JP2001168472A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Al_xGa_1-xNから成るｎクラッド層の下層の平
坦度を向上させる。 【解決手段】 負電極を形成する高キャリア密度のｎ⁺
型GaN層１０３に直接Al_xGa_1-xNから成るｎクラッド層１
０４を形成するのではなく、低キャリア密度のｎ型GaN
層１０３Ｌを介在させる。これにより負電極を形成する
ｎ⁺型GaN層１０３のキャリア密度を6×10¹⁸/cm³にした
上で、ｎクラッド層１０４直下はキャリア密度5×10¹⁷/
cm³程度の平坦なｎ型GaN層１０３Ｌとすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はIII族窒化物系化合
物半導体発光素子に関する。特にレーザダイオードとし
て作用するIII族窒化物系化合物半導体発光素子に有効
である。尚、III族窒化物系化合物半導体とは、例えばA
lN、GaN、InNのような２元系、Al_xGa_1-xN、Al_xIn_1-xN、
Ga_xIn_1-xN（いずれも0＜x＜1）のような３元系、Al_xGa_y
In_1-x-yN（0＜x＜1, 0＜y＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を
包括した一般式Al_xGa_yIn_1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0
≦x+y≦1）で表されるものがある。なお、本明細書にお
いては、特に断らない限り、単にIII族窒化物系化合物
半導体と言う場合は、伝導型をｐ型あるいはｎ型にする
ための不純物がドープされたIII族窒化物系化合物半導
体をも含んだ表現とする。

【０００２】

【従来の技術】III族窒化物系化合物半導体は、発光ス
ペクトルが紫外から赤色の広範囲に渡る直接遷移型の半
導体であり、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード
(LD)等の発光素子に応用されている。図４に従来のIII
族窒化物系化合物半導体発光素子の一例としてレーザダ
イオード（ＬＤ）９００の構造を示す。レーザダイオー
ド（ＬＤ）９００は、サファイア基板９０１を有してお
り、そのサファイア基板９０１上にAlNバッファ層９０
２が形成されている。

【０００３】そのバッファ層９０２の上には、順に、シ
リコン(Si)ドープGaNから成るｎコンタクト層９０３、
シリコン(Si)ドープAl_0.1Ga_0.9Nから成るｎクラッド層
９０４、のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層
９０５、GaNから成るバリア層とGa_0.85In_0.15Nから成る
井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造(MQW)の
活性層９０６が形成されている。そして、その活性層９
０６の上に、マグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐガ
イド層９０７、マグネシウム(Mg)ドープAl_0.1Ga_{0. 9}Nか
ら成るｐクラッド層９０８、マグネシウム(Mg)ドープGa
Nから成るｐコンタクト層９０９が形成されている。そ
して、ｐコンタクト層９０９上に電極９１０Ａが形成さ
れている。又、ｎ層９０３上には電極９１０Ｂが形成さ
れている。

【０００４】この構造において、ｎコンタクト層９０３
を通じて基板面に平行に負電極から電子が注入されるた
め、導電性を高く、低抵抗化するため、ｎ型不純物を高
濃度にドープすることが一般的である。例えばシリコン
(Si)をドープし、5×10¹⁸/cm ³程度のキャリア密度の層
として負電極からの通電が容易となるよう設計すること
が考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば5×1
0¹⁸/cm³程度のキャリア密度となるようシリコン(Si)を
ドープした窒化ガリウム(GaN)層には表面に凹凸が発生
する。このため、高キャリア密度ｎコンタクト層上部に
ｎクラッド層として窒化アルミニウムガリウム(Al_xGa
_1-xN、0＜x＜1)を形成すると、転位や応力が発生しやす
くなる。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、負電極を形成する層を高キ
ャリア密度としつつ、その層と異なるIII族組成のIII族
窒化物系化合物半導体層を上部に形成する際、上面を平
坦化することに在る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め請求項１に記載の発明によれば、III族窒化物系化合
物半導体を順次積層して形成された、発光層を有するII
I族窒化物系化合物半導体発光素子において、負電極か
ら発光層側に向かって第１、第２及び第３のｎ型III族
窒化物系化合物半導体層を有し、第１のIII族窒化物系
化合物半導体層は、ｎ型不純物濃度4×10¹⁸/cm³以上2×
10¹⁹/cm³以下のｎ型III族窒化物系化合物半導体から成
り、第２のIII族窒化物系化合物半導体層は、ｎ型不純
物濃度1×10 ¹⁷/cm³以上4×10¹⁸/cm³未満のｎ型III族窒
化物系化合物半導体から成ることを特徴とする。

【０００８】ここで負電極側から発光層側に向かってと
は、負電極から通電されるに際し負電極に最も近い側に
第１のｎ型III族窒化物系化合物半導体層があり、順次
第２、第３のｎ型III族窒化物系化合物半導体層を形成
し、第３のｎ型III族窒化物系化合物半導体層より上方
に発光層を形成することを意味する。即ち、第１、第
２、第３のｎ型III族窒化物系化合物半導体層が順に接
触して形成されているが、発光層は必ずしも第３のIII
族窒化物系化合物半導体層に接していなくても良い。

【０００９】また、請求項２に記載の手段によれば、第
１のIII族窒化物系化合物半導体層は、ｎ型不純物濃度5
×10¹⁸/cm³以上1.5×10¹⁹/cm³以下のｎ型III族窒化物系
化合物半導体から成り、第２のIII族窒化物系化合物半
導体層は、ｎ型不純物濃度2×10¹⁷/cm³以上2×10¹⁸/cm³
以下のｎ型III族窒化物系化合物半導体から成ることを
特徴とする。

【００１０】また、請求項３に記載の手段によれば、第
１のIII族窒化物系化合物半導体層は、ｎ型不純物濃度6
×10¹⁸/cm³以上1×10¹⁹/cm³以下のｎ型III族窒化物系化
合物半導体から成り、第２のIII族窒化物系化合物半導
体層は、ｎ型不純物濃度4×10¹⁷/cm³以上1×10¹⁸/cm³未
満のｎ型III族窒化物系化合物半導体から成ることを特
徴とする。

【００１１】また、請求項４に記載の手段によれば、第
１のIII族窒化物系化合物半導体層は、窒化ガリウム(Ga
N)から成り、第２のIII族窒化物系化合物半導体層は、
窒化ガリウム(GaN)から成り、第３のIII族窒化物系化合
物半導体層は、窒化アルミニウムガリウム(Al_xGa_1-xN,
0＜x＜1)から成ることを特徴とする。

【００１２】また、請求項５に記載の手段によれば、請
求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のIII族窒化
物系化合物半導体発光素子がレーザダイオードとして作
用するものである。

【００１３】更に請求項６に記載の手段によれば、請求
項５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子にお
いて、第３のIII族窒化物系化合物半導体層と発光層と
の間に、光ガイド層を有することを特徴とする。

【００１４】

【作用及び発明の効果】III族窒化物系化合物半導体発
光素子において不要な抵抗を抑え、ジュール熱の発生を
抑えるためには高キャリア密度のｎ型層が必要である。
そこで高キャリア密度ｎ型層としたうえ、その上部に同
組成の低キャリア密度ｎ型層を形成することで、高キャ
リア密度のｎ型層表面の平坦化の悪さを補うことができ
る。これは高キャリア密度のｎ型層をｎ型不純物濃度4
×10¹⁸/cm³以上とし、低キャリア密度ｎ型層を4×10¹⁸/
cm³未満とすれば良い。尚、高キャリア密度ｎ型層はｎ
型不純物濃度2×10¹⁹/cm³以下が良く、低キャリア密度
ｎ型層はｎ型不純物濃度1×10¹⁷/cm³以上が良い（請求
項１）。

【００１５】これは、高キャリア密度のｎ型層をｎ型不
純物濃度5×10¹⁸/cm³以上1.5×10¹⁹/cm³以下とし、低キ
ャリア密度ｎ型層をｎ型不純物濃度2×10¹⁷/cm³以上2×
10¹⁸/cm³以下とすると尚良く、高キャリア密度のｎ型層
をｎ型不純物濃度6×10¹⁸/cm ³以上1×10¹⁹/cm³以下と
し、低キャリア密度ｎ型層をｎ型不純物濃度4×10¹⁷/cm
³以上1×10¹⁸/cm³以下とするとすると尚良い。

【００１６】このような、高キャリア密度のｎ型層と低
キャリア密度ｎ型層を形成した平坦な表面上に、バンド
ギャップの広い層を形成すると、転位や応力が発生しな
い（請求項４）。このような構造は素子寿命の拡張や閾
値電流の低減をもたらすのでレーザダイオードに適して
おり（請求項５）、ガイド層を有することで活性層に転
位や応力が伝搬することを著しく低減することができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお、本発明は下記実施例に限定さ
れるものではない。

【００１８】〔第１実施例〕図１は、本発明の具体的な
実施例に係る発光ダイオード１００の構成を示した断面
図である。発光ダイオード１００は、サファイア基板１
０１を有しており、そのサファイア基板１０１上に50nm
のAlNバッファ層１０２が形成されている。

【００１９】そのバッファ層１０２の上には、順に、膜
厚約4.0μm、電子密度6×10¹⁸/cm³、シリコン(Si)ドー
プGaNから成るｎ⁺層１０３、膜厚約0.2μm、電子密度5
×10^{1 7}/cm³、シリコン(Si)ドープGaNから成るｎ層１０
３Ｌ、膜厚1μm、電子密度1×10¹⁸/cm³、シリコン(Si)
ドープAl_0.08Ga_0.92Nから成るｎクラッド層１０４、膜
厚約35ÅのGa_0.85In_0.15Nから成る井戸層６１と膜厚約1
00ÅのGaNから成るバリア層６２とが交互に積層された
多重量子井戸構造(MQW)の発光層１０５が形成されてい
る。井戸層６１は４層、バリア層６２は３層である。そ
して、その発光層１０５の上に、膜厚1μm、ホール密度
3×10¹⁷/cm³、マグネシウム(Mg)ドープAl_{0.0 8}Ga_0.92Nか
ら成るｐクラッド層１０６、膜厚300nm、ホール密度5×
10¹⁷/cm³、マグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐコン
タクト層１０７が形成されている。そして、ｐコンタク
ト層１０７上にNi電極１０８Ａが形成されている。又、
ｎ⁺層３上にはAlから成る電極１０８Ｂが形成されてい
る。

【００２０】次に、この構造の発光ダイオード１００の
製造方法について説明する。上記発光ダイオード１００
は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示
す）による気相成長により製造された。用いられたガス
は、NH₃とキャリアガスH₂又はN ₂とトリメチルガリウム
(Ga(CH₃)₃、以下「TMG」と記す）とトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH₃)₃、以下「TMA」と記す）とトリメチルイン
ジウム(In(CH₃)₃、以下「TMI」と記す）とシラン(SiH₄)
とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C₅H₅) ₂、以下
「CP₂Mg」と記す）である。

【００２１】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１０１をMOVP
E装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次
に、常圧でH₂を流速2L/minで約30分反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板１０１をベーキングした。

【００２２】次に、温度を400℃まで低下させて、H₂を1
0L/min、NH₃を10L/min、TMAを20μmol/minで供給してAl
Nのバッファ層１０２を約50nmの厚さに形成した。次
に、サファイア基板１０１の温度を1150℃に保持し、H₂
を10L/min、NH₃を10L/min、TMGを200μmol/min、H₂ガス
にて0.86ppmに希釈されたシラン(SiH₄)を20nmol/minで
導入し、膜厚約4.0μm、電子密度6×10¹⁸/cm³、シリコ
ン(Si)ドープGaNからなるｎ⁺層１０３を形成した。

【００２３】温度を1150℃に保持し、H₂を10L/min、NH₃
を10L/min、TMGを200μmol/min、H₂ガスにて0.86ppmに
希釈されたシラン(SiH₄)を2nmol/minで導入し、膜厚約
0.2μm、電子密度5×10¹⁷/cm³、シリコン(Si)ドープGaN
からなるｎ層１０３Ｌを形成した。

【００２４】上記のｎ層１０３Ｌを形成した後、続いて
温度を1100℃に保持し、H₂を10L/min、NH₃を10L/min、T
MAを5μmol/min、TMGを100μmol/min、H₂ガスにて0.86p
pmに希釈されたシラン(SiH₄)を2nmol/minで導入し、膜
厚1μm、電子密度2×10¹⁸/cm³、シリコン(Si)ドープAl
_0.08Ga_0.92Nからなるｎクラッド層１０４を形成した。

【００２５】次に、N₂又はH₂、NH₃、TMG及びTMIを供給
して、膜厚約35ÅのGa_0.85In_0.15Nから成る井戸層６１
を形成した。次に、N₂又はH₂、NH₃及びTMGを供給して、
膜厚約100ÅのGaNから成るバリア層６２を形成した。さ
らに、井戸層６１とバリア層６２を積層し、井戸層６１
を合計４層、バリア層６２を合計３層とした。このよう
にしてMQW構造の発光層１０５を形成した。

【００２６】次に、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を
10L/min、NH₃を10L/min、TMAを5μmol/min、TMGを100μ
mol/min、及び、Cp₂Mgを2μmol/minで導入して、マグネ
シウム(Mg)がドーピングされた、膜厚約100nmのマグネ
シウム(Mg)ドープのAl_0.08Ga_{0 .92}Nからなるｐクラッド
層１０６を形成した。

【００２７】次に、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を
10L/min、NH₃を10L/min、TMGを100μmol/min、Cp₂Mgを2
μmol/minで導入して、マグネシウム(Mg)がドーピング
された、膜厚約300nmのマグネシウム(Mg)ドープのGaNか
らなるｐコンタクト層１０７を形成した。

【００２８】次に、電子線照射装置を用いて、ｐコンタ
クト層１０７、ｐクラッド層１０６に一様に電子線を照
射し、ｐコンタクト層１０７、ｐクラッド層１０６はそ
れぞれ、ホール濃度5×10¹⁷/cm³、3×10¹⁷/cm³となっ
た。このようにして多層構造のウエハを形成することが
できた。

【００２９】次に、スパッタリングによりSiO₂層を形成
し、そのSiO₂上にフォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフを行った。次にｎ⁺層１０３に対する電極形成部
位のフォトレジストを除去し、フォトレジストによって
覆われていないSiO₂層をフッ化水素酸系エッチング液で
除去した。

【００３０】次に、フォトレジスト及びSiO₂層によって
覆われていない部位のｐコンタクト層１０７、ｐクラッ
ド層１０６、活性層１０５、ｎクラッド層１０４、ｎ層
１０３Ｌ及びｎ⁺層１０３の一部を真空度0.04Torr、高
周波電力0.44W/cm²、Cl₂ガスを10ml/minの割合で供給し
ドライエッチングし、その後Arでドライエッチングし
た。この工程で、ｎ⁺層１０３に対する電極取り出しの
ための領域が形成された。

【００３１】次に、ニッケル(Ni)を蒸着してｐコンタク
ト層１０７の上に電極１０８Ａを形成した。一方、ｎ⁺
層１０３に対しては、アルミニウム(Al)を蒸着して電極
１０８Ｂを形成した。

【００３２】このようにして形成した発光ダイオード１
００は、発光出力が改善された。これはｎGaN層１０３
Ｌの表面が平坦化したことで、ｎクラッド層１０４や発
光層１０５に転位や応力が伝搬しなかったためと考えら
れる。

【００３３】〔第２実施例〕図２は、本発明の具体的な
実施例に係るレーザダイオード２００の構成を示した断
面図である。レーザダイオード２００は、サファイア基
板２０１を有しており、そのサファイア基板２０１上に
50nmのAlNバッファ層２０２が形成されている。

【００３４】そのバッファ層２０２の上には、順に、膜
厚約4.0μm、電子密度6×10¹⁸/cm³、シリコン(Si)ドー
プGaNから成るｎ⁺層２０３、膜厚約0.2μm、電子密度5
×10^{1 7}/cm³、シリコン(Si)ドープGaNから成るｎ層２０
３Ｌ、膜厚1μm、電子密度2×10¹⁸/cm³、シリコン(Si)
ドープAl_0.08Ga_0.92Nから成るｎクラッド層２０４、膜
厚100nm、電子密度2×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープGa
Nからなるｎガイド層２０５、膜厚約35ÅのGa_0.85In
_0.15Nから成る井戸層６１と膜厚約100ÅのGaNから成る
バリア層６２とが交互に積層された多重量子井戸構造(M
QW)の活性層２０６が形成されている。井戸層６１は４
層、バリア層６２は３層である。そして、その活性層６
の上に、膜厚100nm、ホール密度5×10¹⁷/cm³のマグネシ
ウム(Mg)ドープGaNから成るｐガイド層２０７、膜厚1μ
m、ホール密度3×10¹⁷/cm³、マグネシウム(Mg)ドープAl
_0.08Ga_0.92Nから成るｐクラッド層２０８、膜厚200nm、
ホール密度5×10¹⁷/cm³、マグネシウム(Mg)ドープGaNか
ら成るｐコンタクト層２０９が形成されている。そし
て、ｐコンタクト層２０９上にNi電極２１０Ａが形成さ
れている。又、ｎ⁺層２０３上にはAlから成る電極２１
０Ｂが形成されている。

【００３５】次に、この構造のレーザダイオード２００
の製造方法について説明する。上記レーザダイオード２
００は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と
示す）による気相成長により製造された。

【００３６】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板２０１をMOVP
E装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次
に、常圧でH₂を流速2L/minで約30分反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板２０１をベーキングした。

【００３７】次に、温度を400℃まで低下させて、H₂を1
0L/min、NH₃を10L/min、TMAを20μmol/minで供給してAl
Nのバッファ層２０２を約50nmの厚さに形成した。次
に、サファイア基板２０１の温度を1150℃に保持し、H₂
を10L/min、NH₃を10L/min、TMGを200μmol/min、H₂ガス
にて0.86ppmに希釈されたシラン(SiH₄)を20nmol/minで
導入し、膜厚約4.0μm、電子密度5×10¹⁸/cm³、シリコ
ン(Si)ドープGaNからなるｎ⁺層２０３を形成した。

【００３８】温度を1150℃に保持し、H₂を10L/min、NH₃
を10L/min、TMGを200μmol/min、H₂ガスにて0.86ppmに
希釈されたシラン(SiH₄)を2nmol/minで導入し、膜厚約
0.2μm、電子密度5×10¹⁷/cm³、シリコン(Si)ドープGaN
からなるｎ層２０３Ｌを形成した。

【００３９】上記のｎ層２０３Ｌを形成した後、続いて
温度を1100℃に保持し、H₂を10L/min、NH₃を10L/min、T
MAを5μmol/min、TMGを100μmol/min、H₂ガスにて0.86p
pmに希釈されたシラン(SiH₄)を2nmol/minで導入し、膜
厚1μm、電子密度2×10¹⁸/cm³、シリコン(Si)ドープAl
_0.08Ga_0.92Nからなるｎクラッド層２０４を形成した。

【００４０】次に、温度を1100℃に保持し、H₂を10L/mi
n、TMGを50μmol/min、H₂ガスにて0.86ppmに希釈された
(SiH₄)を2nmol/minで導入し、膜厚100nm、電子密度2×1
0¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層２
０５を形成した。

【００４１】次に、N₂又はH₂、NH₃、TMG及びTMIを供給
して、膜厚約35ÅのGa_0.85In_0.15Nから成る井戸層６１
を形成した。次に、N₂又はH₂、NH₃及びTMGを供給して、
膜厚約100ÅのGaNから成るバリア層６２を形成した。さ
らに、井戸層６１とバリア層６２を積層し、井戸層６１
を合計４層、バリア層６２を合計３層とした。このよう
にしてMQW構造の活性層２０６を形成した（図３）。

【００４２】続いて、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂
を10L/min、NH₃を10L/min、TMGを50μmol/min、Cp₂Mgを
2μmol/minで導入して、マグネシウム(Mg)がドーピング
された、膜厚約100nmのマグネシウム(Mg)ドープGaNから
なるｐガイド層２０７を形成した。

【００４３】次に、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を
10L/min、NH₃を10L/min、TMAを5μmol/min、TMGを100μ
mol/min、及び、Cp₂Mgを2μmol/minで導入して、マグネ
シウム(Mg)がドーピングされた、膜厚約1μmのマグネシ
ウム(Mg)ドープのAl_0.08Ga_{0. 92}Nからなるｐクラッド層
２０８を形成した。

【００４４】次に、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を
10L/min、NH₃を10L/min、TMGを100μmol/min、Cp₂Mgを2
μmol/minで導入して、マグネシウム(Mg)がドーピング
された、膜厚約300nmのマグネシウム(Mg)ドープのGaNか
らなるｐコンタクト層２０９を形成した。

【００４５】次に、電子線照射装置を用いて、ｐコンタ
クト層２０９、ｐクラッド層２０８及びｐガイド層２０
７に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加
速電圧約10kV、試料電流1μA、ビームの移動速度0.2mm/
s、ビーム径60μmφ、真空度50μTorrである。この電子
線の照射により、ｐコンタクト層９、ｐクラッド層８及
びｐガイド層７はそれぞれ、ホール濃度5×10¹⁷/cm³、3
×10¹⁷/cm³、5×10¹⁷/cm³となった。このようにして多
層構造のウエハを形成することができた。

【００４６】次に、スパッタリングによりSiO₂層を形成
し、そのSiO₂上にフォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフを行った。次にｎ⁺層２０３に対する電極形成部
位のフォトレジストを除去し、フォトレジストによって
覆われていないSiO₂層をフッ化水素酸系エッチング液で
除去した。

【００４７】次に、フォトレジスト及びSiO₂層によって
覆われていない部位のｐコンタクト層２０９、ｐクラッ
ド層２０８、ｐガイド層２０７、活性層２０６、ｎガイ
ド層２０５、ｎクラッド層２０４、ｎ層２０３Ｌ及びｎ
層２０３の一部を真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm
²、Cl₂ガスを10ml/minの割合で供給しドライエッチング
し、その後Arでドライエッチングした。この工程で、ｎ
⁺層２０３に対する電極取り出しのための領域が形成さ
れた。

【００４８】次に、ニッケル(Ni)を蒸着してｐコンタク
ト層２０９の上に電極２１０Ａを形成した。一方、ｎ⁺
層２０３に対しては、アルミニウム(Al)を蒸着して電極
２１０Ｂを形成した。

【００４９】次に、共振器端面を形成するためドライエ
ッチングを行った。その後、スクライビングしてクライ
ブ溝を形成し、共振器の端面に平行なｘ軸方向にダイシ
ンクして、短冊片を得た。このようにして得たレーザダ
イオード２００は、駆動電流は50mAにて発光出力5mW，
発振ピーク波長410nmであった。

【００５０】比較のため、従来の構造のレーザダイオー
ド９００を上記と同様に作成した。即ち、２０３Ｌを設
けなかったほかは全く同様に作成した。このレーザダイ
オード９００は、レーザダイオード２００と比較して閾
値電流が約３倍となった。

【００５１】上記実施例では有機金属気相成長法（MOCV
D）を用いてサファイア基板上にIII族窒化物系化合物半
導体層を形成したが、半導体層を形成する方法として
は、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相成長法（H
alide VPE）、液相成長法（LPE）等を適用しても良い。

【００５２】また、発光素子の構造としては、ホモ構
造、ヘテロ構造、ダブルヘテロ構造のいずれでも良く、
ｐｉｎ接合或いはｐｎ接合のいずれにより形成しても良
い。発光層（活性層）の構造としては、単一量子井戸構
造（ＳＱＷ）のものであっても、井戸層と井戸層よりも
バンドギャップの大きい障壁層を形成した多重量子井戸
構造（ＭＱＷ）のものであっても良く、任意の設計であ
って良い。

【００５３】III族窒化物系化合物半導体のIII族元素の
組成の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換えて
も、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ素(As)、ア
ンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても本発明を実
質的に適用できる。なお、発光素子として構成する場合
は、本来III族窒化物系化合物半導体の２元系、若しく
は３元系を用いることが望ましい。

【００５４】上記実施例において、ｎ⁺層１０３及び２
０３、ｎ層１０３Ｌ及び２０３Ｌ、クラッド層１０４及
び２０４のIII族窒化物系化合物半導体の組成比は各々
が一例であって、任意の一般式Al_xGa_yIn_1-x-yN（0≦x≦
1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）を用いても良い。その場合は
各層においてアルミニウム組成x、ガリウム組成y、イン
ジウム組成1-x-yが異なっても良い。これはその他の層
についても全く同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオ
ード１００の構成を示した断面図。

【図２】 本発明の具体的な一実施例に係るレーザダイ
オード２００の構成を示した断面図。

【図３】 レーザダイオード２００の活性層である多重
量子井戸構造の構成を示した段面図。

【図４】 従来のレーザダイオード９００の構成を示し
た構成図。

【符号の説明】

１００ 発光ダイオード １０１、２０１ サファイア基板 １０２、２０２ バッファ層 １０３、２０３ ｎ⁺層 １０３Ｌ、２０３Ｌ ｎ層 １０４、２０４ ｎクラッド層 １０５、２０６ 活性層 １０６、２０８ ｐクラッド層 １０７、２０９ ｐコンタクト層 １０８Ａ、１０８Ｂ、２１０Ａ、２１０Ｂ 電極 ２００ レーザダイオード ２０５ ｎガイド層 ２０７ ｐガイド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平松 敏夫 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA05 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA65 5F073 AA04 AA74 CA07 CB05 CB07 CB19 DA05 DA24 EA29

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 III族窒化物系化合物半導体を順次積層
   して形成された、発光層を有するIII族窒化物系化合物
   半導体発光素子において、 負電極から発光層側に向かって第１、第２及び第３のｎ
   型III族窒化物系化合物半導体層を有し、 第１のIII族窒化物系化合物半導体層は、ｎ型不純物濃
   度4×10¹⁸/cm³以上2×10¹⁹/cm³以下のｎ型III族窒化物
   系化合物半導体から成り、 第２のIII族窒化物系化合物半導体層は、ｎ型不純物濃
   度1×10¹⁷/cm³以上4×10¹⁸/cm³未満のｎ型III族窒化物
   系化合物半導体から成ることを特徴とするIII族窒化物
   系化合物半導体発光素子。
2. 【請求項２】 前記第１のIII族窒化物系化合物半導体
   層は、ｎ型不純物濃度5×10¹⁸/cm³以上1.5×10¹⁹/cm³以
   下のｎ型III族窒化物系化合物半導体から成り、 前記第２のIII族窒化物系化合物半導体層は、ｎ型不純
   物濃度2×10¹⁷/cm³以上2×10¹⁸/cm³以下のｎ型III族窒
   化物系化合物半導体から成ることを特徴とする請求項１
   に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
3. 【請求項３】 前記第１のIII族窒化物系化合物半導体
   層は、ｎ型不純物濃度6×10¹⁸/cm³以上1×10¹⁹/cm³以下
   のｎ型III族窒化物系化合物半導体から成り、 前記第２のIII族窒化物系化合物半導体層は、ｎ型不純
   物濃度4×10¹⁷/cm³以上1×10¹⁸/cm³未満のｎ型III族窒
   化物系化合物半導体から成ることを特徴とする請求項１
   に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
4. 【請求項４】 前記第１のIII族窒化物系化合物半導体
   層は、窒化ガリウム(GaN)から成り、前記第２のIII族窒
   化物系化合物半導体層は、窒化ガリウム(GaN)から成
   り、前記第３のIII族窒化物系化合物半導体層は、窒化
   アルミニウムガリウム(Al_xGa_1-xN, 0＜x＜1)から成るこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
   記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
5. 【請求項５】 レーザダイオードとして作用する請求項
   １乃至請求項４のいずれか１項に記載のIII族窒化物系
   化合物半導体発光素子。
6. 【請求項６】 前記第３のIII族窒化物系化合物半導体
   層と発光層との間に、光ガイド層を有することを特徴と
   する請求項５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光
   素子。