JP2003017746A - 窒化物半導体素子 - Google Patents
窒化物半導体素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力効率のよい窒化物半導体素子を提供す
る。 【解決手段】 １又は多層のｎ型窒化物半導体層と１又
は多層のｐ型窒化物半導体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ｐ型窒化物半導体層及び
前記ｎ型窒化物半導体層の内の少なくとも一つは超格子
層であって、前記超格子層は、１００オングストローム
以下の膜厚を有する窒化物半導体からなる第１の層と、
該第１の層と組成が異なりかつ１００オングストローム
以下の膜厚を有する窒化物半導体からなる第２の層とが
積層されている。
る。 【解決手段】 １又は多層のｎ型窒化物半導体層と１又
は多層のｐ型窒化物半導体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ｐ型窒化物半導体層及び
前記ｎ型窒化物半導体層の内の少なくとも一つは超格子
層であって、前記超格子層は、１００オングストローム
以下の膜厚を有する窒化物半導体からなる第１の層と、
該第１の層と組成が異なりかつ１００オングストローム
以下の膜厚を有する窒化物半導体からなる第２の層とが
積層されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＬＥＤ（発光ダイオ
ード）、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子、太陽
電池、光センサー等の受光素子、又はトランジスタ等の
電子デバイスに使用される窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹ
Ｇａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）より
なる素子に関する。なお、本明細書において使用する一
般式ＩｎＸＧａ１−ＸＮ、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ等は単に
窒化物半導体層の組成式を示すものであって、異なる層
が例えば同一の一般式で示されていても、それらの層の
Ｘ値、Ｙ値が一致していることまで示すものではない。
ード）、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子、太陽
電池、光センサー等の受光素子、又はトランジスタ等の
電子デバイスに使用される窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹ
Ｇａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）より
なる素子に関する。なお、本明細書において使用する一
般式ＩｎＸＧａ１−ＸＮ、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ等は単に
窒化物半導体層の組成式を示すものであって、異なる層
が例えば同一の一般式で示されていても、それらの層の
Ｘ値、Ｙ値が一致していることまで示すものではない。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号等で最近実用化されたばかりである。これ
らの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ｎ型窒化物半
導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構
造（ＳＱＷ：Single-Quantum- Well）のＩｎＧａＮより
なる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。
青色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成比を
増減することで決定されている。
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号等で最近実用化されたばかりである。これ
らの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ｎ型窒化物半
導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構
造（ＳＱＷ：Single-Quantum- Well）のＩｎＧａＮより
なる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。
青色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成比を
増減することで決定されている。
【０００３】また、本出願人は、最近この材料を用いて
パルス電流下、室温での４１０ｎｍのレーザ発振を世界
で初めて発表した（例えば、Jpn.J.Appl.Phys. Vol35
(1996) pp.L74-76）。このレーザ素子はパルス幅２μ
ｓ、パルス周期２ｍｓの条件で、閾値電流６１０ｍＡ、
閾値電流密度８．７ｋＡ／cm2、４１０ｎｍの発振を示
す。さらにまた、閾値電流が低い改良したレーザ素子
を、Appl.Phys.Lett.，Vol.69，No.10，2 Sep. 1996，
p.1477-1479において発表した。このレーザ素子は、ｐ
型窒化物半導体層の一部にリッジストライプが形成され
た構造を有しており、パルス幅１μｓ、パルス周期１ｍ
ｓ、デューティー比０．１％で、閾値電流１８７ｍＡ、
閾値電流密度３ｋＡ／cm2、４１０ｎｍの発振を示す。
パルス電流下、室温での４１０ｎｍのレーザ発振を世界
で初めて発表した（例えば、Jpn.J.Appl.Phys. Vol35
(1996) pp.L74-76）。このレーザ素子はパルス幅２μ
ｓ、パルス周期２ｍｓの条件で、閾値電流６１０ｍＡ、
閾値電流密度８．７ｋＡ／cm2、４１０ｎｍの発振を示
す。さらにまた、閾値電流が低い改良したレーザ素子
を、Appl.Phys.Lett.，Vol.69，No.10，2 Sep. 1996，
p.1477-1479において発表した。このレーザ素子は、ｐ
型窒化物半導体層の一部にリッジストライプが形成され
た構造を有しており、パルス幅１μｓ、パルス周期１ｍ
ｓ、デューティー比０．１％で、閾値電流１８７ｍＡ、
閾値電流密度３ｋＡ／cm2、４１０ｎｍの発振を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体よりなる
青色、緑色ＬＥＤは順方向電流（Ｉｆ）２０ｍＡで、順
方向電圧（Ｖｆ）が３．４Ｖ〜３．６Ｖあり、ＧａＡｌ
Ａｓ系の半導体よりなる赤色ＬＥＤに比べて２Ｖ以上高
いため、さらなるＶｆの低下が望まれている。また、Ｌ
Ｄでは閾値での電流、電圧が未だ高く、室温で連続発振
させるためには、この閾値電流、電圧が下がるような、
さらに電力効率の高い素子を実現する必要がある。
青色、緑色ＬＥＤは順方向電流（Ｉｆ）２０ｍＡで、順
方向電圧（Ｖｆ）が３．４Ｖ〜３．６Ｖあり、ＧａＡｌ
Ａｓ系の半導体よりなる赤色ＬＥＤに比べて２Ｖ以上高
いため、さらなるＶｆの低下が望まれている。また、Ｌ
Ｄでは閾値での電流、電圧が未だ高く、室温で連続発振
させるためには、この閾値電流、電圧が下がるような、
さらに電力効率の高い素子を実現する必要がある。
【０００５】従って本発明の目的とするところは、主と
して窒化物半導体よりなるＬＤ素子の閾値での電流、電
圧を低下させることにより連続発振を実現し、またＬＥ
Ｄ素子ではＶｆを低下させ、信頼性が高く、電力効率に
優れた窒化物半導体素子を実現することにある。
して窒化物半導体よりなるＬＤ素子の閾値での電流、電
圧を低下させることにより連続発振を実現し、またＬＥ
Ｄ素子ではＶｆを低下させ、信頼性が高く、電力効率に
優れた窒化物半導体素子を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、窒化物半
導体素子について、活性層を挟んだｐ型層、及び／又は
ｎ型層を改良すべく鋭意検討した結果、活性層を除くｐ
型層、及び／又はｎ型層に超格子層を用いることによ
り、超格子層を用いた層の結晶性を良好にでき、前記問
題を解決できることを新たに見いだし本発明を成すに至
った。すなわち、本発明に係る第１の窒化物半導体素子
は、ｐ側コンタクト層を含む１又は多層のｐ型窒化物半
導体層と、該ｐ型窒化物半導体層を介してキャリアが注
入されて所定の動作をする窒化物半導体からなる活性層
とを備えた窒化物半導体素子において、前記ｐ側コンタ
クト層は超格子層であることを特徴とする。また、本発
明に係る第２の窒化物半導体素子は、ｎ側コンタクト層
を含む１又は多層のｎ型窒化物半導体層と１又は多層の
ｐ型窒化物半導体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ｎ側コンタクト層は、超格子層で
あることを特徴とする。さらに、本発明に係る第３の窒
化物半導体素子は、１又は多層のｐ型窒化物半導体層
と、該ｐ型窒化物半導体層を介してキャリアが注入され
て所定の動作をする窒化物半導体からなる活性層とを備
えた窒化物半導体素子において、前記ｐ型窒化物半導体
層の少なくとも一つは超格子層であることを特徴とす
る。これによって、前記超格子層からなるｐ型窒化物半
導体層の抵抗値を極めて低くできるので、窒化物半導体
素子の電力効率を高くすることができる。
導体素子について、活性層を挟んだｐ型層、及び／又は
ｎ型層を改良すべく鋭意検討した結果、活性層を除くｐ
型層、及び／又はｎ型層に超格子層を用いることによ
り、超格子層を用いた層の結晶性を良好にでき、前記問
題を解決できることを新たに見いだし本発明を成すに至
った。すなわち、本発明に係る第１の窒化物半導体素子
は、ｐ側コンタクト層を含む１又は多層のｐ型窒化物半
導体層と、該ｐ型窒化物半導体層を介してキャリアが注
入されて所定の動作をする窒化物半導体からなる活性層
とを備えた窒化物半導体素子において、前記ｐ側コンタ
クト層は超格子層であることを特徴とする。また、本発
明に係る第２の窒化物半導体素子は、ｎ側コンタクト層
を含む１又は多層のｎ型窒化物半導体層と１又は多層の
ｐ型窒化物半導体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ｎ側コンタクト層は、超格子層で
あることを特徴とする。さらに、本発明に係る第３の窒
化物半導体素子は、１又は多層のｐ型窒化物半導体層
と、該ｐ型窒化物半導体層を介してキャリアが注入され
て所定の動作をする窒化物半導体からなる活性層とを備
えた窒化物半導体素子において、前記ｐ型窒化物半導体
層の少なくとも一つは超格子層であることを特徴とす
る。これによって、前記超格子層からなるｐ型窒化物半
導体層の抵抗値を極めて低くできるので、窒化物半導体
素子の電力効率を高くすることができる。
【０００７】また、本発明に係る第４の窒化物半導体素
子は、１又は多層のｎ型窒化物半導体層と１又は多層の
ｐ型窒化物半導体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ｐ型窒化物半導体層及び前記ｎ型
窒化物半導体層の内の少なくとも一つは、超格子層であ
ることを特徴とする。
子は、１又は多層のｎ型窒化物半導体層と１又は多層の
ｐ型窒化物半導体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ｐ型窒化物半導体層及び前記ｎ型
窒化物半導体層の内の少なくとも一つは、超格子層であ
ることを特徴とする。
【０００８】また、本発明の第１〜第４の窒化物半導体
素子においては、前記超格子層の結晶性をさらに良くす
るために、前記超格子層は、１００オングストローム以
下の膜厚を有する窒化物半導体からなる第１の層と、該
第１の層と組成が異なりかつ１００オングストローム以
下の膜厚を有する窒化物半導体からなる第２の層とが積
層されることが好ましい。
素子においては、前記超格子層の結晶性をさらに良くす
るために、前記超格子層は、１００オングストローム以
下の膜厚を有する窒化物半導体からなる第１の層と、該
第１の層と組成が異なりかつ１００オングストローム以
下の膜厚を有する窒化物半導体からなる第２の層とが積
層されることが好ましい。
【０００９】さらに、本発明の第１〜第４の窒化物半導
体素子においては、活性層にキャリヤを閉じ込めるため
に、前記第１の層、及び第２の層の内の少なくとも一方
が、比較的、エネルギーバンドギャップの大きい、少な
くともＡｌを含む窒化物半導体からなることが好まし
く、さらに好ましくはＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ≦
１）を用いる。
体素子においては、活性層にキャリヤを閉じ込めるため
に、前記第１の層、及び第２の層の内の少なくとも一方
が、比較的、エネルギーバンドギャップの大きい、少な
くともＡｌを含む窒化物半導体からなることが好まし
く、さらに好ましくはＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ≦
１）を用いる。
【００１０】また、本発明の第１〜第４の窒化物半導体
素子において、超格子層はＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ
≦１）からなる第１の層と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０≦
Ｙ≦１、Ｘ＝Ｙ≠０）からなる第２の層とが積層されて
なることが好ましい。ただし、第１の層がＡｌＹＧａ
１−ＹＮ、第２の層がＩｎＸＧａ１−ＸＮでも同じであ
ることはいうまでもない。この一般式ＡｌＹＧａ１−Ｙ
Ｎ、及びＩｎＸＧａ１− ＸＮで表される窒化物半導体は
結晶性の良い半導体層が得られ、結晶欠陥の少ない層を
形成できるため、窒化物半導体全体の結晶性が良くな
り、該素子の出力を向上（電力効率の向上）、該素子が
ＬＥＤ素子又はＬＤ素子である場合には、Ｖｆ、閾値電
流、電圧等を低くすることができる。尚、本発明の第１
〜第４の窒化物半導体素子では、さらに結晶欠陥の少な
い層を形成するために、前記超格子層において、前記第
１の層が式ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）で表され
る窒化物半導体からなり、かつ前記第２の層が式Ａｌ Ｙ
Ｇａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１）で表される窒化物半導体か
らなることがさらに好ましい。
素子において、超格子層はＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ
≦１）からなる第１の層と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０≦
Ｙ≦１、Ｘ＝Ｙ≠０）からなる第２の層とが積層されて
なることが好ましい。ただし、第１の層がＡｌＹＧａ
１−ＹＮ、第２の層がＩｎＸＧａ１−ＸＮでも同じであ
ることはいうまでもない。この一般式ＡｌＹＧａ１−Ｙ
Ｎ、及びＩｎＸＧａ１− ＸＮで表される窒化物半導体は
結晶性の良い半導体層が得られ、結晶欠陥の少ない層を
形成できるため、窒化物半導体全体の結晶性が良くな
り、該素子の出力を向上（電力効率の向上）、該素子が
ＬＥＤ素子又はＬＤ素子である場合には、Ｖｆ、閾値電
流、電圧等を低くすることができる。尚、本発明の第１
〜第４の窒化物半導体素子では、さらに結晶欠陥の少な
い層を形成するために、前記超格子層において、前記第
１の層が式ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）で表され
る窒化物半導体からなり、かつ前記第２の層が式Ａｌ Ｙ
Ｇａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１）で表される窒化物半導体か
らなることがさらに好ましい。
【００１１】また、本発明の第１〜第４の窒化物半導体
素子において、前記第１の層、及び第２の層の膜厚は、
７０オングストローム以下であることが好ましく、さら
に好ましくは４０オングストローム以下に設定する。ま
た、前記第１の層、及び第２の層の膜厚は、５オングス
トローム以上であることが好ましく、さらに好ましくは
１０オングストローム以上に設定する。この範囲内に設
定することにより、従来では成長させにくかったＡｌＹ
Ｇａ１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１）等の窒化物半導体層が結晶
性良く形成することができる。特に、ｐ電極と活性層と
の間にあるｐ型窒化物半導体層の内の少なくとも一層、
及び／又はｎ電極が形成される電流注入層としてのｎ側
コンタクト層と活性層との間にあるｎ型窒化物半導体層
の内の少なくとも一層を超格子層とする場合に、その超
格子層を構成する第１の層、及び第２の層を前記膜厚に
設定することによる効果が大きい。
素子において、前記第１の層、及び第２の層の膜厚は、
７０オングストローム以下であることが好ましく、さら
に好ましくは４０オングストローム以下に設定する。ま
た、前記第１の層、及び第２の層の膜厚は、５オングス
トローム以上であることが好ましく、さらに好ましくは
１０オングストローム以上に設定する。この範囲内に設
定することにより、従来では成長させにくかったＡｌＹ
Ｇａ１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１）等の窒化物半導体層が結晶
性良く形成することができる。特に、ｐ電極と活性層と
の間にあるｐ型窒化物半導体層の内の少なくとも一層、
及び／又はｎ電極が形成される電流注入層としてのｎ側
コンタクト層と活性層との間にあるｎ型窒化物半導体層
の内の少なくとも一層を超格子層とする場合に、その超
格子層を構成する第１の層、及び第２の層を前記膜厚に
設定することによる効果が大きい。
【００１２】また、本発明の第１〜第４の窒化物半導体
素子において、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ電極
を形成するためのｐ側コンタクト層を備え、該ｐ側コン
タクト層の膜厚を５００オングストローム以下に設定す
ることが好ましい。このように、薄く形成することによ
り、該ｐ側コンタクト層の厚さ方向の抵抗値を下げるこ
とができる。従って、本発明ではさらに、３００オング
ストローム以下に設定することが好ましい。また、該ｐ
側コンタクト層の膜厚の下限は、該ｐ型コンタクト層の
下の半導体層を露出させないように、１０オングストロ
ーム以上に設定することが好ましい。
素子において、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ電極
を形成するためのｐ側コンタクト層を備え、該ｐ側コン
タクト層の膜厚を５００オングストローム以下に設定す
ることが好ましい。このように、薄く形成することによ
り、該ｐ側コンタクト層の厚さ方向の抵抗値を下げるこ
とができる。従って、本発明ではさらに、３００オング
ストローム以下に設定することが好ましい。また、該ｐ
側コンタクト層の膜厚の下限は、該ｐ型コンタクト層の
下の半導体層を露出させないように、１０オングストロ
ーム以上に設定することが好ましい。
【００１３】本発明の第２〜第３の窒化物半導体素子
が、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ電極を形成する
ための単層のｐ側コンタクト層を備えている場合には、
前記超格子層が、前記活性層と前記ｐ側コンタクト層と
の間に形成されることが好ましい。
が、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ電極を形成する
ための単層のｐ側コンタクト層を備えている場合には、
前記超格子層が、前記活性層と前記ｐ側コンタクト層と
の間に形成されることが好ましい。
【００１４】また、本発明の第１〜第４の窒化物半導体
素子はさらに、基板上に第１のバッファ層を介して形成
された、膜厚０．１μｍ以上の窒化物半導体からなる第
２のバッファ層と、該第２のバッファ層上に形成され
た、ｎ型不純物がドープされた窒化物半導体からなるｎ
側コンタクト層を有し、該ｎ側コンタクト層にｎ電極が
形成されることが好ましい。これによって、キャリア濃
度が大きく結晶性のよいｎ側コンタクト層を形成するこ
とができる。さらに結晶性のよい、前期第２バッファ層
を形成するために、前記第２のバッファ層の不純物濃度
が、前記ｎ側コンタクト層に比較して低濃度であること
が好ましい。
素子はさらに、基板上に第１のバッファ層を介して形成
された、膜厚０．１μｍ以上の窒化物半導体からなる第
２のバッファ層と、該第２のバッファ層上に形成され
た、ｎ型不純物がドープされた窒化物半導体からなるｎ
側コンタクト層を有し、該ｎ側コンタクト層にｎ電極が
形成されることが好ましい。これによって、キャリア濃
度が大きく結晶性のよいｎ側コンタクト層を形成するこ
とができる。さらに結晶性のよい、前期第２バッファ層
を形成するために、前記第２のバッファ層の不純物濃度
が、前記ｎ側コンタクト層に比較して低濃度であること
が好ましい。
【００１５】また、上記窒化物半導体素子において、前
記第１のバッフア層、及び前記第２のバッファ層の内の
少なくとも一方は、膜厚１００オングストローム以下の
互いに組成が異なる窒化物半導体層が積層された超格子
層よりなることが好ましい。
記第１のバッフア層、及び前記第２のバッファ層の内の
少なくとも一方は、膜厚１００オングストローム以下の
互いに組成が異なる窒化物半導体層が積層された超格子
層よりなることが好ましい。
【００１６】また、本発明の第１，３，４の窒化物半導
体素子が、前記ｎ型窒化物半導体層として、ｎ電極を形
成するための単層のｎ側コンタクト層を備えている場合
には、前記超格子層が、前記活性層と前記ｎ側コンタク
ト層との間に形成されることが好ましい。前記活性層と
前記ｐ側コンタクト層との間、又は前記活性層と前記ｎ
側コンタクト層との間に形成される層は、例えば、ＬＤ
素子では、キャリア閉じ込め層、光ガイド層として作用
するクラッド層であり、これらの層に適用することによ
り、閾値電流、電圧を顕著に低下させることができる。
特に、活性層と前記ｐ型コンタクト層との間にある例え
ば、ｐ型のクラッド層に適用することによる閾値電流、
電圧を低げる効果は大きい。
体素子が、前記ｎ型窒化物半導体層として、ｎ電極を形
成するための単層のｎ側コンタクト層を備えている場合
には、前記超格子層が、前記活性層と前記ｎ側コンタク
ト層との間に形成されることが好ましい。前記活性層と
前記ｐ側コンタクト層との間、又は前記活性層と前記ｎ
側コンタクト層との間に形成される層は、例えば、ＬＤ
素子では、キャリア閉じ込め層、光ガイド層として作用
するクラッド層であり、これらの層に適用することによ
り、閾値電流、電圧を顕著に低下させることができる。
特に、活性層と前記ｐ型コンタクト層との間にある例え
ば、ｐ型のクラッド層に適用することによる閾値電流、
電圧を低げる効果は大きい。
【００１７】また、本発明の第１〜第４の窒化物半導体
素子においては、前記第１の層及び第２の層の内の少な
くとも一方には、導電型を決定する不純物がドープされ
ていることが好ましく、さらに、超格子層内において第
１の層と第２の層で不純物濃度が異なることが好まし
い。なお、導電型を決定する不純物とは、窒化物半導体
にドープされる周期律表第４Ａ族、４Ｂ族、第６Ａ族、
第６Ｂ族に属するｎ型不純物、及び１Ａ、１Ｂ族、２Ａ
族、２Ｂ族に属するｐ型不純物を指す（以下、本明細書
において、適宜ｎ型不純物、ｐ型不純物と記する。）。
さらに、第１の層と第２の層とでバンドギャップエネル
ギーが異なる場合には、バンドギャップエネルギーの大
きい方の層の不純物濃度を大きくすることが望ましい。
これによって、ｐ型窒化物半導体層側に超格子層を形成
した場合の変調ドープによる高出力化が期待できる。
素子においては、前記第１の層及び第２の層の内の少な
くとも一方には、導電型を決定する不純物がドープされ
ていることが好ましく、さらに、超格子層内において第
１の層と第２の層で不純物濃度が異なることが好まし
い。なお、導電型を決定する不純物とは、窒化物半導体
にドープされる周期律表第４Ａ族、４Ｂ族、第６Ａ族、
第６Ｂ族に属するｎ型不純物、及び１Ａ、１Ｂ族、２Ａ
族、２Ｂ族に属するｐ型不純物を指す（以下、本明細書
において、適宜ｎ型不純物、ｐ型不純物と記する。）。
さらに、第１の層と第２の層とでバンドギャップエネル
ギーが異なる場合には、バンドギャップエネルギーの大
きい方の層の不純物濃度を大きくすることが望ましい。
これによって、ｐ型窒化物半導体層側に超格子層を形成
した場合の変調ドープによる高出力化が期待できる。
【００１８】本発明の第２の窒化物半導体素子におい
て、前記超格子層は、ｎ電極が接するｎ側コンタクト層
として形成したものであり、この場合特に、超格子層を
構成する第１の層と第２の層とでバンドギャップエネル
ギーが互いに異なり、バンドギャップエネルギーの大き
い方の層の不純物濃度を大きくすることにより、後述す
るＨＥＭＴに類似したような効果により電力効率を向上
させることができる。例えば、レーザ素子では、さらに
閾値電圧、閾値電流が低下する傾向にある。
て、前記超格子層は、ｎ電極が接するｎ側コンタクト層
として形成したものであり、この場合特に、超格子層を
構成する第１の層と第２の層とでバンドギャップエネル
ギーが互いに異なり、バンドギャップエネルギーの大き
い方の層の不純物濃度を大きくすることにより、後述す
るＨＥＭＴに類似したような効果により電力効率を向上
させることができる。例えば、レーザ素子では、さらに
閾値電圧、閾値電流が低下する傾向にある。
【００１９】本発明は、ｎ側クラッド層を含むｎ型窒化
物半導体層と、ｐ側クラッド層を含むｐ型窒化物半導体
層との間に活性層を備え、該活性層においてレーザ発振
する窒化物半導体素子にも適用でき、これによって、該
窒化物半導体素子は、レーザ発振時の閾値電流及び閾値
電圧を低くすることができる。また、本発明に係るレー
ザ発振させる窒化物半導体素子では、前記ｐ側クラッド
層及び該ｐ側クラッド層より上に形成されている層にお
いて、共振方向に峰状のリッジ部が形成されることが好
ましい。
物半導体層と、ｐ側クラッド層を含むｐ型窒化物半導体
層との間に活性層を備え、該活性層においてレーザ発振
する窒化物半導体素子にも適用でき、これによって、該
窒化物半導体素子は、レーザ発振時の閾値電流及び閾値
電圧を低くすることができる。また、本発明に係るレー
ザ発振させる窒化物半導体素子では、前記ｐ側クラッド
層及び該ｐ側クラッド層より上に形成されている層にお
いて、共振方向に峰状のリッジ部が形成されることが好
ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態の窒化物半導体素子について説明する。 実施形態１．図１は、本発明に係る実施形態１の窒化物
半導体素子の構造を示す模式的な断面図であり、該窒化
物半導体素子は、基本的な構造として、サファイアより
なる基板１の上に、ＧａＮよりなるバッファ層２、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層３、単一量
子井戸構造のＩｎＧａＮよりなる活性層４、互いに組成
の異なる第１の層と第２の層とが積層された超格子層よ
りなるｐ側クラッド層５、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ
側コンタクト層６とが順に積層されているＬＥＤ素子で
ある。なお、実施形態１の窒化物半導体素子において、
ｐ側コンタクト層６表面のほぼ全面には、透光性の全面
電極７が形成され、全面電極７の表面にはボンディング
用のｐ電極８が設けられており、さらにｐ側コンタクト
層６より窒化物半導体層の一部をエッチング除去して露
出されたｎ側コンタクト層２の表面にはｎ電極９が設け
られている。
る実施の形態の窒化物半導体素子について説明する。 実施形態１．図１は、本発明に係る実施形態１の窒化物
半導体素子の構造を示す模式的な断面図であり、該窒化
物半導体素子は、基本的な構造として、サファイアより
なる基板１の上に、ＧａＮよりなるバッファ層２、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層３、単一量
子井戸構造のＩｎＧａＮよりなる活性層４、互いに組成
の異なる第１の層と第２の層とが積層された超格子層よ
りなるｐ側クラッド層５、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ
側コンタクト層６とが順に積層されているＬＥＤ素子で
ある。なお、実施形態１の窒化物半導体素子において、
ｐ側コンタクト層６表面のほぼ全面には、透光性の全面
電極７が形成され、全面電極７の表面にはボンディング
用のｐ電極８が設けられており、さらにｐ側コンタクト
層６より窒化物半導体層の一部をエッチング除去して露
出されたｎ側コンタクト層２の表面にはｎ電極９が設け
られている。
【００２１】ここで、実施形態１の窒化物半導体素子
は、例えばｐ型不純物としてＭｇをドープしたＩｎＸＧ
ａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）よりなる膜厚３０オングスト
ロームの第１の層と、同じくｐ型不純物としてＭｇを第
１の層と同量でドープしたｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０
≦Ｙ≦１）よりなる膜厚３０オングストロームの第２の
層とが積層された超格子層で構成された低い抵抗値を有
するｐ側クラッド層５を備えているので、Ｖｆを低くで
きる。このように超格子層をｐ層側に形成する場合は、
Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ等のｐ型不純物を第１の層、及
び／又は第２の層にドープしてｐ型の導電型を有する超
格子層とする。積層順としては、第１＋第２＋第１・・
・、若しくは第２＋第１＋第２・・・の順でも良く、少
なくとも合計２層以上積層する。
は、例えばｐ型不純物としてＭｇをドープしたＩｎＸＧ
ａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）よりなる膜厚３０オングスト
ロームの第１の層と、同じくｐ型不純物としてＭｇを第
１の層と同量でドープしたｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０
≦Ｙ≦１）よりなる膜厚３０オングストロームの第２の
層とが積層された超格子層で構成された低い抵抗値を有
するｐ側クラッド層５を備えているので、Ｖｆを低くで
きる。このように超格子層をｐ層側に形成する場合は、
Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ等のｐ型不純物を第１の層、及
び／又は第２の層にドープしてｐ型の導電型を有する超
格子層とする。積層順としては、第１＋第２＋第１・・
・、若しくは第２＋第１＋第２・・・の順でも良く、少
なくとも合計２層以上積層する。
【００２２】尚、超格子層を構成する窒化物半導体より
なる第１の層及び第２の層は、Ｉｎ ＸＧａ１−ＸＮ（０
≦Ｘ≦１）よりなる層及びＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ
≦１）よりなる層に限定されるわけではなく、互いに組
成が異なる窒化物半導体で構成されていれば良い。ま
た、第１の層と第２の層とのバンドギャップエネルギー
が異なっていても、同一でもかまわない。例えば、第１
の層をＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）で構成し、第
２の層をＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１）で構成する
と、第２の層のバンドギャップエネルギーが必ず第１の
層よりも大きくなるが、第１の層をＩｎＸＧａ１−ＸＮ
（０≦Ｘ≦１）で構成し、第２の層をＩｎ ＺＡｌ１−Ｚ
Ｎ（０＜Ｚ≦１）で構成すれば、第１の層と第２の層と
は組成が異なるがバンドギャップエネルギーが同一の場
合もあり得る。また第１の層をＡｌ ＹＧａ１−ＹＮ（０
≦Ｙ≦１）で構成し、第２の層をＩｎＺＡｌ１−ＺＮ
（０＜Ｚ≦１）で構成すれば、同様に第１の層と第２の
層とは組成が異なるがバンドギャップエネルギーが同一
の場合もあり得る。すなわち、本発明は、後述する作用
を有する超格子層であれば、第１の層と第２の層のバン
ドギャップエネルギーが同じであっても、異なっていて
も良い。以上のように、ここで言う超格子層とは、組成
の異なる極めて薄い層が積層されたものであって、各層
の厚さが十分薄いために、格子不整に伴う欠陥が発生す
ることなく積層された層のことをいい、量子井戸構造を
含む広い概念である。また、この超格子層は、内部に欠
陥は有しないが、通常、格子不整に伴う歪みを有するの
で歪み超格子とも呼ばれる。本発明において、第１の
層、第２の層のＮ（窒素）を一部Ａｓ、Ｐ等のV族元素
で置換してもＮが存在している限り窒化物半導体に含ま
れる。
なる第１の層及び第２の層は、Ｉｎ ＸＧａ１−ＸＮ（０
≦Ｘ≦１）よりなる層及びＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ
≦１）よりなる層に限定されるわけではなく、互いに組
成が異なる窒化物半導体で構成されていれば良い。ま
た、第１の層と第２の層とのバンドギャップエネルギー
が異なっていても、同一でもかまわない。例えば、第１
の層をＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）で構成し、第
２の層をＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１）で構成する
と、第２の層のバンドギャップエネルギーが必ず第１の
層よりも大きくなるが、第１の層をＩｎＸＧａ１−ＸＮ
（０≦Ｘ≦１）で構成し、第２の層をＩｎ ＺＡｌ１−Ｚ
Ｎ（０＜Ｚ≦１）で構成すれば、第１の層と第２の層と
は組成が異なるがバンドギャップエネルギーが同一の場
合もあり得る。また第１の層をＡｌ ＹＧａ１−ＹＮ（０
≦Ｙ≦１）で構成し、第２の層をＩｎＺＡｌ１−ＺＮ
（０＜Ｚ≦１）で構成すれば、同様に第１の層と第２の
層とは組成が異なるがバンドギャップエネルギーが同一
の場合もあり得る。すなわち、本発明は、後述する作用
を有する超格子層であれば、第１の層と第２の層のバン
ドギャップエネルギーが同じであっても、異なっていて
も良い。以上のように、ここで言う超格子層とは、組成
の異なる極めて薄い層が積層されたものであって、各層
の厚さが十分薄いために、格子不整に伴う欠陥が発生す
ることなく積層された層のことをいい、量子井戸構造を
含む広い概念である。また、この超格子層は、内部に欠
陥は有しないが、通常、格子不整に伴う歪みを有するの
で歪み超格子とも呼ばれる。本発明において、第１の
層、第２の層のＮ（窒素）を一部Ａｓ、Ｐ等のV族元素
で置換してもＮが存在している限り窒化物半導体に含ま
れる。
【００２３】本発明において、超格子層を構成する第１
の層、第２の層の膜厚は、１００オングストロームより
も厚いと、第１の層及び第２の層が弾性歪み限界以上の
膜厚となり、該膜中に微少なクラック、あるいは結晶欠
陥が入りやすくなるので、１００オングストローム以下
の膜厚に設定することが好ましい。また、第１の層、第
２の層の膜厚の下限は特に限定されず１原子層以上であ
ればよい。しかしながら、本発明では、第１の層、第２
の層の膜厚は、１００オングストロームであると窒化物
半導体の臨界（弾性歪み）限界膜厚に十分に達しておら
ず、弾性歪み限界膜厚以下にして窒化物半導体の結晶欠
陥をより少なくするため７０オングストローム以下に設
定することが好ましく、さらに好ましくはより薄く設定
し、４０オングストローム〜１０オングストロームに設
定することが最も好ましい。また、本発明では、１０オ
ングストローム以下（１原子層又は２原子層）に設定し
てもよいが、１０オングストローム以下に設定すると、
例えば、５００オングストローム以上の膜厚のクラッド
層を超格子層で形成する場合、積層数が多くなるり、製
造工程上、形成時間及び手間がかかるので、第１の層、
第２の層の膜厚は、１０オングストロームより厚く設定
することが好ましい。
の層、第２の層の膜厚は、１００オングストロームより
も厚いと、第１の層及び第２の層が弾性歪み限界以上の
膜厚となり、該膜中に微少なクラック、あるいは結晶欠
陥が入りやすくなるので、１００オングストローム以下
の膜厚に設定することが好ましい。また、第１の層、第
２の層の膜厚の下限は特に限定されず１原子層以上であ
ればよい。しかしながら、本発明では、第１の層、第２
の層の膜厚は、１００オングストロームであると窒化物
半導体の臨界（弾性歪み）限界膜厚に十分に達しておら
ず、弾性歪み限界膜厚以下にして窒化物半導体の結晶欠
陥をより少なくするため７０オングストローム以下に設
定することが好ましく、さらに好ましくはより薄く設定
し、４０オングストローム〜１０オングストロームに設
定することが最も好ましい。また、本発明では、１０オ
ングストローム以下（１原子層又は２原子層）に設定し
てもよいが、１０オングストローム以下に設定すると、
例えば、５００オングストローム以上の膜厚のクラッド
層を超格子層で形成する場合、積層数が多くなるり、製
造工程上、形成時間及び手間がかかるので、第１の層、
第２の層の膜厚は、１０オングストロームより厚く設定
することが好ましい。
【００２４】図１に示す本実施形態１の窒化物半導体素
子の場合、超格子層よりなるｐ型クラッド層５は、活性
層４と電流注入層であるｐ側コンタクト層６との間に形
成されて、キャリア閉じ込め層として作用している。こ
のように、特に超格子層をキャリア閉じ込め層とする場
合には、超格子層の平均バンドギャップエネルギーを活
性層よりも大きくする必要がある。窒化物半導体では、
ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ等のＡｌを含む窒化物
半導体が、比較的大きなバンドギャップエネルギーを有
するので、キャリア閉じ込め層としてこれらの層が用い
られる。しかし、従来のようにＡｌＧａＮ単一で厚膜を
成長させると結晶成長中にクラックが入りやすい性質を
有している。
子の場合、超格子層よりなるｐ型クラッド層５は、活性
層４と電流注入層であるｐ側コンタクト層６との間に形
成されて、キャリア閉じ込め層として作用している。こ
のように、特に超格子層をキャリア閉じ込め層とする場
合には、超格子層の平均バンドギャップエネルギーを活
性層よりも大きくする必要がある。窒化物半導体では、
ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ等のＡｌを含む窒化物
半導体が、比較的大きなバンドギャップエネルギーを有
するので、キャリア閉じ込め層としてこれらの層が用い
られる。しかし、従来のようにＡｌＧａＮ単一で厚膜を
成長させると結晶成長中にクラックが入りやすい性質を
有している。
【００２５】そこで、本発明では、超格子層の第１の
層、及び第２の層の内の少なくとも一方を少なくともＡ
ｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＹＧａ１−ＹＮ
（０＜Ｙ≦１）を弾性歪み限界以下の膜厚で形成して超
格子層を構成することにより、クラックの少ない非常に
結晶性の良い超格子層を成長形成させ、しかもバンドギ
ャップエネルギーが大きな層を形成している。この場合
さらに好ましくは、第１の層にＡｌを含まない窒化物半
導体層を１００オングストローム以下の膜厚で成長させ
ると、Ａｌを含む窒化物半導体よりなる第２の層を成長
させる際のバッファ層としても作用し、第２の層にクラ
ックを入りにくくする。そのため第１の層と第２の層と
を積層してもクラックのない結晶性のよい超格子層を形
成できる。従って、本実施形態１では、超格子層をＩｎ
ＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）からなる第１の層（第２
の層）とＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦１、Ｘ≠Ｙ＝
０）からなる第２の層（第１の層）とすることが好まし
い。
層、及び第２の層の内の少なくとも一方を少なくともＡ
ｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＹＧａ１−ＹＮ
（０＜Ｙ≦１）を弾性歪み限界以下の膜厚で形成して超
格子層を構成することにより、クラックの少ない非常に
結晶性の良い超格子層を成長形成させ、しかもバンドギ
ャップエネルギーが大きな層を形成している。この場合
さらに好ましくは、第１の層にＡｌを含まない窒化物半
導体層を１００オングストローム以下の膜厚で成長させ
ると、Ａｌを含む窒化物半導体よりなる第２の層を成長
させる際のバッファ層としても作用し、第２の層にクラ
ックを入りにくくする。そのため第１の層と第２の層と
を積層してもクラックのない結晶性のよい超格子層を形
成できる。従って、本実施形態１では、超格子層をＩｎ
ＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）からなる第１の層（第２
の層）とＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦１、Ｘ≠Ｙ＝
０）からなる第２の層（第１の層）とすることが好まし
い。
【００２６】また、本実施形態１の窒化物半導体素子に
おいて、超格子層であるｐ側クラッド層５を構成する第
１の層及び第２の層の内の少なくとも一方の層には、キ
ャリア濃度を調整するために、該層の導電型をｐ型に設
定するｐ型の不純物がドープされることが好ましい。ま
た、第１の層と第２の層とにｐ型の不純物をドープする
場合、第１の層と第２の層とで異なる濃度でドープても
よく、さらに、第１の層と第２の層とのバンドギャップ
エネルギーが異なる場合には、バンドギャップエネルギ
ーが大きな層の方を高濃度とすることが望ましい。なぜ
なら、第１の層、第２の層にそれぞれ異なる濃度で不純
物をドープすると、変調ドーピングによる量子効果によ
って、一方の層のキャリア濃度が実質的に高くなり超格
子層全体の抵抗値を低下させることができるからであ
る。このように、本発明では、第１の層と、第２の層の
両方に不純物を異なる濃度でそれぞれドープしても良い
し、第１の層、第２の層のいずれか一方に不純物をドー
プしても良い。
おいて、超格子層であるｐ側クラッド層５を構成する第
１の層及び第２の層の内の少なくとも一方の層には、キ
ャリア濃度を調整するために、該層の導電型をｐ型に設
定するｐ型の不純物がドープされることが好ましい。ま
た、第１の層と第２の層とにｐ型の不純物をドープする
場合、第１の層と第２の層とで異なる濃度でドープても
よく、さらに、第１の層と第２の層とのバンドギャップ
エネルギーが異なる場合には、バンドギャップエネルギ
ーが大きな層の方を高濃度とすることが望ましい。なぜ
なら、第１の層、第２の層にそれぞれ異なる濃度で不純
物をドープすると、変調ドーピングによる量子効果によ
って、一方の層のキャリア濃度が実質的に高くなり超格
子層全体の抵抗値を低下させることができるからであ
る。このように、本発明では、第１の層と、第２の層の
両方に不純物を異なる濃度でそれぞれドープしても良い
し、第１の層、第２の層のいずれか一方に不純物をドー
プしても良い。
【００２７】なお、第１の層及び第２の層にドープされ
る不純物濃度は、特に本発明はこれに限定されないが、
ｐ型不純物で通常、１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０
２２／ｃｍ３、さらに好ましくは１×１０１７／ｃｍ３
〜１×１０２１／ｃｍ３、最も好ましくは１×１０１８
／ｃｍ３〜２×１０２０／ｃｍ３の範囲に調整すること
が望ましい。１×１０１６／ｃｍ３よりも少ないとＶ
ｆ、閾値電圧を低下させる効果が得られにくく、１×１
０２２／ｃｍ３よりも多いと超格子層の結晶性が悪くな
る傾向にあるからである。またｎ型不純物も同様の範囲
に調整することが望ましい。理由は同じである。
る不純物濃度は、特に本発明はこれに限定されないが、
ｐ型不純物で通常、１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０
２２／ｃｍ３、さらに好ましくは１×１０１７／ｃｍ３
〜１×１０２１／ｃｍ３、最も好ましくは１×１０１８
／ｃｍ３〜２×１０２０／ｃｍ３の範囲に調整すること
が望ましい。１×１０１６／ｃｍ３よりも少ないとＶ
ｆ、閾値電圧を低下させる効果が得られにくく、１×１
０２２／ｃｍ３よりも多いと超格子層の結晶性が悪くな
る傾向にあるからである。またｎ型不純物も同様の範囲
に調整することが望ましい。理由は同じである。
【００２８】しかしながら、本発明では、超格子層に
は、第１の層及び第２の層に導電型を決定する不純物が
ドープされていなくてもよい。この不純物がドープされ
ない超格子層は、ｎ型窒化物半導体層領域であれば活性
層と基板との間におけるいずれの層であってもよく、一
方、ｐ型窒化物半導体層領域であれば、キャリア閉じ込
め層（光閉じ込め層）と、活性層との間におけるいずれ
の層であってもよい。
は、第１の層及び第２の層に導電型を決定する不純物が
ドープされていなくてもよい。この不純物がドープされ
ない超格子層は、ｎ型窒化物半導体層領域であれば活性
層と基板との間におけるいずれの層であってもよく、一
方、ｐ型窒化物半導体層領域であれば、キャリア閉じ込
め層（光閉じ込め層）と、活性層との間におけるいずれ
の層であってもよい。
【００２９】以上のように構成された超格子層は、第１
の層、及び第２の層を弾性歪み限界以下の膜厚にして積
層して形成しているので、結晶の格子欠陥を低下させる
ことができ、かつ微少なクラックを減少させることがで
き、結晶性を飛躍的に良くすることができる。この結
果、結晶性をあまり損なうことなく、不純物のドープ量
を多くでき、これによって、ｎ型窒化物半導体層、ｐ型
窒化物半導体層のキャリア濃度を増加させることがで
き、かつ該キャリアが結晶欠陥によって散乱されること
なく移動できるので、超格子構造を有しないｐ型又はｎ
型の窒化物半導体に比較して抵抗率を１桁以上低くする
ことができる。
の層、及び第２の層を弾性歪み限界以下の膜厚にして積
層して形成しているので、結晶の格子欠陥を低下させる
ことができ、かつ微少なクラックを減少させることがで
き、結晶性を飛躍的に良くすることができる。この結
果、結晶性をあまり損なうことなく、不純物のドープ量
を多くでき、これによって、ｎ型窒化物半導体層、ｐ型
窒化物半導体層のキャリア濃度を増加させることがで
き、かつ該キャリアが結晶欠陥によって散乱されること
なく移動できるので、超格子構造を有しないｐ型又はｎ
型の窒化物半導体に比較して抵抗率を１桁以上低くする
ことができる。
【００３０】従って、本実施形態１の窒化物半導体素子
（ＬＥＤ素子）では、従来、低抵抗な窒化物半導体層を
得ることが困難であったｐ層側（ｐ型半導体層領域（ｐ
型クラッド層５とｐ型コンタクト層６とからなる領
域））のｐ型クラッド層５を超格子層を用いて形成し
て、該ｐ型クラッド層５の抵抗値を低くすることによ
り、Ｖｆを低くすることができる。つまり、ｐ型窒化物
半導体は、ｐ型結晶が非常に得られにくい半導体であ
り、得られたとしても、ｎ型窒化物半導体に比べて、通
常抵抗率が２桁以上高い。そのためｐ型の超格子層をｐ
層側に形成することにより、超格子層で構成されたｐ型
層を極めて低抵抗にすることができ、Ｖｆの低下が顕著
に現れる。従来、ｐ型結晶を得るため技術として、ｐ型
不純物をドープした窒化物半導体層をアニーリングし
て、水素を除去することによりｐ型の窒化物半導体を作
製する技術が知られている（特許第２５４０７９１
号）。しかし、ｐ型の窒化物半導体が得られたといって
もその抵抗率は、数Ω・ｃｍ以上もある。そこで、この
ｐ型層をｐ型の超格子層とすることにより結晶性が良く
なり、我々の検討によると、該ｐ層の抵抗率を従来に比
較して、１桁以上低くすることができ、Ｖｆの低下させ
る効果が顕著に現れる。
（ＬＥＤ素子）では、従来、低抵抗な窒化物半導体層を
得ることが困難であったｐ層側（ｐ型半導体層領域（ｐ
型クラッド層５とｐ型コンタクト層６とからなる領
域））のｐ型クラッド層５を超格子層を用いて形成し
て、該ｐ型クラッド層５の抵抗値を低くすることによ
り、Ｖｆを低くすることができる。つまり、ｐ型窒化物
半導体は、ｐ型結晶が非常に得られにくい半導体であ
り、得られたとしても、ｎ型窒化物半導体に比べて、通
常抵抗率が２桁以上高い。そのためｐ型の超格子層をｐ
層側に形成することにより、超格子層で構成されたｐ型
層を極めて低抵抗にすることができ、Ｖｆの低下が顕著
に現れる。従来、ｐ型結晶を得るため技術として、ｐ型
不純物をドープした窒化物半導体層をアニーリングし
て、水素を除去することによりｐ型の窒化物半導体を作
製する技術が知られている（特許第２５４０７９１
号）。しかし、ｐ型の窒化物半導体が得られたといって
もその抵抗率は、数Ω・ｃｍ以上もある。そこで、この
ｐ型層をｐ型の超格子層とすることにより結晶性が良く
なり、我々の検討によると、該ｐ層の抵抗率を従来に比
較して、１桁以上低くすることができ、Ｖｆの低下させ
る効果が顕著に現れる。
【００３１】また、本実施形態１では、前記のように好
ましくは第１の層（第２の層）をＩｎＸＧａ１−ＸＮ
（０≦Ｘ≦１）とし、第２の層（第１の層）をＡｌＹＧ
ａ１− ＹＮ（０≦Ｙ≦１、Ｘ≠Ｙ＝０）で構成すること
により、結晶性のよいクラックのない超格子層を形成す
ることができるので、素子寿命を向上させることができ
る。
ましくは第１の層（第２の層）をＩｎＸＧａ１−ＸＮ
（０≦Ｘ≦１）とし、第２の層（第１の層）をＡｌＹＧ
ａ１− ＹＮ（０≦Ｙ≦１、Ｘ≠Ｙ＝０）で構成すること
により、結晶性のよいクラックのない超格子層を形成す
ることができるので、素子寿命を向上させることができ
る。
【００３２】次に、我々が以前に出願した特許公報を含
む公知文献に開示された従来例と本発明とを比較して説
明する。まず、本発明に類似した技術として、我々は先
に特開平８−２２８０４８号を提案した。この技術は活
性層を挟むｎ型クラッド層の外側、及び／又はｐ型クラ
ッド層の外側（つまり活性層からより離れた側）にレー
ザ光の光反射膜としてＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ
等よりなる多層膜を形成する技術である。この技術は光
反射膜として多層膜を形成するので、その各層の膜厚が
λ／４ｎ（ｎ:窒化物半導体の屈折率、λ：波長）で設
計されるため非常に厚い。従って多層膜の各膜厚が弾性
歪み限界以下の膜厚ではない。また、ＵＳＰ ５，１４
６，４６５号には活性層をＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹ
Ｇａ１−ＹＮよりなるミラーで挟んだ構造のレーザ素子
が記載されている。この技術も前技術と同様にＡｌＧａ
Ｎ／ＡｌＧａＮをミラーとして作用させるために、各層
の膜厚を厚くしなければならない。さらにＡｌＧａＮの
ような硬い半導体をクラックなしに何層も積層すること
は非常に難しい。
む公知文献に開示された従来例と本発明とを比較して説
明する。まず、本発明に類似した技術として、我々は先
に特開平８−２２８０４８号を提案した。この技術は活
性層を挟むｎ型クラッド層の外側、及び／又はｐ型クラ
ッド層の外側（つまり活性層からより離れた側）にレー
ザ光の光反射膜としてＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ
等よりなる多層膜を形成する技術である。この技術は光
反射膜として多層膜を形成するので、その各層の膜厚が
λ／４ｎ（ｎ:窒化物半導体の屈折率、λ：波長）で設
計されるため非常に厚い。従って多層膜の各膜厚が弾性
歪み限界以下の膜厚ではない。また、ＵＳＰ ５，１４
６，４６５号には活性層をＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹ
Ｇａ１−ＹＮよりなるミラーで挟んだ構造のレーザ素子
が記載されている。この技術も前技術と同様にＡｌＧａ
Ｎ／ＡｌＧａＮをミラーとして作用させるために、各層
の膜厚を厚くしなければならない。さらにＡｌＧａＮの
ような硬い半導体をクラックなしに何層も積層すること
は非常に難しい。
【００３３】一方、本実施形態では超格子層を構成する
ように第１と第２の層の各膜厚を、設定（好ましくは、
両方とも１００オングストローム以下と臨界膜厚以下に
設定する。）しており、前記技術とは異なる。本発明で
は超格子層を構成する窒化物半導体の歪み超格子による
効果を利用し、結晶性を向上させて、Ｖｆを低下させて
いる。
ように第１と第２の層の各膜厚を、設定（好ましくは、
両方とも１００オングストローム以下と臨界膜厚以下に
設定する。）しており、前記技術とは異なる。本発明で
は超格子層を構成する窒化物半導体の歪み超格子による
効果を利用し、結晶性を向上させて、Ｖｆを低下させて
いる。
【００３４】さらに、特開平５−１１０１３８、特開平
５−１１０１３９号公報には薄膜のＡｌＮとＧａＮとを
積層してＡｌＹＧａ１−ＹＮの結晶を得る方法が記載さ
れている。この技術は、所定の混晶比のＡｌＹＧａ
１−ＹＮの混晶を得るために、数十オングストロームの
膜厚のＡｌＮ、ＧａＮを積層する技術であって本発明の
技術とは異なる。しかもＩｎＧａＮよりなる活性層を有
していないので、超格子層にクラックが入りやすい。ま
た、特開平６−２１５１１号、６−２６８２５７号公報
ではＧａＮとＩｎＧａＮ、若しくはＩｎＧａＮとＩｎＧ
ａＮとを積層した多重量子井戸構造の活性層を有するダ
ブルへテロ構造の発光素子が記載されている。本発明で
は活性層以外の層を多重量子井戸構造とする技術であ
り、この技術とも異なる。
５−１１０１３９号公報には薄膜のＡｌＮとＧａＮとを
積層してＡｌＹＧａ１−ＹＮの結晶を得る方法が記載さ
れている。この技術は、所定の混晶比のＡｌＹＧａ
１−ＹＮの混晶を得るために、数十オングストロームの
膜厚のＡｌＮ、ＧａＮを積層する技術であって本発明の
技術とは異なる。しかもＩｎＧａＮよりなる活性層を有
していないので、超格子層にクラックが入りやすい。ま
た、特開平６−２１５１１号、６−２６８２５７号公報
ではＧａＮとＩｎＧａＮ、若しくはＩｎＧａＮとＩｎＧ
ａＮとを積層した多重量子井戸構造の活性層を有するダ
ブルへテロ構造の発光素子が記載されている。本発明で
は活性層以外の層を多重量子井戸構造とする技術であ
り、この技術とも異なる。
【００３５】さらに本発明の素子ではＩｎＧａＮのよう
な、少なくともインジウムを含む窒化物半導体を活性層
に備える場合に、超格子の効果が顕著に現れる。ＩｎＧ
ａＮ活性層はバンドギャップエネルギーが小さく窒化物
半導体素子の活性層としては最も適している。そのため
ＩｎＸＧａ１−ＸＮと、ＡｌＹＧａ１−ＹＮよりなる超
格子層を、活性層を挟設する層として形成すると、活性
層とバンドギャップエネルギー差、屈折率差を大きくで
きるため、該超格子層がレーザ素子を実現する際に非常
に優れた光閉じ込め層として動作する（実施形態２の窒
化物半導体素子に適用）。さらにＩｎＧａＮは結晶の性
質が他のＡｌＧａＮのようなＡｌを含む窒化物半導体に
比べて柔らかいので、ＩｎＧａＮを活性層とすると、積
層した各窒化物半導体層全体にクラックが入りにくくな
る。逆にＡｌＧａＮのような窒化物半導体を活性層とす
ると、その結晶の性質が硬いために結晶全体にクラック
が入りやすくなる傾向にある。
な、少なくともインジウムを含む窒化物半導体を活性層
に備える場合に、超格子の効果が顕著に現れる。ＩｎＧ
ａＮ活性層はバンドギャップエネルギーが小さく窒化物
半導体素子の活性層としては最も適している。そのため
ＩｎＸＧａ１−ＸＮと、ＡｌＹＧａ１−ＹＮよりなる超
格子層を、活性層を挟設する層として形成すると、活性
層とバンドギャップエネルギー差、屈折率差を大きくで
きるため、該超格子層がレーザ素子を実現する際に非常
に優れた光閉じ込め層として動作する（実施形態２の窒
化物半導体素子に適用）。さらにＩｎＧａＮは結晶の性
質が他のＡｌＧａＮのようなＡｌを含む窒化物半導体に
比べて柔らかいので、ＩｎＧａＮを活性層とすると、積
層した各窒化物半導体層全体にクラックが入りにくくな
る。逆にＡｌＧａＮのような窒化物半導体を活性層とす
ると、その結晶の性質が硬いために結晶全体にクラック
が入りやすくなる傾向にある。
【００３６】さらにｐ側コンタクト層の膜厚を５００オ
ングストローム以下、さらに好ましくは３００オングス
トローム以下、最も好ましくは２００オングストローム
以下に調整することが望ましい。なぜなら、上述したよ
うに抵抗率が数Ω・cm以上もあるｐ型窒化物半導体層の
膜厚を５００オングストローム以下に調整することによ
り、さらに抵抗率を低げることができるため、閾値での
電流、電圧が低下する。またｐ型層から除去される水素
の量を多くすることができ、さらに抵抗率を低下させる
ことができる。
ングストローム以下、さらに好ましくは３００オングス
トローム以下、最も好ましくは２００オングストローム
以下に調整することが望ましい。なぜなら、上述したよ
うに抵抗率が数Ω・cm以上もあるｐ型窒化物半導体層の
膜厚を５００オングストローム以下に調整することによ
り、さらに抵抗率を低げることができるため、閾値での
電流、電圧が低下する。またｐ型層から除去される水素
の量を多くすることができ、さらに抵抗率を低下させる
ことができる。
【００３７】以上、詳述したように、本実施の形態１の
窒化物半導体素子では、ｐ型クラッド層５を第１の層と
第２の層とが積層された超格子層で構成しているので、
該ｐ型クラッド層５を極めて低抵抗にでき、該素子のＶ
ｆを低くできる。
窒化物半導体素子では、ｐ型クラッド層５を第１の層と
第２の層とが積層された超格子層で構成しているので、
該ｐ型クラッド層５を極めて低抵抗にでき、該素子のＶ
ｆを低くできる。
【００３８】以上の実施形態１では、ｐ側クラッド層５
に超格子層を用いたが、本発明はこれに限らず、ｐ側コ
ンタクト層６にｐ型の超格子層を用いてもよい。すなわ
ち、電流（正孔）が注入されるｐ側コンタクト層６も例
えばＩｎＸＧａ１−ＸＮよりなる第１の層と、ＡｌＹＧ
ａ１−ＹＮよりなる第２の層とが積層されたｐ型の超格
子層とすることもできる。ｐ型コンタクト層６を超格子
層として、第１の層のバンドギャップエネルギーが第２
の層よりも小さい場合、バンドギャップエネルギーが小
さいＩｎＸＧａ１−ＸＮよりなる第１の層を最表面にし
てｐ電極と接触する層とすることが好ましく、これによ
って、ｐ電極との接触抵抗が小さくなり好ましいオーミ
ックが得られる。これはバンドギャップエネルギーが小
さい第１の層の方が、第２の層よりもキャリア濃度の高
い窒化物半導体層が得られやすい傾向にあるからであ
る。また、本発明では、ｐ型窒化物半導体層領域に、上
述のｐ側クラッド層及びｐ側コンタクト層以外のｐ型窒
化物半導体層をさらに形成する場合は、該ｐ型窒化物半
導体層を超格子層で構成してもよい。
に超格子層を用いたが、本発明はこれに限らず、ｐ側コ
ンタクト層６にｐ型の超格子層を用いてもよい。すなわ
ち、電流（正孔）が注入されるｐ側コンタクト層６も例
えばＩｎＸＧａ１−ＸＮよりなる第１の層と、ＡｌＹＧ
ａ１−ＹＮよりなる第２の層とが積層されたｐ型の超格
子層とすることもできる。ｐ型コンタクト層６を超格子
層として、第１の層のバンドギャップエネルギーが第２
の層よりも小さい場合、バンドギャップエネルギーが小
さいＩｎＸＧａ１−ＸＮよりなる第１の層を最表面にし
てｐ電極と接触する層とすることが好ましく、これによ
って、ｐ電極との接触抵抗が小さくなり好ましいオーミ
ックが得られる。これはバンドギャップエネルギーが小
さい第１の層の方が、第２の層よりもキャリア濃度の高
い窒化物半導体層が得られやすい傾向にあるからであ
る。また、本発明では、ｐ型窒化物半導体層領域に、上
述のｐ側クラッド層及びｐ側コンタクト層以外のｐ型窒
化物半導体層をさらに形成する場合は、該ｐ型窒化物半
導体層を超格子層で構成してもよい。
【００３９】以上の実施形態１では、ｐ側クラッド層５
に超格子層を用いたが、本発明はｐ型窒化物半導体層領
域に限らず、ｎ型窒化物半導体領域のｎ側コンタクト層
３にｎ型の超格子層を用いてもよい。このように、ｎ側
コンタクト層３を超格子層とする場合は、例えば、Ｓ
ｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物を第１の層及び／又は第２の層
にドープして、ｎ型の導電型を有する超格子層を基板１
と活性層４との間にｎ型コンタクト層３として形成する
ことができる。この場合、特にｎ型コンタクト層３を不
純物濃度が異なる超格子層とすると横方向の抵抗値が低
下して、ＬＤでは閾値電圧、電流が低下する傾向にある
ことが確認された。
に超格子層を用いたが、本発明はｐ型窒化物半導体層領
域に限らず、ｎ型窒化物半導体領域のｎ側コンタクト層
３にｎ型の超格子層を用いてもよい。このように、ｎ側
コンタクト層３を超格子層とする場合は、例えば、Ｓ
ｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物を第１の層及び／又は第２の層
にドープして、ｎ型の導電型を有する超格子層を基板１
と活性層４との間にｎ型コンタクト層３として形成する
ことができる。この場合、特にｎ型コンタクト層３を不
純物濃度が異なる超格子層とすると横方向の抵抗値が低
下して、ＬＤでは閾値電圧、電流が低下する傾向にある
ことが確認された。
【００４０】これは、バンドギャップエネルギーの大き
な層の方に、多くｎ型不純物をドープした超格子層をｎ
層側のコンタクト層として形成した場合について、以下
のようなＨＥＭＴ（High-Electron-Mobility-Transisto
r）に類似した作用が出現した効果が推察される。ｎ型
不純物がドープされたバンドギャップの大きい第１の層
（第２の層）と、バンドギャップが小さいアンドープ
｛（ｕｎｄｏｐｅ）；以下、不純物がドープされていな
い状態をアンドープという｝の第２の層（第１の層）と
を積層した超格子層では、ｎ型不純物を添加した層と、
アンドープの層とのヘテロ接合界面で、バンドギャップ
エネルギーの大きな層側が空乏化し、バンドギャップエ
ネルギーの小さな層側の厚さ（１００オングストロー
ム）前後の界面に電子（二次元電子ガス）が蓄積する。
この二次元電子ガスがバンドギャップエネルギーの小さ
な層側にできるので、電子が走行するときに不純物によ
る散乱を受けないため、超格子層の電子の移動度が高く
なり、抵抗率が低下すると推察される。
な層の方に、多くｎ型不純物をドープした超格子層をｎ
層側のコンタクト層として形成した場合について、以下
のようなＨＥＭＴ（High-Electron-Mobility-Transisto
r）に類似した作用が出現した効果が推察される。ｎ型
不純物がドープされたバンドギャップの大きい第１の層
（第２の層）と、バンドギャップが小さいアンドープ
｛（ｕｎｄｏｐｅ）；以下、不純物がドープされていな
い状態をアンドープという｝の第２の層（第１の層）と
を積層した超格子層では、ｎ型不純物を添加した層と、
アンドープの層とのヘテロ接合界面で、バンドギャップ
エネルギーの大きな層側が空乏化し、バンドギャップエ
ネルギーの小さな層側の厚さ（１００オングストロー
ム）前後の界面に電子（二次元電子ガス）が蓄積する。
この二次元電子ガスがバンドギャップエネルギーの小さ
な層側にできるので、電子が走行するときに不純物によ
る散乱を受けないため、超格子層の電子の移動度が高く
なり、抵抗率が低下すると推察される。
【００４１】また、本発明において、ｎ型窒化物半導体
層領域にｎ側のクラッド層を設ける場合は、該ｎ側のク
ラッド層を超格子層としてもよい。ｎ型窒化物半導体層
領域にｎ側コンタクト層及びｎ側クラッド層以外のｎ型
窒化物半導体層を形成する場合は、該ｎ型窒化物半導体
層を超格子層としてもよい。しかし、ｎ型窒化物半導体
層領域に超格子層からなる窒化物半導体層を設ける場
合、キャリア閉じ込め層としてのｎ側クラッド層、若し
くは電流（電子）が注入されるｎ側コンタクト層３を超
格子構造とすることが望ましいことはいうまでもない。
層領域にｎ側のクラッド層を設ける場合は、該ｎ側のク
ラッド層を超格子層としてもよい。ｎ型窒化物半導体層
領域にｎ側コンタクト層及びｎ側クラッド層以外のｎ型
窒化物半導体層を形成する場合は、該ｎ型窒化物半導体
層を超格子層としてもよい。しかし、ｎ型窒化物半導体
層領域に超格子層からなる窒化物半導体層を設ける場
合、キャリア閉じ込め層としてのｎ側クラッド層、若し
くは電流（電子）が注入されるｎ側コンタクト層３を超
格子構造とすることが望ましいことはいうまでもない。
【００４２】このように、超格子層を活性層４と基板１
との間のｎ型窒化物半導体層領域にに設ける場合、超格
子層を構成する第１の層、第２の層には不純物をドープ
しなくても良い。なぜなら窒化物半導体はアンドープで
もｎ型になる性質があるからである。但し、ｎ層側に形
成する場合においても上述のように、第１の層、第２の
層にＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物をドープして、不純物濃
度の差を設ける方が望ましい。
との間のｎ型窒化物半導体層領域にに設ける場合、超格
子層を構成する第１の層、第２の層には不純物をドープ
しなくても良い。なぜなら窒化物半導体はアンドープで
もｎ型になる性質があるからである。但し、ｎ層側に形
成する場合においても上述のように、第１の層、第２の
層にＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物をドープして、不純物濃
度の差を設ける方が望ましい。
【００４３】以上のように、超格子層をｎ型窒化物半導
体層領域に形成した場合の効果は、超格子層をｐ型窒化
物半導体層領域に設けた場合と同様に、結晶性の向上が
挙げられる。詳細に説明すると、ヘテロ接合を有する窒
化物半導体素子の場合、通常ｎ型、ｐ型のキャリア閉じ
込め層は、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大
きいＡｌＧａＮで構成される。ＡｌＧａＮは結晶成長が
非常に難しく、例えば単一組成で０．５μｍ以上の膜厚
で成長させようとすると、結晶中にクラックが入りやす
くなる性質がある。しかしながら、本発明のように第１
の層と、第２の層とを弾性歪み限界以下の膜厚で積層し
て超格子層とすると、単一の第１の層、第２の層のみで
結晶性の良いものが得られるため、全体を膜厚の厚い超
格子層としても結晶性が良いままでクラッド層が成長で
きる。そのため全体の窒化物半導体の結晶性が良くなっ
てｎ型領域の移動度が大きくなるので、その超格子層を
クラッド層とした素子でＶｆが低下する。さらに、超格
子層にＳｉ、Ｇｅの不純物をドープして、超格子層をコ
ンタクト層とした場合には前記したＨＥＭＴに類似した
効果が顕著に現れてくるようになると思われ、閾値電
圧、Ｖｆをさらに低下させることができる。
体層領域に形成した場合の効果は、超格子層をｐ型窒化
物半導体層領域に設けた場合と同様に、結晶性の向上が
挙げられる。詳細に説明すると、ヘテロ接合を有する窒
化物半導体素子の場合、通常ｎ型、ｐ型のキャリア閉じ
込め層は、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大
きいＡｌＧａＮで構成される。ＡｌＧａＮは結晶成長が
非常に難しく、例えば単一組成で０．５μｍ以上の膜厚
で成長させようとすると、結晶中にクラックが入りやす
くなる性質がある。しかしながら、本発明のように第１
の層と、第２の層とを弾性歪み限界以下の膜厚で積層し
て超格子層とすると、単一の第１の層、第２の層のみで
結晶性の良いものが得られるため、全体を膜厚の厚い超
格子層としても結晶性が良いままでクラッド層が成長で
きる。そのため全体の窒化物半導体の結晶性が良くなっ
てｎ型領域の移動度が大きくなるので、その超格子層を
クラッド層とした素子でＶｆが低下する。さらに、超格
子層にＳｉ、Ｇｅの不純物をドープして、超格子層をコ
ンタクト層とした場合には前記したＨＥＭＴに類似した
効果が顕著に現れてくるようになると思われ、閾値電
圧、Ｖｆをさらに低下させることができる。
【００４４】このように、本発明において、超格子層
は、活性層を挟設するｎ型領域又はｐ型領域に形成され
るキャリア閉じ込め層としてのクラッド層、活性層の光
ガイド層、若しくは電極が接して形成される電流注入層
として用いられるため、超格子層を構成する窒化物半導
体の平均バンドギャップエネルギーが活性層よりも大き
くなるように調整することが望ましい。
は、活性層を挟設するｎ型領域又はｐ型領域に形成され
るキャリア閉じ込め層としてのクラッド層、活性層の光
ガイド層、若しくは電極が接して形成される電流注入層
として用いられるため、超格子層を構成する窒化物半導
体の平均バンドギャップエネルギーが活性層よりも大き
くなるように調整することが望ましい。
【００４５】実施形態２．次に、本発明に係る実施形態
２について説明する。図２は、本発明に係る実施形態２
の窒化物半導体素子の構造を示す模式的な断面図（レー
ザ光の共振方向に垂直な断面）であり、該窒化物半導体
素子は、例えば、Ｃ面を主面とするサファイヤ等の基板
１０上に、ｎ型窒化物半導体層領域（ｎ側コンタクト層
１２、クラック防止層１３、ｎ側クラッド層１４及びｎ
側光ガイド層１５からなる。）とｐ型窒化物半導体領域
（キャップ層１７、ｐ側光ガイド層１８、ｐ側クラッド
層１９及びｐ側コンタクト層２０からなる。）とによっ
て挟設された窒化物半導体からなる活性層１６を備えた
窒化物半導体レーザダイオード素子である。
２について説明する。図２は、本発明に係る実施形態２
の窒化物半導体素子の構造を示す模式的な断面図（レー
ザ光の共振方向に垂直な断面）であり、該窒化物半導体
素子は、例えば、Ｃ面を主面とするサファイヤ等の基板
１０上に、ｎ型窒化物半導体層領域（ｎ側コンタクト層
１２、クラック防止層１３、ｎ側クラッド層１４及びｎ
側光ガイド層１５からなる。）とｐ型窒化物半導体領域
（キャップ層１７、ｐ側光ガイド層１８、ｐ側クラッド
層１９及びｐ側コンタクト層２０からなる。）とによっ
て挟設された窒化物半導体からなる活性層１６を備えた
窒化物半導体レーザダイオード素子である。
【００４６】ここで、本実施形態２の窒化物半導体素子
は、ｎ型窒化物半導体層領域におけるｎ側クラッド層１
４を超格子層で形成し、かつｐ型窒化物半導体領域にお
けるｐ側クラッド層１９を超格子層で形成することによ
り、ＬＤ素子である窒化物半導体素子の閾値電圧を低く
設定している。以下この図２を参照して本発明に係る実
施形態２の窒化物半導体素子について詳細に説明する。
は、ｎ型窒化物半導体層領域におけるｎ側クラッド層１
４を超格子層で形成し、かつｐ型窒化物半導体領域にお
けるｐ側クラッド層１９を超格子層で形成することによ
り、ＬＤ素子である窒化物半導体素子の閾値電圧を低く
設定している。以下この図２を参照して本発明に係る実
施形態２の窒化物半導体素子について詳細に説明する。
【００４７】この実施形態２の窒化物半導体素子におい
ては、まず、基板１０上にバッファ層１１と第２のバッ
ファ層１１２を介してｎ側コンタクト層１２が形成さ
れ、さらにｎ側コンタクト層１２上に、クラック防止層
１３、ｎ側クラッド層１４及びｎ側光ガイド層１５が積
層されて、ｎ型窒化物半導体層領域が形成される。尚、
クラック防止層１３の両側に露出されたｎ側コンタクト
層１２の表面にはそれぞれ、ｎ側コンタクト層１２とオ
ーミック接触するｎ側電極２３が形成され、該ｎ側電極
２３上には、例えば、ワイヤーボンディング用のｎ側パ
ッド電極が形成される。そして、ｎ側光ガイド層１５上
に窒化物半導体からなる活性層１６が形成され、さらに
該活性層１６上に、キャップ層１７、ｐ側光ガイド層１
８、ｐ側クラッド層１９及びｐ側コンタクト層２０が積
層されてｐ型窒化物半導体層領域が形成される。さら
に、ｐ側コンタクト層２０上に該ｐ側コンタクト層２０
とオーミック接触するｐ側電極２１が形成され、該ｐ側
電極２１上には、例えば、ワイヤーボンディング用のｐ
側パッド電極が形成される。なお、ｐ側コンタクト層２
０とｐ側クラッド層１９の上部とによって、共振方向に
長く伸びた峰状のリッジ部が構成され、該リッジ部を形
成することによって、活性層１６において、光りを幅方
向（共振方向に直交する方向）に閉じ込め、リッジ部
（ストライプ状の電極）に垂直な方向で劈開された劈開
面を用いて、リッジ部の長手方向に共振する共振器を作
製してレーザ発振させる。
ては、まず、基板１０上にバッファ層１１と第２のバッ
ファ層１１２を介してｎ側コンタクト層１２が形成さ
れ、さらにｎ側コンタクト層１２上に、クラック防止層
１３、ｎ側クラッド層１４及びｎ側光ガイド層１５が積
層されて、ｎ型窒化物半導体層領域が形成される。尚、
クラック防止層１３の両側に露出されたｎ側コンタクト
層１２の表面にはそれぞれ、ｎ側コンタクト層１２とオ
ーミック接触するｎ側電極２３が形成され、該ｎ側電極
２３上には、例えば、ワイヤーボンディング用のｎ側パ
ッド電極が形成される。そして、ｎ側光ガイド層１５上
に窒化物半導体からなる活性層１６が形成され、さらに
該活性層１６上に、キャップ層１７、ｐ側光ガイド層１
８、ｐ側クラッド層１９及びｐ側コンタクト層２０が積
層されてｐ型窒化物半導体層領域が形成される。さら
に、ｐ側コンタクト層２０上に該ｐ側コンタクト層２０
とオーミック接触するｐ側電極２１が形成され、該ｐ側
電極２１上には、例えば、ワイヤーボンディング用のｐ
側パッド電極が形成される。なお、ｐ側コンタクト層２
０とｐ側クラッド層１９の上部とによって、共振方向に
長く伸びた峰状のリッジ部が構成され、該リッジ部を形
成することによって、活性層１６において、光りを幅方
向（共振方向に直交する方向）に閉じ込め、リッジ部
（ストライプ状の電極）に垂直な方向で劈開された劈開
面を用いて、リッジ部の長手方向に共振する共振器を作
製してレーザ発振させる。
【００４８】次に、実施形態２の窒化物半導体素子の各
構成要素について説明する。 （基板１０）基板１０にはＣ面を主面とするサファイア
の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、ス
ピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性の基板の他、
ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、
ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることができ
る。
構成要素について説明する。 （基板１０）基板１０にはＣ面を主面とするサファイア
の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、ス
ピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性の基板の他、
ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、
ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることができ
る。
【００４９】（バッファ層１１）バッファ層１１は、例
えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を９０
０℃以下の温度で成長させて、膜厚数十オングストロー
ム〜数百オングストロームに形成する。このバッファ層
１１は、基板と窒化物半導体との格子定数不正を緩和す
るために形成するが、窒化物半導体の成長方法、基板の
種類等によっては省略することも可能である。
えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を９０
０℃以下の温度で成長させて、膜厚数十オングストロー
ム〜数百オングストロームに形成する。このバッファ層
１１は、基板と窒化物半導体との格子定数不正を緩和す
るために形成するが、窒化物半導体の成長方法、基板の
種類等によっては省略することも可能である。
【００５０】（第２のバッファ層１１２）第２のバッフ
ァ層１１２は、前記バッファ層１１の上に、前記バッフ
ァ層よりも高温で成長させた単結晶の窒化物半導体より
なる層であり、バッファ層１１よりも厚膜を有する。こ
の第２のバッファ層１１２は次に成長させるｎ側コンタ
クト層１２よりもｎ型不純物濃度が少ない層とするか、
若しくはｎ型不純物をドープしない窒化物半導体層、好
ましくはＧａＮ層とすると、第２のバッファ層１１２の
結晶性が良くなる。最も好ましくはｎ型不純物をアンド
ープのＧａＮとすると最も結晶性が良い窒化物半導体が
得られる。従来のように負電極を形成するｎ側コンタク
ト層を数μｍ以上の膜厚で、高キャリア濃度の単一の窒
化物半導体層で構成しようとすると、ｎ型不純物濃度の
大きい層を成長させる必要がある。不純物濃度の大きい
厚膜の層は結晶性が悪くなる傾向にある。このため結晶
性の悪い層の上に、活性層等の他の窒化物半導体を成長
させても、結晶欠陥を他の層が引き継ぐことになって結
晶性の向上が望めない。そこで、ｎ側コンタクト層１２
層を成長させる前に、不純物濃度が小さい、結晶性の良
い第２のバッファ層１１２を成長させることにより、キ
ャリア濃度が大きく結晶性の良いｎ側コンタクト層１２
を成長させることができる。この第２のバッファ層１１
２の膜厚は、０．１μｍ以上、さらに好ましくは０．５
μｍ以上、最も好ましくは１μｍ以上、２０μｍ以下に
調整することが望ましい。第２のバッファ層１１２が
０．１μｍよりも薄いと、不純物濃度の大きいｎ型コン
タクト層１２を厚く成長させなければならず、ｎ側コン
タクト層１２の結晶性の向上があまり望めない傾向にあ
る。また２０μｍよりも厚いと、第２のバッファ層１１
２自体に結晶欠陥が多くなりやすい傾向にある。また第
２のバッファ層１１２を厚く成長させる利点として、放
熱性の向上が挙げられる。つまりレーザ素子を作製した
場合に、第２のバッファ層１１２で熱が広がりやすくレ
ーザ素子の寿命が向上する。さらにレーザ光の漏れ光が
第２のバッファ層１１２内で広がって、楕円形に近いレ
ーザ光が得やすくなる。なお、第２のバッファ層１１２
は、基板にＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の導電性基板を使
用した場合には省略してもよい。
ァ層１１２は、前記バッファ層１１の上に、前記バッフ
ァ層よりも高温で成長させた単結晶の窒化物半導体より
なる層であり、バッファ層１１よりも厚膜を有する。こ
の第２のバッファ層１１２は次に成長させるｎ側コンタ
クト層１２よりもｎ型不純物濃度が少ない層とするか、
若しくはｎ型不純物をドープしない窒化物半導体層、好
ましくはＧａＮ層とすると、第２のバッファ層１１２の
結晶性が良くなる。最も好ましくはｎ型不純物をアンド
ープのＧａＮとすると最も結晶性が良い窒化物半導体が
得られる。従来のように負電極を形成するｎ側コンタク
ト層を数μｍ以上の膜厚で、高キャリア濃度の単一の窒
化物半導体層で構成しようとすると、ｎ型不純物濃度の
大きい層を成長させる必要がある。不純物濃度の大きい
厚膜の層は結晶性が悪くなる傾向にある。このため結晶
性の悪い層の上に、活性層等の他の窒化物半導体を成長
させても、結晶欠陥を他の層が引き継ぐことになって結
晶性の向上が望めない。そこで、ｎ側コンタクト層１２
層を成長させる前に、不純物濃度が小さい、結晶性の良
い第２のバッファ層１１２を成長させることにより、キ
ャリア濃度が大きく結晶性の良いｎ側コンタクト層１２
を成長させることができる。この第２のバッファ層１１
２の膜厚は、０．１μｍ以上、さらに好ましくは０．５
μｍ以上、最も好ましくは１μｍ以上、２０μｍ以下に
調整することが望ましい。第２のバッファ層１１２が
０．１μｍよりも薄いと、不純物濃度の大きいｎ型コン
タクト層１２を厚く成長させなければならず、ｎ側コン
タクト層１２の結晶性の向上があまり望めない傾向にあ
る。また２０μｍよりも厚いと、第２のバッファ層１１
２自体に結晶欠陥が多くなりやすい傾向にある。また第
２のバッファ層１１２を厚く成長させる利点として、放
熱性の向上が挙げられる。つまりレーザ素子を作製した
場合に、第２のバッファ層１１２で熱が広がりやすくレ
ーザ素子の寿命が向上する。さらにレーザ光の漏れ光が
第２のバッファ層１１２内で広がって、楕円形に近いレ
ーザ光が得やすくなる。なお、第２のバッファ層１１２
は、基板にＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の導電性基板を使
用した場合には省略してもよい。
【００５１】（ｎ側コンタクト層１２）ｎ側コンタクト
層１２は負電極を形成するコンタクト層として作用する
層であり、０．２μｍ以上、４μｍ以下に調整すること
が望ましい。０．２よりも薄いと、後で負電極を形成す
る際に、この層を露出させるようにエッチングレートを
制御するのが難しく、一方、４μｍ以上にすると不純物
の影響で結晶性が悪くなる傾向にある。このｎ側コンタ
クト層１２の窒化物半導体にドープするｎ型不純物の範
囲は１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３の範
囲、さらに好ましくは、１×１０１８／ｃｍ３〜１×１
０１９／ｃｍ３に調整することが望ましい。１×１０
１７／ｃｍ３よりも小さいとｎ電極の材料と好ましいオ
ーミックが得られにくくなるので、レーザ素子では閾値
電流、電圧の低下が望めず、１×１０ ２１／ｃｍ３より
も大きいと、素子自体のリーク電流が多くなったり、ま
た結晶性も悪くなるため、素子の寿命が短くなる傾向に
ある。なおｎ側コンタクト層１２においては、ｎ電極２
３とのオーミック接触抵抗を小さくするために、該ｎ側
コンタクト層１２のキャリア濃度を上げる不純物の濃度
を、ｎクラッド層１４よりも大きくすることが望まし
い。なお、ｎ側コンタクト層１２は基板にＧａＮ、Ｓｉ
Ｃ、ＺｎＯ等の導電性基板を使用し基板裏面側に負電極
を設ける場合にはコンタクト層としてではなくバッファ
層として作用する。
層１２は負電極を形成するコンタクト層として作用する
層であり、０．２μｍ以上、４μｍ以下に調整すること
が望ましい。０．２よりも薄いと、後で負電極を形成す
る際に、この層を露出させるようにエッチングレートを
制御するのが難しく、一方、４μｍ以上にすると不純物
の影響で結晶性が悪くなる傾向にある。このｎ側コンタ
クト層１２の窒化物半導体にドープするｎ型不純物の範
囲は１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３の範
囲、さらに好ましくは、１×１０１８／ｃｍ３〜１×１
０１９／ｃｍ３に調整することが望ましい。１×１０
１７／ｃｍ３よりも小さいとｎ電極の材料と好ましいオ
ーミックが得られにくくなるので、レーザ素子では閾値
電流、電圧の低下が望めず、１×１０ ２１／ｃｍ３より
も大きいと、素子自体のリーク電流が多くなったり、ま
た結晶性も悪くなるため、素子の寿命が短くなる傾向に
ある。なおｎ側コンタクト層１２においては、ｎ電極２
３とのオーミック接触抵抗を小さくするために、該ｎ側
コンタクト層１２のキャリア濃度を上げる不純物の濃度
を、ｎクラッド層１４よりも大きくすることが望まし
い。なお、ｎ側コンタクト層１２は基板にＧａＮ、Ｓｉ
Ｃ、ＺｎＯ等の導電性基板を使用し基板裏面側に負電極
を設ける場合にはコンタクト層としてではなくバッファ
層として作用する。
【００５２】また、第２のバッファ層１１、及びｎ側コ
ンタクト層１２の内の少なくとも一方の層を、超格子層
とすることもできる。超格子層とすると、この層の結晶
性が飛躍的に良くなり、閾値電流が低下する。好ましく
は第２のバッファ層１１よりも膜厚が薄いｎ側コンタク
ト層１２の方を超格子層とする。ｎ側コンタクト層１２
を互いにバンドギャップエネルギーが異なる第１の層と
第２の層とが積層されてなる超格子構造とした場合にお
いては、好ましくはバンドギャップエネルギーの小さな
層を露出させてｎ電極２３を形成することにより、ｎ電
極２３との接触抵抗が低くでき閾値を低下させることが
できる。なおｎ型窒化物半導体と好ましいオーミックが
得られるｎ電極２３の材料としてはＡｌ，Ｔｉ，Ｗ，Ｓ
ｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎ等の金属若しくは合金が挙げられ
る。
ンタクト層１２の内の少なくとも一方の層を、超格子層
とすることもできる。超格子層とすると、この層の結晶
性が飛躍的に良くなり、閾値電流が低下する。好ましく
は第２のバッファ層１１よりも膜厚が薄いｎ側コンタク
ト層１２の方を超格子層とする。ｎ側コンタクト層１２
を互いにバンドギャップエネルギーが異なる第１の層と
第２の層とが積層されてなる超格子構造とした場合にお
いては、好ましくはバンドギャップエネルギーの小さな
層を露出させてｎ電極２３を形成することにより、ｎ電
極２３との接触抵抗が低くでき閾値を低下させることが
できる。なおｎ型窒化物半導体と好ましいオーミックが
得られるｎ電極２３の材料としてはＡｌ，Ｔｉ，Ｗ，Ｓ
ｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎ等の金属若しくは合金が挙げられ
る。
【００５３】また、ｎ型コンタクト層１２を不純物濃度
が異なる超格子層とすることにより、実施形態１におい
て説明したＨＥＭＴに類似した効果により横方向の抵抗
値を低くでき、ＬＤ素子の閾値電圧、電流を低くするこ
とができる。
が異なる超格子層とすることにより、実施形態１におい
て説明したＨＥＭＴに類似した効果により横方向の抵抗
値を低くでき、ＬＤ素子の閾値電圧、電流を低くするこ
とができる。
【００５４】（クラック防止層１３）クラック防止層１
３は、例えば、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープした
Ｉｎ ０．１Ｇａ０．９Ｎからなり、例えば、５００オン
グストロームの膜厚を有する。このクラック防止層１３
はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａ
Ｎを成長させて形成することにより、その上に形成され
るＡｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入るのを防
止することができる。なお、このクラック防止層１３は
１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で
成長させることが好ましい。１００オングストロームよ
りも薄いと前記のようにクラック防止として作用しにく
く、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向
にある。なお、このクラック防止層１３は、本実施形態
１のようにｎ側コンタクト層１２を超格子とする場合、
または次に成長させるｎ側クラッド層１４を超格子層と
する場合には省略してもよい。
３は、例えば、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープした
Ｉｎ ０．１Ｇａ０．９Ｎからなり、例えば、５００オン
グストロームの膜厚を有する。このクラック防止層１３
はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａ
Ｎを成長させて形成することにより、その上に形成され
るＡｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入るのを防
止することができる。なお、このクラック防止層１３は
１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で
成長させることが好ましい。１００オングストロームよ
りも薄いと前記のようにクラック防止として作用しにく
く、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向
にある。なお、このクラック防止層１３は、本実施形態
１のようにｎ側コンタクト層１２を超格子とする場合、
または次に成長させるｎ側クラッド層１４を超格子層と
する場合には省略してもよい。
【００５５】（ｎ型超格子からなるｎ側クラッド層１
４）ｎ側クラッド層は、例えばＳｉを５×１０１８／ｃ
ｍ３ドープしたｎ型Ａ１０．２Ｇａ０．８Ｎからなり、
２０オングストロームの膜厚を有する第１の層、及びア
ンドープのＧａＮよりなり、２０オングストロームの膜
厚を有する第２の層とが交互に積層された超格子層より
なり、全体で例えば０．５μｍの膜厚を有する。このｎ
型クラッド層１４はキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込
め層として作用し、超格子層とした場合にはいずれか一
方の層をＡｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａ
Ｎを成長させることが望ましく、１００オングストロー
ム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングス
トローム以上、１μｍ以下で成長させることにより良好
なキャリア閉じ込め層が成長できる。このｎ型クラッド
層１４は単一の窒化物半導体で成長させることもできる
が、超格子層とすることがクラックのない結晶性のよい
キャリア閉じ込め層が形成できる。
４）ｎ側クラッド層は、例えばＳｉを５×１０１８／ｃ
ｍ３ドープしたｎ型Ａ１０．２Ｇａ０．８Ｎからなり、
２０オングストロームの膜厚を有する第１の層、及びア
ンドープのＧａＮよりなり、２０オングストロームの膜
厚を有する第２の層とが交互に積層された超格子層より
なり、全体で例えば０．５μｍの膜厚を有する。このｎ
型クラッド層１４はキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込
め層として作用し、超格子層とした場合にはいずれか一
方の層をＡｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａ
Ｎを成長させることが望ましく、１００オングストロー
ム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングス
トローム以上、１μｍ以下で成長させることにより良好
なキャリア閉じ込め層が成長できる。このｎ型クラッド
層１４は単一の窒化物半導体で成長させることもできる
が、超格子層とすることがクラックのない結晶性のよい
キャリア閉じ込め層が形成できる。
【００５６】（ｎ側光ガイド層１５）ｎ側光ガイド層１
５は、例えば、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープした
ｎ型ＧａＮからなり、０．１μｍの膜厚を有する。この
ｎ側光ガイド層６は、活性層の光ガイド層として作用
し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させて形成することが望
ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに
好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成
長させることが望ましい。なお、この光ガイド層１５も
超格子層にすることができる。ｎ側光ガイド層１５、ｎ
側クラッド層１４を超格子層にする場合、超格子層を構
成する窒化物半導体層の平均的なバンドギャップエネル
ギーは活性層よりも大きくする。超格子層とする場合に
は、第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｎ型不純
物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。ま
た、この光ガイド層１５は、アンドープの窒化物半導体
単独若しくはアンドープの窒化物半導体が積層された超
格子でもよい。
５は、例えば、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープした
ｎ型ＧａＮからなり、０．１μｍの膜厚を有する。この
ｎ側光ガイド層６は、活性層の光ガイド層として作用
し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させて形成することが望
ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに
好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成
長させることが望ましい。なお、この光ガイド層１５も
超格子層にすることができる。ｎ側光ガイド層１５、ｎ
側クラッド層１４を超格子層にする場合、超格子層を構
成する窒化物半導体層の平均的なバンドギャップエネル
ギーは活性層よりも大きくする。超格子層とする場合に
は、第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｎ型不純
物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。ま
た、この光ガイド層１５は、アンドープの窒化物半導体
単独若しくはアンドープの窒化物半導体が積層された超
格子でもよい。
【００５７】（活性層１６）活性層１６は、例えば、Ｓ
ｉを８×１０１８／ｃｍ３でドープしたＩｎ０．２Ｇａ
０．８Ｎよりなり、２５オングストロームの膜厚を有す
る井戸層と、Ｓｉを８×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩ
ｎ０．０５１Ｇａ０．９５Ｎよりなり、５０オングスト
ロームの膜厚を有する障壁層とを交互に積層することに
より、所定の膜厚を有する多重量子井戸構造（ＭＱＷ）
で構成する。活性層１６においては、井戸層、障壁層両
方に不純物をドープしても良く、いずれか一方にドープ
してもよい。なおｎ型不純物をドープすると閾値が低下
する傾向にある。また、このように活性層１６を多重量
子井戸構造とする場合には必ずバンドギャップエネルギ
ーの小さい井戸層と、井戸層よりもバンドギャップエネ
ルギーが小さい障壁層とを積層するため、超格子層とは
区別される。井戸層の厚さは、１００オングストローム
以下、好ましくは７０オングストローム以下、最も好ま
しくは、５０オングストローム以下にする。障壁層の厚
さは１５０オングストローム以下、好ましくは１００オ
ングストローム以下、最も好ましくは７０オングストロ
ーム以下にする。
ｉを８×１０１８／ｃｍ３でドープしたＩｎ０．２Ｇａ
０．８Ｎよりなり、２５オングストロームの膜厚を有す
る井戸層と、Ｓｉを８×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩ
ｎ０．０５１Ｇａ０．９５Ｎよりなり、５０オングスト
ロームの膜厚を有する障壁層とを交互に積層することに
より、所定の膜厚を有する多重量子井戸構造（ＭＱＷ）
で構成する。活性層１６においては、井戸層、障壁層両
方に不純物をドープしても良く、いずれか一方にドープ
してもよい。なおｎ型不純物をドープすると閾値が低下
する傾向にある。また、このように活性層１６を多重量
子井戸構造とする場合には必ずバンドギャップエネルギ
ーの小さい井戸層と、井戸層よりもバンドギャップエネ
ルギーが小さい障壁層とを積層するため、超格子層とは
区別される。井戸層の厚さは、１００オングストローム
以下、好ましくは７０オングストローム以下、最も好ま
しくは、５０オングストローム以下にする。障壁層の厚
さは１５０オングストローム以下、好ましくは１００オ
ングストローム以下、最も好ましくは７０オングストロ
ーム以下にする。
【００５８】（ｐ側キャップ層１７）ｐ側キャップ層１
７は、活性層１６よりもバンドギャップエネルギーが大
きい、例えば、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープした
ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなり、例えば、２００
オングストロームの膜厚を有する。本実施形態２では、
このように、キャップ層１７を用いることが好ましい
が、このキャップ層は、薄い膜厚に形成されるので、本
発明では、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償され
たｉ型としても良い。ｐ側キャップ層１７の膜厚は０．
１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム
以下、最も好ましくは３００オングストローム以下に調
整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ側
キャップ層１７中にクラックが入りやすくなり、結晶性
の良い窒化物半導体層が成長しにくいからである。ま
た、ｐ側キャップ層１７の膜厚が、０．１μｍ以上であ
ると、キャリアがこのエネルギーバリアとなるｐ型キャ
ップ層１７をトンネル効果により通過できなくなるから
であり、該トンネル効果によるキャリアの通過を考慮す
ると、上述したように５００オングストローム以下、さ
らには３００オングストローム以下に設定することが好
ましい。
７は、活性層１６よりもバンドギャップエネルギーが大
きい、例えば、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープした
ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなり、例えば、２００
オングストロームの膜厚を有する。本実施形態２では、
このように、キャップ層１７を用いることが好ましい
が、このキャップ層は、薄い膜厚に形成されるので、本
発明では、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償され
たｉ型としても良い。ｐ側キャップ層１７の膜厚は０．
１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム
以下、最も好ましくは３００オングストローム以下に調
整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ側
キャップ層１７中にクラックが入りやすくなり、結晶性
の良い窒化物半導体層が成長しにくいからである。ま
た、ｐ側キャップ層１７の膜厚が、０．１μｍ以上であ
ると、キャリアがこのエネルギーバリアとなるｐ型キャ
ップ層１７をトンネル効果により通過できなくなるから
であり、該トンネル効果によるキャリアの通過を考慮す
ると、上述したように５００オングストローム以下、さ
らには３００オングストローム以下に設定することが好
ましい。
【００５９】また、ｐ側キャップ層１７には、ＬＤ素子
を発振しやすくするために、Ａｌの組成比が大きいＡｌ
ＧａＮを用いて形成することが好ましく、該ＡｌＧａＮ
を薄く形成する程、ＬＤ素子は発振しやすくなる。例え
ば、Ｙ値が０．２以上のＡｌ ＹＧａ１−ＹＮであれば５
００オングストローム以下に調整することが望ましい。
ｐ側キャップ層１７の膜厚の下限は特に限定しないが、
１０オングストローム以上の膜厚で形成することが望ま
しい。
を発振しやすくするために、Ａｌの組成比が大きいＡｌ
ＧａＮを用いて形成することが好ましく、該ＡｌＧａＮ
を薄く形成する程、ＬＤ素子は発振しやすくなる。例え
ば、Ｙ値が０．２以上のＡｌ ＹＧａ１−ＹＮであれば５
００オングストローム以下に調整することが望ましい。
ｐ側キャップ層１７の膜厚の下限は特に限定しないが、
１０オングストローム以上の膜厚で形成することが望ま
しい。
【００６０】（ｐ側光ガイド層１８）ｐ側光ガイド層１
８は、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１７
よりも小さい、例えば、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ド
ープしたｐ型ＧａＮよりなり、０．１μｍの膜厚を有す
る。このｐ側光ガイド層１８は、活性層１６の光ガイド
層として作用し、ｎ側光ガイド層１５と同じくＧａＮ、
ＩｎＧａＮで成長させて形成することが望ましい。ま
た、この層はｐ側クラッド層１９を成長させる際のバッ
ファ層としても作用し、１００オングストローム〜５μ
ｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることにより、好ましい光ガイド層と
して作用する。このｐ側光ガイド層は通常はＭｇ等のｐ
型不純物をドープしてｐ型の導電型とするが、特に不純
物をドープしなくても良い。なお、このｐ側光ガイド層
を超格子層とすることもできる。超格子層とする場合に
は第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｐ型不純物
をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
８は、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１７
よりも小さい、例えば、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ド
ープしたｐ型ＧａＮよりなり、０．１μｍの膜厚を有す
る。このｐ側光ガイド層１８は、活性層１６の光ガイド
層として作用し、ｎ側光ガイド層１５と同じくＧａＮ、
ＩｎＧａＮで成長させて形成することが望ましい。ま
た、この層はｐ側クラッド層１９を成長させる際のバッ
ファ層としても作用し、１００オングストローム〜５μ
ｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることにより、好ましい光ガイド層と
して作用する。このｐ側光ガイド層は通常はＭｇ等のｐ
型不純物をドープしてｐ型の導電型とするが、特に不純
物をドープしなくても良い。なお、このｐ側光ガイド層
を超格子層とすることもできる。超格子層とする場合に
は第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｐ型不純物
をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
【００６１】（ｐ側クラッド層１９＝超格子層）ｐ側ク
ラッド層１９は、例えば、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３
ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなり、例え
ば、２０オングストロームの膜厚を有する第１の層と、
例えばＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ｇａ
Ｎよりなり、２０オングストロームの膜厚を有する第２
の層とが交互に積層された超格子層からなる。このｐ側
クラッド層１９は、ｎ側クラッド層１４と同じくキャリ
ア閉じ込め層として作用し、特にｐ型層の抵抗率を低下
させるための層として作用する。このｐ側クラッド層１
９の膜厚も特に限定しないが、１００オングストローム
以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングスト
ローム以上、１μｍ以下で形成することが望ましい。
ラッド層１９は、例えば、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３
ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなり、例え
ば、２０オングストロームの膜厚を有する第１の層と、
例えばＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ｇａ
Ｎよりなり、２０オングストロームの膜厚を有する第２
の層とが交互に積層された超格子層からなる。このｐ側
クラッド層１９は、ｎ側クラッド層１４と同じくキャリ
ア閉じ込め層として作用し、特にｐ型層の抵抗率を低下
させるための層として作用する。このｐ側クラッド層１
９の膜厚も特に限定しないが、１００オングストローム
以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングスト
ローム以上、１μｍ以下で形成することが望ましい。
【００６２】（ｐ側コンタクト層２０）ｐ側コンタクト
層２０は、ｐ側クラッド層１９の上に、例えば、Ｍｇを
２×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなり、
例えば、１５０オングストロームの膜厚を有する。この
ｐ側コンタクト層２０はｐ型のＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ
−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で構成すること
ができ、好ましくは、上述のようにＭｇをドープしたＧ
ａＮとすれば、ｐ電極２１と最も好ましいオーミック接
触が得られる。さらにｐ側コンタクト層の膜厚を５００
オングストローム以下、さらに好ましくは３００オング
ストローム以下、最も好ましくは２００オングストロー
ム以下に調整することが望ましい。なぜなら、上述した
ように抵抗率が数Ω・ｃｍ以上もあるｐ型窒化物半導体
層の膜厚を５００オングストローム以下に調整すること
により、さらに抵抗率を低げることができるため、閾値
での電流、電圧が低下する。またｐ型層から除去される
水素の量を多くすることができ、さらに抵抗率を低下さ
せることができる。
層２０は、ｐ側クラッド層１９の上に、例えば、Ｍｇを
２×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなり、
例えば、１５０オングストロームの膜厚を有する。この
ｐ側コンタクト層２０はｐ型のＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ
−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で構成すること
ができ、好ましくは、上述のようにＭｇをドープしたＧ
ａＮとすれば、ｐ電極２１と最も好ましいオーミック接
触が得られる。さらにｐ側コンタクト層の膜厚を５００
オングストローム以下、さらに好ましくは３００オング
ストローム以下、最も好ましくは２００オングストロー
ム以下に調整することが望ましい。なぜなら、上述した
ように抵抗率が数Ω・ｃｍ以上もあるｐ型窒化物半導体
層の膜厚を５００オングストローム以下に調整すること
により、さらに抵抗率を低げることができるため、閾値
での電流、電圧が低下する。またｐ型層から除去される
水素の量を多くすることができ、さらに抵抗率を低下さ
せることができる。
【００６３】なお、本発明では、ｐ側コンタクト層２０
も超格子層とすることもできる。超格子層とする場合に
は、特にバンドギャップエネルギーが異なる第１の層と
第２の層とを積層し、第１＋第２＋第１＋第２＋・・・
というように積層していき、最後にバンドギャップエネ
ルギーが小さい方の層が露出するようにすると、ｐ電極
２１と好ましいオーミック接触が得られる。ｐ電極２１
の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｄ、Ｎｉ／Ａｕ等を挙
げることができる。
も超格子層とすることもできる。超格子層とする場合に
は、特にバンドギャップエネルギーが異なる第１の層と
第２の層とを積層し、第１＋第２＋第１＋第２＋・・・
というように積層していき、最後にバンドギャップエネ
ルギーが小さい方の層が露出するようにすると、ｐ電極
２１と好ましいオーミック接触が得られる。ｐ電極２１
の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｄ、Ｎｉ／Ａｕ等を挙
げることができる。
【００６４】また、本実施形態２では、図２に示すよう
にｐ電極２１と、ｎ電極２３との間に露出した窒化物半
導体層の表面にＳｉＯ２よりなる絶縁膜２５が形成さ
れ、この絶縁膜２５に形成された開口部を介してｐ電極
２１と電気的に接続されたｐパッド電極２２、及びｎ電
極２３と接続されたｎパッド電極２４が形成される。こ
のｐパッド電極２２は実質的なｐ電極２１の表面積を広
げて、ｐ電極側をワイヤーボンディング、ダイボンディ
ングできるようにし、一方ｎパッド電極２４はｎ電極２
３の剥がれを防止する。
にｐ電極２１と、ｎ電極２３との間に露出した窒化物半
導体層の表面にＳｉＯ２よりなる絶縁膜２５が形成さ
れ、この絶縁膜２５に形成された開口部を介してｐ電極
２１と電気的に接続されたｐパッド電極２２、及びｎ電
極２３と接続されたｎパッド電極２４が形成される。こ
のｐパッド電極２２は実質的なｐ電極２１の表面積を広
げて、ｐ電極側をワイヤーボンディング、ダイボンディ
ングできるようにし、一方ｎパッド電極２４はｎ電極２
３の剥がれを防止する。
【００６５】以上の実施形態２の窒化物半導体素子は、
第１の層、及び第２の層を弾性歪み限界以下の膜厚にし
て積層された超格子層である、結晶性のよいｐ型クラッ
ド層１９を備えている。これによって、本実施形態２の
窒化物半導体素子は、ｐ側クラッド層１９の抵抗値を、
超格子構造を有しないｐ側クラッド層に比較して１桁以
上低くすることができるので、閾値電圧、電流を低くす
ることができる。
第１の層、及び第２の層を弾性歪み限界以下の膜厚にし
て積層された超格子層である、結晶性のよいｐ型クラッ
ド層１９を備えている。これによって、本実施形態２の
窒化物半導体素子は、ｐ側クラッド層１９の抵抗値を、
超格子構造を有しないｐ側クラッド層に比較して１桁以
上低くすることができるので、閾値電圧、電流を低くす
ることができる。
【００６６】また、本実施形態２の窒化物半導体素子で
はｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮを含むｐ側クラッド層１９に
接して、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導
体をｐ側コンタクト層２０として、その膜厚を５００オ
ングストローム以下と薄く形成することにより、実質的
にｐ側コンタクト層２０のキャリア濃度が高くなりｐ電
極と好ましいオーミックが得られて、素子の閾値電流、
電圧を低くすることができる。さらに、ｎ側コンタクト
層を成長させる前に、第２のバッファ層１１２を備えて
いるので、第２のバッファ層１１２の上に成長させる窒
化物半導体層の結晶性が良くなり、長寿命の素子を実現
できる。好ましくは、第２のバッファ層１１２の上に成
長させるｎ側コンタクト層を超格子とすると、横方向の
抵抗値が低くなり、閾値電圧・閾値電流の低い素子が実
現できる。
はｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮを含むｐ側クラッド層１９に
接して、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導
体をｐ側コンタクト層２０として、その膜厚を５００オ
ングストローム以下と薄く形成することにより、実質的
にｐ側コンタクト層２０のキャリア濃度が高くなりｐ電
極と好ましいオーミックが得られて、素子の閾値電流、
電圧を低くすることができる。さらに、ｎ側コンタクト
層を成長させる前に、第２のバッファ層１１２を備えて
いるので、第２のバッファ層１１２の上に成長させる窒
化物半導体層の結晶性が良くなり、長寿命の素子を実現
できる。好ましくは、第２のバッファ層１１２の上に成
長させるｎ側コンタクト層を超格子とすると、横方向の
抵抗値が低くなり、閾値電圧・閾値電流の低い素子が実
現できる。
【００６７】なお、本実施形態２のＬＤ素子ではＩｎＧ
ａＮのような、少なくともインジウムを含む窒化物半導
体を活性層１６に備える場合には、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ
と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮとが交互に積層された超格子層
を、活性層１６を挟設する層（ｎ側クラッド層１４及び
ｐ側クラッド層１９）として用いることが好ましい。こ
れによって、活性層１６と該超格子層とのバンドギャッ
プエネルギー差、屈折率差を大きくできるため、該超格
子層をレーザ素子を実現する際に非常に優れた光閉じ込
め層として動作させることができる。さらにＩｎＧａＮ
は結晶の性質が他のＡｌＧａＮのようなＡｌを含む窒化
物半導体に比べて柔らかいので、ＩｎＧａＮを活性層と
すると、積層した各窒化物半導体層全体にクラックが入
りにくくなる。これによって、ＬＤ素子の寿命を長くす
ることができる。
ａＮのような、少なくともインジウムを含む窒化物半導
体を活性層１６に備える場合には、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ
と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮとが交互に積層された超格子層
を、活性層１６を挟設する層（ｎ側クラッド層１４及び
ｐ側クラッド層１９）として用いることが好ましい。こ
れによって、活性層１６と該超格子層とのバンドギャッ
プエネルギー差、屈折率差を大きくできるため、該超格
子層をレーザ素子を実現する際に非常に優れた光閉じ込
め層として動作させることができる。さらにＩｎＧａＮ
は結晶の性質が他のＡｌＧａＮのようなＡｌを含む窒化
物半導体に比べて柔らかいので、ＩｎＧａＮを活性層と
すると、積層した各窒化物半導体層全体にクラックが入
りにくくなる。これによって、ＬＤ素子の寿命を長くす
ることができる。
【００６８】本実施形態２のように量子井戸構造を有す
る活性層１６を有するダブルヘテロ構造の半導体素子の
場合、その活性層１６に接して、活性層１６よりもバン
ドギャップエネルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下の窒
化物半導体よりなるｐ側キャップ層１７、好ましくはＡ
ｌを含む窒化物半導体よりなるｐ側キャップ層１７を設
け、そのｐ側キャップ層１７よりも活性層から離れた位
置に、ｐ側キャップ層１７よりもバンドギャップエネル
ギーが小さいｐ側光ガイド層１８を設け、そのｐ側光ガ
イド層１８よりも活性層から離れた位置に、ｐ側光ガイ
ド層１８よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体、
好ましくはＡｌを含む窒化物半導体を含む超格子構造を
有するｐ側クラッド層１９を設けることは非常に好まし
い。しかもｐ側キャップ層１７のバンドギャップエネル
ギーを大きくしてあるため、ｎ層から注入された電子
が、このｐ側キャップ層１７で阻止されて閉じ込めら
れ、電子が活性層をオーバーフローしないために、素子
のリーク電流が少なくなる。
る活性層１６を有するダブルヘテロ構造の半導体素子の
場合、その活性層１６に接して、活性層１６よりもバン
ドギャップエネルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下の窒
化物半導体よりなるｐ側キャップ層１７、好ましくはＡ
ｌを含む窒化物半導体よりなるｐ側キャップ層１７を設
け、そのｐ側キャップ層１７よりも活性層から離れた位
置に、ｐ側キャップ層１７よりもバンドギャップエネル
ギーが小さいｐ側光ガイド層１８を設け、そのｐ側光ガ
イド層１８よりも活性層から離れた位置に、ｐ側光ガイ
ド層１８よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体、
好ましくはＡｌを含む窒化物半導体を含む超格子構造を
有するｐ側クラッド層１９を設けることは非常に好まし
い。しかもｐ側キャップ層１７のバンドギャップエネル
ギーを大きくしてあるため、ｎ層から注入された電子
が、このｐ側キャップ層１７で阻止されて閉じ込めら
れ、電子が活性層をオーバーフローしないために、素子
のリーク電流が少なくなる。
【００６９】以上の実施形態２の窒化物半導体素子で
は、レーザ素子の構造として好ましい構造を示したが、
本発明ではｎ型の超格子層は活性層１６から下のｎ型窒
化物半導体層領域（ｎ型層側）に少なくとも１層有して
いれば良く、またｐ型の超格子層も活性層１６から上の
ｐ型窒化物半導体層領域（ｐ型層側）に少なくとも１層
有していれば良く、素子構成は特に規定するものではな
い。但し、前記超格子層はｐ層側に形成する場合はキャ
リア閉じ込め層としてのｐ側クラッド層１９に形成し、
ｎ層側に形成する場合はｎ電極２３が接した電流注入層
としてのｎコンタクト層１２、またはキャリア閉じ込め
としてのｎクラッド層１４として形成することが素子の
Ｖｆ、閾値を低下させる上で最も好ましい傾向にある。
また、実施形態２の素子と同様の構成を、ＬＥＤ素子に
適用できることはいうまでもない（ただし、ＬＥＤ素子
では、リッジ部は必要ない）。
は、レーザ素子の構造として好ましい構造を示したが、
本発明ではｎ型の超格子層は活性層１６から下のｎ型窒
化物半導体層領域（ｎ型層側）に少なくとも１層有して
いれば良く、またｐ型の超格子層も活性層１６から上の
ｐ型窒化物半導体層領域（ｐ型層側）に少なくとも１層
有していれば良く、素子構成は特に規定するものではな
い。但し、前記超格子層はｐ層側に形成する場合はキャ
リア閉じ込め層としてのｐ側クラッド層１９に形成し、
ｎ層側に形成する場合はｎ電極２３が接した電流注入層
としてのｎコンタクト層１２、またはキャリア閉じ込め
としてのｎクラッド層１４として形成することが素子の
Ｖｆ、閾値を低下させる上で最も好ましい傾向にある。
また、実施形態２の素子と同様の構成を、ＬＥＤ素子に
適用できることはいうまでもない（ただし、ＬＥＤ素子
では、リッジ部は必要ない）。
【００７０】以上のように構成された実施形態２の窒化
物半導体素子では、各層が形成された後、Ｈを含まない
雰囲気、例えば、窒素雰囲気中で、４００℃以上、例え
ば７００℃でアニーリングを行うことが好ましく、これ
によって、ｐ型窒化物半導体層領域の各層をさらに低抵
抗化することができるので、これによって、さらに閾値
電圧を低くすることができる。
物半導体素子では、各層が形成された後、Ｈを含まない
雰囲気、例えば、窒素雰囲気中で、４００℃以上、例え
ば７００℃でアニーリングを行うことが好ましく、これ
によって、ｐ型窒化物半導体層領域の各層をさらに低抵
抗化することができるので、これによって、さらに閾値
電圧を低くすることができる。
【００７１】また、実施形態２の窒化物半導体素子で
は、ｐ側コンタクト層１２の表面にＮｉとＡｕよりなる
ｐ電極２１がストライプ状に形成され、このｐ電極２１
に対して左右対称にｎ側コンタクト層を露出させて、そ
のｎ側コンタクト層表面のほぼ全面にｎ電極２３を設け
ている。このように、絶縁性基板を用いた場合ｐ電極２
１の両側に左右対称にｎ電極２３を設ける構造は、閾値
電圧を低くする上で非常に有利である。
は、ｐ側コンタクト層１２の表面にＮｉとＡｕよりなる
ｐ電極２１がストライプ状に形成され、このｐ電極２１
に対して左右対称にｎ側コンタクト層を露出させて、そ
のｎ側コンタクト層表面のほぼ全面にｎ電極２３を設け
ている。このように、絶縁性基板を用いた場合ｐ電極２
１の両側に左右対称にｎ電極２３を設ける構造は、閾値
電圧を低くする上で非常に有利である。
【００７２】なお、本実施形態２では、リッジ部（スト
ライプ状の電極）に垂直な方向で劈開した劈開面（共振
器面）にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を形
成してもよい。
ライプ状の電極）に垂直な方向で劈開した劈開面（共振
器面）にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を形
成してもよい。
【００７３】このように、本発明において、超格子層
は、活性層を挟設するｎ型領域又はｐ型領域に形成され
るキャリア閉じ込め層としてのクラッド層、活性層の光
ガイド層、若しくは電極が接して形成される電流注入層
として用いられるため、超格子層を構成する窒化物半導
体の平均バンドギャップエネルギーが活性層よりも大き
くなるように調整することが望ましい。
は、活性層を挟設するｎ型領域又はｐ型領域に形成され
るキャリア閉じ込め層としてのクラッド層、活性層の光
ガイド層、若しくは電極が接して形成される電流注入層
として用いられるため、超格子層を構成する窒化物半導
体の平均バンドギャップエネルギーが活性層よりも大き
くなるように調整することが望ましい。
【００７４】
【実施例】以下、実施例において本発明を詳説する。
［実施例１］本発明に係る実施例１は図２に示す窒化物
半導体素子（ＬＤ素子）の作成例であり、以下の手順で
作製される。まず、サファイア（Ｃ面）よりなる基板１
０を反応容器内にセットし、容器内を水素で十分置換し
た後、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで
上昇させ、基板のクリーニングを行う。続いて、温度を
５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにア
ンモニア（ＮＨ３）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）と
を用い、基板１０上にＧａＮよりなる第１のバッファ層
１１を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。
半導体素子（ＬＤ素子）の作成例であり、以下の手順で
作製される。まず、サファイア（Ｃ面）よりなる基板１
０を反応容器内にセットし、容器内を水素で十分置換し
た後、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで
上昇させ、基板のクリーニングを行う。続いて、温度を
５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにア
ンモニア（ＮＨ３）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）と
を用い、基板１０上にＧａＮよりなる第１のバッファ層
１１を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００７５】バッファ層１１成長後、ＴＭＧのみ止め
て、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃にな
ったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用
い、キャリア濃度１×１０１８／cm３のアンドープＧａ
Ｎよりなる第２のバッファ層１１２を５μｍの膜厚で成
長させる。第２のバッファ層はＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ
−ＹＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成でき、その組
成は特に問うものではないが、好ましくはアンドープで
Ａｌ（Ｙ値）が０．１以下のＡｌＹＧａ１−ＹＮ、最も
好ましくはアンドープのＧａＮとする。続いて、１０５
０℃でＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにシランガス
（ＳｉＨ ４）を用い、Ｓｉを１×１０１９／cm３ドープ
したｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層１２を１μｍ
の膜厚で成長させる。このｎ側コンタクト層１２は超格
子で形成するとさらに好ましい。
て、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃にな
ったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用
い、キャリア濃度１×１０１８／cm３のアンドープＧａ
Ｎよりなる第２のバッファ層１１２を５μｍの膜厚で成
長させる。第２のバッファ層はＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ
−ＹＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成でき、その組
成は特に問うものではないが、好ましくはアンドープで
Ａｌ（Ｙ値）が０．１以下のＡｌＹＧａ１−ＹＮ、最も
好ましくはアンドープのＧａＮとする。続いて、１０５
０℃でＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにシランガス
（ＳｉＨ ４）を用い、Ｓｉを１×１０１９／cm３ドープ
したｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層１２を１μｍ
の膜厚で成長させる。このｎ側コンタクト層１２は超格
子で形成するとさらに好ましい。
【００７６】次に、温度を８００℃にして、原料ガスに
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを５×１０
１８／cm ３ドープしたＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる
クラック防止層１３を５００オングストロームの膜厚で
成長させる。そして温度を１０５０℃にして、ＴＭＡ、
ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを５×１
０１８／cm３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよ
りなる第１の層を２０オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いて、ＴＭＡ、シランを止め、アンドープＧａＮ
よりなる第２の層を２０オングストロームの膜厚で成長
させる。そして、この操作をそれぞれ１００回繰り返
し、総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｎ側クラッド
層１４を成長させる。
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを５×１０
１８／cm ３ドープしたＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる
クラック防止層１３を５００オングストロームの膜厚で
成長させる。そして温度を１０５０℃にして、ＴＭＡ、
ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを５×１
０１８／cm３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよ
りなる第１の層を２０オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いて、ＴＭＡ、シランを止め、アンドープＧａＮ
よりなる第２の層を２０オングストロームの膜厚で成長
させる。そして、この操作をそれぞれ１００回繰り返
し、総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｎ側クラッド
層１４を成長させる。
【００７７】続いて、１０５０℃でＳｉを５×１０１８
／cm３ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ側光ガイド層１
５を０．１μｍの膜厚で成長させる。次に、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＩ、アンモニア、シランを用いて活性層１６を成長さ
せる。活性層１６は温度を８００℃に保持して、まずＳ
ｉを８×１０１８／cm３でドープしたＩｎ０．２Ｇａ
０．８Ｎよりなる井戸層を２５オングストロームの膜厚
で成長させる。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで
同一温度で、Ｓｉを８×１０１８／cm３ドープしたＩｎ
０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる障壁層を５０オングス
トロームの膜厚で成長させる。この操作を２回繰り返
し、最後に井戸層を積層した総膜厚１７５オングストロ
ームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層１６を成長
させる。
／cm３ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ側光ガイド層１
５を０．１μｍの膜厚で成長させる。次に、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＩ、アンモニア、シランを用いて活性層１６を成長さ
せる。活性層１６は温度を８００℃に保持して、まずＳ
ｉを８×１０１８／cm３でドープしたＩｎ０．２Ｇａ
０．８Ｎよりなる井戸層を２５オングストロームの膜厚
で成長させる。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで
同一温度で、Ｓｉを８×１０１８／cm３ドープしたＩｎ
０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる障壁層を５０オングス
トロームの膜厚で成長させる。この操作を２回繰り返
し、最後に井戸層を積層した総膜厚１７５オングストロ
ームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層１６を成長
させる。
【００７８】次に、温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスにＣｐ２Ｍ
ｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、活性
層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、Ｍｇを１
×１０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７
Ｎよりなるｐ側キャップ層１７を３００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。続いて、１０５０℃で、バンド
ギャップエネルギーがｐ側キャップ層１７よりも小さ
い、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよ
りなるｐ側光ガイド層１８を０．１μｍの膜厚で成長さ
せる。
にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスにＣｐ２Ｍ
ｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、活性
層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、Ｍｇを１
×１０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７
Ｎよりなるｐ側キャップ層１７を３００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。続いて、１０５０℃で、バンド
ギャップエネルギーがｐ側キャップ層１７よりも小さ
い、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよ
りなるｐ側光ガイド層１８を０．１μｍの膜厚で成長さ
せる。
【００７９】続いて、ＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃ
ｐ２Ｍｇを用い、１０５０℃でＭｇを１×１０２０／cm
３ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１
の層を２０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
ＴＭＡのみを止め、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープし
たｐ型ＧａＮよりなる第２の層を２０オングストローム
の膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１００
回繰り返し、総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側
クラッド層１９を形成する。最後に、１０５０℃で、ｐ
側クラッド層１９の上に、Ｍｇを２×１０２０／cm ３ド
ープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層２０を１
５０オングストロームの膜厚で成長させる。
ｐ２Ｍｇを用い、１０５０℃でＭｇを１×１０２０／cm
３ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１
の層を２０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
ＴＭＡのみを止め、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープし
たｐ型ＧａＮよりなる第２の層を２０オングストローム
の膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１００
回繰り返し、総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側
クラッド層１９を形成する。最後に、１０５０℃で、ｐ
側クラッド層１９の上に、Ｍｇを２×１０２０／cm ３ド
ープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層２０を１
５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００８０】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出
し、図２に示すように、ＲＩＥ装置により最上層のｐ側
コンタクト層２０と、ｐ側クラッド層１９とをエッチン
グして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とす
る。
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出
し、図２に示すように、ＲＩＥ装置により最上層のｐ側
コンタクト層２０と、ｐ側クラッド層１９とをエッチン
グして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とす
る。
【００８１】次にリッジ表面にマスクを形成し、図２に
示すように、ストライプ状のリッジに対して左右対称に
して、ｎ側コンタクト層１２の表面を露出させる。次に
ｐ側コンタクト層２０のストライプリッジ最表面のほぼ
全面にＮｉとＡｕよりなるｐ電極２１を形成する。一
方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極２３をストライプ状のｎ
側コンタクト層３のほぼ全面に形成する。
示すように、ストライプ状のリッジに対して左右対称に
して、ｎ側コンタクト層１２の表面を露出させる。次に
ｐ側コンタクト層２０のストライプリッジ最表面のほぼ
全面にＮｉとＡｕよりなるｐ電極２１を形成する。一
方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極２３をストライプ状のｎ
側コンタクト層３のほぼ全面に形成する。
【００８２】次に、図２に示すようにｐ電極２１と、ｎ
電極２３との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉ
Ｏ２よりなる絶縁膜２５を形成し、この絶縁膜２５を介
してｐ電極２１と電気的に接続したｐパッド電極２２、
及びｎパッド電極２４を形成する。以上のようにして、
ｎ電極とｐ電極とを形成したウェーハを研磨装置に移送
し、ダイヤモンド研磨剤を用いて、窒化物半導体を形成
していない側のサファイア基板１をラッピングし、基板
の厚さを５０μｍとする。ラッピング後、さらに細かい
研磨剤で１μｍポリシングして基板表面を鏡面状とす
る。
電極２３との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉ
Ｏ２よりなる絶縁膜２５を形成し、この絶縁膜２５を介
してｐ電極２１と電気的に接続したｐパッド電極２２、
及びｎパッド電極２４を形成する。以上のようにして、
ｎ電極とｐ電極とを形成したウェーハを研磨装置に移送
し、ダイヤモンド研磨剤を用いて、窒化物半導体を形成
していない側のサファイア基板１をラッピングし、基板
の厚さを５０μｍとする。ラッピング後、さらに細かい
研磨剤で１μｍポリシングして基板表面を鏡面状とす
る。
【００８３】基板研磨後、研磨面側をスクライブして、
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開面に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ２とＴｉＯ
２よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行
な方向で、バーを切断してレーザチップとした。次にチ
ップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向し
た状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワ
イヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたと
ころ、室温において、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm２、
閾値電圧４．４Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が
確認され、５０時間以上の寿命を示した。
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開面に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ２とＴｉＯ
２よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行
な方向で、バーを切断してレーザチップとした。次にチ
ップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向し
た状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワ
イヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたと
ころ、室温において、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm２、
閾値電圧４．４Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が
確認され、５０時間以上の寿命を示した。
【００８４】（比較例１）一方、第２のバッファ層１１
２を成長させず、さらにｎ側コンタクト層１２をＳｉを
１×１０１９／cm３ドープしたｎ型ＧａＮ単一で５μｍ
成長させ、ｎ側クラッド層１４をＳｉを１×１０１９／
cm３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ単一で０．
４μｍ成長させ、ｐ側クラッド層１９をＭｇを１×１０
２０／m３ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ単一
で０．４μｍ成長させ、さらにｐ側コンタクト層２０を
Ｍｇを２×１０２０／cm３ドープした単一のｐ型ＧａＮ
を０．２μｍ成長させる他は実施例１と同様にしてレー
ザ素子を得た。つまり基本構成として、表１に示すよう
に構成する。
２を成長させず、さらにｎ側コンタクト層１２をＳｉを
１×１０１９／cm３ドープしたｎ型ＧａＮ単一で５μｍ
成長させ、ｎ側クラッド層１４をＳｉを１×１０１９／
cm３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ単一で０．
４μｍ成長させ、ｐ側クラッド層１９をＭｇを１×１０
２０／m３ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ単一
で０．４μｍ成長させ、さらにｐ側コンタクト層２０を
Ｍｇを２×１０２０／cm３ドープした単一のｐ型ＧａＮ
を０．２μｍ成長させる他は実施例１と同様にしてレー
ザ素子を得た。つまり基本構成として、表１に示すよう
に構成する。
【００８５】
【表１】
【００８６】このように構成した比較例のレーザ素子
は、閾値電流密度７ｋＡ／cm２で連続発振が確認された
が、閾値電圧は８．０Ｖ以上あり、数分で切れてしまっ
た。
は、閾値電流密度７ｋＡ／cm２で連続発振が確認された
が、閾値電圧は８．０Ｖ以上あり、数分で切れてしまっ
た。
【００８７】［実施例２］実施例１において、ｎ側コン
タクト層１２を、Ｓｉを２×１０１９／cm３ドープした
ｎ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる第１の層を３
０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、アンド
ープのＧａＮよりなる第２の層を３０オングストローム
の膜厚で成長させて、これを繰り返し、総膜厚１．２μ
ｍの超格子構造とする。それ以外の構造は実施例１と同
様の構造を有するレーザ素子としたところ、閾値電流密
度２．７ｋＡ／cm２、閾値電圧４．２Ｖで、寿命も６０
時間以上を示した。
タクト層１２を、Ｓｉを２×１０１９／cm３ドープした
ｎ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる第１の層を３
０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、アンド
ープのＧａＮよりなる第２の層を３０オングストローム
の膜厚で成長させて、これを繰り返し、総膜厚１．２μ
ｍの超格子構造とする。それ以外の構造は実施例１と同
様の構造を有するレーザ素子としたところ、閾値電流密
度２．７ｋＡ／cm２、閾値電圧４．２Ｖで、寿命も６０
時間以上を示した。
【００８８】［実施例３］実施例２において、ｎ側コン
タクト層１２を構成する超格子において、第２の層をＳ
ｉを１×１０１８／cm３ドープしたＧａＮとする他は、
実施例２と同様の構造を有するレーザ素子を作製したと
ころ、実施例２とほぼ同等の特性を有するレーザ素子が
得られた。
タクト層１２を構成する超格子において、第２の層をＳ
ｉを１×１０１８／cm３ドープしたＧａＮとする他は、
実施例２と同様の構造を有するレーザ素子を作製したと
ころ、実施例２とほぼ同等の特性を有するレーザ素子が
得られた。
【００８９】［実施例４］実施例１において、第２のバ
ッファ層１１２を、Ｓｉを１×１０１７／cm３ドープし
たＧａＮとして、４μｍ成長させる他は、実施例１と同
様の構造を有するレーザ素子を作製したところ、閾値電
流密度２．９ｋＡ／cm２、閾値電圧４．５Ｖに上昇した
が、寿命は５０時間以上を示した。
ッファ層１１２を、Ｓｉを１×１０１７／cm３ドープし
たＧａＮとして、４μｍ成長させる他は、実施例１と同
様の構造を有するレーザ素子を作製したところ、閾値電
流密度２．９ｋＡ／cm２、閾値電圧４．５Ｖに上昇した
が、寿命は５０時間以上を示した。
【００９０】［実施例５］実施例１において、ｎ側コン
タクト層１２を、Ｓｉを２×１０１９／cm３ドープした
ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１の層を６０オ
ングストロームの膜厚で成長させ、続いて、Ｓｉを１×
１０１９／cm３ドープしたＧａＮよりなる第２の層を４
０オングストロームの膜厚で成長させて、順次これを繰
り返し、総膜厚２μｍの超格子構造とする。そして、ｎ
側クラッド層１４をＳｉを１×１０ １９／cm３ドープし
たｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ単一で０．４μｍ成長さ
せる。それ以外の構造は実施例１と同様の構造を有する
レーザ素子としたところ、閾値電流密度３．２ｋＡ／cm
２、閾値電圧４．８Ｖで、寿命も３０時間以上を示し
た。
タクト層１２を、Ｓｉを２×１０１９／cm３ドープした
ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１の層を６０オ
ングストロームの膜厚で成長させ、続いて、Ｓｉを１×
１０１９／cm３ドープしたＧａＮよりなる第２の層を４
０オングストロームの膜厚で成長させて、順次これを繰
り返し、総膜厚２μｍの超格子構造とする。そして、ｎ
側クラッド層１４をＳｉを１×１０ １９／cm３ドープし
たｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ単一で０．４μｍ成長さ
せる。それ以外の構造は実施例１と同様の構造を有する
レーザ素子としたところ、閾値電流密度３．２ｋＡ／cm
２、閾値電圧４．８Ｖで、寿命も３０時間以上を示し
た。
【００９１】［実施例６］実施例６は、実施例１と比較
して、以下の（１）、（２）が異なる他は、実施例１と
同様に構成される。 （１）バッファ層１１成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度
を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、
原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニア、シランを用
い、Ｓｉを１×１０１９／cm３ドープしたｎ型Ａｌ
０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１の層を６０オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて、シラン、ＴＭＡを止
めアンドープのＧａＮよりなる第２の層を４０オングス
トロームの膜厚で成長させる。そして第１層＋第２層＋
第１層＋第２層＋・・・というように超格子層を構成
し、それぞれ第１の層を５００層、第２の層を５００層
交互に積層し、総膜厚５μｍの超格子よりなるｎ側コン
タクト層１２を形成する。 （２）次に、実施例１と同様にして、Ｓｉを５×１０
１８／cm３ドープしたＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる
クラック防止層１３を５００オングストロームの膜厚で
成長させる。そして、温度を１０５０℃にして、ＴＭ
Ａ、ＴＭＧ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１
０１８／cm３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよ
りなるｎ側クラッド層１４を０．５μｍの膜厚で成長さ
せる。後の、ｎ側クラッド層１４から上は、実施例１の
レーザ素子と同様の構造を有するレーザ素子とする。つ
まり表１の基本構造において、ｎ側コンタクト層１２、
及びｐ側クラッド層１９を超格子とし、ｐ側コンタクト
層２０の膜厚を実施例１のように１５０オングストロー
ムとするレーザ素子を作製する。このレーザ素子は閾値
電流密度３．２ｋＡ／cm２、閾値電圧４．８Ｖで、４０
５ｎｍの連続発振が確認され、寿命も３０時間以上を示
した。
して、以下の（１）、（２）が異なる他は、実施例１と
同様に構成される。 （１）バッファ層１１成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度
を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、
原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニア、シランを用
い、Ｓｉを１×１０１９／cm３ドープしたｎ型Ａｌ
０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１の層を６０オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて、シラン、ＴＭＡを止
めアンドープのＧａＮよりなる第２の層を４０オングス
トロームの膜厚で成長させる。そして第１層＋第２層＋
第１層＋第２層＋・・・というように超格子層を構成
し、それぞれ第１の層を５００層、第２の層を５００層
交互に積層し、総膜厚５μｍの超格子よりなるｎ側コン
タクト層１２を形成する。 （２）次に、実施例１と同様にして、Ｓｉを５×１０
１８／cm３ドープしたＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる
クラック防止層１３を５００オングストロームの膜厚で
成長させる。そして、温度を１０５０℃にして、ＴＭ
Ａ、ＴＭＧ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１
０１８／cm３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよ
りなるｎ側クラッド層１４を０．５μｍの膜厚で成長さ
せる。後の、ｎ側クラッド層１４から上は、実施例１の
レーザ素子と同様の構造を有するレーザ素子とする。つ
まり表１の基本構造において、ｎ側コンタクト層１２、
及びｐ側クラッド層１９を超格子とし、ｐ側コンタクト
層２０の膜厚を実施例１のように１５０オングストロー
ムとするレーザ素子を作製する。このレーザ素子は閾値
電流密度３．２ｋＡ／cm２、閾値電圧４．８Ｖで、４０
５ｎｍの連続発振が確認され、寿命も３０時間以上を示
した。
【００９２】さらに、実施例６の構造のＬＤ素子のｐ側
コンタクト層の膜厚を順次変更した際、そのｐ側コンタ
クト層の膜厚と、ＬＤ素子の閾値電圧との関係を図３に
示す。これはｐ側コンタクト層が、左から順にＡ（１０
オングストローム以下）、Ｂ（１０オングストロー
ム）、Ｃ（３０オングストローム）、Ｄ（１５０オング
ストローム、本実施例）、Ｅ（５００オングストロー
ム）、Ｆ（０．２μｍ）、Ｇ（０．５μｍ）、Ｈ（０．
８μｍ）の場合の閾値電圧を示している。この図に示す
ように、ｐ側コンタクト層の膜厚が５００オングストロ
ームを超えると閾値電圧が次第に上昇する傾向にある。
ｐ側コンタクト層２０の膜厚は５００オングストローム
以下、さらに好ましくは３００オングストローム以下で
あることが望ましい。なお１０オングストローム以下
（およそ１原子層、２原子層近く）になると、下部のｐ
側クラッド層１９の表面が露出してくるため、ｐ電極の
コンタクト抵抗が悪くなり、閾値電圧は上昇する傾向に
ある。しかしながら、本発明のＬＤ素子では超格子層を
有しているために、閾値電圧が比較例のものに比べて大
幅に低下している。
コンタクト層の膜厚を順次変更した際、そのｐ側コンタ
クト層の膜厚と、ＬＤ素子の閾値電圧との関係を図３に
示す。これはｐ側コンタクト層が、左から順にＡ（１０
オングストローム以下）、Ｂ（１０オングストロー
ム）、Ｃ（３０オングストローム）、Ｄ（１５０オング
ストローム、本実施例）、Ｅ（５００オングストロー
ム）、Ｆ（０．２μｍ）、Ｇ（０．５μｍ）、Ｈ（０．
８μｍ）の場合の閾値電圧を示している。この図に示す
ように、ｐ側コンタクト層の膜厚が５００オングストロ
ームを超えると閾値電圧が次第に上昇する傾向にある。
ｐ側コンタクト層２０の膜厚は５００オングストローム
以下、さらに好ましくは３００オングストローム以下で
あることが望ましい。なお１０オングストローム以下
（およそ１原子層、２原子層近く）になると、下部のｐ
側クラッド層１９の表面が露出してくるため、ｐ電極の
コンタクト抵抗が悪くなり、閾値電圧は上昇する傾向に
ある。しかしながら、本発明のＬＤ素子では超格子層を
有しているために、閾値電圧が比較例のものに比べて大
幅に低下している。
【００９３】（比較例２）表１の構成のレーザ素子にお
いて、ｎ側クラッド層１４をＳｉを１×１０１９／cm３
ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１の
層を１８０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
アンドープのＧａＮよりなる第２の層を１２０オングス
トロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの多層膜
とする。つまり第１の層と第２の層の膜厚を厚くした構
造で構成してレーザ素子を作製したところ、閾値電流密
度６．５ｋＡ／cm２で連続発振が確認され、閾値電圧が
７．５Ｖであった。なおこのレーザ素子は数分で切れて
しまった。
いて、ｎ側クラッド層１４をＳｉを１×１０１９／cm３
ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１の
層を１８０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
アンドープのＧａＮよりなる第２の層を１２０オングス
トロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの多層膜
とする。つまり第１の層と第２の層の膜厚を厚くした構
造で構成してレーザ素子を作製したところ、閾値電流密
度６．５ｋＡ／cm２で連続発振が確認され、閾値電圧が
７．５Ｖであった。なおこのレーザ素子は数分で切れて
しまった。
【００９４】［実施例７］実施例６において、ｐ側クラ
ッド層１９をＭｇを１×１０２０／cm３ドープしたＡｌ
０．２Ｇａ０．８Ｎ、６０オングストロームよりなる第
１の層と、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型Ｇ
ａＮ、４０オングストロームよりなる第２の層とを積層
した総膜厚０．５μｍの超格子構造とする他は実施例６
と同様のレーザ素子を作製する。つまり、実施例６のｐ
側クラッド層１９を構成する超格子層の膜厚を変える他
は同様にしてレーザ素子を作製したところ、閾値電圧が
実施例６のレーザ素子に比較して若干上昇する傾向にあ
ったが、２０時間以上の寿命を示した。
ッド層１９をＭｇを１×１０２０／cm３ドープしたＡｌ
０．２Ｇａ０．８Ｎ、６０オングストロームよりなる第
１の層と、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型Ｇ
ａＮ、４０オングストロームよりなる第２の層とを積層
した総膜厚０．５μｍの超格子構造とする他は実施例６
と同様のレーザ素子を作製する。つまり、実施例６のｐ
側クラッド層１９を構成する超格子層の膜厚を変える他
は同様にしてレーザ素子を作製したところ、閾値電圧が
実施例６のレーザ素子に比較して若干上昇する傾向にあ
ったが、２０時間以上の寿命を示した。
【００９５】［実施例８］実施例７において、さらにｎ
側クラッド層１４をＳｉを１×１０１９／cm３ドープし
たｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ、６０オングストローム
よりなる第１の層と、Ｓｉを１×１０１９／cm３ドープ
したｎ型ＧａＮ、４０オングストロームよりなる第２の
層とを積層した総膜厚０．５μｍの超格子構造とする他
は実施例７と同様のレーザ素子を作製する。つまり、実
施例６のｎ側コンタクト層１２、ｐ側クラッド層１９に
加えてｎ側クラッド層を超格子としたレーザ素子は、実
施例６とほぼ同等の特性を有していた。
側クラッド層１４をＳｉを１×１０１９／cm３ドープし
たｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ、６０オングストローム
よりなる第１の層と、Ｓｉを１×１０１９／cm３ドープ
したｎ型ＧａＮ、４０オングストロームよりなる第２の
層とを積層した総膜厚０．５μｍの超格子構造とする他
は実施例７と同様のレーザ素子を作製する。つまり、実
施例６のｎ側コンタクト層１２、ｐ側クラッド層１９に
加えてｎ側クラッド層を超格子としたレーザ素子は、実
施例６とほぼ同等の特性を有していた。
【００９６】［実施例９］実施例１において、第２のバ
ッファ層１１２を成長させずに、表１に示すように、第
１のバッファ層１１の上に、直接ｎ側コンタクト層１２
としてＳｉを１×１０１９／cm３ドープしたｎ型ＧａＮ
層を５μｍ成長させる。その他は、実施例１と同様の構
造を有するレーザ素子とする。つまり、表１の基本構造
において、ｎ側クラッド層１４を２０オングストローム
のＳｉ（１×１０１９／cm３）ドープｎ型Ａｌ０．２Ｇ
ａ０．８Ｎよりなる第１の層と、２０オングストローム
のアンドープＧａＮよりなる第２の層とを積層してなる
総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。さらにｐ側クラ
ッド層１９を２０オングストロームのＭｇ（１×１０
２０／cm３）ドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりな
る第１の層と、２０オングストロームのＭｇ（１×１０
２０／cm３）ドープｐ型ＧａＮよりなる第２の層とを積
層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。さら
にまたｐ側コンタクト層２０を実施例１のように１５０
オングストロームのＭｇ（２×１０２０／cm３）ドープ
ｐ型ＧａＮとしたところ、閾値電流密度３．３ｋＡ／cm
２で、４０５ｎｍの連続発振が確認され、閾値電圧は
５．０Ｖ、寿命も３０時間以上を示した。
ッファ層１１２を成長させずに、表１に示すように、第
１のバッファ層１１の上に、直接ｎ側コンタクト層１２
としてＳｉを１×１０１９／cm３ドープしたｎ型ＧａＮ
層を５μｍ成長させる。その他は、実施例１と同様の構
造を有するレーザ素子とする。つまり、表１の基本構造
において、ｎ側クラッド層１４を２０オングストローム
のＳｉ（１×１０１９／cm３）ドープｎ型Ａｌ０．２Ｇ
ａ０．８Ｎよりなる第１の層と、２０オングストローム
のアンドープＧａＮよりなる第２の層とを積層してなる
総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。さらにｐ側クラ
ッド層１９を２０オングストロームのＭｇ（１×１０
２０／cm３）ドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりな
る第１の層と、２０オングストロームのＭｇ（１×１０
２０／cm３）ドープｐ型ＧａＮよりなる第２の層とを積
層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。さら
にまたｐ側コンタクト層２０を実施例１のように１５０
オングストロームのＭｇ（２×１０２０／cm３）ドープ
ｐ型ＧａＮとしたところ、閾値電流密度３．３ｋＡ／cm
２で、４０５ｎｍの連続発振が確認され、閾値電圧は
５．０Ｖ、寿命も３０時間以上を示した。
【００９７】［実施例１０］実施例９において、ｎ側ク
ラッド層１４の超格子を構成する第２の層を、Ｓｉを１
×１０１７／cm３ドープしたＧａＮとする他は、実施例
９と同様のレーザ素子を作製する。つまりバンドギャッ
プエネルギーの大きい方の層に、Ｓｉを多くドープする
他は、実施例９と同様にして作製したレーザ素子は、実
施例９とほぼ同等の特性を示した。
ラッド層１４の超格子を構成する第２の層を、Ｓｉを１
×１０１７／cm３ドープしたＧａＮとする他は、実施例
９と同様のレーザ素子を作製する。つまりバンドギャッ
プエネルギーの大きい方の層に、Ｓｉを多くドープする
他は、実施例９と同様にして作製したレーザ素子は、実
施例９とほぼ同等の特性を示した。
【００９８】［実施例１１］実施例９において、ｎ側ク
ラッド層１４を構成する第２の層を、Ｓｉを１×１０
１９／cm３ドープしたｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ
とする他は同様にしてレーザ素子を作製する。つまりｎ
側クラッド層１４の超格子を構成する第２の層の組成を
ＩｎＧａＮとし、第１の層と第２の層との不純物濃度を
同じにする他は、実施例９と同様にして作製したレーザ
素子は、実施例９とほぼ同等の特性を示した。
ラッド層１４を構成する第２の層を、Ｓｉを１×１０
１９／cm３ドープしたｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ
とする他は同様にしてレーザ素子を作製する。つまりｎ
側クラッド層１４の超格子を構成する第２の層の組成を
ＩｎＧａＮとし、第１の層と第２の層との不純物濃度を
同じにする他は、実施例９と同様にして作製したレーザ
素子は、実施例９とほぼ同等の特性を示した。
【００９９】［実施例１２］実施例９において、ｎ側ク
ラッド層１４を構成する第１の層（Ｓｉ：１×１０ １９
／cm３ドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）の膜厚を６０オ
ングストロームとし、第２の層をＳｉを１×１０１９／
cm３ドープした４０オングストロームのＧａＮとし、総
膜厚０．５μｍの超格子構造とする。さらにｐ側クラッ
ド層１９を構成する第１の層（Ｍｇ：１×１０２０／cm
３ドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）の膜厚を６０オング
ストロームとし、第２の層（Ｍｇ：１×１０２０／cm３
ドープ：ＧａＮ）の膜厚を４０オングストロームとし、
総膜厚０．５μｍの超格子構造とする。つまりｎ側クラ
ッド層１４を構成する第１の層と第２の層のドープ量を
同じにして、膜厚を変化させ、ｐ側クラッド層１９を構
成する第１の層と第２の層との膜厚を変化させる他は、
実施例９と同様にしてレーザ素子を作製したところ、閾
値電流密度３．４ｋＡ／cm２で、４０５ｎｍの連続発振
が確認され、閾値電圧は５．２Ｖ、寿命も２０時間以上
を示した。
ラッド層１４を構成する第１の層（Ｓｉ：１×１０ １９
／cm３ドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）の膜厚を６０オ
ングストロームとし、第２の層をＳｉを１×１０１９／
cm３ドープした４０オングストロームのＧａＮとし、総
膜厚０．５μｍの超格子構造とする。さらにｐ側クラッ
ド層１９を構成する第１の層（Ｍｇ：１×１０２０／cm
３ドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）の膜厚を６０オング
ストロームとし、第２の層（Ｍｇ：１×１０２０／cm３
ドープ：ＧａＮ）の膜厚を４０オングストロームとし、
総膜厚０．５μｍの超格子構造とする。つまりｎ側クラ
ッド層１４を構成する第１の層と第２の層のドープ量を
同じにして、膜厚を変化させ、ｐ側クラッド層１９を構
成する第１の層と第２の層との膜厚を変化させる他は、
実施例９と同様にしてレーザ素子を作製したところ、閾
値電流密度３．４ｋＡ／cm２で、４０５ｎｍの連続発振
が確認され、閾値電圧は５．２Ｖ、寿命も２０時間以上
を示した。
【０１００】［実施例１３］実施例１１において、ｎ側
クラッド層１４を構成する第２の層（ＧａＮ）のＳｉ濃
度を１×１０１７／cm３とする他は実施例１１と同様の
構造を有するレーザ素子を作製したところ、実施例１１
とほぼ同等の特性を有するレーザ素子が作製できた。
クラッド層１４を構成する第２の層（ＧａＮ）のＳｉ濃
度を１×１０１７／cm３とする他は実施例１１と同様の
構造を有するレーザ素子を作製したところ、実施例１１
とほぼ同等の特性を有するレーザ素子が作製できた。
【０１０１】［実施例１４］実施例１１において、ｎ側
クラッド層１４を構成する第２の層（ＧａＮ）をアンド
ープとする他は実施例１１と同様の構造を有するレーザ
素子を作製したところ、実施例１１とほぼ同等の特性を
有するレーザ素子が作製できた。
クラッド層１４を構成する第２の層（ＧａＮ）をアンド
ープとする他は実施例１１と同様の構造を有するレーザ
素子を作製したところ、実施例１１とほぼ同等の特性を
有するレーザ素子が作製できた。
【０１０２】［実施例１５］実施例９において、ｎ側ク
ラッド層１４をＳｉを１×１０１９／cm３ドープしたｎ
型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ単一で０．４μｍ成長させる
他は同様にしてレーザ素子を作製する。つまり、表１の
基本構造において、ｐ側クラッド層１９のみを実施例１
のようにＭｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ
０．２Ｇａ０ ．８Ｎよりなる第１の層、２０オングスト
ロームと、Ｍｇを１×１０１９／cm３ドープしたｐ型Ｇ
ａＮよりなる第２の層２０オングストロームとからなる
総膜厚０．４μｍの超格子構造とし、さらに、ｐ側コン
タクト層２０を実施例１のように１５０オングストロー
ムのＭｇ（２×１０２０／cm３）ドープｐ型ＧａＮとし
たところ、同じく閾値電流密度３．４ｋＡ／cm２で、４
０５ｎｍの連続発振が確認され、閾値電圧は５．１Ｖ、
寿命は２０時間以上を示した。
ラッド層１４をＳｉを１×１０１９／cm３ドープしたｎ
型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ単一で０．４μｍ成長させる
他は同様にしてレーザ素子を作製する。つまり、表１の
基本構造において、ｐ側クラッド層１９のみを実施例１
のようにＭｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ
０．２Ｇａ０ ．８Ｎよりなる第１の層、２０オングスト
ロームと、Ｍｇを１×１０１９／cm３ドープしたｐ型Ｇ
ａＮよりなる第２の層２０オングストロームとからなる
総膜厚０．４μｍの超格子構造とし、さらに、ｐ側コン
タクト層２０を実施例１のように１５０オングストロー
ムのＭｇ（２×１０２０／cm３）ドープｐ型ＧａＮとし
たところ、同じく閾値電流密度３．４ｋＡ／cm２で、４
０５ｎｍの連続発振が確認され、閾値電圧は５．１Ｖ、
寿命は２０時間以上を示した。
【０１０３】［実施例１６］実施例１５において、ｐ側
クラッド層１９を構成する超格子層の膜厚を第１の層
（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）を６０オングストロームと
し、第２の層（ＧａＮ）を４０オングストロームとして
積層し、総膜厚０．５μｍとする他は実施例１４と同様
のレーザ素子を得たところ、閾値電圧は若干上昇する傾
向にあったが、寿命は２０時間以上あった。
クラッド層１９を構成する超格子層の膜厚を第１の層
（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）を６０オングストロームと
し、第２の層（ＧａＮ）を４０オングストロームとして
積層し、総膜厚０．５μｍとする他は実施例１４と同様
のレーザ素子を得たところ、閾値電圧は若干上昇する傾
向にあったが、寿命は２０時間以上あった。
【０１０４】［実施例１７］実施例９において、ｐ側ク
ラッド層１９をＭｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ
型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ単一で０．４μｍ成長させる
他は同様にしてレーザ素子を作製する。つまり、表１の
基本構造において、ｎ側クラッド層１４のみを実施例１
のようにＳｉを１×１０１９／cm３ドープしたｎ型Ａｌ
０．２Ｇａ０ ．８Ｎよりなる第１の層、２０オングスト
ロームと、アンドープのＧａＮよりなる第２の層２０オ
ングストロームとからなる総膜厚０．４μｍの超格子構
造とし、さらに、ｐ側コンタクト層２０を実施例１のよ
うに１５０オングストロームのＭｇ（２×１０２０／cm
３）ドープｐ型ＧａＮとしたところ、同じく閾値電流密
度３．５ｋＡ／cm２で、４０５ｎｍの連続発振が確認さ
れ、閾値電圧は５．４Ｖ、寿命は１０時間以上を示し
た。
ラッド層１９をＭｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ
型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ単一で０．４μｍ成長させる
他は同様にしてレーザ素子を作製する。つまり、表１の
基本構造において、ｎ側クラッド層１４のみを実施例１
のようにＳｉを１×１０１９／cm３ドープしたｎ型Ａｌ
０．２Ｇａ０ ．８Ｎよりなる第１の層、２０オングスト
ロームと、アンドープのＧａＮよりなる第２の層２０オ
ングストロームとからなる総膜厚０．４μｍの超格子構
造とし、さらに、ｐ側コンタクト層２０を実施例１のよ
うに１５０オングストロームのＭｇ（２×１０２０／cm
３）ドープｐ型ＧａＮとしたところ、同じく閾値電流密
度３．５ｋＡ／cm２で、４０５ｎｍの連続発振が確認さ
れ、閾値電圧は５．４Ｖ、寿命は１０時間以上を示し
た。
【０１０５】［実施例１８］実施例１７において、ｎ側
クラッド層１４を構成する超格子層の膜厚を第１の層
（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）を７０オングストロームと
し、第２の層をＳｉを１×１０１９／cm３ドープしたＩ
ｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ、７０オングストロームとし
て積層し、総膜厚０．４９μｍとする他は実施例１７と
同様のレーザ素子を得たところ、実施例１６に比べて閾
値電圧が若干上昇する傾向にあったが、同じく１０時間
以上の寿命を有するレーザ素子が得られた。
クラッド層１４を構成する超格子層の膜厚を第１の層
（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）を７０オングストロームと
し、第２の層をＳｉを１×１０１９／cm３ドープしたＩ
ｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ、７０オングストロームとし
て積層し、総膜厚０．４９μｍとする他は実施例１７と
同様のレーザ素子を得たところ、実施例１６に比べて閾
値電圧が若干上昇する傾向にあったが、同じく１０時間
以上の寿命を有するレーザ素子が得られた。
【０１０６】［実施例１９］実施例１７において、ｎ側
クラッド層１４を構成する超格子層の膜厚を第１の層
（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）を６０オングストロームと
し、第２の層（アンドープＧａＮ）を４０オングストロ
ームとして積層し、総膜厚０．５μｍとする他は実施例
１６と同様のレーザ素子を得たところ、実施例１７に比
べて閾値電圧が若干上昇する傾向にあったが、同じく１
０時間以上の寿命を有するレーザ素子が得られた。
クラッド層１４を構成する超格子層の膜厚を第１の層
（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）を６０オングストロームと
し、第２の層（アンドープＧａＮ）を４０オングストロ
ームとして積層し、総膜厚０．５μｍとする他は実施例
１６と同様のレーザ素子を得たところ、実施例１７に比
べて閾値電圧が若干上昇する傾向にあったが、同じく１
０時間以上の寿命を有するレーザ素子が得られた。
【０１０７】［実施例２０］実施例９において、さらに
ｎ側光ガイド層１５をアンドープのＧａＮよりなる第１
の層、２０オングストロームと、アンドープのＩｎ
０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる第２の層、２０とを積層し
てなる総膜厚８００オングストロームの超格子層とす
る。それに加えて、ｐ側光ガイド層１８もアンドープの
ＧａＮよりなる第１の層、２０オングストロームと、ア
ンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる第２の層、
２０オングストロームとを積層してなる総膜厚８００オ
ングストロームの超格子構造とする。つまり、表１の基
本構造において、ｎ側クラッド層１４、ｎ側光ガイド層
１５、ｐ側光ガイド層１８、及びｐ側クラッド層１９と
を超格子構造とし、さらにまたｐ側コンタクト層２０を
実施例１のように１５０オングストロームのＭｇ（２×
１０２０／cm３）ドープｐ型ＧａＮとしたところ、閾値
電流密度２．９ｋＡ／cm２で、４０５ｎｍの連続発振が
確認され、閾値電圧は４．４Ｖ、寿命も６０時間以上を
示した。
ｎ側光ガイド層１５をアンドープのＧａＮよりなる第１
の層、２０オングストロームと、アンドープのＩｎ
０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる第２の層、２０とを積層し
てなる総膜厚８００オングストロームの超格子層とす
る。それに加えて、ｐ側光ガイド層１８もアンドープの
ＧａＮよりなる第１の層、２０オングストロームと、ア
ンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる第２の層、
２０オングストロームとを積層してなる総膜厚８００オ
ングストロームの超格子構造とする。つまり、表１の基
本構造において、ｎ側クラッド層１４、ｎ側光ガイド層
１５、ｐ側光ガイド層１８、及びｐ側クラッド層１９と
を超格子構造とし、さらにまたｐ側コンタクト層２０を
実施例１のように１５０オングストロームのＭｇ（２×
１０２０／cm３）ドープｐ型ＧａＮとしたところ、閾値
電流密度２．９ｋＡ／cm２で、４０５ｎｍの連続発振が
確認され、閾値電圧は４．４Ｖ、寿命も６０時間以上を
示した。
【０１０８】［実施例２１］本実施例は図１のＬＥＤ素
子を元に説明する。実施例１と同様にしてサファイアよ
りなる基板１の上にＧａＮよりなるバッファ層２を２０
０オングストロームの膜厚で成長させ、次いでＳｉを１
×１０１９／cm３ドープしたｎ型ＧａＮよりなるコンタ
クト層を５μｍの膜厚で成長させ、次にＩｎ０．４Ｇａ
０．６Ｎよりなる膜厚３０オングストロームの単一量子
井戸構造よりなる活性層４を成長させる。
子を元に説明する。実施例１と同様にしてサファイアよ
りなる基板１の上にＧａＮよりなるバッファ層２を２０
０オングストロームの膜厚で成長させ、次いでＳｉを１
×１０１９／cm３ドープしたｎ型ＧａＮよりなるコンタ
クト層を５μｍの膜厚で成長させ、次にＩｎ０．４Ｇａ
０．６Ｎよりなる膜厚３０オングストロームの単一量子
井戸構造よりなる活性層４を成長させる。
【０１０９】（ｐ側超格子層）次に、実施例１と同様に
して、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ
０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１の層を２０オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いてＭｇを１×１０１９／
cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層を２０オン
グストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．４μｍの超
格子よりなるｐ側クラッド層５を成長させる。このｐ側
クラッド層４の膜厚も特に限定しないが、１００オング
ストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００
オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが
望ましい。
して、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ
０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１の層を２０オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いてＭｇを１×１０１９／
cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層を２０オン
グストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．４μｍの超
格子よりなるｐ側クラッド層５を成長させる。このｐ側
クラッド層４の膜厚も特に限定しないが、１００オング
ストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００
オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが
望ましい。
【０１１０】次にこのｐ側クラッド層５の上にＭｇを１
×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮ層を０．５μｍ
の膜厚で成長させる。成長後、ウェーハを反応容器から
取り出し実施例１と同様にして、アニーリングを行った
後、ｐ側コンタクト層６側からエッチングを行いｎ電極
９を形成すべきｎ側コンタクト層３の表面を露出させ
る。最上層のｐ側コンタクト層６のほぼ全面に膜厚２０
０オングストロームのＮｉ−Ａｕよりなる透光性のｐ電
極７を形成し、その全面電極７の上にＡｕよりなるｐパ
ッド電極８を形成する。露出したｎ側コンタクト層の表
面にもＴｉ−Ａｌよりなるｎ電極９を形成する。
×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮ層を０．５μｍ
の膜厚で成長させる。成長後、ウェーハを反応容器から
取り出し実施例１と同様にして、アニーリングを行った
後、ｐ側コンタクト層６側からエッチングを行いｎ電極
９を形成すべきｎ側コンタクト層３の表面を露出させ
る。最上層のｐ側コンタクト層６のほぼ全面に膜厚２０
０オングストロームのＮｉ−Ａｕよりなる透光性のｐ電
極７を形成し、その全面電極７の上にＡｕよりなるｐパ
ッド電極８を形成する。露出したｎ側コンタクト層の表
面にもＴｉ−Ａｌよりなるｎ電極９を形成する。
【０１１１】以上のようにして電極を形成したウェーハ
を３５０μｍ角のチップに分離してＬＥＤ素子としたと
ころ、Ｉｆ２０ｍＡにおいて５２０ｎｍの緑色発光を示
し、Ｖｆは３．２Ｖであった。これに対し、ｐ側クラッ
ド層５を単一のＭｇドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで構
成したＬＥＤ素子のＶｆは３．４Ｖであった。さらに静
電耐圧は本実施例の方が２倍以上の静電耐圧を有してい
た。
を３５０μｍ角のチップに分離してＬＥＤ素子としたと
ころ、Ｉｆ２０ｍＡにおいて５２０ｎｍの緑色発光を示
し、Ｖｆは３．２Ｖであった。これに対し、ｐ側クラッ
ド層５を単一のＭｇドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで構
成したＬＥＤ素子のＶｆは３．４Ｖであった。さらに静
電耐圧は本実施例の方が２倍以上の静電耐圧を有してい
た。
【０１１２】［実施例２２］実施例２１において、ｐ側
クラッド層５を構成する超格子層を、第１の層の膜厚を
５０オングストロームとし、第２の層をＭｇを１×１０
２０／cm３ドープしたＧａＮ、５０オングストロームと
して、それぞれ２５層積層し、総膜厚０．２５μｍの超
格子とする他は同様にしてＬＥＤ素子を作成したとこ
ろ、実施例２１とほぼ同等の特性を有するＬＥＤ素子が
得られた。
クラッド層５を構成する超格子層を、第１の層の膜厚を
５０オングストロームとし、第２の層をＭｇを１×１０
２０／cm３ドープしたＧａＮ、５０オングストロームと
して、それぞれ２５層積層し、総膜厚０．２５μｍの超
格子とする他は同様にしてＬＥＤ素子を作成したとこ
ろ、実施例２１とほぼ同等の特性を有するＬＥＤ素子が
得られた。
【０１１３】［実施例２３］実施例２１において、ｐ側
クラッド層５を構成する超格子層の厚さを、第１の層１
００オングストローム、第２の層を７０オングストロー
ムの膜厚として、総膜厚０．２５μｍの超格子とする他
は同様にしてＬＥＤ素子を作成したところ、Ｖｆは３．
４Ｖであったが、静電耐圧は従来のものよりも２０％以
上優れていた。
クラッド層５を構成する超格子層の厚さを、第１の層１
００オングストローム、第２の層を７０オングストロー
ムの膜厚として、総膜厚０．２５μｍの超格子とする他
は同様にしてＬＥＤ素子を作成したところ、Ｖｆは３．
４Ｖであったが、静電耐圧は従来のものよりも２０％以
上優れていた。
【０１１４】［実施例２４］実施例２１において、ｎ側
コンタクト層３を成長させる際、Ｓｉを２×１０１ ９／
cm３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第
１の層を６０オングストローム、アンドープのＧａＮよ
りなる第２の層を４０オングストロームの膜厚で成長さ
せ、それぞれ第１の層を５００層、第２の層を５００層
交互に積層し、総膜厚５μｍの超格子とする。その他は
実施例１２と同様にしてＬＥＤ素子を作製したところ、
同じくＩｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆは３．１Ｖに低下
し、静電耐圧は従来に比較比較して２．５倍以上に向上
した。
コンタクト層３を成長させる際、Ｓｉを２×１０１ ９／
cm３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第
１の層を６０オングストローム、アンドープのＧａＮよ
りなる第２の層を４０オングストロームの膜厚で成長さ
せ、それぞれ第１の層を５００層、第２の層を５００層
交互に積層し、総膜厚５μｍの超格子とする。その他は
実施例１２と同様にしてＬＥＤ素子を作製したところ、
同じくＩｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆは３．１Ｖに低下
し、静電耐圧は従来に比較比較して２．５倍以上に向上
した。
【０１１５】［実施例２５］実施例２３において、ｐ側
クラッド層５を構成する超格子の第１の層（Ａｌ０ ．２
Ｇａ０．８Ｎ）の膜厚を６０オングストロームとし、第
２の層の膜厚を４０オングストロームとして、それぞれ
２５層交互に積層して、総膜厚０．３μｍとする他は同
様の構造を有するＬＥＤ素子を作製したところ、Ｖｆは
３．２Ｖで、静電耐圧は従来の２倍以上であった。
クラッド層５を構成する超格子の第１の層（Ａｌ０ ．２
Ｇａ０．８Ｎ）の膜厚を６０オングストロームとし、第
２の層の膜厚を４０オングストロームとして、それぞれ
２５層交互に積層して、総膜厚０．３μｍとする他は同
様の構造を有するＬＥＤ素子を作製したところ、Ｖｆは
３．２Ｖで、静電耐圧は従来の２倍以上であった。
【０１１６】［実施例２６］本実施例は図４に示すレー
ザ素子を基に説明する。図４も、図２と同様にレーザ光
の共振方向に垂直な方向で素子を切断した際の断面図で
あるが、図２と異なるところは、基板１０にＧａＮより
なる基板１０１を用いているところと、第２のバッファ
層１１２を成長させずに、ｎ型不純物をドープした第３
のバッファ層１１３を成長させているところにある。こ
の図４に示すレーザ素子は以下の方法によって得られ
る。
ザ素子を基に説明する。図４も、図２と同様にレーザ光
の共振方向に垂直な方向で素子を切断した際の断面図で
あるが、図２と異なるところは、基板１０にＧａＮより
なる基板１０１を用いているところと、第２のバッファ
層１１２を成長させずに、ｎ型不純物をドープした第３
のバッファ層１１３を成長させているところにある。こ
の図４に示すレーザ素子は以下の方法によって得られ
る。
【０１１７】まずサファイア基板上にＭＯＶＰＥ法、若
しくはＨＶＰＥ法を用いて、Ｓｉを５×１０１８／cm３
ドープしたＧａＮ層を厚さ３００μｍで成長させた後、
サファイア基板を除去して厚さ３００μｍのＳｉドープ
ＧａＮ基板１０１を作製する。ＧａＮ基板１０１は、こ
のように窒化物半導体と異なる基板の上に、例えば１０
０μｍ以上の膜厚で成長させた後、その異種基板を除去
することによって得られる。ＧａＮ基板１０１はアンド
ープでも良いし、またｎ型不純物をドープして作製して
も良い。ｎ型不純物をドープする場合には通常１×１０
１７／cm３〜１×１０１９／cm３の範囲で不純物をドー
プすると結晶性の良いＧａＮ基板が得られる。
しくはＨＶＰＥ法を用いて、Ｓｉを５×１０１８／cm３
ドープしたＧａＮ層を厚さ３００μｍで成長させた後、
サファイア基板を除去して厚さ３００μｍのＳｉドープ
ＧａＮ基板１０１を作製する。ＧａＮ基板１０１は、こ
のように窒化物半導体と異なる基板の上に、例えば１０
０μｍ以上の膜厚で成長させた後、その異種基板を除去
することによって得られる。ＧａＮ基板１０１はアンド
ープでも良いし、またｎ型不純物をドープして作製して
も良い。ｎ型不純物をドープする場合には通常１×１０
１７／cm３〜１×１０１９／cm３の範囲で不純物をドー
プすると結晶性の良いＧａＮ基板が得られる。
【０１１８】ＧａＮ基板１０１作製後、温度を１０５０
℃にして、Ｓｉを３×１０１８／cm ３ドープしたｎ型Ｇ
ａＮよりなる第３のバッファ層１１３を３μｍの膜厚で
成長させる。なお第３のバッファ層１１３は図１、図２
においてｎ側コンタクト層１４に相当する層であるが、
電極を形成する層ではないので、ここではコンタクト層
とは言わず、第３のバッファ層１１３という。なおＧａ
Ｎ基板１０１と第３のバッファ層１１３との間に、実施
例１と同様にして低温で成長させる第１のバッファ層を
成長させても良いが、第１のバッファ層を成長させる場
合には、３００オングストローム以下にすることが望ま
しい。
℃にして、Ｓｉを３×１０１８／cm ３ドープしたｎ型Ｇ
ａＮよりなる第３のバッファ層１１３を３μｍの膜厚で
成長させる。なお第３のバッファ層１１３は図１、図２
においてｎ側コンタクト層１４に相当する層であるが、
電極を形成する層ではないので、ここではコンタクト層
とは言わず、第３のバッファ層１１３という。なおＧａ
Ｎ基板１０１と第３のバッファ層１１３との間に、実施
例１と同様にして低温で成長させる第１のバッファ層を
成長させても良いが、第１のバッファ層を成長させる場
合には、３００オングストローム以下にすることが望ま
しい。
【０１１９】次に第３のバッファ層１１３の上に、実施
例１と同様にＳｉを５×１０１８／cm３ドープしたＩｎ
０．１Ｇａ０．９Ｎよりなるクラック防止層１３を５０
０オングストロームの膜厚で成長させる。次に、Ｓｉを
５×１０１８／cm３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ
０．８Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、
Ｓｉを５×１０１８／cm３ドープしたＧａＮよりなる第
２の層２０オングストロームとを１００回交互に積層し
た、総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｎ側クラッド
層１４を成長させる。次に実施例１と同様に、Ｓｉを５
×１０１８／cm３ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ側光
ガイド層１５を０．１μｍの膜厚で成長させる。
例１と同様にＳｉを５×１０１８／cm３ドープしたＩｎ
０．１Ｇａ０．９Ｎよりなるクラック防止層１３を５０
０オングストロームの膜厚で成長させる。次に、Ｓｉを
５×１０１８／cm３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ
０．８Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、
Ｓｉを５×１０１８／cm３ドープしたＧａＮよりなる第
２の層２０オングストロームとを１００回交互に積層し
た、総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｎ側クラッド
層１４を成長させる。次に実施例１と同様に、Ｓｉを５
×１０１８／cm３ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ側光
ガイド層１５を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【０１２０】次に、アンドープＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ
よりなる井戸層、２５オングストロームと、アンドープ
ＧａＮよりなる障壁層５０オングストロームとを成長さ
せ、交互に２回繰り返し、最後に井戸層を積層した総膜
厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）の活性層１６を成長させる。
よりなる井戸層、２５オングストロームと、アンドープ
ＧａＮよりなる障壁層５０オングストロームとを成長さ
せ、交互に２回繰り返し、最後に井戸層を積層した総膜
厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）の活性層１６を成長させる。
【０１２１】次に、実施例１と同様に、Ｍｇを１×１０
２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ０． ３Ｇａ０．７Ｎより
なるｐ側キャップ層１７を３００オングストロームの膜
厚で成長させ、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ
型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１８を０．１μｍの膜
厚で成長させる。
２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ０． ３Ｇａ０．７Ｎより
なるｐ側キャップ層１７を３００オングストロームの膜
厚で成長させ、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ
型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１８を０．１μｍの膜
厚で成長させる。
【０１２２】次に実施例１と同様にして、Ｍｇを１×１
０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ０ ．２Ｇａ０．８Ｎよ
りなる第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×
１０ ２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の
層、２０オングストロームよりなる、総膜厚０．４μｍ
の超格子層よりなるｐ側クラッド層１９を形成し、最後
に、ｐ側クラッド層１９の上に、Ｍｇを２×１０２０／
cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層２
０を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ０ ．２Ｇａ０．８Ｎよ
りなる第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×
１０ ２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の
層、２０オングストロームよりなる、総膜厚０．４μｍ
の超格子層よりなるｐ側クラッド層１９を形成し、最後
に、ｐ側クラッド層１９の上に、Ｍｇを２×１０２０／
cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層２
０を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１２３】反応終了後、７００℃でアニーリングした
後、実施例１と同様に、ＲＩＥ装置により最上層のｐ側
コンタクト層２０と、ｐ側クラッド層１９とをエッチン
グして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とす
る。
後、実施例１と同様に、ＲＩＥ装置により最上層のｐ側
コンタクト層２０と、ｐ側クラッド層１９とをエッチン
グして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とす
る。
【０１２４】次に、実施例１と同じくｐ側コンタクト層
２０のストライプリッジ最表面のほぼ全面にＮｉとＡｕ
よりなるｐ電極２１を形成し、ＧａＮ基板１０１の裏面
のほぼ全面に、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極２３を形成す
る。
２０のストライプリッジ最表面のほぼ全面にＮｉとＡｕ
よりなるｐ電極２１を形成し、ＧａＮ基板１０１の裏面
のほぼ全面に、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極２３を形成す
る。
【０１２５】次に、図４に示すようにｐ電極２１の面積
を除く、ｐ側クラッド層１９のＳｉＯ２よりなる絶縁膜
２５を形成し、この絶縁膜２５を介して、ｐ電極２１と
電気的に接続したｐパッド電極２２を形成する。
を除く、ｐ側クラッド層１９のＳｉＯ２よりなる絶縁膜
２５を形成し、この絶縁膜２５を介して、ｐ電極２１と
電気的に接続したｐパッド電極２２を形成する。
【０１２６】電極形成後、ｐ電極２１に垂直な方向でＧ
ａＮ基板１０１をバー状に劈開し、劈開面に共振器を作
製する。なおＧａＮ基板の劈開面はＭ面とする。劈開面
にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を形成し、
最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図４に示
すレーザチップとした。次にチップをフェースアップ
（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシン
クに設置し、ｐパッド電極２２をワイヤーボンディング
して、室温でレーザ発振を試みたところ、室温におい
て、閾値電流密度２．５ｋＡ／cm２、閾値電圧４．０Ｖ
で、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、５００
時間以上の寿命を示した。これは基板にＧａＮを使用し
たことにより、結晶欠陥の広がりが少なくなったことに
よる。
ａＮ基板１０１をバー状に劈開し、劈開面に共振器を作
製する。なおＧａＮ基板の劈開面はＭ面とする。劈開面
にＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を形成し、
最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図４に示
すレーザチップとした。次にチップをフェースアップ
（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシン
クに設置し、ｐパッド電極２２をワイヤーボンディング
して、室温でレーザ発振を試みたところ、室温におい
て、閾値電流密度２．５ｋＡ／cm２、閾値電圧４．０Ｖ
で、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、５００
時間以上の寿命を示した。これは基板にＧａＮを使用し
たことにより、結晶欠陥の広がりが少なくなったことに
よる。
【０１２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る窒化
物半導体素子は、活性層以外のｐ型窒化物半導体領域又
はｎ型窒化物半導体領域において、超格子層を用いて構
成しているので、電力効率を極めて良くすることができ
る。すなわち、従来の窒化物半導体素子では、活性層を
多重量子井戸構造とすることは提案されていたが、活性
層を挟む、例えばクラッド層等は単一の窒化物半導体層
で構成されているのが通常であった。しかし、本発明の
窒化物半導体素子では量子効果が出現するような層を有
する超格子層をクラッド層、若しくは電流を注入するコ
ンタクト層として設けているため、クラッド層側の抵抗
率を低くすることができる。これによって、例えばＬＤ
素子の閾値電流、閾値電圧を低くでき、該素子を長寿命
とすることができる。さらに従来のＬＥＤは静電気に弱
かったが、本発明では静電耐圧に強い素子を実現でき
る。このようにＶｆ、閾値電圧が低くできるので、発熱
量も少なくなり、該素子の信頼性も向上させることがで
きる。本発明の窒化物半導体素子によれば、ＬＥＤ、Ｌ
Ｄ等の発光素子はもちろんのこと、窒化物半導体を用い
た太陽電池、光センサー、トランジスタ等に利用すると
非常の効率の高いデバイスを実現することが可能となり
その産業上の利用価値は非常に大きい。
物半導体素子は、活性層以外のｐ型窒化物半導体領域又
はｎ型窒化物半導体領域において、超格子層を用いて構
成しているので、電力効率を極めて良くすることができ
る。すなわち、従来の窒化物半導体素子では、活性層を
多重量子井戸構造とすることは提案されていたが、活性
層を挟む、例えばクラッド層等は単一の窒化物半導体層
で構成されているのが通常であった。しかし、本発明の
窒化物半導体素子では量子効果が出現するような層を有
する超格子層をクラッド層、若しくは電流を注入するコ
ンタクト層として設けているため、クラッド層側の抵抗
率を低くすることができる。これによって、例えばＬＤ
素子の閾値電流、閾値電圧を低くでき、該素子を長寿命
とすることができる。さらに従来のＬＥＤは静電気に弱
かったが、本発明では静電耐圧に強い素子を実現でき
る。このようにＶｆ、閾値電圧が低くできるので、発熱
量も少なくなり、該素子の信頼性も向上させることがで
きる。本発明の窒化物半導体素子によれば、ＬＥＤ、Ｌ
Ｄ等の発光素子はもちろんのこと、窒化物半導体を用い
た太陽電池、光センサー、トランジスタ等に利用すると
非常の効率の高いデバイスを実現することが可能となり
その産業上の利用価値は非常に大きい。
【図１】 本発明に係る実施形態１の窒化物半導体素子
（ＬＥＤ素子）の構成を示す模式断面図である。
（ＬＥＤ素子）の構成を示す模式断面図である。
【図２】 本発明に係る実施形態２の窒化物半導体素子
（ＬＤ素子）の構成を示す模式断面図である。
（ＬＤ素子）の構成を示す模式断面図である。
【図３】 本発明に係る実施例１のＬＤ素子におけるｐ
側コンタクト層の膜厚と、閾値電圧との関係を示すグラ
フである。
側コンタクト層の膜厚と、閾値電圧との関係を示すグラ
フである。
【図４】 本発明に係る実施例２６のＬＤ素子の模式断
面図である。
面図である。
１、１０・・・・基板、
２、１１・・・・バッファ層、
３、１２・・・・ｎ側コンタクト層、
１３・・・・クラック防止層、
１４・・・・ｎ側クラッド層（超格子層）、
１５・・・・ｎ側光ガイド層、
４、１６・・・・活性層、
１７・・・・キャップ層、
１８・・・・ｐ側光ガイド層、
５、１９・・・・ｐ側クラッド層（超格子層）、
６、２０・・・・ｐ側コンタクト層、
７、２１・・・・ｐ電極、
８、２２・・・・ｐパッド電極、
９、２３・・・・ｎ電極、
２４・・・・ｎパッド電極、
２５・・・・絶縁膜、
１０１・・・・ＧａＮ基板、
１１２・・・・第２のバッファ層、
１１３・・・・第３のバッファ層。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 中村 修二
徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化
学工業株式会社内
Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA40 CA04 CA05 CA40
5F073 AA11 AA45 AA71 CA07 CB05
EA23
Claims (22)
- 【請求項１】 ｐ側コンタクト層を含む１又は多層のｐ
型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層を介してキ
ャリアが注入されて所定の動作をする窒化物半導体から
なる活性層とを備えた窒化物半導体素子において、 前記ｐ側コンタクト層は超格子層であることを特徴とす
る窒化物半導体素子。 - 【請求項２】 ｎ側コンタクト層を含む１又は多層のｎ
型窒化物半導体層と１又は多層のｐ型窒化物半導体層と
の間に活性層を有する窒化物半導体素子において、 前記ｎ側コンタクト層は、超格子層であることを特徴と
する窒化物半導体素子。 - 【請求項３】 １又は多層のｐ型窒化物半導体層と、該
ｐ型窒化物半導体層を介してキャリアが注入されて所定
の動作をする窒化物半導体からなる活性層とを備えた窒
化物半導体素子において、 前記ｐ型窒化物半導体層の少なくとも一つは超格子層で
あることを特徴とする窒化物半導体素子。 - 【請求項４】 １又は多層のｎ型窒化物半導体層と１又
は多層のｐ型窒化物半導体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ｐ型窒化物半導体層及び前記ｎ型窒化物半導体層の
うちの少なくとも一つは、超格子層であることを特徴と
する窒化物半導体素子。 - 【請求項５】 前記超格子層は、１００オングストロー
ム以下の膜厚を有する窒化物半導体からなる第１の層
と、該第１の層と組成が異なりかつ１００オングストロ
ーム以下の膜厚を有する窒化物半導体からなる第２の層
とが積層された請求項１〜４のうちのいずれか１つに記
載の窒化物半導体素子。 - 【請求項６】 前記第１の層、及び第２の層の内の少な
くとも一方が、Ａｌを含む窒化物半導体からなる請求項
５に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項７】 前記Ａｌを含む窒化物半導体が、式Ａｌ
ＹＧａ１−ＹＮ（ただし、０＜Ｙ≦１）であらわされる
窒化物半導体である請求項６に記載の窒化物半導体素
子。 - 【請求項８】 前記超格子層において、前記第１の層が
式ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）で表される窒化物
半導体からなり、かつ前記第２の層が式Ａｌ ＹＧａ
１−ＹＮ（０≦Ｙ≦１、Ｘ＝Ｙ≠０）で表される窒化物
半導体からなる請求項７に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項９】 前記超格子層において、前記第１の層が
式ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）で表される窒化物
半導体からなり、かつ前記第２の層が式Ａｌ ＹＧａ
１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１）で表される窒化物半導体からな
る請求項８に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項１０】 前記第１の層及び前記第２の層がそれ
ぞれ、７０オングストローム以下の膜厚を有する窒化物
半導体からなる請求項５乃至９のうちのいずれか１項に
記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項１１】 前記第１の層、及び第２の層の膜厚
は、それぞれ１０オングストローム〜７０オングストロ
ームの範囲内にある請求項５乃至９のうちのいずれか１
項に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項１２】 前記窒化物半導体素子がさらに、前記
ｐ型窒化物半導体層として、ｐ電極を形成するためのｐ
側コンタクト層を備え、該ｐ側コンタクト層の膜厚が５
００オングストローム以下である請求項１乃至１１のう
ちのいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項１３】 前記該ｐ側コンタクト層の膜厚がさら
に、３００オングストローム以下、１０オングストロー
ム以上である請求項１２に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項１４】 前記窒化物半導体素子がさらに、前記
ｐ型窒化物半導体層として、ｐ電極を形成するためのｐ
側コンタクト層とを含んでなり、 前記超格子層が、前記活性層と前記ｐ側コンタクト層と
の間に形成された請求項３乃至１３の内のいずれか１項
に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項１５】 前記窒化物半導体素子がさらに、基板
上に第１のバッファ層を介して形成された、膜厚０．１
μｍ以上の窒化物半導体からなる第２のバッファ層と、
該第２のバッファ層上に形成された、ｎ型不純物がドー
プされた窒化物半導体からなるｎ側コンタクト層を有
し、該ｎ側コンタクト層にｎ電極が形成されてなる請求
項３乃至１４のうちのいずれか１項に記載の窒化物半導
体素子。 - 【請求項１６】 前記第２のバッファ層の不純物濃度
が、前記ｎ側コンタクト層に比較して低濃度である請求
項１５に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項１７】 前記第１のバッフア層、及び前記第２
のバッファ層の内の少なくとも一方は、膜厚１００オン
グストローム以下の互いに組成が異なる窒化物半導体層
が積層された超格子層よりなることを特徴とする請求項
１５または１６に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項１８】 前記窒化物半導体素子がさらに、前記
ｎ型窒化物半導体層として、ｎ電極を形成するためのｎ
側コンタクト層を含み、前記超格子層が、前記活性層と
前記ｎ側コンタクト層との間に形成された請求項３乃至
１４の内のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項１９】 前記第１の層及び前記第２の層の内の
少なくとも一方に、該層の導電型をｎ型又はｐ型に設定
する不純物がドープされた請求項５乃至１８の内のいず
れか１項に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項２０】 前記第１の層及び前記第２の層にドー
プされた、該層の導電型をｎ型又はｐ型に設定する不純
物の濃度が互いに異なる請求項５乃至１８の内のいずれ
か１項に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項２１】 前記窒化物半導体素子において、前記
第１の層と前記第２の層とのバンドギャップエネルギー
が互いに異なり、かつバンドギャップエネルギーが大き
い層の不純物濃度を大きくした請求項２０記載の窒化物
半導体素子。 - 【請求項２２】 前記超格子層は、ｎ電極が形成される
ｎ側コンタクト層として形成されたことを特徴とする請
求項５乃至２１の内のいずれか１項に記載の窒化物半導
体素子。
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|---|---|---|---|
| JP2002128255A JP4378070B2 (ja) | 1997-01-09 | 2002-04-30 | 窒化物半導体素子 |
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| JP193797 | 1997-01-09 | ||
| JP9-12707 | 1997-01-27 | ||
| JP1270797 | 1997-01-27 | ||
| JP9-102793 | 1997-04-03 | ||
| JP10279397 | 1997-04-03 | ||
| JP2002128255A JP4378070B2 (ja) | 1997-01-09 | 2002-04-30 | 窒化物半導体素子 |
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| CN114068741A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-02-18 | 至善时代智能科技(北京)有限公司 | 一种紫外探测器芯片 |
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