JP2001196702A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子Info
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- JP2001196702A JP2001196702A JP2000002095A JP2000002095A JP2001196702A JP 2001196702 A JP2001196702 A JP 2001196702A JP 2000002095 A JP2000002095 A JP 2000002095A JP 2000002095 A JP2000002095 A JP 2000002095A JP 2001196702 A JP2001196702 A JP 2001196702A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光層の下層の凹凸を抑制し、発光の散乱損
失を抑制すること。 【解決手段】レーザダイオード１００は、サファイア基
板１０１上に50nmのAlNバッファ層１０２、膜厚約4.0μ
m、電子密度6×1018/cm3、SiドープGaNから成るｎ+層１
０３、膜厚1μm、電子密度5×1017/cm3、SiドープAl
0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層１０４、膜厚100nm、
電子密度5×1017/cm3のSiドープGaNからなるｎガイド層
１０５が形成されている。ｎガイド層１０５の上には、
膜厚約35ÅのGa0.85In0.15N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(MQW)の活性層１０６が形成されて
いる。その活性層１０６の上に、ｐガイド層１０７、ｐ
クラッド層１０８、ｐコンタクト層１０９が形成されて
いる。サファイア基板１０１のオフ角を0.3度以下、ｎ
クラッド層１０４とｎガイド層１０５のエピタキシャル
成長速度を10nm/min以下、電子密度を1×1018/cm3未満
とすることで、ｎクラッド層１０４とｎガイド層１０５
の凹凸を50nm以下とすることができる。
失を抑制すること。 【解決手段】レーザダイオード１００は、サファイア基
板１０１上に50nmのAlNバッファ層１０２、膜厚約4.0μ
m、電子密度6×1018/cm3、SiドープGaNから成るｎ+層１
０３、膜厚1μm、電子密度5×1017/cm3、SiドープAl
0.08Ga0.92Nから成るｎクラッド層１０４、膜厚100nm、
電子密度5×1017/cm3のSiドープGaNからなるｎガイド層
１０５が形成されている。ｎガイド層１０５の上には、
膜厚約35ÅのGa0.85In0.15N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(MQW)の活性層１０６が形成されて
いる。その活性層１０６の上に、ｐガイド層１０７、ｐ
クラッド層１０８、ｐコンタクト層１０９が形成されて
いる。サファイア基板１０１のオフ角を0.3度以下、ｎ
クラッド層１０４とｎガイド層１０５のエピタキシャル
成長速度を10nm/min以下、電子密度を1×1018/cm3未満
とすることで、ｎクラッド層１０４とｎガイド層１０５
の凹凸を50nm以下とすることができる。
Description
【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。本発明は、特にIII族窒
化物系化合物半導体レーザダイオードに有効である。
尚、III族窒化物系化合物半導体とは、例えばAlN、Ga
N、InNのような２元系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn
1-xN（いずれも0＜x＜1）のような３元系、AlxGayIn
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AlxGayIn1-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。
合物半導体発光素子に関する。本発明は、特にIII族窒
化物系化合物半導体レーザダイオードに有効である。
尚、III族窒化物系化合物半導体とは、例えばAlN、Ga
N、InNのような２元系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn
1-xN（いずれも0＜x＜1）のような３元系、AlxGayIn
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AlxGayIn1-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。
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Al0.08Ga0.92N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Ga0.85In0.15N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
９０６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Al0.08Ga0.92
Nから成るｐクラッド層９０８、マグネシウム(Mg)ドー
プGaN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。
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Al0.08Ga0.92N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Ga0.85In0.15N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
９０６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Al0.08Ga0.92
Nから成るｐクラッド層９０８、マグネシウム(Mg)ドー
プGaN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、2×1018/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されてい
る。また、シリコン(Si)ドープAl0.1Ga0.9N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のキャリア密度も一般に2×10 18/cm3
程度としている。
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、2×1018/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されてい
る。また、シリコン(Si)ドープAl0.1Ga0.9N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のキャリア密度も一般に2×10 18/cm3
程度としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】レーザダイオードにお
いては、ｎガイド層９０５は活性層９０６からのレーザ
光を屈折率差により活性層に閉じ込める働きをしている
が、上記のようなレーザダイオード９００において、ｎ
ガイド層９０５の上面（活性層９０６との界面）は一般
に平坦ではない。従来、このｎガイド層９０５の上面
（活性層９０６との界面）の凹凸は50nm以上あった。こ
こで凹凸とは、極めて局部的（範囲0.1μm四方）な凹凸
と、広範囲（範囲1μm四方）にわたる波状の凹凸の両方
を言う。この凹凸はレーザ光の散乱損失を起こし、レー
ザダイオードとしての閾値電流を上昇させる要因となっ
ていることがわかった。
いては、ｎガイド層９０５は活性層９０６からのレーザ
光を屈折率差により活性層に閉じ込める働きをしている
が、上記のようなレーザダイオード９００において、ｎ
ガイド層９０５の上面（活性層９０６との界面）は一般
に平坦ではない。従来、このｎガイド層９０５の上面
（活性層９０６との界面）の凹凸は50nm以上あった。こ
こで凹凸とは、極めて局部的（範囲0.1μm四方）な凹凸
と、広範囲（範囲1μm四方）にわたる波状の凹凸の両方
を言う。この凹凸はレーザ光の散乱損失を起こし、レー
ザダイオードとしての閾値電流を上昇させる要因となっ
ていることがわかった。
【０００６】上記課題に鑑み、本発明は、発光層を形成
する前に形成される下層のIII族窒化物系化合物半導体
層の凹凸の抑制されたIII族窒化物系化合物半導体発光
素子を提供することを目的とする。
する前に形成される下層のIII族窒化物系化合物半導体
層の凹凸の抑制されたIII族窒化物系化合物半導体発光
素子を提供することを目的とする。
【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に記載の手段によれば、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、発光層を
形成する前に形成される下層のIII族窒化物系化合物半
導体層の上面の凹凸が、50nm以下であることを特徴とす
る。尚、ここで発光層の下層とは、発光層の直下の層に
限定されない。また、複数の層を合わせて指す場合も含
まれるものとする。また、上面の凹凸には極めて局部的
（範囲0.1μm四方）な凹凸も、また、広範囲（範囲1μm
四方）にわたる波状の凹凸も合わせた表現とする。
め、請求項１に記載の手段によれば、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、発光層を
形成する前に形成される下層のIII族窒化物系化合物半
導体層の上面の凹凸が、50nm以下であることを特徴とす
る。尚、ここで発光層の下層とは、発光層の直下の層に
限定されない。また、複数の層を合わせて指す場合も含
まれるものとする。また、上面の凹凸には極めて局部的
（範囲0.1μm四方）な凹凸も、また、広範囲（範囲1μm
四方）にわたる波状の凹凸も合わせた表現とする。
【０００８】また、請求項２に記載の手段によれば、下
層のIII族窒化物系化合物半導体層が、成長速度10nm/mi
n以下で縦方向エピタキシャル成長により形成されるこ
とを特徴とする。
層のIII族窒化物系化合物半導体層が、成長速度10nm/mi
n以下で縦方向エピタキシャル成長により形成されるこ
とを特徴とする。
【０００９】また、請求項３に記載の手段によれば、下
層のIII族窒化物系化合物半導体層が、不純物濃度1×10
18/cm3未満であることを特徴とする。
層のIII族窒化物系化合物半導体層が、不純物濃度1×10
18/cm3未満であることを特徴とする。
【００１０】また、請求項４に記載の手段によれば、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において、低指数基板面に対
し、オフ角0.3度以下の基板面にエピタキシャル成長さ
れることを特徴とする。ここで低指数結晶面とは、基板
面が例えばあるミラー指数の面に一致するよう作製して
もそこからずれて、階段状の、よりミラー指数の高い面
が基板面となることによる。即ち、その実際の基板面に
比して、作製しようとした基板面はミラー指数がより小
さい整数によって表される面であることを指す。
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において、低指数基板面に対
し、オフ角0.3度以下の基板面にエピタキシャル成長さ
れることを特徴とする。ここで低指数結晶面とは、基板
面が例えばあるミラー指数の面に一致するよう作製して
もそこからずれて、階段状の、よりミラー指数の高い面
が基板面となることによる。即ち、その実際の基板面に
比して、作製しようとした基板面はミラー指数がより小
さい整数によって表される面であることを指す。
【００１１】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において、レーザダイオード
であることを特徴とする。
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において、レーザダイオード
であることを特徴とする。
【００１２】また、請求項６に記載の手段によれば、下
層のIII族窒化物系化合物半導体層が、ガイド層又はク
ラッド層であることを特徴とする。
層のIII族窒化物系化合物半導体層が、ガイド層又はク
ラッド層であることを特徴とする。
【００１３】
【作用及び発明の効果】発光層の下層の凹凸を抑制する
ことで、下層の上方に形成される発光層と隣接層との界
面も凹凸抑制されるので、散乱損失を抑制することがで
きる（請求項１）。例えばレーザダイオードに適用すれ
ば、閾値電流を下げることができる。この凹凸は、50nm
以下が好ましく、20nm以下ならばより好ましい。
ことで、下層の上方に形成される発光層と隣接層との界
面も凹凸抑制されるので、散乱損失を抑制することがで
きる（請求項１）。例えばレーザダイオードに適用すれ
ば、閾値電流を下げることができる。この凹凸は、50nm
以下が好ましく、20nm以下ならばより好ましい。
【００１４】下層のIII族窒化物系化合物半導体層を、
成長速度10nm/min以下で縦方向エピタキシャル成長させ
れば、その上面の凹凸を容易に抑制することができる
（請求項２）。この成長速度は小さ過ぎると素子製造
上、効率が悪くなるので、1nm/min以上が好ましい。更
には、2nm/min以上7nm/min以下がより好ましい。
成長速度10nm/min以下で縦方向エピタキシャル成長させ
れば、その上面の凹凸を容易に抑制することができる
（請求項２）。この成長速度は小さ過ぎると素子製造
上、効率が悪くなるので、1nm/min以上が好ましい。更
には、2nm/min以上7nm/min以下がより好ましい。
【００１５】下層のIII族窒化物系化合物半導体層の不
純物濃度を1×1018/cm3未満とすれば、その上面の凹凸
を容易に抑制することができる（請求項３）。この不純
物濃度は、小さ過ぎると発光層にキャリアを送るための
素子に掛ける電圧を大きくすることとなるので、1×10
17/cm3以上が好ましい。更には、2×1017/cm3以上7×10
1 7/cm3以下がより好ましい。
純物濃度を1×1018/cm3未満とすれば、その上面の凹凸
を容易に抑制することができる（請求項３）。この不純
物濃度は、小さ過ぎると発光層にキャリアを送るための
素子に掛ける電圧を大きくすることとなるので、1×10
17/cm3以上が好ましい。更には、2×1017/cm3以上7×10
1 7/cm3以下がより好ましい。
【００１６】発光素子を、低指数基板面に対しオフ角0.
3度以下の基板面にエピタキシャル成長させることで、
発光層の下層の凹凸を抑制することができる（請求項
４）。これは基板のオフ角から生じる基板面の段差の影
響を小さくすることができるからである。
3度以下の基板面にエピタキシャル成長させることで、
発光層の下層の凹凸を抑制することができる（請求項
４）。これは基板のオフ角から生じる基板面の段差の影
響を小さくすることができるからである。
【００１７】上記のような発光素子は、レーザダイオー
ドに適用することで、閾値電流を小さくすることができ
る（請求項５）。この時、凹凸を抑制すべき下層として
はガイド層又はクラッド層が最適である（請求項６）。
これは、電極形成層は一般に厚く且つ抵抗を低くする必
要があるので、成長速度を小さくしたり、不純物濃度を
低くすることが望ましくないからである。よってできる
限り発光層に近い部分で凹凸を抑制することがより好ま
しい。ガイド層のみを凹凸が抑制されたそうとしても良
いが、クラッド層を含めて、２層で凹凸を抑制すること
がより好ましい。
ドに適用することで、閾値電流を小さくすることができ
る（請求項５）。この時、凹凸を抑制すべき下層として
はガイド層又はクラッド層が最適である（請求項６）。
これは、電極形成層は一般に厚く且つ抵抗を低くする必
要があるので、成長速度を小さくしたり、不純物濃度を
低くすることが望ましくないからである。よってできる
限り発光層に近い部分で凹凸を抑制することがより好ま
しい。ガイド層のみを凹凸が抑制されたそうとしても良
いが、クラッド層を含めて、２層で凹凸を抑制すること
がより好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例にかかる
III族窒化物系化合物半導体レーザダイオード１００の
概略を示す。レーザダイオード１００は、サファイア基
板１０１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。
III族窒化物系化合物半導体レーザダイオード１００の
概略を示す。レーザダイオード１００は、サファイア基
板１０１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1μm、電子密度5×10
17/cm 3、シリコン(Si)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｎ
クラッド層１０４、膜厚100nm、電子密度5×1017/cm3の
シリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層１０５、膜
厚約35ÅのGa0.85In0.15N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)の活性層１０６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１０６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１０７、膜厚1μm、ホール密度3×1017/cm3、
マグネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラ
ッド層１０８、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１０
９が形成されている。そして、ｐコンタクト層１０９上
にNi電極１１０Ａが形成されている。又、ｎ+層１０３
上にはAlから成る電極１１０Ｂが形成されている。
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1μm、電子密度5×10
17/cm 3、シリコン(Si)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｎ
クラッド層１０４、膜厚100nm、電子密度5×1017/cm3の
シリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層１０５、膜
厚約35ÅのGa0.85In0.15N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)の活性層１０６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１０６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１０７、膜厚1μm、ホール密度3×1017/cm3、
マグネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラ
ッド層１０８、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１０
９が形成されている。そして、ｐコンタクト層１０９上
にNi電極１１０Ａが形成されている。又、ｎ+層１０３
上にはAlから成る電極１１０Ｂが形成されている。
【００２０】上記の発明の実施の形態としては、次の中
からそれぞれ選択することができる。
からそれぞれ選択することができる。
【００２１】基板上にIII族窒化物系化合物半導体を順
次積層を形成する場合は、基板としてはサファイア、シ
リコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl2O4)、Zn
O、MgOその他の無機結晶基板、リン化ガリウム又は砒化
ガリウムのようなIII-V族化合物半導体あるいは窒化ガ
リウム(GaN)その他のIII族窒化物系化合物半導体等を用
いることができる。
次積層を形成する場合は、基板としてはサファイア、シ
リコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl2O4)、Zn
O、MgOその他の無機結晶基板、リン化ガリウム又は砒化
ガリウムのようなIII-V族化合物半導体あるいは窒化ガ
リウム(GaN)その他のIII族窒化物系化合物半導体等を用
いることができる。
【００２２】III族窒化物系化合物半導体層を形成する
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）、液相成長法（LPE）等を用いて
も良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）、液相成長法（LPE）等を用いて
も良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。
【００２３】例えばサファイア基板上にIII族窒化物系
化合物半導体積層する際、結晶性良く形成させるため、
サファイア基板との格子不整合を是正すべくバッファ層
を形成することが好ましい。他の基板を使用する場合も
バッファ層を設けることが望ましい。バッファ層として
は、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGa
yIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）、より好ま
しくはAlxGa1-xN（0≦x≦1）が用いられる。このバッフ
ァ層は単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良
い。バッファ層の形成方法は、380〜420℃の低温で形成
するものでも良く、逆に1000〜1180℃の範囲で、ＭＯＣ
ＶＤ法で形成しても良い。また、ＤＣマグネトロンスパ
ッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウムと窒素ガス
を原材料として、リアクティブスパッタ法によりAlN又
はGaNから成るバッファ層を形成することもできる。同
様に一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y
≦1、組成比は任意）のバッファ層を形成することがで
きる。更には蒸着法、イオンプレーティング法、レーザ
アブレーション法、ＥＣＲ法を用いることができる。物
理蒸着法によるバッファ層は、200〜600℃で行うのが望
ましい。さらに望ましくは300〜500℃であり、さらに望
ましくは400〜500℃である。これらのスパッタリング法
等の物理蒸着法を用いた場合には、バッファ層の厚さ
は、100〜3000Åが望ましい。さらに望ましくは、100〜
200Åが望ましく、最も望ましくは、100〜300Åであ
る。多重層としては、例えばAlxGa1-xN（0≦x≦1）から
成る層とGaN層とを交互に形成する、組成の同じ層を形
成温度を例えば600℃以下と1000℃以上として交互に形
成するなどの方法がある。勿論、これらを組み合わせて
も良く、多重層は３種以上のIII族窒化物系化合物半導
体AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）を
積層しても良い。
化合物半導体積層する際、結晶性良く形成させるため、
サファイア基板との格子不整合を是正すべくバッファ層
を形成することが好ましい。他の基板を使用する場合も
バッファ層を設けることが望ましい。バッファ層として
は、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGa
yIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）、より好ま
しくはAlxGa1-xN（0≦x≦1）が用いられる。このバッフ
ァ層は単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良
い。バッファ層の形成方法は、380〜420℃の低温で形成
するものでも良く、逆に1000〜1180℃の範囲で、ＭＯＣ
ＶＤ法で形成しても良い。また、ＤＣマグネトロンスパ
ッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウムと窒素ガス
を原材料として、リアクティブスパッタ法によりAlN又
はGaNから成るバッファ層を形成することもできる。同
様に一般式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y
≦1、組成比は任意）のバッファ層を形成することがで
きる。更には蒸着法、イオンプレーティング法、レーザ
アブレーション法、ＥＣＲ法を用いることができる。物
理蒸着法によるバッファ層は、200〜600℃で行うのが望
ましい。さらに望ましくは300〜500℃であり、さらに望
ましくは400〜500℃である。これらのスパッタリング法
等の物理蒸着法を用いた場合には、バッファ層の厚さ
は、100〜3000Åが望ましい。さらに望ましくは、100〜
200Åが望ましく、最も望ましくは、100〜300Åであ
る。多重層としては、例えばAlxGa1-xN（0≦x≦1）から
成る層とGaN層とを交互に形成する、組成の同じ層を形
成温度を例えば600℃以下と1000℃以上として交互に形
成するなどの方法がある。勿論、これらを組み合わせて
も良く、多重層は３種以上のIII族窒化物系化合物半導
体AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）を
積層しても良い。
【００２４】バッファ層及び上層のIII族窒化物系化合
物半導体は、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。また、こ
れら元素を組成に表示できない程度のドープをしたもの
でも良い。例えば組成にインジウム(In)、ヒ素(As)を有
しないIII族窒化物系化合物半導体であるAlxGa1-xN（0
≦x≦1）に、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原
子半径の大きなインジウム(In)、又は窒素(N)よりも原
子半径の大きな(As)をドープすることで、窒素原子の抜
けによる結晶の拡張歪みを圧縮歪みで補償し結晶性を良
くしても良い。この場合はアクセプタ不純物がIII族原
子の位置に容易に入るため、ｐ型結晶をアズグローンで
得ることもできる。このようにして結晶性を良くするこ
とで貫通転位を１００乃至１０００分の１程度にまで下
げることもできる。バッファ層とIII族窒化物系化合物
半導体層とが２周期以上で形成されている基底層の場
合、各III族窒化物系化合物半導体層に主たる構成元素
よりも原子半径の大きな元素をドープすると更に良い。
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。
物半導体は、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。また、こ
れら元素を組成に表示できない程度のドープをしたもの
でも良い。例えば組成にインジウム(In)、ヒ素(As)を有
しないIII族窒化物系化合物半導体であるAlxGa1-xN（0
≦x≦1）に、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原
子半径の大きなインジウム(In)、又は窒素(N)よりも原
子半径の大きな(As)をドープすることで、窒素原子の抜
けによる結晶の拡張歪みを圧縮歪みで補償し結晶性を良
くしても良い。この場合はアクセプタ不純物がIII族原
子の位置に容易に入るため、ｐ型結晶をアズグローンで
得ることもできる。このようにして結晶性を良くするこ
とで貫通転位を１００乃至１０００分の１程度にまで下
げることもできる。バッファ層とIII族窒化物系化合物
半導体層とが２周期以上で形成されている基底層の場
合、各III族窒化物系化合物半導体層に主たる構成元素
よりも原子半径の大きな元素をドープすると更に良い。
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。
【００２５】ｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを
複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープし
ても良い。
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを
複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープし
ても良い。
【００２６】ｎ+層１０３を形成する際、横方向エピタ
キシャル成長を用いて貫通転位を抑えても良い。横方向
エピタキシャル成長としては成長面が基板に垂直となる
ものが望ましいが、基板に対して斜めのファセット面の
まま成長するものでも良い。また、横方向エピタキシャ
ル成長としては、横方向エピタキシャル成長面の少なく
とも上部と基板面とは垂直であることがより望ましく、
更にはいずれもIII族窒化物系化合物半導体の｛１１−
２０｝面であることがより望ましい。横方向エピタキシ
ャル成長には、異種物質によりマスクを形成してその上
を覆うよう（Over Growth）に横方向エピタキシャル成
長する方法、エッチングにより形成された溝部を埋める
よう横方向エピタキシャル成長する方法、これらを合わ
せた方法、複数段階横方向エピタキシャル成長させる方
法を用いることができる。エッチングする際は、深さと
幅の関係から、横方向エピタキシャル成長により塞がれ
るように段差を設ける。この時、異なる層からの縦方向
成長が少なくとも初期段階において遅いことも利用す
る。基板上に積層するIII族窒化物系化合物半導体層の
結晶軸方向が予想できる場合は、III族窒化物系化合物
半導体層のａ面（｛１１−２０｝面）又はｍ面（｛１−
１００｝面）に垂直となるようストライプ状にマスク或
いはエッチングを施すことが有用である。なお、島状、
格子状等に、上記ストライプ及びマスクを任意に設計し
て良い。横方向エピタキシャル成長面は、基板面に垂直
なものの他、基板面に対し斜めの角度の成長面でも良
い。III族窒化物系化合物半導体層のａ面として（１１
−２０）面を横方向エピタキシャル成長面とするには例
えばストライプの長手方向はIII族窒化物系化合物半導
体層のｍ面である（１−１００）面に垂直とする。例え
ば基板をサファイアのａ面又はｃ面とする場合は、どち
らもサファイアのｍ面がその上に形成されるIII族窒化
物系化合物半導体層のａ面と通常一致するので、これに
合わせてエッチングを施す。点状、格子状その他の島状
とする場合も、輪郭（側壁）を形成する各面が｛１１−
２０｝面とすることが望ましい。
キシャル成長を用いて貫通転位を抑えても良い。横方向
エピタキシャル成長としては成長面が基板に垂直となる
ものが望ましいが、基板に対して斜めのファセット面の
まま成長するものでも良い。また、横方向エピタキシャ
ル成長としては、横方向エピタキシャル成長面の少なく
とも上部と基板面とは垂直であることがより望ましく、
更にはいずれもIII族窒化物系化合物半導体の｛１１−
２０｝面であることがより望ましい。横方向エピタキシ
ャル成長には、異種物質によりマスクを形成してその上
を覆うよう（Over Growth）に横方向エピタキシャル成
長する方法、エッチングにより形成された溝部を埋める
よう横方向エピタキシャル成長する方法、これらを合わ
せた方法、複数段階横方向エピタキシャル成長させる方
法を用いることができる。エッチングする際は、深さと
幅の関係から、横方向エピタキシャル成長により塞がれ
るように段差を設ける。この時、異なる層からの縦方向
成長が少なくとも初期段階において遅いことも利用す
る。基板上に積層するIII族窒化物系化合物半導体層の
結晶軸方向が予想できる場合は、III族窒化物系化合物
半導体層のａ面（｛１１−２０｝面）又はｍ面（｛１−
１００｝面）に垂直となるようストライプ状にマスク或
いはエッチングを施すことが有用である。なお、島状、
格子状等に、上記ストライプ及びマスクを任意に設計し
て良い。横方向エピタキシャル成長面は、基板面に垂直
なものの他、基板面に対し斜めの角度の成長面でも良
い。III族窒化物系化合物半導体層のａ面として（１１
−２０）面を横方向エピタキシャル成長面とするには例
えばストライプの長手方向はIII族窒化物系化合物半導
体層のｍ面である（１−１００）面に垂直とする。例え
ば基板をサファイアのａ面又はｃ面とする場合は、どち
らもサファイアのｍ面がその上に形成されるIII族窒化
物系化合物半導体層のａ面と通常一致するので、これに
合わせてエッチングを施す。点状、格子状その他の島状
とする場合も、輪郭（側壁）を形成する各面が｛１１−
２０｝面とすることが望ましい。
【００２７】ＥＬＯに使用する、又は、エッチングマス
クとＥＬＯマスクとの共用されるマスクは、酸化珪素(S
iO2)、窒化珪素(Si3N4)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジル
コニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化物、多結晶シリコン、
タングステン等高融点金属、これらの多層膜をもちいる
ことができる。これらの成膜方法は蒸着、スパッタ、Ｃ
ＶＤ等の気相成長法の他、任意である。
クとＥＬＯマスクとの共用されるマスクは、酸化珪素(S
iO2)、窒化珪素(Si3N4)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジル
コニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化物、多結晶シリコン、
タングステン等高融点金属、これらの多層膜をもちいる
ことができる。これらの成膜方法は蒸着、スパッタ、Ｃ
ＶＤ等の気相成長法の他、任意である。
【００２８】エッチングをする場合は反応性イオンビー
ムエッチング（ＲＩＢＥ）が望ましいが、任意のエッチ
ング方法を用いることができる。
ムエッチング（ＲＩＢＥ）が望ましいが、任意のエッチ
ング方法を用いることができる。
【００２９】発光素子の発光層は多重量子井戸構造（Ｍ
ＱＷ）、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、
ヘテロ構造、ダブルヘテロ構造のものが考えられるが、
ｐｉｎ接合或いはｐｎ接合等により形成しても良い。
ＱＷ）、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、
ヘテロ構造、ダブルヘテロ構造のものが考えられるが、
ｐｉｎ接合或いはｐｎ接合等により形成しても良い。
【００３０】以下、発明の具体的な実施例に基づいて説
明する。実施例として発光素子をあげるが、本発明は下
記実施例に限定されるものではなく、任意の素子に適用
できるIII族窒化物系化合物半導体の製造方法を開示し
ている。
明する。実施例として発光素子をあげるが、本発明は下
記実施例に限定されるものではなく、任意の素子に適用
できるIII族窒化物系化合物半導体の製造方法を開示し
ている。
【００３１】本発明のIII族窒化物系化合物半導体は、
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、ア
ンモニア(NH3)とキャリアガス(H2又はN2)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）、ト
リメチルインジウム（In(CH3)3，以下「TMI」と記
す）、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。
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、ア
ンモニア(NH3)とキャリアガス(H2又はN2)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）、ト
リメチルインジウム（In(CH3)3，以下「TMI」と記
す）、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。
【００３２】〔第１実施例〕図１に示す構造のレーザダ
イオード１００の製造方法について説明する。上記レー
ザダイオード１００は、有機金属化合物気相成長法（MO
VPE）による気相成長により製造された。
イオード１００の製造方法について説明する。上記レー
ザダイオード１００は、有機金属化合物気相成長法（MO
VPE）による気相成長により製造された。
【００３３】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、オフ角0.2度の単結晶のサファイア基
板１０１をMOVPE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。
ａ面を主面とし、オフ角0.2度の単結晶のサファイア基
板１０１をMOVPE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。
【００３４】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。
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。
【００３５】続いて温度を1100℃に保持し、H2を10L/mi
n、NH3を10L/min、TMAを1.5μmol/min、TMGを30μmol/m
in、H2ガスにて0.86ppmに希釈されたシラン(SiH4)を0.5
nmol/minで200分間導入し、膜厚1μm、電子密度5×1017
/cm3、シリコン(Si)ドープAl 0.08Ga0.92Nからなるｎク
ラッド層１０４を形成した。ｎクラッド層１０４の成長
速度は5nm/minであった。
n、NH3を10L/min、TMAを1.5μmol/min、TMGを30μmol/m
in、H2ガスにて0.86ppmに希釈されたシラン(SiH4)を0.5
nmol/minで200分間導入し、膜厚1μm、電子密度5×1017
/cm3、シリコン(Si)ドープAl 0.08Ga0.92Nからなるｎク
ラッド層１０４を形成した。ｎクラッド層１０４の成長
速度は5nm/minであった。
【００３６】次に、温度を1100℃に保持し、H2を10L/mi
n、TMGを10μmol/min、H2ガスにて0.86ppmに希釈された
(SiH4)を0.5nmol/minで20分間導入し、膜厚100nm、電子
密度5×1017/cm3のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガ
イド層１０５を形成した。ｎガイド層１０５の成長速度
は5nm/minであった。
n、TMGを10μmol/min、H2ガスにて0.86ppmに希釈された
(SiH4)を0.5nmol/minで20分間導入し、膜厚100nm、電子
密度5×1017/cm3のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガ
イド層１０５を形成した。ｎガイド層１０５の成長速度
は5nm/minであった。
【００３７】次に、N2又はH2、NH3、TMG及びTMIを供給
して、膜厚約35ÅのGa0.85In0.15N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１０６を形成した（図２）。
して、膜厚約35ÅのGa0.85In0.15N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１０６を形成した（図２）。
【００３８】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１０７を形成した。
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１０７を形成した。
【００３９】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Al0.08Ga0. 92Nからなるｐクラッド層
１０８を形成した。
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Al0.08Ga0. 92Nからなるｐクラッド層
１０８を形成した。
【００４０】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１０９を形成した。
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１０９を形成した。
【００４１】次に、電子線照射装置を用いて、ｐコンタ
クト層１０９、ｐクラッド層１０８及びｐガイド層１０
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１０９、ｐクラッド層
１０８及びｐガイド層１０７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。
クト層１０９、ｐクラッド層１０８及びｐガイド層１０
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１０９、ｐクラッド層
１０８及びｐガイド層１０７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。
【００４２】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。
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。
【００４３】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１０９、ｐクラッ
ド層１０８、ｐガイド層１０７、活性層１０６、ｎガイ
ド層１０５、ｎクラッド層１０４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。
覆われていない部位のｐコンタクト層１０９、ｐクラッ
ド層１０８、ｐガイド層１０７、活性層１０６、ｎガイ
ド層１０５、ｎクラッド層１０４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。
【００４４】次に、ニッケル(Ni)を蒸着してｐコンタク
ト層１０９の上に電極１１０Ａ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
１１０Ｂを形成した。
ト層１０９の上に電極１１０Ａ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
１１０Ｂを形成した。
【００４５】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１００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。また、ｎガイド層１０
５の上面の凹凸は20nm以下であった。
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１００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。また、ｎガイド層１０
５の上面の凹凸は20nm以下であった。
【００４６】比較のため、同じ構造のレーザダイオード
９００を従来の製造方法により作成した。ただしｎクラ
ッド層９０４とｎガイド層９０５の成長速度はいずれも
15nm/min以上とし、電子密度はいずれも2×1018/cm3と
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1.5倍であった。
９００を従来の製造方法により作成した。ただしｎクラ
ッド層９０４とｎガイド層９０５の成長速度はいずれも
15nm/min以上とし、電子密度はいずれも2×1018/cm3と
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1.5倍であった。
【００４７】〔第２実施例〕本実施例では基板としてシ
リコン(Si)基板を用い、図３に示すレーザダイオード２
００を形成した。オフ角0.2度のシリコン(Si)基板２０
１上に温度1150℃で、H2を10L/min、NH3を10L/min、TMG
を100μmol/min、TMAを10μmol/min、H2ガスにより0.86
ppmに希釈されたたシラン(SiH4)を0.2μmol/minで供給
し、膜厚3μmのシリコン(Si)ドープのAl0.15Ga0.85Nか
ら成るｎクラッド層２０２を形成した。次に、n-Al0.15
Ga0.85N層２０２上にシリコン(Si)ドープのGaNから成る
ｎガイド層２０３を形成した。ｎガイド層２０３は、膜
厚100nm、電子密度5×1017/cm3で、成長速度を5nm/min
とした。
リコン(Si)基板を用い、図３に示すレーザダイオード２
００を形成した。オフ角0.2度のシリコン(Si)基板２０
１上に温度1150℃で、H2を10L/min、NH3を10L/min、TMG
を100μmol/min、TMAを10μmol/min、H2ガスにより0.86
ppmに希釈されたたシラン(SiH4)を0.2μmol/minで供給
し、膜厚3μmのシリコン(Si)ドープのAl0.15Ga0.85Nか
ら成るｎクラッド層２０２を形成した。次に、n-Al0.15
Ga0.85N層２０２上にシリコン(Si)ドープのGaNから成る
ｎガイド層２０３を形成した。ｎガイド層２０３は、膜
厚100nm、電子密度5×1017/cm3で、成長速度を5nm/min
とした。
【００４８】次に、ＭＱＷ構造の発光層２０４、マグネ
シウム(Mg)ドープのGaNから成るｐガイド層２０５、マ
グネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラ
ッド層２０６、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成る
ｐコンタクト層２０７を形成した。ｐコンタクト層２０
７、ｐクラッド層２０６及びｐガイド層２０５を低抵抗
化したのち、ｐコンタクト層２０７上にニッケル(Ni)か
ら成る電極２０８Ａを、シリコン基板２０１裏面にアル
ミニウム(Al)から成る電極２０８Ｂを形成した。このよ
うにして形成したレーザダイオード（ＬＤ）２００の閾
値電流は第１実施例のレーザダイオード１００と同程度
であった。また、ｎガイド層２０３の上面の凹凸は20nm
以下であった。
シウム(Mg)ドープのGaNから成るｐガイド層２０５、マ
グネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92Nから成るｐクラ
ッド層２０６、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成る
ｐコンタクト層２０７を形成した。ｐコンタクト層２０
７、ｐクラッド層２０６及びｐガイド層２０５を低抵抗
化したのち、ｐコンタクト層２０７上にニッケル(Ni)か
ら成る電極２０８Ａを、シリコン基板２０１裏面にアル
ミニウム(Al)から成る電極２０８Ｂを形成した。このよ
うにして形成したレーザダイオード（ＬＤ）２００の閾
値電流は第１実施例のレーザダイオード１００と同程度
であった。また、ｎガイド層２０３の上面の凹凸は20nm
以下であった。
【図１】 本発明の具体的な一実施例に係るレーザダイ
オード１００の構成を示した断面図。
オード１００の構成を示した断面図。
【図２】 レーザダイオード１００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。
量子井戸構造の構成を示した段面図。
【図３】 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。
オード２００の構成を示した断面図。
【図４】 従来のレーザダイオード９００の構成を示し
た構成図。
た構成図。
１００、２００ レーザダイオード １０１ サファイア基板 １０２ バッファ層 １０３ ｎ+層 １０４、２０２ ｎクラッド層 １０５、２０３ ｎガイド層 １０６、２０４ 活性層 １０７、２０５ ｐガイド層 １０８、２０６ ｐクラッド層 １０９、２０７ ｐコンタクト層 １１０Ａ、１１０Ｂ、２０８Ａ、２０８Ｂ 電極 ２０１ シリコン基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 手銭 雄太 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 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 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA05 CA34 CA40 CA41 CA46 CA65 CB15 5F073 AA55 AA73 AA74 CA07 CB04 CB05 CB07 DA05 DA31
Claims (6)
- 【請求項１】 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、 前記発光層を形成する前に形成される下層のIII族窒化
物系化合物半導体層上面の凹凸が、50nm以下であること
を特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記下層のIII族窒化物系化合物半導体
層が、成長速度10nm/min以下で縦方向エピタキシャル成
長により形成され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。 - 【請求項３】 前記下層のIII族窒化物系化合物半導体
層が、不純物濃度1×10 18/cm3未満であることを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物系化合
物半導体発光素子。 - 【請求項４】 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において、
低指数結晶面に対し、オフ角0.3度以下の基板面にエピ
タキシャル成長され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。 - 【請求項５】 前記III族窒化物系化合物半導体発光素
子は、レーザダイオードであることを特徴とする請求項
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。 - 【請求項６】 前記下層のIII族窒化物系化合物半導体
層が、ガイド層又はクラッド層であ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000002095A JP2001196702A (ja) | 2000-01-11 | 2000-01-11 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000002095A JP2001196702A (ja) | 2000-01-11 | 2000-01-11 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001196702A true JP2001196702A (ja) | 2001-07-19 |
| JP2001196702A5 JP2001196702A5 (ja) | 2006-11-30 |
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ID=18531241
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000002095A Withdrawn JP2001196702A (ja) | 2000-01-11 | 2000-01-11 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
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| JP (1) | JP2001196702A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7674643B2 (en) | 2003-12-24 | 2010-03-09 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Gallium nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| US7700384B2 (en) | 2006-02-20 | 2010-04-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
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| US9263639B2 (en) | 2013-07-25 | 2016-02-16 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride semiconductor light-emitting device |
| US9437776B2 (en) | 2008-03-31 | 2016-09-06 | Toshiba Corporation | Method for manufacturing light emitting diodes with smooth surface for reflective electrode |
| JP7340047B2 (ja) | 2022-01-25 | 2023-09-06 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
-
2000
- 2000-01-11 JP JP2000002095A patent/JP2001196702A/ja not_active Withdrawn
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