JP2000261037A

JP2000261037A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2000261037A
Application number: JP2000059879A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kaneiwa; 進治兼岩
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-01-01
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体発光素子において、光の有効利用を図
り、さらに基板上に形成する半導体層の結晶性を向上さ
せた、高効率発光が可能な半導体発光素子を得ることを
目的とする。【解決手段】本発明の半導体発光素子は、基板上に形
成されたｎ型ＧａＮ層と、該ｎ型ＧａＮ層上のｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層と、該ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層上の
活性層と、該活性層上のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層と、
該ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層上のｐ型ＧａＮコンタクト
層を含む半導体発光素子において、上記ｎ型ＧａＮ層
と、上記ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の間に、超格子構造
が形成されてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤色光から紫外光
までの範囲の発光波長を有する半導体発光素子に関し、
特に、発光領域として、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等の金属材料
の窒化物からなる半導体薄膜を有するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒素ＮをＶ族元素とするIII−Ｖ
族化合物半導体はエネルギーギャップが広いことから可
視および紫外域の発光材料として注目されており、現
在、発光領域をＧａＩｎＮで構成した青色発光ダイオー
ドが実用化されている。ちなみに、ＡｌＮは６．２８ｅ
Ｖ、ＧａＮは３．３９ｅＶ、ＩｎＮは１．９５ｅＶのエ
ネルギーギャップを有する。

【０００３】図５は、従来の青色発光ダイオードの断面
構造を示している。図において、２００ａは青色発光ダ
イオードで、これは、サファイア基板２００上にＧａＮ
バッファ層２０１を介して形成された半導体積層構造２
１０を有している。

【０００４】この半導体積層構造２１０は、該バッファ
層２０１上にｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層２０３、亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層２０４、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層２０５、及びｐ型ＧａＮキャッ
プ層２０６を積層した構造となっている。

【０００５】ここで、上記ｎ型ＧａＮ層２０２はその一
部が露出しており、この露出部分にｎ型電極２０７が形
成されている。また、ｐ型電極２０８は上記ｐ型ＧａＮ
キャップ層２０６の表面上に形成されている。

【０００６】次に、製造方法について簡単に説明する。

【０００７】まず、サファイア基板２００上に、トリメ
チルガリウム及びアンモニアを原料として有機金属気相
成長法（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）
（以下、ＭＯＶＰＥ法と略記する。）により、ＧａＮバ
ッファ層２０１を成長する。

【０００８】続いて、その上に、同様にＭＯＶＰＥ法に
よりｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２
０３、亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層２０４、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２０５、ｐ型ＧａＮキャップ層２０６を
順次形成する。ここで、III族元素原料としてはトリメ
チルアルミニウム、トリメチルインジウムを使用し、ド
ーピング原料には、モノシラン（ｎ型）、ビスシクロペ
ンタジエニルマグネシウム（ｐ型）、ジエチル亜鉛を使
用する。

【０００９】その後、ｐ型不純物であるマグネシウムの
活性化のため、窒素雰囲気下７００℃での熱処理を行
う。

【００１０】さらに、最表面のキャップ層２０６からｎ
型ＧａＮ層２０２までの各半導体層を選択的にエッチン
グして、上記ｎ型ＧａＮ層２０２の一部を露出させ、該
ｎ型ＧａＮ層２０２の露出部上にｎ型電極２０７を形成
する。また、ｐ型ＧａＮキャップ層２０６上にはｐ型電
極２０８を形成する。これにより発光ダイオード２００
ａを完成する。

【００１１】このようにして作製された発光ダイオード
２００ａでは、亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層２０４から
の明るい４５０ｎｍの青色発光を得ることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の青色
発光ダイオードでは、基板として用いるサファイアが絶
縁体であるために、基板側の電極２０７は、図５に示す
ように、バッファ層２０１上の半導体層２０２の一部を
エッチングにより露出させ、この露出部分に設ける必要
があり、発光ダイオードの製造工程が複雑になるという
問題がある。

【００１３】さらに、半導体レーザの作製プロセスで
は、共振器の形成が不可欠であるが、サファイア基板を
用いた場合には、現行の半導体レーザの製造方法で確立
されている劈開による共振器形成が不可能であり、この
ため、共振器の作製はエッチング加工により行わなけれ
ばならない。しかし、エッチング加工による共振器面の
形成技術は確立したものではなく、また、特殊な装置を
必要とするので工程がさらに複雑なものとなる。

【００１４】そこで、このようなサファイア基板を用い
た発光素子の製造プロセスにおける問題点を解決するた
めに、ＳｉまたはＧａＡｓという導電性のある半導体基
板を使用する方法が試みられている。

【００１５】しかしながら、ＧａＡｓ基板を用いた場合
には、発光領域としての活性層２０４の構成材料である
窒化物（例えばＧａＮ）と、基板の構成材料であるＧａ
Ａｓとの格子不整合率は、約２６％と大きなものとな
り、高品質な窒化物半導体層が得られないという問題が
ある。

【００１６】また、Ｓｉ基板を用いた場合には、Ｓｉと
窒化物（例えばＧａＮ）との格子不整合率は約２１％と
いうように、ＧａＡｓ基板の場合に比べるとやや小さい
ものの、基板の劈開が困難であり、半導体レーザの基板
としてＳｉ基板を用いると、劈開によって共振器を形成
することが不可能となってしまう。

【００１７】本発明は、上記のような従来の問題点を解
決するためになされたものであり、電極形成及び半導体
レーザの共振器形成を簡単に行うことができ、しかも高
品質な窒化物半導体薄膜により発光領域が構成された、
発光効率を向上させた発光ダイオードおよび半導体レー
ザのいずれにも適用できる素子構造を有する半導体発光
素子を得ることが本発明の目的である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、基板上に形成されたｎ型ＧａＮ層と、該ｎ型ＧａＮ
層上のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層と、該ｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層上の活性層と、該活性層上のｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層と、該ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層上のｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層を含む半導体発光素子において、上記
ｎ型ＧａＮ層と、上記ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の間
に、超格子構造が形成されてなることを特徴とする。

【００１９】また、上記基板は６回対称軸を有し、かつ
上記半導体発光素子を構成する半導体層がウルツ鉱型構
造を有することを特徴とする。

【００２０】また、上記超格子構造は互いに屈折率が異
なる２物質を交互に積層してなることを特徴とする。

【００２１】また、上記超格子構造は互いに屈折率が異
なる２つの金属窒化物層から構成されてなることを特徴
とする。

【００２２】さらに、基板上に形成され金属材料の窒化
物からなるｐ型層を含む半導体積層構造を備えた半導体
発光素子であって、上記基板と上記半導体積層構造との
間に設けられ、窒化物と燐化物との混晶からなる混晶層
を備え、該混晶層はＡｌ、Ｇａ、およびＩｎの内のいず
れか１つ、もしくはＡｌ、Ｇａ、およびＩｎの内の２つ
以上の混合物からなる金属材料αの窒化物αＮと、Ａ
ｌ、Ｇａ、およびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、Ｇａ、およびＩｎの内の２つ以上の混合物からなる
金属材料βの燐化物βＰとの混晶α_1-xβ_xＮ_1-yＰ_y（０
＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であることを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】（実施例）まず、本発明の基本原
理について簡単に説明する。

【００２４】本発明は、基板の構成材料としてＧａＰを
用いることにより、上述した従来の問題点を解決するも
のである。

【００２５】基板を構成するＧａＰ結晶と、基板上の半
導体積層構造を構成するＧａＮ結晶との格子不整合率は
約２１％であり、Ｓｉ結晶とＧａＮ結晶との格子不整合
率と同等であるが、ＧａＰ結晶は、劈開が容易であると
いう利点がある。

【００２６】ただし、基板の構成材料としてＧａＰを用
いた場合の格子不整合率はかなり大きいため、バッファ
層を基板と窒化物半導体層との間に挿入することが望ま
しい。

【００２７】このようなバッファ層として、適当なもの
を以下にあげる。

【００２８】（１）第１に、発光領域を構成する半導体
薄膜より低温で成長させた金属材料αの窒化物αＮから
なるバッファ層である。ここで、金属材料αとしては、
Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物を用いるこ
とができる。

【００２９】（２）第２に、金属材料βの窒化物βＮか
らなる第１の薄膜層と、金属材料γの燐化物γＰからな
る第２の薄膜層を交互に積層した超格子バッファ層であ
る。

【００３０】ここで、金属材料βおよびγとしては、Ａ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物を用いるこ
とができる。

【００３１】（３）第３に、上記窒化物βＮと燐化物γ
Ｎとの混晶β_1-xγ_xＮ_1-yＰ_yからなるバッファ層であ
る。ここでは、金属材料βおよびγとしては、Ａｌ、Ｇ
ａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡｌ、Ｇａ
およびＩｎの内の２つ以上の混合物を用いることがで
き、また混晶比Ｘ，Ｙは、それぞれ０＜ｘ＜１、０＜ｙ
＜１の範囲内の値である。

【００３２】通常、窒化物はウルツ鉱型結晶構造をとる
ため、その上にウルツ鉱型結晶構造の窒化物を成長させ
るための基板としては、ウルツ鉱型と同様の六回対称性
を有するＧａＰ（１１１）面を使用する必要がある。

【００３３】一方、一般的に窒化物のｐ型ドーピングが
困難であるのは、ウルツ鉱型結晶において発生しやすい
Ｖ族空格子点による高い自由電子濃度に起因するものと
いわれている。これに対し、閃亜鉛鉱型結晶構造を有す
るＧａＰやＧａＡｓ等の他のIII−Ｖ族半導体において
は、不純物添加により容易にｎ型およびｐ型の導伝型が
得られていることから、窒化物においてもこれを閃亜鉛
鉱型結晶とすれば、ｐ型半導体が容易に得られると予想
される。なお、窒化物の結晶構造では、ウルツ鉱型が最
も安定であるが、閃亜鉛鉱型も準安定相として存在し得
る。

【００３４】表１に、窒化物がウルツ鉱型結晶構造およ
び閃亜鉛鉱型結晶構造を取る場合の格子定数ａ、ｃおよ
び禁制帯幅Ｅｇを示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】以下、本発明の実施例について説明する。（実施例１）図１は本発明の第１の実施例による発光ダ
イオードの断面構造を示し、図において、１００ａは、
ｎ型ＧａＰ基板１００を用いた本実施例の発光ダイオー
ドで、該ｎ型ＧａＰ基板１００上には、その（１１１）
結晶面上に形成されたｎ型ＧａＮバッファ層１０１を介
して半導体積層構造１１０ａが配設されている。

【００３７】この半導体積層構造１１０ａは、発光領域
として亜鉛ドープＧａ_0.94Ｉｎ_0.06Ｎ活性層１０４を含
み、ｎ型ＧａＰ基板１００の（１１１）面上のｎ型Ｇａ
Ｎバッファ層１０１上に、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａ
ｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層１０３、亜鉛ドープＧａ
_0.94Ｉｎ_0.06Ｎ活性層１０４、ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
クラッド層１０５、及びｐ型ＧａＮキャップ層１０６を
順に積層した構造となっている。

【００３８】そして、ｐ型ＧａＮキャップ層１０６上に
はｐ型電極１０８が形成され、ｎ型ＧａＰ基板１００の
裏面側にはｎ型電極１０７が形成されており、該両電極
により、上記半導体積層構造１１０ａの活性層１０４に
駆動電流が供給されるようになっている。

【００３９】次に製造方法について説明する。まず、ｎ
型ＧａＰ基板１００の（１１１）面上に、ＭＯＶＰＥ法
によりｎ型ＧａＮバッファ層１０１を５００℃という比
較的低温で形成する。次に、基板１００を１０００℃ま
で昇温してＭＯＶＰＥ法により、該ｎ型ＧａＮバッファ
層１０１上に、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎクラッド層１０３を積層する。その後、８００℃
で亜鉛ドープＧａ_0.94Ｉｎ_0.06Ｎ活性層１０４を、上記
ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層１０３上に積層し、
その上に、再び１０００℃でｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎク
ラッド層１０５、ｐ型ＧａＮキャップ層１０６を積層形
成する。ここで、上記各半導体層の原料としては、従来
例と同一のものを使用している。

【００４０】その後、ｐ型不純物であるマグネシウムの
活性化のため窒素雰囲気下で７００℃の熱処理を行い、
さらに、ｐ型ＧａＮキャップ層１０６上にｐ型電極１０
８を、ｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側にｎ型電極１０７
を形成する。これにより、本実施例の発光ダイオード１
００ａが完成される。

【００４１】この実施例では、導電性基板であるＧａＰ
基板１００を使用しているので、基板裏面側にｎ型電極
１０７を形成することができ、絶縁体であるサファイア
基板を用いた場合のように電極形成のためのエッチング
加工が不要となる。

【００４２】また、ウルツ鉱型結晶と同様の六回対称性
を有するＧａＰ基板の（１１１）面に窒化物半導体層を
成長させているので、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化
物半導体層と基板との整合性が優れたものとなる。

【００４３】さらに、バッファ層１０１を半導体積層構
造１１０ａとＧａＰ基板１００との間に介在させている
ため、半導体積層構造１１０ａを構成する半導体層と基
板との格子不整合を緩和することができる。よって、半
導体積層構造１１０ａとして、高品質なウルツ鉱型窒化
物層からなるものが得られ、該半導体積層構造に含まれ
る亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層１０４からは、波長４５
０ｎｍの明るい青色発光を得ることができる。

【００４４】なお、上記実施例では、バッファ層１０１
をＧａＮから構成しているが、バッファ層の構成材料は
これに限られるものではなく、発光部となる窒化物半導
体層よりも低温で成長させた窒化物βＮであればよい。
ここで、該窒化物βＮを構成する金属材料βとしては、
上述したように、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか
１つ、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の
混合物を用いることができる。

【００４５】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
による発光ダイオードの構造を説明するための図であ
り、図２（ａ）は該発光ダイオードの断面図、図２
（ｂ）は、該発光ダイオードを構成する超格子構造のバ
ッファ層の構造を示す図である。

【００４６】図において、１００ｂはこの実施例の発光
ダイオードで、これは、第１実施例の発光ダイオード１
００ａにおけるバッファ層１０１に代えて、構成材料の
異なる極薄い２つの薄膜層を交互に積層してなる多層構
造（超格子構造）のバッファ層１０１ｂを用いている。
このバッファ層１０１ｂは、図２（ｂ）に示すようにＧ
ａＰ単原子層およびＧａＮ単原子層を１００組交互に積
層してなるものである。なお、その他の構成は上記第１
の実施例と同一である。

【００４７】この実施例の発光ダイオードにおいても、
上記第１実施例と同様、半導体積層構造を構成する半導
体層として、高品質なウルツ鉱型窒化物層が得られ、亜
鉛ドープＧａＩｎＮ活性層１０４からは、波長４５０ｎ
ｍの明るい青色発光を得ることができる。

【００４８】なお、この実施例では、超格子構造のバッ
ファ層１０１ｂを構成する薄膜層として、ＧａＰ単原子
層およびＧａＮ単原子層を用いているが、この組み合わ
せに限られるものではない。例えば、窒化物βＮからな
る薄膜層としては、ＧａＮ単原子層の代わりに、窒化物
βＮを構成する金属材料βが、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの
内のいずれか１つ、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内
の２つ以上の混合物であるものでもよい。また、燐化物
γＮからなる薄膜層としては、ＧａＰ単原子層の代わり
に、燐化物γＮを構成する金属材料γが、Ａｌ、Ｇａお
よびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡｌ、Ｇａおよ
びＩｎの内の２つ以上の混合物であるものでもよい。

【００４９】さらに、各薄膜層における原子層数は、単
原子層から約１００原子層の間で選択することができ、
また、超格子構造における燐化物からなる薄膜層と窒化
物からなる薄膜層との組数は、１０組から１００組の間
から選択することができる。

【００５０】また、上記超格子構造のバッファ層は、そ
れぞれ屈折率の異なる２物質（例えばＧａＮ、ＡｌＮ）
からなるＧａＮ層及びＡｌＮ層を交互に複数積層してな
り、かつ該積層される各層の層厚が発光波長の４分の１
である構造とすることにより、高反射膜としての機能を
持たせることができる。これにより、発生した光がＧａ
Ｐ基板１００で吸収されるのを防止でき、発光効率を２
倍程度増大させることができる。

【００５１】またさらに、上記のように高反射膜として
の機能をバッファ層に持たせるのではなく、高反射膜を
上記バッファ層とは別に設けてもよい。

【００５２】図２（ｃ）は、このような構成の発光ダイ
オードを第２実施例の変形例として示している。図中、
１００ｂ１はこの変形例による発光ダイオードで、この
発光ダイオード１００ｂ１の半導体積層構造１１０ｂで
は、ＧａＮ層１０２とｎ型クラッド層１０３との間に、
高反射層１０９が形成されている。この高反射層１０９
は、例えばＧａＮ層及びＡｌＮ層を交互に複数積層して
なり、かつ該積層された各層の層厚が発光波長の４分の
１である構造となっている。

【００５３】この第２の実施例では、図２（ｃ）に示す
ような変形例の構造が有効であることは言うまでもな
い。

【００５４】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
による発光ダイオードの断面構造を示し、図において、
図１と同一符号は、第１実施例と同一のものを示し、１
００ｃは本実施例の発光ダイオードである。この発光ダ
イオード１００ｃでは、ＧａＰ基板１００の（１００）
結晶面上にｎ型ＧａＮ_1-yＰ_y（０＜ｙ＜１）バッファ層
１０１ｃを形成し、このバッファ層１０１ｃ上に半導体
積層構造１１０ｃを形成している。この半導体積層構造
１１０ｃは、該バッファ層１０１ｃ上に順次形成され
た、ｎ型ＧａＮクラッド層１０３ｃ、亜鉛ドープＧａ
_0.8Ｉｎ_0.2Ｎ活性層１０４ｃ、ｐ型ＧａＮクラッド層１
０５ｃ、及びｐ型ＧａＮキャップ層１０６から構成され
ている。

【００５５】次に製造方法について説明する。まず、ｎ
型ＧａＰ基板１００の（１００）面上に、分子線エピタ
キシャル法、いわゆるＭＢＥ（Molecular Beam Epita
xy）法により６００℃でｎ型ＧａＮ_1-yＰ_y（０＜ｙ＜
１）バッファ層１０１ｃを形成する。

【００５６】次に、基板１００を８００℃まで昇温し
て、該バッファ層１０１ｃ上に、ＭＢＥ法によりｎ型Ｇ
ａＮクラッド層１０３ｃ、亜鉛ドープＧａ_0.8Ｉｎ_0.2Ｎ
活性層１０４ｃ、ｐ型ＧａＮクラッド層１０５ｃ、ｐ型
ＧａＮキャップ層１０６を順次形成して、半導体積層構
造１１０ｃを形成する。

【００５７】ここでは、各半導体層を構成する元素の原
料としては、ガリウム、インジウム、プラズマ分解窒
素、リンを用い、ドーピング原料としてはシリコン（ｎ
型）、ベリリウム（ｐ型）を用いている。また、クラッ
ド層１０５ｃとキャップ層１０６とは、キャリア濃度が
異なっている。つまり、該ｎ型クラッド層１０５ｃは結
晶を高品質に保つためキャリア濃度を５×１０¹⁷／ｃｍ
³とやや低くし、ｐ型キャップ層１０６はオーミック性
向上のためキャリア濃度を１×１０¹⁹／ｃｍ³とやや高
くしている。

【００５８】その後、ｐ型ＧａＮキャップ層１０６上に
ｐ型電極１０８を、ｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側にｎ
型電極１０７を形成し、発光ダイオード１００ｃを完成
させる。

【００５９】次に作用効果について説明する。この実施
例では、六回対称性を有さないＧａＰ基板１００の（１
００）面を、窒化物半導体層の結晶成長面として用いて
いるので、該基板１００上に形成された半導体結晶は、
閃亜鉛鉱型となる。

【００６０】予備実験としてＧａＰ基板の（１００）面
にＧａＮの単層を成長させてＸ線回折を行ったところ、
閃亜鉛鉱型ＧａＮの結晶面（２００）に相当する鋭い回
折ピークが観察され、閃亜鉛鉱型単結晶が成長している
ことが確認された。

【００６１】上記回折ピークの回折角から計算されるＧ
ａＮの格子定数は４．４９オングストロームであり、従
来報告されている値と一致した。

【００６２】この閃亜鉛鉱型結晶構造の窒化物半導体層
はｐ型不純物が容易に活性化されるので、本実施例で
は、ｐ型半導体の活性化のための熱処理が不要となる。
この実施例の発光ダイオードでは、亜鉛ドープＧａＩｎ
Ｎ活性層１０４ｃからの波長５２０ｎｍの明るい緑色発
光を得ることができる。

【００６３】なお、本実施例では、ｎ型ＧａＮ_1-yＰ
_y（０＜ｙ＜１）バッファ層を用いたが、バッファ層の
構成材料はこれに限るものではなく、窒化物βＮと燐化
物γＮとの混晶β_1-xγ_xＮ_1-yＰ_yであれば用いることが
でき、また、混晶比は０＜ｘ＜１かつ０＜ｙ＜１であれ
ばいずれでもよい。

【００６４】また、ｎ型ＧａＮ_1-yＰ_y（０＜ｙ＜１）バ
ッファ層１０１ｃの組成比ｙは、バッファ層全体で均一
である必要はなく、該バッファ層を、その組成比ｙが、
ｎ型ＧａＰ基板１００に接する部分からｎ型ＧａＮクラ
ッド層１０３ｃに接する部分に向かって徐々に減少する
構造としてもよく、この場合、バッファ層による格子不
整合の緩和は、一層効果的なものとなる。

【００６５】さらに、上記ｎ型ＧａＮ_1-yＰ_y（０＜ｙ＜
１）バッファ層１０１の形成方法は、上記実施例のＭＢ
Ｅ法に限らず、これ以外の方法でもよい。例えば、Ｇａ
Ｐ基板１００を７００℃程度に加熱して表面を窒素雰囲
気に晒すことにより、ＧａＰ基板表面の燐原子の一部を
窒素原子と置換し、これによってバッファ層を形成する
方法も有効である。

【００６６】（実施例４）図４は本発明の第４の実施例
による半導体レーザの断面構造を示し、図において、１
００ｄは本実施例の半導体レーザである。この半導体レ
ーザ１００ｄでは、ｎ型ＧａＰ基板１００の（１００）
面上にｎ型ＧａＮ_1-yＰ_y（０＜ｙ＜１）バッファ層１０
１ｃが形成されており、このバッファ層１０１ｃ上に半
導体積層構造１１０ｄが形成してある。この半導体積層
構造１１０ｄは、該バッファ層１０１ｃ上に順次形成さ
れた、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｎクラ
ッド層１０３ｄ、ノンドープＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ活性層１
０４ｄ、ｐ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｎクラッド層１０５ｄ、及
びｐ型ＧａＮキャップ層１０６から構成されている。

【００６７】また、この半導体レーザ１００ｄでは、ｐ
型ＧａＮキャップ層１０６の上にはストライプ状の窓１
１１を有する絶縁膜１１０が形成されており、この絶縁
膜１１０上全面にｐ型電極１０８ｄが形成されており、
ｎ型電極１０７はｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側に形成
されている。

【００６８】次に製造方法について説明する。まず、ｎ
型ＧａＰ基板１００の（１００）面上に、実施例３と同
様にＭＢＥ法により、ｎ型ＧａＮ_1-yＰ_y（０＜ｙ＜１）
バッファ層１０１ｃ、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａｌ
_0.5Ｉｎ_0.5Ｎクラッド層１０３ｄ、ノンドープＧａ_0.6
Ｉｎ_0.4Ｎ活性層１０４ｄ、ｐ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｎクラ
ッド層１０５ｄ、及びｐ型ＧａＮキャップ層１０６を順
次積層して、半導体積層構造１１０ｄを形成する。ここ
で、各半導体層の構成元素の原料としては、アルミニウ
ム、ガリウム、インジウム、窒素源としてのジメチルヒ
ドラジン、及びリンを用い、ドーパント原料としては実
施例３と同じものを用いている。

【００６９】その後、ｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側に
ｎ型電極１０７を形成し、さらにｐ型ＧａＮキャップ層
１０６上にストライプ状の窓１１１を有する絶縁膜１１
０を形成し、その上にｐ型電極１０８が形成して半導体
レーザ１００ｄを完成する。

【００７０】次に作用効果について説明する。このよう
な構造の半導体レーザ１００ｄでは、ｎ型電極１０７お
よびｐ型電極１０８から注入された電流は、ストライプ
状開口部１１１のみに集中して流れる。そして、所定の
注入電流レベルにおいて、活性層１０４ｄから４４０ｎ
ｍの青色レーザ光が出射される。

【００７１】また、この実施例においても、六回対称性
を有さないＧａＰ基板１００の（１００）面を、窒化物
半導体層の結晶成長面として用いているので、該基板１
００上に形成された半導体結晶は、閃亜鉛鉱型となり、
ｐ型半導体の活性化のための熱処理が不要となる。

【００７２】また、ＧａＰ基板を使用しているので、半
導体レーザの共振器形成の際、従来の半導体レーザの製
造方法と同様に劈開法を用いることができ、エッチング
等の複雑な工程が不要となる。

【００７３】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体発光
素子によれば、上記構成により、超格子層を高反射膜と
しての機能を持たせることができ、基板側に漏れる光が
減少し光の有効利用を図ると同時に、超格子構造の上に
形成された半導体層の結晶性を向上させ、高効率発光が
可能な半導体発光素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの
構造を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの
構成を説明するための図である。図２（ａ）は該発光ダ
イオードの断面構造を示し、図２（ｂ）は、該発光ダイ
オードを構成する超格子構造のバッファ層の断面構造を
示す。図２（ｃ）は、該第２実施例の変形例による発光
ダイオードの断面構造を示す。

【図３】本発明の第３の実施例による発光ダイオードの
構造を示す断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例による半導体レーザの構
造を示す断面図である。

【図５】従来の発光ダイオードの構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１００ＧａＰ基板１００ａ、１００ｂ、１００ｂ１、１００ｃ発光ダイ
オード１００ｄ半導体レーザ１０１ｂ、１０１ｃバッファ層１０２ＧａＮ層１０３ｃ、１０３ｄｎ型クラッド層１０４ｃ、１０４ｄ活性層１０５ｃ、１０５ｄｐ型クラッド層１０６キャップ層１０７ｎ型電極１０８ｐ型電極１０９高反射層１１０絶縁膜１１１ストライプ状窓（開口）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成されたｎ型ＧａＮ層と、該
ｎ型ＧａＮ層上のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層と、該ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層上の活性層と、該活性層上のｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層と、該ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
上のｐ型ＧａＮコンタクト層を含む半導体発光素子にお
いて、上記ｎ型ＧａＮ層と、上記ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の
間に、超格子構造が形成されてなることを特徴とする半
導体発光素子。
【請求項２】上記基板は６回対称軸を有し、かつ上記
半導体発光素子を構成する半導体層がウルツ鉱型構造を
有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素
子。
【請求項３】上記超格子構造は互いに屈折率が異なる
２物質を交互に積層してなることを特徴とする請求項１
に記載の半導体発光素子。
【請求項４】上記超格子構造は互いに屈折率が異なる
２つの金属窒化物層から構成されてなることを特徴とす
る請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項５】基板上に形成され金属材料の窒化物から
なるｐ型層を含む半導体積層構造を備えた半導体発光素
子であって、上記基板と上記半導体積層構造との間に設けられ、窒化
物と燐化物との混晶からなる混晶層を備え、該混晶層はＡｌ、Ｇａ、およびＩｎの内のいずれか１
つ、もしくはＡｌ、Ｇａ、およびＩｎの内の２つ以上の
混合物からなる金属材料αの窒化物αＮと、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎの内のいずれか１つ、もしくは
Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎの内の２つ以上の混合物からな
る金属材料βの燐化物βＰとの混晶α_1-xβ_xＮ _1-yＰ
_y（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であることを特徴とする
半導体発光素子。