JP2000216433A - 半導体素子、半導体発光素子およびｎ型半導体の形成方法 - Google Patents
半導体素子、半導体発光素子およびｎ型半導体の形成方法Info
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- JP2000216433A JP2000216433A JP1342499A JP1342499A JP2000216433A JP 2000216433 A JP2000216433 A JP 2000216433A JP 1342499 A JP1342499 A JP 1342499A JP 1342499 A JP1342499 A JP 1342499A JP 2000216433 A JP2000216433 A JP 2000216433A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い電子濃度を有するｎ型半導体層を備えた
半導体素子および半導体発光素子を提供することであ
る。 【解決手段】 ＧａＮ系半導体レーザ素子１００は、サ
ファイア基板１１上に、低温バッファ層１２、ｎ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１３、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４、高濃度
ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５、ｎ−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１６、ｎ−ＧａＮ光ガイド層１
７、ｎ−ＭＱＷ発光層１８、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層
１９、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２０、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎクラッド層２１およびｐ−ＧａＮコンタクト層２
２が順に積層されている。高濃度ｎ−ＧａＮ層１４およ
び高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５の電子
濃度は１×１０21ｃｍ-3である。
半導体素子および半導体発光素子を提供することであ
る。 【解決手段】 ＧａＮ系半導体レーザ素子１００は、サ
ファイア基板１１上に、低温バッファ層１２、ｎ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１３、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４、高濃度
ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５、ｎ−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１６、ｎ−ＧａＮ光ガイド層１
７、ｎ−ＭＱＷ発光層１８、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層
１９、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２０、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎクラッド層２１およびｐ−ＧａＮコンタクト層２
２が順に積層されている。高濃度ｎ−ＧａＮ層１４およ
び高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５の電子
濃度は１×１０21ｃｍ-3である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＮ（窒化ホウ
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれら
の混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下，窒化物系
半導体と呼ぶ）からなる化合物半導体層を有する半導体
素子、半導体発光素子およびｎ型半導体の形成方法に関
する。
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれら
の混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下，窒化物系
半導体と呼ぶ）からなる化合物半導体層を有する半導体
素子、半導体発光素子およびｎ型半導体の形成方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色、または紫色の光を発する発
光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子と
して、ＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできてい
る。
光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子と
して、ＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできてい
る。
【０００３】図９は、従来のＧａＮ系半導体レーザ素子
の例を示す断面図である。図９に示すように、ＧａＮ系
半導体レーザ素子４００は、サファイア基板６３のｃ
（０００１）面上に、アンドープのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
からなる低温バッファ層６４、ｎ−ＧａＮコンタクト層
６５、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層６６、ｎ−Ｇ
ａＮ光ガイド層６７、ｎ−ＭＱＷ発光層６８、ｐ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9Ｎ層６９、ｐ−ＧａＮ光ガイド層７０、ｐ
−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層７１およびｐ−ＧａＮ
コンタクト層７２が順に形成されている。
の例を示す断面図である。図９に示すように、ＧａＮ系
半導体レーザ素子４００は、サファイア基板６３のｃ
（０００１）面上に、アンドープのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
からなる低温バッファ層６４、ｎ−ＧａＮコンタクト層
６５、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層６６、ｎ−Ｇ
ａＮ光ガイド層６７、ｎ−ＭＱＷ発光層６８、ｐ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9Ｎ層６９、ｐ−ＧａＮ光ガイド層７０、ｐ
−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層７１およびｐ−ＧａＮ
コンタクト層７２が順に形成されている。
【０００４】ｐ−ＧａＮコンタクト層７２からｎ−Ｇａ
Ｎコンタクト層６５までの一部領域がエッチングされ、
ｎ−ＧａＮコンタクト層６５が露出している。この露出
したｎ−ＧａＮコンタクト層６５上にｎ電極８０が形成
されている。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層７２上にｐ
電極８１が形成されている。ｐ−ＧａＮコンタクト層７
２上面およびｎ−ＧａＮコンタクト層６５上面と、各半
導体層６５〜７２の側面とがＳｉＯ2 保護膜８３により
被覆されている。
Ｎコンタクト層６５までの一部領域がエッチングされ、
ｎ−ＧａＮコンタクト層６５が露出している。この露出
したｎ−ＧａＮコンタクト層６５上にｎ電極８０が形成
されている。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層７２上にｐ
電極８１が形成されている。ｐ−ＧａＮコンタクト層７
２上面およびｎ−ＧａＮコンタクト層６５上面と、各半
導体層６５〜７２の側面とがＳｉＯ2 保護膜８３により
被覆されている。
【０００５】上記の半導体レーザ素子４００において、
ｎ型ドーパントとしては、Ｓｉが用いられており、ｐ型
ドーパントとしてはＭｇが用いられている。各ｎ型半導
体層６６〜６９の電子濃度は、１×１０18ｃｍ-3であ
る。
ｎ型ドーパントとしては、Ｓｉが用いられており、ｐ型
ドーパントとしてはＭｇが用いられている。各ｎ型半導
体層６６〜６９の電子濃度は、１×１０18ｃｍ-3であ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ｎ型ドーパントとして
Ｓｉを用いた場合、ＧａＮ系半導体に対するＳｉの固溶
度は低い。このため、高濃度のＳｉをＧａＮ半導体にド
ープすることが困難である。また、Ｓｉを１×１０20ｃ
ｍ-3以上の高濃度でＧａＮ系半導体にドープした場合、
Ｓｉは偏斥する。
Ｓｉを用いた場合、ＧａＮ系半導体に対するＳｉの固溶
度は低い。このため、高濃度のＳｉをＧａＮ半導体にド
ープすることが困難である。また、Ｓｉを１×１０20ｃ
ｍ-3以上の高濃度でＧａＮ系半導体にドープした場合、
Ｓｉは偏斥する。
【０００７】このように、ｎ型ドーパントとしてＳｉを
用いた場合においては、ＧａＮ系半導体を高濃度にドー
プすることが困難であり、電子濃度が１×１０20ｃｍ-3
を越えるｎ型ＧａＮ系半導体を得ることが困難である。
用いた場合においては、ＧａＮ系半導体を高濃度にドー
プすることが困難であり、電子濃度が１×１０20ｃｍ-3
を越えるｎ型ＧａＮ系半導体を得ることが困難である。
【０００８】本発明の目的は、高い電子濃度を有するｎ
型窒化物系半導体の形成方法を提供することである。
型窒化物系半導体の形成方法を提供することである。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、高い電子濃度
を有するｎ型半導体層を備えた半導体素子および半導体
発光素子を提供することである。
を有するｎ型半導体層を備えた半導体素子および半導体
発光素子を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係るｎ型半導体の形成方法は、ホウ素、ガリウ
ム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを
含む窒化物系半導体中に炭素をｎ型不純物としてドープ
することによりｎ型半導体を形成するものである。
発明に係るｎ型半導体の形成方法は、ホウ素、ガリウ
ム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを
含む窒化物系半導体中に炭素をｎ型不純物としてドープ
することによりｎ型半導体を形成するものである。
【００１１】本発明に係るｎ型半導体の形成方法によれ
ば、ｎ型不純物として炭素を用いることにより電子濃度
の高いｎ型窒化物系半導体が得られる。したがって、接
触抵抗の低減、電流障壁の除去、デルタドーピングまた
は局所ドーピングが可能となる。
ば、ｎ型不純物として炭素を用いることにより電子濃度
の高いｎ型窒化物系半導体が得られる。したがって、接
触抵抗の低減、電流障壁の除去、デルタドーピングまた
は局所ドーピングが可能となる。
【００１２】第２の発明に係る半導体素子は、ホウ素、
ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも
１つを含む窒化物系半導体中にｎ型不純物として炭素が
ドープされてなるｎ型半導体層を備えたものである。
ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも
１つを含む窒化物系半導体中にｎ型不純物として炭素が
ドープされてなるｎ型半導体層を備えたものである。
【００１３】本発明に係る半導体素子においては、ｎ型
不純物として炭素を用いることにより電子濃度の高いｎ
型窒化物系半導体層が得られる。したがって、接触抵抗
の低減、電流障壁の除去、デルタドーピングまたは局所
ドーピングが可能となる。
不純物として炭素を用いることにより電子濃度の高いｎ
型窒化物系半導体層が得られる。したがって、接触抵抗
の低減、電流障壁の除去、デルタドーピングまたは局所
ドーピングが可能となる。
【００１４】第３の発明に係る半導体発光素子は、ホウ
素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なく
とも１つを含む窒化物系半導体層を備えた半導体発光素
子であって、窒化物系半導体層は、ｎ型不純物として炭
素がドープされたｎ型半導体層を含むものである。
素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なく
とも１つを含む窒化物系半導体層を備えた半導体発光素
子であって、窒化物系半導体層は、ｎ型不純物として炭
素がドープされたｎ型半導体層を含むものである。
【００１５】本発明に係る半導体発光素子においては、
ｎ型不純物として炭素を用いることにより電子濃度の高
いｎ型窒化物系半導体層が得られる。したがって、接触
抵抗の低減、電流障壁の除去、デルタドーピングまたは
局所ドーピングが可能となる。
ｎ型不純物として炭素を用いることにより電子濃度の高
いｎ型窒化物系半導体層が得られる。したがって、接触
抵抗の低減、電流障壁の除去、デルタドーピングまたは
局所ドーピングが可能となる。
【００１６】窒化物系半導体層は、第１のコンタクト
層、第１のクラッド層、発光層、第２のクラッド層およ
び第２のコンタクト層を順に含み、第１のコンタクト層
および第２のコンタクト層の一方がｎ型半導体層であっ
てもよい。
層、第１のクラッド層、発光層、第２のクラッド層およ
び第２のコンタクト層を順に含み、第１のコンタクト層
および第２のコンタクト層の一方がｎ型半導体層であっ
てもよい。
【００１７】この場合、第１のコンタクト層および第２
のコンタクト層の一方の電子濃度を１×１０20ｃｍ-3以
上にすることが可能となる。それにより、第１のコンタ
クト層または第２のコンタクト層が低抵抗化される。
のコンタクト層の一方の電子濃度を１×１０20ｃｍ-3以
上にすることが可能となる。それにより、第１のコンタ
クト層または第２のコンタクト層が低抵抗化される。
【００１８】上記のように電子濃度が高く低抵抗化され
た第１のコンタクト層または第２のコンタクト層にｎ電
極を接触させた場合、ｎ電極は第１のコンタクト層また
は第２のコンタクト層に容易にオーミック接触する。ま
た、ｎ電極と、第１のコンタクト層または第２のコンタ
クト層との接触抵抗は低い。したがって、半導体発光素
子の動作電圧が低くなるとともに、発光効率が向上す
る。
た第１のコンタクト層または第２のコンタクト層にｎ電
極を接触させた場合、ｎ電極は第１のコンタクト層また
は第２のコンタクト層に容易にオーミック接触する。ま
た、ｎ電極と、第１のコンタクト層または第２のコンタ
クト層との接触抵抗は低い。したがって、半導体発光素
子の動作電圧が低くなるとともに、発光効率が向上す
る。
【００１９】また、窒化物系半導体層は、第１のコンタ
クト層、第１のクラッド層、発光層、第２のクラッド層
および第２のコンタクト層を順に含み、第１のコンタク
ト層と第１のクラッド層との間または第２のコンタクト
層と第２のクラッド層との間にｎ型半導体層が設けられ
てもよい。
クト層、第１のクラッド層、発光層、第２のクラッド層
および第２のコンタクト層を順に含み、第１のコンタク
ト層と第１のクラッド層との間または第２のコンタクト
層と第２のクラッド層との間にｎ型半導体層が設けられ
てもよい。
【００２０】この場合、第１のコンタクト層と第１のク
ラッド層との間または第２のコンタクト層と第２のクラ
ッド層との間に、電子濃度が１×１０20ｃｍ-3以上のｎ
型半導体層が設けられる。
ラッド層との間または第２のコンタクト層と第２のクラ
ッド層との間に、電子濃度が１×１０20ｃｍ-3以上のｎ
型半導体層が設けられる。
【００２１】上記のように、ｎ型半導体層の電子濃度が
高い場合においては、ｎ型半導体層中にエネルギーの障
壁が存在しても、このエネルギーの障壁により電子の流
れが阻害されることはない。したがって、半導体発光素
子の動作電圧が低くなるとともに、発光効率の向上が図
られる。
高い場合においては、ｎ型半導体層中にエネルギーの障
壁が存在しても、このエネルギーの障壁により電子の流
れが阻害されることはない。したがって、半導体発光素
子の動作電圧が低くなるとともに、発光効率の向上が図
られる。
【００２２】さらに、窒化物系半導体層は、発光層を含
み、発光層がｎ型半導体層であってもよい。
み、発光層がｎ型半導体層であってもよい。
【００２３】この場合、発光層の電子濃度を１×１０20
ｃｍ-3以上にすることが可能となる。それにより、ピエ
ゾ効果によるエネルギーバンドの曲がりにより発生する
発光強度の低下を防止することが可能となる。したがっ
て、半導体発光素子の発光強度の向上が図られる。
ｃｍ-3以上にすることが可能となる。それにより、ピエ
ゾ効果によるエネルギーバンドの曲がりにより発生する
発光強度の低下を防止することが可能となる。したがっ
て、半導体発光素子の発光強度の向上が図られる。
【００２４】また、窒化物系半導体層は、第１のクラッ
ド層、第１の光ガイド層、発光層、第２の光ガイド層お
よび第２のクラッド層を順に含み、第１の光ガイド層お
よび第２の光ガイド層の一方がｎ型半導体層であっても
よい。
ド層、第１の光ガイド層、発光層、第２の光ガイド層お
よび第２のクラッド層を順に含み、第１の光ガイド層お
よび第２の光ガイド層の一方がｎ型半導体層であっても
よい。
【００２５】この場合、第１の光ガイド層または第２の
光ガイド層の一方の電子濃度を１×１０20ｃｍ-3以上に
することが可能となる。それにより、ピエゾ効果による
エネルギーバンドの曲がりにより発生する発光強度の低
下を防止することが可能となる。したがって、半導体発
光素子の発光強度の向上が図られる。
光ガイド層の一方の電子濃度を１×１０20ｃｍ-3以上に
することが可能となる。それにより、ピエゾ効果による
エネルギーバンドの曲がりにより発生する発光強度の低
下を防止することが可能となる。したがって、半導体発
光素子の発光強度の向上が図られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係るｎ型半導体の
形成方法の例を示す模式的工程断面図である。
形成方法の例を示す模式的工程断面図である。
【００２７】図１（ａ）に示すように、十分洗浄したサ
ファイア基板１のｃ（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法
（有機金属気相成長法）により、アンドープのＡｌ0.1
Ｇａ 0.9 Ｎからなる層を成長させる。この場合、原料ガ
スとしてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム
およびアンモニアを用い、成長時の基板温度は６５０℃
とする。
ファイア基板１のｃ（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法
（有機金属気相成長法）により、アンドープのＡｌ0.1
Ｇａ 0.9 Ｎからなる層を成長させる。この場合、原料ガ
スとしてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム
およびアンモニアを用い、成長時の基板温度は６５０℃
とする。
【００２８】このようにして、厚さ２０ｎｍの低温バッ
ファ層２を形成する。続いて、低温バッファ層２上に、
Ｃをｎ型不純物としてドープされてなるｎ−ＧａＮを成
長させる。この場合、原料ガスとしてトリメチルガリウ
ムおよびアンモニアを用い、供給する原料ガス中のＮ／
Ｇａ比を１００００とする。成長時の基板温度は１１５
０℃とする。また、ドーパントガスとしてメタンガスを
供給流量０．７ｓｃｃｍで供給する。
ファ層２を形成する。続いて、低温バッファ層２上に、
Ｃをｎ型不純物としてドープされてなるｎ−ＧａＮを成
長させる。この場合、原料ガスとしてトリメチルガリウ
ムおよびアンモニアを用い、供給する原料ガス中のＮ／
Ｇａ比を１００００とする。成長時の基板温度は１１５
０℃とする。また、ドーパントガスとしてメタンガスを
供給流量０．７ｓｃｃｍで供給する。
【００２９】このようにして、ｎ型不純物としてＣがド
ープされてなり、電子濃度が５×１０18ｃｍ-3である厚
さ２μｍのｎ−ＧａＮ層３を形成する。
ープされてなり、電子濃度が５×１０18ｃｍ-3である厚
さ２μｍのｎ−ＧａＮ層３を形成する。
【００３０】さらに、ｎ−ＧａＮ層３上に、ｎ型不純物
としてＣがドープされてなるｎ−ＧａＮを成長させる。
この場合、ｎ−ＧａＮ層３の成長時と同様に、原料ガス
としてトリメチルガリウムおよびアンモニアを用い、ド
ーパントガスとしてメタンガスを用いる。また、供給す
る原料ガス中のＮ／Ｇａ比を１００００とし、基板温度
は１１５０℃とする。なお、この場合のｎ−ＧａＮの成
長時におけるメタンガスの供給流量は８０ｓｃｃｍとす
る。
としてＣがドープされてなるｎ−ＧａＮを成長させる。
この場合、ｎ−ＧａＮ層３の成長時と同様に、原料ガス
としてトリメチルガリウムおよびアンモニアを用い、ド
ーパントガスとしてメタンガスを用いる。また、供給す
る原料ガス中のＮ／Ｇａ比を１００００とし、基板温度
は１１５０℃とする。なお、この場合のｎ−ＧａＮの成
長時におけるメタンガスの供給流量は８０ｓｃｃｍとす
る。
【００３１】このようにして、ｎ型不純物としてＣがド
ープされてなり、電子濃度が１×１０21ｃｍ-3である厚
さ３００ｎｍの高濃度ｎ−ＧａＮ層４を形成する。
ープされてなり、電子濃度が１×１０21ｃｍ-3である厚
さ３００ｎｍの高濃度ｎ−ＧａＮ層４を形成する。
【００３２】ＧａＮ系半導体にＣをドープする場合にお
いて、ＧａＮ系半導体のＮサイトにＣを選択的にドープ
すると、Ｃはアクセプタとして作用する。このため、Ｇ
ａＮ系半導体をｐ型にドープすることができる。一方、
ＧａＮ系半導体のＧａサイトにＣを選択的にドープした
場合、Ｃはドナーとして作用する。このため、ＧａＮ系
半導体層をｎ型にドープすることができる。このよう
に、ＣはＧａＮ系半導体のドーピングにおいて、ｎ型不
純物およびｐ型不純物のいずれとしても用いることが可
能な両性不純物である。
いて、ＧａＮ系半導体のＮサイトにＣを選択的にドープ
すると、Ｃはアクセプタとして作用する。このため、Ｇ
ａＮ系半導体をｐ型にドープすることができる。一方、
ＧａＮ系半導体のＧａサイトにＣを選択的にドープした
場合、Ｃはドナーとして作用する。このため、ＧａＮ系
半導体層をｎ型にドープすることができる。このよう
に、ＣはＧａＮ系半導体のドーピングにおいて、ｎ型不
純物およびｐ型不純物のいずれとしても用いることが可
能な両性不純物である。
【００３３】ＣをＧａＮ系半導体のＮサイトおよびＧａ
サイトのいずれにドープするかは、ＧａＮ系半導体の成
長時の条件を制御することにより、選択することが可能
である。
サイトのいずれにドープするかは、ＧａＮ系半導体の成
長時の条件を制御することにより、選択することが可能
である。
【００３４】図１（ｂ），（ｃ）に示すｎ−ＧａＮ層３
および高濃度ｎ−ＧａＮ層４の成長時においては、供給
する原料ガス中のＮ／Ｇａ比を通常よりも高くすること
により、選択的にＧａＮのＧａサイトにＣをドープする
ことが可能となる。これにより、ＧａＮはｎ型にドープ
される。
および高濃度ｎ−ＧａＮ層４の成長時においては、供給
する原料ガス中のＮ／Ｇａ比を通常よりも高くすること
により、選択的にＧａＮのＧａサイトにＣをドープする
ことが可能となる。これにより、ＧａＮはｎ型にドープ
される。
【００３５】また、ｎ−ＧａＮ層３および高濃度ｎ−Ｇ
ａＮ層４の成長時におけるメタンガスの供給流量は異な
り、高濃度ｎ−ＧａＮ層４の成長時におけるメタンガス
の供給流量の方が、ｎ−ＧａＮ層３の成長時におけるメ
タンガスの供給流量よりも多い。それにより、高濃度ｎ
−ＧａＮ層４の電子濃度は、ｎ−ＧａＮ層３の電子濃度
よりも高くなる。このように、ｎ型ドーパントであるＣ
の供給源となるメタンガスの供給流量を調節することに
より、ｎ−ＧａＮ層３および高濃度ｎ−ＧａＮ層４の電
子濃度を制御することが可能となる。
ａＮ層４の成長時におけるメタンガスの供給流量は異な
り、高濃度ｎ−ＧａＮ層４の成長時におけるメタンガス
の供給流量の方が、ｎ−ＧａＮ層３の成長時におけるメ
タンガスの供給流量よりも多い。それにより、高濃度ｎ
−ＧａＮ層４の電子濃度は、ｎ−ＧａＮ層３の電子濃度
よりも高くなる。このように、ｎ型ドーパントであるＣ
の供給源となるメタンガスの供給流量を調節することに
より、ｎ−ＧａＮ層３および高濃度ｎ−ＧａＮ層４の電
子濃度を制御することが可能となる。
【００３６】図２は、メタンガスの供給流量とｎ−Ｇａ
Ｎの電子濃度との関係を示す図である。なお、ｎ−Ｇａ
Ｎ層の電子濃度はvan der Pauw法により測定している。
Ｎの電子濃度との関係を示す図である。なお、ｎ−Ｇａ
Ｎ層の電子濃度はvan der Pauw法により測定している。
【００３７】図２に示すように、メタンガスの供給流量
を変えることにより、ｎ−ＧａＮ層の電子濃度を１×１
０17ｃｍ-3から１×１０21ｃｍ-3まで変えることが可能
である。このように、ｎ型ドーパントとしてＣを用いる
場合においては、Ｃの供給源となるメタンガスの供給流
量を増加させることにより、電子濃度が１×１０21ｃｍ
-3以上の高濃度であるｎ−ＧａＮ層を容易に得ることが
可能となる。
を変えることにより、ｎ−ＧａＮ層の電子濃度を１×１
０17ｃｍ-3から１×１０21ｃｍ-3まで変えることが可能
である。このように、ｎ型ドーパントとしてＣを用いる
場合においては、Ｃの供給源となるメタンガスの供給流
量を増加させることにより、電子濃度が１×１０21ｃｍ
-3以上の高濃度であるｎ−ＧａＮ層を容易に得ることが
可能となる。
【００３８】上記のように、ｎ型ドーパントとしてＣを
用いた場合において、電子濃度の高いｎ−ＧａＮ層を容
易に得ることができるのは、ＧａＮに対するＣの固溶度
が、ＧａＮに対するＳｉの固溶度に比べて高く、また、
Ｃは高濃度にドープしても偏斥しないためである。
用いた場合において、電子濃度の高いｎ−ＧａＮ層を容
易に得ることができるのは、ＧａＮに対するＣの固溶度
が、ＧａＮに対するＳｉの固溶度に比べて高く、また、
Ｃは高濃度にドープしても偏斥しないためである。
【００３９】このように、ｎ型ドーパントとして炭素を
用いることにより電子濃度の高いｎ−ＧａＮ層が得られ
る。したがって、接触抵抗の低減、電流障壁の除去、デ
ルタドーピングまたは局所ドーピングが可能となる。
用いることにより電子濃度の高いｎ−ＧａＮ層が得られ
る。したがって、接触抵抗の低減、電流障壁の除去、デ
ルタドーピングまたは局所ドーピングが可能となる。
【００４０】なお、上記においては、ＡｌおよびＧａを
含む窒化物系半導体により各層２〜４が構成される場合
について説明したが、これ以外に、Ｉｎまたはホウ素を
含む窒化物系半導体により各層２〜４が構成されてもよ
い。
含む窒化物系半導体により各層２〜４が構成される場合
について説明したが、これ以外に、Ｉｎまたはホウ素を
含む窒化物系半導体により各層２〜４が構成されてもよ
い。
【００４１】次に、図１（ｃ）に示す高濃度ｎ−ＧａＮ
層４上にオーミック電極を形成し、高濃度ｎ−ＧａＮ層
４とオーミック電極との接触抵抗をＴＬＭ（transfer l
ength method）法により測定する。
層４上にオーミック電極を形成し、高濃度ｎ−ＧａＮ層
４とオーミック電極との接触抵抗をＴＬＭ（transfer l
ength method）法により測定する。
【００４２】図３（ａ）はＴＬＭ法に用いる試料（以
下、ＴＭＬ用素子と呼ぶ）の断面図であり、図３（ｂ）
は、図３（ａ）を上から見た場合の平面図である。
下、ＴＭＬ用素子と呼ぶ）の断面図であり、図３（ｂ）
は、図３（ａ）を上から見た場合の平面図である。
【００４３】図３（ａ），（ｂ）に示すＴＬＭ用素子
は、以下のようにして作製する。図１（ａ）〜（ｃ）に
示すｎ型半導体の形成方法により、サファイア基板１の
ｃ（０００１）面上に、低温バッファ層２、ｎ−ＧａＮ
層３および高濃度ｎ−ＧａＮ層４を順に積層する。
は、以下のようにして作製する。図１（ａ）〜（ｃ）に
示すｎ型半導体の形成方法により、サファイア基板１の
ｃ（０００１）面上に、低温バッファ層２、ｎ−ＧａＮ
層３および高濃度ｎ−ＧａＮ層４を順に積層する。
【００４４】次に、高濃度ｎ−ＧａＮ層４の５カ所の電
極形成領域にマスクパターンを形成し、電極形成領域以
外の高濃度ｎ−ＧａＮ層４からｎ−ＧａＮ層３までをエ
ッチングする。このようにしてｎ−ＧａＮ層３の所定領
域を露出させる。
極形成領域にマスクパターンを形成し、電極形成領域以
外の高濃度ｎ−ＧａＮ層４からｎ−ＧａＮ層３までをエ
ッチングする。このようにしてｎ−ＧａＮ層３の所定領
域を露出させる。
【００４５】さらに、高濃度ｎ−ＧａＮ層４上の電極形
成領域に開口部を有する高精細パターニング可能なフォ
トレジストを形成する。その後、厚さ１００ｎｍのＴｉ
膜、厚さ２００ｎｍのＡｌ膜および厚さ５００ｎｍのＡ
ｕ膜を順に蒸着し、リフトオフ法により、フォトレジス
ト上に積層されたＴｉ膜、Ａｌ膜およびＡｕ膜をフォト
レジストとともに除去する。このようにして、高濃度ｎ
−ＧａＮ層４の所定領域上に第１〜第５のオーミック電
極１０ａ〜１０ｅを形成する。
成領域に開口部を有する高精細パターニング可能なフォ
トレジストを形成する。その後、厚さ１００ｎｍのＴｉ
膜、厚さ２００ｎｍのＡｌ膜および厚さ５００ｎｍのＡ
ｕ膜を順に蒸着し、リフトオフ法により、フォトレジス
ト上に積層されたＴｉ膜、Ａｌ膜およびＡｕ膜をフォト
レジストとともに除去する。このようにして、高濃度ｎ
−ＧａＮ層４の所定領域上に第１〜第５のオーミック電
極１０ａ〜１０ｅを形成する。
【００４６】図３（ａ），（ｂ）に示すように、ＴＬＭ
用素子の第１〜第５のオーミック電極１０ａ〜１０ｅの
幅Ｄ1 は１０μｍである。各オーミック電極１０ａ〜１
０ｅの間隔ｄ1 〜ｄ4 はそれぞれ異なっており、第１お
よび第２のオーミック電極１０ａ，１０ｂの間隔ｄ1 は
３０００ｎｍであり、第２および第３のオーミック電極
１０ｂ，１０ｃの間隔ｄ2 は１５００ｎｍであり、第３
および第４のオーミック電極１０ｃ，１０ｄの間隔ｄ3
は７５０ｎｍであり、第４および第５のオーミック電極
１０ｄ，１０ｅの間隔ｄ4 は５００ｎｍである。
用素子の第１〜第５のオーミック電極１０ａ〜１０ｅの
幅Ｄ1 は１０μｍである。各オーミック電極１０ａ〜１
０ｅの間隔ｄ1 〜ｄ4 はそれぞれ異なっており、第１お
よび第２のオーミック電極１０ａ，１０ｂの間隔ｄ1 は
３０００ｎｍであり、第２および第３のオーミック電極
１０ｂ，１０ｃの間隔ｄ2 は１５００ｎｍであり、第３
および第４のオーミック電極１０ｃ，１０ｄの間隔ｄ3
は７５０ｎｍであり、第４および第５のオーミック電極
１０ｄ，１０ｅの間隔ｄ4 は５００ｎｍである。
【００４７】図３（ａ），（ｂ）に示す構造を有するＴ
ＬＭ用素子を用いて、高濃度ｎ−ＧａＮ層４と第１〜第
５のオーミック電極１０ａ〜１０ｅとの接触抵抗をＴＬ
Ｍ法により求めると、接触抵抗は２．２×１０-6Ωｃｍ
-2となる。
ＬＭ用素子を用いて、高濃度ｎ−ＧａＮ層４と第１〜第
５のオーミック電極１０ａ〜１０ｅとの接触抵抗をＴＬ
Ｍ法により求めると、接触抵抗は２．２×１０-6Ωｃｍ
-2となる。
【００４８】なお、比較のため、ｎ型ドーパントとして
サファイア基板上に、低温バッファ層Ｓｉがドープされ
てなる電子濃度が５×１０17ｃｍ-3のｎ−ＧａＮ層およ
びＳｉによりｎ型にドープされた電子濃度が１×１０20
ｃｍ-3の高濃度ｎ−ＧａＮ層を順に成長させ、図３
（ａ），（ｂ）に示すＴＬＭ用素子と同様の構造を有す
るＴＬＭ用素子を作製した。このＴＬＭ用素子を用い
て、高濃度ｎ−ＧａＮ層と第１〜第５のオーミック電極
との接触抵抗をＴＬＭ法により求めると、接触抵抗は９
×１０-6Ωｃｍ-2となる。
サファイア基板上に、低温バッファ層Ｓｉがドープされ
てなる電子濃度が５×１０17ｃｍ-3のｎ−ＧａＮ層およ
びＳｉによりｎ型にドープされた電子濃度が１×１０20
ｃｍ-3の高濃度ｎ−ＧａＮ層を順に成長させ、図３
（ａ），（ｂ）に示すＴＬＭ用素子と同様の構造を有す
るＴＬＭ用素子を作製した。このＴＬＭ用素子を用い
て、高濃度ｎ−ＧａＮ層と第１〜第５のオーミック電極
との接触抵抗をＴＬＭ法により求めると、接触抵抗は９
×１０-6Ωｃｍ-2となる。
【００４９】以上のように、ｎ型ドーパントとしてＣを
用いた場合においては、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用
いた場合よりも、高濃度ｎ−ＧａＮ層４の電子濃度を高
くすることが可能となる。それにより、高濃度ｎ−Ｇａ
Ｎ層４とオーミック電極との接触抵抗を小さくすること
が可能となる。
用いた場合においては、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用
いた場合よりも、高濃度ｎ−ＧａＮ層４の電子濃度を高
くすることが可能となる。それにより、高濃度ｎ−Ｇａ
Ｎ層４とオーミック電極との接触抵抗を小さくすること
が可能となる。
【００５０】なお、上記のＴＬＭ用素子においては、オ
ーミック電極１０ａ〜１０ｅの材料にＴｉ、Ａｌおよび
Ａｕを用いているが、オーミック電極の材料はこれ以外
であってもよく、高濃度ｎ−ＧａＮ層４にオーミック接
触する材料を任意に用いることが可能である。
ーミック電極１０ａ〜１０ｅの材料にＴｉ、Ａｌおよび
Ａｕを用いているが、オーミック電極の材料はこれ以外
であってもよく、高濃度ｎ−ＧａＮ層４にオーミック接
触する材料を任意に用いることが可能である。
【００５１】図４は本発明に係る半導体発光素子の例を
示すＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面図であり、
図５は図４に示すＧａＮ系半導体レーザ素子の主要部の
模式的なエネルギーバンド構造図である。
示すＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面図であり、
図５は図４に示すＧａＮ系半導体レーザ素子の主要部の
模式的なエネルギーバンド構造図である。
【００５２】図４に示すＧａＮ系半導体レーザ素子１０
０は、サファイア基板１１上に、アンドープのＡｌ0.1
Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ２０ｎｍの低温バッファ層１
２、厚さ３μｍのｎ−ＧａＮコンタクト層１３、厚さ５
００ｎｍの高濃度ｎ−ＧａＮ層１４、厚さ１００ｎｍの
高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５、厚さ６
００ｎｍのｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１６、厚
さ２００ｎｍのｎ−Ｇａ光ガイド層１７、ｎ−ＭＱＷ発
光層１８、厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎ層１
９、厚さ２００ｎｍのｐ−ＧａＮ光ガイド層２０、厚さ
７００ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層２１お
よび厚さ３００ｎｍのｐ−ＧａＮコンタクト層２２が順
に積層されている。
０は、サファイア基板１１上に、アンドープのＡｌ0.1
Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ２０ｎｍの低温バッファ層１
２、厚さ３μｍのｎ−ＧａＮコンタクト層１３、厚さ５
００ｎｍの高濃度ｎ−ＧａＮ層１４、厚さ１００ｎｍの
高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５、厚さ６
００ｎｍのｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１６、厚
さ２００ｎｍのｎ−Ｇａ光ガイド層１７、ｎ−ＭＱＷ発
光層１８、厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎ層１
９、厚さ２００ｎｍのｐ−ＧａＮ光ガイド層２０、厚さ
７００ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層２１お
よび厚さ３００ｎｍのｐ−ＧａＮコンタクト層２２が順
に積層されている。
【００５３】ｎ型ドーパントとしてＣが用いられてお
り、ｐ型ドーパントとしてＭｇが用いられている。
り、ｐ型ドーパントとしてＭｇが用いられている。
【００５４】各ｎ型半導体層１３〜１８の電子濃度は、
ｎ−ＧａＮコンタクト層１３が３×１０18ｃｍ-3であ
り、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４が１×１０21ｃｍ-3であ
り、高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５が９
×１０20ｃｍ-3であり、ｎ−Ａｌ 0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッ
ド層１６が１×１０18ｃｍ-3であり、ｎ−ＧａＮ光ガイ
ド層１７が７×１０17ｃｍ-3であり、ｎ−ＭＱＷ発光層
１８が７×１０17ｃｍ-3である。
ｎ−ＧａＮコンタクト層１３が３×１０18ｃｍ-3であ
り、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４が１×１０21ｃｍ-3であ
り、高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５が９
×１０20ｃｍ-3であり、ｎ−Ａｌ 0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッ
ド層１６が１×１０18ｃｍ-3であり、ｎ−ＧａＮ光ガイ
ド層１７が７×１０17ｃｍ-3であり、ｎ−ＭＱＷ発光層
１８が７×１０17ｃｍ-3である。
【００５５】ｎ−ＭＱＷ発光層１８は、ｎ−Ｉｎ0.03Ｇ
ａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの４つの量子障壁層１８
ａと、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなる厚さ１５ｎｍの３つ
の量子井戸層１８ｂとが交互に積層されてなる多重量子
井戸構造を有する。
ａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの４つの量子障壁層１８
ａと、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなる厚さ１５ｎｍの３つ
の量子井戸層１８ｂとが交互に積層されてなる多重量子
井戸構造を有する。
【００５６】ＧａＮ系半導体レーザ素子１００において
は、ピエゾ効果によるエネルギーバンドの曲がりにより
発生する発光強度の低下を防止するために、ＧａＮ光ガ
イド層１７およびＭＱＷ発光層１８がｎ型にドープされ
ており、ＧａＮ光ガイド層２０がｐ型にドープされてい
る。このような発光層および光ガイド層へのドープは、
窒化物系半導体発光素子に特有なものである。
は、ピエゾ効果によるエネルギーバンドの曲がりにより
発生する発光強度の低下を防止するために、ＧａＮ光ガ
イド層１７およびＭＱＷ発光層１８がｎ型にドープされ
ており、ＧａＮ光ガイド層２０がｐ型にドープされてい
る。このような発光層および光ガイド層へのドープは、
窒化物系半導体発光素子に特有なものである。
【００５７】ｐ−ＧａＮコンタクト層２２からｎ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１３までの一部領域がエッチングされ、
ｎ−ＧａＮコンタクト層１３の一部領域が露出してい
る。この露出したｎ−ＧａＮコンタクト層１３上に、Ｔ
ｉ膜、Ａｌ膜およびＡｕ膜が順に積層されてなるｎ電極
８０が形成されている。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層
２２上の所定領域に、Ｐｔ膜およびＡｕ膜が順に積層さ
れてなるｐ電極８１が形成されている。電極形成領域以
外のｐ−ＧａＮコンタクト層２２上面およびｎ−ＧａＮ
層１３上面と、各半導体層１３〜２２の側面とに、Ｓｉ
Ｏ2 保護膜８３が形成されている。また、ｐ電極８１上
およびＳｉＯ2 保護膜８３の所定領域上に、ｐ−ＰＡＤ
電極８２が形成されている。
Ｎコンタクト層１３までの一部領域がエッチングされ、
ｎ−ＧａＮコンタクト層１３の一部領域が露出してい
る。この露出したｎ−ＧａＮコンタクト層１３上に、Ｔ
ｉ膜、Ａｌ膜およびＡｕ膜が順に積層されてなるｎ電極
８０が形成されている。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層
２２上の所定領域に、Ｐｔ膜およびＡｕ膜が順に積層さ
れてなるｐ電極８１が形成されている。電極形成領域以
外のｐ−ＧａＮコンタクト層２２上面およびｎ−ＧａＮ
層１３上面と、各半導体層１３〜２２の側面とに、Ｓｉ
Ｏ2 保護膜８３が形成されている。また、ｐ電極８１上
およびＳｉＯ2 保護膜８３の所定領域上に、ｐ−ＰＡＤ
電極８２が形成されている。
【００５８】図４に示すＧａＮ系半導体レーザ素子１０
０は、以下のようにして作製される。
０は、以下のようにして作製される。
【００５９】まず、図１（ａ）〜（ｃ）に示す低温バッ
ファ層２、ｎ−ＧａＮ層３および高濃度ｎ−ＧａＮ層４
の形成方法と同様の方法により、サファイア基板１１の
ｃ（０００１）面上に、低温バッファ層１２、ｎ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１３および高濃度ｎ−ＧａＮ層１４を順
に成長させる。
ファ層２、ｎ−ＧａＮ層３および高濃度ｎ−ＧａＮ層４
の形成方法と同様の方法により、サファイア基板１１の
ｃ（０００１）面上に、低温バッファ層１２、ｎ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１３および高濃度ｎ−ＧａＮ層１４を順
に成長させる。
【００６０】さらに、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４上に、高
濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５、ｎ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１６、ｎ−ＧａＮ光ガイド層
１７、ｎ−ＭＱＷ発光層１８、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
層１９、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２０、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎクラッド層２１およびｐ−ＧａＮコンタクト層２
２を順に成長させる。各半導体層１５〜２２の成長時の
条件は表１に示す通りである。また、各ｎ型半導体層１
５〜１８の成長時に供給する原料ガス中のIII／Ｖ比は
１００００とする。
濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５、ｎ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１６、ｎ−ＧａＮ光ガイド層
１７、ｎ−ＭＱＷ発光層１８、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
層１９、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２０、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎクラッド層２１およびｐ−ＧａＮコンタクト層２
２を順に成長させる。各半導体層１５〜２２の成長時の
条件は表１に示す通りである。また、各ｎ型半導体層１
５〜１８の成長時に供給する原料ガス中のIII／Ｖ比は
１００００とする。
【００６１】
【表１】
【００６２】続いて、サファイア基板１１上に成長させ
た各半導体層１２〜２２を、６００℃の窒素雰囲気中に
置き、ｐ型ドーパンドを活性化する。
た各半導体層１２〜２２を、６００℃の窒素雰囲気中に
置き、ｐ型ドーパンドを活性化する。
【００６３】次に、ｐ−ＧａＮコンタクト層２２上の所
定領域にフォトレジストを形成し、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層２２上面およびフォトレジスト上面にＮｉを蒸着す
る。その後、フォトレジスト上のＮｉをフォトレジスト
とともに除去する。このようにして、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層２２上の所定領域を厚さ８００ｎｍのＮｉマスク
で被覆する。さらに、塩素イオンを用いた反応性イオン
エッチング法により、Ｎｉマスクで被覆しなかった領域
をｐ−ＧａＮコンタクト層２２からｎ−ＧａＮコンタク
ト層１３までの深さ方向に３μｍエッチングし、ｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層１３を露出させる。
定領域にフォトレジストを形成し、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層２２上面およびフォトレジスト上面にＮｉを蒸着す
る。その後、フォトレジスト上のＮｉをフォトレジスト
とともに除去する。このようにして、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層２２上の所定領域を厚さ８００ｎｍのＮｉマスク
で被覆する。さらに、塩素イオンを用いた反応性イオン
エッチング法により、Ｎｉマスクで被覆しなかった領域
をｐ−ＧａＮコンタクト層２２からｎ−ＧａＮコンタク
ト層１３までの深さ方向に３μｍエッチングし、ｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層１３を露出させる。
【００６４】上記のようにして露出させたｎ−ＧａＮコ
ンタクト層１３上に、厚さ１００ｎｍのＴｉ膜、厚さ２
００ｎｍのＡｌ膜および厚さ５００ｎｍのＡｕ膜を順に
蒸着し、ｎ電極８０を形成する。
ンタクト層１３上に、厚さ１００ｎｍのＴｉ膜、厚さ２
００ｎｍのＡｌ膜および厚さ５００ｎｍのＡｕ膜を順に
蒸着し、ｎ電極８０を形成する。
【００６５】続いて、ｐ−ＧａＮコンタクト層２２上の
電極形成領域に幅１０μｍおよび長さ７００μｍのスト
ライプ状の開口部を有するフォトレジストを形成する。
その後、厚さ３００ｎｍのＰｔ膜および厚さ４００ｎｍ
のＡｕ膜を順に蒸着し、フォトレジスト上のＰｔ膜およ
びＡｕ膜をフォトレジストとともに除去する。このよう
にして、ストライプ状のｐ電極８１を形成する。
電極形成領域に幅１０μｍおよび長さ７００μｍのスト
ライプ状の開口部を有するフォトレジストを形成する。
その後、厚さ３００ｎｍのＰｔ膜および厚さ４００ｎｍ
のＡｕ膜を順に蒸着し、フォトレジスト上のＰｔ膜およ
びＡｕ膜をフォトレジストとともに除去する。このよう
にして、ストライプ状のｐ電極８１を形成する。
【００６６】さらに、電極形成領域を除くｎ−ＧａＮコ
ンタクト層１３上面およびｐ−ＧａＮコンタクト層２２
上面と、各半導体層１３〜２２の側面とに、ＳｉＯ2 保
護膜８３を形成する。また、ｐ電極８１上およびＳｉＯ
2 保護膜８３の所定領域上にｐ−ＰＡＤ電極８２を形成
する。
ンタクト層１３上面およびｐ−ＧａＮコンタクト層２２
上面と、各半導体層１３〜２２の側面とに、ＳｉＯ2 保
護膜８３を形成する。また、ｐ電極８１上およびＳｉＯ
2 保護膜８３の所定領域上にｐ−ＰＡＤ電極８２を形成
する。
【００６７】最後に、サファイア基板１１および各半導
体層１２〜２２を、ｐ電極８１の短辺と平行な面、すな
わちサファイア基板１１のｃ（１-1００）面においてへ
き開し、幅１０μｍおよび長さ５００μｍの共振器面を
作製する。
体層１２〜２２を、ｐ電極８１の短辺と平行な面、すな
わちサファイア基板１１のｃ（１-1００）面においてへ
き開し、幅１０μｍおよび長さ５００μｍの共振器面を
作製する。
【００６８】上記のようにして作製したＧａＮ系半導体
レーザ素子１００において、ｎ電極８０からｎ−ＧａＮ
コンタクト層１３に注入された電子は、ｎ−ＧａＮコン
タクト層１３、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４、高濃度ｎ−Ａ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎクラッド層１６およびｎ−ＧａＮ光ガイド層１７
を通ってｎ−ＭＱＷ発光層１８に向かって流れる。
レーザ素子１００において、ｎ電極８０からｎ−ＧａＮ
コンタクト層１３に注入された電子は、ｎ−ＧａＮコン
タクト層１３、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４、高濃度ｎ−Ａ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎクラッド層１６およびｎ−ＧａＮ光ガイド層１７
を通ってｎ−ＭＱＷ発光層１８に向かって流れる。
【００６９】図５に示すように、高濃度ｎ−ＧａＮ層１
４と高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５とで
はバンドギャップの大きさが異なっており、Ａｌを含む
高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５の方が、
高濃度ｎ−ＧａＮ層１４よりもバンドギャップが大き
い。したがって、電子の流路２３において、高濃度ｎ−
ＧａＮ層１４と高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド
層１５との間に大きなエネルギーの障壁が存在する。こ
の障壁の高さＨは少なくとも数百ｍｅＶであることか
ら、このエネルギーの障壁により電子の流れが阻害され
る。
４と高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５とで
はバンドギャップの大きさが異なっており、Ａｌを含む
高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５の方が、
高濃度ｎ−ＧａＮ層１４よりもバンドギャップが大き
い。したがって、電子の流路２３において、高濃度ｎ−
ＧａＮ層１４と高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド
層１５との間に大きなエネルギーの障壁が存在する。こ
の障壁の高さＨは少なくとも数百ｍｅＶであることか
ら、このエネルギーの障壁により電子の流れが阻害され
る。
【００７０】しかしながら、ＧａＮ系半導体レーザ素子
１００においては、Ｃをｎ型ドーパントとして用いるこ
とにより、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４および高濃度ｎ−Ａ
ｌ0. 1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５の電子濃度を１×１０
21ｃｍ-3にすることが可能となる。このような高濃度ｎ
−ＧａＮ層１４および高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎク
ラッド層１５においては、エネルギーの障壁が電子の流
れに与える影響が少ない。したがって、ＧａＮ系半導体
レーザ素子１００においては、エネルギーの障壁を電子
が越えるために高い動作電圧を印加する必要がない。こ
のため、動作電圧が低く、かつ発光効率の高い半導体レ
ーザ素子となる。
１００においては、Ｃをｎ型ドーパントとして用いるこ
とにより、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４および高濃度ｎ−Ａ
ｌ0. 1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５の電子濃度を１×１０
21ｃｍ-3にすることが可能となる。このような高濃度ｎ
−ＧａＮ層１４および高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎク
ラッド層１５においては、エネルギーの障壁が電子の流
れに与える影響が少ない。したがって、ＧａＮ系半導体
レーザ素子１００においては、エネルギーの障壁を電子
が越えるために高い動作電圧を印加する必要がない。こ
のため、動作電圧が低く、かつ発光効率の高い半導体レ
ーザ素子となる。
【００７１】図６は本発明に係る半導体発光素子の他の
例を示すＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面図であ
る。
例を示すＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面図であ
る。
【００７２】図６に示すＧａＮ系半導体レーザ素子２０
０は、サファイア基板３１のｃ（０００１）面上に、ア
ンドープのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ２０ｎｍの
低温バッファ層３２、厚さ２μｍのｎ−ＧａＮ層３３、
厚さ８００ｎｍの高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４、
厚さ７００ｎｍのｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層３
５、厚さ２００ｎｍのｎ−ＧａＮ光ガイド層３６、ｎ−
ＭＱＷ発光層３７、厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ層３８、厚さ２００ｎｍのｐ−ＧａＮ光ガイド層
３９、厚さ７００ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッ
ド層４０および厚さ３００ｎｍのｐ−ＧａＮコンタクト
層４１が順に積層されている。
０は、サファイア基板３１のｃ（０００１）面上に、ア
ンドープのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ２０ｎｍの
低温バッファ層３２、厚さ２μｍのｎ−ＧａＮ層３３、
厚さ８００ｎｍの高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４、
厚さ７００ｎｍのｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層３
５、厚さ２００ｎｍのｎ−ＧａＮ光ガイド層３６、ｎ−
ＭＱＷ発光層３７、厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ層３８、厚さ２００ｎｍのｐ−ＧａＮ光ガイド層
３９、厚さ７００ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッ
ド層４０および厚さ３００ｎｍのｐ−ＧａＮコンタクト
層４１が順に積層されている。
【００７３】ｎ型ドーパントとしてはＣが用いられてお
り、ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられている。
り、ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられている。
【００７４】各ｎ型半導体層３３〜３７の電子濃度は、
ｎ−ＧａＮ層３３が３×１０17ｃｍ -3であり、高濃度ｎ
−ＧａＮコンタクト層３４が１×１０21ｃｍ-3であり、
ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層３５が１×１０18ｃ
ｍ-3であり、ｎ−ＧａＮ光ガイド層３６が７×１０17ｃ
ｍ-3であり、ｎ−ＭＱＷ発光層３７が７×１０17ｃｍ -3
である。
ｎ−ＧａＮ層３３が３×１０17ｃｍ -3であり、高濃度ｎ
−ＧａＮコンタクト層３４が１×１０21ｃｍ-3であり、
ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層３５が１×１０18ｃ
ｍ-3であり、ｎ−ＧａＮ光ガイド層３６が７×１０17ｃ
ｍ-3であり、ｎ−ＭＱＷ発光層３７が７×１０17ｃｍ -3
である。
【００７５】なお、ｎ−ＭＱＷ発光層３７は、ＧａＮ系
半導体レーザ素子１００のｎ−ＭＱＷ発光層１８と同様
の多重量子井戸構造を有する。
半導体レーザ素子１００のｎ−ＭＱＷ発光層１８と同様
の多重量子井戸構造を有する。
【００７６】ｐ−ＧａＮコンタクト層４１から高濃度ｎ
−ＧａＮコンタクト層３４までの一部領域がエッチング
され、高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４が露出してい
る。この露出した高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４上
にｎ電極８０がオーミック接触している。また、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層４１上にｐ電極８１がオーミック接触
している。なお、ｎ電極８０およびｐ電極８１の構造に
ついては、ＧａＮ系半導体レーザ素子１００のｎ電極８
０およびｐ電極８１において前述した通りである。
−ＧａＮコンタクト層３４までの一部領域がエッチング
され、高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４が露出してい
る。この露出した高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４上
にｎ電極８０がオーミック接触している。また、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層４１上にｐ電極８１がオーミック接触
している。なお、ｎ電極８０およびｐ電極８１の構造に
ついては、ＧａＮ系半導体レーザ素子１００のｎ電極８
０およびｐ電極８１において前述した通りである。
【００７７】ＧａＮ系半導体レーザ素子１００と同様、
電極形成領域以外のｐ−ＧａＮコンタクト層４１上面お
よびｎ−ＧａＮコンタクト層３４上面と、各半導体層３
４〜４１の側面とが、ＳｉＯ2 保護膜８３により被覆さ
れている。また、ｐ電極８１上およびＳｉＯ2 保護膜８
３の所定領域上にｐ−ＰＡＤ電極８２が形成されてい
る。
電極形成領域以外のｐ−ＧａＮコンタクト層４１上面お
よびｎ−ＧａＮコンタクト層３４上面と、各半導体層３
４〜４１の側面とが、ＳｉＯ2 保護膜８３により被覆さ
れている。また、ｐ電極８１上およびＳｉＯ2 保護膜８
３の所定領域上にｐ−ＰＡＤ電極８２が形成されてい
る。
【００７８】このようなＧａＮ系半導体レーザ素子２０
０は、以下の点を除いて、ＧａＮ系半導体素子１００の
作製方法と同様の方法により作製する。
０は、以下の点を除いて、ＧａＮ系半導体素子１００の
作製方法と同様の方法により作製する。
【００７９】ＧａＮ系半導体レーザ素子２００の作製の
際には、サファイア基板３１のｃ（０００１）面上に、
ＭＯＣＶＤ法により、低温バッファ層３２、ｎ−ＧａＮ
層３３、高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４、ｎ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層３５、ｎ−ＧａＮ光ガイド層
３６、ｎ−ＭＱＷ発光層３７、ｐ−ＡｌＧａＮ層３８、
ｐ−ＧａＮ光ガイド層３９、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎク
ラッド層４０およびｐ−ＧａＮコンタクト層４１を順に
成長させる。この場合、半導体層３２，３６〜４１の成
長時の条件はＧａＮ系半導体レーザ素子１００の半導体
層１２，１７〜２２の成長時の条件とそれぞれ同様であ
る。また、半導体層３３〜３５の成長時の条件は表２に
示す通りである。
際には、サファイア基板３１のｃ（０００１）面上に、
ＭＯＣＶＤ法により、低温バッファ層３２、ｎ−ＧａＮ
層３３、高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４、ｎ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層３５、ｎ−ＧａＮ光ガイド層
３６、ｎ−ＭＱＷ発光層３７、ｐ−ＡｌＧａＮ層３８、
ｐ−ＧａＮ光ガイド層３９、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎク
ラッド層４０およびｐ−ＧａＮコンタクト層４１を順に
成長させる。この場合、半導体層３２，３６〜４１の成
長時の条件はＧａＮ系半導体レーザ素子１００の半導体
層１２，１７〜２２の成長時の条件とそれぞれ同様であ
る。また、半導体層３３〜３５の成長時の条件は表２に
示す通りである。
【００８０】
【表２】
【００８１】半導体レーザ素子２００においては、Ｃを
ｎ型ドーパントとして用いることにより、高濃度ｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層３４の電子を１×１０21ｃｍ-3にする
ことが可能となる。このため、ｎ−ＧａＮコンタクト層
３４にｎ電極を容易にオーミック接触させることが可能
になるとともに、高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４と
ｎ電極８０との接触抵抗を小さくすることが可能とな
る。それにより、動作電圧が低くかつ発光効率の高い半
導体レーザ素子となる。
ｎ型ドーパントとして用いることにより、高濃度ｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層３４の電子を１×１０21ｃｍ-3にする
ことが可能となる。このため、ｎ−ＧａＮコンタクト層
３４にｎ電極を容易にオーミック接触させることが可能
になるとともに、高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４と
ｎ電極８０との接触抵抗を小さくすることが可能とな
る。それにより、動作電圧が低くかつ発光効率の高い半
導体レーザ素子となる。
【００８２】図７は本発明に係る半導体発光素子のさら
に他の例を示すＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面
図であり、図８は図７のＧａＮ系半導体レーザ素子の部
分拡大断面図である。
に他の例を示すＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面
図であり、図８は図７のＧａＮ系半導体レーザ素子の部
分拡大断面図である。
【００８３】図７に示すＧａＮ系半導体レーザ素子３０
０は、サファイア基板５１のｃ（０００１）面上に、ア
ンドープのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ２０ｎｍの
低温バッファ層５２、厚さ３μｍのｎ−ＧａＮコンタク
ト層５３、厚さ７００ｎｍのｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎク
ラッド層５４、厚さ２００ｎｍのｎ−ＧａＮ光ガイド層
５５、ｎ−ＭＱＷ発光層５６、厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層５７、厚さ２００ｎｍのｐ−ＧａＮ光
ガイド層５８、厚さ７００ｎｍのｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎクラッド層５９および厚さ３００ｎｍのｐ−ＧａＮコ
ンタクト層６０が順に積層されている。
０は、サファイア基板５１のｃ（０００１）面上に、ア
ンドープのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ２０ｎｍの
低温バッファ層５２、厚さ３μｍのｎ−ＧａＮコンタク
ト層５３、厚さ７００ｎｍのｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎク
ラッド層５４、厚さ２００ｎｍのｎ−ＧａＮ光ガイド層
５５、ｎ−ＭＱＷ発光層５６、厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層５７、厚さ２００ｎｍのｐ−ＧａＮ光
ガイド層５８、厚さ７００ｎｍのｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎクラッド層５９および厚さ３００ｎｍのｐ−ＧａＮコ
ンタクト層６０が順に積層されている。
【００８４】ｎ型ドーパントとしてはＣが用いられてお
り、ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられてる。
り、ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられてる。
【００８５】各ｎ型半導体層５３〜５５の電子濃度は、
ｎ−ＧａＮコンタクト層５３が１×１０18ｃｍ-3であ
り、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層５４が１×１０
18ｃｍ -3であり、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５５が７×１０
17ｃｍ-3である。
ｎ−ＧａＮコンタクト層５３が１×１０18ｃｍ-3であ
り、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層５４が１×１０
18ｃｍ -3であり、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５５が７×１０
17ｃｍ-3である。
【００８６】図８に示すように、ｎ−ＭＱＷ発光層５６
は、ｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの４
つの量子障壁層５６ａとｎ−Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからな
る厚さ１５ｎｍの３つの量子井戸層５６ｂとが交互に積
層されてなる多重量子井戸構造を有する。量子障壁層５
６ａの電子濃度は５×１０20ｃｍ-3であり、量子井戸層
５６ｂの電子濃度は３×１０17ｃｍ-3である。
は、ｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの４
つの量子障壁層５６ａとｎ−Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからな
る厚さ１５ｎｍの３つの量子井戸層５６ｂとが交互に積
層されてなる多重量子井戸構造を有する。量子障壁層５
６ａの電子濃度は５×１０20ｃｍ-3であり、量子井戸層
５６ｂの電子濃度は３×１０17ｃｍ-3である。
【００８７】このようなＧａＮ系半導体レーザ素子３０
０は、以下の点を除いて、ＧａＮ系半導体レーザ素子１
００と同様の作製方法により作製する。
０は、以下の点を除いて、ＧａＮ系半導体レーザ素子１
００と同様の作製方法により作製する。
【００８８】ＧａＮ系半導体レーザ素子３００の作製の
際には、サファイア基板５１のｃ（０００１）面上に、
ＭＯＣＶＤ法により、低温バッファ層５２、ｎ−ＧａＮ
コンタクト層１３、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層
５４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５５、ｎ−ＭＱＷ発光層５
６、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層５７、ｐ−ＧａＮ光ガイ
ド層５８、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層５９およ
びｐ−ＧａＮコンタクト層６０を順に成長させる。この
場合、各半導体層５２〜５５，５７〜６０の成長時の条
件は、ＧａＮ系半導体レーザ素子１００の半導体層１
２，１３，１６，１７，１９〜２２の成長時の条件とそ
れぞれ同様である。また、ｎ−ＭＱＷ発光層５６の成長
時の条件は表３に示す通りである。
際には、サファイア基板５１のｃ（０００１）面上に、
ＭＯＣＶＤ法により、低温バッファ層５２、ｎ−ＧａＮ
コンタクト層１３、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層
５４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５５、ｎ−ＭＱＷ発光層５
６、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層５７、ｐ−ＧａＮ光ガイ
ド層５８、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層５９およ
びｐ−ＧａＮコンタクト層６０を順に成長させる。この
場合、各半導体層５２〜５５，５７〜６０の成長時の条
件は、ＧａＮ系半導体レーザ素子１００の半導体層１
２，１３，１６，１７，１９〜２２の成長時の条件とそ
れぞれ同様である。また、ｎ−ＭＱＷ発光層５６の成長
時の条件は表３に示す通りである。
【００８９】
【表３】
【００９０】半導体レーザ素子３００においては、Ｃを
ｎ型ドーパントとして用いることにより、ｎ−ＭＱＷ発
光層５６の量子障壁層５６ａの電子濃度を５×１０20ｃ
ｍ-3と高くすることが可能である。このように量子障壁
層５６ａの電子濃度のみを高くすることにより、量子井
戸層５６ｂの結晶性を損なうことなく、ピエゾ効果によ
るエネルギーバンドの曲がりに起因する発光強度の低下
を防止することが可能となる。したがって、動作電圧が
低くかつ発光効率および発光強度の高い半導体レーザ素
子となる。
ｎ型ドーパントとして用いることにより、ｎ−ＭＱＷ発
光層５６の量子障壁層５６ａの電子濃度を５×１０20ｃ
ｍ-3と高くすることが可能である。このように量子障壁
層５６ａの電子濃度のみを高くすることにより、量子井
戸層５６ｂの結晶性を損なうことなく、ピエゾ効果によ
るエネルギーバンドの曲がりに起因する発光強度の低下
を防止することが可能となる。したがって、動作電圧が
低くかつ発光効率および発光強度の高い半導体レーザ素
子となる。
【００９１】なお、ＧａＮ系半導体レーザ素子３００に
おいては、ｎ−ＭＱＷ発光層５６の量子障壁層５６ａの
電子濃度を高くすることにより、発光強度の低下を防止
しているが、量子井戸層５６ｂまたはｎ−ＧａＮ光ガイ
ド層５５の電子濃度を高くした場合においても、発光強
度の低下を防止することが可能となる。
おいては、ｎ−ＭＱＷ発光層５６の量子障壁層５６ａの
電子濃度を高くすることにより、発光強度の低下を防止
しているが、量子井戸層５６ｂまたはｎ−ＧａＮ光ガイ
ド層５５の電子濃度を高くした場合においても、発光強
度の低下を防止することが可能となる。
【００９２】また、ＧａＮ系半導体レーザ素子１００，
２００，３００においては、各層がＡｌ、ＧａおよびＩ
ｎを含む窒化物系半導体により構成されるが、これ以外
に、ホウ素を含む窒化物系半導体により各層が構成され
てもよい。
２００，３００においては、各層がＡｌ、ＧａおよびＩ
ｎを含む窒化物系半導体により構成されるが、これ以外
に、ホウ素を含む窒化物系半導体により各層が構成され
てもよい。
【００９３】さらに、ＧａＮ系半導体レーザ素子１０
０，２００，３００においては、本発明を半導体レーザ
素子に適用した場合について説明したが、本発明は、発
光ダイオード等のその他の半導体発光素子や、ＨＢＴ(H
etero Bipolar Transistor）、フォトダイオード等の半
導体素子にも適用可能である。
０，２００，３００においては、本発明を半導体レーザ
素子に適用した場合について説明したが、本発明は、発
光ダイオード等のその他の半導体発光素子や、ＨＢＴ(H
etero Bipolar Transistor）、フォトダイオード等の半
導体素子にも適用可能である。
【００９４】例えば、ｐｎｐ型のＨＢＴにおいて、ｎ型
ドーパントとしてＣがドープされてなる電子濃度の高い
ｎ型半導体層をＨＢＴのベース部分に用いた場合、高周
波数応答可能なＨＢＴが得られる。また、ｐｎ接合タイ
プのフォトダイオードにおいて、ｎ型ドーパントとして
Ｃがドープされてなる電子濃度の高いｎ型半導体層が含
まれる場合、空乏層拡散時間が減少し、より高速応答が
可能なＵＶ用フォトダイオードが得られる。
ドーパントとしてＣがドープされてなる電子濃度の高い
ｎ型半導体層をＨＢＴのベース部分に用いた場合、高周
波数応答可能なＨＢＴが得られる。また、ｐｎ接合タイ
プのフォトダイオードにおいて、ｎ型ドーパントとして
Ｃがドープされてなる電子濃度の高いｎ型半導体層が含
まれる場合、空乏層拡散時間が減少し、より高速応答が
可能なＵＶ用フォトダイオードが得られる。
【００９５】
【実施例】［実施例１］Ｃをｎ型ドーパントとして用
い、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４および高濃度ｎ−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５の電子濃度が１×１０21ｃｍ
-3である図４に示すＧａＮ系半導体レーザ素子１００を
作製した。
い、高濃度ｎ−ＧａＮ層１４および高濃度ｎ−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１５の電子濃度が１×１０21ｃｍ
-3である図４に示すＧａＮ系半導体レーザ素子１００を
作製した。
【００９６】このＧａＮ系半導体レーザ素子１００のし
きい値電流は３００ｍＡであった。また、３２０ｍＡの
駆動電流を流した場合の動作電圧は８．０Ｖであり、光
出力は４．１ｍＷであった。
きい値電流は３００ｍＡであった。また、３２０ｍＡの
駆動電流を流した場合の動作電圧は８．０Ｖであり、光
出力は４．１ｍＷであった。
【００９７】［実施例２］Ｃをｎ型ドーパントとして用
い、高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４の電子濃度が１
×１０21ｃｍ-3である図６に示すＧａＮ系半導体レーザ
素子２００を作製した。
い、高濃度ｎ−ＧａＮコンタクト層３４の電子濃度が１
×１０21ｃｍ-3である図６に示すＧａＮ系半導体レーザ
素子２００を作製した。
【００９８】このＧａＮ系半導体レーザ素子２００のし
きい値電流は３０５ｍＡであった。また、３２０ｍＡの
駆動電流を流した場合の動作電圧は８．２Ｖであり、光
出力は４．０ｍＷであった。
きい値電流は３０５ｍＡであった。また、３２０ｍＡの
駆動電流を流した場合の動作電圧は８．２Ｖであり、光
出力は４．０ｍＷであった。
【００９９】［実施例３］Ｃをｎ型ドーパントとして用
い、ｎ−ＭＱＷ発光層５６の量子障壁層５６ａの電子濃
度が５×１０20ｃｍ-3である図７に示すＧａＮ系半導体
レーザ素子３００を作製した。
い、ｎ−ＭＱＷ発光層５６の量子障壁層５６ａの電子濃
度が５×１０20ｃｍ-3である図７に示すＧａＮ系半導体
レーザ素子３００を作製した。
【０１００】このＧａＮ系半導体レーザ素子３００のし
きい値電流は３０５ｍＡであった。また、３２０ｍＡの
駆動電流を流した場合の動作電圧は８．２Ｖであり、光
出力は４．０ｍＷであった。
きい値電流は３０５ｍＡであった。また、３２０ｍＡの
駆動電流を流した場合の動作電圧は８．２Ｖであり、光
出力は４．０ｍＷであった。
【０１０１】［比較例１］Ｓｉをｎ型ドーパントとして
用いた図９に示すＧａＮ系半導体レーザ素子４００を作
製した。
用いた図９に示すＧａＮ系半導体レーザ素子４００を作
製した。
【０１０２】このＧａＮ系半導体レーザ素子４００のし
きい値電流は３３０ｍＡであった。また、３５０ｍＡの
駆動電流を流した場合の動作電圧は８．７Ｖであり、光
出力は３．７ｍＷであった。
きい値電流は３３０ｍＡであった。また、３５０ｍＡの
駆動電流を流した場合の動作電圧は８．７Ｖであり、光
出力は３．７ｍＷであった。
【０１０３】上記の実施例１〜３および比較例で示すよ
うに、ｎ型ドーパントとしてＣをドープする場合におい
ては、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドープする場合より
も、ｎ型半導体層の電子濃度を高くすることが可能とな
る。それにより、半導体レーザ素子１００，２００，３
００において、しきい値電流を低くすることが可能にな
るとともに、発光効率を向上させることが可能となる。
うに、ｎ型ドーパントとしてＣをドープする場合におい
ては、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドープする場合より
も、ｎ型半導体層の電子濃度を高くすることが可能とな
る。それにより、半導体レーザ素子１００，２００，３
００において、しきい値電流を低くすることが可能にな
るとともに、発光効率を向上させることが可能となる。
【図１】本発明に係るｎ型半導体の形成方法の例を示す
模式的工程断面図である。
模式的工程断面図である。
【図２】成長時のメタンガスの供給流量と成長したｎ−
ＧａＮの電子濃度との関係を示す図である。
ＧａＮの電子濃度との関係を示す図である。
【図３】ＴＭＬ用素子の模式的断面図および平面図であ
る。
る。
【図４】本発明に係る半導体発光素子の例を示すＧａＮ
系半導体レーザ素子の模式的断面図である。
系半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図５】図４のＧａＮ系半導体レーザ素子の主要部のエ
ネルギーバンド構造図である。
ネルギーバンド構造図である。
【図６】本発明に係る半導体発光素子の他の例を示すＧ
ａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面図である。
ａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図７】本発明に係る半導体発光素子のさらに他の例を
示すＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面図である。
示すＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図８】図７のＧａＮ系半導体レーザ素子の部分拡大断
面図である。
面図である。
【図９】従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面
図である。
図である。
１，１１，３１，５１，６３ サファイア基板 ２，１２，３２，５２，６４ 低温バッファ層 ３，３３ ｎ−ＧａＮ層 ４，１４ 高濃度ｎ−ＧａＮ層 １３，５３，６５ ｎ−ＧａＮコンタクト層 １５ 高濃度ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層 １６，３５，５４，６６ ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラ
ッド層 １７，３６，５５，６７ ｎ−ＧａＮ光ガイド層 １８，３７，５６，６８ ｎ−ＭＱＷ発光層 １８ａ，５６ａ 量子障壁層 １８ｂ，５６ｂ 量子井戸層 １９，３８，５７，６９ ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層 ２０，３９，５８，７０ ｐ−ＧａＮ光ガイド層 ２１，４０，５９ ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層 ２２，４１，６０ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ８０ ｎ電極 ８１ ｐ電極 １００，２００，３００，４００ ＧａＮ系半導体レー
ザ素子
ッド層 １７，３６，５５，６７ ｎ−ＧａＮ光ガイド層 １８，３７，５６，６８ ｎ−ＭＱＷ発光層 １８ａ，５６ａ 量子障壁層 １８ｂ，５６ｂ 量子井戸層 １９，３８，５７，６９ ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層 ２０，３９，５８，７０ ｐ−ＧａＮ光ガイド層 ２１，４０，５９ ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層 ２２，４１，６０ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ８０ ｎ電極 ８１ ｐ電極 １００，２００，３００，４００ ＧａＮ系半導体レー
ザ素子
Claims (7)
- 【請求項１】 ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよび
インジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体中に
炭素をｎ型不純物としてドープすることによりｎ型半導
体を形成することを特徴とするｎ型半導体の形成方法。 - 【請求項２】 ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよび
インジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体中に
ｎ型不純物として炭素がドープされてなるｎ型半導体層
を備えたことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項３】 ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよび
インジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体層を
備えた半導体発光素子であって、 前記窒化物系半導体層は、ｎ型不純物として炭素がドー
プされたｎ型半導体層を含むことを特徴とする半導体発
光素子。 - 【請求項４】 前記窒化物系半導体層は、第１のコンタ
クト層、第１のクラッド層、発光層、第２のクラッド層
および第２のコンタクト層を順に含み、 前記第１のコンタクト層および前記第２のコンタクト層
の一方が前記ｎ型半導体層であることを特徴とする請求
項３記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記窒化物系半導体層は、第１のコンタ
クト層、第１のクラッド層、発光層、第２のクラッド層
および第２のコンタクト層を順に含み、 前記第１のコンタクト層と前記第１のクラッド層との間
または前記第２のコンタクト層と前記第２のクラッド層
との間に前記ｎ型半導体層が設けられたことを特徴とす
る請求項３記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記窒化物系半導体層は、発光層を含
み、前記発光層が前記ｎ型半導体層であることを特徴と
する請求項３記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記窒化物系半導体層は、第１のクラッ
ド層、第１の光ガイド層、発光層、第２の光ガイド層お
よび第２のクラッド層を順に含み、 前記第１の光ガイド層および前記第２の光ガイド層の一
方が前記ｎ型半導体層であることを特徴とする請求項３
記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1342499A JP2000216433A (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | 半導体素子、半導体発光素子およびｎ型半導体の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1342499A JP2000216433A (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | 半導体素子、半導体発光素子およびｎ型半導体の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000216433A true JP2000216433A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=11832766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1342499A Pending JP2000216433A (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | 半導体素子、半導体発光素子およびｎ型半導体の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000216433A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005322841A (ja) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体、窒化物半導体ウェハ及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-01-21 JP JP1342499A patent/JP2000216433A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005322841A (ja) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体、窒化物半導体ウェハ及びその製造方法 |
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