JP2002223042A - 窒化物半導体素子 - Google Patents

窒化物半導体素子

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JP2002223042A
JP2002223042A JP2001174903A JP2001174903A JP2002223042A JP 2002223042 A JP2002223042 A JP 2002223042A JP 2001174903 A JP2001174903 A JP 2001174903A JP 2001174903 A JP2001174903 A JP 2001174903A JP 2002223042 A JP2002223042 A JP 2002223042A
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Noriya Ozaki
徳也 小崎
Original Assignee
Nichia Chem Ind Ltd
日亜化学工業株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、窒化物半導体素子中の量子井戸構造の
活性層として、n型窒化物半導体、n型不純物を含有し
た窒化物半導体などが用いられてきたが、さらなる活性
層の特性向上が必要であった。また、窒化物半導体素子
は、素子寿命、静電耐圧の特性のさらなる向上が必要で
ある。 【解決手段】 本発明は、p型窒化物半導体層11、n
型窒化物半導体層13に挟まれる活性層12として、n
型不純物を有する障壁層2aと、Inを含む窒化物半導
体からなる井戸層1aと、p型不純物を有する、若しく
はアンドープで成長させた障壁層2cとを少なくとも有
し、該障壁層2をp型層側に最も近い障壁層として配置
することで、活性層12への好適なキャリアの注入が可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード素子
(LED)、レーザダイオード素子(LD)等の発光素
子、太陽電池、光センサ等の受光素子、あるいはトラン
ジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに用いられる
窒化物半導体(InAlGa1−X −YN、0≦
X、0≦Y、X+Y≦1)を用いた窒化物半導体素子に
関し、特にInを含む窒化物半導体層を有する窒化物半
導体素子に関する。

【0002】

【従来の技術】今日、窒化物半導体を用いた半導体レー
ザは、DVDなど、大容量・高密度の情報記録・再生が
可能な光ディスクシステムへの利用に対する要求が高ま
りを見せている。このため、窒化物半導体を用いた半導
体レーザ素子は、研究が盛んになされている。また、窒
化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、紫外域から赤
色に至るまで、幅広く可視光域での発振が可能と考えら
れ、その応用範囲は、上記光ディスクシステムの光源に
とどまらず、レーザプリンタ、光ネットワークなどの光
源など、多岐にわたるものと期待されている。また、本
出願人は、405nm、室温、5mWの連続発振の条件
で、1万時間を超えるレーザを発表した。

【0003】また、窒化物半導体を用いた発光素子、受
光素子などには、Inを含む窒化物半導体を用いて活性
層とした構造を有しており、活性層におけるより優れた
活性領域の形成が、素子特性の向上において重要とな
る。従来、窒化物半導体素子の活性層として、n型不純
物などをドープしたn型の窒化物半導体が一般的に用い
られ、特に量子井戸構造である場合には、n型不純物が
ドープされた窒化物半導体、n型窒化物半導体が井戸
層、障壁層に用いられてきた。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体を用いた
素子として、発光素子では、その用途を多くの分野に広
めるためには、さらなる素子特性、特に素子寿命の向上
を成し遂げなければならない。

【0005】窒化物半導体を用いたレーザ素子として
は、上述した高密度光ディスクシステムの読み取り・書
き込み光源などへの利用、若しくはさらなる応用のため
には、さらなる素子寿命の向上、出力の向上が必須の課
題である。また、その他の窒化物半導体素子において
も、さらなる同様に素子寿命・出力の向上が必要であ
り、窒化物半導体を用いた発光素子でも、発光出力の向
上が必要である。

【0006】従来、問題となっている窒化物半導体を用
いた素子における脆弱な逆方向耐圧特性は、その製造上
の取り扱い、応用製品への実装時の取り扱いにおいて、
破壊される危険性が高く、極めて重要な課題の一つであ
る。

【0007】

【課題を解決するための手段】

【0008】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、閾値電流密度などの素子特性に優れ、且つ長寿
命、高出力の窒化物半導体素子を得るものである。

【0009】すなわち本発明の半導体素子は、下記
(1)〜(21)の構成により本発明の目的を達成する
ことができる。

【0010】(1)Inを含む窒化物半導体からなる井
戸層と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構
造の活性層を、p型窒化物半導体層と、n型窒化物半導
体層とで挟む構造を有する窒化物半導体素子において、
前記活性層が前記障壁層として、前記p型窒化物半導体
層に最も近い位置に配置された第1の障壁層と、該第1
の障壁層とは異なる第2の障壁層と、を有すると共に、
前記第1の障壁層が、実質的にn型不純物を含まず、前
記第2の障壁層がn型不純物を有することを特徴とす
る。この構成により、量子井戸構造の活性層において、
少なくともn型不純物を有する障壁層(第2の障壁層)
と、それとは異なる活性層中の最もp型窒化物半導体層
(以下、p型層という)側に位置する障壁層(第1の障
壁層)とを有することで、素子寿命、逆方向耐圧特性が
向上する。これは、活性層中の障壁層において、p型層
側に配置された障壁層(第1の障壁層)が、n型不純物
を実質的に含ないことで、n型不純物を有する障壁層
(第2の障壁層)とは、活性層中においてその機能が異
なり、このことが特性の向上につながる。これは、第2
の障壁層を有することで、n型層から活性層内へ注入さ
れるキャリアを多くし、また活性層の奥深く(p型層
側)まで達するキャリアを多くし、キャリアの注入効率
が上がり、また第1の障壁層を有することで、n型不純
物が含まれない障壁層が、活性層内でp型層に最も近い
障壁層として配置されることとなり、p型層からのキャ
リアの注入を多くし、加えて効率良くすることが可能に
なるものと考えられる。第1の障壁層にn型不純物が含
まれると、p型層からのキャリアの注入が阻害される傾
向にあり、特にn型層からのキャリアに比べてp型層か
らのキャリアは、その拡散長が短い傾向にあるため、p
型層から活性層へのキャリアの注入口に当たる第1の障
壁層がn型不純物を有することで、p型層からのキャリ
アの注入に深刻な悪影響を及ぼすものとなる。図14に
示すように、第1の障壁層のn型不純物濃度が大きくな
るに従って、素子寿命が急激に低下することがわかる。
これに加えて、第1の障壁層は、p型層に近い位置にあ
るため、p型層からのp型不純物の拡散が発生する場合
もあり、第1の障壁層にn型不純物を添加して形成した
場合に、結果として、n型及びp型不純物を有する障壁
層となり、これもp型層からのキャリアの注入を阻害す
る要因と考えられる。従って、第1の障壁層が活性層に
設けられることで、多くのホールを有することができ、
それが上記特性の向上に寄与し、また、キャリアのライ
フタイムも長くなる傾向が観られ、このことに寄与して
いるのではないかと考えられる。この時、第2の障壁層
は、第1の障壁層に隣接していても良いが、好ましくは
少なくとも1つ以上の井戸層を介して第1の障壁層とは
離間して設けられることである。このことにより、活性
層内において、井戸層を挟んで、p側に配置された第1
の障壁層と、n側に配置された第2の障壁層が設けられ
ることとなり、より効率的なキャリアの注入が可能とな
り、例えば光ディスクシステムの光源におけるレーザ素
子において損失を減らし、素子特性特に、素子寿命、出
力の向上につながる。この時、好ましくは、第2の障壁
層が、活性層中の障壁層おいて、n型層に最も近い障壁
層とすることで、n型層からのキャリアの注入口とな
り、キャリアの多量の注入、効率的な注入が可能とな
り、素子特性が向上する。また、活性層中の障壁層の
内、第1の障壁層、第2の障壁層を除く障壁層、につい
ては、特に限定されないものの、高出力のレーザ素子・
発光素子に用いる場合には、n型不純物ドープ、若しく
はノンドープとすることが好ましく、更に好ましくはn
型不純物をドープすることであり、こうすることで、n
型層からのキャリアの注入を多くし、且つ効率よくする
ことができる。

【0011】(2)前記活性層内の少なくとも1つの井
戸層が、40Å以上の膜厚を有することを特徴とする。
この構成により、上述した効率的なキャリアの注入が可
能となった上に、それに適した厚膜の井戸層を設けるこ
とで、高出力の発光素子、レーザ素子の駆動において、
安定性を増すことが可能となり、また、注入電流に対す
る出力において損失を低く抑えることができ、素子寿命
において飛躍的な向上が可能となる。これは、高出力で
の発光・発振には、大量に注入されたキャリアを井戸層
内においてロスすることなく効率よく発光再結合される
ことが求められものであり、上記構成がこれを実現する
のに適しているものと考えられる。従来、井戸層の膜厚
は、発振・発光の初期段階における特性、例えば発振閾
値電流、を重視して、好ましい範囲として約20Å〜3
0Åが最適とされてきたが、これでは大電流での連続的
な駆動で、素子劣化が早くなり、素子寿命の向上が妨げ
られてきたが、本発明では、上記構成によりこれを解決
した。ここで、井戸層の膜厚の上限としては、特に限定
されないが500Å以下であり、障壁層及び活性層の膜
厚に依存するが、量子井戸構造で複数の層を積層するこ
とを考慮すると、300Å以下とすることが好ましい。
さらに、より好適な井戸層の膜厚の範囲としては、50
Å以上200Å以下の範囲とすることで、多重量子井戸
構造、単一量子井戸構造のどちらでも好ましい活性層の
形成が可能であり、特に多重量子井戸構造であると、積
層数(井戸層と障壁層のペア数)が多くなることからこ
の範囲内におさめることが好ましい。また、この好適な
範囲に井戸層があることで、大電流・高出力での発光、
発振において、高い素子信頼性・長寿命を得ることがで
き、また、レーザ素子においては、80mWでの連続発
振が可能となり、また5〜80mWといった広い出力域
においても優れた素子寿命を実現することができる。こ
の時、活性層が多重量子井戸構造である場合に、井戸層
の膜厚は、少なくとも1つの井戸層に適用することが必
要であり、好ましくは全ての井戸層において、上記膜厚
を適用することである。こうすることで、各井戸層にお
いて、上述したような効果が得られ、発光再結合、光電
変換効率がさらに向上する。また、図12からわかるよ
うに、本発明において、井戸層の膜厚が大きいほど、優
れた素子寿命が得られるが、好ましくは、井戸層とし
て、Inを含む窒化物半導体、更に好ましくはInGa
Nを用いることで、良好な素子寿命とでき、この時、I
n組成比xを、0<x≦0.3の範囲とすることで、結
晶性良く厚膜の井戸層が形成でき、好ましくは、x≦
0.2とすることで結晶性良く厚膜の井戸層を複数形成
でき、良好なMQW構造の活性層とできる。

【0012】(3)前記第1の障壁層が、前記活性層の
最も外側に配置されていることを特徴とする。この構成
により、第1の障壁層が活性層内で最もp型窒化物半導
体層に近い側に配置されることで、第1の障壁層がキャ
リアの注入口となり、p型層から活性層内へのキャリア
の注入が効率的になり、また多量のキャリアを注入する
ことができ、しきい値電流密度、素子寿命、出力などの
素子特性が向上する。この時、p型窒化物半導体層は、
活性層に接して形成されることが好ましく、また、第1
の障壁層に接する層として後述する第1のp型窒化物半
導体層を設けることができる。

【0013】(4)前記第1の障壁層が、p型不純物を
有することを特徴とする。この構成により、上述したp
型層からのキャリアの注入が効率的になり、またキャリ
アのライフタイムもあがる傾向にあり、結果として逆耐
圧特性、素子寿命、出力の向上に寄与するものとなる。
これは、上述したように、n型不純物が実質的に含まれ
ないことで、p型層からのキャリア注入が良好となり、
更に、第1の障壁層にp型不純物を有することで、活性
層内へのキャリアの注入を更に促すことが可能となり、
効率的に多量のキャリアがp型層から活性層内、また活
性層の奥深く(n型層側)にまで注入され、発光再結
合、光電変換効率、素子寿命の向上、これに加えて逆耐
圧特性の向上が実現できる。

【0014】(5)前記第1の障壁層の膜厚が、第2の
障壁層の膜厚より大きいことを特徴とする。この構成に
より、素子寿命の向上が実現できる。これは、少なくと
も第1の障壁層が他の障壁層(第2の障壁層)よりも小
さい膜厚であると、素子寿命の低下が観られ、更に第1
の障壁層が最も外側に配置されるとこの傾向は顕著なも
のとなる。更にまた、活性層の上に、p型窒化物半導体
層を有し、第1の障壁層が活性層内で最も外側、すなわ
ち最上部、に配置した場合において、上記素子寿命の低
下は、大きなものとなる。これは、図8に示すように、
第1の障壁層2cが、p型電子閉込め層(第1のp型窒
化物半導体層)に最も近くに配置された障壁層となり、
このp型電子閉込め層は後述するように、活性層、特に
井戸層に密接に影響を及ぼす層であるため、第1の障壁
層は、他の障壁層と異なり、活性層及び井戸層の特性を
決定する重要な層となる。

【0015】(6)Inを含む窒化物半導体からなる井
戸層と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構
造の活性層を、p型窒化物半導体層と、n型窒化物半導
体層とで挟む構造を有する窒化物半導体素子において、
前記活性層がL個(L≧2)の前記障壁層を有し、前記
n型窒化物半導体層に最も近い位置に配置された障壁層
を障壁層B、該障壁層Bから前記p型窒化物半導体
層に向かって数えてi番目(i=1,2,3,・・・
L)の障壁層を障壁層B、とした時に、i=1からi
=n(1<n<L)までの障壁層Bがn型不純物を有
し、i=Lの障壁層Bがp型不純物を有することを特
徴とする。この構成により、活性層の各井戸層へのキャ
リアの注入が効率的なものとなると思われ、例えばLE
D、LDにおいて発光効率が向上し、また発振閾値電流
密度、順方向電圧の低下、素子寿命の向上が可能とな
る。この時、好ましくは、障壁層B(i=1)、障壁
層B(i=L)が、活性層の最も外側に配置されるこ
とで、より効率的なキャリアの注入が可能となる。ここ
で、障壁層Bは、活性層内で最もp型層側に位置する
障壁層で、前記第1の障壁層に当たり、これに加えて、
n型層側からn番目(1<n<L)までの障壁層の全て
に、n型不純物を有することで、n型層からのキャリア
の注入が円滑になり、また活性層の奥深く(p型層側)
へのキャリアの注入も良好となり、多量のキャリア注入
にも対応できるものとなり、発光出力、素子寿命が向上
する。加えて、1番目からn番目までの障壁層Bにn
型不純物を有することで、素子の駆動初期において、す
ぐさま井戸層にキャリアが注入されることから、しきい
値電流密度の低下にも寄与する。

【0016】(7)前記活性層内の少なくとも1つの井
戸層が、40Å以上の膜厚を有することを特徴とする。
この構成により、上述したように、大電流、高電流密度
での素子駆動において、効率の良い各井戸層へのキャリ
アの注入・発光再結合が可能となり、大電流・高出力駆
動でのLED、LDなどの素子において、優れた素子寿
命が得られる。これは、上述したように、井戸層が厚膜
であることで、多量のキャリアの注入に対応し、良好な
発光再結合が実現され、また素子信頼性、すなわち素子
寿命にも効果的に作用する。

【0017】(8)i=Lの障壁層Bが、前記活性層
の最も外側に配置されていることを特徴とする。この構
成により、上述の第1の障壁層の場合と同様に、障壁層
が活性層内でp型層に最も近い層(通常p型層に接
して設けられる)となることで、p型層からのキャリア
の注入がより直接的なものとなり、大電流、高出力の厳
しい条件での駆動に耐えうる素子信頼性を有する窒化物
半導体素子が得られる。

【0018】(9)i=Lの障壁層Bが、p型不純物
を有することを特徴とする。この構成により、上述した
ように、障壁層Bでもって、p型層からの多量のキャ
リア注入が効率的なものとなり、出力、素子寿命、及び
逆耐圧特性に好適に作用する。

【0019】(10)i=Lの障壁層Bの膜厚が、i
≠Lの障壁層Bの膜厚より大きいことを特徴とする。
この構成は、上述したように、p型窒化物半導体層に最
も近くに配置された障壁層Bが厚膜であることから、
後述する第1のp型窒化物半導体層との距離を大きくす
ることができること、p型のキャリアが多くなっても、
十分に広い空間が確保されるため、素子の連続駆動にお
いて、安定して高濃度のキャリアを注入することがで
き、その結果、素子寿命などの素子信頼性が向上する。

【0020】(11)Inを含む窒化物半導体からなる
井戸層と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸
構造の活性層を、p型窒化物半導体層と、n型窒化物半
導体層とで挟む構造を有する窒化物半導体素子におい
て、前記活性層が、前記活性層内の最も外側の層とし
て、前記p型窒化物半導体層に近い位置に配置された第
1のp側障壁層と、前記n型窒化物半導体層に近い位置
に配置された第2のn側障壁層と、を有すると共に、前
記第1のp側障壁層がp型不純物を有し、前記第2のn
側障壁層がn型不純物を有することを特徴とする。この
構成により、p型窒化物半導体層側、n型窒化物半導体
層側、にそれぞれ第1のp側障壁層、第2のn側障壁層
が配置された活性層となり、p型層、n型層からのキャ
リアが活性層の中央部に向けて、効率的に注入されるよ
うになる。これは、第1のp側障壁層が前記第1の障壁
層及び障壁層Bに当たり、第2のn側障壁層が前記障
壁層B、場合によって前記第2の障壁層に当たるもの
であり、それぞれ、上述したような機能、効果が実現で
きる。

【0021】(12)前記活性層内の少なくとも1つの
井戸層が、40Å以上の膜厚を有することを特徴とす
る。この構成により、上述したように、高出力の素子に
おいて、優れたキャリアの注入・再結合を実現し、素子
信頼性、素子寿命の向上が可能となる。

【0022】(13)前記第1のp側障壁層が、p型不
純物を有することを特徴とする。この構成により、上述
したように、大電流駆動のLED、LDにおいて、優れ
た素子寿命、逆耐圧特性が得られ、高出力の素子が得ら
れる。

【0023】(14)前記第1のp側障壁層の膜厚が前
記第2のn側障壁層の膜厚とほぼ同じであることを特徴
とする。この構成により、活性層内の対称性が向上し、
結果として、素子のばらつきを抑えて歩留まりが向上
し、またしきい値電流密度が低下する傾向が観られる。

【0024】(15)前記活性層が2以上の井戸層を有
し、該井戸層と井戸層との間に第3の障壁層を有すると
共に、前記第3の障壁層の膜厚が、前記第1のp側障壁
層及び前記第2のn側障壁層の膜厚よりも小さいことを
特徴とする。この構成により、第2のn側障壁層及び第
1のp側障壁層と、第3の障壁層と、は異なる働きを持
たせることが可能となり、素子特性のばらつきを抑え、
しきい値電流密度、Vfを低下させることが可能とな
る。これは、第2のn側障壁層、第1のp側障壁層が活
性層の最も外側に配置され、n型層、p型層からのキャ
リアの注入口となり、第3の障壁層よりも膜厚が大きい
ことから多くのキャリアを保持する広い空間が確保さ
れ、逆に、第3の障壁層の膜厚が小さいことから、活性
層全体の膜厚を低く抑えることができ、Vfの低下に寄
与するものとなる。

【0025】(16)請求項1乃至15記載の前記活性
層を、Alを含む窒化物半導体を有する上部クラッド層
と、Alを含む窒化物半導体を有する下部クラッド層と
で挟むレーザ素子構造を有する窒化物半導体素子におい
て、前記上部クラッド層、下部クラッド層のAl平均混
晶比xが、0<x≦0.05であることを特徴とする。
この構成により、得られるレーザ素子は、5〜100m
Wの出力で連続発振可能で、光ディスクシステムの読取
り、書込光源に適した素子特性のLDとなり、更に長寿
命を実現することが可能となる。これは、クラッド層の
Al平均混晶比を0.05以下に抑えることで、高出力
時の自励発振を抑えることが可能な光導波路が設けら
れ、高出力で安定した連続発振が可能となり、光ディス
ク光源用のLDを得ることが可能となる。従来は、クラ
ッド層のAl平均組成を0.05以上3以下の範囲にあ
る窒化物半導体を用いていたが、これでは光の閉込めが
強くなり過ぎることで30mW以上の高出力での連続発
振において自励発振が発生する。本発明の構成では、ク
ラッド層における屈折率差を小さくした光導波路とし、
更に上記範囲にある活性層を用いることで、多量のキャ
リアを連続的に、安定して注入・発光再結合しうる構造
となり、クラッド層の光閉込めの低下による損失を上回
って連続発振でき、且つ活性層内での発光効率を高める
ことができる。

【0026】(14)前記上部クラッド層がp型の導電
性を、前記下部クラッド層がn型の導電性を有し、前記
活性層が前記障壁層として、前記上部クラッド層に最も
近い位置に配置された第1の障壁層と、該第1の障壁層
とは異なる第2の障壁層と、を有すると共に、前記第1
の障壁層がp型不純物を有し、前記第2の障壁層がn型
不純物を有することを特徴とする。この構成により、上
述したように、p型層からのキャリアの注入に優れ、結
果として、素子特性、特に素子寿命が向上する。

【0027】(17)前記p型窒化物半導体層中に、活
性層に隣接して第1のp型窒化物半導体層を有し、該第
1のp型窒化物半導体層がAlを含む窒化物半導体から
なることを特徴とする。この構成により、図4〜7に示
すように、第1のp型窒化物半導体層28が、電子閉込
め層として機能し、特に大電流駆動、高出力のLD、L
EDにおいて、活性層内に多量のキャリアを閉込めるこ
とが可能となる。また、前記第1の障壁層、障壁層
、第1のp側障壁層との関係において、図8に示す
ように、これらの障壁層の膜厚が、第1のp型窒化物半
導体層と井戸層1bとの距離dBを決定するため、素子
特性に大きく影響を及ぼしあう。

【0028】(18)前記第1のp型窒化物半導体層
が、前記p型窒化物半導体層に最も近い障壁層に接して
設けられ、前記活性層中の障壁層よりも高い濃度のp型
不純物をドープして成長していることを特徴とする。こ
の構成により、p型層から最もp型層に近い障壁層(前
記第1の障壁層、障壁層B、第1のp側障壁層)への
キャリアの注入を容易にし、また第1のp型窒化物半導
体層は、p型不純物を高濃度でドープすることで、この
障壁層へp型不純物が拡散されてドープされることで、
適度なp型不純物を添加することができる。このこと
は、この障壁層成長時に、不純物を添加しないため、結
晶性良く成長が可能であり、特にこの障壁層がInを含
む窒化物半導体の場合には、不純物添加による結晶性悪
化が大きいため、その効果は顕著なものとなる。また、
第1のp型窒化物半導体層が、後述するように、Alを
含む窒化物半導体であって、そのAl混晶比がp型クラ
ッド層のAlの混晶比よりも高い場合には、活性層内に
電子を閉じこめる電子閉込め層として効果的に機能し、
大電流駆動、高出力のLD、LEDなどにおいて、発振
閾値、駆動電流を低下させる効果が得られる。

【0029】(19)前記活性層において、井戸層の数
が1以上3以下の範囲であることを特徴とする。この構
成により、LDにおいては発振閾値を、井戸層の数が4
以上である場合に比べて、低くすることが可能となる。
また、この時に、上述したように井戸層の膜厚を40Å
以上とすることで、少ない井戸層内でも広い空間が確保
され、多量のキャリアが注入されても、効率的な発光再
結合が可能となり、このことが素子寿命の向上、発光出
力の向上を可能とする。特に、井戸層の膜厚が40Å以
下で、井戸層数を4以上とした場合には、大電流で駆動
させて高出力のLD、LEDを得ようとすると、上記の
場合に比して、薄膜の各井戸層に多量のキャリアが注入
されることとなり、井戸層は過酷な条件下で駆動させる
こととなり、素子劣化が早く発生する。また、井戸層数
を多くすると、キャリアは均等に分布せず、不均一に分
布する傾向にあるため、このような状態で大電流での駆
動をさせると、前記素子劣化が深刻な問題となる。この
構成では、上述の最もp型層側の障壁層がn型不純物を
含まないこと又はp型不純物を有すること、他の障壁層
がn型不純物を有することで、多量のキャリアを井戸層
内へ安定して注入でき、更に井戸層を上述したような膜
厚(40Å以上)とすることで、これらが密接に関係し
て、連続した駆動において、優れた素子寿命、高い発光
出力の実現に好適に作用する。 (20)量子井戸構造の活性層を、p型窒化物半導体層
と、n型窒化物半導体層とで挟む構造を有する窒化物半
導体素子において、前記活性層が前記障壁層として、前
記p型窒化物半導体層に最も近い位置に配置された第1
の障壁層と、該第1の障壁層とは異なる第2の障壁層
と、を有すると共に、前記第1の障壁層が、実質的にn
型不純物を含まず、前記第2の障壁層がn型不純物を有
し、前記第2の障壁層が井戸層に挟まれて配置され、前
記井戸層と第2の障壁層との膜厚比R が、0.5≦R
≦3の範囲であることを特徴とする。この構成によ
り、特に光ディスクシステム、光通信システムなどに用
いられ、応答特性に優れ、RINの低い、発光素子、レ
ーザ素子を得ることができる。すなわち、量子井戸構造
の活性層において、井戸層、障壁層及び、活性層の膜厚
は、RIN、応答特性に大きく影響を及ぼす要因となる
が、この構成では、井戸層と障壁層との膜厚比を上記範
囲に限定することにより、それらの特性に優れた発光素
子、レーザ素子が得られる。 (21)前記井戸層の膜厚dが、40Å≦d≦10
0Åの範囲であり、前記第2の障壁層の膜厚dが、d
≧40Åの範囲であることを特徴とする。この構成に
より、上記膜厚比Rにおいて、井戸層の膜厚を上記範
囲とすることで、図12に示すように長寿命、高出力の
レーザ素子であると共に、光ディスクシステムの光源に
適したRINの特性、応答特性のレーザ素子が得られ
る。すなわち、本発明の発光素子において、井戸層の膜
厚を大きくすることで長寿命化がはかれるが、一方で、
井戸層の膜厚が大きくなると応答特性、RINの特性が
低下する傾向にあり、この構成ではそれを好適に改善
し、また障壁層の膜厚が40Å以上では、図13に示す
ように、良好な素子寿命が得られ、光ディスクシステム
に優れた光源となるレーザ素子が得られる。

【0030】本発明の窒化物半導体素子に用いるn型不
純物としては、Si、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr
等のIV族、若しくはVI族元素を用いることができ、
好ましくはSi、Ge、Snを、さらに最も好ましくは
Siを用いる。また、p型不純物としては、特に限定さ
れないが、Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Caなどが
挙げられ、好ましくはMgが用いられる。

【0031】ここでアンドープとは、窒化物半導体成長
時に、ドーパントとなるp型不純物、n型不純物などを
添加しない状態で成長させるものであり、例えば有機金
属気相成長法において反応容器内に前記ドーパントとな
る不純物を供給しない状態で成長させるものである。

【0032】

【発明の実施の形態】

【0033】本発明の窒化物半導体素子に用いる窒化物
半導体としては、GaN、AlN、もしくはInN、又
はこれらの混晶である窒化ガリウム系化合物半導体(I
xAlGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y
≦1)がある。またこれに加えて、III族元素として
Bを用いたり、V族元素としてNの一部をP、Asで置
換した、混晶でもよい。

【0034】(活性層)本発明における活性層として
は、量子井戸構造を有し、多重量子井戸構造、単一量子
井戸構造のどちらでも良い。好ましくは、多重量子井戸
構造とすることで、出力の向上、発振閾値の低下などが
図ることが可能となる。活性層の量子井戸構造として
は、後述する井戸層、障壁層を積層したものを用いるこ
とができる。また、積層構造としては、井戸層を障壁層
で挟み込む構造を積層したものであり、すなわち、単一
量子井戸構造においては、井戸層を挟むように、p型窒
化物半導体層側、n型窒化物半導体層側に、それぞれ障
壁層を少なくとも1層有し、多重量子井戸構造において
は、複数の井戸層と障壁層が積層された活性層内で、後
述する各実施形態を有するものである。

【0035】更に、活性層の構造として好ましくは、最
もn型窒化物半導体層、p型窒化物半導体層に近い位置
に配置された層(以下、最外層と記す)として障壁層を
有するものであり、更に好ましくは両側の最外層が障壁
層であることである。

【0036】また、多重量子井戸構造において、井戸層
に挟まれた障壁層は、特に1層であること(井戸層/障
壁層/井戸層)に限るものではなく、2層若しくはそれ
以上の層の障壁層を、「井戸層/障壁層(1)/障壁層(2)
/・・・/井戸層」というように、組成・不純物量等の
異なる障壁層を複数設けても良い。例えば、図10に示
すように、各井戸層401の間に、Alを含む窒化物半
導体からなる上部障壁層403、上部障壁層よりもエネ
ルギーバンドギャップの小さな下部障壁層402を設け
る構造であっても良い。

【0037】(井戸層)本発明における井戸層として
は、Inを含む窒化物半導体層を用いることが好まし
く、この時具体的な組成としては、InαGa1−α
(0<α≦1)を好ましく用いることができる。このこ
とにより、良好な発光・発振を可能とする井戸層とな
る。この時、In混晶比により、発光波長を決めること
ができる。また、InGaN以外にも、上述した窒化物
半導体、例えばInAlGaN、InNなどを用いるこ
ともでき、また、Inを含まない窒化物半導体、例えば
AlGaN、GaN等にも本発明は適用できるが、In
を含む窒化物半導体を用いる方が発光効率が高くなり好
ましい。

【0038】また、井戸層の膜厚及び井戸層の数として
は、後述する第5の実施形態に示す場合を除いて、膜厚
及び井戸層の数を任意に決めることが可能である。具体
的な膜厚としては、10Å以上300Å以下の範囲、好
ましくは20Å以上200Å以下の範囲とすることで、
Vf、しきい値電流密度を低減させることができる。ま
た、結晶成長の観点からは、20Å以上であると、膜厚
に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、2
00Å以下とすることで結晶欠陥の発生を低く抑えて結
晶成長が可能となる。活性層内の井戸層数としては特に
限定されず、1以上であり、この時、井戸層の数が4以
上である場合には、活性層を構成する各層の膜厚が厚く
なると、活性層全体の膜厚が厚くなって、Vfの上昇を
招くこととなるため、井戸層の膜厚を100Å以下の範
囲として、活性層の膜厚を低く抑えることが好ましい。

【0039】本発明の井戸層には、n型不純物がドープ
されていても、いなくても良い。しかしながら、井戸層
はInを含む窒化物半導体が用いられ、n型不純物濃度
が大きくなると結晶性が悪化する傾向にあるため、n型
不純物濃度を低く抑えて結晶性の良好な井戸層とするこ
とが好ましい。具体的には、結晶性を最大限に良好なも
のとするために井戸層をアンドープで成長させることで
あり、この時n型不純物濃度は5×1016/cm
下と実質的にn型不純物を含まない井戸層とすることで
ある。また、井戸層にn型不純物をドープする場合に
は、n型不純物濃度が1×1018以下5×1016以上の
範囲でドープされていると、結晶性の悪化を低く抑え、
なおかつキャリア濃度を高くすることができ、しきい値
電流密度、Vfを低下させることができる。この時、井
戸層のn型不純物濃度としては、障壁層のn型不純物濃
度とほぼ同じか、若しくは小さくすることで、井戸層で
の発光再結合を促し、発光出力が向上する傾向にあるた
め好ましい。このように、n型不純物をドープした井戸
層は、5mW出力のLD、LEDなど、低出力の素子に
用いることで、しきい値電流密度の低下、Vfの低下が
得られ好ましい。また、井戸層のn型不純物濃度を障壁
層とほぼ同じ若しくはそれより低くするには、井戸層成
長時に障壁層成長時よりも多くのn型不純物をドープす
るか、障壁層にドープして井戸層をアンドープで成長さ
せる変調ドープとしても良い。この時、井戸層、障壁層
をアンドープで成長させて、活性層の一部を構成しても
良い。

【0040】特に、大電流で素子を駆動させた場合(高
出力のLD、ハイパワーLEDなど)では、井戸層がア
ンドープで、実質的にn型不純物を含有しないことで、
井戸層でのキャリアの再結合が促進され、高い確率での
発光再結合が実現され、逆にn型不純物が井戸層にドー
プされると、井戸層でのキャリア濃度が高いため、かえ
って発光再結合の確率が減少し、一定出力下で駆動電
流、駆動電流の上昇を招く悪循環が発生し、素子の信頼
性(素子寿命)が大幅に低下する傾向にある。このた
め、このような高出力の素子(5〜100mWの出力域
のLD、ハイパワーLED)では、井戸層のn型不純物
濃度を、少なくとも1×1018/cm以下にするこ
とであり、好ましくはアンドープ若しくは実質的にn型
不純物を含有しない濃度とすることで、高出力で安定し
た駆動が可能な窒化物半導体素子が得られる。また、井
戸層にn型不純物をドープしたレーザ素子では、レーザ
光のピーク波長のスペクトル幅が広がる傾向にあるた
め、好ましくなく1×1018/cm、好ましくは1
×1017/cm以下とすることである。

【0041】(障壁層)本発明において、障壁層の組成
としては、特に限定されないが、井戸層よりIn混晶比
の低いInを含む窒化物半導体若しくはGaN、Alを
含む窒化物半導体などを用いることができる。具体的な
組成としては、InβGa1−βN(0≦β<1,α>
β)、GaN、AlγGa1−γN(0<γ≦1)など
を用いることができる。ここで、井戸層に接して下地層
となる障壁層(下部障壁層)の場合には、Alを含まな
い窒化物半導体を用いることが好ましく、具体的には図
10に示すように、InβGa1−βN(0≦β<1,
α>β)、GaNを用いることが好ましい。これは、I
nを含む窒化物半導体からなる井戸層をAlGaNなど
のAlを含む窒化物半導体の上に直接成長させると、結
晶性が低下する傾向にあり、井戸層の機能が悪化する傾
向にあるためである。また、障壁層のバンドギャップエ
ネルギーを井戸層よりも大きくなるようにするものであ
り、井戸層の結晶性を決める下地層としても機能するこ
とを考慮して、上記組成の中から好適な井戸層、障壁層
の組成の組合せを決定すると良い。

【0042】また、後述する最もp型層側の障壁層を除
いて、障壁層は、n型不純物がドープされていても、ノ
ンドープであっても良いが、好ましくはn型不純物がド
ープされていることである。この時、障壁層中のn型不
純物濃度としては、少なくとも5×1016/cm
上ドープされていることで、上限としては1×10
/cmである。具体的には、例えばLEDである場合
には、5×1016/cm以上2×1018/cm
以下の範囲でn型不純物を有することであり、また、よ
り高出力のLED及び高出力のLDでは、5×1017
/cm以上1×1020/cm以下の範囲、好まし
くは1×1018/cm以上5×10 19/cm
下の範囲でドープされていることが好ましく、このよう
に高濃度でドープする場合には、井戸層をn型不純物を
実質的に含まないか、アンドープで成長させることが好
ましい。この時、通常のLEDと、高出力のLED(ハ
イパワーLED)と高出力のLD(5〜100mW出力
のLDなど)とで、n型不純物量が異なるのは、高出力
の素子では、より大電流で駆動させ高い出力を得るため
に、高いキャリア濃度を必要とするためである。上記好
ましい範囲でドープされることで、上述したように、良
好な結晶性で、高濃度のキャリアを注入することが可能
となる。逆に、高出力でない低出力のLD、LED等の
窒化物半導体素子の場合には、活性層中の一部の障壁層
にn型不純物をドープしたもの、若しくは全ての障壁層
を実質的にn型不純物を含まないものとしても良い。

【0043】障壁層の膜厚としては、特に限定されず5
00Å以下、より具体的には井戸層と同様に10Å以上
300Å以下の範囲が適用できる。

【0044】また、後述する各実施形態には、p型不純
物をドープする障壁層が用いられるが、この時、p型不
純物量としては、5×1016/cm以上1×10
20/cm以下の範囲、好ましくは、5×1016
cm以上1×1018/cm 以下の範囲である。こ
れは、1×1020/cm以上とp型不純物を多くし
ても、キャリア濃度は殆ど変化しないため、不純物を含
有することによる結晶性の悪化、不純物による光の散乱
作用による損失が大きくなり、かえって活性層における
発光効率を低下させる。更に、1×1018/cm
下であると、上記不純物の増加による発光効率の低下を
低く抑え、なおかつ活性層内へのp型層からのキャリア
濃度を安定して高く保つことが可能となる。加えて、p
型不純物の下限としては、僅かながらでもp型不純物を
有することが好ましく、これは不純物が低濃度である場
合には、高濃度である場合に比較して高い確率で、p型
不純物がキャリアとして機能するものとなる傾向にある
ためである。この時、後述する各実施形態におけるp型
不純物が含有される障壁層には、n型不純物を実質的に
含有しないことが好ましい。なぜなら、p型不純物が含
有される障壁層に、n型不純物を含有しないことだけで
も、p型層からのキャリアの注入を促進する障壁層とし
て機能し、それに加えてp型不純物を有することで更に
その作用を強くすることが可能となる。図14、15
は、最もp側の障壁層のn型不純物量と素子寿命若しく
は逆耐圧特性との関係を示しているが、図から明らかな
ように、n型不純物が多くなると、素子寿命及び逆耐圧
特性が急激に低下し、素子特性を悪化させている。従っ
て、本発明の窒化物半導体素子において、p型層に最も
近い障壁層(後述の第1の障壁層、障壁層B、第1の
p側障壁層)は、n型不純物をアンドープで成長させる
こと若しくはn型不純物を実質的に吹くまいことが好ま
しく、更に好ましくはp型不純物を有すること、最も好
ましくはn型不純物を含まずに、p型不純物を有するこ
とである。これは、n型不純物を含まないことでp型層
からのキャリアの注入が効率的なものとなり、これとは
別にp型不純物を有することで、キャリアの注入を促
し、両者を併せること、すなわち、n型不純物を含まず
に、p型不純物を有することで、p型層からのキャリア
が多量であっても効率的な注入が可能となる。

【0045】(n型不純物ドープ)本発明において、活
性層には、少なくとも5×1016以上n型不純物を含有
する井戸層、障壁層を有し、好ましくは、活性層中の少
なくとも1層以上の井戸層及び/又は障壁層が、アンド
ープ若しくは実質的にn型不純物を含まないことであ
る。これにより、活性層全体としては、平均としてn型
不純物が含有され、活性層の一部を構成する井戸層及び
又は障壁層にn型不純物がドープされることで活性層と
して効率的なキャリア濃度分布を実現する。

【0046】本発明において、アンドープとは意図的に
ドープしないことであり、窒化物半導体成長時に、n型
若しくはp型不純物をドープしないで成長させるもので
ある。この時、不純物濃度は、5×1016/cm
満となる。また、本発明におけるn型不純物、若しくは
p型不純物を実質的に含まないとは、5×1016/c
未満の濃度領域である。

【0047】以上は、下記に説明する各実施形態におい
て、説明されていない活性層及び、障壁層、井戸層につ
いての実施形態を説明したものであり、各実施形態にお
いてその説明を補うものである。

【0048】<第1の実施形態>本発明の窒化物半導体
素子において、第1の実施形態としては、図2、3に示
すように、p型窒化物半導体層13とn型窒化物半導体
層11とで挟まれた活性層12内に、p型窒化物半導体
層に最も近くに位置する第1の障壁層、それとは異な
り、n型不純物を有する第2の障壁層とを有する構造で
ある。この時、第1の障壁層は、n型不純物がアンドー
プであること、若しくはアンドープで成長させて実質的
にn型不純物を含まないことである。この時、第1の障
壁層は、活性層内の層で最もp型窒化物半導体層に近い
層(以下、最もp側の層という)が、図2に示すように
井戸層1bである場合と、図3に示すようにその層が第
1の障壁層2dである場合の両方の場合があるが、どち
らでも良い。好ましくは、図3に示すように、活性層内
で最もp側の層が、第1の障壁層とすることで、p型窒
化物半導体層に接して第1の障壁層を活性層内に設ける
ことができ、図3に示すように、p型窒化物半導体層1
3と活性層12内の第1の障壁層2dと、連続したp型
層を活性層内まで形成することができる。このことによ
り、p型層から活性層へのキャリアの注入を効率的なも
のとすることができ、素子駆動における損失を減らし、
素子特性の向上、特に、逆方向耐圧、素子寿命の向上が
可能となる。図3に示す場合は、これとは異なり、p型
窒化物半導体層13と第1の障壁層2cとの間に井戸層
1bが介在しているため、連続したp型層の形成とはな
らない場合もあるが、第1の障壁層2cは活性層内の最
もp側の障壁層であることから、前述の場合(図3の場
合)ほどではないものの、同様に作用して、効率的なキ
ャリアの注入が可能となり、前述の場合(図3の場合)
に比べてその効果は劣る傾向にあるものの、同種の効果
を得ることができる。この時、井戸層は、上述したよう
にアンドープであることが好ましく、n型不純物を有す
る場合には、障壁層よりも低濃度であることが好まし
い。

【0049】これとは異なり、p型不純物を有する障壁
層(以下、p型障壁層という)が、活性層内で、最もp
側に位置しない障壁層である場合は、例えば図3におい
て障壁層2cをp型障壁層とすると、かえって素子特性
を悪化させる結果となる。これは、p型のキャリア(ホ
ール)の拡散長がn型に比べて大幅に短いため、上述し
た活性層内へのキャリア注入効率の向上はほとんどな
く、n型のキャリアの注入を阻害して損失を大きくする
こととなる。これは、最もp側の障壁層がp型不純物を
含有せず、最もp側に位置しない障壁層がp型不純物を
含有する場合に最も顕著なものとなる。

【0050】また、第2の障壁層は、第1の障壁層に隣
接してn型窒化物半導体層側(以下、n側という)に設
けられていても良いが、図2、3に示すように、少なく
とも1層以上の井戸層を介して設けられていることが好
ましい。こうすることで、1層以上の井戸層を挟んで、
最もp側に設けられ、p型不純物を有する第1の障壁層
と、n側に設けられ、n型不純物を有する第2の障壁層
と、を配置した構造の活性層とすることで、井戸層を介
さず隣接して配置された場合に比べて、この挟まれた1
層以上の井戸層内へのキャリア注入をより効率的なもの
とすることができる。従って、最もn側の障壁層、図
2,3では障壁層2a、が、少なくとも第2の障壁層で
あること、すなわち、第1の障壁層、第2の障壁層が活
性層の最も外側の障壁層で、それぞれp側、n側に配置
されていることが好ましい。更に、第2の障壁層は、1
層だけであっても良く、第1の障壁層を除く全ての障壁
層であっても良い。従って、第1の実施形態において、
好ましくは最もp側の障壁層が第1の障壁層、最もn側
の障壁層が第2の障壁層であること、更に好ましくは、
以上の構成に加えて、最もp側の障壁層を除く全ての障
壁層が第2の障壁層であることである。これにより、高
出力下での素子駆動において、多量のキャリアを効率的
に注入することが可能となり、高出力下での素子信頼性
の向上が可能となる。この時、最もp側の障壁層が第1
の障壁層、最もn側の障壁層が第2の障壁層であること
に加えて、2番目若しくは2番目及びそれ以降にp側に
配置された障壁層もp型障壁層とする構成も可能である
が、例えば図3において第1の障壁層2d、p型障壁層
2c、第2の障壁層2aとする構成、この構成では上述
した各キャリアの拡散長の違いにより、効率的なキャリ
アの注入・再結合などが阻害され、損失が増す傾向にあ
る。

【0051】本発明の第1の実施形態において、第1の
障壁層について更に詳述すると、p型不純物を含有する
こと同様に、第1の障壁層が実質的にn型不純物を含有
しないことも上記作用を生み出す上で重要な要因とな
る。これは、n型不純物を含有しないことで、上述のp
型不純物を有する場合と同様の効果が期待できる。これ
は、第1の障壁層がn型不純物を含まないことから、活
性層内におけるp型層界面付近若しくは第1の障壁層付
近で、p型層から活性層へ、若しくは最もp側の井戸層
へのキャリアの注入を多く、且つ効率的にすることが可
能となり、上述と同様に素子特性が向上する。逆に、第
1の障壁層に実質的にn型不純物を含まないようにする
ことが、素子特性の向上につながるものであり、更に好
ましくはn型不純物を実質的に含まず且つp型不純物を
含むようにすることで、上述した効果が顕著なものとな
る。また、第2の障壁層には、p型不純物をアンドープ
で成長させること、若しくはp型不純物を実質的に含ま
ないようにすることが好ましい。

【0052】本発明の第1の実施形態において、第1の
障壁層の膜厚を第2の障壁層の膜厚よりも大きくするこ
とで、素子寿命の向上が可能となる。これは、後述する
第1のp型窒化物半導体層との関係に加えて、高出力で
の駆動において、p型のキャリアが多く存在する第1の
障壁層として広い空間が設けられることで、高出力でも
安定したキャリアの注入・再結合が可能となる。逆に、
第2の障壁層が第1の障壁層よりも膜厚が小さいこと
で、n型層側から活性層内の各井戸層までの距離を相対
的に近づけることとなり、各井戸層へのn型層側からの
キャリアの注入が促進される。この時、第2の障壁層が
1層以上、好ましくは第1の障壁層を除く全ての障壁層
を第2の障壁層とすることで、n型層から全ての井戸層
の距離が相対的に小さくでき、n型層からのキャリアの
注入が効率的なものとなる。

【0053】<第2の実施形態>本発明の第2の実施形
態としては、前記活性層がL個(L≧2)の前記障壁層
を有し、前記n型窒化物半導体層に最も近い位置に配置
された障壁層を障壁層B 、該障壁層Bから前記p型
窒化物半導体層に向かって数えてi番目(i=1,2,
3,・・・L)の障壁層を障壁層B、とした時に、i
=1からi=n(1<n<L)までの障壁層Bがn型
不純物を有し、i=Lの障壁層Bがp型不純物を有す
ることを特徴とする。ここで、障壁層Bが第1の実施
形態における第1の障壁層に当たり、最もp側の障壁層
であり、この障壁層Bによる作用は、第1の実施形態
と同様である。従って、第2の実施形態における障壁層
は、少なくともp型不純物を有することであり、更
に好ましくはn型不純物を実質的に含有しないことで、
障壁層Bには優先的にp型のキャリアが注入され、効
率的なキャリア注入を可能とする。また、i=1からi
=nまでの障壁層Bには、n型不純物を有すること
で、n型層側から近い順にn個の障壁層にn型不純物が
ドープされることとなりキャリア濃度が高まるため、n
型層から活性層内部へキャリアが円滑に注入されること
となり、結果としてキャリアの注入・再結合が促進さ
れ、素子特性が向上する。この時、井戸層はアンドー
プ、n型不純物をドープしても、どちらでも良い。特
に、大電流で素子(高出力のLD、LEDなど)を駆動
させた場合では、上述したように井戸層がアンドープ
で、実質的にn型不純物を含有しないことで、井戸層で
のキャリアの再結合が促進され、素子特性、素子信頼性
に富む窒化物半導体素子となる。

【0054】ここで、第2の実施形態におけるnは、少
なくとも条件式0<n<Lを満たすことが必要であり、
好ましくはnm<n<L、nm=L/2(但し、nmは小
数点以下を切り捨てた整数)の条件を満たすことであ
る。これは、活性層内の障壁層の総数のほぼ半分以上に
n型不純物が含有されることで、n型層からのキャリア
が活性層の奥深く(p型層側)まで効率的な注入が可能
となるからであり、特に活性層中の井戸層の数が3以
上、若しくは活性層内部の積層数が7以上、である多重
量子井戸構造の場合に有利に働く。具体的には、図2、
3において、障壁層2a、2bを障壁層Bとしてn型
不純物をドープし、障壁層2c(図2)若しくは障壁層
2d(図3)を障壁層Bとしてp型不純物をドープ
し、障壁層BとBに挟まれる他の障壁層をアンドー
プとして、活性層を構成する。

【0055】また、第2の実施形態において、障壁層B
の膜厚が障壁層B(i≠L)の膜厚よりも大きいこ
とで、上述したように、多量のキャリアを安定して井戸
層に注入する必要がある高出力の素子において、p型層
に最も近く(p型層からのキャリア注入口付近)、p型
のキャリアが多く存在する障壁層Bが広い空間を有す
ることで、安定して多量のキャリアをp型層から井戸層
へ注入することができ、素子信頼性、素子寿命が向上す
る。

【0056】<第3の実施形態>本発明の第3の実施形
態としては、前記活性層内の最も外側の層として、p型
窒化物半導体層に近い位置に配置された第1のp側障壁
層と、前記n型窒化物半導体層に近い位置に配置された
第2のn側障壁層と、を有すると共に、第1のp側障壁
層がp型不純物を有し、第2のn側障壁層がn型不純物
を有することを特徴とする。この構成は、具体的には、
図3に示すように、活性層が最も外側の第1のp側障壁
層2a、第2のn側障壁層2dに挟まれて、井戸層1、
障壁層2b、2cが設けられた構造となる。活性層内で
最もp側の層として、第1のp側障壁層が設けられるこ
とで、上述したように、p型層からの効率的なキャリア
の注入を可能とし、また活性層内で最もn側の層とし
て、第2のn側障壁層が設けられることで、n型層から
のキャリアの注入を良好なものとする。その結果とし
て、活性層内へp型層、n型層からの効率的なキャリア
の注入・再結合を可能とし、高出力の素子でも、高い素
子信頼性、及び素子寿命の向上が可能となる。この時、
好ましくは、図3に示すように、第1のp側障壁層2
d、第2のn側障壁層2aに接して、p型層、n型層が
設けられることであり、これにより、直接的に活性層に
p型層、n型層が接続され、より良好なキャリアの注入
が実現される。この時、第1のp側障壁層、第2のn側
障壁層に挟まれた障壁層、例えば図3における障壁層2
b、2c、としては、特に限定されるものではないが、
上述したように好ましくはn型不純物がドープされるこ
とであり、これにより、n型層からのキャリアの注入が
効率よくなされ、素子信頼性が向上する。

【0057】また、前記第1のp側障壁層の膜厚が前記
第2のn側障壁層の膜厚とほぼ同じであることにより、
図5、7に示すように、活性層の最も外側の層がほぼ対
称な障壁層が設けられることとなり、素子のばらつきを
防ぎ、歩留まりが向上する。これは、詳しいことは明ら
かではないが、p型層、n型層のキャリアの注入口とな
る第1のp側障壁層、第2のn側障壁層が対称となるこ
とで、活性層の層構成において対称性が増し、このこと
により、しきい値電流の低下、安定した素子寿命を得る
ことが可能となると考えられる。

【0058】更に、第3の実施形態において、活性層が
2以上の井戸層を有し、該井戸層と井戸層との間に第3
の障壁層を有すると共に、前記第3の障壁層の膜厚が、
前記第1のp側障壁層及び前記第2のn側障壁層の膜厚
よりも小さいことで、更に素子特性の向上が可能とな
る。これは、活性層の最も外側に配された第2のn側障
壁層、第1のp側障壁層は、それぞれn型層、p型層か
らのキャリアの注入口となり、他の障壁層よりも大きな
膜厚であることから、多量のキャリアを保持しうる広い
空間が確保され、大電流でも安定した素子の駆動を可能
とする。一方、第3の障壁層は、井戸層に挟まれている
ため、キャリアが各井戸層に注入されるように設けら
れ、井戸層の間を連絡できれば足りるため、外側の障壁
層のように厚膜で設ける必要がない。加えて、活性層内
で、外側に厚膜の障壁層、活性層中央部で薄膜の障壁層
という構成となり、外側の障壁層でもってp型層、n型
層からのキャリアの注入し、n型層、p型層からみて反
対側に位置し、第3の障壁層よりも厚膜の第1のp側障
壁層、第2のn側障壁層でもって強固な障壁として機能
し、各井戸層へのキャリアの注入・発光再結合が促進さ
れる。また、第3の障壁層が、外側の障壁層よりも薄く
設けられることで、活性層全体の膜厚を低く抑えること
が可能となり、Vf、しきい値電流密度の低下に寄与す
るものとなる。

【0059】以上、説明してきたように、第1〜3の実
施形態において、共通する構成として、以下のようにな
る。

【0060】第1〜3の実施形態において、活性層内部
で最もp型層側に配置された障壁層(第1の障壁層、障
壁層B、第1のp側障壁層)が、実質的にn型不純物
を含有しないことで、活性層内へのキャリアの注入が促
進され、優れた素子寿命、高出力の窒化物半導体素子が
得られ、さらにp型不純物を含有することで、多量のキ
ャリアであっても効率よく注入・発光再結合され、高出
力で、長寿命の窒化物半導体素子が得られる。この時、
最もp型層側の障壁層がp型不純物を有するときには、
n型不純物をノンドープとするか、n型不純物をアンド
ープで成長させて実質的にn型不純物を含まない状態と
することが好ましい。これは、最もp型層側の障壁層が
p型不純物を有している場合に、n型不純物を有する
と、p型層からのキャリアの注入が阻害される傾向にあ
り、多量のキャリアを効率的に注入する効果が弱まり、
結果として素子寿命、出力特性を低下させることになる
からである。

【0061】<第4の実施形態:レーザ素子>本発明の
窒化物半導体素子において、レーザ素子の実施形態とし
ては、活性層を、p型窒化物半導体層、n型窒化物半導
体層内のn型クラッド層とp型クラッド層とで挟み込む
構造を少なくとも有するものとなる。また、実施例で示
すように、クラッド層と活性層との間に、活性層を挟む
光ガイド層を設けても良い。

【0062】ここで、n型クラッド層、p型クラッド層
としては、Alを含む窒化物半導体が用いられ、具体的
にはAlGa1−bN(0<b<1)が好適に用いら
れる。

【0063】本発明において、光ガイド層の組成として
は、特に限定されるものではなく、窒化物半導体からな
り、導波路形成に十分なエネルギーバンドギャップを有
していれば良く、単一の膜、多層膜のどちらでも良い。
例えば、波長370〜470nmではGaNを用い、それ
よりも長波長ではInGaN/GaNの多層膜構造を用
いることで導波路の屈折率を大きくでき、このように上
述した様々な窒化物半導体、InGaN、GaN、Al
GaNなどを用いることができる。また、ガイド層、ク
ラッド層は、超格子多層膜とすることもできる。

【0064】(電子閉込め層:第1のp型窒化物半導体
層)本発明において、p型窒化物半導体層として、特に
レーザ素子において、第1のp型窒化物半導体層を設け
ることが好ましい。この第1のp型窒化物半導体層とし
ては、Alを含む窒化物半導体を用いるものであり、具
体的にはAlGa 1−aN(0<a<1)を用いる。
この時、Al混晶比γとしては、レーザ素子に用いる場
合には電子閉込め層として機能するように、活性層より
十分に大きなバンドギャップエネルギーを有する(オフ
セットをとる)必要があり、少なくとも0.1≦γ<1
の範囲とすることであり、好ましくは0.2≦a<0.
5の範囲とすることである。なぜなら、γが0.1以下
であるとレーザ素子において、十分な電子閉込め層とし
て機能せず、0.2以上であると十分に電子閉込め(キ
ャリアの閉込め)がなされ、キャリアのオーバーフロー
を抑えて、加えて0.5以下であるとクラックの発生を
低く抑えて成長させることができ、更に好ましくはγを
0.35以下とすることで良好な結晶性で成長できる。
この時、Al混晶比は、p型クラッド層よりも大きくす
ることであり、これはキャリアの閉込めには光の閉込め
となるクラッド層より高い混晶比の窒化物半導体が必要
となるからである。この第1のp型窒化物半導体層は、
本発明の窒化物半導体素子に用いることができ、特にレ
ーザ素子のように、大電流で駆動させ、多量のキャリア
を活性層内に注入する場合において、第1のp型窒化物
半導体層を有していない場合に比べて、効果的なキャリ
アの閉込めを可能とし、レーザ素子だけでなく、高出力
のLEDにも用いることができる。

【0065】本発明の第1のp型窒化物半導体層の膜厚
としては、少なくとも1000Å以下とすることであ
り、好ましくは400Å以下とすることである。これ
は、Alを含む窒化物半導体は、他の窒化物半導体(A
lを含まない)に比べて、バルク抵抗が大きいため、1
000Åを超えて素子内に設けると、極めて高抵抗な層
となり、順方向電圧Vfの大幅な増加を招くこととなる
ためであり、400Å以下であるとVfの上昇を低く抑
えることが可能で、更に好ましくは200Å以下とする
ことで更に低く抑えることが可能となる。ここで、第1
のp型窒化物半導体層の膜厚の下限としては、少なくと
も10Å以上、好ましくは50Å以上とすることで、電
子閉込めとして良好に機能する。

【0066】また、レーザ素子において、この第1のp
型窒化物半導体は、電子閉込め層として機能させるた
め、活性層とクラッド層との間に設けるものであり、更
にガイド層を有する場合には、ガイド層と活性層との間
に設けることである。この時、活性層と第1のp型窒化
物半導体との距離は、少なくとも1000Å以下とする
ことでキャリアの閉込めとして機能し、好ましくは50
0Å以下とすることで良好なキャリアの閉込めが可能と
なる。すなわち、第1のp型窒化物半導体層は活性層に
近いほどキャリアの閉込めが効果的に機能し、その上レ
ーザ素子において活性層と第1のp型窒化物半導体層と
の間には、殆どの場合、特に他の層を必要とすることが
ないため、通常は活性層に接して第1のp型窒化物半導
体層を設けうることが最も好ましい。この時、量子井戸
構造の活性層内で最もp型窒化物半導体層側に位置する
層と、第1のp型窒化物半導体層と、を接して設けると
結晶性が悪化する場合に、それを避けるため結晶成長に
おけるバッファ層を両者の間に設けることも可能であ
る。例えば、活性層の最もp側の層をInGaN、Al
GaNの第1のp型窒化物半導体層との間に、GaNか
らなるバッファ層を設けること、又は第1のp型窒化物
半導体層よりも低いAl混晶比のAlを含む窒化物半導
体からなるバッファ層、などがある。

【0067】ここで、第1のp型窒化物半導体層と活性
層との位置関係、特に井戸層との距離は、レーザ素子の
しきい値電流密度、素子寿命を決定する重要な要素とな
り、具体的には、第1のp型窒化物半導体層が活性層に
近いほどしきい値電流密度を低下させれるが、近くなる
ほど素子寿命が低下させるものとなる。これは、上述し
たように、第1のp型窒化物半導体層が他の層に比べて
極めて高い抵抗を有する層であるため、素子駆動時にお
いて発熱量の大きなものとなり、すなわち素子内におい
て高温を呈しているものと考えられ、これが熱に弱い活
性層、井戸層に悪影響を及ぼし素子寿命を大きく低下さ
せているものと考えられる。一方で、上述したように、
キャリアの閉込めを担う第1のp型窒化物半導体層は、
活性層、特に井戸層に近づくほどキャリアの閉込めが効
果的になるため、活性層から離れるとその効果が弱ま
る。

【0068】従って、素子寿命の低下を抑えるために、
図8(a)に示すように、井戸層1bから第1のp型窒
化物半導体層28の距離dBを少なくとも100Å以上
とすることであり、好ましくは120Å以上とすること
であり、更に好ましくは140Å以上とすることであ
る。なぜなら、井戸層と第1のp型窒化物半導体層との
距離dBが100Åより短いと、素子寿命が急激に低下
する傾向が観られるためであり、120Å以上であると
素子寿命の大幅な向上が可能であり、150Å以上であ
ると更に素子寿命が向上する傾向にあるが、しきい値電
流密度は徐々に高くなる傾向が観られ始める。更に、そ
の距離が200Åより大きくなると、しきい値電流密度
の明らかな上昇傾向が観られ、400Åより大きいとし
きい値電流密度の急激な上昇が起こる傾向にあるため、
上記距離の上限としては、400Å以下、好ましくは2
00Å以下とすることである。これは、第1のp型窒化
物半導体層が井戸層から離れることで、キャリア閉込め
の効率が低下し、これが主な原因となってしきい値電流
密度が上昇するもの、また発光効率の低下を招くものと
考えられる。

【0069】ここで、距離の基準となる井戸層は、図8
において、活性層内で最もp型層13側の障壁層2cに
隣接して、n型層側に配置された井戸層1bである。量
子井戸構造の活性層において、活性層に接して第1のp
型窒化物半導体層が設けられる場合に、図8(a)に示
すように最もp型層側の障壁層2cに接して第1のp型
窒化物半導体層28が設けられるときと、図8(b)に
示すように最もp型層13側の障壁層2cと第1のp型
窒化物半導体層28との間に井戸層4を有するときがあ
る。最もp型層13側の障壁層2cと第1のp型窒化物
半導体層28との間に井戸層4を有する場合には、この
井戸層4がかえってp型層13に近づきすぎ、p型層か
ら注入されたキャリアの殆どが井戸層4を通り抜け、こ
の井戸層4での発光再結合が起こらず、井戸層として機
能しないものとなる。この時、最もp型層側の障壁層2
cがp型不純物を有する場合、この障壁層2cよりもn
型層側に位置する井戸層1a、1bへのキャリアの注入
が良好となる一方で、上述したようなこの障壁層2cよ
りもp型層側に位置する井戸層4をキャリアが通過し
て、発光再結合に寄与しない傾向が益々強まり、井戸層
としての機能を急激に失うものとなる。このため、図8
(b)に示す井戸層4と第1のp型窒化物半導体層との
間には、上述したような距離による特性の変化がなく、
前記井戸層との距離dBは、最もp型層側の障壁層より
もp型層側に位置する前記井戸層1cに関係なく、最も
p型層側の障壁層よりもn型層側に位置する井戸層との
距離となり、逆にこのような活性層内で最もp型層側の
層となる井戸層を有していても、上述したような距離d
Bによる特性の変化がみられる。また、このような最も
p型層側の障壁層よりもp型層側に配置された井戸層
は、井戸層として十分に機能しないばかりでなく、この
井戸層を有していない場合に比べて、素子寿命などの素
子特性が悪化する傾向にあるため、好ましくはこのよう
な井戸層を有さずに、活性層内で最もp型層側に配置さ
れる層を、障壁層とすること、すなわち、図8(b)よ
りも図8(c)の構成とすることである。

【0070】また、最もp型層側の障壁層2cと第1の
p型窒化物半導体層28とが接して設けられる場合に
は、上記井戸層と第1のp型窒化物半導体層との間に障
壁層2c(最もp型層側の障壁層)を設けてこの障壁層
の膜厚でもって上記距離dBを決定することができる。
従って、最もp型層側の障壁層(上述の第1の障壁層、
障壁層B、第1のp側障壁層)の膜厚は、窒化物半導
体の素子特性を決定する重要な要素となる。加えて、レ
ーザ素子においてしきい値電流密度の上昇は、上述した
キャリアの閉込めが主な原因であるから、上述した活性
層と第1のp型窒化物半導体層との関係がここでも適用
される。

【0071】本発明の第1のp型窒化物半導体には、通
常p型不純物がドープされ、レーザ素子、ハイパワーL
EDなどの大電流で駆動させる場合には、キャリアの移
動度を高めるため、高濃度でドープする。具体的なドー
プ量としては、少なくとも5×1016/cm以上ド
ープすることで、好ましくは1×1018/cm以上
ドープすることであり、前記大電流駆動の素子にあって
は、1×1018/cm以上、好ましくは1×10
19/cm以上ドープすることである。p型不純物量
の上限は特に限定されないが、1×1021/cm
下とすることである。但し、p型不純物量が多くなる
と、バルク抵抗が大きくなる傾向にあり、結果としてV
fが上昇することになるため、これを回避する場合に好
ましくは、必要なキャリア移動度を確保しうる最低限の
p型不純物濃度とすることである。また、Mgなどの拡
散傾向が強いp型不純物を用いる場合には、第1のp型
窒化物半導体層をアンドープで成長させて、その隣接
層、例えば光ガイド層などからの不純物拡散によりドー
プすることもできる。さらに、第1のp型窒化物半導体
層をアンドープで成長させ、隣接層、若しくはp型不純
物拡散領域外にp型不純物ドープ層が存在し、第1のp
型窒化物半導体層に不純物拡散がないような場合におい
て、ノンドープとしても、上述したようにキャリアが適
度にトンネルできる膜厚とすれば、ノンドープで設ける
こともできる。

【0072】以上に加えて、本発明のレーザ素子におい
て、第1のp型窒化物半導体層に接してp型光ガイド層
を設ける場合に、p型不純物を第1のp型窒化物半導体
層からの拡散によりドープすると良好な光ガイド層とな
る。これは、ガイド層内のp型不純物は、光の導波にお
いて光散乱物質となるため、導電性を確保しうる範囲内
で、できるだけ低濃度で不純物を有することが、結果と
して素子特性の向上につながり好ましいことによる。し
かしながら、p型光ガイド層の成長時にp型不純物をド
ープする方法では、前記光の損失を低く抑えられる低濃
度領域で、不純物ドープを制御することが困難な傾向に
あることが問題となる。なぜなら、窒化物半導体素子
は、一般にn型層/活性層/p型層の順に積層された構
造を有するが、この構造で成長させると活性層中のIn
GaNなどのため、その後に続く層の成長においてIn
の分解などを防ぐ必要があり、p型層の成長温度を70
0〜900℃程度の低温で成長させる方法が一般的に用
いられるが、低温であるが故に、不純物ドープ量の制御
性に乏しくなる。また、p型不純物として、一般的にM
gが用いられるが、比較的ドープ量の制御が困難である
こともあり、成長時に前記低濃度領域で不純物をドープ
すると素子特性のばらつきを生み出す原因となる。

【0073】従って、第1のp型窒化物半導体層は、光
ガイド層へのp型不純物拡散を考慮に入れて、第1のp
型窒化物半導体層の成長時に高濃度で不純物をドープす
ることで、不純物供給層としての役割を負うことが、好
ましい。さらには、上述した各実施形態において、第1
のp型窒化物半導体層に接する障壁層(前記第1の障壁
層、障壁層B、第1のp側障壁層)に、p型不純物を
ドープする場合にも同様に、不純物を供給する層として
機能させることが可能となる。

【0074】本発明のレーザ素子では、実施例に示すよ
うに、リッジを設けた後、リッジ側面に埋込層となる絶
縁膜を形成する。この時、埋込層としては、ここで、第
2の保護膜の材料としてはSiO2以外の材料、好まし
くはTi、V、Zr、Nb、Hf、Taよりなる群から
選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、Si
N、BN、SiC、AlNの内の少なくとも一種で形成
することが望ましく、その中でもZr、Hfの酸化物、
BN、SiCを用いることが特に好ましい。更に、埋込
層として、半絶縁性、i型の窒化物半導体、リッジ部と
は逆の導電型、実施例においてはn型、の窒化物半導
体、電流狭窄層とするにはAlGaNなどのAlを含む
窒化物半導体、等を用いることができる。また、エッチ
ングなどによりリッジを設けずに、B、Alなどのイオ
ンを注入して、非注入領域をストライプ状として、電流
が流れる領域とする構造をとることもできる。この時用
いられる窒化物半導体としては、InAl1−yGa
1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y=1)
で表される窒化物半導体を好ましく用いることができ
る。また、本発明の第1のp型窒化物半導体層は、上述
したようにキャリア閉込めとして機能するものであり、
実施例に示すように、発光素子においては、光閉込めの
クラッド層を必要とせず、キャリア閉込めのクラッド層
だけを設ける場合にも、第1のp型窒化物半導体層をク
ラッド層として適用できる。更に、この第1のp型窒化
物半導体層は、活性層内に電子を閉じ込めるために、活
性層との間に、バンドオフセットをとること、すなわ
ち、バンドギャップエネルギーを活性層よりも大きくし
て、両者の間に電位障壁を設けることであるが、SCH
構造のレーザ素子においては、ガイド層よりも大きなバ
ンドギャップエネルギーとすることが好ましい。また、
バンドギャップエネルギーの異なる2層以上の層からな
るクラッド層を設ける場合には、クラッド層内で第1の
p型窒化物半導体層を活性層側に配置し、好ましくは、
他の層よりもバンドギャップエネルギーを大きくして設
ける。具体的には、バンドギャップエネルギーの大きな
第1のp型窒化物半導体層を第1クラッド層とし、それ
よりバンドギャップエネルギーの小さい第2クラッド層
を第1クラッド層よりも活性層から遠くに配置する構造
とでき、例えば実施例1においてガイド層を除いた構造
となる。以上説明したように、第1のp型窒化物半導体
層を基に、上記第1の障壁層(最もp側の障壁層)を考
えると、図8に示すようなバンド構造において、キャリ
ア閉込めを担う第1のp型窒化物半導体層により活性層
へのキャリア閉込めが決定されることでは、本発明にお
いて、第1のp型窒化物半導体層に接する位置から活性
層とすることができる。すなわち、最もp側の障壁層が
他の障壁層と異なる機能を有する場合において、上述し
たように、キャリア閉込めの第1のp型窒化物半導体層
と密接な関係を有することから、第1のp型窒化物半導
体層に接する界面から活性層として考えることができ
る。このように、第1のp型窒化物半導体層に接する位
置から活性層であることを考慮すると、第1の障壁層と
第1のp型窒化物半導体層との間に、例えば図8(b)
に示すような井戸層4のように、何らかの層が介在する
場合においても、本発明の第1の障壁層、最もp側の障
壁層による上述した効果をそうすることができるものと
なる。具体的には、図8(b)に示す形態の他に、第1
の障壁層と第1のp型窒化物半導体層との間に、これら
の中間のバンドギャップエネルギーを有する層を介して
も良いこととなる。更にまた、上述したように、第1の
障壁層、最もp側の障壁層は、他の障壁層、例えば井戸
層に挟まれた障壁層とその機能が大きく異なることか
ら、異なる組成、バンドギャップエネルギーとすること
も可能である。

【0075】また、リッジ幅としては、1μm以上3μ
m以下、好ましくは1.5μm以上2μm以下とするこ
とで、光ディスクシステムの光源として、優れたスポッ
ト形状、ビーム形状のレーザ光が得られる。また、本発
明のレーザ素子は、リッジ構造の屈折率導波型に限定さ
れず、利得導波型でも良く、リッジにおいて、リッジ側
面を再成長により埋め込んだBH構造、若しくはリッジ
を再成長により埋め込む構造であっても良く、電流狭窄
層を設けた構造であっても良く、上記活性層は、あらゆ
るレーザ素子構造にも有効である。

【0076】<第4の実施形態>以上に説明した窒化物
半導体素子において、第4の実施形態では、量子井戸構
造の活性層を、Alを含む窒化物半導体を有する上部ク
ラッド層と、Alを含む窒化物半導体を有する下部クラ
ッド層とで挟むレーザ素子構造を有する窒化物半導体素
子で、前記上部クラッド層、下部クラッド層のAl平均
混晶比xが、0<x≦0.05であることを特徴とす
る。これは、クラッド層のAl混晶比を0.05以下と
して、上部クラッド層、下部クラッド層で挟まれる光導
波路の閉込めを緩めて、活性層の障壁層、井戸層の膜厚
比を上記範囲として、自励発振を抑えながら、出力特
性、素子寿命を向上させることが可能となる。これは、
Al混晶比を下げることで、クラッド層における屈折率
差を低下させ、これにより光導波路内の光分布を広げる
ことができ、高出力でも自励発振を防止できるレーザ素
子となり、5〜100mWの出力で連続発振可能で、光
ディスクシステムの読取り、書込光源に適した素子特性
のレーザ素子が得られる。この時、好ましくは、図3,
4,6,7に示すように、前記上部、下部クラッド層と
活性層との間に光ガイド層を有することで、クラッド層
における屈折率差を小さくして光分布を広げても、ガイ
ド層内に光が多く分布し、光の漏れによる損失を低く抑
えることができる。

【0077】また、活性層において、井戸層が40Å以
上の厚膜で、膜厚の比Rtが1/3以上以下の範囲に
ある場合には、上述の第1〜4の実施形態、第5の実施
形態においても、素子特性の向上が可能となる。これに
ついても、どのように作用して素子特性が向上するかは
不明であるが、従来、井戸層よりも十分に厚い障壁層を
設けることで、井戸層での発光再結合の確率を高める構
造が用いられてきた。しかし、前記活性層では、井戸層
を40Å以上と厚くして、更に、井戸層に比較して障壁
層を薄くする構成とすることで、井戸層が厚いことによ
り発光再結合の領域が増し、井戸層間に設けられる障壁
層が薄くなることで、各井戸層にまんべんなく、キャリ
アが注入され、発光再結合する確率が高まる。更に高出
力の素子では、大電流で駆動されるため、多量のキャリ
アが井戸層に注入されるが、井戸層が厚いことで、発光
再結合する領域を広くでき、障壁層が薄いことで障壁層
を飛び越えて各井戸層に、均一に注入される傾向にあ
る。

【0078】この時、井戸層の膜厚が40Å以上で、井
戸層と障壁層の膜厚の比Rt(Rt=[井戸層の膜厚]/
[障壁層の膜厚])が1/3以上1以下の範囲である
と、光ディスクシステムの光源として優れた特性のレー
ザ素子が得られる。これは、井戸層の膜厚を40Å以上
とすることで、図12に示すように、素子寿命に優れた
素子となり、前記範囲にあることで、RIN(相対雑音
強度)を低く抑えられる傾向にあるからである。更に好
ましくは、井戸層の膜厚を50Å以上とすることで、さ
らなる素子寿命の向上が可能となる。また、Rtが1以
上の場合には、RINは大きくなるものの、素子寿命が
長く、出力の大きなレーザ素子が得られるため、光ディ
スクシステム以外の応用が可能である。以上において、
障壁層の膜厚は、40Å以上とすることで、図13に示
すように、素子寿命に優れたレーザ素子が得られるた
め、好ましい。

【0079】<第5の実施形態:井戸層の数>以上、説
明した第1〜4の実施形態において、活性層中の井戸層
の数を1以上3以下とすること、大電流における素子駆
動でも、良好な素子特性の窒化物半導体素子が得られ
る。これは、従来、活性層中の井戸層の数として、4〜
6程度のものを用いていたが、井戸層の数が多くする
と、キャリアの再結合の確率を高めることができる反
面、障壁層の数を含めると必然的に活性層全体の膜厚が
大きくなり、Vfが大きくなる傾向にある。さらに、井
戸層の数を多くしても、それほどキャリアの再結合の確
率が高くならないことが実験した結果、明らかになり、
特にLDのように大電流、高電流密度で駆動させる素子
の場合には、特にその傾向が顕著になる。例えば、LD
の場合では、多重量子井戸構造で、井戸層数を変化させ
ると、井戸層の数が減ることで、しきい値電流が下がる
傾向にあり、井戸層の数を6から4となる間に急激に減
少し、更に4から3の間でなだらかに減少し、そして井
戸層の数が2若しくは3のところで極小値をとり、1の
場合、すなわち、単一量子井戸構造では2、3の場合よ
り少し高くなるか、2と3の間の値をとるものとなる傾
向がある。また、高出力のLEDについても、同様な傾
向が観られる。

【0080】ここで、各図について以下に説明する。図
2、3は、本発明の一実施形態に係る模式断面図であ
り、特にレーザ素子構造において、活性層12がn型層
11とp型層13とで挟み込まれる構造を示すものであ
る。図2は、活性層12が上部クラッド層30と下部ク
ラッド層25で挟まれ、活性層12と上部クラッド層3
0との間に電子閉込め層である第1のp型窒化物半導体
層28を有し、活性層12の量子井戸構造は、障壁層2
a/井戸層1aを一対として繰り返し積層され、最後に
障壁層2cが設けられた構造を有している。図3は、図
2に比して異なる点は、上部、下部クラッド層30,2
5と活性層12との間に上部、下部光ガイド層29,2
6を有するものである。図4〜8、10は、活性層12
若しくは活性層周辺の積層構造20と、その積層構造2
0の下に、それに対応したエネルギーバンドギャップ2
1を示すものである。図4、6は活性層の量子井戸構造
が膜厚において非対称な構造を有するものであり、それ
とは逆に図5、7は対称な構造を有するものであり、図
4,5は活性層内の井戸層の数が3であり、図6,7は
2であり、図5は光ガイド層を含まず、図4,7,8は
光ガイド層を有する構造である。図8は、活性層12と
p型層13が積層された構造で、p型層13内の第1の
p型窒化物半導体層28と活性層、最もp型層側に配置
された障壁層2c、及びその障壁層2cよりもn型層に
近い側に配置された井戸層1bとの関係を示すものであ
る。 <第6の実施形態>本発明において、第6の実施形態
は、DVD、CDなどの光ディスクシステムの光源に適
した高速応答特性、RINとなるレーザ素子を得ること
ができる。具体的には、量子井戸構造の活性層におい
て、第1の障壁層(最もp側の障壁層)と、第2の障壁
層とを有する場合に、第2の障壁層と井戸層との膜厚比
を、0.5≦R≦3の範囲とすることである。こ
の時第1の障壁層(最もp側の障壁層)と第2の障壁層
は、上記実施形態と同様である。特に、この膜厚比にお
いて、第2の障壁層は、MQWにおいては井戸層に挟ま
れた障壁層、すなわち、井戸層間の距離とすることが重
要である。上述したように、最もp側の障壁層と他の障
壁層とで異なる機能を有することから、上記応答特性、
RINに影響する障壁層は、前記最もp側の障壁層(第
1の障壁層)以外の障壁層が重要であり、特にMQWに
おいて、井戸層に挟まれた障壁層と、井戸層の膜厚比が
上記特性に大きく影響を及ぼすものとなる。膜厚比R
が、上記範囲にあると、光ディスクシステムの光源に優
れたレーザ素子となり、0.5未満であると、障壁層の
膜厚が井戸層に比して大きくなりすぎ、特に応答特性が
悪化する傾向にあり、また3を超えると、特にRINに
悪影響を及ぼし、高周波重畳下において雑音の大きな光
源となる傾向にある。好ましくは、0.8≦R≦2と
することで、上記各特性に優れたレーザ素子となる。ま
た、この時、井戸層の膜厚dは、それぞれ40Å≦d
≦100Åが好ましい。なぜなら、図12からわかる
ように、上記各実施形態において、井戸層が厚膜になる
ほど良好な素子寿命が実現されるからであり、一方で、
膜厚が100Åを超えると、応答特性、RINの悪化が
大きくなり、光ディスクシステムの光源に適さないもの
となる傾向にある。また、好ましくは、60Å≦d
80Åとすることである。これは、素子寿命の別の評価
である劣化速度での評価において、井戸層の膜厚が大き
くなると劣化速度が低下する傾向にあるが、60Å以上
80Å以下の領域で井戸層の膜厚を大きくすると、急激
な低下が観られ、80Åを超える領域ではなだらかな低
下となる傾向にあるためである。また、障壁層(第2の
障壁層)の膜厚dとしては、図13の膜厚と素子寿命
との関係から、40Å以上とすることで、優れた素子寿
命のレーザ素子とできる。この実施形態は、上記1〜5
の実施形態と組み合わせて適用すると好ましい。また、
上記第2の障壁層は、図6、7に示す形態において、少
なくとも活性長中の障壁層であって、上記最もp側の障
壁層(第1の障壁層)2c以外の障壁層のいずれかに適
用することであり、好ましくは上述したように、井戸層
に挟まれた障壁層2bに適用することであり、更に好ま
しくは、上記最もp側の障壁層を除く、全ての障壁層に
適用することが、上記特性の向上につながり好ましい。

【0081】

【実施例】[実施例1]以下、実施例として、図8に示
すようなレーザ素子構造の窒化物半導体を用いたレーザ
素子について、説明する。

【0082】ここで、本実施例では、GaN基板を用い
ているが、基板として窒化物半導体と異なる異種基板を
用いても良い。異種基板としては、例えば、C面、R
面、及びA面のいずれかを主面とするサファイア、スピ
ネル(MgA1のような絶縁性基板、SiC(6
H、4H、3Cを含む)、ZnS、ZnO、GaAs、
Si、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、
窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られ
ており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることが
できる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピ
ネルが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルし
ていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルした
ものを用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結
晶性よく成長させるため好ましい。更に、異種基板を用
いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層と
なる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨など
の方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として
素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に、
異種基板を除去する方法でも良い。

【0083】異種基板を用いる場合には、バッファ層
(低温成長層)、窒化物半導体(好ましくはGaN)か
らなる下地層を介して、素子構造を形成すること、窒化
物半導体の成長が良好なものとなる。また、異種基板上
に設ける下地層(成長基板)として、その他に、ELOG(E
pitaxially Laterally Overgrowth)成長させた窒化物半
導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。EL
OG成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導
体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難
な保護膜を設けるなどして形成したマスク領域と、窒化
物半導体を成長させる非マスク領域を、ストライプ状に
設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させる
ことで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が
成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成
長して成膜された層などがある。その他の形態では、異
種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、
その開口部側面から横方向への成長がなされて、成膜さ
れる層でもよい。

【0084】(基板101) 基板として、異種基板に
成長させた窒化物半導体、本実施例ではGaN、を厚膜
(100μm)で成長させた後、異種基板を除去して、
80μmのGaNからなる窒化物半導体基板を用いる。
基板の詳しい形成方法は、以下の通りである。2インチ
φ、C面を主面とするサファイアよりなる異種基板をM
OVPE反応容器内にセットし、温度を500℃にし
て、トリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH
)を用い、GaNよりなるバッファ層を200Åの膜
厚で成長させ、その後、温度を上げて、アンドープのG
aNを1.5μmの膜厚で成長させて、下地層とする。
次に、下地層表面にストライプ状のマスクを複数形成し
て、マスク開口部(窓部)から窒化物半導体、本実施例
ではGaNを選択成長させて、横方向の成長を伴った成
長(ELOG)により成膜された窒化物半導体層を、さ
らに厚膜で成長させて、異種基板、バッファ層、下地層
を除去して、窒化物半導体基板を得る。この時、選択成
長時のマスクは、SiOからなり、マスク幅15μ
m、開口部(窓部)幅5μmとする。

【0085】(バッファ層102) 窒化物半導体基板
の上に、バッファ層成長後、温度を1050℃にして、
TMG(トリメチルガリウム)、TMA(トリメチルア
ルミニウム)、アンモニアを用い、Al0.05Ga
0.95Nよりなるバッファ層102を4μmの膜厚で
成長させる。この層は、AlGaNのn型コンタクト層
と、GaNからなる窒化物半導体基板との間で、バッフ
ァ層として機能する。 次に、窒化物半導体からなる下
地層の上に、素子構造となる各層を積層する。具体的に
は、横方向成長層若しくはそれを用いて形成した基板が
GaNである場合に、それよりも熱膨張係数の小さい窒
化物半導体のAlGa1−aN(0<a≦1)からな
るバッファ層102を用いることで、ピットを低減させ
ることができる。好ましくは、窒化物半導体の横方向成
長層であるGaNの上に設ける。更にバッファ層102
のAl混晶比aが、0<a<0.3であると、結晶性を
良好なものとしてバッファ層を形成することができる。
このバッファ層をn側コンタクト層として形成しても良
く、バッファ層102を形成した後、前記バッファ層の
組成式で表されるn側コンタクト層を形成して、バッフ
ァ層102とその上のn側コンタクト層104にもバッ
ファ効果を持たせる形態でも良い。すなわち、このバッ
ファ層102は、横方向成長を用いた窒化物半導体基
板、若しくはその上に形成した横方向成長層と素子構造
との間、又は素子構造中の活性層と横方向成長層(基
板)、若しくはその上に形成した横方向成長層(基板)
との間に設けること、さらに好ましくは素子構造中の基
板側、下部クラッド層と横方向成長層(基板)との間
に、少なくとも1層以上設けることで、ピットを低減
し、素子特性を向上させることができる。このバッファ
層は、本発明において、活性層、特に上述した厚膜のI
nを含む窒化物半導体の形成において結晶性を良好なも
のとできるため、バッファ層を設けることが好ましい。

【0086】(n型コンタクト層103)次に得られた
バッファ層102上にTMG、TMA、アンモニア、不
純物ガスとしてシランガスを用い、1050℃でSiド
ープしたAl0.05Ga0.9 Nよりなるn型コン
タクト層103を4μmの膜厚で成長させる。

【0087】(クラック防止層104) 次に、TM
G、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用
い、温度を800℃にしてIn0.06Ga0.94
よりなるクラック防止層104を0.15μmの膜厚で
成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能であ
る。(n型クラッド層105) 次に、温度を1050
℃にして、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを
用い、アンドープのAl0.05Ga0.95Nよりな
るA層を25Åの膜厚で成長させ、続いて、TMAを止
め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1
018/cm3ドープしたGaNよりなるB層を25Å
の膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ20
0回繰り返してA層とB層の積層し、総膜厚1μmの多
層膜(超格子構造)よりなるn型クラッド層106を成
長させる。この時、アンドープAlGaNのAl混晶比
としては、0.05以上0.3以下の範囲であれば、十
分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることが
できる。

【0088】(n型光ガイド層106) 次に、同様の
温度で、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アン
ドープのGaNよりなるn型光ガイド層106を0.1
5μmの膜厚で成長させる。また、n型不純物をドープ
してもよい。

【0089】(活性層107) 次に、温度を800℃
にして、原料ガスにTMI(トリメチルインジウム)、
TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシラン
ガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたI
0.05Ga0.95Nよりなる障壁層(B)を14
0Åの膜厚で、シランガスを止め、アンドープのIn
.1Ga0.9Nよりなる井戸層(W)を25Åの膜厚
で、この障壁層(B)、井戸層(W)を、(B)/
(W)/(B)/(W)の順に積層する。最後に最上部
の障壁層として、原料ガスにTMI(トリメチルインジ
ウム)、TMG及びアンモニアを用い、アンドープのI
0.05Ga0.95Nを140Åの膜厚で成長させ
る。活性層107は、総膜厚約470Åの多重量子井戸
構造(MQW)となる。

【0090】(p型電子閉込め層108:第1のp型窒
化物半導体層) 次に、同様の温度で、原料ガスにTM
A、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてC
p2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用
い、Mgを1×1019/cm3ドープしたAl0.3
Ga0.7Nよりなるp型電子閉込層108を100Å
の膜厚で成長させる。この層は、特に設けられていなく
ても良いが、設けることで電子閉込めとして機能し、閾
値の低下に寄与するものとなる。また、ここでは、p型
電子閉込め層108からp型不純物のMgが、それに隣
接する最上部の障壁層に拡散して、最上部の障壁層にM
gが5〜10×1016/cm程度ドープされた状態
となる。

【0091】(p型光ガイド層109) 次に、温度を
1050℃にして、原料ガスにTMG及びアンモニアを
用い、アンドープのGaNよりなるp型光ガイド層10
9を0.15μmの膜厚で成長させる。

【0092】このp型光ガイド層109は、アンドープ
として成長させるが、p型電子閉込め層108、p型ク
ラッド層109等の隣接層からのMgの拡散により、M
g濃度が5×1016/cm3となりp型を示す。また
この層は成長時に意図的にMgをドープしても良い。

【0093】(p型クラッド層110) 続いて、10
50℃でアンドープAl0.05Ga 0.95Nよりな
る層を25Åの膜厚で成長させ、続いてTMAを止め、
CpMgを用いて、MgドープGaNよりなる層を2
5Åの膜厚で成長させ、それを90回繰り返して総膜厚
0.45μmの超格子層よりなるp型クラッド層110
を成長させる。p型クラッド層は少なくとも一方がAl
を含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエ
ネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作
製した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープし
て、いわゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向
にあるが、両方に同じようにドープしても良い。クラッ
ド層110は、Alを含む窒化物半導体層、好ましくは
AlGa 1−XN(0<x<1)を含む超格子構造と
することが望ましく、さらに好ましくはGaNとAlG
aNとを積層した超格子構造とする。p側クラッド層1
10を超格子構造とすることによって、クラッド層全体
のAl混晶比を上げることができるので、クラッド層自
体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネル
ギーが大きくなるので、閾値を低下させる上で非常に有
効である。さらに、超格子としたことにより、クラッド
層自体に発生するピットが超格子にしないものよりも少
なくなるので、ショートの発生も低くなる。

【0094】(p型コンタクト層111) 最後に、1
050℃で、p型クラッド層110の上に、Mgを1×
1020/cmドープしたp型GaNよりなるp型コ
ンタクト層111を150Åの膜厚で成長させる。p型
コンタクト層111はp型のInAlGa
1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成す
ることができ、好ましくはMgをドープしたGaNとす
れば、p電極120と最も好ましいオーミック接触が得
られる。コンタクト層111は電極を形成する層である
ので、1×1017/cm以上の高キャリア濃度とす
ることが望ましい。1×1017/cmよりも低いと
電極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向に
ある。さらにコンタクト層の組成をGaNとすると、電
極材料と好ましいオーミックが得られやすくなる。反応
終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、
700℃でアニーリングを行い、p型層を更に低抵抗化
する。

【0095】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
各層を積層した後、ウエハを反応容器から取り出し、最
上層のp型コンタクト層の表面にSiOよりなる保護
膜を形成して、RIE(反応性イオンエッチング)を用
いSiClガスによりエッチングし、図1に示すよう
に、n電極を形成すべきn型コンタクト層103の表面
を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチン
グするには保護膜としてSiOが最適である。

【0096】次に上述したストライプ状の導波路領域と
して、リッジストライプを形成する。まず、最上層のp
型コンタクト層(上部コンタクト層)のほぼ全面に、P
VD装置により、Si酸化物(主として、SiO)よ
りなる第1の保護膜161を0.5μmの膜厚で形成し
た後、第1の保護膜161の上に所定の形状のマスクを
かけ、RIE(反応性イオンエッチング)装置により、
CFガスを用い、フォトリソグラフィー技術によりス
トライプ幅1.6μmの第1の保護膜161とする。こ
の時、リッジストライプの高さ(エッチング深さ)は、
p型コンタクト層111、およびp型クラッド層10
9、p型光ガイド層110の一部をエッチングして、p
型光ガイド層109の膜厚が0.1μmとなる深さまで
エッチングして、形成する。

【0097】次に、リッジストライプ形成後、第1の保
護膜161の上から、Zr酸化物(主としてZrO
よりなる第2の保護膜162を、第1の保護膜161の
上と、エッチングにより露出されたp型光ガイド層10
9の上に0.5μmの膜厚で連続して形成する。

【0098】第2の保護膜162形成後、ウエハを60
0℃で熱処理する。このようにSiO以外の材料を第
2の保護膜として形成した場合、第2の保護膜成膜後
に、300℃以上、好ましくは400℃以上、窒化物半
導体の分解温度以下(1200℃)で熱処理することに
より、第2の保護膜が第1の保護膜の溶解材料(フッ
酸)に対して溶解しにくくなるため、この工程を加える
ことがさらに望ましい。

【0099】次に、ウエハをフッ酸に浸漬し、第1の保
護膜161をリフトオフ法により除去する。このことに
より、p型コンタクト層111の上に設けられていた第
1の保護膜161が除去されて、p型コンタクト層が露
出される。以上のようにして、図1に示すように、リッ
ジストライプの側面、及びそれに連続する平面(p型光
ガイド層109の露出面)に第2の保護膜162が形成
される。

【0100】このように、p型コンタクト層112の上
に設けられた第1の保護膜161が、除去された後、図
1に示すように、その露出したp型コンタクト層111
の表面にNi/Auよりなるp電極120を形成する。
但しp電極120は100μmのストライプ幅として、
図1に示すように、第2の保護膜162の上に渡って形
成する。第2の保護膜162形成後、既に露出させたn
型コンタクト層103の表面にはTi/Alよりなるス
トライプ状のn電極121をストライプと平行な方向で
形成する。

【0101】次に、n電極を形成するためにエッチング
して露出された面でp,n電極に、取り出し電極を設け
るため所望の領域にマスクし、SiOとTiOより
なる誘電体多層膜164を設けた後、p,n電極上にN
i−Ti−Au(1000Å−1000Å−8000
Å)よりなる取り出し(パット)電極122,123を
それぞれ設けた。この時、活性層107の幅は、200
μmの幅(共振器方向に垂直な方向の幅)であり、共振
器面(反射面側)にもSiOとTiOよりなる誘電
体多層膜が設けられる。

【0102】以上のようにして、n電極とp電極とを形
成した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、窒化物
半導体のM面(GaNのM面、(1 1- 0 0)など)でバ
ー状に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザ
素子を得る。この時、共振器長は、650μmである。
このようにして得られるレーザ素子は、図7に示す積層
構造20、及びバンドギャップエネルギー図、となるも
のであり、上述した第1、2、4、5の実施形態に相当
するものである。バー状にする際に、エッチング端面に
挟まれた導波路領域内で劈開して、得られた劈開面を共
振器面としても良く、導波路領域の外で劈開してエッチ
ング端面を共振器面としても良く、一方をエッチング端
面、他方を劈開面とした1対の共振器面を形成しても良
い。また、上記エッチング端面の共振面には誘電体多層
膜からなる反射膜が設けられるが、劈開面の共振器面に
も、劈開後に反射膜を設けても良い。この時、反射膜と
しては、SiO、TiO 、ZrO、ZnO、Al
、MgO、ポリイミドからなる群の少なくとも一
種用いることであり、λ/4n(λは波長、nは材料の
屈折率)の膜厚で積層した多層膜としても良く、1層だ
け用いても良く、反射膜と同時に共振器端面の露出を防
ぐ表面保護膜としても機能させても良い。表面保護膜と
して機能させるには、λ/2nの膜厚で形成しても良
い。また、素子加工工程で、エッチング端面を形成せず
に、すなわち、n電極形成面(n側コンタクト層)だけ
を露出させ、一対の劈開面を共振器面とするレーザ素子
としても良い。バー状のウエハを更に分割する際にも、
窒化物半導体(単体基板)の劈開面を用いることがで
き、バー状に劈開したときの劈開面に垂直な窒化物半導
体(GaN)を六方晶系で近似したM面、A面({10
10})で劈開して、チップを取り出しても良く、ま
た、バー状に劈開する際に、窒化物半導体のA面を用い
ても良い。

【0103】室温においてしきい値2.8kA/c
2、5〜30mWの出力において発振波長405nm
の連続発振のレーザ素子が得られる。得られるレーザ素
子の素子寿命は、比較例1に比べて、60℃、5mWの
連続発振において、2〜3倍に相当する2000〜30
00時間の素子寿命が得られる。また、逆方向耐圧特性
においては、比較例1に比べて、逆方向耐圧について検
査をしたところ、多くのレーザ素子が破壊されず、更に
電圧を上げて100Vで検査においても、破壊されない
ものが得られ、比較例1に比べておおよそ2倍の逆方向
耐圧特性の向上が観られる。

【0104】[実施例2]実施例1において、活性層中
の障壁層の内、活性層とp型電子閉込め層との界面に位
置する障壁層(最後に積層した障壁層、最もp側に位置
する障壁層)を、Mgを1×1018/cm3ドープし
て、形成する他は、同様にしてレーザ素子を得る。得ら
れるレーザ素子は、実施例1に比べて、前記最後の障壁
層により多くのMgがドープされたものとなる。また、
その特性は、素子寿命、逆耐圧特性において、ほぼ同等
なものが得られる。

【0105】[実施例3]実施例1において、井戸層の
膜厚を55Åとする。その結果得られるレーザ素子は、
実施例1に比べて、素子寿命が大きく向上し、50℃、
30mWの条件で連続発振させたところ、1000〜2
000時間の長寿命のレーザ素子が得られる。

【0106】更に、同様に、実施例1における井戸層の
膜厚を、60、80、90Åと増やすことで、素子寿命
は、膜厚にほぼ比例して増加する傾向にあり、一方で井
戸層の膜厚が増加することによる活性層全体の膜厚の増
加によるVf、しきい値電流の増加が確認される。しか
しながら、いずれの場合にも、比較例1に比べて、非常
に優れた素子寿命を有するものである。また、Vf、し
きい値電流については活性層全体の膜厚が関係し、その
積層構造に依存するため一概にはいえないが、実施例1
のように、井戸層の数が2層と少ない場合、多重量子井
戸構造で最小の井戸層数、には、井戸層の膜厚の変化に
は、それほど大きく依存せず、Vf、しきい値電流の上
昇は、低く抑えられ、実施例1よりも僅かに大きくなる
程度でおさまり、LDの連続発振において重大な素子特
性の悪化にまで至らない。このため、井戸層の膜厚は、
40Å以上で素子特性の向上が図れ、好ましくは50Å
以上とすることで更に顕著に大幅な長寿命化が可能とな
る。また、この時、井戸層の膜厚を50Å以上とする
と、出力80mWでの発振が可能であり、100mWの
出力が得られるものある。

【0107】[実施例4]実施例1において、最後の障
壁層(最上部に位置する障壁層)を150Åの膜厚とし
たところ、素子寿命が実施例1よりも長くなる傾向にあ
る。これは、図9に示すように、最上部障壁層2cが厚
くなることで、井戸層1bとp型電子閉込め層28との
距離dBが必然的に大きくなり、上述したように、第1
のp型窒化物半導体層(p型電子閉込め層)は高抵抗で
あるため、素子駆動時には他の層よりも高い温度になっ
ていると考えられ、この層と井戸層をはなすことで、井
戸層を温度上昇による悪影響から守り、良好な発振特性
でもってレーザ発振がなされることによるものと思われ
る。

【0108】[実施例5]実施例1において、活性層
が、障壁層の膜厚70Åで、障壁層/井戸層/障壁層/
井戸層の順に積層し、最後に膜厚140Åの障壁層を積
層する。この時、井戸層の膜厚を、22.5Å、45
Å、90Å、130Åと変化させ、50℃、30mWの
条件で連続発振させた時の素子寿命を図12に示す。図
から明らかなように、井戸層の膜厚の増加に伴って、素
子寿命が増大し、優れた素子寿命のレーザ素子が得られ
る。この時、井戸層の膜厚45Å、90Å、130Åで
は、実施例3と同様に、30mW以上の高出力の発振が
可能であり、90Å、130Åの場合には、80〜10
0mWでの出力が可能なレーザ素子が得られる。

【0109】[実施例6]実施例1において、活性層
が、井戸層の膜厚45Åで、障壁層/井戸層/障壁層/
井戸層の順に積層し、最後に膜厚140Åの障壁層を積
層する。この時、最後に積層した障壁層以外の障壁層の
膜厚を、22.5Å、45Å、90Å、135Åと変化
させ、50℃、30mWの条件で連続発振させた時の素
子寿命を図13に示す。図から明らかなように、障壁層
の膜厚が増加すると、50Å付近から膜厚を増加させて
も、素子寿命がほぼ一定となり変化しなくなる傾向が観
られる。従って、障壁層として、少なくとも40Å以上
とすることで、本発明の窒化物半導体素子で、優れた素
子寿命が実現されることがわかる。

【0110】[実施例7]実施例1において、クラッド
層の多層膜におけるAlGaN層のAl混晶比を0.1
とする他は、同様にしてレーザ素子を得る。得られるレ
ーザ素子は、クラッド層のAl平均混晶比が0.05で
あり、30mWで、単一モード、連続発振において、自
励発振が観測されるものがある。更に、クラッド層の多
層膜中のAlGaNにおけるAl混晶比を0.15とす
ると、この時クラッド層のAlの平均混晶比が約0.7
8となり、Alの平均混晶比が0.05である場合に比
べて、明らかに高い確率で自励発振することが確認され
る。このため、クラッド層におけるAlの平均混晶比
は、0.05以下、好ましくは0.025若しくは0.
03以下とすることで、確実に自励発振のないレーザ素
子が得られる。

【0111】[実施例8]実施例1において、最上部の
障壁層(最もp型層側に配置された障壁層)を150Å
の膜厚で成長させる他は、実施例1と同様にしてレーザ
素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例1に比べて
僅かながら素子寿命が上昇する傾向が観られる。逆に、
最上部の障壁層を100Åの膜厚としたレーザ素子で
は、実施例1に比べて、素子寿命が大幅に低下する。

【0112】[実施例9]実施例1において、p型電子
閉込め層108を設けないで、活性層107の上に直接
p型光ガイド層109を設けることを除いて、実施例1
と同様にしてレーザ素子を得る。得られるレーザ素子
は、Vfが約1Vほど低下するが、しきい値電流が急激
に上昇し、レーザ素子の中には、発振が困難なものも観
られる。これは、高抵抗な第1のp型窒化物半導体層
(p型電子閉込め層108)を含まないことで、Vfが
低下するが、活性層内への電子閉込めが困難となり、し
きい値の急激な上昇につながったものと考えられる。

【0113】[実施例10]実施例1において、井戸層
の数を3層、障壁層の数を4層として、図4に示すよう
に、積層した活性層とする他は、実施例1と同様にし
て、レーザ素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例
1に比べて、活性層全体の膜厚が大きくなるためVfが
上昇し、また井戸層数が多いことでしきい値電流も僅か
に上昇する傾向が観られる。さらに、障壁層/井戸層と
交互に積層し、最後に障壁層を積層して、障壁層5層、
井戸層4層の活性層とすると、井戸層が2層、3層であ
る場合に比べて、明らかに閾値電流が上昇し、またVf
も高くなる。

【0114】ここで、図4において、最初の障壁層(第
2のn側障壁層)2aと最後の障壁層(第1のp側障壁
層)2dとを膜厚140Åとし、障壁層2b、2cの膜
厚を100Åとした場合(図5に示す活性層の構造)に
は、前記の図5の場合に比べて、素子特性のばらつき、
特に素子寿命のチップ間のばらつきが減少し、良好な素
子特性のレーザ素子が得られる傾向が観られる。

【0115】[比較例1]実施例1において、活性層中
の障壁層を全て、Siドープとする他は、同様にしてレ
ーザ素子を得る。得られるレーザ素子は、60℃、5m
W出力での連続発振において、1000時間の素子寿命
となる。また、得られるレーザ素子の逆方向耐圧特性に
ついて、評価したところ、レーザ素子のほとんどが、逆
方向耐圧50Vの条件において、破壊されるものとな
る。ここで、活性層中で最後に積層した障壁層のSiド
ープ量を、1×1017、1×1018、1×1019/cm
3と変化させて、素子寿命と逆耐圧特性の変化を調べ、
図14、15に示す。図中でアンドープとは、実施例1
に対応する。図から明らかなように、活性層内で最もp
型層側に配置された障壁層に、Siをドープすると、ド
ープ量が多くなるに従って、素子寿命、逆耐圧特性が低
下し、素子特性が悪化することがわかる。

【0116】得られるレーザ素子について、SIMS
(二次イオン質量分析法)などにより分析したところ、
活性層中の障壁層の内、p型電子閉込め層との界面に位
置する最上部の障壁層(最もp型層側に位置する障壁
層)に、SiとMgが検出される。従って、得られるレ
ーザ素子は、前記最上部の障壁層に、SiとMgがドー
プされた状態を有するものとなり、このことが、実施例
1で得られるレーザ素子に比べて、その特性が大きく低
下する原因と考えられる。しかしながら、図14、15
に示すようにSiドープ量を変化させた場合に、Mgド
ープ量は変化しないことから、素子特性の低下は、主に
n型不純物に起因しているものと考えられる。

【0117】[実施例11]実施例1において、活性層
107に代えて、図10及ぶ以下に説明する活性層40
7を用いてレーザ素子を得る。

【0118】(活性層407)温度を880℃にして、
原料ガスにTMI 、T MG 及びアンモニアを用い、
不純物ガスとしてシランガスを用い、Si を5 ×10
18/cm3ドープしたIn0.01Ga0.99Nより
なる第1の障壁層401a を100Åの膜厚で成長させ
る。続いて、温度を820 ℃に下げ、シランガスを止
め、アンドープのIn0.3Ga0.7Nよりなる井戸
層402aを50Åの膜厚で成長させる。さらに、同温
度でTMAを用い、Al0.3Ga0.7Nよりなる第
2の障壁層403aを10Åの膜厚で成長させる。これ
ら第1の障壁層401a、井戸層402a、第2の障壁
層層403aの3層構造を、図10に示すようにさらに
もう1回繰り返して各層401b、402b、403b
を積層し、最後に最上部の障壁層404として、アンド
ープのIn0.01Ga0.99Nを膜厚140Åで形
成して、総膜厚460Åの多重量子井戸(MQW)から
なる活性層407を形成する。この時、最もp型層側に
位置する最上部の障壁層404には、隣接するp型電子
閉込め層108からp型不純物のMgが拡散して、Mg
を有する障壁層となる。得られるレーザ素子は、波長4
70nmの光が得られ、高出力で長寿命のレーザ素子と
なる。この時、井戸層の上部に設けられる第2の障壁層
としては、Alを含む窒化物半導体とすること、好まし
くはAlGa1−zN(0<z≦1)で表される窒化
物半導体とすることで、井戸層に適度な凹凸が形成さ
れ、Inの偏析、若しくは濃度分布が発生して、このこ
とで量子ドット若しくは量子細線の効果が得られるもの
と思われ、第2の障壁層を設けない場合に比べて高出力
の窒化物半導体素子となる。この時、Al混晶比zは、
0.3以上とすることで井戸層の凹凸が良好に発生する
傾向にあり、好ましい。この時、第2の障壁層は、特に
井戸層に接して設けられていなくても、同様な効果を得
ることが可能である。また、井戸層に接して、下部に位
置する障壁層は、第1の障壁層のように、Alを含まな
い障壁層とすることで、結晶性良く井戸層を形成でき好
ましい。

【0119】[実施例12]図9に示す発光素子を以下
のようにして、作製する。

【0120】サファイア(C面)よりなる基板301を
MOVPEの反応容器内にセットし、水素を流しなが
ら、基板の温度を1050℃まで上昇させ、基板のクリ
ーニングを行う。

【0121】(バッファ層302)続いて、温度を51
0℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモ
ニアとTMG(トリメチルガリウム)、TMA(トリメ
チルアルミニウム)とを用い、基板301上にGaNよ
りなるバッファ層302を約150Åの膜厚で成長させ
る。

【0122】(下地層303)バッファ層302成長
後、TMGのみを止めて、温度を1050℃まで上昇さ
せる。1050℃になったら、同じく原料ガスにTM
G、アンモニアガスを用い、アンドープGaNからなる
下地層303を1.5μmの膜厚で成長させる。この下
地層303は、窒化物半導体を成長させる基板として機
能する。

【0123】(n型コンタクト層304)続いて105
0℃で、同じく原料ガスにTMG、アンモニアガス、不
純物ガスにシランガスを用い、Siを4.5×1018
/cmドープしたGaNよりなるn型コンタクト層3
04を2.25μmの膜厚で成長させる。

【0124】(n側第1多層膜層305)次にシランガ
スのみを止め、1050℃で、TMG、アンモニアガス
を用い、アンドープGaNからなる下層305aを30
00Åの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガス
を追加しSiを4.5×1018/cmドープしたG
aNからなる中間層305bを300Åの膜厚で成長さ
せ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアン
ドープGaNからなる上層305cを50Åの膜厚で成
長させ、305a/305b/305cの3層からなる
総膜厚3350Åの第1多層膜層305を成長させる。

【0125】(n側第2多層膜層306)次に、同様の
温度で、アンドープGaNよりなる第2の窒化物半導体
層を40Å成長させ、次に温度を800℃にして、TM
G、TMI、アンモニアを用い、アンドープIn
0.13Ga0.87Nよりなる第1の窒化物半導体層
を20Å成長させる。これらの操作を繰り返し、第2の
窒化物半導体層+第1の窒化物半導体層の順で交互に1
0層ずつ積層させ、最後にGaNよりなる第2の窒化物
半導体層を40Å成長させて形成される超格子構造の多
層膜よりなるn側第2多層膜層306を640Åの膜厚
で成長させる。

【0126】(活性層307)次に、GaNよりなる障
壁層を250Åの膜厚で成長させ、続いて温度を800
℃にして、TMG、TMI、アンモニアを用いアンドー
プIn0.3Ga0. Nよりなる井戸層を30Åの膜
厚で成長させる。そして障壁層B/井戸層/障壁層B
/井戸層/障壁層B/井戸層/障壁層B/井戸層
/障壁層B/井戸層/障壁層B/井戸層/障壁層B
の順で障壁層を7層、井戸層を6層、交互に積層し
て、総膜厚1930Åの多重量子井戸構造よりなる活性
層307を成長させる。この時、障壁層B、B
は、Siを1×1017/cmドープして、残りの障
壁層B(i=3,4、・・・、7)はアンドープで形
成する。

【0127】(p型多層膜クラッド層308)次に、温
度1050℃でTMG、TMA、アンモニア、Cp
g(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mg
を1×1020/cmドープしたp型Al0.2Ga
0.8Nよりなる第3の窒化物半導体層を40Åの膜厚
で成長させ、続いて温度を800℃にして、TMG、T
MI、アンモニア、CpMgを用いMgを1×10
20/cmドープしたIn0.03Ga0.97Nよ
りなる第4の窒化物半導体層を25Åの膜厚で成長させ
る。これらの操作を繰り返し、第3の窒化物半導体層+
第4の窒化物半導体層の順で交互に5層ずつ積層し、最
後に第3の窒化物半導体層を40Åの膜厚で成長させた
超格子構造の多層膜よりなるp型多層膜クラッド層30
8を365Åの膜厚で成長させる。

【0128】(p型GaNコンタクト層310)続いて
1050℃で、TMG、アンモニア、CpMgを用
い、Mgを1×1020/cmドープしたp型GaN
よりなるp型コンタクト層310を700Åの膜厚で成
長させる。

【0129】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェハを反応容器内において、700℃
でアニーリングを行い、p型層をさらに低抵抗化する。

【0130】アニーリング後、ウェハを反応容器から取
り出し、最上層のp型コンタクト層310の表面に所定
の形状のマスクを形成し、RIE(反応性イオンエッチ
ング)装置でp型コンタクト層側からエッチングを行
い、図9に示すようにn型コンタクト層4の表面を露出
させる。

【0131】エッチング後、最上層にあるp型コンタク
ト層310のほぼ全面に膜厚200ÅのNiとAuを含
む透光性のp電極311と、そのp電極11の上にボン
ディング用のAuよりなるpパッド電極を0.5μmの
膜厚で形成する。一方、エッチングにより露出させたn
型コンタクト層304の表面にはWとAlを含むn電極
312を形成して、発光素子を得る。得られる発光素子
は、n型層に最も近い障壁層Bと、その次の障壁層B
にn型不純物がドープされていることで、n型層から
のキャリアが、活性層の奥深く(p型層側)まで、効率
的に注入され、全ての障壁層をアンドープとした比較例
2に比べて、光電変換効率が向上し、V f及びリーク電
流が減少し、発光出力が向上する。

【0132】[実施例13]実施例12の活性層におい
て、最もp側に位置する障壁層B7に、p型不純物とし
てMgを1×1018/cm3ドープする他は、実施例1
1と同様にして、発光素子を得る。得られる発光素子
は、実施例11に比して、最上部の障壁層B7にp型不
純物を有することで、p型層からのキャリアの注入も効
率的になり、光電変換効率が向上し、発光出力も向上す
る。

【0133】[比較例2]実施例11において、活性層
中の全ての障壁層、井戸層ともアンドープで成長させる
他は、実施例1と同様にして発光素子を得る。得られる
発光素子は、実施例1に比べて、発光出力が低く、また
素子寿命に劣る傾向にある。

【0134】[実施例14]図11に示す面発光型のレ
ーザ素子について以下説明する。

【0135】(基板501)実施例1に用いた窒化物半
導体基板101と同様の基板501を用いる。

【0136】窒化物半導体基板501の上に、反射膜5
30として、AlNからなる第1の層531とGaNか
らなる第2の層532を交互にそれぞれ3層づつ積層す
る。この時、各層は、λ/(4n)(但し、λは光の波
長、nは材料の屈折率)の式を満たす膜厚で設け、ここ
ではn=2(AlN)、2.5(GaN)で、各膜厚を
第1の層約500Å、第2の層約400Åの膜厚で形成
する。この時、窒化物半導体の反射膜は、第1、2の層
を、InAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦
y≦1、x+y=1)で表される窒化物半導体を用いる
ことができ、窒化物半導体の反射膜は第1、2の層を、
AlGa1-xN(0≦x≦1)で表される組成の異な
る窒化物半導体を交互に積層した多層膜を用いることが
好ましく、この時、各層を1層以上、第1の層/第2の
層の対を1対以上形成する。具体的には第1の層/第2
の層をAlGaN/AlGaN、GaN/AlGaN、
AlGaN/AlN、GaN/AlNなどで形成でき
る。AlGa1-xN/Al Ga1-yN(0<x、x
<y<1)であるとAlGaN多層膜であるため熱膨張
係数差を小さくでき結晶性良く形成でき、GaN/Al
Ga1-yN(0<y<1)であるとGaN層により結
晶性が改善された多層膜とできる。また、Al組成比の
差(y−x)を大きくすると、第1の層と第2の層との
屈折率差が大きくなり反射率が高くなり、具体的には、
y−x≧0.3とし、好ましくはy−x≧0.5とする
ことで反射率の高い多層膜反射膜が形成できる。また、
実施例1と同様に、多層膜層として、AlGa1-y
(0<y≦1)を形成することにより、バッファ層10
2として機能し、ピット低減効果が得られる。

【0137】続いて、実施例2(井戸層55Å)と同様
の条件で、n型コンタクト層533、活性層534、p
型電子閉込め層(図示せず)、p型コンタクト層535
を積層して、円形状の開口部を有するSiOからなる
ブロック層536を設けて、その円形状の開口部からM
gドープGaNを成長させて、第2のp型コンタクト層
537を形成する。この時、p型コンタクト層535、
第2のp型コンタクト層537は、いずれか一方だけを
形成したものでも良い。その第2のp型コンタクト層5
37の上に、SiO/TiOからなる誘電体多層膜
を形成し反射膜538とし、前記ブロック層536の開
口部の上に円形状に設ける。そして、n型コンタクト層
533が露出する深さまでエッチングして、露出したn
型コンタクト層533の上にリング状のn電極521、
第2のp型コンタクト層537の上に、反射膜538の
周りを囲むp電極520をそれぞれ形成する。このよう
にして、得られる面発光型のレーザ素子は、実施例2と
同様に、素子寿命に優れ、高出力のレーザ素子が得られ
る。 [実施例15]実施例1において、下記の活性層、p側
クラッド層とした他は、同様にして、レーザ素子を得
る。 (活性層107) Siを5×1018/cm3ドープ
したIn0.05Ga .95Nよりなる障壁層(B)
を70Åの膜厚で、シランガスを止め、アンドープのI
0.15Ga0.9Nよりなる井戸層(W)を70Å
の膜厚で、この障壁層(B)、井戸層(W)を、(B)
/(W)/(B)/(W)の順に積層する。最後に最上
部の障壁層として、原料ガスにTMI(トリメチルイン
ジウム)、アンドープのIn0.05Ga0.95Nを
150Åの膜厚で成長させる。活性層107は、総膜厚
約430Åの多重量子井戸構造(MQW)とする。 (p型クラッド層110) 続いて、アンドープAl
0.10Ga0.95Nよりなる層を25Åの膜厚、M
gドープGaNよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、
それを90回繰り返して総膜厚0.45μmの超格子層
よりなるp型クラッド層110を成長させる。このよう
にして得られるレーザ素子は、活性層において、最もp
型層側に配置された障壁層を除く障壁層と、井戸層の比
が1であるが、図12に示す井戸層膜厚と素子寿命
との関係を有し、高出力、長寿命を実現できるレーザ素
子となり、また上記障壁層(n側障壁層、若しくは井戸
層に挟まれた障壁層)の膜厚が小さくなり、光ディスク
システムにおいて、優れた応答特性、RINのレーザ素
子が得られる。また、p側クラッド層のAl混晶比を大
きくしたことにより、埋込層162との屈折率差が小さ
くなり、横方向の閉込めの小さい実効屈折率型のレーザ
素子とでき、高出力域までキンクの発生のないレーザ素
子とできる。

【0138】

【発明の効果】本発明の窒化物半導体素子は、ライフ特
性(素子寿命)に優れ、また、従来問題とされてきた窒
化物半導体を用いた素子における脆弱な逆方向耐圧特性
を大幅に向上したものとなり、高出力の窒化物半導体素
子が得られる。また、本発明の窒化物半導体素子で、レ
ーザ素子とした場合においても、同様な特性の向上が得
られ、さらには自励発振のない優れたレーザ素子とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。

【図2】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。

【図3】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。

【図4】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断面
図及びバンド構造を説明する模式図。

【図5】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断面
図及びバンド構造を説明する模式図

【図6】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断面
図及びバンド構造を説明する模式図

【図7】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断面
図及びバンド構造を説明する模式図

【図8】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断面
図及びバンド構造を説明する模式図

【図9】本発明の一実施形態の素子に係る模式断面図。

【図10】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断
面図及びバンド構造を説明する模式図

【図11】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。

【図12】本発明に係る一実施形態における素子寿命と
井戸層膜厚との関係を示す図。

【図13】本発明に係る一実施形態における素子寿命と
障壁層膜厚との関係を示す図。

【図14】本発明に係る一実施形態における素子寿命と
ドープ量との関係を示す図。

【図15】本発明に係る一実施形態における逆耐圧とド
ープ量との関係を示す図。

【符号の簡単な説明】

1・・・井戸層、 2・・・障壁層、 11・・・n型
窒化物半導体層、 12・・・活性層、 13・・・p
型窒化物半導体層、 20・・・積層構造、 101・
・・基板(GaN基板)、 102・・・バッファ層、
103・・・n型コンタクト層、 104・・・クラ
ック防止層、 105,25・・・n側クラッド層、
106,26・・・n側光ガイド層、 107、27・
・・活性層 108,28・・・p側電子閉込め層(第1のp型窒化
物半導体層)、 109,29・・・p側光ガイド層、
110,30・・・p側クラッド層、 111・・・
p側コンタクト層、 120・・・p電極、 121・
・・n電極、 122・・・pパッド電極、 123・
・・nパッド電極、 163・・・第3の保護膜、 1
64・・・絶縁膜

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Inを含む窒化物半導体からなる井戸層
    と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構造の
    活性層を、p型窒化物半導体層と、n型窒化物半導体層
    とで挟む構造を有する窒化物半導体素子において、前記
    活性層が前記障壁層として、前記p型窒化物半導体層に
    最も近い位置に配置された第1の障壁層と、該第1の障
    壁層とは異なる第2の障壁層と、を有すると共に、前記
    第1の障壁層が、実質的にn型不純物を含まず、前記第
    2の障壁層がn型不純物を有することを特徴とする窒化
    物半導体素子。
  2. 【請求項2】 前記活性層内の少なくとも1つの井戸層
    が、40Å以上の膜厚を有することを特徴とする請求項
    1記載の窒化物半導体素子。
  3. 【請求項3】 前記第1の障壁層が、前記活性層の最も
    外側に配置されていることを特徴とする請求項1又は2
    記載の窒化物半導体素子。
  4. 【請求項4】 前記第1の障壁層が、p型不純物を有す
    ることを特徴とする請求項1又は2記載の窒化物半導体
    素子。
  5. 【請求項5】 前記第1の障壁層の膜厚が、第2の障壁
    層の膜厚より大きいことを特徴とする請求項1乃至3記
    載の窒化物半導体素子。
  6. 【請求項6】 Inを含む窒化物半導体からなる井戸層
    と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構造の
    活性層を、p型窒化物半導体層と、n型窒化物半導体層
    とで挟む構造を有する窒化物半導体素子において、前記
    活性層がL個(L≧2)の前記障壁層を有し、前記n型
    窒化物半導体層に最も近い位置に配置された障壁層を障
    壁層B、該障壁層Bから前記p型窒化物半導体層に
    向かって数えてi番目(i=1,2,3,・・・L)の
    障壁層を障壁層B、とした時に、i=1からi=n
    (1<n<L)までの障壁層Bがn型不純物を有し、
    i=Lの障壁層Bが実質的にn型不純物を含まないこ
    とを特徴とする窒化物半導体素子。
  7. 【請求項7】 前記活性層内の少なくとも1つの井戸層
    が、40Å以上の膜厚を有することを特徴とする請求項
    6記載の窒化物半導体素子。
  8. 【請求項8】 i=Lの障壁層Bが、前記活性層の最
    も外側に配置されていることを特徴とする請求項6又は
    7記載の窒化物半導体素子。
  9. 【請求項9】 i=Lの障壁層Bが、p型不純物を有
    することを特徴とする請求項6乃至8記載の窒化物半導
    体素子。
  10. 【請求項10】 i=Lの障壁層Bの膜厚が、i≠L
    の障壁層Bの膜厚より大きいことを特徴とする請求項
    6乃至9記載の窒化物半導体素子。
  11. 【請求項11】 Inを含む窒化物半導体からなる井戸
    層と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構造
    の活性層を、p型窒化物半導体層と、n型窒化物半導体
    層とで挟む構造を有する窒化物半導体素子において、前
    記活性層が、前記活性層内の最も外側の層として、前記
    p型窒化物半導体層に近い位置に配置された第1のp側
    障壁層と、前記n型窒化物半導体層に近い位置に配置さ
    れた第2のn側障壁層と、を有すると共に、前記第1の
    p側障壁層がn型不純物を実質的に含まず、前記第2の
    n側障壁層がn型不純物を有することを特徴とする窒化
    物半導体素子。
  12. 【請求項12】 前記活性層内の少なくとも1つの井戸
    層が、40Å以上の膜厚を有することを特徴とする請求
    項11記載の窒化物半導体素子。
  13. 【請求項13】 前記第1のp側障壁層が、p型不純物
    を有することを特徴とする請求項11又は12記載の窒
    化物半導体素子。
  14. 【請求項14】 前記第1のp側障壁層の膜厚が前記第
    2のn側障壁層の膜厚とほぼ同じであることを特徴とす
    る請求項11乃至13記載の窒化物半導体素子。
  15. 【請求項15】 前記活性層が2以上の井戸層を有し、
    該井戸層と井戸層との間に第3の障壁層を有すると共
    に、前記第3の障壁層の膜厚が、前記第1のp側障壁層
    及び前記第2のn側障壁層の膜厚よりも小さいことを特
    徴とする請求項11乃至14に記載の窒化物半導体素
    子。
  16. 【請求項16】 請求項1乃至15記載の前記活性層
    を、Alを含む窒化物半導体を有する上部クラッド層
    と、Alを含む窒化物半導体を有する下部クラッド層と
    で挟むレーザ素子構造を有する窒化物半導体素子におい
    て、前記上部クラッド層、下部クラッド層のAl平均混
    晶比xが、0<x≦0.05であることを特徴とする窒
    化物半導体素子。
  17. 【請求項17】 前記p型窒化物半導体層中に、活性層
    に隣接して第1のp型窒化物半導体層を有し、該第1の
    p型窒化物半導体層がAlを含む窒化物半導体からなる
    ことを特徴とする請求項1乃至16記載の窒化物半導体
    素子。
  18. 【請求項18】 前記第1のp型窒化物半導体層が、前
    記p型窒化物半導体層に最も近い障壁層に接して設けら
    れ、前記活性層中の障壁層よりも高い濃度のp型不純物
    をドープして成長していることを特徴とする請求項17
    記載の窒化物半導体素子。
  19. 【請求項19】 前記活性層において、井戸層の数が1
    以上3以下の範囲であることを特徴とする請求項1乃至
    18記載の窒化物半導体素子。
  20. 【請求項20】 量子井戸構造の活性層を、p型窒化物
    半導体層と、n型窒化物半導体層とで挟む構造を有する
    窒化物半導体素子において、前記活性層が前記障壁層と
    して、前記p型窒化物半導体層に最も近い位置に配置さ
    れた第1の障壁層と、該第1の障壁層とは異なる第2の
    障壁層と、を有すると共に、前記第1の障壁層が、実質
    的にn型不純物を含まず、前記第2の障壁層がn型不純
    物を有し、前記第2の障壁層が井戸層に挟まれて配置さ
    れ、前記井戸層と第2の障壁層との膜厚比Rが、0.
    5≦R≦3の範囲であることを特徴とする窒化物半導
    体素子。
  21. 【請求項21】 前記井戸層の膜厚dが、40Å≦d
    ≦100Åの範囲であり、前記第2の障壁層の膜厚d
    が、d≧40Åの範囲であることを特徴とする窒化
    物半導体素子。
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