JP2000068557A - 窒化物系半導体素子 - Google Patents
窒化物系半導体素子Info
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- JP2000068557A JP2000068557A JP23531998A JP23531998A JP2000068557A JP 2000068557 A JP2000068557 A JP 2000068557A JP 23531998 A JP23531998 A JP 23531998A JP 23531998 A JP23531998 A JP 23531998A JP 2000068557 A JP2000068557 A JP 2000068557A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化物系発光素子のｐ側コンタクト抵抗の低
減を可能にし、素子の動作電圧を低減し、レーザ発振を
容易にすると共に、素子寿命が大幅に延び窒化物系半導
体レーザの実用化を可能にすること。 【解決手段】 ｐ側コンタクト層として、ｐ型不純物を
添加したpoly-Si を用いることにより1019〜1020cm-3台
の正孔濃度が得られるため、従来に比べｐ側のキャリア
が２〜４桁増大し、ｐ側コンタクトのショットキーバリ
アの大幅な低減が可能になり、コンタクト抵抗を低減す
ることができる。
減を可能にし、素子の動作電圧を低減し、レーザ発振を
容易にすると共に、素子寿命が大幅に延び窒化物系半導
体レーザの実用化を可能にすること。 【解決手段】 ｐ側コンタクト層として、ｐ型不純物を
添加したpoly-Si を用いることにより1019〜1020cm-3台
の正孔濃度が得られるため、従来に比べｐ側のキャリア
が２〜４桁増大し、ｐ側コンタクトのショットキーバリ
アの大幅な低減が可能になり、コンタクト抵抗を低減す
ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物系半導体素子
に係り、特にＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を用い
た半導体レーザ等の窒化物系半導体素子に関する。
に係り、特にＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を用い
た半導体レーザ等の窒化物系半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクの記録密度の向上やレ
ーザプリンタの解像度の向上を図るため、短波長での発
光が可能な半導体レーザ（ＬＤ）が要求されている。短
波長の半導体レーザとしてＩｎＧａＡｌＰ材料による６
００ｎｍ帯光源は、ディスクの読み込み、書き込みのど
ちらも可能なレベルにまで特性改善され、既に実用化さ
れている。さらなる記録密度向上を目指して青色半導体
レーザの開発が盛んに行われている。このような開発に
おいて、II-VI 族化合物半導体であるＺｎＳｅ系材料を
用いた青緑色半導体レーザは発振動作が確認されて以
来、長寿命化、信頼性向上など実用化を目指した開発が
盛んに行われている。しかし、この材料系では成長用基
板と素子部を有する成長層との間の格子不整合差や熱膨
張係数差により生じた転位が通電により増殖するなどし
て、信頼性が得られない、寿命が短いなど実用化への障
壁は高いことが分かってきている。
ーザプリンタの解像度の向上を図るため、短波長での発
光が可能な半導体レーザ（ＬＤ）が要求されている。短
波長の半導体レーザとしてＩｎＧａＡｌＰ材料による６
００ｎｍ帯光源は、ディスクの読み込み、書き込みのど
ちらも可能なレベルにまで特性改善され、既に実用化さ
れている。さらなる記録密度向上を目指して青色半導体
レーザの開発が盛んに行われている。このような開発に
おいて、II-VI 族化合物半導体であるＺｎＳｅ系材料を
用いた青緑色半導体レーザは発振動作が確認されて以
来、長寿命化、信頼性向上など実用化を目指した開発が
盛んに行われている。しかし、この材料系では成長用基
板と素子部を有する成長層との間の格子不整合差や熱膨
張係数差により生じた転位が通電により増殖するなどし
て、信頼性が得られない、寿命が短いなど実用化への障
壁は高いことが分かってきている。
【０００３】これに対し、窒化物系半導体レーザは材料
的にＺｎＳｅ系よりもさらに短波長化が可能であり、信
頼性に関してもＺｎＳｅ系に比べ材料的に硬化であるた
め有望な材料として期待されている。この材料系を用い
たＬＥＤは既に市販されており、現在は次世代の光ディ
スクシステム光源に必要な条件を満たす青色半導体レー
ザの研究開発が盛んに行われている。
的にＺｎＳｅ系よりもさらに短波長化が可能であり、信
頼性に関してもＺｎＳｅ系に比べ材料的に硬化であるた
め有望な材料として期待されている。この材料系を用い
たＬＥＤは既に市販されており、現在は次世代の光ディ
スクシステム光源に必要な条件を満たす青色半導体レー
ザの研究開発が盛んに行われている。
【０００４】しかし、窒化物系ＬＤの実現は、ＬＥＤの
実現ほど容易ではなく、いくつかの課題を解決しなけれ
ばならない。この材料系においてレーザ発振が困難な理
由、またはレーザ発振しても素子の信頼性が得られない
理由の一つとして、ｐ側電極の問題がある。現状では、
ｐ側電極のコンタクト抵抗が高いため、素子の動作電圧
が高く、レーザ発振してもｐ側コンタクト部の発熱等に
より、素子破壊または素子劣化が生じ、実用レベルの素
子特性を得ることは困難である。したがって、窒化物系
半導体レーザの実現には、ｐ側コンタクト抵抗の低減が
必須である。
実現ほど容易ではなく、いくつかの課題を解決しなけれ
ばならない。この材料系においてレーザ発振が困難な理
由、またはレーザ発振しても素子の信頼性が得られない
理由の一つとして、ｐ側電極の問題がある。現状では、
ｐ側電極のコンタクト抵抗が高いため、素子の動作電圧
が高く、レーザ発振してもｐ側コンタクト部の発熱等に
より、素子破壊または素子劣化が生じ、実用レベルの素
子特性を得ることは困難である。したがって、窒化物系
半導体レーザの実現には、ｐ側コンタクト抵抗の低減が
必須である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
窒化物系ＬＤでは、ｐ側電極とのコンタクト抵抗が高い
ため、素子の動作電圧が高く、レーザ発振してもｐ側電
極コンタクト部の発熱等により素子破壊または素子劣化
が生じ、素子の信頼性は著しく悪かった。
窒化物系ＬＤでは、ｐ側電極とのコンタクト抵抗が高い
ため、素子の動作電圧が高く、レーザ発振してもｐ側電
極コンタクト部の発熱等により素子破壊または素子劣化
が生じ、素子の信頼性は著しく悪かった。
【０００６】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、窒化物系発光素子のｐ側コンタクト抵抗の大幅な低
減を可能にし、素子の動作電圧を低減し、実用レベルの
素子寿命および信頼性を持つ窒化物系半導体素子を提供
できる。
で、窒化物系発光素子のｐ側コンタクト抵抗の大幅な低
減を可能にし、素子の動作電圧を低減し、実用レベルの
素子寿命および信頼性を持つ窒化物系半導体素子を提供
できる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの手段を以下に示す。本発明は窒化物系半導体素子、
特に窒化物系半導体レーザにおけるｐ側電極部における
コンタクト抵抗を低減するため、電極とのコンタクト層
として、多結晶シリコン（poly-Si ）を用いる。
めの手段を以下に示す。本発明は窒化物系半導体素子、
特に窒化物系半導体レーザにおけるｐ側電極部における
コンタクト抵抗を低減するため、電極とのコンタクト層
として、多結晶シリコン（poly-Si ）を用いる。
【０００８】従来は図１に示すようにＧａＮやＩｎＧａ
ＮへＭｇ、Ｚｎ等のｐ型ドーパントをドーピングした層
をコンタクト層として用いていたが、本発明において
は、ｐ- ＧａＡｌＮ電流注入層上に直接、またはｐ- Ｇ
ａＡｌＮ電流注入層上にｐ−ＧａＮ層を介して、ｐ型不
純物を添加した多結晶シリコン（poly-Si ）をｐ側電極
とのコンタクト層として用いる。poly-Si のｐ型ドーパ
ントにはＢを用い、コンタクト層の厚さは0.005 〜1 μ
ｍ程度とする。窒化物半導体発光素子のｐ側コンタクト
層として、ＭｇドープＧａＮなのど窒化物半導体の代わ
りにＢドープpoly-Si を用いることにより1019〜1020cm
-3台の正孔濃度が得られるため、ｐ側のキャリア密度が
従来に比べ２〜４桁増大し、コンタクト抵抗の低減に最
も大きな効果が得られるが、poly-GaAs 、poly-InP等を
用いても同様のコンタクト抵抗低減効果が得られる。前
記poly-GaAs 、poly-InPのｐ型ドーパントには、Ｂｅ，
Ｚｎ，Ｍｇ等を用いる。勿論ｐ側コンタクト層として、
単結晶のＳｉ，ＧａＡｓ，ＩｎＰを用いても同様にコン
タクト抵抗の大幅な低減効果が得られるが、多結晶（po
ly-crystal）を用いることで以下の利点が得られる。
（１）多結晶Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＩｎＰは単結晶Ｓｉ，Ｇ
ａＡｓ，ＩｎＰに比べ容易に作製できるため、コストの
大幅な低減が可能であり、生産性の観点で圧倒的に有利
である。（２）窒化物半導体層上にＳｉ，ＧａＡｓ，Ｉ
ｎＰ等の単結晶膜を成長すると格子不整合が大きいた
め、厚膜の成長が困難であるのに対し、多結晶では格子
不整合の影響を無視できるため厚膜の形成が可能であ
り、バンドベンディングにより生じる正孔に対するポテ
ンシャルバリアを低減できる。（３）多結晶は単結晶に
比べ、低温で形成できるため、素子の熱履歴を低減でき
る。
ＮへＭｇ、Ｚｎ等のｐ型ドーパントをドーピングした層
をコンタクト層として用いていたが、本発明において
は、ｐ- ＧａＡｌＮ電流注入層上に直接、またはｐ- Ｇ
ａＡｌＮ電流注入層上にｐ−ＧａＮ層を介して、ｐ型不
純物を添加した多結晶シリコン（poly-Si ）をｐ側電極
とのコンタクト層として用いる。poly-Si のｐ型ドーパ
ントにはＢを用い、コンタクト層の厚さは0.005 〜1 μ
ｍ程度とする。窒化物半導体発光素子のｐ側コンタクト
層として、ＭｇドープＧａＮなのど窒化物半導体の代わ
りにＢドープpoly-Si を用いることにより1019〜1020cm
-3台の正孔濃度が得られるため、ｐ側のキャリア密度が
従来に比べ２〜４桁増大し、コンタクト抵抗の低減に最
も大きな効果が得られるが、poly-GaAs 、poly-InP等を
用いても同様のコンタクト抵抗低減効果が得られる。前
記poly-GaAs 、poly-InPのｐ型ドーパントには、Ｂｅ，
Ｚｎ，Ｍｇ等を用いる。勿論ｐ側コンタクト層として、
単結晶のＳｉ，ＧａＡｓ，ＩｎＰを用いても同様にコン
タクト抵抗の大幅な低減効果が得られるが、多結晶（po
ly-crystal）を用いることで以下の利点が得られる。
（１）多結晶Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＩｎＰは単結晶Ｓｉ，Ｇ
ａＡｓ，ＩｎＰに比べ容易に作製できるため、コストの
大幅な低減が可能であり、生産性の観点で圧倒的に有利
である。（２）窒化物半導体層上にＳｉ，ＧａＡｓ，Ｉ
ｎＰ等の単結晶膜を成長すると格子不整合が大きいた
め、厚膜の成長が困難であるのに対し、多結晶では格子
不整合の影響を無視できるため厚膜の形成が可能であ
り、バンドベンディングにより生じる正孔に対するポテ
ンシャルバリアを低減できる。（３）多結晶は単結晶に
比べ、低温で形成できるため、素子の熱履歴を低減でき
る。
【０００９】従来は窒化物系半導体を用いた半導体素
子、特に窒化物系半導体レーザのｐ型ＧａＮコンタクト
層において、ｐ型ドーパントであるＭｇの活性化率が低
いため、ｐ側電極とのコンタクト抵抗が非常に高く、通
電時に発熱等により素子破壊または素子劣化が生じる問
題を解決し、ｐ側電極部におけるコンタクト抵抗を大幅
に低減し、信頼性および素子寿命が実用化レベルの半導
体素子を提供できる。
子、特に窒化物系半導体レーザのｐ型ＧａＮコンタクト
層において、ｐ型ドーパントであるＭｇの活性化率が低
いため、ｐ側電極とのコンタクト抵抗が非常に高く、通
電時に発熱等により素子破壊または素子劣化が生じる問
題を解決し、ｐ側電極部におけるコンタクト抵抗を大幅
に低減し、信頼性および素子寿命が実用化レベルの半導
体素子を提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例により説明する。
例により説明する。
【００１１】
【実施例１】本発明の第一の実施例では、窒化物系青色
半導体レーザのｐ側電極用コンタクト層として、多結晶
Ｓｉ（poly-Si ）を用いた場合の例について説明する。
従来は図１に示したようにｐ側電極とのコンタクト層と
してＭｇを添加したＧａＮやＩｎＧａＮが一般的に用い
られていた。図２は本発明の第一の実施例に係る窒化物
系半導体レーザの概略構成を示す断面図である。この窒
化物系半導体レーザではｐ側電極とのコンタクト層に本
発明の中でも最もコンタクト抵抗の低減効果の高い多結
晶Ｓｉ（poly-Si ）を用いているが、ｐ側コンタクト層
以外の構造は従来と同様である。
半導体レーザのｐ側電極用コンタクト層として、多結晶
Ｓｉ（poly-Si ）を用いた場合の例について説明する。
従来は図１に示したようにｐ側電極とのコンタクト層と
してＭｇを添加したＧａＮやＩｎＧａＮが一般的に用い
られていた。図２は本発明の第一の実施例に係る窒化物
系半導体レーザの概略構成を示す断面図である。この窒
化物系半導体レーザではｐ側電極とのコンタクト層に本
発明の中でも最もコンタクト抵抗の低減効果の高い多結
晶Ｓｉ（poly-Si ）を用いているが、ｐ側コンタクト層
以外の構造は従来と同様である。
【００１２】この半導体レーザ装置は、サファイア基板
１０上に形成されている。サファイア基板３１上には、
有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、六方晶型
（ウルツ鉱型）を有するアンドープＧａＮ層３２、ｎ−
ＧａＮ層３３（Ｓｉドープ、３〜５×１０１８ｃｍ−
３）を形成し、続いてｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ
クラッド層３４（Ｓｉドープ、５×１０１７ｃｍ−３、
層厚０．６μｍ）、ｎ−ＧａＮ光ガイド層３５（Ｓｉド
ープ、層厚０．１μｍ）、Ｉｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ
（３ｎｍ）とＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ（６ｎｍ）を
４対積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性
層３６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層３７（Ｍｇドープ、層厚
０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッ
ド層３８（Ｍｇドープ、５×１０１７ｃｍ−３、層厚
０．６μｍ）、さらにその上部にｐ−ＧａＮ層３９（Ｍ
ｇドープ、２×１０１８ｃｍ−３、層厚０．１μｍ）を
順次１１００℃で成長する。Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｎの成
長用原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム
（ＴＭＩ）およびアンモニア（ＮＨ３）を用いた。ま
た、ｎ型、ｐ型ドーパントには、それぞれシラン（Ｓｉ
Ｈ４）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍ
ｇ）を用いた。ｐ−ＧａＮ層３９成長後、上述のように
窒化物半導体積層構造を成長させたサファイア基板１０
をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて減圧ＣＶＤ装置
により、ｐ−ＧａＮ層３９上にＢを７×１０２０ｃｍ−
３添加した多結晶シリコン（poly-Si ）４０を0.5 μm
堆積する。
１０上に形成されている。サファイア基板３１上には、
有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、六方晶型
（ウルツ鉱型）を有するアンドープＧａＮ層３２、ｎ−
ＧａＮ層３３（Ｓｉドープ、３〜５×１０１８ｃｍ−
３）を形成し、続いてｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ
クラッド層３４（Ｓｉドープ、５×１０１７ｃｍ−３、
層厚０．６μｍ）、ｎ−ＧａＮ光ガイド層３５（Ｓｉド
ープ、層厚０．１μｍ）、Ｉｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ
（３ｎｍ）とＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ（６ｎｍ）を
４対積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性
層３６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層３７（Ｍｇドープ、層厚
０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッ
ド層３８（Ｍｇドープ、５×１０１７ｃｍ−３、層厚
０．６μｍ）、さらにその上部にｐ−ＧａＮ層３９（Ｍ
ｇドープ、２×１０１８ｃｍ−３、層厚０．１μｍ）を
順次１１００℃で成長する。Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｎの成
長用原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム
（ＴＭＩ）およびアンモニア（ＮＨ３）を用いた。ま
た、ｎ型、ｐ型ドーパントには、それぞれシラン（Ｓｉ
Ｈ４）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍ
ｇ）を用いた。ｐ−ＧａＮ層３９成長後、上述のように
窒化物半導体積層構造を成長させたサファイア基板１０
をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて減圧ＣＶＤ装置
により、ｐ−ＧａＮ層３９上にＢを７×１０２０ｃｍ−
３添加した多結晶シリコン（poly-Si ）４０を0.5 μm
堆積する。
【００１３】さらに、前記Ｂドープ多結晶シリコン層４
０上面には、ｐ側電極４１を、またｎ−ＧａＮ層３３上
のｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４が積層されていない上
面部分には、ｎ側電極４２が設けられている。また、ｐ
側電極部をストライプ構造にするため、周知の熱ＣＶＤ
法によりＳｉＯ２膜４３を設け、絶縁膜とした。
０上面には、ｐ側電極４１を、またｎ−ＧａＮ層３３上
のｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４が積層されていない上
面部分には、ｎ側電極４２が設けられている。また、ｐ
側電極部をストライプ構造にするため、周知の熱ＣＶＤ
法によりＳｉＯ２膜４３を設け、絶縁膜とした。
【００１４】上述のように作製されたレーザ用多層構造
にへき開またはドライエッチングにより共振器ミラーを
形成し、青色半導体レーザ装置を作製した。
にへき開またはドライエッチングにより共振器ミラーを
形成し、青色半導体レーザ装置を作製した。
【００１５】次に、上記構成の青色半導体レーザ装置の
発振動作について説明する。
発振動作について説明する。
【００１６】本実施形態のレーザ装置は、しきい値電流
密度１〜２ｋＡ／ｃｍ２で室温連続発振した。発振波長
は３９８ｎｍ、動作電圧は４．１Ｖであった。また、こ
の素子では１００００時間以上の動作寿命が得られた。
また本構造の素子では、しきい値電流密度１〜２ｋＡ／
ｃｍ２で６０℃まで連続発振した。
密度１〜２ｋＡ／ｃｍ２で室温連続発振した。発振波長
は３９８ｎｍ、動作電圧は４．１Ｖであった。また、こ
の素子では１００００時間以上の動作寿命が得られた。
また本構造の素子では、しきい値電流密度１〜２ｋＡ／
ｃｍ２で６０℃まで連続発振した。
【００１７】本発明により、従来はｐ側電極部のコンタ
クト抵抗が高いために、素子破壊や素子劣化が生じ、素
子寿命が著しく短かった問題を解決でき、素子の初期特
性、歩留まり、信頼性共に大幅に向上し、実用レベルの
素子を得ることができた。
クト抵抗が高いために、素子破壊や素子劣化が生じ、素
子寿命が著しく短かった問題を解決でき、素子の初期特
性、歩留まり、信頼性共に大幅に向上し、実用レベルの
素子を得ることができた。
【００１８】上記実施例において、ｐ−ＧａＮ層１５を
設けず、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１
４上部に直接Ｂドープ多結晶シリコン（poly-Si ）１６
を堆積してもよい。
設けず、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１
４上部に直接Ｂドープ多結晶シリコン（poly-Si ）１６
を堆積してもよい。
【００１９】また、ｐ側電極とのコンタクト層として、
多結晶Ｓｉではなく単結晶Ｓｉを用いてもコンタクト抵
抗の低減効果は得られるが、この場合ｐ- ＧａＮ層また
はｐ−ＡｌＧａＮ層と、その上に成長するＢドープ単結
晶Ｓｉコンタクト層との格子不整合差のため良質な膜が
得られにくく、厚膜の成長が困難である。図３にコンタ
クト層として従来のｐ−ＧａＮを用いた場合、薄い多結
晶シリコンを用いた場合、また厚い多結晶Ｓｉを用いた
場合のバンド図を示す。図に示すように、従来のｐ−Ｇ
ａＮを用いた場合に比べ、多結晶シリコンを用いた場合
の方が正孔に対するポテンシャルバリアを下げることが
できる。またさらに多結晶シリコンの厚さを厚くするこ
とで、よりポテンシャルバリアを下げることができる。
多結晶Ｓｉではなく単結晶Ｓｉを用いてもコンタクト抵
抗の低減効果は得られるが、この場合ｐ- ＧａＮ層また
はｐ−ＡｌＧａＮ層と、その上に成長するＢドープ単結
晶Ｓｉコンタクト層との格子不整合差のため良質な膜が
得られにくく、厚膜の成長が困難である。図３にコンタ
クト層として従来のｐ−ＧａＮを用いた場合、薄い多結
晶シリコンを用いた場合、また厚い多結晶Ｓｉを用いた
場合のバンド図を示す。図に示すように、従来のｐ−Ｇ
ａＮを用いた場合に比べ、多結晶シリコンを用いた場合
の方が正孔に対するポテンシャルバリアを下げることが
できる。またさらに多結晶シリコンの厚さを厚くするこ
とで、よりポテンシャルバリアを下げることができる。
【００２０】以上のように、Ｂを添加したＳｉをｐ側電
極とのコンタクト層として用いることにより、１０１９
〜１０２０ｃｍ−３の高い正孔濃度が得られ、さらに多
結晶を用いることで単結晶を用いる場合に比べ厚膜の形
成が可能になり、正孔に対するポテンシャルバリアを下
げることができる。さらに多結晶Ｓｉは容易に形成でき
るため、量産性の観点で圧倒的に有利である。したがっ
て、本発明により低コストで素子の初期特性、歩留ま
り、信頼性を大幅に向上させることができる。
極とのコンタクト層として用いることにより、１０１９
〜１０２０ｃｍ−３の高い正孔濃度が得られ、さらに多
結晶を用いることで単結晶を用いる場合に比べ厚膜の形
成が可能になり、正孔に対するポテンシャルバリアを下
げることができる。さらに多結晶Ｓｉは容易に形成でき
るため、量産性の観点で圧倒的に有利である。したがっ
て、本発明により低コストで素子の初期特性、歩留ま
り、信頼性を大幅に向上させることができる。
【００２１】
【実施例２】本発明の第二の実施例について説明する。
図４は本発明の第一の実施例と同様の窒化物系半導体レ
ーザの概略構成を示す断面図である。本実施例ではｐ側
電極とのコンタクト層として多結晶ＧａＡｓ（poly-GaA
s ）または多結晶ＩｎＰ（poly-InP）を用いた。
図４は本発明の第一の実施例と同様の窒化物系半導体レ
ーザの概略構成を示す断面図である。本実施例ではｐ側
電極とのコンタクト層として多結晶ＧａＡｓ（poly-GaA
s ）または多結晶ＩｎＰ（poly-InP）を用いた。
【００２２】この半導体レーザの作製方法は、実施例１
と同様であるので省略する。ｐ−ＡｌＧａＮ電流注入層
上、またはｐ−ＧａＮ層上にｐ型不純物を添加した多結
晶ＧａＡｓ（poly-GaAs ）または多結晶ＩｎＰ（poly-I
nP）をｐ側電極とのコンタクト層（0.05〜0.1 μｍ）と
して形成する。ｐ型ドーパントとしてはＢｅ，Ｚｎ，Ｍ
ｇ等を用いる。正孔濃度可能は範囲で高ければ高い程よ
い。次に、ｐ型ドーパントを添加した多結晶ＧａＡｓ
（poly-GaAs ）または多結晶ＩｎＰ（poly-InP）コンタ
クト層上にｐ側電極６１を、またｎ−ＧａＮ層５３上の
ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層５４が積層されていない上面
部分には、ｎ側電極６２が設けられている。また、ｐ側
電極部をストライプ構造にするため、熱ＣＶＤ法により
ＳｉＯ２膜６３を設け、絶縁膜とした。
と同様であるので省略する。ｐ−ＡｌＧａＮ電流注入層
上、またはｐ−ＧａＮ層上にｐ型不純物を添加した多結
晶ＧａＡｓ（poly-GaAs ）または多結晶ＩｎＰ（poly-I
nP）をｐ側電極とのコンタクト層（0.05〜0.1 μｍ）と
して形成する。ｐ型ドーパントとしてはＢｅ，Ｚｎ，Ｍ
ｇ等を用いる。正孔濃度可能は範囲で高ければ高い程よ
い。次に、ｐ型ドーパントを添加した多結晶ＧａＡｓ
（poly-GaAs ）または多結晶ＩｎＰ（poly-InP）コンタ
クト層上にｐ側電極６１を、またｎ−ＧａＮ層５３上の
ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層５４が積層されていない上面
部分には、ｎ側電極６２が設けられている。また、ｐ側
電極部をストライプ構造にするため、熱ＣＶＤ法により
ＳｉＯ２膜６３を設け、絶縁膜とした。
【００２３】上述のように作製されたレーザ用多層構造
にへき開またはドライエッチングにより共振器ミラーを
形成し、青色半導体レーザ装置を作製した。
にへき開またはドライエッチングにより共振器ミラーを
形成し、青色半導体レーザ装置を作製した。
【００２４】次に、上記構成の青色半導体レーザ装置の
発振動作について説明する。
発振動作について説明する。
【００２５】本実施形態のレーザ装置は、しきい値電流
密度１〜２ｋＡ／ｃｍ２で室温連続発振した。発振波長
は３９６ｎｍ、動作電圧は４．８〜６．５Ｖであった。
また、この素子でも実施例１の場合と同様に１００００
時間以上の動作寿命が得られた。
密度１〜２ｋＡ／ｃｍ２で室温連続発振した。発振波長
は３９６ｎｍ、動作電圧は４．８〜６．５Ｖであった。
また、この素子でも実施例１の場合と同様に１００００
時間以上の動作寿命が得られた。
【００２６】本発明により、従来の素子破壊や素子劣化
の問題を解決でき、素子の初期特性、歩留まり、信頼性
共に大幅に向上し、実用レベルの素子を得ることができ
た。
の問題を解決でき、素子の初期特性、歩留まり、信頼性
共に大幅に向上し、実用レベルの素子を得ることができ
た。
【００２７】本発明による窒化物系半導体素子は、上述
の実施例の範囲に留まらず、窒化物系半導体レーザの
他、窒化物系発光ダイオード（ＬＥＤ）や、ｐ型層への
電極形成が必要な、あらゆる窒化物系半導体素子に適用
可能である。
の実施例の範囲に留まらず、窒化物系半導体レーザの
他、窒化物系発光ダイオード（ＬＥＤ）や、ｐ型層への
電極形成が必要な、あらゆる窒化物系半導体素子に適用
可能である。
【００２８】また、結晶の成長方法もＭＯＣＶＤ法に限
らず、ＣＶＤ法、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、Ｌ
ＰＥ（液相成長）法、その他の成長方法でも可能であ
る。
らず、ＣＶＤ法、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、Ｌ
ＰＥ（液相成長）法、その他の成長方法でも可能であ
る。
【００２９】
【発明の効果】本発明は半導体レーザ等の窒化物系発光
素子において、ｐ型ドーパントの活性化率が悪いため、
ｐ側電極とコンタクト層とのショットキーバリアが高
く、これによりコンタクト抵抗が高くなり、発熱等によ
り素子破壊や素子劣化が生じ、実用レベルの素子信頼性
を得ることが困難であるという従来の問題を解決し、ｐ
側電極のコンタクト抵抗の大幅な低減を可能にし、素子
の動作電圧を低減することにより、素子初期特性、歩留
まりを向上させ、信頼性が高く、素子寿命の長い素子を
低コストで提供できる。
素子において、ｐ型ドーパントの活性化率が悪いため、
ｐ側電極とコンタクト層とのショットキーバリアが高
く、これによりコンタクト抵抗が高くなり、発熱等によ
り素子破壊や素子劣化が生じ、実用レベルの素子信頼性
を得ることが困難であるという従来の問題を解決し、ｐ
側電極のコンタクト抵抗の大幅な低減を可能にし、素子
の動作電圧を低減することにより、素子初期特性、歩留
まりを向上させ、信頼性が高く、素子寿命の長い素子を
低コストで提供できる。
【図１】従来の窒化物系半導体レーザの概略構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体素子（半導体レ
ーザ）の概略構造を示す断面図である。
ーザ）の概略構造を示す断面図である。
【図３】正孔に対するポテンシャルバリアを説明するた
めのｐ側電極部近傍のバンド図である。
めのｐ側電極部近傍のバンド図である。
【図４】本発明の実施例１に係る半導体素子（半導体レ
ーザ）の概略構造を示す断面図である。
ーザ）の概略構造を示す断面図である。
１１…サファイア基板 １２…アンドープＧａＮ層 １３…ｎ−ＧａＮ層 １４…ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 １５…ｎ−ＧａＮ光ガイド層 １６…多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＮ活性層 １７…ｐ−ＧａＮ光ガイド層 １８…ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 １９…ｐ−ＧａＮ層 ２０…ｎ側電極 ２１…ＳｉＯ２膜 ２２…ｐ側電極 ３１…サファイア基板 ３２…アンドープＧａＮ層 ３３…ｎ−ＧａＮ層 ３４…ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 ３５…ｎ−ＧａＮ光ガイド層 ３６…多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＮ活性層 ３７…ｐ−ＧａＮ光ガイド層 ３８…ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 ３９…ｐ−ＧａＮ層 ４０…ｐ−多結晶Ｓｉコンタクト層 ４１…ｐ側電極 ４２…ｎ側電極 ４３…ＳｉＯ２膜 ５１…サファイア基板 ５２…アンドープＧａＮ層 ５３…ｎ−ＧａＮ層 ５４…ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 ５５…ｎ−ＧａＮ光ガイド層 ５６…多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＮ活性層 ５７…ｐ−ＧａＮ光ガイド層 ５８…ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 ５９…ｐ−ＧａＮ層 ６０…ｐ−多結晶ＧａＡｓまたはＩｎＰコンタクト層 ６１…ｐ側電極 ６２…ｎ側電極 ６３…ＳｉＯ２膜
Claims (5)
- 【請求項１】 窒化物系半導体素子において、ｐ側電極
とのコンタクト層としてｐ型不純物を添加した多結晶シ
リコン（poly-Si ）を用いることを特徴とする窒化物系
半導体素子。 - 【請求項２】 前記ｐ型不純物はホウ素（Ｂ）であるこ
とを特徴とする請求項１記載の窒化物系半導体素子。 - 【請求項３】 窒化物系半導体素子において、ｐ側電極
とのコンタクト層としてｐ型不純物を添加した多結晶ガ
リウム砒素（poly-GaAs ）または多結晶インジウムリン
（poly-InP）を用いることを特徴とする窒化物系半導体
素子。 - 【請求項４】 前記ｐ型不純物はベリリウム（Ｂｅ）、
亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）であることを特徴
とする請求項３記載の窒化物系半導体素子。 - 【請求項５】 前記ｐ側電極とのコンタクト層の膜厚は
0.005 〜1 μm であることを特徴とする請求項１または
３記載の窒化物系半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23531998A JP2000068557A (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 窒化物系半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23531998A JP2000068557A (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 窒化物系半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068557A true JP2000068557A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=16984355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23531998A Pending JP2000068557A (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 窒化物系半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000068557A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008085090A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP2013175674A (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Nano Material Kenkyusho:Kk | 半導体デバイス |
| CN103413880A (zh) * | 2013-08-30 | 2013-11-27 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 提高led抗静电能力的外延生长方法及其外延结构 |
| JP2020170875A (ja) * | 2017-02-17 | 2020-10-15 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 深紫外発光素子およびその製造方法 |
-
1998
- 1998-08-21 JP JP23531998A patent/JP2000068557A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008085090A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP2013175674A (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Nano Material Kenkyusho:Kk | 半導体デバイス |
| CN103413880A (zh) * | 2013-08-30 | 2013-11-27 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 提高led抗静电能力的外延生长方法及其外延结构 |
| JP2020170875A (ja) * | 2017-02-17 | 2020-10-15 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 深紫外発光素子およびその製造方法 |
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