JP2003282862A - Nitride semiconductor layer, nitride semiconductor element and its manufacturing method - Google Patents

Nitride semiconductor layer, nitride semiconductor element and its manufacturing method

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JP2003282862A JP2002080146A JP2002080146A JP2003282862A JP 2003282862 A JP2003282862 A JP 2003282862A JP 2002080146 A JP2002080146 A JP 2002080146A JP 2002080146 A JP2002080146 A JP 2002080146A JP 2003282862 A JP2003282862 A JP 2003282862A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor element obtained by applying a nitride semiconductor containing P or As having a characteristic differing from the conventional nitride semiconductor containing P or As to each structure of the nitride semiconductor element, wherein an atomic fraction of N of the nitride semiconductor containing P or As is greater than the atomic fraction of P or As. <P>SOLUTION: A nitride semiconductor layer is that an atomic fraction of P or As occupied in the nitride semiconductor layer is 30% or less. P or As contains at least a site of group III, so that the nitride semiconductor layer having a characteristic differing from the conventional nitride semiconductor layer containing P or As can be obtained. Further, a lattice constant in a c-axial direction of such the nitride semiconductor layer has a characteristic of being smaller than that of the nitride semiconductor layer not containing P or As. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、As、Pの何れか
の元素を含む窒化物系化合物半導体材料を用いた窒化物
半導体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor device using a nitride-based compound semiconductor material containing an element of As or P.

【0002】[0002]

【従来の技術】六方晶系のGaN結晶にPを添加してな
るGaN1-xxがJpn.J.Appl.Phys.V
ol.35(1996)pp.L1634−L1637
で報告された。そのGaN1-xxはGSMBE(Gas
Source Molecular Beam Ep
itaxy)装置で作製された。このGaN1-xxは、
Pの組成xが0.015、c軸方向の格子定数は0.5
202nmである。一方、その下地層であるGaNの格
子定数は0.5185nmである。このように、従来、
窒化物系半導体においては、ある材料にさらにPやAs
を添加すると、PやAsを添加した半導体層(前述の例
で言えばGaNP)は、PやAsが添加されていない半
導体層(GaNPに対してはGaN)と比較してc軸の
格子定数は大きく、発光波長は長波長であった。
2. Description of the Related Art GaN 1-x P x formed by adding P to a hexagonal GaN crystal is known as Jpn. J. Appl. Phys. V
ol. 35 (1996) pp. L1634-L1637
Was reported in. The GaN 1-x P x is GSMBE (Gas
Source Molecular Beam Ep
Itaxy) device. This GaN 1-x P x is
The composition x of P is 0.015, and the lattice constant in the c-axis direction is 0.5.
It is 202 nm. On the other hand, the underlying layer, GaN, has a lattice constant of 0.5185 nm. Thus, conventionally,
In nitride-based semiconductors, P and As are added to certain materials.
Is added, the semiconductor layer to which P or As is added (GaNP in the above example) has a c-axis lattice constant larger than that of a semiconductor layer to which P or As is not added (GaN for GaNP). Was large and the emission wavelength was a long wavelength.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】これまで窒化物系半導
体で、GaNよりも小さい格子定数を有する材料を得る
ためには、GaNにAlを添加する方法しかなかった。
しかしながら、Alは酸化しやすい物質でもあり、素子
設計の自由度を増すためには、Alを含まない窒化物系
半導体で、より格子定数の小さい半導体を得ることが熱
望されていた。
Up to now, in order to obtain a nitride-based semiconductor material having a lattice constant smaller than that of GaN, only the method of adding Al to GaN has been available.
However, Al is also a substance that easily oxidizes, and in order to increase the degree of freedom in device design, it has been eagerly desired to obtain a nitride semiconductor that does not contain Al and has a smaller lattice constant.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み、研究を重ねた結果、PまたはAsが添加された
窒化物半導体で、従来報告されていたのとは異なる性質
を持つ窒化物半導体を作製することに成功した。
DISCLOSURE OF THE INVENTION As a result of repeated studies in view of the above problems, the present inventors have found that P or As-added nitride semiconductors have properties different from those previously reported. We succeeded in producing a nitride semiconductor.

【0005】本発明の半導体層は、(A、In、Ga)
のうち少なくとも1種と、Nを含み、さらに、Pまたは
Asを含む窒化物半導体層(以降、単に「PまたはAs
を含む窒化物半導体」と言う)において、前記窒化物半
導体層に含まれる、PまたはAsの原子分率は30%以
下であり、さらにPまたはAsは少なくともIII族の
サイトに含まれることを特徴とする。さらに、このよう
な窒化物半導体層(六方晶系)は、そのc軸方向の格子
定数が前記窒化物半導体層からPおよびAsを除いた半
導体層(以降、「PまたはAsを含まない窒化物半導体
層」と言う)のc軸方向の格子定数と比較して小さいく
なることが、本発明者らの研究結果によって判明した。
The semiconductor layer of the present invention is (A, In, Ga)
A nitride semiconductor layer containing at least one of these, N, and P or As (hereinafter, simply referred to as “P or As”).
The nitride semiconductor layer containing “) includes P or As in the nitride semiconductor layer having an atomic fraction of 30% or less, and P or As is contained in at least a group III site. And Further, such a nitride semiconductor layer (hexagonal system) is a semiconductor layer whose lattice constant in the c-axis direction is obtained by removing P and As from the nitride semiconductor layer (hereinafter, referred to as "nitride containing no P or As. It has been found from the results of the study by the present inventors that it becomes smaller than the lattice constant in the c-axis direction of the "semiconductor layer").

【0006】これは、従来のGaNP(GaNのNがP
よりも多いGaNP)はGaNにPが添加されるとその
格子定数が大きくなるという特性と反対の性質を示して
いる。なお、従来例として報告されているGaN1-xx
は、その表記が表す通り、G:P+Nで組成比が1:1
となる。すなわち、PはV族のサイトに入っていると考
えられる。
This is because conventional GaNP (GaN N is P
The larger amount of GaNP) exhibits the property opposite to the property that the lattice constant increases when P is added to GaN. In addition, GaN 1-x P x reported as a conventional example
As shown in the description, the composition ratio is G: P + N and the composition ratio is 1: 1.
Becomes That is, P is considered to be in the V group site.

【0007】ここで、本明細書で説明される、或る窒化
物半導体層に含まれるPまたはAsの原子分率とは以下
のようにして表される。PまたはAsの原子分率(%)
=100×(PまたはAs)/(或る窒化物半導体層の
総てのIII族原子+或る窒化物半導体層の総てのV族
元素)。ここで、或る窒化物半導体層の総てのV族元素
は前記のPおよびAsを含む。例えば、或る窒化物半導
体層がGaNPの場合、Pの原子分率は、100×P/
(Ga+N+P)である。同様に、GaNAsの場合
は、Asの原子分率=100×As/(Ga+N+A
s)である。また、GaNPAsの場合は、AsとPの
原子分率=100×(As+P)/(Ga+N+As+
P)である、さらにInGaNPの場合は、Pの原子分
率=100×P/(In+Ga+N+P)である。
Here, the atomic fraction of P or As contained in a certain nitride semiconductor layer described in this specification is expressed as follows. Atomic fraction of P or As (%)
= 100 × (P or As) / (all group III atoms of a certain nitride semiconductor layer + all group V elements of a certain nitride semiconductor layer). Here, all the group V elements of a certain nitride semiconductor layer include P and As described above. For example, when a certain nitride semiconductor layer is GaNP, the atomic fraction of P is 100 × P /
(Ga + N + P). Similarly, in the case of GaNAs, the atomic fraction of As = 100 × As / (Ga + N + A)
s). In the case of GaNPAs, the atomic fraction of As and P = 100 × (As + P) / (Ga + N + As +
P), and in the case of InGaNP, the atomic fraction of P = 100 × P / (In + Ga + N + P).

【0008】本発明の窒化物導体層のc軸方向の格子定
数は、前記窒化物半導体層からPおよびAsを除いた半
導体層のc軸方向の格子定数よりも小さいことを特徴と
する。
The nitride conductor layer of the present invention is characterized in that the lattice constant in the c-axis direction is smaller than the lattice constant in the c-axis direction of the semiconductor layer obtained by removing P and As from the nitride semiconductor layer.

【0009】本発明の窒化物半導体素子は、前記の窒化
物半導体層を含むことを特徴とする。
The nitride semiconductor device of the present invention is characterized by including the above-mentioned nitride semiconductor layer.

【0010】本発明の窒化物半導体素子は、発光素子で
あることを特徴とする。
The nitride semiconductor device of the present invention is a light emitting device.

【0011】本発明の窒化物半導体素子は、前記窒化物
半導体層が発光層に含まれることを特徴とする。
The nitride semiconductor device of the present invention is characterized in that the nitride semiconductor layer is included in a light emitting layer.

【0012】本発明の窒化物半導体素子は、前記窒化物
半導体層がn型であることを特徴とする。
The nitride semiconductor device of the present invention is characterized in that the nitride semiconductor layer is n-type.

【0013】本発明の窒化物半導体素子は、前記窒化物
半導体層がp型であることを特徴とする。
The nitride semiconductor device of the present invention is characterized in that the nitride semiconductor layer is p-type.

【0014】本発明の窒化物半導体素子は、少なくとも
前記窒化物半導体層を含む多層膜構造または超格子構造
を具備することを特徴とする。
The nitride semiconductor device of the present invention is characterized by having a multilayer film structure or a superlattice structure including at least the nitride semiconductor layer.

【0015】本発明の窒化物半導体素子は、前記窒化物
半導体層がコンタクト層として利用されることを特徴と
する。
The nitride semiconductor device of the present invention is characterized in that the nitride semiconductor layer is used as a contact layer.

【0016】本発明の窒化物半導体素子は、前記窒化物
半導体層が光ガイド層として利用されることを特徴とす
る。
The nitride semiconductor device of the present invention is characterized in that the nitride semiconductor layer is used as an optical guide layer.

【0017】本発明の窒化物半導体素子は、前記窒化物
半導体層がクラッド層として利用されることを特徴とす
る。
The nitride semiconductor device of the present invention is characterized in that the nitride semiconductor layer is used as a cladding layer.

【0018】本発明の第1の窒化物半導体層と、第2の
窒化物半導体層を含む、窒化物半導体素子の製造方法
は、第1の窒化物半導体層は、(Al,In,Ga)の
うち少なくとも1種と、Nを含み、さらに、PまたはA
sを含み、窒化物半導体層に含まれる、PまたはAsの
原子分率は30%以下であり、第2の窒化物半導体層
は、第1の窒化物半導体層からPおよびAsを除いた半
導体層であり、第1の窒化物半導体層の成長速度は第2
の窒化物半導体層の成長速度よりも遅くすることによっ
て第1の窒化物半導体層のPまたはAsが少なくともI
II族のサイトに入ることを特徴とする。
According to the method of manufacturing a nitride semiconductor device including the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer of the present invention, the first nitride semiconductor layer is (Al, In, Ga). At least one of these and N, and further P or A
s, and the atomic fraction of P or As contained in the nitride semiconductor layer is 30% or less, and the second nitride semiconductor layer is a semiconductor obtained by removing P and As from the first nitride semiconductor layer. The first nitride semiconductor layer has a growth rate of the second layer.
By making the growth rate of the nitride semiconductor layer slower than that of the first nitride semiconductor layer.
Characterized by entering the II group site.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】<実施の形態1> <本発明にかかわるPまたはAsを含む窒化物半導体の
特徴について>本発明は、窒化物半導体中に占めるPま
たはAsの原子分率が30%以下である窒化物半導体層
において、そのPまたはAsが少なくともIII族のサ
イトに含まれることを特徴とする。さらに、その窒化物
半導体層のc軸方向の格子定数が、前記のPまたはAs
を含まない窒化物半導体層のそれと比較して小さくなる
ようにすることを特徴としている。このような窒化物半
導体層は有機金属気相成長(MOCVD)装置を用いて
以下のようにして作製することができる。一例として、
(A、In、Ga)のうち少なくとも1種と、Nを含
み、さらに、PまたはAsを含む窒化物半導体層がGa
NPの場合について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION <First Embodiment><Characteristics of P- or As-Containing Nitride Semiconductor According to the Present Invention> The present invention has a P or As atomic ratio of 30% in the nitride semiconductor. The following nitride semiconductor layer is characterized in that P or As thereof is contained in at least a group III site. Further, the lattice constant in the c-axis direction of the nitride semiconductor layer is P or As described above.
It is characterized in that it is made smaller than that of the nitride semiconductor layer not containing. Such a nitride semiconductor layer can be manufactured as follows using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus. As an example,
The nitride semiconductor layer containing at least one of (A, In, Ga) and N, and further containing P or As is Ga.
The case of NP will be described.

【0020】まず、サファイア基板をMOCVD装置内
にセットし、V族原料のNH3とIII族原料のTMG
a(トリメチルガリウム)を供給して、550℃の成長
温度で低温GaNバッファ層を30nm成長した。次
に、基板温度が1050℃に上げられ、再びNH3とT
MGaが供給されて、約3μm厚のGaN下地層を作製
する。続いて、基板温度を900℃に下げて前記原料に
PH3(ホスフィン)を1sccm加えて、GaNPが
成長された。ここで使用したPH3は窒素ベースの10
%希釈のものを利用した。
First, the sapphire substrate was set in the MOCVD apparatus, and NH 3 as a group V source and TMG as a group III source were used.
By supplying a (trimethylgallium), a low temperature GaN buffer layer was grown to a thickness of 30 nm at a growth temperature of 550 ° C. Next, the substrate temperature was raised to 1050 ° C., and NH 3 and T were added again.
MGa is supplied to form a GaN underlayer having a thickness of about 3 μm. Subsequently, the substrate temperature was lowered to 900 ° C., and PH 3 (phosphine) was added to the raw material at 1 sccm to grow GaNP. PH 3 used here is nitrogen-based 10
The one diluted in% was used.

【0021】本発明者らによる実験結果によれば、本発
明に係るGaNP結晶の成長温度は、800℃以上11
00℃以下が好ましく、さらに好ましくは850℃以上
1000℃以下であった。また、GaNP結晶を成長す
る際のキャリアガスは、水素のほかに窒素を混ぜること
が好ましく、全キャリアガス中に占める窒素キャリアガ
スの割合は、0.01%以上50%以下が好ましかっ
た。窒素キャリアガスの割合が50%を超えると結晶性
が低下するため好ましくなかった。また、PまたはAs
を含む窒化物半導体であって、さらにInを含む窒化物
半導体は、必ずキャリアガスとして水素を含む必要があ
った。さもなければ、表面モフォロジーが悪化してエピ
タキシャル成長することができなかった。
According to the experimental results by the present inventors, the growth temperature of the GaNP crystal according to the present invention is 800 ° C. or higher 11
The temperature is preferably 00 ° C or lower, more preferably 850 ° C or higher and 1000 ° C or lower. In addition, it is preferable to mix nitrogen in addition to hydrogen as a carrier gas when growing the GaNP crystal, and the ratio of the nitrogen carrier gas in the total carrier gas is preferably 0.01% or more and 50% or less. . When the ratio of the nitrogen carrier gas exceeds 50%, the crystallinity is lowered, which is not preferable. Also, P or As
A nitride semiconductor containing In and a nitride semiconductor containing In must always contain hydrogen as a carrier gas. Otherwise, the surface morphology was deteriorated and epitaxial growth could not be performed.

【0022】さらに、GaNPの成長レートは、0.3
μm/h以下が好ましかった。本発明者らの実験結果に
よると、GaNP結晶は成長レートが早すぎるとうまく
エピタキシャル成長することが困難であった。一方、G
aNは、成長レートが3〜4μm/hであり、本願にお
けるGaNPの成長レートはかなり遅いものである。こ
のように第1の半導体層であるGaNP結晶の成長レー
トを、第2の半導体層であるGaNの成長レートより遅
くすることによって、GaNPのPがIII族のサイト
に入るものと考えられる。
Further, the growth rate of GaNP is 0.3.
A value of μm / h or less was preferable. According to the experimental results of the present inventors, it was difficult to grow epitaxially a GaNP crystal well if the growth rate was too fast. On the other hand, G
The growth rate of aN is 3 to 4 μm / h, and the growth rate of GaNP in the present application is considerably slow. By making the growth rate of the first semiconductor layer, that is, the GaNP crystal, slower than the growth rate of the second semiconductor layer, that is, GaN, it is considered that the P of GaNP enters the group III site.

【0023】このようにして作製されたGaNPは淡黄
色透明の膜であった。このGaNP膜をオージェ電子分
光(AES)装置で測定し、尚且つ、標準試料(GaN
とGaP)を用いて各構成元素の組成比(原子分率)の
感度校正を行った。その結果、GaNPの構成元素の原
子分率が100%であるとして、Ga元素の原子分率が
47.6%、P元素の原子分率が2.4%、N元素の原
子分率が50%であった。このAES測定結果から、窒
化物半導体のIII族元素とV族元素のストイキオメト
リが50%になるようにPの配分を考えると、III族
サイトにPが添加されていると考えるとうまく説明が成
り立つ。つまり、PはV族であるから、本来NとPで5
0%になるはずであるが、上記のAESの結果ではNだ
けで50%になっているため、本願のGaNPにおいて
は、PはIII族サイトに入っていると考えられる。こ
のようにして、本発明者らはPが窒化物半導体のIII
族サイトに含まれていると判断した。前述と同様の手法
を用い、PH3の供給量のみを種々変えて作製されたG
aNPの構成元素の原子分率が表1に示される。この表
1と前述の判定方法を用いると、GaNPのPは窒化物
半導体のIII族サイトに含まれていることがわかる。
さらに、本発明者らの実験結果によれば、同一のPH3
供給量であっても、GaNPの成長レートが早ければ早
いほどPの原子分率が大きくなり、成長温度が低ければ
低いほどPの原子分率が大きくなることが確認された。
The thus-produced GaNP was a pale yellow transparent film. This GaNP film was measured with an Auger electron spectroscopy (AES) device, and a standard sample (GaN
And GaP) were used for sensitivity calibration of the composition ratio (atomic fraction) of each constituent element. As a result, assuming that the atomic fraction of the constituent elements of GaNP is 100%, the atomic fraction of Ga element is 47.6%, the atomic fraction of P element is 2.4%, and the atomic fraction of N element is 50%. %Met. From the AES measurement results, considering the distribution of P such that the stoichiometry of the group III element and the group V element of the nitride semiconductor is 50%, it is well explained that P is added to the group III site. Holds. In other words, P is a V group, so originally N and P are 5
Although it should be 0%, it is considered that P is included in the group III site in GaNP of the present application because the above AES results in 50% for N alone. In this way, the present inventors have found that P is a nitride semiconductor III
It was determined that it was included in the tribe site. G prepared by using the same method as described above and varying only the supply amount of PH 3
Table 1 shows the atomic fractions of the constituent elements of aNP. By using this Table 1 and the determination method described above, it can be seen that P of GaNP is included in the group III site of the nitride semiconductor.
Furthermore, according to the results of experiments conducted by the present inventors, the same PH 3
It was confirmed that even with the supply amount, the higher the growth rate of GaNP, the higher the atomic fraction of P, and the lower the growth temperature, the higher the atomic proportion of P.

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】上記の説明ではGaNPに関して説明され
たが、GaNAs、GaNAsP、InGaNP、In
GaNAs、AlGaNP、AlGaNAs、AlGa
NPAs、AlInGaNP、AlInGaNAs、お
よび、AlInGaNPAsに関しても同様に説明する
ことができる。
Although the above description has been made with respect to GaNP, GaNAs, GaNAsP, InGaNP, In
GaNAs, AlGaNP, AlGaNAs, AlGa
The same applies to NPAs, AlInGaNP, AlInGaNAs, and AlInGaNPAs.

【0026】また、上述では、Pが窒化物半導体のII
I族元素のサイトに含まれることがAES測定によって
調べられたが、EPMA(電子線マイクロアナライザ)
測定でも同様にして調べられることが本発明者らによっ
て確認された。
Further, in the above description, P is a nitride semiconductor II
Although it was investigated by AES measurement that it was contained in the site of the group I element, EPMA (electron beam microanalyzer)
It was confirmed by the present inventors that the measurement can be similarly performed.

【0027】次に、前述で説明されたPの原子分率が
2.4%のGaNPがX線装置(光学系は4結晶)を用
いて解析された。そのときの結果が図4に示される。図
4は、X線測定手法の1つである2θ−ωスキャンによ
る測定結果である。この図をみるとわかるように、Ga
N下地層に起因する(0002)反射スペクトルと、そ
のスペクトルよりも高角側にGaNPに起因するスペク
トルが観測された(このGaNPに起因するスペクトル
が、X線源のCuのKαに起因するものではないことは
本発明者らによって確認されている)。このように、G
aNPに起因するスペクトルがGaN下地層の(000
2)反射スペクトルよりも高角側に現れたことから、G
aNPのc軸の格子定数は、Pが含まれていないGaN
のそれよりも小さいことが明らかとなった。事実、前記
GaNP(GaNPの厚みは0.5μm、GaN下地層
の厚みは3μm)膜の表面を光学顕微鏡を用いて観察し
たところ、クラックが散見された。
Next, the above-described GaNP having an atomic fraction of P of 2.4% was analyzed by using an X-ray apparatus (an optical system is 4 crystals). The result at that time is shown in FIG. FIG. 4 shows a measurement result by a 2θ-ω scan which is one of X-ray measurement techniques. As you can see from this figure, Ga
A (0002) reflection spectrum due to the N underlayer and a spectrum due to GaNP were observed on a higher angle side than the spectrum (this spectrum due to GaNP is not due to Kα of Cu of the X-ray source). It has been confirmed by the present inventors that there is none). Thus, G
The spectrum due to aNP is (000
2) Since it appeared on the higher angle side than the reflection spectrum, G
The c-axis lattice constant of aNP is GaN that does not contain P.
It became clear that it was smaller than that. In fact, when the surface of the above-mentioned GaNP (GaNP thickness was 0.5 μm, GaN underlayer thickness was 3 μm) film was observed using an optical microscope, cracks were scattered.

【0028】さらに、図4を参照すると、閃亜鉛鉱構造
のGaP(111)反射(2θ=28.333°)が現
れるスペクトル位置近傍に何も観測されていないことか
ら、本結晶中にGaPベースのGaPN(立方晶系)が
含まれていないことがわかった(本結晶はGaNベース
の六方晶系のGaNPであり、六方晶系と立方晶系に相
分離を起こしていない)。
Further, referring to FIG. 4, since nothing is observed near the spectral position where the GaP (111) reflection (2θ = 28.333 °) of the zinc blende structure appears, the GaP base in the present crystal is not observed. It was found that GaPN (cubic system) was not included (this crystal is GaN-based hexagonal GaNP, and phase separation does not occur between the hexagonal system and the cubic system).

【0029】上述では、PまたはAsを含む窒化物半導
体のc軸方向の格子定数がPまたはAsを含まない窒化
物半導体層のそれと比較して小さいことがGaNPを用
いて説明されたが、この関係は、PまたはAsを含む窒
化物半導体がGaNAsで、PまたはAsを含まない窒
化物半導体層がGaNであっても同様に説明することが
できる。同じく、PまたはAsを含む窒化物半導体がG
aNAsPでPまたはAsを含まない窒化物半導体層が
GaNの場合、PまたはAsを含む窒化物半導体がIn
GaNPでPまたはAsを含まない窒化物半導体層がI
nGaNの場合、PまたはAsを含む窒化物半導体がI
nGaNAsでPまたはAsを含まない窒化物半導体層
がInGaNの場合、PまたはAsを含む窒化物半導体
がAlGaNPでPまたはAsを含まない窒化物半導体
層がAlGaNの場合、PまたはAsを含む窒化物半導
体がAlGaNAsでPまたはAsを含まない窒化物半
導体層がAlGaNの場合、PまたはAsを含む窒化物
半導体がAlGaNPAsでPまたはAsを含まない窒
化物半導体層がAlGaNの場合、PまたはAsを含む
窒化物半導体がAlInGaNPでPまたはAsを含ま
ない窒化物半導体層がAlInGaNの場合、Pまたは
Asを含む窒化物半導体がAlInGaNAsでPまた
はAsを含まない窒化物半導体層がAlInGaNの場
合、および、PまたはAsを含む窒化物半導体がAlI
nGaNPAsでPまたはAsを含まない窒化物半導体
層がAlInGaNの場合に関しても同様に説明するこ
とができる。 <窒化物半導体中に占めるPまたはAsの原子分率につ
いて>窒化物半導体に占めるPの原子分率は、0.1%
以上30%以下が好ましい。より好ましくは、0.3%
以上15%以下、さらに好ましくは、0.5%以上10
%以下である。Pの原子分率が30%を超えると結晶性
が低下するために好ましくなく、Pの原子分率が0.1
%未満であると、本発明による効果が得られにくくなる
可能性がある。
In the above description, it was explained using GaNP that the lattice constant in the c-axis direction of the nitride semiconductor containing P or As is smaller than that of the nitride semiconductor layer not containing P or As. The relationship can be similarly explained even if the nitride semiconductor containing P or As is GaNAs and the nitride semiconductor layer not containing P or As is GaN. Similarly, a nitride semiconductor containing P or As is G
When the nitride semiconductor layer which does not contain P or As in aNAsP is GaN, the nitride semiconductor layer which contains P or As is In
In NGP, the nitride semiconductor layer containing no P or As is I
In the case of nGaN, the nitride semiconductor containing P or As is I
When the nitride semiconductor layer of nGaNAs that does not include P or As is InGaN, the nitride semiconductor that includes P or As is AlGaNP, and the nitride semiconductor layer that does not include P or As is AlGaN, the nitride that includes P or As When the semiconductor is AlGaNAs and the nitride semiconductor layer not containing P or As is AlGaN, the nitride semiconductor layer containing P or As is AlGaNPAs and the nitride semiconductor layer not containing P or As is AlGaN, it contains P or As. When the nitride semiconductor is AlInGaNP and the nitride semiconductor layer containing no P or As is AlInGaN, the nitride semiconductor containing P or As is AlInGaNAs, and the nitride semiconductor layer containing no P or As is AlInGaN, and P Alternatively, the nitride semiconductor containing As is AlI
The same can be applied to the case where the nitride semiconductor layer of nGaNPAs containing no P or As is AlInGaN. <Regarding the atomic fraction of P or As in the nitride semiconductor> The atomic fraction of P in the nitride semiconductor is 0.1%.
It is preferably not less than 30% and not more than 30%. More preferably, 0.3%
Or more and 15% or less, more preferably 0.5% or more 10
% Or less. When the atomic fraction of P exceeds 30%, the crystallinity is deteriorated, which is not preferable.
If it is less than%, it may be difficult to obtain the effect of the present invention.

【0030】他方、窒化物半導体に占めるAsの原子分
率は、0.1%以上30%以下が好ましい。よりに好ま
しくは、0.3%以上12%以下、さらに好ましくは、
0.5%以上8%以下である。Asの原子分率が30%
を超えると結晶性が低下するために好ましくなく、As
の原子分率が0.1%未満になると、本発明による効果
が得られにくくなる可能性がある。 <本発明にかかわる窒化物半導体が発光層に適用された
場合>ここで、発光層とは、光を発する井戸層と電子と
ホールを閉じ込める障壁層とから構成される。発光層が
単一量子井戸構造の場合は、井戸層のみ、または障壁層
/井戸層/障壁層の構造を用いるができる。また、発光
層が多重量子井戸構造の場合は、障壁層で始まり障壁層
で終わる、障壁層/井戸層/障壁層/・・・/障壁層の
構造を、あるいは、井戸層で始まり井戸層で終わる、井
戸層/障壁層/井戸層/・・・/井戸層の構造を用いる
ことができる。
On the other hand, the atomic fraction of As in the nitride semiconductor is preferably 0.1% or more and 30% or less. More preferably, 0.3% or more and 12% or less, and further preferably,
It is 0.5% or more and 8% or less. The atomic fraction of As is 30%
Is not preferable because the crystallinity is deteriorated.
If the atomic fraction of is less than 0.1%, it may be difficult to obtain the effect of the present invention. <When the Nitride Semiconductor According to the Present Invention is Applied to the Light Emitting Layer> Here, the light emitting layer is composed of a well layer for emitting light and a barrier layer for confining electrons and holes. When the light emitting layer has a single quantum well structure, it is possible to use only the well layer or the structure of barrier layer / well layer / barrier layer. When the light emitting layer has a multi-quantum well structure, a barrier layer / well layer / barrier layer /.../ barrier layer structure starting with a barrier layer and ending with a barrier layer, or starting with a well layer and ending with a well layer A well layer / barrier layer / well layer /.../ well layer structure can be used.

【0031】上述で説明された窒化物半導体層がこの発
光層に含まれることによって以下の効果を有することが
できる。
By including the nitride semiconductor layer described above in this light emitting layer, the following effects can be obtained.

【0032】本発明に係わるPまたはAsを含む窒化物
半導体が井戸層として用いられる事によって、発光波長
または発振波長を容易に短波長化することが可能であ
る。この特性は、これまでに報告されているGaNP
(あるいはGaNAs)とは逆の性質である。本発明者
らの実験結果によれば、GaNPに起因するフォトルミ
ネッセンスがGaNのそれと比べて短波長側で発光して
いた。このように、例えば、GaNP、GaNAs、G
aNAsPはGaNよりも短波長の光を、InGaN
P、InGaNAs、InGaNAsPは、InGaN
よりも短波長側の光を、AlGaNP、AlGaNA
s、AlGaNAsPは、AlGaNよりも短波長側の
光を、AlInGaNP、AlInGaNAs、AlI
nGaNAsPはAlInGaNよりも短波長側の光を
発することが可能である。
By using the nitride semiconductor containing P or As according to the present invention as the well layer, it is possible to easily shorten the emission wavelength or the oscillation wavelength. This property is due to the previously reported GaNP.
(Or GaNAs) has the opposite property. According to the results of experiments conducted by the present inventors, the photoluminescence due to GaNP emitted light on the shorter wavelength side than that of GaN. Thus, for example, GaNP, GaNAs, G
aNAsP emits light having a shorter wavelength than GaN
P, InGaNAs, InGaNAsP are InGaN
Light on the shorter wavelength side than AlGaNP, AlGaNA
s, AlGaNAsP transmits light on the shorter wavelength side than AlGaN to AlInGaNP, AlInGaNAs, AlI.
nGaNAsP can emit light on the shorter wavelength side than AlInGaN.

【0033】本発明に係わるPまたはAsを含む窒化物
半導体は、PまたはAsを含まないそれと比較してバン
ドギャップエネルギーを大きくすることができるため、
障壁層として用いる事ができる。例えば、InGaNが
井戸層の場合、障壁層は、GaNAs、GaNP、Ga
NAsP、InGaNAs、InGaNP、InGaN
AsPなどを用いることができる。また、GaNが井戸
層の場合、障壁層は、GaNAs、GaNP、GaNA
sP、AlGaNAs、AlGaNP、AlGaNAs
Pなどを用いることができる。さらに、AlGaNが井
戸層の場合、障壁層は、AlGaNAs、AlGaN
P、AlGaNAsPなどを用いることができる。さら
にまた、AlInGaNが井戸層の場合、障壁層は、A
lGaNAs、AlGaNP、AlGaNAsP、Al
InGaNAs、AlInGaNP、AlInGaNA
sPなどを用いることができる。 <本発明にかかわる窒化物半導体がn型層として適用さ
れた場合>本発明者らの実験結果によると、本発明に係
わるPまたはAsを含む窒化物半導体の極性は、ドナー
となる不純物を添加しなくても容易にn型となることが
可能であった。本発明の窒化物半導体にドナー不純物を
添加する場合は、その不純物としてSiが最も好まし
く、その不純物濃度は、1×1017〜5×1018/cm
3の範囲内であることが好ましかった。 <本発明にかかわる窒化物半導体がp型層として適用さ
れた場合>本発明に係わるPまたはAsを含む窒化物半
導体は、Mgを添加することによってp型の極性を有す
ることができる。本発明者らはMgの原料としてビスエ
チルシクロペンタジエニルマグネシウムを利用した。P
またはAsを含む窒化物半導体中へのMg不純物濃度
は、1×1020〜5×1021/cm3の範囲内であるこ
とが好ましかった。 <本発明にかかわる窒化物半導体が多層膜構造または超
格子構造に利用された場合>本発明に係わるPまたはA
sを含む窒化物半導体は、多層膜構造または超格子構造
の一部に用いることができる。例えば、本発明に係わる
PまたはAsを含む窒化物半導体層とPまたはAsを含
まない窒化物半導体層とが交互に積層された多層膜構造
または超格子構造、あるいは、PまたはAsを含む第1
の窒化物半導体層とPまたはAsを含む第2の窒化物半
導体層とが交互に積層されてなる多層膜構造または超格
子構造に用いることができる。
The nitride semiconductor containing P or As according to the present invention can have a larger bandgap energy than that of a nitride semiconductor containing no P or As.
It can be used as a barrier layer. For example, when InGaN is a well layer, the barrier layer may be GaNAs, GaNP, Ga.
NAsP, InGaNAs, InGaNP, InGaN
AsP or the like can be used. When GaN is a well layer, the barrier layer is formed of GaNAs, GaNP, or GNA.
sP, AlGaNAs, AlGaNP, AlGaNAs
P or the like can be used. Further, when AlGaN is a well layer, the barrier layer is made of AlGaNAs, AlGaN.
P, AlGaNAsP, etc. can be used. Furthermore, when AlInGaN is a well layer, the barrier layer is A
lGaNAs, AlGaNP, AlGaNAsP, Al
InGaNAs, AlInGaNP, AlInGaNA
sP or the like can be used. <When the Nitride Semiconductor According to the Present Invention is Applied as an n-Type Layer> According to the experimental results of the present inventors, the polarity of the nitride semiconductor containing P or As according to the present invention is the addition of an impurity serving as a donor. It was possible to easily obtain the n-type without doing so. When a donor impurity is added to the nitride semiconductor of the present invention, Si is most preferable as the impurity, and the impurity concentration is 1 × 10 17 to 5 × 10 18 / cm 3.
It was preferred to be in the range of 3 . <When the nitride semiconductor according to the present invention is applied as a p-type layer> The nitride semiconductor containing P or As according to the present invention can have a p-type polarity by adding Mg. The present inventors utilized bisethylcyclopentadienyl magnesium as a raw material for Mg. P
Alternatively, it is preferable that the Mg impurity concentration in the nitride semiconductor containing As is in the range of 1 × 10 20 to 5 × 10 21 / cm 3 . <When the nitride semiconductor according to the present invention is used in a multilayer film structure or a superlattice structure> P or A according to the present invention
The nitride semiconductor containing s can be used as part of a multilayer film structure or a superlattice structure. For example, a P- or As-containing nitride semiconductor layer according to the present invention and a P- or As-free nitride semiconductor layer are alternately stacked to form a multilayer film structure or a superlattice structure, or a P- or As-containing first structure.
Can be used for a multilayer film structure or a superlattice structure in which the nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer containing P or As are alternately laminated.

【0034】具体的には、AlGaN/GaNP多層膜
または超格子、AlGaN/GaNAs多層膜または超
格子をもちいる事によって、互いの格子不整合を小さく
することができるために、クラックの発生を防止すると
ともにクラッド層としての機能を兼ね備えることが可能
である。たとえば、従来のAl0.15Ga0.85N
/GaN多層膜または超格子からなる各層の格子定数
は、Al0.15Ga0.85N層が0.5159n
m、GaN層が0.5190nmである。その格子不整
合差は、0.0031nmである。一方、本願のPの原
子分率2.4%のGaNPを含むAl0.15Ga0.
85N/GaNP(Pの原子分率は2.4%)からなる
各層の格子定数は、Al0.15Ga0.85N層が
0.5159nm、GaNP層が0.5156nmであ
る。その格子不整合差は、0.0003nmである。つ
まり、本願を利用した場合、その格子不整合差は、従来
のそれと比較して約1/10にまで小さくすることが可
能である。
Specifically, by using an AlGaN / GaNP multilayer film or superlattice, an AlGaN / GaNAs multilayer film or superlattice, it is possible to reduce the lattice mismatch with each other, and thus prevent the occurrence of cracks. In addition, it can have a function as a cladding layer. For example, conventional Al0.15Ga0.85N
/ GaN multi-layered film or superlattice has a lattice constant of 0.5159n for Al0.15Ga0.85N layer.
m, the GaN layer is 0.5190 nm. The lattice mismatch difference is 0.0031 nm. On the other hand, according to the present application, Al 0.15 Ga 0.
The lattice constant of each layer made of 85N / GaNP (atomic fraction of P is 2.4%) is 0.5159 nm for Al0.15Ga0.85N layer and 0.5156 nm for GaNP layer. The lattice mismatch difference is 0.0003 nm. That is, when the present application is used, the lattice mismatch difference can be reduced to about 1/10 as compared with the conventional one.

【0035】図5は、GaNPのP原子分率とそのc軸
方向の格子定数との関係と、GaNPのP原子分率とそ
のGaNPの下地層であるGaNの格子定数の関係を表
している。図5中の黒四角印はGaNPを、図5中の白
抜き丸印は各P原子分率で作製されたGaNPの下地層
であるGaNを表している(P原子分率が0の白抜き丸
印は、サファイア基板上に結晶成長されたGaN層の格
子定数である。P原子分率が0の場合だけ、その他のG
aNに比べて格子定数が小さいのは、GaN層上に結晶
成長されたGaNPによって圧縮歪みを受けているため
だと考えられる)。この図をみるとわかるように、Ga
NPのP原子分率が増大するにつれて、GaNPのc軸
方向の格子定数が小さくなることがわかる。
FIG. 5 shows the relationship between the P atomic fraction of GaNP and its lattice constant in the c-axis direction, and the relationship between the P atomic fraction of GaNP and the lattice constant of GaN that is the underlying layer of GaNP. . The black squares in FIG. 5 represent GaNP, and the white circles in FIG. 5 represent GaN, which is the underlayer of GaNP produced at each P atomic fraction (the blank with a P atomic fraction of 0). The circles are the lattice constants of the GaN layer that was crystal-grown on the sapphire substrate.
It is considered that the lattice constant is smaller than that of aN because it is subjected to compressive strain due to GaNP grown on the GaN layer). As you can see from this figure, Ga
It can be seen that as the P atom fraction of NP increases, the lattice constant of GaNP in the c-axis direction decreases.

【0036】前記において、本発明に係るPまたはAs
を含む窒化物半導体の格子定数の説明がGaNPを一例
として述べられた。しかしながら、前記説明はGaNP
に限られるものではなく、本発明に係るPまたはAsを
含む窒化物半導体にも該当する。
In the above, P or As according to the present invention
The description of the lattice constant of the nitride semiconductor including is given by taking GaNP as an example. However, the above description is
However, the present invention is not limited to this, and also corresponds to a nitride semiconductor containing P or As according to the present invention.

【0037】前記の多層膜または超格子の極性をn型と
する場合、AlGaNとGaNP(またはGaNAs)
の両層ともに、もしくは片方の層のみにSiを添加する
ことができる。一方、前記の多層膜または超格子の極性
をp型とする場合、AlGaNとGaNP(またはGa
NAs)の両層ともに、もしくは片方の層のみにMgを
添加することができる。
When the polarity of the above-mentioned multilayer film or superlattice is n-type, AlGaN and GaNP (or GaNAs)
Si can be added to both layers or only to one layer. On the other hand, when the polarity of the multilayer film or superlattice is p-type, AlGaN and GaNP (or Ga
It is possible to add Mg to both layers (NAs) or only one layer.

【0038】前記と同様の効果が、AlInGaN/G
aNP多層膜または超格子、AlInGaN/GaNA
s多層膜、GaN/GaNP多層膜または超格子、Ga
N/GaNAs多層膜または超格子、AlInGaNP
/GaNP多層膜または超格子、AlInGaNAs/
GaNAs多層膜、GaNP/GaNP多層膜または超
格子、GaNAs/GaNAs多層膜または超格子など
でも得ることが可能である。
The same effect as described above is obtained by AlInGaN / G.
aNP multilayer film or superlattice, AlInGaN / GaNA
s multilayer film, GaN / GaNP multilayer film or superlattice, Ga
N / GaNAs multilayer film or superlattice, AlInGaNP
/ GaNP multilayer film or superlattice, AlInGaNAs /
It is also possible to obtain a GaNAs multilayer film, a GaNP / GaNP multilayer film or a superlattice, a GNAs / GaNAs multilayer film or a superlattice, and the like.

【0039】他方、InGaN/GaNP多層膜または
超格子、InGaN/GaNAs多層膜または超格子
は、格子定数の異なる2つの窒化物半導体層と間に接し
て挿入される事によって、これら窒化物半導体層間の格
子不整合を緩和させ、クラックの発生を防止する効果が
ある。また、光ガイド層としても用いることが可能であ
る。前記の多層膜または超格子の極性をn型とする場
合、InGaNとGaNP(またはGaNAs)の両層
ともに、もしくは片方の層のみにSiを添加することが
できる。一方、前記の多層膜または超格子の極性をp型
とする場合、InGaNとGaNP(またはGaNA
s)の両層ともに、もしくは片方の層のみにMgを添加
することができる。
On the other hand, the InGaN / GaNP multi-layer film or superlattice, the InGaN / GaNAs multi-layer film or superlattice is inserted in contact with two nitride semiconductor layers having different lattice constants so that these nitride semiconductor layers It has the effect of alleviating the lattice mismatch of and preventing the occurrence of cracks. It can also be used as a light guide layer. When the polarity of the above-mentioned multilayer film or superlattice is n-type, Si can be added to both layers of InGaN and GaNP (or GaNAs), or to only one layer. On the other hand, when the polarity of the multilayer film or superlattice is p-type, InGaN and GaNP (or GaNA) are used.
Mg can be added to both layers of s) or to only one layer.

【0040】前記と同様の効果が、InGaN/InG
aNP多層膜または超格子、InGaN/InGaNA
s多層膜、GaN/GaNP多層膜または超格子、Ga
N/GaNAs多層膜または超格子、InGaNP/I
nGaNP多層膜または超格子、InGaNAs/In
GaNAs多層膜、GaNP/GaNP多層膜または超
格子、GaNAs/GaNAs多層膜または超格子など
でも得ることが可能である。
InGaN / InG has the same effect as described above.
aNP multilayer film or superlattice, InGaN / InGaNA
s multilayer film, GaN / GaNP multilayer film or superlattice, Ga
N / GaNAs multilayer or superlattice, InGaNP / I
nGaNP multilayer film or superlattice, InGaNAs / In
It is also possible to obtain a GaNAs multilayer film, a GaNP / GaNP multilayer film or a superlattice, a GNAs / GaNAs multilayer film or a superlattice, and the like.

【0041】上記で述べられた多層膜構造または超格子
構造に含まれる、PまたはAsを含む窒化物半導体層の
厚みは、1nm以上50nm以下が好ましく、さらに好
ましくは2nm以上25nm以下である。 <本発明にかかわる窒化物半導体がコンタクト層として
利用された場合>本発明に係わるPまたはAsを含む窒
化物半導体は、n型電極と接するn型コンタクト層また
はp型電極と接するp型コンタクト層として利用するこ
とが可能である。
The thickness of the nitride semiconductor layer containing P or As contained in the above-mentioned multilayer film structure or superlattice structure is preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 2 nm or more and 25 nm or less. <When the Nitride Semiconductor According to the Present Invention is Used as a Contact Layer> The nitride semiconductor containing P or As according to the present invention is an n-type contact layer in contact with an n-type electrode or a p-type contact layer in contact with a p-type electrode. It can be used as.

【0042】本発明に係わるPまたはAsを含む窒化物
半導体層がn型コンタクト層として利用される場合、n
型電極として、Ti、Al、Hf、Auの少なくとも何
れかを用いることができる。このことによってn電極の
コンタクト抵抗が低減し得るために好ましい。本発明に
係る窒化物半導体のn型コンタクト層の厚みは、2nm
以上0.6μm以下が好ましい。
When the nitride semiconductor layer containing P or As according to the present invention is used as an n-type contact layer, n
At least one of Ti, Al, Hf, and Au can be used as the mold electrode. This is preferable because the contact resistance of the n-electrode can be reduced. The thickness of the n-type contact layer of the nitride semiconductor according to the present invention is 2 nm.
It is preferably 0.6 μm or less.

【0043】他方、本発明に係わるPまたはAsを含む
窒化物半導体層がp型コンタクト層として利用される場
合、p型電極として、Pd、Pt、Mo、Ni、Auの
少なくとも何れかを用いることができる。このことによ
ってp電極のコンタクト抵抗が低減するとともに電極剥
離が防止し得るために好ましい。また、p型電極の反対
側の、p型コンタクト層の主面と接する窒化物半導体層
は、コンタクト抵抗を低減する上で、p型の極性を有す
るGaNであることが最も好ましかった。本発明に係る
窒化物半導体のp型コンタクト層の厚みは、0.02μ
m以上0.2μm以下が好ましい。 <本発明にかかわる窒化物半導体が光ガイド層として利
用された場合>本発明に係るPまたはAsを含む窒化物
半導体は、半導体レーザの光ガイド層として利用するこ
とが可能である。一般に窒化物半導体レーザ素子で利用
されるクラッド層は、AlGaN層(層厚は約1μm)
やAlGaN(層厚は数nm)/GaN(層厚は数n
m)からなる超格子などである。また、一般に窒化物半
導体レーザ素子で利用される光ガイド層は、GaN層
(層厚は約0.1μm)である。勿論、これらの層はそ
の極性をn型またはp型にするために例えばSiやMg
が添加され得る。
On the other hand, when the nitride semiconductor layer containing P or As according to the present invention is used as the p-type contact layer, at least one of Pd, Pt, Mo, Ni and Au is used as the p-type electrode. You can This is preferable because the contact resistance of the p-electrode can be reduced and the electrode peeling can be prevented. Further, the nitride semiconductor layer on the opposite side of the p-type electrode and in contact with the main surface of the p-type contact layer was most preferably GaN having p-type polarity in order to reduce the contact resistance. The p-type contact layer of the nitride semiconductor according to the present invention has a thickness of 0.02 μm.
It is preferably m or more and 0.2 μm or less. <When the Nitride Semiconductor According to the Present Invention is Used as an Optical Guide Layer> The nitride semiconductor containing P or As according to the present invention can be used as an optical guide layer of a semiconductor laser. The clad layer generally used in a nitride semiconductor laser device is an AlGaN layer (layer thickness is about 1 μm).
Or AlGaN (layer thickness is several nm) / GaN (layer thickness is several n)
m) and the like. An optical guide layer generally used in a nitride semiconductor laser device is a GaN layer (layer thickness is about 0.1 μm). Of course, these layers are made of, for example, Si or Mg in order to make their polarities n-type or p-type.
Can be added.

【0044】一般に窒化物半導体レーザ素子における前
記光ガイド層と前記クラッド層は、互いに接して形成さ
れる。また、前記クラッド層の格子定数は、前記光ガイ
ド層のそれと比べて小さいという特徴がある。この特徴
は、これらの層を用いた窒化物半導体レーザ素子中にク
ラックを発生させ、生産における歩留まりの低下を齎し
ていた。
Generally, in the nitride semiconductor laser device, the optical guide layer and the cladding layer are formed in contact with each other. Further, the lattice constant of the cladding layer is smaller than that of the light guide layer. This feature causes cracks in the nitride semiconductor laser device using these layers, resulting in a decrease in production yield.

【0045】しかしながら、本発明に係るPまたはAs
を含む窒化物半導体が光ガイド層に用いられることによ
って、前記クラッド層と光ガイド層との間の格子不整合
差を小さくすることが可能となり、クラックが低減し得
る。これは窒化物半導体レーザ素子における歩留まり率
の向上を齎す。
However, P or As according to the present invention
The use of a nitride semiconductor containing Al for the optical guide layer makes it possible to reduce the lattice mismatch between the cladding layer and the optical guide layer and reduce cracks. This leads to an improvement in the yield rate of the nitride semiconductor laser device.

【0046】具体的な、本発明に係る光ガイド層とは、
GaNP、GaNAs、InGaNP、InGaNAs
などである。これらの光ガイド層は、不純物が添加され
てn型またはp型にされても構わないし、不純物を意図
的に添加されなくても構わない(i型)。不純物が添加
されて光ガイド層の極性をn型とする場合は、不純物と
してSiを用いることができる。このときのSi不純物
濃度の範囲は1×10 17〜3×1018/cm3が好まし
い。他方、不純物が添加されて光ガイド層の極性をp型
とする場合は、不純物としてMgを用いることができ
る。このときのMg不純物濃度の範囲は1×1019〜3
×1020/cm3が好ましい。
A specific light guide layer according to the present invention is
GaNP, GaNAs, InGaNP, InGaNAs
And so on. These light guide layers are doped with impurities.
N-type or p-type may be used, and impurities are intended.
Does not need to be added (i-type). Impurity added
When the light guide layer is made to have n-type polarity,
Then, Si can be used. Si impurities at this time
Concentration range is 1 × 10 17~ 3 x 1018/ Cm3Is preferred
Yes. On the other hand, impurities are added to change the polarity of the light guide layer to p-type.
In case of, Mg can be used as an impurity.
It At this time, the Mg impurity concentration range is 1 × 10.19~ 3
× 1020/ Cm3Is preferred.

【0047】これらの光ガイド層に添加されるPまたは
Asの原子分率は、光ガイド層と接して形成されるクラ
ッド層の屈折率よりも大きくなるように、あるいはクラ
ッド層のバンドギャップエネルギーよりも小さくなるよ
うに調整される。具体的に、光ガイド層中に含まれるP
の原子分率は0.1%以上5%以下が好ましい。他方、
光が井戸層中に含まれるAsの原子分率は、0.1%以
上5%以下が好ましい。 <本発明にかかわる窒化物半導体がクラッド層として利
用された場合>本発明に係るPまたはAsを含む窒化物
半導体は、窒化物半導体発光素子(半導体レーザ、発光
ダイオードを含む)のクラッド層として利用することが
できる。一般に窒化物半導体発光素子で利用されるクラ
ッド層は、AlGaN層(層厚は約1μm)やAlGa
N(層厚は数nm)/GaN(層厚は数nm)からなる
超格子などである。また、これらの層はその極性をn型
またはp型にするために例えばSiやMgが添加され
る。
The atomic fraction of P or As added to these optical guide layers should be larger than the refractive index of the clad layer formed in contact with the optical guide layer, or the band gap energy of the clad layer should be larger than the refractive index of the clad layer. Is also adjusted to be smaller. Specifically, P contained in the light guide layer
The atomic fraction of is preferably 0.1% or more and 5% or less. On the other hand,
The atomic fraction of As in which light is contained in the well layer is preferably 0.1% or more and 5% or less. <When the Nitride Semiconductor According to the Present Invention is Used as a Clad Layer> The nitride semiconductor containing P or As according to the present invention is used as a clad layer of a nitride semiconductor light emitting device (including a semiconductor laser and a light emitting diode). can do. Generally, the cladding layer used in a nitride semiconductor light emitting device is an AlGaN layer (layer thickness is about 1 μm) or AlGa.
It is a superlattice made of N (layer thickness is several nm) / GaN (layer thickness is several nm). Further, for example, Si or Mg is added to these layers in order to make their polarities n-type or p-type.

【0048】クラッド層は、発光層と光ガイド層に光を
閉じ込めるために、これらの層よりも屈折率を小さくす
る必要がある。しかしながら、従来のAlを含む窒化物
半導体からなる(AsやPは含まない)クラッド層の屈
折率は、InGaNからなる活性層やGaNからなる光
ガイド層のそれと比較して、大きな屈折率差を得ること
が難しく(Alの組成比を高くすると、クラックが発生
してしまう)、十分に光を閉じ込めることが困難であっ
た。
The cladding layer needs to have a smaller refractive index than these layers in order to confine light in the light emitting layer and the light guide layer. However, the refractive index of a conventional cladding layer made of a nitride semiconductor containing Al (not containing As or P) has a large difference in refractive index compared with that of an active layer made of InGaN or an optical guide layer made of GaN. It was difficult to obtain (a crack was generated when the Al composition ratio was increased), and it was difficult to sufficiently confine light.

【0049】ところが、本発明に係るPまたはAsを含
む窒化物半導体がクラッド層に用いられることによっ
て、従来のクラッド層と比較して薄い層厚で光を閉じ込
めることが可能である。このことによって、窒化物半導
体発光素子中のクラックの発生率が低減し、尚且つ光閉
じ込めも満足することが可能となった。
However, when the nitride semiconductor containing P or As according to the present invention is used for the cladding layer, it is possible to confine light with a thinner layer thickness as compared with the conventional cladding layer. As a result, the incidence of cracks in the nitride semiconductor light emitting device was reduced, and light confinement could be satisfied.

【0050】具体的な本発明に係るクラッド層とは、G
aNP、GaNAs、AlGaNP、AlGaNAs、
AlInGaNP、AlInGaNAsなどである。こ
れらの層の極性をn型とするためにSiが、p型とする
ためにMgがそれぞれ添加されても構わない。Si不純
物濃度の範囲は、1×1017〜5×1018/cm3が好
ましく、Mg不純物濃度の範囲は、1×1019〜5×1
21/cm3が好ましい。また、これらクラッド層を構
成している元素の原子分率は、その屈折率が光ガイド層
と活性層の屈折率よりも小さくなるように、あるいはそ
のバンドギャップエネルギーが光ガイド層または発光層
のバンドギャップエネルギーよりも大きくなるように調
整される。具体的に、クラッド層中に含まれるPの原子
分率は0.1%以上10%以下が好ましい。他方、クラ
ッド層中に含まれるAsの原子分率は、0.1%以上1
0%以下が好ましい。さらに、これらクラッド層の層厚
は、0.3μm以上1μm以下が好ましい。
A concrete cladding layer according to the present invention is G
aNP, GaNAs, AlGaNP, AlGaNAs,
Examples include AlInGaNP and AlInGaNAs. Si may be added to make the polarities of these layers n-type, and Mg may be added to make them p-type. The Si impurity concentration range is preferably 1 × 10 17 to 5 × 10 18 / cm 3 , and the Mg impurity concentration range is 1 × 10 19 to 5 × 1.
0 21 / cm 3 is preferable. Further, the atomic fraction of the elements forming these cladding layers is such that the refractive index thereof is smaller than the refractive index of the optical guide layer and the active layer, or the band gap energy of the optical guide layer or the light emitting layer. It is adjusted to be larger than the band gap energy. Specifically, the atomic fraction of P contained in the cladding layer is preferably 0.1% or more and 10% or less. On the other hand, the atomic fraction of As contained in the cladding layer is 0.1% or more and 1
0% or less is preferable. Furthermore, the layer thickness of these clad layers is preferably 0.3 μm or more and 1 μm or less.

【0051】本クラッド層は前記のような単層以外に、
上述で述べた多層膜または超格子構造をクラッド層に用
いることができる。特に本発明に係るp型の多層膜また
はp型の超格子構造は、高いホールキャリア濃度を得る
ことが可能であるため、好ましく用いられる。 <本発明を利用した半導体装置について>本発明に係る
窒化物半導体素子は、素子不良率が少なく、信頼性の高
い窒化物半導体素子を提供することが可能である。例え
ば、本発明に係わる窒化物半導体レーザ素子は、光磁気
再生記録装置、DVD装置、レーザプリンター、バーコ
ードリーダー、光の三原色(青色、緑色、赤色)レーザ
によるプロジェクター等の光学装置に好ましく用いられ
る。また、本発明に係わる窒化物半導体発光ダイオード
素子は、白色光源装置、液晶表示装置のバックライト、
携帯電話のバックライト、光の三原色発光ダイオードを
用いた表示装置、コピー機などの光学装置に好ましく用
いられる。さらにまた、本発明に係わる窒化物半導体電
子デバイスは、携帯電話などの通信伝送装置、高速スイ
ッチング装置などに好ましく用いられる。 <実施の形態2>本実施の形態では、本発明に係るPま
たはAsを含む窒化物半導体が窒化物半導体レーザ素子
に適用された場合について説明される。その他の本発明
に係わる事柄は、実施の形態1と同様である。
This clad layer is not limited to the single layer as described above,
The multilayer film or superlattice structure described above can be used for the cladding layer. In particular, the p-type multilayer film or the p-type superlattice structure according to the present invention is preferably used because a high hole carrier concentration can be obtained. <Regarding Semiconductor Device Utilizing the Present Invention> The nitride semiconductor element according to the present invention can provide a highly reliable nitride semiconductor element with a low element defect rate. For example, the nitride semiconductor laser device according to the present invention is preferably used for an optical device such as a magneto-optical reproducing / recording device, a DVD device, a laser printer, a bar code reader, and a projector using a laser of three primary colors (blue, green, red). . Further, the nitride semiconductor light emitting diode element according to the present invention includes a white light source device, a backlight of a liquid crystal display device,
It is preferably used for an optical device such as a backlight of a mobile phone, a display device using a light emitting diode of three primary colors, and a copying machine. Furthermore, the nitride semiconductor electronic device according to the present invention is preferably used for communication transmission devices such as mobile phones and high-speed switching devices. <Embodiment 2> In this embodiment, the case where the nitride semiconductor containing P or As according to the present invention is applied to a nitride semiconductor laser device will be described. Other matters related to the present invention are the same as those in the first embodiment.

【0052】図1の窒化物半導体レーザ素子は、(00
01)面n型GaN基板100、n型In0.07Ga0.93
Nクラック防止層101、n型Al0.1Ga0.9Nクラッ
ド層102、n型GaN光ガイド層103、発光層10
4、p型Al0.3Ga0.7Nキャリアブロック層105、
p型GaN光ガイド層106、p型Al0.1Ga0.9Nク
ラッド層107、p型GaN層108、p型GaNP
(Pの原子分率は2%)コンタクト層109、n電極1
10、p電極111およびSiO2誘電体膜112を含
む。
The nitride semiconductor laser device shown in FIG.
01) plane n-type GaN substrate 100, n-type In 0.07 Ga 0.93
N crack prevention layer 101, n-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 102, n-type GaN light guide layer 103, light-emitting layer 10
4, p-type Al 0.3 Ga 0.7 N carrier block layer 105,
p-type GaN optical guide layer 106, p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 107, p-type GaN layer 108, p-type GaNP
(P atomic fraction is 2%) Contact layer 109, n-electrode 1
10, a p-electrode 111 and a SiO 2 dielectric film 112.

【0053】まず、有機金属気相成長(MOCVD)装
置を用いてGaN基板100に、V族原料のNH3とI
II族原料のTMGaまたはTEGa(トリエチルガリ
ウム)に、TMIn(トリメチルインジウム)のIII
族原料とSiH4が加えられ、800℃の成長温度でn
型In0.07Ga0.93Nクラック防止層101が40nm
成長された。次に、基板温度が1050℃に上げられ、
TMAlまたはTEAl(トリエチルアルミニウム)の
III族原料が用いられて、1.2μm厚のn型Al
0.1Ga0.9Nクラッド層102(Si不純物濃度1×1
18/cm3)が成長され、続いてn型GaN光ガイド
層103(Si不純物濃度1×1018/cm3)が0.
1μm成長された。
First, using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus, a GaN substrate 100 is formed on a GaN substrate 100 with NH 3 and I as group V raw materials.
Group III source TMGa or TEGa (triethylgallium) to TMIn (trimethylindium) III
Group material and SiH 4 are added, and n at the growth temperature of 800 ° C
Type In 0.07 Ga 0.93 N crack prevention layer 101 is 40 nm
Grown up Next, the substrate temperature is raised to 1050 ° C,
A group III raw material of TMAl or TEAl (triethylaluminum) is used, and 1.2 μm thick n-type Al is used.
0.1 Ga 0.9 N cladding layer 102 (Si impurity concentration 1 × 1
0 18 / cm 3) is grown, followed by n-type GaN optical guide layer 103 (Si impurity concentration 1 × 10 18 / cm 3) is 0.
It was grown to 1 μm.

【0054】その後、基板温度が800℃に下げられ、
3周期の、厚さ4nmのIn0.15Ga0.85N井戸層と厚
さ8nmのIn0.01Ga0.99N障壁層から構成された発
光層(多重量子井戸構造)104が、障壁層/井戸層/
障壁層/井戸層/障壁層/井戸層/障壁層の順序で成長
された。その際、障壁層と井戸層の両方にSiH4(S
i不純物濃度は1×1018/cm3)が添加された。
After that, the substrate temperature is lowered to 800 ° C.,
A light emitting layer (multiquantum well structure) 104 composed of three periods of an In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 4 nm and an In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer having a thickness of 8 nm is a barrier layer / well layer /
The layers were grown in the order of barrier layer / well layer / barrier layer / well layer / barrier layer. At that time, SiH 4 (S
The i impurity concentration was 1 × 10 18 / cm 3 ).

【0055】発光層にAsが添加される場合はAsH3
(アルシン)を、発光層にPが添加される場合はPH3
(ホスフィン)をそれぞれ添加すると良い。また、発光
層が形成される際、N原料として、NH3以外にジメチ
ルヒドラジンが用いられても構わない。これらの原料
は、本発明に係るPまたはAsを含む窒化物半導体層に
好ましく用いられる。
When As is added to the light emitting layer, AsH 3
(Arsine), if P is added to the light emitting layer, PH 3
(Phosphine) should be added respectively. Further, when the light emitting layer is formed, dimethylhydrazine other than NH 3 may be used as the N raw material. These raw materials are preferably used for the nitride semiconductor layer containing P or As according to the present invention.

【0056】次に、基板温度が再び1050℃まで昇温
されて、厚み20nmのp型Al0. 3Ga0.7Nキャリア
ブロック層105、0.1μmのp型GaN光ガイド層
106、0.5μmのp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層
107と0.1μmのp型GaN層108が順次成長さ
れた。そして、基板温度を900℃に下げてp型GaN
P(Pの原子分率は2%)コンタクト層109を0.1
μm成長した。前記のp型不純物としてMg(EtCP
2Mg:ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウ
ム)が添加された。
Next, it is heated to a substrate temperature again 1050 ° C., p-type GaN optical guide layer of a thickness of 20 nm p-type Al 0. 3 Ga 0.7 N carrier block layer 105,0.1μm 106,0.5μm The p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 107 and the 0.1-μm p-type GaN layer 108 were sequentially grown. Then, the substrate temperature is lowered to 900 ° C. and p-type GaN is used.
The P (atomic fraction of P is 2%) contact layer 109 is 0.1
μm was grown. As the p-type impurity, Mg (EtCP)
2 Mg: bisethylcyclopentadienyl magnesium) was added.

【0057】続いて、上記で成長されたエピウエハーが
MOCVD装置から取り出され、電極が形成された。n
電極110は、エピウエハーの裏面にHf/Alの順序
で形成された。そして、n電極110にn型電極パッド
としてAuが蒸着された。前記n電極材料の他に、Ti
/Al、Ti/MoまたはHf/Au等が用いられても
構わない。
Subsequently, the epi-wafer grown above was taken out from the MOCVD apparatus, and electrodes were formed. n
The electrode 110 was formed on the back surface of the epi-wafer in the order of Hf / Al. Then, Au was vapor-deposited on the n-electrode 110 as an n-type electrode pad. In addition to the n-electrode material, Ti
/ Al, Ti / Mo, Hf / Au, or the like may be used.

【0058】p電極部分はストライプ状にエッチングさ
れ、リッジストライプ部(図1)が形成された。リッジ
ストライプ部の幅は1.7μmであった。その後、Si
2誘電体膜112が200nm蒸着され、p型GaN
Pコンタクト層109が露出されて、p電極111がP
d(15nm)/Mo(15nm)/Au(200n
m)の順序で蒸着されて形成された。
The p electrode portion was etched in a stripe shape to form a ridge stripe portion (FIG. 1). The width of the ridge stripe portion was 1.7 μm. Then Si
An O 2 dielectric film 112 is vapor-deposited to a thickness of 200 nm to form p-type GaN.
The P contact layer 109 is exposed, and the P electrode 111 is P
d (15nm) / Mo (15nm) / Au (200n
It was formed by vapor deposition in the order of m).

【0059】上記で説明されたIn0.07Ga0.93Nクラ
ック防止層102は、In組成比が0.07以外であっ
ても構わないし、InGaNクラック防止層自体がなく
ても構わない。しかしながら、クラッド層とGaN基板
との格子不整合が大きくなる場合は、クラック防止層が
挿入された方がクラック防止の点で好ましい。本実施の
形態ではInGaNクラック防止層が用いられたが、実
施の形態1で説明された本発明に係る窒化物半導体層が
クラック防止層として用いられても構わない。例えば、
GaNP(0.1μm)、GaNAs(0.1μm)、
InGaNP(0.05μm)、InGaNAs(0.
05μm)、GaNP(10nm)/GaN(10n
m)多層膜または超格子、GaNAs(10nm)/G
aN多層膜(10nm)または超格子などが挙げられ
る。
The In 0.07 Ga 0.93 N crack prevention layer 102 described above may have an In composition ratio other than 0.07, or may not have the InGaN crack prevention layer itself. However, when the lattice mismatch between the clad layer and the GaN substrate becomes large, it is preferable to insert the crack prevention layer in terms of crack prevention. Although the InGaN crack prevention layer is used in the present embodiment, the nitride semiconductor layer according to the present invention described in Embodiment 1 may be used as the crack prevention layer. For example,
GaNP (0.1 μm), GaNAs (0.1 μm),
InGaNP (0.05 μm), InGaNAs (0.
05 μm), GaNP (10 nm) / GaN (10 n
m) Multilayer film or superlattice, GaNAs (10 nm) / G
Examples thereof include an aN multilayer film (10 nm) or a superlattice.

【0060】上記で説明された発光層104は、障壁層
で始まり障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始ま
り井戸層で終わる構成であってもよい。また、井戸層の
層数は、前述の3層に限らず、10層以下であれば閾値
電流密度が低く、室温連続発振が可能であった。上記で
説明された発光層104は、井戸層と障壁層の両層にS
i(SiH4)が1×1018/cm3添加されたが、Si
が添加されなくても構わない。また、井戸層と障壁層の
両層に限らず片方の層のみに前記不純物が添加されても
良い。さらに、上記発光層104が実施の形態1で説明
された本発明に係る窒化物半導体を含んでいても構わな
い。
Although the light emitting layer 104 described above has a structure starting with a barrier layer and ending with a barrier layer, it may have a structure starting with a well layer and ending with a well layer. Further, the number of well layers is not limited to the above-mentioned three layers, but if the number is 10 or less, the threshold current density is low and continuous oscillation at room temperature is possible. The light-emitting layer 104 described above has S in both the well layer and the barrier layer.
i (SiH 4 ) was added at 1 × 10 18 / cm 3 , but Si
Does not have to be added. Further, the impurities may be added not only to both the well layer and the barrier layer but to only one layer. Further, the light emitting layer 104 may include the nitride semiconductor according to the present invention described in the first embodiment.

【0061】上記で説明されたp型Al0.3Ga0.7Nキ
ャリアブロック層107は、Al組成比が0.3以外で
あっても構わないし、p型キャリアブロック層自体がな
くても構わない。しかしながら、発光層が本発明に係る
窒化物半導体を含んでいる場合は、p型の極性を有し、
尚且つ少なくともAlを含む窒化物半導体層(キャリア
ブロック層)がないと、発光強度の向上や閾値電流密度
の低減を図ることが困難であった。
The p-type Al 0.3 Ga 0.7 N carrier block layer 107 described above may have an Al composition ratio other than 0.3, or may not have the p-type carrier block layer itself. However, when the light emitting layer contains the nitride semiconductor according to the present invention, it has p-type polarity,
Further, without the nitride semiconductor layer (carrier block layer) containing at least Al, it was difficult to improve the emission intensity and reduce the threshold current density.

【0062】上記の説明では、p型クラッド層とn型ク
ラッド層として、Al0.1Ga0.9N結晶が用いられた
が、実施の形態1で説明された本発明に係る窒化物半導
体を用いることもできる。
In the above description, Al 0.1 Ga 0.9 N crystal was used as the p-type cladding layer and the n-type cladding layer, but the nitride semiconductor according to the present invention described in the first embodiment may be used. it can.

【0063】本実施の形態2で説明された窒化物半導体
レーザ素子は、本発明に係るp型のGaNPコンタクト
層を用いることによって、コンタクト抵抗の低減と共
に、p電極の剥離が防止され、歩留まり率が向上した。
上記のコンタクト層以外に、実施の形態1で述べられた
コンタクト層を用いることができるのは言うまでもな
い。
In the nitride semiconductor laser device described in the second embodiment, by using the p-type GaNP contact layer according to the present invention, the contact resistance is reduced and the peeling of the p-electrode is prevented, and the yield ratio is increased. Has improved.
It goes without saying that the contact layer described in the first embodiment can be used in addition to the above contact layer.

【0064】本実施の形態2では、リッジストライプ構
造を有する窒化物半導体レーザ素子について説明された
が、電流阻止層を有する窒化物半導体レーザ素子に適用
されても同様の効果を得ることが可能である。
In the second embodiment, the nitride semiconductor laser device having the ridge stripe structure has been described, but the same effect can be obtained even when applied to the nitride semiconductor laser device having the current blocking layer. is there.

【0065】また、本実施の形態では、基板としてGa
N基板を用いたが、AlGaN基板、サファイア基板、
Si基板の(111)面、サファイア基板上に形成され
たELOG(Epitaxially lateral
ly overgrownGaN)基板、GaN基板上
に形成されたELOG基板またはSi(111)面上に
形成されたELOG基板を用いても構わない。これらの
ELOG基板を用いる場合は、成長抑制膜(例えばSi
2膜)の幅の中央上方、および成長抑制膜が形成され
ていない領域の幅の中央上方に、窒化物半導体レーザ素
子のリッジストライプ部分またはその電流狭窄部分が含
まれないように作製される。このことによって、レーザ
の発振寿命が長寿命化するために好ましい。
In this embodiment, the substrate is Ga
Although an N substrate was used, an AlGaN substrate, a sapphire substrate,
ELOG (Epitaxially lateral) formed on a (111) surface of a Si substrate and a sapphire substrate.
A ly overgrown GaN substrate, an ELOG substrate formed on a GaN substrate, or an ELOG substrate formed on a Si (111) plane may be used. When using these ELOG substrates, a growth suppressing film (for example, Si
It is formed so that the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser device or its current constriction portion is not included above the center of the width of the O 2 film) and above the center of the region where the growth suppressing film is not formed. . This is preferable because the oscillation life of the laser is extended.

【0066】このようにして作製された窒化物半導体レ
ーザ素子は、レーザプリンター、バーコードリーダー、
光の三原色(青色、緑色、赤色)レーザによるプロジェ
クター等に好ましく用いられる。 <実施の形態3>本実施の形態3では、本発明に係るP
またはAsを含む窒化物半導体が窒化物半導体発光ダイ
オード素子に適用された場合について、図2を用いて説
明される。その他の本発明に係わる事柄は、実施の形態
1と同様である。
The nitride semiconductor laser device manufactured in this manner is used in laser printers, bar code readers,
It is preferably used for a projector or the like using a laser of three primary colors of light (blue, green, red). <Third Embodiment> In the third embodiment, the P according to the present invention is used.
Alternatively, a case where a nitride semiconductor containing As is applied to a nitride semiconductor light emitting diode element will be described with reference to FIG. Other matters related to the present invention are the same as those in the first embodiment.

【0067】図2の窒化物半導体発光ダイオード素子
は、(0001)面n型GaN基板200、n型短周期
超格子201、n型Al0.3Ga0.7Nキャリアブロック
層202、発光層203、p型Al0.3Ga0.7Nキャリ
アブロック層204、p型短周期超格子205、p型G
aNAs(Asの原子分率は6%)コンタクト層20
6、p型透光性電極207、p電極208、n電極20
9を含む。
The nitride semiconductor light emitting diode device of FIG. 2 comprises a (0001) plane n-type GaN substrate 200, an n-type short period superlattice 201, an n-type Al 0.3 Ga 0.7 N carrier block layer 202, a light-emitting layer 203 and a p-type. Al 0.3 Ga 0.7 N carrier block layer 204, p-type short period superlattice 205, p-type G
aNAs (As atomic ratio is 6%) Contact layer 20
6, p-type transparent electrode 207, p-electrode 208, n-electrode 20
Including 9.

【0068】本実施の形態ではn型短周期超格子201
として、100周期のGaNP(Pの原子分率4%、厚
み1.5nm、Siドープ)/Al0.2Ga0.8N(厚み
1.5nm、Siドープ)を用いた。発光層203とし
ては、3周期のAl0.06Ga 0.94N井戸層(厚み2n
m、Siドープ)/Al0.12Ga0.88N(厚み4nm、
Siドープ)を用いた。p型短周期超格子205とし
て、100周期のGaNP(Pの原子分率4%、厚み
1.5nm、Mgドープ)/Al0.2Ga0.8N(厚み
1.5nm、Mgドープ)を用いた。また、p型GaN
As(Asの原子分率は6%)コンタクト層206は、
p型短周期超格子205のAl0.2Ga0.8N上に30n
m積層された。p型透光性電極207はPd(7nm)
が、p電極208はAu(500nm)がそれぞれ用い
られた。
In this embodiment, the n-type short period superlattice 201 is used.
As 100 cycles of GaNP (P atomic fraction 4%, thickness
Only 1.5 nm, Si-doped) / Al0.2Ga0.8N (thickness
1.5 nm, Si-doped) was used. As the light emitting layer 203
For 3 cycles of Al0.06Ga 0.94N well layer (thickness 2n
m, Si doped) / Al0.12Ga0.88N (4 nm thickness,
Si doped) was used. p-type short period superlattice 205
100 cycles of GaNP (P atomic fraction 4%, thickness
1.5 nm, Mg doped) / Al0.2Ga0.8N (thickness
1.5 nm, Mg-doped) was used. In addition, p-type GaN
As (atomic fraction of As is 6%) contact layer 206 is
Al of p-type short period superlattice 2050.2Ga0.830n on N
m stacked. The p-type transparent electrode 207 is Pd (7 nm)
However, Au (500 nm) is used for the p electrode 208.
Was given.

【0069】本実施の形態3で説明された発光ダイオー
ド素子の各層は、実施の形態1で説明された本発明に係
る窒化物半導体層に、種々置き換えることが可能であ
る。 <実施の形態4>本実施の形態4では、本発明に係るP
またはAsを含む窒化物半導体が窒化物半導体へテロ接
合型電界効果トランジスタ素子に適用された場合につい
て、図3を用いて説明される。その他の本発明に係わる
事柄は、実施の形態1と同様である。
Each layer of the light emitting diode element described in the third embodiment can be variously replaced with the nitride semiconductor layer according to the present invention described in the first embodiment. <Fourth Embodiment> In the fourth embodiment, the P according to the present invention is used.
Alternatively, a case where a nitride semiconductor containing As is applied to a nitride semiconductor heterojunction field effect transistor device will be described with reference to FIG. Other matters related to the present invention are the same as those in the first embodiment.

【0070】図3の窒化物半導体へテロ接合型電界効果
トランジスタ素子は、(0001)面i型GaN基板3
00、n型AlGaN層301、n型InGaNP(I
nの原子分率は5%、Pの原子分率は3%)コンタクト
層305、ソース302、ゲート303、およびドレイ
ン304を含む。
The nitride semiconductor heterojunction field effect transistor device shown in FIG. 3 has a (0001) plane i-type GaN substrate 3
00, n-type AlGaN layer 301, n-type InGaNP (I
The atomic fraction of n is 5%, and the atomic fraction of P is 3%).

【0071】本実施の形態ではn型AlGaN層301
として、Al0.25Ga0.75N(厚み50nm、Si不純
物濃度:5×1018/cm3)が用いられた。n型In
GaNP(Inの原子分率は5%、Pの原子分率は3
%)コンタクト層305は厚み5nm、Si不純物濃度
5×1018/cm3を用いた。ソース302とドレイン
304の電極としてTi(15nm)/Al(30n
m)/Au(100nm)を用いた。ゲート303の電
極として、PdSi(15nm)/Au(100nm)
を用いた。
In this embodiment, the n-type AlGaN layer 301 is used.
As the material, Al 0.25 Ga 0.75 N (thickness: 50 nm, Si impurity concentration: 5 × 10 18 / cm 3 ) was used. n-type In
GaNP (the atomic fraction of In is 5%, the atomic fraction of P is 3
%) The contact layer 305 has a thickness of 5 nm and a Si impurity concentration of 5 × 10 18 / cm 3 . Ti (15 nm) / Al (30 n) as electrodes for the source 302 and the drain 304
m) / Au (100 nm) was used. As an electrode of the gate 303, PdSi (15 nm) / Au (100 nm)
Was used.

【0072】本実施の形態4で説明されたトランジスタ
素子は、本発明に係る窒化物半導体をコンタクト層に用
いることによってゲート電極の剥離が防止され、歩留ま
りが向上し得た。
In the transistor element described in the fourth embodiment, the use of the nitride semiconductor according to the present invention in the contact layer prevents the gate electrode from being peeled off and improves the yield.

【0073】本実施の形態4で説明されたトランジスタ
素子の各層は、実施の形態1で説明された本発明に係る
窒化物半導体層に、種々置き換えることが可能である。
Each layer of the transistor element described in the fourth embodiment can be variously replaced with the nitride semiconductor layer according to the present invention described in the first embodiment.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明によれば、発光波長の短波長化、
格子定数の縮小化、バンドギャップエネルギーの増大、
屈折率の減少化を図ることができる。このことによっ
て、本発明に係わるPまたはAsを含む窒化物半導体
が、発光層、n型層、p型層、多層膜構造、超格子構
造、クラック防止層、n型コンタクト層、p型コンタク
ト層、光ガイド層およびクラッド層などに好ましく用い
ることができる。
According to the present invention, the emission wavelength is shortened,
Reduction of lattice constant, increase of bandgap energy,
The refractive index can be reduced. As a result, the nitride semiconductor containing P or As according to the present invention can be used as a light emitting layer, an n-type layer, a p-type layer, a multilayer film structure, a superlattice structure, a crack prevention layer, an n-type contact layer, a p-type contact layer. It can be preferably used for a light guide layer, a clad layer and the like.

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

【図1】窒化物半導体レーザ素子の一例を表した図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a nitride semiconductor laser device.

【図2】窒化物半導体発光ダイオード素子の一例であ
る。
FIG. 2 is an example of a nitride semiconductor light emitting diode device.

【図3】窒化物半導体へテロ接合型電界効果トランジス
タ素子の一例である。
FIG. 3 is an example of a nitride semiconductor heterojunction field effect transistor device.

【図4】GaNPのX線スペクトルである(2θ−ωス
キャン)。
FIG. 4 is an X-ray spectrum of GaNP (2θ-ω scan).

【図5】GaNPの原子分率と格子定数の関係を表す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an atomic fraction of GaNP and a lattice constant.

【符号の説明】 100、200…n型GaN基板 101…n型In0.07Ga0.93Nクラック防止層 102…n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層 103…n型GaN光ガイド層 104、203…発光層 105…p型Al0.3Ga0.7Nキャリアブロック層 106…p型GaN光ガイド層 107…p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層 108…p型GaN層 109…p型GaNPコンタクト層 110、209…n電極 111、208…p電極 112…SiO2誘電体膜 201…n型短周期超格子 202…n型Al0.3Ga0.7Nキャリアブロック層 204…p型Al0.3Ga0.7Nキャリアブロック層 205…p型短周期超格子 206…p型GaNAsコンタクト層206 207…p型透光性電極 300…i型GaN基板 301…n型AlGaN層 302…ソース 303…ゲート 304…ドレイン 305…InGaNPコンタクト層101…[Description of Reference Signs] 100, 200 ... n-type GaN substrate 101 ... n-type In 0.07 Ga 0.93 N crack prevention layer 102 ... n-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 103 ... n-type GaN light guide layers 104, 203 ... light-emitting layer 105 p-type Al 0.3 Ga 0.7 N carrier block layer 106 p-type GaN optical guide layer 107 p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 108 p-type GaN layer 109 p-type GaNP contact layers 110, 209 n electrodes 111, 208 ... p electrode 112 ... SiO 2 dielectric film 201 ... n-type short period superlattice 202 ... n-type Al 0.3 Ga 0.7 N carrier block layer 204 ... p-type Al 0.3 Ga 0.7 N carrier block layer 205 ... p-type short Periodic superlattice 206 ... p-type GaNAs contact layer 206 207 ... p-type transparent electrode 300 ... i-type GaN substrate 301 ... n-type AlGaN layer 302 Source 303 ... Gate 304 ... drain 305 ... InGaNP contact layer 101 ...

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 33/00 H01L 29/80 B H01S 5/323 610 (72)発明者 毛利 裕一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA43 CA05 CA34 CA40 CA49 CA57 CA65 5F045 AA04 AB17 AC08 AC12 AC19 AD13 AF09 BB16 CA09 5F052 JA07 JA10 KA02 KA03 5F073 AA13 AA45 AA74 CA07 CA17 CA20 DA05 DA35 EA28 5F102 FA00 GB01 GC01 GD01 GJ04 GL04 GM04 GQ01 GR01 GS01 GT01 GT05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 33/00 H01L 29/80 B H01S 5/323 610 (72) Inventor Yuichi Mohri Mayor Abeno Ward, Osaka City Ikemachi 22-22 No.22 F-term in Sharp Co., Ltd. (reference) 5F041 AA43 CA05 CA34 CA40 CA49 CA57 CA65 5F045 AA04 AB17 AC08 AC12 AC19 AD13 AF09 BB16 CA09 5F052 JA07 JA10 KA02 KA03 5F073 AA13 AA45 AA74 CA07 CA00 CA20 DA05 CA17 CA20 DA20 CA17 CA20 DA05 CA20 GB01 GC01 GD01 GJ04 GL04 GM04 GQ01 GR01 GS01 GT01 GT05

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (A、In、Ga)のうち少なくとも1
種と、Nを含み、さらに、PまたはAsを含む窒化物半
導体層において、 前記窒化物半導体層に含まれる、PまたはAsの原子分
率は30%以下であり、さらにPまたはAsは少なくと
もIII族のサイトに含まれることを特徴とする窒化物
半導体層。
1. At least one of (A, In, Ga)
In the nitride semiconductor layer containing seed and N, and further containing P or As, the atomic fraction of P or As contained in the nitride semiconductor layer is 30% or less, and P or As is at least III. A nitride semiconductor layer characterized in that it is included in a group site.
【請求項2】 前記窒化物導体層のc軸方向の格子定数
は、前記窒化物半導体層からPおよびAsを除いた半導
体層のc軸方向の格子定数よりも小さいことを特徴とす
る請求項1に記載の窒化物半導体層。
2. The lattice constant in the c-axis direction of the nitride conductor layer is smaller than the lattice constant in the c-axis direction of the semiconductor layer obtained by removing P and As from the nitride semiconductor layer. 1. The nitride semiconductor layer according to 1.
【請求項3】 請求項1または2の項に記載の窒化物半
導体層を含むことを特徴とする窒化物半導体素子。
3. A nitride semiconductor device, comprising the nitride semiconductor layer according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記窒化物半導体素子は、発光素子であ
ることを特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体素
子。
4. The nitride semiconductor device according to claim 3, wherein the nitride semiconductor device is a light emitting device.
【請求項5】 前記窒化物半導体層が発光層に含まれる
ことを特徴とする請求項4に記載の窒化物半導体素子。
5. The nitride semiconductor device according to claim 4, wherein the nitride semiconductor layer is included in a light emitting layer.
【請求項6】 前記窒化物半導体層がn型であることを
特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体素子。
6. The nitride semiconductor device according to claim 3, wherein the nitride semiconductor layer is n-type.
【請求項7】 前記窒化物半導体層がp型であることを
特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体素子。
7. The nitride semiconductor device according to claim 3, wherein the nitride semiconductor layer is p-type.
【請求項8】 少なくとも前記窒化物半導体層を含む多
層膜構造または超格子構造を具備することを特徴とする
請求項3に記載の窒化物半導体素子。
8. The nitride semiconductor device according to claim 3, comprising a multilayer film structure or a superlattice structure including at least the nitride semiconductor layer.
【請求項9】 前記窒化物半導体層がコンタクト層であ
ることを特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体素
子。
9. The nitride semiconductor device according to claim 3, wherein the nitride semiconductor layer is a contact layer.
【請求項10】 前記窒化物半導体層が光ガイド層であ
ることを特徴とする請求項4に記載の窒化物半導体素
子。
10. The nitride semiconductor device according to claim 4, wherein the nitride semiconductor layer is an optical guide layer.
【請求項11】 前記窒化物半導体層がクラッド層であ
ることを特徴とする請求項4に記載の窒化物半導体素
子。
11. The nitride semiconductor device according to claim 4, wherein the nitride semiconductor layer is a clad layer.
【請求項12】 第1の窒化物半導体層と、第2の窒化
物半導体層を含む、窒化物半導体素子の製造方法におい
て、 第1の窒化物半導体層は、(Al,In,Ga)のうち
少なくとも1種と、Nを含み、さらに、PまたはAsを
含み、窒化物半導体層に含まれる、PまたはAsの原子
分率は30%以下であり、 第2の窒化物半導体層は、第1の窒化物半導体層からP
およびAsを除いた半導体層であり、 第1の窒化物半導体層の成長速度は第2の窒化物半導体
層の成長速度よりも遅くすることによって第1の窒化物
半導体層のPまたはAsが少なくともIII族のサイト
に入ることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
12. A method for manufacturing a nitride semiconductor device, comprising a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer, wherein the first nitride semiconductor layer is (Al, In, Ga). At least one of them, N, and P or As are further included, and the atomic fraction of P or As contained in the nitride semiconductor layer is 30% or less, and the second nitride semiconductor layer is 1 nitride semiconductor layer to P
And As in the semiconductor layer, and the growth rate of the first nitride semiconductor layer is slower than the growth rate of the second nitride semiconductor layer so that P or As of the first nitride semiconductor layer is at least A method for manufacturing a nitride semiconductor device, characterized by entering a group III site.
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