JP2001024286A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
窒化物半導体発光素子Info
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- JP2001024286A JP2001024286A JP2000189321A JP2000189321A JP2001024286A JP 2001024286 A JP2001024286 A JP 2001024286A JP 2000189321 A JP2000189321 A JP 2000189321A JP 2000189321 A JP2000189321 A JP 2000189321A JP 2001024286 A JP2001024286 A JP 2001024286A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 接触抵抗が小さく、低電圧動作が可能で、か
つ、高信頼性を有する窒化物半導体発光素子を提供す
る。 【解決手段】 ＧａＮ系の窒化物半導体を用いた発光素
子において、金属電極と接する部分の半導体層を、ｐ型
又はｎ型の、ＧａＮ1-XＡｓX層（０＜Ｘ＜０．２）又は
ＩｎＧａＮ1-XＡｓX層（０＜Ｘ＜０．２）とする。
つ、高信頼性を有する窒化物半導体発光素子を提供す
る。 【解決手段】 ＧａＮ系の窒化物半導体を用いた発光素
子において、金属電極と接する部分の半導体層を、ｐ型
又はｎ型の、ＧａＮ1-XＡｓX層（０＜Ｘ＜０．２）又は
ＩｎＧａＮ1-XＡｓX層（０＜Ｘ＜０．２）とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体発光
素子に関する。さらに詳しくは、半導体レーザとして有
効に用いられる窒化物半導体発光素子に関する。
素子に関する。さらに詳しくは、半導体レーザとして有
効に用いられる窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系の窒化物半導体を用いた発光ダ
イオード（ＬＥＤ）は、すでに製品化されており、現在
はＧａＮ系窒化物半導体のレーザダイオード（ＬＤ）の
研究が精力的に進められている。たとえば、１９９６年
ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジ
ックス誌３５巻のＬ２１７ページに「劈開ミラー共振器
面を有するＩｎＧａＮ多重量子井戸構造レーザダイオー
ド」と題する報告がある。図１４は、これに記載された
ＧａＮ系の窒化物半導体ＬＤ素子の断面構造を示す。こ
れは、ＧａＮ系窒化物半導体レーザの発振波長４１５ｎ
ｍにおける室温パルス発振の報告である。ＧａＮ系窒化
物半導体レーザは従来の赤色ＬＤと較べて波長が短いの
で、高い記憶密度を有する次世代の光ディスク装置のピ
ックアップ用光源として大きな注目を集めている。
イオード（ＬＥＤ）は、すでに製品化されており、現在
はＧａＮ系窒化物半導体のレーザダイオード（ＬＤ）の
研究が精力的に進められている。たとえば、１９９６年
ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジ
ックス誌３５巻のＬ２１７ページに「劈開ミラー共振器
面を有するＩｎＧａＮ多重量子井戸構造レーザダイオー
ド」と題する報告がある。図１４は、これに記載された
ＧａＮ系の窒化物半導体ＬＤ素子の断面構造を示す。こ
れは、ＧａＮ系窒化物半導体レーザの発振波長４１５ｎ
ｍにおける室温パルス発振の報告である。ＧａＮ系窒化
物半導体レーザは従来の赤色ＬＤと較べて波長が短いの
で、高い記憶密度を有する次世代の光ディスク装置のピ
ックアップ用光源として大きな注目を集めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、まだこ
のレーザの発振閾電流値での動作電圧は３０Ｖと非常に
高い。これは主にｐ型ＧａＮコンタクト層とｐ電極との
接触抵抗が大きいためである。図９は、金属電極とｐ型
ＧａＮ半導体層界面のバンド構造を模式的に示す断面図
である。ＧａＮと金属電極との間には大きなショットキ
ーバリアがある。ＧａＮはバンドギャップが大きく、特
にホールのショットキーバリアが大きい。ＧａＮ系窒化
物半導体レーザの室温連続発振を達成するためには、特
にｐ側のコンタクト抵抗を低減し、オーミックな接触を
実現させ、レーザの動作電圧を下げることが不可欠であ
る。本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、接触
抵抗が小さく、低電圧動作が可能で、かつ高信頼性を有
する窒化物半導体発光素子を提供することを目的とす
る。
のレーザの発振閾電流値での動作電圧は３０Ｖと非常に
高い。これは主にｐ型ＧａＮコンタクト層とｐ電極との
接触抵抗が大きいためである。図９は、金属電極とｐ型
ＧａＮ半導体層界面のバンド構造を模式的に示す断面図
である。ＧａＮと金属電極との間には大きなショットキ
ーバリアがある。ＧａＮはバンドギャップが大きく、特
にホールのショットキーバリアが大きい。ＧａＮ系窒化
物半導体レーザの室温連続発振を達成するためには、特
にｐ側のコンタクト抵抗を低減し、オーミックな接触を
実現させ、レーザの動作電圧を下げることが不可欠であ
る。本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、接触
抵抗が小さく、低電圧動作が可能で、かつ高信頼性を有
する窒化物半導体発光素子を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、ＧａＮ系の窒化物半導体を用いた
発光素子において、金属電極側の半導体層が、ｐ型また
はｎ型の、ＧａＮ1-X ＡｓX 層（０＜Ｘ＜０．２）また
はＩｎＧａＮ1-X ＡｓX 層（０＜Ｘ＜０．２）であっ
て、かつ、その層厚が、前記発光素子のクラッド層に対
する臨界膜厚以下であることを特徴とする窒化物半導体
発光素子が提供される。
め、本発明によれば、ＧａＮ系の窒化物半導体を用いた
発光素子において、金属電極側の半導体層が、ｐ型また
はｎ型の、ＧａＮ1-X ＡｓX 層（０＜Ｘ＜０．２）また
はＩｎＧａＮ1-X ＡｓX 層（０＜Ｘ＜０．２）であっ
て、かつ、その層厚が、前記発光素子のクラッド層に対
する臨界膜厚以下であることを特徴とする窒化物半導体
発光素子が提供される。
【０００５】また、その好ましい態様として、前記半導
体層が、Ａｓ組成Ｘの異なる複数の、ＧａＮ1-X ＡｓX
層（０＜Ｘ＜０．２）またはＩｎＧａＮ1-X ＡｓX 層
（０＜Ｘ＜０．２）を、そのＡｓ組成Ｘが電極に近づく
に従って大きくなるように組み合わせて構成されている
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
体層が、Ａｓ組成Ｘの異なる複数の、ＧａＮ1-X ＡｓX
層（０＜Ｘ＜０．２）またはＩｎＧａＮ1-X ＡｓX 層
（０＜Ｘ＜０．２）を、そのＡｓ組成Ｘが電極に近づく
に従って大きくなるように組み合わせて構成されている
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
【０００６】また、本発明によれば、ＧａＮ系の窒化物
半導体を用いた発光素子において、金属電極側の半導体
層が、ｐ型またはｎ型の、ＧａＮ1-Y ＰY 層（０＜Ｙ＜
０．２）またはＩｎＧａＮ1-Y ＰY層（０＜Ｙ＜０．
２）であって、かつ、その層厚が、前記発光素子のクラ
ッド層に対する臨界膜厚以下であることを特徴とする窒
化物半導体発光素子が提供される。
半導体を用いた発光素子において、金属電極側の半導体
層が、ｐ型またはｎ型の、ＧａＮ1-Y ＰY 層（０＜Ｙ＜
０．２）またはＩｎＧａＮ1-Y ＰY層（０＜Ｙ＜０．
２）であって、かつ、その層厚が、前記発光素子のクラ
ッド層に対する臨界膜厚以下であることを特徴とする窒
化物半導体発光素子が提供される。
【０００７】また、その好ましい態様として、前記半導
体層が、Ｐ組成Ｙの異なる複数のＩｎＧａＮ1-Y ＰY 層
（０＜Ｙ＜０．２）を、そのＰ組成Ｙが電極に近づくに
従って大きくなるよ うに組み合わせて構成されている
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
体層が、Ｐ組成Ｙの異なる複数のＩｎＧａＮ1-Y ＰY 層
（０＜Ｙ＜０．２）を、そのＰ組成Ｙが電極に近づくに
従って大きくなるよ うに組み合わせて構成されている
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
【０００８】また、その好ましい態様として、前記半導
体層の層厚が、１ｎｍ以上で１００ｎｍ以下であること
を特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
体層の層厚が、１ｎｍ以上で１００ｎｍ以下であること
を特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
【０００９】また、その好ましい態様として、前記金属
電極と前記半導体層との間に、さらに金属間化合物エピ
タキシャル層を、それぞれの層に隣接して形成してなる
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
電極と前記半導体層との間に、さらに金属間化合物エピ
タキシャル層を、それぞれの層に隣接して形成してなる
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
【００１０】また、その好ましい態様として、前記金属
間化合物エピタキシャル層が、Ｎｉ 0.5 Ｉｎ0.5 、また
はＮｉ0.5 （Ｉｎ1-W ＴｌW ）0.5 （０＜Ｗ＜１）であ
ることを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供され
る。
間化合物エピタキシャル層が、Ｎｉ 0.5 Ｉｎ0.5 、また
はＮｉ0.5 （Ｉｎ1-W ＴｌW ）0.5 （０＜Ｗ＜１）であ
ることを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供され
る。
【００１１】また、その好ましい態様として、前記半導
体層の層厚が、２ｎｍ以上で２００ｎｍ以下であること
を特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
体層の層厚が、２ｎｍ以上で２００ｎｍ以下であること
を特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
【００１２】さらに、その好ましい態様として、前記半
導体層が、ｐ型のＧａＮ1-X1ＡｓX1層（０＜Ｘ１＜０．
２）ウエル層とｐ型のＧａＮ1-X2ＡｓX2層（０≦Ｘ２＜
Ｘ１＜０．２）バリア層との超格子構造体であることを
特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
導体層が、ｐ型のＧａＮ1-X1ＡｓX1層（０＜Ｘ１＜０．
２）ウエル層とｐ型のＧａＮ1-X2ＡｓX2層（０≦Ｘ２＜
Ｘ１＜０．２）バリア層との超格子構造体であることを
特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。本発明においては、金属電極と接する部
分の半導体層として、ｐ型またはｎ型のＧａＮ1-X Ａｓ
X （０＜Ｘ＜０．２），ＩｎＧａＮ1-X ＡｓX （０＜Ｘ
＜０．２），ＧａＮ1-Y ＰY （０＜Ｙ＜０．２）および
ＩｎＧａＮ1-Y ＰY （０＜Ｙ＜０．２）が用いられる。
以下ｐ型ＧａＮについて説明する。ＧａＮに数％のＡｓ
を入れることで、バンドギャップをＧａＮより小さくす
ることができる。しかしながらＡｓ組成Ｘを増やすとＧ
ａＮ1-X ＡｓX 層は徐々に格子不整合を生じる。図１０
は、ＧａＮ1-XＡｓX のＡｓ組成Ｘと格子歪量εとの関
係を示すグラフである。例えば、ＧａＮ上のＧａＮ0.96
Ａｓ0.04層の歪量は３．４％になる。図１１は、ＧａＮ
1-X Ａｓ X 層のＡｓ組成Ｘとバンドギャップの関係を示
すグラフである。この図からＧａＮ0.96Ａｓ0.04層のバ
ンドギャップは２．６３ｅＶであり、約０．７７ｅＶだ
けウルツ型ＧａＮよりバンドギャップが小さくなってい
ることがわかる。図９に示す金属電極とｐ型半導体層界
面のバンド構造の断面からわかるように、バンドギャッ
プの小さい材料をコンタクト層に用いることで金属電極
と半導体コンタクト層界面のホールのショットキーバリ
アの高さを小さくすることができる。
的に説明する。本発明においては、金属電極と接する部
分の半導体層として、ｐ型またはｎ型のＧａＮ1-X Ａｓ
X （０＜Ｘ＜０．２），ＩｎＧａＮ1-X ＡｓX （０＜Ｘ
＜０．２），ＧａＮ1-Y ＰY （０＜Ｙ＜０．２）および
ＩｎＧａＮ1-Y ＰY （０＜Ｙ＜０．２）が用いられる。
以下ｐ型ＧａＮについて説明する。ＧａＮに数％のＡｓ
を入れることで、バンドギャップをＧａＮより小さくす
ることができる。しかしながらＡｓ組成Ｘを増やすとＧ
ａＮ1-X ＡｓX 層は徐々に格子不整合を生じる。図１０
は、ＧａＮ1-XＡｓX のＡｓ組成Ｘと格子歪量εとの関
係を示すグラフである。例えば、ＧａＮ上のＧａＮ0.96
Ａｓ0.04層の歪量は３．４％になる。図１１は、ＧａＮ
1-X Ａｓ X 層のＡｓ組成Ｘとバンドギャップの関係を示
すグラフである。この図からＧａＮ0.96Ａｓ0.04層のバ
ンドギャップは２．６３ｅＶであり、約０．７７ｅＶだ
けウルツ型ＧａＮよりバンドギャップが小さくなってい
ることがわかる。図９に示す金属電極とｐ型半導体層界
面のバンド構造の断面からわかるように、バンドギャッ
プの小さい材料をコンタクト層に用いることで金属電極
と半導体コンタクト層界面のホールのショットキーバリ
アの高さを小さくすることができる。
【００１４】図１２は、ＧａＮ1-X ＡｓX 層のＡｓ組成
Ｘと臨界膜厚の関係を示すグラフである。ＧａＮ系材料
は非常に堅いので、ＧａＮ系材料の臨界膜厚はＧａＡｓ
系材料の臨界膜厚より大きい。図１２から、例えばＧａ
Ｎ0.96Ａｓ0.04層の臨界膜厚は１６ｎｍであることがわ
かる。本発明の実施例のＧａＮ0.96Ａｓ0.04層コンタク
ト層の層厚は１５ｎｍなので、臨界膜厚以下である。良
質な結晶を得るにはＡｓ組成を制御し臨界膜厚以下の層
厚にする必要がある。例えば１ｎｍ〜１００ｎｍが好ま
しい。本発明のＧａＮ1-X ＡｓX コンタクト層は、上で
示したようにバンドギャップが小さくかつ臨界膜厚以下
層厚を有する良質な結晶である。
Ｘと臨界膜厚の関係を示すグラフである。ＧａＮ系材料
は非常に堅いので、ＧａＮ系材料の臨界膜厚はＧａＡｓ
系材料の臨界膜厚より大きい。図１２から、例えばＧａ
Ｎ0.96Ａｓ0.04層の臨界膜厚は１６ｎｍであることがわ
かる。本発明の実施例のＧａＮ0.96Ａｓ0.04層コンタク
ト層の層厚は１５ｎｍなので、臨界膜厚以下である。良
質な結晶を得るにはＡｓ組成を制御し臨界膜厚以下の層
厚にする必要がある。例えば１ｎｍ〜１００ｎｍが好ま
しい。本発明のＧａＮ1-X ＡｓX コンタクト層は、上で
示したようにバンドギャップが小さくかつ臨界膜厚以下
層厚を有する良質な結晶である。
【００１５】バンドギャップが小さくかつ臨界膜厚以下
の良質な結晶であればより高濃度のｐドーピングを行う
ことができる。図９に示すように、高ｐドーピング濃度
のコンタクト層は金属電極と半導体コンタクト層界面の
ホールのショットキーバリアの幅を小さくする作用があ
る。ショットキーバリアの幅が小さくなると素子の接触
抵抗が低減し、素子の動作電圧が小さくなる。故に本発
明のＧａＮ1-X ＡｓX 層コンタクト層を有する窒化物半
導体発光素子は、それがない素子に比べて、低抵抗、低
動作電圧動作の特徴を有する。これによって動作時の発
熱が抑えられるため半導体レーザの室温連続動作を達成
する上で極めて効果的である。
の良質な結晶であればより高濃度のｐドーピングを行う
ことができる。図９に示すように、高ｐドーピング濃度
のコンタクト層は金属電極と半導体コンタクト層界面の
ホールのショットキーバリアの幅を小さくする作用があ
る。ショットキーバリアの幅が小さくなると素子の接触
抵抗が低減し、素子の動作電圧が小さくなる。故に本発
明のＧａＮ1-X ＡｓX 層コンタクト層を有する窒化物半
導体発光素子は、それがない素子に比べて、低抵抗、低
動作電圧動作の特徴を有する。これによって動作時の発
熱が抑えられるため半導体レーザの室温連続動作を達成
する上で極めて効果的である。
【００１６】Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 やＮｉ0.5 （Ｉｎ1-W Ｔ
ｌW ）0.5 （０＜Ｗ＜１）などの金属間化合物層は金属
と同様の高い電気伝導性を有する。Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 と
通常のウルツ型のＧａＮとの格子不整合歪量は２％であ
り、ＧａＮ上に薄膜の引張歪を有するＮｉ0.5 Ｉｎ0.5
のエピタキシャル成長が可能である。Ｎｉ0.5 （Ｉｎ
1-W ＴｌW ）0.5 はＴｌ組成Ｗを調整することでウルツ
型のＧａＮと面内の格子定数を一致させることができる
ので厚膜の金属間化合物層が形成できる。圧縮歪のＧａ
Ｎ1-X ＡｓX コンタクト層をＧａＮ層とＮｉ0.5 Ｉｎ
0.5 やＮｉ0.5 （Ｉｎ1-W ＴｌW ）0.5 などの金属間化
合物エピタキシャル層で挟んだ構造にすると、格子整合
層によって両側から歪コンタクト層が支えられるため転
位が入りにくくなり、臨界膜厚は２倍に増大する。図１
３は格子整合層によって両側から挟まれたＧａＮ1-X Ａ
ｓX 層のＡｓ組成Ｘと臨界膜厚の関係を示すグラフであ
る。点線で示した曲線は両側から挟まれていない場合の
臨界膜厚曲線である。前述のＧａＮ1-X ＡｓX コンタク
ト層よりＡｓ組成Ｘが大きくバンドギャップが小さいＧ
ａＮ1-X ＡｓX コンタクト層が得られるか、あるいはＧ
ａＮ1-X ＡｓX コンタクト層の厚さを２倍に増大できる
ことがわかる。例えばこのように格子整合層によって両
側からＧａＮ0.92Ａｓ0.08層を挟むことによって、Ｇａ
Ｎ0.92Ａｓ0.08層の臨界膜厚は４．３ｎｍから１９ｎｍ
に増大する。図１１から、ＧａＮ0.92Ａｓ 0.08層のバン
ドギャップは１．９１７ｅＶであることがわかる。これ
はＧａＡｓ基板に格子整合するＧａＩｎＰのバンドギャ
ップの大きさに等しい。このＧａＩｎＰは１０19cm-3台
の高濃度ｐドーピングが可能である。ＧａＮのバンドギ
ャップは３．４ｅＶであるから、ＧａＮ0.92Ａｓ0.08層
を用いることで約１．５ｅＶだけコンタクト層のバンド
ギャップが減少したことになる。これは先程述べたＧａ
Ｎ0.96Ａｓ0.04層の場合の２倍の減少量である。
ｌW ）0.5 （０＜Ｗ＜１）などの金属間化合物層は金属
と同様の高い電気伝導性を有する。Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 と
通常のウルツ型のＧａＮとの格子不整合歪量は２％であ
り、ＧａＮ上に薄膜の引張歪を有するＮｉ0.5 Ｉｎ0.5
のエピタキシャル成長が可能である。Ｎｉ0.5 （Ｉｎ
1-W ＴｌW ）0.5 はＴｌ組成Ｗを調整することでウルツ
型のＧａＮと面内の格子定数を一致させることができる
ので厚膜の金属間化合物層が形成できる。圧縮歪のＧａ
Ｎ1-X ＡｓX コンタクト層をＧａＮ層とＮｉ0.5 Ｉｎ
0.5 やＮｉ0.5 （Ｉｎ1-W ＴｌW ）0.5 などの金属間化
合物エピタキシャル層で挟んだ構造にすると、格子整合
層によって両側から歪コンタクト層が支えられるため転
位が入りにくくなり、臨界膜厚は２倍に増大する。図１
３は格子整合層によって両側から挟まれたＧａＮ1-X Ａ
ｓX 層のＡｓ組成Ｘと臨界膜厚の関係を示すグラフであ
る。点線で示した曲線は両側から挟まれていない場合の
臨界膜厚曲線である。前述のＧａＮ1-X ＡｓX コンタク
ト層よりＡｓ組成Ｘが大きくバンドギャップが小さいＧ
ａＮ1-X ＡｓX コンタクト層が得られるか、あるいはＧ
ａＮ1-X ＡｓX コンタクト層の厚さを２倍に増大できる
ことがわかる。例えばこのように格子整合層によって両
側からＧａＮ0.92Ａｓ0.08層を挟むことによって、Ｇａ
Ｎ0.92Ａｓ0.08層の臨界膜厚は４．３ｎｍから１９ｎｍ
に増大する。図１１から、ＧａＮ0.92Ａｓ 0.08層のバン
ドギャップは１．９１７ｅＶであることがわかる。これ
はＧａＡｓ基板に格子整合するＧａＩｎＰのバンドギャ
ップの大きさに等しい。このＧａＩｎＰは１０19cm-3台
の高濃度ｐドーピングが可能である。ＧａＮのバンドギ
ャップは３．４ｅＶであるから、ＧａＮ0.92Ａｓ0.08層
を用いることで約１．５ｅＶだけコンタクト層のバンド
ギャップが減少したことになる。これは先程述べたＧａ
Ｎ0.96Ａｓ0.04層の場合の２倍の減少量である。
【００１７】結局、上で述べたように、これらの金属間
化合物エピタキシャル層を用いて両側からＧａＮ1-X Ａ
ｓX コンタクト層を挟むことによって、さらにＬＤ素子
の接触抵抗が低減し、動作電圧が小さくなる効果があ
る。この場合の金属間化合物層の層厚は、５〜２００ｎ
ｍが好ましい。また、この金属間化合物層を用いた場合
の半導体層の層厚は２〜２００ｎｍが好ましい。
化合物エピタキシャル層を用いて両側からＧａＮ1-X Ａ
ｓX コンタクト層を挟むことによって、さらにＬＤ素子
の接触抵抗が低減し、動作電圧が小さくなる効果があ
る。この場合の金属間化合物層の層厚は、５〜２００ｎ
ｍが好ましい。また、この金属間化合物層を用いた場合
の半導体層の層厚は２〜２００ｎｍが好ましい。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに具体的
に説明する。 ［実施例１］図１は、本発明の第１の実施例のＧａＮ系
窒化物半導体発光素子（ＬＤ）の断面図である。図１に
示すようにＧａＮ系ＬＤは、厚さ３５０μｍのＡ面サフ
ァイア基板１０１、層厚３０ｎｍのＧａＮバッファ層１
０２、層厚３μｍのｎ−ＧａＮ層１０３、層厚１００ｎ
ｍのｎ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１０４、層厚４００ｎｍ
のｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１０５、層厚１００ｎｍの
ｎ−ＧａＮ層１０６、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性
層１０７、層厚２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0. 8 Ｎクラ
ッド層１０８、層厚１００ｎｍのｐ−ＧａＮ層１０９、
層厚４００ｎｍのｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１
１０、層厚５００ｎｍのｐ−ＧａＮクラッド層１１１、
層厚１５ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層１
１２、ｐ電極１１３、ｎ電極１１４からなる。ＩｎＧａ
Ｎ−ＭＱＷ活性層１０７は２．５ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎウエル層と５ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層
の２０周期の多重量子井戸（ＭＱＷ）層である。各層に
用いられるｐドーパントはＭｇ、ｎドーパントはＳｉで
ある。本発明の特徴は層厚１５ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0. 04
Ｎ0.96コンタクト層１１２を有することにある。
に説明する。 ［実施例１］図１は、本発明の第１の実施例のＧａＮ系
窒化物半導体発光素子（ＬＤ）の断面図である。図１に
示すようにＧａＮ系ＬＤは、厚さ３５０μｍのＡ面サフ
ァイア基板１０１、層厚３０ｎｍのＧａＮバッファ層１
０２、層厚３μｍのｎ−ＧａＮ層１０３、層厚１００ｎ
ｍのｎ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１０４、層厚４００ｎｍ
のｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１０５、層厚１００ｎｍの
ｎ−ＧａＮ層１０６、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性
層１０７、層厚２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0. 8 Ｎクラ
ッド層１０８、層厚１００ｎｍのｐ−ＧａＮ層１０９、
層厚４００ｎｍのｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１
１０、層厚５００ｎｍのｐ−ＧａＮクラッド層１１１、
層厚１５ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層１
１２、ｐ電極１１３、ｎ電極１１４からなる。ＩｎＧａ
Ｎ−ＭＱＷ活性層１０７は２．５ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎウエル層と５ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層
の２０周期の多重量子井戸（ＭＱＷ）層である。各層に
用いられるｐドーパントはＭｇ、ｎドーパントはＳｉで
ある。本発明の特徴は層厚１５ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0. 04
Ｎ0.96コンタクト層１１２を有することにある。
【００１９】上記のＬＤは有機金属気相エピタキシャル
（ＭＯＶＰＥ）成長法やガスソース分子線ピタキシャル
（ＧＳＭＢＥ）成長法を用いて作製できる。以下にＭＯ
ＶＰＥ法による本発明の第１の実施例の上記ＬＤ素子の
作製方法を述べる。以降の実施例においても以下に述べ
る製造方法を用いることができる。Ｖ族原料にはＮ
Ｈ 3 、ＡｓＨ3 、III 族原料には、トリメチルインジウ
ム（ＴＭＩｎ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いる。ｐドーパ
ント原料にはＣＰ2 Ｍｇ、ｎドーパント原料にはＳｉＨ
４ を用いる。
（ＭＯＶＰＥ）成長法やガスソース分子線ピタキシャル
（ＧＳＭＢＥ）成長法を用いて作製できる。以下にＭＯ
ＶＰＥ法による本発明の第１の実施例の上記ＬＤ素子の
作製方法を述べる。以降の実施例においても以下に述べ
る製造方法を用いることができる。Ｖ族原料にはＮ
Ｈ 3 、ＡｓＨ3 、III 族原料には、トリメチルインジウ
ム（ＴＭＩｎ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いる。ｐドーパ
ント原料にはＣＰ2 Ｍｇ、ｎドーパント原料にはＳｉＨ
４ を用いる。
【００２０】まずＡ面サファイア基板１０１を成長室で
ある反応管に導入し、Ｈ2 キャリアガスを反応管に流し
た。その状態で基板を１１５０℃に昇温させ、１０分間
過熱したのち５５０℃に下げて、ＮＨ3 とＴＭＧａを導
入して層厚３０ｎｍのＧａＮバッファ層１０２を成長さ
せた。その後、Ｈ2 キャリアガスを反応管に流したまま
基板温度を１０００℃に上げてＮＨ3 とＴＭＧａとＳｉ
Ｈ4 を導入して層厚３μｍのｎ−ＧａＮ層１０３を成長
させる。サファイア基板とＧａＮには１４％もの格子不
整合があるが、低温成長のＧａＮバッファ層１０２を最
初に成長させ、かつその層厚を制御することで結晶性の
よいＧａＮが得られた。次にＴＭＩｎを導入しクラッキ
ング防止のための層厚１００ｎｍのｎ−Ｉｎ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ層１０４を成長させた。このようにして順次成長
させた。本発明の特徴であるｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コ
ンタクト層１１２はＮＨ3 とＡｓＨ3 とＴＭＧａとＣＰ
2 Ｍｇを導入して成長させた。ｐ−ドーピング濃度は５
×１０18cm-3以上とした。ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コン
タクト層１１２の層圧を１５ｎｍとすることで臨界膜厚
以内の良好な品質の結晶が得られた。成長後は６００℃
の温度で１時間熱アニールを行い結晶中に取り込まれた
Ｈ原子を追い出し、Ｍｇを活性化させｐ濃度を向上させ
た。
ある反応管に導入し、Ｈ2 キャリアガスを反応管に流し
た。その状態で基板を１１５０℃に昇温させ、１０分間
過熱したのち５５０℃に下げて、ＮＨ3 とＴＭＧａを導
入して層厚３０ｎｍのＧａＮバッファ層１０２を成長さ
せた。その後、Ｈ2 キャリアガスを反応管に流したまま
基板温度を１０００℃に上げてＮＨ3 とＴＭＧａとＳｉ
Ｈ4 を導入して層厚３μｍのｎ−ＧａＮ層１０３を成長
させる。サファイア基板とＧａＮには１４％もの格子不
整合があるが、低温成長のＧａＮバッファ層１０２を最
初に成長させ、かつその層厚を制御することで結晶性の
よいＧａＮが得られた。次にＴＭＩｎを導入しクラッキ
ング防止のための層厚１００ｎｍのｎ−Ｉｎ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ層１０４を成長させた。このようにして順次成長
させた。本発明の特徴であるｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コ
ンタクト層１１２はＮＨ3 とＡｓＨ3 とＴＭＧａとＣＰ
2 Ｍｇを導入して成長させた。ｐ−ドーピング濃度は５
×１０18cm-3以上とした。ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コン
タクト層１１２の層圧を１５ｎｍとすることで臨界膜厚
以内の良好な品質の結晶が得られた。成長後は６００℃
の温度で１時間熱アニールを行い結晶中に取り込まれた
Ｈ原子を追い出し、Ｍｇを活性化させｐ濃度を向上させ
た。
【００２１】成長終了後の降温はサファイア基板が割れ
ないようにゆっくり行った。ウエハを取り出した後、ｐ
−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層１１２上にｐ電極１
１３を付け、エッチングを行いｎ−ＧａＮ層１０３にｎ
電極１１４を取り付けてＬＤ素子を得た。以下の実施例
のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの活性層を含む本体の構造
は共通であり、コンタクト層および電極の部分が異なる
だけである。従って本発明は任意の構造のＬＤに適用可
能である。
ないようにゆっくり行った。ウエハを取り出した後、ｐ
−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層１１２上にｐ電極１
１３を付け、エッチングを行いｎ−ＧａＮ層１０３にｎ
電極１１４を取り付けてＬＤ素子を得た。以下の実施例
のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの活性層を含む本体の構造
は共通であり、コンタクト層および電極の部分が異なる
だけである。従って本発明は任意の構造のＬＤに適用可
能である。
【００２２】［実施例２］図２は、本発明の第２の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図２に
示すように、ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層１１
２の部分のみが異なる以外は第１の実施例と同じＬＤ構
造である。即ち、第２実施例は、第１実施例の層厚１５
ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層１１２を層
厚２０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.01Ｎ0.99コンタクト層２０
１、層厚５ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.02Ｎ0.98コンタクト層
２０２、層厚１０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタ
クト層２０３からなるステップコンタクト層２０４に置
き換えた構造のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。ステ
ップコンタクト層２０４ではコンタクト層のバンドギャ
ップの大きさがＡｓ組成の増大によって徐々に小さくな
っている。これにより、ｐ−ＧａＮクラッド層１１１と
ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層２０３との急激な
バンドギャップ差を緩和できるので素子の抵抗を下げる
ことができる。
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図２に
示すように、ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層１１
２の部分のみが異なる以外は第１の実施例と同じＬＤ構
造である。即ち、第２実施例は、第１実施例の層厚１５
ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層１１２を層
厚２０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.01Ｎ0.99コンタクト層２０
１、層厚５ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.02Ｎ0.98コンタクト層
２０２、層厚１０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタ
クト層２０３からなるステップコンタクト層２０４に置
き換えた構造のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。ステ
ップコンタクト層２０４ではコンタクト層のバンドギャ
ップの大きさがＡｓ組成の増大によって徐々に小さくな
っている。これにより、ｐ−ＧａＮクラッド層１１１と
ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層２０３との急激な
バンドギャップ差を緩和できるので素子の抵抗を下げる
ことができる。
【００２３】［実施例３］図３は、本発明の第３の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図３に
示すように、ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層１１
２を層厚２０ｎｍのｐ−ＧａＰ0.04Ｎ0.96コンタクト層
３０１に置き換えた構造のＬＤであり、それ以外は第１
の実施例と同じ構造のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤであ
る。ＧａＰXＮ1-X もＰ組成Ｘの増加と共にバンドギャ
ップが大きく低下する性質を有する。また、ＧａＰ0.04
Ｎ0.96はＧａＡｓ0.04Ｎ0.96よりＧａＮに対する歪量が
少ないのでコンタクト層の厚さを大きくとれる利点があ
る。
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図３に
示すように、ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層１１
２を層厚２０ｎｍのｐ−ＧａＰ0.04Ｎ0.96コンタクト層
３０１に置き換えた構造のＬＤであり、それ以外は第１
の実施例と同じ構造のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤであ
る。ＧａＰXＮ1-X もＰ組成Ｘの増加と共にバンドギャ
ップが大きく低下する性質を有する。また、ＧａＰ0.04
Ｎ0.96はＧａＡｓ0.04Ｎ0.96よりＧａＮに対する歪量が
少ないのでコンタクト層の厚さを大きくとれる利点があ
る。
【００２４】［実施例４］図４は、本発明の第４の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図４に
示すように、実施例２のステップコンタクト層２０４
を、層厚５ｎｍのｐ−ＧａＰ0.01Ｎ0.99コンタクト層４
０１と層厚５ｎｍのｐ−ＧａＰ0.02Ｎ0.98コンタクト層
４０２と層厚１２ｎｍのｐ−ＧａＰ0.04Ｎ0.96コンタク
ト層４０３からなるステップコンタクト層４０４に置き
換えた構造のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。ステッ
プコンタクト層４０４により、ｐ−ＧａＮクラッド層１
１１とｐ−ＧａＰ0.04Ｎ0.96コンタクト層４０３との急
激なバンドギャップ差を緩和できるので素子の抵抗を下
げることができる。
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図４に
示すように、実施例２のステップコンタクト層２０４
を、層厚５ｎｍのｐ−ＧａＰ0.01Ｎ0.99コンタクト層４
０１と層厚５ｎｍのｐ−ＧａＰ0.02Ｎ0.98コンタクト層
４０２と層厚１２ｎｍのｐ−ＧａＰ0.04Ｎ0.96コンタク
ト層４０３からなるステップコンタクト層４０４に置き
換えた構造のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。ステッ
プコンタクト層４０４により、ｐ−ＧａＮクラッド層１
１１とｐ−ＧａＰ0.04Ｎ0.96コンタクト層４０３との急
激なバンドギャップ差を緩和できるので素子の抵抗を下
げることができる。
【００２５】［実施例５］図５は、本発明の第５の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図５に
示すように、層厚１５ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コ
ンタクト層５０１とｐ電極１１３の間に層厚１５ｎｍの
Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層５０２を挟んだ構造を
している以外は実施例１と同構造のＧａＮ系窒化物半導
体ＬＤである。Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層５０２
は引張歪であり、ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層
５０１は圧縮歪なので、これらを組み合わせることで歪
補償しあい全体の歪量は低減されている。これらの金属
間化合物の結晶構造はＣｓＣｌ型であり、ＧａＡｓやＩ
ｎＰ等のIII-Ｖ化合物半導体の閃亜鉛鉱型結晶構造やＧ
ａＮのウルツ型結晶構造とは異なっている。しかしなが
らＮｉ0.5 Ｉｎ0.5 の格子定数３．１はウルツ型ＧａＮ
の面内格子定数３．１６にほぼ等しいため、ＧａＮ上へ
のエピタキシャル成長が可能である。ｐ−ＧａＡｓ0.04
Ｎ0.96コンタクト層５０１までは上述した成長条件で行
う。しかしながらＧａＮ上の金属間化合物薄膜の結晶成
長は、異種原子構造のヘテロエピタキシャル成長なの
で、通常とは異なる成長条件が必要である。
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図５に
示すように、層厚１５ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コ
ンタクト層５０１とｐ電極１１３の間に層厚１５ｎｍの
Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層５０２を挟んだ構造を
している以外は実施例１と同構造のＧａＮ系窒化物半導
体ＬＤである。Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層５０２
は引張歪であり、ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層
５０１は圧縮歪なので、これらを組み合わせることで歪
補償しあい全体の歪量は低減されている。これらの金属
間化合物の結晶構造はＣｓＣｌ型であり、ＧａＡｓやＩ
ｎＰ等のIII-Ｖ化合物半導体の閃亜鉛鉱型結晶構造やＧ
ａＮのウルツ型結晶構造とは異なっている。しかしなが
らＮｉ0.5 Ｉｎ0.5 の格子定数３．１はウルツ型ＧａＮ
の面内格子定数３．１６にほぼ等しいため、ＧａＮ上へ
のエピタキシャル成長が可能である。ｐ−ＧａＡｓ0.04
Ｎ0.96コンタクト層５０１までは上述した成長条件で行
う。しかしながらＧａＮ上の金属間化合物薄膜の結晶成
長は、異種原子構造のヘテロエピタキシャル成長なの
で、通常とは異なる成長条件が必要である。
【００２６】以下にこの実施例で用いたＧａＮ上の金属
間化合物層の成長方法を述べる。ＧａＮ上に金属間化合
物層を成長させる際には、ＧａＮ半導体層の表面をＧａ
の単原子層で覆い、成長室の残留Ｖ族の量を十分に落と
し、次に金属間化合物層の遷移金属であるＮｉを１原子
層成長させてから、Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層を
成長させた。金属間化合物層の成長温度は低温で行っ
た。マイグレーション・エンハンスドエピタキシー（Ｍ
ＥＥ）成長ならば３５０℃程度、ＭＢＥ成長ならば４５
０℃程度である。但し、格子整合系の金属間化合物層に
おいては、２５０℃程度の成長温度でＩｎＰ上にＭＥＥ
成長させてもよい。
間化合物層の成長方法を述べる。ＧａＮ上に金属間化合
物層を成長させる際には、ＧａＮ半導体層の表面をＧａ
の単原子層で覆い、成長室の残留Ｖ族の量を十分に落と
し、次に金属間化合物層の遷移金属であるＮｉを１原子
層成長させてから、Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層を
成長させた。金属間化合物層の成長温度は低温で行っ
た。マイグレーション・エンハンスドエピタキシー（Ｍ
ＥＥ）成長ならば３５０℃程度、ＭＢＥ成長ならば４５
０℃程度である。但し、格子整合系の金属間化合物層に
おいては、２５０℃程度の成長温度でＩｎＰ上にＭＥＥ
成長させてもよい。
【００２７】［実施例６］図６は、本発明の第６の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図６に
示すように実施例５のＮｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層
５０２を、ＧａＮに格子整合した層厚５０ｎｍのＮｉ
0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物層６０２で置
き換えた構造をしていること以外は実施例５と同構造の
ＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。Ｎｉ0.5 （ＴｌX Ｉ
ｎ1-X ）0.5 金属間化合物層６０２でｐ−ＧａＡｓ0.08
Ｎ0.92コンタクト層５０１を挟むことにより、１．５ｅ
Ｖのバンドギャップの低減が実現できる。Ｎｉ0.5 （Ｔ
ｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物層６０２はＧａＮに格
子整合しているので、高品質で厚膜の金属間化合物のエ
ピタキシャル電極が形成できる。
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図６に
示すように実施例５のＮｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層
５０２を、ＧａＮに格子整合した層厚５０ｎｍのＮｉ
0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物層６０２で置
き換えた構造をしていること以外は実施例５と同構造の
ＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。Ｎｉ0.5 （ＴｌX Ｉ
ｎ1-X ）0.5 金属間化合物層６０２でｐ−ＧａＡｓ0.08
Ｎ0.92コンタクト層５０１を挟むことにより、１．５ｅ
Ｖのバンドギャップの低減が実現できる。Ｎｉ0.5 （Ｔ
ｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物層６０２はＧａＮに格
子整合しているので、高品質で厚膜の金属間化合物のエ
ピタキシャル電極が形成できる。
【００２８】［実施例７］図７は、本発明の第７の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図７に
示すように、層厚１９ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.08Ｎ0.92コ
ンタクト層７０１、ＧａＮに格子整合した層厚１０ｎｍ
のＮｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物層７０
２、層厚１０ｎｍのＮｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層７
０３、ＧａＮに格子整合した層厚５０ｎｍのＮｉ0.5
（ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物層７０４からなる
コンタクト層構造を有するＧａＮ系窒化物半導体ＬＤで
ある。ＧａＮに格子整合した層厚１０ｎｍのＮｉ0.5
（ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物層７０２はｐ−Ｇ
ａＡｓ0.08Ｎ0.92コンタクト層７０１とＮｉ0.5 Ｉｎ
0.5金属間化合物層７０３の界面歪の急激な変化を改善
するための緩和層である。
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図７に
示すように、層厚１９ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.08Ｎ0.92コ
ンタクト層７０１、ＧａＮに格子整合した層厚１０ｎｍ
のＮｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物層７０
２、層厚１０ｎｍのＮｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層７
０３、ＧａＮに格子整合した層厚５０ｎｍのＮｉ0.5
（ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物層７０４からなる
コンタクト層構造を有するＧａＮ系窒化物半導体ＬＤで
ある。ＧａＮに格子整合した層厚１０ｎｍのＮｉ0.5
（ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物層７０２はｐ−Ｇ
ａＡｓ0.08Ｎ0.92コンタクト層７０１とＮｉ0.5 Ｉｎ
0.5金属間化合物層７０３の界面歪の急激な変化を改善
するための緩和層である。
【００２９】［実施例８］図８は、本発明の第８の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図８に
示すように、層厚５ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.01Ｎ0.99バリ
ア層８０１と層厚３ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.08Ｎ0.92ウエ
ル層８０２の５周期の超格子コンタクト層８０４とＧａ
Ｎに格子整合した層厚５０ｎｍのＮｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ
1-X ）0.5金属間化合物層８０３からなるコンタクト層
構造を有するＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。ホール
は層厚４０ｎｍの超格子コンタクト層８０４を共鳴トン
ネルで透過し金属電極に到達することができるため接触
抵抗が低減する。
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図８に
示すように、層厚５ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.01Ｎ0.99バリ
ア層８０１と層厚３ｎｍのｐ−ＧａＡｓ0.08Ｎ0.92ウエ
ル層８０２の５周期の超格子コンタクト層８０４とＧａ
Ｎに格子整合した層厚５０ｎｍのＮｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ
1-X ）0.5金属間化合物層８０３からなるコンタクト層
構造を有するＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。ホール
は層厚４０ｎｍの超格子コンタクト層８０４を共鳴トン
ネルで透過し金属電極に到達することができるため接触
抵抗が低減する。
【００３０】
【発明の効果】本発明におけるコンタクト層は、ＧａＮ
の半分のバンドギャップを有しかつ臨界膜厚以下の層厚
を有する良質なｐ型ＧａＮ1-X ＡｓX 結晶である。バン
ドギャップが小さいため５×１０18cm-3以上の高濃度の
ｐドーピングを行うことができる。本発明に用いられる
Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 やＮｉ0.5 （Ｉｎ1-X ＴｌX ）0.5 な
どの金属間化合物層は、ＧａＮ1-X ＡｓX 歪コンタクト
層をＧａＮ層とで挟んで支えるため転位が入りにくくな
り、臨界膜厚は２倍に増大する。従って、よりバンドギ
ャップの小さいＧａＮ1-X ＡｓX 層をコンタクト層に用
いることができる。その結果、金属電極と半導体コンタ
クト層界面のホールのショットキーバリアの幅と高さを
半減させることができる。これによって窒化物半導体発
光素子の接触抵抗が大きく低減し、通常のＧａＡｓ基板
上のＬＤ素子に近い動作電圧が得られる。その結果、動
作時の発熱が抑えられるため窒化物半導体レーザの室温
連続動作を達成することができる。それに加えて、窒化
物半導体レーザの閾値、温度特性、信頼性を著しく向上
させることができる。
の半分のバンドギャップを有しかつ臨界膜厚以下の層厚
を有する良質なｐ型ＧａＮ1-X ＡｓX 結晶である。バン
ドギャップが小さいため５×１０18cm-3以上の高濃度の
ｐドーピングを行うことができる。本発明に用いられる
Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 やＮｉ0.5 （Ｉｎ1-X ＴｌX ）0.5 な
どの金属間化合物層は、ＧａＮ1-X ＡｓX 歪コンタクト
層をＧａＮ層とで挟んで支えるため転位が入りにくくな
り、臨界膜厚は２倍に増大する。従って、よりバンドギ
ャップの小さいＧａＮ1-X ＡｓX 層をコンタクト層に用
いることができる。その結果、金属電極と半導体コンタ
クト層界面のホールのショットキーバリアの幅と高さを
半減させることができる。これによって窒化物半導体発
光素子の接触抵抗が大きく低減し、通常のＧａＡｓ基板
上のＬＤ素子に近い動作電圧が得られる。その結果、動
作時の発熱が抑えられるため窒化物半導体レーザの室温
連続動作を達成することができる。それに加えて、窒化
物半導体レーザの閾値、温度特性、信頼性を著しく向上
させることができる。
【図１】本発明の第１の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。
ＬＤの断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。
ＬＤの断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。
ＬＤの断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。
ＬＤの断面図である。
【図５】本発明の第５の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。
ＬＤの断面図である。
【図６】本発明の第６の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。
ＬＤの断面図である。
【図７】本発明の第７の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。
ＬＤの断面図である。
【図８】本発明の第８の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。
ＬＤの断面図である。
【図９】金属電極とｐ型半導体層界面のバンド構造を模
式的に示す断面図である。
式的に示す断面図である。
【図１０】ＧａＮ1-X ＡｓX 層のＡｓ組成Ｘと格子歪量
εとの関係を示すグラフである。
εとの関係を示すグラフである。
【図１１】ＧａＮ1-X ＡｓX 層のＡｓ組成Ｘとバンドギ
ャップの関係を示すグラフである。
ャップの関係を示すグラフである。
【図１２】ＧａＮ1-X ＡｓX 層のＡｓ組成Ｘと臨界膜厚
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図１３】両側から挟まれたＧａＮ1-X ＡｓX 層のＡｓ
組成Ｘと臨界膜厚の関係を示すグラフである。
組成Ｘと臨界膜厚の関係を示すグラフである。
【図１４】従来のＧａＮ系の窒化物半導体ＬＤ素子の構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
１０１ Ａ面サファイア基板 １０２ ＧａＮバッファ層 １０３ ｎ−ＧａＮ層 １０４ ｎ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層 １０５ ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層 １０６ ｎ−ＧａＮ層 １０７ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層 １０８ ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層 １０９ ｐ−ＧａＮ層 １１０ ｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １１１ ｐ−ＧａＮクラッド層 １１２ ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層 １１３ ｐ電極 １１４ ｎ電極 ２０１ ｐ−ＧａＡｓ0.01Ｎ0.99コンタクト層 ２０２ ｐ−ＧａＡｓ0.02Ｎ0.98コンタクト層 ２０３ ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層 ２０４ ステップコンタクト層 ３０１ ｐ−ＧａＰ0.04Ｎ0.96コンタクト層 ４０１ ｐ−ＧａＰ0.01Ｎ0.99コンタクト層 ４０２ ｐ−ＧａＰ0.02Ｎ0.98コンタクト層 ４０３ ｐ−ＧａＰ0.04Ｎ0.96コンタクト層 ４０４ ステップコンタクト層 ５０１ ｐ−ＧａＡｓ0.04Ｎ0.96コンタクト層 ５０２ Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層 ６０２ Ｎｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物
層 ７０１ ｐ−ＧａＡｓ0.08Ｎ0.92コンタクト層 ７０２ Ｎｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物
層 ７０３ Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層 ７０４ Ｎｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物
層 ８０１ ｐ−ＧａＡｓ0.01Ｎ0.99バリア層 ８０２ ｐ−ＧａＡｓ0.08Ｎ0.92ウエル層 ８０３ Ｎｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物
層 ８０４ 超格子コンタクト層 ９０１ 伝導帯 ９０２ フェルミレベル ９０３ 価電子帯 ９０４ ショットキーバリアの幅 ９０５ ショットキーバリアの高さ ９０６ ホール ９０７ 金属電極 ９０８ ｐ型半導体層
層 ７０１ ｐ−ＧａＡｓ0.08Ｎ0.92コンタクト層 ７０２ Ｎｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物
層 ７０３ Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 金属間化合物層 ７０４ Ｎｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物
層 ８０１ ｐ−ＧａＡｓ0.01Ｎ0.99バリア層 ８０２ ｐ−ＧａＡｓ0.08Ｎ0.92ウエル層 ８０３ Ｎｉ0.5 （ＴｌX Ｉｎ1-X ）0.5 金属間化合物
層 ８０４ 超格子コンタクト層 ９０１ 伝導帯 ９０２ フェルミレベル ９０３ 価電子帯 ９０４ ショットキーバリアの幅 ９０５ ショットキーバリアの高さ ９０６ ホール ９０７ 金属電極 ９０８ ｐ型半導体層
Claims (9)
- 【請求項１】 ＧａＮ系の窒化物半導体を用いた発光素
子において、 金属電極側の半導体層が、ｐ型またはｎ型の、ＧａＮ
1-X ＡｓX 層（０＜Ｘ＜０．２）またはＩｎＧａＮ1-X
ＡｓX 層（０＜Ｘ＜０．２）であって、かつ、その層厚
が、前記発光素子のクラッド層に対する臨界膜厚以下で
あることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記半導体層が、Ａｓ組成Ｘの異なる複
数の、ＧａＮ1-X ＡｓX 層（０＜Ｘ＜０．２）またはＩ
ｎＧａＮ1-X ＡｓX 層（０＜Ｘ＜０．２）を、そのＡｓ
組成Ｘが電極に近づくに従って大きくなるように組み合
わせて構成されてい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。 - 【請求項３】 ＧａＮ系の窒化物半導体を用いた発光素
子において、 金属電極側の半導体層が、ｐ型またはｎ型のＩｎＧａＮ
1-Y ＰY層（０＜Ｙ＜０．２）であっ て、かつ、その層
厚が、前記発光素子のクラッド層に対する臨界膜厚以下
であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】 請求項３記載の半導体層が、Ｐ組成Ｙの
異なる複数の、ＧａＮ1-Y ＰY 層（０＜Ｙ＜０．２）ま
たはＩｎＧａＮ1-Y ＰY 層（０＜Ｙ＜０．２）を、その
Ｐ組成Ｙが電極に近づくに従って大きくなるように 組
み合わせて構成されていることを特徴とする請求項３記
載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記半導体層の層厚が、１ｎｍ以上で１
００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記金属電極と前記半導体層との間に、
さらに金属間化合物エピタキシャル層を、それぞれの層
に隣接して形成してなることを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記金属間化合物エピタキシャル層が、
Ｎｉ0.5 Ｉｎ0.5 、またはＮｉ0.5 （Ｉｎ1-W Ｔｌ
Ｗ ）0.5 （０＜Ｗ＜１）であることを特徴とする請求
項６記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項８】 前記半導体層の層厚が、２ｎｍ以上で２
００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６または７
記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項９】 前記半導体層が、ｐ型のＧａＮ1-X1Ａｓ
X1層（０＜Ｘ１＜０．２）ウエル層とｐ型のＧａＮ1-X2
ＡｓX2層（０≦Ｘ２＜Ｘ１＜０．２）バリア層との超格
子構造体であることを特徴とする請求項１または２記載
の窒化物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000189321A JP3279308B2 (ja) | 1996-09-10 | 2000-06-23 | 窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000189321A JP3279308B2 (ja) | 1996-09-10 | 2000-06-23 | 窒化物半導体発光素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23930996A Division JPH1093194A (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001024286A true JP2001024286A (ja) | 2001-01-26 |
| JP3279308B2 JP3279308B2 (ja) | 2002-04-30 |
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ID=18688964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000189321A Expired - Fee Related JP3279308B2 (ja) | 1996-09-10 | 2000-06-23 | 窒化物半導体発光素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3279308B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100986464B1 (ko) | 2003-09-01 | 2010-10-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
| KR101199796B1 (ko) | 2010-10-15 | 2012-11-12 | 한국광기술원 | 질화물계 반도체 발광소자 및 그의 제조 방법 |
-
2000
- 2000-06-23 JP JP2000189321A patent/JP3279308B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP3279308B2 (ja) | 2002-04-30 |
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