造を有してい
る。
ーザ素子の構造を示す模式的な断面図である。この素子
は、サファイアＡ面を主面とする基板１の上に、ＧａＮ
よりなるバッファ層２、ｎ型ＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y＜
１）よりなるｎ型コンタクト層３、ＩｎXＧａ1-XＮ（０
＜X≦１）よりなる井戸層と、ＩｎX'Ｇａ1-X'Ｎ（０≦
X'＜１、X'＜X）よりなる障壁層とが積層された多重量
子井戸構造の活性層４、ｐ型ＡｌZＧａ1-ZＮ（０＜Z＜
１）よりなる第１のｐ型層５１、ｐ型ＧａＮよりなるｐ
型コンタクト層６とが順に積層された構造を有してい
る。
【００１０】本発明のレーザ素子において、基板１には
Ａ面の他にＣ面、Ｒ面等の面方位を有するサファイアが
使用でき、サファイアの他、スピネル１１１面（ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4）、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の
単結晶よりなる、公知の基板が用いられる。
Ａ面の他にＣ面、Ｒ面等の面方位を有するサファイアが
使用でき、サファイアの他、スピネル１１１面（ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4）、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の
単結晶よりなる、公知の基板が用いられる。
【００１１】バッファ層２は基板と窒化物半導体との格
子不整合を緩和するために設けられ、通常、ＧａＮ、Ａ
ｌＮ、ＡｌＧａＮ等が１０００オングストローム以下の
膜厚で成長されるが、窒化物半導体と格子定数の近い基
板、格子整合した基板を用いる場合、成長方法、成長条
件等の要因によっては成長されないこともあるので、省
略することもできる。但し、サファイア、スピネルのよ
うに、窒化物半導体と格子定数が異なる基板を用いる場
合、バッファ層を介すると、次に高温で成長させる窒化
物半導体層の結晶性が飛躍的に良くなる。
子不整合を緩和するために設けられ、通常、ＧａＮ、Ａ
ｌＮ、ＡｌＧａＮ等が１０００オングストローム以下の
膜厚で成長されるが、窒化物半導体と格子定数の近い基
板、格子整合した基板を用いる場合、成長方法、成長条
件等の要因によっては成長されないこともあるので、省
略することもできる。但し、サファイア、スピネルのよ
うに、窒化物半導体と格子定数が異なる基板を用いる場
合、バッファ層を介すると、次に高温で成長させる窒化
物半導体層の結晶性が飛躍的に良くなる。
【００１２】さらに好ましい態様として、Ａｌを含むコ
ンタクト層３を成長させる前に、このバッファ層の組成
をコンタクト層よりもＡｌ混晶比の少ないＩｎXＡｌYＧ
ａ1- X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）、さらに望まし
くはＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Y＜１）とすることにより、
Ａｌを含むｎ型コンタクト層３を結晶性良く、厚膜で成
長させることができる。バッファ層の成長温度はｎ型コ
ンタクト層の成長温度よりも低く、好ましくは特開平４
−２９７０２３号公報に記載されるように、２００℃以
上、９００℃以下の温度で成長させることが望ましい。
ンタクト層３を成長させる前に、このバッファ層の組成
をコンタクト層よりもＡｌ混晶比の少ないＩｎXＡｌYＧ
ａ1- X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）、さらに望まし
くはＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Y＜１）とすることにより、
Ａｌを含むｎ型コンタクト層３を結晶性良く、厚膜で成
長させることができる。バッファ層の成長温度はｎ型コ
ンタクト層の成長温度よりも低く、好ましくは特開平４
−２９７０２３号公報に記載されるように、２００℃以
上、９００℃以下の温度で成長させることが望ましい。
【００１３】ｎ型コンタクト層３は本発明の最も特徴と
するところであり、ＡｌとＧａとを含むｎ型窒化物半導
体、好ましくはｎ型ＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y＜１）とす
る。このｎ型コンタクト層は、Ａｌを含む窒化物半導体
で形成されていることにより、活性層との屈折率差が大
きくでき、光閉じ込め層としてのクラッド層として作用
する。つまり、このｎ型コンタクト層３は電流を注入す
る層としてだけでなく、活性層の光を閉じ込める層とし
て作用する。従来のレーザ素子では、コンタクト層がＧ
ａＮで構成されていた。ＧａＮの場合、ｎ電極とのオー
ミック特性については非常に優れているが、ｎ側のクラ
ッド層（光閉じ込め層等）よりも屈折率が大きいため
に、ｎ側クラッド層より漏れた光がＧａＮ層内で広が
り、閾値の低下を阻害していた。また、ＧａＮよりなる
コンタクト層は、ＡｌＧａＮよりなるクラッド層、基板
よりも屈折率が大きいため、活性層よりしみ出した光
が、このコンタクト層中でモードが生じ、主著区横方向
のファーフィールドパターンが、レーザ光と混じり合っ
て、あたかもマルチモードのようになっていた。
するところであり、ＡｌとＧａとを含むｎ型窒化物半導
体、好ましくはｎ型ＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y＜１）とす
る。このｎ型コンタクト層は、Ａｌを含む窒化物半導体
で形成されていることにより、活性層との屈折率差が大
きくでき、光閉じ込め層としてのクラッド層として作用
する。つまり、このｎ型コンタクト層３は電流を注入す
る層としてだけでなく、活性層の光を閉じ込める層とし
て作用する。従来のレーザ素子では、コンタクト層がＧ
ａＮで構成されていた。ＧａＮの場合、ｎ電極とのオー
ミック特性については非常に優れているが、ｎ側のクラ
ッド層（光閉じ込め層等）よりも屈折率が大きいため
に、ｎ側クラッド層より漏れた光がＧａＮ層内で広が
り、閾値の低下を阻害していた。また、ＧａＮよりなる
コンタクト層は、ＡｌＧａＮよりなるクラッド層、基板
よりも屈折率が大きいため、活性層よりしみ出した光
が、このコンタクト層中でモードが生じ、主著区横方向
のファーフィールドパターンが、レーザ光と混じり合っ
て、あたかもマルチモードのようになっていた。
【００１４】そこで、このコンタクト層をＡｌＧａＮと
することにより活性層の発光をｎ型コンタクト層内で広
がりにくくできるので、閾値が低下する。またｎ−Ｇａ
Ｎがないことで、活性層よりしみ出した光は、全て基板
側に達し、垂直横方向は活性層のみで導波される基本モ
ードのみとなる。このｎ型コンタクト層の膜厚は０．１
μｍ以上、５μｍ以下に調整することが望ましい。０．
１μｍ以下であると、光閉じ込め層として作用しにく
く、また、電極を同一面側に設ける場合に、精密なエッ
チングレートの制御をせねばならないので不利である。
一方、５μｍよりも厚いと、結晶中にクラックが入りや
すくなる傾向にある。なお、ｎ型の窒化物半導体は、ノ
ンドープ（不純物をドープしない状態）でも結晶内部に
できる窒素空孔のためｎ型となる性質があるが、Ｓｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ等のドナー不純物を結晶成長中にドープする
ことにより、キャリア濃度が高く、好ましいｎ型特性を
示す窒化物半導体が得られる。また、ＡｌYＧａ1-YＮは
高キャリア濃度のｎ型が得やすい。
することにより活性層の発光をｎ型コンタクト層内で広
がりにくくできるので、閾値が低下する。またｎ−Ｇａ
Ｎがないことで、活性層よりしみ出した光は、全て基板
側に達し、垂直横方向は活性層のみで導波される基本モ
ードのみとなる。このｎ型コンタクト層の膜厚は０．１
μｍ以上、５μｍ以下に調整することが望ましい。０．
１μｍ以下であると、光閉じ込め層として作用しにく
く、また、電極を同一面側に設ける場合に、精密なエッ
チングレートの制御をせねばならないので不利である。
一方、５μｍよりも厚いと、結晶中にクラックが入りや
すくなる傾向にある。なお、ｎ型の窒化物半導体は、ノ
ンドープ（不純物をドープしない状態）でも結晶内部に
できる窒素空孔のためｎ型となる性質があるが、Ｓｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ等のドナー不純物を結晶成長中にドープする
ことにより、キャリア濃度が高く、好ましいｎ型特性を
示す窒化物半導体が得られる。また、ＡｌYＧａ1-YＮは
高キャリア濃度のｎ型が得やすい。
【００１５】さらに、このｎ型コンタクト層３は、基板
側のＡｌ混晶比が小さく、活性層側のＡｌ混晶比が大き
い構造、即ち組成傾斜構造とすることが望ましい。なぜ
なら前記構造とすることにより、結晶性の良いｎ型コン
タクト層が得られるので、結晶性の良いｎ型コンタクト
層の上に積層する窒化物半導体の結晶性も良くなるた
め、素子全体の結晶性が良くなり、ひいては閾値の低
下、素子の信頼性が格段に向上する。また、活性層側の
Ａｌ混晶比が大きいために、活性層との屈折率差も大き
くなり光閉じ込め層として有効に作用する。
側のＡｌ混晶比が小さく、活性層側のＡｌ混晶比が大き
い構造、即ち組成傾斜構造とすることが望ましい。なぜ
なら前記構造とすることにより、結晶性の良いｎ型コン
タクト層が得られるので、結晶性の良いｎ型コンタクト
層の上に積層する窒化物半導体の結晶性も良くなるた
め、素子全体の結晶性が良くなり、ひいては閾値の低
下、素子の信頼性が格段に向上する。また、活性層側の
Ａｌ混晶比が大きいために、活性層との屈折率差も大き
くなり光閉じ込め層として有効に作用する。
【００１６】活性層４は、少なくとも井戸層がＩｎを含
む窒化物半導体を含む多重量子井戸構造とする。多重量
子井戸構造とは、井戸層と障壁層とを積層したものであ
り、本発明の場合、井戸層がＩｎを含む窒化物半導体で
構成されていれば、障壁層は井戸層よりもバンドギャッ
プが大きければ特にＩｎを含む必要はない。好ましく
は、ＩｎXＧａ1-XＮ（０＜X≦１）よりなる井戸層と、
ＩｎX'Ｇａ1-X'Ｎ（０≦X'＜１、X'＜X）よりなる障壁
層とを積層した構造とする。三元混晶のＩｎＧａＮは四
元混晶のものに比べて結晶性が良い物が得られるので、
発光出力が向上する。また障壁層は井戸層よりもバンド
ギャップエネルギーを大きくして、井戸＋障壁＋井戸＋
・・・＋障壁＋井戸層（その逆でもよい。）となるよう
に積層して多重量子井戸構造を構成する。このように活
性層をＩｎＧａＮを積層したＭＱＷとすると、量子準位
間発光で約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍ間での高出力なＬＤ
を実現することができる。特に好ましい態様として、両
方の層をＩｎＧａＮとすると、ＩｎＧａＮは、ＧａＮ、
ＡｌＧａＮ結晶に比べて結晶が柔らかい。そのため第１
のｐ型層であるＡｌＧａＮの厚さを厚くできるのでレー
ザ発振が実現できる。
む窒化物半導体を含む多重量子井戸構造とする。多重量
子井戸構造とは、井戸層と障壁層とを積層したものであ
り、本発明の場合、井戸層がＩｎを含む窒化物半導体で
構成されていれば、障壁層は井戸層よりもバンドギャッ
プが大きければ特にＩｎを含む必要はない。好ましく
は、ＩｎXＧａ1-XＮ（０＜X≦１）よりなる井戸層と、
ＩｎX'Ｇａ1-X'Ｎ（０≦X'＜１、X'＜X）よりなる障壁
層とを積層した構造とする。三元混晶のＩｎＧａＮは四
元混晶のものに比べて結晶性が良い物が得られるので、
発光出力が向上する。また障壁層は井戸層よりもバンド
ギャップエネルギーを大きくして、井戸＋障壁＋井戸＋
・・・＋障壁＋井戸層（その逆でもよい。）となるよう
に積層して多重量子井戸構造を構成する。このように活
性層をＩｎＧａＮを積層したＭＱＷとすると、量子準位
間発光で約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍ間での高出力なＬＤ
を実現することができる。特に好ましい態様として、両
方の層をＩｎＧａＮとすると、ＩｎＧａＮは、ＧａＮ、
ＡｌＧａＮ結晶に比べて結晶が柔らかい。そのため第１
のｐ型層であるＡｌＧａＮの厚さを厚くできるのでレー
ザ発振が実現できる。
【００１７】また井戸、障壁層をＩｎＧａＮとすると次
のような効果もある。ＧａＮとＩｎＧａＮとでは結晶の
成長温度が異なる。例えばＭＯＶＰＥ法ではＩｎＧａＮ
は６００℃〜８００℃で成長させるのに対して、ＧａＮ
は８００℃より高い温度で成長させる。従って、ＩｎＧ
ａＮよりなる井戸層を成長させた後、ＧａＮよりなる障
壁層を成長させようとすれば、成長温度を上げてやる必
要がある。成長温度を上げると、先に成長させたＩｎＧ
ａＮ井戸層が分解してしまうので結晶性の良い井戸層を
得ることは難しい。さらに井戸層の膜厚は数十オングス
トロームしかなく、薄膜の井戸層が分解するとＭＱＷを
作製するのが困難となる。それに対し、障壁層をＩｎＧ
ａＮとすると、井戸層と障壁層が同一温度で成長でき
る。従って、先に形成した井戸層が分解することがない
ので結晶性の良いＭＱＷを形成することができる。これ
はＭＱＷの最も好ましい態様を示したものである。
のような効果もある。ＧａＮとＩｎＧａＮとでは結晶の
成長温度が異なる。例えばＭＯＶＰＥ法ではＩｎＧａＮ
は６００℃〜８００℃で成長させるのに対して、ＧａＮ
は８００℃より高い温度で成長させる。従って、ＩｎＧ
ａＮよりなる井戸層を成長させた後、ＧａＮよりなる障
壁層を成長させようとすれば、成長温度を上げてやる必
要がある。成長温度を上げると、先に成長させたＩｎＧ
ａＮ井戸層が分解してしまうので結晶性の良い井戸層を
得ることは難しい。さらに井戸層の膜厚は数十オングス
トロームしかなく、薄膜の井戸層が分解するとＭＱＷを
作製するのが困難となる。それに対し、障壁層をＩｎＧ
ａＮとすると、井戸層と障壁層が同一温度で成長でき
る。従って、先に形成した井戸層が分解することがない
ので結晶性の良いＭＱＷを形成することができる。これ
はＭＱＷの最も好ましい態様を示したものである。
【００１８】活性層４の膜厚は、図１のような光ガイド
層のないシンプルな構造とした場合、２００オングスト
ローム以上、さらに好ましくは３００オングストローム
以上の膜厚を有することが望ましい。なぜなら、本発明
の素子の場合、ＭＱＷよりなる活性層を厚く成長させる
ことにより、活性層の最外層近辺が光ガイド層として作
用する。つまり、ｎ型コンタクト層３と第１のｐ型層５
１とが光閉じ込め層として作用し、活性層の最外層近傍
が光ガイド層として作用する。活性層の膜厚の上限は特
に限定するものではないが、通常は０．５μｍ以下に調
整することが望ましい。
層のないシンプルな構造とした場合、２００オングスト
ローム以上、さらに好ましくは３００オングストローム
以上の膜厚を有することが望ましい。なぜなら、本発明
の素子の場合、ＭＱＷよりなる活性層を厚く成長させる
ことにより、活性層の最外層近辺が光ガイド層として作
用する。つまり、ｎ型コンタクト層３と第１のｐ型層５
１とが光閉じ込め層として作用し、活性層の最外層近傍
が光ガイド層として作用する。活性層の膜厚の上限は特
に限定するものではないが、通常は０．５μｍ以下に調
整することが望ましい。
【００１９】さらに井戸層の膜厚は７０オングストロー
ム以下、さらに望ましくは５０オングストローム以下に
調整することが好ましい。また障壁層の厚さも１５０オ
ングストローム以下、さらに望ましくは１００オングス
トローム以下の厚さに調整することが望ましい。井戸層
が７０オングストロームよりも厚いか、または障壁層が
１５０オングストロームよりも厚いと、レーザ素子の出
力が低下する傾向にある。
ム以下、さらに望ましくは５０オングストローム以下に
調整することが好ましい。また障壁層の厚さも１５０オ
ングストローム以下、さらに望ましくは１００オングス
トローム以下の厚さに調整することが望ましい。井戸層
が７０オングストロームよりも厚いか、または障壁層が
１５０オングストロームよりも厚いと、レーザ素子の出
力が低下する傾向にある。
【００２０】次に、第１のｐ型層５１は、Ａｌを含む窒
化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶または三元混
晶のＡｌZＧａ1-ZＮ（０＜Z≦１）を成長させる。この
第１のｐ型層５１はＬＤの場合、光閉じ込め層として作
用し、０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが望
ましく、ＡｌＧａＮのようなＡｌを含むｐ型窒化物半導
体とすることにより、好ましく光閉じ込め層として作用
する。この第１のｐ型層も活性層をＩｎを含む窒化物半
導体としているために、成長可能となる。つまり、Ｉｎ
ＧａＮを含む活性層が緩衝層のような作用をするため
に、ＡｌＧａＮを厚膜で成長させやすくなる。逆にＡｌ
を含む窒化物半導体の上に、光閉じ込め層となるような
厚膜で、直接、Ａｌを含む窒化物半導体を成長させるこ
とは難しい傾向にある。なお、ｐ型の窒化物半導体はＺ
ｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｃａ等のアクセプター不純物を
結晶成長中にドープすることによって得られるが、その
中でもＭｇが最も好ましいｐ型特性を示す。また結晶成
長後、不活性ガス雰囲気中で、アクセプター不純物をド
ープした窒化物半導体を、４００℃以上でアニーリング
することにより、さらに低抵抗なｐ型を得ることができ
る。
化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶または三元混
晶のＡｌZＧａ1-ZＮ（０＜Z≦１）を成長させる。この
第１のｐ型層５１はＬＤの場合、光閉じ込め層として作
用し、０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが望
ましく、ＡｌＧａＮのようなＡｌを含むｐ型窒化物半導
体とすることにより、好ましく光閉じ込め層として作用
する。この第１のｐ型層も活性層をＩｎを含む窒化物半
導体としているために、成長可能となる。つまり、Ｉｎ
ＧａＮを含む活性層が緩衝層のような作用をするため
に、ＡｌＧａＮを厚膜で成長させやすくなる。逆にＡｌ
を含む窒化物半導体の上に、光閉じ込め層となるような
厚膜で、直接、Ａｌを含む窒化物半導体を成長させるこ
とは難しい傾向にある。なお、ｐ型の窒化物半導体はＺ
ｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｃａ等のアクセプター不純物を
結晶成長中にドープすることによって得られるが、その
中でもＭｇが最も好ましいｐ型特性を示す。また結晶成
長後、不活性ガス雰囲気中で、アクセプター不純物をド
ープした窒化物半導体を、４００℃以上でアニーリング
することにより、さらに低抵抗なｐ型を得ることができ
る。
【００２１】最上層のｐ型コンタクト層６はｐ型の窒化
物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋
Y≦１）で構成することができ、特にＩｎＧａＮ、Ｇａ
Ｎ、その中でもＭｇをドープしたｐ型ＧａＮとすると、
最もキャリア濃度の高いｐ型層が得られて、正電極と良
好なオーミック接触が得られ、しきい値電流を低下させ
ることができる。正電極の材料としてはＮｉ、Ｐｄ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ等の比較的仕事関数の高い
金属又は合金がオーミックが得られやすい。
物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋
Y≦１）で構成することができ、特にＩｎＧａＮ、Ｇａ
Ｎ、その中でもＭｇをドープしたｐ型ＧａＮとすると、
最もキャリア濃度の高いｐ型層が得られて、正電極と良
好なオーミック接触が得られ、しきい値電流を低下させ
ることができる。正電極の材料としてはＮｉ、Ｐｄ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ等の比較的仕事関数の高い
金属又は合金がオーミックが得られやすい。
【００２２】図２は、本発明の第２の態様に係る素子の
構造を示す模式的な断面図であり、図１と同一符号は同
一部材を示すものである。この素子が図１の素子と異な
る点は、活性層４と、第１のｐ型層５１との間に、Ｉｎ
を含むｐ型窒化物半導体若しくはｐ型ＧａＮよりなる第
２のｐ型層５２を設けている点である。
構造を示す模式的な断面図であり、図１と同一符号は同
一部材を示すものである。この素子が図１の素子と異な
る点は、活性層４と、第１のｐ型層５１との間に、Ｉｎ
を含むｐ型窒化物半導体若しくはｐ型ＧａＮよりなる第
２のｐ型層５２を設けている点である。
【００２３】この第２のｐ型層５２は、好ましくは二元
混晶または三元混晶のＩｎYＧａ1-YＮ（０≦Y≦１）を
成長させる。この第２のｐ型層５２は、ＬＤの場合、光
ガイド層として作用する。第１の態様では、活性層が２
００オングストローム以上の膜厚を有する場合に、活性
層の最外層近辺が光ガイド層として作用するが、第２の
態様において、この第２のｐ型層５２を形成することに
より、活性層の膜厚を２００オングストロームよりも薄
くしても、このましいレーザ発振が得られる。また第２
のｐ型層もＩｎＧａＮ、ＧａＮ等よりなるので、この層
がバッファ層のような作用をして、次に成長させる第１
のｐ型層５１をクラック無く結晶性良く成長できる。こ
の第２のｐ型層５２は、通常１００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。
混晶または三元混晶のＩｎYＧａ1-YＮ（０≦Y≦１）を
成長させる。この第２のｐ型層５２は、ＬＤの場合、光
ガイド層として作用する。第１の態様では、活性層が２
００オングストローム以上の膜厚を有する場合に、活性
層の最外層近辺が光ガイド層として作用するが、第２の
態様において、この第２のｐ型層５２を形成することに
より、活性層の膜厚を２００オングストロームよりも薄
くしても、このましいレーザ発振が得られる。また第２
のｐ型層もＩｎＧａＮ、ＧａＮ等よりなるので、この層
がバッファ層のような作用をして、次に成長させる第１
のｐ型層５１をクラック無く結晶性良く成長できる。こ
の第２のｐ型層５２は、通常１００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。
【００２４】図３は本発明の第３の態様に係る素子の構
造を示す模式的な断面図である。この素子が、図１及び
図２の素子と異なる点は、活性層４と、第２のｐ型層５
２との間に、第１のｐ型層よりも膜厚が薄いＡｌを含む
窒化物半導体よりなる第３のｐ型層５３を設けている点
である。なお、特に図示していないが、第３のｐ型層５
３は活性層４と第１のｐ型層５１との間に設けても良
い。即ち、図３において、第２のｐ型層５２を削除する
こともできる。
造を示す模式的な断面図である。この素子が、図１及び
図２の素子と異なる点は、活性層４と、第２のｐ型層５
２との間に、第１のｐ型層よりも膜厚が薄いＡｌを含む
窒化物半導体よりなる第３のｐ型層５３を設けている点
である。なお、特に図示していないが、第３のｐ型層５
３は活性層４と第１のｐ型層５１との間に設けても良
い。即ち、図３において、第２のｐ型層５２を削除する
こともできる。
【００２５】第３のｐ型層５３はＡｌを含むｐ型の窒化
物半導体で構成し、好ましくは三元混晶若しくは二元混
晶のＡｌXＧａ1-XＮ（０＜X≦１）を成長させることが
望ましい。さらに、このＡｌＧａＮは第１のｐ型クラッ
ド層５１よりも膜厚を薄く形成することが望ましく、好
ましくは１０オングストローム以上、０．５μｍ以下に
調整する。この第３のｐ型層５３を活性層４に接して形
成することにより、素子の出力が格段に向上する。これ
は、第３のｐ型層５３成長時に、活性層のＩｎＧａＮが
分解するのを抑える作用があるためと推察されるが、詳
しいことは不明である。前記したように、このＡｌを含
む窒化物半導体よりなる第３のｐ型層５３を好ましく１
０オングストローム〜０．５μｍ以下の膜厚で成長させ
ることにより、ＩｎＧａＮよりなる活性層が分解するの
を防止するキャップ層としての作用があり、発光出力が
向上する。また、この第３のｐ型層５３も膜厚が薄いた
めに光ガイド層となり、活性層の膜厚を薄くすることが
できる。
物半導体で構成し、好ましくは三元混晶若しくは二元混
晶のＡｌXＧａ1-XＮ（０＜X≦１）を成長させることが
望ましい。さらに、このＡｌＧａＮは第１のｐ型クラッ
ド層５１よりも膜厚を薄く形成することが望ましく、好
ましくは１０オングストローム以上、０．５μｍ以下に
調整する。この第３のｐ型層５３を活性層４に接して形
成することにより、素子の出力が格段に向上する。これ
は、第３のｐ型層５３成長時に、活性層のＩｎＧａＮが
分解するのを抑える作用があるためと推察されるが、詳
しいことは不明である。前記したように、このＡｌを含
む窒化物半導体よりなる第３のｐ型層５３を好ましく１
０オングストローム〜０．５μｍ以下の膜厚で成長させ
ることにより、ＩｎＧａＮよりなる活性層が分解するの
を防止するキャップ層としての作用があり、発光出力が
向上する。また、この第３のｐ型層５３も膜厚が薄いた
めに光ガイド層となり、活性層の膜厚を薄くすることが
できる。
【００２６】図４は本発明の第４の態様に係る素子の構
造を示す模式的な断面図である。この素子は、ｎ型コン
タクト層３と、活性層４との間にＩｎを含むｎ型窒化物
半導体若しくはｎ型ＧａＮよりなるｎ型クラッド層３１
を有する点が図１〜図３の素子と異なる。
造を示す模式的な断面図である。この素子は、ｎ型コン
タクト層３と、活性層４との間にＩｎを含むｎ型窒化物
半導体若しくはｎ型ＧａＮよりなるｎ型クラッド層３１
を有する点が図１〜図３の素子と異なる。
【００２７】このｎ型クラッド層３１は、第２のｐ型層
と同様に、好ましくは二元混晶または三元混晶のＩｎY
Ｇａ1-YＮ（０≦Y≦１）を成長させる。作用も第２のｐ
型層と同一で、第ｎ型クラッド層３１がＬＤの場合、光
ガイド層として作用するため、活性層の膜厚を薄くでき
る。また他の作用として、このｎ型クラッド層３１を成
長させることにより、結晶性の良いＭＱＷの活性層が成
長できるため、素子の出力が向上する。
と同様に、好ましくは二元混晶または三元混晶のＩｎY
Ｇａ1-YＮ（０≦Y≦１）を成長させる。作用も第２のｐ
型層と同一で、第ｎ型クラッド層３１がＬＤの場合、光
ガイド層として作用するため、活性層の膜厚を薄くでき
る。また他の作用として、このｎ型クラッド層３１を成
長させることにより、結晶性の良いＭＱＷの活性層が成
長できるため、素子の出力が向上する。
【００２８】なお、本発明において示すＩｎXＧａ
1-XＮ、ＡｌYＧａ1-YＮ等は、単に一般式を示している
に過ぎず、異なる層が同一の一般式で示されていても、
それらの値X、Y値が同一の値を示すものでは決してな
い。
1-XＮ、ＡｌYＧａ1-YＮ等は、単に一般式を示している
に過ぎず、異なる層が同一の一般式で示されていても、
それらの値X、Y値が同一の値を示すものでは決してな
い。
【００２９】
【実施例】以下、ＭＯＶＰＥ法によりレーザ素子を作製
する方法を述べるが、本発明の窒化物半導体素子はＭＯ
ＶＰＥ法だけではなく、例えば、ＭＢＥ、ＨＤＶＰＥ等
の他の知られている窒化物半導体の気相成長法を用いて
成長させることも可能である。
する方法を述べるが、本発明の窒化物半導体素子はＭＯ
ＶＰＥ法だけではなく、例えば、ＭＢＥ、ＨＤＶＰＥ等
の他の知られている窒化物半導体の気相成長法を用いて
成長させることも可能である。
【００３０】［実施例１］本実施例は図１のレーザ素子
を得るための方法であり、以下図１を参照して実施例１
を詳説する。サファイアのＡ面を主面とする基板１をＭ
ＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置した後、原料ガスにＴ
ＭＧ（トリメチルガリウム）と、アンモニアを用い、温
度５００℃で基板１の表面にＧａＮよりなるバッファ層
２を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
を得るための方法であり、以下図１を参照して実施例１
を詳説する。サファイアのＡ面を主面とする基板１をＭ
ＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置した後、原料ガスにＴ
ＭＧ（トリメチルガリウム）と、アンモニアを用い、温
度５００℃で基板１の表面にＧａＮよりなるバッファ層
２を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００３１】続いて温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
にＴＭＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモ
ニア、ドナー不純物としてＳｉＨ4（シラン）ガスを用
いて、ＳｉドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｎ型コンタ
クト層３を４μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタ
クト層３は光閉じ込め層としても作用する。
にＴＭＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモ
ニア、ドナー不純物としてＳｉＨ4（シラン）ガスを用
いて、ＳｉドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｎ型コンタ
クト層３を４μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタ
クト層３は光閉じ込め層としても作用する。
【００３２】次に、温度を７５０℃にして、原料ガスに
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニア
を用いて活性層４を成長させる。活性層４は、まずノン
ドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ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、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ
0.95Ｎ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１３回繰り返し、最後に井戸層
を成長させ総膜厚０．１μｍの多重量子井戸構造よりな
る活性層４を成長させる。
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニア
を用いて活性層４を成長させる。活性層４は、まずノン
ドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ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、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ
0.95Ｎ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１３回繰り返し、最後に井戸層
を成長させ総膜厚０．１μｍの多重量子井戸構造よりな
る活性層４を成長させる。
【００３３】次に、温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物と
してＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）
を用いて、ＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第１の
ｐ型層５１を０．３μｍの膜厚で成長させる。この第１
のｐ型層は光閉じ込め層として作用する。
にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物と
してＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）
を用いて、ＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第１の
ｐ型層５１を０．３μｍの膜厚で成長させる。この第１
のｐ型層は光閉じ込め層として作用する。
【００３４】続いて、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層６を０．５μｍの膜厚で成長させる。
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層６を０．５μｍの膜厚で成長させる。
【００３５】以上のようにして窒化物半導体を積層した
ウェーハを反応容器から取り出し、図１に示すように最
上層のｐ型コンタクト層６より選択エッチングを行い、
ｎ型コンタクト層３の表面を露出させ、露出したｎ型コ
ンタクト層３と、ｐ型コンタクト層６との表面にそれぞ
れストライプ状の電極を形成した後、サファイア基板の
Ｒ面からウェーハを劈開して、バー状にし、さらにスト
ライプ状の電極に直交する方向にレーザの共振面を形成
する。後は、常法に従い、共振面に誘電体多層膜よりな
る反射鏡を形成した後、ストライプ状の電極に平行な位
置でウェーハを分割してレーザチップとする。このレー
ザチップをヒートシンクに設置し、パルス発振を試みた
ところ、簡単な構造にも関わらず、常温において４１０
ｎｍのレーザ発振を示し、出力は１０ｍＷ、閾値電流は
従来の窒化物半導体よりなるストライプ電極型のレーザ
素子よりも１０％低下した。
ウェーハを反応容器から取り出し、図１に示すように最
上層のｐ型コンタクト層６より選択エッチングを行い、
ｎ型コンタクト層３の表面を露出させ、露出したｎ型コ
ンタクト層３と、ｐ型コンタクト層６との表面にそれぞ
れストライプ状の電極を形成した後、サファイア基板の
Ｒ面からウェーハを劈開して、バー状にし、さらにスト
ライプ状の電極に直交する方向にレーザの共振面を形成
する。後は、常法に従い、共振面に誘電体多層膜よりな
る反射鏡を形成した後、ストライプ状の電極に平行な位
置でウェーハを分割してレーザチップとする。このレー
ザチップをヒートシンクに設置し、パルス発振を試みた
ところ、簡単な構造にも関わらず、常温において４１０
ｎｍのレーザ発振を示し、出力は１０ｍＷ、閾値電流は
従来の窒化物半導体よりなるストライプ電極型のレーザ
素子よりも１０％低下した。
【００３６】［実施例２］図２を用いて実施例２につい
て述べる。実施例１において、活性層４の構成を、ノン
ドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層２５オングスト
ロームと、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁
層を５０オングストロームを３ペア積層し、総膜厚２５
０オングストロームとする。
て述べる。実施例１において、活性層４の構成を、ノン
ドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層２５オングスト
ロームと、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁
層を５０オングストロームを３ペア積層し、総膜厚２５
０オングストロームとする。
【００３７】次に、温度を１０５０℃にし、原料ガスに
ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いて、Ｍｇドープ
ｐ型ＧａＮよりなる第２のｐ型層５２を５００オングス
トロームの膜厚で成長させる。この第２のｐ型層５２は
ｐ層側の光ガイド層として作用し、ｐ型ＧａＮの他、ｐ
型ＩｎＧａＮを成長させることもできる。
ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いて、Ｍｇドープ
ｐ型ＧａＮよりなる第２のｐ型層５２を５００オングス
トロームの膜厚で成長させる。この第２のｐ型層５２は
ｐ層側の光ガイド層として作用し、ｐ型ＧａＮの他、ｐ
型ＩｎＧａＮを成長させることもできる。
【００３８】後は実施例１と同様にして、第１のｐ型層
５１、ｐ型コンタクト層６を成長させ、同様にしてレー
ザ素子としたところ、同じく室温において、４１０ｎｍ
のパルス発振を示し、出力は１０ｍＷ、閾値電流は従来
のものと比較して２０％低下した。
５１、ｐ型コンタクト層６を成長させ、同様にしてレー
ザ素子としたところ、同じく室温において、４１０ｎｍ
のパルス発振を示し、出力は１０ｍＷ、閾値電流は従来
のものと比較して２０％低下した。
【００３９】［実施例３］図３を用いて実施例３につい
て述べる。実施例２と同じく総膜厚２５０オングストロ
ームの活性層を成長させた後、温度を１０５０℃にし
て、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍ
ｇを用いて、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる
第３のｐ型層５３を１００オングストロームの膜厚で成
長させる。この第３のｐ型層はＩｎＧａＮよりよりなる
活性層が分解するのを防止して、レーザ素子の出力を向
上させる作用がある。
て述べる。実施例２と同じく総膜厚２５０オングストロ
ームの活性層を成長させた後、温度を１０５０℃にし
て、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍ
ｇを用いて、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる
第３のｐ型層５３を１００オングストロームの膜厚で成
長させる。この第３のｐ型層はＩｎＧａＮよりよりなる
活性層が分解するのを防止して、レーザ素子の出力を向
上させる作用がある。
【００４０】後は、実施例１、２と同様にして、第２の
ｐ型層５２、第１のｐ型層５１、ｐ型コンタクト層６を
成長させた後、同様にしてレーザ素子としたところ、同
じく４１０ｎｍのパルス発振を示し、出力は１０ｍＷ、
閾値電流は従来のものと比較して２０％低下した。
ｐ型層５２、第１のｐ型層５１、ｐ型コンタクト層６を
成長させた後、同様にしてレーザ素子としたところ、同
じく４１０ｎｍのパルス発振を示し、出力は１０ｍＷ、
閾値電流は従来のものと比較して２０％低下した。
【００４１】［実施例４］図４を用いて実施例３につい
て述べる。実施例１において、ｎ型コンタクト層３を成
長させた後、温度を１０５０℃に保持し、原料ガスにＴ
ＭＧ、アンモニア、シランガスを用いて、Ｓｉドープｎ
型ＧａＮよりなるｎ型クラッド層３１を５００オングス
トロームの膜厚で成長させる。このｎ型クラッド層３１
はｎ層側の光ガイド層、および活性層にＩｎＧａＮを成
長させる際のバッファ層として作用し、ｎ型ＧａＮの
他、ｎ型ＩｎＧａＮを成長させることもできる。
て述べる。実施例１において、ｎ型コンタクト層３を成
長させた後、温度を１０５０℃に保持し、原料ガスにＴ
ＭＧ、アンモニア、シランガスを用いて、Ｓｉドープｎ
型ＧａＮよりなるｎ型クラッド層３１を５００オングス
トロームの膜厚で成長させる。このｎ型クラッド層３１
はｎ層側の光ガイド層、および活性層にＩｎＧａＮを成
長させる際のバッファ層として作用し、ｎ型ＧａＮの
他、ｎ型ＩｎＧａＮを成長させることもできる。
【００４２】次に活性層４の構成を、ノンドープＩｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層２５オングストロームと、
ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５０オ
ングストロームを２ペア積層し、総膜厚１７５オングス
トロームとする。
0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層２５オングストロームと、
ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５０オ
ングストロームを２ペア積層し、総膜厚１７５オングス
トロームとする。
【００４３】後は実施例１、２、３と同様にして、第３
のｐ型層５３、第２のｐ型層５２、第１のｐ型層５１、
ｐ型クラッド層６を成長させ、同様にしてレーザ素子と
したところ、同じく室温において４１０ｎｍのパルス発
振を示し、出力は１５ｍＷ、閾値電流は従来のものと比
較して３０％低下した。
のｐ型層５３、第２のｐ型層５２、第１のｐ型層５１、
ｐ型クラッド層６を成長させ、同様にしてレーザ素子と
したところ、同じく室温において４１０ｎｍのパルス発
振を示し、出力は１５ｍＷ、閾値電流は従来のものと比
較して３０％低下した。
【００４４】［実施例５］実施例１のｐ型コンタクト層
３を成長させる工程において、温度を１０５０℃にした
後、ＴＭＡの流量を最初は０に設定しておき、徐々にＴ
ＭＡの流量を増加させる。この操作を行うことにより、
バッファ層付近の組成がＧａＮで、活性層側の組成がＡ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる、Ｓｉがドープされて組成傾斜
したｎ型コンタクト層３を３μｍの膜厚で成長させる。
なお、このｎ型コンタクト層の結晶性を評価するため、
ダブルＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したとこ
ろ、実施例１のｎ型コンタクト層は５〜６分であったの
に対し、実施例５のものは３〜４分と非常によい結晶性
を示した。さらに、このｎ型コンタクト層３の上に実施
例１と同様にして、窒化物半導体を積層してレーザ素子
としたところ、実施例１のレーザ素子と比較して、閾値
が２０％低下し、出力で１０％向上した。
３を成長させる工程において、温度を１０５０℃にした
後、ＴＭＡの流量を最初は０に設定しておき、徐々にＴ
ＭＡの流量を増加させる。この操作を行うことにより、
バッファ層付近の組成がＧａＮで、活性層側の組成がＡ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる、Ｓｉがドープされて組成傾斜
したｎ型コンタクト層３を３μｍの膜厚で成長させる。
なお、このｎ型コンタクト層の結晶性を評価するため、
ダブルＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したとこ
ろ、実施例１のｎ型コンタクト層は５〜６分であったの
に対し、実施例５のものは３〜４分と非常によい結晶性
を示した。さらに、このｎ型コンタクト層３の上に実施
例１と同様にして、窒化物半導体を積層してレーザ素子
としたところ、実施例１のレーザ素子と比較して、閾値
が２０％低下し、出力で１０％向上した。
【００４５】
【発明の効果】他のＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＰのよ
うな材料よりなるレーザ素子では、レーザ発振させるた
めに、非常に複雑な構造を必要とするが、本発明によれ
ば、非常にシンプルな構造で短波長のレーザ素子を実現
することができるため、生産技術上非常に好都合であ
る。また本発明ではパルス発振しか確認していないが、
この後、素子の構造を埋め込みヘテロ型、屈折率導波型
の素子に改良することにより、さらに閾値電流を下げる
ことができる。
うな材料よりなるレーザ素子では、レーザ発振させるた
めに、非常に複雑な構造を必要とするが、本発明によれ
ば、非常にシンプルな構造で短波長のレーザ素子を実現
することができるため、生産技術上非常に好都合であ
る。また本発明ではパルス発振しか確認していないが、
この後、素子の構造を埋め込みヘテロ型、屈折率導波型
の素子に改良することにより、さらに閾値電流を下げる
ことができる。
【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。
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。
を示す模式断面図。
【図３】 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。
を示す模式断面図。
【図４】 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。
を示す模式断面図。
【図５】 従来のレーザ素子の構造を示す模式断面図。
１・・・基板
２・・・バッファ層
３・・・ｎ型コンタクト層
３１・・・ｎ型クラッド層
４・・・活性層
５１・・・第１のｐ型層
５２・・・第２のｐ型層
５３・・・第３のｐ型層
６・・・ｐ型コンタクト層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−41581（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−21511（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−164055（ＪＰ，Ａ)
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｐ
ａｒｔ２，1996年 ２月，Ｖｏｌ．35
Ｎｏ．２Ｂ，ｐ．Ｌ217−Ｌ220
(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 (7)
- 【請求項１】 基板上部に、ＡｌとＧａとを含むｎ型窒
化物半導体層よりなるｎ型コンタクト層と、Ｉｎを含む
窒化物半導体よりなる多重量子井戸構造の活性層と、ｐ
型窒化物半導体よりなるｐ型コンタクト層とを順に備え
た窒化物半導体素子において、 前記ｎ型コンタクト層は、前記活性層側において前記活
性層との屈折率差が大きくなるように、基板側のＡｌ混
晶比が少なく、前記活性層側のＡｌ混晶比が大きい組成
傾斜構造を有することを特徴とする窒化物半導体素子。 - 【請求項２】 前記ｎ型コンタクト層がＡｌｙＧａ
１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）で表されるｎ型窒化物半導体よ
りなる請求項１記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項３】 基板上部に、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ
（０＜ｙ＜１）で表されるｎ型窒化物半導体層よりなる
ｎ型コンタクト層と、井戸層と障壁層からなる多重量子
井戸構造の活性層と、ｐ型窒化物半導体よりなるｐ型コ
ンタクト層とを順に備えた窒化物半導体素子において、 前記井戸層はＩｎｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１）よりな
り、 前記ｎ型コンタクト層は、基板側のＡｌ混晶比が少な
く、前記活性層側のＡｌ混晶比が大きい構造を有するこ
とを特徴とする窒化物半導体素子。 - 【請求項４】 前記基板と前記ｎ型コンタクト層の間
に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１，但し、ｘ＜ｙ）
で表される窒化物半導体層よりなるバッファ層を有する
請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導
体素子。 - 【請求項５】 前記活性層と前記ｐ型コンタクト層との
間にＡｌを含むｐ型窒化物半導体よりなる第１のｐ型層
を有する請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の窒
化物半導体素子。 - 【請求項６】 前記活性層と前記第１のｐ型層との間
に、Ａｌを含むｐ型窒化物半導体よりなる第３のｐ型層
を有する請求項５記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項７】 前記第１のｐ型層と前記第３のｐ型層と
の間に、Ｉｎを含むｐ型窒化物半導体若しくはＧａＮよ
りなり、光ガイド層として作用する第２のｐ型層を有
し、かつ前記ｎ型コンタクト層と前記活性層との間にＩ
ｎを含むｎ型窒化物半導体若しくはｎ型ＧａＮよりなる
ｎ型クラッド層を有するレーザ発振素子である請求項６
記載の窒化物半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000330288A JP3405334B2 (ja) | 1996-05-21 | 2000-10-30 | 窒化物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12596696 | 1996-05-21 | ||
| JP8-125966 | 1996-05-21 | ||
| JP2000330288A JP3405334B2 (ja) | 1996-05-21 | 2000-10-30 | 窒化物半導体素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14918396A Division JP3366188B2 (ja) | 1996-05-21 | 1996-06-11 | 窒化物半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001168473A JP2001168473A (ja) | 2001-06-22 |
| JP3405334B2 true JP3405334B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=26462256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000330288A Expired - Lifetime JP3405334B2 (ja) | 1996-05-21 | 2000-10-30 | 窒化物半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3405334B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4556122B2 (ja) | 2005-01-27 | 2010-10-06 | ソニー株式会社 | 情報処理装置および方法、並びに回収基板 |
| JP4735054B2 (ja) * | 2005-05-30 | 2011-07-27 | ソニー株式会社 | 発光ダイオードの製造方法 |
| JP2007110090A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-04-26 | Sony Corp | ＧａＮ系半導体発光素子、発光装置、画像表示装置、面状光源装置、及び、液晶表示装置組立体 |
-
2000
- 2000-10-30 JP JP2000330288A patent/JP3405334B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｐａｒｔ２，１９９６年 ２月，Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．２Ｂ，ｐ．Ｌ２１７−Ｌ２２０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001168473A (ja) | 2001-06-22 |
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