JP2002335052A - Nitride semiconductor element - Google Patents

Nitride semiconductor element

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JP2002335052A
JP2002335052A JP2001140760A JP2001140760A JP2002335052A JP 2002335052 A JP2002335052 A JP 2002335052A JP 2001140760 A JP2001140760 A JP 2001140760A JP 2001140760 A JP2001140760 A JP 2001140760A JP 2002335052 A JP2002335052 A JP 2002335052A
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nitride semiconductor
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light
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Nichia Chemical Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser element of an element structure excellent in light emitting efficiency in a short wavelength range of 375 nm. SOLUTION: In a nitride semiconductor element having an active layer between a first conductivity lower clad layer 13 and a second conductivity upper clad layer 14, first layers 25, 32 having a nitride semiconductor containing Al and In are provided for at least one of the lower clad layer and the upper clad layer. According to this constitution, crystallinity deterioration, especially a layer generating crack can be restrained in an element structure using AlGaN in each clad layer and an optical guide layer. Light confinement of the element can be improved by making a refractive index of a first layer smaller than that of second layers 26, 31 inside a clad layer.

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III−V
族窒化物半導体を用いた窒化物半導体素子に関し、特に
発光波長が375nm以下である窒化物半導体発光素子
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 (LED) and a laser diode (LD), a light receiving device such as a super photoluminescence diode, a solar cell, an optical sensor, a transistor, and a power device. III-V used in electronic devices such as
The present invention relates to a nitride semiconductor device using a group III nitride semiconductor, and more particularly to a nitride semiconductor light emitting device having an emission wavelength of 375 nm or less.

【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、発光素子は、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 Today, 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 large-capacity and high-density information, such as a DVD. For this reason, semiconductor laser devices using nitride semiconductors have been actively studied. In addition, semiconductor laser devices and light emitting devices using nitride semiconductors are considered to be capable of oscillating in a wide range of visible light from ultraviolet to red. , Laser printers, optical networks, and other light sources are expected to be diverse. 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レーザ素子、
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。
Further, a laser device using a nitride semiconductor,
A light-emitting element, a light-receiving element, and the like have a structure in which an active layer is formed using a nitride semiconductor containing In, and the formation of a superior active region in the active layer is important in improving element characteristics.

【0004】また、窒化物半導体素子、特にレーザ素
子、発光素子においては、380nm以下の波長域での
発光、発振がさらに重要となっている。これは、上述し
た光ディスクシステムにおいては、短波長化により、記
録密度向上が図れ、さらに発光素子においては、蛍光体
の励起光源として重要なものとなり、またそのほかの応
用においても、さらなる短波長化により、多くの用途が
実現される。
In a nitride semiconductor device, particularly a laser device and a light emitting device, emission and oscillation in a wavelength range of 380 nm or less have become more important. This is because, in the optical disc system described above, the recording density can be improved by shortening the wavelength, and in the light emitting element, it becomes important as the excitation light source of the phosphor. Many applications are realized.

【0005】窒化物半導体のレーザ素子、若しくは発光
素子において、短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混晶比を低くするすると発光波長を短くするこ
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 short-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, the emission wavelength can be shortened by reducing the In mixed crystal ratio. Further, in the edge emitting device and the 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,
By increasing the refractive index in the waveguide sandwiched between the lower cladding layers, light is efficiently confined in the waveguide, and as a result, contributes to a reduction in threshold current density in the laser device.

【0006】しかしながら、波長が短くなるに従って、
発光層として従来用いられてきたInGaN、もしくは
InGaN/InGaNの量子井戸構造、を用いること
が困難となり、GaNのバンドギャップである波長36
5nm以下では、InGaNを発光層に用いることが困
難となる。また、波長が短くなると、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、下部クラッド層に
よる光の閉じこめにおいても、GaNを用いることが光
の吸収による損失、及び導波路内に光を閉じこめるため
の屈折率差を確保するために、Al組成比の大きな窒化
物半導体を用いる必要があり、結晶性悪化の問題が大き
なものとなる。
However, as the wavelength becomes shorter,
It becomes difficult to use InGaN or an InGaN / InGaN quantum well structure conventionally used as a light emitting layer, and a wavelength of 36, which is the band gap of GaN, is obtained.
Below 5 nm, it is difficult to use InGaN for the light emitting layer. Further, when the wavelength becomes shorter, that is, a loss occurs due to light absorption in the guide layer in the waveguide, and the threshold current becomes higher. Further, in the light confinement by the upper clad layer and the lower clad layer, the use of GaN also requires the Al composition ratio in order to secure a loss due to light absorption and a refractive index difference for confining light in the waveguide. It is necessary to use a large nitride semiconductor, and the problem of deterioration of crystallinity becomes serious.

【0007】また、このような窒化物半導体素子の短波
長化への試みとして、AlGaN/AlGaNの量子井
戸構造を用いるものがあるが、従来のInGaN系に比
して、十分な出力が得られない傾向にある。
As an attempt to shorten the wavelength of such a nitride semiconductor device, there is a device using an AlGaN / AlGaN quantum well structure. There is no tendency.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、AlGa
N、AlInGaN、などを用いたAlGaN系の窒化
物半導体素子においては、Alを含む窒化物半導体を用
いることによる結晶性の悪化が大きく、それを抑制しな
ければ、素子特性の低下が著しいものとなる。このた
め、このような結晶性の悪化を抑えることが、素子特性
向上において必須の課題となる。
In the present invention, AlGa is used.
In an AlGaN-based nitride semiconductor device using N, AlInGaN, or the like, the use of a nitride semiconductor containing Al greatly deteriorates crystallinity. Become. Therefore, suppressing such deterioration of crystallinity is an indispensable subject in improving device characteristics.

【0009】特に、発光波長が375nm以下のレーザ
素子、発光素子において、両クラッド層に挟まれた導波
路内に光を閉じ込めるには、波長換算で、活性層の発光
波長より約10nm以上短い波長のバンドギャップエネ
ルギーを有するクラッド層を設ける必要がある。そのた
め、GaNの吸収端以下、及びその近傍の波長域とな
り、Alを含む窒化物半導体を用いることとなるが、そ
れによる結晶性の悪化を抑えて、素子特性に優れた発光
素子、レーザ素子を得ることが必要となる。
In particular, in a laser device or a light emitting device having an emission wavelength of 375 nm or less, in order to confine light in a waveguide sandwiched between both clad layers, a wavelength shorter than the emission wavelength of the active layer by about 10 nm or more in terms of wavelength. It is necessary to provide a cladding layer having a band gap energy of For this reason, the wavelength region is below the absorption edge of GaN and in the vicinity thereof, and a nitride semiconductor containing Al is used. It is necessary to obtain.

【0010】[0010]

【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、本発明では、窒化物半導体素
子、特に、AlGaN、AlInGaN、などを用いた
AlGaN系の窒化物半導体素子において、Alを含む
窒化物半導体を用いることによる結晶性の悪化を抑制し
て、素子特性に優れた窒化物半導体素子を得るものであ
り、また発光波長375nm以下の発光素子において優
れた特性の窒化物半導体を得るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and the present invention relates to a nitride semiconductor device, particularly an AlGaN-based nitride semiconductor device using AlGaN, AlInGaN, or the like. A nitride semiconductor device having excellent device characteristics is obtained by suppressing deterioration of crystallinity due to the use of a nitride semiconductor containing Al, and a nitride having excellent characteristics in a light emitting device having an emission wavelength of 375 nm or less. A semiconductor is obtained.

【0011】すなわち本発明の半導体素子は、下記
(1)〜(13)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 constitutions (1) to (13).

【0012】(1) 第1導電型の下部クラッド層と、
第2導電型の上部クラッド層との間に、活性層を有する
窒化物半導体素子において、 前記下部クラッド層、上
部クラッド層の少なくとも一方に、AlとInとを含む
窒化物半導体を有する第1の層が設けられていることを
特徴とする。 (2) 前記活性層の発光波長λが、λ≦375nmで
あることを特徴とする。 (3) 前記下部クラッド層、上部クラッド層の少なく
とも一方に、AlとInとを含む窒化物半導体を有する
第1の層と、第1の層よりもIn混晶比の小さいAlを
含む窒化物半導体を有する第2の層と、が設けられてい
ることを特徴とする。 (4) 前記第1の層がAlInGa1−x−y
(0<x<1、0<y<1、x+y<1)を有し、前記
第2の層がAlGa1−uN(0<u≦1)を有する
ことを特徴とする請求項3記載の窒化物半導体素子。 (5) 前記第1の層のIn組成比yが、0.01≦y
≦0.3であることを特徴とする請求項3又は4記載の
窒化物半導体素子。 (6) 前記第2の層が第1の層よりも、活性層の近く
に設けられていることを特徴とする。 (7) 前記第1の層の屈折率nと、第2の層の屈折
率nとが、n≦nであることを特徴とする。 (8) 前記第1の層が、組成の異なる超格子多層膜層
で形成されていることを特徴とする。 (9) 前記下部クラッド層と活性層との間、及び前記
上部クラッド層と活性層との間に、それぞれ下部光ガイ
ド層、上部光ガイド層を有することを特徴とする。 (10) 前記下部光ガイド層、上部光ガイド層が、A
αGa1−αN(0<α≦1)からなることを特徴と
する。 (11) 前記上部クラッド層が、下部クラッド層のI
n組成比より小さいことを特徴とする。 (12) 前記活性層が、AlとInとを含む窒化物半
導体を有することを特徴とする。 (13) 前記活性層が量子井戸構造を有すると共に、
井戸層が、AlInGa1−x−yN(0<x<
1、0<y<1、x+y<1)であり、障壁層がAl
InGa1−u−vN(0<u≦1、0≦v≦1、u
+v<1)であることを特徴とする。
(1) a lower cladding layer of the first conductivity type;
A nitride semiconductor device having an active layer between a second conductivity type upper clad layer and a nitride semiconductor containing Al and In in at least one of the lower clad layer and the upper clad layer. It is characterized in that a layer is provided. (2) The emission wavelength λ of the active layer is λ ≦ 375 nm. (3) A first layer having a nitride semiconductor containing Al and In on at least one of the lower cladding layer and the upper cladding layer, and a nitride containing Al having an In mixed crystal ratio smaller than that of the first layer. And a second layer including a semiconductor. (4) wherein the first layer Al x In y Ga 1-x -y N
(0 <x <1,0 <y <1, x + y <1) having, claims wherein the second layer and having a Al u Ga 1-u N ( 0 <u ≦ 1) 3. The nitride semiconductor device according to 3. (5) The In composition ratio y of the first layer is 0.01 ≦ y
5. The nitride semiconductor device according to claim 3, wherein ≤0.3. (6) The second layer is provided closer to the active layer than the first layer. (7) and the refractive index n 1 of the first layer, the refractive index n 2 of the second layer, characterized in that it is a n 2n 1. (8) The first layer is formed of a superlattice multilayer film having a different composition. (9) A lower light guide layer and an upper light guide layer are provided between the lower clad layer and the active layer and between the upper clad layer and the active layer, respectively. (10) The lower light guide layer and the upper light guide layer are A
l α Ga 1-α N, characterized in that it consists (0 <α ≦ 1). (11) The upper cladding layer has a lower cladding layer I
It is characterized by being smaller than n composition ratio. (12) The active layer includes a nitride semiconductor containing Al and In. (13) The active layer has a quantum well structure,
Well layer, Al x In y Ga 1- x-y N (0 <x <
1, 0 <y <1, x + y <1), and the barrier layer is made of Alu
In v Ga 1-u-v N (0 <u ≦ 1,0 ≦ v ≦ 1, u
+ V <1).

【0013】[0013]

【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III−V族窒化物半導
体(InαAlβGa1−α−βN、0≦α、0≦β、
α+β≦1)であり、またこれに加えて、III族元素
としてBを用いたり、V族元素としてNの一部をP、A
sで置換した、混晶でもよい。また、Alを含む窒化物
半導体はβ>0であり、Inを含む窒化物半導体はα>
0である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The nitride semiconductor used in the nitride semiconductor device of the present invention is GaN, AlN,
nN, or Group III-V nitride is of mixed crystal semiconductor (In α Al β Ga 1- α-β N, 0 ≦ α, 0 ≦ β,
α + β ≦ 1). In addition, B is used as a group III element, and a part of N is P, A
It may be a mixed crystal substituted with s. The nitride semiconductor containing Al has β> 0, and the nitride semiconductor containing In has α> 0.
0.

【0014】また、窒化物半導体層に用いるn型不純物
としては、Si、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr等の
IV族、若しくはVI族元素を用いることができ、好ま
しくはSi、Ge、Snを、さらに最も好ましくはSi
を用いる。また、p型不純物としては、特に限定されな
いが、Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Caなどが挙げ
られ、好ましくはMgが用いられる。これにより、各導
電型の窒化物半導体層を形成し、後述する各導電型層を
構成する。
As the n-type impurity used in the nitride semiconductor layer, a group IV or group VI element such as Si, Ge, Sn, S, O, Ti, or Zr can be used. Preferably, Si, Ge is used. , Sn, and most preferably Si
Is used. The p-type impurity is not particularly limited, but includes Be, Zn, Mn, Cr, Mg, Ca and the like, and preferably Mg is used. Thus, a nitride semiconductor layer of each conductivity type is formed, and each conductivity type layer described later is formed.

【0015】本発明の窒化物半導体素子構造としては、
図2に示すように、上部クラッド層14と下部クラッド
層13とで、活性層28を挟み込む構造を有する。ま
た、第1導電型層11と、第2導電型層12とで活性層
28を挟み込む構造であり、第1導電型の下部クラッド
層13と、第2導電型の上部クラッド層14との間に活
性層28が設けられた構造を有する。具体的には、基板
の上に、第1導電型層11、活性層28、第2導電型層
12が積層された構造であり、特に、下部クラッド層1
3、活性層28、上部クラッド層14が積層された構造
を有する。また、第1導電型、第2導電型のクラッド層
は、その一部、若しくは全部が、例えばアンドープ、若
しくはノンドープの窒化物半導体で構成されていても良
く、また各導電型層内に配置されたクラッド層の一部に
それと異なる導電型の不純物がドープされていても良
く、すなわち、下部クラッド層、上部クラッド層は少な
くとも、活性層両側に配置された第1導電型層側、第2
導電型層側に設けられるものである。好ましくは、下部
クラッド層、上部クラッド層内の少なくとも一部に、第
1導電型、第2導電型の窒化物半導体が設けられると、
各導電型層内でキャリアが効率よく活性層内に注入され
好ましい。
The nitride semiconductor device structure of the present invention includes:
As shown in FIG. 2, the active layer 28 is sandwiched between the upper clad layer 14 and the lower clad layer 13. Further, the active layer 28 is sandwiched between the first conductive type layer 11 and the second conductive type layer 12, and the active layer 28 is interposed between the first conductive type lower clad layer 13 and the second conductive type upper clad layer 14. Has a structure in which an active layer 28 is provided. Specifically, it has a structure in which a first conductivity type layer 11, an active layer 28, and a second conductivity type layer 12 are laminated on a substrate.
3, an active layer 28 and an upper clad layer 14 are laminated. In addition, the cladding layers of the first conductivity type and the second conductivity type may be partially or entirely made of, for example, an undoped or non-doped nitride semiconductor, and are disposed in each of the conductivity type layers. A part of the clad layer may be doped with an impurity of a different conductivity type, that is, the lower clad layer and the upper clad layer are formed on at least the first conductive type layer side and the second clad layer disposed on both sides of the active layer.
It is provided on the conductivity type layer side. Preferably, when the first conductivity type and the second conductivity type nitride semiconductor are provided in at least a part of the lower cladding layer and the upper cladding layer,
It is preferable that carriers are efficiently injected into the active layer in each conductive type layer.

【0016】また、レーザ素子、端面発光素子におい
て、この上部、下部クラッド層12,13とで挟み込ま
れ、このクラッド層で光閉込め層とし、活性層を含む領
域が、導波路(導波層)となる。この時、図2に示すよ
うに、各クラッド層と活性層との間に、下部光ガイド層
27、上部光ガイド層30を設けて、すなわち、導波路
内に光ガイド層を設けて分離閉込め構造としても良い。
以下、本発明の上部クラッド層、下部クラッド層につい
て、詳しく説明する。
In the laser device and the edge emitting device, the upper and lower cladding layers 12 and 13 are interposed, and the cladding layer serves as a light confinement layer, and the region including the active layer is a waveguide (waveguide layer). ). At this time, as shown in FIG. 2, a lower light guide layer 27 and an upper light guide layer 30 are provided between each clad layer and the active layer, that is, a light guide layer is provided in the waveguide to separate and close the light guide layer. It is good also as a confinement structure.
Hereinafter, the upper clad layer and the lower clad layer of the present invention will be described in detail.

【0017】[第1の実施形態]本発明の第1の実施形
態としては、下部クラッド層13、上部クラッド層14
の少なくとも一方に、InとAlとを含む窒化物半導体
を有することである。具体的には、AlとInとを含む
窒化物半導体を有する第1の層が、両クラッド層の一
方、若しくは両方に設けられるものである。従来、窒化
物半導体素子のクラッド層には、AlGaNなどのAl
を含む窒化物半導体が用いられ、特にAlGaN/Ga
Nの多層膜が用いられてきた。これは、AlGaNを用
いると、結晶性の悪化、特にクラックの発生が問題とな
り、またAl組成比が大きくなるほどこのような傾向が
大きくなるため、GaNなどのAlGaNよりも弾性に
富む窒化物半導体を用いることで結晶性を緩和させる緩
衝層として機能させることで解決してきた。例えば、A
lGaN/GaN超格子多層膜構造として、結晶性の悪
化を抑えたクラッド層を形成してきた。しかし、発光波
長が375nm以下の短波長域において、GaNの吸収
端が365nmであり、その波長近傍約10nmである
375nm以下の領域で、GaNによる光の吸収が発生
するため、素子構造内にGaNを用いると素子特性の悪
化につながる。
[First Embodiment] As a first embodiment of the present invention, a lower cladding layer 13 and an upper cladding layer 14 are used.
At least has a nitride semiconductor containing In and Al. Specifically, a first layer having a nitride semiconductor containing Al and In is provided on one or both of the cladding layers. Conventionally, a cladding layer of a nitride semiconductor element has been made of Al, such as AlGaN.
Is used, and in particular, AlGaN / Ga
N multilayers have been used. This is because, when AlGaN is used, the deterioration of crystallinity, particularly the occurrence of cracks becomes a problem, and such a tendency increases as the Al composition ratio increases. Therefore, a nitride semiconductor such as GaN, which is more elastic than AlGaN, is used. The problem has been solved by using such a material to function as a buffer layer that relaxes crystallinity. For example, A
As the 1GaN / GaN superlattice multilayer structure, a clad layer in which deterioration of crystallinity is suppressed has been formed. However, in the short wavelength region where the emission wavelength is 375 nm or less, the absorption edge of GaN is 365 nm, and light absorption by GaN occurs in the region of 375 nm or less, which is approximately 10 nm near the wavelength. The use of leads to deterioration of device characteristics.

【0018】本発明では、上記AlとInとを含む窒化
物半導体を、クラッド層内に設けることで、上述したよ
うにAlを含む窒化物半導体を用いることによる結晶性
の悪化を抑えることができ、クラックの発生を防止する
ことができる。これは、上述したように、Inを含む窒
化物半導体は、Alを含む窒化物半導体に比べて、例え
ばAlInGaNとAlGaNとを比較した場合に、柔
らかく弾性に富む材料であり、Alを含む窒化物半導体
によるクラックの発生を抑制する緩衝層として、機能す
る。また、本発明では、Inに加えてAlを含む窒化物
半導体がクラッド層内に設けられることにより、光の吸
収による損失を抑え、発光効率、光取出し効率、電流−
光出力特性におけるスロープ効率などの特性向上を図る
ことが可能となる。これは、光導波路やクラッド層の材
料、光閉込め係数により異なるが、光導波路を有する素
子において、通常クラッド層内への光の分布があり、ク
ラッド層内へ光がしみ出した状態で導波するため、クラ
ッド層における光の損失も発光素子、レーザ素子などの
特性に大きく影響することにある。また、導波路とクラ
ッド層界面において、光は反射されて導波するが、この
時グース・ヘンフェンシフトが発生し、エバネッセント
波がクラッド層内に存在して、クラッド層内に光がしみ
出すことも影響している。
In the present invention, by providing the nitride semiconductor containing Al and In in the cladding layer, it is possible to suppress the deterioration of crystallinity due to the use of the nitride semiconductor containing Al as described above. And the occurrence of cracks can be prevented. This is because, as described above, a nitride semiconductor containing In is a material that is soft and rich in elasticity when compared with a nitride semiconductor containing Al, for example, when AlInGaN and AlGaN are compared. It functions as a buffer layer for suppressing generation of cracks due to semiconductors. Further, in the present invention, by providing a nitride semiconductor containing Al in addition to In in the cladding layer, loss due to light absorption is suppressed, and light emission efficiency, light extraction efficiency, and current-
Characteristics such as slope efficiency in light output characteristics can be improved. This depends on the material of the optical waveguide and the cladding layer, and the light confinement coefficient. Due to the wave, the loss of light in the cladding layer also greatly affects the characteristics of the light emitting element, the laser element, and the like. Light is reflected and guided at the interface between the waveguide and the cladding layer. At this time, a Goos-Henfen shift occurs, an evanescent wave exists in the cladding layer, and the light seeps into the cladding layer. It also has an effect.

【0019】このように、従来、InGaNなどのIn
を含む窒化物半導体では、光の吸収による損失が多く発
生する傾向にあるが、本発明のクラッド層においては、
InとAlを含む窒化物半導体が設けられているため、
InとAlとを同時に含むことで、エネルギーバンドギ
ャップを大きくして光の吸収・損失を抑えることが可能
となる。また、一方では、クラッド層において、Inと
Alを含む窒化物半導体の組成比を適宜調節すること
で、光の閉込めに寄与する屈折率、クラッド層と導波路
との間に所望の屈折率差を設けることが可能である。以
上、導波路を有する素子について述べたが、LEDのよ
うな発光素子、導波路を有していない素子においても、
素子構造内における光の損失低減は、光取出し効率向上
など特性向上に寄与するものとなる。
As described above, conventionally, InGaN such as InGaN is used.
In a nitride semiconductor containing, there is a tendency that a large amount of loss due to light absorption occurs.
Since a nitride semiconductor containing In and Al is provided,
By including In and Al at the same time, it becomes possible to increase the energy band gap and suppress light absorption and loss. On the other hand, by appropriately adjusting the composition ratio of the nitride semiconductor containing In and Al in the cladding layer, a desired refractive index between the cladding layer and the waveguide can be obtained. It is possible to make a difference. As described above, the element having the waveguide has been described.
Reduction of light loss in the element structure contributes to improvement of characteristics such as improvement of light extraction efficiency.

【0020】上記InとAlとを含む窒化物半導体は、
その組成は特に限定されないが、具体的には、Al
Ga1−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。この時、In組成比yとしては、特に限定さ
れないが、具体的には、0<y≦0.5の範囲とするこ
とで、Inを含むことによる結晶性の悪化を抑え、好ま
しくは0.01≦y≦0.3、更に好ましくは0.03
≦y≦0.3の範囲とすることである。これは、y≧
0.01の範囲であることで、上述したInを含む窒化
物半導体による結晶性改善効果、クラック防止効果が得
られ、上記y≧0.03であることでさらにそれら効果
を良好なものとでき、またy≦0.3であることによ
り、Inを含む窒化物半導体を設けることによる結晶性
の悪化を抑えて好適に第1の層をクラッド層内に設ける
ことが可能となる。ここで、InとAlとを含む窒化物
半導体は、In組成比を大きくすると、Inの偏析傾向
が大きくなり、良好な結晶性で成長させることが困難と
なる傾向に有るものであり、またInとAlとの反応に
より窒化物半導体の成長が阻害される傾向にある。その
ため、y≦0.5とすることでそのような結晶性悪化を
抑えて、Inの偏析、Inの析出を防ぎ、さらにまたy
≦0.3とすることで良好な結晶性で成長させることが
可能となる。
The nitride semiconductor containing In and Al is as follows:
The composition is not particularly limited, but specifically, Al x I
ny Ga 1-xy N (0 <x <1, 0 <y <1, x +
A nitride semiconductor represented by y <1) can be preferably used. At this time, the In composition ratio y is not particularly limited, but specifically, in the range of 0 <y ≦ 0.5, deterioration of crystallinity due to the inclusion of In is suppressed. 01 ≦ y ≦ 0.3, more preferably 0.03
≦ y ≦ 0.3. This is because y ≧
When the content is in the range of 0.01, the effect of improving the crystallinity and the effect of preventing cracks by the nitride semiconductor containing In described above can be obtained, and when y ≧ 0.03, those effects can be further improved. Further, when y ≦ 0.3, it is possible to suppress deterioration of crystallinity due to the provision of the nitride semiconductor containing In and to preferably provide the first layer in the cladding layer. Here, in the nitride semiconductor containing In and Al, when the composition ratio of In is increased, the tendency of segregation of In is increased, and it is difficult to grow the semiconductor with good crystallinity. The reaction between Al and Al tends to hinder the growth of the nitride semiconductor. Therefore, by setting y ≦ 0.5, such deterioration of crystallinity is suppressed, segregation of In and precipitation of In are prevented, and furthermore, y
By setting ≦ 0.3, it is possible to grow with good crystallinity.

【0021】本発明の第1の層の膜厚としては、特に限
定されないが、10Å以上とすることで、上記結晶性改
善効果が得られる傾向にあり、0.5μm以下とするこ
とで、InとAlとを含む窒化物半導体を設けることに
よる結晶性の悪化を抑えることができる。好ましくは、
50Å以上とすることで、上記結晶性改善効果を好適に
得られ、0.2μm以下とすることで良好な結晶性で形
成することができる。
The thickness of the first layer of the present invention is not particularly limited, but when the thickness is 10 ° or more, the crystallinity improving effect tends to be obtained. Deterioration of crystallinity caused by providing a nitride semiconductor containing Al and Al can be suppressed. Preferably,
When the angle is 50 ° or more, the above crystallinity improving effect can be suitably obtained, and when the angle is 0.2 μm or less, the film can be formed with good crystallinity.

【0022】また、本発明の第1の層は、InとAlと
を含む窒化物半導体からなる単一膜で形成されていても
良く、多層膜で形成されていても良い。すなわち、第1
の層が、上記InとAlとを含む窒化物半導体の単一膜
で構成されていても良く、InとAlとを含む窒化物半
導体と、それとは組成の異なるInとAlとを含む窒化
物半導体とを少なくとも有する多層膜で構成しても良
い。
The first layer of the present invention may be formed of a single film made of a nitride semiconductor containing In and Al, or may be formed of a multilayer film. That is, the first
May be composed of a single film of a nitride semiconductor containing In and Al, and a nitride semiconductor containing In and Al, and a nitride semiconductor containing In and Al different in composition It may be composed of a multilayer film containing at least a semiconductor.

【0023】第1の層を単一膜で形成すると、第1の層
を単一膜で形成すると、その成長において多層膜とする
場合よりも成長時間を短縮できる。また、多層膜で第1
の層を形成すると、組成が異なり、AlとInとを含む
窒化物半導体で構成されるため、各層において異なるバ
ンドギャップエネルギー、屈折率、ドープ量とすること
ができ、素子設計の自由度が向上し、用途に適した素子
特性を得ることができる。具体的には、Alx1In
Ga1−x1−y1N(0<x1<1、0<y1<1、
x1+y1<1)からなるA層と、Alx2Iny2
1−x2−y N(0<x2<1、0<y2<1、x
2+y2<1)からなるB層とを少なくとも有する多層
膜構造で、この時x1≠x2、y1≠y2、の内、少な
くとも一方の式を満たす構成となる。多層膜で形成され
る場合には、第1の層におけるInの平均組成を上記範
囲とすること、好ましくは各層が上記In組成比の範囲
とすることである。また、各層が超格子構造でない場合
には、上記In組成比の範囲内の窒化物半導体からなる
A層、B層などの各層を用いることが好ましい。
When the first layer is formed by a single film, the growth time can be shortened by forming the first layer by a single film as compared with the case of forming a multi-layer film. In addition, the first
When the layers are formed, the compositions are different, and the layers are composed of a nitride semiconductor containing Al and In. Therefore, each layer can have a different band gap energy, refractive index, and doping amount, and the degree of freedom in element design is improved. In addition, device characteristics suitable for the application can be obtained. Specifically, Al x1 In y
Ga 1-x1-y1 N (0 <x1 <1, 0 <y1 <1,
x1 + y1 <1) and an A layer composed of Al x2 In y2 G
a 1-x2-y 2 N (0 <x2 <1,0 <y2 <1, x
2 + y2 <1), and has a structure that satisfies at least one of x1 ≠ x2 and y1 ≠ y2. In the case of forming a multilayer film, the average composition of In in the first layer is set to the above range, and preferably, each layer is set to the range of the above In composition ratio. When each layer does not have a superlattice structure, it is preferable to use each layer such as an A layer and a B layer made of a nitride semiconductor within the above range of the In composition ratio.

【0024】また超格子多層膜で第1の層を設けること
もでき、その場合には上記多層膜と異なり、様々な組成
及び層構成で第1の層を形成できる。例えばInを含む
窒化物半導体とAlを含む窒化物半導体とを交互に積層
して、擬似的にInとAlとを含む窒化物半導体の層と
することが可能である。好ましくは、InとAlとを含
む窒化物半導体と、それとは組成の異なる窒化物半導体
と、がそれぞれ1層以上、交互に積層された構造とする
ことで、上記InとAlとを含む窒化物半導体による光
の損失抑制効果が得られ易い傾向にある。具体的な組成
としては、Al x1InGa1−x1−y1N(0<
x1<1、0<y1<1、x1+y1<1)からなるA
層と、Alx2Iny2Ga1−x2−y2N(0<x
2<1、0≦y2<1、x2+y2<1)からなるB層
とを少なくとも有する超格子多層膜構造とする。この時
x1≠x2、y1≠y2、の内、少なくとも一方の式を
満たす構成とし、更に好ましくはx1>x2、y1>y
2、の内、少なくとも一方の式を満たす構成となる。こ
の時、超格子構造として具体的には、前記多層膜におけ
るA層と、B層とを交互に積層して、少なくとも一方を
2層以上、好ましくは各層を2層以上とすること、若し
くはA層とB層とを1対として周期的に複数対積層した
構造とする。このように、超格子多層膜構造で第1の層
を形成することで、結晶性良く形成でき、上記単一膜で
第1の層を形成する場合に比べて、第1の層の厚膜化を
図ることができるため、例えば、厚膜の第1の層でもっ
て光閉込めとして良好に機能させることができる。ま
た、x1>x2、y1>y2を満たすことで、A層をク
ラック防止として機能させ、B層を、In組成比及び/
又はAl組成比が小さいことから、A層の結晶性、及び
第1の層の結晶性を良好に保つ効果が得られる。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、10
0Å以下とすることであり、好ましくは75Å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50Å以下とすることで、より良好な結晶性となり、
Alを含む窒化物半導体による結晶性悪化、クラック発
生を抑制する効果が得られやすい傾向にある。また、第
1の層を、上記A層、B層からなる超格子多層膜構造と
する場合において、In組成比は、A層の膜厚d
し、B層の膜厚をdとした時に、平均組成u=(d
×u1+d×u2)/(d+d)で得られ、こ
の平均組成uを、上述したIn組成比の範囲とするこ
とが好ましい。また、超格子多層膜が、A層、B層以外
の層、例えばA層及びB層と組成の異なるC層、を有す
る場合にも、同様に膜厚で加重平均とできる。
Provision of a first layer of a superlattice multilayer film
In that case, different from the above multilayer film, various compositions
In addition, the first layer can be formed with a layer structure. For example, including In
Alternating lamination of nitride semiconductor and nitride semiconductor containing Al
And a layer of a nitride semiconductor containing In and Al in a pseudo manner.
It is possible to Preferably, In and Al are contained.
Semiconductors and nitride semiconductors with different compositions
Are alternately stacked in one or more layers.
Thus, the light by the nitride semiconductor containing In and Al
Tends to easily obtain the loss suppressing effect. Specific composition
As Al x1InyGa1-x1-y1N (0 <
A consisting of x1 <1, 0 <y1 <1, x1 + y1 <1)
Layer and Alx2Iny2Ga1-x2-y2N (0 <x
B layer composed of 2 <1, 0 ≦ y2 <1, x2 + y2 <1)
And a superlattice multilayer film structure having at least At this time
x1 一方 x2, y1 ≠ y2, at least one of the expressions
X1> x2, more preferably y1> y
2, at least one of the expressions is satisfied. This
At this time, specifically as a super lattice structure,
A layer and B layer are alternately laminated, and at least one is
Two or more layers, preferably each layer has two or more layers,
Or a plurality of pairs of layers A and B were periodically laminated as a pair.
Structure. Thus, the first layer in the superlattice multilayer structure is
Can be formed with good crystallinity.
Compared to the case where the first layer is formed, the thickness of the first layer is increased.
For example, the first layer of a thick film
To function well as light confinement. Ma
Further, by satisfying x1> x2 and y1> y2, the layer A is cleaned.
The layer B is made to function as an anti-rack layer, and the B layer has an In composition ratio and / or
Or, since the Al composition ratio is small, the crystallinity of the A layer, and
The effect of maintaining good crystallinity of the first layer is obtained. Super lattice
The thickness of each layer constituting the structure depends on the composition and the set of each layer.
Although the film thickness differs depending on the combination, specifically, 10
0 ° or less, preferably 75 ° or less.
By maintaining good crystallinity, it is more preferable
Is 50 ° or less, so that better crystallinity can be obtained.
Deterioration of crystallinity and cracks due to nitride semiconductor containing Al
There is a tendency that the effect of suppressing rawness is easily obtained. Also,
One layer is a superlattice multilayer film structure including the A layer and the B layer.
In this case, the In composition ratio depends on the thickness d of the A layer.1When
And the thickness of the B layer is d2And the average composition um= (D
1× u1 + d2× u2) / (d1+ D2)
Average composition umIn the above-mentioned range of the In composition ratio.
Is preferred. The superlattice multilayer film is other than the A layer and the B layer.
, For example, a C layer having a different composition from the A layer and the B layer.
In this case, a weighted average can be obtained by the film thickness.

【0025】また、第1の層において、各導電型の不純
物をドープしても良く、アンドープで形成しても、ノン
ドープで設けられていても良い。例えば、実施例に示す
ように、第1導電型層をn型層、第2導電型層をp型層
とした素子構造において、下部クラッド層13、上部ク
ラッド層14の一部、若しくは全部に、それぞれn型不
純物、p型不純物がドープされていても良く、部分的に
アンドープで形成されていても良い。アンドープで成長
させると、ドープする場合に比較して結晶性が良好にな
るため好ましい。またドープ量を膜厚方向に傾斜させた
構成でも良い。更に、上記超格子多層膜構造において
は、A層にドープして、B層をアンドープとした変調ド
ープとすることも可能であり、変調ドープとすることで
全体にドープするよりも結晶性が良くなり、一方で全体
をアンドープとするよりも、キャリアの移動度に優れ、
クラッド層における抵抗を低くし、素子においてVfを
低下させることができる。この時、A層とB層とで不純
物濃度が異なる構成で超格子多層膜としても良い。
In the first layer, impurities of each conductivity type may be doped, may be formed undoped, or may be provided undoped. For example, as shown in the examples, in an element structure in which the first conductivity type layer is an n-type layer and the second conductivity type layer is a p-type layer, a part or all of the lower cladding layer 13 and the upper cladding layer 14 are formed. May be doped with an n-type impurity and a p-type impurity, respectively, or may be partially undoped. It is preferable to grow by undoping because the crystallinity becomes better as compared with the case of doping. Further, a configuration in which the doping amount is inclined in the film thickness direction may be employed. Further, in the superlattice multilayer structure, it is possible to dope the A layer and make the B layer undoped for modulation doping. On the other hand, it has better carrier mobility than undoping the whole,
The resistance in the cladding layer can be reduced, and Vf in the device can be reduced. At this time, a superlattice multilayer film may be used in which the A layer and the B layer have different impurity concentrations.

【0026】以上説明したように、第1の層は、クラッ
ド層の一部として、上部クラッド層、下部クラッド層の
少なくとも一方に設けるものであり、活性層若しくは発
光層、量子井戸構造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すると、キャリア閉込め、光閉
込めとして機能し、また発光波長よりも大きなバンドギ
ャップエネルギーとなり、第1の層による光の損失を回
避できる。また、後述する実施例などのように、AlG
aNなどのAlを含む窒化物半導体を、キャリア閉込め
層、活性層(障壁層)、ガイド層、コンタクト層、若し
くは第1の層以外のクラッド層に用いられ、これらAl
を含む窒化物半導体の層の上部、下部、若しくはそれら
の間に、第2の層を設けることで、素子特性に深刻な影
響を及ぼす結晶性悪化を緩和させることが可能となる。
As described above, the first layer is provided on at least one of the upper clad layer and the lower clad layer as a part of the clad layer. When the bandgap energy is larger than that of the layer, the bandgap energy functions as carrier confinement and light confinement, and the bandgap energy becomes larger than the emission wavelength, so that light loss due to the first layer can be avoided. Also, as in the examples described later, AlG
A nitride semiconductor containing Al such as aN is used for a carrier confinement layer, an active layer (barrier layer), a guide layer, a contact layer, or a cladding layer other than the first layer.
By providing the second layer above, below, or between the layers of the nitride semiconductor containing, it is possible to mitigate deterioration in crystallinity that seriously affects device characteristics.

【0027】[第2の実施形態]本発明の第2の実施形
態としては、下部クラッド層13、上部クラッド層14
の少なくとも一方に、AlとInとを含む窒化物半導体
を有する第1の層と、第1の層よりもIn混晶比の小さ
いAlを含む窒化物半導体を有する第2の層と、が設け
られていることを特徴とする。この構成により、クラッ
ド層内で、第1の層と第2の層とで、異なる機能を設け
ることができる。これは、In組成比の大きな第1の層
でもって、上述した結晶性を改善させ、In組成比の小
さい第2の層でもって、光閉込め、キャリア閉込めを担
うものとできる。
[Second Embodiment] As a second embodiment of the present invention, a lower cladding layer 13 and an upper cladding layer 14 are used.
A first layer having a nitride semiconductor containing Al and In, and a second layer having a nitride semiconductor containing Al having an In mixed crystal ratio smaller than that of the first layer. It is characterized by having been done. With this configuration, different functions can be provided between the first layer and the second layer in the cladding layer. This allows the first layer having a large In composition ratio to improve the above-described crystallinity, and the second layer having a small In composition ratio to perform light confinement and carrier confinement.

【0028】特に、レーザ素子のように、下部クラッド
層、上部クラッド層との間に、導波路を有する素子にお
いては、クラッド層への光のしみ出して、クラッド層内
で光の損失が発生するが、本実施形態では、In組成比
の小さい第2の層を有することで、第1の層に比べて、
Inによる光の損失を低減させることが可能となる。
Particularly, in a device such as a laser device having a waveguide between a lower cladding layer and an upper cladding layer, light seeps into the cladding layer, and light loss occurs in the cladding layer. However, in the present embodiment, by including the second layer having a small In composition ratio, compared to the first layer,
Light loss due to In can be reduced.

【0029】ここで、第2の層に用いられるAlを含む
窒化物半導体としては、第1の層に用いられるAlとI
nとを含む窒化物半導体のIn組成比yよりも、In組
成比の小さいものである。具体的には、第2の層に用い
られるAlを含む窒化物半導体のIn組成比vである
と、第1の層中の窒化物半導体のIn組成比yと比較し
て、y>vであり、またvは、v≧0である。具体的な
組成としては、AlInGa1−u−vN(0<u
<1、0≦v<1、u+v<1)で表される窒化物半導
体を第2の層に用いることであり、好ましくは、In組
成比v=0のAl Ga1−uN(0<u≦1)を用い
ることである。第2の層にAlGa1− N(0<u
≦1)を少なくとも有することにより、光の損失を抑え
た良好な光の閉込め、キャリア閉込めが実現され、特に
導波路を有するレーザ素子などにおいては、光の損失を
低くした導波路が形成され、特に上記短波長域において
優れた発光効率、電流−光出力特性の発光素子、レーザ
素子が得られる。
Here, Al used for the second layer is included.
As the nitride semiconductor, Al and I used for the first layer are used.
n than the In composition ratio y of the nitride semiconductor containing n
The composition ratio is small. Specifically, used for the second layer
Is the In composition ratio v of the nitride semiconductor containing Al
And the In composition ratio y of the nitride semiconductor in the first layer.
Thus, y> v, and v is v ≧ 0. concrete
The composition is AluInvGa1-uvN (0 <u
<1, 0 ≦ v <1, u + v <1)
Body for the second layer, preferably the In group
Al with composition ratio v = 0 uGa1-uN (0 <u ≦ 1)
Is Rukoto. Al in the second layeruGa1- uN (0 <u
≦ 1) to suppress light loss
Good light confinement and carrier confinement are realized.
In a laser device having a waveguide, the loss of light
A lowered waveguide is formed, especially in the above short wavelength range.
Light emitting devices and lasers with excellent luminous efficiency and current-light output characteristics
An element is obtained.

【0030】この第2の層に用いられるAlを含む窒化
物半導体の膜厚としては、特に限定されないが、10Å
以上とすることで、クラッド層としてキャリア閉込めが
可能となり、上限としては2μm以下とすることで結晶
性の悪化を抑えることができる。好ましくは、100Å
以上1μm以下の範囲とすることで、結晶性に優れ、ク
ラッド層として、また光閉込めとして良好に機能する第
2の層が得られる。また、第2の層は、Alを含む窒化
物半導体の単一膜で構成されていても良く、多層膜で構
成されても良く、特に多層膜において超格子多層膜とし
ても良い。
The thickness of the nitride semiconductor containing Al used for the second layer is not particularly limited, but may be 10 °.
With the above, carriers can be confined as the cladding layer. By setting the upper limit to 2 μm or less, deterioration in crystallinity can be suppressed. Preferably, 100 °
When the thickness is in the range of 1 μm or less, a second layer having excellent crystallinity and excellently functioning as a cladding layer and as a light confinement can be obtained. Further, the second layer may be composed of a single film of a nitride semiconductor containing Al, or may be composed of a multilayer film, and in particular, may be a superlattice multilayer film in the multilayer film.

【0031】この時、上述したように、第1の層及び第
2の層は、下部クラッド層、上部クラッド層の内、少な
くとも一方に設けられるものである。具体的には、図
2、3に示すように、下部クラッド層13、上部クラッ
ド層14共に、第1の層25,32、第2の層26,3
1を有するものであっても良く、図4に示すように、一
方にのみ第1の層25及び第2の層を設けても良く、図
4では下部クラッド層13に第1の層25、第2の層2
6を設け、上部クラッド層14は第2の層だけで構成さ
れている。
At this time, as described above, the first layer and the second layer are provided on at least one of the lower clad layer and the upper clad layer. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, both the lower cladding layer 13 and the upper cladding layer 14 have the first layers 25 and 32 and the second
4, a first layer 25 and a second layer may be provided only on one side as shown in FIG. 4, and in FIG. Second layer 2
6, and the upper cladding layer 14 is composed of only the second layer.

【0032】第1の層と第2の層とを有するクラッド層
において、図3,4に示すように第1の層が第2の層よ
りもバンドギャップエネルギーが大きくなるようにして
も良く、図5に示すように小さくしても良い。
In the clad layer having the first layer and the second layer, the first layer may have a larger band gap energy than the second layer as shown in FIGS. The size may be reduced as shown in FIG.

【0033】[第3の実施形態]本発明の第3の実施形
態としては、第2の層が第1の層よりも、活性層の近く
に設けられていることを特徴とする。具体的には、図2
〜5に示すように、各クラッド層13、14において、
第2の層が第1の層よりも活性層の近く、すなわち活性
層側に設けられ、第1の層と活性層との間に第2の層が
設けられる。従って、下部クラッド層13、上部クラッ
ド層14との間に活性層有する素子構造において、第2
の層は活性層側、すなわち内側に配置され、第2の層は
活性層の外側に配置された構造となる。この場合、例え
ばこれとは逆に、図6に示すように第1の層を活性層側
に配置する場合に比べて、第1の層による光の損失を低
く抑え、高出力、良好な発光効率の発光素子、レーザ素
子が得られる。これは、第1の層と活性層との間に第2
の層が設けられること、すなわち第1の層が活性層から
離間して配置されることで、クラッド層に挟まれて導波
路が設けられるレーザ素子などにおいて、第1の層に分
布する光強度を小さくできることから、それによる光の
損失も小さくでき、特性向上を図ることができる。この
時、図3に示すように、第1の層を第2の層のバンドギ
ャップエネルギーとほぼ同じか、大きくなるようにする
ことで、良好なキャリア閉込めが実現される。
[Third Embodiment] The third embodiment of the present invention is characterized in that the second layer is provided closer to the active layer than the first layer. Specifically, FIG.
As shown in FIGS. 5 to 5, in each of the cladding layers 13 and 14,
The second layer is provided closer to the active layer than the first layer, that is, on the active layer side, and the second layer is provided between the first layer and the active layer. Therefore, in the device structure having an active layer between the lower cladding layer 13 and the upper cladding layer 14, the second
Is arranged on the active layer side, that is, on the inside, and the second layer has a structure arranged on the outside of the active layer. In this case, for example, on the contrary, as compared with the case where the first layer is arranged on the active layer side as shown in FIG. A light emitting element and a laser element with high efficiency can be obtained. This is because the second layer is located between the first layer and the active layer.
Is provided, that is, the first layer is spaced apart from the active layer, so that in a laser device or the like in which a waveguide is provided between cladding layers, the light intensity distributed in the first layer Can be reduced, the loss of light due to this can be reduced, and the characteristics can be improved. At this time, as shown in FIG. 3, good carrier confinement is realized by making the band gap energy of the first layer substantially equal to or larger than the band gap energy of the second layer.

【0034】[第4の実施形態]本発明の第4の実施形
態としては、第1の層の屈折率nと、第2の層の屈折
率nと、n≦nであることを特徴とする。この構
成では、図2(b)に示すように、クラッド層13,1
4において、活性層に近い第2の層26,31の屈折率
が大きく、活性層から遠い第1の層15,32の屈折率
が小さくなり、クラッド層内において、活性層に近づく
に従って屈折率が大きくなる構造とできる。これによ
り、活性層からの距離が遠くなるに従って屈折率が小さ
くなるクラッド層であるため、上部、下部クラッド層1
4,13で挟まれた導波路に、効率的に光が閉じ込めら
れ、そのことにより良好な光の導波が実現され、また、
クラッド層外部へ漏れる光を少なくする構造とできる。
[0034] As a fourth embodiment of the Fourth Embodiment The present invention includes a refractive index n 1 of the first layer, the refractive index n 2 of the second layer is the n 2n 1 It is characterized by the following. In this configuration, as shown in FIG. 2B, the cladding layers 13, 1
4, the refractive indexes of the second layers 26 and 31 near the active layer are large, and the refractive indexes of the first layers 15 and 32 far from the active layer are small. Can be increased. Because of this, the cladding layer whose refractive index decreases as the distance from the active layer increases, the upper and lower cladding layers 1
Light is efficiently confined in the waveguide sandwiched between 4, 13 and thereby, good waveguide of light is realized.
The structure can reduce the light leaking to the outside of the cladding layer.

【0035】第1の層は、上述したように、InとAl
を含む窒化物半導体を有することから、Alの組成比を調
節することで、第2の層とほぼ同じか、若しくはそれよ
りも屈折率の小さい層とできる。従来、n型の下部クラ
ッド層と基板との間に、InGaN層が用いられてきた
が、この層によりクラッド層から漏れだした光が基板側
を導波するものとなり、レーザ素子の光学特性を悪化さ
せてきた。本発明では、第1の層の屈折率を第2の層よ
りも小さくして、更に第2の層よりも活性層から遠くに
第1の層を配置することで、基板側への光の漏れを抑え
ることができる。
As described above, the first layer is made of In and Al.
By adjusting the composition ratio of Al, it is possible to obtain a layer having substantially the same refractive index as the second layer or a layer having a lower refractive index than that of the second layer. Conventionally, an InGaN layer has been used between the n-type lower cladding layer and the substrate. However, this layer allows light leaking from the cladding layer to be guided on the substrate side, thereby reducing the optical characteristics of the laser device. Has worsened. In the present invention, the refractive index of the first layer is made smaller than that of the second layer, and furthermore, the first layer is arranged farther from the active layer than the second layer, so that light can be transmitted to the substrate side. Leakage can be suppressed.

【0036】以下、各実施形態における下部クラッド層
13、上部クラッド層14について詳しく説明する。
Hereinafter, the lower clad layer 13 and the upper clad layer 14 in each embodiment will be described in detail.

【0037】本発明において、図2〜6に示すように、
下部クラッド層13、上部クラッド層14の少なくとも
一方に、第2の層25,32を有するものである。下部
クラッド層13、上部クラッド層14の組成は、図3〜
6のバンド構造41に示すように、活性層(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する
ものであり、またレーザ素子、端面発光素子のように導
波路として、下部光ガイド層27,上部光ガイド層30
を有する場合には、光ガイド層と同等若しくはそれより
大きくする。これは、上部・下部クラッド層をキャリア
閉込め、光閉込めとして機能させるものであり、光ガイ
ド層を有する場合には光閉込め層として機能させる。こ
こで、図3は、本発明の素子構造における積層構造4
0、及びそれに対応するバンド構造41を模式的に示す
ものであり、図4〜6は、バンド構造41を示すもので
ある。
In the present invention, as shown in FIGS.
At least one of the lower cladding layer 13 and the upper cladding layer 14 has the second layers 25 and 32. The compositions of the lower cladding layer 13 and the upper cladding layer 14 are shown in FIGS.
As shown in the band structure 41 of FIG. 6, the bandgap energy is set to be larger than that of the active layer (well layer), and the lower light guide layer 27 is used as a waveguide such as a laser device or an edge emitting device. , Upper light guide layer 30
In the case where the light guide layer is provided, it is equal to or larger than the light guide layer. This is to make the upper and lower cladding layers function as light confinement for carrier confinement, and to function as a light confinement layer when a light guide layer is provided. Here, FIG. 3 shows a laminated structure 4 in the element structure of the present invention.
4 schematically shows a band structure 41 corresponding to 0, and FIGS. 4 to 6 show the band structure 41. FIG.

【0038】クラッド層に用いられる窒化物半導体とし
ては、GaNなどのAlを含まない窒化物半導体を用い
ることも可能であるが、好ましくはAlを含む窒化物半
導体が用いられ、具体的にはInAlGa
1−a−bN(0≦a、0<b、a+b≦1)で表され
る窒化物半導体が用いることで、良好なキャリア閉込
め、光閉込めが実現される。好ましくは、下部クラッド
層13、上部クラッド層14に、少なくとも上記第2の
層を有することであり、更に好ましくは、In組成比v
=0のAlGa1−uN(0<u≦1)を有する第2
の層を用いることである。これは、上記第2の実施形態
で説明したように、第2の層のIn組成比を第1の層の
In組成比より小さくすること、好ましくはInを含ま
ない第2の層とすることで、Inを含むことによる光損
失を抑制できるためである。レーザ素子、端面発光素子
等のように導波路を上部、下部クラッド層で挟む構造に
おいて、導波路とクラッド層との間、具体的には活性層
及び/又は光ガイド層との間、に十分な屈折率差を設け
て、導波路内に光が閉じこめられて、光が導波する構成
とする。このような屈折率差を設けるには、AlGa
1−uN(0<u≦1)が好ましく用いられ、光ガイド
層のAl組成(平均組成)比αとの間で、少なくともα
≦uの関係を満たすようにし、好ましくはu−α≧0.
05となるようにすることで十分な屈折率差が設けられ
る。また、クラッド層による光の閉込めは、クラッド層
の膜厚にも依存するため、膜厚も考慮して窒化物半導体
の組成を決定する。また、上部クラッド層と下部クラッ
ド層をほぼ同じ組成、層構成、屈折率、膜厚としても良
く、それらが異なるものとすることもでき、更に各クラ
ッド層中の第2の層についても同様である。
As the nitride semiconductor used for the cladding layer, a nitride semiconductor containing no Al, such as GaN, can be used. However, a nitride semiconductor containing Al is preferably used. a Al b Ga
By using a nitride semiconductor represented by 1 -abN (0 ≦ a, 0 <b, a + b ≦ 1), good carrier confinement and light confinement are realized. Preferably, the lower clad layer 13 and the upper clad layer 14 have at least the second layer, and more preferably, the In composition ratio v
= 0, the second having Al u Ga 1-u N (0 <u ≦ 1).
Is used. This is because the In composition ratio of the second layer is made smaller than the In composition ratio of the first layer, as described in the second embodiment, and the second layer preferably does not contain In. This is because light loss due to the inclusion of In can be suppressed. In a structure in which a waveguide is sandwiched between upper and lower cladding layers, such as a laser device and an edge emitting device, the structure is sufficient between the waveguide and the cladding layer, specifically, between the active layer and / or the light guide layer. By providing a large refractive index difference, light is confined in the waveguide and light is guided. To provide such a refractive index difference, Al u Ga
1-u N (0 <u ≦ 1) is preferably used, and at least α between the Al composition (average composition) ratio α of the optical guide layer and
≦ u, preferably u−α ≧ 0.
By setting it to be 05, a sufficient difference in refractive index is provided. Further, since the confinement of light by the cladding layer also depends on the thickness of the cladding layer, the composition of the nitride semiconductor is determined in consideration of the thickness. Further, the upper clad layer and the lower clad layer may have substantially the same composition, layer configuration, refractive index, and film thickness, and they may be different. Further, the same applies to the second layer in each clad layer. is there.

【0039】本発明のクラッド層は、上記第2の層を少
なくとも有することが好ましく、この時、図5に示すよ
うに、第1の層25,32を介して第2の層26,26
´,31,31´をクラッド層内に複数設けても良い。
この時、複数の第2の層を設ける場合には、各第2の層
がほぼ同等な組成、層構成、屈折率で形成されても良
く、これらが異なるものであっても良い。また、第2の
層は、上述したように単一膜で形成しても良く、多層膜
で形成しても良く、また超格子多層膜構造としても良
い。更に、後述する光ガイド層のように、組成傾斜させ
た構造の第2の層、若しくはクラッド層内で組成傾斜さ
せた構造とすることもできる。
The cladding layer of the present invention preferably has at least the second layer. At this time, as shown in FIG. 5, the second layers 26, 26 are interposed via the first layers 25, 32.
, 31, 31 'may be provided in the cladding layer.
At this time, when a plurality of second layers are provided, each of the second layers may be formed with substantially the same composition, layer configuration, and refractive index, or may be different. Further, the second layer may be formed as a single film as described above, may be formed as a multilayer film, or may have a superlattice multilayer film structure. Further, it may be a second layer having a composition-graded structure, such as a light guide layer described later, or a structure having a composition-graded inside a cladding layer.

【0040】単一膜で第2の層を形成する場合には、上
記窒化物半導体からなる単一膜を形成することで、多層
膜で形成する場合に比べて、光、キャリア閉込め構造の
設計が容易であり、またクラッド層の成長にかかる時間
を短縮できる。一方で、AlGaNなどのAlを含む窒
化物半導体は、結晶性良く成長させることが困難で、特
に単一膜では、ある一定以上の膜厚で成長させるとクラ
ックが発生しやすくなる。更にまた、上記短波長域にお
いて、クラッド層に用いられる第2の層のAl組成比は
大きくなるため、単一膜で形成すると、厚膜とすること
が困難な傾向にあり、光閉込めにおいて十分な閉込めが
困難となる。
In the case where the second layer is formed by a single film, by forming a single film made of the nitride semiconductor, the light and carrier confinement structure is reduced as compared with the case where the second layer is formed by a multilayer film. The design is easy, and the time required for growing the cladding layer can be reduced. On the other hand, it is difficult to grow an Al-containing nitride semiconductor such as AlGaN with good crystallinity. In particular, when a single film is grown with a certain thickness or more, cracks are likely to occur. Furthermore, in the above short wavelength region, the Al composition ratio of the second layer used for the cladding layer is large, so that when formed as a single film, it tends to be difficult to form a thick film. Sufficient confinement becomes difficult.

【0041】第2の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、A層と、それ
と異なる組成のB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u1のA層と、Al組成比u2(u1≠u2)のB
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u1<u2(0≦u1、u2≦1)とした構成とす
ると、Al組成比の大きなA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
A層で、B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。例えば、A層をGaNとして、B層を
AlGaNとすることで、結晶性悪化を防ぎ、特に後述
する超格子多層膜構造において、優れた結晶性で第2の
層を形成することができる。また、A層、B層を積層
し、B層と組成の異なるC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、A層、
B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A層、B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。
When the second 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, as a multilayer film, an A layer and a B layer having a different composition are stacked, and a plurality of layers having different refractive indices and band gap energies are provided. For example, an A layer having an Al composition ratio u1 and a B layer having an Al composition ratio u2 (u1 ≠ u2)
A multilayer film having a structure in which layers are stacked may be used. At this time, if the Al composition ratio is set to u1 <u2 (0 ≦ u1, u2 ≦ 1), the refractive index is small in the A layer having a large Al composition ratio, The gap energy can be increased and the deterioration of crystallinity due to the formation of the B layer with the A layer having a small Al composition ratio can be suppressed. For example, by setting the A layer to GaN and the B layer to AlGaN, deterioration of crystallinity can be prevented, and in particular, in a superlattice multilayer structure described later, the second layer can be formed with excellent crystallinity. Further, a plurality of layers having different compositions may be further laminated by laminating the A layer and the B layer and laminating the C layer having a different composition from the B layer. Also, layer A,
A structure in which a plurality of B layers are alternately stacked may be employed, or a structure in which a plurality of pairs having at least the A layer and the B layer are formed. 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.

【0042】多層膜構造の第2の層において、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、第2
の層、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、第2の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、結晶性良く第2の層、クラッド層を形成でき
る。この時、超格子構造として具体的には、前記多層膜
におけるA層と、B層とを交互に積層して、少なくとも
一方を2層以上、好ましくは各層を2層以上とするこ
と、若しくはA層とB層とを1対として複数対積層した
構造とする。好ましくは、A層/B層が、Alu1Ga
1−u1N(0≦u1≦1)/Alu2Ga1−u2
(0≦u2≦1、u1≠u2)、上記短波長域において
はAlu1Ga1−u1N(0<u1≦1)/Alu2
Ga1−u2N(0<u2≦1、u1≠u2)を用いる
ことで、導波路内に良好に光を閉込め、さらに光のしみ
だしを抑え、光の損失を抑えて、なおかつ超格子構造に
より結晶性の悪化を抑えて厚膜の第2の層、クラッド層
を形成できる。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、100Å以下とすることであり、好ま
しくは75Å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50Å以下とすることで、より
良好な結晶性となり、また膜厚を大きくした第2の層、
クラッド層とすることができる。
In the second layer of the multilayer structure, the superlattice structure is used to further improve the crystallinity and improve the second layer.
And a cladding layer can be formed. Here, the superlattice structure is provided in at least a part of the second layer. Preferably, by providing the superlattice structure in all of the layers, the second layer and the cladding layer can be formed with good crystallinity. At this time, as the superlattice structure, specifically, the layer A and the layer B in the multilayer film are alternately laminated, and at least one of the layers has two or more layers, preferably each layer has two or more layers. A structure in which a plurality of layers and a layer B are stacked as one pair is adopted. Preferably, the A layer / B layer is made of Al u1 Ga
1-u1N (0 ≦ u1 ≦ 1) / Al u2 Ga 1-u2 N
(0 ≦ u2 ≦ 1, u1 ≠ u2), and Al u1 Ga 1-u1 N (0 <u1 ≦ 1) / Al u2 in the short wavelength region.
By using Ga 1-u2 N (0 <u2 ≦ 1, u1 ≠ u2), light is confined well in the waveguide, light seepage is suppressed, light loss is suppressed, and the superlattice is used. The structure can suppress the deterioration of crystallinity and form the thick second layer and the clad layer. The film thickness of each layer constituting the superlattice structure varies depending on the composition and the combination of each layer. Specifically, the film thickness is set to 100 ° or less, and preferably, the crystallinity is set to 75 ° or less. It is possible to keep good, and more preferably at 50 ° or less, the crystallinity becomes better, and the second layer having a larger thickness,
It can be a clad layer.

【0043】クラッド層、第1の層には、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、全体にド
ープしても、部分的にドープしても良く、またクラッド
層内でドープ量を変化させる構成でも良い。また、多層
膜の場合にも、例えば前記A層、B層を有する多層膜
で、両方にドープしても良く、又はA層とB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A層
/B層が、Alu1Ga1−u1N(0≦u1≦1)/
Alu2Ga1−u2N(0<u2≦u1、u1<u
2)の超格子多層膜構造である場合に、Al組成比の小
さいB層に不純物ドープして、A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 and the first layer are preferably doped with at least impurities of each conductivity type, and may be doped entirely or partially. A configuration in which it is changed may be used. Also, in the case of a multilayer film, for example, in a multilayer film having the A layer and the B layer, both may be doped, or the A layer and the B layer may have different doping amounts, or one may be doped. Alternatively, modulation doping may be employed in which the other is undoped. For example, the A layer / B layer is formed of Al u1 Ga 1-u1 N (0 ≦ u1 ≦ 1) /
Al u2 Ga 1-u2 N (0 <u2 ≦ u1, u1 <u
In the case of the superlattice multilayer structure of 2), the B layer having a small Al composition ratio is doped with impurities and the A layer is undoped, whereby the crystallinity can be improved similarly to the light guide layer.

【0044】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、好ましくは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、導波路を有する素子構造において光閉込め
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 to 2 μm, preferably in the range of 50 nm to 1 μm. This is because carrier confinement can be achieved by setting the thickness to 10 nm or more, crystallinity deterioration is suppressed by setting the thickness to 2 μm or less, and light confinement is achieved in an element structure having a waveguide by setting the thickness to 50 nm or more. The cladding layer can be formed with good crystallinity when the thickness is 1 μm or less.

【0045】上記第1の実施形態で説明したように、本
発明では下部クラッド層13、上部クラッド層14の少
なくとも一方に、例えば図4(a)に示すように、上記
第1の層を有するものである。この第1の層は、各クラ
ッド層において、1層だけ設けても良く、In若しくは
Alを含まない窒化物半導体などを介在させて、複数設
けても良い。また、第1の層が設けられたクラッド層
は、第1の層だけで構成されていても良いが、上記第2
の実施形態で説明したように、好ましくは第1の層及び
第2の層を少なくとも有するクラッド層とする。この
時、図4(b)に示すように、第1の層32と第2の層
31とがほぼ同等なバンドギャップエネルギーを有する
構成としても良い。このように、第2の層31とほぼ同
等なバンドギャップエネルギーとすることで、素子構造
において、従来用いられてきたクラッド層とほぼ同様に
扱うことが可能となる。また、図5に示すように、第1
の層が第2の層よりもバンドギャップエネルギーを小さ
くした構成でも良い。
As described in the first embodiment, in the present invention, at least one of the lower clad layer 13 and the upper clad layer 14 has the first layer, for example, as shown in FIG. Things. Only one first layer may be provided in each clad layer, or a plurality of first layers may be provided with a nitride semiconductor containing no In or Al interposed therebetween. Further, the clad layer provided with the first layer may be composed of only the first layer,
As described in the embodiment, the cladding layer preferably has at least the first layer and the second layer. At this time, as shown in FIG. 4B, the first layer 32 and the second layer 31 may have a configuration having substantially the same band gap energy. As described above, by setting the band gap energy to be substantially the same as that of the second layer 31, it becomes possible to treat the element structure almost in the same manner as the conventionally used clad layer. Also, as shown in FIG.
May be configured such that the bandgap energy of the layer is smaller than that of the second layer.

【0046】また、クラッド層内における第1の層の配
置としては、図5,6に示すように、第2の層25,3
2よりも活性層28から遠くに配置した構造であっても
良く、図3,4に示すように、第2の層25,32より
も活性層の近くに配置した構造であっても良い。これ
は、上述したように第1の層でもって、AlGaNによ
る結晶性悪化、クラックの発生を抑制することが可能と
なるが、この時、AlGaN層の上部、若しくは下部の
いずれに配置されてもこの効果を得ることができる。す
なわち、AlGaN等のAlを含む窒化物半導体は、ク
ラッド層若しくは第2の層、又は後述する光ガイド層に
用いられ、第1の層がこれらの層近傍に配置させること
で、光ガイド層27,30を有する場合には、光ガイド
層と第2の層との間に第1の層が設けられた構造とな
り、光ガイド層と第2の層の両方に作用して結晶性を改
善させることができる。特に上記短波長域である375
nm以下の発光波長において、光ガイド層はAlGaN
などのAlを含む窒化物半導体が好ましく用いられるた
め、上記結晶性改善により優れた素子特性が得られる。
また、光ガイド層を設けない素子であっても、活性層中
にAlを含む窒化物半導体が用いられると、活性層と第
2の層との間にある第1の層でもって、上記結晶性改善
効果が、近接する活性層及び第2の層の両方に作用し、
素子特性が向上する。
The arrangement of the first layer in the cladding layer is, as shown in FIGS.
3 and 4, the structure may be arranged closer to the active layer than the second layers 25 and 32, as shown in FIGS. This makes it possible to suppress the deterioration of crystallinity and the occurrence of cracks due to AlGaN with the first layer as described above, but at this time, the first layer can be disposed either above or below the AlGaN layer. This effect can be obtained. That is, a nitride semiconductor containing Al such as AlGaN is used for the cladding layer or the second layer, or a light guide layer described later, and the first layer is arranged near these layers, so that the light guide layer 27 is formed. , 30, the structure is such that the first layer is provided between the light guide layer and the second layer, and acts on both the light guide layer and the second layer to improve the crystallinity. be able to. In particular, 375 which is the above short wavelength range
At emission wavelengths below nm, the light guide layer is made of AlGaN
Since a nitride semiconductor containing Al is preferably used, excellent device characteristics can be obtained by the above-described improvement in crystallinity.
Further, even in an element having no light guide layer, if a nitride semiconductor containing Al is used in the active layer, the first crystal located between the active layer and the second layer has the above crystal structure. The property improving effect acts on both the adjacent active layer and the second layer,
The element characteristics are improved.

【0047】加えて、第3の実施形態で説明したよう
に、クラッド層内において、第1の層を活性層から遠く
に配置して、第2の層を活性層の近く、すなわち、第1
の層と活性層との間に第2の層を配置した構造とするこ
ともできる。この構造では、上述したように、両クラッ
ド層に挟まれた導波路を有する素子構造において、導波
路及びそれを挟む各クラッド層内で、光強度分布が活性
層を中心としてクラッド層内まで広く分布するため、第
1の層を外側に配置することで、光の損失を低減させた
構造とできる。また、第3の実施形態で説明したよう
に、第2の層よりも屈折率の小さい第1の層が、第2の
層よりも活性層から遠くに配置されることで、図2
(b)に示すように、クラッド層13,14内におい
て、活性層28、導波路に近づくに従って、屈折率が大
きくなる構造とでき、導波路内への優れた光の閉込めが
実現される素子構造となる。
In addition, as described in the third embodiment, in the cladding layer, the first layer is disposed far from the active layer, and the second layer is located near the active layer, ie, the first layer.
And a structure in which the second layer is disposed between the active layer and the active layer. In this structure, as described above, in an element structure having a waveguide sandwiched between both cladding layers, in the waveguide and each cladding layer sandwiching the waveguide, the light intensity distribution is widened to the inside of the cladding layer around the active layer. Because of the distribution, the first layer is arranged outside, so that a structure in which light loss is reduced can be obtained. In addition, as described in the third embodiment, the first layer having a lower refractive index than the second layer is arranged farther from the active layer than the second layer, so that FIG.
As shown in (b), a structure in which the refractive index increases in the cladding layers 13 and 14 as it approaches the active layer 28 and the waveguide can be achieved, and excellent light confinement in the waveguide can be realized. It becomes an element structure.

【0048】[第5の実施形態]本発明の第5の実施形
態としては、上部クラッド層、下部クラッド層と活性層
との間に、それぞれ上部光ガイド層、下部光ガイド層と
を有する。具体的には、図2に示すように、第1導電型
層11内に下部光ガイド層27、第2導電型層13内に
上部光ガイド層30、が少なくとも設けられ、これら下
部、上部光ガイド層27,30とで、活性層28を挟み
込む構造を有し、上部・下部の光ガイド層とその間の活
性層とで導波路を形成する。また、これら光ガイド層の
外側には、クラッド層が設けられ、すなわち、下部クラ
ッド層13と活性層28との間に下部光ガイド層27が
設けられ、上部クラッド層14と活性層28との間に上
部光ガイド層30が設けられた構造となる。更に、後述
するように、これら光ガイド層内若しくは光ガイド層と
活性層との間に、キャリア閉込め層29を設けることも
できる。
[Fifth Embodiment] As a fifth embodiment of the present invention, an upper light guide layer and a lower light guide layer are provided between the upper clad layer, the lower clad layer and the active layer, respectively. Specifically, as shown in FIG. 2, at least a lower light guide layer 27 is provided in the first conductivity type layer 11, and an upper light guide layer 30 is provided in the second conductivity type layer 13. The active layers 28 are sandwiched between the guide layers 27 and 30. A waveguide is formed by the upper and lower optical guide layers and the active layer therebetween. Further, a cladding layer is provided outside these light guiding layers, that is, a lower light guiding layer 27 is provided between the lower cladding layer 13 and the active layer 28, and the upper cladding layer 14 and the active layer 28 A structure in which the upper light guide layer 30 is provided therebetween. Further, as described later, a carrier confinement layer 29 can be provided in the light guide layer or between the light guide layer and the active layer.

【0049】本発明の第5の実施形態において、図2
(a)に示すように、導波路として、活性層29と、第
1導電型層11内の下部光ガイド層27、第2導電型層
内の上部光ガイド層30とが、設けられた構造を有し、
特に上述した発光波長が375nm以下の活性層を用い
た導波路が設けられた構造を特徴とする素子である。こ
の導波路は、主に活性層からの光を導波させるものであ
り、この導波路構造によりレーザ素子、端面発光素子に
おいて、発光効率、閾値電流密度、その他の素子特性が
様々に変化する。光ガイド層は、このように、活性層を
挟んで形成されるが、第1導電型層、第2導電型層の少
なくとも一方のみに光ガイド層を形成すること、すなわ
ち、下部光ガイド層若しくは上部光ガイド層だけでもよ
いが、好ましくは活性層の両側に、光ガイド層を設ける
ことで、閾値電流密度が低下し、高出力のレーザ素子が
得られる。
In the fifth embodiment of the present invention, FIG.
As shown in (a), a structure in which an active layer 29, a lower light guide layer 27 in the first conductivity type layer 11, and an upper light guide layer 30 in the second conductivity type layer are provided as a waveguide. Has,
In particular, the device has a structure in which the above-described waveguide using the active layer having the emission wavelength of 375 nm or less is provided. The waveguide mainly guides light from the active layer, and the waveguide structure changes variously the luminous efficiency, the threshold current density, and other device characteristics in the laser device and the edge emitting device. The light guide layer is thus formed with the active layer interposed therebetween. The light guide layer is formed only on at least one of the first conductivity type layer and the second conductivity type layer, that is, the lower light guide layer or Although only the upper light guide layer may be used, preferably, by providing the light guide layers on both sides of the active layer, the threshold current density is reduced, and a high-output laser device is obtained.

【0050】本発明の下部光ガイド層27、上部光ガイ
ド層30としては、Alを含む窒化物半導体が用いら
れ、また、図3〜6のバンド構造41として示すよう
に、少なくとも量子井戸構造の活性層28内の井戸層1
よりも大きなバンドギャップエネルギーとし、また活性
層28と光ガイド層27,30との屈折率差を小さくし
て、導波路構造とする。また、光ガイド層は、図6に示
すように、障壁層よりもバンドギャップエネルギーが小
さくても良く、図3〜5に示すように、大きくても良
い。光ガイド層の組成として具体的には、InβAlα
Ga1−α−βN(0≦α、0≦β、α+β≦1)を用
いることで、紫外域から赤色域までの幅広い波長域に適
用できる。好ましくは、上記短波長域において、Inを
含まない窒化物半導体とすること、すなわち、In組成
比が0の窒化物半導体とすることで、Inを含むことに
よる光の吸収を防ぎ、光の損失を低く抑えた導波路とで
きる。また、430nm以上の長波長域では、InGa
NなどのInを含む窒化物半導体を用いることができ、
それらの間の波長域では、430nm以下では、GaN
若しくは、InGa1−xN(0<x<1)等の窒化
物半導体を用いることができ、組成の異なるInGa
1−xN(0≦x≦1)の多層膜、超格子構造とするこ
とができる。さらに、好ましくはAlαGa1−α
(0≦α≦1)を用いることで、紫外域から赤色域まで
の波長域において、特に430nm以下においても好ま
しく適用できる導波路となり、上記第1の層と組み合わ
せて用いることで良好な結晶性で素子構造を形成でき
る。特に上記波長375nm以下の短波長域の光を導波
させるには、好ましくはAlαGa1−αN(0<α≦
1)が用いられる。これは、GaNでは、上記短波長域
の光を吸収し、それが損失となって、閾値電流密度、電
流−光出力特性を悪化させるからである。特に、光ガイ
ド層のAl組成比αは、活性層の発光の光子エネルギー
、光ガイド層のバンドギャップエネルギーEに比
べて、0.05eV以上大きくなるように(E−E
≧0.05eV)、調整することが好ましい。これによ
り、上記短波長域において、ガイド層による光の損失が
抑えられた導波路となるからである。AlαGa1−α
N(0<α≦1)からなる光ガイド層を用いて、更に上
記第2の層をクラッド層に設けることで、Alを含む窒
化物半導体を用いたガイド層による結晶性の悪化を抑え
た素子構造とできる。
The lower light guide layer 27 and the upper light guide of the present invention
For the nitride layer 30, a nitride semiconductor containing Al is used.
And as shown as band structure 41 in FIGS.
At least the well layer 1 in the active layer 28 having a quantum well structure.
Greater bandgap energy than
The difference in the refractive index between the layer 28 and the light guide layers 27 and 30 is reduced.
To form a waveguide structure. The light guide layer is shown in FIG.
The band gap energy is smaller than that of the barrier layer.
It may be large, as shown in FIGS.
No. Specifically, the composition of the light guide layer is In.βAlα
Ga1-α-βN (0 ≦ α, 0 ≦ β, α + β ≦ 1)
Is suitable for a wide wavelength range from ultraviolet to red.
Can be used. Preferably, In the short wavelength region, In
A nitride semiconductor containing no, ie, In composition
By using a nitride semiconductor with a ratio of 0, it is possible to include In
With a waveguide that prevents light absorption due to
Wear. In the long wavelength region of 430 nm or more, InGa
A nitride semiconductor containing In such as N can be used;
In the wavelength range between them, below 430 nm, GaN
Or InxGa1-xNitriding of N (0 <x <1) etc.
Semiconductors can be used, and InxGa
1-xN (0 ≦ x ≦ 1) multilayer film, superlattice structure
Can be. Furthermore, preferably AlαGa1-αN
By using (0 ≦ α ≦ 1), from the ultraviolet region to the red region
In the wavelength region of, especially 430 nm or less.
Waveguide that can be easily applied and combined with the first layer
The device structure can be formed with good crystallinity by using
You. In particular, light in the short wavelength range of 375 nm or less is guided.
To achieve this, preferably AlαGa1-αN (0 <α ≦
1) is used. This is because, in GaN,
Light, which is lost, and the threshold current density,
This is because the current-light output characteristics are deteriorated. Especially the light guy
Al composition ratio α of the doped layer is the photon energy of light emission of the active layer.
Ep, The band gap energy E of the light guide layergCompared to
In all cases, (Eg-E p
≧ 0.05 eV). This
In the short wavelength region, light loss due to the guide layer is
This is because the waveguide is suppressed. AlαGa1-α
Using a light guide layer composed of N (0 <α ≦ 1),
By providing the second layer in the cladding layer, the nitride containing Al can be formed.
Of crystallinity by guide layer using nitride semiconductor
Device structure.

【0051】また下部光ガイド層27、上部光ガイド層
30は、どちらか一方若しくは両方が、単一膜で形成さ
れていても良く、多層膜で形成されていても良い。単一
膜の窒化物半導体からなる光ガイド層を形成する場合に
は、図3に示すように、活性層28を挟む下部光ガイド
層27、上部光ガイド層30の積層構造40が設けら
れ、そのバンド構造41は、活性層、若しくは井戸層の
ような発光層よりもバンドギャップエネルギーが大きく
なるようにする。具体的には、上記AlαGa −α
(0≦α≦1)を用いることであり、上記短波長域にお
いてはAlαGa 1−αN(0<α≦1)を用いる。こ
の時、発光波長に応じて、適宜ガイド層のAl組成比を
適宜変更する。
The lower light guide layer 27 and the upper light guide layer
30 is one or both of which are formed of a single film
Or a multilayer film. single
When forming an optical guide layer made of a nitride semiconductor film
Is a lower light guide sandwiching the active layer 28 as shown in FIG.
The layer structure 40 of the layer 27 and the upper light guide layer 30 is provided.
The band structure 41 is formed of an active layer or a well layer.
Bandgap energy is larger than that of such a light emitting layer
To be. Specifically, the above AlαGa1 −αN
(0 ≦ α ≦ 1) in the short wavelength region.
AlαGa 1-αN (0 <α ≦ 1) is used. This
In this case, the Al composition ratio of the guide layer is appropriately adjusted according to the emission wavelength.
Change as appropriate.

【0052】下部光ガイド層、上部光ガイド層の膜厚と
しては、特に限定されず、具体的には、10nm以上5
μm以下の範囲であり、好ましくは20nm以上1μm
以下の範囲であり、更に好ましくは50nm以上300
nm以下の範囲とする。これにより、10nm以上でガ
イド層として機能し、20nm以上とすることで閾値電
流密度を低下させる導波路が形成される傾向にあり、5
0nm以上とすることで更に閾値電流密度を低下させる
傾向にあるためである。また、5μm以下ではガイド層
として機能し、1μm以下で光が導波する際の損失を減
少させ、300nm以下とすることで光の損失を更に抑
えられる傾向にあるためである。また、下部光ガイド層
27と上部光ガイド層30とは、ほぼ同じ膜厚で形成さ
れていても良く、異なる膜厚で形成されていても良い。
また、両ガイド層において、層構成、組成、ドープ量な
どを異なるものとしても良く、ほぼ同じとしても良い。
例えば、下部光ガイド層を単一膜とし、上部光ガイド層
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、各光ガイド層で組成が異なるものとする形態
などがある。
The thicknesses of the lower light guide layer and the upper light guide layer are not particularly limited.
μm or less, preferably 20 nm or more and 1 μm
The range is as follows, and more preferably 50 nm or more and 300
nm or less. This tends to form a waveguide that functions as a guide layer at 10 nm or more and reduces the threshold current density at 20 nm or more.
This is because the threshold current density tends to be further reduced by setting the thickness to 0 nm or more. Further, when the thickness is 5 μm or less, it functions as a guide layer, and when it is 1 μm or less, the loss when light is guided tends to be reduced, and when it is 300 nm or less, the light loss tends to be further suppressed. Further, the lower light guide layer 27 and the upper light guide layer 30 may be formed with substantially the same film thickness, or may be formed with different film thicknesses.
In addition, the two guide layers may have different layer configurations, compositions, doping amounts, and the like, or may be substantially the same.
For example, there is a form in which the lower light guide layer is formed as a single film, the upper light guide layer is formed as a multilayer film, the two light guide layers have different layer configurations, and each light guide layer has a different composition. .

【0053】本発明の光ガイド層を多層膜の窒化物半導
体で構成しても良く、その場合も上記と同様に、特に短
波長域でInを含まない窒化物半導体を用いることが好
ましく、さらに上記AlαGa1−αN(0≦α≦1)
を用いることが好ましく、上記短波長域においてはAl
αGa1−αN(0<α≦1)を用いることが好まし
く、この窒化物半導体を用いて少なくとも互いに組成の
異なる窒化物半導体層を各々の光ガイド層に1層以上用
いた多層膜とする。具体的には、光ガイド層27,30
に、A層、A層と異なる組成のB層、ここで、A層、B
層は、窒化物半導体からなる。これにより、各ガイド層
内のA層とB層との間において、Al組成比を異なるよ
うにして、バンドギャップエネルギー、屈折率の異なる
多層膜構造としても良い。
The light guide layer of the present invention may be composed of a nitride semiconductor of a multilayer film. In this case as well, it is preferable to use a nitride semiconductor containing no In particularly in a short wavelength region. the Al α Ga 1-α N ( 0 ≦ α ≦ 1)
It is preferable to use Al in the short wavelength region.
It is preferable to use α Ga 1−α N (0 <α ≦ 1), and to use a multilayer film in which at least one nitride semiconductor layer having a different composition is used for each light guide layer using the nitride semiconductor. I do. Specifically, the light guide layers 27 and 30
A layer, B layer having a composition different from that of the A layer, where A layer, B layer
The layer is made of a nitride semiconductor. Thereby, the Al composition ratio may be different between the A layer and the B layer in each guide layer to form a multilayer structure having different band gap energies and different refractive indexes.

【0054】例えば、第1導電型層、活性層、第2導電
型層が積層された構造で、一方の光ガイド層が、A層と
B層とを有し、B層を活性層側に配置して、A層を活性
層から遠い位置に配置した構造として、バンドギャップ
エネルギーを活性層に近づくに従って段階的に小さくし
た構造とする。具体的には、活性層側のB層のAl組成
比α2を、活性層から遠いA層のAl組成比α1よりも
小さくすること、α1>α2とすることで、段階的なバ
ンド構造となり、導波路内の活性層にキャリアが効率的
に注入され、また活性層及び活性層付近の屈折率が大き
くなることから、導波路内で活性層付近に光が多く分布
した構造とできる。このように、光ガイド層を多層膜と
するのには、Al組成比を大きくすると結晶性の悪化す
る傾向にあり、単一膜で光ガイド層を形成することが結
晶性の悪化により困難な場合、若しくは特性悪化が発生
する場合に、多層膜で形成して結晶性の悪化を小さく抑
えることができるからである。また、上記第2の層がク
ラッド層に設けられることで、ガイド層にAlGaNな
どのAlを含む窒化物半導体を用いた場合でも、クラッ
クの発生を抑えて、素子構造を形成できる。また、上
記、α1>α2とは逆に、α1<α2として、活性層に
近いガイド層(B層)のバンドギャップエネルギーを大
きくし、屈折率を小さくし、遠いガイド層(A層、第4
の層)を小さくし、屈折率を大きくすることも可能であ
るが、好ましくは上記キャリア注入、光の分布が良好と
なることから、多層膜の光ガイド層においてα1>α2
とすることである。また、多層膜の光ガイド層とする場
合に、上記A層、B層に限らず、各光ガイド層を3層以
上で構成しても良く、A層とB層と交互に複数積層し
た、すなわちA層とB層とを1対として複数の対を積層
してガイド層を構成しても良い。
For example, in a structure in which a first conductivity type layer, an active layer, and a second conductivity type layer are laminated, one light guide layer has an A layer and a B layer, and the B layer is disposed on the active layer side. The structure in which the layer A is arranged at a position far from the active layer by arranging the layer has a structure in which the bandgap energy is reduced stepwise as it approaches the active layer. Specifically, by setting the Al composition ratio α2 of the B layer on the active layer side to be smaller than the Al composition ratio α1 of the A layer far from the active layer, and by setting α1> α2, a stepwise band structure is obtained. Since carriers are efficiently injected into the active layer in the waveguide and the refractive indexes in the active layer and the vicinity of the active layer are increased, a structure in which a large amount of light is distributed near the active layer in the waveguide can be obtained. As described above, when the light guide layer is formed into a multilayer film, the crystallinity tends to deteriorate when the Al composition ratio is increased, and it is difficult to form the light guide layer with a single film due to the deterioration in crystallinity. This is because, in the case or when the characteristics are deteriorated, it is possible to suppress deterioration of the crystallinity by forming a multilayer film. In addition, since the second layer is provided in the cladding layer, even when a nitride semiconductor including Al such as AlGaN is used for the guide layer, generation of cracks can be suppressed and an element structure can be formed. Further, contrary to the above α1> α2, α1 <α2 is satisfied, the band gap energy of the guide layer (B layer) close to the active layer is increased, the refractive index is reduced, and the distance between the guide layer (A layer and the fourth layer) is increased.
It is possible to increase the refractive index by increasing the refractive index. However, since the carrier injection and the light distribution are preferably improved, α1> α2 in the multilayer optical guide layer.
It is to be. When the light guide layer is a multilayer film, the light guide layer is not limited to the A layer and the B layer, and each light guide layer may be composed of three or more layers. That is, a guide layer may be formed by stacking a plurality of pairs with the A layer and the B layer as one pair.

【0055】また、本発明の光ガイド層において、図4
に示すように、活性層に近づくに従ってバンドギャップ
エネルギーが小さくなるように、組成傾斜させたGRI
N構造としてもよい。具体的には、Al組成比αを傾斜
させること、すなわち活性層に近づくに従ってAl組成
比αが小さくなるように組成傾斜させることで、GRI
N構造とできキャリアの注入効率が向上する。この時、
組成傾斜は、図4に示すように連続的に組成を傾斜させ
ても良く、不連続で段階的に組成を傾斜させても良い。
また、超格子多層膜構造のように、例えば、上記下部光
ガイド層のA層/B層を交互に積層した複数対を有する
構造においても、Alを組成傾斜させて、活性層に近づ
くに従ってバンドギャップエネルギーが小さくなるよう
にしても良く、この場合、少なくともいずれか一方の層
だけ、例えばA層だけを組成傾斜させても良く、対を構
成する全ての層、例えばA層及びB層を共に組成傾斜さ
せても良い。また、光ガイド層の膜厚方向において、部
分的に組成傾斜が設けられていても良く、好ましくは膜
厚方向における全ての領域で組成傾斜させる方がキャリ
アの注入効率が向上する傾向にある。
Further, in the light guide layer of the present invention, FIG.
As shown in FIG. 2, a GRI composition-graded so that the band gap energy becomes smaller as approaching the active layer.
An N structure may be used. Specifically, the GRI is tilted by making the Al composition ratio α smaller, that is, by making the Al composition ratio α smaller as approaching the active layer.
An N-structure is provided, and carrier injection efficiency is improved. At this time,
In the composition gradient, the composition may be continuously gradient as shown in FIG. 4, or the composition may be discontinuously graded stepwise.
Also, for example, in a structure having a plurality of pairs in which the lower light guide layer A / B layers are alternately stacked, such as a superlattice multilayer structure, Al is made to have a composition gradient and the band becomes closer to the active layer. The gap energy may be reduced, and in this case, at least one of the layers, for example, only the A layer, may have a composition gradient, and all the layers constituting the pair, for example, the A layer and the B layer may be combined together. The composition may be gradient. Further, a composition gradient may be provided partially in the thickness direction of the light guide layer. Preferably, the composition injection gradient in all regions in the film thickness direction tends to improve carrier injection efficiency.

【0056】更に、多層膜の光ガイド層において、図5
に示すように、多層膜の超格子構造としても良く、超格
子構造を用いることで、上記Alを含む窒化物半導体に
よる結晶性の悪化を抑制して、良好な結晶性の導波路を
形成することができる。具体的には、光ガイド層におい
て、前記A層と、B層とを交互に積層して、少なくとも
一方を2層以上、好ましくは各層を2層以上とするこ
と、若しくはA層とB層とを1対として複数対積層した
構造とする。この時、各層の窒化物半導体の組成は上記
と同様であるが、好ましくは、A層/B層が、Alα1
Ga1−α1N(0≦α1≦1)/Alα2Ga
1−α2N(0≦α2≦1、α1≠α2)、上記短波長
域においてはAlα1Ga1−α1N(0<α1≦1)
/Alα2Ga −α2N(0<α2≦1、α1≠α
2)を用いることで、光の損失を抑えて、なおかつ超格
子構造により結晶性の悪化も抑えた導波路が形成され
る。光ガイド層を超格子構造とするには、多層膜を構成
する各層の膜厚が超格子となるように設定することであ
り、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。ここで、光ガイ
ド層にA層、B層を用いることについて説明したが、A
層及びB層と組成の異なるC層など、更に複数の組成の
異なる層で光ガイド層を構成しても良い。
Further, in the light guide layer of the multilayer film, FIG.
As shown in the figure, the superlattice structure of the multilayer film may be used. By using the superlattice structure, deterioration of crystallinity due to the nitride semiconductor containing Al is suppressed, and a good crystalline waveguide is formed. be able to. Specifically, in the light guide layer, the layer A and the layer B are alternately laminated, and at least one of the layers is two or more layers, preferably each layer is two or more layers. Are a pair, and a plurality of pairs are laminated. At this time, the composition of the nitride semiconductor in each layer is the same as described above, but preferably, the A layer / B layer is made of Al α1
Ga 1-α1 N (0 ≦ α1 ≦ 1) / Al α2 Ga
1-α2N (0 ≦ α2 ≦ 1, α1 ≠ α2), and in the above short wavelength region, Alα1Ga1 -α1N (0 <α1 ≦ 1)
/ Al α2 Ga 1 -α2 N ( 0 <α2 ≦ 1, α1 ≠ α
By using 2), a waveguide is formed in which the loss of light is suppressed and the deterioration of crystallinity is also suppressed by the superlattice structure. In order for the light guide layer to have a superlattice structure, the thickness of each layer constituting the multilayer film is set to be a superlattice, and the film thickness differs depending on the composition and the combination of each layer. Is 10 nm or less, preferably 7.5 nm or less can maintain good crystallinity, more preferably 5 nm or less,
Better crystallinity can be obtained. Here, the use of the A layer and the B layer for the light guide layer has been described.
The light guide layer may be composed of a plurality of layers having different compositions such as a layer and a C layer having a different composition from the B layer.

【0057】また、本発明の光ガイド層において、各導
電型の不純物は、少なくともドープされることがキャリ
アの移動・注入が良好となるため好ましく、この時導電
型の不純物は、光ガイド層の一部若しくは部分的にドー
プする形態、全体にドープする形態、のいずれかでも良
い。また、多層膜の光ガイド層においては、例えば前記
A層、B層を有する下部光ガイド層において、両方にド
ープしても良く、又はA層とB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。例えば上記下部光ガイド層にお
いてA層とB層とを交互に積層した、若しくは、複数対
設けた構造のような超格子多層膜構造において好ましく
は、一方の層、例えばA層にのみドープした変調ドープ
とすることで、不純物ドープによる結晶性の悪化を抑え
ることができる。更に好ましくは、Al組成比の低い層
にのみドープすることで、結晶性の良好な層にドープす
ることができ、不純物ドープによる結晶性の悪化を抑え
て、不純物ドープによる活性化も良好なものとなり好ま
しい。これは、例えば、前記A層/B層が、Alα
1−α1N(0≦α1≦1)/Alα2Ga1−α2
N(0<α2≦1、α1<α2)の超格子多層膜構造で
ある光ガイド層において、Al組成比の小さいB層に不
純物ドープして、A層をアンドープとすることで、Al
組成比の小さいB層はA層より結晶性が良く、このため
この結晶性の良い層に不純物ドープすることで、良好な
活性化が実現され、キャリアの移動・注入に優れた光ガ
イド層となる。
Further, in the light guide layer of the present invention, it is preferable that impurities of each conductivity type be doped at least to improve the movement and injection of carriers. Any of a partially or partially doped form and a fully doped form may be used. In the light guide layer of the multilayer film, for example, in the lower light guide layer having the A layer and the B layer, both may be doped, or the doping amounts of the A layer and the B layer may be different. , And the other may be undoped. For example, in a superlattice multilayer structure such as a structure in which layers A and B are alternately laminated in the lower light guide layer, or a structure in which a plurality of layers are provided, preferably, modulation is performed by doping only one layer, for example, only the layer A. By doping, deterioration of crystallinity due to impurity doping can be suppressed. More preferably, by doping only a layer having a low Al composition ratio, a layer having good crystallinity can be doped, and deterioration of crystallinity due to impurity doping is suppressed, and activation by impurity doping is also good. Is preferable. This is because, for example, the A layer / B layer is made of Al α 1 G
a 1−α1 N (0 ≦ α1 ≦ 1) / Al α2 Ga 1−α2
In the light guide layer having a superlattice multilayer structure of N (0 <α2 ≦ 1, α1 <α2), the B layer having a small Al composition ratio is doped with impurities, and the A layer is undoped.
The B layer having a small composition ratio has better crystallinity than the A layer. Therefore, by doping the layer having good crystallinity with impurities, good activation is realized, and an optical guide layer excellent in carrier movement / injection can be obtained. Become.

【0058】更に、本発明の光ガイド層の不純物ドープ
について、図6に、ドープ量変化42として示すよう
に、下部、上部光ガイド層27,30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、下部光ガイド層27と上
部光ガイド層30とで活性層28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25,30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、下部光ガイド
層、上部光ガイド層において、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5×1017/cm
下とすることである。ここで、上記不純物ドープとは、
下部光ガイド層に第1導電型の不純物ドープ、上部光ガ
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。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以下の領域をアンドープとす
ることで光の損失低減が可能となり、さらに好ましくは
100nm以下の領域をアンドープ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。
Further, with respect to the impurity doping of the light guide layer of the present invention, as shown in FIG. 6 as a change 42 of the doping amount, the doping amount of the impurity in the lower and upper light guide layers 27 and 30 is increased as approaching the active layer. Reducing the amount of doping or reducing the amount of doping in the region near the active layer compared to the region far from the active layer further reduces the loss of light in the waveguide, especially in the light guide layer, and improves the light emission. 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 to this, the waveguide has at least a structure in which the active layer 28 is sandwiched between the lower light guide layer 27 and the upper light guide layer 30 as described above. Light is confined in the waveguide by the structure sandwiched between the upper and lower cladding layers 25 and 30 having a smaller refractive index than the guide layer, and a large amount of light is distributed in the active layer and the vicinity of the active layer in the waveguide. Therefore, by reducing the amount of impurity doping in the region near the active layer, light loss in a region where a large amount of light is distributed is reduced, resulting in a waveguide with small light loss. Specifically, in the lower light guide layer and the upper light guide layer, when a region is separated by a half of the thickness of each layer and a region close to the active layer and a region far from the active layer are considered, the conductivity type impurity concentration in the region close to the active layer is determined. In other words, the impurity concentration in the region far from the active layer is made lower. Although the impurity concentration of the light guide layer is not particularly limited, it is specifically set to 5 × 10 17 / cm 3 or less in a region near the active layer. Here, the impurity doping means
This means that the lower light guide layer is doped with a first conductivity type impurity and the upper light guide layer is doped with a second conductivity type impurity. Preferably, in the light guide layer, light loss can be reduced by undoping a region whose distance from the active layer is 50 nm or less, and more preferably undoping a region of 100 nm or less. Light loss, threshold current density, and drive current can be reduced.

【0059】[第6の実施形態]本発明の第6の実施形
態としては、上部クラッド層が、下部クラッド層のIn
組成比より小さいことを特徴とする。具体的には、両ク
ラッド層に、上記第1の層が設けられる場合において、
第2の層のIn組成比若しくは平均組成を、上部クラッ
ド層が下部クラッド層よりも小さくなるようにすること
である。この時、両クラッド層に第1の層が設けられる
構造について説明したが、下部クラッド層にのみ第1の
層を設けて、In組成比を上部クラッド層よりも大きく
することもできる。これは、活性層にはInを含む窒化
物半導体が主に用いられ、その活性層の上に上部クラッ
ド層が設けられることから、Inの分解を防止するため
に成長条件を制限され、下部クラッド層に比較して、第
1の層を結晶性良く成長させることが困難となる傾向に
ある。また、後述の実施例に示すように、第1導電型層
をn型層、第2導電型層をp型層とした構造において、
上記理由に加えて、第1の層は主にN雰囲気で形成さ
れるため、さらに結晶性良く成長させることが困難で、
その上、p型化はできるが、抵抗率が大きくなる傾向に
あり、素子のVfが上昇する傾向にあり、上部クラッド
層にInを含む窒化物半導体を用いると素子特性の悪化
を招くものとなり易い。このため、好ましくは、上部ク
ラッド層のIn組成比を下部クラッド層よりも小さくす
ることであり、両クラッド層に第1の層が設けられる場
合には上部クラッド層内における、第1の層のIn組成
比を下部クラッド層の第1の層よりも小さくし、更に好
ましくは、第1の層を下部クラッド層だけに設けること
であり、最も好ましくは下部クラッド層に第1の層を設
けて、上部クラッド層には、Inを含む窒化物半導体を
設けないことである。
[Sixth Embodiment] In a sixth embodiment of the present invention, the upper cladding layer is formed of the lower cladding layer In.
It is characterized by being smaller than the composition ratio. Specifically, when the first layer is provided on both cladding layers,
The purpose is to make the In composition ratio or the average composition of the second layer smaller in the upper cladding layer than in the lower cladding layer. At this time, the structure in which the first layer is provided in both the clad layers has been described. However, it is also possible to provide the first layer only in the lower clad layer and make the In composition ratio larger than that of the upper clad layer. This is because a nitride semiconductor containing In is mainly used for the active layer, and an upper cladding layer is provided on the active layer. Therefore, the growth conditions are limited to prevent decomposition of In, and It tends to be difficult to grow the first layer with good crystallinity as compared to the layer. Further, as shown in Examples described later, in a structure in which the first conductivity type layer is an n-type layer and the second conductivity type layer is a p-type layer,
In addition to the above reasons, since the first layer is mainly formed in an N 2 atmosphere, it is difficult to grow the first layer with better crystallinity.
In addition, although it can be made p-type, the resistivity tends to increase, the Vf of the device tends to increase, and the use of a nitride semiconductor containing In for the upper cladding layer causes deterioration of device characteristics. easy. For this reason, it is preferable that the In composition ratio of the upper cladding layer is smaller than that of the lower cladding layer, and when the first layers are provided in both cladding layers, the first layer in the upper cladding layer is formed. The In composition ratio is set to be smaller than that of the first layer of the lower cladding layer, more preferably, the first layer is provided only in the lower cladding layer, and most preferably, the first layer is provided in the lower cladding layer. In addition, a nitride semiconductor containing In is not provided in the upper cladding layer.

【0060】以下、各実施形態における素子構造につい
て、クラッド層、ガイド層以外の層について説明する。 (活性層)本発明における活性層としては、単一若しく
は複数の発光層を有する活性層、量子井戸構造の活性層
を用いることができる。これらの活性層、若しくは発光
層において、Inを含む窒化物半導体が好ましく用いら
れ、具体的には、AlInGa1−x−yN(0≦
x<1、0<y≦1、0<x+y≦1)で表される窒化
物半導体を用いることである。例えば、紫外域から赤色
までの発光波長において、InGa1−xN(0<x
≦1)を好ましく用いて、In組成比を変化させること
により、発光波長を変化させることができる。
Hereinafter, with respect to the element structure in each embodiment, layers other than the clad layer and the guide layer will be described. (Active Layer) As the active layer in the present invention, an active layer having a single or a plurality of light emitting layers and an active layer having a quantum well structure can be used. In these active layers or light emitting layers, nitride semiconductors containing In are preferably used, and specifically, Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦
That is, a nitride semiconductor represented by x <1, 0 <y ≦ 1, 0 <x + y ≦ 1) is used. For example, at the emission wavelength from the ultraviolet region to red, In x Ga 1-x N (0 <x
By preferably using ≦ 1), the emission wavelength can be changed by changing the In composition ratio.

【0061】本発明において、好ましくは、量子井戸構
造の活性層を用いることで、高出力の発光素子が得られ
る。また、上記375nm以下の発光波長域において、
好ましい量子井戸構造として、少なくともInとAlを
含む窒化物半導体からなる井戸層を有し、Alを含む窒
化物半導体からなる障壁層を有する。具体的には前記井
戸層のバンドギャップエネルギーが波長375nm以下
とする。このとき、活性層に用いられる窒化物半導体
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。好ましく
は、井戸層をアンドープとし、障壁層をn型不純物ドー
プとすることで、レーザ素子、発光素子が高出力で発光
効率の高い素子となる。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、前記井戸層、障壁
層を少なくとも1層ずつ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、発光素子においては、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。
In the present invention, preferably, a high output light emitting element is obtained by using an active layer having a quantum well structure. In the emission wavelength range of 375 nm or less,
A preferable quantum well structure has a well layer made of a nitride semiconductor containing at least In and Al, and has a barrier layer made of a nitride semiconductor containing Al. Specifically, the band gap energy of the well layer is 375 nm or less. At this time, the nitride semiconductor used for the active layer may be non-doped, n-type impurity-doped, or p-type impurity-doped. By providing such a structure, high output can be achieved in a nitride semiconductor device such as a laser device or a light emitting device. Preferably, by making the well layer undoped and the barrier layer being doped with n-type impurities, the laser device and the light-emitting device become devices with high output and high luminous efficiency. 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, it is possible to improve the output, lower the oscillation threshold, and the like. As the quantum well structure of the active layer, a structure in which at least one well layer and at least one barrier layer are stacked can be used. At this time, in the case of a quantum well structure, by setting the number of well layers to 1 or more and 4 or less, for example, in a laser element or a light emitting element, the threshold current can be reduced, and it is more preferable. By using a multiple quantum well structure in which the number of well layers is two or three, a high-output laser device or light-emitting device tends to be obtained.

【0062】以下、量子井戸構造の活性層において、特
に375nm以下の短波長域における発光を成す、井戸
層、障壁層について説明する。
Hereinafter, a well layer and a barrier layer which emit light in a short wavelength region of 375 nm or less in an active layer having a quantum well structure will be described.

【0063】(井戸層)本発明における井戸層として
は、InとAlを含む窒化物半導体を用いることが好ま
しく、InとAlを含む窒化物半導体からなる井戸層を
活性層内に少なくとも1層有することであり、多重量子
井戸構造においては、好ましくは、すべての井戸層がI
nとAlを含む窒化物半導体からなる井戸層とすること
で、短波長化され、高出力、高効率の発光素子、レーザ
素子が得られる。発光スペクトルがほぼ単一ピークの場
合は、この構成が好ましいが、一方で複数のピークを有
する多色発光素子においては、前記InとAlを含む窒
化物半導体からなる井戸層を少なくとも1層有すること
で、短波長域の発光ピークを得ることができ、様々な発
光色の発光素子、もしくは、その短波長域で励起される
蛍光体と組み合わせた発光装置に得ることが可能であ
る。この時、多色発光の素子とする場合に、井戸層の具
体的な組成としては、InαGa1−αN(0<α≦
1)を用いることで、紫外域から可視光域までの良好な
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。
(Well Layer) As the well layer in the present invention, it is preferable to use a nitride semiconductor containing In and Al, and the active layer has at least one well layer made of a nitride semiconductor containing In and Al. In the multiple quantum well structure, preferably, all the well layers have I
By using a well layer made of a nitride semiconductor containing n and Al, a light emitting element and a laser element having a shorter wavelength, high output, and high efficiency can be obtained. When the emission spectrum has a substantially single peak, this configuration is preferable. On the other hand, in a multicolor light-emitting element having a plurality of peaks, at least one well layer made of a nitride semiconductor containing In and Al is required. Thus, a light emission peak in a short wavelength range can be obtained, and it is possible to obtain a light emitting element of various emission colors or a light emitting device combined with a phosphor excited in the short wavelength range. At this time, when the elements of the multi-color light emission, the specific composition of the well layer, In α Ga 1-α N (0 <α ≦
The use of 1) results in a well layer that enables good emission and oscillation from the ultraviolet region to the visible light region. At this time, the emission wavelength can be determined by the In mixed crystal ratio.

【0064】本発明のInとAlを含む窒化物半導体か
らなる井戸層は、従来のInGaNの井戸層では困難な
波長域、具体的には、GaNのバッドギャップエネルギ
ーである波長365nm付近、若しくはそれより短い波
長を得るものであり、特に波長375nm以下の発光・
発振が可能なバンドギャップエネルギーを有する井戸層
である。これは、従来のInGaNの井戸層では、Ga
Nのバンドギャップエネルギーの波長365nm付近で
は、例えば370nmでは、In組成比が1%以下程度
に調整する必要があり、このようにIn組成比が極端に
小さくなると、発光効率が低下し、十分な出力の発光素
子、レーザ素子が得られがたく、またIn組成比が1%
以下では、その成長を制御することも困難である。本発
明では、InとAlを含む窒化物半導体からなる井戸層
を用いていることで、従来効率的な発光が困難であった
375nmの波長域において、Al組成比xを大きくす
ることでバンドギャップエネルギーを大きくし、一方で
Inを含有することで、良好な内部量子効率、発光効率
の発光素子、レーザ素子に用いることが可能である。
The well layer made of the nitride semiconductor containing In and Al according to the present invention has a wavelength range that is difficult for a conventional InGaN well layer, specifically, a wavelength around 365 nm, which is the GaN bad gap energy, or a wavelength around 365 nm. It is intended to obtain a shorter wavelength, and in particular, to emit light having a wavelength of 375 nm or less.
This is a well layer having a band gap energy capable of oscillating. This is because in a conventional InGaN well layer, Ga
When the bandgap energy of N is around 365 nm, for example, at 370 nm, it is necessary to adjust the In composition ratio to about 1% or less. It is difficult to obtain a light emitting element and a laser element with an output, and the In composition ratio is 1%.
In the following, it is also difficult to control the growth. In the present invention, by using a well layer made of a nitride semiconductor containing In and Al, the band gap can be increased by increasing the Al composition ratio x in the wavelength range of 375 nm where efficient light emission has conventionally been difficult. By increasing the energy and containing In on the other hand, it can be used for a light-emitting element and a laser element having good internal quantum efficiency and luminous efficiency.

【0065】ここで、井戸層に用いられるInとAlを
含む窒化物半導体の具体的な組成としては、AlIn
Ga1−x−yN(0<x<1、0<y<1、x+y
≦1)で表される組成である。これは、窒化物半導体の
成長に用いられているMOCVD等の気相成長法では、
構成元素が多くなると、構成元素間での反応が発生しや
すくなり、このため、上述したようににB、P、As等
を用いて、5元混晶以上の多元化も可能であるが、好ま
しくはAlInGaNの4元混晶(x+y<1)とする
ことで、この元素同士の反応を防いで、良好な結晶性で
成長させることができる。ここで、In組成比yは、
0.02以上とすることで、上述したように0.02未
満である場合に比べて、良好な発光効率、内部量子効率
が実現され、更にy≧0.03とすることで、更にその
効率が向上するため、波長375nm以下の井戸層にお
いて優れた特性の発光素子、レーザ素子が得られ好まし
い。また、In組成比yの上限としては、特に限定され
ないが、y≦0.1とすることで、Inを含有すること
による結晶性の悪化を抑え、更に好ましくは、y≦0.
05とすることで、結晶性を悪化させずに井戸層を形成
でき、多重量子井戸構造のように複数の井戸層を設ける
場合に、各井戸層の結晶性を良好なものとできる。従っ
て、In組成比yは、好ましくは0.02以上0.1以
下の範囲であり、より好ましくは0.03以上0.05
以下の範囲であり、また、上記InAlGaNの4元混
晶において、適用することが好ましい。ここで、Al組
成比xは、特に限定されず、Al組成比を変化させるこ
とにより、所望のバンドギャップエネルギー、波長を得
ることである。
Here, the specific composition of the nitride semiconductor containing In and Al used for the well layer is Al x In.
y Ga 1-xy N (0 <x <1, 0 <y <1, x + y
≦ 1). This is because, in a vapor phase growth method such as MOCVD used for growing a nitride semiconductor,
When the number of the constituent elements increases, a reaction between the constituent elements is likely to occur. For this reason, as described above, it is possible to use B, P, As, or the like to multiplex a quinary mixed crystal or more. Preferably, a quaternary mixed crystal of AlInGaN (x + y <1) is used to prevent the reaction between the elements and grow the crystal with good crystallinity. Here, the In composition ratio y is
By setting it to 0.02 or more, better luminous efficiency and internal quantum efficiency are realized as compared with the case where it is less than 0.02 as described above. Further, by setting y ≧ 0.03, the efficiency is further improved. Therefore, a light emitting element and a laser element having excellent characteristics can be obtained in a well layer having a wavelength of 375 nm or less, which is preferable. The upper limit of the In composition ratio y is not particularly limited. However, by setting y ≦ 0.1, deterioration of crystallinity due to containing In is suppressed, and more preferably, y ≦ 0.
By setting to 05, the well layer can be formed without deteriorating the crystallinity, and when a plurality of well layers are provided as in a multiple quantum well structure, the crystallinity of each well layer can be improved. Therefore, the In composition ratio y is preferably in the range of 0.02 or more and 0.1 or less, more preferably 0.03 or more and 0.05 or less.
The range is as follows, and it is preferably applied to the above quaternary mixed crystal of InAlGaN. Here, the Al composition ratio x is not particularly limited, and a desired band gap energy and a desired wavelength can be obtained by changing the Al composition ratio.

【0066】本発明のAlInGa1−x−y
(0<x<1、0<y<1、x+y<1)からなる井戸
層において、窒化物半導体のIn組成比y、Al組成比
xの変化に対する発振波長、閾値電流密度の関係を図
8、9に示す。図8に示すように、閾値電流密度Jth
では、0.02付近から下降曲線を示し、0.03〜
0.05の範囲付近で極小値をとり、0.05を超える
領域では、上昇傾向を示す。また、Al混晶比xについ
ては、図8に示すように、x≦0.1の範囲において、
Al混晶比xの増加により上昇傾向にあり、0<x≦
0.6の範囲で好ましく閾値電流を下げることができ
る。ここで、図9は、AlInGa1−x−y
(0<x≦1、0<y≦1、x+y<1)の井戸層とA
InGa1−u −vN(0<u≦1、0≦v≦
1、u+v<1)の障壁層において、各特性の傾向を定
性的に示すものであり、y軸は任意の単位である。ここ
で、図8,9に示すIn、Al混晶比に対する閾値電流
密度Jth、波長λの依存性は、実施例1においてクラ
ッド層、光ガイド層、活性層を次の条件で形成した素子
構造について測定したものである。上部、下部クラッド
層として、膜厚25ÅのAl0.1Ga0.9Nと膜厚
25ÅのAl0.05Ga0.95Nとを交互に100
層ずつ積層した超格子多層膜構造(500Å)とし、こ
の時p側、n側のクラッド層においてドーパントとして
それぞれMg,Siを超格子層の一方にドープし、上
部、下部光ガイド層として、アンドープのAl0.04
Ga0.96Nを0.15μmで形成し、活性層として
Al0.15In0.01Ga0.84N(200Å)
の障壁層、膜厚100Åの井戸層、Al0.15In
0.01Ga0.8 N(45Å)の障壁層とを積層し
た量子井戸構造とし、図8のAl混晶比x(x=0.0
3、0.06、0.08)の依存性については井戸層を
AlIn .04Ga0.96−xNとし、図9のI
n混晶比y(y=0.02、0.03、0.04、0.
07)の依存性については井戸層をAl0.03In
Ga .97−yNとする。
The Al x In y Ga 1-xy N of the present invention
FIG. 8 shows the relationship between the oscillation wavelength and the threshold current density with respect to changes in the In composition ratio y and the Al composition ratio x of the nitride semiconductor in the well layer composed of (0 <x <1, 0 <y <1, x + y <1). , 9. As shown in FIG. 8, the threshold current density J th
Shows a downward curve from around 0.02,
It takes a local minimum value around the range of 0.05, and shows an increasing tendency in the region exceeding 0.05. Further, as shown in FIG. 8, the Al mixed crystal ratio x is within the range of x ≦ 0.1.
There is a tendency to increase due to an increase in the Al mixed crystal ratio x, and 0 <x ≦
The threshold current can be preferably reduced in the range of 0.6. Here, FIG. 9, Al x In y Ga 1- x-y N
(0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, x + y <1) and A
l u In v Ga 1-u -v N (0 <u ≦ 1,0 ≦ v ≦
In the barrier layer of 1, u + v <1), the tendency of each characteristic is qualitatively shown, and the y-axis is an arbitrary unit. Here, the dependence of the threshold current density J th and the wavelength λ on the In and Al mixed crystal ratios shown in FIGS. Measured for structure. As upper and lower cladding layers, Al 0.1 Ga 0.9 N having a thickness of 25 ° and Al 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of 25 ° are alternately formed by 100.
A superlattice multilayer structure (500 °) is formed by laminating each layer. At this time, one of the superlattice layers is doped with Mg and Si as dopants in the p-side and n-side cladding layers, respectively, and undoped as upper and lower light guide layers. Al 0.04
Ga 0.96 N is formed to a thickness of 0.15 μm, and Al 0.15 In 0.01 Ga 0.84 N (200 °) is used as an active layer.
Barrier layer, well layer with a thickness of 100 °, Al 0.15 In
0.01 Ga 0.8 4 N and quantum well structure and barrier layer are laminated in (45 Å), Al mixed crystal ratio in FIG. 8 x (x = 0.0
3, 0.06, 0.08), the well layer is made of Al x In 0 . 04 Ga 0.96-x N and I in FIG.
n mixed crystal ratio y (y = 0.02, 0.03, 0.04, 0.
07), the well layer is made of Al 0.03 In y
Ga 0 . 97-yN .

【0067】本発明において、好ましくは、AlとIn
を含む窒化物半導体の井戸層でもって、波長375nm
以下となるバンドギャップエネルギーを設けることであ
り、このため、Al組成比xを0.02以上とする。ま
た、GaNのバンドギャップエネルギーである波長36
5nm以下の領域では、xを0.05以上とすること
で、短波長で良好な発光、発振が可能となる。
In the present invention, Al and In are preferably used.
Having a wavelength of 375 nm
The following band gap energy is provided. Therefore, the Al composition ratio x is set to 0.02 or more. In addition, wavelength 36, which is the band gap energy of GaN,
In the region of 5 nm or less, by setting x to 0.05 or more, good light emission and oscillation at short wavelengths can be achieved.

【0068】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、1nm以上30nm以下の
範囲であり、膜厚1nm未満で井戸層として良好に機能
させることが困難な傾向にあり、30nmを超える膜厚
では、InとAlを含む窒化物半導体の成長を結晶性良
くすることが困難となり、素子特性が低下する。好まし
くは2nm以上20nm以下の範囲とすることで、V
f、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、2nm以上であると、膜厚
に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、2
0nm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。更に好ましくは、井戸層の膜厚
を、3.5nm以上とすることで、高出力のレーザ素
子、発光素子が得られる傾向にあり、これは井戸層の膜
厚を大きくすることで、大電流で駆動させるレーザ素子
のように、多量のキャリア注入に対して、高い発光効
率、内部量子効率でもって発光再結合が成されることに
よると考えられ、特に多重量子井戸構造において効果が
あると考えられる。単一量子井戸構造では、膜厚を5n
m以上とすることで、上記と同様な効果が得られる。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10nm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。多重量子井戸構造におい
ては、複数の井戸層の内、上記範囲の膜厚にある井戸層
を少なくとも1つ設けることであり、好ましくは、全て
の井戸層を上記範囲内とすることである。また、各井戸
層の膜厚が異なっていても良く、ほぼ同一でも良い。
As the thickness of the well layer and the number of the well layers, the thickness and the number of the well layers can be arbitrarily determined. The specific film thickness is in the range of 1 nm or more and 30 nm or less. When the film thickness is less than 1 nm, it tends to be difficult to function well as a well layer. It is difficult to improve the crystallinity of the growth of the semiconductor, and the device characteristics are degraded. Preferably, the thickness is in the range of 2 nm or more and 20 nm or less, so that V
f. The threshold current density can be reduced. Further, from the viewpoint of crystal growth, when the thickness is 2 nm or more, a layer having relatively uniform film quality without large unevenness in film thickness can be obtained.
By setting the thickness to 0 nm or less, crystal growth can be performed while suppressing the generation of crystal defects. More preferably, by setting the thickness of the well layer to 3.5 nm or more, a high-output laser element or a light-emitting element tends to be obtained. It is thought that light-emitting recombination is performed with high luminous efficiency and internal quantum efficiency when a large amount of carriers are injected, as in a laser device driven by, and it is considered to be particularly effective in a multiple quantum well structure. Can be In a single quantum well structure, the film thickness is 5n.
By setting m or more, the same effect as above can be obtained. 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, if the thickness of each layer constituting the active layer becomes large, the active layer Since the overall film thickness becomes large and Vf is increased, it is preferable to keep the thickness of the active layer low by setting the thickness of the well layer to 10 nm or less. In the multiple quantum well structure, at least one of the plurality of well layers having a thickness in the above range is provided, and preferably, all the well layers are in the above range. Further, the thickness of each well layer may be different, or may be substantially the same.

【0069】本発明の井戸層には、p型不純物若しくは
n型不純物がドープされていても、アンドープでも良
い。井戸層にドープする不純物としては、好ましくはn
型不純物とすることで、発光効率の向上に寄与するもの
となる。しかしながら、井戸層はInとAlを含む窒化
物半導体が用いられ、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、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、不純物濃
度は5×1016/cm以下と実質的に不純物を含ま
ない井戸層とすることである。また、井戸層に、例えば
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/cm以下5×1016/cm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。また、井戸層
が活性層内に複数設けられる多重量子井戸構造において
は、各井戸層の不純物濃度をほぼ同様なものとしても良
く、異なるものとしても良い。
The well layer of the present invention may be doped with a p-type impurity or an n-type impurity or may be undoped. The impurity to be doped into the well layer is preferably n
By making it a type impurity, it contributes to improvement of luminous efficiency. However, a nitride semiconductor containing In and Al is used for the well layer, and the crystallinity tends to deteriorate when the impurity concentration increases. Therefore, it is preferable that the impurity concentration be kept low to provide a well layer with good crystallinity. . Specifically, in order to maximize the crystallinity, the well layer is grown undoped. At this time, the impurity concentration is 5 × 10 16 / cm 3 or less and substantially contains impurities. There is no well layer. When the well layer is doped with, for example, an n-type impurity, the n-type impurity concentration is 1
When doped in a range of 5 × 10 18 / cm 3 or less and 5 × 10 16 / cm 3 or less, deterioration in crystallinity can be suppressed and the carrier concentration can be increased, and the threshold current density and Vf can be reduced. 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. In a multiple quantum well structure in which a plurality of well layers are provided in the active layer, the impurity concentration of each well layer may be substantially the same or different.

【0070】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すると、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1×10
18/cm以下にすることであり、好ましくはアンド
ープ若しくは実質的にn型不純物を含有しない濃度とす
ることで、高出力で安定した駆動が可能な窒化物半導体
素子が得られる。また、井戸層にn型不純物をドープし
たレーザ素子では、レーザ光のピーク波長のスペクトル
幅が広がる傾向にあるため、レーザ素子においては、1
×1018/cm3以下、好ましくは1×1017/cm
以下とすることである。
In particular, when the device is driven with a large current (such as a high-output LD, high-power LED, or superluminescence diode), the well layer is undoped and contains substantially no n-type impurity. Carrier recombination in the well layer is promoted, and light emission recombination with high efficiency is realized. Conversely, when an n-type impurity is doped into the well layer, the carrier concentration in the well layer is high, so that light emission recombination is rather caused. The probability decreases, a drive current under a constant output, and a vicious cycle causing an increase in the drive current occur, and the reliability (device life) of the device tends to decrease. Therefore, in such a high-output device, the n-type impurity concentration of the well layer is set to at least 1 × 10
By setting the concentration to 18 / cm 3 or less, and preferably to a concentration that does not substantially contain undoped or n-type impurities, a nitride semiconductor device that can be driven stably with high output can be obtained. Further, in a laser element in which a well layer is doped with an n-type impurity, the spectral width of the peak wavelength of laser light tends to be widened.
× 10 18 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 17 / cm
3 or less.

【0071】(障壁層)本発明において、障壁層の組成
としては、Alを含む窒化物半導体からなる障壁層を用
いることである。ここで、本発明の活性層において、活
性層内の少なくとも1つの障壁層が、Alを含む窒化物
半導体からなることを必要とするものであり、活性層内
の全ての障壁層が、Alを含む窒化物半導体からなるも
のであっても良く、Alを含まない窒化物半導体からな
る障壁層を活性層内に設けても良い。障壁層は、井戸層
よりもバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体
とする必要があり、井戸層の発光波長が375nm以下
の領域では、それに対応する障壁層には、Alを含む窒
化物半導体を用いることが好ましい。Alを含む窒化物
半導体の障壁層として、好ましくはAlInGa
1−u−vN(0<u≦1、0≦v≦1、u+v<1)
で表される窒化物半導体を用いることである。具体的に
は、Alを含み窒化物半導体の障壁層は、上記組成式で
表されるAlInGaNの4元混晶、AlGaNの3元
混晶を用いることができる。また、障壁層のAl組成比
uは、AlとInを含む窒化物半導体の井戸層のAl組
成比xよりも大きく、u>xとして、井戸層と障壁層と
の間に十分なバンドギャップエネルギー差を設けること
で、レーザ素子、発光素子として良好な発光効率を有す
る量子井戸構造が形成される。
(Barrier Layer) In the present invention, the composition of the barrier layer is to use a barrier layer made of a nitride semiconductor containing Al. Here, in the active layer of the present invention, at least one barrier layer in the active layer needs to be made of a nitride semiconductor containing Al, and all the barrier layers in the active layer are made of Al. Alternatively, a barrier layer made of a nitride semiconductor containing no Al may be provided in the active layer. The barrier layer needs to be a nitride semiconductor having a larger band gap energy than the well layer. In a region where the emission wavelength of the well layer is 375 nm or less, a nitride semiconductor containing Al is used for the corresponding barrier layer. Is preferred. As a barrier layer of a nitride semiconductor containing Al, preferably, Al u In v Ga
1-uvN (0 <u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1, u + v <1)
Is used. Specifically, for the barrier layer of a nitride semiconductor containing Al, a quaternary mixed crystal of AlInGaN and a ternary mixed crystal of AlGaN represented by the above composition formula can be used. Further, the Al composition ratio u of the barrier layer is larger than the Al composition ratio x of the well layer of the nitride semiconductor containing Al and In, and when u> x, sufficient band gap energy is provided between the well layer and the barrier layer. By providing the difference, a quantum well structure having good luminous efficiency as a laser element or a light emitting element is formed.

【0072】また、障壁層がInを含有する場合(v>
0)、In組成比vについては、好ましくは、Al
Ga1−u−vN(0<u<1、0<v<1、u+
v<1)である場合に、In組成比v≦0.3とするこ
とで良好な障壁層となる。これは、井戸層と異なり、発
光層ではないため、In組成比が大きくなることにより
直接的に発光効率に影響しないためである。また、0.
3よりも大きくなると、上記4元混晶において、結晶性
の悪化が大きく、隣接する井戸層の結晶性にも影響を及
ぼすこととなる。更に好ましくは0.1以下とすること
で、結晶性の悪化を抑え、更に好ましくは0.05以下
の範囲を適用することができる。これは、In組成比v
が0.1を超える場合には、成長時にAlとInとの反
応が促進し、結晶性が悪化して良好な膜が形成されない
ためであり、さらにv≦0.05とすることで、さらに
良好な結晶性で障壁層を形成できる。また、井戸層のI
n組成比yと障壁層のIn組成比vについて、y≧vと
することで、AlとInとの反応を井戸層、障壁層とも
に抑えられるため、良好な結晶性で量子井戸構造が形成
される。また、上述したように、障壁層のIn組成比は
井戸層に比べて、広い組成比を適用でき、主にAl組成
比によりバンドギャップエネルギー差を設けることか
ら、v≧yとすることも可能であり、このようなIn組
成比とすることで、井戸層、障壁層の臨界膜厚を変化さ
せることができ、量子井戸構造において比較的自由に膜
厚を設定でき、所望の特性の活性層を設計できる。
When the barrier layer contains In (v>
0), the In composition ratio v is preferably Al u I
n v Ga 1-u-v N (0 <u <1,0 <v <1, u +
When v <1), a favorable barrier layer can be obtained by setting the In composition ratio v ≦ 0.3. This is because, unlike the well layer, the light emitting layer is not a light emitting layer, and thus does not directly affect the light emission efficiency due to a large In composition ratio. Also, 0.
If it is larger than 3, the crystallinity of the quaternary mixed crystal is greatly deteriorated, and the crystallinity of the adjacent well layer is affected. More preferably, the content is set to 0.1 or less to suppress the deterioration of crystallinity, and more preferably, the range of 0.05 or less can be applied. This is because the In composition ratio v
Is more than 0.1, the reaction between Al and In is accelerated during the growth, the crystallinity is deteriorated, and a good film is not formed. A barrier layer can be formed with good crystallinity. In addition, I of the well layer
By setting y ≧ v for the n composition ratio y and the In composition ratio v of the barrier layer, the reaction between Al and In can be suppressed in both the well layer and the barrier layer, so that a quantum well structure with good crystallinity can be formed. You. Further, as described above, the In composition ratio of the barrier layer can be applied to a wider composition ratio than that of the well layer, and since the band gap energy difference is mainly provided by the Al composition ratio, v ≧ y can be satisfied. With such an In composition ratio, the critical film thickness of the well layer and the barrier layer can be changed, the film thickness can be set relatively freely in the quantum well structure, and the active layer having desired characteristics can be obtained. Can be designed.

【0073】また、量子井戸構造の活性層において、障
壁層は、井戸層と交互に形成しても良く、1つの井戸層
に対して複数の障壁層を設けても良い。具体的には、井
戸層に挟まれた障壁層を2層以上とすることであり、多
層膜の障壁層と井戸層を交互に積層した構造を設けるこ
ともできる。
In the active layer having the quantum well structure, the barrier layers may be formed alternately with the well layers, or a plurality of barrier layers may be provided for one well layer. Specifically, the number of barrier layers sandwiched between the well layers is two or more, and a structure in which barrier layers and well layers of a multilayer film are alternately stacked may be provided.

【0074】また、障壁層には、上述した井戸層と同様
に、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、障壁層中に例えば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/cm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、5×10
16/cm以上2×1018/cm以下の範囲でn
型不純物を有することであり、また、より高出力のLE
D及び高出力のLDでは、5×1017/cm以上1
×1020/cm以下の範囲、好ましくは1×10
18/cm以上5×1019/cm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障
壁層にドープする場合には、井戸層が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。また、障壁層にn型不純物をドープする場合には、
活性層内の全ての障壁層にドープしても良く、一部をド
ープ、一部をアンドープとした構成でも良い。一部の障
壁層にn型不純物をドープする場合には、活性層内で、
n型層側に配置された障壁層にドープすることが好まし
く、具体的には、n型層側から数えてn番目の障壁層B
n(n=1,2,3・・・)にドープすることで、電子
が効率的に活性層内に注入され、発光効率、内部量子効
率に優れた素子となる。これは、障壁層に限らず、井戸
層についても同様であり、たとえば井戸層及び障壁層に
ドープする場合には、n型層から数えてn番目の障壁層
(n=1,2,3・・・)、m番目の井戸層W
(m=1,2,3・・・)にドープすること、すなわ
ち、n型層に近い側からドープすることで、上記効果が
得られる傾向にある。
Similarly to the well layer described above, the barrier layer may be doped with a p-type impurity or an n-type impurity or may be non-doped. Preferably, the barrier layer is doped with an n-type impurity. That is, it is undoped or undoped. At this time, when the barrier layer is doped with, for example, an n-type impurity, the concentration is at least 5%.
X 10 16 / cm 3 or more.
Specifically, for example, in the case of an LED, 5 × 10
N in the range of 16 / cm 3 or more and 2 × 10 18 / cm 3 or less
Type impurity, and a higher output LE
5 × 10 17 / cm 3 or more for D and high power LD
× 10 20 / cm 3 or less, preferably 1 × 10
It is preferable that the doping is performed in the range of 18 / cm 3 or more and 5 × 10 19 / cm 3 or less. When the barrier layer is doped at such a high concentration, the well layer substantially contains an n-type impurity. Preferably, it is not grown or grown undoped. When the barrier layer is doped with an n-type impurity,
All the barrier layers in the active layer may be doped, or a part may be doped and a part may be undoped. When doping some barrier layers with n-type impurities, in the active layer,
It is preferable to dope the barrier layer disposed on the n-type layer side, specifically, the n-th barrier layer B counted from the n-type layer side.
By doping n (n = 1, 2, 3,...), electrons are efficiently injected into the active layer, and a device having excellent luminous efficiency and internal quantum efficiency is obtained. This applies not only to the barrier layer but also to the well layer. For example, when the well layer and the barrier layer are doped, the nth barrier layer B n (n = 1, 2, 3 ...), m-th well layer W
The above effect tends to be obtained by doping m (m = 1, 2, 3,...), that is, by doping from the side close to the n-type layer.

【0075】また、後述の実施例に示すように、Mgド
ープのp側電子閉込め層を設ける場合、特に活性層及び
/又は障壁層に接して設ける場合には、Mgが拡散する
ため、活性層内で最もp型層側に配置されたp側障壁層
にn型不純物をドープすると、両方の導電型不純物がド
ープされることとなり、活性層の機能が悪化される傾向
にある。このため、Mgドープのp側電子閉込め層を設
ける場合、好ましくは、このp側障壁層はn型不純物を
実質的に含まないことでこれを回避でき、具体的には5
×1016/cm未満となるようにする。
Further, as shown in the examples described later, when an Mg-doped p-side electron confinement layer is provided, particularly when provided in contact with an active layer and / or a barrier layer, Mg is diffused. When an n-type impurity is doped into the p-side barrier layer disposed closest to the p-type layer in the layer, both conductive impurities are doped, and the function of the active layer tends to be deteriorated. Therefore, when the Mg-doped p-side electron confinement layer is provided, preferably, this p-side barrier layer can be avoided by substantially not including an n-type impurity.
It is set to be less than × 10 16 / cm 3 .

【0076】障壁層の膜厚としては、特に限定されない
が、50nm以下として量子井戸構造を構成することで
あり、好ましくは井戸層と同様に1nm以上30nm以
下の範囲することであり、これは30nm以下とするこ
とで結晶性の悪化を抑えて、1nm以上とすることで、
障壁層として良好に機能しうる膜厚となるからである。
更に好ましくは2nm以上20nm以下とすることであ
り、これにより、2nm以上であることで比較的均一な
膜が形成され、より良好に障壁層の機能が備わり、20
nm以下とすることで結晶性が良好なものとなる。
The thickness of the barrier layer is not particularly limited, but is preferably 50 nm or less to constitute the quantum well structure, and preferably ranges from 1 nm to 30 nm similarly to the well layer, which is 30 nm or less. By suppressing the deterioration of crystallinity by setting the content to 1 nm or more,
This is because the film thickness can function well as a barrier layer.
More preferably, the thickness is 2 nm or more and 20 nm or less, whereby a relatively uniform film is formed by being 2 nm or more, and the function of the barrier layer is more preferably provided.
By setting the thickness to not more than nm, the crystallinity becomes good.

【0077】本発明の量子井戸構造の活性層において、
好ましい実施形態としては、上記4元混晶のAlIn
Ga1−x−yN(0<x<1、0<y<1、x+y
<1)からなる井戸層と、4元混晶のAlInGa
1−u−vN(0<u<1、0<v<1、u+v<1)
若しくは3元混晶のAlGa1−uN(0<u<1)
からなる障壁層と、を1対以上有するものである。具体
的には、図7の活性層28として示すように、InAl
GaNの井戸層1を1層以上、InAlGaN若しくは
AlGaNの障壁層2を1層以上有することであり、こ
れにより、Inを含む窒化物半導体の井戸層により、内
部量子効率、発光効率に優れた井戸層となり、さらにA
lを含む窒化物半導体により、そのAl組成比を調整す
ることで、375nm以下の短波長域での発光が可能な
井戸層とできる。また、その井戸層1よりも大きなバン
ドギャップエネルギーの障壁層2を、InAlGaN若
しくはAlGaNとすることで、上記短波長域において
も、優れた障壁層を提供できる。
In the active layer having the quantum well structure of the present invention,
In a preferred embodiment, the quaternary mixed crystal Al x In is used.
y Ga 1-xy N (0 <x <1, 0 <y <1, x + y
<1) and a quaternary mixed crystal Al u In v Ga
1-uvN (0 <u <1, 0 <v <1, u + v <1)
Or ternary mixed crystal Al u Ga 1-u N ( 0 <u <1)
And one or more pairs of barrier layers made of Specifically, as shown as the active layer 28 in FIG.
This is to have at least one GaN well layer 1 and at least one InAlGaN or AlGaN barrier layer 2, whereby a well layer of an In-containing nitride semiconductor has excellent internal quantum efficiency and light emission efficiency. Layer and A
By adjusting the Al composition ratio of the nitride semiconductor containing l, a well layer capable of emitting light in a short wavelength range of 375 nm or less can be obtained. In addition, by using InAlGaN or AlGaN for the barrier layer 2 having a band gap energy larger than that of the well layer 1, an excellent barrier layer can be provided even in the short wavelength region.

【0078】(キャリア閉込め層<p側電子閉込め層
>)本発明において、図3、4のバンド構造41に示す
ように、活性層27内部、若しくは活性層近傍にキャリ
ア閉込め層29を設けても良い。図に示すように、レー
ザ素子、端面発光素子のように、光ガイド層27,3
0、クラッド層13,14を有する構造の場合には、光
ガイド層27,30と活性層27との間、又は、活性層
若しくは光ガイド層の一部として設けると良い。ここ
で、このキャリア閉込め層は、キャリアを活性層若しく
は井戸層内に閉じ込めるもので、レーザ素子、高出力の
発光素子などにおいて、素子駆動などによる温度上昇、
電流密度増大によって、キャリアが活性層をオーバーフ
ローすることを防ぐことが可能となり、活性層内にキャ
リアが効率的に注入される構造とできる。具体的には、
図4に示すように、第2導電型層12側に配置されたキ
ャリア閉込め層29bにより、第1導電型層からのキャ
リアを閉込め、第1導電型層側のキャリア閉込め層29
aにより、第2導電型層からのキャリアを閉込める。こ
のキャリアを閉込め層は、少なくとも一方に設けること
が好ましく、実施例1に示すように、第1導電型層をn
型、第2導電型層をp型とした素子において、少なくと
もp型層側にキャリアを閉込め層を設けることが好まし
い。これは、窒化物半導体において、電子の拡散長がホ
ールの拡散長に比べて長いため、電子の方が活性層をオ
ーバーフローしやすく、このため電子を閉じ込めるキャ
リア閉込め層29をp型層側に設けることで、高出力の
レーザ素子、発光素子が得られる。以下p型層側のキャ
リア閉込め層として、p側電子閉込め層として設ける例
を説明するが、それは導電型層を代えることでn型層側
にも適用できるものである。特に、p側電子閉込め層を
少なくとも設けることが好ましく、これは、電子がホー
ルに比べて、キャリア拡散長が長く、活性層をオーバー
フローしやすいためである。
(Carrier Confinement Layer <P-side Electron Confinement Layer>) In the present invention, as shown in the band structure 41 of FIGS. May be provided. As shown in the figure, the light guide layers 27 and 3 are used as in the case of a laser device and an edge emitting device.
In the case of a structure having the cladding layers 13 and 14, it may be provided between the light guide layers 27 and 30 and the active layer 27 or as a part of the active layer or the light guide layer. Here, the carrier confinement layer is used to confine carriers in the active layer or the well layer.
Due to the increase in current density, it is possible to prevent carriers from overflowing the active layer, and it is possible to achieve a structure in which carriers are efficiently injected into the active layer. In particular,
As shown in FIG. 4, carriers from the first conductivity type layer are confined by the carrier confinement layer 29b disposed on the second conductivity type layer 12 side, and the carrier confinement layer 29 on the first conductivity type layer side is confined.
Due to a, carriers from the second conductivity type layer are confined. The carrier confinement layer is preferably provided on at least one side. As shown in Example 1, the first conductivity type layer is formed of n
In a device having a p-type and a second conductivity type layer, it is preferable to provide a carrier confinement layer at least on the p-type layer side. This is because, in the nitride semiconductor, since the diffusion length of electrons is longer than the diffusion length of holes, electrons easily overflow the active layer, and therefore the carrier confinement layer 29 for confining electrons is placed on the p-type layer side. With the provision, a high-power laser element or light-emitting element can be obtained. Hereinafter, an example will be described in which the p-type layer is provided as a p-side electron confinement layer as a carrier confinement layer. However, it is applicable to the n-type layer side by replacing the conductive type layer. In particular, it is preferable to provide at least a p-side electron confinement layer, because electrons have a longer carrier diffusion length than holes and easily overflow the active layer.

【0079】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Al
Ga1−cN(0<c<1)を用いる。この時、Al組
成比cとしては、キャリア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≦c<1の範囲とすることであり、好ましくは
0.2≦c<0.5の範囲とすることである。なぜな
ら、c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cを0.35以下とすることで良好な結晶
性で成長できる。また、上記光ガイド層を有する場合に
は、それよりも大きいバンドギャップエネルギーのキャ
リアを閉込め層とすることが好ましく、上記クラッド層
を有する場合には、クラッド層とほぼ同じかそれよりも
大きなバンドギャップエネルギーのキャリアを閉込め層
とすることである。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。
[0079] As the p-side electron confinement layer, which uses a nitride semiconductor including Al, specifically Al c
Ga 1-c N (0 <c <1) is used. At this time, the Al composition ratio c needs to have a sufficiently large band gap energy (offset) than the active layer so as to function as a carrier confinement layer, and at least 0.1 ≦ c <1. And preferably in the range of 0.2 ≦ c <0.5. This is because if c is less than 0.1, the laser element does not function as a sufficient electron confinement layer, and if c is more than 0.2, electron confinement (carrier confinement) is sufficiently performed, and carrier overflow occurs. In addition, when it is 0.5 or less, the growth can be performed while suppressing the occurrence of cracks to a low level. More preferably, when c is 0.35 or less, the crystal can be grown with good crystallinity. Further, when the light guide layer is provided, it is preferable that the carrier having a band gap energy larger than the light guide layer is used as the confinement layer, and when the light guide layer has the clad layer, the carrier is substantially equal to or larger than the clad layer. The purpose is to use carriers having band gap energy as confinement layers. This is because the confinement of carriers requires a nitride semiconductor having a higher mixed crystal ratio than the cladding layer for confining light. This p-side electron confinement layer can be used in 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 like 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.

【0080】本発明のキャリア閉込め層の膜厚として
は、少なくとも100nm以下とすることであり、好ま
しくは40nm以下とすることである。これは、Alを
含む窒化物半導体は、Alを含まない他の窒化物半導体
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、1
00nm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、40nm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20nm以下とする
ことで更に低く抑えることが可能となり、トンネル効果
によりp側からのキャリアが効率的に活性層内に注入さ
れる。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1nm以上、好ましくは5nm以上とす
ることで、電子閉込めとして良好に機能する。ここで、
キャリアを閉込め層は、単一膜で形成して良く、組成の
異なる多層膜で形成しても良い。
The thickness of the carrier confinement layer of the present invention is at least 100 nm or less, preferably 40 nm 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. So 1
When provided in the element exceeding 00 nm, the layer becomes extremely high-resistance, and causes a large increase in the forward voltage Vf. When it is 40 nm or less, the rise of Vf can be suppressed low, More preferably, the thickness can be further reduced to 20 nm or less, and carriers from the p-side can be efficiently injected into the active layer by a tunnel effect. Here, when the lower limit of the film thickness of the p-side electron confinement layer is at least 1 nm or more, preferably 5 nm or more, it functions well as electron confinement. here,
The carrier confinement layer may be formed by a single film or a multilayer film having different compositions.

【0081】また、本発明の窒化物半導体素子におい
て、光ガイド層を設けずに、クラッド層だけを設ける場
合には、活性層とクラッド層との間に上述したようにキ
ャリアを閉込めに十分なバンドオフセットが存在すれ
ば、キャリアを閉込め層を、クラッド層とは別に設ける
必要はないが、光ガイド層を有する構造のように、クラ
ッド層が活性層から離間して配置される場合には、活性
層とクラッド層との間に、好ましくは活性層近傍にキャ
リアを閉込め層を設けること良い。これは、活性層から
離れた位置にキャリアを閉込め層を設けると上記キャリ
アのオーバーフローを抑制する効果がなくなるからであ
る。具体的には、活性層とp側電子閉込め層(キャリア
閉込め層)との距離は、100nm以下とすることでキ
ャリアの閉込めとして機能し、更に好ましくは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。活性層外部にキャリアを閉込め層を配置する場合に
は、最も好ましくは活性層に接して配置することで、最
も効率よくキャリアが活性層内に閉じ込められる。活性
層内部に配置する場合には、障壁層若しくはその一部と
して設けることができ、具体的には、活性層内で各導電
型層に最も近い位置に、すなわち活性層内で最も外側の
層として、配置することで、活性層内部の井戸層内に、
キャリアが効率的に注入される。
In the nitride semiconductor device of the present invention, when only the clad layer is provided without providing the optical guide layer, the carrier is sufficiently confined between the active layer and the clad layer as described above. If there is a large band offset, it is not necessary to provide a carrier confinement layer separately from the cladding layer, but when the cladding layer is arranged away from the active layer as in a structure having an optical guide layer. It is preferable to provide a carrier confinement layer between the active layer and the cladding layer, preferably near the active layer. This is because if the carrier confinement layer is provided at a position distant from the active layer, the effect of suppressing the overflow of the carrier is lost. Specifically, the distance between the active layer and the p-side electron confinement layer (carrier confinement layer) is set to 100 nm or less to function as carrier confinement, and more preferably 500 °.
By performing the following, good carrier confinement becomes possible. When the carrier confinement layer is arranged outside the active layer, the carrier is most efficiently confined in the active layer by arranging the layer most preferably in contact with the active layer. When it is arranged inside the active layer, it can be provided as a barrier layer or a part thereof, and specifically, at the position closest to each conductivity type layer in the active layer, that is, the outermost layer in the active layer. By arranging, in the well layer inside the active layer,
Carriers are efficiently injected.

【0082】本発明のp側電子閉込め層(キャリア閉込
め層)には、アンドープであっても、p型不純物(各導
電型の不純物)がドープされても良い。好ましくは、各
導電型の不純物がドープされることであり、例えばp側
電子閉込め層ではp型不純物がドープされることで、こ
れはドープすることでキャリアの移動度が高まりVfを
低下できるためである。さらにレーザ素子、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ことが好まし
い。具体的なドープ量としては、少なくとも5×10
16/cm以上ドープすることで、好ましくは1×1
18/cm以上ドープすることであり、前記大電流
駆動の素子にあっては、1×1018/cm以上、好
ましくは1×1019/cm以上ドープすることであ
る。p型不純物量の上限は特に限定されないが、1×1
21/cm以下とすることである。しかし、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、アンドープでキャリア閉込め層を形成して、隣接層
からの不純物拡散によりドープすることも可能である。
The p-side electron confinement layer (carrier confinement layer) of the present invention may be undoped or doped with a p-type impurity (impurity of each conductivity type). Preferably, impurities of each conductivity type are doped. For example, p-type impurities are doped in the p-side electron confinement layer, which increases carrier mobility and lowers Vf. That's why. Further, when driving with a large current such as a laser element or a high power LED, it is preferable to dope at a high concentration in order to increase the mobility of carriers. The specific doping amount is at least 5 × 10
By doping 16 / cm 3 or more, preferably 1 × 1
0 18 / cm 3 or more, and in the case of the device driven by large current, it is 1 × 10 18 / cm 3 or more, preferably 1 × 10 19 / cm 3 or more. Although the upper limit of the amount of p-type impurities is not particularly limited, 1 × 1
0 21 / cm 3 or less. However, when the amount of the p-type impurities increases, the bulk resistance tends to increase, and as a result, Vf increases. Of the p-type impurity. Further, it is also possible to form a carrier confinement layer by undoping and to dope by impurity diffusion from an adjacent layer.

【0083】また、n側にp型キャリアの閉込め層を設
ける場合には、上記p側電子閉込め層のように、活性層
・障壁層との間に大きなバンドオフセットを設ける必要
はない。これは、素子に電圧を印可すると、電子を閉じ
込めるオフセットが小さくなり、Al組成比の大きな窒
化物半導体の閉込め層を必要とするが、ホールを閉じ込
めるオフセットは殆ど変化しないため、p側電子閉込め
層ほどAl組成比を高くする必要がない。具体的には、
活性層内で最もn側に配置されたn側障壁層でもって、
ホールの閉込め層として機能させることができ、特に膜
厚を10nm以上とすることで、優れたホール閉込め機
能を有することになる。すなわち、実施例に示すよう
に、n側障壁層2aは、他の障壁層に比べて、膜厚を大
きくすることで、キャリアを閉込めの機能を好適に引き
出すことができる。これは、多重量子井戸構造におい
て、他の障壁層2b、2cは、井戸層に挟まれた構造で
あるため、膜厚を大きくするとキャリアが効率よく井戸
層に注入されるのを妨げる場合が有るためであり、一方
n側障壁層2aは、井戸層に挟まれずに形成されるた
め、キャリア閉込めの機能を強くすることで、良好な活
性層の構造となる。このn側障壁層は、好ましくは活性
層内で最も外側に配置された層であることにより、キャ
リア閉込めが有効に機能し、また膜厚の上限は特に限定
されないが、30nm以下とすることであり、多層膜で
形成しても良い。単一量子井戸構造においても同様に、
n側障壁層2aをキャリア閉込めとして機能させること
で、井戸層内にキャリアを好適に注入できる。
When a p-type carrier confinement layer is provided on the n-side, there is no need to provide a large band offset between the active layer and the barrier layer as in the case of the p-side electron confinement layer. This is because, when a voltage is applied to the element, the offset for confining electrons becomes small and a confinement layer of a nitride semiconductor having a large Al composition ratio is required. It is not necessary to increase the Al composition ratio as much as the confining layer. In particular,
With the n-side barrier layer disposed most n-side in the active layer,
It can function as a hole confinement layer. In particular, when the film thickness is 10 nm or more, it has an excellent hole confinement function. That is, as shown in the embodiment, by increasing the thickness of the n-side barrier layer 2a as compared with the other barrier layers, the function of confining carriers can be suitably brought out. This is because, in the multiple quantum well structure, since the other barrier layers 2b and 2c are sandwiched between the well layers, increasing the film thickness may prevent carriers from being efficiently injected into the well layers. On the other hand, since the n-side barrier layer 2a is formed without being sandwiched between the well layers, a good active layer structure is obtained by strengthening the function of confining carriers. This n-side barrier layer is preferably the outermost layer in the active layer, so that carrier confinement functions effectively. The upper limit of the film thickness is not particularly limited. Therefore, it may be formed by a multilayer film. Similarly, in a single quantum well structure,
By making the n-side barrier layer 2a function as carrier confinement, carriers can be suitably injected into the well layer.

【0084】本発明の窒化物半導体のレーザ素子、端面
発光素子では、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、Zr、Nb、Hf、Taよりなる
群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、
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、を用いることができ、AlGaNなどのAlを含む
窒化物半導体により屈折率差を設けたり、電流阻止層と
して機能させたりすることで横方向の光の閉込めが実現
され、Inを含む窒化物半導体により光吸収係数差を設
けて、レーザ素子の光学特性が実現される。。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。
In the nitride semiconductor laser device and the edge emitting device of the present invention, as shown in the embodiment, after forming a ridge as a striped waveguide, an insulating film serving as a buried layer is formed on the side surface of the ridge. I do. At this time, a material other than SiO 2 is used as a material of the second protective film as the buried layer,
An oxide containing at least one element selected from the group consisting of Ti, V, Zr, Nb, Hf, and Ta;
It is desirable to form at least one of SiN, BN, SiC and AlN, and among them, it is particularly preferable to use oxides of Zr and Hf, BN and SiC. Furthermore,
As the buried layer, a semi-insulating, i-type nitride semiconductor, a conductivity type opposite to that of the ridge portion, and in this embodiment, an n-type nitride semiconductor can be used, and a nitride containing Al such as AlGaN can be used. By providing a refractive index difference by a semiconductor or by functioning as a current blocking layer, lateral light confinement is realized, and by providing a light absorption coefficient difference by a nitride semiconductor containing In, the optical characteristics of the laser element are improved. Is realized. . In addition, ions such as B and Al are implanted without providing a ridge by etching or the like to form a non-implanted region in a stripe shape.
A structure in which a current flows is also possible.

【0085】また、リッジ幅としては、1μm以上3μ
m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.
By setting m or less, laser light having an excellent spot shape and beam shape can be obtained as a light source of the optical disk system.

【0086】[0086]

【実施例】[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1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。ここでは、第1導電型層としてn型の窒化物半
導体を、第2導電型層としてp型の窒化物半導体を形成
しているが、本発明はこれに限らず、逆に第1導電型層
をp型に、第2導電型層をn型とした構造でも良い。
Embodiment 1 Hereinafter, as an embodiment, a laser device structure as shown in FIG. 1 and a laser device using a nitride semiconductor with respect to the waveguide structure shown in FIG. 1 will be described. Here, an n-type nitride semiconductor is formed as the first conductivity type layer, and a p-type nitride semiconductor is formed as the second conductivity type layer. However, the present invention is not limited to this, and conversely, the first conductivity type layer is formed. The structure may be such that the layer is p-type and the second conductivity type layer is n-type.

【0087】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。GaN基板の他に、
AlN等の窒化物半導体の基板を用いても良い。また、
基板として窒化物半導体基板を用いることができる。
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 is excellent in 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 single substrate of the nitride semiconductor. The element structure may be formed as
A method of removing different kinds of substrates may be used. In addition to the GaN substrate,
A substrate of a nitride semiconductor such as AlN may be used. Also,
A nitride semiconductor substrate can be used as the substrate.

【0088】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、横方向成長層を用いると結晶性が良好な成長基板
が得られる。ELOG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 good. It will be. In addition, as an underlayer (growth substrate) provided on a heterogeneous substrate, ELOG (E
If a nitride semiconductor grown laterally overgrowth (pitaxially) and a laterally grown layer are used, a growth substrate having good crystallinity can be obtained. As a specific example of the ELOG 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. The non-mask area to be
The nitride semiconductor is grown in the stripe direction, and the nitride semiconductor is grown from the non-mask region. In addition to the growth in the film thickness direction, the lateral growth is performed, so that the nitride semiconductor also grows in the mask region. And the like. 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.

【0089】(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よりなる低温成長バッファ層を20
0Åの膜厚で成長させ、その後、温度を上げて、アンド
ープのGaN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(横方向成長層)を形成し、続いて、HVPEにより
100μmの膜厚のGaNを成長させて、異種基板、バ
ッファ層、下地層を除去して、GaNからなる窒化物半
導体基板を得る。
(Substrate 101) As a substrate, a nitride semiconductor grown on a heterogeneous substrate, GaN in this embodiment, was grown as a thick film (100 μm), and then the heterogeneous substrate was removed.
An 80 μm GaN nitride semiconductor substrate 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
3 ), a low-temperature growth buffer layer of GaN
The substrate is grown with a thickness of 0 °, and then the temperature is increased to grow undoped GaN with a thickness of 1.5 μm to form an underlayer. Next, a plurality of stripe-shaped masks are formed on the surface of the underlayer, and a nitride semiconductor,
In this embodiment, GaN is selectively grown to form a nitride semiconductor layer (lateral growth layer) formed by growth accompanied by lateral growth (ELOG), and then 100 μm thick by HVPE. Is grown, and the heterogeneous substrate, the buffer layer, and the underlayer are removed to obtain a nitride semiconductor substrate made of GaN.

【0090】この時、選択成長時のマスクは、SiO2
からなり、マスク幅15μm、開口部(窓部)幅5μm
とすることで、貫通転位を低減できる。具体的には、マ
スク上部のように横方向に成長した領域では貫通転位が
低減され、マスク開口部ではほぼ膜厚成長により成膜さ
れるため、貫通転位に変化なく、これにより、貫通転位
密度の大きい領域と小さい領域とが分布した層となる。
厚膜の窒化物半導体層の形成には、HVPE法が成長速
度を大きくでき好ましく、厚膜をHVPEで形成する
と、生成された核から核成長したドメインが膜厚方向に
成長するに伴って各ドメインが結合して成膜される3次
元の成長形態となる傾向にあり、このような場合には、
核成長に伴って貫通転位も伝搬するため、上記横方向成
長層による分布した貫通転位が分散される傾向にある。
HVPEで成長させる窒化物半導体としては、GaN、
AlNを用いると、良好な結晶性でもって厚膜成長がで
きる。
At this time, the mask at the time of selective growth is made of SiO 2
Consisting of: mask width 15 μm, opening (window) width 5 μm
By so doing, threading dislocations can be reduced. Specifically, threading dislocations are reduced in a region grown in the lateral direction, such as the upper part of the mask, and the film is formed by film growth substantially in the mask opening, so that there is no change in threading dislocations. Is a layer in which a large area and a small area are distributed.
For the formation of a thick nitride semiconductor layer, the HVPE method is preferable because the growth rate can be increased. When a thick film is formed by HVPE, each nucleus grown from the generated nuclei grows in the film thickness direction. There is a tendency for a three-dimensional growth form in which domains are combined to form a film. In such a case,
Since threading dislocations also propagate with the nucleus growth, the threading dislocations distributed by the lateral growth layer tend to be dispersed.
As nitride semiconductors grown by HVPE, GaN,
When AlN is used, a thick film can be grown with good crystallinity.

【0091】続いて、このGaN基板の上に、さらに上
記と同様の横方向成長層を形成して下地層(図示せず)
とする。
Subsequently, on the GaN substrate, a lateral growth layer similar to the above is further formed to form an underlayer (not shown).
And

【0092】(バッファ層102) 窒化物半導体基板
101、下地層の上に、温度を1050℃にして、TM
G(トリメチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミ
ニウム)、アンモニアを用い、Al0.05Ga
0.95Nよりなるバッファ層102を4μmの膜厚で
成長させる。このAlGa1−xN(0<x≦1)層
は、GaNからなる窒化物半導体基板との間で、バッフ
ァ層として機能しピットを低減させることができ、Al
GaNのn側コンタクト層も同様である。
(Buffer Layer 102) On the nitride semiconductor substrate 101 and the underlayer, the temperature was set to 1050 ° C.
G (trimethyl gallium), TMA (trimethyl aluminum), with ammonia, Al 0.05 Ga
A buffer layer 102 of 0.95 N is grown to a thickness of 4 μm. The Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) layer functions as a buffer layer between the GaN nitride semiconductor substrate and the GaN nitride semiconductor substrate and can reduce pits.
The same applies to the n-side contact layer of GaN.

【0093】具体的には、横方向成長層若しくはそれを
用いて形成した基板がGaNである場合に、それよりも
熱膨張係数の小さい窒化物半導体のAlGa1−a
(0<a≦1)からなるバッファ層102を用いること
で、ピットを低減させることができる。好ましくは、窒
化物半導体の横方向成長層であるGaNの上に設ける。
更にバッファ層102のAl混晶比aが、0<a<0.
3であると、結晶性を良好なものとしてバッファ層を形
成することができる。このバッファ層をn側コンタクト
層として形成しても良く、バッファ層102を形成した
後、前記バッファ層の組成式で表されるn側コンタクト
層を形成して、バッファ層102とその上のn側コンタ
クト層104にもバッファ効果を持たせる形態でも良
い。すなわち、このバッファ層102は、横方向成長を
用いた窒化物半導体基板、若しくはその上に形成した横
方向成長層と素子構造との間、又は素子構造中の活性層
と横方向成長層(基板)、若しくはその上に形成した横
方向成長層(基板)との間に設けること、さらに好まし
くは素子構造中の基板側、下部クラッド層と横方向成長
層(基板)との間に、少なくとも1層以上設けること
で、ピットを低減し、素子特性を向上させることができ
る。
Specifically, when the lateral growth layer or the substrate formed using the same is GaN, the nitride semiconductor Al a Ga 1-a N having a smaller coefficient of thermal expansion than GaN is used.
By using the buffer layer 102 composed of (0 <a ≦ 1), pits can be reduced. Preferably, it is provided on GaN, which is a lateral growth layer of a nitride semiconductor.
Further, when the Al mixed crystal ratio a of the buffer layer 102 is 0 <a <0.
With a value of 3, the buffer layer can be formed with good crystallinity. This buffer layer may be formed as an n-side contact layer. After forming the buffer layer 102, an n-side contact layer represented by the composition formula of the buffer layer is formed, and the buffer layer 102 and n The side contact layer 104 may have a buffer effect. That is, the buffer layer 102 is formed of a nitride semiconductor substrate using lateral growth, or between the lateral growth layer formed thereon and the device structure, or between the active layer in the device structure and the lateral growth layer (substrate). ) Or a lateral growth layer (substrate) formed thereon, more preferably at least one substrate side in the device structure, between the lower cladding layer and the lateral growth layer (substrate). The provision of the layers or more can reduce pits and improve element characteristics.

【0094】また、n側コンタクト層をバッファ層とす
る場合には、電極との良好なオーミックコンタクトが得
られるように、n側コンタクト層のAl混晶比aを0.
1以下とすることが好ましい。この第1の窒化物半導体
層、若しくはその上に形成した横方向成長層の上に設け
るバッファ層は、上述した異種基板上に設けるバッファ
層と同様に300℃以上900℃以下の低温で成長させ
ても良く、800℃以上1200℃以下の温度で成長さ
せても良く、好ましくは800℃以上1200℃以下の
温度で単結晶成長させると、上述したピット低減効果が
得られる傾向にある。このバッファ層は、n型、p型不
純物をドープしても良く、アンドープでも良いが、結晶
性を良好なものとするためにはアンドープで形成するこ
とが好ましい。2層以上のバッファ層を設ける場合に
は、n型、p型不純物濃度、Al混晶比を変化させて設
けることができる。
In the case where the n-side contact layer is used as a buffer layer, the Al mixed crystal ratio a of the n-side contact layer is set to 0.1 so as to obtain a good ohmic contact with the electrode.
It is preferably set to 1 or less. The buffer layer provided on the first nitride semiconductor layer or the lateral growth layer formed thereon is grown at a low temperature of 300 ° C. or more and 900 ° C. or less in the same manner as the buffer layer provided on the heterogeneous substrate described above. Alternatively, the crystal may be grown at a temperature of 800 ° C. or more and 1200 ° C. or less. Preferably, when a single crystal is grown at a temperature of 800 ° C. or more and 1200 ° C. or less, the above-described pit reduction effect tends to be obtained. This buffer layer may be doped with n-type or p-type impurities or may be undoped, but is preferably formed undoped in order to improve the crystallinity. When two or more buffer layers are provided, they can be provided by changing the n-type and p-type impurity concentrations and the Al mixed crystal ratio.

【0095】このように、AlGaN層をバッファ層、
コンタクト層などとして、基板と下部クラッド層との間
に設ける場合には、本発明の第1の層を下部クラッド層
内に、設けることで、AlGaN層によるピット低減効
果、第1の層によるクラック防止効果が得られる。
As described above, the AlGaN layer is used as the buffer layer,
When a contact layer or the like is provided between the substrate and the lower cladding layer, the first layer of the present invention is provided in the lower cladding layer to reduce the pits due to the AlGaN layer and to prevent cracks due to the first layer. The prevention effect is obtained.

【0096】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。ここで、第1導電
型層として、n側コンタクト層103〜n側光ガイド1
06を設け、第2導電型層として、p側電子閉込め層1
08〜p側コンタクト層111を設ける。
Next, on the base layer made of a nitride semiconductor, layers forming an element structure are laminated. Here, n-side contact layers 103 to n-side light guide 1 are used as first conductivity type layers.
06, and as the second conductivity type layer, the p-side electron confinement layer 1
08 to the p-side contact layer 111 are provided.

【0097】(n側コンタクト層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側コンタクト層
103を4μmの膜厚で成長させる。
(N-side contact layer 103) Next, an n-side contact layer made of Al 0.05 Ga 0.95 N doped with Si at 1050 ° C. using TMG, TMA, ammonia and silane gas as an impurity gas on the obtained buffer layer 102. 103 is grown to a thickness of 4 μm.

【0098】(n側クラッド層[下部クラッド層1
3])ここでは、n側クラッド層13として、第1の層
104と第2の層105を形成する。 <第1の層104(25)> 次に、TMG、TMA、
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Al0.14In0.06Ga
0.8Nよりなる第1の層104を0.05μmの膜厚
で成長させる。
(N-side cladding layer [lower cladding layer 1
3]) Here, a first layer 104 and a second layer 105 are formed as the n-side cladding layer 13. <First Layer 104 (25)> Next, TMG, TMA,
Using TMI (trimethylindium) and ammonia,
The temperature was set to 800 ° C. and Al 0.14 In 0.06 Ga
A first layer 104 of 0.8 N is grown to a thickness of 0.05 μm.

【0099】<第2の層105(26)> 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Al0.12Ga
0.88N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5×1018/cmドープしたAl
0.02Ga 0.98NよりなるB層を25Åの膜厚で
成長させる。そして、A層、B層を交互に積層する操作
をそれぞれ120回繰り返してA層とB層を積層し、総
膜厚0.6μmの多層膜(超格子構造)よりなる第2の
層105を成長させる。
<Second Layer 105 (26)>
To 1050 ° C, and add TMA, TMG and
Undoped Al0.12Ga
0.88A layer of N is grown to a thickness of 25 °
Stop TMA and use silane gas as impurity gas
No, Si is 5 × 1018/ Cm3Doped Al
0.02Ga 0.98B layer made of N with a thickness of 25 °
Let it grow. Then, the operation of alternately stacking the A layer and the B layer
Is repeated 120 times each to laminate the A layer and the B layer,
A second layer (superlattice structure) having a thickness of 0.6 μm
The layer 105 is grown.

【0100】(n側光ガイド層106[下部光ガイド層
27]) 次に、同様の温度で、原料ガスにTMG及び
アンモニアを用い、SiドープのAl0.03Ga
0.97Nを膜厚0.15μmでn側光ガイド層106
を形成し、単一膜で光ガイド層を設ける。
(N-side light guide layer 106 [lower light guide layer 27]) Next, at the same temperature, using TMG and ammonia as source gases, Si-doped Al 0.03 Ga
0.97 N with a film thickness of 0.15 μm and n-side light guide layer 106
Is formed, and the light guide layer is provided as a single film.

【0101】(活性層107) 次に、温度を800℃
にして、原料ガスにTMI(トリメチルインジウム)、
TMG、TMAを用い、SiドープのAl0.1Ga
0.9Nよりなる障壁層、その上に、アンドープのIn
0.03Al0.02Ga0.9 Nよりなる井戸層
を、図3に示すように、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、障壁層2aを200Å、障壁層2b,2cを40Å
の膜厚で、井戸層1a、1bを70Åの膜厚で形成す
る。活性層107は、総膜厚約420Åの多重量子井戸
構造(MQW)となる。
(Active Layer 107) Next, the temperature is set to 800 ° C.
And TMI (trimethyl indium) as a raw material gas,
Using TMG and TMA, Si-doped Al 0.1 Ga
0.9 N barrier layer on which undoped In
The well layer made of 0.03 Al 0.02 Ga 0.9 5 N, as shown in FIG. 3, stacked in this order of the barrier layer 2a / well layer 1a / barrier layer 2b / well layer 1b / barrier layer 2c. At this time, the barrier layer 2a is set at 200 ° and the barrier layers 2b and 2c are set at 40 °.
The well layers 1a and 1b are formed with a thickness of 70 °. The active layer 107 has a multiple quantum well structure (MQW) having a total thickness of about 420 °.

【0102】(p側電子閉込め層108(キャリア閉込
め層29)) 次に、同様の温度で、原料ガスにTM
A、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてC
p2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用
い、Mgを1×1019/cmドープしたAl0.3
Ga0.7Nよりなるp側電子閉込層108を10nm
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 (carrier confinement layer 29)) Next, at the same temperature,
A, TMG and ammonia, C as impurity gas
Al 0.3 doped with 1 × 10 19 / cm 3 of Mg using p2Mg (cyclopentadienyl magnesium)
The p-side electron confinement layer 108 made of Ga 0.7 N is 10 nm
It grows with the film thickness of. This layer is not necessarily provided, but when provided, it functions as electron confinement and contributes to lowering of the threshold.

【0103】(p側光ガイド層109(上部光ガイド層
30)) 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、MgドープのAl
0.03Ga 0.97Nよりなる膜厚0.15μmでp
側光ガイド層109を形成し、単一膜で光ガイド層を設
ける。
(P-side light guide layer 109 (upper light guide layer)
30)) Next, the temperature is raised to 1050 ° C.
Mg-doped Al using TMG and ammonia
0.03Ga 0.97N at a film thickness of 0.15 μm
The side light guide layer 109 is formed, and the light guide layer is formed by a single film.
I can.

【0104】このp側光ガイド層109は、p側電子閉
込め層108、p側クラッド層109等の隣接層からの
Mgの拡散により、Mgがドープされるため、アンドー
プで形成しても、Mgドープ層とできる。
The p-side light guide layer 109 is doped with Mg by diffusion of Mg from adjacent layers such as the p-side electron confinement layer 108 and the p-side cladding layer 109. It can be an Mg-doped layer.

【0105】<p側クラッド層110(上部クラッド層
14)> 続いて、1050℃でアンドープAl
0.12Ga0.88NよりなるA層を25Åの膜厚で
成長させ、続いてCp2Mgを用いて、MgドープAl
0.02Ga0.98NよりなるB層を25Åの膜厚で
成長させ、A層、B層を交互に積層する操作を100回
繰り返して総膜厚0.5μmの超格子多層膜よりなるp
側クラッド層110を成長させる。ここでは、図4
(a)に示すように、p側クラッド層14として、第2
の層31のみを形成する。 (p側コンタクト層112) 最後に、1050℃で、
p側クラッド層110の上に、Mgを1×1020/c
ドープしたp型GaNよりなるp側コンタクト層1
12を150Åの膜厚で成長させる。p側コンタクト層
112はp型のInAlGa1−x−yN(0≦
x、0≦y、x+y≦1)で構成することができ、好ま
しくはp型不純物をドープしたGaN、若しくはAl組
成比0.3以下のAlGaN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、最も好ましくは
GaNとすれば最良のオーミックコンタクトが可能とな
る。コンタクト層112は電極を形成する層であるの
で、1×1017/cm以上の高キャリア濃度とする
ことが望ましい。1×1017/cmよりも低いと電
極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向にあ
る。さらにコンタクト層の組成をGaNとすると、電極
材料と好ましいオーミックが得られやすくなる。反応終
了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、7
00℃でアニーリングを行い、p型層を更に低抵抗化す
る。
<P-side cladding layer 110 (upper cladding layer 14)> Subsequently, undoped Al at 1050 ° C.
An A layer made of 0.12 Ga 0.88 N is grown to a thickness of 25 °, and then Mg-doped Al using Cp 2 Mg.
An operation of growing a B layer of 0.02 Ga 0.98 N to a thickness of 25 ° and alternately stacking the A layer and the B layer 100 times is repeated to form a superlattice multilayer film having a total thickness of 0.5 μm. p
The side cladding layer 110 is grown. Here, FIG.
As shown in (a), the p-side cladding layer 14 is
Only the layer 31 is formed. (P-side contact layer 112) Finally, at 1050 ° C.,
On the p-side cladding layer 110, 1 × 10 20 / c of Mg
m 3 made of doped p-type GaN p-side contact layer 1
12 is grown to a thickness of 150 °. p-side contact layer 112 is p-type In x Al y Ga 1-x -y N (0 ≦
x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1), and preferably GaN doped with a p-type impurity or AlGaN having an Al composition ratio of 0.3 or less provides the most preferable ohmic contact with the p electrode 120. The best ohmic contact is possible, most preferably GaN. Since the contact layer 112 is a layer for forming an electrode, it is desirable that the contact layer 112 has a high carrier concentration of 1 × 10 17 / cm 3 or more. If it is lower than 1 × 10 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 is completed, the wafer is placed in a nitrogen atmosphere in a reaction vessel.
Annealing is performed at 00 ° C. to further reduce the resistance of the p-type layer.

【0106】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側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側コンタクト層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-side contact layer, and RIE ( Etching is performed by SiCl 4 gas using reactive ion etching) to expose the surface of the n-side contact layer 103 on which the n-electrode is to be formed, as shown in FIG. In order to etch a nitride semiconductor deeply, SiO 2 is optimal as a protective film.

【0107】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
側コンタクト層(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側コ
ンタクト層112、およびp側クラッド層110、p側
光ガイド層109の一部をエッチングして、p側光ガイ
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 p
Almost all of the side 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 (etching depth) of the ridge stripe is such that the p-side contact layer 112, the p-side cladding layer 110, and a part of the p-side light guide layer 109 are etched, and the film thickness of the p-side light guide layer 109 becomes zero. It is formed by etching to a depth of 0.1 μm.

【0108】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側光ガイド層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 formed on the first protective film,
A film having a thickness of 0.5 μm is continuously formed on the p-side light guide layer 109 exposed by the etching.

【0109】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 manner, after forming the second protective film, the temperature is set to 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.

【0110】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側コンタクト層112の上に設けられていた第
1の保護膜161が除去されて、p側コンタクト層が露
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側光
ガイド層109の露出面)に第2の保護膜(埋込層)1
62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-side contact layer 112 is removed, and the p-side contact layer is exposed. As described above, as shown in FIG. 1, the second protective film (embedded layer) 1 is formed on the side surface of the ridge stripe and the plane continuous to the ridge stripe (the exposed surface of the p-side light guide layer 109).
62 are formed.

【0111】このように、p側コンタクト層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側コンタクト層112
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
側コンタクト層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。
As described above, after the first protective film 161 provided on the p-side contact layer 112 is removed, the exposed p-side contact layer 112 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 n already exposed
On the surface of the side contact layer 103, a striped n-electrode 121 made of Ti / Al is formed in a direction parallel to the stripe.

【0112】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。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、(11- 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。バー状にする際に、エッチング端面に挟まれた導波
路領域内で劈開して、得られた劈開面を共振器面として
も良く、導波路領域の外で劈開してエッチング端面を共
振器面としても良く、一方をエッチング端面、他方を劈
開面とした1対の共振器面を形成しても良い。また、上
記エッチング端面の共振面には誘電体多層膜からなる反
射膜が設けられるが、劈開面の共振器面にも、劈開後に
反射膜を設けても良い。バー状のウエハを更に分割する
際にも、窒化物半導体(単体基板)の劈開面を用いるこ
とができ、バー状に劈開したときの劈開面に垂直な窒化
物半導体(GaN)を六方晶系で近似したM面、A面
({1010})で劈開して、チップを取り出しても良
く、また、バー状に劈開する際に、窒化物半導体のA面
を用いても良い。
Next, a desired region for providing an extraction electrode is masked on the p and n electrodes on the surface exposed by etching to form an n electrode, and a dielectric multilayer film made 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). After forming the n-electrode and the p-electrode as described above, the M-plane of the nitride semiconductor (M-plane of GaN, (11-100), etc.) in a direction perpendicular to the stripe-shaped electrode.
Then, 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. When forming a bar shape, cleavage is performed in the waveguide region sandwiched between the etching end surfaces, and the obtained cleavage surface may be used as a resonator surface. Alternatively, a pair of resonator faces may be formed, one of which is an etching end face and the other is a cleavage face. In addition, a reflection film made of a dielectric multilayer film is provided on the resonance surface of the etching end face, but a reflection film may be provided on the cavity surface of the cleavage surface after cleavage. Even when the bar-shaped wafer is further divided, the cleavage plane of the nitride semiconductor (single substrate) can be used, and the nitride semiconductor (GaN) perpendicular to the cleavage plane when cleaved into a bar is hexagonal. The chip may be taken out by cleavage at the M-plane and the A-plane ({1010}) approximated by the above formula, and the A-plane of the nitride semiconductor may be used when cleaving into a bar.

【0113】この時、反射膜としては、SiO、Ti
、ZrO、ZnO、Al 、MgO、ポリイ
ミドからなる群の少なくとも一種用いることであり、λ
/4n(λは波長、nは材料の屈折率)の膜厚で積層し
た多層膜としても良く、1層だけ用いても良く、反射膜
と同時に共振器端面の露出を防ぐ表面保護膜としても機
能させても良い。表面保護膜として機能させるには、λ
/2nの膜厚で形成すると良い。また、素子加工工程
で、エッチング端面を形成せずに、すなわち、n電極形
成面(n側コンタクト層)だけを露出させ、一対の劈開
面を共振器面とするレーザ素子としても良い。
At this time, the reflection film is made of SiO.2, Ti
O2, ZrO2, ZnO, Al2O 3, MgO, poly
At least one member of the group consisting of
/ 4n (λ is the wavelength, n is the refractive index of the material)
A multilayer film or a single layer may be used.
At the same time, it can be used as a surface protective film to prevent the end face of the resonator from being exposed.
May work. To function as a surface protection film, λ
/ 2n. Also, the element processing step
And without forming an etched end face, that is, an n-electrode type
Exposing only the formation surface (n-side contact layer), a pair of cleavages
A laser element having a surface as a resonator surface may be used.

【0114】得られるレーザ素子は、波長370nmで
室温にて連続発振する窒化物半導体素子が得られる。ま
た、光ガイド層、クラッド層にAlGaNなどのAlを
含む窒化物半導体を用いているが、n側クラッド層に第
1の層が設けられることにより、クラックの発生なく素
子構造が形成される。さらに、n側クラッド層におい
て、第1の層は、活性層側に配置された第1の層よりも
屈折率が小さくされているため、良好な光閉じ込めが実
現され、基板側への光の漏れを少なくし、F.F.P.
の良好なレーザ光が得られる。また、n側、p側の光ガ
イド層は、Alの平均組成比が0.03のAlGaNで
構成され、上部光ガイド層及び下部光ガイド層のバンド
ギャップエネルギーEと、レーザ光(活性層の発光波
長)の光子エネルギーEとの差、E−Eが、0.
05eV以上となる導波路が形成されている。
As the obtained laser element, a nitride semiconductor element which continuously oscillates at a wavelength of 370 nm at room temperature can be obtained. Further, although a nitride semiconductor containing Al such as AlGaN is used for the light guide layer and the cladding layer, the device structure is formed without cracks by providing the first layer on the n-side cladding layer. Further, in the n-side cladding layer, since the first layer has a smaller refractive index than the first layer disposed on the active layer side, good light confinement is realized, and light is transmitted to the substrate side. Reduce leakage; F. P.
Is obtained. Further, n-side light guide layer of the p-side, the average composition ratio of Al is composed of 0.03 of AlGaN, and the band gap energy E g of the upper optical guide layer and the lower light guide layer, the laser light (the active layer the difference between the photon energy E p of emission wavelength), E g -E p is 0.
A waveguide having a voltage of 05 eV or more is formed.

【0115】本実施例では、下部クラッド層の下にある
コンタクト層において、Alを含む窒化物半導体である
AlGaNが用いているが、下部クラッド層内の第1の
層により結晶性を改善でき、クラックの発生を抑制でき
る。また、上部クラッド層とその上のコンタクト層(p
側コンタクト層)についても同様に、Alを含む窒化物
半導体のコンタクト層を用いた場合に、上部クラッド層
として第2の層を設けることで結晶性を改善できる。す
なわち、活性層と、Alを含む窒化物半導体のコンタク
ト層と、の間にある上部、下部クラッド層に、上記第2
の層を設けることで、コンタクト層にAlGaNなどの
Alを含む窒化物半導体を用いることによる結晶性悪化
を抑止した素子構造とできるものとなる。この時、第1
の層と第2の層において、第2の層のIn混晶比を小さ
くするのと同様に、コンタクト層のAlを含む窒化物半
導体においても、第1の層のIn混晶比より小さくする
ことが好ましく、Inを含まないAlGaNとすること
が更に好ましい。
In this embodiment, the contact layer below the lower cladding layer uses AlGaN, which is a nitride semiconductor containing Al, but the first layer in the lower cladding layer can improve the crystallinity. The generation of cracks can be suppressed. Further, the upper cladding layer and the contact layer thereon (p
Similarly, when a contact layer of a nitride semiconductor containing Al is used for the side contact layer, the crystallinity can be improved by providing the second layer as the upper cladding layer. That is, the upper and lower clad layers between the active layer and the contact layer of the nitride semiconductor containing Al are provided with the second
By providing such a layer, it is possible to obtain an element structure in which deterioration of crystallinity due to use of a nitride semiconductor containing Al such as AlGaN for the contact layer is suppressed. At this time, the first
Similarly to the case of reducing the In mixed crystal ratio of the second layer between the first layer and the second layer, the nitride semiconductor including Al of the contact layer is also made smaller than the In mixed crystal ratio of the first layer. It is preferable to use AlGaN that does not contain In.

【0116】[実施例2]実施例1において、活性層を
以下のように形成する他は、実施例1と同様にしてレー
ザ素子を得る。
[Example 2] A laser device is obtained in the same manner as in Example 1, except that the active layer is formed as follows.

【0117】(活性層107)SiドープのIn
0.01Al0.1Ga0.89Nよりなる障壁層、そ
の上に、アンドープのIn0.03Al0.02Ga
0.95N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7に示すように、障壁層2aを200
Å、障壁層2b,2cを40Åの膜厚で、井戸層1a、
1bを70Åの膜厚で形成する。活性層107は、総膜
厚約420Åの多重量子井戸構造(MQW)となる。
(Active Layer 107) Si-doped In
0.01 Al 0.1 Ga 0.89 N barrier layer, on which undoped In 0.03 Al 0.02 Ga
The well layer made of 0.95 N is divided into a barrier layer 2a and a well layer 1a.
/ Barrier layer 2b / well layer 1b / barrier layer 2c. At this time, as shown in FIG.
障壁, barrier layers 2b and 2c having a thickness of 40 ° and well layers 1a,
1b is formed with a thickness of 70 °. The active layer 107 has a multiple quantum well structure (MQW) having a total thickness of about 420 °.

【0118】得られるレーザ素子は、実施例1と同様
に、波長370nmで室温にて連続発振する窒化物半導
体素子が得られる。
As in the case of the first embodiment, a nitride semiconductor device which continuously oscillates at a wavelength of 370 nm at room temperature is obtained.

【0119】[実施例3]実施例1において、活性層、
光ガイド層、クラッド層を以下のように形成する他は、
実施例1と同様にしてレーザ素子を得る。
[Embodiment 3] In the embodiment 1, the active layer,
Other than forming the light guide layer and the cladding layer as follows,
A laser device is obtained in the same manner as in the first embodiment.

【0120】(n側クラッド層(下部クラッド層2
5))n側クラッド層として、第1の層104、第2の
層105を形成する。 <第2の層105>Al0.3In0.06Ga
0.64Nよりなる第1の層104を0.05μmの膜
厚で成長させる。 <第1の層104>25Åの膜厚でアンドープのAl
0.3Ga0.7NよりなるA層と、25Åの膜厚でS
iを5×1018/cm3ドープしたAl0.2Ga
0.8NよりなるB層とを、交互に積層する操作をそれ
ぞれ120回繰り返してA層とB層を積層し、総膜厚
0.6μmの多層膜(超格子構造)よりなるn側クラッ
ド層106を形成する。
(N-side cladding layer (lower cladding layer 2
5)) A first layer 104 and a second layer 105 are formed as n-side cladding layers. <Second layer 105> Al 0.3 In 0.06 Ga
A first layer 104 of 0.64 N is grown to a thickness of 0.05 μm. <First layer 104> Undoped Al having a thickness of 25 °
A layer of 0.3 Ga 0.7 N and S at a thickness of 25 °
Al 0.2 Ga doped with 5 × 10 18 / cm 3
The operation of alternately laminating the B layer of 0.8 N is repeated 120 times each to laminate the A layer and the B layer. The layer 106 is formed.

【0121】(n側光ガイド層106(下部光ガイド層
27)) SiドープAl0.1Ga 0.9Nよりなる
膜厚25ÅのA層、Al0.03Ga0.1Nからなる
膜厚25ÅのB層を、交互に30回繰り返して積層し、
超格子多層膜からなる膜厚0.15μmのn側光ガイド
層106で成長させる。
(N-side light guide layer 106 (lower light guide layer)
27)) Si-doped Al0.1Ga 0.9Consisting of N
A layer with a thickness of 25 °, Al0.03Ga0.1Consisting of N
B layers having a thickness of 25 ° are alternately and repeatedly laminated 30 times,
0.15 μm-thick n-side light guide consisting of a superlattice multilayer film
Grow in layer 106.

【0122】(活性層107)SiドープのAl0.2
Ga0.8Nよりなる障壁層、その上に、アンドープの
In0.03Al0.02Ga0.95Nよりなる井戸
層を、障壁層2a/井戸層1a/障壁層2b/井戸層1
b/障壁層2cの順に積層する。この時、図7に示すよ
うに、障壁層2aを200Å、障壁層2b,2cを40
Åの膜厚で、井戸層1a、1bを70Åの膜厚で形成す
る。活性層107は、総膜厚約420Åの多重量子井戸
構造(MQW)となる。
(Active Layer 107) Si-doped Al 0.2
A barrier layer made of Ga 0.8 N, and a well layer made of undoped In 0.03 Al 0.02 Ga 0.95 N on the barrier layer 2a / well layer 1a / barrier layer 2b / well layer 1
b / barrier layer 2c. At this time, as shown in FIG. 7, the barrier layer 2a is 200 °, and the barrier layers 2b and 2c are 40 °.
The well layers 1a and 1b are formed with a thickness of 70 °. The active layer 107 has a multiple quantum well structure (MQW) having a total thickness of about 420 °.

【0123】(p側光ガイド層109(上部光ガイド層
30))MgドープAl0.1Ga .9Nよりなる膜
厚25ÅのA層と、Al0.1Ga0.9Nよりなる膜
厚25ÅのB層と、を交互に30回繰り返し積層して、
膜厚0.15μmで超格子多層膜構造のp側光ガイド層
109を成長させる。
(P-side light guide layer 109 (upper light guide layer 30)) Mg-doped Al 0.1 Ga 0 . And A layer of thickness 25Å made of 9 N, repeatedly stacked 30 times and B layer having a thickness of 25Å made of Al 0.1 Ga 0.9 N, alternately,
A p-side light guide layer 109 having a superlattice multilayer structure with a thickness of 0.15 μm is grown.

【0124】(p側クラッド層110(上部クラッド層
14))アンドープAl0.3Ga .7NよりなるA
層を25Åの膜厚で成長させ、MgドープAl0.1
0. NよりなるB層を25Åの膜厚で成長させ、A
層、B層を交互に積層する操作を100回繰り返して総
膜厚0.5μmの超格子多層膜よりなるp側クラッド層
110を成長させる。ここでは、実施例1と同様にp側
クラッド層として第2の層を設ける。
(P-side cladding layer 110 (upper cladding layer 14)) Undoped Al 0.3 Ga 0 . A consisting of 7 N
A layer is grown to a thickness of 25 ° and Mg doped Al 0.1 G
a 0. A B layer of 9N is grown to a thickness of 25 °
The operation of alternately laminating the layers and the B layers is repeated 100 times to grow the p-side cladding layer 110 composed of a superlattice multilayer film having a total thickness of 0.5 μm. Here, a second layer is provided as a p-side cladding layer as in the first embodiment.

【0125】得られるレーザ素子は、実施例1よりも短
い波長領域の、波長350nmで室温にて連続発振する
窒化物半導体素子が得られる。また、n側、p側の光ガ
イド層は、Alの平均組成比が0.2のAlGaNで構
成され、上部光ガイド層及び下部光ガイド層のバンドギ
ャップエネルギーEと、レーザ光の光子エネルギーE
との差、E−Eが、0.05eV以上となる導波
路が形成されている。
As the obtained laser device, a nitride semiconductor device which continuously oscillates at a room temperature at a wavelength of 350 nm in a wavelength region shorter than that of Example 1 can be obtained. Further, n-side light guide layer of the p-side, the average composition ratio of Al is composed of 0.2 of AlGaN, and the band gap energy E g of the upper optical guide layer and the lower light guide layer, the laser photon energy E
the difference between p, E p -E g is, waveguide becomes more 0.05eV is formed.

【0126】[実施例4]実施例1において、図1,3
に示すように、p側クラッド層として、以下の第2の層
31、第1の層32を設ける。
[Embodiment 4] In Embodiment 1, FIGS.
As shown in (1), the following second layer 31 and first layer 32 are provided as p-side cladding layers.

【0127】(p側クラッド層[上部クラッド層1
4]) <第2の層110>アンドープAl0.12Ga
0.88NよりなるA層を25Åの膜厚で、Mgドープ
Al0.02Ga0.98NよりなるB層を25Åの膜
厚で成長させ、A層、B層を交互に積層する操作を10
0回繰り返して総膜厚0.5μmの超格子多層膜よりな
る第2の層110を成長させる。 <第1の層111>Al0.14In0.06Ga
0.8Nよりなる第1の層111を0.05μmの膜厚
で成長させる。
(P-side cladding layer [upper cladding layer 1
4]) <Second layer 110> Undoped Al 0.12 Ga
An operation of growing an A layer made of 0.88 N to a thickness of 25 ° and a B layer made of Mg-doped Al 0.02 Ga 0.98 N to a thickness of 25 °, and alternately stacking the A layer and the B layer. 10
The second layer 110 composed of a superlattice multilayer film having a total film thickness of 0.5 μm is grown by repeating 0 times. <First layer 111> Al 0.14 In 0.06 Ga
A first layer 111 of 0.8 N is grown to a thickness of 0.05 μm.

【0128】得られるレーザ素子は、実施例1に比較し
て、両クラッド層に第1の層が設けられることで、p側
層において、クラックの発生を抑えた素子構造とできる
一方で、第1の層111が高抵抗の層となり、Vfが実
施例1に比べて大きくなる。
The obtained laser device has a device structure in which cracks are suppressed in the p-side layer by providing the first layers on both clad layers, as compared with the first embodiment. The first layer 111 becomes a high-resistance layer, and Vf is larger than that of the first embodiment.

【0129】[実施例5]n側クラッド層内の第1の層
104として以下に示すように、超格子多層膜構造とす
るほかは実施例1と同様にしてレーザ素子を作製する。 <第1の層104(25)> Al0.2In0.03
Ga0.77Nよりなる膜厚25ÅのA層、Al
0.08In0.09Ga0.83Nよりなる膜厚25
ÅのB層、をそれぞれ交互に100回積層して、第1の
層104を0.5μmの膜厚で成長させる。このように
して得られる第1の層104は、実施例1とほぼ同様な
Al平均組成、In平均組成の窒化物半導体となるが、
超格子構造とすることにより、実施例1よりも良好な結
晶性で形成でき、更に、実施例1に比較して厚膜の第1
の層が形成されるため、p側に漏れ出る光を抑制し、光
閉込めに優れたレーザ素子となり、基板側から漏れ出た
光によりファーフィールドパターンの悪化を防ぐことが
可能となる。
Example 5 A laser device is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the first layer 104 in the n-side cladding layer has a superlattice multilayer structure as shown below. <First layer 104 (25)> Al 0.2 In 0.03
A layer of Ga 0.77 N with a thickness of 25 °, Al
Thickness 25 of 0.08 In 0.09 Ga 0.83 N
The layer B of Å is alternately stacked 100 times, and the first layer 104 is grown to a thickness of 0.5 μm. The first layer 104 obtained in this manner is a nitride semiconductor having an Al average composition and an In average composition substantially similar to those of the first embodiment.
With the superlattice structure, it can be formed with better crystallinity than in the first embodiment.
Is formed, the light leaking to the p-side is suppressed, and a laser device having excellent light confinement is obtained, and it becomes possible to prevent the deterioration of the far-field pattern due to the light leaking from the substrate side.

【0130】[実施例6]実施例1において、図4に示
すように、光ガイド層を以下のように組成傾斜させて形
成する他は、実施例1と同様にしてレーザ素子を得る。
Embodiment 6 A laser device is obtained in the same manner as in the first embodiment, except that the light guide layer is formed with the following composition gradient as shown in FIG.

【0131】(n側光ガイド層106(下部光ガイド層
27)) AlGa1−xNを膜厚0.15μmで形
成し、この時、成長するに従ってAl組成比xを、0.
05から0.01へと変化させて、膜厚方向に組成傾斜
させたn側光ガイド層106を設ける。この時、n側光
ガイド層は、最初の膜厚50nmの領域はアンドープで
形成し、残りの膜厚0.1μmの領域(活性層側0.1
μmの領域)で、Siドープで形成する。
(N-side Light Guide Layer 106 (Lower Light Guide Layer 27)) Al x Ga 1 -xN is formed to a thickness of 0.15 μm.
The n-side light guide layer 106 whose composition is changed in the film thickness direction by changing from 05 to 0.01 is provided. At this time, the n-side light guide layer is formed by undoping the first region having a thickness of 50 nm and the remaining region having a thickness of 0.1 μm (the active layer side having a thickness of 0.1 μm).
(a region of μm).

【0132】(p側光ガイド層109(上部光ガイド層
30))AlGa1−xNを膜厚0.15μmで形成
し、この時、成長するに従ってAl組成比xを、0.0
1から0.05へと変化させて、膜厚方向に組成傾斜さ
せたp側光ガイド層109を設ける。ここで、p側光ガ
イド層は、最初の膜厚0.1μm(活性層側0.1μm
の領域)はアンドープで形成し、残りの膜厚50nmの
領域ではMgドープで形成する。
(P-side light guide layer 109 (upper light guide layer 30)) Al x Ga 1 -xN is formed with a thickness of 0.15 μm.
The p-side light guide layer 109 having a composition gradient in the film thickness direction is provided while changing from 1 to 0.05. Here, the p-side light guide layer has an initial film thickness of 0.1 μm (active layer side 0.1 μm).
Is formed by undoping, and the remaining region having a thickness of 50 nm is formed by doping with Mg.

【0133】得られるレーザ素子は、実施例1に比較し
て、Alの平均組成はほぼ同じものの、図4に示すよう
に、バンドギャップエネルギーが傾斜された光ガイド層
を設けることにより、キャリアの活性層への注入効率が
良好となり、内部量子効率が向上する傾向にある。ま
た、光ガイド層内の活性層に近い側(活性層側)にアン
ドープ領域を設けたため、不純物ドープしたことによる
光の損失が低く抑えられた導波路構造となり、閾値電流
密度が減少する傾向にある。
Although the obtained laser device has almost the same average composition of Al as that of the first embodiment, as shown in FIG. The efficiency of injection into the active layer is improved, and the internal quantum efficiency tends to be improved. Further, since the undoped region is provided on the side (active layer side) near the active layer in the light guide layer, the waveguide structure has a low light loss due to impurity doping, and the threshold current density tends to decrease. is there.

【0134】[実施例7]実施例6において、図4に示
すように、光ガイド層を以下のように組成傾斜させて形
成する他は、実施例1と同様にしてレーザ素子を得る。
Example 7 A laser device is obtained in the same manner as in Example 1, except that the light guide layer is formed with the following composition gradient as shown in FIG.

【0135】(n側光ガイド層106(下部光ガイド層
27)) AlGa1−xNからなる膜厚25ÅのA
層、AlGa1−yN(x>y)からなる膜厚25Å
のB層を交互に30回繰り返し積層して、膜厚0.15
μmの超格子多層膜構造でn側光ガイド層を形成する。
この時、成長するに従ってAl組成比xを、0.05か
ら0.03へと変化させ、Al組成比yを0.015で
一定とし、組成傾斜させたn側光ガイド層106を設け
る。この時、n側光ガイド層は、最初の膜厚0.1μm
の領域は、A層、B層ともアンドープで形成し、残りの
膜厚50nmの領域(活性層側50nmの領域)で、A
層のみをSiドープ、B層をアンドープで形成する変調
ドープを用いる。
(N-side light guide layer 106 (lower light guide layer 27)) A film made of Al x Ga 1-x N and having a thickness of 25 °
Layer, consisting of Al y Ga 1-y N ( x> y) film thickness 25Å
Layer B is alternately repeated 30 times to form a layer having a thickness of 0.15
An n-side light guide layer is formed with a superlattice multilayer structure of μm.
At this time, the Al composition ratio x is changed from 0.05 to 0.03 as the substrate grows, the Al composition ratio y is fixed at 0.015, and the n-side light guide layer 106 having a composition gradient is provided. At this time, the n-side light guide layer has an initial film thickness of 0.1 μm.
The region A is formed by undoping both the A layer and the B layer, and the remaining region having a thickness of 50 nm (the region 50 nm on the active layer side) is
Modulation doping is used in which only the layer is doped with Si and the B layer is undoped.

【0136】(p側光ガイド層109(上部光ガイド層
30))AlGa1−xNからなる膜厚25ÅのA
層、AlGa1−yN(x>y)からなる膜厚25Å
のB層を交互に30回繰り返し積層して、膜厚0.15
μmの超格子多層膜構造でp側光ガイド層109を形成
する。ここで、p側光ガイド層は、最初の膜厚50nm
(活性層側50nmの領域)は、A層、B層ともアンド
ープで形成し、残りの膜厚0.1μmの領域で、A層の
みをMgドープ、B層をアンドープで形成する。
(P-side light guide layer 109 (upper light guide layer 30)) A film made of Al x Ga 1 -xN and having a thickness of 25 °
Layer, consisting of Al y Ga 1-y N ( x> y) film thickness 25Å
Layer B is alternately repeated 30 times to form a layer having a thickness of 0.15
The p-side light guide layer 109 is formed with a superlattice multilayer structure of μm. Here, the p-side light guide layer has an initial thickness of 50 nm.
In the (area of 50 nm on the active layer side), both the A layer and the B layer are formed by undoping, and in the remaining area of 0.1 μm, only the A layer is formed by Mg doping and the B layer is undoped.

【0137】得られるレーザ素子は、実施例4に比較し
て、Alの平均組成はほぼ同じものの、超格子構造とし
たことにより結晶性が良好になり、素子特性が向上す
る。また一方で、光ガイド層のアンドープ領域を、実施
例6に比べて小さくしたため、光の損失が大きくなり、
閾値電流密度が僅かに増大する傾向にある。
Although the obtained laser device has an Al average composition substantially the same as that of Example 4, the superlattice structure improves the crystallinity and the device characteristics. On the other hand, since the undoped region of the light guide layer is smaller than that of the sixth embodiment, light loss increases,
The threshold current density tends to increase slightly.

【0138】[0138]

【発明の効果】本発明の窒化物半導体素子は、AlGa
NなどのAlを含む窒化物半導体をガイド層、クラッド
層、コンタクト層などに用いる場合において、結晶性悪
化、クラックの発生を抑制し、レーザ素子、端面発光素
子などにおいて、特性向上を図ることができる。また、
375nm以下の短波長域において、レーザ発振可能な
活性層、導波路構造を得ることができる。特に、InA
lGaNの井戸層において、In混晶比を、0.03〜
0.05の範囲とし、Al組成比を変化させて所望の発
光波長の禁制帯幅を形成して、短波長域の発光素子、レ
ーザ素子を得ることにより、内部量子効率、発光効率に
優れた素子となる。
According to the present invention, the nitride semiconductor device is formed of AlGa.
When a nitride semiconductor containing Al such as N is used for a guide layer, a cladding layer, a contact layer, and the like, it is possible to suppress deterioration of crystallinity and generation of cracks and to improve characteristics of a laser element, an edge emitting element, and the like. it can. Also,
An active layer and a waveguide structure capable of laser oscillation in a short wavelength range of 375 nm or less can be obtained. In particular, InA
In the well layer of lGaN, the In mixed crystal ratio is set to 0.03 to
By setting the Al composition ratio to be in the range of 0.05 to form a forbidden band width of a desired emission wavelength and obtaining a light-emitting element and a laser element in a short wavelength range, the internal quantum efficiency and the emission efficiency are excellent. Element.

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

【図1】本発明の一実施形態に係るレーザ素子構造を説
明する模式断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating a laser device structure according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係る素子の積層構造を説
明する模式断面図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a layered structure of an element according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態に係るを素子の積層構造及
びエネルギーバンド図を説明する模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a laminated structure and an energy band diagram of an element according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態に係るエネルギーバンドを
説明する模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an energy band according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態に係るエネルギーバンドを
説明する模式図。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an energy band according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施形態に係るエネルギーバンドを
説明する模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an energy band according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施形態に係る活性層の積層構造を
説明する模式断面図。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a stacked structure of an active layer according to one embodiment of the present invention.

【図8】本発明に係る活性層において、パルス発振下で
の閾値電流密度と波長に対するAl混晶比の依存性を説
明する模式図。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the dependence of the Al composition ratio on the threshold current density and the wavelength under pulse oscillation in the active layer according to the present invention.

【図9】本発明に係る活性層において、パルス発振下で
の閾値電流密度と波長に対するIn混晶比の依存性を説
明する模式図。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the dependence of the In mixed crystal ratio on the threshold current density and wavelength under pulse oscillation in the active layer according to the present invention.

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

1・・・井戸層、2・・・障壁層、11・・・第1導電
型層、12・・・第2導電型層、13・・・下部クラッ
ド層、14・・・上部クラッド層、21・・・基板、2
2・・・バッファ層、23・・・下地層、24,33・
・・コンタクト層、25・・・第1の層、26・・・第
2の層、27・・・下部光ガイド層、28・・・活性
層、29・・・キャリア閉込め層、30・・・上部光ガ
イド層、31・・・上部クラッド層、101・・・基
板、102・・・バッファ層、103・・・n側コンタ
クト層、104・・・n側クラッド層(第1の層)、1
05・・・n側クラッド層(第2の層)、106・・・
n側光ガイド層、107・・・活性層、108・・・p
側電子閉込め層、109・・・p側光ガイド層、110
・・・p側クラッド層(第2の層)、111・・・p側
クラッド層(第1の層)、112・・・p側コンタクト
層、120・・・p電極、121・・・n電極、122
・・・pパッド電極、123・・・nパッド電極、16
2・・・第2の保護膜(埋込層)、164・・・絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Well layer, 2 ... Barrier layer, 11 ... First conductivity type layer, 12 ... Second conductivity type layer, 13 ... Lower cladding layer, 14 ... Upper cladding layer, 21 ... substrate, 2
2 ... buffer layer, 23 ... underlying layer, 24, 33
Contact layer 25 first layer 26 second layer 27 lower light guide layer 28 active layer 29 carrier confinement layer 30 ..Upper light guide layer, 31 upper clad layer, 101 substrate, 102 buffer layer, 103 n-side contact layer, 104 ... n-side clad layer (first layer) ), 1
05 ... n-side cladding layer (second layer), 106 ...
n-side light guide layer, 107 ... active layer, 108 ... p
Side electron confinement layer, 109... P side light guide layer, 110
... p-side cladding layer (second layer), 111 ... p-side cladding layer (first layer), 112 ... p-side contact layer, 120 ... p electrode, 121 ... n Electrode, 122
... p pad electrode, 123 ... n pad electrode, 16
2 ... second protective film (embedded layer), 164 ... insulating film

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の下部クラッド層と、第2導
電型の上部クラッド層との間に、活性層を有する窒化物
半導体素子において、 前記下部クラッド層、上部クラッド層の少なくとも一方
に、AlとInとを含む窒化物半導体を有する第1の層
が設けられていることを特徴とする窒化物半導体素子。
1. A nitride semiconductor device having an active layer between a first conductivity type lower cladding layer and a second conductivity type upper cladding layer, wherein at least one of the lower cladding layer and the upper cladding layer is provided. , A first layer having a nitride semiconductor containing Al and In is provided.
【請求項2】 前記活性層の発光波長λが、λ≦375
nmであることを特徴とする請求項1記載の窒化物半導
体素子。
2. An emission wavelength λ of the active layer is λ ≦ 375.
2. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記下部クラッド層、上部クラッド層の
少なくとも一方に、AlとInとを含む窒化物半導体を
有する第1の層と、第1の層よりもIn混晶比の小さい
Alを含む窒化物半導体を有する第2の層と、が設けら
れていることを特徴とする請求項1又は2記載の窒化物
半導体素子。
3. A method according to claim 1, wherein at least one of the lower cladding layer and the upper cladding layer includes a first layer having a nitride semiconductor containing Al and In, and Al having an In mixed crystal ratio smaller than that of the first layer. The nitride semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second layer having a nitride semiconductor.
【請求項4】 前記第1の層がAlInGa
1−x−yN(0<x<1、0<y<1、x+y<1)
を有し、前記第2の層がAlGa1−uN(0<u≦
1)を有することを特徴とする請求項3記載の窒化物半
導体素子。
4. The method according to claim 1, wherein the first layer is Al x In y Ga.
1-xy N (0 <x <1, 0 <y <1, x + y <1)
Has, the second layer is Al u Ga 1-u N ( 0 <u ≦
4. The nitride semiconductor device according to claim 3, wherein 1) is satisfied.
【請求項5】 前記第1の層のIn組成比yが、0.0
1≦y≦0.3であることを特徴とする請求項3又は4
記載の窒化物半導体素子。
5. The method according to claim 1, wherein the In composition ratio y of the first layer is 0.0
5. The lens according to claim 3, wherein 1 ≦ y ≦ 0.3.
The nitride semiconductor device as described in the above.
【請求項6】 前記第2の層が第1の層よりも、活性層
の近くに設けられていることを特徴とする請求項3乃至
5記載の窒化物半導体素子。
6. The nitride semiconductor device according to claim 3, wherein the second layer is provided closer to the active layer than the first layer.
【請求項7】 前記第1の層の屈折率nと、第2の層
の屈折率nとが、n≦nであることを特徴とする
請求項6記載の窒化物半導体素子。
7. The nitride semiconductor device according to claim 6, wherein a refractive index n 1 of said first layer and a refractive index n 2 of said second layer are n 2 ≦ n 1. .
【請求項8】 前記第1の層が、組成の異なる超格子多
層膜層で形成されていることを特徴とする請求項1乃至
7記載の窒化物半導体素子。
8. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein said first layer is formed of superlattice multilayer films having different compositions.
【請求項9】 前記下部クラッド層と活性層との間、及
び前記上部クラッド層と活性層との間に、それぞれ下部
光ガイド層、上部光ガイド層を有することを特徴とする
請求項1乃至8記載の窒化物半導体素子。
9. The method according to claim 1, further comprising a lower light guide layer and an upper light guide layer between the lower clad layer and the active layer and between the upper clad layer and the active layer, respectively. 9. The nitride semiconductor device according to item 8.
【請求項10】 前記下部光ガイド層、上部光ガイド層
が、AlαGa1− αN(0<α≦1)からなることを
特徴とする請求項9記載の窒化物半導体素子。
Wherein said lower optical guide layer, an upper optical guide layer, Al α Ga 1- α N ( 0 <α ≦ 1) nitride semiconductor device according to claim 9, wherein the consist.
【請求項11】 前記上部クラッド層が、下部クラッド
層のIn組成比より小さい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。
11. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein said upper cladding layer has a smaller In composition ratio of said lower cladding layer.
【請求項12】 前記活性層が、AlとInとを含む窒
化物半導体を有することを特徴とする請求項1乃至11
記載の窒化物半導体素子。
12. The semiconductor device according to claim 1, wherein the active layer includes a nitride semiconductor containing Al and In.
The nitride semiconductor device as described in the above.
【請求項13】 前記活性層が量子井戸構造を有すると
共に、井戸層が、AlInGa1−x−yN(0<
x<1、0<y<1、x+y<1)であり、障壁層がA
InGa1−u−vN(0<u≦1、0≦v≦
1、u+v<1)であることを特徴とする請求項12記
載の窒化物半導体素子。
Wherein said active layer and having a quantum well structure, the well layer, Al x In y Ga 1- x-y N (0 <
x <1, 0 <y <1, x + y <1) and the barrier layer is A
l u In v Ga 1-u -v N (0 <u ≦ 1,0 ≦ v ≦
13. The nitride semiconductor device according to claim 12, wherein u + v <1).
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