JP2001036196A - ｐ型ドーパント材料拡散防止層付き窒化ガリウム系発光素子 - Google Patents
ｐ型ドーパント材料拡散防止層付き窒化ガリウム系発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐ型のドーパントであるマグネシウムの発光
層への拡散を防止することによって、バンド間遷移確率
の高い窒化ガリウム系レーザまたは設計値通りのスペク
トルで発光する窒化ガリウム系発光ダイオードなどの窒
化ガリウム系発光素子を提供すること。 【解決手段】 マグネシウムが添加されたｐ型半導体層
と発光層の間に、珪素が添加されたｎ型半導体層を形成
する。前記ｎ型半導体層がマグネシウムの拡散を防止す
るため、マグネシウムがｐ型半導体層から発光層へと拡
散することがない。よって、本発明の窒化ガリウム系レ
ーザは、量子井戸層に於けるバンド間遷移確率が低下す
ることがなく、発振しきい値電流が低い。また本発明の
発光ダイオードは、発光が期待したスペクトルからずれ
ることがない。
層への拡散を防止することによって、バンド間遷移確率
の高い窒化ガリウム系レーザまたは設計値通りのスペク
トルで発光する窒化ガリウム系発光ダイオードなどの窒
化ガリウム系発光素子を提供すること。 【解決手段】 マグネシウムが添加されたｐ型半導体層
と発光層の間に、珪素が添加されたｎ型半導体層を形成
する。前記ｎ型半導体層がマグネシウムの拡散を防止す
るため、マグネシウムがｐ型半導体層から発光層へと拡
散することがない。よって、本発明の窒化ガリウム系レ
ーザは、量子井戸層に於けるバンド間遷移確率が低下す
ることがなく、発振しきい値電流が低い。また本発明の
発光ダイオードは、発光が期待したスペクトルからずれ
ることがない。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系発光
素子に関し、特にｐ型のドーパント材料の活性層への拡
散を防止した窒化ガリウム系発光素子に関する。
素子に関し、特にｐ型のドーパント材料の活性層への拡
散を防止した窒化ガリウム系発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウムは、燐化インジウムや砒化
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム系
化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子、特に半
導体レーザ（以下単にレーザ）への応用が期待されてい
る。
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム系
化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子、特に半
導体レーザ（以下単にレーザ）への応用が期待されてい
る。
【０００３】従来、窒化ガリウム系の発光素子は、発光
層より基板側にｎ型半導体層、表面側にｐ型半導体層が
形成されていた。
層より基板側にｎ型半導体層、表面側にｐ型半導体層が
形成されていた。
【０００４】図８は、上記のような従来の技術を用いた
窒化ガリウム系レーザの概略断面図である(S.Nakamura
et al.,Extended Abstracts of 1996 International Co
nference on Solid State Devices and Materials,Yoko
hama,1996,pp.67-69)。
窒化ガリウム系レーザの概略断面図である(S.Nakamura
et al.,Extended Abstracts of 1996 International Co
nference on Solid State Devices and Materials,Yoko
hama,1996,pp.67-69)。
【０００５】図８に於いて、この窒化ガリウム系レーザ
は、（１１−２０）面を表面とするサファイア基板１０
１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温
成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μｍの
ｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が添加され
た厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防
止層１０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａ
ｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された
厚さ０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、
厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸
層と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁
層からなる７周期の多重量子井戸構造活性層８０７、マ
グネシウムが添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎインジウム解離防止層８０８、マグネシウムが
添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウム光ガイド
層１０９、マグネシウムが添加された厚さ０．４μｍの
ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、マグネシウ
ムが添加された厚さ０．２μｍのｐ型窒化ガリウムコン
タクト層１１１、ニッケル（第１層）および金（第２
層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１層）およびア
ルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１３が形成され
ている。
は、（１１−２０）面を表面とするサファイア基板１０
１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温
成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μｍの
ｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が添加され
た厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防
止層１０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａ
ｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された
厚さ０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、
厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸
層と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁
層からなる７周期の多重量子井戸構造活性層８０７、マ
グネシウムが添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎインジウム解離防止層８０８、マグネシウムが
添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウム光ガイド
層１０９、マグネシウムが添加された厚さ０．４μｍの
ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、マグネシウ
ムが添加された厚さ０．２μｍのｐ型窒化ガリウムコン
タクト層１１１、ニッケル（第１層）および金（第２
層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１層）およびア
ルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１３が形成され
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術を用いた窒
化ガリウム系発光素子に於いては、ｐ型のドーパントで
あるマグネシウムが半導体中を拡散しやすいため、ｐ型
半導体層からマグネシウムが発光層へと拡散し、発光素
子がレーザの場合はバンド間遷移確率の低下、または発
光ダイオードの場合は設計した発光スペクトルからのず
れなどを引き起こしていた。
化ガリウム系発光素子に於いては、ｐ型のドーパントで
あるマグネシウムが半導体中を拡散しやすいため、ｐ型
半導体層からマグネシウムが発光層へと拡散し、発光素
子がレーザの場合はバンド間遷移確率の低下、または発
光ダイオードの場合は設計した発光スペクトルからのず
れなどを引き起こしていた。
【０００７】例えば、図８に示された窒化ガリウム系レ
ーザに於いては、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ 0.8 Ｎインジウム解
離防止層８０８中に添加されているマグネシウムが、Ｉ
ｎ0. 2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ多重量子井戸活
性層８０７の７層あるＩｎ0. 2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層中
へと拡散している。
ーザに於いては、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ 0.8 Ｎインジウム解
離防止層８０８中に添加されているマグネシウムが、Ｉ
ｎ0. 2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ多重量子井戸活
性層８０７の７層あるＩｎ0. 2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層中
へと拡散している。
【０００８】本発明の目的は、ｐ型のドーパントである
マグネシウムの発光層への拡散を防止することによっ
て、バンド間遷移確率の高い窒化ガリウム系レーザまた
は設計値通りのスペクトルで発光する窒化ガリウム系発
光ダイオードなどの窒化ガリウム系発光素子を提供する
ことである。
マグネシウムの発光層への拡散を防止することによっ
て、バンド間遷移確率の高い窒化ガリウム系レーザまた
は設計値通りのスペクトルで発光する窒化ガリウム系発
光ダイオードなどの窒化ガリウム系発光素子を提供する
ことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
窒化ガリウム系発光素子は、半導体層中を拡散しやすい
ｐ型ドーパント材料が添加されたｐ型半導体層と活性層
の間にｎ型拡散防止層が設けられていることを特徴とす
る。
窒化ガリウム系発光素子は、半導体層中を拡散しやすい
ｐ型ドーパント材料が添加されたｐ型半導体層と活性層
の間にｎ型拡散防止層が設けられていることを特徴とす
る。
【００１０】本発明の請求項２に係る窒化ガリウム系発
光素子は、半導体層中を拡散しやすいｐ型ドーパント材
料が添加されたｐ型半導体層と活性層の間にインジウム
解離防止層が設けられ、このｐ型半導体層とインジウム
解離防止層の間にｎ型拡散防止層が設けられていること
を特徴とする。
光素子は、半導体層中を拡散しやすいｐ型ドーパント材
料が添加されたｐ型半導体層と活性層の間にインジウム
解離防止層が設けられ、このｐ型半導体層とインジウム
解離防止層の間にｎ型拡散防止層が設けられていること
を特徴とする。
【００１１】本発明の請求項３に係る窒化ガリウム系発
光素子は、半導体層中を拡散しやすいｐ型ドーパント材
料が添加されたｐ型半導体層と活性層の間にインジウム
解離防止層が設けられ、インジウム解離防止層がｎ型半
導体層であることを特徴とする。
光素子は、半導体層中を拡散しやすいｐ型ドーパント材
料が添加されたｐ型半導体層と活性層の間にインジウム
解離防止層が設けられ、インジウム解離防止層がｎ型半
導体層であることを特徴とする。
【００１２】本発明の請求項４に係る窒化ガリウム系発
光素子は、量子井戸活性層の半導体層中を拡散しやすい
ｐ型ドーパント材料が添加されたｐ型半導体層側の障壁
層がｎ型半導体層であることを特徴とする。
光素子は、量子井戸活性層の半導体層中を拡散しやすい
ｐ型ドーパント材料が添加されたｐ型半導体層側の障壁
層がｎ型半導体層であることを特徴とする。
【００１３】本発明の請求項５に係る窒化ガリウム系発
光素子は、多重量子井戸活性層の障壁層がｎ型半導体層
であることを特徴とする。
光素子は、多重量子井戸活性層の障壁層がｎ型半導体層
であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
【００１５】《実施例１》図１は、本発明の実施例１に
おける窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。図１
に於いて、この窒化ガリウム系レーザは、（１１−２
０）面を表面とするサファイア基板１０１上に、厚さ３
００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層
１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１μ
ｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0. 95Ｎクラック防止層１０４、珪
素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍ
のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、７周期の多重量
子井戸構造活性層１０７、厚さ２００Åのアンドープの
ＡｌＧａＮインジウム解離防止層１０８、珪素が添加さ
れた厚さ２００Åのｎ型窒化ガリウム拡散防止層１１
４、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒
化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加され
た厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ
型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル（第１
層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン
（第１層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電
極１１３が形成されている。
おける窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。図１
に於いて、この窒化ガリウム系レーザは、（１１−２
０）面を表面とするサファイア基板１０１上に、厚さ３
００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層
１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１μ
ｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0. 95Ｎクラック防止層１０４、珪
素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍ
のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、７周期の多重量
子井戸構造活性層１０７、厚さ２００Åのアンドープの
ＡｌＧａＮインジウム解離防止層１０８、珪素が添加さ
れた厚さ２００Åのｎ型窒化ガリウム拡散防止層１１
４、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒
化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加され
た厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ
型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル（第１
層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン
（第１層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電
極１１３が形成されている。
【００１６】図５に実施例１における多重量子井戸構造
活性層１０７の概略断面図を示す。図５に於いて、多重
量子井戸構造活性層１０７は、厚さ５０Åのアンドープ
のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層５０１と厚さ２５Åのアン
ドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層５０２との周期
構造からなる。
活性層１０７の概略断面図を示す。図５に於いて、多重
量子井戸構造活性層１０７は、厚さ５０Åのアンドープ
のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層５０１と厚さ２５Åのアン
ドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層５０２との周期
構造からなる。
【００１７】本実施例１では、ＩｎＧａＮ量子井戸層と
ＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸活性層に続いて
形成されたアンドープのＡｌＧａＮインジウム解離防止
層とマグネシウムが添加されたｐ型窒化ガリウム光ガイ
ド層との間に、珪素が添加されたｎ型窒化ガリウム層を
形成することにより、マグネシウムが量子井戸層中へ拡
散することを防止している。
ＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸活性層に続いて
形成されたアンドープのＡｌＧａＮインジウム解離防止
層とマグネシウムが添加されたｐ型窒化ガリウム光ガイ
ド層との間に、珪素が添加されたｎ型窒化ガリウム層を
形成することにより、マグネシウムが量子井戸層中へ拡
散することを防止している。
【００１８】《実施例２》図２は、本発明の実施例２に
おける窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。図２
に於いて、この窒化ガリウム系レーザは、（１１−２
０）面を表面とするサファイア基板１０１上に、厚さ３
００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層
１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１μ
ｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0. 95Ｎクラック防止層１０４、珪
素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍ
のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、７周期の多重量
子井戸構造活性層１０７、珪素が添加された厚さ２００
Åのｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防止層２０
８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒
化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加され
た厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ
型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル（第１
層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン
（第１層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電
極１１３が形成されている。多重量子井戸構造活性層１
０７の構造は実施例１と同様である。
おける窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。図２
に於いて、この窒化ガリウム系レーザは、（１１−２
０）面を表面とするサファイア基板１０１上に、厚さ３
００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層
１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１μ
ｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0. 95Ｎクラック防止層１０４、珪
素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍ
のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、７周期の多重量
子井戸構造活性層１０７、珪素が添加された厚さ２００
Åのｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防止層２０
８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒
化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加され
た厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．２μｍのｐ
型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル（第１
層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン
（第１層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電
極１１３が形成されている。多重量子井戸構造活性層１
０７の構造は実施例１と同様である。
【００１９】本実施例２では、ＩｎＧａＮ量子井戸層と
ＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸活性層に続いて
形成されたＡｌＧａＮインジウム解離防止層に珪素を添
加することにより、マグネシウムが量子井戸層中へ拡散
することを防止している。
ＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸活性層に続いて
形成されたＡｌＧａＮインジウム解離防止層に珪素を添
加することにより、マグネシウムが量子井戸層中へ拡散
することを防止している。
【００２０】《実施例３》図３は、本発明の実施例３に
おける窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。図３
に於いて、この窒化ガリウム系レーザは、（１１−２
０）面を表面とするサファイア基板１０１上に、厚さ３
００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層
１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１μ
ｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0. 95Ｎクラック防止層１０４、珪
素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍ
のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、７周期の多重量
子井戸構造活性層３０７、マグネシウムが添加された厚
さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防
止層８０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍ
のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが
添加された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．２
μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル
（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、
チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）からな
るｎ電極１１３が形成されている。
おける窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。図３
に於いて、この窒化ガリウム系レーザは、（１１−２
０）面を表面とするサファイア基板１０１上に、厚さ３
００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層
１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１μ
ｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0. 95Ｎクラック防止層１０４、珪
素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍ
のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、７周期の多重量
子井戸構造活性層３０７、マグネシウムが添加された厚
さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防
止層８０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍ
のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが
添加された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．２
μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル
（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、
チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）からな
るｎ電極１１３が形成されている。
【００２１】図６に実施例３における多重量子井戸構造
活性層３０７の概略断面図を示す。図６に於いて、多重
量子井戸構造活性層は、図６上から順に、珪素が添加さ
れた厚さ３５Åのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層６０１
と厚さ１５ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層
５０１と厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8Ｎ
量子井戸層５０２と、厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層５０１と厚さ２５Åのアンドープ
のＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層５０２との周期構造と
からなる。
活性層３０７の概略断面図を示す。図６に於いて、多重
量子井戸構造活性層は、図６上から順に、珪素が添加さ
れた厚さ３５Åのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層６０１
と厚さ１５ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層
５０１と厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8Ｎ
量子井戸層５０２と、厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層５０１と厚さ２５Åのアンドープ
のＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層５０２との周期構造と
からなる。
【００２２】本実施例３では、ＩｎＧａＮ量子井戸層と
ＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸活性層の最後の
障壁層に珪素を添加することにより、マグネシウムが量
子井戸層中へ拡散することを防止している。
ＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸活性層の最後の
障壁層に珪素を添加することにより、マグネシウムが量
子井戸層中へ拡散することを防止している。
【００２３】《実施例４》図４は、本発明の実施例４に
おける窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。図４
に於いて、この窒化ガリウム系レーザは、（１１−２
０）面を表面とするサファイア基板１０１上に、厚さ３
００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層
１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１μ
ｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0. 95Ｎクラック防止層１０４、珪
素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍ
のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、７周期の多重量
子井戸構造活性層４０７、マグネシウムが添加された厚
さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防
止層８０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍ
のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが
添加された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．２
μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル
（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、
チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）からな
るｎ電極１１３が形成されている。
おける窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。図４
に於いて、この窒化ガリウム系レーザは、（１１−２
０）面を表面とするサファイア基板１０１上に、厚さ３
００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層
１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウ
ムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１μ
ｍのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0. 95Ｎクラック防止層１０４、珪
素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍ
のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、７周期の多重量
子井戸構造活性層４０７、マグネシウムが添加された厚
さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防
止層８０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍ
のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが
添加された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．２
μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル
（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、
チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）からな
るｎ電極１１３が形成されている。
【００２４】図７に実施例４における多重量子井戸構造
活性層４０７の概略断面図を示す。図７に於いて、多重
量子井戸構造活性層は、図７上から順に、珪素が添加さ
れた厚さ３５Åのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層６０１
と厚さ１５ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層
５０１と、厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0. 8
Ｎ量子井戸層５０２と厚さ１５ÅのアンドープのＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層５０１と珪素が添加された厚さ２
０Åのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層６０１と厚さ１５
ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層５０１との
周期構造と、厚さ１５ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層５０１と珪素が添加された厚さ３５Åのｎ
型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層６０１とからなる。
活性層４０７の概略断面図を示す。図７に於いて、多重
量子井戸構造活性層は、図７上から順に、珪素が添加さ
れた厚さ３５Åのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層６０１
と厚さ１５ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層
５０１と、厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0. 8
Ｎ量子井戸層５０２と厚さ１５ÅのアンドープのＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層５０１と珪素が添加された厚さ２
０Åのｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層６０１と厚さ１５
ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層５０１との
周期構造と、厚さ１５ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層５０１と珪素が添加された厚さ３５Åのｎ
型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層６０１とからなる。
【００２５】本実施例４では、ＩｎＧａＮ量子井戸層と
ＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸活性層の全ての
障壁層に珪素を添加することにより、マグネシウムが量
子井戸層中へ拡散することを防止している。
ＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸活性層の全ての
障壁層に珪素を添加することにより、マグネシウムが量
子井戸層中へ拡散することを防止している。
【００２６】特に実施例４の窒化ガリウム系レーザは、
多重量子井戸活性層４０７に含まれる全ての障壁層６０
１に珪素が添加されているが、このように変調ｎドープ
された多重量子井戸活性層を持つレーザは、通常のアン
ドープの多重量子井戸活性層を持つレーザに比べ、発振
しきい値電流密度が低いという利点もある(K.Uomi,Jpn.
J.Appl.Phys.29(1990)p.81)。
多重量子井戸活性層４０７に含まれる全ての障壁層６０
１に珪素が添加されているが、このように変調ｎドープ
された多重量子井戸活性層を持つレーザは、通常のアン
ドープの多重量子井戸活性層を持つレーザに比べ、発振
しきい値電流密度が低いという利点もある(K.Uomi,Jpn.
J.Appl.Phys.29(1990)p.81)。
【００２７】上記実施例１ないし実施例４の窒化ガリウ
ム系レーザは、いずれも、レーザの発光層である量子井
戸層とｐ型半導体層との間に、珪素が添加されたｎ型半
導体層が形成されている。ｐ型のドーパントであるマグ
ネシウムは半導体中を拡散しやすいが、量子井戸層とｐ
型半導体層との間に形成されたｎ型半導体層がマグネシ
ウムの拡散を防止するため、マグネシウムがｐ型半導体
層から量子井戸層へと拡散することがない。よって、上
記実施例１ないし実施例４に示されたような本発明の窒
化ガリウム系レーザは、量子井戸層に於けるバンド間遷
移確率が低下することがなく、発振しきい値電流が低く
なる。
ム系レーザは、いずれも、レーザの発光層である量子井
戸層とｐ型半導体層との間に、珪素が添加されたｎ型半
導体層が形成されている。ｐ型のドーパントであるマグ
ネシウムは半導体中を拡散しやすいが、量子井戸層とｐ
型半導体層との間に形成されたｎ型半導体層がマグネシ
ウムの拡散を防止するため、マグネシウムがｐ型半導体
層から量子井戸層へと拡散することがない。よって、上
記実施例１ないし実施例４に示されたような本発明の窒
化ガリウム系レーザは、量子井戸層に於けるバンド間遷
移確率が低下することがなく、発振しきい値電流が低く
なる。
【００２８】本実施例１〜４で用いたマグネシウムがド
ープされたｐ型半導体層のドーピング濃度は２×１０19
ｃｍ-3（キャリア濃度は３×１０17ｃｍ-3）、珪素がド
ープされたｎ型半導体層のドーピング濃度は１×１０18
ｃｍ-3、珪素がドープされたマグネシウム拡散防止層の
ドーピング濃度は１×１０18ｃｍ-3とした。
ープされたｐ型半導体層のドーピング濃度は２×１０19
ｃｍ-3（キャリア濃度は３×１０17ｃｍ-3）、珪素がド
ープされたｎ型半導体層のドーピング濃度は１×１０18
ｃｍ-3、珪素がドープされたマグネシウム拡散防止層の
ドーピング濃度は１×１０18ｃｍ-3とした。
【００２９】なお、珪素がドープされたマグネシウム拡
散防止層は厚さ３０Å以上で、ドーピング濃度が５×１
０16ｃｍ-3以上であればマグネシウムの拡散を防止でき
る。拡散防止層の厚さとドーピング濃度については適用
する素子構造によって適宜最適な値を定めればよい。
散防止層は厚さ３０Å以上で、ドーピング濃度が５×１
０16ｃｍ-3以上であればマグネシウムの拡散を防止でき
る。拡散防止層の厚さとドーピング濃度については適用
する素子構造によって適宜最適な値を定めればよい。
【００３０】なお本実施例ではｐ型ドーパント材料とし
て、マグネシウムを用いたがこれに限られるわけではな
く、半導体に拡散しやすいｐ型ドーパント材料であれば
いずれにも適用可能である。
て、マグネシウムを用いたがこれに限られるわけではな
く、半導体に拡散しやすいｐ型ドーパント材料であれば
いずれにも適用可能である。
【００３１】また本実施例１〜４では活性層として多重
量子井戸（ＭＱＷ）活性層の例を示したが、これに限ら
れるわけではなく実施例１〜３はＳＱＷ活性層、実施例
１、２はバルク活性層にも適用可能である。また活性層
の組成としては一般式ＩｎxＡｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるもの
であればよく、また活性層を挟みダブルへテロ構造を形
成するｐ型、ｎ型半導体層の組成も一般式Ｉｎx Ａｌy
Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦
１）の範囲で適用できるものであればよい。
量子井戸（ＭＱＷ）活性層の例を示したが、これに限ら
れるわけではなく実施例１〜３はＳＱＷ活性層、実施例
１、２はバルク活性層にも適用可能である。また活性層
の組成としては一般式ＩｎxＡｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるもの
であればよく、また活性層を挟みダブルへテロ構造を形
成するｐ型、ｎ型半導体層の組成も一般式Ｉｎx Ａｌy
Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦
１）の範囲で適用できるものであればよい。
【００３２】
【発明の効果】本発明の、いずれも活性層（量子井戸構
造も含む）とｐ型半導体層との間に、ｎ型半導体層が形
成されている。半導体中を拡散しやすいｐ型のドーパン
トは活性層とｐ型半導体層との間に形成されたｎ型半導
体層が拡散を防止するため、ｐ型ドーパント材料がｐ型
半導体層から活性層へと拡散することがない。
造も含む）とｐ型半導体層との間に、ｎ型半導体層が形
成されている。半導体中を拡散しやすいｐ型のドーパン
トは活性層とｐ型半導体層との間に形成されたｎ型半導
体層が拡散を防止するため、ｐ型ドーパント材料がｐ型
半導体層から活性層へと拡散することがない。
【００３３】また発光ダイオードの場合、発光層とｐ型
半導体層の間にｎ型半導体層を形成すれば発光が期待し
たスペクトルからずれることがない。
半導体層の間にｎ型半導体層を形成すれば発光が期待し
たスペクトルからずれることがない。
【図１】 本発明の実施例１を示す窒化ガリウム系レー
ザの概略断面図である。
ザの概略断面図である。
【図２】 本発明の実施例２を示す窒化ガリウム系レー
ザの概略断面図である。
ザの概略断面図である。
【図３】 本発明の実施例３を示す窒化ガリウム系レー
ザの概略断面図である。
ザの概略断面図である。
【図４】 本発明の実施例３を示す窒化ガリウム系レー
ザの概略断面図である。
ザの概略断面図である。
【図５】 本発明の実施例１ないし実施例２に示した窒
化ガリウム系レーザの多重量子井戸活性層を示す概略断
面図である。
化ガリウム系レーザの多重量子井戸活性層を示す概略断
面図である。
【図６】 本発明の実施例３に示す窒化ガリウム系レー
ザの多重量子井戸活性層を示す概略断面図である。
ザの多重量子井戸活性層を示す概略断面図である。
【図７】 本発明の実施例３に示す窒化ガリウム系レー
ザの多重量子井戸活性層を示す概略断面図である。
ザの多重量子井戸活性層を示す概略断面図である。
【図８】 従来の技術を用いた窒化ガリウム系レーザの
概略断面図である。
概略断面図である。
１０１ （１１−２０）面を表面とするサファイア基板 １０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 １０３ ｎ型窒化ガリウムコンタクト層 １０４ ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎクラック防止層 １０５ ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １０６ ｎ型窒化ガリウム光ガイド層 １０７ 多重量子井戸活性層 １０８ Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防止層 １０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １１０ ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １１１ ｐ型窒化ガリウムコンタクト層 １１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 １１４ ｎ型窒化ガリウム拡散防止層 ２０８ ｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防止層 ３０７ 多重量子井戸活性層 ４０７ 多重量子井戸活性層 ５０１ Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層 ５０２ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層 ６０１ ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層 ８０７ 多重量子井戸活性層 ８０８ ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎインジウム解離防止層
Claims (8)
- 【請求項１】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層により活性
層を挟んだダブルへテロ構造を有し、前記ｐ型半導体層
に半導体層中を拡散しやすいｐ型ドーパント材料が添加
された窒化ガリウム系発光素子であって、前記ｐ型半導
体層と活性層の間にｎ型拡散防止層が設けられているこ
とを特徴とする窒化ガリウム系発光素子。 - 【請求項２】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層により活性
層を挟んだダブルへテロ構造を有し、前記ｐ型半導体層
に半導体層中を拡散しやすいｐ型ドーパント材料が添加
され、前記活性層とｐ型半導体層の間にインジウム解離
防止層が設けられた窒化ガリウム系発光素子であって、
前記ｐ型半導体層とインジウム解離防止層の間にｎ型拡
散防止層が設けられていることを特徴とする窒化ガリウ
ム系発光素子。 - 【請求項３】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層により活性
層を挟んだダブルへテロ構造を有し、前記ｐ型半導体層
に半導体層中を拡散しやすいｐ型ドーパント材料が添加
され、前記活性層とｐ型半導体層の間にインジウム解離
防止層が設けられた窒化ガリウム系発光素子であって、
前記インジウム解離防止層がｎ型半導体層であることを
特徴とする窒化ガリウム系発光素子。 - 【請求項４】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層により量子
井戸活性層を挟んだダブルへテロ構造を有し、前記ｐ型
半導体層に半導体層中を拡散しやすいｐ型ドーパント材
料が添加された窒化ガリウム系発光素子であって、アン
ドープ量子井戸活性層の最上部の障壁層がｎ型半導体層
であることを特徴とする窒化ガリウム系発光素子。 - 【請求項５】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層により多重
量子井戸活性層を挟んだダブルへテロ構造を有し、前記
ｐ型半導体層に半導体層中を拡散しやすいｐ型ドーパン
ト材料が添加された窒化ガリウム系発光素子であって、
前記多重量子井戸活性層の井戸層がアンドープ半導体層
であり、障壁層がｎ型半導体層であることを特徴とする
窒化ガリウム系発光素子。 - 【請求項６】 前記活性層の組成が一般式Ｉｎx Ａｌy
Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦
１）であることを特徴とする請求項１又は２又は３又は
４又は５記載の窒化ガリウム系発光素子。 - 【請求項７】 前記ｐ型半導体層の組成が一般式Ｉｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ
＋ｙ≦１）、前記ｎ型半導体層の組成が一般式Ｉｎx Ａ
ｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋
ｙ≦１）であることを特徴とする請求項６記載の窒化ガ
リウム系発光素子。 - 【請求項８】 前記ｐ型半導体のドーパント材料がマグ
ネシウムであり、ｎ型半導体のドーパント材料が珪素で
あることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は
５又は６又は７記載の窒化ガリウム系発光素子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000207658A JP2001036196A (ja) | 2000-01-01 | 2000-07-10 | ｐ型ドーパント材料拡散防止層付き窒化ガリウム系発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000207658A JP2001036196A (ja) | 2000-01-01 | 2000-07-10 | ｐ型ドーパント材料拡散防止層付き窒化ガリウム系発光素子 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP523197A Division JP3217004B2 (ja) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | ｐ型ドーパント材料拡散防止層付き窒化ガリウム系発光素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001036196A true JP2001036196A (ja) | 2001-02-09 |
Family
ID=18704388
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000207658A Pending JP2001036196A (ja) | 2000-01-01 | 2000-07-10 | ｐ型ドーパント材料拡散防止層付き窒化ガリウム系発光素子 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2001036196A (ja) |
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2000
- 2000-07-10 JP JP2000207658A patent/JP2001036196A/ja active Pending
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