JP2001332761A

JP2001332761A - 半導体素子

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Publication number: JP2001332761A
Application number: JP2000146888A
Authority: JP
Inventors: Koji Tamamura; 好司玉村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2001-11-30
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JP4556288B2

Abstract

(57)【要約】【課題】脱離防止層の結晶性を向上させ、動作特性を
向上させることができる半導体素子を提供する。【解決手段】ＧａＩｎＮ混晶により構成された活性層
１６の上に、活性層１６からインジウムが脱離するのを
防止するための脱離防止層１７が形成されている。脱離
防止層１７は、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ混晶よりなる障壁層
１７ｄ〜１７ｇと、ＧａＮよりなる井戸層１７ａ〜１７
ｃとが交互に積層された多層構造とされており、複数の
層に分割して構成することにより、１層の厚さを薄く
し、結晶性を向上させるようになっている。よって、活
性層１６の結晶性を向上させることができると共に、脱
離防止層１７における電気抵抗を低減することができ、
良好な動作特性を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３Ｂ族元素のうち
の少なくともインジウム（Ｉｎ）と５Ｂ族元素のうちの
少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体よりなるインジウム含有層と、このインジウ
ム含有層からインジウムが脱離するのを防止する脱離防
止層とを備えた半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮ，ＡｌＧａＮ混晶あるいはＧａＩ
ｎＮ混晶などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、
直接遷移の半導体材料であると共に、禁制帯幅が１．８
〜６．２ｅＶにわたっているという特徴を有している。
従って、これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
は、紫外領域から赤外領域までの発光を得ることがで
き、半導体レーザあるいは発光ダイオードなどの半導体
発光素子を構成する材料として注目されている。また、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、飽和電子速度お
よび破壊電界が大きいことから、電界効果トランジスタ
などの電子素子を構成する材料としても注目されてい
る。

【０００３】このような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体を用いた半導体素子は、一般に、基板の上に気相成
長法を用いて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成
長させることにより製造される。その際、ＧａＮ層ある
いはＡｌＧａＮ混晶層などインジウムを含まない層（イ
ンジウム非含有層）を成長させる場合には、例えばＭＯ
ＣＶＤ（Metal-organic Chemical Vapor Deposition ；
有機金属化学気相成長）法であれば、成長温度を１００
０℃程度とするのが最適である。これに対して、ＧａＩ
ｎＮ混晶などインジウムを含む層（インジウム含有層）
を成長させる場合には、温度が高すぎるとインジウムが
脱離してしまうので、インジウム非含有層を成長させる
場合よりも成長温度を低く、７００℃〜８００℃程度と
するのが適当である。従って、インジウム含有層の上に
インジウム非含有層を成長させる際には、インジウム含
有層からのインジウムの脱離を防止するために、まず７
００℃〜８００℃でアルミニウム（Ａｌ）を含む単層構
造の脱離防止層を成長させたのち、この脱離防止層の上
にインジウム非含有層を成長させる方法が知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この脱
離防止層は、最適温度よりも低温で成長させているので
結晶性が悪く、脱離防止層の欠陥がインジウム含有層に
伝播してインジウム含有層の結晶性を劣化してしまい、
素子全体の結晶性が悪化して、優れた動作特性を得るこ
とが難しという問題があった。特に、半導体発光素子に
おいては、脱離防止層の抵抗が大きくなってしまい、閾
値電流および閾値電圧が高くなってしまっていた。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、脱離防止層の結晶性を向上させ、動
作特性を向上させることができる半導体素子を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体素子
は、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウムと５Ｂ族
元素のうちの少なくとも窒素とを含む窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体よりなるインジウム含有層と、このイ
ンジウム含有層の一面側に設けられ、インジウム含有層
からインジウムが脱離するのを防止する脱離防止層とを
備えた半導体素子であって、脱離防止層が、多層構造を
有するようにしたものである。

【０００７】本発明による半導体素子では、脱離防止層
が多層構造を有しているので、脱離防止層の結晶性が向
上しており、優れた動作特性が得られる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。

【０００９】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る半導体素子としての半導体レーザ
の断面構造を表すものである。この半導体レーザは、基
板１１の一面側に、例えば、バッファ層１２を介して、
ｎ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，ｎ型ガイ
ド層１５，活性層１６，脱離防止層１７，ｐ型ガイド層
１８，ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０
がこの順に積層された構成を有している。基板１１は、
例えば、積層方向の厚さ（以下、単に厚さという。）が
８０μｍのサファイアにより構成されており、バッファ
層１２などは、基板１１のｃ面に形成されている。

【００１０】バッファ層１２は、例えば、厚さが３０ｎ
ｍであり、不純物を添加しないundoped ＧａＮにより構
成されている。ｎ側コンタクト層１３は、例えば、厚さ
が３μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）を添
加したｎ型ＧａＮにより構成されている。ｎ型クラッド
層１４は、例えば、厚さが１μｍであり、ｎ型不純物と
してケイ素を添加したｎ型ＡｌＧａＮ混晶により構成さ
れている。ｎ型ガイド層１５は、例えば、厚さが０．１
μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型Ｇ
ａＮにより構成されている。

【００１１】活性層１６は、例えば、厚さが３０ｎｍで
あり、全体としてＧａＩｎＮ混晶により構成されてい
る。すなわち、活性層１６はインジウム含有層となって
いる。具体的には、例えば、Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎ混晶よ
りなる厚さ７．０ｎｍの障壁層と、Ｇａ_0.9Ｉｎ_0.1Ｎ
混晶よりなる厚さ３．５ｎｍの井戸層とを交互に積層し
た多重量子井戸構造を有している。脱離防止層１７は、
活性層１６からインジウムが脱離するのを防止するため
のものであり、例えば全体としてＡｌＧａＮ混晶により
構成され、その厚さは例えば２０ｎｍである。

【００１２】ｐ型ガイド層１８は、例えば、厚さが０．
１μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）
を添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。ｐ型クラ
ッド層１９は、例えば、厚さが０．８μｍであり、ｐ型
不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＡｌＧａＮ混
晶により構成されている。ｐ側コンタクト層２０は、例
えば、厚さが０．５μｍであり、ｐ型不純物としてマグ
ネシウムを添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。

【００１３】ｐ側コンタクト層２０の基板１１と反対側
には、ｐ側電極２１が形成されている。このｐ側電極２
１は、例えば、ｐ側コンタクト層２０の側からパラジウ
ム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）およびアルミニウム（Ａｌ）
が順次積層された構造を有しており、ｐ側コンタクト層
２０と電気的に接続されている。ｐ側電極２１は、ま
た、電流狭窄をするように帯状に延長されており、ｐ側
電極２１に対応する活性層１６の領域が発光領域となっ
ている。一方、ｎ側コンタクト層１３の基板１１と反対
側には、ｎ側電極２２が形成されている。ｎ側電極２２
は、例えば、チタン（Ｔｉ）およびアルミニウムを順次
積層して熱処理により合金化した構造を有しており、ｎ
側コンタクト層１３と電気的に接続されている。

【００１４】なお、この半導体レーザでは、例えばｐ側
電極２１の長さ方向において対向する一対の側面が共振
器端面となっており、この一対の共振器端面に図示しな
い一対の反射鏡膜がそれぞれ形成されている。これら一
対の反射鏡膜のうち一方の反射鏡膜の反射率は低くなる
ように、他方の反射鏡膜の反射率は高くなるようにそれ
ぞれ調整されている。これにより、活性層１６において
発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、
一方の反射鏡膜からレーザビームとして出射するように
なっている。

【００１５】図２は、図１の脱離防止層１７およびその
近傍を拡大して表したものである。また、図３は、脱離
防止層１７およびその付近のバンドギャップ構造を価電
子帯端のエネルギー準位について模式的に表したもので
ある。このように、脱離防止層１７は多層構造とされて
おり、複数の層に分割して構成することにより、１層の
厚さを薄くし、結晶性を向上させるようになっている。
具体的には、例えば、交互に積層された複数（ここで
は、４層）の障壁層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ
と、障壁層１７ａ〜１７ｄよりもバンドギャップが小さ
く、価電子帯端のエネルギー準位が大きい複数（ここで
は、３層）の井戸層１７ｅ，１７ｆ，１７ｇとを有して
いる。

【００１６】障壁層１７ａ〜１７ｄは、例えば、ｐ型不
純物としてマグネシウムを添加したｐ型Ａｌ_xＧａ_1-x
Ｎ混晶（但し、０＜ｘ＜１）により構成され、井戸層１
７ｅ〜１７ｇは、例えば、ｐ型不純物としてマグネシウ
ムを添加したｐ型Ａｌ_yＧａ _1-yＮ（但し、０≦ｙ＜
１）により構成されている。これら障壁層１７ａ〜１７
ｄおよび井戸層１７ｅ〜１７ｇに含まれるアルミニウム
により、主として活性層１６からインジウムが脱離する
のを防止するようになっている。なお、ここでは、障壁
層１７ａ〜１７ｄはｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ混晶により
構成され、井戸層１７ｅ〜１７ｇはｐ型ＧａＮにより構
成されている。

【００１７】また、井戸層１７ｅ〜１７ｇの厚さは、例
えば離散化準位間のエネルギー幅がｋ_BＴよりも十分大
きくなるようになっている。なお、ｋ_Bはボルツマン定
数＝１．３８×１０²³Ｊ／Ｋであり、Ｔは素子の絶対温
度である。すなわち、井戸層１７ｅ〜１７ｇは２次元的
に量子化された量子井戸構造となっており、井戸層１７
ｅ〜１７ｇには図３において点線で示したように局在す
るエネルギー準位（すなわち量子準位）Ｅ₀ ^QW1，
Ｅ₀ ^QW2，Ｅ₀ ^QW3が形成されている。また、本実施の形態
では、例えば井戸層１７ｅ〜１７ｇの厚さを変化させる
ことにより、活性層１６側に位置する井戸層ほど局在す
るエネルギー準位が漸次大きくなるようになっている。
一般に、厚さが薄い方が局在するエネルギー準位が大き
くなるので、ここではｐ型ガイド層１８から活性層１６
側に向かって順に井戸層の厚さが薄くなっている。な
お、障壁層１７ａ〜１７ｄの厚さは、例えば電荷がトン
ネリング可能な厚さ（例えば、２０ｎｍ以下）となって
いる。

【００１８】これにより、本実施の形態では、共鳴ある
いはエネルギー準位の状態密度の増加によってトンネル
電流が増大し、脱離防止層１７の抵抗を小さくできるよ
うになっている。ちなみに、図４に示したように、脱離
防止層１１７を単層構造とした場合には、脱離防止層１
１７とｐ型ガイド層１８との界面のエネルギー障壁が大
きく、抵抗が大きくなっている。

【００１９】障壁層１７ａ〜１７ｄおよび井戸層１７ｅ
〜１７ｇの厚さは、具体的には、例えば、障壁層１７ａ
が８ｎｍ，井戸層１７ｅが２ｎｍ，障壁層１７ｂが６ｎ
ｍ，井戸層１７ｆが４ｎｍ，障壁層１７ｃが４ｎｍ，井
戸層１７ｇが６ｎｍ，障壁層１７ｄが２ｎｍとされてい
る。なお、脱離防止層１７の厚さの最適値は、脱離防止
層１７中におけるアルミニウムの含有量に依存するもの
であり、上述した例では、障壁層１７ａ〜１７ｄの厚さ
の合計が２０ｎｍ程度とされることが好ましい。これよ
りもアルミニウムの含有量が多いとキャリアが流れにく
くなる傾向にあり、少ないと活性層１６からのインジウ
ムの脱離が十分に防止されない傾向にあるからである。

【００２０】この半導体レーザは、例えば次のようにし
て製造することができる。

【００２１】まず、例えば、厚さ４００μｍ程度のサフ
ァイアよりなる基板１１を用意し、基板１１の例えばｃ
面に、例えば、ＭＯＣＶＤ法によりバッファ層１２，ｎ
側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，ｎ型ガイド
層１５，活性層１６，脱離防止層１７，ｐ型ガイド層１
８，ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０を
順次成長させる。

【００２２】具体的には、まず、基板１１を例えば５２
０℃程度に加熱したのち、例えばundoped ＧａＮよりな
るバッファ層１２を成長させる。次いで、例えば、基板
１１の温度を１０００℃程度まで上げ、バッファ層１２
の上に、ｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層１３，ｎ
型ＡｌＧａＮ混晶よりなるｎ型クラッド層１４およびｎ
型ＧａＮよりなるｎ型ガイド層１５を順次成長させる。
続いて、例えば、基板１１の温度を７００℃〜８００℃
程度まで下げ、Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎ混晶よりなる障壁層
およびＧａ_0.9Ｉｎ_0.1Ｎ混晶よりなる井戸層を交互に
成長させて、活性層１６を形成する。

【００２３】そののち、例えば、基板１１の温度を活性
層１６を形成した際と同じ温度としたまま、活性層１６
の上に、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ混晶よりなる障壁層１
７ａ〜１７ｄ、およびｐ型ＧａＮよりなる井戸層１７ｅ
〜１７ｇを交互に成長させて、脱離防止層１７を形成す
る。ここでは、脱離防止層１７を障壁層１７ａ〜１７ｄ
と井戸層１７ｅ〜１７ｇとの多層構造とし、１層の厚さ
を薄くしているので、単層構造で１層の厚さが厚い場合
に比べて結晶性の高いものが得られる。よって、脱離防
止層１７から活性層１６への欠陥の伝播が抑制され、活
性層１６における結晶性の低下が抑制されるので、発光
特性など半導体レーザにおける動作特性の劣化が防止さ
れる。

【００２４】脱離防止層１７を形成したのち、例えば、
基板１１の温度を１０００℃程度まで上げ、脱離防止層
１７の上に、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型ガイド層１８，ｐ
型ＡｌＧａＮ混晶よりなるｐ型クラッド層１９およびｐ
型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層２０を順次成長させ
る。ここでは、活性層１６の上に脱離防止層１７を介し
てｐ型ガイド層１８などを成長させているので、基板１
１の温度（成長温度）を高くしても活性層１６からのイ
ンジウムの脱離が防止される。

【００２５】なお、ＭＯＣＶＤを行う際、ガリウムの原
料ガスとしては例えばトリメチルガリウム（（ＣＨ₃）
₃Ｇａ）、アルミニウムの原料ガスとしては例えばトリ
メチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、インジウム
の原料ガスとしては例えばトリメチルインジウム（（Ｃ
Ｈ₃）₃Ｉｎ）、窒素の原料ガスとしては例えばアンモ
ニア（ＮＨ₃）をそれぞれ用いる。また、ケイ素の原料
ガスとしては例えばモノシラン（ＳｉＨ₄）を用い、マ
グネシウムの原料ガスとしては例えばビス＝シクロペン
タジエニルマグネシウム（（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｍｇ）を用い
る。

【００２６】ｐ側コンタクト層２０を成長させたのち、
例えば、ｐ側コンタクト層２０の上にレジストよりなる
図示しないマスクを選択的に形成する。次いで、このマ
スクを利用してｐ側コンタクト層２０，ｐ型クラッド層
１９，ｐ型ガイド層１８，脱離防止層１７，活性層１
６，ｎ型ガイド層１５，ｎ型クラッド層１４およびｎ側
コンタクト層１３の一部を順次エッチングして、ｎ側コ
ンタクト層１３を表面に露出させる。続いて、例えばチ
タンおよびアルミニウムを順次蒸着してｎ側電極２２を
形成すると共に、加熱処理を行い、ｎ側電極２２を合金
化する。加熱処理を行ったのち、例えばパラジウム，白
金および金を順次蒸着してｐ側電極２１を形成する。

【００２７】ｐ側電極２１を形成したのち、基板１１を
例えば８０μｍ程度の厚さとなるように研削する。基板
１１を研削したのち、所定の大きさに整え、ｐ側電極２
１の長さ方向において対向する一対の共振器端面に図示
しない反射鏡膜を形成する。これにより、図１に示した
半導体レーザが完成する。

【００２８】この半導体レーザは、次のように作用す
る。

【００２９】この半導体レーザでは、ｎ側電極２２とｐ
側電極２１との間に所定の電圧が印加されると、活性層
１６に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が
起こる。このときの脱離防止層１７およびその付近の価
電子帯端のエネルギー準位について模式的に表したもの
を図５に示す。ここでは、脱離防止層１７が多層構造と
されているので、従来の単層構造のものよりも結晶性に
優れており、脱離防止層１７における電気抵抗が小さく
なっている。また、脱離防止層１７が量子井戸構造とさ
れているので、図５に示したように、ｐ型クラッド層１
９からｐ型ガイド層１８を経て脱離防止層１７に注入さ
れた正孔が、各井戸層１７ｅ〜１７ｇに形成された量子
準位Ｅ₀ ^QW1，Ｅ₀ ^QW2，Ｅ₀ ^QW3を介して共鳴トンネリング
により活性層１６側に流れる。よって、良好な電流ー電
圧特性が得られる。

【００３０】このように本実施の形態に係る半導体素子
によれば、脱離防止層１７が多層構造を有するようにし
たので、脱離防止層１７の結晶性を向上させることがで
きる。よって、脱離防止層１７から活性層１６への欠陥
の伝播を抑制することができ、活性層１６の結晶性を向
上させることができる。その結果、発光特性の劣化を防
止することができる。また、脱離防止層１７の結晶性を
向上させることができるので、脱離防止層１７における
電気抵抗を小さくすることができ、閾値電流，閾値電
圧，駆動電流および駆動電圧をそれぞれ低減することが
できる。従って、良好な動作特性を得ることができる。

【００３１】更に、脱離防止層１７を、量子化した障壁
層１７ａ〜１７ｄと井戸層１７ｅ〜１７ｇとの積層構造
とし、井戸層１７ｅ〜１７ｇに局在するエネルギー準位
Ｅ₀ ^Q ^W1，Ｅ₀ ^QW2，Ｅ₀ ^QW3を活性層１６側ほど漸次大きく
したので、共鳴あるいはエネルギー準位の状態密度の増
加によりトンネル電流を増大させることができ、脱離防
止層１７における電気抵抗をより小さくすることができ
る。

【００３２】なお、上記第１の実施の形態では、井戸層
１７ｅ〜１７ｇの厚さを変化させることにより井戸層１
７ｅ〜１７ｇに局在するエネルギー準位Ｅ₀ ^QW1，
Ｅ₀ ^QW2，Ｅ ₀ ^QW3を大きくまたは小さくするようにした
が、井戸層１７ｅ〜１７ｇの厚さは互いに同一とし、井
戸層１７ｅ〜１７ｇを構成する材料または組成を変化さ
せるなどの他の方法により井戸層１７ｅ〜１７ｇに局在
するエネルギー準位Ｅ₀ ^QW1，Ｅ ₀ ^QW2，Ｅ₀ ^QW3を大きくま
たは小さくするようにしてもよい。例えば、活性層１６
側に位置する井戸層１７ｅ〜１７ｇほどアルミニウムの
組成比が大きいｐ型Ａｌ _xＧａ_1-xＮ混晶により構成す
るようにしてもよい。

【００３３】［第２の実施の形態］図６は、本発明の第
２の実施の形態に係る半導体素子としての半導体レーザ
の脱離防止層３７およびその近傍を表すものである。ま
た、図７は、脱離防止層３７およびその付近のエネルギ
ーバンド構造を価電子帯のエネルギー準位について模式
的に表したものである。この半導体レーザは、脱離防止
層３７の構成が異なることを除き、他は第１の実施の形
態と同様の構成を有している。よって、ここでは同一の
構成要素には同一の符号を付し、同一部分についての詳
細な説明を省略する。

【００３４】脱離防止層３７は、井戸層３７ｅ〜３７ｇ
の厚さが互いに同一であり、局在するエネルギー準位Ｅ
₀ ^QW4，Ｅ₀ ^QW5，Ｅ₀ ^QW6が互いに等しくされると共に、障
壁層３７ａ〜３７ｄの厚さも互いに同一とされたことを
除き、第１の実施の形態の脱離防止層１７と同一の構成
を有している。井戸層３７ｅ〜３７ｇの厚さは例えばそ
れぞれ４ｎｍとされ、障壁層３７ａ〜３７ｄの厚さは例
えばそれぞれ４ｎｍ〜５ｎｍとされている。

【００３５】この脱離防止層３７では、多層構造とされ
ることにより、第１の実施の形態の脱離防止層１７と同
様に結晶性の向上が図られると共に、井戸層３７ｅ〜３
７ｇが量子化されることにより、エネルギー準位の状態
密度を増加させ、トンネル電流を増大させるようになっ
ている。

【００３６】このように本実施の形態によれば、脱離防
止層３７を量子化した障壁層３７ａ〜３７ｄと井戸層３
７ｅ〜３７ｇとの多層構造とするようにしたので、エネ
ルギー準位の状態密度の増加によりトンネル電流を増大
させることができ、脱離防止層３７における電気抵抗を
より小さくすることができる。

【００３７】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態で
は、井戸層１７ｅ〜１７ｇ，３７ｅ〜３７ｇが量子化さ
れた場合について説明したが、井戸層１７ｅ〜１７ｇ，
３７ｅ〜３７ｇを必ずしも量子化する必要はない。その
場合であっても、脱離防止層１７，３７を多層構造とし
たことによる効果は得られる。

【００３８】また、上記実施の形態では、脱離防止層１
７，３７を障壁層１７ａ〜１７ｄ，３７ａ〜３７ｄと井
戸層１７ｅ〜１７ｇ，３７ｅ〜３７ｇとを有する多層構
造とするようにしたが、これ以外の他の多層構造として
もよい。例えば、各層の材料または組成を変化させ、バ
ンドギャップが漸次大きくまたは小さくなるようにして
もよい。

【００３９】更に、上記実施の形態では、脱離防止層１
７，３７を全体としてＡｌＧａＮ混晶により構成するよ
うにしたが、少なくとも一部にアルミニウムを含み、３
Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と５Ｂ族元素のうちの
少なくとも窒素とを含む他の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体により構成するようにしてもよい。

【００４０】加えて、上記実施の形態では、井戸層１７
ｅ〜１７ｇ，３７ｅ〜３７ｇに局在するエネルギー準位
を活性層１６側に位置するものほど漸次大きくした場合
について説明したが、活性層１６側に位置するものほど
漸次小さくなるようにしてもよい。

【００４１】更にまた、上記実施の形態では、活性層１
６をＧａＩｎＮ混晶により構成するようにしたが、３Ｂ
族元素のうちの少なくともインジウムと５Ｂ族元素のう
ちの少なくとも窒素とを含む他の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体により構成するようにしてもよい。このよ
うな窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、Ｉｎ
ＮあるいはＡｌＧａＩｎＮ混晶などが挙げられる。

【００４２】加えてまた、上記実施の形態では、半導体
レーザの構成について具体的に例を挙げて説明したが、
本発明は他の構成を有する半導体レーザについても適用
することができる。例えば、ｎ型ガイド層１５およびｐ
型ガイド層１８を備えていなくてもよい。また、ｐ側電
極２１を細い帯状とすること以外の他の構造により電流
狭窄するようにしてもよい。更に、屈折率導波型あるい
はリッジ導波型の半導体レーザとしてもよい。また、各
半導体層および基板１１を構成する材料についても具体
的に例を挙げて説明したが、各半導体層を他の窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成するようにしても
よく、基板１１を窒化ガリウム（ＧａＮ），炭化ケイ素
（ＳｉＣ）などの他の材料により構成するようにしても
よい。

【００４３】更にまた、上記実施の形態では、バッファ
層１２，ｎ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，
ｎ型ガイド層１５，活性層１６，脱離防止層１７，ｐ型
ガイド層１８，ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタク
ト層２０をＭＯＣＶＤ法により形成する場合について説
明したが、ＭＢＥ法またはハイドライド気相成長法また
はハライド気相成長法などの他の気相成長法により形成
するようにしてもよい。なお、ハイドライド気相成長法
とは、ハイドライド（水素化物）が輸送または反応に寄
与する気相成長法のことをいい、ハライド気相成長法と
は、ハライド（ハロゲン化物）が輸送または反応に寄与
する気相成長法のことをいう。

【００４４】更にまた、上記実施の形態では、半導体素
子として半導体レーザを具体例に挙げて説明したが、本
発明は、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウムと５
Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素とを含む窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体よりなるインジウム含有層を備え
た半導体素子について広く適用することができる。例え
ば、発光ダイオードなどの他の発光素子についても同様
に適用することができ、更にはトランジスタなどの電子
素子についても適用することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項８のいずれか１項に記載の半導体素子によれば、脱離
防止層が多層構造を有するようにしたので、脱離防止層
の結晶性を向上させることができるという効果を奏す
る。よって、例えば良好な動作特性を得ることができ
る。

【００４６】特に、請求項５記載の半導体素子によれ
ば、量子化した井戸層と障壁層とを有する積層構造とす
るようにしたので、エネルギー準位の状態密度の増加に
よりトンネル電流を増大させることができ、脱離防止層
における電気抵抗をより小さくすることができるという
効果を奏する。

【００４７】また、請求項６記載の半導体素子によれ
ば、量子化した井戸層と障壁層とを有する積層構造と
し、井戸層に局在するエネルギー準位をインジウム含有
層側ほど漸次大きくまたは小さくするようにしたので、
共鳴あるいはエネルギー準位の状態密度の増加によりト
ンネル電流を増大させることができ、脱離防止層におけ
る電気抵抗をより一層小さくすることができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ
の構成を表す断面図である。

【図２】図１に示した半導体レーザの脱離防止層を拡大
して表す断面図である。

【図３】図１に示した半導体レーザの脱離防止層および
その近傍の層におけるエネルギーバンド構造を表す模式
図である。

【図４】従来の半導体レーザの脱離防止層およびその近
傍の層におけるエネルギーバンド構造を表す模式図であ
る。

【図５】図１に示した半導体レーザの作用を説明するた
めのエネルギーバンド構造を表す模式図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ
の脱離防止層の構造を表す断面図である。

【図７】図６に示した半導体レーザの脱離防止層および
その近傍の層におけるエネルギーバンド構造を表す模式
図である。

【符号の説明】

１１…基板、１２…バッファ層、１３…ｎ側コンタクト
層、１４…ｎ型クラッド層、１５…ｎ型ガイド層、１６
…活性層、１７，３７…脱離防止層、１７ａ〜１７ｄ，
３７ａ〜３７ｄ…障壁層、１７ｅ〜１７ｇ，３７ｅ〜３
７ｇ…井戸層、１８…ｐ型ガイド層、１９…ｐ型クラッ
ド層、２０…ｐ側コンタクト層、２１…ｐ側電極、２２
…ｎ側電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F041 AA40 CA05 CA34 CA40 CA65 5F045 AA04 AB14 AB17 AC01 AC08 AC12 AC19 AD09 AD11 AD12 AD13 AD14 AF09 BB16 CA12 CB01 CB02 DA53 DA54 DA55 DA63 DA64 5F073 AA45 AA51 AA71 AA74 AA83 CA07 CB07 CB10 DA05 EA23 EA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウ
ム（Ｉｎ）と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）
とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるイ
ンジウム含有層と、このインジウム含有層の一面側に設けられ、前記インジ
ウム含有層からインジウムが脱離するのを防止する脱離
防止層とを備えた半導体素子であって、前記脱離防止層は、多層構造を有することを特徴とする
半導体素子。
【請求項２】前記脱離防止層は、３Ｂ族元素のうちの
少なくとも１種と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素
（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体より
なり、少なくとも一部にアルミニウム（Ａｌ）を含むこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
【請求項３】前記脱離防止層は、交互に積層された障
壁層と井戸層とを有することを特徴とする請求項１記載
の半導体素子。
【請求項４】前記障壁層はＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、
０＜ｘ＜１）よりなると共に、前記井戸層はＡｌ_yＧａ
_1-yＮ（但し、０≦ｙ＜１）よりなることを特徴とする
請求項３記載の半導体素子。
【請求項５】前記井戸層は量子化されていると共に、
前記障壁層は電荷がトンネリング可能な厚さとされてい
ることを特徴とする請求項３記載の半導体素子。
【請求項６】前記脱離防止層は複数の井戸層を有して
おり、前記インジウム含有層側に位置する井戸層ほど局
在するエネルギー準位が漸次大きくまたは小さくなって
いることを特徴とする請求項５記載の半導体素子。