JP2002261393A - Nitride semiconductor device - Google Patents

Nitride semiconductor device

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JP2002261393A
JP2002261393A JP2001402089A JP2001402089A JP2002261393A JP 2002261393 A JP2002261393 A JP 2002261393A JP 2001402089 A JP2001402089 A JP 2001402089A JP 2001402089 A JP2001402089 A JP 2001402089A JP 2002261393 A JP2002261393 A JP 2002261393A
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nitride semiconductor
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Tomoya Yanagimoto
友弥 柳本
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Nichia Chemical Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a threshold current in a nitride semiconductor device where an active layer having a nitride semiconductor containing In is held between p- and n-type cladding layers, and, especially, light emission is made at a wavelength of at least 440 nm. SOLUTION: The nitride semiconductor device has first and second nitride semiconductor layers 31 and 32 between the n- and p-type cladding layers 25 and 30 and the active layer 12, the first semiconductor layer 31 is made of the nitride semiconductor containing In, and the second one 32 is made of that without any In, thus achieving asymmetric waveguide structure, avoiding deterioration in crystallizability caused by providing the nitride semiconductor containing In at the side of a p-type layer 13 and loss of light due to In by using the second semiconductor layer 32, increasing a refractive index in the waveguide by the first nitride semiconductor layer 31, and hence reducing the density of the threshold current.

Description

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

【0001】[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、スーパーフォトルミネセンスダイオード、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(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦
1)を用いた窒化物半導体素子に関し、特に光の波長が
440nm以上であるInを含む窒化物半導体層を活性
層に有する窒化物半導体素子、並びに、光閉込めのクラ
ッド層に挟まれた導波路構造を有する端面発光素子、レ
ーザ素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device such as a light emitting diode device (LED) and a laser diode device (LD), a light receiving device such as a super photoluminescent diode, a solar cell, an optical sensor, a transistor, and a power device. Nitride semiconductors (In x Al Y Ga 1 -XYN , 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦
In particular, the present invention relates to a nitride semiconductor device using 1), in particular, a nitride semiconductor device having an active layer containing a nitride semiconductor layer containing In having an optical wavelength of 440 nm or more, and a semiconductor device sandwiched between optical confinement cladding layers. The present invention relates to an edge emitting device and a laser device having a waveguide structure.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art At present, there is an increasing demand for use of a semiconductor laser using a nitride semiconductor in an optical disk system capable of recording and reproducing high-capacity and high-density information, such as a DVD. For this reason, semiconductor laser devices using nitride semiconductors have been actively studied. In addition, a semiconductor laser device using a nitride semiconductor is considered to be capable of oscillating in a wide range of visible light from ultraviolet to red. It is expected to be a wide variety of light sources, such as optical networks. In addition, the present applicant has announced a laser that exceeds 10,000 hours under conditions of continuous oscillation of 405 nm, room temperature, and 5 mW.

【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。
A light emitting element, a light receiving element, and the like using a nitride semiconductor have a structure in which an active layer is formed using a nitride semiconductor containing In. Is important in improving the device characteristics.

【0004】窒化物半導体のレーザ素子、若しくは発光
素子において、長波長の発光を得るには、活性層若しく
は発光層のInを含む窒化物半導体におけるIn混晶比
を、変化させることで、発光波長を変えることができ、
特にIn混晶比を高くすると発光波長を長くすることが
できる。また、端面発光素子、レーザ素子において、活
性層が上部、下部クラッド層に挟まれた構造を有する場
合に、両クラッド層の屈折率を小さくし、上部、下部ク
ラッド層に挟まれた導波路内の屈折率を高くすること
で、導波路内に効率よく光が閉じこめられ、結果として
レーザ素子においてはしきい値電流密度の低下に寄与す
る。
In order to obtain long-wavelength light emission from a nitride semiconductor laser device or a light emitting device, the emission wavelength is changed by changing the In mixed crystal ratio of the nitride semiconductor containing In in the active layer or the light emitting layer. Can be changed,
In particular, increasing the In mixed crystal ratio can increase the emission wavelength. In the case of an edge emitting device or a laser device, when the active layer has a structure sandwiched between the upper and lower cladding layers, the refractive index of both cladding layers is reduced, and the inside of the waveguide sandwiched between the upper and lower cladding layers is reduced. By increasing the refractive index of the laser, light is efficiently confined in the waveguide, and as a result, contributes to a reduction in threshold current density in the laser element.

【0005】従来、このようなクラッド層を有する窒化
物半導体素子において、440nm以上の長波長の発光
を得る構造として、例えば、レーザ素子において、ガイ
ド層にInGaN、クラッド層にAlGaNを用いたS
CH構造が提案されている。
Conventionally, in a nitride semiconductor device having such a cladding layer, as a structure for obtaining long-wavelength light emission of 440 nm or more, for example, in a laser device, SGaN using InGaN for the guide layer and AlGaN for the cladding layer is used.
A CH structure has been proposed.

【0006】しかしながら、長波が長くなるに従ってA
lGaNとInGaNとの屈折率差が小さくなり、すな
わち、導波路内のガイド層で光の吸収による損失が発生
し、閾値電流が高くなる。更に、上部クラッド層をp型
窒化物半導体、下部クラッド層をn型窒化物半導体とし
た場合に、上部ガイド層にp型のInGaNを用いる
が、p型InGaNを形成すると結晶性が他の層に比べ
て悪く、素子特性に悪影響を及ぼし、更にその上に形成
するAlGaNの上部クラッド層の結晶性も悪化し、こ
れによる、素子特性の低下が問題となる。
However, as the long wave lengthens, A
The difference in the refractive index between lGaN and InGaN becomes smaller, that is, a loss occurs due to light absorption in the guide layer in the waveguide, and the threshold current increases. Further, when the upper cladding layer is made of a p-type nitride semiconductor and the lower cladding layer is made of an n-type nitride semiconductor, p-type InGaN is used for the upper guide layer. worse compared to, adversely affect the device characteristics, even worse still crystallinity of the upper cladding layer of AlGaN formed thereon, according to this, shortening of element characteristics becomes a problem.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、活性層が
上部クラッド層、下部クラッド層に挟まれた構造を有す
る窒化物半導体素子で、光の波長が440nm以上の長
波長域の発光素子において、両クラッド層に挟まれた導
波路において、光の吸収を低く抑え、活性層を含む導波
路内へ効率的に光を閉込め、さらに良好な結晶性で、素
子構造を形成することが必要である。
According to the present invention, there is provided a nitride semiconductor device having a structure in which an active layer is sandwiched between an upper cladding layer and a lower cladding layer, wherein the light wavelength is 440 nm or more. In the waveguide sandwiched between the cladding layers, it is necessary to suppress the light absorption, efficiently confine the light in the waveguide including the active layer, and form a device structure with better crystallinity. It is.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】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、且つ結晶性の良好な窒化物半導体素子を得るもの
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a nitride semiconductor device having excellent device characteristics such as threshold current density and good crystallinity.

【0009】すなわち本発明の半導体素子は、下記の構
成により本発明の目的を達成することができる。
That is, the semiconductor device of the present invention can achieve the object of the present invention by the following constitution.

【0010】活性層を、p型層とn型層とで挟みこむ構
造を有し、p型層がp型クラッド層を有し、n型層がn
型クラッド層を有する窒化物半導体素子において、前記
活性層がInを含む窒化物半導体を有し、n型クラッド
層と活性層との間にIn混晶比がz>0である窒化物半
導体からなる第1の窒化物半導体層を有し、p型クラッ
ド層と活性層との間にIn混晶比uがz>uである第2
の窒化物半導体層を有することを特徴とする。この構成
により、n型層には、In混晶比z(z>u)の大きな
第1の窒化物半導体層が設けられ、p型層には第1の窒
化物半導体層よりもIn混晶比u(u=0も含む)が小
さい第2の窒化物半導体層が設けられた構造となり、後
述する導波路構造において、導波路内の活性層を挟む非
対称構造が形成される。また、別の発明としては活性層
をp型クラッド層とn型クラッド層とで挟みこむ構造を
有する窒化物半導体素子において、前記活性層がInを
含む窒化物半導体を有し、n型クラッド層と活性層との
間にInを含む窒化物半導体からなる第1の窒化物半導
体層を有し、p型クラッド層と活性層との間にIn混晶
比が0である第2の窒化物半導体層を有することを特徴
とする。この構成により、活性層とp型クラッド層との
間に、Inを含まない、若しくはIn混晶比の小さい窒
化物半導体(第2の窒化物半導体層)を用いることで、
結晶性の悪化を抑制し、活性層とn型クラッド層との間
には、Inを含む窒化物半導体(第1の窒化物半導体
層)を用いることで、両クラッド層に挟まれる導波路と
クラッド層との間に適度な屈折率差を設けることができ
る。特に活性層内で440nm以上の長波長の発光があ
る窒化物半導体素子において、閾値電流の低いレーザ素
子が得られるなど、素子特性に優れた窒化物半導体素子
となる。これは、p型とn型のクラッド層に挟まれた導
波路において、440nm以上の長波長の光を適度な広
がりでもって導波させるには、活性層に用いられるIn
を含む窒化物半導体のIn混晶比以下のInを含む窒化
物半導体、例えば後述する光ガイド層、を導波路内に設
けることが好ましいと考えられていたが、p型不純物で
あるMgをドープしたInを含む窒化物半導体は、結晶
性が大きく悪化するため、素子特性を悪化させることに
ある。すなわち、本発明では、p型クラッド層とn型ク
ラッド層で挟まれた導波路内に、組成が異なり、活性層
を挟む第1の窒化物半導体層と第2の窒化物半導体層と
を有することで、非対称な導波路構造とし、長波長にお
いて素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られる。ま
た、n型、p型クラッド層としては、このような導波路
構造を形成するように、光閉込めのクラッド層として設
ける他、導波路を有していない素子においては、キャリ
ア閉込め層として機能させた構造とすることもできる。
このようなクラッド層としては、活性層よりもバンドギ
ャップエネルギーを大きくすること、活性層が量子井戸
構造の場合には、井戸層よりもバンドギャップエネルギ
ーを大きくし、好ましくは、障壁層よりもバンドギャッ
プエネルギーを大きくする。
[0010] The active layer has a structure sandwiching between p-type layer and the n-type layer, p-type layer has a p-type cladding layer, an n-type layer n
In the nitride semiconductor device having the n-type cladding layer, the active layer has a nitride semiconductor containing In, and the n-type cladding layer and the active layer have an In mixed crystal ratio of z> 0. A second nitride semiconductor layer having a first nitride semiconductor layer and an In mixed crystal ratio u of z> u between the p-type cladding layer and the active layer.
Characterized by having a nitride semiconductor layer. With this configuration, the n-type layer is provided with the first nitride semiconductor layer having a large In mixed crystal ratio z (z> u), and the p-type layer is more mixed with the In nitride crystal than the first nitride semiconductor layer. becomes the ratio u (u = 0 included) the second nitride semiconductor layer is smaller structure provided in the waveguide structure described below, asymmetric structure sandwiching the active layer of the waveguide is formed. According to another aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor device having a structure in which an active layer is sandwiched between a p-type clad layer and an n-type clad layer, wherein the active layer includes a nitride semiconductor containing In. the first has a nitride semiconductor layer, a second nitride in mixed crystal ratio of 0 between the p-type cladding layer and the active layer made of a nitride semiconductor containing in between the active layer It has a semiconductor layer. With this configuration, by using a nitride semiconductor containing no In or having a low In mixed crystal ratio (second nitride semiconductor layer) between the active layer and the p-type cladding layer,
By suppressing the deterioration of crystallinity and using a nitride semiconductor containing In (a first nitride semiconductor layer) between the active layer and the n-type cladding layer, a waveguide sandwiched between both cladding layers can be formed. An appropriate refractive index difference can be provided between the clad layer and the clad layer. Particularly in the nitride semiconductor device with a light emission over a long wavelength 440nm in the active layer, such as a low laser device having a threshold current can be obtained, an excellent nitride semiconductor device in the element characteristics. This is because, in a waveguide sandwiched between p-type and n-type cladding layers, in order to guide light having a long wavelength of 440 nm or more with an appropriate spread, an In layer used for an active layer is used.
It has been considered that it is preferable to provide a nitride semiconductor containing In less than or equal to the In mixed crystal ratio of the nitride semiconductor containing, for example, an optical guide layer, which will be described later, in the waveguide, but doped with Mg which is a p-type impurity. The nitride semiconductor containing In described above has a problem of deteriorating device characteristics because crystallinity is greatly deteriorated. That is, in the present invention, the waveguide sandwiched between the p-type clad layer and the n-type clad layer has the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer having different compositions and sandwiching the active layer. it is, then an asymmetrical waveguide structure, a nitride semiconductor device having excellent device characteristics in the long wavelength is obtained. In addition, as the n-type and p-type cladding layers, a cladding layer for light confinement is provided so as to form such a waveguide structure, and in an element having no waveguide, as a carrier confinement layer. A functioned structure can also be used.
For such a cladding layer, the band gap energy should be larger than that of the active layer. If the active layer has a quantum well structure, the band gap energy should be larger than that of the well layer. Increase the gap energy.

【0011】さらに、上記n型層中の第1の窒化物半導
体層とp型層中の第2の窒化物半導体層との間に活性層
が設けられた素子構造において、前記活性層が、活性層
内の障壁層の中で、最も前記n型層側に配置されたn側
障壁層(2a)と、最も前記p型層側に配置されたp側
障壁層(2c)と、n側障壁層(2a)とp側障壁層
(2b)との間に少なくとも1つのInを含む窒化物半
導体からなる井戸層を有すると共に、前記p側障壁層
(2c)のn型不純物濃度が、n側障壁層(2a)のn
型不純物濃度より小さい構成とすることが好ましい。こ
れは、後述するように、p側障壁層(2c)がキャリア
の注入口となり、p側障壁層(2c)にn型不純物が高
濃度にドープされていると、ホールの活性層への注入を
阻害する傾向にあるため、n側障壁層(2a)よりもn
型不純物濃度を小さくして、n側、p側障壁層の機能を
異なるものとでき、キャリアの注入が良好なものとでき
る。一方で、n側障壁層(2a)は、p側障壁層のn型
不純物濃度より大きくすることで、n型層からのキャリ
アの注入を促進させる構造とできる。またp側障壁層
(2c)のn型不純物濃度としては、p型層近く、若し
くは接して形成されることから、p型不純物の拡散が発
生する場合があり、この場合、p側障壁層(2c)をn
型不純物ドープして形成すると、n型、p型不純物を有
する障壁層となるため、p側障壁層(2c)のキャリア
注入機能が低下する傾向にある。そのため、このような
場合、好ましくはp側障壁層(2c)のn型不純物濃度
をp型不純物濃度より小さくすると、このような機能低
下を回避できる。また、p側障壁層には、いずれにおい
ても、n型不純物濃度を低濃度にすることが好ましく、
具体的には、5×1016/cm未満とすることで、
p側障壁層(2c)の機能向上を図ることができる。
Further, in the element structure in which an active layer is provided between the first nitride semiconductor layer in the n-type layer and the second nitride semiconductor layer in the p-type layer, Among the barrier layers in the active layer, an n-side barrier layer (2a) disposed closest to the n-type layer side, a p-side barrier layer (2c) disposed closest to the p-type layer side, At least one well layer made of a nitride semiconductor containing In is provided between the barrier layer (2a) and the p-side barrier layer (2b), and the n-type impurity concentration of the p-side barrier layer (2c) is n. N of the side barrier layer (2a)
It is preferable to make the configuration smaller than the type impurity concentration. This is because, as described later, when the p-side barrier layer (2c) serves as a carrier injection port and the p-side barrier layer (2c) is heavily doped with n-type impurities, holes are injected into the active layer. It tends to be inhibited the, n than n side barrier layer (2a)
The function of the n-side and p-side barrier layers can be made different by reducing the type impurity concentration, and the carrier injection can be made good. On the other hand, the n-side barrier layer (2a) can have a structure in which carrier injection from the n-type layer is promoted by making the n-type impurity concentration higher than that of the p-side barrier layer. Also, the n-type impurity concentration of the p-side barrier layer (2c) may be close to or in contact with the p-type layer, so that diffusion of the p-type impurity may occur. 2c) to n
When formed by impurity doping, n-type, since a barrier layer having a p-type impurity, carrier injection function of the p-side barrier layer (2c) tends to decrease. Therefore, in such a case, if the n-type impurity concentration of the p-side barrier layer (2c) is preferably lower than the p-type impurity concentration, such a decrease in function can be avoided. In any case, the p-side barrier layer preferably has a low n-type impurity concentration.
Specifically, by setting it to less than 5 × 10 16 / cm 3 ,
The function of the p-side barrier layer (2c) can be improved.

【0012】本発明の窒化物半導体素子において、前記
p型層が、活性層と第2の窒化物半導体層との間、若し
くは活性層とp型クラッド層との間に、Alを含む窒化
物半導体からなるp側電子閉じ込め層を有ることが好ま
しい。このp側電子閉込め層は、n型層からのキャリア
を活性層内に閉じ込める層として機能し、p型クラッド
層が光閉込め層である場合には、p型クラッド層よりも
活性層の近くに配置されたp側電子閉込め層により、主
にキャリア閉込めとして機能させ、クラッド層におい
て、主に光閉込めとして機能させた構造となり、端面発
光素子、レーザ素子に用いることができる。また、p型
クラッド層が光閉込めとして機能させる必要がない素
子、例えば発光素子においては、p型クラッド層とp側
キャリア閉込め層とで、キャリア閉込める構造となる。
p側電子閉込め層としては、クラッド層と同様に活性層
よりもバンドギャップエネルギーを大きくし、量子井戸
構造の活性層においては、井戸層よりもバンドギャップ
エネルギーを大きくし、好ましくは障壁層よりもバンド
ギャップエネルギーを大きくすることが好ましい。ま
た、p型クラッド層が光閉込め層である場合において
は、実施例に示すようにp型クラッド層よりもバンドギ
ャップエネルギーを大きくすることで障壁を大きくで
き、効率的な電子閉込めを可能となり好ましく、一方
で、Al混晶比が大きくなると、後述するp側電子閉込
め層の抵抗値も大きくなる傾向にあることから、このよ
うな場合には、Al混晶比、バンドギャップエネルギー
をp型クラッド層よりも小さくして、高抵抗層による発
熱を抑えて、活性層の機能を高めた構造とできるため好
ましい。
In the nitride semiconductor device according to the present invention, the p-type layer may include a nitride containing Al between an active layer and a second nitride semiconductor layer or between an active layer and a p-type cladding layer. it is preferred that the p-side electron confinement layer made of a semiconductor. The p-side electron confinement layer functions as a layer for confining carriers from the n-type layer in the active layer, and when the p-type cladding layer is a light confinement layer, the p-type cladding layer is more active than the p-type cladding layer. A structure in which the p-side electron confinement layer disposed nearby functions mainly as a carrier confinement and the cladding layer functions mainly as a light confinement can be used for an edge emitting device and a laser device. In an element in which the p-type cladding layer does not need to function as light confinement, for example, in a light-emitting element, the structure is such that the p-type cladding layer and the p-side carrier confinement layer confine carriers.
As the p-side electron confinement layer, the band gap energy is made larger than that of the active layer as in the case of the cladding layer. It is also preferable to increase the band gap energy. When the p-type cladding layer is a light confinement layer, the barrier can be increased by increasing the bandgap energy as compared with the p-type cladding layer as shown in the embodiment, thereby enabling efficient electron confinement. On the other hand, when the Al mixed crystal ratio increases, the resistance value of the p-side electron confinement layer described later tends to increase. In such a case, the Al mixed crystal ratio and the band gap energy are reduced. This is preferable because the structure can be made smaller than the p-type cladding layer to suppress the heat generated by the high-resistance layer and enhance the function of the active layer.

【0013】また、p側電子閉込め層の位置として好ま
しくは、活性層に接して、若しくはバッファ層を介して
接して設けられていることで、電子閉込め機能を高めた
構造とできる。バッファ層については、後述するよう
に、Alを含む窒化物半導体による大きな圧電界と、さ
らにAlを含む窒化物半導体が、活性層、井戸層に用い
られるInを含む窒化物半導体近くに設けられることに
よる内部応力とによる活性層への悪影響を抑え、成長時
においては、下地層として好適な結晶性を得られるよう
に形成される。バッファ層の具体的な組成としては、後
述するように、GaN若しくは、Al混晶比がp側電子
閉込め層より小さいAlを含む窒化物半導体で構成する
と良い。また、このようなp側電子閉込め層が、活性
層、特に井戸層に及ぼす悪影響は、両者の距離を大きく
することで回避できることを示したが、バッファ層も、
p側障壁層(2c)と同様に、このようなスペーサーと
しての機能を持たせることができる。すなわち、活性層
内で最もp側電子閉込め層に近くに、前記n側障壁層
(2a)とp側障壁層(2b)との間に設けられた井戸
層(1b)を有し、該井戸層(1b)とp側障壁層との
距離が100Å以上とする構成により、素子特性に優れ
たものが得られる。この井戸層(1b)とp側障壁層と
の距離を決定するものは、両者の間に介在する層により
決定されるものであり、具体的にはp側障壁層、活性層
とp側電子閉込め層との間に介在するバッファ層であ
り、これらの層の膜厚を調節することにより、素子特性
の向上を図れる。この距離の上限としては、後述するよ
うに、400Å以下とすることである。また、p側障壁
層(2c)を、Inを含む窒化物半導体で構成すると、
第1の窒化物半導体層と同様に、導波路、特に活性層近
傍の屈折率を高めて、光閉込めのクラッド層との間で屈
折率差を高めて、長波長域のレーザ素子、端面発光素子
に優れた素子構造を形成することができる。第2の窒化
物半導体層と、これらバッファ層、p側障壁層(2c)
などのp側電子閉込め層と井戸層(1b)との間に介在
する層との違いは、素子のバイアス時に、活性層近くに
設けられたp側電子閉込め層の近傍において、p−n接
合が形成されることにより、p−n接合部よりも活性層
近くに配置されたバッファ層、p側障壁層(2c)は、
p型層側にInを含む窒化物半導体を設けることによる
悪影響を回避できる傾向にあるためである。
Preferably, the p-side electron confinement layer is provided in contact with the active layer or with a buffer layer interposed therebetween, so that a structure having an enhanced electron confinement function can be obtained. For the buffer layer, as described later, a large piezoelectric field due to a nitride semiconductor containing Al and a nitride semiconductor further containing Al are provided near the nitride semiconductor containing In used for the active layer and the well layer. The active layer is formed so as to suppress an adverse effect on the active layer due to internal stress caused by the internal stress, and to obtain suitable crystallinity as an underlayer during growth. As a specific composition of the buffer layer, as described later, it is preferable that the buffer layer be composed of GaN or a nitride semiconductor containing Al having an Al mixed crystal ratio smaller than that of the p-side electron confinement layer. Further, it has been shown that the adverse effect of such a p-side electron confinement layer on the active layer, particularly on the well layer, can be avoided by increasing the distance between them, but the buffer layer also has
Similar to the p-side barrier layer (2c), such a function as a spacer can be provided. That is, a well layer (1b) provided between the n-side barrier layer (2a) and the p-side barrier layer (2b) is provided closest to the p-side electron confinement layer in the active layer. With a configuration in which the distance between the well layer (1b) and the p-side barrier layer is 100 ° or more, a device having excellent element characteristics can be obtained. What determines the distance of the well layer and (1b) and p-side barrier layer, which is determined by a layer interposed between them, in particular p-side barrier layer, active layer and p-side electron This is a buffer layer interposed between the confinement layer and the device. By adjusting the thickness of these layers, the element characteristics can be improved. The upper limit of this distance is, as described later, 400 degrees or less. Further, when the p-side barrier layer (2c) is made of a nitride semiconductor containing In,
Similarly to the first nitride semiconductor layer, the refractive index in the vicinity of the waveguide, particularly the active layer, is increased to increase the refractive index difference between the waveguide and the cladding layer for confining light. An element structure excellent in a light-emitting element can be formed. The second nitride semiconductor layer, the buffer layer, and the p-side barrier layer (2c)
The difference between the p-side electron confinement layer and the layer interposed between the well layer (1b) is that the p-side electron confinement layer provided near the active layer and the p-side electron confinement layer provided near the active layer when the element is biased. Due to the formation of the n-junction, the buffer layer and the p-side barrier layer (2c) arranged closer to the active layer than the pn junction are
This is because the adverse effect of providing a nitride semiconductor containing In on the p-type layer side tends to be avoided.

【0014】これら前記n側障壁層(2a)、及び/又
は、p側障壁層(2c)は、活性層内で最も外側に配置
されている構造とすることが、上述したn側障壁層(2
a)、p側障壁層(2c)の機能を高めることができ好
ましい。
It is preferable that the n-side barrier layer (2a) and / or the p-side barrier layer (2c) have the outermost structure in the active layer. 2
a) It is preferable because the function of the p-side barrier layer (2c) can be enhanced.

【0015】前記p型クラッド層、n型クラッド層が、
Alを含む窒化物半導体を有することを特徴とする。こ
の構成により、両クラッド層に挟まれた導波路と、各ク
ラッド層との間に、大きな屈折率差を設けることが可能
となり、光の導波に優れた導波路構造が形成され、素子
特性に優れる窒化物半導体素子が得られる。ここで、A
lを含む窒化物半導体として好ましくは、In混晶比が
0でInを含まない窒化物半導体を用いることで、結晶
性に優れ、より大きな屈折率差を設けることができ、さ
らにAlxGa1-xN(0<x≦1)で表される窒化物半
導体を用いることがさらに好ましい。
The p-type clad layer and the n-type clad layer are
It is characterized by having a nitride semiconductor containing Al. With this configuration, it is possible to provide a large difference in the refractive index between the waveguide sandwiched between the two cladding layers and each cladding layer. Thus, a nitride semiconductor device having excellent characteristics can be obtained. Where A
The preferred nitride semiconductor containing l, by using the nitride semiconductor In mixed crystal ratio containing no In in 0, excellent crystallinity can be provided a larger refractive index difference, further Al x Ga 1 It is more preferable to use a nitride semiconductor represented by -xN (0 <x ≦ 1).

【0016】前記活性層がInを含む窒化物半導体から
なる井戸層を有する量子井戸構造を有し、前記第1の窒
化物半導体層のIn混晶比が井戸層のIn混晶比より小
さいことを特徴とする。この構成により、量子井戸構造
の活性層とすることで、量子井戸構造でない場合に比べ
て、発光再結合が促進され、閾値電流を低下させ、出力
を向上させ、素子特性に優れた窒化物半導体素子が得ら
れる。また、第1の窒化物半導体層に用いられる窒化物
半導体のIn混晶比を、井戸層よりも小さくすること
で、井戸層とのバンドギャップエネルギー差を大きくで
き、キャリアの注入を良好にでき素子特性の向上につな
がる。それに加えて、Inは光の導波において、光を吸
収・散乱させる作用があることから、In混晶比の低い
窒化物半導体の第1の窒化物半導体層と、Inを含まな
い第2の窒化物半導体層を用いることで、光の損失を抑
えて、閾値電流、駆動電流を低下させた窒化物半導体素
子となる。ここで、活性層が量子井戸構造でない場合に
も、活性層に用いられる窒化物半導体のIn混晶比よ
り、第1の窒化物半導体層のIn混晶比を小さくするこ
とで同様な効果が得られる。
The active layer has a quantum well structure having a well layer composed of a nitride semiconductor containing In, and the In nitride crystal ratio of the first nitride semiconductor layer is smaller than the In alloy crystal ratio of the well layer. the features. With this configuration, by forming an active layer having a quantum well structure, a light emitting recombination is promoted, a threshold current is reduced, an output is improved, and a nitride semiconductor having excellent device characteristics is provided, as compared with a case without a quantum well structure. An element is obtained. Further, by making the In mixed crystal ratio of the nitride semiconductor used for the first nitride semiconductor layer smaller than that of the well layer, the band gap energy difference between the well layer and the well layer can be increased, and the injection of carriers can be improved. This leads to improvement in device characteristics. In addition, since In has an effect of absorbing and scattering light in light guiding, a first nitride semiconductor layer of a nitride semiconductor having a low In mixed crystal ratio and a second nitride not containing In are included. By using the nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor element in which loss of light is suppressed and threshold current and drive current are reduced is obtained. Here, even when the active layer does not have a quantum well structure, the same effect can be obtained by reducing the In mixed crystal ratio of the first nitride semiconductor layer from the In mixed crystal ratio of the nitride semiconductor used for the active layer. can get.

【0017】前記第1の窒化物半導体層が活性層に接し
て設けられることを特徴とする。この構成により、図
5,6に示すように、n型クラッド層から段階的にバン
ドギャップエネルギー差が小さくなって活性層につなが
る構造となり、活性層、井戸層内にキャリアが効率的に
注入され、素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られ
る。また、上述したように、Inによる光の損失が発生
があることから、第1の窒化物半導体層を活性層に接し
て設けることで、導波路内での光の分布が、活性層に重
なったピークを有して、活性層内に多くの光が分布する
構造となるものと考えられ、活性層とほぼ同様な層とし
て機能し、導波路内での光の損失を低く抑えることがで
きる。一方で、図8、図10に示すように、第1の窒化
物半導体層のIn混晶比zを、前記n側障壁層(2a)
のIn混晶比vと、ほぼ同じか、小さくすること、すな
わち、z≦vであることによって、In混晶比をn側障
壁層よりも大きくでき、このことにより導波路の屈折率
を大きくした構造とできる。この場合、p型層からのキ
ャリア閉込めは、主にn側障壁層(2b)が担うことと
なるが、ホールの拡散長が電子よりも小さい窒化物半導
体においては、p側電子閉込め層のように大きな障壁を
設けなくても、活性層内へのキャリア閉込めが可能とで
きる。すなわち、p型層からのキャリア閉込めにおいて
は、バンドギャップエネルギーの大きなn側障壁層(2
a)が担うように、最小にして、簡略化を実現し、た構
造とし、一方で、第1の窒化物半導体層が大きなIn混
晶比を有することで、活性層、導波路中心部の屈折率を
大きくして、光の導波に優れた素子構造の形成が可能と
なる。
[0017] The semiconductor device is characterized in that the first nitride semiconductor layer is provided in contact with an active layer. With this configuration, as shown in FIGS. 5 and 6, the band gap energy difference is reduced stepwise from the n-type cladding layer to connect to the active layer, and carriers are efficiently injected into the active layer and the well layer. Thus, a nitride semiconductor device having excellent device characteristics can be obtained. Further, as described above, since light is lost due to In, by providing the first nitride semiconductor layer in contact with the active layer, the light distribution in the waveguide overlaps with the active layer. It is considered that the structure has a peak, and a large amount of light is distributed in the active layer, functions as a layer almost similar to the active layer, and can reduce light loss in the waveguide. . On the other hand, as shown in FIG. 8 and FIG. 10, the In mixed crystal ratio z of the first nitride semiconductor layer is set to
Is substantially equal to or smaller than the In mixed crystal ratio v, that is, when z ≦ v, the In mixed crystal ratio can be made larger than that of the n-side barrier layer, thereby increasing the refractive index of the waveguide. possible to the structure. In this case, carrier confinement from the p-type layer is mainly performed by the n-side barrier layer (2b). However, in a nitride semiconductor in which the diffusion length of holes is smaller than that of electrons, the p-side electron confinement layer It is possible to confine carriers in the active layer without providing a large barrier as in the above. That is, in confining carriers from the p-type layer, the n-side barrier layer (2
a) plays the role of minimizing the simplification and realizing a structure, while the first nitride semiconductor layer has a large In mixed crystal ratio, so that the active layer and the center of the waveguide can be formed. by increasing the refractive index, the formation of excellent device structure waveguiding of light becomes possible.

【0018】p型クラッド層と活性層との間に前記第2
の窒化物半導体層からなるp型光ガイド層と、該p型光
ガイド層と活性層との間にAlを含む窒化物半導体から
なるp側電子閉込め層を有することを特徴とする。この
構成により、導波路内において、活性層とp型クラッド
層との間を、p側電子閉込め層と第2の窒化物半導体層
からなるp型光ガイド層を有することで、結晶性の悪
化、Inによる光の損失を抑えて、素子特性が向上す
る。このとき、p側電子閉込め層を有することで、電子
が活性層に効率的に閉じ込められて、素子特性が良好な
ものとなり、このように作用させるには、Alを含む窒
化物半導体をp側電子閉込め層に用いることが必用であ
り、特に光の損失を低く抑えるため好ましくは、Inを
含まない窒化物半導体を用いることであり、さらに好ま
しくは、AlzGa1-zN(0<z≦1)で表される窒化
物半導体を用いることである。
Between the p-type cladding layer and the active layer, the second
And a p-type electron confinement layer made of a nitride semiconductor containing Al between the p-type light guide layer and the active layer. With this configuration, the p-type light guide layer including the p-side electron confinement layer and the second nitride semiconductor layer is provided between the active layer and the p-type cladding layer in the waveguide, so that the crystallinity is improved. Deterioration and loss of light due to In are suppressed, and the device characteristics are improved. At this time, by having the p-side electron confinement layer, the electrons are efficiently confined in the active layer, and the device characteristics are improved. It is necessary to use it for the side electron confinement layer. In particular, in order to keep light loss low, it is preferable to use a nitride semiconductor containing no In, and more preferably Al z Ga 1 -z N That is, a nitride semiconductor represented by <z ≦ 1) is used.

【0019】前記活性層と第1の窒化物半導体層との間
に、In混晶比が0である窒化物半導体からなるn型光
ガイド層を有することを特徴とする。この構成により、
導波路内において、n型光ガイド層は、Inを含まない
ことから光の損失のないガイド層となり、第1の窒化物
半導体層は、導波路とクラッド層との間の屈折率差を大
きくする層として機能し、素子特性が向上する。
An n-type light guide layer made of a nitride semiconductor having an In mixed crystal ratio of 0 is provided between the active layer and the first nitride semiconductor layer. With this configuration,
In the waveguide, the n-type optical guide layer does not contain In and thus becomes a guide layer without light loss, and the first nitride semiconductor layer increases the refractive index difference between the waveguide and the cladding layer. Function as a layer to be formed, and the element characteristics are improved.

【0020】前記第1の窒化物半導体層の膜厚が300
Å以上であることを特徴とする。この構成により、上述
した第1の窒化物半導体層を有することによる導波路内
の屈折率を大きくする効果が大きくなり、クラッド層と
の屈折率差を大きくでき、素子特性が向上する。
The film thickness of the first nitride semiconductor layer is 300
Å or more. With this configuration, the effect of having the first nitride semiconductor layer described above to increase the refractive index in the waveguide increases, and the difference in refractive index from the cladding layer can be increased, thereby improving device characteristics.

【0021】前記活性層内で最もn型層側の層としてn
側障壁層を有し、該n側障壁層と前記第1の窒化物半導
体層との膜厚の和が、300Å以上であることを特徴と
する。
In the active layer, the layer closest to the n-type layer is n
And a sum of film thicknesses of the n-side barrier layer and the first nitride semiconductor layer is 300 ° or more.

【0022】また、本発明の別の形態としては、前記p
型クラッド層と、n型クラッド層とが、光閉込めのクラ
ッド層であり、前記p型クラッド層と、n型クラッド層
との少なくとも一方は、少なくともAlを含む窒化物半
導体を有する第1の層と、第1の層とはバンドギャップ
エネルギーの異なる第2の層とが交互に積層された多層
膜クラッド層を、光閉込め層とすることである。クラッ
ド層を多層膜で形成する場合には、組成の異なる窒化物
半導体を複数積層するものであり、具体的にはAl組成
比の異なる窒化物半導体を複数積層する。このように多
層膜で形成すると、単一膜の場合における結晶性の悪
化、クラックの発生を、抑制することが可能となる。具
体的には、多層膜として、第1の層と、それと異なる組
成の第2の層とを積層し、屈折率、バンドギャップエネ
ルギーの異なる層を複数設ける。例えば、Al組成比x
1の第1の層と、Al組成比x2(x1≠x2)の第2
の層とを積層した構造の多層膜でも良く、この時Al組
成比をx1>x2(0≦x2、x1≦1)とした構成と
すると、Al組成比の大きな第1の層で屈折率を小さ
く、バンドギャップエネルギーを大きくし、Al組成比
の小さい第2の層で、第1の層を形成することによる結
晶性の悪化を抑えることができる。また、第1の層、第
2の層を積層し、第2の層と組成の異なる第5の層を積
層するなどして、更に複数の組成の異なる層を積層して
も良い。また、第1の層、第2の層を交互に複数積層し
た構造であっても良く、少なくとも第1の層、第2の層
を有する対を、複数対形成した構造としても良い。この
ような、多層膜構造では、Alを含む窒化物半導体の結
晶性悪化を抑えて、膜厚を大きくすることができるた
め、光閉込めにおいて重要となる膜厚を得ることが可能
となる。
In another embodiment of the present invention, the p
A first cladding layer and an n-type cladding layer are light-confining cladding layers, and at least one of the p-type cladding layer and the n-type cladding layer has a nitride semiconductor containing at least Al. A multilayer clad layer in which layers and second layers having different band gap energies from the first layer are alternately stacked is to be a light confinement layer. When the clad layer is formed of a multilayer film, a plurality of nitride semiconductors having different compositions are stacked, and more specifically, a plurality of nitride semiconductors having different Al composition ratios are stacked. By forming a multilayer film in this way, it is possible to suppress the deterioration of crystallinity and the occurrence of cracks in the case of a single film. Specifically, a first layer and a second layer having a different composition from the first layer are stacked as a multilayer film, and a plurality of layers having different refractive indices and band gap energies are provided. For example, Al composition ratio x
1 and a second layer having an Al composition ratio x2 (x1 ≠ x2).
A multilayer film having a structure in which the Al layer and the Al layer are stacked may be used. At this time, if the Al composition ratio is set to x1> x2 (0 ≦ x2, x1 ≦ 1), the refractive index of the first layer having a large Al composition ratio is increased. The second layer, which is small, has a large band gap energy, and has a small Al composition ratio, can suppress deterioration of crystallinity due to the formation of the first layer. Further, a plurality of layers having different compositions may be further stacked by stacking the first layer and the second layer, and stacking a fifth layer having a different composition from the second layer. Further, a structure in which a plurality of first layers and second layers are alternately stacked may be employed, and a structure in which a plurality of pairs including at least the first layer and the second layer are formed may be employed. In such a multilayer structure, since the crystallinity of the nitride semiconductor containing Al can be suppressed and the film thickness can be increased, it is possible to obtain a film thickness important in light confinement.

【0023】多層膜構造のクラッド層において、超格子
構造とすることで、更に結晶性を良好なものとして、ク
ラッド層を形成することができ好ましい。ここで、超格
子構造は、クラッド層の少なくとも一部に設けることで
あり、好ましくは全てにおいて超格子構造を設けること
で、結晶性良くクラッド層を形成できる。この時、超格
子構造としては、光ガイド層の場合と同様に、少なくと
も第1の層と、第2の層とを交互に複数積層したり、少
なくとも第1の層と第2の層とを有する対を、複数対設
けた構造とする。超格子構造を構成する各層の膜厚とし
ては、組成及び各層の組み合わせによりその膜厚は異な
るが、具体的には、10nm以下とすることであり、好
ましくは7.5nm以下とすることで結晶性を良好に保
つことができ、更に好ましくは5nm以下とすること
で、より良好な結晶性とすることができる。このとき、
少なくとも第1、2の層の一方を上記膜厚範囲とし、好
ましくは両方の膜厚とも上記膜厚範囲とすることで厚膜
でのクラッド層形成が良好な結晶性となる。
It is preferable that the clad layer having a multilayer structure has a superlattice structure so that the crystallinity can be further improved and the clad layer can be formed. Here, the superlattice structure is provided on at least a part of the clad layer. Preferably, the superlattice structure is provided on all of the clad layers so that the clad layer can be formed with good crystallinity. At this time, as the superlattice structure, as in the case of the light guide layer, at least the first layer and the second layer are alternately laminated in a plurality, or at least the first layer and the second layer are formed. A structure having a plurality of pairs is provided. The thickness of each layer constituting the superlattice structure varies depending on the composition and the combination of each layer, but is specifically 10 nm or less, preferably 7.5 nm or less. sex and can be kept good, and more preferably may be that a better crystallinity and 5nm or less. At this time,
By setting at least one of the first and second layers within the above-described thickness range, and preferably setting both of the thicknesses within the above-described thickness range, the formation of a thick clad layer becomes favorable in crystallinity.

【0024】クラッド層には、少なくとも各導電型の不
純物をドープすることが好ましく、光ガイド層と同様
に、全体にドープしても、部分的にドープしても良い。
また、多層膜の場合にも光ガイド層と同様に、例えば前
記第1の層、第2の層を有する多層膜で、両方にドープ
しても良く、又は第1の層と第2の層とで異なるドープ
量とするか、一方にドープして、他方をアンドープとし
た変調ドープとしても良い。例えば、前記第1の層/第
2の層が、Alx1Ga1−x1N(0<x1≦1)/
Alx2Ga1−x2N(0≦x2≦1、x1>x2)
の超格子多層膜構造である場合に、Al組成比の小さい
第2の層に不純物ドープして、第1の層をアンドープと
することで、光ガイド層と同様に結晶性を良くすること
ができる。
The cladding layer is preferably doped with at least impurities of each conductivity type. Like the light guide layer, the cladding layer may be doped entirely or partially.
In the case of a multilayer film, similarly to the light guide layer, for example, the multilayer film having the first layer and the second layer may be doped with both, or the first layer and the second layer may be doped. Alternatively, the modulation doping may be different from that described above, or one may be doped and the other may be undoped. For example, the first layer / the second layer is composed of Al x1 Ga 1-x1 N (0 <x1 ≦ 1) /
Al x2 Ga 1-x2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, x1> x2)
In the case of the superlattice multilayer film structure, the second layer having a small Al composition ratio is doped with impurities and the first layer is undoped, whereby the crystallinity can be improved similarly to the light guide layer. it can.

【0025】クラッド層の膜厚としては特に限定されな
いが、10nm以上2μm以下、50nm以上1μm以
下の範囲で形成する。これは、10nm以上とすること
でキャリアの閉込めが可能で、2μm以下とすること
で、結晶性の悪化を抑え、更に50nm以上とすること
で光閉込めが可能となりレーザ素子、端面発光素子など
に用いることができ、1μm以下とすることで、結晶性
良くクラッド層を形成することができる。
The thickness of the cladding layer is not particularly limited, but is formed in the range of 10 nm or more and 2 μm or less and 50 nm or more and 1 μm or less. When the thickness is 10 nm or more, the confinement of carriers is possible. When the thickness is 2 μm or less, the deterioration of crystallinity is suppressed. For example, when the thickness is 1 μm or less, the cladding layer can be formed with good crystallinity.

【0026】さらに、上記光閉込めのクラッド層に加え
て、前記p型クラッド層、n型クラッド層の少なくとも
一方と、活性層との間に、光ガイド層を有し、該光ガイ
ド層は、少なくともInを含む窒化物半導体を有する第
3の層と、第3の層とはバンドギャップエネルギーの異
なる第4の層とが交互に積層された多層膜光ガイド層を
設けた構造とすることができる。この多層膜光ガイド層
の組成については、上記多層膜クラッド層と同様に、超
格子構造の多層膜とすることが好ましい。具体的には、
In組成比の異なる窒化物半導体を複数積層する。この
ように多層膜で形成すると、図10に示すように、n型
層側には、活性層近傍に配置された第1の窒化物半導体
層と、クラッド層側に配置された多層膜光ガイド層とが
設けられる構造とでき、導波路の屈折率を低下できる構
造となり、単一膜のInを含む窒化物半導体からなる光
ガイド層を設ける場合における結晶性の悪化を、抑制す
ることが可能となる。具体的には、多層膜として、第6
の層と、それと異なる組成の第4の層とを積層し、屈折
率、バンドギャップエネルギーの異なる層を複数設け
る。例えば、In組成比y1の第3の層と、In組成比
y2(y1≠y2)の第4の層とを積層した構造の多層
膜でも良く、この時In組成比をy1>y2(0≦y
2、y1≦1)とした構成とすると、In組成比の大き
な第3の層で屈折率を大きく、バンドギャップエネルギ
ーを大きくし、In組成比の小さい第4の層で、第3の
層を形成することによる結晶性の悪化を抑えることがで
きる。また、第3の層、第4の層を積層し、第4の層と
組成の異なる第6の層を積層するなどして、更に複数の
組成の異なる層を積層しても良い。また、第3の層、第
4の層を交互に複数積層した構造であっても良く、少な
くとも第3の層、第4の層を有する対を、複数対形成し
た構造としても良い。このような、多層膜構造では、I
nを含む窒化物半導体の結晶性悪化を抑えて、導波路の
屈折率を大きくした構造とでき、クラッド層との屈折率
差を高めることができる。
Further, in addition to the light confining cladding layer, a light guiding layer is provided between at least one of the p-type cladding layer and the n-type cladding layer and the active layer. A multilayer light guide layer in which a third layer having a nitride semiconductor containing at least In and a fourth layer having a band gap energy different from that of the third layer are alternately stacked. Can be. The composition of the multilayer film optical guide layer, like the multilayer film cladding layer, it is preferable that the multilayer film of super lattice structure. In particular,
A plurality of nitride semiconductors having different In composition ratios are stacked. When formed with a multilayer film in this way, as shown in FIG. 10, the first nitride semiconductor layer arranged near the active layer and the multilayer light guide arranged near the cladding layer are provided on the n-type layer side. And a structure in which the refractive index of the waveguide can be reduced, and it is possible to suppress the deterioration of crystallinity in the case where a light guide layer made of a nitride semiconductor containing In as a single film is provided. Becomes Specifically, as the multilayer film, the sixth layer
And a fourth layer having a composition different therefrom are stacked, and a plurality of layers having different refractive indices and band gap energies are provided. For example, a multilayer film having a structure in which a third layer having an In composition ratio y1 and a fourth layer having an In composition ratio y2 (y1 ≠ y2) may be stacked. At this time, the In composition ratio is set to y1> y2 (0 ≦ 0). y
2, y1 ≦ 1) and the when the structure, increasing the refractive index with a large third layer of the In composition ratio, increasing the band gap energy, a small fourth layer In composition ratio, the third layer Deterioration of crystallinity due to formation can be suppressed. Further, a plurality of layers having different compositions may be further stacked by stacking a third layer and a fourth layer, and stacking a sixth layer having a different composition from the fourth layer. Further, a structure in which a plurality of third layers and fourth layers are alternately stacked may be employed, or a structure in which a plurality of pairs including at least the third layer and the fourth layer are formed may be employed. In such a multilayer structure, I
It is possible to suppress the deterioration of the crystallinity of the nitride semiconductor containing n, to increase the refractive index of the waveguide, and to increase the refractive index difference from the cladding layer.

【0027】多層膜構造の光ガイド層において、超格子
構造とすることで、更に結晶性を良好なものとして、光
ガイド層を形成することができ好ましい。ここで、超格
子構造は、光ガイド層の少なくとも一部に設けることで
あり、好ましくは全てにおいて超格子構造を設けること
で、結晶性良く光ガイド層を形成できる。この時、超格
子構造としては、クラッド層の場合と同様に、少なくと
も第3の層と、第4の層とを交互に複数積層したり、少
なくとも第3の層と第4の層とを有する対を、複数対設
けた構造とする。超格子構造を構成する各層の膜厚とし
ては、組成及び各層の組み合わせによりその膜厚は異な
るが、具体的には、10nm以下とすることであり、好
ましくは7.5nm以下とすることで結晶性を良好に保
つことができ、更に好ましくは5nm以下とすること
で、より良好な結晶性とすることができる。このとき、
少なくとも第1、2の層の一方を上記膜厚範囲とし、好
ましくは両方の膜厚とも上記膜厚範囲とすることで光ガ
イド層形成が良好な結晶性となる。
It is preferable that the light guide layer having a multilayer structure has a superlattice structure so that crystallinity can be further improved and the light guide layer can be formed. Here, the superlattice structure is provided in at least a part of the light guide layer, and preferably, the light guide layer can be formed with good crystallinity by providing the superlattice structure in all the light guide layers. At this time, as in the case of the cladding layer, the superlattice structure has at least a third layer and a fourth layer alternately stacked in a plurality, or has at least a third layer and a fourth layer. The structure is such that a plurality of pairs are provided. The thickness of each layer constituting the superlattice structure varies depending on the composition and the combination of each layer, but is specifically 10 nm or less, preferably 7.5 nm or less. sex and can be kept good, and more preferably may be that a better crystallinity and 5nm or less. At this time,
By setting at least one of the first and second layers within the above-mentioned thickness range, and preferably setting both of the thicknesses within the above-described thickness range, favorable crystallinity of the formation of the light guide layer is achieved.

【0028】クラッド層には、少なくとも各導電型の不
純物をドープすることが好ましく、光ガイド層と同様
に、全体にドープしても、部分的にドープしても良い。
また、多層膜の場合にも光ガイド層と同様に、例えば前
記第3の層、第4の層を有する多層膜で、両方にドープ
しても良く、又は第3の層と第4の層とで異なるドープ
量とするか、一方にドープして、他方をアンドープとし
た変調ドープとしても良い。例えば、前記第3の層/第
4の層が、Iny1Ga1−y1N(0<y1≦1)/
Iny2Ga1−y2N(0≦y2≦1、y1>y2)
の超格子多層膜構造である場合に、In組成比の小さい
第4の層に不純物ドープして、第3の層をアンドープと
することで、クラッド層と同様に結晶性を良くすること
ができる。
The cladding layer is preferably doped with at least impurities of each conductivity type. Like the light guide layer, it may be doped entirely or partially.
In the case of a multilayer film, similarly to the light guide layer, for example, a multilayer film having the third layer and the fourth layer may be doped in both, or the third layer and the fourth layer may be doped. It is also possible to use a different doping amount depending on the above or a modulation doping in which one is doped and the other is undoped. For example, the third layer / fourth layer is composed of In y1 Ga 1-y1 N (0 <y1 ≦ 1) /
In y2 Ga 1-y2 N ( 0 ≦ y2 ≦ 1, y1> y2)
In the case of the superlattice multilayer structure of the above, the fourth layer having a small In composition ratio is doped with impurities and the third layer is undoped, whereby the crystallinity can be improved similarly to the cladding layer. .

【0029】また、光ガイド層の膜厚としては、特に限
定されるものではないが、10nm以上1μm以下、好
ましくは50nm以上500nm以下とすることで、上
記第1,2の窒化物半導体層とを組み合わせた構造にお
いて、優れた導波路構造が形成される。さらに好ましく
は、100nm以上300nm以下とすることで、前記
第1の窒化物半導体層、第2の窒化物半導体層と光ガイ
ド層とを組み合わせて用いる構成において、好適な光導
波路が形成され、効率的に光が閉じ込められて、閾値電
流を低減させることができる。
The thickness of the light guide layer is not particularly limited, but may be 10 nm or more and 1 μm or less, preferably 50 nm or more and 500 nm or less. , A superior waveguide structure is formed. More preferably, when the thickness is 100 nm or more and 300 nm or less, a suitable optical waveguide is formed in a configuration in which the first nitride semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer, and the optical guide layer are used in combination, and the efficiency is improved. Light is confined, and the threshold current can be reduced.

【0030】n型層が、光ガイド層を有し、該n型層の
光ガイド層と活性層との間に、第1の窒化物半導体層を
有することで、良好な導波路構造が形成される。前記p
型層が、光ガイド層を有し、該p型層の光ガイド層が、
前記第2の窒化物半導体層を有することで、Inを含む
窒化物半導体にによる結晶性悪化を抑えると共に、導波
路の屈折率を高めた構造とできる。
A good waveguide structure is formed by the n-type layer having a light guide layer and the first nitride semiconductor layer between the light guide layer of the n-type layer and the active layer. Is done. The p
The mold layer has a light guide layer, and the light guide layer of the p-type layer is
By having the second nitride semiconductor layer, it is possible to suppress the crystallinity deterioration due to the nitride semiconductor containing In and to increase the refractive index of the waveguide.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】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I
nN、又はこれらの混晶である窒化ガリウム系化合物半
導体(InxAlyGa1-x-yN、0≦x、0≦y、x+
y≦1)がある。その他に前記窒化ガリウム系化合物半
導体の一部を、B、Pで置換した、混晶でもよい。ま
た、活性層、井戸層、障壁層などに用いられるInを含
む窒化物半導体は、具体的には、InxAlyGa1-x-y
N(0<x、0≦y、x+y≦1)で表される窒化物半
導体を用いることである。また、Alを含む窒化物半導
体として、具体的には、InxAlyGa1-x-yN(0≦
x、0<y、x+y≦1)で表される窒化物半導体を用
いることである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The nitride semiconductor used in the nitride semiconductor device of the present invention is GaN, AlN, or IN.
nN or a gallium nitride-based compound semiconductor which is a mixed crystal thereof (In x Al y Ga 1-xy N, 0 ≦ x, 0 ≦ y, x +
y ≦ 1). In addition, a mixed crystal in which a part of the gallium nitride-based compound semiconductor is substituted with B and P may be used. In addition, a nitride semiconductor containing In used for an active layer, a well layer, a barrier layer, or the like is specifically In x Al y Ga 1-xy
In other words, a nitride semiconductor represented by N (0 <x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) is used. Further, as a nitride semiconductor including Al, specifically, In x Al y Ga 1- xy N (0 ≦
x, 0 <y, x + y ≦ 1).

【0032】(活性層)本発明における活性層として
は、少なくともInを含む窒化物半導体を有し、特に波
長440nm以上の発光をするものである。ここで、I
nを含む窒化物半導体としては、その組成は特に限定さ
れないが、好ましくはInxGa1-xN(0<x≦1)で
表される窒化物半導体を用いることである。このとき、
Inを含む窒化物半導体には、ノンドープ、n型不純物
ドープ、p型不純物ドープのいずれでもよいが、好まし
くはノンドープ若しくはアンドープ、又はn型不純物ド
ープのInを含む窒化物半導体を活性層内に設けること
で、レーザ素子、発光素子などの窒化物半導体素子にお
いて、高出力化が図れる。また、活性層が、量子井戸構
造を有する場合には、このInを含む窒化物半導体が少
なくとも井戸層に用いられる。ここで、量子井戸構造と
しては、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。この
時、量子井戸構造である場合に、井戸層数としては、1
以上4以下とすることで、例えばレーザ素子において
は、閾値電流を低くすることが可能となり好ましく、更
に好ましくは、井戸層数を2又は3とした多重量子井戸
構造とすることで、高出力のレーザ素子、発光素子が得
られる傾向にある。
(Active Layer) The active layer according to the present invention has a nitride semiconductor containing at least In, and emits light having a wavelength of 440 nm or more. Where I
Although the composition of the nitride semiconductor containing n is not particularly limited, a nitride semiconductor represented by In x Ga 1 -xN (0 <x ≦ 1) is preferably used. At this time,
The nitride semiconductor containing In may be non-doped, n-type doped, or p-type doped, but preferably a non-doped or undoped or n-type doped nitride semiconductor containing In is provided in the active layer. Thus, high output can be achieved in a nitride semiconductor device such as a laser device and a light emitting device. When the active layer has a quantum well structure, the nitride semiconductor containing In is used for at least the well layer. Here, the quantum well structure may be either a multiple quantum well structure or a single quantum well structure. Preferably, by using a multiple quantum well structure, output can be improved, oscillation threshold can be reduced, and the like. As the quantum well structure of the active layer, a structure in which a well layer and a barrier layer described later are stacked can be used. At this time, in the case of a quantum well structure, the number of well layers is 1
By setting the number to 4 or less, for example, in a laser device, it is possible to reduce the threshold current, and it is more preferable. Laser elements and light emitting elements tend to be obtained.

【0033】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)
/障壁層(3)/・・・/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、井戸層の上に、Alを含む窒化物半導体からなる上
部障壁層と、その上に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を設ける構造などがあげ
られる。具体的には、井戸層の上に配置されAlを含む
窒化物半導体からなる上部障壁層を設けることで、井戸
層内に、Inの偏析、In濃度の面内分布を誘発し、量
子ドット、量子細線効果が得られる傾向にあるため、こ
れを用いても良い。この時、Alを含む窒化物半導体と
しては、具体的には、InxAlyGa1-x-yN(0≦
x、0<y、x+y≦1)で表される窒化物半導体を用
いることであり、好ましくは3元混晶のAlzGa1-z
(0<z≦1)を用いることで、結晶性、制御性良く成
長させることが可能となるため好ましい。また、Alを
含む窒化物半導体は、上部障壁層に限らず、井戸層の下
に配置された下部障壁層としても良く、前記障壁層(1)
と(3)に挟まれた障壁層(2)として設けても良い。好まし
くは、井戸層の下部に接して設けられる下部障壁層以外
に用いることであり、なぜなら良好な結晶性でもって井
戸層が形成される傾向にあり、また上述した量子効果が
得られやすい傾向にあるからである。井戸層の下に接す
る下部障壁層としては、Alを含まない窒化物半導体を
用いることが好ましく、InxGa1 -xN(0≦x≦1)
の窒化物半導体を用いることが、井戸層の結晶性の点か
ら好ましく、さらにはIn混晶比xが0より大きいIn
GaNとする方が、井戸層に対する下地層の効果が得ら
れ好ましい。
In the multiple quantum well structure, the number of barrier layers sandwiched between the well layers is not limited to one (well layer / barrier layer / well layer), but may be two or more layers. The barrier layer of "well layer / barrier layer (1) / barrier layer (2)
/ Barrier layer (3) /.../ well layer "
A plurality of barrier layers having different impurity amounts may be provided. For example, there is a structure in which an upper barrier layer made of a nitride semiconductor containing Al is provided on a well layer, and a lower barrier layer having a smaller energy band gap than the upper barrier layer is provided thereon. Specifically, by providing an upper barrier layer made of a nitride semiconductor containing Al disposed on the well layer, segregation of In and in-plane distribution of In concentration are induced in the well layer, and quantum dots, Since the quantum wire effect tends to be obtained, this may be used. At this time, as the nitride semiconductor containing Al, specifically, In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦
x, 0 <y, x + y ≦ 1), preferably a ternary mixed crystal Al z Ga 1 -zN.
The use of (0 <z ≦ 1) is preferable because the crystal can be grown with good crystallinity and controllability. Further, the nitride semiconductor containing Al is not limited to the upper barrier layer, and may be a lower barrier layer disposed below the well layer.
And (3) may be provided as a barrier layer (2). It is preferable to use a layer other than the lower barrier layer provided in contact with the lower part of the well layer because the well layer tends to be formed with good crystallinity and the above-described quantum effect tends to be easily obtained. Because there is. The lower barrier layer in contact with the bottom of the well layer, it is preferable to use a nitride semiconductor not containing Al, In x Ga 1 -x N (0 ≦ x ≦ 1)
Is preferable from the viewpoint of the crystallinity of the well layer.
GaN is preferred because the effect of the underlayer on the well layer can be obtained.

【0034】(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。
Examples of the well layer in the (well layer) the present invention, it is preferable to use a nitride semiconductor layer containing In, as the case concrete composition, In α Ga 1-α N
(0 <α ≦ 1) can be preferably used. This results in a well layer that enables good light emission and oscillation. At this time, the emission wavelength can be determined by the In mixed crystal ratio.

【0035】また、井戸層の膜厚及び井戸層の数として
は、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、200Å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。
The thickness of the well layer and the number of the well layers can be arbitrarily determined. When the specific film thickness is in the range of 10 ° to 300 °, preferably in the range of 20 ° to 200 °, Vf and the threshold current density can be reduced. Further, from the viewpoint of crystal growth, if the thickness is 20 ° or more, a layer having a relatively uniform film quality without large unevenness in film thickness can be obtained. It becomes possible. The number of well layers in the active layer is not particularly limited, and is 1 or more. At this time, when the number of well layers is 4 or more, the active layer becomes The overall film thickness increases, and Vf
Is increased, the thickness of the well layer is reduced to 100 Å.
It is preferable to keep the thickness of the active layer low within the following range.

【0036】本発明の井戸層には、前記活性層内のIn
を含む窒化物半導体と同様に、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I
n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/cm3以下と実
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。
In the well layer of the present invention, In in the active layer
Similarly to the nitride semiconductor containing, the n-type impurity may or may not be doped. However, the well layer is I
Nitride semiconductor is used containing n, the crystallinity and the n-type impurity concentration is increased tends to deteriorate, it is preferable that the n-type impurity concentration kept low in the good crystallinity well layer. Specifically, in order to maximize the crystallinity, the well layer is grown undoped. At this time, the n-type impurity concentration is 5 × 10 16 / cm 3 or less, which is substantially n-type. That is, the well layer contains no impurities.
Further, when the well layer is doped with an n-type impurity, if the n-type impurity concentration is in the range of 1 × 10 18 or less and 5 × 10 16 or more, deterioration of crystallinity is suppressed and carrier concentration is reduced. Can be increased, and the threshold current density and Vf can be reduced. At this time, since the n-type impurity concentration of the well layer is almost the same as or smaller than the n-type impurity concentration of the barrier layer, light emission recombination in the well layer is promoted, and the light emission output tends to be improved. preferable. At this time, the well layer and the barrier layer may be grown undoped to form a part of the active layer.

【0037】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、スーパーフォトルミネ
センスダイオードなど)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、高い効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
出力の素子では、井戸層のn型不純物濃度を、少なくと
も1×1018/cm3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1×1
18/cm3、好ましくは1×1017/cm3以下とすること
である。
In particular, when the element is driven by a large current (such as a high-output LD, a high-power LED, or a superphotoluminescence diode), the well layer is undoped.
By not substantially containing an n-type impurity, recombination of carriers in the well layer is promoted, and light-emitting recombination with high efficiency is realized. Conversely, when the n-type impurity is doped into the well layer,
Since the carrier concentration in the well layer is high, the probability of radiative recombination is rather reduced, and a vicious cycle occurs, which causes an increase in drive current and drive current under a constant output, and reliability of the device (device life).
Tend to decrease significantly. For this reason, in such a high-output device, the n-type impurity concentration of the well layer is set to at least 1 × 10 18 / cm 3 or less, and preferably, the undoped or substantially n-type impurity-free concentration. By doing so, a nitride semiconductor device capable of high-output and stable driving can be obtained. Also, in the case of a laser element in which an n-type impurity is doped in a well layer, the spectral width of the peak wavelength of laser light tends to be widened, so that it is not preferable that the 1 × 1
0 18 / cm 3 , preferably 1 × 10 17 / cm 3 or less.

【0038】(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、井戸層との間にバンド
ギャップエネルギー差が設けられる、井戸層よりもバン
ドギャップエネルギーが大きくなる、ように、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G
aN、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い。これ
は、Inを含む窒化物半導体からなる井戸層をAlGa
N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。
(Barrier Layer) In the present invention, the composition of the barrier layer is not particularly limited. , A nitride semiconductor containing In having a lower In mixed crystal ratio than the well layer or G
A nitride semiconductor containing aN or Al can be used. As a specific composition, In β Ga 1-β N (0 ≦ β
<1, α> β), GaN, Al γ Ga 1-γ N (0 <γ ≦
1) can be used. Here, in the case of a barrier layer (lower barrier layer) serving as an underlayer in contact with the well layer, Al
It is preferable to use a nitride semiconductor containing no. This is because a well layer made of a nitride semiconductor containing In is formed of AlGa.
This is because, when grown directly on a nitride semiconductor containing Al such as N, the crystallinity tends to decrease, and the function of the well layer tends to deteriorate.

【0039】また、障壁層には、p型不純物、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かノンド
ープ若しくはアンドープとされていることである。この
時、障壁層中のn型不純物をドープする場合にはその濃
度として、少なくとも5×1016/cm3以上ドープされ
ていることである。具体的には、例えばLEDである場
合には、5×1016/cm 3以上2×1018/cm3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/cm3以上
1×1020/cm3以下の範囲、好ましくは1×1018/c
m3以上5×1019/cm3以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。
The barrier layer has p-type impurities and n-type impurities.
May be doped or non-doped
Is preferably doped with n-type impurities or non-doped.
Or undoped. this
When doping n-type impurities in the barrier layer,
At least 5 × 1016/cmThreeDoped over
That is. Specifically, for example, in the case of an LED
5 × 1016/cm ThreeMore than 2 × 1018/cmThreeThe following range
Having an n-type impurity in the surrounding area, and a higher output
LED and high power LD, 5 × 1017/cmThreethat's all
1 × 1020/cmThreeThe following range, preferably 1 × 1018/ C
mThree5 × 10 or more19/cmThreeDoped in the following range
It is preferable to dope at such a high concentration.
Means that the well layer contains substantially no n-type impurity,
It is preferred to grow in a loop.

【0040】一方で、図3、5〜8に示すように、活性
層内で、最も外側で、最もp型層13側に位置する障壁
層2cは、好ましくはn型不純物を実質的に含まないよ
うにすることで、p型層13からのキャリアの注入が良
好となり、素子寿命が向上する傾向にある。これは、最
もp側の障壁層2cは、p型層に接して設けられ、p型
層からのキャリアの注入口となり、n型不純物を有する
場合には、キャリアの注入を妨げていると考えられ、n
型不純物を実質的に含まないことで、p型層13からの
キャリアがより深部の、p型層から遠くの、井戸層にま
で、安定して効率的にキャリアが注入されるためと考え
られる。これは、特に、大電流で、多量のキャリアを注
入するような、大電流駆動で高出力のLD、LEDなど
において、顕著にその素子寿命の向上効果が得られる傾
向にある。この時、実質的にn型不純物を含まないと
は、最もp側の障壁層2cのn型不純物濃度が、5×1
16/cm3未満となるようにすることである。また、こ
の最もp側の障壁層2cは、好ましくは、活性層内で最
も外側に形成されることが好ましいが、前記効果は小さ
くなるものの最も外側にでない場合、例えば・・・井戸
層/障壁層/井戸層/p型層13の順に積層された構
造、であっても、その効果は期待できる。この最もp側
の障壁層2cの位置としては、好ましくは活性層内で最
も外側に配置されること、更に好ましくは、後述するp
側電子閉込め層に接して設けられることで、電子の閉込
めと、p型層からのキャリアの注入が更に効率的なもの
となる。さらにまた、最もp側の障壁層2cが、p型不
純物を有することで、更に深部の井戸層、p型層13か
ら遠くに位置する井戸層、に対してもp型層13からの
キャリアが効率的に注入され、さらに素子寿命が向上す
る傾向にあるため、n型不純物を実質的に含まず且つp
型不純物を含む障壁層とすることが好ましい。この時、
p型不純物量としては、5×1016/cm3以上1×10
20/cm3以下の範囲、好ましくは、5×1016/cm3以上
1×1018/cm3以下の範囲である。これは、1×10
20/cm3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/cm3以下であると、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。
On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 5, the barrier layer 2c located on the outermost side and the p-type layer 13 side in the active layer preferably contains substantially n-type impurities. By avoiding this, the carrier injection from the p-type layer 13 becomes good, and the device life tends to be improved. This is because the p-side barrier layer 2c is provided in contact with the p-type layer, serves as an injection port for carriers from the p-type layer, and impedes the injection of carriers when it has an n-type impurity. And n
It is considered that by substantially not including the type impurity, the carriers from the p-type layer 13 are stably and efficiently injected deeper into the well layer far from the p-type layer. . In particular, there is a tendency that a remarkable effect of improving the element life is obtained in a large-current driven high-output LD, LED, or the like in which a large amount of carriers are injected with a large current. At this time, when the n-type impurity does not substantially include the n-type impurity, the n-type impurity concentration of the p-side barrier layer 2c is 5 × 1
0 16 / cm 3 . The p-side barrier layer 2c is preferably formed on the outermost side in the active layer. However, when the effect is reduced but not on the outermost side, for example, the well layer / barrier is formed. Even if the structure is stacked in the order of layer / well layer / p-type layer 13, the effect can be expected. The position of the most p-side barrier layer 2c is preferably arranged at the outermost position in the active layer.
By being provided in contact with the side electron confinement layer, confinement of electrons and injection of carriers from the p-type layer become more efficient. Furthermore, since the p-side barrier layer 2c has a p-type impurity, carriers from the p-type layer 13 can also be transmitted to the well layer at a deeper portion and the well layer located far from the p-type layer 13. Since it is efficiently implanted and the device lifetime tends to be improved, n-type impurities are substantially not contained and p
It is preferable that the barrier layer contains a type impurity. At this time,
The amount of p-type impurities is 5 × 10 16 / cm 3 or more and 1 × 10
The range is 20 / cm 3 or less, preferably 5 × 10 16 / cm 3 or more and 1 × 10 18 / cm 3 or less. This is 1 × 10
Even if the p-type impurity is increased to 20 / cm 3 or more, the carrier concentration hardly changes, so that the crystallinity is deteriorated due to the inclusion of the impurity, and the loss due to the light scattering action due to the impurity is increased. Decreases luminous efficiency. Further, when the concentration is 1 × 10 18 / cm 3 or less, it is possible to suppress the decrease in the luminous efficiency due to the increase in the impurity and to keep the carrier concentration from the p-type layer in the active layer stably high. Become. In addition, as a lower limit of the p-type impurity, it is preferable that the p-type impurity has a small amount of p-type impurity. This is because impurities tend to function as carriers.

【0041】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。
The thickness of the barrier layer is not particularly limited, and may be 5
A range of 10 ° or more and 300 ° or less can be applied, similarly to the well layer.

【0042】(導波路構造)本発明の窒化物半導体素子
において、素子構造としては、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。このとき、活性層には、Inを含む窒化物半導体
を用いることが好ましく、さらに、活性層内で、波長4
40nm以上の発光が得られるIn混晶比とすることが
好ましい。また、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。ここで、p型クラッ
ド層とn型クラッド層とで挟まれる領域を、導波路と呼
ぶ。
(Waveguide Structure) In the nitride semiconductor device of the present invention, the active layer is made of a p-type nitride semiconductor layer, an n-type clad layer and a p-type clad layer in the n-type nitride semiconductor layer. And at least a structure sandwiched between them. At this time, it is preferable to use a nitride semiconductor containing In for the active layer.
It is preferable to set the In mixed crystal ratio so that light emission of 40 nm or more can be obtained. Further, a light guide layer may be provided between the cladding layer and the active layer so as to sandwich the active layer. Here, a region sandwiched between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer is called a waveguide.

【0043】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好ましく用いら
れ、このことにより、導波路と両クラッド層との間で、
屈折率差を大きくとることができる。このとき、クラッ
ド層の窒化物半導体には、Inを含まないことが好まし
く、なぜなら、Inを含む窒化物半導体は、Inを含ま
ない場合に比べて、結晶性が悪化する傾向にあり、特
に、活性層の上にp型クラッド層を有する構造では、そ
のp型クラッド層にInを含む窒化物半導体を用いる
と、結晶性の悪化が大きく、素子特性を大きく悪化させ
るものとなる。このとき、クラッド層に用いる窒化物半
導体として具体的には、AlbGa1-bN(0<b<1)
が好ましく用いられる。
Here, as the n-type cladding layer and the p-type cladding layer, a nitride semiconductor containing Al is preferably used.
The refractive index difference can be made large. At this time, it is preferable that the nitride semiconductor of the cladding layer does not contain In, because the nitride semiconductor containing In tends to have lower crystallinity than the case not containing In, and in particular, In a structure having a p-type cladding layer on an active layer, when a nitride semiconductor containing In is used for the p-type cladding layer, crystallinity is greatly deteriorated and device characteristics are greatly deteriorated. At this time, specifically, as a nitride semiconductor used for the cladding layer, Al b Ga 1 -bN (0 <b <1)
Is preferably used.

【0044】本発明において、図2に示す光ガイド層の
ように、クラッド層と活性層との間の層が、導波路の形
成において、重要なものとなる。これは、導波路内に光
を閉じ込めるためには、導波路に比べて相対的にクラッ
ド層の屈折率を下げて、屈折率差を大きくするか、導波
路内の屈折率を大きくすることであるが、活性層からの
光の波長が長くなると、困難な問題が発生する。それ
は、AlGaNとInGaNとの屈折率差では、波長が
短い領域、例えば400nm付近で、大きな屈折率差を
有しているが、波長が長くなるに従って、その屈折率差
が小さくなるからである。このため、クラッド層に用い
られる窒化物半導体のAl混晶比を大きくして、クラッ
ド層の屈折率を小さくするか、若しくは光ガイド層にI
nを含む窒化物半導体を用いて、導波路内の屈折率を小
さくして、導波路とクラッド層との屈折率差を大きくす
ることが必要になる。しかしながら、クラッド層のAl
混晶比を大きくすると、結晶性の悪化が大きく、またク
ラックなどの発生もあり、リーク電流の原因になるな
ど、素子特性を悪化させるため、クラッド層のように、
厚膜で高いAl混晶比の窒化物半導体を素子構造内に設
けることが困難である。さらに、活性層を除く導波路内
の窒化物半導体層、例えば光ガイド層、に、Inを含む
窒化物半導体を用いて、導波路の屈折率を大きくする構
造では、Inを含む窒化物半導体による光の吸収が起こ
り、このため、導波路内で光の損失が発生し、閾値電流
の増大など素子特性の悪化が起こる。また、上述したよ
うに、p型窒化物半導体として、例えば、図2に示すp
型光ガイド層に、Inを含む窒化物半導体を用いると、
p型不純物として好ましく用いられるMgを含むことで
の結晶性の悪化が大きく、結果として素子特性を悪化さ
せる。
In the present invention, a layer between the cladding layer and the active layer, such as the light guide layer shown in FIG. 2, is important in forming a waveguide. This is because, in order to confine light in the waveguide, the refractive index of the cladding layer is lowered relatively to the waveguide and the refractive index difference is increased, or the refractive index in the waveguide is increased. However, when the wavelength of light from the active layer is long, a difficult problem occurs. The reason is that the refractive index difference between AlGaN and InGaN has a large refractive index difference in a short wavelength region, for example, around 400 nm, but the refractive index difference becomes smaller as the wavelength becomes longer. For this reason, the Al alloy crystal ratio of the nitride semiconductor used for the cladding layer is increased to reduce the refractive index of the cladding layer, or to reduce the refractive index of the optical guide layer.
It is necessary to use a nitride semiconductor containing n to reduce the refractive index in the waveguide and increase the difference in the refractive index between the waveguide and the cladding layer. However, the cladding layer Al
When the mixed crystal ratio is increased, the crystallinity is greatly deteriorated, and cracks are generated, which causes a leak current.
It is difficult to provide a thick film and a nitride semiconductor having a high Al mixed crystal ratio in the element structure. Furthermore, in a structure in which a nitride semiconductor containing In is used for a nitride semiconductor layer in a waveguide except an active layer, for example, an optical guide layer, and the refractive index of the waveguide is increased, the nitride semiconductor containing In is used. Light absorption occurs, which results in loss of light in the waveguide and deterioration of device characteristics such as an increase in threshold current. Further, as described above, as a p-type nitride semiconductor, for example, the p-type nitride semiconductor shown in FIG.
When a nitride semiconductor containing In is used for the mold light guide layer,
Inclusion of Mg, which is preferably used as a p-type impurity, greatly deteriorates crystallinity, and consequently deteriorates device characteristics.

【0045】本発明では、両クラッド層に挟まれた導波
路として、活性層を挟む第1の窒化物半導体層、第2の
窒化物半導体層を有することで、長波長における導波
路、及び結晶性の問題を解決している。すなわち、n型
クラッド層と活性層との間に、Inを含む窒化物半導体
からなる第1の窒化物半導体層を設けることで、導波路
内の屈折率をクラッド層に比して、相対的に大きくし、
一方で、p型クラッド層と活性層との間に、Inを含ま
ない(In混晶比が0の)窒化物半導体からなる第2の
窒化物半導体層を設けて、p型層側の結晶性悪化の問題
を解決した構造を有するものである。このため、導波路
内は、Inを含む第1の窒化物半導体層とInを含まな
い第2の窒化物半導体層とで活性層を挟む構造で、組成
が非対称な構造を有している。
According to the present invention, by providing a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer sandwiching an active layer as a waveguide sandwiched between both clad layers, a waveguide at a long wavelength and a crystal can be obtained. Sexual problems are solved. That is, by providing the first nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor containing In between the n-type cladding layer and the active layer, the refractive index in the waveguide is relatively lower than that of the cladding layer. To
On the other hand, between the p-type cladding layer and the active layer, a second nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor containing no In (the In mixed crystal ratio is 0) is provided, and a crystal on the p-type layer side is provided. It has a structure that solves the problem of sex deterioration. Therefore, the waveguide has a structure in which the active layer is sandwiched between the first nitride semiconductor layer containing In and the second nitride semiconductor layer not containing In, and the composition is asymmetric.

【0046】従来、活性層の発光波長が長波長になる導
波路構造としては、上述した長波長域におけるInGa
NとAlGaNとの屈折率差の低下の問題と、Al高混
晶による結晶性の悪化の問題から、導波路内にInGa
NなどのInを含む窒化物半導体を光ガイド層に用いた
構造、例えばInGaN単一膜、InGaN/GaN多
層膜(超格子層)などが考えられていた。しかしなが
ら、p型光ガイド層をInGaN/GaNの超格子多層
膜として結晶性の悪化を低く抑えてもなお素子特性に影
響を及ぼさない程度までの結晶性を得ることが困難であ
り、また、上述したInによる光の損失も素子特性悪化
の大きな原因となる。これは、活性層の発光波長が長く
なるほど、前記InGaNとAlGaNとの屈折率差が
小さくなり、導波路内の屈折率を大きくするために光ガ
イド層などに用いる窒化物半導体のIn混晶比を大きく
しなければならないが、In混晶比が大きくなれば結晶
性、光の損失などによる素子特性の悪化も大きくなるこ
とにある。
Conventionally, as a waveguide structure in which the emission wavelength of the active layer is long, InGa in the long wavelength region described above is used.
Due to the problem of a decrease in the refractive index difference between N and AlGaN and the problem of deterioration in crystallinity due to a high Al mixed crystal, InGa
A structure using a nitride semiconductor containing In such as N as an optical guide layer, for example, an InGaN single film, an InGaN / GaN multilayer film (superlattice layer), and the like have been considered. However, even if the p-type optical guide layer is formed of an InGaN / GaN superlattice multilayer film to suppress the deterioration of crystallinity, it is difficult to obtain crystallinity to such an extent that the element characteristics are not affected yet. The loss of light due to In also becomes a major cause of deterioration of device characteristics. This is because, as the emission wavelength of the active layer becomes longer, the refractive index difference between InGaN and AlGaN becomes smaller, and the In mixed crystal ratio of the nitride semiconductor used for the optical guide layer or the like to increase the refractive index in the waveguide. Must be increased, but if the In mixed crystal ratio becomes large, the deterioration of device characteristics due to crystallinity, light loss, and the like also increases.

【0047】しかしながら、本発明では、導波路内にお
いて、n型クラッド層側にInを含む第1の窒化物半導
体層を用いて導波路全体の屈折率をクラッド層に比して
大きくし、クラッド層との屈折率差を大きくし、p型ク
ラッド層側に第2の窒化物半導体層を設けることで、I
nを含む窒化物半導体による結晶性の悪化と、光の損失
を回避し、素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られ
るものである。以下、各層について、説明する。
However, according to the present invention, the refractive index of the entire waveguide is increased by using the first nitride semiconductor layer containing In on the n-type cladding layer side in the waveguide, and the cladding layer is formed. By increasing the refractive index difference between the first and second layers and providing the second nitride semiconductor layer on the p-type cladding layer side,
It is possible to obtain a nitride semiconductor device having excellent device characteristics while avoiding deterioration of crystallinity and light loss due to a nitride semiconductor containing n. Hereinafter, each layer will be described.

【0048】(第1の窒化物半導体層)本発明における
第1の窒化物半導体層は、導波路内において、活性層と
n型クラッド層との間に配置され、Inを含む窒化物半
導体からなるものである。ここで、第1の窒化物半導体
層の組成としては、好ましくは、Alを含まない窒化物
半導体とすることであり、これにより、Alを含む窒化
物半導体を用いたクラッド層との屈折率差を大きくする
こと、すなわち、クラッド層とそれに挟まれた導波路に
おいて、導波路内を相対的に屈折率を大きくすることが
可能となり、またInzGa1-zN(0<z≦1)で表さ
れる窒化物半導体を形成することで、結晶性も良い第1
の窒化物半導体層を得ることができる。また、第1の窒
化物半導体層と活性層若しくはn型クラッド層との間
に、別の層を設けても良く、設けなくても良く、すなわ
ち、第1の窒化物半導体層を活性層若しくはn型クラッ
ド層、又は両方に接して設けても良く、どちらか一方若
しくは両方に離れて設けても良い。また、第1の窒化物
半導体層を、それとは組成の異なる層と交互に積層する
などして、複数積層した多層膜構造を用いても良い。本
発明の第1の窒化物半導体層は、活性層とn型クラッド
層との間にあって、導波路内にあることから、光ガイド
層として機能する一方、Inを含むことで導波路全体の
屈折率を大きくして、導波路内への光の閉込めに寄与す
ることから、p型層側の第2の窒化物半導体層に比し
て、第2の光閉込め層としても機能していると考えられ
る。
(First Nitride Semiconductor Layer) The first nitride semiconductor layer in the present invention is disposed between the active layer and the n-type cladding layer in the waveguide, and is made of a nitride semiconductor containing In. It becomes. Here, the composition of the first nitride semiconductor layer is preferably a nitride semiconductor containing no Al, whereby the difference in the refractive index from the cladding layer using the nitride semiconductor containing Al is obtained. In other words, it is possible to relatively increase the refractive index in the waveguide between the cladding layer and the waveguide sandwiched between the cladding layer and In z Ga 1 -z N (0 <z ≦ 1). By forming a nitride semiconductor represented by
Can be obtained. In addition, another layer may or may not be provided between the first nitride semiconductor layer and the active layer or the n-type clad layer, that is, the first nitride semiconductor layer may be formed as an active layer or an n-type clad layer. It may be provided in contact with the n-type cladding layer or both, or may be provided separately on one or both of them. Further, a multilayer film structure in which a plurality of first nitride semiconductor layers are stacked alternately with layers different in composition from the first nitride semiconductor layer may be used. Since the first nitride semiconductor layer of the present invention is located between the active layer and the n-type cladding layer and is in the waveguide, the first nitride semiconductor layer functions as an optical guide layer. By increasing the rate and contributing to confinement of light in the waveguide, it also functions as a second light confinement layer as compared with the second nitride semiconductor layer on the p-type layer side. It is thought that there is.

【0049】また、第1の窒化物半導体層のIn混晶比
zは、活性層中のInを含む窒化物半導体のIn混晶
比、若しくは量子井戸構造の活性層の場合には井戸層の
In混晶比、をwとすると、好ましくはz≦wとするこ
とであり、更に好ましくはz<wとすることである。例
えば、図5、6などに示すように、活性層12中の井戸
層1の混晶比wに比べて、第1の窒化物半導体層31の
In混晶比zを、z≦wとなるようにすることで、図に
示すように、段階的なバンドギャップエネルギー構造を
形成でき、導波路内の活性層へのキャリアの効率的な注
入、特にn型層11側からのキャリアの注入に寄与する
ものとなる。この時、z<wであることで、井戸層内の
Inを含む窒化物半導体層、若しくは井戸層、と第1の
窒化物半導体層との間に、大きなバッドギャップエネル
ギー差を設けることができ、前記キャリアの注入効率を
向上させることができる。更に、第1の窒化物半導体層
31が活性層12に隣接して設けられ、活性層中で最も
外側で、最もn型層11側に配置され、第1の窒化物半
導体層31に隣接する障壁層2aが設けられる場合に
は、第1の窒化物半導体層31のIn混晶比zは、この
障壁層2aのIn混晶比vに比べて、z≦vとなるよう
にすると更に好ましく、更にz<vとなるようにすると
好ましい。これは、図5,6に示すように、z≦vであ
ると活性層12とn型層11との接合部付近で、n型層
11から活性層12に近づくに従って段階的に、バンド
ギャップエネルギーが小さくなる構造とでき、n型層1
1から活性層へのキャリアの注入を効率的にし、図5に
示すように更に段階的なバンドギャップ構造とすること
ができ、更に効果的なものとなるからである。
Further, the In mixed crystal ratio z of the first nitride semiconductor layer is the In mixed crystal ratio of the nitride semiconductor containing In in the active layer, or in the case of an active layer having a quantum well structure, the well layer. When the In mixed crystal ratio is w, it is preferable that z ≦ w, and it is more preferable that z <w. For example, as shown in FIGS. 5 and 6, the In compound crystal ratio z of the first nitride semiconductor layer 31 satisfies z ≦ w as compared with the compound crystal ratio w of the well layer 1 in the active layer 12. By doing so, as shown in the figure, a stepwise band gap energy structure can be formed, and efficient injection of carriers into the active layer in the waveguide, particularly injection of carriers from the n-type layer 11 side can be achieved. Will contribute. At this time, when z <w, a large bad gap energy difference can be provided between the first nitride semiconductor layer and the nitride semiconductor layer containing In in the well layer, or between the well layer and the first nitride semiconductor layer. In addition, the carrier injection efficiency can be improved. Further, a first nitride semiconductor layer 31 is provided adjacent to the active layer 12, is disposed on the outermost side of the active layer and closest to the n-type layer 11, and is adjacent to the first nitride semiconductor layer 31. When the barrier layer 2a is provided, it is more preferable that the In mixed crystal ratio z of the first nitride semiconductor layer 31 is set to satisfy z ≦ v as compared with the In mixed crystal ratio v of the barrier layer 2a. , And z <v. This is because, as shown in FIGS. 5 and 6, when z ≦ v, the band gap gradually increases near the junction between the active layer 12 and the n-type layer 11 from the n-type layer 11 to the active layer 12. Energy can be reduced and the n-type layer 1
This is because carriers can be efficiently injected from 1 into the active layer, and a more stepwise bandgap structure can be obtained as shown in FIG. 5, which is more effective.

【0050】また、一方で、図10に示すように、第1
の窒化物半導体層のIn混晶比zを、障壁層のIn混晶
比vとほぼ同じか、それよりも大きくすると(z≧
v)、好ましくは大きくすること(z>v)であり、バ
ンドギャップエネルギーが障壁層よりも小さくなるが、
In混晶比が大きく、障壁層(n側障壁層)よりも大き
な膜厚で形成される第1の窒化物半導体層により、導波
路の屈折率が大きくなり、光閉込めのクラッド層との屈
折率差を大きくすることができる。この場合、n型層か
らのキャリアが注入される際に、第1の窒化物半導体層
とn側障壁層との間に障壁が設けられる構造となるが、
バイアス地においては、その障壁が小さくなり、その影
響は少なくなる。一方で、n側障壁層2aが、主にp型
層からのキャリアの閉込め層となるが、窒化物半導体で
はホールの拡散長が小さいため、障壁が小さく、膜厚が
薄くなることによる影響は比較的低く抑えられる。ま
た、光ガイド層と第1の窒化物半導体層とのIn混晶比
については、図8に示すように、光ガイド層よりもバン
ドギャップエネルギーを小さくして、In混晶比を大き
くすることが好ましい。これは、第1の窒化物半導体層
が屈折率を高めるために設け、導波路構造の中心部に当
たる活性層近傍の屈折率を高めることが好ましいことか
ら、In混晶比を光ガイド層よりも大きくした第1の窒
化物半導体層を、光ガイド層よりも活性層の近くに設け
ることで、より優れた導波路構造を形成することができ
る。ここで、本発明において、クラッド層、光ガイド層
が多層膜で構成される場合、特に超格子多層膜で構成さ
れる場合において、各層のIn混晶比、Al混晶比、バ
ンドギャップエネルギーは、平均組成、平均エネルギー
で、他の層と比較する者であり、この平均組成、平均エ
ネルギーは、多層膜を構成する第1の層(第3の層)、
第2の層(第4の層)の各膜厚で、Al、In組成、エ
ネルギーを、加重平均した値となる。例えば、光ガイド
層が、In混晶比y1、膜厚dの第3の層、In混晶
比y2、膜厚dの第4の層とが交互に積層された超格
子構造にあっては、Inの平均混晶比yは、y
[(d×y1)+(d×y2)]/(d+d
で求められる。
On the other hand, as shown in FIG.
When the In mixed crystal ratio z of the nitride semiconductor layer of the above is substantially equal to or larger than the In mixed crystal ratio v of the barrier layer (z ≧
v), preferably larger (z> v), and the bandgap energy is smaller than that of the barrier layer.
The refractive index of the waveguide is increased by the first nitride semiconductor layer formed with a large In mixed crystal ratio and a larger film thickness than the barrier layer (n-side barrier layer), so that the first nitride semiconductor layer can be formed with the light confinement clad layer. The difference in refractive index can be increased. In this case, a barrier is provided between the first nitride semiconductor layer and the n-side barrier layer when carriers are injected from the n-type layer.
In a biased area, the barrier is smaller and its effect is less. On the other hand, the n-side barrier layer 2a mainly serves as a confinement layer for carriers from the p-type layer. However, since the diffusion length of holes is small in a nitride semiconductor, the barrier is small and the thickness is reduced. Is relatively low. As for the In mixed crystal ratio between the light guide layer and the first nitride semiconductor layer, as shown in FIG. 8, the band gap energy is made smaller and the In mixed crystal ratio is made larger than that of the light guide layer. Is preferred. This is because the first nitride semiconductor layer is provided to increase the refractive index, and it is preferable to increase the refractive index in the vicinity of the active layer corresponding to the center of the waveguide structure. By providing the enlarged first nitride semiconductor layer closer to the active layer than to the optical guide layer, a more excellent waveguide structure can be formed. Here, in the present invention, when the cladding layer and the light guide layer are formed of a multilayer film, particularly when the layers are formed of a superlattice multilayer film, the In mixed crystal ratio, Al mixed crystal ratio, and band gap energy of each layer are , The average composition and the average energy are compared with those of the other layers, and the average composition and the average energy are the first layer (third layer) constituting the multilayer film,
At each film thickness of the second layer (fourth layer), the Al, In composition and energy are weighted average values. For example, the light guide layer, a In composition ratio y1, a third layer of thickness d 3, the superlattice structure In mixed crystal ratio y2, and a fourth layer of thickness d 4 are alternately stacked Te is the average mole fraction y m of in, y m =
[(D 3 × y 1) + (d 4 × y 2)] / (d 3 + d 4 )
Is required.

【0051】また、図5,6,10に示すように、クラ
ッド層25,30と活性層12との間に、光ガイド層2
6,29が設けられ、さらにn型層11側にあっては、
光ガイド層26と活性層との第1の窒化物半導体層を有
する場合、図10に示すように、光ガイド層のIn混晶
比若しくは平均組成よりも、活性層内で外側に配置され
たn側障壁層2aのIn組成zを大きくすることが好ま
しい。これは、上述した第1の窒化物半導体層による屈
折率増加の機能を好適に引き出すものであり、具体的に
は、光ガイド層26よりも活性層側に設けられる第1の
窒化物半導体層のIn混晶比を大きくし、活性層近傍の
屈折率を高めることで、導波路中央付近に位置する活性
層を中心に屈折率の大きな層が設けられることで、良好
な光分布を実現できる。一方、p型層側にあっては、p
側障壁層がこの役割を担い、すなわち、p側障壁層2c
のIn組成比を、p型層の光ガイド層29のIn組成比
より大きくすることで、第1の窒化物半導体層と同様な
機能が得られる。
As shown in FIGS. 5, 6, and 10, between the cladding layers 25, 30 and the active layer 12, the light guide layer 2 is provided.
6, 29 are provided, and on the n-type layer 11 side,
In the case of having the first nitride semiconductor layer of the light guide layer 26 and the active layer, as shown in FIG. 10, the light guide layer is disposed outside the In mixed crystal ratio or the average composition in the active layer. It is preferable to increase the In composition z of the n-side barrier layer 2a. This suitably brings out the function of increasing the refractive index by the first nitride semiconductor layer described above. Specifically, the first nitride semiconductor layer provided closer to the active layer than the light guide layer 26 By increasing the In mixed crystal ratio and increasing the refractive index in the vicinity of the active layer, a layer having a large refractive index is provided around the active layer located near the center of the waveguide, so that good light distribution can be realized. . On the other hand, on the p-type layer side, p
The side barrier layer plays this role, that is, the p-side barrier layer 2c
The same function as the first nitride semiconductor layer can be obtained by making the In composition ratio of the first nitride semiconductor layer larger than the In composition ratio of the light guide layer 29 of the p-type layer.

【0052】ここで、第1の窒化物半導体層の位置にお
ける前記各形態について言及すると、活性層及びn型ク
ラッド層に接して第1の窒化物半導体層を設ける形態で
は、Inを含む窒化物半導体を結晶性良く厚膜で形成す
ることが困難な傾向にあることから、導波路として十分
な膜厚で形成すると結晶性の悪化による素子特性の悪化
が現れ、逆に結晶性が素子特性を悪化しない程度の膜厚
で形成すると、導波路として機能するのに不十分な膜厚
となり、クラッド層外への光の漏れによる損失により素
子特性の悪化が起こる傾向にある。第1の窒化物半導体
層を活性層とn型クラッド層との間に、複数積層した多
層膜とする場合には、例えば超格子構造として、Inを
含まない窒化物半導体と共に多数積層して、結晶性の悪
化を抑えて厚膜を形成することができる。例えば、In
GaN/GaNの多層膜層、若しくは、n型クラッド層
から活性層に近づくにつれてIn混晶比が大きくなるよ
うに組成傾斜させた構造とすることができる。一方で、
導波路の屈折率を単一膜と同等とするには、多層膜の膜
厚が厚くなり、その多層膜内において、Inを含む第1
の窒化物半導体層が散在する構造となることから、単一
膜よりも厚膜の多層膜でもってInによる光の損失が発
生することから、単一膜よりもその損失が大きくなる傾
向にある。また、第1の窒化物半導体層の位置として
は、具体的にはn型クラッド層と活性層との間であり、
n型クラッド層と活性層との間に光ガイド層が設けられ
る場合には、図5,6,10に示すように光ガイド層と
活性層との間、又は図6,7に示すように光ガイド層内
部、若しくは光ガイド層内部に第1の窒化物半導体層を
設けることができる。本発明において上記様々な形態を
適用しうるが、好ましくは活性層に近づけて、更に好ま
しくは活性層に接して配置することが良い傾向にある。
これは、詳しいことは不明であるが、図5,6等に示す
ように、n型クラッド層から活性層に至る領域で、バン
ドギャップ構造を段階的なものとし、n型層側11から
のキャリアの注入を促進させることが影響していると考
えられる。
Here, referring to the above-described embodiments at the position of the first nitride semiconductor layer, in the embodiment in which the first nitride semiconductor layer is provided in contact with the active layer and the n-type cladding layer, the nitride containing In Since it tends to be difficult to form a semiconductor in a thick film with good crystallinity, if the film is formed with a sufficient thickness as a waveguide, the device characteristics will deteriorate due to the deterioration of crystallinity. If the film is formed to a thickness that does not deteriorate, the film thickness becomes insufficient to function as a waveguide, and the device characteristics tend to deteriorate due to loss due to light leakage outside the cladding layer. When the first nitride semiconductor layer is a multilayer film in which a plurality of layers are stacked between the active layer and the n-type cladding layer, for example, as a superlattice structure, a large number of layers are stacked together with a nitride semiconductor not containing In. A thick film can be formed while suppressing deterioration in crystallinity. For example, In
A structure in which the composition is graded so that the In mixed crystal ratio increases from the GaN / GaN multilayer film layer or the n-type cladding layer toward the active layer. On the other hand,
In order to make the refractive index of the waveguide equal to that of a single film, the thickness of the multilayer film is increased, and the first film containing In in the multilayer film is formed.
Since the nitride semiconductor layer has a structure in which the nitride semiconductor layers are scattered, light loss due to In occurs in a multilayer film thicker than a single film, and the loss tends to be larger than that in a single film. . Further, the position of the first nitride semiconductor layer is specifically between the n-type cladding layer and the active layer,
When a light guide layer is provided between the n-type cladding layer and the active layer, the light guide layer is provided between the light guide layer and the active layer as shown in FIGS. The first nitride semiconductor layer can be provided inside the light guide layer or inside the light guide layer. In the present invention, the above-described various forms can be applied. However, it is preferable that the above-mentioned various forms are preferably disposed close to the active layer, more preferably in contact with the active layer.
Although this is not known in detail, as shown in FIGS. 5 and 6 and the like, the band gap structure is made stepwise in the region from the n-type cladding layer to the active layer, and It is considered that promoting the injection of the carrier has an effect.

【0053】第1の窒化物半導体層の膜厚としては、特
に限定されるものではないが、上述したようにInによ
る光の損失の発生を考慮して、少なくとも1500Å以
下とすることであり、好ましくは300Å以上とするこ
とで導波路全体の屈折率を上昇させ、n型クラッド層と
の間に大きな屈折率差を形成することができ、損失が少
なく、閾値電流を低減させた優れた導波路が形成され
る。この時、後述するように、導波路としての機能は、
クラッド層と活性層とで挟まれる領域の膜厚の総和に作
用されることから、n型クラッド層と活性層とで挟まれ
る領域の膜厚の総和を考慮して、第1の窒化物半導体層
を決定すると良い。また、図5,6などに示すように、
第1の窒化物半導体層が最もn型層側の障壁層2aに隣
接して配置される場合には、第1の窒化物半導体層は、
障壁層として寄与すると考えられることから、この場合
の第1の窒化物半導体層の膜厚は、障壁層2aとの膜厚
の総和が300Å以上となるようにすることで、障壁
層、光の閉込めとして良好に寄与するものとなり好まし
く、この時の膜厚の上限としては前記の1500Å以下
とすることが好ましい。
The thickness of the first nitride semiconductor layer is not particularly limited, but is at least 1500 ° or less in consideration of the occurrence of light loss due to In as described above. By setting the angle to preferably 300 ° or more, the refractive index of the entire waveguide can be increased, and a large refractive index difference can be formed between the waveguide and the n-type cladding layer. A wave path is formed. At this time, as described later, the function as a waveguide is
Since the first nitride semiconductor is affected by the total thickness of the region sandwiched between the clad layer and the active layer, the first nitride semiconductor It is good to decide the layer. Also, as shown in FIGS.
When the first nitride semiconductor layer is disposed adjacent to the barrier layer 2a closest to the n-type layer, the first nitride semiconductor layer is
Since the first nitride semiconductor layer in this case is considered to contribute as a barrier layer, the total thickness of the first nitride semiconductor layer and the barrier layer 2a is set to be 300 ° or more, so that the barrier layer and the light The film preferably contributes well to confinement, and the upper limit of the film thickness at this time is preferably 1500 ° or less.

【0054】第1の窒化物半導体層には、n型不純物が
ドープされていても、ドープされていなくても良いが、
好ましくはn型不純物をドープして、良好なn型導電性
を有することである。この時、第1の窒化物半導体層
は、Inを含む窒化物半導体であるため、上述したよう
にp型不純物ほどではないものの、n型不純物をドープ
することによる結晶性の悪化があるため、好ましくはド
ープ量を1×1019/cm3以下の範囲とすることで、
Inを含む窒化物半導体における結晶性の悪化を抑制で
きる。
The first nitride semiconductor layer may or may not be doped with an n-type impurity.
Preferably, it is doped with an n-type impurity to have good n-type conductivity. At this time, since the first nitride semiconductor layer is a nitride semiconductor containing In, although not as large as a p-type impurity as described above, there is a deterioration in crystallinity due to doping with an n-type impurity. Preferably, the doping amount is in the range of 1 × 10 19 / cm 3 or less,
Deterioration of crystallinity in a nitride semiconductor containing In can be suppressed.

【0055】(第2の窒化物半導体層)本発明におい
て、第2の窒化物半導体層としては、In混晶比が0の
窒化物半導体を用いることであり、この第2の窒化物半
導体層をp型クラッド層と活性層との間に設けること
で、結晶性に優れ、導波路として機能する層となる。こ
れは、前記第1の窒化物半導体層とこの第2の窒化物半
導体層とで活性層を挟む構造を導波路内に設けること、
すなわちn型層側の第1の窒化物半導体層とp型層側の
第2の窒化物半導体層とし、両方の層を活性層を介して
対向して配置し、組成が異なることにより、導波路内で
異なる機能を有する非対称な導波路構造とするものであ
る。第2の窒化物半導体層に用いられる窒化物半導体の
In混晶比uを、u=0とすることで、結晶性に優れた
層を形成でき、結晶性悪化によるVf、閾値電流の上昇
を回避できる。これは、Inを含む窒化物半導体は、I
nを含まないものに比べて、結晶性が悪化する傾向にあ
るからである。また、第2の窒化物半導体層は、第1の
窒化物半導体層と異なり、p型不純物をドープしてp型
導電性を持たせる必要があり、不純物ドープによる結晶
性の悪化が起こり、更にp型不純物として好ましく用い
られるMgでは大幅な結晶性の悪化が起こり、これは、
Inを含む窒化物半導体において、Inを含まないもの
に比べて、その結晶性の悪化は顕著なものである。
(Second Nitride Semiconductor Layer) In the present invention, a nitride semiconductor having an In mixed crystal ratio of 0 is used as the second nitride semiconductor layer. Is provided between the p-type cladding layer and the active layer, the layer has excellent crystallinity and functions as a waveguide. This is to provide a structure in which an active layer is sandwiched between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer in the waveguide;
In other words, the first nitride semiconductor layer on the n-type layer side and the second nitride semiconductor layer on the p-type layer side are arranged opposite each other with the active layer interposed therebetween. This is an asymmetric waveguide structure having different functions in the wave path. By setting the In mixed crystal ratio u of the nitride semiconductor used for the second nitride semiconductor layer to u = 0, a layer excellent in crystallinity can be formed, and Vf and threshold current increase due to crystallinity deterioration can be reduced. Can be avoided. This is because the nitride semiconductor containing In is
This is because the crystallinity tends to be worse than that containing no n. Further, unlike the first nitride semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer needs to be doped with a p-type impurity to have p-type conductivity, and the impurity doping causes deterioration in crystallinity. Mg, which is preferably used as a p-type impurity, causes a significant deterioration in crystallinity.
In a nitride semiconductor containing In, the deterioration of crystallinity is more remarkable than that of a nitride semiconductor not containing In.

【0056】また、図2〜4に示すように、通常、LE
D、LDなどの窒化物半導体素子では、基板上に、n型
層11/活性層12/p型層13の順に積層された構造
が多く採用されているが、このような場合には、Inを
含む窒化物半導体を用いた活性層12の下部に配置され
たn型層11と、上部に配置されたp型層13とでは、
通常成長条件が異なり、活性層よりも上部に配置された
p型層13では、通常活性層中のInが分解するなどし
て結晶性を悪化させないような温度条件で成長させる必
要があり、n型層11はそのような制限がない。このこ
とから、低い温度で成長させるp型層13では、良好な
結晶成長条件で、成長させることが困難な場合がある。
In addition, as shown in FIGS.
In nitride semiconductor devices such as D and LD, a structure in which an n-type layer 11 / an active layer 12 / a p-type layer 13 is laminated on a substrate in many cases is adopted. The n-type layer 11 disposed below the active layer 12 using a nitride semiconductor including: and the p-type layer 13 disposed above the
Normally, the growth conditions are different, and the p-type layer 13 disposed above the active layer usually needs to be grown under such temperature conditions that crystallinity is not deteriorated due to decomposition of In in the active layer. The mold layer 11 does not have such a limitation. For this reason, it may be difficult to grow the p-type layer 13 grown at a low temperature under good crystal growth conditions.

【0057】具体的には、図2に示すように、n型層1
1,p型層13との間に活性層11が設けられた構造
を、基板(図示せず)の上などに有し、本発明の基本的
な構成として、n型層11には、n型クラッド層26が
設けられ、p型層13には、p型クラッド層30が設け
られた構造がある。更に、各導電型層には、これらクラ
ッド層26,30よりも活性層から離れた位置に、n型
コンタクト層25、p型コンタクト層が形成し、電極を
その表面に設けても良く、基板の上に、n型層11、活
性層12、p型層13が順に積層された構造において、
基板のn型層に対向する面側に電極を設けて、n型コン
タクト層25を電荷注入層として、n型クラッド層26
よりも高濃度でn型不純物ドープをドープした層を設け
ることもできる。また、これらクラッド層がコンタクト
層を兼ねる構成であってもよい。このような基本的な構
造において、図3に示すように、第1の窒化物半導体層
31、第2の窒化物半導体層32を、それぞれn型クラ
ッド層26、p型クラッド層30と活性層12との間
に、設ける構造となる。また、図3,4に示すように、
光ガイド層26、29が、活性層とクラッド層との間に
設けられる場合には、光ガイド層と活性層との間に、第
1、2の窒化物半導体層が設けられても良く、光ガイド
層が、第1の窒化物半導体層若しくは、第2の窒化物半
導体層を有する構造とすることもできる。このため、光
ガイド層が、多層膜構造を有する場合には、第1の窒化
物半導体層、若しくは第2の窒化物半導体層を有する多
層膜構造とできる。
More specifically, as shown in FIG.
A structure in which an active layer 11 is provided between the active layer 11 and the p-type layer 13 is provided on a substrate (not shown) or the like. There is a structure in which a mold clad layer 26 is provided, and a p-type clad layer 30 is provided in the p-type layer 13. Furthermore, an n-type contact layer 25 and a p-type contact layer may be formed on the respective conductive type layers at positions farther from the active layer than the cladding layers 26 and 30. Electrodes may be provided on the surfaces thereof. On which an n-type layer 11, an active layer 12, and a p-type layer 13 are sequentially stacked,
An electrode is provided on the surface of the substrate facing the n-type layer, and the n-type contact layer 25 is used as a charge injection layer, and the n-type cladding layer 26 is used.
A layer doped with an n-type impurity at a higher concentration can also be provided. Further, the configuration may be such that these cladding layers also serve as contact layers. In such a basic structure, as shown in FIG. 3, a first nitride semiconductor layer 31 and a second nitride semiconductor layer 32 are respectively formed by an n-type cladding layer 26, a p-type cladding layer 30, and an active layer. 12 between them. Also, as shown in FIGS.
When the light guide layers 26 and 29 are provided between the active layer and the clad layer, first and second nitride semiconductor layers may be provided between the light guide layer and the active layer. The light guide layer may have a structure including the first nitride semiconductor layer or the second nitride semiconductor layer. Therefore, when the light guide layer has a multilayer film structure, a multilayer film structure including the first nitride semiconductor layer or the second nitride semiconductor layer can be obtained.

【0058】第2の窒化物半導体層の組成としては、I
nを含まない窒化物半導体をもちいることであり、好ま
しくはAltGa1-tN(0≦t<1)で表される窒化物
半導体を用いることである。また、この時、p型クラッ
ド層との屈折率差を設けるため、p型クラッド層のAl
混晶比より第2の窒化物半導体のAl混晶比tを小さく
することが好ましい。更にまた、クラッド層と導波路と
の屈折率差を考慮して、t≦0.5として、低いAl混
晶比で形成するか、導波路内の屈折率を最大限に大きく
するために、t=0のGaNを用いることが最も好まし
い。また、第2の窒化物半導体層は、p型不純物を有す
ることが好ましく、p型不純物を含有して、p型導電性
を有することで良好な導電性のp型層として機能させる
ことができる。この時、p型不純物のドープ量としては
特に限定されないが、Inを含まない窒化物半導体であ
ってもInを含む場合に比べて結晶性の悪化は小さいも
のの、ドープ量が小さいほど結晶性が良好になる傾向に
あるため、好ましくは1×1018/cm3以下の範囲と
することで良好な結晶性の第2の窒化物半導体層が得ら
れる。後述する実施例では、第2の窒化物半導体層をア
ンドープで成長させて、隣接層からの拡散によりp型不
純物がドープされるが、特にこの方法に限定されず、他
の層についても同様であるが、成長後の拡散でも、ドー
プしながら成長させる方法でも、どちらでも良い。
The composition of the second nitride semiconductor layer is I
A nitride semiconductor containing no n is used, and a nitride semiconductor represented by Al t Ga 1 -tN (0 ≦ t <1) is preferably used. At this time, in order to provide a refractive index difference from the p-type cladding layer, the p-type cladding layer
It is preferable to make the Al mixed crystal ratio t of the second nitride semiconductor smaller than the mixed crystal ratio. Furthermore, in consideration of the refractive index difference between the cladding layer and the waveguide, t ≦ 0.5, to form with a low Al mixed crystal ratio, or to maximize the refractive index in the waveguide, Most preferably, GaN with t = 0 is used. In addition, the second nitride semiconductor layer preferably has a p-type impurity. The second nitride semiconductor layer contains a p-type impurity and has p-type conductivity, so that the second nitride semiconductor layer can function as a p-type layer having good conductivity. . At this time, the doping amount of the p-type impurity is not particularly limited. Even if the nitride semiconductor does not contain In, the deterioration of the crystallinity is small as compared with the case where In is included. Since it tends to be good, the second nitride semiconductor layer having good crystallinity can be obtained by preferably setting the range to 1 × 10 18 / cm 3 or less. In the examples described later, the second nitride semiconductor layer is grown undoped, and the p-type impurity is doped by diffusion from an adjacent layer. However, the present invention is not particularly limited to this method, and the same applies to other layers. However, either diffusion after growth or a method of growing while doping may be used.

【0059】第2の窒化物半導体層は、単一膜で形成さ
れても良く、多層膜で形成されても良い。多層膜として
は、AlGaN/GaNを複数積層した多層膜でも良
く、Al混晶比を活性層から離れるに従って大きくする
ような組成傾斜させた層であっても良い。
The second nitride semiconductor layer may be formed of a single film or a multilayer film. The multilayer film may be a multilayer film in which a plurality of AlGaN / GaN layers are stacked, or a layer having a composition gradient such that the Al mixed crystal ratio increases as the distance from the active layer increases.

【0060】第2の窒化物半導体層をp型光ガイド層に
用いる場合には、第2の窒化物半導体層だけでp型光ガ
イド層を構成しても良く、第2の窒化物半導体層とは組
成の異なる層と組み合わせて構成しても良い。この時、
好ましくはInを含まない第2の窒化物半導体層だけで
構成すると、導波路内のInによる光の損失が回避でき
好ましい。この時、p型光ガイド層の膜厚としては、特
に限定されるものではないが、少なくとも200Å以上
の膜厚で形成することで、導波路として良好で、損失の
少ない光の導波が実現され、閾値電流の低下につなが
り、この時膜厚の上限としては4000Å以下とするこ
とで、閾値電流、Vfの上昇を抑えることができ、好ま
しくは500Å以上2000Å以下とすることで、閾値
電流、Vfを低くし、光の導波に適した膜厚の導波路が
形成できる。この膜厚については、クラッド層と活性層
に挟まれる領域のn型層側、すなわちn型クラッド層と
活性層とで挟まれる領域の膜厚にも適用できる。具体的
には、n型クラッド層と活性層との間に、第1の窒化物
半導体層を有する場合にはその膜厚、第1の窒化物半導
体層とn型光ガイド層などの別の層を有する場合にはそ
れらの層の膜厚の総和について、適用できる。このよう
に、クラッド層と活性層に挟まれた領域の膜厚を、p型
層側、n型層側共にほぼ同等な膜厚として膜厚が活性層
を介して対称な導波路構造としても良く、両者の膜厚を
異ならしめて、膜厚が非対称な導波路構造としても良
く、得られる窒化物半導体素子の特性を考慮して適宜選
択すればよい。
When the second nitride semiconductor layer is used for the p-type light guide layer, the p-type light guide layer may be constituted only by the second nitride semiconductor layer. May be combined with a layer having a different composition. At this time,
Preferably, it is preferable to use only the second nitride semiconductor layer containing no In because light loss due to In in the waveguide can be avoided. At this time, the thickness of the p-type light guide layer is not particularly limited, but by forming the film with a thickness of at least 200 ° or more, a good waveguide as a waveguide and light guiding with little loss is realized. This leads to a decrease in the threshold current. At this time, by setting the upper limit of the film thickness to 4000 ° or less, it is possible to suppress the increase in the threshold current and Vf. By lowering Vf, a waveguide having a thickness suitable for guiding light can be formed. This film thickness can be applied to the n-type layer side of the region sandwiched between the cladding layer and the active layer, that is, the film thickness of the region sandwiched between the n-type cladding layer and the active layer. Specifically, when a first nitride semiconductor layer is provided between the n-type cladding layer and the active layer, the thickness of the first nitride semiconductor layer and another thickness such as the first nitride semiconductor layer and the n-type light guide layer are different. In the case of having layers, the present invention can be applied to the total thickness of those layers. As described above, the thickness of the region sandwiched between the cladding layer and the active layer is made substantially the same on both the p-type layer side and the n-type layer side, so that a waveguide structure having a symmetrical thickness via the active layer can be obtained. It is good that the thicknesses of the two layers are different from each other, and a waveguide structure having an asymmetrical film thickness may be used. The waveguide structure may be appropriately selected in consideration of the characteristics of the obtained nitride semiconductor device.

【0061】また、本発明の別の態様によっては、第2
の窒化物半導体層のIn混晶比uが、第1の窒化物半導
体層のIn混晶比zより小さくする構成(u<z)で
は、p型層側に、Inを含む窒化物半導体が設けられる
ことによる結晶性低下を抑えて、p型層側にも導波路の
屈折率を大きくする層を形成でき、導波路の光分布が、
n型層側にシフトすることを抑えた構造とできる。
According to another aspect of the present invention, the second
In the configuration (u <z) in which the In mixed crystal ratio u of the nitride semiconductor layer is smaller than the In mixed crystal ratio z of the first nitride semiconductor layer, the nitride semiconductor including In is provided on the p-type layer side. A layer that increases the refractive index of the waveguide can also be formed on the p-type layer side by suppressing a decrease in crystallinity due to being provided.
A structure in which the shift to the n-type layer side is suppressed can be achieved.

【0062】(p側電子閉込め層)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、端面発光素
子において、p側電子閉込め層を設けることが好まし
い。このp側電子閉込め層としては、Alを含む窒化物
半導体を用いるものであり、具体的にはAlγGa1- γ
N(0<γ<1)を用いる。この時、Al混晶比γとし
ては、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、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
ることが好ましく、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p側電子閉込め層は、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、p側電子閉込め層を有
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。
(P-side electron confinement layer)
As the type nitride semiconductor layer, it is preferable to provide a p-side electron confinement layer particularly in a laser device and an edge emitting device. As the p-side electron confinement layer, a nitride semiconductor containing Al is used, and specifically, Al γ Ga 1- γ
N (0 <γ <1) is used. At this time, the Al mixed crystal ratio γ needs to have a band gap energy (offset) sufficiently larger than that of the active layer so as to function as an electron confinement layer, and at least 0.1 ≦ γ <1.
And preferably 0.2 ≦ a <0.
5 range. If γ is 0.1 or less, the laser element does not function as a sufficient electron confinement layer, and if γ is 0.2 or more, sufficient electron confinement (carrier confinement) is performed and carrier overflow occurs. In addition, when it is 0.5 or less, it is possible to grow while suppressing the occurrence of cracks. More preferably, when γ is 0.35 or less, it is possible to grow with good crystallinity.
At this time, it is preferable that the Al mixed crystal ratio is larger than that of the p-type clad layer, and this requires a nitride semiconductor having a mixed crystal ratio higher than that of the clad layer for confining carriers to confine carriers. Because. This p-side electron confinement layer can be used for the nitride semiconductor device of the present invention. In particular, when driving with a large current and injecting a large amount of carriers into the active layer, as in a laser device, the p-side Compared to a case without an electron confinement layer, it enables more effective confinement of carriers, and can be used not only for a laser element but also for a high-output LED.

【0063】本発明のp側電子閉込め層の膜厚として
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(Alを含まな
い)に比べて、バルク抵抗が大きく、更にp側電子閉込
め層のAl混晶比は上述したように高く設定されるた
め、1000Å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、p側電子閉込め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。
The thickness of the p-side electron confinement layer of the present invention is at least 1000 ° or less, preferably 400 ° or less. This is because the nitride semiconductor containing Al has a higher bulk resistance than other nitride semiconductors (not containing Al), and the Al mixed crystal ratio of the p-side electron confinement layer is set higher as described above. Therefore, if it is provided in the element exceeding 1000 °, it becomes an extremely high resistance layer, which causes a large increase in the forward voltage Vf. If it is 400 ° or less, the rise of Vf is suppressed to a low level. It is possible to further suppress the temperature by setting the angle to 200 ° or less. Here, when the lower limit of the film thickness of the p-side electron confinement layer is at least 10 ° or more, preferably 50 ° or more, it functions well as electron confinement.

【0064】また、レーザ素子において、このp側電子
閉込め層は、図3,4に示すように、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、更に第2の窒化物半導体層と活性層との間
に設けることである。また、窒化物半導体素子が導波路
構造を有し、クラッド層と活性層との間に光ガイド層を
有する場合において、p側電子閉込め層は、光ガイド層
29と活性層27との間に設けることで、活性層に近接
してp側電子閉込め層が設けられた構造とできるため好
適なキャリア閉込め構造を実現でき、また別の形態とし
ては、光ガイド層内部にp側電子閉込め層を設ける構成
とすることもでき、これによりp側電子閉込め層と活性
層とが離間した構造とでき、p側電子閉込め層が活性層
に近接することによる内部応力、圧電界、発熱作用を回
避でき好ましい。この時、活性層とp側電子閉込め層と
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500Å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、p側電子閉込め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、発光素子
において活性層とp側電子閉込め層との間には、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p側電子閉込め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、p側電子閉込め層
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、AlGaNのp側電子閉込め層との間
に、GaNからなるバッファ層を設けること、又はp側
電子閉込め層よりも低い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。
In the laser device, the p-side electron confinement layer is provided between the active layer and the cladding layer in order to function as an electron confinement layer as shown in FIGS. Further, it is provided between the second nitride semiconductor layer and the active layer. When the nitride semiconductor device has a waveguide structure and has an optical guide layer between the cladding layer and the active layer, the p-side electron confinement layer is between the optical guide layer 29 and the active layer 27. In this case, a structure in which a p-side electron confinement layer is provided close to the active layer can be achieved, so that a suitable carrier confinement structure can be realized. A configuration in which a confinement layer is provided can also be employed, whereby a structure in which the p-side electron confinement layer and the active layer are separated from each other can be provided. This is preferable because the heat generation effect can be avoided. At this time, when the distance between the active layer and the p-side electron confinement layer is at least 1000 ° or less, it functions as carrier confinement, and preferably at 500 ° or less, good carrier confinement becomes possible. . In other words, the closer to the active layer, the more effectively the p-side electron confinement layer functions to confine carriers. In addition, most of the laser element and the light-emitting element have a gap between the active layer and the p-side electron confinement layer. In this case, it is most preferable that a p-side electron confinement layer can be usually provided in contact with the active layer because no other layer is required. At this time, when the layer located closest to the p-type nitride semiconductor layer in the active layer having the quantum well structure and the p-side electron confinement layer are provided in contact with each other, the crystallinity is deteriorated. It is also possible to provide a buffer layer in crystal growth between them. For example, a buffer layer made of GaN may be provided between the most p-side layer of the active layer and the p-side electron confinement layer of InGaN or AlGaN. And a buffer layer made of a nitride semiconductor containing Al.

【0065】ここで、p側電子閉込め層として、具体的
には、p側電子閉込め層が活性層に近いほどしきい値電
流密度を低下させるが、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、p側電子閉
込め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p側
電子閉込め層は、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。このため、p側電子閉込め層は、キ
ャリア閉込めとして好適に機能するように、活性層より
もバンドギャップエネルギーを大きく、好ましくは活性
層内の少なくとも1つの障壁層よりもバンドギャップエ
ネルギーより大きくし、更に好ましくは活性層内の全て
の障壁層よりもバンドギャップエネルギーが大きくなる
ような組成が選択される。また、導波路構造を有する端
面発光素子、レーザ素子においては、p側電子閉込め層
を、光ガイド層の一部、好ましくは全部よりもバンドギ
ャップエネルギーを大きくすることがガイド層によるキ
ャリア閉込めが不十分な場合に、ガイド層よりも活性層
の近くに配置されたp側電子閉込め層により好適な活性
層内へのキャリア閉込めが実現でき好ましく、さらに
は、光閉込めのクラッド層の一部、若しくは全部よりも
バンドギャップエネルギーを大きくすると大きな障壁
が、活性層近傍に配置された構造となり好適なキャリア
閉込めを実現し、また、p側電子閉込め層の膜厚を小さ
くしてもその機能を維持することが可能となり好まし
い。
Here, as the p-side electron confinement layer, specifically, the threshold current density decreases as the p-side electron confinement layer is closer to the active layer, but the element life decreases as the p-side electron confinement layer is closer to the active layer. Become. As described above, since the p-side electron confinement layer is a layer having an extremely high resistance as compared with the other layers, a large amount of heat is generated when the element is driven, that is, a high temperature is exhibited in the element. It is considered that this has an adverse effect on the heat-sensitive active layer and well layer and greatly reduces the element life.
On the other hand, as described above, the p-side electron confinement layer responsible for confinement of carriers is more effective in confining carriers closer to the active layer, particularly to the well layer. Weakens. Therefore, the p-side electron confinement layer has a larger bandgap energy than the active layer, and preferably has a bandgap energy larger than at least one barrier layer in the active layer so as to suitably function as carrier confinement. More preferably, a composition is selected such that the band gap energy becomes larger than that of all the barrier layers in the active layer. In an edge emitting device and a laser device having a waveguide structure, it is necessary to increase the band gap energy of the p-side electron confinement layer more than a part, preferably all of the light guide layer, so that carrier confinement by the guide layer is achieved. Is insufficient, it is preferable that the p-side electron confinement layer disposed closer to the active layer than the guide layer can realize a suitable carrier confinement in the active layer. When the bandgap energy is made larger than a part or all of the above, a large barrier is arranged near the active layer to realize suitable carrier confinement, and the thickness of the p-side electron confinement layer is reduced. However, this function can be maintained, which is preferable.

【0066】従って、素子寿命の低下を抑えるために、
図5,6において、活性層内で最もp側電子閉込め層に
近い井戸層1bからp側電子閉込め層28の距離を少な
くとも100Å以上とすることであり、好ましくは12
0Å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p側電子閉込
め層との距離が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200Å以下とすることである。これは、p側電子
閉込め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
度が上昇し、また発光効率の低下を招くものと考えられ
る。
Therefore, in order to suppress a reduction in the element life,
5 and 6, the distance between the well layer 1b closest to the p-side electron confinement layer in the active layer and the p-side electron confinement layer 28 is set to at least 100 ° or more, preferably 12 ° or more.
0 ° or more, and more preferably 140 ° or more. The reason for this is that if the distance between the well layer and the p-side electron confinement layer is shorter than 100 °, the device life tends to be sharply reduced. , 150 ° or more, the device life tends to be further improved, but the threshold current density tends to gradually increase. Further, when the distance is larger than 200 °, a clear tendency of increase in the threshold current density is observed, and when the distance is larger than 400 °, the threshold current density tends to sharply increase. It is 400 ° or less, preferably 200 ° or less. This is because the p-side electron confinement layer moves away from the well layer, which lowers the efficiency of carrier confinement. This is mainly attributable to an increase in threshold current density and a decrease in luminous efficiency. it is conceivable that.

【0067】本発明のp側電子閉込め層には、通常p型
不純物がドープされ、レーザ素子、ハイパワーLED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5×10 16/cm3以上ドープするこ
とで、好ましくは1×1018/cm3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
/cm3以上、好ましくは1×1019/cm3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/cm3以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Vf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、p側電子閉込め層を低濃度でドープするこ
と、例えば、ガイド層、クラッド層などのp側電子閉込
め層近傍の層よりも低濃度でドープすることも可能であ
り、またノンドープ層とすることもできる。
The p-side electron confinement layer of the present invention usually has a p-type
Doped with impurities, such as laser devices and high power LEDs
When driving with which large current, the carrier mobility
In order to increase the concentration, doping is performed at a high concentration. Specific doping amount and
At least 5 × 10 16/cmThreeDope
And preferably 1 × 1018/cmThreeDoping
In the element driven by the large current, 1 × 1018
/cmThreeAbove, preferably 1 × 1019/cmThreeDope more
That is. The upper limit of the amount of the p-type impurity is not particularly limited.
But 1 × 10twenty one/cmThreeIt is as follows. Where p
Increased bulk impurity tends to increase bulk resistance
And as a result, Vf rises,
Preferably avoids the required carrier mobility
The minimum p-type impurity concentration that can ensure
You. Also, the p-side electron confinement layer may be doped at a low concentration.
And, for example, p-side electron confinement of guide layers, cladding layers, etc.
Can be doped at a lower concentration than the layer near the
Alternatively, it may be a non-doped layer.

【0068】本発明の窒化物半導体素子では、実施例に
示すように、ストライプ状の導波路として、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、Z
r、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、SiN、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、InxAl1-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。
In the nitride semiconductor device of the present invention,
As shown, a ridge was set up as a striped waveguide.
After the beam is formed, an insulating film to be a buried layer is formed on the side surface of the ridge.
At this time, as the buried layer, the material of the second protective film is used here.
As SiOTwoOther materials, preferably Ti, V, Z
at least one selected from the group consisting of r, Nb, Hf, Ta
Oxide containing one kind of element, SiN, BN, SiC,
It is desirable to form at least one of AlN.
Of which, oxides of Zr and Hf, BN and SiC are used
Is particularly preferred. In addition, as a buried layer, semi-insulating
, I-type nitride semiconductor, conductivity type opposite to ridge,
In the embodiment, an n-type nitride semiconductor and a current confinement layer are used.
For nitride semiconductors containing Al such as AlGaN
Can be. In addition, ridge by etching etc.
Without implanting ions such as B, Al, etc.
The region is formed in a stripe shape so that a current flows therethrough.
It can also be made. Nitride semiconductor used at this time
As InxAl1-yGa 1-xyN (0 ≦ x ≦ 1, 0
≦ y ≦ 1, x + y = 1)
It can be used properly.

【0069】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。
The ridge width is 1 μm or more and 3 μm or more.
m, preferably 1.5 μm or more and 2 μm or less, laser light having an excellent spot shape and beam shape can be obtained as a light source for an optical disk system.

【0070】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、発光素子構造において、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30との間に電子閉込め層であるp側電子
閉込め層28を有する素子構造を説明するものである。
図3,4は、本発明の特徴として、上部、下部クラッド
層に挟まれた領域の導波路内に、前記第1の窒化物半導
体層、第2の窒化物半導体層が設けられ、第1の窒化物
半導体層は、n型クラッド層内(図示せず)、n型光ガ
イド層26と活性層12との間(図3,4に示す)、n
型光ガイド層26とn型クラッド層25との間(図示せ
ず)、に設けられ、第2の窒化物半導体層は、p型光ガ
イド層29に用いられる。また、図3は、活性層12の
量子井戸構造について図示するもので、障壁層2a/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5〜8は、本発
明の一実施形態における活性層12、上部、下部クラッ
ド層26,30で挟まれる領域の導波路構造、及び活性
層周辺についての積層構造20と、その積層構造20の
下に、それに対応したエネルギーバンドギャップ21を
示すものである。図10についても図5〜8と同様に積
層構造20とその積層構造に対応してエネルギーバンド
図21を示し、それらに加えて各層におけるAl組成比
41、In組成比42の一実施形態を示す模式図が示さ
れている。
Here, each figure will be described below. 2 and 3 are schematic cross-sectional views according to an embodiment of the present invention, and particularly show a structure in which an active layer 12 is sandwiched between an n-type layer 11 and a p-type layer 13 in a laser element structure and a light-emitting element structure. Things. FIG. 2 shows an element structure in which the active layer 12 is sandwiched between an upper clad layer 30 and a lower clad layer 25 and a p-side electron confinement layer 28 as an electron confinement layer is provided between the active layer 12 and the upper clad layer 30. It is to explain.
FIGS. 3 and 4 show that as a feature of the present invention, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are provided in a waveguide in a region sandwiched between upper and lower cladding layers. Of the nitride semiconductor layer are formed in the n-type cladding layer (not shown), between the n-type light guide layer 26 and the active layer 12 (shown in FIGS. 3 and 4),
The second nitride semiconductor layer is provided between the n-type light guide layer 26 and the n-type clad layer 25 (not shown), and the second nitride semiconductor layer is used for the p-type light guide layer 29. FIG. 3 illustrates a quantum well structure of the active layer 12, which has a structure in which a barrier layer 2a / well layer 1a is repeatedly stacked as a pair, and a barrier layer 2c is provided last. 5 to 8 show a waveguide structure in a region sandwiched between the active layer 12, the upper and lower cladding layers 26 and 30, a laminated structure 20 around the active layer, and the laminated structure 20 in one embodiment of the present invention. Below, the corresponding energy band gap 21 is shown. 10 also shows the laminated structure 20 and the energy band diagram 21 corresponding to the laminated structure similarly to FIGS. 5 to 8, and shows one embodiment of the Al composition ratio 41 and the In composition ratio 42 in each layer in addition to them. A schematic diagram is shown.

【0071】本発明の窒化物半導体素子における各層の
ドープ量について、図11を用いて以下説明する。本発
明の光ガイド層の不純物ドープについて、図11に、ド
ープ量変化43として示すように、第1,2の光ガイド
層226,229において、不純物ドープ量を、活性層
に近づくに従ってドープ量を小さくする、若しくは、活
性層から遠い領域に比べて活性層に近い領域のドープ量
を小さくすると、導波路、特に光ガイド層内において、
光の損失を更に減少させて、良好な光の導波を実現で
き、閾値電流密度の低減、駆動電流の低減化を図ること
ができる。これは、不純物ドープした領域を光が導波す
ると、不純物により光の吸収が発生しするために光の損
失が起こるからである。これに加えて、導波路は上述し
たように、第1の光ガイド層226と第2の光ガイド層
229とで活性層227を挟む構造を少なくとも有して
おり、さらにそのガイド層の外側若しくは導波路を、ガ
イド層より屈折率の小さい上部・下部クラッド層22
5,230とで挟む構造でもって光が導波路内に閉じこ
められた構造となり、導波路内の活性層27及び活性層
近傍に多くの光が分布するため、その活性層近傍の領域
において不純物ドープ量を少なくすることで、光が多く
分布する領域での光の損失が減少することとなり、光の
損失の少ない導波路となる。具体的には、第1の光ガイ
ド層226、第2の光ガイド層229において、各層の
膜厚の半分で領域を区切り活性層に近い領域と遠い領域
を考えた場合、活性層に近い領域の導電型不純物濃度
を、活性層に遠い領域の不純物濃度よりも小さくするこ
とである。光ガイド層の不純物濃度としては、特に限定
されないが、具体的には活性層に近い領域において5×
10 /cm以下とすることである。ここで、上記
不純物ドープとは、第1の光ガイド層に第1導電型の不
純物ドープ、第2の光ガイド層に第2導電型の不純物ド
ープ、することを指すものである。
The doping amount of each layer in the nitride semiconductor device of the present invention will be described below with reference to FIG. Regarding the impurity doping of the light guide layer of the present invention, as shown in FIG. If the area is smaller or the doping amount in the region near the active layer is smaller than that in the region farther from the active layer, the waveguide, particularly in the light guide layer,
Light loss can be further reduced, and good light guiding can be realized, and the threshold current density and the drive current can be reduced. This is because, when light is guided in an impurity-doped region, light is lost due to absorption of light by the impurity. In addition, as described above, the waveguide has at least a structure in which the first light guide layer 226 and the second light guide layer 229 sandwich the active layer 227. The waveguide is divided into upper and lower cladding layers 22 having a smaller refractive index than the guide layer.
5, 230, the light is confined in the waveguide, and a large amount of light is distributed in the active layer 27 and in the vicinity of the active layer in the waveguide. By reducing the amount, a loss of light in a region where a large amount of light is distributed is reduced, and a waveguide having a small loss of light is obtained. Specifically, in the first light guide layer 226 and the second light guide layer 229, when a region is divided by half the thickness of each layer and a region close to the active layer and a region far from the active layer are considered, a region close to the active layer is considered. Is to be lower than the impurity concentration in a region far from the active layer. The impurity concentration of the light guide layer is not particularly limited, but specifically, 5 × in the region near the active layer.
Is that it 10 1 7 / cm 3 or less. Here, the impurity doping means that the first light guide layer is doped with a first conductivity type impurity, and the second light guide layer is doped with a second conductivity type impurity.

【0072】光ガイド層内でドープ量を変化させる形態
としては、具体例として、各光ガイド層内において、活
性層に近づくに従ってなだらかに、連続的にドープ量を
小さくする形態(43a)、不連続で段階的にドープ量
を小さくする形態(43b)、またその段階的なドープ
量変化を細かくし、光ガイド層内で部分的にドープ量変
化を設ける形態(43c)、のいずれかでも良く、また
これらを組み合わせて用いても良い。好ましくは、光ガ
イド層内において、活性層側からの距離が、50nm以
下の領域を低濃度ドープ領域(226b,229a)、
好ましくはアンドープとすることで光の損失低減が可能
となり、好ましくは100nm以下の領域を低濃度ドー
プ領域(226b,229a)とすることで良好な光損
失の低減、閾値電流密度、駆動電流の低減が可能とな
る。この時、光ガイド層の膜厚は、低濃度ドープ領域
(226b,229a)を50nm以下の領域とする場
合には、50nm以上の膜厚とし、100nm以下の領
域とする場合には、100nm以上の膜厚とすることは
いうまでもない。この時、上記低濃度ドープ領域(22
6b,229a)を光ガイド層内に設ける場合、好まし
くは、上述した組成傾斜構造の光ガイド層と組み合わせ
て用いることであり、これは図11に示すように、バン
ドギャップエネルギーが、活性層に近づくに従って小さ
くなるバンド構造であることにより、不純部ドープされ
ない領域が活性層近傍に設けられても、キャリアの注入
効率の低下を抑えた光ガイド層が形成されるためであ
る。この時、組成傾斜の光ガイド層は、上述したように
GRIN構造が好ましく、また上記多層膜構造で、バン
ドギャップエネルギーが活性層に近づくに従って小さく
なる構造であっても、低濃度ドープ領域の形成に効果が
ある。ここで、各光ガイド層内において、成長時に不純
物ドープしなくても、すなわち低濃度ドープで光ガイド
層を成長させても、隣接層から不純物が拡散する場合が
あり、その場合には低濃度ドープで成長させた上記領域
においても、不純物がドープされたものとなる。具体的
には、p型不純物として好ましく用いられるMgは、こ
のような拡散現象が起こりやすく、43aは、拡散によ
りp側電子閉込め層228から隣接層へ不純物が拡散す
る形態を模式的に示すものであり、高濃度ドープのp側
電子閉込め層229に隣接する光ガイド層(229aの
領域)、活性層(p側障壁層付近)では、濃度傾斜が発
生して、拡散する形態が観測される。また、実施例1で
示すように、低濃度ドープでp側光ガイド層を形成して
も、隣接層の電子閉込め層とクラッド層からの拡散によ
り、p型不純物がドープされる。このように、拡散によ
り不純物ドープが成される場合には、上述したように活
性層に近い領域の不純物濃度を、遠い領域よりも小さく
することである。このようなドープ領域は、少なくとも
一方の光ガイド層に設けることが好ましく、更に好まし
くは両方の光ガイド層に設けることで光の損失を低減さ
せた導波路となる。なお、図中の51、52は、各光ガ
イド層におけるドープ量変化を示している。
As a form of changing the doping amount in the light guide layer, as a specific example, in each light guide layer, the doping amount is gradually and gradually reduced as approaching the active layer (43a). Either a mode in which the doping amount is reduced continuously and stepwise (43b), or a mode in which the stepwise change in the doping amount is reduced and the doping amount is partially changed in the optical guide layer (43c) may be used. Or a combination of these. Preferably, in the light guide layer, a region whose distance from the active layer side is 50 nm or less is a lightly doped region (226b, 229a),
Preferably, light loss can be reduced by undoping, and preferably, light-loss loss, threshold current density, and drive current can be reduced satisfactorily by setting the regions of 100 nm or less as low-concentration doped regions (226b, 229a). Becomes possible. At this time, the thickness of the light guide layer is 50 nm or more when the low-concentration doped regions (226b and 229a) are 50 nm or less, and 100 nm or more when the light-concentration doped region (226b, 229a) is 100 nm or less. Needless to say, the film thickness is set as follows. At this time, the lightly doped region (22)
6b, 229a) is preferably used in combination with the above-described light guide layer having a composition gradient structure when the light guide layer is provided in the light guide layer. This is because the light guide layer with reduced carrier injection efficiency is formed even when a region not doped with impurities is provided near the active layer due to the band structure that becomes smaller as approaching. At this time, the light guide layer having a composition gradient is preferably a GRIN structure as described above, and even if the multilayer film structure has a structure in which the band gap energy becomes smaller as approaching the active layer, a lightly doped region is formed. Is effective. Here, in each light guide layer, even if the impurity is not doped at the time of growth, that is, even if the light guide layer is grown with low concentration doping, the impurity may diffuse from the adjacent layer. The above-described region grown by doping also becomes doped with impurities. Specifically, Mg which is preferably used as a p-type impurity easily causes such a diffusion phenomenon, and 43a schematically shows a mode in which the impurity is diffused from the p-side electron confinement layer 228 to an adjacent layer by diffusion. In the light guide layer (region 229a) adjacent to the heavily doped p-side electron confinement layer 229 and the active layer (near the p-side barrier layer), a concentration gradient is generated and diffusion is observed. Is done. Further, as shown in Example 1, even if the p-side light guide layer is formed with low concentration doping, p-type impurities are doped by diffusion from the electron confinement layer and the cladding layer of the adjacent layers. As described above, when impurity doping is performed by diffusion, as described above, the impurity concentration in a region near the active layer is to be smaller than that in a region far from the active layer. Such a doped region is preferably provided in at least one of the light guide layers, and more preferably provided in both of the light guide layers to provide a waveguide with reduced light loss. In addition, 51 and 52 in the figure show the change of the doping amount in each light guide layer.

【0073】また、上記光ガイド層における層構成、不
純物ドープの形態、組成、膜厚などは、第1の光ガイド
層、第2の光ガイド層とで同様なものとしても良く、異
なるようにしても良い。例えば、第1の光ガイド層を単
一膜とし、第2の光ガイド層を多層膜として、両光ガイ
ド層の層構成を異なるようにした形態などがある。本発
明では、クラッド層225,230と、活性層227と
の間に、クラッド層側に配置された高濃度ドープ領域
(226a,229b)と、その高濃度ドープ領域より
も低濃度でドープされ、活性層側に配置された低濃度ド
ープ領域(226b,229a)とが設けられること
で、導波路内における光損失を低減させた構造とでき
る。更に好ましくは、低濃度ドープ領域(226b,2
29a)と活性層との間、すなわち、光ガイド層よりも
活性層側に、高濃度ドープ層(231,228)を設け
ることが好ましい。ここで、高濃度ドープ層は、活性層
近傍に位置するp側電子閉込め層228、第1の窒化物
半導体層231の一部、若しくは全部として設けること
ができ、高濃度ドープ層231と228のドープ量は、
それぞれ、それよりも各クラッド層側に位置する低濃度
ドープ領域226b,229aよりも、高濃度でドープ
されることであり、好ましくは、p型層内の高濃度ドー
プ層228のドープ量を、p型層内の高濃度ドープ領域
229bよりも大きくすることで、高濃度ドープ層にお
いて、pn接合部が形成され、p型層側からのキャリア
の注入に優れ、不純物ドープ量変化、キャリア濃度変化
を設けることができ、好ましい。ここで、図1の225
〜230は、図10における積層構造20における各層
25〜30に対応している。
The layer structure, the form of impurity doping, the composition, the film thickness, etc. of the light guide layer may be the same as those of the first light guide layer and the second light guide layer. May be. For example, there is a mode in which the first light guide layer is a single film, the second light guide layer is a multilayer film, and the two light guide layers have different layer configurations. In the present invention, between the cladding layers 225, 230 and the active layer 227, the high-concentration doped regions (226a, 229b) disposed on the cladding layer side are doped at a lower concentration than the heavily-doped regions. By providing the lightly doped regions (226b, 229a) disposed on the active layer side, a structure in which light loss in the waveguide is reduced can be obtained. More preferably, the lightly doped region (226b, 2
It is preferable to provide the high-concentration doped layers (231, 228) between the active layer 29a) and the active layer side of the light guide layer. Here, the heavily doped layer can be provided as part or all of the p-side electron confinement layer 228 and the first nitride semiconductor layer 231 located near the active layer. The doping amount of
Each of them is doped at a higher concentration than the lightly doped regions 226b and 229a located on the respective cladding layer sides. Preferably, the doping amount of the heavily doped layer 228 in the p-type layer is By making the p-type layer larger than the heavily doped region 229b in the p-type layer, a pn junction is formed in the heavily doped layer, so that the carrier injection from the p-type layer is excellent, the impurity doping amount changes, and the carrier concentration changes. Can be provided, which is preferable. Here, 225 in FIG.
230 correspond to the respective layers 25 to 30 in the laminated structure 20 in FIG.

【0074】[0074]

【実施例】【Example】

【0075】[実施例1]以下、実施例として、図1に
示すようなレーザ素子構造、また図6に示す導波路構造
について、窒化物半導体を用いたレーザ素子について、
説明する。
Example 1 Hereinafter, as examples, the laser device structure shown in FIG. 1 and the waveguide structure shown in FIG.
explain.

【0076】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(MgA124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。
Here, in this embodiment, a GaN substrate is used, but a heterogeneous substrate different from a nitride semiconductor may be used as the substrate. As a heterogeneous substrate, for example, C-plane, R
Sapphire, spinel (insulating substrate such as MgAl 2 O 4 , SiC (6
H, 4H, 3C), ZnS, ZnO, GaAs,
Si, and oxide substrates lattice-matched with nitride semiconductors, etc.
A nitride semiconductor can be grown and is conventionally known, and a substrate material different from the nitride semiconductor can be used. Preferred heterosubstrates include sapphire and spinel. In addition, the heterogeneous substrate may be off-angle, and in this case, it is preferable to use a substrate that is off-angled in a step-like manner because the growth of the underlying layer made of gallium nitride can be performed with good crystallinity. Further, when a heterogeneous substrate is used, a nitride semiconductor serving as a base layer before forming an element structure is grown on the heterogeneous substrate, and then the heterogeneous substrate is removed by a method such as polishing to form a nitride semiconductor single substrate. The element structure may be formed as
A method of removing different kinds of substrates may be used.

【0077】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。
When a heterogeneous substrate is used, an element structure is formed via a buffer layer (low-temperature growth layer) and a base layer made of a nitride semiconductor (preferably GaN), and the growth of the nitride semiconductor is improved. It will be. In addition, as an underlayer (growth substrate) provided on a heterogeneous substrate, ELOG (E
When a nitride semiconductor grown pitaxially Laterally Overgrowth is used, a growth substrate having good crystallinity can be obtained. EL
As a specific example of the OG layer, a mask region formed by growing a nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate and providing a protective film on which a nitride semiconductor is difficult to grow, and a nitride semiconductor layer are grown. A non-mask region to be formed is provided in a stripe shape, and a nitride semiconductor is grown from the non-mask region. In addition to the growth in the film thickness direction, the growth in the lateral direction is performed. Also, there is a layer formed by growing a nitride semiconductor. In another embodiment, an opening may be provided in a nitride semiconductor layer grown on a heterogeneous substrate, and a layer may be formed by growing laterally from the side surface of the opening.

【0078】(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
3)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、SiO2からなり、マスク幅15μ
m、開口部(窓部)幅5μmとする。
(Substrate 101) As a substrate, a nitride semiconductor grown on a heterogeneous substrate, in this embodiment, GaN was grown as a thick film (100 μm), and then the heterogeneous substrate was removed.
A nitride semiconductor substrate made of 80 μm GaN is used.
The detailed method of forming the substrate is as follows. A heterogeneous substrate made of sapphire whose main surface is 2 inches φ and C-plane is M
It was set in an OVPE reaction vessel, the temperature was set to 500 ° C., and trimethylgallium (TMG), ammonia (NH
Using 3 ), a buffer layer made of GaN is grown to a thickness of 200 °, and then the temperature is increased to increase the undoped G layer.
aN is grown to a thickness of 1.5 μm to form an underlayer.
Next, a plurality of stripe-shaped masks are formed on the surface of the underlying layer, and a nitride semiconductor, in this embodiment, GaN is selectively grown from the mask opening (window), and growth accompanied by lateral growth (ELOG) The nitride semiconductor layer formed by the method described in (1) is further grown as a thick film, and the heterogeneous substrate, the buffer layer, and the underlayer are removed to obtain a nitride semiconductor substrate. At this time, the mask at the time of selective growth is made of SiO 2 and has a mask width of 15 μm.
m, and the opening (window) width is 5 μm.

【0079】(バッファ層102) 窒化物半導体基板
の上に、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、Al0.05Ga0.95N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、AlG
aN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。
(Buffer Layer 102) A buffer layer 102 of Al 0.05 Ga 0.95 N is formed on a nitride semiconductor substrate at a temperature of 1050 ° C. using TMG (trimethylgallium), TMA (trimethylaluminum) and ammonia. It is grown to a thickness of 4 μm. This layer is made of AlG
It functions as a buffer layer between the aN n-type contact layer and the nitride semiconductor substrate made of GaN. Next, the respective layers forming the element structure are stacked on the base layer made of the nitride semiconductor.

【0080】(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Al0.05Ga0.95Nよりなるn型コンタクト層
103を4μmの膜厚で成長させる。n型コンタクト
層、若しくはバッファ層などの下地層に、Alを含む窒
化物半導体、具体的にはAl xGa1-xN(0<x≦
1)、を用いることで、GaNなどのAlを含まない窒
化物半導体に比べて、ELOGを用いたことによる結晶
性の悪化、特にピットの発生を抑えて、良好な下地層表
面を提供できる傾向にあり、Alを含む窒化物半導体を
用いることが好ましい。
(N-type contact layer 103)
On the buffer layer 102, TMG, TMA, ammonia,
Silane gas at 1050 ° C using silane gas as pure gas
Al0.05Ga0.95N-type contact layer made of N
103 is grown to a thickness of 4 μm. n-type contact
Layer or a base layer such as a buffer layer
Compound semiconductor, specifically Al xGa1-xN (0 <x ≦
1), the use of Al-free nitride such as GaN
Crystal by using ELOG compared to nitride semiconductor
Deterioration of properties, especially generation of pits
Surface tends to provide a nitride semiconductor containing Al
Preferably, it is used.

【0081】(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In0.06Ga0.94N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。
(Crack Prevention Layer 104) Next, the TM
Using G, TMI (trimethylindium), and ammonia at a temperature of 800 ° C., a crack prevention layer 104 of In 0.06 Ga 0.94 N is grown to a thickness of 0.15 μm. The crack prevention layer can be omitted.

【0082】(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
18/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200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。
(N-type clad layer 105) Next, the temperature is raised to 1050 ° C., and an A layer made of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N is grown to a thickness of 25 ° using TMA, TMG and ammonia as the source gas. Then, TMA is stopped, and silane gas is used as an impurity gas, and Si
A B layer of GaN doped with 0 18 / cm 3 is grown to a thickness of 25 °. This operation is repeated 200 times to stack the A layer and the B layer, and grow the n-type cladding layer 106 composed of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 1 μm. At this time, if the Al mixed crystal ratio of the undoped AlGaN is in the range of 0.05 or more and 0.3 or less, it is possible to provide a refractive index difference that sufficiently functions as a cladding layer.

【0083】(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
μm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。
(N-type light guide layer 106) Next, at the same temperature, using TMG and ammonia as source gases, the n-type light guide layer
It is grown to a thickness of μm. Further, an n-type impurity may be doped.

【0084】(第1の窒化物半導体131) 次に、図
6に示すように、温度を800℃にして、原料ガスにT
MI(トリメチルインジウム)、TMGを用い、Siド
ープのIn0.05Ga0.95N、膜厚500Åよりなる第1
の窒化物半導体層を形成する。
(First Nitride Semiconductor 131) Next, as shown in FIG.
Using MI (trimethylindium) and TMG, a first layer made of Si-doped In 0.05 Ga 0.95 N and having a thickness of 500 °
Is formed.

【0085】(活性層107) 次に、温度を800℃
にして、図6に示すように、原料ガスにTMI(トリメ
チルインジウム)、TMGを用い、アンドープのIn
0.05Ga 0.95Nよりなる障壁層、その上に、アンドープ
のIn0.32Ga0.68Nよりなる井戸層を、障壁層2a/
井戸層1a/障壁層2b/井戸層1b/障壁層2cの順
に積層する。この時、図6に示すように、障壁層2a、
2b、2cを130Åの膜厚で、井戸層1a、1bを2
5Åの膜厚で形成する。活性層107は、総膜厚約44
0Åの多重量子井戸構造(MQW)となる。
(Active Layer 107) Next, the temperature is set to 800 ° C.
Then, as shown in FIG.
Chillindium), undoped In using TMG
0.05Ga 0.95N barrier layer, undoped on it
In0.32Ga0.68The N-well layer is formed as a barrier layer 2a /
Well layer 1a / barrier layer 2b / well layer 1b / barrier layer 2c
To be laminated. At this time, as shown in FIG.
2b and 2c have a thickness of 130 °, and the well layers 1a and 1b have a thickness of 2 °.
It is formed with a thickness of 5 °. The active layer 107 has a total thickness of about 44
It becomes a multiple quantum well structure (MQW) of 0 °.

【0086】(p側電子閉込め層108) 次に、同様
の温度で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを
用い、不純物ガスとしてCp2Mg(シクロペンタジエ
ニルマグネシウム)を用い、Mgを1×1019/cm3
ープしたAl0.3Ga0.7Nよりなるp型電子閉込層10
8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。
(P-side electron confinement layer 108) Next, at the same temperature, TMA, TMG and ammonia are used as source gases, Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used as impurity gas, and Mg is reduced to 1%. A p-type electron confinement layer 10 of × 10 19 / cm 3 doped Al 0.3 Ga 0.7 N
8 is grown to a thickness of 100 °. This layer is not necessarily provided, but when provided, it functions as electron confinement and contributes to lowering of the threshold.

【0087】(p型光ガイド層109:第2の窒化物半
導体層) 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109を0.15μmの膜厚で成長
させる。
(P-Type Light Guide Layer 109: Second Nitride Semiconductor Layer) Next, the temperature is set to 1050 ° C., and TMG and ammonia are used as source gases to form a p-type light guide layer 109 made of undoped GaN. It is grown to a thickness of 0.15 μm.

【0088】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側電子閉込め層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。
The p-type light guide layer 109 is grown as an undoped layer. However, Mg is diffused from adjacent layers such as the p-side electron confinement layer 108 and the p-type cladding layer 109 so that M
The g concentration was 5 × 10 16 / cm 3 , indicating p-type. This layer may be intentionally doped with Mg during growth.

【0089】(p型クラッド層110) 続いて、10
50℃でアンドープAl0.05Ga0.95Nよりなる層を2
5Åの膜厚で成長させ、続いてTMAを止め、Cp2
gを用いて、Mg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0.45
μm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1
10は、Alを含む窒化物半導体層、好ましくはAlX
Ga1-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AlGaNとを積
層した超格子構造とする。p側クラッド層110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。
(P-type cladding layer 110)
At 50 ° C., two layers of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N
Grown at a thickness of 5 °, followed by stopping TMA, Cp 2 M
g, a layer made of Mg-doped GaN is grown to a thickness of 25 °, and this is repeated 90 times to obtain a total thickness of 0.45.
A p-type cladding layer 110 consisting of a superlattice layer of μm is grown. When the p-type cladding layer is made of a superlattice in which at least one includes a nitride semiconductor layer containing Al and has different band gap energies from each other, the impurity is doped into one of the layers in a large amount. When so-called modulation doping is performed, the crystallinity tends to be improved, but both may be doped in the same manner. Clad layer 1
10 is a nitride semiconductor layer containing Al, preferably Al x
It is desirable to have a superlattice structure containing Ga 1 -XN (0 <X ≦ 1), and more preferably a superlattice structure in which GaN and AlGaN are stacked. Since the p-side cladding layer 110 has a superlattice structure, the Al mixed crystal ratio of the entire cladding layer can be increased, so that the refractive index of the cladding layer itself decreases and the band gap energy increases. It is very effective in lowering.
Further, the use of the superlattice reduces the number of pits generated in the cladding layer itself as compared with the non-superlattice, thereby reducing the occurrence of short circuits.

【0090】(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/cm3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InXAlYGa1-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1
11は電極を形成する層であるので、1×1017/cm3
以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。1×10
17/cm3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。
(P-type contact layer 111) Finally, 1
At 050 ° C., 1 × of Mg was deposited on the p-type cladding layer 110.
A p-type contact layer 111 made of p-type GaN doped with 10 20 / cm 3 is grown to a thickness of 150 °. The p-type contact layer 111 is made of p-type In x Al Y Ga 1 -XYN (0 ≦
X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), and preferably Mg-doped GaN provides the most preferable ohmic contact with the p-electrode 120. Contact layer 1
11 is a layer for forming an electrode, so that 1 × 10 17 / cm 3
It is desirable that the carrier concentration be as high as above. 1 × 10
If it is lower than 17 / cm 3, it tends to be difficult to obtain an electrode and a preferable ohmic. Further, when the composition of the contact layer is GaN, it becomes easy to obtain a preferable ohmic material with the electrode material. After the reaction, the wafer is annealed in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. in a reaction vessel.
The resistance of the p-type layer is further reduced.

【0091】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SiO2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SiCl4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SiO2が最適である。
After the nitride semiconductor is grown and the respective layers are stacked as described above, the wafer is taken out of the reaction vessel, a protective film made of SiO 2 is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and RIE ( Etching is performed with SiCl 4 gas using reactive ion etching (RIE) to expose the surface of the n-type contact layer 103 where the n-electrode is to be formed, as shown in FIG. In order to deeply etch the nitride semiconductor in this way, SiO 2 is optimal as a protective film.

【0092】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、SiO2)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、CF4
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109、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。
Next, a ridge stripe is formed as the above-mentioned stripe-shaped waveguide region. First, the top layer p
Almost all of the contact layer (upper contact layer)
After a first protective film 161 made of Si oxide (mainly SiO 2 ) is formed to a thickness of 0.5 μm by a VD apparatus, a mask of a predetermined shape is applied on the first protective film.
CF 4 by RIE (Reactive Ion Etching)
A first protective film 161 having a stripe width of 1.6 μm is formed by photolithography using a gas. At this time,
The height of the ridge stripe (etching depth) is such that the p-type contact layer 111, the p-type cladding layer 109, and a part of the p-type light guide layer 110 are etched so that the thickness of the p-type light guide layer 109 becomes zero. Etching is performed to a depth of 1 μm.

【0093】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ZrO2
よりなる第2の保護膜162を、第1の保護膜の上と、
エッチングにより露出されたp型光ガイド層109の上
に0.5μmの膜厚で連続して形成する。
Next, after the formation of the ridge stripe, a Zr oxide (mainly ZrO 2 ) is formed on the first protective film 161 from above.
A second protective film 162 made of
A film having a thickness of 0.5 μm is continuously formed on the p-type light guide layer 109 exposed by the etching.

【0094】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SiO2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。
After forming the second protective film 162, the wafer is
Heat treatment at 0 ° C. When a material other than SiO 2 is formed as the second protective film in this way, after forming the second protective film, at a temperature of 300 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, and lower than the decomposition temperature of the nitride semiconductor (1200 ° C.). The heat treatment makes it difficult for the second protective film to dissolve in the dissolved material (hydrofluoric acid) of the first protective film. Therefore, it is more desirable to add this step.

【0095】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。
Next, the wafer is immersed in hydrofluoric acid, and the first protective film 161 is removed by a lift-off method. As a result, the first protective film 161 provided on the p-type contact layer 111 is removed, and the p-type contact layer is exposed. As described above, as shown in FIG. 1, the second protective film 162 is formed on the side surface of the ridge stripe and the plane continuous therewith (the exposed surface of the p-type light guide layer 109).

【0096】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。
After the first protective film 161 provided on the p-type contact layer 112 is removed, the exposed p-type contact layer 111 is removed as shown in FIG.
A p-electrode 120 made of Ni / Au is formed on the surface of the substrate.
However, the p electrode 120 has a stripe width of 100 μm,
As shown in FIG. 1, it is formed over the second protective film 162. After the formation of the second protective film 162, the exposed n
On the surface of the mold contact layer 103, a striped n-electrode 121 made of Ti / Al is formed in a direction parallel to the stripe.

【0097】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、SiO2とTiO2よりな
る誘電体多層膜164を設けた後、p,n電極上にNi
−Ti−Au(1000Å−1000Å−8000Å)
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、200μm
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SiO2とTiO2よりなる誘電体多層
膜が設けられる。
Next, a mask is formed on the p and n electrodes on the surface exposed by etching to form the n-electrode, and on a desired region for providing an extraction electrode, and a dielectric multilayer film of SiO 2 and TiO 2 is formed. After providing 164, Ni and Ni are formed on the p and n electrodes.
-Ti-Au (1000-1000-8000)
Extraction (pat) electrodes 122 and 123 are provided, respectively. At this time, the width of the active layer 107 is 200 μm.
(The width in the direction perpendicular to the resonator direction), and a dielectric multilayer film made of SiO 2 and TiO 2 is also provided on the resonator surface (reflection surface side).

【0098】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6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
である。
After forming the n-electrode and the p-electrode as described above, the M-plane of the nitride semiconductor (M-plane of GaN, (11-00), etc.) ), The wafer is divided into bars, and the bar-shaped wafer is further divided to obtain laser devices. At this time, the resonator length is 650 μm.
The laser device obtained in this way has a laminated structure 20 and a band gap energy diagram shown in FIG.

【0099】得られるレーザ素子は、しきい値電流密度
2.8kA/cm2、波長448nmの窒化物半導体素
子が得られ、参考例1の光ガイド層をInGaNとした
場合に比べて、長波長域において、低いしきい値電流密
度のレーザが得られる。
The obtained laser device is a nitride semiconductor device having a threshold current density of 2.8 kA / cm 2 and a wavelength of 448 nm, and has a longer wavelength than the light guide layer of Reference Example 1 made of InGaN. In this region, a laser having a low threshold current density can be obtained.

【0100】図8は、実施例1において、井戸層1のI
n混晶比を変化させて、波長425〜450nmのレー
ザ素子を作製し、閾値電流密度Jthを測定して、しき
い値電流密度の波長依存性を示すものである。図8から
明らかなように、430nm以下の短波長域では、参考
例1のようにInを含む窒化物半導体を有する上部、下
部光ガイド層で活性層を挟む構造を導波路構造に用いる
方が、閾値電流密度が低い傾向にあり、440nm付近
(435nm〜445nm)で、参考例1と実施例1の
閾値電流密度が逆転し、440nm以上の長波長の領域
では、実施例1がなだらかな上昇傾向を示すのに対し、
参考例1は、急激な上昇傾向が観られることがわかる。
実施例1のように、本発明の特徴である第1の窒化物半
導体層、第2の窒化物半導体層とで活性層を挟み込む構
造を、導波路内に設けることで、上述したようなInに
よる光の損失、p型光ガイド層の結晶性の問題を改善で
き、長波長域において優れた素子特性の窒化物半導体素
子が得られることがわかる。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between I and I of the well layer 1 in the first embodiment.
A laser device having a wavelength of 425 to 450 nm is manufactured by changing the n-crystal ratio, and the threshold current density Jth is measured to show the wavelength dependence of the threshold current density. As is apparent from FIG. 8, in the short wavelength region of 430 nm or less, it is preferable to use the structure in which the active layer is sandwiched between the upper and lower optical guide layers having the nitride semiconductor containing In as in Reference Example 1 for the waveguide structure. The threshold current density tends to be low, and the threshold current densities of Reference Example 1 and Example 1 are reversed around 440 nm (435 nm to 445 nm). While showing a trend,
In Reference Example 1, it can be seen that a sharp upward trend is observed.
As described in the first embodiment, the structure in which the active layer is sandwiched between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, which is a feature of the present invention, is provided in the waveguide, so that the above-described In It can be understood that the problem of light loss due to the above and the problem of crystallinity of the p-type light guide layer can be improved, and a nitride semiconductor device having excellent device characteristics in a long wavelength region can be obtained.

【0101】[実施例2]実施例1において、図5に示
すように、障壁層2のIn混晶比より低い混晶比のアン
ドープIn0.025Ga0.975Nからなる第1の窒化物半導
体層を500Åの膜厚で形成する。得られるレーザ素子
は、第1の窒化物半導体層31のIn混晶比が実施例1
よりも小さいことから、上部、下部クラッド層に挟まれ
た導波路、本実施例ではn型光ガイド層、p型光ガイド
層で挟まれる領域、とクラッド層との屈折率差が、実施
例1に比べて小さくなるため、閾値電流が大きくなるも
のの、長波長域のレーザ素子としてなお優れた特性のも
のが得られる。
Example 2 In Example 1, as shown in FIG. 5, a first nitride semiconductor layer made of undoped In 0.025 Ga 0.975 N having a mixed crystal ratio lower than the In mixed crystal ratio of the barrier layer 2 was used. It is formed with a thickness of 500 °. In the obtained laser device, the In nitride crystal ratio of the first nitride semiconductor layer 31 was equal to that of Example 1.
Is smaller than that of the waveguide sandwiched between the upper and lower clad layers, in this embodiment, the region sandwiched by the n-type light guide layer and the p-type light guide layer, and the refractive index difference between the clad layer and the waveguide. Since the threshold current is larger than that of the laser diode of 1, the laser diode having a longer wavelength region has excellent characteristics.

【0102】[実施例3]実施例2において、図8に示
すように、第1の窒化物半導体層31を、活性層から2
00Å離れたところに設ける。このとき、n側クラッド
層と活性層とで挟まれた積層構造が、n型クラッド層2
5/第1のn型光ガイド層26a/第1の窒化物半導体
層31/第2のn型光ガイド層26b/活性層12の順
に積層された構造となり、第1のn型光ガイド層26a
をアンドープGaNで800Åとし、第2のn型光ガイ
ド層26bをアンドープGaNで200Åとする。得ら
れるレーザ素子は、実施例2に比べて、第1の窒化物半
導体層が活性層から離れていることから、第1の窒化物
半導体層による光の閉じ込め、キャリアの注入効果が弱
まり、また導波路内での光の分布が実施例1よりもn型
クラッド層側に多く分布するものとなり、活性層での誘
導放出が減少し、また第1の窒化物半導体による光の損
失も発生し、実施例2よりも閾値電流が大きくなる傾向
にある。
Embodiment 3 In Embodiment 2, as shown in FIG. 8, the first nitride semiconductor layer 31 is
Provided at a distance of 00 mm. At this time, the laminated structure sandwiched between the n-side cladding layer and the active layer is the n-type cladding layer 2.
5 / the first n-type light guide layer 26a / the first nitride semiconductor layer 31 / the second n-type light guide layer 26b / the active layer 12 are stacked in this order. 26a
Is set to 800 ° with undoped GaN, and the second n-type light guide layer 26b is set to 200 ° with undoped GaN. In the obtained laser device, the effect of confining light and injecting carriers by the first nitride semiconductor layer is weakened because the first nitride semiconductor layer is farther from the active layer than in Example 2, and The light distribution in the waveguide is more distributed on the n-type cladding layer side than in the first embodiment, the stimulated emission in the active layer is reduced, and the light loss due to the first nitride semiconductor occurs. , The threshold current tends to be larger than in the second embodiment.

【0103】[実施例4]実施例1において、図7に示
すように、n型光ガイド層としてアンドープIn 0.05
0.95N、膜厚0.15μmからなる第1の窒化物半導
体を用い、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、InGaNか
らなるn型光ガイド層により、導波路とクラッド層との
屈折率差が大きくなるが、厚膜のn型光ガイド層による
光の吸収が大きくなり、また導波路内での光分布も、活
性層からn型クラッド層に至る領域にブロードに広がっ
て分布しているものと思われ、活性層での誘導放出が減
少し、実施例1に比べて、閾値電流が大きくなる。この
時、n型光ガイド層(第1の窒化物半導体層)をInG
aN/GaNからなる超格子多層膜で形成しても、単一
膜で形成する場合に比べて、膜の結晶性は良くなるもの
の、光の分布、導波路の屈折率、の問題は、単一膜の場
合と同等なもので、得られるレーザ素子も同様な傾向の
特性のものとなる。
[Embodiment 4] In Embodiment 1, as shown in FIG.
Undoped In as the n-type light guide layer, 0.05G
a0.95N, the first nitride semiconductor having a thickness of 0.15 μm
Using the body, a laser element is obtained in the same manner as in Example 1. Profit
The laser element to be used is InGaN or
Between the waveguide and the cladding layer
The difference in the refractive index increases, but due to the thick n-type light guide layer
The absorption of light increases, and the light distribution in the waveguide also increases.
To the region from the conductive layer to the n-type cladding layer.
And stimulated emission in the active layer is reduced.
The threshold current is slightly larger than in the first embodiment. this
At this time, the n-type light guide layer (first nitride semiconductor layer) is
Even when formed by a superlattice multilayer film composed of aN / GaN,
Crystallinity of the film is better than that of a film
The problem of the light distribution, the refractive index of the waveguide,
And the obtained laser element has the same tendency.
It becomes characteristic.

【0104】[参考例1]実施例4において、p側光ガ
イド層を、n側光ガイド層と同じアンドープIn0.05
0.95Nとして、その他は実施例4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の導波
路構造に比較して、第1の窒化物半導体を設けずに、n
型光ガイド層をp型光ガイド層と同じ膜厚にして、両方
の光ガイド層ともInを含む窒化物半導体を用いた構造
となる。このようにして得られるレーザ素子は、p型光
ガイド層にInを含む窒化物半導体を用いていることに
より、大きく結晶性が悪化し、さらに、光ガイド層によ
る光の吸収が発生し、実施例1に比べて閾値電流が大き
くなる。図9は、参考例1で、井戸層のIn混晶比を変
化させて、425nm〜450nmの波長のレーザ素子
を作製し、しきい値電流密度Jthを測定して、閾値電
流密度の波長依存性を示すものである。図9から明らか
なように、上部、下部光ガイド層にInを含む窒化物半
導体を用いた構造では、430nm付近から波長が長く
なるに従って急激な閾値電流密度の上昇傾向を示し、4
40nm以上の長波長域では、実施例1に比べて、閾値
電流密度が大きくなり、そしてそれより波長が長くなる
に従って、その差が大きくなることがわかる。
Reference Example 1 In Example 4, the p-side light guide layer was replaced by the same undoped In 0.05 G as the n-side light guide layer.
A laser element is obtained in the same manner as in Example 4 except that a 0.95 N is used. The obtained laser device is different from the waveguide structure of Example 1 in that the first nitride semiconductor is not provided and n
The light guide layer has the same thickness as the p-type light guide layer, and both light guide layers have a structure using a nitride semiconductor containing In. In the laser device obtained in this manner, crystallinity is greatly deteriorated by using a nitride semiconductor containing In for the p-type light guide layer, and further, light is absorbed by the light guide layer. The threshold current is larger than in Example 1. FIG. 9 shows a reference example 1 in which a laser element having a wavelength of 425 nm to 450 nm was manufactured by changing the In mixed crystal ratio of the well layer, and the threshold current density Jth was measured. It shows the nature. As is clear from FIG. 9, in the structure using the nitride semiconductor containing In for the upper and lower light guide layers, the threshold current density tends to increase sharply as the wavelength increases from around 430 nm.
It can be seen that in the long wavelength region of 40 nm or more, the threshold current density is higher than in Example 1, and the difference becomes larger as the wavelength becomes longer.

【0105】[実施例5]実施例1において、n型層、
p型層のクラッド層、ガイド層、活性層を以下のように
形成し、図10に示す構造のレーザ素子を作製する。
[Embodiment 5] In Embodiment 1, the n-type layer,
A p-type clad layer, a guide layer, and an active layer are formed as follows, and a laser device having a structure shown in FIG. 10 is manufactured.

【0106】(n型クラッド層105) n型コンタク
ト層103、クラック防止層104(省略可)の上に、
n型クラッド層として、アンドープのAl0.1Ga
0.9Nよりなる第1の層を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5×1018/cm3ドープしたAl
0.0 Ga0.95Nよりなる第2の層を25Åの膜
厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ200回
繰り返して第1の層と第2の層とを交互に積層し、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n型クラッド層は、活性層
の下に設けられた下部クラッド層となる場合、超格子多
層膜で構成しなくても、単一膜、若しくは膜厚100Å
以上の層を有する多層膜でもクラッド層を形成すること
ができる。
(N-type cladding layer 105) On the n-type contact layer 103 and the crack preventing layer 104 (omissible),
Undoped Al 0.1 Ga as an n-type cladding layer
Growing a first layer of 0.9 N to a thickness of 25 °;
Subsequently, TMA was stopped, and silane gas was used as an impurity gas, and Al doped with 5 × 10 18 / cm 3 was used.
A second layer consisting of 0.0 5 Ga 0.95 N is grown to the thickness of 25 Å. This operation is repeated 200 times, and the first layer and the second layer are alternately laminated to grow the n-type cladding layer 106 composed of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 1 μm. When this n-type cladding layer is to be a lower cladding layer provided below the active layer, it is not necessary to constitute a superlattice multilayer film, but a single film or a film having a thickness of 100 Å.
A clad layer can be formed even with a multilayer film having the above layers.

【0107】(n型光ガイド層106) Siドープの
GaNよりなる第3の層を膜厚15Åで成長させ、続い
て、アンドープのIn0.05Ga0.95Nよりなる
第4の層を膜厚15Åで成長させる。そして、この操作
をそれぞれ60回繰り返して第3の層と第4の層とを交
互に積層し、総膜厚0.18μmの多層膜(超格子構
造)よりなるn型光ガイド層106を、n型クラッド層
の上に、成長させる。
(N-type light guide layer 106) A third layer made of Si-doped GaN is grown to a thickness of 15 °, and then a fourth layer made of undoped In 0.05 Ga 0.95 N is formed. It is grown to a thickness of 15 °. Then, this operation is repeated 60 times, and the third layer and the fourth layer are alternately laminated to form an n-type light guide layer 106 composed of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 0.18 μm. It grows on an n-type cladding layer.

【0108】(第1の窒化物半導体131) 次に、S
iドープのIn0.05Ga0.95N、膜厚530Å
よりなる第1の窒化物半導体層を、n型光ガイド層の上
に形成する。
(First Nitride Semiconductor 131) Next, S
i-doped In 0.05 Ga 0.95 N, thickness 530 °
A first nitride semiconductor layer is formed on the n-type light guide layer.

【0109】(活性層107) 図10に示すように、
膜厚130ÅのアンドープのGaNよりなるn側障壁層
2a、膜厚25ÅのアンドープのIn0.25Ga
0.75Nよりなる井戸層1a、膜厚100Åのアンド
ープGaNよりなる障壁層2b、その上に、井戸層1a
と同じ井戸層1b、膜厚530ÅのアンドープIn
0.05Ga0.95Nよりなるp側障壁層2cを、障
壁層2a/井戸層1a/障壁層2b/井戸層1b/障壁
層2cの順に積層する。活性層107は、総膜厚約81
0Åの多重量子井戸構造(MQW)となり、第1の窒化
物半導体層の上に形成される。また、n側障壁層2aと
第1の窒化物半導体層が接する場合には、第1の窒化物
半導体層がn側障壁層2aを兼ねることができ、この場
合には、n側障壁層2aを省略でき、活性層に接する第
1の窒化物半導体層がn側障壁層2aとしても機能す
る。
(Active Layer 107) As shown in FIG.
130 ° -thick n-side barrier layer 2a made of undoped GaN, 25 ° -thick undoped In 0.25 Ga
A well layer 1a made of 0.75 N, a barrier layer 2b made of undoped GaN having a thickness of 100 °, and a well layer 1a
Well layer 1b, undoped In with a thickness of 530 °
A p-side barrier layer 2c made of 0.05 Ga 0.95 N is laminated in the order of barrier layer 2a / well layer 1a / barrier layer 2b / well layer 1b / barrier layer 2c. The active layer 107 has a total thickness of about 81
It has a multiple quantum well structure (MQW) of 0 ° and is formed on the first nitride semiconductor layer. When the n-side barrier layer 2a is in contact with the first nitride semiconductor layer, the first nitride semiconductor layer can also serve as the n-side barrier layer 2a. In this case, the n-side barrier layer 2a Can be omitted, and the first nitride semiconductor layer in contact with the active layer also functions as the n-side barrier layer 2a.

【0110】(p側電子閉込め層108) 次に、同様
の温度で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを
用い、不純物ガスとしてCp2Mg(シクロペンタジエ
ニルマグネシウム)を用い、Mgを1×1019/cm
3ドープしたAl0.3Ga0.7N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。
(P-side electron confinement layer 108) Next, at the same temperature, TMA, TMG and ammonia are used as source gases, Cp2Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used as an impurity gas, and Mg is 1 × 1019. / Cm
A p-type electron confinement layer 108 of 3-doped Al 0.3 Ga 0.7 N is grown to a thickness of 100 °. This layer is not necessarily provided, but when provided, it functions as electron confinement and contributes to lowering of the threshold.

【0111】(p型光ガイド層109) Mgドープの
GaNよりなる第3の層を膜厚15Åで成長させ、続い
て、アンドープのIn0.05Ga0.95Nよりなる
第4の層を膜厚5Åで成長させる。そして、この操作を
それぞれ90回繰り返して第3の層と第4の層とを交互
に積層し、総膜厚0.18μmの多層膜(超格子構造)
よりなるp型光ガイド層109を、p側電子閉込め層の
上に成長させる。この時、本発明の第2の窒化物半導体
層は、第3の層として形成される。
(P-Type Light Guide Layer 109) A third layer made of Mg-doped GaN is grown to a thickness of 15 °, and then a fourth layer made of undoped In 0.05 Ga 0.95 N is formed. It is grown to a thickness of 5 °. This operation is repeated 90 times, and the third layer and the fourth layer are alternately laminated to form a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 0.18 μm.
A p-type light guide layer 109 is grown on the p-side electron confinement layer. At this time, the second nitride semiconductor layer of the present invention is formed as a third layer.

【0112】(p型クラッド層110) アンドープの
Al0.1Ga0.9Nよりなる第1の層を25Åの膜
厚で成長させ、続いて、MgをドープしたAl0.05
Ga .95Nよりなる第2の層を25Åの膜厚で成長
させる。そして、この操作をそれぞれ90回繰り返して
第1の層と第2の層とを交互に積層し、総膜厚0.45
μmの多層膜(超格子構造)よりなるp型クラッド層1
10を、p型光ガイド層の上に成長させる。
(P-type cladding layer 110) A first layer made of undoped Al 0.1 Ga 0.9 N is grown to a thickness of 25 °, followed by Mg-doped Al 0.05
Ga 0 . A second layer of 95N is grown to a thickness of 25 °. This operation is repeated 90 times, and the first layer and the second layer are alternately laminated, and the total film thickness is 0.45.
p-type cladding layer 1 consisting of a multilayer film (superlattice structure) of μm
10 is grown on the p-type light guide layer.

【0113】このように、n型クラッド層25、n型光
ガイド層27、第1の窒化物半導体層31、活性層2
7、p側電子閉込め層28、p型光ガイド層29、p型
クラッド層30が、図10に示すように積層された構造
となり、その時の各層におけるIn組成、Al組成は、
41、42に示すような構造となる。また、この実施例
では、光ガイド層において、多層膜n型光ガイド層を構
成する第4の層が、p型光ガイド層の第4の層よりも膜
厚が厚く形成されており、すなわち、n型光ガイド層の
In混晶比(平均組成)が、p型光ガイド層に比べて大
きくした構造となっていることで、p型層側にInを含
む窒化物半導体層を設けることの結晶性悪化を低減した
構造となっている。また、In混晶比が、n型光ガイド
層よりもp型光ガイド層を小さくする構成としては、膜
厚を小さくするほかに、多層膜を構成する第3,4の層
のIn混晶比を小さくすることでも可能である。このよ
うにして得られるレーザ素子は、しきい値電流密度1.
9kA/cm2、波長453nm、室温での連続発振が
可能で、60℃、5mWの連続発振における素子寿命1
万時間に達する窒化物半導体レーザ素子が得られる。
As described above, the n-type clad layer 25, the n-type light guide layer 27, the first nitride semiconductor layer 31, the active layer 2
7, a structure in which the p-side electron confinement layer 28, the p-type light guide layer 29, and the p-type cladding layer 30 are stacked as shown in FIG.
The structure as shown in 41 and 42 is obtained. In this embodiment, in the light guide layer, the fourth layer constituting the multilayer n-type light guide layer is formed to be thicker than the fourth layer of the p-type light guide layer. Since the In-crystal ratio (average composition) of the n-type light guide layer is larger than that of the p-type light guide layer, a nitride semiconductor layer containing In is provided on the p-type layer side. Has a structure in which deterioration of crystallinity is reduced. Further, in order to reduce the thickness of the p-type light guide layer from that of the n-type light guide layer, the In mixed crystal ratio of the third and fourth layers constituting the multilayer film may be reduced. It is also possible to reduce the ratio. The laser device thus obtained has a threshold current density of 1.
Continuous oscillation at 9 kA / cm 2 , wavelength 453 nm, room temperature is possible, and element lifetime 1 at 60 ° C. and 5 mW continuous oscillation.
A nitride semiconductor laser device that lasts up to 10,000 hours is obtained.

【0114】[実施例6]実施例5において、n型クラ
ッド層、p型クラッド層の多層膜を構成する第1の層
を、アンドープAl0.05Ga0.95Nとし、第2
の層を、それぞれSi、MgドープGaNとする他は、
実施例5と同様にしてレーザ素子を得る。
[Embodiment 6] In Embodiment 5, the first layer constituting the multilayer film of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is made of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N,
, Except that the layers of
A laser device is obtained in the same manner as in the fifth embodiment.

【0115】これら実施例1,5,6の素子構造におい
て、井戸層のIn混晶比を変化させて、波長変化させた
場合における閾値電流変化を図12に、実施例1を黒丸
●、実施例5を白抜き三角△、実施例6を白抜き四角□
で示す。図12からわかるように、波長440nm以上
の長波長域において、実施例5、6が閾値電流が低減し
たレーザ素子が得られ、また、実施例5と6との比較に
おいて、実施例5が優れた特性のレーザ素子が得られる
ことがわかる。実施例1と、実施例5,6とでは、p側
障壁層、n側障壁層の膜厚が大きく異なり、両方の障壁
層とも200Å以上、好ましくは、300Å以上、更に
好ましくは400Å以上とすることで、閾値電流の低減
傾向が観られ、特にp側障壁層、若しくはp側電子閉込
め層と活性層内で最もp型層側の井戸層1bとの距離を
大きくすること、すなわち、200Å以上、好ましくは
300Å以上、更に好ましくは400Å以上とすること
で良好な長波長域での導波路構造が形成され、図12に
示すような閾値電流特性となると考えられる。また、そ
の他の構成の違いとして、光ガイド層が、Inを含む窒
化物半導体層を有する多層膜構造を有することであり、
実施例5,6では、このことによる導波路内の屈折率向
上が図られ、素子特性向上につながったと考えられる。
また、実施例5と実施例6とでは、クラッド層のAl混
晶比(平均組成)が異なる構造であり、クラッド層のA
l混晶比(平均組成)を0.05以上とすることで、長
波長域において、優れた導波路構造が形成されたことに
より特性向上が得られたと考えられ、この時クラッド層
のAl混晶比(平均組成)の上限としては、結晶性を考
慮して、0.5以下とすることであり、多層膜のクラッ
ド層とする場合には、Alを含む窒化物半導体層(第1
の層)と、第1の層よりAl混晶比の小さいAlを含む
窒化物半導体層(第2の層)とが少なくとも交互に積層
された多層膜構造とすること、が好ましく、第1の層の
Al混晶比x1は、第2の層のAl混晶比x2より大き
く、x1>x2(x2>0)とすることが長波長域のレ
ーザ素子、端面発光素子において優れた素子特性が得ら
れることがわかる。また、実施例5において、発振波長
465,470における素子寿命は、実施例5と同等な
条件において、1万時間、3千時間に達するレーザ素子
が得られる。
In the device structures of Examples 1, 5, and 6, the change in threshold current when the wavelength is changed by changing the In crystal ratio of the well layer is shown in FIG. Example 5 is an open triangle, and Example 6 is an open square.
Indicated by As can be seen from FIG. 12, in the long wavelength region of the wavelength of 440 nm or more, Examples 5 and 6 provide a laser device with a reduced threshold current, and Example 5 is superior to Examples 5 and 6 in comparison. It can be seen that a laser element having the following characteristics can be obtained. The thickness of the p-side barrier layer and the thickness of the n-side barrier layer are largely different between the first embodiment and the fifth and sixth embodiments, and both barrier layers have a thickness of 200 ° or more, preferably 300 ° or more, more preferably 400 ° or more. As a result, the threshold current tends to decrease. In particular, increasing the distance between the p-side barrier layer or the p-side electron confinement layer and the well layer 1b closest to the p-type layer in the active layer, that is, 200 ° As described above, it is considered that a good waveguide structure in a long wavelength region is formed by setting the angle to preferably 300 ° or more, more preferably 400 ° or more, and the threshold current characteristics as shown in FIG. 12 are obtained. Another difference in the configuration is that the light guide layer has a multilayer structure including a nitride semiconductor layer containing In.
In Examples 5 and 6, it is considered that the refractive index in the waveguide was improved by this, which led to an improvement in element characteristics.
Further, Example 5 and Example 6 have a structure in which the Al mixed crystal ratio (average composition) of the clad layer is different.
It is considered that by setting the l-mixed crystal ratio (average composition) to 0.05 or more, an excellent waveguide structure was formed in a long wavelength region, thereby improving the characteristics. The upper limit of the crystal ratio (average composition) is set to 0.5 or less in consideration of crystallinity. In the case of forming a clad layer of a multilayer film, the nitride semiconductor layer containing Al (first
) And a nitride semiconductor layer (second layer) containing Al having a lower Al composition ratio than the first layer are preferably stacked at least alternately. The Al mixed crystal ratio x1 of the layer is larger than the Al mixed crystal ratio x2 of the second layer, and it is preferable that x1> x2 (x2> 0). It can be seen that it can be obtained. Further, in the fifth embodiment, a laser device having a device life at the oscillation wavelengths 465 and 470 reaching 10,000 hours and 3000 hours under the same conditions as in the fifth embodiment can be obtained.

【0116】[0116]

【発明の効果】本発明の窒化物半導体素子は、長波長域
において、閾値電流を低く抑えたレーザ素子、および素
子特性に優れる端面発光素子が得られる。特に、図9に
示すように、ガイド層にInを含む窒化物半導体を用い
た参考例の構造に比べて、本発明のように導波路内の構
造を非対称な構造とすることで、440nmの長波長域
で優れた素子特性の窒化物半導体素子が得られる。
According to the nitride semiconductor device of the present invention, a laser device having a low threshold current in a long wavelength region and an edge emitting device having excellent device characteristics can be obtained. In particular, as shown in FIG. 9, the structure in the waveguide is asymmetrical as in the present invention as compared with the structure of the reference example using a nitride semiconductor containing In for the guide layer, so that A nitride semiconductor device having excellent device characteristics in a long wavelength region can be obtained.

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

【図1】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態を説明する模式図。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態に係る積層構造20と、そ
の積層構造に対応するバンド構造21を説明する模式
図。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a laminated structure 20 according to an embodiment of the present invention and a band structure 21 corresponding to the laminated structure.

【図6】本発明の一実施形態に係る積層構造20と、そ
の積層構造に対応するバンド構造21を説明する模式
図。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a laminated structure 20 according to an embodiment of the present invention and a band structure 21 corresponding to the laminated structure.

【図7】本発明の一実施形態に係る積層構造20と、そ
の積層構造に対応するバンド構造21を説明する模式
図。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a laminated structure 20 according to an embodiment of the present invention and a band structure 21 corresponding to the laminated structure.

【図8】本発明の一実施形態に係る積層構造20と、そ
の積層構造に対応するバンド構造21を説明する模式
図。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a laminated structure 20 according to an embodiment of the present invention and a band structure 21 corresponding to the laminated structure.

【図9】本発明の一実施形態と参考例1の実施形態にお
ける閾値電流密度の波長依存性を示す図。
FIG. 9 is a graph showing wavelength dependence of a threshold current density in one embodiment of the present invention and the embodiment of Reference Example 1.

【図10】本発明の一実施形態に係る積層構造20と、
その積層構造に対応するバンド構造21、Al組成比4
1、In組成比42とを説明する模式図。
FIG. 10 shows a laminated structure 20 according to an embodiment of the present invention;
Band structure 21 corresponding to the laminated structure, Al composition ratio 4
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an In composition ratio of 42.

【図11】本発明の一実施形態に係る図10の積層構造
20に対応する不純物濃度変化(51,52)を説明す
る模式図。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an impurity concentration change (51, 52) corresponding to the laminated structure 20 of FIG. 10 according to an embodiment of the present invention.

【図12】本発明の各実施形態(実施例1,5,6)に
おける閾値電流の波長依存性を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing the wavelength dependence of the threshold current in each embodiment (Examples 1, 5, and 6) of the present invention.

【符号の簡単な説明】[Brief description of reference numerals]

1・・・井戸層、 2(2b)・・・障壁層、 2
a・・・n側障壁層、2c・・・p側障壁層、 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、 105,2
5,225・・・n型クラッド層(下部クラッド層)、
106,26,226・・・n型光ガイド層(下部
光ガイド層)、 107,27,227・・・活性
層、108,28,228・・・p側電子閉込め層、
109,29,229・・・p型光ガイド層(上部光
ガイド層)、 110,30,230・・・p型クラ
ッド層(上部クラッド層)、 111・・・p型コン
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、 131,31,231・・・第1の
窒化物半導体層、 32,232・・・第2の窒化物
半導体層、 163・・・第3の保護膜、 164
・・・絶縁膜
1 ... well layer 2 (2b) ... barrier layer 2
a ... n-side barrier layer, 2c ... p-side barrier layer, 11
... n-type nitride semiconductor layer 12 ... active layer
13: p-type nitride semiconductor layer, 20: laminated structure, 101: substrate (GaN substrate) 102
... buffer layer, 103 ... n-type contact layer, 104 ... crack prevention layer, 105,2
5,225... N-type cladding layer (lower cladding layer),
106, 26, 226 ... n-type light guide layer (lower light guide layer), 107, 27, 227 ... active layer, 108, 28, 228 ... p-side electron confinement layer,
109, 29, 229 ... p-type light guide layer (upper light guide layer), 110, 30, 230 ... p-type clad layer (upper clad layer), 111 ... p-type contact layer, 120 ...・ P electrode, 121 ・ ・ ・
n electrode, 122 ... p pad electrode, 123 ...
n-pad electrode 131,311,231 ... first nitride semiconductor layer 32,232 ... second nitride semiconductor layer 163 ... third protective film 164
... Insulating film

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層を、p型層とn型層とで挟みこむ
構造を有し、p型層がp型クラッド層を有し、n型層が
n型クラッド層を有する窒化物半導体素子において、前
記活性層がInを含む窒化物半導体を有し、n型クラッ
ド層と活性層との間にIn混晶比がz>0である窒化物
半導体からなる第1の窒化物半導体層を有し、p型クラ
ッド層と活性層との間にIn混晶比uがz>uである第
2の窒化物半導体層を有することを特徴とする窒化物半
導体素子。
1. A nitride semiconductor having a structure in which an active layer is sandwiched between a p-type layer and an n-type layer, wherein the p-type layer has a p-type cladding layer and the n-type layer has an n-type cladding layer. In the device, the active layer includes a nitride semiconductor including In, and a first nitride semiconductor layer including a nitride semiconductor having an In mixed crystal ratio of z> 0 between an n-type cladding layer and the active layer. And a second nitride semiconductor layer having an In mixed crystal ratio u of z> u between the p-type cladding layer and the active layer.
【請求項2】 活性層を、p型層とn型層とで挟みこむ
構造を有し、p型層がp型クラッド層を有し、n型層が
n型クラッド層を有する窒化物半導体素子において、前
記活性層がInを含む窒化物半導体を有し、n型クラッ
ド層と活性層との間にInを含む窒化物半導体からなる
第1の窒化物半導体層を有し、p型クラッド層と活性層
との間にIn混晶比が0である第2の窒化物半導体層を
有することを特徴とする窒化物半導体素子。
2. A nitride semiconductor having a structure in which an active layer is sandwiched between a p-type layer and an n-type layer, wherein the p-type layer has a p-type cladding layer and the n-type layer has an n-type cladding layer. In the device, the active layer has a nitride semiconductor containing In, and has a first nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor containing In between the n-type clad layer and the active layer, and has a p-type clad layer. A nitride semiconductor device comprising a second nitride semiconductor layer having an In mixed crystal ratio of 0 between a layer and an active layer.
【請求項3】 前記活性層が、活性層内の障壁層の中
で、最も前記n型層側に配置されたn側障壁層(2a)
と、最も前記p型層側に配置されたp側障壁層(2c)
と、n側障壁層(2a)とp側障壁層(2b)との間に
少なくとも1つのInを含む窒化物半導体からなる井戸
層を有すると共に、 前記p側障壁層(2c)のn型不純物濃度が、n側障壁
層(2a)のn型不純物濃度より小さいことを特徴とす
る請求項1又は2記載の窒化物半導体素子。
3. An n-side barrier layer (2a) disposed closest to the n-type layer among the barrier layers in the active layer.
And a p-side barrier layer (2c) disposed closest to the p-type layer.
And at least one well layer made of a nitride semiconductor containing In between the n-side barrier layer (2a) and the p-side barrier layer (2b), and an n-type impurity of the p-side barrier layer (2c). 3. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration is lower than the n-type impurity concentration of the n-side barrier layer (2a).
【請求項4】前記p型層が、活性層と第2の窒化物半導
体層との間、若しくは活性層とp型クラッド層との間
に、Alを含む窒化物半導体からなるp側電子閉込め層
を有る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。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the p-type layer is formed between the active layer and the second nitride semiconductor layer or between the active layer and the p-type cladding layer. 4. The nitride semiconductor device according to claim 1, further comprising a confining layer.
【請求項5】 前記p型層が、Alを含む窒化物半導体
からなるp側電子閉じ込め層を有し、該p側電子閉込め
層が、活性層に接して、若しくはバッファ層を介して接
して設けられていることを特徴とする請求項1乃至4記
載の窒化物半導体素子。
5. The p-type layer has a p-side electron confinement layer made of a nitride semiconductor containing Al, and the p-side electron confinement layer is in contact with an active layer or via a buffer layer. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor device is provided.
【請求項6】 前記バッファ層が、p側電子閉込め層よ
りも低いAl混晶比であるAlを含む窒化物半導体から
なること、若しくはGaNであることを特徴とする請求
項5記載の窒化物半導体素子。
6. The nitride according to claim 5, wherein the buffer layer is made of a nitride semiconductor containing Al having an Al composition ratio lower than that of the p-side electron confinement layer, or is GaN. Semiconductor device.
【請求項7】 前記活性層が、活性層内で最もp側電子
閉込め層に近くに、前記n側障壁層(2a)とp側障壁
層(2b)との間に設けられた井戸層(1b)を有し、
該井戸層(1b)とp側障壁層との距離が100Å以上
であることを特徴とする請求項4乃至6記載の窒化物半
導体素子。
7. The well layer provided between the n-side barrier layer (2a) and the p-side barrier layer (2b), wherein the active layer is closest to the p-side electron confinement layer in the active layer. (1b),
7. The nitride semiconductor device according to claim 4, wherein a distance between the well layer (1b) and the p-side barrier layer is 100 ° or more.
【請求項8】 前記n側障壁層(2a)、及び/又は、
p側障壁層(2c)が、活性層内で最も外側に配置され
ていることを特徴とする請求項1乃至6記載の窒化物半
導体素子。
8. The n-side barrier layer (2a) and / or
7. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the p-side barrier layer is disposed on the outermost side in the active layer.
【請求項9】前記第1の窒化物半導体層が活性層に接し
て設けられることを特徴とする請求項1乃至8のいずれ
かに記載の窒化物半導体素子。
9. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein said first nitride semiconductor layer is provided in contact with an active layer.
【請求項10】 前記第1の窒化物半導体層の膜厚が3
00Å以上であることを特徴とする請求項1乃至9記載
の窒化物半導体素子。
10. The first nitride semiconductor layer having a thickness of 3
The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness is at least 00 °.
【請求項11】 前記井戸層(1b)とp側障壁層(2
c)との距離が、400Å以下であることを特徴とする
請求項7乃至10記載の窒化物半導体素子。
11. The well layer (1b) and a p-side barrier layer (2)
11. The nitride semiconductor device according to claim 7, wherein a distance from c) is 400 ° or less.
【請求項12】前記活性層内で最もn型層側に配置され
た層としてn側障壁層(2a)を有し、該n側障壁層
(2a)と前記第1の窒化物半導体層との膜厚の和が、
300Å以上であることを特徴とする請求項9乃至11
記載の窒化物半導体素子。
12. An n-side barrier layer (2a) as a layer disposed closest to the n-type layer in the active layer, wherein the n-side barrier layer (2a) and the first nitride semiconductor layer are Of the film thickness of
The angle is not less than 300 °.
The nitride semiconductor device as described in the above.
【請求項13】 前記第1の窒化物半導体層のIn混晶
比zと、前記n側障壁層(2a)のIn混晶比vとが、
z≦vであることを特徴とする請求項1乃至9記載の窒
化物半導体素子。
13. The In-crystal ratio z of the first nitride semiconductor layer and the In-crystal ratio v of the n-side barrier layer (2a) are as follows:
10. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein z ≦ v.
【請求項14】 p側障壁層(2c)がp型不純物を有
することを特徴とする請求項1乃至10記載の窒化物半
導体素子。
14. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the p-side barrier layer has a p-type impurity.
【請求項15】 前記p側障壁層(2c)のn型不純物
濃度が、p型不純物濃度より小さいことを特徴とする請
求項1乃至14記載の窒化物半導体素子。
15. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the n-type impurity concentration of the p-side barrier layer is lower than the p-type impurity concentration.
【請求項16】 前記p側障壁層(2c)のn型不純物
濃度が、5×10 /cm未満であることを特徴す
る請求項1乃至15記載の窒化物半導体素子。
16. n-type impurity concentration of the p-side barrier layer (2c) is, 5 × 10 1 6 / to wherein the cm less than 3 claims 1 to 15 nitride semiconductor device according.
【請求項17】 前記p型クラッド層、n型クラッド層
が、光閉込めのクラッド層であり、Alを含む窒化物半
導体を有することを特徴とする請求項1乃至13記載の
窒化物半導体素子。
17. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the p-type cladding layer and the n-type cladding layer are light-confining cladding layers and include a nitride semiconductor containing Al. .
【請求項18】 前記活性層がInを含む窒化物半導体
からなる井戸層を有する量子井戸構造を有し、前記第1
の窒化物半導体層のIn混晶比が井戸層のIn混晶比よ
り小さいことを特徴とする請求項1乃至14記載の窒化
物半導体素子。
18. The semiconductor device according to claim 1, wherein the active layer has a quantum well structure having a well layer made of a nitride semiconductor containing In.
15. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the In compound crystal ratio of the nitride semiconductor layer is smaller than the In compound crystal ratio of the well layer.
【請求項19】 前記活性層と第1の窒化物半導体層と
の間に、In混晶比が0である窒化物半導体からなるn
型光ガイド層を有することを特徴とする請求項1乃至1
9記載の窒化物半導体素子。
19. An n layer made of a nitride semiconductor having an In mixed crystal ratio of 0 is provided between the active layer and the first nitride semiconductor layer.
2. A light guide layer comprising: a light guide layer;
10. The nitride semiconductor device according to item 9.
【請求項20】 前記p型クラッド層と、n型クラッド
層とが、光閉込めのクラッド層であり、前記p型クラッ
ド層と、n型クラッド層との少なくとも一方は、少なく
ともAlを含む窒化物半導体を有する第1の層と、第1
の層とはバンドギャップエネルギーの異なる第2の層と
が交互に積層された多層膜クラッド層であることを特徴
とする請求項17記載の窒化物半導体素子。
20. The p-type cladding layer and the n-type cladding layer are light-confining cladding layers, and at least one of the p-type cladding layer and the n-type cladding layer includes a nitride containing at least Al. A first layer having an oxide semiconductor;
18. The nitride semiconductor device according to claim 17, wherein the first layer is a multilayer clad layer in which second layers having different band gap energies are alternately stacked.
【請求項21】 前記p型クラッド層、n型クラッド層
の少なくとも一方と、活性層との間に、光ガイド層を有
し、該光ガイド層は、少なくともInを含む窒化物半導
体を有する第3の層と、第3の層とはバンドギャップエ
ネルギーの異なる第4の層とが交互に積層された多層膜
光ガイド層であることを特徴とする請求項16又は17
記載の窒化物半導体素子。
21. A light guide layer between at least one of the p-type clad layer and the n-type clad layer and the active layer, wherein the light guide layer includes a nitride semiconductor containing at least In. 18. The light guide layer according to claim 16, wherein the third layer and the third layer are multilayer light guide layers in which fourth layers having different band gap energies are alternately stacked.
The nitride semiconductor device as described in the above.
【請求項22】 前記n型層が、光ガイド層を有し、該
n型層の光ガイド層と活性層との間に、第1の窒化物半
導体層を有することを特徴とする請求項22記載の窒化
物半導体素子。
22. The n-type layer has a light guide layer, and has a first nitride semiconductor layer between the light guide layer and the active layer of the n-type layer. 23. The nitride semiconductor device according to 22.
【請求項23】 前記p型層が、光ガイド層を有し、該
p型層の光ガイド層が、前記第2の窒化物半導体層を有
することを特徴とする請求項22又は23記載の窒化物
半導体素子。
23. The method according to claim 22, wherein the p-type layer has a light guide layer, and the light guide layer of the p-type layer has the second nitride semiconductor layer. Nitride semiconductor device.
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