JP2001144378A - Compound semiconductor light-emitting element and method for manufacturing the same - Google Patents

Compound semiconductor light-emitting element and method for manufacturing the same

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JP2001144378A
JP2001144378A JP2000260302A JP2000260302A JP2001144378A JP 2001144378 A JP2001144378 A JP 2001144378A JP 2000260302 A JP2000260302 A JP 2000260302A JP 2000260302 A JP2000260302 A JP 2000260302A JP 2001144378 A JP2001144378 A JP 2001144378A
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thin film
cladding layer
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thickness
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Atsushi Ogawa
淳 小河
Daisuke Hanaoka
大介 花岡
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Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high-performance light-emitting element of a gallium nitride base, which has a high crystallization by suppressing a lattice distortion between a clad layer and guide and light-emitting layers in the element. SOLUTION: A GaN-based compound semiconductor light-emitting element includes a first clad layer of AlGaN, a second clad layer of AlGaN, and an active layer sandwiched between the first and second clad layers. The first clad layer is made in the form of an alternately laminated structure of a thin film of Aly1Ga1-y1N (y1<=1) and a thin film of Alz1Ga1-z1N (0.005<=z1<y1).

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、発光特性、及び寿
命特性の優れたGaN系化合物半導体発光素子及びその
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a GaN-based compound semiconductor light-emitting device having excellent light-emitting characteristics and lifetime characteristics, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、GaN系化合物半導体は発光
素子や、ハイパワーデバイスとして、利用または研究さ
れており、その構成する組成を調節することにより、例
えば、発光素子の場合、技術的には青色から橙色までの
幅の広い発光素子として、利用することができる。近
年、その特性を利用して、青色発光ダイオードや、緑色
発光ダイオードの実用化がなされ、また、半導体レーザ
素子として青紫色半導体レーザが開発されてきている。
2. Description of the Related Art Hitherto, GaN-based compound semiconductors have been used or studied as light-emitting devices and high-power devices. It can be used as a light emitting element having a wide width from blue to orange. In recent years, blue light-emitting diodes and green light-emitting diodes have been put to practical use by utilizing their characteristics, and blue-violet semiconductor lasers have been developed as semiconductor laser devices.

【0003】GaN系化合物半導体の発光素子、特にレ
ーザダイオードの発光層付近の構成は、通常、Inを含
む発光層を挟んでn型及びp型のGaN光ガイド層が存
在し、さらにガイド層を挟む形でよりバンドギャップの
大きなn型及びp型のAlGaNクラッド層がある。
In a structure near a light emitting layer of a GaN-based compound semiconductor, particularly a light emitting layer of a laser diode, an n-type and a p-type GaN light guide layers are usually provided with an In-containing light emitting layer interposed therebetween. There are n-type and p-type AlGaN cladding layers with a larger band gap sandwiched therebetween.

【0004】ところが、AlNのa軸方向の格子定数は
3.11Å、GaNは3.19Å、InNは3.54Å
であり、クラッド層とガイド層、及び発光層との格子が
一致しないため、高い結晶性を有する素子の形成が困難
であった。
However, the lattice constant of AlN in the a-axis direction is 3.11 °, GaN is 3.19 °, and InN is 3.54 °.
Since the lattices of the cladding layer, the guide layer, and the light emitting layer do not match, it has been difficult to form an element having high crystallinity.

【0005】このため、クラッド層を多層構造で作製
し、格子歪みを抑える方法が試みられている。例えば、
特開平5−110138号公報では、AlN薄膜とGa
N薄膜を積層し、多層構造のクラッド層を作製するこ
と、実施例においては、各AlN薄膜厚さ及びGaN薄
膜厚さが5.0、10.0、20.0nmのクラッド層
の例を紹介している。
[0005] For this reason, a method has been attempted in which a clad layer is formed in a multilayer structure to suppress lattice distortion. For example,
JP-A-5-110138 discloses an AlN thin film and Ga
Lamination of N thin films to produce a cladding layer with a multilayer structure. In the examples, examples of cladding layers with AlN thin film thicknesses and GaN thin film thicknesses of 5.0, 10.0 and 20.0 nm are introduced. are doing.

【0006】また、特開平5−110139号公報で
は、AlN薄膜とGaN薄膜をクラッド層の構成薄膜と
している。実施例において、AlN薄膜厚さ、GaN薄
膜厚さを、それぞれ2.0nm及び8.0nmで10
層、6.0nm及び24.0nmNで10層積層して
0.4μmのAl0.2Ga0.8Nを作製する例を紹介して
いる。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-110139, an AlN thin film and a GaN thin film are used as constituent thin films of a cladding layer. In the example, the thickness of the AlN thin film and the thickness of the GaN thin film were 10 nm at 2.0 nm and 8.0 nm, respectively.
An example is shown in which 10 layers of 6.0 nm and 24.0 nm N are laminated to produce 0.4 μm Al 0.2 Ga 0.8 N.

【0007】また、特開平10−173221号公報で
は、n型Al0.15Ga0.85N薄膜とn型GaN薄膜をク
ラッド層の構成薄膜としている。厚さ50〜100nm
のn型Al0.15Ga0.85N薄膜と厚さ300〜400n
mのn型GaN薄膜でn型クラッド層を、また厚さ10
〜20nmのp型Al0.15Ga0.85N薄膜と厚さ50〜
80nmのp型GaN薄膜でp型クラッド層を作製する
例を紹介している。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-173221, an n-type Al 0.15 Ga 0.85 N thin film and an n-type GaN thin film are used as constituent thin films of a cladding layer. Thickness 50-100nm
Al 0.15 Ga 0.85 N thin film with a thickness of 300 to 400 n
an n-type GaN thin film having an n-type cladding layer having a thickness of 10 m
P-type Al 0.15 Ga 0.85 N thin film and the thickness of to 20 nm 50 to
An example in which a p-type cladding layer is formed from a 80-nm p-type GaN thin film is introduced.

【0008】さらに、各薄膜厚さが2.5nmであるA
0.14Ga0.86N薄膜とGaN:Si薄膜からクラッド
層を構成し、このクラッド層を用いて作製したGaN系
化合物半導体のレーザ素子の報告も行われている(Appl.
Phys.Lett.73.832.(1998))。
Further, the thickness of each thin film is 2.5 nm.
A cladding layer is composed of a 0.14 Ga 0.86 N thin film and a GaN: Si thin film, and a GaN-based compound semiconductor laser device manufactured using the cladding layer has been reported (Appl.
Phys. Lett. 73.832. (1998)).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、クラッ
ド層とガイド層、及び発光層との格子歪みを抑えて高い
結晶性の発光素子を得るために、クラッド層を多層構造
で作製する試みがなされているが、従来の多層構造のク
ラッド層を有する発光素子は、薄膜同士の界面が急峻で
ないため、転位等により結晶性が低い。このため、ドー
パントが拡散され易く、活性層へ影響を与えることか
ら、発光効率の低下の要因の一つとなっていた。さら
に、レーザ素子を製造する場合に問題となる、基板垂直
方向の高次モードを防ぐために、従来の多層構造のクラ
ッド層を厚くした場合、その結晶性が低いために、素子
にクラック等のマクロな欠陥が入る等の問題があった。
このように、上述した従来の技術では、より結晶性の高
いクラッド層をもった、高性能の発光素子を得るために
は不充分である。
As described above, in order to obtain a highly crystalline light emitting device by suppressing lattice distortion between the cladding layer, the guide layer, and the light emitting layer, an attempt is made to form the cladding layer with a multilayer structure. However, in a conventional light emitting device having a clad layer having a multilayer structure, since the interface between thin films is not steep, crystallinity is low due to dislocation or the like. For this reason, the dopant is easily diffused and affects the active layer, which has been one of the factors for lowering the luminous efficiency. Furthermore, in order to prevent higher-order modes in the direction perpendicular to the substrate, which are problematic in the manufacture of laser devices, when the cladding layer having a conventional multilayer structure is made thicker, its crystallinity is low. There were problems such as the presence of serious defects.
As described above, the above-described conventional techniques are insufficient for obtaining a high-performance light-emitting element having a cladding layer with higher crystallinity.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、AlGaNからなる第1のクラッド層
と、AlGaNからなる第2のクラッド層と、前記第1
および第2のクラッド層に挟まれた活性層を有するGa
N系化合物半導体発光素子において、前記第1のクラッ
ド層は、Aly1Ga1-y1N(y1≦1)薄膜と、Alz1
Ga1-z1N(0.005≦z1<y1)薄膜とが交互に
積層されてなることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a first clad layer made of AlGaN, a second clad layer made of AlGaN,
Having an active layer sandwiched between second cladding layers
In the N-based compound semiconductor light emitting device, the first cladding layer includes an Al y1 Ga 1-y1 N (y1 ≦ 1) thin film and an Al z1
Ga 1 -z 1 N (0.005 ≦ z 1 <y 1) thin films are alternately stacked.

【0011】ここで、特に重要なことは、AlyGa1-y
N薄膜、及びAlzGa1-zN薄膜ともにAlが必ず含有
される点である。クラッド層を構成する各薄膜にAlを
必ず含有させることにより、Alを導入しない薄膜があ
る場合に比して、層の平坦性が向上し、また、転位の減
少した結晶性の良い層が得られる。これにより、活性層
の下地となるクラッド層に本発明を適用すれば、活性層
の結晶性が向上し、素子の発光効率が向上する。また、
ドーパントが添加されるクラッド層に本発明を適用する
ことで、ドーパントの拡散が抑制されて、寿命特性の良
好な発光素子が得られる。
Here, it is particularly important that Al y Ga 1-y
The point is that Al is always contained in both the N thin film and the Al z Ga 1 -z N thin film. By ensuring that Al is contained in each of the thin films constituting the cladding layer, the flatness of the layer is improved and a layer with reduced dislocations and good crystallinity is obtained as compared with the case where there is a thin film into which Al is not introduced. Can be Thus, when the present invention is applied to the cladding layer serving as the base of the active layer, the crystallinity of the active layer is improved, and the luminous efficiency of the device is improved. Also,
By applying the present invention to the clad layer to which the dopant is added, diffusion of the dopant is suppressed, and a light-emitting element having good life characteristics can be obtained.

【0012】また、前記Aly1Ga1-y1N(y1≦1)
薄膜の厚さは、3.0nm以上50nm以下であり、前
記Alz1Ga1-z1N(0.005≦z1<y1)薄膜の
厚さは、3.0nm以上50nm以下であることを特徴
としている。
The above-mentioned Al y1 Ga 1-y1 N (y1 ≦ 1)
The thickness of the thin film is not less than 3.0 nm and not more than 50 nm, and the thickness of the Al z1 Ga 1-z1 N (0.005 ≦ z1 <y1) thin film is not less than 3.0 nm and not more than 50 nm. I have.

【0013】各膜厚がこの範囲より薄い場合、装置の制
御が困難であること、及び界面が荒れてしまうので好ま
しくなく、各膜厚がこの範囲より厚い場合、格子定数、
熱膨張係数差を緩和できずに、製造された素子の結晶性
は大きく低下すると考えられる。
When each film thickness is smaller than this range, it is not preferable because control of the apparatus is difficult and the interface is roughened. When each film thickness is larger than this range, the lattice constant,
It is considered that the crystallinity of the manufactured device is greatly reduced because the difference in thermal expansion coefficient cannot be reduced.

【0014】また、前記AlGaNからなる第2のクラ
ッド層は、Aly2Ga1-y2N(y2≦1)薄膜と、Al
z2Ga1-z2N(0.005≦z2<y2)薄膜とが交互
に積層されてなることを特徴としている。
Further, the second cladding layer made of AlGaN includes an Al y2 Ga 1-y2 N (y2 ≦ 1) thin film and an Al
It is characterized in that z2Ga1 -z2N (0.005≤z2 <y2) thin films are alternately laminated.

【0015】また、前記Aly2Ga1-y2N(y2≦1)
薄膜の厚さは、3.0nm以上50nm以下であり、前
記Alz2Ga1-z2N(0.005≦z2<y2)薄膜の
厚さは、3.0nm以上50nm以下であることを特徴
としている。
The above-mentioned Aly2Ga1 -y2N (y2≤1)
The thickness of the thin film is not less than 3.0 nm and not more than 50 nm, and the thickness of the Al z2 Ga 1-z2 N (0.005 ≦ z2 <y2) thin film is not less than 3.0 nm and not more than 50 nm. I have.

【0016】また、前記第1のクラッド層と前記第2の
クラッド層とは、Al平均組成が異なることを特徴とし
ている。
Further, the first clad layer and the second clad layer have different Al average compositions.

【0017】とくに、n型クラッド層のAl組成、もし
くは膜厚を大きくすることで、n側の光閉じ込め効果が
良好になり、投入電力と光出力の関係(素子の良好な特
性)を保持しながら、高次モード現象を抑制することが
できると考えられる。
In particular, by increasing the Al composition or the film thickness of the n-type cladding layer, the light confinement effect on the n side is improved, and the relationship between input power and light output (good characteristics of the element) is maintained. However, it is considered that the higher-order mode phenomenon can be suppressed.

【0018】また、前記Aly1Ga1-y1N(y1≦1)
薄膜の厚さと前記Aly2Ga1-y2N(y2≦1)薄膜の
厚さが異なるか、もしくは、前記Alz1Ga1-z1
(0.005≦z1<y1)薄膜の厚さと前記Alz2
1-z2N(0.005≦z2<y2)薄膜の厚さが異な
ることを特徴としている。
The above-mentioned Al y1 Ga 1-y1 N (y1 ≦ 1)
The thickness of the thin film is different from the thickness of the Al y2 Ga 1-y2 N (y2 ≦ 1), or the thickness of the Al z1 Ga 1-z1 N
(0.005 ≦ z1 <y1) The thickness of the thin film and the Al z2 G
a 1-z2 N (0.005 ≦ z2 <y2) The thickness of the thin film is different.

【0019】また、前記y1とy2が異なるか、もしく
は、前記z1とz2が異なることを特徴としている。
Further, the present invention is characterized in that y1 and y2 are different or z1 and z2 are different.

【0020】また、前記第1のクラッド層、及び前記第
2のクラッド層の両方、もしくは一方に、InwGa1-w
N(0<w<1)膜が介挿されることを特徴としてい
る。
In one or both of the first cladding layer and the second cladding layer, In w Ga 1 -w
It is characterized in that an N (0 <w <1) film is interposed.

【0021】従来、クラック防止を目的として、GaN
コンタクト層部に入れられていたInwGa1-wN層をク
ラッド層に導入することで、クラック防止層成長時の歪
は、クラッド層を構成する各層に転位等の形で導入され
るが、クラッド層が多層構造であるために、界面での転
位の伝搬は小さく、クラッド層で歪を吸収、緩和する。
このため、活性層に及ぼす歪は、大きく抑制され、従来
の構造よりも、活性層の結晶性が良好になり、素子とし
ての発光効率が向上すると考えられる。
Conventionally, GaN has been used to prevent cracks.
By introducing the In w Ga 1-w N layer contained in the contact layer portion into the cladding layer, the strain during the growth of the crack prevention layer is introduced into each layer constituting the cladding layer in the form of dislocation or the like. Since the cladding layer has a multilayer structure, the propagation of dislocations at the interface is small, and the cladding layer absorbs and reduces strain.
For this reason, it is considered that the strain exerted on the active layer is largely suppressed, the crystallinity of the active layer becomes better than in the conventional structure, and the luminous efficiency as an element is improved.

【0022】また、AlyGa1-yN(y≦1)からなる
第1の薄膜と、AlzGa1-zN(0.005≦z<y)
からなる第2の薄膜とが交互に積層されたAlGaN層
を形成する際に、前記第1の薄膜もしくは第2の薄膜の
成長後に、所定の成長中断時間を設けることを特徴とし
ている。
Further, a first thin film made of Al y Ga 1 -yN (y ≦ 1) and Al z Ga 1 -zN (0.005 ≦ z <y)
When forming an AlGaN layer in which a second thin film made of Al is alternately stacked, a predetermined growth interruption time is provided after the growth of the first thin film or the second thin film.

【0023】ここで、クラッド層を構成する層は、2種
類に限定されるものではなく、順序に関して、Aly
1-yN薄膜(y≦1)の次にAlzGa1-zN薄膜
(0.005<z≦y)を積層させるという関係が保た
れれば、膜厚、Al組成、ドーピング濃度の異なった3
種以上の薄膜の組合せも可能である。
Here, the layers constituting the cladding layer are not limited to two types, and the order of Al y G
If the relationship of laminating an Al z Ga 1-z N thin film (0.005 <z ≦ y) next to the a 1-y N thin film (y ≦ 1) is maintained, the film thickness, the Al composition, and the doping concentration Three different
Combinations of more than one thin film are also possible.

【0024】ここで、yはny1(第1のn型クラッド
層を構成する薄膜のAl組成)、ny2(第2のn型ク
ラッド層を構成する薄膜のAl組成)、py1(第1の
p型クラッド層を構成する薄膜のAl組成)、py2
(第2のp型クラッド層を構成する薄膜のAl組成)を
含めた総称とします。
Here, y is ny1 (the Al composition of the thin film constituting the first n-type cladding layer), ny2 (the Al composition of the thin film constituting the second n-type cladding layer), and py1 (the first p-type cladding layer). Composition of the thin film constituting the mold cladding layer), py2
(Al composition of the thin film that constitutes the second p-type cladding layer).

【0025】また、y1はny1(第1のn型クラッド
層を構成する薄膜のAl組成)、py1(第1のp型ク
ラッド層を構成する薄膜のAl組成)を含めた総称とし
ます。
Further, y1 is a generic term including ny1 (the Al composition of the thin film constituting the first n-type cladding layer) and py1 (the Al composition of the thin film constituting the first p-type cladding layer).

【0026】また、y2はny2(第2のn型クラッド
層を構成する薄膜のAl組成)、py2(第2のp型ク
ラッド層を構成する薄膜のAl組成)を含めた総称とし
ます。
Y2 is a generic term including ny2 (the Al composition of the thin film constituting the second n-type cladding layer) and py2 (the Al composition of the thin film constituting the second p-type cladding layer).

【0027】また、nyはny1(第1のn型クラッド
層を構成する薄膜のAl組成)、ny2(第2のn型ク
ラッド層を構成する薄膜のAl組成)を含めた総称とし
ます。
Ny is a generic term including ny1 (Al composition of the thin film constituting the first n-type cladding layer) and ny2 (Al composition of the thin film constituting the second n-type cladding layer).

【0028】ここで、zはnz1(第1のn型クラッド
層を構成する薄膜のAl組成)、nz2(第2のn型ク
ラッド層を構成する薄膜のAl組成)、pz1(第1の
p型クラッド層を構成する薄膜のAl組成)、pz2
(第2のp型クラッド層を構成する薄膜のAl組成)を
含めた総称とします。
Here, z is nz1 (the Al composition of the thin film constituting the first n-type cladding layer), nz2 (the Al composition of the thin film constituting the second n-type cladding layer), and pz1 (the first p-type cladding layer). Al composition of the thin film constituting the mold clad layer), pz2
(Al composition of the thin film that constitutes the second p-type cladding layer).

【0029】また、z1はnz1(第1のn型クラッド
層を構成する薄膜のAl組成)、pz1(第1のp型ク
ラッド層を構成する薄膜のAl組成)を含めた総称とし
ます。
Further, z1 is a generic term including nz1 (the Al composition of the thin film constituting the first n-type cladding layer) and pz1 (the Al composition of the thin film constituting the first p-type cladding layer).

【0030】また、z2はnz2(第2のn型クラッド
層を構成する薄膜のAl組成)、pz2(第2のp型ク
ラッド層を構成する薄膜のAl組成)を含めた総称とし
ます。
Z2 is a generic term including nz2 (the Al composition of the thin film constituting the second n-type cladding layer) and pz2 (the Al composition of the thin film constituting the second p-type cladding layer).

【0031】また、nzはnz1(第1のn型クラッド
層を構成する薄膜のAl組成)、nz2(第2のn型ク
ラッド層を構成する薄膜のAl組成)を含めた総称とし
ます。
In addition, nz is a generic term including nz1 (Al composition of the thin film constituting the first n-type cladding layer) and nz2 (Al composition of the thin film constituting the second n-type cladding layer).

【0032】なお、本発明においてGaN系化合物半導
体とは、V族元素が窒素であるIII−N系化合物半導
体のことを示しており、例えば、GaN、AlN、Al
αGa1-αN(0<α<1)、InN、InβGa1-β
N(0<β<1)、InγGaδAl1-γ-δN(0<
γ<1、0<δ<1)を指すものである。
In the present invention, the GaN-based compound semiconductor refers to a III-N-based compound semiconductor in which the group V element is nitrogen, such as GaN, AlN, and Al.
αGa 1 -αN (0 <α <1), InN, InβGa 1- β
N (0 <β <1), InγGaδAl 1− γ δN (0 <
γ <1, 0 <δ <1).

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】これより、本発明を実施した形態
を具体的に挙げながら詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with specific examples.

【0034】(実施の形態1)本実施の形態は、本発明
をレーザダイオードに適用した例について説明する。図
1は、本実施の形態でのGaN系化合物半導体のレーザ
ダイオードの製造法により作製された膜の断面図であ
る。基板として、サファイア基板(101)を用い、そ
の上にGaNバッファ層(102)、n型GaNコンタ
クト層(103)、n型クラッド層(104a)が形成
される。このn型クラッド層(104a)は、n型クラ
ッド層を構成するアンドープAl0.16Ga0.84N薄膜
(104b)とn型クラッド層を構成するAl0.02Ga
0.98N:Si薄膜(104c)で形成されている。n型
クラッド層(104a)の上に、n型GaNガイド層
(105)、活性層(106)、AlGaN蒸発防止層
(107)、p型GaNガイド層(108)、p型クラ
ッド層(109a)が形成される。このp型クラッド層
(109a)は、p型クラッド層を構成するアンドープ
Al0.16Ga0.84N薄膜(109b)とp型クラッド層
を構成するAl0.02Ga0.98N:Mg薄膜(109c)
で形成される。p型クラッド層(109a)の上にはp
型GaNコンタクト層(110)が形成され、結晶成長
の後に、SiO2絶縁膜(111)、p型電極(112
a)、n型電極(112b)が形成される。
(Embodiment 1) In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a laser diode will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a film manufactured by the method of manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode in the present embodiment. A sapphire substrate (101) is used as a substrate, on which a GaN buffer layer (102), an n-type GaN contact layer (103), and an n-type cladding layer (104a) are formed. The n-type cladding layer (104a) is composed of an undoped Al 0.16 Ga 0.84 N thin film (104b) forming the n-type cladding layer and Al 0.02 Ga forming the n-type cladding layer.
It is formed of 0.98 N: Si thin film (104c). On the n-type clad layer (104a), an n-type GaN guide layer (105), an active layer (106), an AlGaN evaporation preventing layer (107), a p-type GaN guide layer (108), and a p-type clad layer (109a) Is formed. The p-type cladding layer (109a) is composed of an undoped Al 0.16 Ga 0.84 N thin film (109b) constituting the p-type cladding layer and an Al 0.02 Ga 0.98 N: Mg thin film (109c) constituting the p-type cladding layer.
Is formed. On the p-type cladding layer (109a), p
A GaN contact layer (110) is formed, and after crystal growth, a SiO 2 insulating film (111) and a p-type electrode (112) are formed.
a), an n-type electrode (112b) is formed.

【0035】図2は、本実施の形態のGaN系化合物半
導体の製造に用いたMOCVD装置の概略図である。図
中、(101)は(0001)面を有するサファイア基
板であり、本基板は炭素製のサセプタ(202)上の石
英トレイ(203)に設置されている。サセプタの中に
は、やはり炭素でできた抵抗加熱用ヒーターが配置され
ており、熱電対により基板温度を制御することができ
る。(204)は二重の石英でできた反応管であり、水
冷されている。V族原料としては、NH3(209)を
使用し、III族原料としては、トリメチルガリウム
(以後、TMG)(211a)、TMA(211b)、
トリメチルインジウム(以後、TMI)(211c)を
2またはH2(210)でバブリングして使用した。ま
た、n型のドーピング原料としてはシラン(以後、Si
4)(212)を使用し、p型のドーピング原料とし
ては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(以後、
Cp2Mg)(211d)を使用した。各原料は、マス
フローコントローラ(208)で正確に流量を制御して
キャリアガスであるN2またはH2(210)と混合され
て、原料入り口(204)より反応管に導入されて、排
気ガス出口(205)から配管(206)を通じて排ガ
ス処理装置(207)へと排出される。
FIG. 2 is a schematic view of an MOCVD apparatus used for manufacturing the GaN-based compound semiconductor according to the present embodiment. In the drawing, (101) is a sapphire substrate having a (0001) plane, and this substrate is set on a quartz tray (203) on a carbon susceptor (202). A resistance heating heater also made of carbon is arranged in the susceptor, and the substrate temperature can be controlled by a thermocouple. (204) is a reaction tube made of double quartz, which is water-cooled. NH 3 (209) is used as a group V raw material, and trimethyl gallium (hereinafter, TMG) (211a), TMA (211b),
Trimethyl indium (hereinafter, TMI) (211c) was used by bubbling with N 2 or H 2 (210). In addition, silane (hereinafter referred to as Si
H 4 ) (212), and bis-cyclopentadienyl magnesium (hereinafter referred to as “p-type doping material”)
Cp 2 Mg) (211d) was used. Each raw material is mixed with a carrier gas, N 2 or H 2 (210), by controlling the flow rate precisely by a mass flow controller (208), introduced into a reaction tube through a raw material inlet (204), and exhaust gas outlet From (205), it is discharged to an exhaust gas treatment device (207) through a pipe (206).

【0036】基板として(0001)面を有するサファ
イア基板を用い、GaN系化合物半導体層を成長してい
く。図中、(101)は(0001)面を有するサファ
イア基板であり、本基板は炭素製のサセプタ(202)
上に配置されている。サセプタの中には、やはり炭素で
できた抵抗加熱用ヒーターが配置されており、熱電対に
より基板温度を制御することができる。
Using a sapphire substrate having a (0001) plane as a substrate, a GaN-based compound semiconductor layer is grown. In the figure, (101) is a sapphire substrate having a (0001) plane, and this substrate is a carbon susceptor (202).
Is placed on top. A resistance heating heater also made of carbon is arranged in the susceptor, and the substrate temperature can be controlled by a thermocouple.

【0037】(203)は二重の石英でできた反応管で
あり、水冷されている。V族原料としては、NH3(2
06)を使用し、III族原料としては、TMG(20
7a)、TMA(207b)、TMI(207c)をN
2またはH2(210)でバブリングして使用した。ま
た、n型のドーピング原料としてはSiH4(209)
を使用し、p型のドーピング原料としては、Cp2Mg
(207d)を使用した。各原料は、マスフローコント
ローラ(208)で正確に流量を制御してキャリアガス
であるN2またはH2(210)と混合されて、原料入り
口(204)より反応管に導入されて、排気ガス出口
(205)より排出される。
(203) is a reaction tube made of double quartz, which is water-cooled. NH 3 (2
06), and TMG (20
7a), TMA (207b) and TMI (207c)
Used by bubbling with 2 or H 2 (210). The n-type doping material is SiH 4 (209)
And p-type doping material is Cp 2 Mg
(207d) was used. Each raw material is mixed with a carrier gas, N 2 or H 2 (210), by controlling the flow rate precisely by a mass flow controller (208), introduced into a reaction tube through a raw material inlet (204), and exhaust gas outlet (205).

【0038】まず、基板(101)を洗浄して、結晶成
長装置内に設置する。基板は、H2雰囲気中1100℃
程度の温度で10分程度熱処理を施し、その後温度を5
50℃程度に降温する。温度が一定になれば、キャリア
ガスをN2に替え、N2の全流量を10l/min.NH
3を3l/min.流し、数秒後、TMGを20μmo
l/min.流し、1分間、低温でのGaNバッファー
層(102)の成長を行った。成長した膜の厚さは30
nmである。その後、TMGの供給を停止し、温度を1
050℃まで昇温し、再びTMGを50μmol/mi
n.とSiH4ガスを10nmol/min.供給して
n型GaNコンタクト層(103)を4μm成長する。
First, the substrate (101) is washed and set in a crystal growth apparatus. Substrate is 1100 ° C in H 2 atmosphere
Heat treatment for about 10 minutes at a temperature of about
Cool down to about 50 ° C. If the temperature is constant, changing the carrier gas N 2, the total flow of N 2 10l / min. NH
3 at 3 l / min. After a few seconds, flow TMG to 20 μmo
1 / min. The GaN buffer layer (102) was grown at a low temperature for one minute. The thickness of the grown film is 30
nm. Thereafter, the supply of TMG was stopped and the temperature was reduced to 1
The temperature was raised to 050 ° C., and TMG was added again at 50 μmol / mi.
n. And SiH 4 gas at 10 nmol / min. Then, the n-type GaN contact layer (103) is grown by 4 μm.

【0039】次に、SiH4ガスの供給を停止し、TM
Aを10μmol/min.供給し、厚さ4.0nmの
n型クラッド層を構成するアンドープAl0.16Ga0.84
N薄膜(104b)を形成し、さらにSiH4ガスを
5.0nmol/min.供給し、TMAの供給量を
1.5μmol/min.に変え、厚さ4.0nmのn
型クラッド層を構成するAl0.02Ga0.98N:Si薄膜
(104c)(この層を同条件で厚膜化(0.4μm)
したサンプルをSIMSで測定したときのSi濃度=3
E+18 cm-3)を形成する。この操作を100回繰
り返し、厚さ0.80μm、平均組成Al0.09Ga0.91
Nのn型クラッド層(104a)を成長する。
Next, the supply of SiH 4 gas was stopped, and TM
A at 10 μmol / min. Undoped Al 0.16 Ga 0.84 supplied to form an n-type cladding layer having a thickness of 4.0 nm
N thin film (104b) was formed, and SiN 4 gas was further added at 5.0 nmol / min. And the supply amount of TMA was 1.5 μmol / min. To a 4.0 nm thick n
Al 0.02 Ga 0.98 N: Si thin film (104c) constituting the mold cladding layer (this layer is made thicker under the same conditions (0.4 μm)
Of Si sample measured by SIMS = 3
E + 18 cm −3 ). This operation was repeated 100 times, and the thickness was 0.80 μm, the average composition was Al 0.09 Ga 0.91
A n-type cladding layer of N (104a) is grown.

【0040】次に、TMAの供給を停止し、0.1μm
厚さのn型GaNガイド層の製造(105)を行う。n
型GaNガイド層(105)成長後、SiH4とTMG
の供給を停止し、基板の温度を730℃まで低下させ、
温度が安定すると、TMGを10μmol/min.、
TMIを10μmol/min.で供給し、In0.05
0.95Nからなる活性層の障壁層を5nmの厚さになる
ように成長した。
Next, the supply of TMA was stopped, and 0.1 μm
Manufacturing (105) of an n-type GaN guide layer having a thickness is performed. n
SiH 4 and TMG after growing GaN guide layer (105)
Is stopped, the temperature of the substrate is reduced to 730 ° C.,
When the temperature is stabilized, TMG is added at 10 μmol / min. ,
TMI of 10 μmol / min. Supplied with In 0.05 G
An active layer barrier layer of a 0.95 N was grown to a thickness of 5 nm.

【0041】活性層成長時には、SiH4を10nmo
l/min.程度流しても良い。その後、TMGを10
μmol/min.、TMIを50μmol/min.
供給し、In0.2Ga0.8Nからなる活性層の井戸層を3
nmの厚さになるように成長した。その後、TMIを1
0μmol/min.に変更し、In0.05Ga0.95Nか
らなる活性層の障壁層を5nmの厚さになるように成長
した。この活性層となる障壁層と井戸層の成長を繰り返
し、3層の多重量子井戸を成長した後、最後に障壁層を
成長して活性層(106)の成長を終了する。活性層成
長後に、InGaN膜のInの離脱を防止する目的で、
TMGを10μmol/min.、TMAを5μmol
/min.、及びCp2Mgを0.20nmol/mi
n.供給し、30nmの厚さのp型AlGaN蒸発防止
層(107)を成長する。その後、TMG、TMA、C
2Mgの供給を停止し、基板温度を再び1050℃に
昇温する。昇温後、TMGを50μmol/min.と
Cp2Mgを供給し、p型GaNガイド層(108)を
0.1μm成長する。
[0041] At the time of the active layer growth, 10nmo the SiH 4
1 / min. It may flow to the extent. Then, add 10 TMG
μmol / min. , TMI was 50 μmol / min.
And the well layer of the active layer made of In 0.2 Ga 0.8 N
It was grown to a thickness of nm. Then, TMI is set to 1
0 μmol / min. Change to, the growth of the barrier layer of the active layer made of In 0.05 Ga 0.95 N to a thickness of 5 nm. The growth of the barrier layer and the well layer which become the active layer is repeated, and after the growth of three multiple quantum wells, the barrier layer is finally grown to terminate the growth of the active layer (106). After the active layer is grown, in order to prevent the release of In from the InGaN film,
TMG was added at 10 μmol / min. , TMA 5μmol
/ Min. , And Cp 2 Mg at 0.20 nmol / mi
n. Then, a p-type AlGaN evaporation preventing layer (107) having a thickness of 30 nm is grown. Then, TMG, TMA, C
The supply of p 2 Mg is stopped, and the substrate temperature is raised again to 1050 ° C. After the temperature was raised, TMG was added at 50 μmol / min. And Cp 2 Mg, and a p-type GaN guide layer (108) is grown to 0.1 μm.

【0042】次に、Cp2Mgの供給は停止して、TM
Aを10μmol/min.供給し、厚さ4.0nmの
p型クラッド層を構成するアンドープAl0.16Ga0.84
N薄膜(109b)を形成し、さらにTMAの供給量を
1.5μmol/min.に変え、Cp2Mgを0.2
0nmol/min.供給し、4.0nmのp型クラッ
ド層を構成するAl0.02Ga0.98N:Mg薄膜(109
c)(この層を同条件で厚膜化(0.4μm)したサン
プルをSIMSで測定したときのMg濃度=2E+20
cm-3)を形成する。この操作を100回繰り返し、厚
さ0.80μm、平均組成Al0.09Ga0.91Nのp型ク
ラッド層(109a)を成長する。
Next, the supply of Cp 2 Mg is stopped and TM
A at 10 μmol / min. Undoped Al 0.16 Ga 0.84 supplied to form a 4.0 nm thick p-type cladding layer
N thin film (109b) was formed, and the supply amount of TMA was 1.5 μmol / min. And change Cp 2 Mg to 0.2
0 nmol / min. The Al 0.02 Ga 0.98 N: Mg thin film (109
c) (Mg concentration = 2E + 20 when this layer was thickened (0.4 μm) under the same conditions and measured by SIMS)
cm -3 ). This operation is repeated 100 times to grow a p-type cladding layer (109a) having a thickness of 0.80 μm and an average composition of Al 0.09 Ga 0.91 N.

【0043】成長終了後、TMAの供給を停止し、TM
GとCp2Mgを供給し、p型GaNコンタクト層(1
10)を0.5μm成長し、終了後、TMGとCp2
gの供給を停止して基板加熱を終了する。
After the growth, the supply of TMA is stopped, and TM
G and Cp 2 Mg are supplied to form a p-type GaN contact layer (1).
10) is grown 0.5 μm, and after completion, TMG and Cp 2 M
The supply of g is stopped to end the substrate heating.

【0044】次に、この成長膜をフォトリソグラフィと
ドライエッチング技術により、GaN系の結晶の<1−
100>方向に平行に、表面からp型クラッド層(10
9a)表面までをエッチングし、幅30μm、長さ60
0μmのメサ型に作製し、p型GaNコンタクト層上に
SiO2絶縁膜(111)を形成し、また、表面からn
型GaNコンタクト層に達する溝を作製した後、露出し
たn型GaNコンタクト層にTi、Alよりなるn型電
極(112b)、p型GaNコンタクト層表面にPd、
Auの幅2μm、長さ600μmで接合するp型電極
(112a)を形成した。
Next, this grown film is subjected to photolithography and dry etching techniques to make the GaN-based crystal <1--1.
100> direction, the p-type cladding layer (10
9a) Etching up to the surface, width 30 μm, length 60
0 μm mesa type, SiO 2 insulating film (111) is formed on p-type GaN contact layer, and n
After forming a groove reaching the p-type GaN contact layer, an n-type electrode (112b) made of Ti and Al is formed on the exposed n-type GaN contact layer, and Pd is formed on the surface of the p-type GaN contact layer.
A Au type p-type electrode (112a) having a width of 2 μm and a length of 600 μm was formed.

【0045】次に、(1−100)面にて、GaN系結
晶を劈開することにより、長さ650μmのレーザ共振
器を形成した。また裏端面には70%の反射率を有する
酸化チタン膜と弗化マグネシウムの誘電体多層膜を、前
端面には反射率12%のシリコン窒化膜を形成し、最後
にスクライブによりチップ分割して、レーザ素子を作製
した。
Next, a 650 μm long laser resonator was formed by cleaving the GaN-based crystal on the (1-100) plane. A dielectric multilayer film of titanium oxide and magnesium fluoride having a reflectivity of 70% is formed on the back end face, and a silicon nitride film having a reflectivity of 12% is formed on the front end face. Then, a laser device was manufactured.

【0046】このように作製されたレーザ素子の特性を
測定したところ、室温において、しきい値電流28m
A、微分発光効率0.95W/Aと、低しきい値でかつ
発光効率の高いレーザ連続発振が得られた。また、光出
力35mWの室温での動作電流値は55.4mA、動作
電圧は4.0V(投入電力:221.6mW)であっ
た。
The characteristics of the laser device thus manufactured were measured.
A, laser continuous oscillation with a low threshold value and high luminous efficiency, with a differential luminous efficiency of 0.95 W / A, was obtained. The operating current at room temperature with an optical output of 35 mW was 55.4 mA, and the operating voltage was 4.0 V (input power: 221.6 mW).

【0047】また、比較例1として、クラッドをアンド
ープAl0.16Ga0.84N薄膜とAlを含まないGaN薄
膜(Si、Mg濃度は本実施の形態と同程度)で構成
し、厚さをともに4.0nm(全クラッド層厚をp型、
n型ともに0.80μm)とした場合、光出力35mW
の室温での投入電力は541.4mWであった。また、
さらに比較例2として比較例1のアンドープAl0.16
0.84N層をアンドープAl0.18Ga0.82N層に変え
て、平均組成を本実施の形態と同様にAl0.09Ga 0.91
Nとした素子の場合、光出力35mWの室温での投入電
力は578.2mWであり、いずれの場合も、本実施の
形態で製造したレーザ素子の方が、低電力で動作してい
ることがわかる。
As Comparative Example 1, the cladding was
Al0.16Ga0.84N thin film and GaN thin film without Al
Consists of a film (Si and Mg concentrations are the same as in this embodiment)
And both thicknesses are 4.0 nm (all cladding layer thicknesses are p-type,
When the n-type is 0.80 μm), the light output is 35 mW
At room temperature was 541.4 mW. Also,
Further, as Comparative Example 2, undoped Al of Comparative Example 10.16G
a0.84Undoped Al for N layer0.18Ga0.82Change to N layer
Thus, the average composition is changed to Al as in the present embodiment.0.09Ga 0.91
In the case of a device with N, the input power at room temperature with an optical output of 35 mW
The power was 578.2 mW, and in any case,
The laser device manufactured in the form operates at lower power.
You can see that

【0048】さらに、素子寿命に関しても、大きく向上
していることを確認した。この原因として、本発明のよ
うに、クラッド層を構成する各薄膜にAlを必ず含有さ
せることにより、Alを導入しない薄膜がある場合に比
して、層の平坦性が向上し、また、転位の減少した結晶
性の良い層が得られる。これにより、活性層の下地とな
るクラッド層に本発明を適用すれば、活性層の結晶性が
向上し、素子の発光効率が向上する。またドーパントが
添加されるクラッド層に本発明を適用することで、拡散
通路としての転位等の欠陥が減少し、ドーパントの拡散
が抑制されて、結果的に寿命特性の良好な発光素子が得
られると考えられる。
Further, it was confirmed that the element life was greatly improved. This is because, as in the present invention, Al is always contained in each of the thin films constituting the cladding layer, so that the flatness of the layer is improved as compared with the case where there is a thin film into which Al is not introduced. And a layer having good crystallinity with a reduced number of particles. Thus, when the present invention is applied to the cladding layer serving as the base of the active layer, the crystallinity of the active layer is improved, and the luminous efficiency of the device is improved. In addition, by applying the present invention to the clad layer to which the dopant is added, defects such as dislocations as diffusion paths are reduced, diffusion of the dopant is suppressed, and as a result, a light-emitting element having good lifetime characteristics can be obtained. it is conceivable that.

【0049】実際、本実施の形態の方法で製造した結晶
膜のX線回折パターンの0002反射の半値全幅(以
後、FWHM)は3.6arcmin.、エッチピット
密度(以後、EPD)は6.5E+8cm-2であり、比
較例1のように、クラッド層をアンドープAl0.16Ga
0.84N薄膜とAlを含まないGaN薄膜(Si、Mg濃
度は本実施の形態と同程度)で構成し、厚さをともに
4.0nm(全クラッド層厚をp型、n型ともに0.8
0μm)とした場合、X線回折パターンの0002反射
のFWHMは4.1arcmin.、EPDは1.5E
+9cm-2であった。
In fact, the full width at half maximum (hereinafter referred to as FWHM) of 0002 reflection of the X-ray diffraction pattern of the crystal film manufactured by the method of the present embodiment is 3.6 arcmin. , The etch pit density (hereinafter referred to as EPD) is 6.5E + 8 cm −2 , and the undoped Al 0.16 Ga
It is composed of a 0.84 N thin film and a GaN thin film containing no Al (Si and Mg concentrations are the same as those of the present embodiment), and both have a thickness of 4.0 nm (all cladding layers have a thickness of 0.8 nm for both p-type and n-type).
0 μm), the FWHM of the 0002 reflection of the X-ray diffraction pattern is 4.1 arcmin. , EPD is 1.5E
+9 cm -2 .

【0050】また、比較例2のようにアンドープAl
0.16Ga0.84N層をアンドープAl0. 18Ga0.82N層に
変えて、平均組成を本実施の形態と同様にAl0.09Ga
0.91Nとした素子の場合でも、X線回折パターンの00
02反射のFWHMは4.3arcmin.、EPDは
2.1E+9cm-2程度であった。このように本実施の
形態の方法を用いた方が、結晶性が大きく向上している
ことがわかる。
Also, as in Comparative Example 2, undoped Al
0.16 Ga 0.84 N-layer instead of the undoped Al 0. 18 Ga 0.82 N layer, the average composition in the same manner as the present embodiment Al 0.09 Ga
Even in the case of an element set to 0.91 N, the X-ray diffraction pattern of 00
FWHM of the 02 reflection is 4.3 arcmin. , EPD was about 2.1E + 9 cm -2 . Thus, it can be seen that the use of the method of the present embodiment greatly improves the crystallinity.

【0051】また、TEM観察の結果から、比較例1及
び2とは対照的に、本実施の形態のクラッド層の界面が
急峻であり、転位等の欠陥がかなり減少していること、
さらにSIMSの結果からp型ドーパントであるMgの
拡散が1桁以上抑えられていることがわかった。
From the results of TEM observation, in contrast to Comparative Examples 1 and 2, the interface of the cladding layer of the present embodiment is steep and defects such as dislocations are considerably reduced.
Further, it was found from the SIMS results that the diffusion of Mg as a p-type dopant was suppressed by one digit or more.

【0052】次に、クラッド層を構成する薄膜の厚さに
ついては、3.0nm〜50.0nmが好ましく、さら
には3.0〜10.0nmが好ましく、より結晶性向上
の効果が現れることを確認している。各膜厚がこの範囲
より薄い場合、装置の制御が困難であること、及び分子
層が完成されずに、界面が荒れてしまうので好ましくな
く、各膜厚がこの範囲より厚い場合、格子定数、熱膨張
係数差を緩和できずに、Al高混晶層に欠陥が入り、製
造された素子の結晶性は大きく低下すると考えられる。
Next, the thickness of the thin film constituting the cladding layer is preferably from 3.0 nm to 50.0 nm, more preferably from 3.0 nm to 10.0 nm. I have confirmed. When each film thickness is smaller than this range, it is not preferable because control of the device is difficult and the interface is roughened without completing the molecular layer, and when each film thickness is larger than this range, the lattice constant, It is considered that the difference in thermal expansion coefficient cannot be reduced, and the high Al mixed crystal layer has defects, and the crystallinity of the manufactured device is greatly reduced.

【0053】実際、クラッドを構成するAl0.16Ga
0.84N薄膜、Al0.02Ga0.98N薄膜の厚さがともに
3.0nm、5.0nm、10.0nm(Si、Mg濃
度は本実施の形態と同程度であり、全クラッド層厚はp
型、n型ともに0.80μmとした)の場合、光出力3
5mWの室温での投入電力は、それぞれ269.5m
W、211.4mW、294.6mWであり、クラッド
を構成するAl0.16Ga0.84N薄膜、Al0.02Ga0.98
N薄膜の厚さが60nm(Si、Mg濃度は本実施の形
態と同程度であり、全クラッド層厚はp型、n型ともに
0.80μmとした)の場合、素子は室温連続発振には
至らなかった。
Actually, Al 0.16 Ga constituting the cladding
The thicknesses of the 0.84 N thin film and the Al 0.02 Ga 0.98 N thin film are both 3.0 nm, 5.0 nm, 10.0 nm (Si and Mg concentrations are almost the same as in this embodiment, and the total cladding layer thickness is p
And n-type are both set to 0.80 μm).
The input power at room temperature of 5 mW was 269.5 m each.
W, 211.4 mW, 294.6 mW, Al 0.16 Ga 0.84 N thin film, Al 0.02 Ga 0.98 constituting the cladding
When the thickness of the N thin film is 60 nm (Si and Mg concentrations are almost the same as in the present embodiment, and the total cladding layer thickness is 0.80 μm for both the p-type and the n-type), the device is capable of continuous oscillation at room temperature. Did not reach.

【0054】このように、本発明によれば、n型クラッ
ド層、又はp型クラッド層を互いに組成の異なるAly
Ga1-yN薄膜とAlzGa1-zN薄膜から構成したの
で、高品質の発光素子を実現できた。ここで、yの範囲
は、0.05≦y≦0.40、より好ましくは0.10
≦y≦0.30で効果があり、zの範囲は、0.005
≦z≦0.10、より好ましくは0.005≦y≦0.
05で効果がある。Al組成が低いとクラッド層全体と
して閉じ込め効果が弱くなり、高いと結晶性が低下する
ために好ましくない。また、y−zの範囲は0.05≦
y−z≦0.39が好ましく、より好ましくは0.10
≦y−z≦0.39である。y−zが小さ過ぎる場合に
は0.15≦y≦0.40の範囲では結晶性が低下し、
0.05≦y≦0.15の範囲では光閉じ込め効果が弱
くなるために好ましくない。また、y−zが大きすぎる
場合には、結晶性が低下するため好ましくない。
As described above, according to the present invention, the n-type clad layer or the p-type clad layer is formed of Al y having different compositions from each other.
Since it was composed of the Ga 1-y N thin film and the Al z Ga 1-z N thin film, a high-quality light emitting device could be realized. Here, the range of y is 0.05 ≦ y ≦ 0.40, more preferably 0.10.
≦ y ≦ 0.30 is effective, and the range of z is 0.005
≦ z ≦ 0.10, more preferably 0.005 ≦ y ≦ 0.
05 is effective. If the Al composition is low, the confinement effect of the entire cladding layer is weakened, and if the Al composition is high, the crystallinity is undesirably reduced. The range of yz is 0.05 ≦
yz ≦ 0.39 is preferred, and more preferably 0.10
≤ yz ≤ 0.39. If yz is too small, the crystallinity decreases in the range of 0.15 ≦ y ≦ 0.40,
The range of 0.05 ≦ y ≦ 0.15 is not preferable because the light confinement effect is weakened. On the other hand, if yz is too large, the crystallinity is undesirably reduced.

【0055】次に、クラッド層を構成する薄膜の厚さ、
組成に関する好ましい範囲について詳細に調べた結果に
ついて説明する。
Next, the thickness of the thin film constituting the cladding layer,
The result of a detailed examination of a preferable range of the composition will be described.

【0056】n型クラッド層を構成するAl0.16Ga
0.84N薄膜、Al0.02Ga0.98N薄膜の厚さと光出力3
5mWの室温での投入電力の関係を図7に示す。尚、p
型クラッド層を構成するAl0.16Ga0.84N薄膜、Al
0.02Ga0.98N薄膜の厚さは共に5.0nm、全クラッ
ド層厚はn型、p型共に0.80μmとし、また、クラ
ッド層に含有するSi、Mg濃度は実施例1と同程度と
した。
Al 0.16 Ga constituting the n-type cladding layer
Thickness and light output of 0.84 N thin film and Al 0.02 Ga 0.98 N thin film 3
FIG. 7 shows the relationship between the input power at a room temperature of 5 mW. Note that p
Al 0.16 Ga 0.84 N thin film that forms the mold cladding layer, Al
The thickness of the 0.02 Ga 0.98 N thin film was 5.0 nm for both, the total cladding layer thickness was 0.80 μm for both n-type and p-type, and the concentrations of Si and Mg contained in the cladding layer were about the same as in Example 1. .

【0057】図7に示されるように、クラッド層を構成
する薄膜の厚さについては、2.5nm以下及び60n
m以上では600Wを越えており、薄膜の厚さは3.0
nm〜50nmが好ましく、さらには3.0〜10.0
nmが好ましい。各膜厚がこの範囲より薄い場合には薄
膜製造装置の制御が困難であること、及び分子層が完成
されずに界面が荒れてしまうので好ましくなく、各膜厚
がこの範囲より厚い場合には、格子乗数、熱膨張係数差
を緩和できずに、Al高混晶層に欠陥が入り、製造され
た発光素子の結晶性は大きく低下すると考えられる。
As shown in FIG. 7, the thickness of the thin film constituting the cladding layer is 2.5 nm or less and 60 n
m and over 600 W, and the thickness of the thin film is 3.0
nm to 50 nm, more preferably 3.0 to 10.0.
nm is preferred. When each film thickness is smaller than this range, it is not preferable because the control of the thin film manufacturing apparatus is difficult, and the interface is roughened because the molecular layer is not completed, and when each film thickness is larger than this range. It is considered that the difference between the lattice multiplier and the thermal expansion coefficient cannot be alleviated, the Al-rich mixed crystal layer has defects, and the crystallinity of the manufactured light emitting device is greatly reduced.

【0058】p型クラッド層に関しても同様の傾向を示
している。尚、n型クラッド層を構成するAl0.16Ga
0.84N薄膜、Al0.02Ga0.98N薄膜の厚さは共に5.
0nm、全クラッド層厚はn型、p型共に0.80μm
とし、また、クラッド層に含有するSi、Mg濃度は実
施例1と同程度とした。
The same tendency is shown for the p-type cladding layer. Incidentally, Al 0.16 Ga constituting the n-type cladding layer
The thickness of each of the 0.84 N thin film and the Al 0.02 Ga 0.98 N thin film is 5.
0 nm, total cladding layer thickness is 0.80 μm for both n-type and p-type
The concentrations of Si and Mg contained in the cladding layer were substantially the same as in Example 1.

【0059】n型クラッド層を構成するAly1Ga1-y1
N(y1≦1)薄膜のAl組成y1と光出力35mWの
室温での投入電力の関係を図8に示す。尚、n型及びp
型クラッド層を構成する薄膜の厚さは共に5.0nm、
全クラッド層厚はn型、p型共に0.80μmであり、
Al組成の低い方をAl0.02Ga0.98N薄膜とし、ま
た、クラッド層に含有するSi、Mg濃度は実施例1と
同程度とした。
Al y1 Ga 1-y1 constituting the n-type cladding layer
FIG. 8 shows the relationship between the Al composition y1 of the N (y1 ≦ 1) thin film and the input power at room temperature with an optical output of 35 mW. In addition, n type and p
The thicknesses of the thin films constituting the mold cladding layer are both 5.0 nm,
The total cladding layer thickness is 0.80 μm for both n-type and p-type,
The lower Al composition was used as the Al 0.02 Ga 0.98 N thin film, and the concentrations of Si and Mg contained in the cladding layer were almost the same as in Example 1.

【0060】図8から分かるようにn型クラッド層を構
成するAly1Ga1-y1N(y1≦1)薄膜のAl組成y
1は0.005〜0.40が好ましく、更には0.10
〜0.30が好ましい。Al組成が低いと、クラッド層
全体としての閉じ込め効果が弱くなり、高いと結晶性が
低下するために好ましくない。p型クラッド層に関して
も同様の傾向を示している。
As can be seen from FIG. 8, the Al composition y of the Al y1 Ga 1-y1 N (y1 ≦ 1) thin film constituting the n-type cladding layer
1 is preferably 0.005 to 0.40, more preferably 0.10
~ 0.30 is preferred. If the Al composition is low, the confinement effect of the entire cladding layer is weakened, and if it is high, the crystallinity is undesirably reduced. The same tendency is shown for the p-type cladding layer.

【0061】また、Alを含まないGaN薄膜と比較し
て、AlxGa1-xN薄膜は、Alを導入するときに用い
る原料のTMAにより炭素の混入が多くなり、ある程度
炭素が存在する方が結晶性が向上し、n型化もp型化も
より容易に行える効果を確認しており、ドーピング特性
の点でも、クラッド層を構成する各薄膜にAlを必ず含
有させることは、素子特性を向上させるためにより望ま
しいと考えられる。
In addition, compared to a GaN thin film containing no Al, the Al x Ga 1 -xN thin film contains more carbon due to TMA as a raw material used when introducing Al, and has a certain amount of carbon. It has been confirmed that the crystallinity is improved, and that an n-type and a p-type can be more easily achieved. In terms of doping characteristics, it is necessary to include Al in each of the thin films constituting the cladding layer. Is considered more desirable to improve

【0062】また、n型クラッド層を構成するAlny
1-nyN(ny≦1)薄膜の炭素濃度C(ny)は、
0.40<ny≦1の場合は5E+15(現状の検出限
界値)〜1E+19cm-3、ny≦0.40の場合は5
E+15〜1E+18cm-3が望ましい。AlnzGa
1-nzN(nz≦1)薄膜の炭素濃度C(nz)は、0.
005≦nz<nyの全ての範囲において、5E+15
〜1E+19cm-3が望ましい。特に、0.40<ny
≦1の場合はC(nz)は5E+15〜5E+18cm
-3、ny≦0.40の場合はC(nz)は5E+15〜
5E+18cm-3であることが好ましい。
Further, Alny G constituting the n-type cladding layer
The carbon concentration C (ny) of the a 1-ny N (ny ≦ 1) thin film is
5E + 15 (current detection limit value) to 1E + 19 cm -3 when 0.40 <ny ≦ 1, 5 when ny ≦ 0.40
E + 15 to 1E + 18 cm -3 is desirable. Al nz Ga
The carbon concentration C (nz) of the 1-nz N (nz ≦ 1) thin film is 0.5.
5E + 15 in all ranges of 005 ≦ nz <ny
11E + 19 cm −3 is desirable. In particular, 0.40 <ny
If ≤1, C (nz) is 5E + 15E + 18cm
-3 , when ny ≦ 0.40, C (nz) is 5E + 15
It is preferably 5E + 18 cm -3 .

【0063】また、p型クラッド層を構成するAlpy
1-pyN(py≦1)薄膜の炭素濃度C(py)は、
0.40<py≦1の場合は5E+15(現状の検出限
界値)〜1E+19cm-3、py≦0.40の場合は5
E+15〜1E+18cm-3が望ましい。AlpzGa
1-pzN(pz≦1)薄膜の炭素濃度C(pz)は、0.
005≦pz<pyの全ての範囲において、5E+15
〜1E+19cm-3が望ましい。特に、0.40<py
≦1の場合はC(pz)は5E+15〜5E+18cm
-3、py≦0.40の場合はC(pz)は5E+15〜
5E+18cm-3であることが好ましい。炭素濃度が低
過ぎたり、高過ぎる場合には、半導体の結晶性が低下
し、素子抵抗が増加したり、n型化、p型化が困難にな
ることを困難になることを確認している。
Further, Al py G constituting the p-type cladding layer
The carbon concentration C (py) of the a 1-py N (py ≦ 1) thin film is
5E + 15 (current detection limit value) to 1E + 19 cm -3 when 0.40 <py ≦ 1, and 5 when py ≦ 0.40
E + 15 to 1E + 18 cm -3 is desirable. Al pz Ga
The carbon concentration C (pz) of the 1-pz N (pz ≦ 1) thin film is 0.1.
5E + 15 in all ranges of 005 ≦ pz <py
11E + 19 cm −3 is desirable. In particular, 0.40 <py
When ≤1, C (pz) is 5E + 15E + 18cm
-3 , when py ≦ 0.40, C (pz) is 5E + 15
It is preferably 5E + 18 cm -3 . It has been confirmed that if the carbon concentration is too low or too high, the crystallinity of the semiconductor decreases, the element resistance increases, and it becomes difficult to make the semiconductor device n-type or p-type. .

【0064】また、n型クラッド層を構成するAlny
1-nyN(ny≦1)薄膜のドーパント濃度C(dn
y)は、5E+19cm-3以下が望ましい。C(dn
y)が高すぎると結晶性が低下し、望ましくない。Al
nzGa1-nzN(0.005≦pz<py)薄膜のドーパ
ント濃度C(dnz)は、1E+17〜1E+19cm
-3が好ましい。C(dnz)は高すぎると結晶性が低下
し、低すぎると抵抗が高くなり、好ましくない。
Further, Alny G constituting the n-type cladding layer
a 1-ny N (ny ≦ 1) thin film dopant concentration C (dn
y) is preferably 5E + 19 cm -3 or less. C (dn
If y) is too high, the crystallinity decreases, which is not desirable. Al
nz Ga 1-nz N (0.005 ≦ pz <py) dopant concentration of the thin film C (dnz) is, 1E + 17~1E + 19cm
-3 is preferred. If C (dnz) is too high, the crystallinity decreases, and if it is too low, the resistance increases, which is not preferable.

【0065】また、p型クラッド層を構成するAlpy
1-pyN(py≦1)薄膜のドーパント濃度C(dp
y)は、5E+20cm-3以下が望ましい。C(dp
y)が高すぎると結晶性が低下し、望ましくない。Al
pzGa1-pzN(0.005≦pz<py)薄膜のドーパ
ント濃度C(dpz)は、1E+18〜1E+19cm
-3が好ましい。C(dpz)は高すぎると結晶性が低下
し、低すぎると抵抗が高くなり、好ましくない。
Further, Al py G constituting the p-type cladding layer
a 1-py N (py ≦ 1) Dopant concentration C (dp
y) is preferably 5E + 20 cm -3 or less. C (dp
If y) is too high, the crystallinity decreases, which is not desirable. Al
pz Ga 1-pz N (0.005 ≦ pz <py) of the thin film dopant concentration C (DPZ) is, 1E + 18~1E + 19cm
-3 is preferred. If C (dpz) is too high, the crystallinity decreases, and if it is too low, the resistance increases, which is not preferable.

【0066】ここで、Alの平均組成とは、クラッド層
を構成する各薄層のAl組成を基板側から y(1)、z(1)、y(2)、z(2)、y(3)、
z(3)、、、、、y(m)、z(m) として、クラッド層を構成する各薄層の膜厚を基板側か
ら T(y(1))、T(z(1))、T(y(2))、T
(z(2))、、、、、T(y(m))、T(z
(m)) とすると平均Al組成(M(Al))は数1で表すこと
ができる。
Here, the average composition of Al means that the Al composition of each thin layer constituting the cladding layer is determined from the substrate side as y (1), z (1), y (2), z (2), y ( 3),
As z (3),..., y (m), z (m), the thickness of each thin layer constituting the cladding layer is determined from the substrate side as T (y (1)), T (z (1)). , T (y (2)), T
(Z (2)), T (y (m)), T (z
(M)), the average Al composition (M (Al)) can be expressed by Equation 1.

【0067】[0067]

【数1】 (Equation 1)

【0068】n型クラッド層、及びp型クラッド層の平
均Al組成は、ともに0.05≦M(Al)≦0.30
であることにより、効果が現れる。さらには、0.07
≦M(Al)≦0.20であることにより、より効果が
現れる。低いと閉じ込め効果が弱くなり、高いと結晶性
が低下するために好ましくない。
The average Al compositions of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are both 0.05 ≦ M (Al) ≦ 0.30
Thus, an effect appears. Furthermore, 0.07
By setting ≦ M (Al) ≦ 0.20, more effect can be obtained. If it is low, the confinement effect becomes weak, and if it is high, the crystallinity decreases, which is not preferable.

【0069】また、n型クラッド層、及びp型クラッド
層の全厚さは、ともに0.20μm〜3.00μmであ
ることにより、効果が現れる。さらには、0.50μm
〜1.50μmであることにより、より効果が現れる。
クラッド層の全厚さが薄い場合は閉じ込め効果が弱くな
り、厚い場合は素子抵抗が大きくなり、また結晶性も低
下するために好ましくない。
The effect is exhibited when the total thickness of both the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is 0.20 μm to 3.00 μm. Furthermore, 0.50 μm
When the thickness is up to 1.50 μm, more effects can be obtained.
If the total thickness of the cladding layer is small, the confinement effect becomes weak, and if the total thickness is large, the element resistance increases and the crystallinity also decreases, which is not preferable.

【0070】特に、平均Al組成が0.05〜0.10
の場合はクラッド層の全厚さは0.50μm〜3.00
μm、平均Al組成が0.10〜0.20の場合はクラ
ッド層の全厚さは0.50μm〜2.50μm、平均A
l組成が0.20〜0.30の場合はクラッド層の全厚
さは0.05μm〜1.50μmであるときに効果が現
れる。
In particular, when the average Al composition is 0.05 to 0.10
The total thickness of the cladding layer is 0.50 μm to 3.00.
μm, when the average Al composition is 0.10 to 0.20, the total thickness of the cladding layer is 0.50 μm to 2.50 μm, and the average A
When the l-composition is 0.20 to 0.30, the effect appears when the total thickness of the cladding layer is 0.05 μm to 1.50 μm.

【0071】本実施の形態では、n型クラッド層をAl
nyGa1-nyN(ny≦1)薄膜とAlnzGa1-nz
(0.005≦nz≦ny)薄膜で構成し、かつ、p型
クラッド層をAlpyGa1-pyN(py≦1)薄膜とAl
pzGa1-pzN(0.005≦pz≦py)薄膜で構成
し、AlnyGa1-nyN薄膜とAlpyGa1-pyN薄膜の厚
さを同一とし、AlnzGa1-nzN薄膜とAlpzGa1-pz
N薄膜の厚さを同一としたが、AlnyGa1-nyN薄膜の
厚さとAlpyGa1-pyN薄膜の厚さが異なるか、もしく
は、AlnzGa1-nzN薄膜の厚さとAlpzGa1-pzN薄
膜の厚さが異なる構成の素子においても、効果が現れる
ことを確認している。また、本実施の形態では、(n
y)=(py)かつ(nz)=(pz)としたが、(n
y)と(py)が異なるか、もしくは、(nz)と(p
z)が異なる構成の素子においても、効果が現れること
を確認している。また、n型クラッド層とp型クラッド
層とはAlの組成が異なる構成の素子についても効果が
現れることを確認している。
In this embodiment, the n-type cladding layer is made of Al
ny Ga 1-ny N (ny ≦ 1) thin film and Al nz Ga 1-nz N
(0.005 ≦ nz ≦ ny) thin film, and the p-type cladding layer is composed of Al py Ga 1-py N (py ≦ 1) thin film and Al
pz Ga 1-pz N constituted by (0.005 ≦ pz ≦ py) thin film, and the Al ny Ga 1-ny N thin film and Al py Ga 1-py N thickness of the thin film with the same, Al nz Ga 1-nz N thin film and Al pz Ga 1-pz
The thickness of the N thin film was the same, but the thickness of the Al ny Ga 1-ny N thin film was different from the thickness of the Al py Ga 1-py N thin film, or the thickness of the Al nz Ga 1-nz N thin film was It has been confirmed that the effect is exhibited even in a device having a configuration in which the thickness of the Al pz Ga 1-pz N thin film is different. In the present embodiment, (n
y) = (py) and (nz) = (pz), but (n
y) and (py) are different, or (nz) and (p)
It has been confirmed that the effect is exhibited even in the elements having different configurations of z). In addition, it has been confirmed that the effect is exhibited also in an element having a configuration in which the Al composition is different between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer.

【0072】本実施の形態においては、n型クラッド層
とp型クラッド層ともに、AlyGa1-yN(y≦1)薄
膜と、AlzGa1-zN(0.005≦z<y)薄膜とが
交互に積層された構造となっているが、n型クラッド
層、もしくはp型クラッド層の片側だけにおいて、Al
yGa1-yN(y≦1)薄膜と、AlzGa1-zN(0.0
05≦z<y)薄膜とを交互に積層させた構造とした場
合でも、素子の結晶性、及び特性の向上の効果を確認し
ている。
In this embodiment, both the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are made of an Al y Ga 1 -yN (y ≦ 1) thin film and an Al z Ga 1 -zN (0.005 ≦ z < y) A thin film and a thin film are alternately laminated, but only one side of the n-type cladding layer or the p-type cladding layer
y Ga 1-y N (y ≦ 1) thin film and Al z Ga 1-z N (0.0
05 ≦ z <y) Even in the case of a structure in which thin films are alternately stacked, the effect of improving the crystallinity and characteristics of the element has been confirmed.

【0073】クラッド層を構成する層は、2種類に限定
されるものではなく、順序に関して、AlyGa1-yN薄
膜(0<y<1)の次にAlzGa1-zN薄膜(0<z≦
y)を積層させるという関係が保たれれば、膜厚、Al
組成、ドーピング濃度の異なった3種以上の薄膜の組合
せも可能であり、実際、効果も確認している。
The layers constituting the cladding layer are not limited to two kinds, but in terms of the order, the Al y Ga 1 -y N thin film (0 <y <1), then the Al z Ga 1 -z N thin film (0 <z ≦
If the relationship of stacking y) is maintained, the film thickness, Al
A combination of three or more kinds of thin films having different compositions and doping concentrations is also possible, and the effect has actually been confirmed.

【0074】また、c面基板を用いる場合、基板面の垂
直方向(結晶の積層方向)と成長基板のc軸が0.10
°〜0.25°ずれている場合、より好ましくは0.1
5°〜0.20°ずれている場合は、成長表面の平坦性
が促進され、素子全体の結晶性が向上し、活性層しいて
は素子の特性がさらに向上することを確認している。
When a c-plane substrate is used, the direction perpendicular to the substrate surface (the direction in which crystals are stacked) and the c-axis of the growth substrate are set to 0.10.
When it is shifted by 0.2 to 0.25 °, more preferably 0.1 °
It has been confirmed that when the angle is shifted by 5 ° to 0.20 °, the flatness of the growth surface is promoted, the crystallinity of the entire device is improved, and the characteristics of the active layer are further improved.

【0075】本実施の形態では、(0001)面を有す
るサファイア基板を使用した例について記述したが、他
の面のサファイア基板、GaN、SiC、スピネル、マ
イカ等が適用でき、いずれの基板でも本実施の形態と同
様の効果が現われることを確認している。
In this embodiment, an example in which a sapphire substrate having a (0001) plane is used has been described. However, a sapphire substrate having another plane, GaN, SiC, spinel, mica, or the like can be applied. It has been confirmed that the same effects as those of the embodiment appear.

【0076】また、基板としてGaNを使用する場合に
は、H2雰囲気中の熱処理と低温でのバッファー層の成
長は行う必要がなく、昇温は、不活性ガスを主とするキ
ャリアガスとNH3雰囲気中で行い、TMG及び/また
はSiH4の導入と同時に下層のGaN膜の成長から行
うことができ、このときも作製された発光素子は本実施
の形態と同様の効果が現われている。
When GaN is used as the substrate, it is not necessary to perform heat treatment in an H 2 atmosphere and grow the buffer layer at a low temperature, and the temperature is raised by using a carrier gas mainly composed of an inert gas and NH 3. It can be carried out in three atmospheres and at the same time as the introduction of TMG and / or SiH 4 from the growth of the underlying GaN film. In this case also, the light emitting device produced has the same effects as the present embodiment.

【0077】本実施の形態では、低温バッファー層とし
てGaN膜を成長した場合について記述したが、低温バ
ッファー層としてはAlηGa1-ηN(0≦η≦1)を
使用しても、さらにZnOを用いた場合も、発光素子を
作製する上で何ら問題がなく、いずれの場合でも本実施
の形態と同様の効果が現われている。
In this embodiment, the case where a GaN film is grown as the low-temperature buffer layer has been described. However, even if AlηGa 1 -ηN (0 ≦ η ≦ 1) is used as the low-temperature buffer layer, ZnO is further used. In any case, there is no problem in manufacturing the light emitting element, and in each case, the same effect as that of the present embodiment is exhibited.

【0078】(実施の形態2A)本実施の形態では、n
型クラッド層とp型クラッド層の構成が異なるGaN系
化合物半導体レーザダイオードを作製した結果について
説明する。
(Embodiment 2A) In this embodiment, n
The result of manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode in which the configuration of the p-type cladding layer is different from that of the p-type cladding layer will be described.

【0079】本実施の形態のGaN系化合物半導体のレ
ーザダイオードの製造法により作製された膜の断面図
は、実施の形態1の説明に用いた図1において、(10
4b)をn型クラッド層を構成するアンドープAl0.20
Ga0.80N薄膜、(104c)をn型クラッド層を構成
するAl0.04Ga0.96N薄膜としたものである。本実施
の形態で使用したMOCVD装置の概略図は、実施の形
態1の説明に用いた図2と同一のものである。
A cross-sectional view of a film manufactured by the method of manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode of the present embodiment is shown in FIG.
4b) undoped Al 0.20 constituting the n-type cladding layer
The Ga 0.80 N thin film and (104c) are Al 0.04 Ga 0.96 N thin films constituting the n-type cladding layer. The schematic diagram of the MOCVD apparatus used in the present embodiment is the same as FIG. 2 used for describing the first embodiment.

【0080】p型クラッド層と比較して、n型クラッド
層の平均Al組成を大きくした場合について説明する。
A case where the average Al composition of the n-type cladding layer is increased as compared with the p-type cladding layer will be described.

【0081】n型クラッド層(104a)の作製方法
は、4μmのn型GaNコンタクト層(103)成長
後、SiH4ガスの供給を停止し、TMAを供給し、厚
さ4.0nmのn型クラッド層を構成するアンドープA
0.20Ga0.80N層(104b)を形成し、さらにSi
4ガスを供給し、TMAの供給量を変え、厚さ4.0
nmのn型クラッド層を構成するAl0.04Ga0.96N:
Si層(104c)(この層を同条件で厚膜化(0.4
μm)したサンプルをSIMSで測定したときのSi濃
度=3E+18cm-3)を形成する。この操作を100
回繰り返し、厚さ0.80μm、平均組成Al0.12Ga
0.88Nのn型クラッド層(104a)を成長する。
The method of forming the n-type cladding layer (104a) is as follows. After the growth of the 4 μm n-type GaN contact layer (103), the supply of SiH 4 gas is stopped, TMA is supplied, and the n-type Undoped A constituting the cladding layer
l 0.20 Ga 0.80 N layer (104b) is formed.
H 4 gas was supplied, the supply amount of TMA was changed, and the thickness was 4.0.
Al 0.04 Ga 0.96 N constituting the n-type cladding layer of nm:
Si layer (104c) (this layer is thickened under the same conditions (0.4
(μm) is measured to form a Si concentration = 3E + 18 cm −3 ) as measured by SIMS. Perform this operation 100 times.
Times, thickness 0.80 μm, average composition Al 0.12 Ga
A 0.88 N n-type cladding layer (104a) is grown.

【0082】後の工程は、実施の形態1と同様の方法で
成長を行い、結晶膜を処理し、レーザ素子を作製した。
In the subsequent steps, growth was performed in the same manner as in Embodiment 1, the crystal film was processed, and a laser device was manufactured.

【0083】このレーザ素子の特性を測定したところ、
低しきい値で、発光効率の高いレーザ連続発振が得られ
た。光出力35mWの室温での投入電力は、241.7
mWであり、実施の形態1の比較例より、素子特性は向
上していた。
When the characteristics of this laser device were measured,
Laser continuous oscillation with high luminous efficiency was obtained at a low threshold. The input power at room temperature with an optical output of 35 mW is 241.7.
mW, and the device characteristics were improved as compared with the comparative example of the first embodiment.

【0084】現在、GaN系化合物半導体LDをピック
アップ用レーザ素子として使用する場合、n型クラッド
層側のレーザの高次モードが問題となっているが、本実
施の形態のように、n型クラッド層のAl組成のみを大
きくすることにより、n側の光閉じ込め効果が良好にな
り、投入電力と光出力の関係を保持しながら、この現象
をかなり軽減されせることに成功した。
At present, when a GaN-based compound semiconductor LD is used as a laser element for pickup, a higher-order mode of the laser on the n-type cladding layer side is a problem. By increasing only the Al composition of the layer, the light confinement effect on the n side was improved, and this phenomenon was successfully reduced while maintaining the relationship between the input power and the light output.

【0085】(実施例2B)次に、n型クラッド層とp
型クラッド層において、n型クラッド層の層厚を大きく
した場合について、説明する。4μmのn型GaNコン
タクト層(103)成長後、SiH4ガスの供給を停止
し、TMAを供給し、厚さ4.0nmのn型クラッド層
を構成するアンドープAl0.16Ga0.84N層(104
b)を形成し、さらにSiH4ガスを供給し、TMAの
供給量を変え、厚さ4.0nmのn型クラッド層を構成
するAl0.02Ga0.98N:Si層(104c)(この層
を同条件で厚膜化(0.4μm)したサンプルをSIM
Sで測定したときのSi濃度=3E+18cm-3)を形
成する。この操作を150回繰り返し、厚さ1.20μ
m、組成Al0.09Ga0.91Nのn型クラッド層(104
a)を成長する。後の工程は、実施の形態1と同様の方
法で成長を行い、結晶膜を処理し、レーザ素子を作製し
た。
(Example 2B) Next, the n-type clad layer and the p-type
The case where the layer thickness of the n-type cladding layer in the mold cladding layer is increased will be described. After the growth of the 4 μm n-type GaN contact layer (103), the supply of SiH 4 gas is stopped, TMA is supplied, and the undoped Al 0.16 Ga 0.84 N layer (104) constituting the 4.0-nm thick n-type cladding layer is formed.
b) is formed, SiH 4 gas is further supplied, the supply amount of TMA is changed, and an Al 0.02 Ga 0.98 N: Si layer (104c) constituting an n-type cladding layer with a thickness of 4.0 nm (this layer is The sample whose thickness is increased (0.4 μm) under the conditions
An Si concentration as measured by S = 3E + 18 cm -3 ) is formed. This operation was repeated 150 times to obtain a thickness of 1.20 μm.
m, n-type cladding layer of composition Al 0.09 Ga 0.91 N (104
a) grow. In the subsequent steps, growth was performed in the same manner as in Embodiment 1, the crystal film was processed, and a laser element was manufactured.

【0086】このレーザ素子の特性を測定したところ、
低しきい値で、発光効率の高いレーザ連続発振が得られ
た。光出力35mWの室温での投入電力は、231.8
mWであり、実施の形態1の比較例より、素子の発光特
性は向上していた。また、寿命特性も向上していた。
When the characteristics of this laser device were measured,
Laser continuous oscillation with high luminous efficiency was obtained at a low threshold. The input power at room temperature with an optical output of 35 mW is 231.8.
mW, and the light emitting characteristics of the device were improved as compared with the comparative example of the first embodiment. Further, the life characteristics were also improved.

【0087】さらに、本実施の形態のように、n型クラ
ッド層の膜厚のみを大きくすることにより、n側の光閉
じ込め効果が良好になり、投入電力と光出力の関係を保
持しながら、高次モード現象をかなり抑制することがで
きた。
Further, as in the present embodiment, by increasing only the thickness of the n-type cladding layer, the light confinement effect on the n side is improved, and the relationship between the input power and the light output is maintained. Higher-order mode phenomena could be suppressed considerably.

【0088】以上のような実施の形態2A、2Bにおい
て、以下の構成とすることが望ましい。投入電力と光出
力の関係を保持しながら、高次モードを抑制するために
は、n型クラッド層の平均Al組成(Mn(Al))
は、0.07≦Mn(Al)≦0.30が好ましく、さ
らには0.10≦Mn(Al)≦0.25の範囲が好ま
しい。n型クラッド層の膜厚は、0.40μm〜3.0
0μmが好ましく、さらには、0.80μm〜1.80
μmが好ましい。
In the above-described Embodiments 2A and 2B, the following configuration is desirable. In order to suppress higher-order modes while maintaining the relationship between input power and optical output, the average Al composition of the n-type cladding layer (Mn (Al))
Is preferably 0.07 ≦ Mn (Al) ≦ 0.30, more preferably 0.10 ≦ Mn (Al) ≦ 0.25. The thickness of the n-type cladding layer is 0.40 μm to 3.0 μm.
0 μm is preferred, and more preferably 0.80 μm to 1.80.
μm is preferred.

【0089】この場合、n型クラッド層の平均Al組
成、膜厚を単独で変化させても効果はあるが、両方を変
化させることでさらに効果が現れることを確認してい
る。また、AlnyGa1-nyN薄膜の厚さとAlpyGa
1-pyN薄膜の厚さが異なるか、もしくは、AlnzGa
1-nzN薄膜の厚さとAlpzGa1-pzN薄膜の厚さが異な
る構成の素子においても、効果が現れることを確認して
いる。また、(ny)と(py)が異なるか、もしく
は、(nz)と(pz)が異なる構成の素子において
も、効果が現れることを確認している。基板と近い方の
クラッド層を構成する薄膜の厚さを小さく、Alの組成
を大きくした方がサファイアとの格子定数、熱膨張係数
との差から生じる歪みを抑えることができ、高い結晶性
の、良好な特性をもつ発光素子を得ることができる。
In this case, although the average Al composition and the film thickness of the n-type cladding layer can be independently changed, there is an effect, but it has been confirmed that the effect can be further improved by changing both of them. Also, the thickness of the Al ny Ga 1-ny N thin film and Al py Ga
The thickness of the 1-py N thin film is different or Al nz Ga
It has been confirmed that the effect is exhibited even in a device having a structure in which the thickness of the 1-nz N thin film is different from the thickness of the Al pz Ga 1-pz N thin film. In addition, it has been confirmed that the effect is exhibited also in an element having a configuration in which (ny) and (py) are different or a configuration in which (nz) and (pz) are different. When the thickness of the thin film constituting the cladding layer closer to the substrate is reduced and the Al composition is increased, the distortion caused by the difference between the lattice constant and the thermal expansion coefficient from sapphire can be suppressed, and the high crystallinity A light-emitting element having good characteristics can be obtained.

【0090】実施の形態2A、2Bにおいては、n型ク
ラッド層とp型クラッド層ともに、AlyGa1-yN(y
≦1)薄膜と、AlzGa1-zN(0.005≦z<y)
薄膜とが交互に積層された構造となっているが、n型ク
ラッド層、もしくはp型クラッド層の片側だけにおい
て、AlyGa1-yN(y≦1)薄膜と、AlzGa1-z
(0.005≦z<y)薄膜とを交互に積層させた構造
とした場合でも、素子の結晶性、及び特性の向上の効果
を確認している。
In Embodiments 2A and 2B, both the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are Al y Ga 1 -yN (y
≦ 1) Thin film and Al z Ga 1-z N (0.005 ≦ z <y)
The thin film and the thin film are alternately stacked, but only on one side of the n-type clad layer or the p-type clad layer, an Al y Ga 1-y N (y ≦ 1) thin film and an Al z Ga 1- z N
(0.005 ≦ z <y) Even in the case of a structure in which thin films are alternately stacked, an effect of improving the crystallinity and characteristics of the element has been confirmed.

【0091】薄膜のAl組成比yは、0.05≦y≦
0.40、より好ましくは0.10≦y≦0.30で効
果があり、zは0.005≦z≦0.1、より好ましく
は0.005≦z≦0.05で効果がある。また、y−
zの範囲は0.05≦y≦0.39、より好ましくは
0.10≦y≦0.39で効果がある。
The Al composition ratio y of the thin film is 0.05 ≦ y ≦
It is effective when 0.40, more preferably 0.10 ≦ y ≦ 0.30, and z is effective when 0.005 ≦ z ≦ 0.1, more preferably 0.005 ≦ z ≦ 0.05. Also, y-
The range of z is effective when 0.05 ≦ y ≦ 0.39, more preferably 0.10 ≦ y ≦ 0.39.

【0092】クラッド層を構成する薄膜の厚さについて
は、3.0nm〜50.0nmが好ましく、さらには
3.0〜10.0nmが好ましく、より結晶性向上の効
果が現れることを確認している。
The thickness of the thin film constituting the cladding layer is preferably 3.0 nm to 50.0 nm, more preferably 3.0 nm to 10.0 nm, and it has been confirmed that the effect of further improving the crystallinity appears. I have.

【0093】p型クラッド層の厚さは0.20μm〜
2.50μmであることにより、効果が現れる。さらに
は、0.50μm〜1.50μmであることにより、よ
り効果が現れる。
The thickness of the p-type cladding layer is from 0.20 μm
An effect appears when the thickness is 2.50 μm. Further, when the thickness is 0.50 μm to 1.50 μm, more effects are exhibited.

【0094】p型クラッド層の平均Al組成(Mp(A
l))は、ともに0.05≦Mp(Al)≦0.25で
あることにより、効果が現れる。さらには、0.07≦
Mp(Al)≦0.20であることにより、より効果が
現れる。
The average Al composition of the p-type cladding layer (Mp (A
1)) has an effect because 0.05 ≦ Mp (Al) ≦ 0.25. Furthermore, 0.07 ≦
When Mp (Al) ≦ 0.20, the effect is more apparent.

【0095】クラッド層を構成する層は、2種類に限定
されるものではなく、順序に関して、AlyGa1-yN薄
膜(0<y<1)の次にAlzGa1-zN薄膜(0<z≦
y)を積層させるという関係が保たれれば、膜厚、Al
組成、ドーピング濃度の異なった3種以上の薄膜の組合
せも可能であり、実際、効果も確認している。
The layers constituting the cladding layer are not limited to two types, and the order of the layers is not limited to Al y Ga 1 -yN thin film (0 <y <1), then Al z Ga 1 -z N thin film. (0 <z ≦
If the relationship of stacking y) is maintained, the film thickness, Al
A combination of three or more kinds of thin films having different compositions and doping concentrations is also possible, and the effect has actually been confirmed.

【0096】実施の形態1と同様に、c面基板を用いる
場合、基板面の垂直方向(結晶の積層方向)と成長基板
のc軸が0.10°〜0.25°ずれている場合、より
好ましくは0.15°〜0.20°ずれている場合は、
成長表面の平坦性が促進され、素子全体の結晶性が向上
し、活性層しいては素子の特性がさらに向上することを
確認している。
As in the first embodiment, when a c-plane substrate is used, when the vertical direction of the substrate surface (the direction of crystal lamination) and the c-axis of the growth substrate are shifted by 0.10 ° to 0.25 °, More preferably, when shifted by 0.15 ° to 0.20 °,
It has been confirmed that the flatness of the growth surface is promoted, the crystallinity of the entire device is improved, and the characteristics of the active layer are further improved.

【0097】実施の形態2A、2Bでは、(0001)
面を有するサファイア基板を使用した例について記述し
たが、他の面のサファイア基板、GaN、SiC、スピ
ネル、マイカ等が適用でき、いずれの基板でも本実施の
形態と同様の効果が現われることを確認している。
In Embodiments 2A and 2B, (0001)
Although an example using a sapphire substrate having a surface has been described, sapphire substrates of other surfaces, GaN, SiC, spinel, mica, etc. can be applied, and it is confirmed that the same effects as those of the present embodiment can be obtained with any substrate. are doing.

【0098】また、基板としてGaNを使用する場合に
は、H2雰囲気中の熱処理と低温でのバッファー層の成
長は行う必要がなく、昇温は、不活性ガスを主とするキ
ャリアガスとNH3雰囲気中で行い、TMG及び/また
はSiH4の導入と同時に下層のGaN膜の成長から行
うことができ、このときも作製された発光素子は本実施
の形態と同様の効果が現われている。
When GaN is used as the substrate, it is not necessary to perform heat treatment in an H 2 atmosphere and grow the buffer layer at a low temperature, and the temperature is raised by using a carrier gas mainly composed of an inert gas and NH 3. It can be carried out in three atmospheres and at the same time as the introduction of TMG and / or SiH 4 from the growth of the underlying GaN film. In this case also, the light emitting device produced has the same effects as the present embodiment.

【0099】また、実施の形態2A、2Bでは、低温バ
ッファー層としてGaN膜を成長した場合について記述
したが、低温バッファー層としてはAlηGa1-ηN
(0≦η≦1)を使用しても、さらにZnOを用いた場
合も、発光素子を作製する上で何ら問題がなく、いずれ
の場合でも本実施の形態と同様の効果が現われている。
In the embodiments 2A and 2B, the case where a GaN film is grown as a low-temperature buffer layer has been described. However, as a low-temperature buffer layer, AlηGa 1 -ηN
Even when (0 ≦ η ≦ 1) is used, and when ZnO is further used, there is no problem in manufacturing a light emitting element, and in each case, the same effect as that of the present embodiment appears.

【0100】(実施の形態3)本実施の形態では、クラ
ッド層にIn1-wGawN(0<w<1)クラック防止層
を組込んだGaN系化合物半導体レーザダイオードを作
製した結果について説明する。
[0100] (Embodiment 3) In this embodiment, In 1-w Ga w N ( 0 <w <1) results of GaN-based compound semiconductor laser diode incorporating a crack preventing layer were prepared in the clad layer explain.

【0101】図3は、本実施の形態のGaN系化合物半
導体のレーザダイオードの製造法により作製された膜の
断面図である。基板として、サファイア基板(101)
を用い、その上にGaNバッファ層(102)、n型G
aNコンタクト層(103)、第1のn型クラッド層
(304a1)が形成される。この1番目のn型クラッ
ド層(304a1)は、n型クラッド層を構成するアン
ドープAl0.16Ga0.84N薄膜(304b)とn型クラ
ッド層を構成するAl0.02Ga0.98N:Si薄膜(30
4c)で形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a film manufactured by the method of manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode of the present embodiment. Sapphire substrate (101) as the substrate
GaN buffer layer (102), n-type G
An aN contact layer (103) and a first n-type clad layer (304a1) are formed. The first n-type cladding layer (304a1) is composed of an undoped Al 0.16 Ga 0.84 N thin film (304b) forming the n-type cladding layer and an Al 0.02 Ga 0.98 N: Si thin film (30) forming the n-type cladding layer.
4c).

【0102】1番目のn型クラッド層(304a1)の
上に、In0.1Ga0.9Nクラック防止層(313)、2
番目のn型クラッド層(304a2)が形成される。こ
の2番目のn型クラッド層(304a2)は、1番目の
n型クラッド層(304a1)と同様に、n型クラッド
層を構成するアンドープAl0.16Ga0.84N薄膜(30
4b)とn型クラッド層を構成するAl0.02Ga
0.98N:Si薄膜(304c)で形成されている。第2
のn型クラッド層(304a2)の上に、n型GaNガ
イド層(105)、活性層(106)、AlGaN蒸発
防止層(107)、p型GaNガイド層(108)、p
型クラッド層(109a)が形成される。
On the first n-type cladding layer (304a1), an In 0.1 Ga 0.9 N crack preventing layer (313),
A n-type cladding layer (304a2) is formed. The second n-type cladding layer (304a2) is made of an undoped Al 0.16 Ga 0.84 N thin film (30), which constitutes the n-type cladding layer, similarly to the first n-type cladding layer (304a1).
4b) and Al 0.02 Ga constituting the n-type cladding layer
It is formed of a 0.98 N: Si thin film (304c). Second
N-type GaN guide layer (105), active layer (106), AlGaN evaporation preventing layer (107), p-type GaN guide layer (108), p-type
A mold cladding layer (109a) is formed.

【0103】このp型クラッド層(109a)は、p型
クラッド層を構成するアンドープAl0.16Ga0.84N薄
膜(109b)とp型クラッド層を構成するAl0.02
0. 98N:Mg薄膜(109c)で形成される。p型ク
ラッド層(109a)の上にはp型GaNコンタクト層
(110)が形成され、結晶成長の後に、SiO2絶縁
膜(111)、p型電極(112a)、n型電極(11
2b)が形成される。
The p-type cladding layer (109a) is composed of an undoped Al 0.16 Ga 0.84 N thin film (109b) forming the p-type cladding layer and Al 0.02 G forming the p-type cladding layer.
a 0. 98 N: formed by Mg thin film (109c). A p-type GaN contact layer (110) is formed on the p-type cladding layer (109a). After crystal growth, an SiO 2 insulating film (111), a p-type electrode (112a), and an n-type electrode (11) are formed.
2b) is formed.

【0104】本実施の形態で使用したMOCVD装置の
概略図は、実施の形態1の説明に用いた図2と同一のも
のである。n型クラッド層にIn0.1Ga0.9Nクラック
防止層を組込んだGaN系化合物半導体レーザダイオー
ドを作製した結果について説明する。成長方法は、n型
GaNコンタクト層までは、実施の形態1と同様の方法
である。
The schematic diagram of the MOCVD apparatus used in the present embodiment is the same as that shown in FIG. 2 used for describing the first embodiment. A description will be given of the result of fabricating a GaN-based compound semiconductor laser diode in which an In 0.1 Ga 0.9 N crack prevention layer is incorporated in an n-type cladding layer. The growth method is the same as that of the first embodiment up to the n-type GaN contact layer.

【0105】その後、SiH4ガスの供給を停止し、T
MAを10μmol/min.供給し、厚さ4.0nm
のn型クラッド層を構成するアンドープAl0.16Ga
0.84N層(304b)を形成し、さらにSiH4ガスを
5.0nmol/min.供給し、TMAの供給量を
1.5μmol/min.に変え、厚さ4.0nmのn
型クラッド層を構成するAl0.02Ga0.98N:Si層
(304c)(この層を同条件で厚膜化(0.4μm)
したサンプルをSIMSで測定したときのSi濃度=3
E+18cm-3)を形成する。この操作を50回繰り返
し、厚さ0.5μm、平均組成Al0.09Ga0.91Nの1
番目のn型クラッド層(304a1)を成長する。
Thereafter, the supply of the SiH 4 gas was stopped, and T
MA at 10 μmol / min. Supply, thickness 4.0nm
Al 0.16 Ga constituting the n-type cladding layer of
0.84 N layer (304b) formed, further the SiH 4 gas 5.0nmol / min. And the supply amount of TMA was 1.5 μmol / min. To a 4.0 nm thick n
Al 0.02 Ga 0.98 N: Si layer (304c) constituting the mold clad layer (this layer is thickened under the same conditions (0.4 μm)
Of Si sample measured by SIMS = 3
E + 18 cm -3 ) is formed. This operation was repeated 50 times, and the thickness of 0.5 μm and the average composition of Al 0.09 Ga 0.91 N
A n-type cladding layer (304a1) is grown.

【0106】次に、SiH4を5.0nmol/mi
n.、TMGを10μmol/min.、TMIを50
μmol/min.供給し、In0.2Ga0.8Nからなる
クラック防止層(313)を0.1μmの厚さになるよ
うに成長した。
Next, 5.0 nmol / mi of SiH 4 was added.
n. , TMG at 10 μmol / min. , TMI to 50
μmol / min. Then, a crack preventing layer (313) made of In 0.2 Ga 0.8 N was grown to a thickness of 0.1 μm.

【0107】その後、SiH4ガスの供給を停止し、T
MAを10μmol/min.供給し、厚さ4.0nm
のアンドープAl0.16Ga0.84N層(304b)を形成
し、さらにSiH4ガスを5.0nmol/min.供
給し、TMAの供給量を1.5μmol/min.に変
え、厚さ4.0nmのAl0.02Ga0.98N:Si層(3
04c)(Si濃度=3E+18cm-3)を形成する。
この操作を50回繰り返し、厚さ0.5μm、組成Al
0.09Ga0.91Nの2番目のn型クラッド層(304a
2)を成長させ、n型クラッド層にInGaNクラック
防止層を組み込む。後の工程は、実施の形態1と同様の
方法で成長を行い、結晶膜を処理し、レーザ素子を作製
した。
Thereafter, the supply of the SiH 4 gas was stopped, and T
MA at 10 μmol / min. Supply, thickness 4.0nm
Of an undoped Al 0.16 Ga 0.84 N layer (304b), and 5.0 nmol / min. Of SiH 4 gas. And the supply amount of TMA was 1.5 μmol / min. And a 4.0 nm thick Al 0.02 Ga 0.98 N: Si layer (3
04c) (Si concentration = 3E + 18 cm −3 ) is formed.
This operation was repeated 50 times, and the thickness was 0.5 μm and the composition was Al.
0.09 Ga 0.91 N second n-type cladding layer (304a
2) is grown, and an InGaN crack preventing layer is incorporated in the n-type cladding layer. In the subsequent steps, growth was performed in the same manner as in Embodiment 1, the crystal film was processed, and a laser element was manufactured.

【0108】このレーザ素子の特性を測定したところ、
低しきい値で、発光効率の高いレーザ連続発振が得られ
た。光出力35mWの投入電力は、192.1mWであ
り、クラッド層以外のn型GaNコンタクト層中もしく
はn型GaNコンタクト層とn型クラッド層の間にクラ
ック防止層を挿入した素子と比しても、素子の発光特性
は向上していることを確認した。また、寿命特性も向上
していた。
When the characteristics of this laser device were measured,
Laser continuous oscillation with high luminous efficiency was obtained at a low threshold. The input power at an optical output of 35 mW is 192.1 mW, which is smaller than that of an element in which a crack preventing layer is inserted in an n-type GaN contact layer other than the cladding layer or between the n-type GaN contact layer and the n-type cladding layer. It was confirmed that the light emitting characteristics of the device were improved. Further, the life characteristics were also improved.

【0109】従来、クラック防止を目的として、GaN
コンタクト層部に入れられていたInwGa1-wN層をク
ラッド層に導入することで、クラック防止層成長時の歪
は、クラッド層を構成する各層に転位等の形で導入され
るが、クラッド層が多層構造であるために、界面での転
位の伝搬は小さく、クラッド層で歪を吸収、緩和する。
このため、活性層に及ぼす歪は、大きく抑制される。こ
のため従来の場合よりも、活性層の結晶性、素子として
の発光効率が向上する。
Conventionally, GaN has been used to prevent cracks.
By introducing the In w Ga 1-w N layer contained in the contact layer portion into the cladding layer, the strain during the growth of the crack prevention layer is introduced into each layer constituting the cladding layer in the form of dislocation or the like. Since the cladding layer has a multilayer structure, the propagation of dislocations at the interface is small, and the cladding layer absorbs and reduces strain.
For this reason, the strain exerted on the active layer is largely suppressed. For this reason, the crystallinity of the active layer and the luminous efficiency as an element are improved as compared with the conventional case.

【0110】第2のクラッド層にクラック防止層を組込
んだ素子においても効果はあるが、第1、及び第2のク
ラッド層にクラック防止層を組込むことでさらに効果が
現れることを確認している。
Although an effect is also obtained in a device in which a crack preventing layer is incorporated in the second clad layer, it has been confirmed that the effect is further exhibited by incorporating a crack preventing layer in the first and second clad layers. I have.

【0111】本実施の形態においては、n型クラッド層
とp型クラッド層ともに、AlyGa1-yN(y≦1)薄
膜と、AlzGa1-zN(0.005≦z<y)薄膜とが
交互に積層された構造となっているが、クラック防止層
を組込むクラッド層を、n型クラッド層、もしくはp型
クラッド層の片側だけの場合について、クラック防止層
を組込むクラッド層についてのみ、AlyGa1-yN(y
≦1)薄膜と、Al zGa1-zN(0.005≦z<y)
薄膜とが交互に積層された構造とすることでも、素子の
結晶性、及び特性の向上の効果を確認している。
In this embodiment, the n-type cladding layer
And p-type cladding layer, AlyGa1-yN (y ≦ 1) thin
Film and AlzGa1-zN (0.005 ≦ z <y) thin film
The structure is alternately stacked, but the crack prevention layer
The n-type cladding layer or the p-type cladding layer
Crack prevention layer for only one side of the cladding layer
Only for the cladding layer incorporatingyGa1-yN (y
≦ 1) Thin film and Al zGa1-zN (0.005 ≦ z <y)
By adopting a structure in which thin films are alternately stacked,
The effect of improving crystallinity and characteristics has been confirmed.

【0112】薄膜のAl組成比yは、0.05≦y≦
0.40、より好ましくは0.10≦y≦0.30で効
果があり、zは0.005≦z≦0.1、より好ましく
は0.005≦z≦0.05で効果がある。また、y−
zの範囲は、0.05≦y−z≦0.39、より好まし
くは0.10≦y−z≦0.39で効果がある。
The Al composition ratio y of the thin film is 0.05 ≦ y ≦
It is effective when 0.40, more preferably 0.10 ≦ y ≦ 0.30, and z is effective when 0.005 ≦ z ≦ 0.1, more preferably 0.005 ≦ z ≦ 0.05. Also, y-
The range of z is effective when 0.05 ≦ yz ≦ 0.39, and more preferably 0.10 ≦ yz ≦ 0.39.

【0113】クラッド層を構成する薄膜の厚さについて
は、3.0nm〜50.0nmが好ましく、さらには
3.0〜10.0nmが好ましく、より結晶性向上の効
果が現れることを確認している。
The thickness of the thin film constituting the cladding layer is preferably 3.0 nm to 50.0 nm, more preferably 3.0 nm to 10.0 nm, and it has been confirmed that the effect of improving the crystallinity appears. I have.

【0114】n型クラッド層、及びp型クラッド層の平
均Al組成(M(Al))は、ともに0.05≦M(A
l)≦0.30であることにより、効果が現れる。さら
には、0.07≦M(Al)≦0.20であることによ
り、より効果が現れる。低いと閉じ込め効果が弱くな
り、高いと結晶性が低下するために好ましくない。
The average Al compositions (M (Al)) of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are both 0.05 ≦ M (A
l) ≦ 0.30 produces an effect. Further, when 0.07 ≦ M (Al) ≦ 0.20, the effect is more enhanced. If it is low, the confinement effect becomes weak, and if it is high, the crystallinity decreases, which is not preferable.

【0115】また、n型クラッド層、及びp型クラッド
層の全厚さは、ともに0.20μm〜3.00μmであ
ることにより、効果が現れる。さらには、0.50μm
〜1.50μmであることにより、より効果が現れる。
クラッド層の全厚さが薄い場合は閉じ込め効果が弱くな
り、厚い場合は素子抵抗が大きくなり、また結晶性も低
下するために好ましくない。特に、平均Al組成が0.
05〜0.10の場合はクラッド層の全厚さは0.50
μm〜3.00μm、平均Al組成が0.10〜0.2
0の場合はクラッド層の全厚さは0.50μm〜2.5
0μm、平均Al組成が0.20〜0.30の場合はク
ラッド層の全厚さは0.05μm〜1.50μmである
ときに効果が現れる。
The effect is exhibited when the total thickness of each of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is 0.20 μm to 3.00 μm. Furthermore, 0.50 μm
When the thickness is up to 1.50 μm, more effects can be obtained.
If the total thickness of the cladding layer is small, the confinement effect becomes weak, and if the total thickness is large, the element resistance increases and the crystallinity also decreases, which is not preferable. In particular, when the average Al composition is 0.1.
In the case of 05 to 0.10, the total thickness of the cladding layer is 0.50
μm to 3.00 μm, average Al composition is 0.10 to 0.2
In the case of 0, the total thickness of the cladding layer is 0.50 μm to 2.5
When the average Al composition is 0 μm and the average Al composition is 0.20 to 0.30, the effect appears when the total thickness of the cladding layer is 0.05 μm to 1.50 μm.

【0116】本実施の形態では、n型クラッド層をAl
nyGa1-nyN(ny≦1)薄膜とAlnzGa1-nz
(0.005≦nz<ny)薄膜で構成し、かつ、p型
クラッド層をAlpyGa1-pyN(py≦1)薄膜とAl
pzGa1-pzN(0.005≦pz<py)薄膜で構成
し、AlnyGa1-nyN薄膜とAlpyGa1-pyN薄膜の厚
さを同一とし、AlnzGa1-nzN薄膜とAlpzGa1-pz
N薄膜の厚さを同一としたが、AlnyGa1-nyN薄膜の
厚さとAlpyGa1-pyN薄膜の厚さが異なるか、もしく
は、AlnzGa1-nzN薄膜の厚さとAlpzGa1-pzN薄
膜の厚さが異なる構成の素子においても、効果が現れる
ことを確認している。また、本実施の形態では、(n
y)=(py)かつ(nz)=(pz)としたが、(n
y)と(py)が異なるか、もしくは、(nz)と(p
z)が異なる構成の素子においても、効果が現れること
を確認している。また、n型クラッド層とp型クラッド
層とはAlの組成が異なる構成の素子についても効果が
現れることを確認している。
In the present embodiment, the n-type cladding layer is made of Al
ny Ga 1-ny N (ny ≦ 1) thin film and Al nz Ga 1-nz N
(0.005 ≦ nz <ny) thin film, and the p-type cladding layer is made of Al py Ga 1-py N (py ≦ 1) thin film and Al
pz Ga 1-pz N constituted by (0.005 ≦ pz <py) thin film, and the Al ny Ga 1-ny N thin film and Al py Ga 1-py N thickness of the thin film with the same, Al nz Ga 1-nz N thin film and Al pz Ga 1-pz
The thickness of the N thin film was the same, but the thickness of the Al ny Ga 1-ny N thin film was different from the thickness of the Al py Ga 1-py N thin film, or the thickness of the Al nz Ga 1-nz N thin film was It has been confirmed that the effect is exhibited even in devices having a configuration in which the thickness of the Al pz Ga 1-pz N thin film is different. In the present embodiment, (n
y) = (py) and (nz) = (pz), but (n
y) and (py) are different, or (nz) and (p)
It has been confirmed that the effect is exhibited even in the elements having different configurations of z). In addition, it has been confirmed that the effect is exhibited also in an element having a configuration in which the Al composition is different between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer.

【0117】クラッド層を構成する層は、2種類に限定
されるものではなく、順序に関して、AlyGa1-yN薄
膜(0<y<1)の次にAlzGa1-zN薄膜(0<z≦
y)を積層させるという関係が保たれれば、膜厚、Al
組成、ドーピング濃度の異なった3種以上の薄膜の組合
せも可能であり、実際、効果も確認している。
The layers constituting the cladding layer are not limited to two types, but in terms of the order, the Al y Ga 1 -y N thin film (0 <y <1), followed by the Al z Ga 1 -z N thin film (0 <z ≦
If the relationship of stacking y) is maintained, the film thickness, Al
A combination of three or more kinds of thin films having different compositions and doping concentrations is also possible, and the effect has actually been confirmed.

【0118】また、c面基板を用いる場合、基板面の垂
直方向(結晶の積層方向)と成長基板のc軸が0.10
°〜0.25°ずれている場合、より好ましくは0.1
5°〜0.20°ずれている場合は、成長表面の平坦性
が促進され、素子全体の結晶性が向上し、活性層しいて
は素子の特性がさらに向上することを確認している。
When a c-plane substrate is used, the direction perpendicular to the substrate surface (the direction in which the crystals are stacked) and the c-axis of the growth substrate are set to 0.10.
When it is shifted by 0.2 to 0.25 °, more preferably 0.1 °
It has been confirmed that when the angle is shifted by 5 ° to 0.20 °, the flatness of the growth surface is promoted, the crystallinity of the entire device is improved, and the characteristics of the active layer are further improved.

【0119】本実施の形態では、(0001)面を有す
るサファイア基板を使用した例について記述したが、他
の面のサファイア基板、GaN、SiC、スピネル、マ
イカ等が適用でき、いずれの基板でも本実施の形態と同
様の効果が現われることを確認している。
In this embodiment, an example in which a sapphire substrate having a (0001) plane is used has been described. However, a sapphire substrate having another plane, GaN, SiC, spinel, mica, or the like can be used. It has been confirmed that the same effects as those of the embodiment appear.

【0120】また、基板としてGaNを使用する場合に
は、H2雰囲気中の熱処理と低温でのバッファー層の成
長は行う必要がなく、昇温は、不活性ガスを主とするキ
ャリアガスとNH3雰囲気中で行い、TMG及び/また
はSiH4の導入と同時に下層のGaN膜の成長から行
うことができ、このときも作製された発光素子は本実施
の形態と同様の効果が現われている。
When GaN is used as the substrate, it is not necessary to perform heat treatment in an H 2 atmosphere and grow the buffer layer at a low temperature, and the temperature is raised by using a carrier gas mainly composed of an inert gas and NH 3. It can be carried out in three atmospheres and at the same time as the introduction of TMG and / or SiH 4 from the growth of the underlying GaN film. In this case also, the light emitting device produced has the same effects as the present embodiment.

【0121】また、本実施の形態では、低温バッファー
層としてGaN膜を成長した場合について記述したが、
低温バッファー層としてはAlηGa1-ηN(0≦η≦
1)を使用しても、さらにZnOを用いた場合も、発光
素子を作製する上で何ら問題がなく、いずれの場合でも
本実施の形態と同様の効果が現われている。
Further, in this embodiment, the case where a GaN film is grown as a low-temperature buffer layer has been described.
As the low-temperature buffer layer, AlηGa 1 -ηN (0 ≦ η ≦
Even if 1) is used or ZnO is used, there is no problem in manufacturing a light emitting element, and in each case, the same effect as that of the present embodiment is exhibited.

【0122】(実施の形態4)本実施の形態では、クラ
ッド層のAl組成をコンタクト層に近づくにつれて低く
したGaN系化合物半導体レーザダイオードを作製した
結果について説明する。本実施の形態のGaN系化合物
半導体のレーザダイオードの製造法により作製された膜
の断面図は、実施の形態1の説明に用いた図1と同一の
ものである。本実施の形態で使用したMOCVD装置の
概略図は、実施の形態1の説明に用いた図2と同一のも
のである。
(Embodiment 4) In the present embodiment, a description will be given of the result of manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode in which the Al composition of the cladding layer is reduced as approaching the contact layer. A cross-sectional view of a film manufactured by the method of manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode of the present embodiment is the same as FIG. 1 used for describing the first embodiment. The schematic diagram of the MOCVD apparatus used in the present embodiment is the same as FIG. 2 used for describing the first embodiment.

【0123】図4は、本実施の形態で使用したGaN系
化合物半導体の発光素子の製造法におけるp型クラッド
層成長時の各原料の供給量の経時変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the change over time in the supply amounts of the respective raw materials during the growth of the p-type cladding layer in the method of manufacturing the GaN-based compound semiconductor light emitting device used in the present embodiment.

【0124】まず、p型クラッド層のAl組成をp型G
aNコンタクト層に近づくにつれて低くしたGaN系化
合物半導体レーザダイオードを作製した結果について説
明する。
First, the Al composition of the p-type cladding layer was changed to p-type G
A description will be given of the result of manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode that is lowered as approaching the aN contact layer.

【0125】成長方法は、p型クラッド層作製時以外
は、実施の形態1と同様の方法である。p型GaNガイ
ド層成長後、Cp2Mgの供給は停止して、TMAを1
0μmol/min.供給し、厚さ4.0nmのアンド
ープAl0.16Ga0.84N層(109b)を形成し、さら
にTMAの供給量を0.7μmol/min.に変え、
Cp2Mgを0.20nmol/min.供給し、4.
0nmのAl0.02Ga0.9 8N:Mg層(109c)(こ
の層を同条件で厚膜化(0.4μm)したサンプルをS
IMSで測定したときのMg濃度=2E+20cm-3
を形成する。さらに、図4に示すように、Al高混晶層
のAl供給量を徐々に減少させて、最終的にAl組成が
0.02になるように供給する。このAl高混晶層とA
l低混晶層の積層を100回繰り返し、厚さ0.8μ
m、組成Al0.09Ga0.91Nのn型クラッド層(109
a)を成長する。
The growth method is the same as that of the first embodiment except for the time of forming the p-type cladding layer. After the growth of the p-type GaN guide layer, the supply of Cp 2 Mg was stopped and TMA was reduced to 1
0 μmol / min. Then, an undoped Al 0.16 Ga 0.84 N layer (109b) having a thickness of 4.0 nm was formed, and the supply amount of TMA was 0.7 μmol / min. To
0.20 nmol / min of Cp 2 Mg. 3. supply;
0nm of Al 0.02 Ga 0.9 8 N: Mg layer (109c) (a sample thickened (0.4 .mu.m) in the layer same condition S
Mg concentration as measured by IMS = 2E + 20 cm -3 )
To form Further, as shown in FIG. 4, the supply amount of Al in the Al-rich mixed crystal layer is gradually reduced so that the Al composition is finally supplied to 0.02. This Al high mixed crystal layer and A
l Repeat the lamination of the low mixed crystal layer 100 times to obtain a thickness of 0.8 μm.
m, n-type cladding layer of composition Al 0.09 Ga 0.91 N (109
a) grow.

【0126】その後、TMAの供給を停止し、TMGと
Cp2Mgを供給し、p型GaNコンタクト層(11
0)を0.5μm成長し、終了後、TMGとCp2Mg
の供給を停止して基板加熱を終了する。成長終了後は、
実施の形態1と同様の方法で成長結晶を処理し、レーザ
素子を作製した。
Thereafter, the supply of TMA is stopped, TMG and Cp 2 Mg are supplied, and the p-type GaN contact layer (11
0) is grown 0.5 μm, and after completion, TMG and Cp 2 Mg
Is stopped, and the substrate heating is terminated. After the growth is over,
The grown crystal was processed in the same manner as in Embodiment 1 to produce a laser device.

【0127】このレーザ素子の特性を測定したところ、
低しきい値で、発光効率の高いレーザ連続発振が得られ
た。光出力35mWの室温での投入電力:191.6m
Wであり、p型クラッド層のAl高混晶層のAl組成を
変化させない素子と比して、発光特性は向上しているこ
とを確認した。また、寿命特性も向上していた。
When the characteristics of this laser device were measured,
Laser continuous oscillation with high luminous efficiency was obtained at a low threshold. Input power at room temperature with light output of 35 mW: 191.6 m
It was W, and it was confirmed that the light emission characteristics were improved as compared with a device in which the Al composition of the Al-rich mixed crystal layer of the p-type cladding layer was not changed. Further, the life characteristics were also improved.

【0128】これは、クラッド層のAl組成をコンタク
ト層に近づくにつれて小さくすることで、従来のように
クラッド層からコンタクト層へと組成、電気的特性が大
きく変化している素子に比べて、キャリアの移動が容易
になり、それだけ、投入電力−光出力の関係が良好なも
のになったと考えられる。
This is because the Al composition of the cladding layer is made smaller as approaching the contact layer, so that the carrier composition and the electrical characteristics are largely changed from the cladding layer to the contact layer as in the prior art. It is considered that the relationship between the input power and the optical output became better.

【0129】p型クラッド層のAl組成を、p型ガイド
層に近づくにつれて小さくすることで、素子特性が向上
することを確認している。また、p型クラッド層のAl
組成を、p型コンタクト層、及びガイド層に近づくにつ
れて、小さくすることで、さらに素子の発光特性、寿命
特性が向上することを確認している。
It has been confirmed that the device characteristics are improved by decreasing the Al composition of the p-type cladding layer as it approaches the p-type guide layer. The p-type cladding layer Al
It has been confirmed that reducing the composition as it approaches the p-type contact layer and the guide layer further improves the light emission characteristics and the life characteristics of the device.

【0130】n型クラッド層においても、Al組成をn
型コンタクト層に近づくにつれて小さくすることで、素
子特性が向上することを確認している。Al組成をガイ
ド層に近づくにつれて、小さくすることで素子特性が向
上することを確認している。また、n型クラッド層のA
l組成をn型コンタクト層、及びガイド層に近づくにつ
れて、小さくすることで、さらに素子特性が向上するこ
とを確認している。また、n型クラッド層、p型クラッ
ド層の両方にこの操作をすることで、より素子特性が向
上することも確認している。
Also in the n-type cladding layer, the Al composition is changed to n
It has been confirmed that the device characteristics are improved by decreasing the size as it approaches the mold contact layer. It has been confirmed that the device characteristics are improved by reducing the Al composition as it approaches the guide layer. In addition, A of the n-type cladding layer
It has been confirmed that the element characteristics are further improved by decreasing the l-composition as it approaches the n-type contact layer and the guide layer. Also, it has been confirmed that by performing this operation on both the n-type cladding layer and the p-type cladding layer, the element characteristics are further improved.

【0131】本実施の形態においては、n型クラッド層
とp型クラッド層ともに、AlyGa1-yN(y≦1)薄
膜と、AlzGa1-zN(0.005≦z<y)薄膜とが
交互に積層された構造となっているが、n型、もしくは
p型クラッド層の一方のみを、AlyGa1-yN(y≦
1)薄膜と、AlzGa1-zN(0.005≦z<y)薄
膜とが交互に積層された構造として、Al組成を操作す
ることでも、素子の結晶性、及び特性の向上の効果を確
認している。
In the present embodiment, for both the n-type cladding layer and the p-type cladding layer, an Al y Ga 1 -yN (y ≦ 1) thin film and an Al z Ga 1 -zN (0.005 ≦ z < y) A thin film and a thin film are alternately stacked, but only one of the n-type and p-type cladding layers is formed of Al y Ga 1-y N (y ≦
1) As a structure in which thin films and Al z Ga 1 -z N (0.005 ≦ z <y) thin films are alternately stacked, the crystallinity of the device and the improvement of characteristics can be improved by manipulating the Al composition. The effect has been confirmed.

【0132】薄膜のAl組成比yは、0.05≦y≦
0.40、より好ましくは0.10≦y≦0.30で効
果があり、zは0.005≦z≦0.1、より好ましく
は0.005≦z≦0.05で効果がある。また、y−
zの範囲は、0.05≦y−z≦0.39、より好まし
くは0.10≦y−z≦0.39で効果がある。
The Al composition ratio y of the thin film is 0.05 ≦ y ≦
It is effective when 0.40, more preferably 0.10 ≦ y ≦ 0.30, and z is effective when 0.005 ≦ z ≦ 0.1, more preferably 0.005 ≦ z ≦ 0.05. Also, y-
The range of z is effective when 0.05 ≦ yz ≦ 0.39, and more preferably 0.10 ≦ yz ≦ 0.39.

【0133】クラッド層を構成する薄膜の厚さについて
は、3.0nm〜50.0nmが好ましく、さらには
3.0〜10.0nmが好ましく、より結晶性向上の効
果が現れることを確認している。
The thickness of the thin film constituting the cladding layer is preferably 3.0 nm to 50.0 nm, more preferably 3.0 nm to 10.0 nm, and it has been confirmed that the effect of improving the crystallinity is more apparent. I have.

【0134】n型クラッド層、及びp型クラッド層の平
均Al組成(M(Al))は、ともに0.05≦M(A
l)≦0.30であることにより、効果が現れる。さら
には、0.07≦M(Al)≦0.20であることによ
り、より効果が現れる。低いと閉じ込め効果が弱くな
り、高いと結晶性が低下するために好ましくない。
The average Al compositions (M (Al)) of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are both 0.05 ≦ M (A
l) ≦ 0.30 produces an effect. Further, when 0.07 ≦ M (Al) ≦ 0.20, the effect is more enhanced. If it is low, the confinement effect becomes weak, and if it is high, the crystallinity decreases, which is not preferable.

【0135】また、n型クラッド層、及びp型クラッド
層の全厚さは、ともに0.20μm〜3.00μmであ
ることにより、効果が現れる。さらには、0.50μm
〜1.50μmであることにより、より効果が現れる。
クラッド層の全厚さが薄い場合は閉じ込め効果が弱くな
り、厚い場合は素子抵抗が大きくなり、また結晶性も低
下するために好ましくない。特に、平均Al組成が0.
05〜0.10の場合はクラッド層の全厚さは0.50
μm〜3.00μm、平均Al組成が0.10〜0.2
0の場合はクラッド層の全厚さは0.50μm〜2.5
0μm、平均Al組成が0.20〜0.30の場合はク
ラッド層の全厚さは0.05μm〜1.50μmである
ときに効果が現れる。
The effect is exhibited when the total thickness of each of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is 0.20 μm to 3.00 μm. Furthermore, 0.50 μm
When the thickness is up to 1.50 μm, more effects can be obtained.
If the total thickness of the cladding layer is small, the confinement effect becomes weak, and if the total thickness is large, the element resistance increases and the crystallinity also decreases, which is not preferable. In particular, when the average Al composition is 0.1.
In the case of 05 to 0.10, the total thickness of the cladding layer is 0.50
μm to 3.00 μm, average Al composition is 0.10 to 0.2
In the case of 0, the total thickness of the cladding layer is 0.50 μm to 2.5
When the average Al composition is 0 μm and the average Al composition is 0.20 to 0.30, the effect appears when the total thickness of the cladding layer is 0.05 μm to 1.50 μm.

【0136】また、c面基板を用いる場合、基板面の垂
直方向(結晶の積層方向)と成長基板のc軸が0.10
°〜0.25°ずれている場合、より好ましくは0.1
5°〜0.20°ずれている場合は、成長表面の平坦性
が促進され、素子全体の結晶性が向上し、活性層しいて
は素子の特性がさらに向上することを確認している。
When a c-plane substrate is used, the direction perpendicular to the substrate surface (the direction in which crystals are stacked) and the c-axis of the growth substrate are set to 0.10.
When it is shifted by 0.2 to 0.25 °, more preferably 0.1 °
It has been confirmed that when the angle is shifted by 5 ° to 0.20 °, the flatness of the growth surface is promoted, the crystallinity of the entire device is improved, and the characteristics of the active layer are further improved.

【0137】本実施の形態では、(0001)面を有す
るサファイア基板を使用した例について記述したが、他
の面のサファイア基板、GaN、SiC、スピネル、マ
イカ等が適用でき、いずれの基板でも本実施の形態と同
様の効果が現われることを確認している。
In this embodiment, an example in which a sapphire substrate having a (0001) plane is used has been described. However, a sapphire substrate having another plane, GaN, SiC, spinel, mica, or the like can be used. It has been confirmed that the same effects as those of the embodiment appear.

【0138】また、基板としてGaNを使用する場合に
は、H2雰囲気中の熱処理と低温でのバッファー層の成
長は行う必要がなく、昇温は、不活性ガスを主とするキ
ャリアガスとNH3雰囲気中で行い、TMG及び/また
はSiH4の導入と同時に下層のGaN膜の成長から行
うことができ、このときも作製された発光素子は本実施
の形態と同様の効果が現われている。
When GaN is used as the substrate, it is not necessary to perform heat treatment in an H 2 atmosphere and grow the buffer layer at a low temperature, and the temperature is raised by using a carrier gas mainly composed of an inert gas and NH 3. It can be carried out in three atmospheres and at the same time as the introduction of TMG and / or SiH 4 from the growth of the underlying GaN film. In this case also, the light emitting device produced has the same effects as the present embodiment.

【0139】また、本例では、低温バッファー層として
GaN膜を成長した場合について記述したが、低温バッ
ファー層としてはAlηGa1-ηN(0≦η≦1)を使
用しても、さらにZnOを用いた場合も、発光素子を作
製する上で何ら問題がなく、いずれの場合でも本実施の
形態と同様の効果が現われている。
In this example, the case where a GaN film was grown as the low-temperature buffer layer was described. However, even if AlηGa 1- ηN (0 ≦ η ≦ 1) was used as the low-temperature buffer layer, ZnO was further used. In any case, there is no problem in manufacturing the light emitting element, and in each case, the same effect as that of the present embodiment is exhibited.

【0140】(実施の形態5)本実施の形態では、クラ
ッド層成長時に、成長中断を導入して、GaN系化合物
半導体レーザダイオードを作製した結果について説明す
る。本実施の形態のGaN系化合物半導体のレーザダイ
オードの製造法により作製された膜の断面図は、実施の
形態1の説明に用いた図1と同一のものである。
(Embodiment 5) In this embodiment, a description will be given of the result of producing a GaN-based compound semiconductor laser diode by introducing a growth interruption during the growth of a cladding layer. A cross-sectional view of a film manufactured by the method of manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode of the present embodiment is the same as FIG. 1 used for describing the first embodiment.

【0141】本実施の形態で使用したMOCVD装置の
概略図は、実施の形態1の説明に用いた図2と同一のも
のである。図5は、本実施の形態で使用したGaN系化
合物半導体の発光素子の製造法における各クラッド層成
長時の各原料の供給量の経時変化を示す図である。
The schematic view of the MOCVD apparatus used in the present embodiment is the same as that shown in FIG. 2 used for describing the first embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a change over time in the supply amount of each raw material during the growth of each clad layer in the method for manufacturing a GaN-based compound semiconductor light emitting device used in the present embodiment.

【0142】成長方法は、各クラッド層作製時以外は、
実施の形態1と同様の方法である。図5に示すように、
n型クラッド層(104a)の作製方法は、4μmのn
型GaNコンタクト層(103)成長後(n型GaNコ
ンタクト層の成長時間(501))、TMG、SiH4
の供給は停止して、12秒間、N2とNH3のみを流し
(成長中断の時間(502))、その後、TMAを10
μmol/min.、TMGを50μmol/min.
を供給し、厚さ4.0nmのn型クラッド層を構成する
アンドープAl0.16Ga0.84N層(104b)を形成し
(クラッド層を構成するアンドープAl0.16Ga0.84
層の成長時間(503))、その後、TMA、TMGの
供給は停止して、12秒間、N2とNH3のみを流し(成
長中断の時間(502))、さらにTMGを50μmo
l/min.、SiH4を5.0nmol/min.供
給し、4.0nmのn型クラッド層を構成するAl0.02
Ga 0.98N:Si層(104c)を形成する(クラッド
層を構成するAl0.02Ga0. 98N:Si層の成長時間
(504))。その後、TMG、SiH4の供給は停止
して、12秒間、N2とNH3のみを流し(成長中断の時
間(502))、その後、TMAを10μmol/mi
n.、TMGを50μmol/min.を供給し、厚さ
4.0nmのn型クラッド層を構成するアンドープAl
0.16Ga0.84N層(104b)を形成する(クラッド層
を構成するアンドープAl0.16Ga0.84N層の成長時間
(503))。この操作を繰り返し、厚さ0.4μmの
n型クラッド層(104a)を成長する。この後、n型
GaNガイド層(105)を成長させる。
The growth method was as follows, except when each clad layer was formed.
This is the same method as in the first embodiment. As shown in FIG.
The method of manufacturing the n-type cladding layer (104a) is as follows.
GaN contact layer (103) growth (n-type GaN core)
Contact layer growth time (501)), TMG, SiHFour
Supply is stopped and NTwoAnd NHThreeSink only
(Time of growth interruption (502)), and then TMA is increased by 10
μmol / min. , TMG at 50 μmol / min.
To form an n-type cladding layer having a thickness of 4.0 nm.
Undoped Al0.16Ga0.84Forming an N layer (104b)
(Undoped Al constituting the cladding layer0.16Ga0.84N
Layer growth time (503)), followed by TMA, TMG
The supply is stopped and NTwoAnd NHThreeSink only
Long interruption time (502)), and then add TMG to 50 μmo
1 / min. , SiHFour5.0 nmol / min. Offering
To form a 4.0 nm n-type cladding layer0.02
Ga 0.98N: forming a Si layer (104c) (cladding)
Al constituting the layer0.02Ga0. 98N: growth time of Si layer
(504)). Then, TMG, SiHFourSupply stopped
And for 12 seconds, NTwoAnd NHThreeShedding only (at the time of growth interruption
(502)), and then TMA was added at 10 μmol / mi.
n. , TMG at 50 μmol / min. Supply the thickness
Undoped Al constituting 4.0 nm n-type cladding layer
0.16Ga0.84Form N layer (104b) (cladding layer
Undoped Al0.16Ga0.84N layer growth time
(503)). This operation is repeated until the thickness of 0.4 μm
A n-type cladding layer (104a) is grown. After this, n-type
A GaN guide layer (105) is grown.

【0143】p型クラッド層(109a)の作製方法
は、p型GaNガイド層(108)成長後、TMG、C
2Mgの供給は停止して、12秒間、N2とNH3のみ
を流し(成長中断の時間(502))、その後、TMA
を10μmol/min.、TMGを50μmol/m
in.を供給し、厚さ4.0nmのp型クラッド層を構
成するアンドープAl0.16Ga0.84N層(109b)を
形成し(クラッド層を構成するアンドープAl0.16Ga
0.84N層の成長時間(503))、その後、TMA、T
MGの供給は停止して、12秒間、N2とNH3のみを流
し(成長中断の時間(502))、さらに、TMGを5
0μmol/min.、Cp2Mgを0.20nmol
/min.供給し、4.0nmのp型クラッド層を構成
するAl0. 02Ga0.98N:Mg層(109c)を形成す
る(クラッド層を構成するAl0.02Ga0.98N:Mg層
の成長時間(504))。その後、TMG、Cp2Mg
の供給は停止して、12秒間、N2とNH3のみを流し
(成長中断の時間(502))、その後、TMAを10
μmol/min.、TMGを50μmol/min.
を供給し、厚さ4.0nmのp型クラッド層を構成する
アンドープAl0.16Ga 0.84N層(109b)を形成す
る(クラッド層を構成するアンドープAl0.16Ga0.84
N層の成長時間(503))。この操作を繰り返し、厚
さ0.4μmのp型クラッド層(109a)を成長す
る。この後、p型GaNコンタクト層(110)を成長
させる。成長終了後は、実施の形態1と同様の方法で成
長結晶を処理し、レーザ素子を作製した。
Manufacturing method of p-type cladding layer (109a)
Means that after growth of the p-type GaN guide layer (108),
pTwoThe supply of Mg was stopped, and N wasTwoAnd NHThreeonly
(Time of growth interruption (502)), and then TMA
Is 10 μmol / min. , TMG at 50 μmol / m
in. To form a p-type cladding layer having a thickness of 4.0 nm.
Undoped Al0.16Ga0.84N layer (109b)
Formed (undoped Al constituting the cladding layer)0.16Ga
0.84N layer growth time (503)), then TMA, T
The supply of MG is stopped, and NTwoAnd NHThreeFlow only
(Time of growth interruption (502)), and TMG
0 μmol / min. , CpTwo0.20 nmol of Mg
/ Min. Supply to form a 4.0 nm p-type cladding layer
Al0. 02Ga0.98N: forming a Mg layer (109c)
(Al constituting the cladding layer0.02Ga0.98N: Mg layer
Growth time (504)). Then, TMG, CpTwoMg
Supply is stopped and NTwoAnd NHThreeSink only
(Time of growth interruption (502)), and then TMA is increased by 10
μmol / min. , TMG at 50 μmol / min.
To form a p-type cladding layer having a thickness of 4.0 nm.
Undoped Al0.16Ga 0.84Form N layer (109b)
(Undoped Al constituting the cladding layer0.16Ga0.84
(N layer growth time (503)). Repeat this operation until the thickness
A 0.4 μm-thick p-type cladding layer (109a) is grown.
You. Thereafter, a p-type GaN contact layer (110) is grown.
Let it. After the growth is completed, the growth is performed in the same manner as in the first embodiment.
The long crystal was processed to produce a laser device.

【0144】このレーザ素子の特性を測定したところ、
低しきい値で、発光効率の高いレーザ連続発振が得られ
た。光出力35mWの室温での動作電流値は47.8m
A、動作電圧は3.8V(投入電力:181.6mW)
であり、実施の形態1と比較しても、素子の性能は大き
く向上していることがわかる。
When the characteristics of this laser device were measured,
Laser continuous oscillation with high luminous efficiency was obtained at a low threshold. The operating current at room temperature with an optical output of 35 mW is 47.8 m.
A, operating voltage is 3.8V (input power: 181.6mW)
Thus, it can be seen that the performance of the element is significantly improved as compared with the first embodiment.

【0145】これはクラッド層を構成する層の成長後、
2およびNH3雰囲気中で熱にさらし、時間をおくこと
で、表面原子のマイグレーション等により、各層の表面
平坦性が促進されて、界面が急峻になり、結果として、
素子全体の結晶性が向上することにより、低しきい値で
かつ発光効率の高いレーザが得られたと考えられる。成
長中断は、1秒から10分が好ましい。中断時間が短す
ぎるとガスの追い出し効果が低下し、中断時間が長すぎ
ると再蒸発等で成長表面が荒れ好ましくない。
This is because, after the layers constituting the cladding layer have been grown,
Exposure to heat in an atmosphere of N 2 and NH 3 for a certain period of time promotes surface flatness of each layer due to migration of surface atoms and the like, and the interface becomes steep. As a result,
It is considered that a laser having a low threshold value and a high luminous efficiency was obtained by improving the crystallinity of the entire device. The interruption of the growth is preferably from 1 second to 10 minutes. If the interruption time is too short, the effect of expelling the gas decreases, and if the interruption time is too long, the growth surface becomes rough due to re-evaporation or the like, which is not preferable.

【0146】本実施の形態では、成長中断中の雰囲気ガ
スとしてN2とNH3を使用しているが、N2のみを使用
しても本実施の形態と同様の効果が現われることを確認
している。
In this embodiment, N 2 and NH 3 are used as the atmosphere gas during the interruption of the growth. However, it was confirmed that the same effect as in this embodiment can be obtained by using only N 2. ing.

【0147】薄膜のAl組成比yは、0.05≦y≦
0.40、より好ましくは0.10≦y≦0.30で効
果があり、zは0.005≦z≦0.1、より好ましく
は0.005≦z≦0.05で効果がある。また、y−
zの範囲は、0.05≦y−z≦0.39、より好まし
くは0.10≦y−z≦0.39で効果がある。
The Al composition ratio y of the thin film is 0.05 ≦ y ≦
It is effective when 0.40, more preferably 0.10 ≦ y ≦ 0.30, and z is effective when 0.005 ≦ z ≦ 0.1, more preferably 0.005 ≦ z ≦ 0.05. Also, y-
The range of z is effective when 0.05 ≦ yz ≦ 0.39, and more preferably 0.10 ≦ yz ≦ 0.39.

【0148】クラッド層を構成する薄膜の厚さについて
は、3.0nm〜50.0nmが好ましく、さらには
3.0〜10.0nmが好ましく、より結晶性向上の効
果が現れることを確認している。
The thickness of the thin film constituting the cladding layer is preferably from 3.0 nm to 50.0 nm, more preferably from 3.0 to 10.0 nm, and it has been confirmed that the effect of improving the crystallinity appears. I have.

【0149】n型クラッド層、及びp型クラッド層の平
均Al組成(M(Al))は、ともに0.05≦M(A
l)≦0.30であることにより、効果が現れる。さら
には、0.07≦M(Al)≦0.20であることによ
り、より効果が現れる。低いと閉じ込め効果が弱くな
り、高いと結晶性が低下するために好ましくない。
The average Al compositions (M (Al)) of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are both 0.05 ≦ M (A
l) ≦ 0.30 produces an effect. Further, when 0.07 ≦ M (Al) ≦ 0.20, the effect is more enhanced. If it is low, the confinement effect becomes weak, and if it is high, the crystallinity decreases, which is not preferable.

【0150】また、n型クラッド層、及びp型クラッド
層の全厚さは、ともに0.20μm〜3.00μmであ
ることにより、効果が現れる。さらには、0.50μm
〜1.50μmであることにより、より効果が現れる。
クラッド層の全厚さが薄い場合は閉じ込め効果が弱くな
り、厚い場合は素子抵抗が大きくなり、また結晶性も低
下するために好ましくない。特に、平均Al組成が0.
05〜0.10の場合はクラッド層の全厚さは0.50
μm〜3.00μm、平均Al組成が0.10〜0.2
0の場合はクラッド層の全厚さは0.50μm〜2.5
0μm、平均Al組成が0.20〜0.30の場合はク
ラッド層の全厚さは0.05μm〜1.50μmである
ときに効果が現れる。
The effect is exhibited when the total thickness of each of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is 0.20 μm to 3.00 μm. Furthermore, 0.50 μm
When the thickness is up to 1.50 μm, more effects can be obtained.
If the total thickness of the cladding layer is small, the confinement effect becomes weak, and if the total thickness is large, the element resistance increases and the crystallinity also decreases, which is not preferable. In particular, when the average Al composition is 0.1.
In the case of 05 to 0.10, the total thickness of the cladding layer is 0.50
μm to 3.00 μm, average Al composition is 0.10 to 0.2
In the case of 0, the total thickness of the cladding layer is 0.50 μm to 2.5
When the average Al composition is 0 μm and the average Al composition is 0.20 to 0.30, the effect appears when the total thickness of the cladding layer is 0.05 μm to 1.50 μm.

【0151】本実施の形態では、n型クラッド層をAl
nyGa1-nyN(ny≦1)薄膜とAlnzGa1-nz
(0.005≦nz<ny)薄膜で構成し、かつ、p型
クラッド層をAlpyGa1-pyN(py≦1)薄膜とAl
pzGa1-pzN(0.005≦pz<py)薄膜で構成
し、AlnyGa1-nyN薄膜とAlpyGa1-pyN薄膜の厚
さを同一とし、AlnzGa1-nzN薄膜とAlpzGa1-pz
N薄膜の厚さを同一としたが、AlnyGa1-nyN薄膜の
厚さとAlpyGa1-pyN薄膜の厚さが異なるか、もしく
は、AlnzGa1-nzN薄膜の厚さとAlpzGa1-pzN薄
膜の厚さが異なる構成の素子においても、効果が現れる
ことを確認している。また、本実施の形態では、(n
y)=(py)かつ(nz)=(pz)としたが、(n
y)と(py)が異なるか、もしくは、(nz)と(p
z)が異なる構成の素子においても、効果が現れること
を確認している。また、n型クラッド層とp型クラッド
層とはAlの組成が異なる構成の素子についても効果が
現れることを確認している。
In this embodiment, the n-type cladding layer is made of Al
ny Ga 1-ny N (ny ≦ 1) thin film and Al nz Ga 1-nz N
(0.005 ≦ nz <ny) thin film, and the p-type cladding layer is made of Al py Ga 1-py N (py ≦ 1) thin film and Al
pz Ga 1-pz N constituted by (0.005 ≦ pz <py) thin film, and the Al ny Ga 1-ny N thin film and Al py Ga 1-py N thickness of the thin film with the same, Al nz Ga 1-nz N thin film and Al pz Ga 1-pz
The thickness of the N thin film was the same, but the thickness of the Al ny Ga 1-ny N thin film was different from the thickness of the Al py Ga 1-py N thin film, or the thickness of the Al nz Ga 1-nz N thin film was It has been confirmed that the effect is exhibited even in devices having a configuration in which the thickness of the Al pz Ga 1-pz N thin film is different. In the present embodiment, (n
y) = (py) and (nz) = (pz), but (n
y) and (py) are different, or (nz) and (p)
It has been confirmed that the effect is exhibited even in the elements having different configurations of z). In addition, it has been confirmed that the effect is exhibited also in an element having a configuration in which the Al composition is different between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer.

【0152】本実施の形態においては、n型クラッド層
とp型クラッド層ともに、AlyGa1-yN(y≦1)薄
膜と、AlzGa1-zN(0.005≦z<y)薄膜とが
交互に積層された構造となっているが、n型、もしくは
p型クラッド層の一方のみを、AlyGa1-yN(y≦
1)薄膜と、AlzGa1-zN(0.005≦z<y)薄
膜とが交互に積層された構造として、成長中断の操作す
ることでも、素子の結晶性、及び特性の向上の効果を確
認している。
In this embodiment, both the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are made of an Al y Ga 1 -yN (y ≦ 1) thin film and an Al z Ga 1 -zN (0.005 ≦ z < y) A thin film and a thin film are alternately stacked, but only one of the n-type and p-type cladding layers is formed of Al y Ga 1-y N (y ≦
1) As a structure in which a thin film and an Al z Ga 1 -z N (0.005 ≦ z <y) thin film are alternately stacked, the crystallinity and characteristics of the device can be improved by operating the growth interruption. The effect has been confirmed.

【0153】クラッド層を構成する層は、2種類に限定
されるものではなく、順序に関して、AlyGa1-yN薄
膜(0<y<1)の次にAlzGa1-zN薄膜(0<z≦
y)を積層させるという関係が保たれれば、膜厚、Al
組成、ドーピング濃度の異なった3種以上の薄膜の組合
せも可能であり、実際、効果も確認している。
The layers constituting the cladding layer are not limited to two types, but in terms of the order, the Al y Ga 1 -y N thin film (0 <y <1), followed by the Al z Ga 1 -z N thin film (0 <z ≦
If the relationship of stacking y) is maintained, the film thickness, Al
A combination of three or more kinds of thin films having different compositions and doping concentrations is also possible, and the effect has actually been confirmed.

【0154】また、c面基板を用いる場合、基板面の垂
直方向(結晶の積層方向)と成長基板のc軸が0.10
°〜0.25°ずれている場合、より好ましくは0.1
5°〜0.20°ずれている場合は、成長表面の平坦性
が促進され、素子全体の結晶性が向上し、活性層しいて
は素子の特性がさらに向上することを確認している。本
実施の形態では、(0001)面を有するサファイア基
板を使用した例について記述したが、他の面のサファイ
ア基板、GaN、SiC、スピネル、マイカ等が適用で
き、いずれの基板でも本実施の形態と同様の効果が現わ
れることを確認している。
When a c-plane substrate is used, the direction perpendicular to the substrate surface (the direction in which crystals are stacked) and the c-axis of the growth substrate are set to 0.10.
When it is shifted by 0.2 to 0.25 °, more preferably 0.1 °
It has been confirmed that when the angle is shifted by 5 ° to 0.20 °, the flatness of the growth surface is promoted, the crystallinity of the entire device is improved, and the characteristics of the active layer are further improved. In this embodiment, an example in which a sapphire substrate having a (0001) plane is used has been described. However, a sapphire substrate having another plane, GaN, SiC, spinel, mica, or the like can be applied. It has been confirmed that the same effect as described above appears.

【0155】また、基板としてGaNを使用する場合に
は、H2雰囲気中の熱処理と低温でのバッファー層の成
長は行う必要がなく、昇温は、不活性ガスを主とするキ
ャリアガスとNH3雰囲気中で行い、TMG及び/また
はSiH4の導入と同時に下層のGaN膜の成長から行
うことができ、このときも作製された発光素子は本実施
の形態と同様の効果が現われている。
When GaN is used as the substrate, it is not necessary to perform heat treatment in an H 2 atmosphere and grow the buffer layer at a low temperature, and the temperature is raised by using a carrier gas mainly composed of an inert gas and NH 3. It can be carried out in three atmospheres and at the same time as the introduction of TMG and / or SiH 4 from the growth of the underlying GaN film. In this case also, the light emitting device produced has the same effects as the present embodiment.

【0156】また、本例では、低温バッファー層として
GaN膜を成長した場合について記述したが、低温バッ
ファー層としてはAlηGa1-ηN(0≦η≦1)を使
用しても、さらにZnOを用いた場合も、発光素子を作
製する上で何ら問題がなく、いずれの場合でも本実施の
形態と同様の効果が現われている。
In this example, the case where a GaN film was grown as the low-temperature buffer layer was described. However, even if AlηGa 1- ηN (0 ≦ η ≦ 1) was used as the low-temperature buffer layer, ZnO was further used. In any case, there is no problem in manufacturing the light emitting element, and in each case, the same effect as that of the present embodiment is exhibited.

【0157】(実施の形態6)本実施の形態では、成長
用基板としてGaN基板を用いて、本発明を適用してG
aN系化合物半導体レーザダイオードを作製した結果に
ついて説明する。
(Embodiment 6) In this embodiment, a GaN substrate is used as a growth substrate, and G is applied to the present invention.
The result of fabricating an aN-based compound semiconductor laser diode will be described.

【0158】図6は、本実施の形態のGaN系化合物半
導体のレーザダイオードの製造法により作製された膜の
断面図である。基板として、n型GaN基板(601)
を用い、その上にn型GaN層(602)、n型クラッ
ド層(603a)が形成される。このn型クラッド層
(603)は、n型クラッド層を構成するアンドープA
0.16Ga0.84N薄膜(603b)とn型クラッド層を
構成するAl0.02Ga0. 98N:Si薄膜(603c)で
形成されている。n型クラッド層(603a)の上に、
n型GaNガイド層(604)、活性層(605)、A
lGaN蒸発防止層(606)、p型GaNガイド層
(607)、p型クラッド層(608a)が形成され
る。このp型クラッド層(608a)は、p型クラッド
層を構成するアンドープAl0.16Ga0.84N薄膜(60
8b)とp型クラッド層を構成するAl 0.02Ga
0.98N:Mg薄膜(608c)で形成される。p型クラ
ッド層(608a)の上にはp型GaNコンタクト層
(609)が形成され、結晶成長の後に、SiO2絶縁
膜(610)、p型電極(611a)、n型電極(61
1b)が形成される。本実施の形態で使用したMOCV
D装置の概略図は、実施の形態1の説明に用いた図2と
同一のものである。
FIG. 6 shows a GaN-based compound according to the present embodiment.
Conductor Laser Diode Fabrication Method
It is sectional drawing. N-type GaN substrate (601)
And an n-type GaN layer (602) and an n-type
A doped layer (603a) is formed. This n-type cladding layer
(603) is an undoped A constituting the n-type cladding layer.
l0.16Ga0.84N thin film (603b) and n-type cladding layer
Constituting Al0.02Ga0. 98N: Si thin film (603c)
Is formed. On the n-type cladding layer (603a),
n-type GaN guide layer (604), active layer (605), A
lGaN evaporation prevention layer (606), p-type GaN guide layer
(607), a p-type cladding layer (608a) is formed
You. This p-type cladding layer (608a)
Undoped Al constituting the layer0.16Ga0.84N thin film (60
8b) and Al constituting the p-type cladding layer 0.02Ga
0.98N: formed of a Mg thin film (608c). p-type club
P-type GaN contact layer on the pad layer (608a)
(609) is formed, and after crystal growth, SiOTwoInsulation
Membrane (610), p-type electrode (611a), n-type electrode (61
1b) is formed. MOCV used in this embodiment
The schematic diagram of the D apparatus is the same as FIG. 2 used for describing the first embodiment.
They are the same.

【0159】基板として(0001)面を有するn型G
aN基板を用い、GaN系化合物半導体層を成長してい
く。図中、(601)は(0001)面を有するn型G
aN基板であり、本基板は炭素でできたサセプタ(20
2)上に配置されている。サセプタの中には、やはり炭
素でできた抵抗加熱用ヒーターが配置されており、熱電
対により基板温度を制御することができる。(203)
は二重の石英でできた反応管であり、水冷されている。
V族原料としては、NH3(206)を使用し、III
族原料としては、TMG(207a)、TMA(207
b)、TMI(207c)をN2またはH2(210)で
バブリングして使用した。また、n型のドーピング原料
としてはSiH4(209)を使用し、p型のドーピン
グ原料としては、Cp2Mg(207d)を使用した。
各原料は、マスフローコントローラ(208)で正確に
流量を制御してキャリアガスであるN2またはH2(21
0)と混合されて、原料入り口(204)より反応管に
導入されて、排気ガス出口(205)より排出される。
N-type G having (0001) plane as substrate
A GaN-based compound semiconductor layer is grown using an aN substrate. In the drawing, (601) is an n-type G having a (0001) plane.
aN substrate, and this substrate is a susceptor (20
2) Located above. A resistance heating heater also made of carbon is arranged in the susceptor, and the substrate temperature can be controlled by a thermocouple. (203)
Is a reaction tube made of double quartz, which is water-cooled.
NH 3 (206) was used as a group V raw material, and III
Group materials include TMG (207a) and TMA (207a).
b), TMI (207c) was used by bubbling with N 2 or H 2 (210). Also, SiH 4 (209) was used as an n-type doping material, and Cp 2 Mg (207d) was used as a p-type doping material.
Each raw material is precisely controlled in flow rate by a mass flow controller (208) to control N 2 or H 2 (21
0), introduced into the reaction tube through the raw material inlet (204), and discharged from the exhaust gas outlet (205).

【0160】まず、n型GaN基板(601)を洗浄し
て、結晶成長装置内に設置する。基板は、NH3雰囲気
中1050℃まで昇温し、TMGを50μmol/mi
n.とSiH4ガスを10nmol/min.供給して
n型GaN層(602)を4μm成長する。次に、Si
4ガスの供給を停止し、TMAを10μmol/mi
n.供給し、厚さ4.0nmのn型クラッド層を構成す
るアンドープAl0.16Ga0.84N薄膜(603b)を形
成し、さらにSiH4ガスを5.0nmol/min.
供給し、TMAの供給量を1.5μmol/min.に
変え、厚さ4.0nmのn型クラッド層を構成するAl
0.02Ga0.98N:Si薄膜(603c)(この層を同条
件で厚膜化(0.4μm)したサンプルをSIMSで測
定したときのSi濃度=3E+18cm-3)を形成す
る。この操作を100回繰り返し、厚さ0.80μm、
平均組成Al0.09Ga0.91Nのn型クラッド層(603
a)を成長する。
First, the n-type GaN substrate (601) is washed and set in a crystal growth apparatus. The substrate was heated to 1050 ° C. in an NH 3 atmosphere, and TMG was added at 50 μmol / mi.
n. And SiH 4 gas at 10 nmol / min. Then, the n-type GaN layer (602) is grown by 4 μm. Next, Si
The supply of H 4 gas was stopped, and TMA was reduced to 10 μmol / mi.
n. Supplied, the thickness of undoped Al 0.16 Ga 0.84 to form a N thin film (603b) constituting the n-type cladding layer of 4.0 nm, further SiH 4 gas 5.0nmol / min.
And the supply amount of TMA was 1.5 μmol / min. To form an n-type cladding layer having a thickness of 4.0 nm.
A 0.02 Ga 0.98 N: Si thin film (603c) (Si concentration when this layer is thickened (0.4 μm) under the same conditions and measured by SIMS = 3E + 18 cm −3 ) is formed. This operation was repeated 100 times, and the thickness was 0.80 μm,
An n-type cladding layer having an average composition of Al 0.09 Ga 0.91 N (603)
a) grow.

【0161】次に、TMAの供給を停止し、0.1μm
厚さのn型GaNガイド層の製造(604)を行う。n
型GaNガイド層(604)成長後、SiH4とTMG
の供給を停止し、基板の温度を730℃まで低下させ、
温度が安定すると、TMGを10μmol/min.、
TMIを10μmol/min.で供給し、In0.05
0.95Nからなる活性層の障壁層を5nmの厚さになる
ように成長した。活性層成長時には、SiH4を10n
mol/min.程度流しても良い。その後、TMGを
10μmol/min.、TMIを50μmol/mi
n.供給し、In0.2Ga0.8Nからなる活性層の井戸層
を3nmの厚さになるように成長した。その後、TMI
を10μmol/min.に変更し、In0.05Ga0.95
Nからなる活性層の障壁層を5nmの厚さになるように
成長した。この活性層となる障壁層と井戸層の成長を繰
り返し、3層の多重量子井戸を成長した後、最後に障壁
層を成長して活性層(605)の成長を終了する。活性
層成長後に、InGaN膜のInの離脱を防止する目的
で、TMGを10μmol/min.、TMAを5μm
ol/min.、及びCp2Mgを0.20nmol/
min.供給し、30nmの厚さのp型AlGaN蒸発
防止層(606)を成長する。その後、TMG、TM
A、Cp2Mgの供給を停止し、基板温度を再び105
0℃に昇温する。昇温後、TMGを50μmol/mi
n.とCp2Mgを供給し、p型GaNガイド層(60
7)を0.1μm成長する。
Next, the supply of TMA was stopped, and 0.1 μm
Manufacturing (604) of an n-type GaN guide layer having a thickness is performed. n
SiH 4 and TMG after growing GaN guide layer (604)
Is stopped, the temperature of the substrate is reduced to 730 ° C.,
When the temperature is stabilized, TMG is added at 10 μmol / min. ,
TMI of 10 μmol / min. Supplied with In 0.05 G
An active layer barrier layer of a 0.95 N was grown to a thickness of 5 nm. At the time of the active layer growth, 10n the SiH 4
mol / min. It may flow to the extent. Thereafter, TMG was added at 10 μmol / min. , TMI is 50 μmol / mi
n. Then, a well layer of an active layer made of In 0.2 Ga 0.8 N was grown to a thickness of 3 nm. After that, TMI
Is 10 μmol / min. To In 0.05 Ga 0.95
A barrier layer of an active layer made of N was grown to a thickness of 5 nm. The growth of the barrier layer serving as the active layer and the well layer is repeated, and after the growth of three multiple quantum wells, the barrier layer is finally grown to complete the growth of the active layer (605). After the growth of the active layer, TMG was added at 10 μmol / min. For the purpose of preventing the release of In from the InGaN film. , TMA 5 μm
ol / min. , And Cp 2 Mg at 0.20 nmol /
min. Then, a p-type AlGaN anti-evaporation layer (606) having a thickness of 30 nm is grown. After that, TMG, TM
A, supply of Cp 2 Mg was stopped, and the substrate temperature was set to 105 again.
Heat to 0 ° C. After raising the temperature, TMG was added at 50 μmol / mi.
n. And Cp 2 Mg, and the p-type GaN guide layer (60
7) is grown 0.1 μm.

【0162】次に、Cp2Mgの供給は停止して、TM
Aを10μmol/min.供給し、厚さ4.0nmの
p型クラッド層を構成するアンドープAl0.16Ga0.84
N薄膜(608b)を形成し、さらにTMAの供給量を
1.5μmol/min.に変え、Cp2Mgを0.2
0nmol/min.供給し、4.0nmのp型クラッ
ド層を構成するAl0.02Ga0.98N:Mg薄膜(608
c)(この層を同条件で厚膜化(0.4μm)したサン
プルをSIMSで測定したときのMg濃度=2E+20
cm-3)を形成する。この操作を100回繰り返し、厚
さ0.80μm、平均組成Al0.09Ga0.91Nのp型ク
ラッド層(608a)を成長する。成長終了後、TMA
の供給を停止し、TMGとCp2Mgを供給し、p型G
aNコンタクト層(609)を0.5μm成長し、終了
後、TMGとCp2Mgの供給を停止して基板加熱を終
了する。
Next, the supply of Cp 2 Mg was stopped, and TM
A at 10 μmol / min. Undoped Al 0.16 Ga 0.84 supplied to form a 4.0 nm thick p-type cladding layer
N thin film (608b) was formed, and the supply amount of TMA was 1.5 μmol / min. And change Cp 2 Mg to 0.2
0 nmol / min. The Al 0.02 Ga 0.98 N: Mg thin film (608
c) (Mg concentration = 2E + 20 when this layer was thickened (0.4 μm) under the same conditions and measured by SIMS)
cm -3 ). This operation is repeated 100 times to grow a p-type cladding layer (608a) having a thickness of 0.80 μm and an average composition of Al 0.09 Ga 0.91 N. After the growth is over, TMA
Is stopped, TMG and Cp 2 Mg are supplied, and p-type G
The aN contact layer (609) is grown to a thickness of 0.5 μm, and after completion, the supply of TMG and Cp 2 Mg is stopped to end the substrate heating.

【0163】次に、この成長膜をフォトリソグラフィと
ドライエッチング技術により、GaN系の結晶の<1−
100>方向に平行に、表面からp型クラッド層(60
8a)表面までをエッチングし、幅30μm、長さ60
0μmのメサ型に作製し、p型GaNコンタクト層上に
SiO2絶縁膜(610)を形成し、また、n型GaN
基板にTi、Alよりなるn型電極(611b)、p型
GaNコンタクト層表面にPd、Auの幅2μm、長さ
600μmで接合するp型電極(611a)を形成し
た。
Next, this grown film was subjected to photolithography and dry etching techniques to make GaN-based crystals <1--1.
100> direction, the p-type cladding layer (60
8a) Etching up to the surface, width 30 μm, length 60
0 μm mesa type, SiO 2 insulating film (610) is formed on the p-type GaN contact layer, and n-type GaN
An n-type electrode (611b) made of Ti and Al was formed on the substrate, and a p-type electrode (611a) of Pd and Au having a width of 2 μm and a length of 600 μm was formed on the surface of the p-type GaN contact layer.

【0164】次に、(1−100)面にて、GaN系結
晶を劈開することにより、長さ650μmのレーザ共振
器を形成した。また裏端面には70%の反射率を有する
酸化チタン膜と弗化マグネシウムの誘電体多層膜を、前
端面には反射率12%のシリコン窒化膜を形成し、最後
にスクライブによりチップ分割して、レーザ素子を作製
した。
Next, a 650 μm long laser resonator was formed by cleaving the GaN-based crystal on the (1-100) plane. A dielectric multilayer film of titanium oxide and magnesium fluoride having a reflectivity of 70% is formed on the back end face, and a silicon nitride film having a reflectivity of 12% is formed on the front end face. Then, a laser device was manufactured.

【0165】このように作製されたレーザ素子の特性を
測定したところ、光出力35mWの室温での動作電流値
は46.4mA、動作電圧は3.8Vであった。この値
は、サファイアを基板として用いた場合と比べても良好
である。本発明を適用することと、基板としてGaNを
用いることで、従来法のAlを含有する層とAlを含有
しない層を交互に積層して、クラッド層を作製した場合
の素子と比較して、格子定数、熱膨張係数差から生じる
欠陥等がさらに減少し、活性層の発光効率が大きく上昇
したことが原因であると考えられる。また、寿命特性も
向上しており、これは欠陥の減少に伴って、ドーパント
の拡散が抑制されたためと考えられる。また、GaN基
板を用いることで、n電極作製のためのエッチング工程
がなくなり、また基板と素子の劈開方向が同一なので、
チップの切り出しが容易になり、歩留まりが大幅に向上
する。
When the characteristics of the laser device thus manufactured were measured, the operating current at room temperature with an optical output of 35 mW was 46.4 mA, and the operating voltage was 3.8 V. This value is better than when sapphire is used as the substrate. By applying the present invention and using GaN as a substrate, a layer containing Al and a layer not containing Al of the conventional method are alternately laminated, and compared with a device in which a clad layer is produced. This is considered to be due to the fact that defects caused by the difference in lattice constant and coefficient of thermal expansion are further reduced, and the luminous efficiency of the active layer is greatly increased. In addition, the life characteristics have also been improved, which is considered to be due to the fact that the diffusion of the dopant was suppressed as the number of defects decreased. In addition, the use of a GaN substrate eliminates the need for an etching step for forming an n-electrode, and the cleavage direction of the substrate and the device is the same.
Chips are easily cut out, and the yield is greatly improved.

【0166】薄膜のAl組成比yは、0.05≦y≦
0.40、より好ましくは0.10≦y≦0.30で効
果があり、zは0.005≦z≦0.1、より好ましく
は0.005≦z≦0.05で効果がある。また、y−
zの範囲は、0.05≦y−z≦0.39、より好まし
くは0.10≦y−z≦0.39で効果がある。
The Al composition ratio y of the thin film is 0.05 ≦ y ≦
It is effective when 0.40, more preferably 0.10 ≦ y ≦ 0.30, and z is effective when 0.005 ≦ z ≦ 0.1, more preferably 0.005 ≦ z ≦ 0.05. Also, y-
The range of z is effective when 0.05 ≦ yz ≦ 0.39, and more preferably 0.10 ≦ yz ≦ 0.39.

【0167】クラッド層を構成する薄膜の厚さについて
は、3.0nm〜50.0nmが好ましく、さらには
3.0〜10.0nmが好ましく、より結晶性向上の効
果が現れることを確認している。
The thickness of the thin film constituting the cladding layer is preferably from 3.0 nm to 50.0 nm, more preferably from 3.0 to 10.0 nm, and it has been confirmed that the effect of improving the crystallinity appears. I have.

【0168】n型クラッド層、及びp型クラッド層の平
均Al組成(M(Al))は、ともに0.05≦M(A
l)≦0.30であることにより、効果が現れる。さら
には、0.07≦M(Al)≦0.20であることによ
り、より効果が現れる。低いと閉じ込め効果が弱くな
り、高いと結晶性が低下するために好ましくない。
The average Al compositions (M (Al)) of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are both 0.05 ≦ M (A
l) ≦ 0.30 produces an effect. Further, when 0.07 ≦ M (Al) ≦ 0.20, the effect is more enhanced. If it is low, the confinement effect becomes weak, and if it is high, the crystallinity decreases, which is not preferable.

【0169】また、n型クラッド層、及びp型クラッド
層の全厚さは、ともに0.20μm〜3.00μmであ
ることにより、効果が現れる。さらには、0.50μm
〜1.50μmであることにより、より効果が現れる。
クラッド層の全厚さが薄い場合は閉じ込め効果が弱くな
り、厚い場合は素子抵抗が大きくなり、また結晶性も低
下するために好ましくない。特に、平均Al組成が0.
05〜0.10の場合はクラッド層の全厚さは0.50
μm〜3.00μm、平均Al組成が0.10〜0.2
0の場合はクラッド層の全厚さは0.50μm〜2.5
0μm、平均Al組成が0.20〜0.30の場合はク
ラッド層の全厚さは0.05μm〜1.50μmである
ときに効果が現れる。
The effect is exhibited when the total thickness of each of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is 0.20 μm to 3.00 μm. Furthermore, 0.50 μm
When the thickness is up to 1.50 μm, more effects can be obtained.
If the total thickness of the cladding layer is small, the confinement effect becomes weak, and if the total thickness is large, the element resistance increases and the crystallinity also decreases, which is not preferable. In particular, when the average Al composition is 0.1.
In the case of 05 to 0.10, the total thickness of the cladding layer is 0.50
μm to 3.00 μm, average Al composition is 0.10 to 0.2
In the case of 0, the total thickness of the cladding layer is 0.50 μm to 2.5
When the average Al composition is 0 μm and the average Al composition is 0.20 to 0.30, the effect appears when the total thickness of the cladding layer is 0.05 μm to 1.50 μm.

【0170】本実施の形態では、n型クラッド層をAl
nyGa1-nyN(ny≦1)薄膜とAlnzGa1-nz
(0.005≦nz<ny)薄膜で構成し、かつ、p型
クラッド層をAlpyGa1-pyN(py≦1)薄膜とAl
pzGa1-pzN(0.005≦pz<py)薄膜で構成
し、AlnyGa1-nyN薄膜とAlpyGa1-pyN薄膜の厚
さを同一とし、AlnzGa1-nzN薄膜とAlpzGa1-pz
N薄膜の厚さを同一としたが、AlnyGa1-nyN薄膜の
厚さとAlpyGa1-pyN薄膜の厚さが異なるか、もしく
は、AlnzGa1-nzN薄膜の厚さとAlpzGa1-pzN薄
膜の厚さが異なる構成の素子においても、効果が現れる
ことを確認している。また、本実施の形態では、(n
y)=(py)かつ(nz)=(pz)としたが、(n
y)と(py)が異なるか、もしくは、(nz)と(p
z)が異なる構成の素子においても、効果が現れること
を確認している。また、n型クラッド層とp型クラッド
層とはAlの組成が異なる構成の素子についても効果が
現れることを確認している。
In this embodiment, the n-type cladding layer is made of Al
ny Ga 1-ny N (ny ≦ 1) thin film and Al nz Ga 1-nz N
(0.005 ≦ nz <ny) thin film, and the p-type cladding layer is made of Al py Ga 1-py N (py ≦ 1) thin film and Al
pz Ga 1-pz N constituted by (0.005 ≦ pz <py) thin film, and the Al ny Ga 1-ny N thin film and Al py Ga 1-py N thickness of the thin film with the same, Al nz Ga 1-nz N thin film and Al pz Ga 1-pz
The thickness of the N thin film was the same, but the thickness of the Al ny Ga 1-ny N thin film was different from the thickness of the Al py Ga 1-py N thin film, or the thickness of the Al nz Ga 1-nz N thin film was It has been confirmed that the effect is exhibited even in devices having a configuration in which the thickness of the Al pz Ga 1-pz N thin film is different. In the present embodiment, (n
y) = (py) and (nz) = (pz), but (n
y) and (py) are different, or (nz) and (p)
It has been confirmed that the effect is exhibited even in the elements having different configurations of z). In addition, it has been confirmed that the effect is exhibited also in an element having a configuration in which the Al composition is different between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer.

【0171】本実施の形態においては、n型クラッド層
とp型クラッド層ともに、AlyGa1-yN(y≦1)薄
膜と、AlzGa1-zN(0.005≦z<y)薄膜とが
交互に積層された構造となっているが、n型クラッド
層、もしくはp型クラッド層の片側だけにおいて、Al
yGa1-yN(y≦1)薄膜と、AlzGa1-zN(0.0
05≦z<y)薄膜とを交互に積層させた構造とした場
合でも、素子の結晶性、及び特性の向上の効果を確認し
ている。
In this embodiment, both the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are made of an Al y Ga 1 -yN (y ≦ 1) thin film and an Al z Ga 1 -zN (0.005 ≦ z < y) A thin film and a thin film are alternately laminated, but only one side of the n-type cladding layer or the p-type cladding layer
y Ga 1-y N (y ≦ 1) thin film and Al z Ga 1-z N (0.0
05 ≦ z <y) Even in the case of a structure in which thin films are alternately stacked, the effect of improving the crystallinity and characteristics of the element has been confirmed.

【0172】クラッド層を構成する層は、2種類に限定
されるものではなく、順序に関して、AlyGa1-yN薄
膜(0<y<1)の次にAlzGa1-zN薄膜(0<z≦
y)を積層させるという関係が保たれれば、膜厚、Al
組成、ドーピング濃度の異なった3種以上の薄膜の組合
せも可能であり、実際、効果も確認している。
The layers constituting the cladding layer are not limited to two kinds, and the order is not limited, and the order of the order is Al y Ga 1 -y N thin film (0 <y <1), then Al z Ga 1 -z N thin film. (0 <z ≦
If the relationship of stacking y) is maintained, the film thickness, Al
A combination of three or more kinds of thin films having different compositions and doping concentrations is also possible, and the effect has actually been confirmed.

【0173】また、c面基板を用いる場合、サファイア
基板の場合と同様に、基板面の垂直方向(結晶の積層方
向)と成長基板のc軸が0.10°〜0.25°ずれて
いる場合、より好ましくは0.15°〜0.20°ずれ
ている場合は、成長表面の平坦性が促進され、素子全体
の結晶性が向上し、活性層しいては素子の特性がさらに
向上することを確認している。
When a c-plane substrate is used, the c-axis of the growth substrate deviates from the vertical direction of the substrate surface (the direction of crystal lamination) by 0.10 ° to 0.25 ° as in the case of the sapphire substrate. In this case, more preferably, when the angle is shifted by 0.15 ° to 0.20 °, the flatness of the growth surface is promoted, the crystallinity of the entire device is improved, and the characteristics of the active layer are further improved. Make sure that.

【0174】本実施の形態では、(0001)面を有す
るGaN基板を使用した例について記述したが、他の面
のGaN基板、導電性化が容易であるSiC等も適用で
き、本実施の形態と同様の効果が現われることを確認し
ている。また、p型GaN基板を用いて、素子の層の構
成を逆にした場合についても、本実施の形態と同様の効
果が現われることを確認している。
In this embodiment, an example in which a GaN substrate having a (0001) plane is used has been described. However, a GaN substrate having another plane, SiC which can be easily made conductive, or the like can be applied. It has been confirmed that the same effect as described above appears. In addition, it has been confirmed that the same effect as that of the present embodiment can be obtained when the configuration of the element layers is reversed using the p-type GaN substrate.

【0175】また、基板としてGaNを使用する場合に
は、H2雰囲気中の熱処理と低温でのバッファー層の成
長は行う必要がなく、昇温は、不活性ガスを主とするキ
ャリアガスとNH3雰囲気中で行い、TMG及び/また
はSiH4の導入と同時に下層のGaN膜の成長から行
うことができ、このときも作製された発光素子は本実施
の形態と同様の効果が現われている。
When GaN is used as the substrate, it is not necessary to perform heat treatment in an H 2 atmosphere and grow the buffer layer at a low temperature, and the temperature is raised by using a carrier gas mainly composed of an inert gas and NH 3. It can be carried out in three atmospheres and at the same time as the introduction of TMG and / or SiH 4 from the growth of the underlying GaN film. In this case also, the light emitting device produced has the same effects as the present embodiment.

【0176】本実施の形態では、低温バッファー層とし
てGaN膜を成長した場合について記述したが、低温バ
ッファー層としてはAlηGa1-ηN(0≦η≦1)を
使用しても、さらにZnOを用いた場合も、発光素子を
作製する上で何ら問題がなく、いずれの場合でも本実施
の形態と同様の効果が現われている。
In this embodiment, the case where a GaN film is grown as the low-temperature buffer layer has been described. However, even if AlηGa 1- ηN (0 ≦ η ≦ 1) is used as the low-temperature buffer layer, ZnO is further used. In any case, there is no problem in manufacturing the light emitting element, and in each case, the same effect as that of the present embodiment is exhibited.

【0177】また、n型クラッド層を構成するAlny
1-nyN(ny≦1)薄膜の炭素濃度C(ny)は、
0.40<ny≦1の場合は5E+15(現状の検出限
界値)〜1E+19cm-3、ny≦0.40の場合は5
E+15〜1E+18cm-3が望ましい。AlnzGa
1-nzN(nz≦1)薄膜の炭素濃度C(nz)は、0.
005<nz≦nyの全ての範囲において、5E+15
〜1E+19cm-3が望ましい。特に、0.40<ny
≦1の場合はC(nz)は5E+15〜5E+18cm
-3、ny≦0.40の場合はC(nz)は5E+15〜
5E+18cm-3であることが好ましい。
Further, Alny G forming the n-type cladding layer
The carbon concentration C (ny) of the a 1-ny N (ny ≦ 1) thin film is
5E + 15 (current detection limit value) to 1E + 19 cm -3 when 0.40 <ny ≦ 1, 5 when ny ≦ 0.40
E + 15 to 1E + 18 cm -3 is desirable. Al nz Ga
The carbon concentration C (nz) of the 1-nz N (nz ≦ 1) thin film is 0.5.
5E + 15 in the entire range of 005 <nz ≦ ny
11E + 19 cm −3 is desirable. In particular, 0.40 <ny
If ≤1, C (nz) is 5E + 15E + 18cm
-3 , when ny ≦ 0.40, C (nz) is 5E + 15
It is preferably 5E + 18 cm -3 .

【0178】また、p型クラッド層を構成するAlpy
1-pyN(py≦1)薄膜の炭素濃度C(py)は、
0.40<py≦1の場合は5E+15(現状の検出限
界値)〜1E+19cm-3、py≦0.40の場合は5
E+15〜1E+18cm-3が望ましい。AlpzGa
1-pzN(pz≦1)薄膜の炭素濃度C(pz)は、0.
005<pz≦pyの全ての範囲において、5E+15
〜1E+19cm-3が望ましい。特に、0.40<py
≦1の場合はC(pz)は5E+15〜5E+18cm
-3、py≦0.40の場合はC(pz)は5E+15〜
5E+18cm-3であることが好ましい。炭素濃度が低
過ぎたり、高過ぎる場合には、半導体の結晶性が低下
し、素子抵抗が増加したり、n型化、p型化が困難にな
ることを困難になることを確認している。
Further, Al py G forming the p-type cladding layer
The carbon concentration C (py) of the a 1-py N (py ≦ 1) thin film is
5E + 15 (current detection limit value) to 1E + 19 cm -3 when 0.40 <py ≦ 1, and 5 when py ≦ 0.40
E + 15 to 1E + 18 cm -3 is desirable. Al pz Ga
The carbon concentration C (pz) of the 1-pz N (pz ≦ 1) thin film is 0.1.
5E + 15 in all ranges of 005 <pz ≦ py
11E + 19 cm −3 is desirable. In particular, 0.40 <py
When ≤1, C (pz) is 5E + 15E + 18cm
-3 , when py ≦ 0.40, C (pz) is 5E + 15
It is preferably 5E + 18 cm -3 . It has been confirmed that if the carbon concentration is too low or too high, the crystallinity of the semiconductor decreases, the element resistance increases, and it becomes difficult to make the semiconductor device n-type or p-type. .

【0179】また、n型クラッド層を構成するAlny
1-nyN(ny≦1)薄膜のドーパント濃度C(dn
y)は、5E+19cm-3以下が望ましい。C(dn
y)が高すぎると結晶性が低下し、望ましくない。Al
nzGa1-nzN(0.005≦pz<py)薄膜のドーパ
ント濃度C(dnz)は、1E+17〜1E+19cm
-3が好ましい。C(dnz)は高すぎると結晶性が低下
し、低すぎると抵抗が高くなり、好ましくない。
Also, Alny G constituting the n-type cladding layer
a 1-ny N (ny ≦ 1) thin film dopant concentration C (dn
y) is preferably 5E + 19 cm -3 or less. C (dn
If y) is too high, the crystallinity decreases, which is not desirable. Al
nz Ga 1-nz N (0.005 ≦ pz <py) dopant concentration of the thin film C (dnz) is, 1E + 17~1E + 19cm
-3 is preferred. If C (dnz) is too high, the crystallinity decreases, and if it is too low, the resistance increases, which is not preferable.

【0180】また、p型クラッド層を構成するAlpy
1-pyN(py≦1)薄膜のドーパント濃度C(dp
y)は、5E+20cm-3以下が望ましい。C(dp
y)が高すぎると結晶性が低下し、望ましくない。Al
pzGa1-pzN(0.005≦pz<py)薄膜のドーパ
ント濃度C(dpz)は、1E+18〜1E+19cm
-3が好ましい。C(dpz)は高すぎると結晶性が低下
し、低すぎると抵抗が高くなり、好ましくない。
Further, Al py G forming the p-type cladding layer
a 1-py N (py ≦ 1) Dopant concentration C (dp
y) is preferably 5E + 20 cm -3 or less. C (dp
If y) is too high, the crystallinity decreases, which is not desirable. Al
pz Ga 1-pz N (0.005 ≦ pz <py) of the thin film dopant concentration C (DPZ) is, 1E + 18~1E + 19cm
-3 is preferred. If C (dpz) is too high, the crystallinity decreases, and if it is too low, the resistance increases, which is not preferable.

【0181】[0181]

【発明の効果】上記のように、本発明を適用すること
で、発光効率が高いGaN系化合物半導体の発光素子を
基板面内均一性良く製造することができた。
As described above, by applying the present invention, a GaN-based compound semiconductor light-emitting device having high luminous efficiency can be manufactured with good in-plane uniformity.

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

【図1】実施の形態1、2、4及び5のGaN系化合物
半導体のレーザダイオードの製造法により作製された発
光素子の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting device manufactured by a method for manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode according to Embodiments 1, 2, 4, and 5.

【図2】本発明のGaN系化合物半導体の製造に用いた
MOCVD装置の概略図である。
FIG. 2 is a schematic view of an MOCVD apparatus used for manufacturing a GaN-based compound semiconductor of the present invention.

【図3】実施の形態3のGaN系化合物半導体のレーザ
ダイオードの製造法により作製された発光素子の断面図
である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a light-emitting element manufactured by a method of manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode according to a third embodiment.

【図4】実施の形態4のGaN系化合物半導体の発光素
子の製造法におけるp型クラッド層成長時の各原料の供
給量の経時変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a change over time in supply amounts of respective raw materials during growth of a p-type cladding layer in a method for manufacturing a GaN-based compound semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment.

【図5】実施の形態5のGaN系化合物半導体の発光素
子の製造法における各クラッド層成長時の各原料の供給
量の経時変化を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a change over time in the supply amount of each raw material at the time of growing each clad layer in the method for manufacturing a GaN-based compound semiconductor light emitting device of the fifth embodiment.

【図6】実施の形態6のGaN系化合物半導体のレーザ
ダイオードの製造法により作製された発光素子の断面図
である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a light-emitting element manufactured by a method for manufacturing a GaN-based compound semiconductor laser diode according to a sixth embodiment.

【図7】n型クラッド層を形成するAl0.16Ga0.84
薄膜、Al0.02Ga0.98N薄膜の厚さと光出力35mW
の室温での投入電力との関係を示す図である。
FIG. 7 shows Al 0.16 Ga 0.84 N forming an n-type cladding layer.
Thin film, thickness of Al 0.02 Ga 0.98 N thin film and light output 35mW
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the power and the input power at room temperature.

【図8】n型クラッド層を形成するAly1Ga1-y1N薄
膜のAl組成y1と光出力35mWの室温での投入電力
との関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the Al composition y1 of the Al y1 Ga 1-y1 N thin film forming the n-type cladding layer and the input power at room temperature with an optical output of 35 mW.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 サファイア基板 102 GaNバッファ層 103 n型GaNコンタクト層 104a n型クラッド層 104b n型クラッド層を構成するアンドープAl
0.16Ga0.84N層、またはn型クラッド層を構成するア
ンドープAl0.20Ga0.80N層 104c n型クラッド層を構成するAl0.02Ga0.98
N:Si層またはn型クラッド層を構成するAl0.04
0.96N:Si層 105 n型GaNガイド層 106 活性層 107 AlGaN蒸発防止層 108 p型GaNガイド層 109a p型クラッド層 109b p型クラッド層を構成するアンドープAl
0.16Ga0.84N層 109c p型クラッド層を構成するAl0.02Ga0.98
N:Mg層 110 p型GaNコンタクト層 111 SiO2絶縁膜 112a p型電極 112b n型電極 202 石英トレー 203 サセプタ 204 反応管 205 排気ガス出口 206 配管 207 排ガス処理装置 208 マスフローコントローラ 209 NH3 210 N2またはH2 211a TMG 211b TMA 211c TMI 211d Cp2Mg 212 SiH4 304a1 1番目のn型クラッド層 304b n型クラッド層を構成するアンドープAl
0.16Ga0.84N層 304c n型クラッド層を構成するAl0.02Ga0.98
N:Si層 304a2 2番目のn型クラッド層 313 In0.1Ga0.9Nクラック防止層 401 p型GaNガイド層の成長時間 402 p型クラッド層を構成するアンドープAly
1-yN層の成長時間 403 p型クラッド層を構成するAlzGa1-zN:M
g層の成長時間 404 p型GaNコンタクト層の成長時間 501 n型GaNコンタクト層の成長時間、またはp
型GaNガイド層の成長時間 502 成長中断の時間 503 n型クラッド層を構成するアンドープAl0.16
Ga0.84N層の成長時間、またはp型クラッド層を構成
するアンドープAl0.16Ga0.84N層の成長時間 504 n型クラッド層を構成するAl0.02Ga
0.98N:Si層の成長時間またはp型クラッド層を構成
するAl0.02Ga0.98N:Mg層の成長時間 505 n型GaNガイド層の成長時間または、p型G
aNコンタクト層の成長時間 601 n型GaN基板 602 n型GaN層 603a n型クラッド層 603b n型クラッド層を構成するアンドープAl
0.16Ga0.84N層、 603c n型クラッド層を構成するAl0.02Ga0.98
N:Si層 604 n型GaNガイド層 605 活性層 606 AlGaN蒸発防止層 607 p型GaNガイド層 608a p型クラッド層 608b p型クラッド層を構成するアンドープAl
0.16Ga0.84N層 608c p型クラッド層を構成するAl0.02Ga0.98
N:Mg層 609 p型GaNコンタクト層 610 SiO2絶縁膜 611a p型電極 611b n型電極
Reference Signs List 101 sapphire substrate 102 GaN buffer layer 103 n-type GaN contact layer 104a n-type cladding layer 104b undoped Al constituting n-type cladding layer
0.16 Ga 0.84 N layer or undoped Al 0.20 Ga 0.80 N layer constituting the n-type cladding layer 104 c Al 0.02 Ga 0.98 constituting the n-type cladding layer
N: Al 0.04 G constituting a Si layer or an n-type cladding layer
a 0.96 N: Si layer 105 n-type GaN guide layer 106 active layer 107 AlGaN evaporation preventing layer 108 p-type GaN guide layer 109a p-type clad layer 109b undoped Al constituting p-type clad layer
0.16 Ga 0.84 N layer 109 c Al 0.02 Ga 0.98 constituting the p-type cladding layer
N: Mg layer 110 p-type GaN contact layer 111 SiO 2 insulating film 112 a p-type electrode 112 b n-type electrode 202 quartz tray 203 susceptor 204 reaction tube 205 exhaust gas outlet 206 piping 207 exhaust gas treatment device 208 mass flow controller 209 NH 3 210 N 2 Or H 2 211a TMG 211b TMA 211c TMI 211d Cp 2 Mg 212 SiH 4 304a1 First n-type cladding layer 304b Undoped Al constituting n-type cladding layer
0.16 Ga 0.84 N layer 304c Al 0.02 Ga 0.98 constituting n-type cladding layer
N: Si layer 304a2 Second n-type clad layer 313 In 0.1 Ga 0.9 N crack prevention layer 401 Growth time of p-type GaN guide layer 402 Undoped Al y G forming p-type clad layer
a 1-y N layer growth time 403 Al z Ga 1-z N: M constituting p-type cladding layer
g layer growth time 404 p-type GaN contact layer growth time 501 n-type GaN contact layer growth time, or p
GaN guide layer growth time 502 Growth interruption time 503 Undoped Al 0.16 constituting n-type cladding layer
Growth time of Ga 0.84 N layer or undoped Al 0.16 Ga 0.84 N layer forming p-type cladding layer 504 Al 0.02 Ga forming n-type cladding layer
Growth time of 0.98 N: Si layer or Al 0.02 Ga 0.98 N: Mg layer constituting p-type cladding layer 505 Growth time of n-type GaN guide layer or p-type G
aN contact layer growth time 601 n-type GaN substrate 602 n-type GaN layer 603a n-type cladding layer 603b undoped Al constituting n-type cladding layer
0.16 Ga 0.84 N layer, 603 c Al 0.02 Ga 0.98 constituting n-type cladding layer
N: Si layer 604 n-type GaN guide layer 605 active layer 606 AlGaN evaporation preventing layer 607 p-type GaN guide layer 608a p-type clad layer 608b undoped Al constituting p-type clad layer
0.16 Ga 0.84 N layer 608 cp Al 0.02 Ga 0.98 constituting p-type cladding layer
N: Mg layer 609 p-type GaN contact layer 610 SiO 2 insulating film 611a p-type electrode 611b n-type electrode

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 AlGaNからなる第1のクラッド層
と、AlGaNからなる第2のクラッド層と、前記第1
および第2のクラッド層に挟まれた活性層を有するGa
N系化合物半導体発光素子において、前記第1のクラッ
ド層は、Aly1Ga1-y1N(y1≦1)薄膜と、Alz1
Ga1-z1N(0.005≦z1<y1)薄膜とが交互に
積層されてなることを特徴とするGaN系化合物半導体
発光素子。
A first cladding layer made of AlGaN; a second cladding layer made of AlGaN;
Having an active layer sandwiched between second cladding layers
In the N-based compound semiconductor light emitting device, the first cladding layer includes an Al y1 Ga 1-y1 N (y1 ≦ 1) thin film and an Al z1
A GaN-based compound semiconductor light-emitting device characterized in that Ga 1-z1 N (0.005 ≦ z1 <y1) thin films are alternately stacked.
【請求項2】 前記Aly1Ga1-y1N(y1≦1)薄膜
の厚さは、3.0nm以上50nm以下であり、前記A
z1Ga1-z1N(0.005≦z1<y1)薄膜の厚さ
は、3.0nm以上50nm以下であることを特徴とす
る請求項1に記載のGaN系化合物半導体発光素子。
2. The thickness of the Al y1 Ga 1-y1 N (y1 ≦ 1) thin film is not less than 3.0 nm and not more than 50 nm;
l z1 Ga 1-z1 N ( 0.005 ≦ z1 <y1) thickness of the thin film, GaN-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, characterized in that at 50nm or less than 3.0 nm.
【請求項3】 前記AlGaNからなる第2のクラッド
層は、Aly2Ga1- y2N(y2≦1)薄膜と、Alz2
1-z2N(0.005≦z2<y2)薄膜とが交互に積
層されてなることを特徴とする請求項1または2に記載
のGaN系化合物半導体発光素子。
3. The second cladding layer made of AlGaN includes an Al y2 Ga 1- y2 N (y2 ≦ 1) thin film and an Al z2 G thin film.
The GaN-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein thin films of a 1 -z2N (0.005 ≦ z2 <y2) are alternately stacked.
【請求項4】 前記Aly2Ga1-y2N(y2≦1)薄
膜の厚さは、3.0nm以上50nm以下であり、前記
Alz2Ga1-z2N(0.005≦z2<y2)薄膜の厚
さは、3.0nm以上50nm以下であることを特徴と
する請求項3に記載のGaN系化合物半導体発光素子。
4. The thickness of the Al y2 Ga 1-y2 N (y2 ≦ 1) thin film is from 3.0 nm to 50 nm, and the Al z2 Ga 1-z2 N (0.005 ≦ z2 <y2). 4. The GaN-based compound semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the thickness of the thin film is not less than 3.0 nm and not more than 50 nm.
【請求項5】 前記第1のクラッド層と前記第2のク
ラッド層とは、Al平均組成が異なることを特徴とする
請求項1乃至4のいずれかに記載のGaN系化合物半導
体発光素子。
5. The GaN-based compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first clad layer and the second clad layer have different Al average compositions.
【請求項6】 前記Aly1Ga1-y1N(y1≦1)薄膜
の厚さと前記Aly2Ga1-y2N(y2≦1)薄膜の厚さ
が異なるか、もしくは、前記Alz1Ga1-z1N(0.0
05≦z1<y1)薄膜の厚さと前記Alz2Ga1-z2
(0.005≦z2<y2)薄膜の厚さが異なることを
特徴とする、請求項3乃至5のいずれかに記載のGaN
系化合物半導体発光素子。
6. The thickness of the Al y1 Ga 1-y1 N (y1 ≦ 1) thin film and the thickness of the Al y2 Ga 1-y2 N (y2 ≦ 1) thin film, or the thickness of the Al z1 Ga 1 -z1N (0.0
05 ≦ z1 <y1) Thickness of the thin film and Al z2 Ga 1-z2 N
6. The GaN according to claim 3, wherein (0.005 ≦ z2 <y2) the thickness of the thin film is different.
Based compound semiconductor light emitting device.
【請求項7】 前記y1とy2が異なるか、もしく
は、前記z1とz2が異なることを特徴とする請求項3
乃至6のいずれかに記載のGaN系化合物半導体発光素
子。
7. The method according to claim 3, wherein y1 and y2 are different, or z1 and z2 are different.
7. The GaN-based compound semiconductor light-emitting device according to any one of items 1 to 6.
【請求項8】 前記第1のクラッド層、及び前記第2の
クラッド層の両方、もしくは一方に、InwGa1-w
(0<w<1)膜が介挿されることを特徴とする請求項
1乃至7のいずれかに記載のGaN系化合物半導体発光
素子。
8. In one or both of the first cladding layer and the second cladding layer, In w Ga 1 -w N
8. The GaN-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein a (0 <w <1) film is interposed.
【請求項9】 請求項1乃至8のいずれかに記載のGa
N系化合物半導体発光素子の製造方法において、Aly
Ga1-yN(y≦1)からなる第1の薄膜と、AlzGa
1-zN(0.005≦z<y)からなる第2の薄膜とが
交互に積層されたAlGaN層を形成する際に、前記第
1の薄膜もしくは第2の薄膜の成長後に、所定の成長中
断時間を設けることを特徴とするGaN系化合物半導体
の製造方法。
9. The Ga according to claim 1, wherein
The method of manufacturing a N-based compound semiconductor light-emitting element, Al y
A first thin film made of Ga 1-y N (y ≦ 1) and Al z Ga
When forming the AlGaN layer in which the second thin films made of 1-z N (0.005 ≦ z <y) are alternately stacked, a predetermined thickness is formed after the growth of the first thin film or the second thin film. A method for producing a GaN-based compound semiconductor, comprising providing a growth interruption time.
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