JP2000174392A - Nitride semiconductor light-emitting element - Google Patents

Nitride semiconductor light-emitting element

Info

Publication number
JP2000174392A
JP2000174392A JP34502298A JP34502298A JP2000174392A JP 2000174392 A JP2000174392 A JP 2000174392A JP 34502298 A JP34502298 A JP 34502298A JP 34502298 A JP34502298 A JP 34502298A JP 2000174392 A JP2000174392 A JP 2000174392A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
grown
selective growth
crystallinity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP34502298A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Nagahama
慎一 長濱
Shuji Nakamura
修二 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Chemical Industries Ltd filed Critical Nichia Chemical Industries Ltd
Priority to JP34502298A priority Critical patent/JP2000174392A/en
Publication of JP2000174392A publication Critical patent/JP2000174392A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that crystalline nonuniformity occurs in a face and to improve the reliability of an element in the conventional element. SOLUTION: A first nitride semiconductor layer 2 grown on the different type of substrate, a protection film 11, which is partially formed on the surface of the first nitride semiconductor layer 2, a selective growing layer 3 grown on the surface of the first nitride semiconductor layer 2 and a second buffer layer 4 containing a polycrystal on the layer are sequentially given between the different types of substrate and a light-emitting layer. Thus, crystalline in-face nonuniformity shown by an oblique line part is dissolved. Then, crystallinity becomes satisfactory in the respective layers stacked on the substrate. Even if a nitride semiconductor 5 grown on the second buffer layer 4 is AlGaN, satisfactory crystal is formed and an element characteristic and element reliability are improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に少なくともA
lを含む窒化物半導体よりなるクラッド層と、その上に
Inを含む活性層を有するダブルへテロ構造の発光素子
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing
The present invention relates to a light emitting element having a double hetero structure having a cladding layer made of a nitride semiconductor containing 1 and an active layer containing In thereon.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、青色などの短波長の半導体発光素
子は、異種基板上に、窒化物半導体InxAlyGa
1-x-yN(0≦x,0≦y,x+y≦1)を、有機金属
気相成長法(MOVPE)、分子線ビーム気相成長法
(MBE)、ハライド気相成長法(HDVPE)等の気
相成長法でエピタキシャル成長されている。レーザ素子
の構造としては、図1に示すように活性層が屈折率差の
大きいn型とp型のクラッド層で挟まれたダブルへテロ
構造が採用されている。活性層は、主にInGaNで実
現されており、これを屈折率の小さなAlGaN,Ga
N等をクラッド層として、この領域に光を閉じ込める。
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor light emitting device having a short wavelength such as blue light is formed on a heterogeneous substrate by using a nitride semiconductor In x Al y Ga.
1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) can be used for metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE), molecular beam vapor phase epitaxy (MBE), halide vapor phase epitaxy (HDVPE), etc. It is epitaxially grown by a vapor phase growth method. As a structure of the laser element, a double hetero structure in which an active layer is sandwiched between n-type and p-type cladding layers having a large difference in refractive index as shown in FIG. 1 is employed. The active layer is mainly realized by InGaN, which is formed of AlGaN or Ga having a small refractive index.
Using N or the like as a cladding layer, light is confined in this region.

【0003】このように、窒化物半導体発光素子は異種
基板を用いることから、その結晶性を良好にするため、
様々な試みが成されてきた。その試みとしては、異種基
板との格子定数差を緩和するバッファ層、結晶欠陥が素
子駆動中に広がらないような層を設ける等、その方法に
は様々なものがある。しかし、どれもある程度の成果は
あるものの、更に結晶性を良好にして、素子の信頼性等
の向上が必要である。
As described above, since the nitride semiconductor light emitting device uses a different kind of substrate, the crystallinity thereof is improved.
Various attempts have been made. As the attempt, there are various methods such as providing a buffer layer for alleviating a lattice constant difference from a heterogeneous substrate and a layer for preventing crystal defects from spreading during element driving. However, although there are some results, it is necessary to further improve the crystallinity and improve the reliability of the device.

【0004】また、レーザ素子では、導波路内に光を効
率よく閉じ込めるため、クラッド層の膜厚としては、
0.1μm以上必要とされる。更に、InGaN活性層
との屈折率差を大きくするためには、AlGaNクラッ
ド層のAl混晶比を大きくしなければならない。
In a laser device, in order to efficiently confine light in a waveguide, the thickness of a cladding layer is set as follows:
0.1 μm or more is required. Furthermore, in order to increase the refractive index difference from the InGaN active layer, the Al mixed crystal ratio of the AlGaN cladding layer must be increased.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】異種基板上に積層する
窒化物半導体の結晶性を良好にするため、図4に示すよ
うに、異種基板上に成長させた窒化物半導体の表面に部
分的に保護膜11を設け(図4(a))、その状態で窒
化物半導体を成長させること(図4(b))で、面方向
への成長を生みだした。この選択成長層の上に成長させ
た窒化物半導体は、結晶性の良好なものが得られ、この
方法で各素子構造を積層して得られた窒化物半導体発光
素子、例えばレーザ素子は、室温での千時間を超える連
続発振を可能にした。しかし、選択成長層の内部には、
特有の結晶性の分布があり、図1の斜線部の領域とそれ
以外の領域では、結晶性に違いができる。この選択成長
層上に成長させた窒化物半導体もこの結晶性の分布を引
き継ぐため、これにより得られる半導体素子の結晶性に
は、ある種の限界があり、そのため信頼性を飛躍的に向
上させることができない。
In order to improve the crystallinity of a nitride semiconductor laminated on a heterogeneous substrate, as shown in FIG. 4, the surface of the nitride semiconductor grown on the heterogeneous substrate is partially By providing the protective film 11 (FIG. 4A) and growing a nitride semiconductor in that state (FIG. 4B), growth in the plane direction was produced. The nitride semiconductor grown on the selective growth layer has good crystallinity, and the nitride semiconductor light-emitting device obtained by stacking each device structure by this method, for example, a laser device has a room temperature. Enabled continuous oscillation for more than 1,000 hours. However, inside the selective growth layer,
There is a characteristic distribution of crystallinity, and there is a difference in crystallinity between the shaded region in FIG. 1 and the other regions. Since the nitride semiconductor grown on the selective growth layer also inherits this distribution of crystallinity, there is a certain limit in the crystallinity of the semiconductor device obtained thereby, and the reliability is dramatically improved. Can not do.

【0006】さらに、クラッド層等に用いられる、Al
を含む窒化物半導体層は、Al混晶比を大きくすると、
クラックの発生が酷く、クラッド層として機能するのに
十分な膜厚で成長させることができなかった。ここに、
異種基板との格子不整合により成長させた窒化物半導体
には、内部ひずみなどのため特有の結晶状態にあり、こ
のためエピタキシャル成長させる層の組成により、成長
層の結晶性が大きく異なる。例えば、窒化物半導体がG
aNであればある程度の結晶性が維持されたまま厚膜で
成長させることができるが、InGaN,AlGaN混
晶では、膜厚が僅かであっても、成長において致命的な
欠陥の発生を招き、結果として層の形成は極めて困難な
ものとなる。特にAlを含む窒化物半導体層は、それが
顕著であるため、例えばAlリッチのAlGaNを0.
1μmの膜厚でも形成することは困難で、その上に窒化
物半導体層を積層することができなくなる。このため、
上述した選択成長層のように、結晶性の面内分布が不均
一な層、若しくはその傾向を引き継いだ層上でも同様
に、AlGaNを成長させることは困難なものとなる。
Further, Al used for a cladding layer or the like is used.
When the Al mixed crystal ratio is increased, the nitride semiconductor layer containing
Cracks were severely generated, and it was not possible to grow with a film thickness sufficient to function as a cladding layer. here,
A nitride semiconductor grown due to lattice mismatch with a dissimilar substrate has a unique crystalline state due to internal strain and the like, and therefore the crystallinity of the grown layer greatly differs depending on the composition of the layer to be epitaxially grown. For example, if the nitride semiconductor is G
With aN, it is possible to grow a thick film while maintaining a certain degree of crystallinity. However, in the case of a mixed crystal of InGaN and AlGaN, even if the film thickness is small, a fatal defect occurs during the growth, As a result, the formation of the layers is extremely difficult. In particular, a nitride semiconductor layer containing Al is remarkable.
It is difficult to form even a film thickness of 1 μm, and a nitride semiconductor layer cannot be laminated thereon. For this reason,
Like the above-described selective growth layer, it is difficult to grow AlGaN on a layer having non-uniform in-plane distribution of crystallinity or a layer that inherits the tendency.

【0007】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、異種基板上に成長させた窒化物半導
体の結晶性を改善するため設けられる選択成長層では、
これに付随する不均一な結晶性があるため、これを解消
した状態で各素子構造を形成することが必要である。ま
た、このような選択成長層を設けることによる弊害を払
拭することで、従来不可能であった三元混晶AlGaN
を、Al混晶比を大きくしても結晶にクッラクなどの発
生させず成長させ、それに続いて良好な窒化物半導体層
を積層されてなる発光素子を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made to solve such a problem, and a selective growth layer provided for improving the crystallinity of a nitride semiconductor grown on a heterogeneous substrate includes:
Since there is non-uniform crystallinity accompanying this, it is necessary to form each element structure in a state where this is eliminated. In addition, by eliminating the adverse effects of providing such a selectively grown layer, a ternary mixed crystal AlGaN
It is an object of the present invention to provide a light emitting device in which a crystal is grown without generating cracks or the like even if the Al mixed crystal ratio is increased, and then a good nitride semiconductor layer is laminated.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体発
光素子は、窒化物半導体よりなる選択成長層の上に、低
温成長バッファ層を形成することで良好な結晶性の窒化
物半導体を成長させることを可能にし、更には厚膜のA
lGaNを有する窒化物半導体発光素子をも得るもので
ある。
According to the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, a good crystalline nitride semiconductor is grown by forming a low temperature growth buffer layer on a selective growth layer made of a nitride semiconductor. And a thicker A
A nitride semiconductor light emitting device having lGaN is also obtained.

【0009】すなわち、異種基板上に発光層を含む窒化
物半導体層が積層されてなる発光素子であって、異種基
板と発光層との間に、異種基板上に成長された第1の窒
化物半導体層と、前記第1の窒化物半導体層表面に部分
的に形成された保護膜と、前記保護膜を介して前記第1
の窒化物半導体層表面に成長された選択成長層と、その
上に多結晶を含む第2のバッファ層とを順に有すること
を特徴とする。更には、前記バッファ層の上に接してA
xGa1-xN(0<x≦1)からなる第3導電型層が形
成されてなることであり、更に好ましくは、第3導電型
層が膜厚0.3μm以上、混晶比xが0.05以上であ
ることであり、第1導電型層がn型不純物をドープした
GaNであることである。
That is, a light emitting device in which a nitride semiconductor layer including a light emitting layer is laminated on a heterogeneous substrate, wherein the first nitride grown on the heterogeneous substrate is located between the heterogeneous substrate and the light emitting layer. A semiconductor layer, a protection film partially formed on the surface of the first nitride semiconductor layer, and the first film via the protection film.
Characterized in that a selective growth layer grown on the surface of the nitride semiconductor layer and a second buffer layer containing polycrystal thereon are sequentially provided. Further, A is contacted on the buffer layer.
a third conductivity type layer made of l x Ga 1 -xN (0 <x ≦ 1), and more preferably, the third conductivity type layer has a thickness of 0.3 μm or more and a mixed crystal ratio. x is 0.05 or more, and the first conductivity type layer is GaN doped with an n-type impurity.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】次に、図1は、本発明の1実施例
であるレーザ素子の断面図であり、これに基づいて本発
明の発光素子について説明する。
FIG. 1 is a sectional view of a laser device according to one embodiment of the present invention, and the light emitting device of the present invention will be described based on the sectional view.

【0011】先ず、窒化物半導体と格子定数の異なる異
種基板上に、第1の窒化物半導体層を成長させる。ここ
で、第1の窒化物半導体層は、選択成長層を成長させる
下地となるものである。また、本発明における基板とし
ては、従来知られている、サファイア,スピネル,炭化
珪素があり、またこれに限らずその他の窒化物半導体に
用いられるものでも使用できる。さらに前記基板材料の
主面をオフアングルさせた基板、さらに好ましくはステ
ップ状にオフアングルさせた基板を用いることもでき
る。このように異種基板の主面がオフアングルされてい
ると結晶欠陥がより少なくなり好ましい。さらに、本発
明における第1の窒化物半導体層とは、単層膜、多層膜
のどちらから成っていても良く、導電性の有無は問わな
いものである。好ましくは、下地層として成長させる第
1の窒化物半導体層が、結晶性の良好なものであるとそ
の上に成長させる窒化物半導体の結晶性も良好になるこ
とから、アンドープのGaNを成長させることが好まし
い。
First, a first nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate having a different lattice constant from the nitride semiconductor. Here, the first nitride semiconductor layer serves as a base for growing the selective growth layer. Further, as the substrate in the present invention, there are sapphire, spinel, and silicon carbide which are conventionally known, and the substrate used for other nitride semiconductors is not limited thereto. Further, a substrate in which the main surface of the substrate material is off-angled, and more preferably a substrate in which the main surface is off-angled in a step shape, can be used. As described above, it is preferable that the main surface of the heterogeneous substrate be off-angle because crystal defects are further reduced. Further, the first nitride semiconductor layer in the present invention may be composed of either a single-layer film or a multilayer film, regardless of the presence or absence of conductivity. Preferably, if the first nitride semiconductor layer grown as the underlayer has good crystallinity, the crystallinity of the nitride semiconductor grown thereon becomes good, so that undoped GaN is grown. Is preferred.

【0012】本発明において窒化物半導体の成長方法
は、特に問うものでなく、MOVPE,MBE,HVP
E等窒化物半導体を成長させるのに知られている従来の
方法で成長できる。
In the present invention, the method of growing a nitride semiconductor is not particularly limited, and may be MOVPE, MBE, HVP.
It can be grown by conventional methods known for growing nitride semiconductors such as E.

【0013】本発明において、先ず選択成長層の下地層
となる第1の窒化物半導体層を成長させるが、この時、
第1の窒化物半導体層を成長させる前に、基板上に予め
Al xGa1-xN(0<x≦1)からなり、低温で成長さ
せたバッファ層を設けてあってもよい。このバッファ層
を設けると、基板と窒化物半導体との格子不整合が緩和
され好ましい。この時、バッファ層の成長温度として
は、200〜900℃の範囲である。本発明の発光素子
は、基板上にこのようなバッファ層を省いた構造であっ
ても良いが、好ましくはバッファ層が設けられることに
より、選択成長層の結晶性が良好になる。
In the present invention, first, an underlayer of a selective growth layer
Grows a first nitride semiconductor layer,
Before growing the first nitride semiconductor layer,
Al xGa1-xN (0 <x ≦ 1), grown at low temperature
A buffer layer may be provided. This buffer layer
, Lattice mismatch between the substrate and the nitride semiconductor is reduced
And preferred. At this time, the growth temperature of the buffer layer
Is in the range of 200-900C. Light emitting device of the present invention
Has a structure without such a buffer layer on the substrate.
But it is preferable that a buffer layer is provided.
Thus, the crystallinity of the selectively grown layer is improved.

【0014】(選択成長層)本発明の窒化物半導体発光
素子に用いられる選択成長層について以下詳しく説明す
る。図4〜6は、選択成長層の一形態を模式的に示すも
のであり、この具体例をもとに説明する。なお図におい
て、1は異種基板、2は第1の窒化物半導体層、3,3
´は選択成長層、11,12は保護膜を示す。
(Selective Growth Layer) The selective growth layer used in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention will be described in detail below. 4 to 6 schematically show one embodiment of the selective growth layer, and a description will be given based on this specific example. In the figures, 1 is a heterogeneous substrate, 2 is a first nitride semiconductor layer, 3, 3
'Indicates a selective growth layer, and 11 and 12 indicate protective films.

【0015】図に示すように、異種基板上にバッファ層
を設け、その後下地となる第1の窒化物半導体層を成長
させ、その表面に保護膜を部分的に設け、そこに窒化物
半導体からなる選択成長層を成長させる。
As shown in the figure, a buffer layer is provided on a heterogeneous substrate, a first nitride semiconductor layer serving as an underlayer is then grown, and a protective film is partially provided on the surface thereof. A selective growth layer is grown.

【0016】本発明において、部分的に保護膜が設けら
れた第1の窒化物半導体層上に成長される窒化物半導体
層からなる選択成長層としては、具体的にはアンドープ
(不純物をドープしない状態、undope)のGa
N、n型不純物をドープしたGaN、またSiをドープ
したGaNを用いることができる。また選択成長層は、
高温、具体的には900℃〜1100℃、好ましくは1
050℃で異種基板上に成長され、膜厚は特に限定され
ないが、例えば1〜20μm、好ましくは2〜10μm
である。選択成長層の膜厚が上記範囲であると選択成長
層と下地層の総膜厚が抑えられウエハの反り(異種基板
を有する状態での反り)が防止でき好ましい。
In the present invention, the selective growth layer composed of the nitride semiconductor layer grown on the first nitride semiconductor layer partially provided with the protective film is specifically undoped (does not dope impurities). Ga in state, undope)
GaN doped with N and n-type impurities and GaN doped with Si can be used. The selective growth layer is
High temperature, specifically 900 ° C to 1100 ° C, preferably 1 ° C
It is grown on a heterogeneous substrate at 050 ° C., and the film thickness is not particularly limited, for example, 1 to 20 μm, preferably 2 to 10 μm
It is. When the film thickness of the selective growth layer is in the above range, the total film thickness of the selective growth layer and the underlayer is suppressed, and the warpage of the wafer (warpage in a state having a heterogeneous substrate) can be prevented.

【0017】保護膜の材料としては、保護膜表面に窒化
物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を
有する材料を好ましく選択し、例えば酸化ケイ素(Si
X)、窒化ケイ素(SiXY)、酸化チタン(Ti
X)、酸化ジルコニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化
物、またこれらの多層膜の他、1200℃以上の融点を
有する金属等を用いることができる。これらの保護膜材
料は、窒化物半導体の成長温度600℃〜1100℃の
温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長しない
か、成長しにくい性質を有している。保護膜材料を窒化
物半導体表面に形成するには、例えば蒸着、スパッタ、
CVD等の気相成膜技術を用いることができる。また、
部分的(選択的)に形成するためには、フォトリソグラ
フィー技術を用いて、所定の形状を有するフォトマスク
を作製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を気相
成膜することにより、所定の形状を有する保護膜を形成
できる。保護膜の形状は特に問うものではなく、例えば
ドット、ストライプ、碁盤面状の形状で形成できるが、
後に述べるように、ストライプ状の形状で特定の面方位
に形成することが望ましい。また保護膜の表面積は窓部
の表面積よりも大きくした方がその上に成長させる窒化
物半導体が、格子欠陥の少ないものとなり好ましい。
As a material of the protective film, a material having a property that the nitride semiconductor does not grow or hardly grows on the surface of the protective film is preferably selected. For example, silicon oxide (Si)
O x ), silicon nitride (Si x N y ), titanium oxide (Ti
O X), an oxide such as zirconium oxide (ZrO X), nitrides, or other of these multilayer films, it is possible to use a metal or the like having a 1200 ° C. or more melting point. These protective film materials have the property of withstanding the growth temperature of the nitride semiconductor of 600 ° C. to 1100 ° C. and preventing the nitride semiconductor from growing or hardly growing on the surface thereof. To form a protective film material on a nitride semiconductor surface, for example, evaporation, sputtering,
A vapor deposition technique such as CVD can be used. Also,
In order to partially (selectively) form, a photomask having a predetermined shape is manufactured using a photolithography technique, and the material is vapor-phase-deposited through the photomask, whereby a predetermined shape is formed. Can be formed. The shape of the protective film is not particularly limited. For example, it can be formed in a dot, a stripe, a grid-like shape,
As will be described later, it is desirable to form a striped shape in a specific plane orientation. Further, it is preferable that the surface area of the protective film be larger than the surface area of the window portion because the nitride semiconductor grown thereon has less lattice defects.

【0018】保護膜の大きさは特に限定しないが、例え
ばストライプで形成した場合、好ましいストライプ幅は
0.5〜100μm、さらに好ましくは1μm〜50μ
m程度の幅で形成することが望ましく、またストライプ
ピッチは、ストライプ幅よりも狭くすることが望まし
い。つまり保護膜の表面積を窓よりも大きくする方が、
結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られる。
The size of the protective film is not particularly limited. For example, when the protective film is formed in a stripe, the preferable stripe width is 0.5 to 100 μm, more preferably 1 to 50 μm.
It is desirable that the stripes be formed with a width of about m, and that the stripe pitch be smaller than the stripe width. In other words, making the surface area of the protective film larger than the window is
A nitride semiconductor layer with few crystal defects can be obtained.

【0019】更に、保護膜と窓部の表面積を調整する好
ましい形態としては、保護膜をストライプ状とし、窓部
の幅を5μm以下に調整することが好ましく、さらに好
ましくは窓部の幅(Ww)とストライプ状の第1の保護
膜の幅(Ws)の比、Ws/Wwを1〜20となるよう
に調整して行う。このように保護膜と窓部の幅やWs/
Wwを調整して選択成長層を成長させると、非常に結晶
欠陥の少ない結晶性の良好な窒化物半導体を得ることが
できる。
Further, as a preferable mode for adjusting the surface area of the protective film and the window, it is preferable that the protective film is formed in a stripe shape and the width of the window is adjusted to 5 μm or less, more preferably, the width of the window (Ww). ) And the width (Ws) of the stripe-shaped first protective film, Ws / Ww, is adjusted so as to be 1 to 20. As described above, the width of the protective film and the window portion and Ws /
When the selective growth layer is grown by adjusting Ww, a nitride semiconductor with very few crystal defects and good crystallinity can be obtained.

【0020】窓部の幅の好ましい値は、3μm以下であ
り、より好ましくは、1μm以下であり、下限値は0.
1μm以上である。このように窓部の幅を調整すると、
より結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られる。
The preferred value of the width of the window is 3 μm or less, more preferably 1 μm or less, and the lower limit is 0.1 μm.
1 μm or more. By adjusting the width of the window in this way,
A nitride semiconductor layer with less crystal defects can be obtained.

【0021】ストライプ状の保護膜の幅は、上記範囲が
あげられるが特に窓部の幅を5μm以下とする場合は、
2〜30μmであり、好ましくは5〜20μmであり、
より好ましくは5〜15μmである。この範囲であると
結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られ好ましい。ま
た、ストライプ状の保護膜の膜厚は、特に限定されない
が、例えば0.01〜5μmであり、好ましくは0.1
〜3μmであり、より好ましくは0.1〜2μmであ
る。この範囲であると効果を得るのに好ましい。また、
窓部の幅(Ww)と保護膜の幅(Ws)の比Ws/Ww
は、1〜20であり、好ましくは1〜10である。1以
下であると窓部と保護膜上に結晶欠陥が発生し易くな
り、20以上であると保護膜上に成長する選択成長層が
完全にくっつかず保護膜上に空洞部ができ易くなる。
The width of the stripe-shaped protective film is within the above range, but particularly when the width of the window is 5 μm or less,
2 to 30 μm, preferably 5 to 20 μm,
More preferably, it is 5 to 15 μm. Within this range, a nitride semiconductor layer with few crystal defects can be obtained, which is preferable. The thickness of the stripe-shaped protective film is not particularly limited, but is, for example, 0.01 to 5 μm, and preferably 0.1 to 5 μm.
To 3 μm, and more preferably 0.1 to 2 μm. This range is preferable for obtaining the effect. Also,
Ratio Ws / Ww of width of window (Ww) and width of protective film (Ws)
Is 1 to 20, preferably 1 to 10. If it is 1 or less, crystal defects are likely to occur on the window and the protective film, and if it is 20 or more, the selective growth layer that grows on the protective film will not completely adhere and a cavity will be easily formed on the protective film.

【0022】第1の窒化物半導体表面に部分的に形成し
た保護膜を介して成長される選択成長層は、図4に示す
ように、先ず保護膜の設けられていない窓部から成長を
始め、ある程度の厚さになると、面に平行な方向に成長
して、隣接する窓部から成長した窒化物半導体3が繋が
ることで成膜される。この時、基板との格子不整合など
による結晶欠陥は、図6(a)に観るように、上述した
成長形態に影響されるためか、窓部を通って、主に面方
向に折れ曲がり伝播、増殖するが、厚さ方向へは伝播す
るがその密度は大幅に低減する。このため、選択成長層
がある程度の膜厚になると、図6(a)に示すように表
面にまで及ぶ結晶欠陥はほとんどなくなる。そのため、
上述した範囲の膜厚で成長された選択成長層の表面は、
ほとんど結晶欠陥が観測されない。さらに、上述した選
択成長層の面方向への成長により、保護膜上部にも結晶
欠陥はほとんど形成されない。そのため、この選択成長
層表面に窒化物半導体を成長させることで、結晶性の良
好な素子が得られる。
As shown in FIG. 4, the selective growth layer grown through the protective film partially formed on the surface of the first nitride semiconductor starts growing from a window where no protective film is provided. When the thickness reaches a certain level, the nitride semiconductor 3 grows in a direction parallel to the plane, and the nitride semiconductor 3 grown from an adjacent window is connected to form a film. At this time, as shown in FIG. 6A, the crystal defects due to lattice mismatch with the substrate are likely to be influenced by the above-mentioned growth mode, and are bent and propagated mainly through the window through the window. Proliferates, but propagates in the thickness direction, but its density is greatly reduced. For this reason, when the selective growth layer has a certain thickness, almost no crystal defects reach the surface as shown in FIG. for that reason,
The surface of the selective growth layer grown with the film thickness in the range described above is:
Almost no crystal defects are observed. Further, due to the above-described growth of the selective growth layer in the plane direction, almost no crystal defects are formed even on the upper part of the protective film. Therefore, by growing a nitride semiconductor on the surface of the selective growth layer, an element having good crystallinity can be obtained.

【0023】選択成長層のその他の態様として、図6
(a)示すように、ある程度の膜厚まで、選択成長層3
を成長させた後(図6(a))、その表面に新たに保護
膜12を設けて、更に窒化物半導体を成長させること
で、2段階に選択成長層(図6(b))を設けることも
できる。この時、1段階目の選択成長層3の表面に形成
する保護膜12は、下地層の表面に形成した保護膜11
により設けられた窓部の上部を覆うように形成すること
で、図に示すような窓部から伸びた結晶欠陥を表面の保
護膜12で防ぐことができ好ましい。これは、成長時に
結晶欠陥が形成されていなくても、素子駆動中に深さ方
向に伝播、増殖し、結晶欠陥が伸びてくるのを防ぐこと
である。このため、1段階目の選択成長層3の表面に形
成される保護膜12は、前記窓部より広く形成すること
が好ましい。また、更に別の態様として、図5に示すよ
うに、保護膜を設ける第1の窒化物半導体の表面に、例
えばエッチングなどにより凹凸を設けて、その露出した
表面(凸部、凹部の表面)のほぼ全面に、保護膜11
´,11を設ける。そうすることで、露出した端面から
窒化物半導体を成長させ、上述したような面方向への成
長を促し、結果として下地層から伝播、増幅して伸びて
くる結晶欠陥を防止でき、結晶性の良好な選択成長層を
形成することができる。本発明の選択成長層は、このよ
うな態様を含むものであり、詳しくは、何段階にも渡り
形成されたもの、凹凸を設けた際の端面から成長させた
もの、更にはこれらの組み合わせにより形成されたもの
である。
FIG. 6 shows another embodiment of the selective growth layer.
(A) As shown in FIG.
(FIG. 6A), a protective film 12 is newly provided on the surface thereof, and a nitride semiconductor is further grown to provide a selective growth layer (FIG. 6B) in two stages. You can also. At this time, the protective film 12 formed on the surface of the first-stage selective growth layer 3 is replaced with the protective film 11 formed on the surface of the underlayer.
Is preferably formed so as to cover the upper part of the window provided by the method described above, since crystal defects extending from the window as shown in the figure can be prevented by the protective film 12 on the surface. This is to prevent the crystal defects from propagating and growing in the depth direction during device driving even if no crystal defects are formed at the time of growth, and the crystal defects from growing. For this reason, it is preferable that the protective film 12 formed on the surface of the first-stage selective growth layer 3 be formed wider than the window. Further, as still another embodiment, as shown in FIG. 5, irregularities are provided on the surface of the first nitride semiconductor on which the protective film is provided, for example, by etching or the like, and the exposed surfaces (surfaces of the convexes and concaves) are provided. Protective film 11 over almost the entire surface
', 11 are provided. By doing so, the nitride semiconductor is grown from the exposed end face, and the growth in the above-described plane direction is promoted, and as a result, crystal defects that propagate and amplify and extend from the underlying layer can be prevented, and A good selective growth layer can be formed. The selective growth layer of the present invention includes such an embodiment, and more specifically, a layer formed over many stages, a layer grown from the end face when the unevenness is provided, and a combination thereof. It was formed.

【0024】しかし、この選択成長層は、上述したよう
な成長形態で成膜されるため、図1に示すように、窓部
の上部(斜線で示した領域)、保護膜の上部(それ以外
の領域)に形成された選択成長層の結晶性、配向性が異
なる。この傾向は、この選択成長層上に、保護膜を設け
ない通常の成長形態で成長させる窒化物半導体に引き継
がれる。従って、例えば図2において選択成長層3上の
窒化物半導体6は、窓部の上部3−aと保護膜の上部3
−bの結晶性を引き継いだ結晶性の面内分布6−a,6
−bを有する。更にその上に成長させた窒化物半導体層
7も、同様に7−a,7−bとして面内で結晶性の異な
るものとなる。このため、図2に示すように保護膜の上
部と、窓部の上部でその結晶性、配向性が異なる状態の
まま、素子構造となる各層を積層して素子が形成される
こととなる。すなわち、結晶の面内では、結晶性、配向
性の異なる領域が混在し、面内分布が不均一な状態にあ
る。
However, since this selective growth layer is formed in the growth mode as described above, as shown in FIG. 1, the upper part of the window (the area shown by oblique lines) and the upper part of the protective film (other than that) The crystallinity and orientation of the selective growth layer formed in the region (2) are different. This tendency is inherited by a nitride semiconductor grown in a normal growth mode without providing a protective film on the selective growth layer. Therefore, for example, in FIG. 2, the nitride semiconductor 6 on the selective growth layer 3 has the upper portion 3-a of the window portion and the upper portion 3 of the protective film.
-A, 6-a, 6 in-plane distribution of crystallinity inheriting the crystallinity of -b
-B. Further, the nitride semiconductor layers 7 grown thereon also have different in-plane crystallinity as 7-a and 7-b. For this reason, as shown in FIG. 2, while the crystallinity and orientation of the upper portion of the protective film are different from those of the upper portion of the window portion, the layers forming the element structure are stacked to form an element. That is, in the plane of the crystal, regions having different crystallinity and orientation are mixed, and the in-plane distribution is in a non-uniform state.

【0025】このようにして得られる素子は、選択成長
層を設けたことによる結晶性の改善により、その素子信
頼性は向上するが、上述したような異なる結晶性のた
め、層構成、各層の組成などを変化させて、信頼性を向
上させてもそこには比較的近いところに限界があること
になる。すなわち、選択成長層を設けることで、結晶性
が良好になるが、それにより得られる素子信頼性には限
度があり、上述した結晶性の面内分布の不均一から、あ
る程度のところで素子の信頼性向上は頭打ちになる傾向
にあった。
The reliability of the device obtained in this manner is improved by the improvement of the crystallinity due to the provision of the selective growth layer. Even if the reliability is improved by changing the composition or the like, there is a limit in a relatively close place. That is, although the crystallinity is improved by providing the selective growth layer, the reliability of the device obtained therefrom is limited. There was a tendency for the improvement in performance to reach a plateau.

【0026】本発明は、このような選択成長層を設ける
ことによる弊害を防止し、結晶性を良好にする効果だけ
を取り出すことにある。すなわち、図3に示すように、
選択成長層の上に、窒化物半導体の多結晶を含む第2の
バッファ層4を設けることで、上述した結晶性の面内不
均一が選択成長層の上に成長させた窒化物半導体に引き
継がれていくことを防止し、結晶性が良好になる効果だ
けを上に成長させる層に引き継がせるものである。従っ
て、第2のバッファ層を挟む選択成長層と窒化物半導体
層との間では、良好な結晶性だけが引き継がれる。特に
発光素子において、活性層などの発光層の結晶性は、そ
の素子の発光特性に大きく影響するため、従来の選択成
長層を用いた素子では発光層にまで結晶性の面内不均一
が観られ、閾値電流密度の低下等素子特性向上の妨げと
なっていた。本発明では、上述したような第2のバッフ
ァ層を介在させているため、発光層の結晶性は、面内で
均一になり、素子特性が向上した。
It is an object of the present invention to prevent the adverse effects of providing such a selectively grown layer and obtain only the effect of improving the crystallinity. That is, as shown in FIG.
By providing the second buffer layer 4 containing a nitride semiconductor polycrystal on the selective growth layer, the above-mentioned non-uniformity of crystallinity is inherited by the nitride semiconductor grown on the selective growth layer. The effect of improving crystallinity is prevented by the layer grown thereon, thereby preventing the crystal growth. Therefore, only good crystallinity is inherited between the selective growth layer and the nitride semiconductor layer sandwiching the second buffer layer. In particular, in a light-emitting element, the crystallinity of a light-emitting layer such as an active layer greatly affects the light-emitting characteristics of the element. This has hindered improvement in device characteristics such as a decrease in threshold current density. In the present invention, since the above-described second buffer layer is interposed, the crystallinity of the light emitting layer is uniform in the plane, and the device characteristics are improved.

【0027】(第2のバッファ層)保護膜を介して選択
成長層を形成した後、図3に示すように、第2のバッフ
ァ層を形成する。選択成長層の上に成長させる第2のバ
ッファ層は、多結晶の窒化物半導体を含むものであり、
具体的には200〜900℃で成長させたAlxGa1-x
N(0<x≦1)である。なぜなら、200℃以下では
バッファ層の形成が難しく、900℃以上では単結晶と
なるためである。好ましくは、400〜600℃の範囲
であると、良好に作用するバッファ層が形成でき、次に
成長させる第3導電型層の結晶性が良くなる。第2のバ
ッファ層は選択成長層の上に設けられるが、図3に示す
ような、選択成長層の表面に接して形成される必要はな
く、選択成長層から離れて形成されていても良い。好ま
しくは、選択成長層の上に接して設けられることによ
り、上述した第2のバッファ層を設けることによる効
果、特に第2のバッファ層上に形成される窒化物半導体
層に良好な結晶性だけを引き継ぐ傾向が強くなり、また
簡素な素子構造となるため歩留り向上に寄与する。
(Second Buffer Layer) After forming a selective growth layer via a protective film, a second buffer layer is formed as shown in FIG. A second buffer layer grown on the selective growth layer contains a polycrystalline nitride semiconductor;
Specifically, Al x Ga 1-x grown at 200 to 900 ° C.
N (0 <x ≦ 1). This is because it is difficult to form a buffer layer at a temperature of 200 ° C. or lower, and a single crystal is formed at a temperature of 900 ° C. or higher. Preferably, when the temperature is in the range of 400 to 600 ° C., a buffer layer that works well can be formed, and the crystallinity of the third conductivity type layer to be grown next is improved. The second buffer layer is provided on the selective growth layer, but need not be formed in contact with the surface of the selective growth layer as shown in FIG. 3 and may be formed apart from the selective growth layer. . Preferably, by being provided in contact with the selective growth layer, it is possible to obtain only the effect of providing the above-mentioned second buffer layer, and particularly, to provide only a good crystallinity to the nitride semiconductor layer formed on the second buffer layer. , And a simple element structure contributes to an improvement in yield.

【0028】また、第2のバッファ層の組成としては、
特に限定されないが、好ましくは隣接する窒化物半導体
層、選択成長層若しくは第3導電型層とその組成若しく
は混晶比をほぼ同じにすることで、成長により得られる
層の結晶性が良好になる傾向にある。例えば、選択成長
層としてn型不純物をドープしたGaNの上にGaNか
らなる第2のバッファ層を形成すると、形成される第3
導電型層の結晶性が良好で、更には第2のバッファ層を
挟んだ導電性をも良好になる。このように組成、混晶比
をほぼ同じにすることとは、不純物添加の有無を問わず
に、組成をほぼ同一にすることである。
The composition of the second buffer layer is as follows:
Although not particularly limited, preferably, the composition or the mixed crystal ratio of the adjacent nitride semiconductor layer, the selective growth layer, or the third conductivity type layer is substantially the same, so that the crystallinity of the layer obtained by the growth is improved. There is a tendency. For example, when a second buffer layer made of GaN is formed on GaN doped with an n-type impurity as a selective growth layer, a third buffer layer formed is formed.
The crystallinity of the conductivity type layer is good, and the conductivity across the second buffer layer is also good. Making the composition and the mixed crystal ratio substantially the same means that the composition is made substantially the same regardless of the presence or absence of impurity addition.

【0029】更に膜厚としては、好ましくは10〜10
00Åの範囲であり、なぜなら、10Åより薄いと結晶
性の面内不均一が完全には解決されず、面内に点在して
残る場合があり、1000Å以上であると第2のバッフ
ァ層を挟んで形成されている層同士において、良好な導
電性を阻害するようになるためである。更に好ましく
は、500Å以下とすることで、素子の駆動において良
好な導電性を確保できる。
Further, the film thickness is preferably 10 to 10
When the thickness is less than 10 °, the in-plane non-uniformity of the crystallinity is not completely solved, and the crystal may remain scattered in the plane. This is because good conductivity is hindered between the layers formed between the layers. More preferably, when the angle is 500 ° or less, good conductivity can be secured in driving the element.

【0030】また、選択成長層と第2のバッファ層との
間に設ける窒化物半導体層としては、単一の層,多層膜
からなっていても良く、更に導電性を有するものであっ
ても良く、具体的にはp型,n型不純物をドープしたも
のである。この時窒化物半導体の組成としては、特に限
定されないが、具体例としてAl混晶比X値が0.5以
下のAlXGa1-XN(0≦X≦0.5)で成長させたも
の、また結晶性が良好なGaNを用いることも好まし
い。このように、導電性を有する層を選択成長層と第2
のバッファ層との間に設けることで、後述するような第
2のバッファ層を挟んでの導電性を利用して素子を形成
することができる。
Further, the nitride semiconductor layer provided between the selective growth layer and the second buffer layer may be a single layer or a multilayer film, and may be a layer having conductivity. Good, specifically, doped with p-type and n-type impurities. At this time, the composition of the nitride semiconductor is not particularly limited, but as a specific example, the nitride semiconductor was grown with Al x Ga 1 -xN (0 ≦ X ≦ 0.5) having an Al mixed crystal ratio X value of 0.5 or less. It is also preferable to use GaN having good crystallinity. As described above, the layer having conductivity is formed by the selective growth layer and the second layer.
By providing the second buffer layer between the first buffer layer and the second buffer layer, an element can be formed by utilizing the conductivity of the second buffer layer as described later.

【0031】(第3導電型層)本発明において、第2の
バッファ層に接して設けられる窒化物半導体層よりなる
第3導電型層は、特に限定されず素子の層構成により決
定され、導電性を有する層である。上述したように、こ
の第3導電型層と第2のバッファ層より深いところに位
置する下層とは、良好な導電性が確保され、更に第3導
電型層の形成後、即ち第3導電型層の上に成長させる活
性層などの発光層の結晶性も面内で均一なものとなるた
め、素子特性の良好な発光素子が得られる。
(Third-Conductivity-Type Layer) In the present invention, the third-conductivity-type layer made of a nitride semiconductor layer provided in contact with the second buffer layer is not particularly limited and is determined by the layer structure of the element. This is a layer having properties. As described above, the third conductivity type layer and the lower layer located deeper than the second buffer layer ensure good conductivity, and further after the formation of the third conductivity type layer, that is, the third conductivity type. Since the crystallinity of a light-emitting layer such as an active layer grown on the layer becomes uniform in the plane, a light-emitting element having good element characteristics can be obtained.

【0032】本発明において第3導電型層をAlGaN
とすることで、上述した面内均一な結晶性を有すること
による効果が顕著に表れる。この時の第3導電型層は、
Al xGa1-xN(0<x≦1)を成長させたものであ
り、特に光を閉じ込めるクラッド層として機能する層と
するためには、膜厚が少なくとも0.1μm以上で、A
l混晶比を大きくすることである。詳しくは、膜厚が薄
ければ閉じ込めが十分でなく、このため十分な光閉じ込
めを行うため好ましくは0.3μm以上とすることであ
る。Alの混晶比としては、活性層(発光層)、若しく
は活性層(発光層)とクラッド層との間にあるガイド層
等との屈折率差を大きくすることが必要である。具体的
には、混晶比xが0.05以上、更に好ましくは0.1
以上で、十分な屈折率差が確保され、加えて上述の膜厚
であれば光の閉じ込めにおいて十分な機能が得られる。
In the present invention, the third conductivity type layer is made of AlGaN.
By having, the above-mentioned in-plane uniform crystallinity
The effect of the above is remarkable. At this time, the third conductivity type layer is
Al xGa1-xN (0 <x ≦ 1)
In particular, a layer that functions as a cladding layer to confine light
In order to achieve this, the film thickness must be at least 0.1 μm or more and A
1 is to increase the mixed crystal ratio. Specifically, the film thickness is thin
If there is not enough confinement, there is enough light confinement
It is preferable that the thickness be 0.3 μm or more.
You. Regarding the mixed crystal ratio of Al, the active layer (light emitting layer)
Is a guide layer between the active layer (light emitting layer) and the cladding layer
It is necessary to increase the difference between the refractive index and the like. concrete
Has a mixed crystal ratio x of 0.05 or more, more preferably 0.1
As described above, a sufficient refractive index difference is secured, and in addition,
Then, a sufficient function can be obtained in confining light.

【0033】好ましくは、選択成長層をn型不純物ドー
プ窒化物半導体層とし、更には第3導電型層をn型不純
物ドープAlGaN層とすることで、最も簡略化された
素子構造でもって、従来の素子におけるn側コンタクト
層側へ光が散乱する問題を解決することができる。
Preferably, the selective growth layer is an n-type impurity-doped nitride semiconductor layer, and the third conductivity type layer is an n-type impurity-doped AlGaN layer. The problem that light is scattered to the n-side contact layer side in the device of the above can be solved.

【0034】上述した第3導電型層がAlGaNである
場合に奏しうる顕著な効果とは、その発光素子が低温バ
ッファ層を窒化物半導体からなる選択成長層の上に設
け、それに続くAlGaN層を結晶性良く、厚く積むこ
とができることにある。
The remarkable effect that can be achieved when the third conductivity type layer is AlGaN is that the light emitting element has a low-temperature buffer layer provided on a selective growth layer made of a nitride semiconductor, and a subsequent AlGaN layer is provided. It has good crystallinity and can be stacked thickly.

【0035】従来は、例えば混晶比0.05〜0.3の
Alを、0.1μm以上で1μm未満の膜厚を有するA
lGaNを形成するため、AlGaN,ノンドープGa
Nをそれぞれ数十Å交互に積層することで、所望の膜厚
を形成していた。これは、Alを含む層を例えば0.1
μmでも成長させるとクラックの発生が多く、それ以上
の厚さに成長させることは極めて困難であったためであ
る。本発明では第2のバッファ層を介して成長させるこ
とで、例えば0.5μm以上の膜厚で成長させても結晶
中にクラックが入ることが無く結晶性が良好な状態で形
成される。すなわち、本発明において、素子構造におけ
るAlGaN層を上述した膜厚、混晶比の範囲で容易に
成長させることができ、層構成の自由度が飛躍的に向上
し、また従来のようなAlGaNを結晶性良く成長させ
るための煩雑な工程を省くことができるため歩留りも向
上する。
Conventionally, for example, Al having a mixed crystal ratio of 0.05 to 0.3 is replaced with Al having a thickness of 0.1 μm or more and less than 1 μm.
AlGaN, non-doped Ga
A desired film thickness was formed by alternately stacking tens of N each. This means that the layer containing Al is, for example, 0.1%.
This is because cracks often occur when the layer is grown even with a thickness of μm, and it is extremely difficult to grow the layer to a thickness larger than that. In the present invention, by growing via the second buffer layer, even if the film is grown to a thickness of, for example, 0.5 μm or more, cracks are not formed in the crystal, and the crystal is formed with good crystallinity. That is, in the present invention, the AlGaN layer in the element structure can be easily grown within the above-described thickness and mixed crystal ratio ranges, the degree of freedom in the layer configuration is dramatically improved, and the conventional AlGaN layer is formed. Since a complicated process for growing the crystal with good crystallinity can be omitted, the yield is improved.

【0036】このように比較的自由な混晶比及び膜厚の
AlGaNを成長させることができるか、明らかではな
い。しかし、上述した結晶性の面内均一性に加えて、第
2のバッファ層には、従来の基板との格子不整合を緩和
させるバッファ層と異なり、結晶中に歪等が内在した窒
化物半導体の結晶学的な方位関係を断ち切る機能が働く
ためと考えられる。すなわち、格子定数の異なる異種基
板上に成長された窒化物半導体は、その結晶中にある種
の応力が掛かった状態にあり、その上に成長させる窒化
物半導体は、組成により異なった形態、結晶性で成長す
る。具体的には、Alを含まない窒化物半導体を成長さ
せるときには、同様な状態を維持して成長するために所
望の厚さで膜の形成が可能であるが、AlGaNではそ
れがクラックの発生という形で成長するため困難であ
る。このように、本発明の第2のバッファ層を介して窒
化物半導体上にAlGaN(第3導電型層)を成長させ
ることは、クラックの発生をなくす程度に結晶学的な関
係が断絶されていることであると思われる。しかし一方
で、AlGaNを成長させることにより、第2のバッフ
ァ層の一部は結晶化されるため、ある程度の結晶学的関
係を維持しているものと思われる。
It is not clear whether AlGaN having a relatively free mixed crystal ratio and thickness can be grown in this way. However, in addition to the above-described in-plane uniformity of crystallinity, the second buffer layer is different from a conventional buffer layer that alleviates lattice mismatch with a substrate, and has a nitride semiconductor in which strain or the like is inherent in the crystal. It is considered that the function of breaking the crystallographic orientation relationship of the GaN works. That is, a nitride semiconductor grown on a heterogeneous substrate having a different lattice constant is in a state in which a certain stress is applied to its crystal, and the nitride semiconductor grown thereon has different shapes and crystals depending on the composition. Grow with sex. Specifically, when growing a nitride semiconductor containing no Al, it is possible to form a film with a desired thickness in order to grow while maintaining a similar state. However, in AlGaN, this is called crack generation. Difficult to grow in shape. As described above, growing AlGaN (third conductivity type layer) on the nitride semiconductor via the second buffer layer of the present invention requires that the crystallographic relationship be broken to the extent that cracks are not generated. Seems to be that. However, on the other hand, by growing AlGaN, a part of the second buffer layer is crystallized, so that it seems that a certain degree of crystallographic relationship is maintained.

【0037】従って、第2のバッファ層を挟んで形成さ
れる選択成長層、第3導電型は、一方でクラックの発生
を伴う第3導電型層の成長における結晶学的な関係を変
化させ、他方で発光素子として両者の導電性が維持され
たものとなっている。そのため、更にその上に成長させ
る活性層等の発光層も結晶性が良好となり、加えて十分
な光閉じ込めが実現されるため、閾値電流密度が下が
り、素子信頼性の高いレーザ素子が得られる。
Accordingly, the selective growth layer and the third conductivity type formed with the second buffer layer interposed therebetween change the crystallographic relationship in the growth of the third conductivity type layer accompanied by cracks, On the other hand, as a light emitting element, the conductivity of both is maintained. Therefore, a light emitting layer such as an active layer to be further grown thereon also has good crystallinity, and sufficient light confinement is realized, so that a threshold current density is lowered and a laser device having high device reliability is obtained.

【0038】本発明において、各層にドープする不純物
としては、p型,n型不純物があり、具体的には、n型
不純物としては、Siの他に、例えばGe,S,Se等
があり、p型不純物としては、Mg,Zn,Cd,C
a,Be,C等がある。これらの不純物をドープした窒
化物半導体を各層に用いることで、様々な素子構造の発
光素子が形成できる。例えば、アンドープのGaNから
なる第1の窒化物半導体層に、n型不純物をドープした
GaNからなる選択成長層に、アンドープのGaNから
なる第2のバッファ層を、その上にn型不純物をドープ
したAlGaNからなる第3導電型層を積層するといっ
た構造にすることができる。この時、窒化物半導体にド
ープする不純物として好ましくは、n型不純物としては
Si、p型不純物としてはMgであることにより、良好
なn,p型特性を示す。このように、第1の窒化物半導
体層、選択成長層、第2のバッファ層、第3導電型層、
更には第2のバッファ層と選択成長層との間に形成され
る窒化物半導体層への不純物添加は、比較的自由に行う
ことができ、p,n型不純物をドープすることができ
る。
In the present invention, the impurities to be doped into each layer include p-type and n-type impurities. Specifically, the n-type impurities include, for example, Ge, S, Se and the like in addition to Si. Mg, Zn, Cd, C
a, Be, C and the like. By using a nitride semiconductor doped with these impurities for each layer, light-emitting elements having various element structures can be formed. For example, a first nitride semiconductor layer made of undoped GaN, a selective growth layer made of GaN doped with an n-type impurity, a second buffer layer made of undoped GaN, and an n-type impurity doped thereon. A structure in which a third conductivity type layer made of AlGaN is stacked. At this time, the n-type impurity is preferably Si and the p-type impurity is preferably Mg as an impurity to be doped into the nitride semiconductor, thereby exhibiting good n and p-type characteristics. Thus, the first nitride semiconductor layer, the selective growth layer, the second buffer layer, the third conductivity type layer,
Further, the impurity can be relatively freely added to the nitride semiconductor layer formed between the second buffer layer and the selective growth layer, and p and n-type impurities can be doped.

【0039】本発明の発光素子において、第2のバッフ
ァ層若しくは第3導電型層の上に形成される発光層は、
特に限定されず、窒化物半導体からなるものなどがあ
る。好ましくは、Inを含む窒化物半導体層からなるも
のであれば、良好な発光が得られる。ここで、Inを含
む窒化物半導体層は、上述したように本発明の構成とす
ることで、従来の選択成長層だけを有するものより、そ
の結晶性において良好になる。
In the light emitting device of the present invention, the light emitting layer formed on the second buffer layer or the third conductivity type layer is
There is no particular limitation, and examples thereof include those made of a nitride semiconductor. Preferably, good light emission can be obtained as long as the layer is made of a nitride semiconductor layer containing In. Here, as described above, the nitride semiconductor layer containing In has better crystallinity than the conventional one having only the selective growth layer by adopting the configuration of the present invention.

【0040】本発明の窒化物半導体発光素子は、選択成
長層を形成後、若しくは素子構造となる各層を積層後
に、異種基板等を除去し、除去して得られる表面に電極
を設けた構造としても良い。この時、裏面に電極を設け
るため除去される層は、特に限定されず、コンタクト性
の良好な層を露出させる深さでもって、基板と一緒に不
要となる層、例えば第1の窒化物半導体層、選択成長層
等、を除去、若しくは除去後にその表面に電極とのオー
ミック性等を考慮した層を形成して、電極を設けても良
い。
The nitride semiconductor light-emitting device of the present invention has a structure in which after forming a selectively grown layer or after laminating each layer constituting an element structure, a heterogeneous substrate or the like is removed and an electrode is provided on the surface obtained by the removal. Is also good. At this time, the layer to be removed for providing the electrode on the back surface is not particularly limited, and has a depth that exposes a layer having good contact properties and becomes unnecessary together with the substrate, for example, a first nitride semiconductor. The electrode may be provided by removing the layer, the selective growth layer, or the like, or forming a layer in consideration of ohmic properties with the electrode on the surface after the removal.

【0041】[0041]

【実施例】[実施例1]2インチφでC面を主面とする
サファイア基板を用意し、このサファイア基板上にMO
VPE法を用いて、図7に示す窒化物半導体よりなるレ
ーザ素子を作製する。
[Example 1] A sapphire substrate having a 2-inch φ and a C-plane as a main surface was prepared, and an MO was placed on the sapphire substrate.
A laser device made of a nitride semiconductor shown in FIG. 7 is manufactured by using the VPE method.

【0042】サファイア基板1を反応容器内にセット
し、温度を510℃にして、キャリアガスに水素、原料
ガスにアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)とを
用い、サファイア基板1上にGaNよりなるバッファ層
を200Åの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、T
MGのみ止めて、温度を1050℃まで上昇させ、10
50℃になったら、原料ガスにTMG、アンモニア、シ
ランガスを用い、第1の窒化物半導体層としてアンドー
プGaN層2を5μmの膜厚で成長させる。バッファ層
とGaN層2とを積層したウェーハの、そのGaN層
(第1の窒化物半導体層)2の表面にストライプ状のフ
ォトマスクを形成し、CVD装置によりストライプ幅1
0μm、窓部8μmのSiO2よりなる保護膜11を
0.1μmの膜厚で形成する(図4(a))。なお、保
護膜11のストライプ方向はサファイアA面に対して垂
直な方向とする。
The sapphire substrate 1 was set in a reaction vessel, the temperature was set at 510 ° C., hydrogen was used as a carrier gas, ammonia and TMG (trimethylgallium) were used as source gases, and a buffer layer made of GaN was formed on the sapphire substrate 1. Is grown to a thickness of 200 °. After growing the buffer layer, T
Stopping only MG, raising the temperature to 1050 ° C.
When the temperature reaches 50 ° C., an undoped GaN layer 2 is grown to a thickness of 5 μm as a first nitride semiconductor layer using TMG, ammonia, and silane gas as source gases. A stripe-shaped photomask is formed on the surface of the GaN layer (first nitride semiconductor layer) 2 of the wafer in which the buffer layer and the GaN layer 2 are stacked, and the stripe width 1 is formed by a CVD apparatus.
A protective film 11 made of SiO 2 having a thickness of 0 μm and a window portion of 8 μm is formed to a thickness of 0.1 μm (FIG. 4A). The stripe direction of the protective film 11 is a direction perpendicular to the sapphire A plane.

【0043】保護膜11形成後、ウェーハを反応容器に
移し、1050℃にて、原料ガスにTMG、アンモニア
を用い、Siを1×1018/cm3ドープしたGaNより
なる窒化物半導体層(選択成長層)を100μmの膜厚
で成長させる(図3)。
After the formation of the protective film 11, the wafer is transferred to a reaction vessel, and at 1050 ° C., a nitride semiconductor layer made of GaN doped with 1 × 10 18 / cm 3 of Si using TMG and ammonia as source gases (selection). The growth layer) is grown to a thickness of 100 μm (FIG. 3).

【0044】(第2のバッファ層104)温度を500
℃にして、図3に示すように、SiドープGaNの選択
成長層3表面にアンドープのGaNよりなる第2のバッ
ファ層を200Åの膜厚で成長させる。
(Second buffer layer 104)
3C, a second buffer layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 200 ° on the surface of the selective growth layer 3 made of Si-doped GaN as shown in FIG.

【0045】(第3導電型層;n側クラッド層105)
図7に示す選択成長層103、第2のバッファ層104
を形成した後、温度を1050℃にして、第3導電型層
としてSiを5×1018/cm3ドープしたn型Al0.2
0.8Nよりなるn側クラッド層を、膜厚0.4μmに
成長させた。
(Third conductivity type layer; n-side cladding layer 105)
The selective growth layer 103 and the second buffer layer 104 shown in FIG.
Is formed, the temperature is raised to 1050 ° C., and n-type Al 0.2 G doped with 5 × 10 18 / cm 3 of Si is used as the third conductivity type layer.
An n-side cladding layer made of a 0.8 N was grown to a thickness of 0.4 μm.

【0046】このようにして得られたウェーハを反応容
器から取り出し、第3導電型層の表面を顕微鏡観察した
ところ、クラックは全く発生しておらず、また鏡面均一
な面であった。
The wafer thus obtained was taken out of the reaction vessel, and the surface of the third conductivity type layer was observed under a microscope. As a result, no crack was generated and the mirror surface was uniform.

【0047】(n側光ガイド層106)第3導電型層に
続いて、Siを5×1018/cm3ドープしたn型GaN
よりなるn側光ガイド層106を0.1μmの膜厚で成
長させる。このn側光ガイド層106は、活性層の光ガ
イド層として作用し、GaN、InGaNを成長させる
ことが望ましく、通常100Å〜5μm、さらに好まし
くは200Å〜1μmの膜厚で成長させることが望まし
い。このn側光ガイド層106は通常はSi、Ge等の
n型不純物をドープしてn型の導電型とするが、特にア
ンドープにすることもできる。超格子とする場合には第
1の層及び第2の層の少なくとも一方にn型不純物をド
ープしてもよいし、またアンドープでも良い。
(N-side light guide layer 106) Following the third conductivity type layer, n-type GaN doped with 5 × 10 18 / cm 3 of Si
The n-side light guide layer 106 is grown to a thickness of 0.1 μm. The n-side light guide layer 106 functions as a light guide layer of an active layer, and is preferably used for growing GaN or InGaN, and is preferably formed to a thickness of usually 100 to 5 μm, more preferably 200 to 1 μm. The n-side light guide layer 106 is usually doped with an n-type impurity such as Si or Ge to have an n-type conductivity, but may be undoped. When a superlattice is used, at least one of the first layer and the second layer may be doped with an n-type impurity or may be undoped.

【0048】(活性層107)次に、800℃で、アン
ドープのIn0.2Ga0.8Nよりなる井戸層、25Åと、
アンドープIn0.01Ga0.99Nよりなる障壁層、50Å
を交互に積層してなる総膜厚175Åの多重量子井戸構
造(MQW)の活性層107を成長させる。
(Active Layer 107) Next, at 800 ° C., a well layer made of undoped In 0.2 Ga 0.8 N, 25 °
Barrier layer made of undoped In 0.01 Ga 0.99 N, 50 °
Are alternately stacked to grow an active layer 107 having a multiple quantum well structure (MQW) with a total film thickness of 175 °.

【0049】(p側キャップ層108)次に、1050
℃でバンドギャップエネルギーがp側光ガイド層109
よりも大きく、かつ活性層107よりも大きい、Mgを
1×1020/cm3ドープしたp型Al0.3Ga0.7Nより
なるp側キャップ層108を300Åの膜厚で成長させ
る。このp側キャップ層7はp型不純物をドープした層
としたが、膜厚が薄いため、n型不純物をドープしてキ
ャリアが補償されたi型、若しくはアンドープとしても
良く、最も好ましくはp型不純物をドープした層とす
る。p側キャップ層108の膜厚は0.1μm以下、さ
らに好ましくは500Å以下、最も好ましくは300Å
以下に調整する。0.1μmより厚い膜厚で成長させる
と、p型キャップ層108中にクラックが入りやすくな
り、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからで
ある。Alの混晶比が大きいAlGaN程薄く形成する
とLD素子は発振しやすくなる。例えば、Y値が0.2
以上のAlYGa1-YNであれば500Å以下に調整する
ことが望ましい。p側キャップ層108の膜厚の下限は
特に限定しないが、10Å以上の膜厚で形成することが
望ましい。
(P-side cap layer 108) Next, 1050
The band gap energy at p.
A p-side cap layer 108 of p-type Al 0.3 Ga 0.7 N doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 , which is larger than the active layer 107, is grown to a thickness of 300 °. The p-side cap layer 7 is a layer doped with a p-type impurity. However, since the film thickness is small, it may be an i-type in which an n-type impurity is doped to compensate for carriers or an undoped type, and most preferably a p-type impurity. It is a layer doped with impurities. The thickness of the p-side cap layer 108 is 0.1 μm or less, more preferably 500 ° or less, and most preferably 300 ° or less.
Adjust to the following. This is because if the layer is grown with a thickness greater than 0.1 μm, cracks are easily formed in the p-type cap layer 108, and it is difficult to grow a nitride semiconductor layer having good crystallinity. When the AlGaN having a larger Al mixed crystal ratio is formed to be thinner, the LD element easily oscillates. For example, if the Y value is 0.2
In the case of the above Al Y Ga 1 -YN, it is desirable to adjust the angle to 500 ° or less. The lower limit of the thickness of the p-side cap layer 108 is not particularly limited, but is preferably formed to a thickness of 10 ° or more.

【0050】(p側光ガイド層109)次に、バンドギ
ャップエネルギーがp側キャップ層108より小さい、
Mgを1×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなる
p側光ガイド層109を0.1μmの膜厚で成長させ
る。この層は、活性層の光ガイド層として作用し、n側
光ガイド層106と同じくGaN、InGaNで成長さ
せることが望ましい。また、この層はp側クラッド層9
を成長させる際のバッファ層としても作用し、100Å
〜5μm、さらに好ましくは200Å〜1μmの膜厚で
成長させることにより、好ましい光ガイド層として作用
する。このp側光ガイド層は通常はMg等のp型不純物
をドープしてp型の導電型とするが、特に不純物をドー
プしなくても良い。なお、このp側光ガイド層を超格子
層とすることもできる。超格子層とする場合には第1の
層及び第2の層の少なくとも一方にp型不純物をドープ
してもよいし、またアンドープでも良い。
(P-side light guide layer 109) Next, the band gap energy is smaller than the p-side cap layer 108.
A p-side light guide layer 109 made of p-type GaN doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 is grown to a thickness of 0.1 μm. This layer functions as a light guide layer of the active layer, and is preferably made of GaN or InGaN like the n-side light guide layer 106. This layer is also a p-side cladding layer 9
Also acts as a buffer layer when growing
By growing the layer to a thickness of 5 to 5 μm, more preferably 200 to 1 μm, it functions as a preferable light guide layer. This p-side light guide layer is usually doped with a p-type impurity such as Mg to have a p-type conductivity type, but it is not particularly necessary to dope the impurity. Note that the p-side light guide layer may be a superlattice layer. When a superlattice layer is formed, at least one of the first layer and the second layer may be doped with a p-type impurity or may be undoped.

【0051】(p側クラッド層110)次に、Mgを1
×1020/cm3ドープしたp型Al0.2Ga0.8Nよりな
る第1の層、20Åと、Mgを1×1019/cm3ドープ
したp型GaNよりなる第2の層、20Åとを交互に積
層してなる総膜厚0.4μmの超格子層よりなるp側ク
ラッド層110を成長させる。この層はn側クラッド層
105と同じくキャリア閉じ込め層として作用し、超格
子構造とすることによりp型層側の抵抗率を低下させる
ための層として作用する。このp側クラッド層110の
膜厚も特に限定しないが、100Å以上、2μm以下、
さらに好ましくは500Å以上、1μm以下で成長させ
ることが望ましい。特に超格子構造を有する窒化物半導
体層をクラッド層とする場合、p層側に超格子層を設け
る方が、閾値電流を低下させる上で、効果が大きい。ま
たn側クラッド層105のようにp型不純物を変調ドー
プすると、閾値が低下しやすい傾向にある。
(P-side cladding layer 110)
A first layer of p-type Al 0.2 Ga 0.8 N doped with × 10 20 / cm 3, 20 °, and a second layer of p-type GaN doped with Mg of 1 × 10 19 / cm 3 , 20 ° alternately Then, a p-side cladding layer 110 composed of a superlattice layer having a total film thickness of 0.4 μm is grown. This layer acts as a carrier confinement layer similarly to the n-side cladding layer 105, and acts as a layer for lowering the resistivity on the p-type layer side by forming a superlattice structure. The thickness of the p-side cladding layer 110 is not particularly limited either, but is not less than 100 ° and not more than 2 μm.
More preferably, it is desirable to grow at a temperature of 500 ° or more and 1 μm or less. In particular, when a nitride semiconductor layer having a superlattice structure is used as a cladding layer, providing a superlattice layer on the p-layer side is more effective in reducing the threshold current. Further, when a p-type impurity is modulated and doped as in the case of the n-side cladding layer 105, the threshold value tends to decrease.

【0052】超格子層は、少なくともp側層にあること
が好ましく、p側層に超格子層があるとより閾値が低下
し好ましい。
The superlattice layer is preferably at least on the p-side layer, and the presence of the superlattice layer on the p-side layer is preferable because the threshold value is further reduced.

【0053】量子構造の井戸層を有する活性層を有する
ダブルへテロ構造の窒化物半導体素子の場合、活性層に
接して、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大き
い膜厚0.1μm以下のAlを含む窒化物半導体よりな
るキャップ層を設け、そのキャップ層よりも活性層から
離れた位置に、キャップ層よりもバッドギャップエネル
ギーが小さいp側光ガイド層を設け、そのp側光ガイド
層よりも活性層から離れた位置に、p側光ガイド層より
もバンドギャップが大きいAlを含む窒化物半導体を含
む超格子層よりなるp側クラッド層を設けることは非常
に好ましい。しかもp側キャップ層のバンドギャップエ
ネルギーが大きくしてあるため、n層から注入された電
子がこのキャップ層で阻止されるため、電子が活性層を
オーバーフローしないために、素子のリーク電流が少な
くなる。
In the case of a double hetero structure nitride semiconductor device having an active layer having a quantum well layer, Al having a thickness of 0.1 μm or less having a band gap energy larger than that of the active layer is in contact with the active layer. A p-side light guide layer having a smaller gap energy than the cap layer is provided at a position farther from the active layer than the cap layer, and a more active layer than the p-side light guide layer. It is very preferable to provide a p-side cladding layer made of a superlattice layer containing a nitride semiconductor containing Al having a band gap larger than that of the p-side light guide layer at a position away from the layer. In addition, since the band gap energy of the p-side cap layer is increased, electrons injected from the n-layer are blocked by this cap layer, and the electrons do not overflow the active layer, so that the leak current of the element is reduced. .

【0054】(p側コンタクト層111)最後に、Mg
を2×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp側
コンタクト層111を150Åの膜厚で成長させる。p
側コンタクト層は500Å以下、さらに好ましくは40
0Å以下、20Å以上に膜厚を調整すると、p層抵抗が
小さくなるため閾値における電圧を低下させる上で有利
である。
(P-side contact layer 111) Finally, Mg
Is grown to a thickness of 150 ° from p-type GaN doped with 2 × 10 20 / cm 3 . p
The side contact layer is 500 ° or less, more preferably 40 ° or less.
Adjusting the film thickness to 0 ° or less and 20 ° or more reduces the p-layer resistance, which is advantageous in lowering the threshold voltage.

【0055】反応終了後、反応容器内において、ウェー
ハを窒素雰囲気中、700℃でアニーリングを行い、p
層をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを
反応容器から取り出し、図1に示すように、RIE装置
により最上層のp側コンタクト層111と、p側クラッ
ド層110とをエッチングして、4μmのストライプ幅
を有するリッジ形状とする。この時、リッジは、得られ
る素子の共振器方向が第1の窒化物半導体(n側コンタ
クト層103)表面の段差方向に平行となるよう形成さ
れる。
After the reaction is completed, the wafer is annealed in a nitrogen atmosphere at 700 ° C.
Further lowering the resistance of the layer. After annealing, the wafer is taken out of the reaction vessel, and as shown in FIG. 1, the uppermost p-side contact layer 111 and the p-side cladding layer 110 are etched by an RIE apparatus to form a ridge shape having a stripe width of 4 μm. I do. At this time, the ridge is formed such that the resonator direction of the obtained device is parallel to the step direction on the surface of the first nitride semiconductor (n-side contact layer 103).

【0056】リッジ形成後、図1に示すように、リッジ
ストライプを中心として、そのリッジストライプの両側
に露出したp側クラッド層110をエッチングして、n
電極115を形成すべきn側コンタクト層103の表面
を露出させる。
After the formation of the ridge, as shown in FIG. 1, the p-side cladding layer 110 exposed on both sides of the ridge stripe is etched around the ridge stripe to form n
The surface of the n-side contact layer 103 where the electrode 115 is to be formed is exposed.

【0057】次にリッジ表面の全面にNi/Auよりな
るp電極114を形成する。次に、図1に示すようにp
電極114を除くp側クラッド層110、p側コンタク
ト層111の表面にSiO2よりなる絶縁膜113を形
成し、この絶縁膜113を介してp電極114と電気的
に接続したpパッド電極112を形成する。一方先ほど
露出させたn側コンタクト層103の表面にはWとAl
よりなるn電極115を形成する。
Next, a p-electrode 114 made of Ni / Au is formed on the entire surface of the ridge surface. Next, as shown in FIG.
An insulating film 113 made of SiO 2 is formed on the surfaces of the p-side cladding layer 110 and the p-side contact layer 111 excluding the electrode 114, and the p-pad electrode 112 electrically connected to the p-electrode 114 via the insulating film 113 is formed. Form. On the other hand, on the surface of the n-side contact layer 103 exposed earlier, W and Al
An n-electrode 115 is formed.

【0058】電極形成後、ウェーハのサファイア基板の
裏面を研磨して50μm程度の厚さにした後、サファイ
アのM面でウェーハを劈開して、その劈開面を共振面と
したバーを作製する。一方、ストライプ状の電極と平行
な位置でバーをスクライブでチップを分離してレーザ素
子を作製する。そのレーザ素子形状が図1である。なお
このレーザ素子を室温でレーザ発振させたところ、良好
な閾値電流密度であり、素子の歩留りも従来のレーザ素
子に比較して向上しており、素子寿命も大幅に向上し
た。
After the electrodes are formed, the back surface of the sapphire substrate of the wafer is polished to a thickness of about 50 μm, and then the wafer is cleaved at the M-plane of sapphire to produce a bar having the cleaved surface as a resonance surface. On the other hand, a chip is separated by scribing a bar at a position parallel to the stripe-shaped electrodes to produce a laser element. FIG. 1 shows the shape of the laser element. When this laser element was oscillated at room temperature, the threshold current density was excellent, the yield of the element was improved as compared with the conventional laser element, and the life of the element was greatly improved.

【0059】[実施例2]第2のバッファ層として、A
0.2Ga0.8Nを200Åの膜厚で成長させる他は、実
施例1と同様にして窒化物半導体レーザ素子を得た。得
られたレーザ素子は、実施例1同様良好な発振を確認で
き、閾値電流、素子寿命についても、同様に良好な特性
を有していた。また、得られたn側クラッド層の表面は
実施例1と同様に良好である。
[Example 2] As the second buffer layer, A
A nitride semiconductor laser device was obtained in the same manner as in Example 1, except that l 0.2 Ga 0.8 N was grown to a thickness of 200 °. In the obtained laser device, good oscillation was confirmed as in Example 1, and the threshold current and device life were also good in the same manner. The surface of the obtained n-side cladding layer is as good as in Example 1.

【0060】[実施例3]実施例1において第3導電型
層であるn側クラッド層として、Siを5×10 18/cm
3ドープしたn型Al0.5Ga0.7Nを0.5μmの膜厚
で成長させ、表面を観察したところ実施例1同様良好な
ものであった。このn側クラッド層の上に実施例1と同
様にして、各層を積層してレーザ素子を作製した。得ら
れたレーザ素子は、実施例1,2と共に閾値電流、素子
寿命において良好なものであり、更にAlの混晶比が高
いために光の閉じ込め効率が上がり、n側コンタクト層
からの光の漏れの減少等により、ファー・フィールド・
パターンの良好なものとなった。
[Embodiment 3] The third conductivity type in the embodiment 1
As an n-side cladding layer, Si is 5 × 10 18/cm
ThreeDoped n-type Al0.5Ga0.7N is 0.5 μm thickness
And the surface was observed.
Was something. Same as Example 1 on this n-side cladding layer
Thus, a laser element was manufactured by laminating each layer. Get
The laser device obtained has the threshold current and the device
Good lifetime and high Al mixed crystal ratio
The light confinement efficiency increases, and the n-side contact layer
Due to the reduction of light leakage from
The pattern was good.

【0061】[実施例4]実施例1と同様に第1の窒化
物半導体層の表面に保護膜を形成した後、アンドープの
GaNを50μm成長させ、その表面をラッピングして
鏡面状とし、保護膜11の形成と同様にして、図6
(a)に示すように、ストライプ幅12μm、間隔6μ
mのSi34よりなる保護膜12を0.1μmの膜厚で
形成する。保護膜12形成後、ウェーハを反応容器に戻
し、図6(b)に示すように、アンドープのGaNより
なる選択成長層3´を50μmの膜厚で成長させた。選
択成長層3´を形成後、Siを1×1018/cm3ドープ
したGaNよりなる窒化物半導体層を15μmの膜厚で
成長させ、次に実施例1と同様にアンドープのGaNよ
りなる第2のバッファ層を200Åの膜厚で形成した
後、実施例1と同様に素子構造となる第3導電型層〜p
側コンタクト層を積層し、各電極を設けて、レーザ素子
が得られた。得られたレーザ素子は、素子寿命が実施例
1に比べて向上しており、また1000時間駆動後、結
晶欠陥を観察したところ、図6(b)に示す2段目の選
択成長層3´にまで及ぶ結晶欠陥はほとんど観られず、
また従来の発光素子で観られた結晶性の面内不均一に起
因する結晶結果の発生も観られなかった。
Example 4 After forming a protective film on the surface of the first nitride semiconductor layer in the same manner as in Example 1, undoped GaN was grown to a thickness of 50 μm, and the surface was wrapped to a mirror-like shape to protect it. As in the formation of the film 11, FIG.
(A) As shown in FIG.
A protective film 12 made of m 3 Si 3 N 4 is formed with a thickness of 0.1 μm. After the formation of the protective film 12, the wafer was returned to the reaction vessel, and as shown in FIG. 6B, a selective growth layer 3 'made of undoped GaN was grown to a thickness of 50 μm. After forming the selective growth layer 3 ′, a nitride semiconductor layer made of GaN doped with 1 × 10 18 / cm 3 of Si is grown to a thickness of 15 μm. After the second buffer layer is formed with a thickness of 200 °, the third conductivity type layers to p
The side contact layer was laminated, and each electrode was provided to obtain a laser device. The device life of the obtained laser device was improved as compared with that of Example 1, and when the crystal defects were observed after driving for 1000 hours, the second-stage selective growth layer 3 'shown in FIG. Crystal defects extending to
In addition, generation of a crystal result due to in-plane non-uniformity of crystallinity observed in a conventional light-emitting element was not observed.

【0062】[実施例5]実施例4において、選択成長
層3´がSiを1×1018/cm3ドープしたGaNであ
り、その選択成長層の上に直接第2のバッファ層を成長
させること以外は、実施例4と同様にしてレーザ素子を
得た。得られたレーザ素子は、実施例4と同様な素子特
性であったが、第3導電型層であるAlGaNの結晶性
は、実施例4に比べ少し劣るが、従来の素子の様に層の
成長及び素子特性に多大な影響を与えるようなクラック
の発生などはなかった。
[0062] In Example 5 Example 4, a GaN which is selectively grown layer 3 'was 1 × 10 18 / cm 3 doped with Si, is grown directly second buffer layer over the selectively grown layers Except for this, a laser device was obtained in the same manner as in Example 4. The obtained laser device had device characteristics similar to those of Example 4. However, the crystallinity of AlGaN as the third conductivity type layer was slightly inferior to that of Example 4, but was different from that of the conventional device. There was no occurrence of cracks that greatly affected the growth and device characteristics.

【0063】[比較例1]アンドープGaN(第1の窒
化物半導体層)の上に直接Siを1×1018/cm 3ドー
プしたGaNを100μmの膜厚でn側コンタクト層を
成長させた後、n側クラッド層としてSiを5×1018
/cm3ドープしたn型Al0.2Ga0.8Nを0.4μmの
膜厚で成長させた。n側クラッド層を形成した後、ウェ
ーハ全体を観察したところ、表面にひび割れ、段切れが
多く発生しており、またクラックも多数あった。更に、
n側クラッド層を形成した後、実施例1と同様に、n側
光ガイド層,活性層,p側キャップ層,p側光ガイド
層,p側クラッド層,p側コンタクト層,各々電極を設
けてレーザ素子を作製した。得られたレーザ素子のほと
んどは発振せず、発振したものでも短時間で素子破壊が
起こり、素子信頼性の低いものであった。
[Comparative Example 1] Undoped GaN (first nitride
1 × 10 Si directly on the nitride semiconductor layer)18/cm ThreeDo
N-side contact layer with a thickness of 100 μm
After the growth, 5 × 1018
/cmThreeDoped n-type Al0.2Ga0.8N is 0.4 μm
It was grown to a film thickness. After forming the n-side cladding layer,
Observation of the entire surface reveals cracks and step breaks on the surface.
There were many occurrences and many cracks. Furthermore,
After the formation of the n-side cladding layer, the n-side
Light guide layer, active layer, p-side cap layer, p-side light guide
Layer, p-side cladding layer, p-side contact layer,
Then, a laser device was manufactured. About the obtained laser element
Most do not oscillate.
Occurred, and the device reliability was low.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明の窒化物半導体発光素子は、選択
成長層を素子構造に有する、若しくはそれを用いた素子
では取り除くことができず、結晶性を悪くする要因とな
っていた面内における結晶性の不均一の問題が解決され
ているため、素子の信頼性など素子特性が向上した。ま
た、その問題が解決されているため、従来成長させるの
が困難であったAlGaN層を容易に形成でき、更にA
l混晶比が増しても結晶性を損なうことなく厚膜の層を
設けられた素子が得られる。このことにより、例えばレ
ーザ素子であれば、導波路への光の閉じ込めが良好にな
され、閾値が下がり、結晶性も良好であることから素子
としての信頼性にも富むものである。
The nitride semiconductor light-emitting device of the present invention has a selective growth layer in the device structure or cannot be removed by a device using the same, and the nitride semiconductor light-emitting device in a plane which is a factor of deteriorating the crystallinity. Since the problem of non-uniform crystallinity has been solved, device characteristics such as device reliability have been improved. Further, since the problem has been solved, it is possible to easily form an AlGaN layer which has been conventionally difficult to grow,
An element provided with a thick film layer can be obtained without impairing crystallinity even if the mixed crystal ratio increases. As a result, for example, in the case of a laser element, the light is well confined in the waveguide, the threshold value is lowered, and the crystallinity is good, so that the reliability of the element is also high.

【0065】また、従来のように数十ÅのAlGaNと
別の層とを交互に積層して形成する方法に比べ、その製
造において簡略化がなされているため、歩留りも大幅に
向上し、その利用価値は高い。
Further, as compared with the conventional method in which several tens of AlGaN and another layer are alternately stacked, the manufacturing is simplified, and the yield is greatly improved. The utility value is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における選択成長層の結晶形態を説明す
る模式断面図
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a crystal morphology of a selective growth layer according to the present invention.

【図2】本発明における選択成長層を介した結晶成長の
形態を説明する模式断面図
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a mode of crystal growth via a selective growth layer in the present invention.

【図3】本発明の一実施態様を説明する模式断面図FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention.

【図4】本発明における選択成長層の一成長形態を説明
する模式断面図
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating one growth mode of a selective growth layer according to the present invention.

【図5】本発明における選択成長層の一成長形態を説明
する模式断面図
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating one growth mode of a selective growth layer according to the present invention.

【図6】本発明における選択成長層の一成長形態を説明
する模式断面図
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating one growth mode of a selective growth layer according to the present invention.

【図7】本発明の一実施例に係る窒化物半導体レーザ素
子の構造を説明する模式断面図
FIG. 7 is a schematic sectional view illustrating the structure of a nitride semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・・異種基板 103・・・・選択成長層(n側コンタクト層) 104・・・・第2のバッファ層 105・・・・第3導電型層(n側クラッド層) 106・・・・n側光ガイド層 107・・・・活性層 108・・・・キャップ層 109・・・・p側光ガイド層 110・・・・p側クラッド層 111・・・・p側コンタクト層 112・・・・pパッド電極 113・・・・絶縁膜 114・・・・p電極 115・・・・n電極 101 ... heterogeneous substrate 103 ... selective growth layer (n-side contact layer) 104 ... second buffer layer 105 ... third conductivity type layer (n-side cladding layer) 106 ... .. N-side light guide layer 107... Active layer 108... Cap layer 109... P-side light guide layer 110... P-side cladding layer 111. ... P pad electrode 113... Insulating film 114... P electrode 115... N electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】異種基板上に発光層を含む窒化物半導体層
が積層されてなる発光素子であって、異種基板と発光層
との間に、異種基板上に成長された第1の窒化物半導体
層と、前記第1の窒化物半導体層表面に部分的に形成さ
れた保護膜と、前記保護膜を介して前記第1の窒化物半
導体層表面に成長された選択成長層と、その上に多結晶
を含む第2のバッファ層とを順に有することを特徴とす
る窒化物半導体発光素子。
1. A light emitting device comprising a nitride semiconductor layer including a light emitting layer laminated on a heterogeneous substrate, wherein the first nitride grown on the heterogeneous substrate is between the heterogeneous substrate and the light emitting layer. A semiconductor layer, a protection film partially formed on the surface of the first nitride semiconductor layer, a selective growth layer grown on the surface of the first nitride semiconductor layer via the protection film, and And a second buffer layer containing polycrystal in order.
【請求項2】前記第2のバッファ層の上に接して第3導
電型層を有し、前記第3導電型層がAlxGa1-xN(0
<x≦1)であることを特徴とする請求項1記載の窒化
物半導体発光素子。
2. A semiconductor device according to claim 1, further comprising a third conductivity type layer in contact with said second buffer layer, wherein said third conductivity type layer is formed of Al x Ga 1 -xN (0
2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein <x ≦ 1).
【請求項3】前記第3導電型層が、膜厚0.3μm以
上、前記混晶比xが0.05以上であることを特徴とす
る請求項2記載の窒化物半導体発光素子。
3. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein said third conductivity type layer has a thickness of 0.3 μm or more and said mixed crystal ratio x is 0.05 or more.
JP34502298A 1998-12-04 1998-12-04 Nitride semiconductor light-emitting element Pending JP2000174392A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34502298A JP2000174392A (en) 1998-12-04 1998-12-04 Nitride semiconductor light-emitting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34502298A JP2000174392A (en) 1998-12-04 1998-12-04 Nitride semiconductor light-emitting element

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004005696A Division JP2004165693A (en) 2004-01-13 2004-01-13 Nitride semiconductor laser element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000174392A true JP2000174392A (en) 2000-06-23

Family

ID=18373766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34502298A Pending JP2000174392A (en) 1998-12-04 1998-12-04 Nitride semiconductor light-emitting element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000174392A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004055719A (en) * 2002-07-18 2004-02-19 Shiro Sakai Gallium nitride compound semiconductor device
US9048385B2 (en) 2009-06-24 2015-06-02 Nichia Corporation Nitride semiconductor light emitting diode

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08116090A (en) * 1994-08-22 1996-05-07 Rohm Co Ltd Manufacture of semiconductor light emitting element
JPH1074980A (en) * 1996-06-25 1998-03-17 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor device
JPH10308558A (en) * 1997-05-07 1998-11-17 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element and its manufacture

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08116090A (en) * 1994-08-22 1996-05-07 Rohm Co Ltd Manufacture of semiconductor light emitting element
JPH1074980A (en) * 1996-06-25 1998-03-17 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor device
JPH10308558A (en) * 1997-05-07 1998-11-17 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element and its manufacture

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004055719A (en) * 2002-07-18 2004-02-19 Shiro Sakai Gallium nitride compound semiconductor device
US9048385B2 (en) 2009-06-24 2015-06-02 Nichia Corporation Nitride semiconductor light emitting diode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7083996B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3372226B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP3436128B2 (en) Method for growing nitride semiconductor and nitride semiconductor device
JP3669848B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP3491538B2 (en) Method for growing nitride semiconductor and nitride semiconductor device
JP4304750B2 (en) Nitride semiconductor growth method and nitride semiconductor device
JP3446660B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP4291960B2 (en) Nitride semiconductor device
JP4337132B2 (en) Nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor device using the same
JP4873116B2 (en) Nitride semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP2000294827A (en) Growing method for nitride semiconductor
JP3794530B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP3847000B2 (en) Nitride semiconductor device having nitride semiconductor layer with active layer on nitride semiconductor substrate and method for growing the same
JP3329753B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2001044570A (en) Nitride semiconductor laser element
JP4628651B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor light emitting device
JP2000004063A (en) Nitride semiconductor laser element and formation of electrode thereof
JP2008034862A (en) Growing method for nitride semiconductor
JP4637503B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor laser device
JP3438675B2 (en) Method for growing nitride semiconductor
JP2000174392A (en) Nitride semiconductor light-emitting element
JP4045785B2 (en) Nitride semiconductor laser diode and manufacturing method thereof
JP4826052B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2005101536A (en) Nitride semiconductor laser element
JPH11312841A (en) Nitride semiconductor laser element

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040608

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040809