JP2003347681A - 窒化物半導体素子 - Google Patents
窒化物半導体素子Info
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- JP2003347681A JP2003347681A JP2003179030A JP2003179030A JP2003347681A JP 2003347681 A JP2003347681 A JP 2003347681A JP 2003179030 A JP2003179030 A JP 2003179030A JP 2003179030 A JP2003179030 A JP 2003179030A JP 2003347681 A JP2003347681 A JP 2003347681A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 主としてレーザ素子の出力の向上と、発振閾
値を低下させて素子の長寿命化を実現する。 【構成】 ｎ側の窒化物半導体層と、ｐ側の窒化物半導
体層との間に、Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる井戸層
と、井戸層と組成の異なる窒化物半導体よりなる障壁層
とが積層されてなる多重量子井戸構造の活性層を有し、
前記活性層の井戸層はアンドープであり、前記障壁層に
ｎ型不純物がドープされているか、あるいは、前記多重
量子井戸構造は、ｐ側の窒化物半導体に接近した側が障
壁層で終わっており、少なくとも最後の井戸層がアンド
ープで、最後の障壁層にｎ型不純物がドープされてい
る。
値を低下させて素子の長寿命化を実現する。 【構成】 ｎ側の窒化物半導体層と、ｐ側の窒化物半導
体層との間に、Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる井戸層
と、井戸層と組成の異なる窒化物半導体よりなる障壁層
とが積層されてなる多重量子井戸構造の活性層を有し、
前記活性層の井戸層はアンドープであり、前記障壁層に
ｎ型不純物がドープされているか、あるいは、前記多重
量子井戸構造は、ｐ側の窒化物半導体に接近した側が障
壁層で終わっており、少なくとも最後の井戸層がアンド
ープで、最後の障壁層にｎ型不純物がドープされてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光ダイオード素子、レ
ーザダイオード素子等の発光素子、太陽電池、光センサ
等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス
等の電子デバイスに用いられる窒化物半導体（ＩｎＸＡ
ｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）より
なる素子に関する。
ーザダイオード素子等の発光素子、太陽電池、光センサ
等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス
等の電子デバイスに用いられる窒化物半導体（ＩｎＸＡ
ｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）より
なる素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体は高輝度純緑色発光ＬＥ
Ｄ、青色ＬＥＤとして、既にフルカラーＬＥＤディスプ
レイ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光
源で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は基本的
に、サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、
ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層と、単一量
子井戸構造のＩｎＧａＮ、あるいはＩｎＧａＮを有する
多重量子井戸構造の活性層と、ＭｇドープＡｌＧａＮよ
りなるｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ
側コンタクト層とが順に積層された構造を有しており、
２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤで
５ｍＷ、外部量子効率９．１％、５２０ｎｍの緑色ＬＥ
Ｄで３ｍＷ、外部量子効率６．３％と非常に優れた特性
を示す。
Ｄ、青色ＬＥＤとして、既にフルカラーＬＥＤディスプ
レイ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光
源で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は基本的
に、サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、
ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層と、単一量
子井戸構造のＩｎＧａＮ、あるいはＩｎＧａＮを有する
多重量子井戸構造の活性層と、ＭｇドープＡｌＧａＮよ
りなるｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ
側コンタクト層とが順に積層された構造を有しており、
２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤで
５ｍＷ、外部量子効率９．１％、５２０ｎｍの緑色ＬＥ
Ｄで３ｍＷ、外部量子効率６．３％と非常に優れた特性
を示す。
【０００３】また、我々は窒化物半導体基板の上に、活
性層を含む窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で
初めて室温での連続発振１万時間以上を達成したことを
発表した（ICNS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-4
46、及びJpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997）pp.L1568-157
1,Part2,No.12A,1 December 1997）。基本的な構造とし
ては、サファイア基板上に、部分的に形成されたＳｉＯ
２膜を介して選択成長されたＧａＮよりなる窒化物半導
体基板の上に、レーザ素子構造となる窒化物半導体層が
複数積層されてなる。（詳細はJpn.J.Appl.Phys.Vol.36
参照）
性層を含む窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で
初めて室温での連続発振１万時間以上を達成したことを
発表した（ICNS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-4
46、及びJpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997）pp.L1568-157
1,Part2,No.12A,1 December 1997）。基本的な構造とし
ては、サファイア基板上に、部分的に形成されたＳｉＯ
２膜を介して選択成長されたＧａＮよりなる窒化物半導
体基板の上に、レーザ素子構造となる窒化物半導体層が
複数積層されてなる。（詳細はJpn.J.Appl.Phys.Vol.36
参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、１万時
間以上の連続発振が推定されたのは、出力で２ｍＷであ
る。２ｍＷでは読み取り用光源としては若干もの足り
ず、書き込み用光源ではこの１０倍以上の出力が必要で
あり、さらなるレーザ素子の出力向上と長寿命化が望ま
れている。
間以上の連続発振が推定されたのは、出力で２ｍＷであ
る。２ｍＷでは読み取り用光源としては若干もの足り
ず、書き込み用光源ではこの１０倍以上の出力が必要で
あり、さらなるレーザ素子の出力向上と長寿命化が望ま
れている。
【０００５】レーザ素子の発振閾値が低下すれば、レー
ザ素子の発熱量が小さくなるので、電流値を多くして出
力を上げることができる。さらに、閾値が低下すると言
うことは、レーザ素子だけでなくＬＥＤ、ＳＬＤ等、他
の窒化物半導体素子にも適用でき、高効率で信頼性の高
い素子を提供できる。従って本発明の目的とするところ
は、主としてレーザ素子の出力の向上と、発振閾値を低
下させて素子の長寿命化を実現することにある。
ザ素子の発熱量が小さくなるので、電流値を多くして出
力を上げることができる。さらに、閾値が低下すると言
うことは、レーザ素子だけでなくＬＥＤ、ＳＬＤ等、他
の窒化物半導体素子にも適用でき、高効率で信頼性の高
い素子を提供できる。従って本発明の目的とするところ
は、主としてレーザ素子の出力の向上と、発振閾値を低
下させて素子の長寿命化を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体素
子は主として２種類の態様より成り、第１の態様は、ｎ
側の窒化物半導体層と、ｐ側の窒化物半導体層との間
に、Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる井戸層と、井戸層
と組成の異なる窒化物半導体よりなる障壁層とが積層さ
れてなる多重量子井戸構造の活性層を有し、前記活性層
の井戸層はアンドープであり、前記障壁層にｎ型不純物
がドープされていることを特徴とする。
子は主として２種類の態様より成り、第１の態様は、ｎ
側の窒化物半導体層と、ｐ側の窒化物半導体層との間
に、Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる井戸層と、井戸層
と組成の異なる窒化物半導体よりなる障壁層とが積層さ
れてなる多重量子井戸構造の活性層を有し、前記活性層
の井戸層はアンドープであり、前記障壁層にｎ型不純物
がドープされていることを特徴とする。
【０００７】本発明の第２の態様は、ｎ側の窒化物半導
体層と、ｐ側の窒化物半導体層との間に、Ｉｎを含む窒
化物半導体よりなる井戸層と、井戸層と組成の異なる窒
化物半導体よりなる障壁層とが積層されてなる多重量子
井戸構造の活性層を有し、前記多重量子井戸構造は、ｐ
側の窒化物半導体に接近した側が障壁層で終わってお
り、少なくとも最後の井戸層がアンドープで、最後の障
壁層にｎ型不純物がドープされていることを特徴とす
る。本発明においてｎ側の窒化物半導体とは活性層を挟
んで、一方の窒化物半導体層に少なくともｎ型窒化物半
導体層を含む半導体層側を指し、ｐ側の窒化物半導体と
は、活性層を挟んでｎ側の窒化物半導体と反対側にある
窒化物半導体を指すものとする。なお、本発明の第１及
び第２の態様において、多重量子井戸構造は井戸層から
始まる方が閾値が低下しやすい傾向にある。
体層と、ｐ側の窒化物半導体層との間に、Ｉｎを含む窒
化物半導体よりなる井戸層と、井戸層と組成の異なる窒
化物半導体よりなる障壁層とが積層されてなる多重量子
井戸構造の活性層を有し、前記多重量子井戸構造は、ｐ
側の窒化物半導体に接近した側が障壁層で終わってお
り、少なくとも最後の井戸層がアンドープで、最後の障
壁層にｎ型不純物がドープされていることを特徴とす
る。本発明においてｎ側の窒化物半導体とは活性層を挟
んで、一方の窒化物半導体層に少なくともｎ型窒化物半
導体層を含む半導体層側を指し、ｐ側の窒化物半導体と
は、活性層を挟んでｎ側の窒化物半導体と反対側にある
窒化物半導体を指すものとする。なお、本発明の第１及
び第２の態様において、多重量子井戸構造は井戸層から
始まる方が閾値が低下しやすい傾向にある。
【０００８】本発明の第１、及び第２の態様において、
アンドープ（undope）とは意図的に不純物をドープしな
い窒化物半導体層を指し、例えば、原料に含まれる不純
物の混入、反応装置内のコンタミネーションによる不純
物の混入、および意図的に不純物をドープした他の層か
らの意図しない不純物拡散により、不純物が混入した層
も本発明ではアンドープと定義する（実質的なアンドー
プ）。
アンドープ（undope）とは意図的に不純物をドープしな
い窒化物半導体層を指し、例えば、原料に含まれる不純
物の混入、反応装置内のコンタミネーションによる不純
物の混入、および意図的に不純物をドープした他の層か
らの意図しない不純物拡散により、不純物が混入した層
も本発明ではアンドープと定義する（実質的なアンドー
プ）。
【０００９】本発明の第１、及び第２の態様において、
前記ｎ型の窒化物半導体層には、活性層に接近した側に
Ｉｎを含む窒化物半導体、若しくはＧａＮよりなる第１
の窒化物半導体層を有し、さらに第１の窒化物半導体層
よりも活性層から離れた側にＡｌを含む窒化物半導体層
を含む超格子からなる第２の窒化物半導体層を有するこ
とを特徴とする。第１の窒化物半導体層は活性層に接し
ていても、いなくても良いが、接して形成されているこ
とが望ましい。
前記ｎ型の窒化物半導体層には、活性層に接近した側に
Ｉｎを含む窒化物半導体、若しくはＧａＮよりなる第１
の窒化物半導体層を有し、さらに第１の窒化物半導体層
よりも活性層から離れた側にＡｌを含む窒化物半導体層
を含む超格子からなる第２の窒化物半導体層を有するこ
とを特徴とする。第１の窒化物半導体層は活性層に接し
ていても、いなくても良いが、接して形成されているこ
とが望ましい。
【００１０】さらに、前記ｐ側の窒化物半導体層には、
活性層に接近した側にＡｌを含む窒化物半導体、若しく
はＧａＮよりなる第３の窒化物半導体層を有し、さらに
第３の窒化物半導体層よりも活性層から離れた側にＡｌ
を含む窒化物半導体層を含む超格子からなる第４の窒化
物半導体層を有することを特徴とする。同様に第３の窒
化物半導体層も活性層に接していても、いなくても良い
が、接して形成されることが望ましい。
活性層に接近した側にＡｌを含む窒化物半導体、若しく
はＧａＮよりなる第３の窒化物半導体層を有し、さらに
第３の窒化物半導体層よりも活性層から離れた側にＡｌ
を含む窒化物半導体層を含む超格子からなる第４の窒化
物半導体層を有することを特徴とする。同様に第３の窒
化物半導体層も活性層に接していても、いなくても良い
が、接して形成されることが望ましい。
【００１１】また本発明の第１、及び第２の態様では、
ｎ側、又はｐ側の窒化物半導体層の内の少なくとも一方
には、Ａｌを含む窒化物半導体を含む超格子からなる第
５の窒化物半導体層を有し、その第５の窒化物半導体層
のＡｌ含有量が、活性層に接近するにつれて少なくなる
ようにされていることを特徴とする。これは超格子をＧ
ＲＩＮ構造（gradient index waveguide）とすることを
意味する。
ｎ側、又はｐ側の窒化物半導体層の内の少なくとも一方
には、Ａｌを含む窒化物半導体を含む超格子からなる第
５の窒化物半導体層を有し、その第５の窒化物半導体層
のＡｌ含有量が、活性層に接近するにつれて少なくなる
ようにされていることを特徴とする。これは超格子をＧ
ＲＩＮ構造（gradient index waveguide）とすることを
意味する。
【００１２】前記第５の窒化物半導体層には、その層の
導電型を決定する不純物がドープされており、その不純
物が活性層に接近するにつれて少なくなるように調整さ
れていることを特徴とする。
導電型を決定する不純物がドープされており、その不純
物が活性層に接近するにつれて少なくなるように調整さ
れていることを特徴とする。
【００１３】前記障壁層にはｐ型不純物が不純物拡散に
より含まれていることを特徴とする。不純物拡散とは例
えば隣接、近接（必ずしも接していなくても良い）した
ｐ型不純物を含む層の成長中、あるいは成長後、その層
から障壁層にｐ型不純物が拡散して混入した状態を指
す。一例として不純物拡散によりｐ型不純物が含まれる
場合、その層にはｐ型不純物の濃度勾配がついているこ
とが多い。拡散により混入する不純物としてはＭｇ、Ｂ
ｅ、Ｃａのような窒化物半導体にドープされてｐ型とな
ることが確認されている不純物であることが多い。また
ｎ型不純物よりも少量であることが多い。
より含まれていることを特徴とする。不純物拡散とは例
えば隣接、近接（必ずしも接していなくても良い）した
ｐ型不純物を含む層の成長中、あるいは成長後、その層
から障壁層にｐ型不純物が拡散して混入した状態を指
す。一例として不純物拡散によりｐ型不純物が含まれる
場合、その層にはｐ型不純物の濃度勾配がついているこ
とが多い。拡散により混入する不純物としてはＭｇ、Ｂ
ｅ、Ｃａのような窒化物半導体にドープされてｐ型とな
ることが確認されている不純物であることが多い。また
ｎ型不純物よりも少量であることが多い。
【００１４】また本発明では、多重量子井戸構造の全井
戸層数が２であることを特徴とする。井戸数を２とする
と最も閾値が低下しやすい。即ちｎ側から、障壁＋井戸
＋障壁＋井戸＋障壁、井戸＋障壁＋井戸＋障壁、井戸＋
障壁＋井戸（但し、井戸で終わる構成は第１の態様のみ
に適用）を積層した多重量子井戸構造とすることが最も
好ましい。
戸層数が２であることを特徴とする。井戸数を２とする
と最も閾値が低下しやすい。即ちｎ側から、障壁＋井戸
＋障壁＋井戸＋障壁、井戸＋障壁＋井戸＋障壁、井戸＋
障壁＋井戸（但し、井戸で終わる構成は第１の態様のみ
に適用）を積層した多重量子井戸構造とすることが最も
好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る一レーザ素子
の構造を示す模式的な断面図であり、基本構成として
は、ＧａＮ基板２０の上に、ｎ側コンタクト層２１、ク
ラック防止層（省略可能）２２、ｎ側クラッド層２３、
ｎ側光ガイド層２４、多重量子井戸構造の活性層２５、
ｐ側キャップ層２６、ｐ側ガイド層２７、ｐ側クラッド
層２８、ｐ側コンタクト層２９とが順に積層された構造
を有し、ｐ側コンタクト層２９からｎ側コンタクト層２
１までがエッチングされ、ストライプ状の導波路領域を
有する屈折率導波型のレーザ素子を示している。
の構造を示す模式的な断面図であり、基本構成として
は、ＧａＮ基板２０の上に、ｎ側コンタクト層２１、ク
ラック防止層（省略可能）２２、ｎ側クラッド層２３、
ｎ側光ガイド層２４、多重量子井戸構造の活性層２５、
ｐ側キャップ層２６、ｐ側ガイド層２７、ｐ側クラッド
層２８、ｐ側コンタクト層２９とが順に積層された構造
を有し、ｐ側コンタクト層２９からｎ側コンタクト層２
１までがエッチングされ、ストライプ状の導波路領域を
有する屈折率導波型のレーザ素子を示している。
【００１６】多重量子井戸構造よりなる活性層２５にお
いて、井戸層は少なくともＩｎを含む窒化物半導体、好
ましくはＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜X＜１）とする。一
方、障壁層は通常、井戸層よりもバンドギャップエネル
ギーが大きい窒化物半導体を選択し、好ましくはＩｎＹ
Ｇａ１−ＹＮ（０≦Y＜１、X＞Y）若しくはＡｌＺＧａ
１−ＺＮ（０＜Z＜０．５）とする。但し井戸層、障壁
層をＩｎＡｌＮとすることも可能である。井戸層の膜厚
は１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０
オングストローム以下、最も好ましくは５０オングスト
ローム以下に調整する。１００オングストロームよりも
厚いと、出力が低下する傾向にある。障壁層の膜厚は特
に限定しないが、通常は井戸層と同じか、若しくは井戸
層よりも厚く形成し、２００オングストローム以下、好
ましくは１５０オングストローム以下、最も好ましくは
１００オングストローム以下にする。また障壁層の膜厚
を井戸層よりも薄くしてもよい。
いて、井戸層は少なくともＩｎを含む窒化物半導体、好
ましくはＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜X＜１）とする。一
方、障壁層は通常、井戸層よりもバンドギャップエネル
ギーが大きい窒化物半導体を選択し、好ましくはＩｎＹ
Ｇａ１−ＹＮ（０≦Y＜１、X＞Y）若しくはＡｌＺＧａ
１−ＺＮ（０＜Z＜０．５）とする。但し井戸層、障壁
層をＩｎＡｌＮとすることも可能である。井戸層の膜厚
は１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０
オングストローム以下、最も好ましくは５０オングスト
ローム以下に調整する。１００オングストロームよりも
厚いと、出力が低下する傾向にある。障壁層の膜厚は特
に限定しないが、通常は井戸層と同じか、若しくは井戸
層よりも厚く形成し、２００オングストローム以下、好
ましくは１５０オングストローム以下、最も好ましくは
１００オングストローム以下にする。また障壁層の膜厚
を井戸層よりも薄くしてもよい。
【００１７】本発明の第１の態様では、活性層２５の井
戸層をアンドープ（意図的に不純物をドープしない状
態）として、障壁層にｎ型不純物のみがドープされる。
障壁層にｎ型不純物がドープされると井戸層のキャリア
濃度が大きくなるため、閾値が低下する。逆に障壁層に
意図してｐ型不純物をドープすると低下しにくい傾向に
ある。そのため、障壁層にはｎ型不純物のみをドープす
ることが望ましい。さらにまた、障壁層にｎ型不純物を
ドープすると井戸層のキャリア濃度が大きくなるため、
歪みによるピエゾ効果の量子シュタルク効果による電子
と正孔の空間的分離がスクリーニングされて、閾値が低
下すると推察される。逆に井戸層に不純物をドープする
と結晶性が悪くなって、キャリアの散乱が大きくなり、
閾値が高くなる傾向にある。なお本発明の第１の態様で
は、多重量子井戸構造は、ｐ側の窒化物半導体層に接近
した側が障壁層で終わっても井戸層で終わっても良い
が、第２の態様のように障壁層で終わることが望まし
い。
戸層をアンドープ（意図的に不純物をドープしない状
態）として、障壁層にｎ型不純物のみがドープされる。
障壁層にｎ型不純物がドープされると井戸層のキャリア
濃度が大きくなるため、閾値が低下する。逆に障壁層に
意図してｐ型不純物をドープすると低下しにくい傾向に
ある。そのため、障壁層にはｎ型不純物のみをドープす
ることが望ましい。さらにまた、障壁層にｎ型不純物を
ドープすると井戸層のキャリア濃度が大きくなるため、
歪みによるピエゾ効果の量子シュタルク効果による電子
と正孔の空間的分離がスクリーニングされて、閾値が低
下すると推察される。逆に井戸層に不純物をドープする
と結晶性が悪くなって、キャリアの散乱が大きくなり、
閾値が高くなる傾向にある。なお本発明の第１の態様で
は、多重量子井戸構造は、ｐ側の窒化物半導体層に接近
した側が障壁層で終わっても井戸層で終わっても良い
が、第２の態様のように障壁層で終わることが望まし
い。
【００１８】一方、第２の態様では、活性層２５がｐ側
窒化物半導体に接近した側が障壁層で終わっており、少
なくとも最後の井戸層がアンドープで、最後の障壁層に
ｎ型不純物がドープされている。即ち、井戸＋障壁＋井
戸＋障壁、若しくは障壁＋井戸＋障壁＋井戸＋障壁とな
るようにｎ側の窒化物半導体から積層して行き、最後の
井戸層をアンドープとし、そして最後の障壁層にｎ型不
純物をドープする。それ以外の井戸層、障壁層には不純
物をドープしても、しなくても良く、不純物ドープにつ
いては特に問わない。好ましくは第１の態様のように、
障壁層にｎ型不純物をドープして、井戸層はアンドープ
とすることが望ましい。第２の態様においては多重量子
井戸構造は井戸層で終わるよりも、障壁層で終わった方
が閾値が低下しやすい傾向にあり、さらに最後の井戸層
をアンドープ、障壁層にｎ型不純物をドープすると、さ
らに閾値が低下する。この理由は定かではないが、窒化
物半導体の場合、ホールの有効質量が大きく、活性層に
注入されたホールはｐ層側に局在しており、ｐ層側の井
戸層のみで発光すると考えられる。従ってｎ層側に接近
した井戸層は発光にあまり寄与しておらず、ｐ層側に接
近した井戸層の方が発光に寄与する率が高い。このため
ｐ層側に最も接近した井戸層をアンドープとして、障壁
層にｎ型不純物をドープすると最も効率が向上すると推
察される。
窒化物半導体に接近した側が障壁層で終わっており、少
なくとも最後の井戸層がアンドープで、最後の障壁層に
ｎ型不純物がドープされている。即ち、井戸＋障壁＋井
戸＋障壁、若しくは障壁＋井戸＋障壁＋井戸＋障壁とな
るようにｎ側の窒化物半導体から積層して行き、最後の
井戸層をアンドープとし、そして最後の障壁層にｎ型不
純物をドープする。それ以外の井戸層、障壁層には不純
物をドープしても、しなくても良く、不純物ドープにつ
いては特に問わない。好ましくは第１の態様のように、
障壁層にｎ型不純物をドープして、井戸層はアンドープ
とすることが望ましい。第２の態様においては多重量子
井戸構造は井戸層で終わるよりも、障壁層で終わった方
が閾値が低下しやすい傾向にあり、さらに最後の井戸層
をアンドープ、障壁層にｎ型不純物をドープすると、さ
らに閾値が低下する。この理由は定かではないが、窒化
物半導体の場合、ホールの有効質量が大きく、活性層に
注入されたホールはｐ層側に局在しており、ｐ層側の井
戸層のみで発光すると考えられる。従ってｎ層側に接近
した井戸層は発光にあまり寄与しておらず、ｐ層側に接
近した井戸層の方が発光に寄与する率が高い。このため
ｐ層側に最も接近した井戸層をアンドープとして、障壁
層にｎ型不純物をドープすると最も効率が向上すると推
察される。
【００１９】障壁層にドープするｎ型不純物にはＳｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のIV族、若しくはVI
族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｎを用いる。ｎ型不純物のドープ量は５×１０１６／cm
３〜５×１０２１／cm３、好ましくは１×１０１７／cm
３〜１×１０２０／cm３、さらに好ましくは１×１０
１８／cm３〜１×１０１９／cm３の範囲に調整する。５
×１０１６／cm３よりも少ないと閾値があまり低下せ
ず、一方、５×１０２１／cm３よりも多いと障壁層の結
晶性が悪くなって、寿命が短くなる。
Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のIV族、若しくはVI
族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｎを用いる。ｎ型不純物のドープ量は５×１０１６／cm
３〜５×１０２１／cm３、好ましくは１×１０１７／cm
３〜１×１０２０／cm３、さらに好ましくは１×１０
１８／cm３〜１×１０１９／cm３の範囲に調整する。５
×１０１６／cm３よりも少ないと閾値があまり低下せ
ず、一方、５×１０２１／cm３よりも多いと障壁層の結
晶性が悪くなって、寿命が短くなる。
【００２０】また本発明の第１、及び第２の態様では、
活性層２５に接近した側にＩｎを含む窒化物半導体、若
しくはＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層を有し、さ
らに第１の窒化物半導体層よりも活性層から離れた側に
Ａｌを含む窒化物半導体層を含む超格子からなる第２の
窒化物半導体層を有している。図１の場合、ｎ側光ガイ
ド層２４が第１の窒化物半導体層に相当する。この層を
設けることにより、例えばレーザ素子では導波路領域を
形成する層として作用し、また他の素子においては、活
性層を成長させる前のバッファ層として作用し、結晶性
の良い活性層を成長させやすくする。
活性層２５に接近した側にＩｎを含む窒化物半導体、若
しくはＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層を有し、さ
らに第１の窒化物半導体層よりも活性層から離れた側に
Ａｌを含む窒化物半導体層を含む超格子からなる第２の
窒化物半導体層を有している。図１の場合、ｎ側光ガイ
ド層２４が第１の窒化物半導体層に相当する。この層を
設けることにより、例えばレーザ素子では導波路領域を
形成する層として作用し、また他の素子においては、活
性層を成長させる前のバッファ層として作用し、結晶性
の良い活性層を成長させやすくする。
【００２１】さらに図１の場合、超格子より成るｎ側ク
ラッド層２３が第２の窒化物半導体層に相当する。この
層はキャリア閉じ込め、光閉じ込めのためのクラッド層
として作用する。超格子とは、互いに組成の異なる窒化
物半導体の薄膜を積層した多層膜層のことである。超格
子を形成する場合、一方の窒化物半導体はＡｌを含む窒
化物半導体、好ましくは三元混晶のＡｌＸＧａ１−ＸＮ
（０＜X＜１）とすると結晶性の良いものが得られやす
い。もう一方は前記Ａｌを含む窒化物半導体と組成が異
なればどのようなものでもよいが、好ましくはその窒化
物半導体よりもバンドギャップエネルギーが小さい窒化
物半導体として、ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Y≦１）を
選択する。その中でもＧａＮとすると最も結晶性が良く
なる。即ち、超格子層はＡｌＧａＮとＧａＮとで構成す
ると、結晶性の良いＧａＮがバッファ層のような作用を
して、ＡｌＧａＮを結晶性良く成長できる。超格子層の
単一膜厚は１００オングストローム以下、さらに好まし
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。このように薄膜を成長させ
ることにより窒化物半導体が弾性臨界膜厚以下となるた
めに、ＡｌＧａＮのような結晶中にクラックの入りやす
い結晶でも、クラックが入ることなく膜質良く成長でき
る。また超格子層にはＩｎＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等を
形成することもできる。
ラッド層２３が第２の窒化物半導体層に相当する。この
層はキャリア閉じ込め、光閉じ込めのためのクラッド層
として作用する。超格子とは、互いに組成の異なる窒化
物半導体の薄膜を積層した多層膜層のことである。超格
子を形成する場合、一方の窒化物半導体はＡｌを含む窒
化物半導体、好ましくは三元混晶のＡｌＸＧａ１−ＸＮ
（０＜X＜１）とすると結晶性の良いものが得られやす
い。もう一方は前記Ａｌを含む窒化物半導体と組成が異
なればどのようなものでもよいが、好ましくはその窒化
物半導体よりもバンドギャップエネルギーが小さい窒化
物半導体として、ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Y≦１）を
選択する。その中でもＧａＮとすると最も結晶性が良く
なる。即ち、超格子層はＡｌＧａＮとＧａＮとで構成す
ると、結晶性の良いＧａＮがバッファ層のような作用を
して、ＡｌＧａＮを結晶性良く成長できる。超格子層の
単一膜厚は１００オングストローム以下、さらに好まし
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。このように薄膜を成長させ
ることにより窒化物半導体が弾性臨界膜厚以下となるた
めに、ＡｌＧａＮのような結晶中にクラックの入りやす
い結晶でも、クラックが入ることなく膜質良く成長でき
る。また超格子層にはＩｎＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等を
形成することもできる。
【００２２】また本発明の第１、及び第２の態様では、
活性層２５に接近した側にＡｌを含む窒化物半導体、若
しくはＧａＮよりなる第３の窒化物半導体層を有し、さ
らに第３の窒化物半導体層よりも活性層から離れた側に
Ａｌを含む窒化物半導体層を含む超格子からなる第４の
窒化物半導体層を有している。図１の場合、ｐ側キャッ
プ層２６、若しくはｐ側光ガイド層２７が第３の窒化物
半導体層に相当し、超格子よりなるｐ側クラッド層２８
が第４の窒化物半導体に相当する。ｐ側キャップ層２６
は活性層の障壁層よりも大きなバンドギャップエネルギ
ーを有する窒化物半導体として、その膜厚を０．１μｍ
よりも薄くすることにより、出力が向上する傾向にあ
る。またｐ側光ガイド層２７は、ｐ側キャップ層よりも
バンドギャップエネルギーを小さくすることにより、例
えばレーザ素子では導波路領域を形成する層として作用
し、また他の素子においては、ｐ側クラッド層２８を成
長させる前のバッファ層として作用し、結晶性の良いク
ラッド層を成長させやすくする。
活性層２５に接近した側にＡｌを含む窒化物半導体、若
しくはＧａＮよりなる第３の窒化物半導体層を有し、さ
らに第３の窒化物半導体層よりも活性層から離れた側に
Ａｌを含む窒化物半導体層を含む超格子からなる第４の
窒化物半導体層を有している。図１の場合、ｐ側キャッ
プ層２６、若しくはｐ側光ガイド層２７が第３の窒化物
半導体層に相当し、超格子よりなるｐ側クラッド層２８
が第４の窒化物半導体に相当する。ｐ側キャップ層２６
は活性層の障壁層よりも大きなバンドギャップエネルギ
ーを有する窒化物半導体として、その膜厚を０．１μｍ
よりも薄くすることにより、出力が向上する傾向にあ
る。またｐ側光ガイド層２７は、ｐ側キャップ層よりも
バンドギャップエネルギーを小さくすることにより、例
えばレーザ素子では導波路領域を形成する層として作用
し、また他の素子においては、ｐ側クラッド層２８を成
長させる前のバッファ層として作用し、結晶性の良いク
ラッド層を成長させやすくする。
【００２３】さらに図１の場合、超格子より成るｐ側ク
ラッド層２８が第４の窒化物半導体層に相当する。この
層の作用、好ましい構成はｎ側クラッド層と全く同じで
あるので説明は省略する。
ラッド層２８が第４の窒化物半導体層に相当する。この
層の作用、好ましい構成はｎ側クラッド層と全く同じで
あるので説明は省略する。
【００２４】さらに、本発明ではｎ側クラッド層２３、
ｐ側クラッド層２９を超格子のＧＲＩＮ構造とすること
もできる。ＧＲＩＮ構造とすると、活性層の発光はＡｌ
組成の少ない領域で導波されて、縦モードが単一モード
になりやすくなって閾値が低下する。一般にダブルへテ
ロ構造のクラッド層は、活性層よりもバンドギャップエ
ネルギーを大きくする必要があるので、窒化物半導体素
子のクラッド層には、例えばＡｌＧａＮのような、Ａｌ
を含有する窒化物半導体が用いられる。さらにＧＲＩＮ
構造とすると、Ａｌ混晶比の大きい層は最外層、つまり
活性層から最も離れた層だけで良く、活性層に接近する
に従って、Ａｌ混晶比が小さくなっているため、最外層
にＡｌ混晶比の大きい層を形成しやすくなる。そのた
め、クラッド層と活性層との屈折率差を大きくできるの
で、光閉じ込め効果が大きくなって、閾値が低下する。
また屈折率が中心（活性層）から外側に向かって徐々に
小さくなっているＧＲＩＮ構造では、光が中心に集まり
やすくなるため閾値が低下する。なおｎ側クラッド層を
ＧＲＩＮ構造とする場合には、クラッド層の活性層側が
導波路領域を形成するので、ｎ側光ガイド層２４、ｐ側
光ガイド層２８は省略しても良い。
ｐ側クラッド層２９を超格子のＧＲＩＮ構造とすること
もできる。ＧＲＩＮ構造とすると、活性層の発光はＡｌ
組成の少ない領域で導波されて、縦モードが単一モード
になりやすくなって閾値が低下する。一般にダブルへテ
ロ構造のクラッド層は、活性層よりもバンドギャップエ
ネルギーを大きくする必要があるので、窒化物半導体素
子のクラッド層には、例えばＡｌＧａＮのような、Ａｌ
を含有する窒化物半導体が用いられる。さらにＧＲＩＮ
構造とすると、Ａｌ混晶比の大きい層は最外層、つまり
活性層から最も離れた層だけで良く、活性層に接近する
に従って、Ａｌ混晶比が小さくなっているため、最外層
にＡｌ混晶比の大きい層を形成しやすくなる。そのた
め、クラッド層と活性層との屈折率差を大きくできるの
で、光閉じ込め効果が大きくなって、閾値が低下する。
また屈折率が中心（活性層）から外側に向かって徐々に
小さくなっているＧＲＩＮ構造では、光が中心に集まり
やすくなるため閾値が低下する。なおｎ側クラッド層を
ＧＲＩＮ構造とする場合には、クラッド層の活性層側が
導波路領域を形成するので、ｎ側光ガイド層２４、ｐ側
光ガイド層２８は省略しても良い。
【００２５】さらにまたｎ側クラッド層２３、ｐ側クラ
ッド層２８を超格子のＧＲＩＮ構造とする場合、そのク
ラッド層に含まれるｎ型不純物濃度、ｐ型不純物濃度の
少なくとも一方を活性層に接近するに従って、少なくな
るように調整することが望ましい。不純物はＡｌを含む
第１の窒化物半導体層、もう一方の窒化物半導体層に両
方ドープしても良いが、好ましくはいずれか一方にドー
プすることが望ましい。これは変調ドープと呼ばれるも
ので、超格子層のいずれか一方の層に不純物をドープす
ることにより、超格子層全体の結晶性が良くなり、これ
も信頼性の高い素子を実現するのに効果的である。つま
り、不純物をドープしない結晶性の良い層の上に不純物
をドープした層を成長させると、不純物をドープした層
の結晶性が向上するため、超格子層全体としての結晶性
が良くなることによる。ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎを好ましく用いる。ｐ型不純物としてはＭｇ、
Ｂｅ、Ｃａを好ましく用いる。このようにクラッド層を
超格子として、その超格子に含まれるドナー、アクセプ
ター濃度を次第に小さくすると、クラッド層による活性
層近傍の光吸収が少なくなるので、光損失が低下して閾
値が低下する。さらに不純物濃度の少ない窒化物半導
体、不純物濃度の大きい窒化物半導体に比較して結晶性
がよい。そのため不純物濃度の少ない結晶性の良いｎ、
ｐ両クラッド層で活性層を挟んだ構造とすると、結晶欠
陥の少ない活性層が成長できるために、素子の寿命も長
くなり、信頼性が向上すると共に、素子の耐圧も高くな
る。
ッド層２８を超格子のＧＲＩＮ構造とする場合、そのク
ラッド層に含まれるｎ型不純物濃度、ｐ型不純物濃度の
少なくとも一方を活性層に接近するに従って、少なくな
るように調整することが望ましい。不純物はＡｌを含む
第１の窒化物半導体層、もう一方の窒化物半導体層に両
方ドープしても良いが、好ましくはいずれか一方にドー
プすることが望ましい。これは変調ドープと呼ばれるも
ので、超格子層のいずれか一方の層に不純物をドープす
ることにより、超格子層全体の結晶性が良くなり、これ
も信頼性の高い素子を実現するのに効果的である。つま
り、不純物をドープしない結晶性の良い層の上に不純物
をドープした層を成長させると、不純物をドープした層
の結晶性が向上するため、超格子層全体としての結晶性
が良くなることによる。ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎを好ましく用いる。ｐ型不純物としてはＭｇ、
Ｂｅ、Ｃａを好ましく用いる。このようにクラッド層を
超格子として、その超格子に含まれるドナー、アクセプ
ター濃度を次第に小さくすると、クラッド層による活性
層近傍の光吸収が少なくなるので、光損失が低下して閾
値が低下する。さらに不純物濃度の少ない窒化物半導
体、不純物濃度の大きい窒化物半導体に比較して結晶性
がよい。そのため不純物濃度の少ない結晶性の良いｎ、
ｐ両クラッド層で活性層を挟んだ構造とすると、結晶欠
陥の少ない活性層が成長できるために、素子の寿命も長
くなり、信頼性が向上すると共に、素子の耐圧も高くな
る。
【００２６】ＧＲＩＮ構造の場合、不純物濃度としては
ｎ型不純物の場合、ｎ側クラッド層の最外層で１×１０
１７〜５×１０２０／cm３、好ましくは５×１０１７〜
１×１０２０／cm３の範囲に調整する。また活性層近
傍、例えば超格子層の低不純部濃度領域０．３μｍ以下
では、１×１０１９／cm３以下、さらに好ましくは５×
１０１８／cm３以下に調整する。一方、ｐ型不純物の場
合、ｐ側クラッド層の最外層で１×１０１７〜５×１０
２１／cm３、好ましくは５×１０１７〜１×１０ ２１／
cm３の範囲に調整する。また活性層近傍、例えば超格子
層の低不純部濃度領域０．３μｍ以下では、１×１０
１９／cm３以下、さらに好ましくは５×１０ １８／cm３
以下に調整する。最外層の不純物濃度よりもむしろ、低
不純物濃度層の方が重要であり、活性層に接近した側の
不純物濃度が１×１０１９／cm３よりも多いと、光吸収
が多くなり、閾値が低下しにくくなる傾向にある。ま
た、不純物濃度を多くしたことによる結晶性の低下によ
り、寿命が短くなる傾向にある。最も好ましくは不純物
を意図的にドープしない状態、即ちアンドープとする。
ｎ型不純物の場合、ｎ側クラッド層の最外層で１×１０
１７〜５×１０２０／cm３、好ましくは５×１０１７〜
１×１０２０／cm３の範囲に調整する。また活性層近
傍、例えば超格子層の低不純部濃度領域０．３μｍ以下
では、１×１０１９／cm３以下、さらに好ましくは５×
１０１８／cm３以下に調整する。一方、ｐ型不純物の場
合、ｐ側クラッド層の最外層で１×１０１７〜５×１０
２１／cm３、好ましくは５×１０１７〜１×１０ ２１／
cm３の範囲に調整する。また活性層近傍、例えば超格子
層の低不純部濃度領域０．３μｍ以下では、１×１０
１９／cm３以下、さらに好ましくは５×１０ １８／cm３
以下に調整する。最外層の不純物濃度よりもむしろ、低
不純物濃度層の方が重要であり、活性層に接近した側の
不純物濃度が１×１０１９／cm３よりも多いと、光吸収
が多くなり、閾値が低下しにくくなる傾向にある。ま
た、不純物濃度を多くしたことによる結晶性の低下によ
り、寿命が短くなる傾向にある。最も好ましくは不純物
を意図的にドープしない状態、即ちアンドープとする。
【００２７】
【実施例】［実施例１］（第１の態様、第２の態様）
以下、図１を元に本発明を詳説するが、実施例１は第
１、第２両方の態様を示している。
１、第２両方の態様を示している。
【００２８】（ＧａＮ基板２０）２インチφのサファイ
アよりなる異種基板の上に成長させたＧａＮの上に、ス
トライプ状のＳｉＯ２からなる保護膜を形成し、このス
トライプ状の保護膜の上にＭＯＶＰＥ法を用いてアンド
ープＧａＮ層を１０μｍの膜厚で成長させ、その後ＨＶ
ＰＥ法により同じくアンドープＧａＮ層を３００μｍの
膜厚で成長させる。成長後、サファイア基板と、保護
膜、ＭＯＶＰＥで成長させたＧａＮ層を研磨して除去
し、ＴＥＭによる断面観察で表面近傍の結晶欠陥が１×
１０５／cm２以下のＧａＮ基板２０を得る。研磨の他、
サファイアとＧａＮ基板とを分離する手段として、研磨
したサファイ基板裏面側から高出力のエキシマレーザ
を、スポット１００μｍφ程度の大きさで照射して走査
することにより、ＧａＮの界面のＧａＮを変質させて分
離する方法があるが、この方法を用いても良い。
アよりなる異種基板の上に成長させたＧａＮの上に、ス
トライプ状のＳｉＯ２からなる保護膜を形成し、このス
トライプ状の保護膜の上にＭＯＶＰＥ法を用いてアンド
ープＧａＮ層を１０μｍの膜厚で成長させ、その後ＨＶ
ＰＥ法により同じくアンドープＧａＮ層を３００μｍの
膜厚で成長させる。成長後、サファイア基板と、保護
膜、ＭＯＶＰＥで成長させたＧａＮ層を研磨して除去
し、ＴＥＭによる断面観察で表面近傍の結晶欠陥が１×
１０５／cm２以下のＧａＮ基板２０を得る。研磨の他、
サファイアとＧａＮ基板とを分離する手段として、研磨
したサファイ基板裏面側から高出力のエキシマレーザ
を、スポット１００μｍφ程度の大きさで照射して走査
することにより、ＧａＮの界面のＧａＮを変質させて分
離する方法があるが、この方法を用いても良い。
【００２９】（ｎ側コンタクト層２１）次にＧａＮ基板
（研磨側と反対側の面）の上に、Ｓｉを１×１０１９／
cm３ドープしたＧａＮよりなるｎ側コンタクト層５を４
μｍの膜厚で成長させる。なおｎ側コンタクト層２１〜
ｐ側コンタクト層２９までは全てＭＯＶＰＥ法で積層成
長している。
（研磨側と反対側の面）の上に、Ｓｉを１×１０１９／
cm３ドープしたＧａＮよりなるｎ側コンタクト層５を４
μｍの膜厚で成長させる。なおｎ側コンタクト層２１〜
ｐ側コンタクト層２９までは全てＭＯＶＰＥ法で積層成
長している。
【００３０】（クラック防止層２２）次に、Ｓｉを５×
１０１８／cm３ドープしたＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ
よりなるクラック防止層２２を０．１５μｍの膜厚で成
長させる。なお、このクラック防止層は省略可能であ
る。
１０１８／cm３ドープしたＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ
よりなるクラック防止層２２を０．１５μｍの膜厚で成
長させる。なお、このクラック防止層は省略可能であ
る。
【００３１】（ｎ側クラッド層２３＝超格子層）続い
て、アンドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層
を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭ
Ａを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０１８／
cm３ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５オングスト
ロームの膜厚で成長させる。それらの層を交互に積層し
て超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりな
るｎ側クラッド層２３を成長させる。このように超格子
は、一方をＡｌを含む窒化物半導体で構成し、もう一方
はそれよりもバンドギャップエネルギーの小さな窒化物
半導体で構成し、いずれか一方の層に不純物をドープす
るいわゆる変調ドープを行うことが望ましい。
て、アンドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層
を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭ
Ａを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０１８／
cm３ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５オングスト
ロームの膜厚で成長させる。それらの層を交互に積層し
て超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりな
るｎ側クラッド層２３を成長させる。このように超格子
は、一方をＡｌを含む窒化物半導体で構成し、もう一方
はそれよりもバンドギャップエネルギーの小さな窒化物
半導体で構成し、いずれか一方の層に不純物をドープす
るいわゆる変調ドープを行うことが望ましい。
【００３２】（ｎ側光ガイド層２４）続いて、アンドー
プＧａＮよりなるｎ側光ガイド層２４を０．１μｍの膜
厚で成長させる。このｎ側光ガイド層２４にＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ等のｎ型不純物をドープしても良い。
プＧａＮよりなるｎ側光ガイド層２４を０．１μｍの膜
厚で成長させる。このｎ側光ガイド層２４にＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ等のｎ型不純物をドープしても良い。
【００３３】（活性層２５）次に、アンドープＩｎ
０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる井戸層を４０オングストロ
ームの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、Ｓｉを５×
１０１８／cm３ドープしたＩｎ０．０１Ｇａ０．９５Ｎ
よりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長
させる。このように井戸＋障壁＋井戸＋障壁の順に積層
し、総膜厚２８０オングストロームの多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。なおこの活性層の最
後の障壁層には、隣接するｐ側キャップ層から拡散した
のか、Ｍｇが１×１０１８／cm３含まれていた。
０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる井戸層を４０オングストロ
ームの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、Ｓｉを５×
１０１８／cm３ドープしたＩｎ０．０１Ｇａ０．９５Ｎ
よりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長
させる。このように井戸＋障壁＋井戸＋障壁の順に積層
し、総膜厚２８０オングストロームの多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。なおこの活性層の最
後の障壁層には、隣接するｐ側キャップ層から拡散した
のか、Ｍｇが１×１０１８／cm３含まれていた。
【００３４】（ｐ側キャップ層２６）次に、Ｍｇを１×
１０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ
よりなるｐ側キャップ層２６を１５０オングストローム
の膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層は０．１μｍ
以下の膜厚で形成することにより素子の出力が向上する
傾向にある。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。こ
のキャップ層も省略可能である。
１０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ
よりなるｐ側キャップ層２６を１５０オングストローム
の膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層は０．１μｍ
以下の膜厚で形成することにより素子の出力が向上する
傾向にある。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。こ
のキャップ層も省略可能である。
【００３５】（ｐ側光ガイド層２７）次にＭｇを５×１
０１６／cm３ドープしたＧａＮよりなるｐ側光ガイド層
２７を０．１μｍの膜厚で成長させる。
０１６／cm３ドープしたＧａＮよりなるｐ側光ガイド層
２７を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００３６】（ｐ側クラッド層２８）続いて、アンドー
プＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層を２５オング
ストロームの膜厚で成長させ、続いてＭｇを１×１０
１９／cm３ドープしたＧａＮよりなる層を２５オングス
トロームの膜厚で成長させ、それらを交互に積層し、総
膜厚０．７μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層２８
を成長させる。
プＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層を２５オング
ストロームの膜厚で成長させ、続いてＭｇを１×１０
１９／cm３ドープしたＧａＮよりなる層を２５オングス
トロームの膜厚で成長させ、それらを交互に積層し、総
膜厚０．７μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層２８
を成長させる。
【００３７】（ｐ側コンタクト層２９）最後に、Ｍｇを
１×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側
コンタクト層２９を１５０オングストロームの膜厚で成
長させる。
１×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側
コンタクト層２９を１５０オングストロームの膜厚で成
長させる。
【００３８】このようにして成長させたウェーハをＭＯ
ＶＰＥ反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト
層の表面に、ＣＶＤ装置を用いてＳｉＯ２よりなるスト
ライプ幅１．５μｍのマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性
イオンエッチング）装置を用いて図１に示すように、ｎ
側コンタクト層２１の表面が露出するまでエッチングを
行う。そして露出したｎ側コンタクト層２１の表面にＴ
ｉ／Ａｌよりなるｎ電極３２を形成する。
ＶＰＥ反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト
層の表面に、ＣＶＤ装置を用いてＳｉＯ２よりなるスト
ライプ幅１．５μｍのマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性
イオンエッチング）装置を用いて図１に示すように、ｎ
側コンタクト層２１の表面が露出するまでエッチングを
行う。そして露出したｎ側コンタクト層２１の表面にＴ
ｉ／Ａｌよりなるｎ電極３２を形成する。
【００３９】ｎ電極形成後、ｐ側コンタクト層２９の表
面にＳｉＯ２マスクをつけたまま、ｎ電極の表面に同じ
くＳｉＯ２マスクを形成し、図１に示すようにエッチン
グされて露出したストライプ状の窒化物半導体層の側面
にＺｒＯ２よりなる絶縁膜３０を形成する。
面にＳｉＯ２マスクをつけたまま、ｎ電極の表面に同じ
くＳｉＯ２マスクを形成し、図１に示すようにエッチン
グされて露出したストライプ状の窒化物半導体層の側面
にＺｒＯ２よりなる絶縁膜３０を形成する。
【００４０】絶縁膜３０形成後、リフトオフ法によりＳ
ｉＯ２マスクを除去した後、その絶縁膜３０を介してｐ
側コンタクト層２９の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極
３１を形成する。
ｉＯ２マスクを除去した後、その絶縁膜３０を介してｐ
側コンタクト層２９の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極
３１を形成する。
【００４１】電極形成後、ＧａＮ基板をＭ面（１１−０
０）で劈開して対向する劈開面を共振面としてレーザ素
子を作製したところ、閾値電流密度１．２ｋＡ／cm２で
連続発振を示し、２０ｍＷ出力において２０００時間以
上の連続発振を示した。
０）で劈開して対向する劈開面を共振面としてレーザ素
子を作製したところ、閾値電流密度１．２ｋＡ／cm２で
連続発振を示し、２０ｍＷ出力において２０００時間以
上の連続発振を示した。
【００４２】さらに、このレーザ素子の活性層２５にお
いて、井戸層の数を変えた際のレーザ素子の閾値電流密
度の関係を図２に示す。図２において、井戸層の数１は
単一量子井戸を示しており、後は井戸層を障壁層で挟ん
だ多重量子井戸構造を示している。この図に示すように
井戸層の数と、閾値電流密度とは密接な関係にあり、井
戸層の数２が最も閾値電流密度が低下することが分か
る。
いて、井戸層の数を変えた際のレーザ素子の閾値電流密
度の関係を図２に示す。図２において、井戸層の数１は
単一量子井戸を示しており、後は井戸層を障壁層で挟ん
だ多重量子井戸構造を示している。この図に示すように
井戸層の数と、閾値電流密度とは密接な関係にあり、井
戸層の数２が最も閾値電流密度が低下することが分か
る。
【００４３】［実施例２］（第２の態様）
実施例１において活性層２５を成長させる際にＳｉを５
×１０１８／cm３ドープしたＩｎ０．０１Ｇａ０．９５
Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成
長させ、続いて同一温度で、Ｓｉを１×１０18ドープし
たＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層を４０オングストロー
ムの膜厚で成長させる。そしてＳｉドープ障壁＋Ｓｉド
ープ井戸＋Ｓｉドープ障壁を積層した後、最後の井戸層
をアンドープとし、続いて最後のＳｉドープ障壁層を成
長させ、総膜厚３８０オングストロームの多重量子井戸
構造（ＭＱＷ）とする。その他は実施例１と同様にして
レーザ素子を作製したところ、実施例１に比較して若
干、閾値電流密度は上昇したが、同じく２０ｍＷ出力に
おいて、２０００時間以上の寿命を示した。
×１０１８／cm３ドープしたＩｎ０．０１Ｇａ０．９５
Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成
長させ、続いて同一温度で、Ｓｉを１×１０18ドープし
たＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層を４０オングストロー
ムの膜厚で成長させる。そしてＳｉドープ障壁＋Ｓｉド
ープ井戸＋Ｓｉドープ障壁を積層した後、最後の井戸層
をアンドープとし、続いて最後のＳｉドープ障壁層を成
長させ、総膜厚３８０オングストロームの多重量子井戸
構造（ＭＱＷ）とする。その他は実施例１と同様にして
レーザ素子を作製したところ、実施例１に比較して若
干、閾値電流密度は上昇したが、同じく２０ｍＷ出力に
おいて、２０００時間以上の寿命を示した。
【００４４】［実施例３］図３は本発明の実施例３に係
るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下
この図を元に、実施例３について説明する。
るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下
この図を元に、実施例３について説明する。
【００４５】（ＧａＮ基板２０’）２インチφのサファ
イアよりなる異種基板の上に成長させたＧａＮの上に、
ストライプ状のＳｉＯ２からなる保護膜を形成し、この
ストライプ状の保護膜の上にＭＯＶＰＥ法を用いてアン
ドープＧａＮ層を１０μｍの膜厚で成長させ、その後Ｈ
ＶＰＥ法によりＳｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａ
Ｎ層を３００μｍの膜厚で成長させる。成長後、サファ
イア基板と、保護膜、アンドープＧａＮ層を研磨して除
去し、ＳｉをドープしたＧａＮ基板を得る。
イアよりなる異種基板の上に成長させたＧａＮの上に、
ストライプ状のＳｉＯ２からなる保護膜を形成し、この
ストライプ状の保護膜の上にＭＯＶＰＥ法を用いてアン
ドープＧａＮ層を１０μｍの膜厚で成長させ、その後Ｈ
ＶＰＥ法によりＳｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａ
Ｎ層を３００μｍの膜厚で成長させる。成長後、サファ
イア基板と、保護膜、アンドープＧａＮ層を研磨して除
去し、ＳｉをドープしたＧａＮ基板を得る。
【００４６】（クラック防止層２２）次に、実施例１と
同様にして、Ｓｉを５×１０１８／cm３ドープしたＩｎ
０． ０６Ｇａ０．９４Ｎよりなるクラック防止層２２を
０．２μｍの膜厚で成長させる。
同様にして、Ｓｉを５×１０１８／cm３ドープしたＩｎ
０． ０６Ｇａ０．９４Ｎよりなるクラック防止層２２を
０．２μｍの膜厚で成長させる。
【００４７】（ｎ側クラッド層２３’＝超格子ＧＲＩＮ
構造）次に１回目にＳｉを５×１０１８／cm３ドープし
たＧａＮ層を２５オングストローム成長させ、続いてア
ンドープＡｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ層を２５オングス
トロームの膜厚で成長させる。そして２回目に、Ｓｉ含
有ガスの量を若干少なくしてＧａＮ層を２５オングスト
ローム成長させ、続いてＡｌ含有ガスの量を若干少なく
して、アンドープで、およそＡｌ０．２９Ｇａ０．７１
Ｎ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。Ａｌ
０．２９Ｇａ０．７１Ｎの混晶比は正確な値ではない。
３回目以降は、ＧａＮ層の先に成長させたＧａＮよりも
Ｓｉガス量をさらに少なくして、ＳｉドープＧａＮ層を
成長させて、続いて先に成長させたＡｌＧａＮよりもＡ
ｌ含有量がさらに少ないアンドープＡｌＧａＮ層を成長
させる。このようにして、Ｓｉの含有量が活性層に接近
するに従って、徐々に少なくなって行くＳｉドープＧａ
Ｎ層と、アンドープＡｌＸＧａ１−ＸＮ層とを合わせて
１．２μｍ（２４０ペア）成長させた後、Ｓｉ含有ガス
を止め、アンドープＧａＮ層を２５オングストローム、
先に成長させたＡｌＧａＮよりもさらにＡｌ含有量が少
ないアンドープＡｌＧａＮを２５オングストローム成長
させる。そしてＡｌＧａＮの組成のみを変化させなが
ら、０．１μｍ（２０ペア）の膜厚で最後がアンドープ
ＧａＮと、アンドープＧａＮとになるように成長させる
ことにより、Ａｌ含有量が次第に少なくなって行くＡｌ
ＧａＮと、Ｓｉ含有量が次第に少なくなって行くＧａＮ
とからなる超格子構造のｎ側クラッド層２３’を１．３
μｍの膜厚で成長させる。なお、ｎ型不純物量はＧａＮ
の方で調整したが、ＡｌＧａＮ層の方で調整することも
できる。またＡｌＧａＮのＡｌ組成比は細分化して次第
に少なくなるように調整したが、例えば、３段階ぐらい
で大まかにステップ状に小さくすることもでき、本発明
の範囲内である。
構造）次に１回目にＳｉを５×１０１８／cm３ドープし
たＧａＮ層を２５オングストローム成長させ、続いてア
ンドープＡｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ層を２５オングス
トロームの膜厚で成長させる。そして２回目に、Ｓｉ含
有ガスの量を若干少なくしてＧａＮ層を２５オングスト
ローム成長させ、続いてＡｌ含有ガスの量を若干少なく
して、アンドープで、およそＡｌ０．２９Ｇａ０．７１
Ｎ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。Ａｌ
０．２９Ｇａ０．７１Ｎの混晶比は正確な値ではない。
３回目以降は、ＧａＮ層の先に成長させたＧａＮよりも
Ｓｉガス量をさらに少なくして、ＳｉドープＧａＮ層を
成長させて、続いて先に成長させたＡｌＧａＮよりもＡ
ｌ含有量がさらに少ないアンドープＡｌＧａＮ層を成長
させる。このようにして、Ｓｉの含有量が活性層に接近
するに従って、徐々に少なくなって行くＳｉドープＧａ
Ｎ層と、アンドープＡｌＸＧａ１−ＸＮ層とを合わせて
１．２μｍ（２４０ペア）成長させた後、Ｓｉ含有ガス
を止め、アンドープＧａＮ層を２５オングストローム、
先に成長させたＡｌＧａＮよりもさらにＡｌ含有量が少
ないアンドープＡｌＧａＮを２５オングストローム成長
させる。そしてＡｌＧａＮの組成のみを変化させなが
ら、０．１μｍ（２０ペア）の膜厚で最後がアンドープ
ＧａＮと、アンドープＧａＮとになるように成長させる
ことにより、Ａｌ含有量が次第に少なくなって行くＡｌ
ＧａＮと、Ｓｉ含有量が次第に少なくなって行くＧａＮ
とからなる超格子構造のｎ側クラッド層２３’を１．３
μｍの膜厚で成長させる。なお、ｎ型不純物量はＧａＮ
の方で調整したが、ＡｌＧａＮ層の方で調整することも
できる。またＡｌＧａＮのＡｌ組成比は細分化して次第
に少なくなるように調整したが、例えば、３段階ぐらい
で大まかにステップ状に小さくすることもでき、本発明
の範囲内である。
【００４８】（活性層２５）実施例１と同様にして、４
０オングストロームのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる
井戸層と、１００オングストロームのＳｉを５×１０
１８／cm３ドープしたＩｎ０．０１Ｇａ０．９５Ｎより
なる障壁層とを、井戸＋障壁＋井戸＋障壁の順に積層し
た総膜厚２８０オングストロームの多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。また活性層２５とｎ
側クラッド層２３’との間に実施例１と同様にしてｎ側
光ガイド層を形成しても良い。
０オングストロームのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる
井戸層と、１００オングストロームのＳｉを５×１０
１８／cm３ドープしたＩｎ０．０１Ｇａ０．９５Ｎより
なる障壁層とを、井戸＋障壁＋井戸＋障壁の順に積層し
た総膜厚２８０オングストロームの多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。また活性層２５とｎ
側クラッド層２３’との間に実施例１と同様にしてｎ側
光ガイド層を形成しても良い。
【００４９】（ｐ側クラッド層２８’）次に１回目にア
ンドープＧａＮ層を２５オングストローム成長させ、続
いてＡｌ含有ガスをわずかに流してＡｌを極微量含有し
たＡｌＧａＮ層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。そして２回目に、同じくアンドープＧａＮを２５
オングストローム成長させ、続いてＡｌ含有ガスの量を
若干多くしてＡｌＧａＮを２５オングストローム成長さ
せる。３回目以降は、先に成長させたＡｌＧａＮよりも
Ａｌ含有量が若干多いアンドープＡｌＧａＮ層を成長さ
せる。このようにして、アンドープＧａＮ層２５オング
ストロームと、Ａｌ含有量が若干ではあるが次第に多く
なって行くアンドープＡｌＧａＮ層２５オングストロー
ムとを交互に積層し、５００オングストローム（１０ペ
ア）成長させる。１０ペア成長後、続いて、Ｍｇ含有ガ
スをわずかに流して、Ｍｇを極微量ドープしたＭｇドー
プＧａＮ層を２５オングストローム成長させ、続いて先
に成長させたアンドープＡｌＧａＮ層よりもＡｌ含有量
が多いＡｌＧａＮ層を２５オングストロームの膜厚で成
長させる。次に、活性層から離れるに従って、Ｍｇの量
が徐々に多くなって行くＭｇドープＧａＮ層２５オング
ストロームと、同じく活性層から離れるに従ってＡｌの
量が次第に多くなって行くアンドープＡｌＸＧａ１−Ｘ
Ｎ層２５オングストロームとを交互に積層して、最後に
Ｍｇを８×１０１９／cm３ドープしたＧａＮ層を成長さ
せ、その次にアンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層を成
長させ、合計で０．７５μｍ（１５０ペア）成長させ
る。このようにして、活性層から離れるに従って、Ｍｇ
含有量が次第に多くなって行くＧａＮ層と、Ａｌ含有量
が次第に多くなって行くＡｌＧａＮ層とからなる超格子
構造のｐ側クラッド層１０を０．８μｍの膜厚で成長さ
せる。同様に、ｐ型不純物量はＧａＮの方で調整した
が、ＡｌＧａＮ層の方で調整することもできる。またＡ
ｌＧａＮのＡｌ組成比は細分化して次第に大きくなるよ
うに調整したが、例えば、３段階ぐらいで大まかにステ
ップ状に大きくすることもでき、本発明の範囲内であ
る。また、活性層２５とｐ側クラッド層２８’との間
に、実施例１と同様にして、ｐ側キャップ層２６、ｐ側
光ガイド層２７を形成しても良い。
ンドープＧａＮ層を２５オングストローム成長させ、続
いてＡｌ含有ガスをわずかに流してＡｌを極微量含有し
たＡｌＧａＮ層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。そして２回目に、同じくアンドープＧａＮを２５
オングストローム成長させ、続いてＡｌ含有ガスの量を
若干多くしてＡｌＧａＮを２５オングストローム成長さ
せる。３回目以降は、先に成長させたＡｌＧａＮよりも
Ａｌ含有量が若干多いアンドープＡｌＧａＮ層を成長さ
せる。このようにして、アンドープＧａＮ層２５オング
ストロームと、Ａｌ含有量が若干ではあるが次第に多く
なって行くアンドープＡｌＧａＮ層２５オングストロー
ムとを交互に積層し、５００オングストローム（１０ペ
ア）成長させる。１０ペア成長後、続いて、Ｍｇ含有ガ
スをわずかに流して、Ｍｇを極微量ドープしたＭｇドー
プＧａＮ層を２５オングストローム成長させ、続いて先
に成長させたアンドープＡｌＧａＮ層よりもＡｌ含有量
が多いＡｌＧａＮ層を２５オングストロームの膜厚で成
長させる。次に、活性層から離れるに従って、Ｍｇの量
が徐々に多くなって行くＭｇドープＧａＮ層２５オング
ストロームと、同じく活性層から離れるに従ってＡｌの
量が次第に多くなって行くアンドープＡｌＸＧａ１−Ｘ
Ｎ層２５オングストロームとを交互に積層して、最後に
Ｍｇを８×１０１９／cm３ドープしたＧａＮ層を成長さ
せ、その次にアンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層を成
長させ、合計で０．７５μｍ（１５０ペア）成長させ
る。このようにして、活性層から離れるに従って、Ｍｇ
含有量が次第に多くなって行くＧａＮ層と、Ａｌ含有量
が次第に多くなって行くＡｌＧａＮ層とからなる超格子
構造のｐ側クラッド層１０を０．８μｍの膜厚で成長さ
せる。同様に、ｐ型不純物量はＧａＮの方で調整した
が、ＡｌＧａＮ層の方で調整することもできる。またＡ
ｌＧａＮのＡｌ組成比は細分化して次第に大きくなるよ
うに調整したが、例えば、３段階ぐらいで大まかにステ
ップ状に大きくすることもでき、本発明の範囲内であ
る。また、活性層２５とｐ側クラッド層２８’との間
に、実施例１と同様にして、ｐ側キャップ層２６、ｐ側
光ガイド層２７を形成しても良い。
【００５０】（ｐ側コンタクト層２９）次に、実施例１
と同様にして、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ
型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層２９を１５０オング
ストロームの膜厚で成長させる。
と同様にして、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ
型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層２９を１５０オング
ストロームの膜厚で成長させる。
【００５１】このようにして成長させたウェーハをＭＯ
ＶＰＥ反応容器から取り出し、ＣＶＤ装置を用いてＳｉ
Ｏ２よりなるストライプ幅１．５μｍのマスクを形成
し、ＲＩＥにより、図３に示すように、ＧａＮ基板２
０’の表面が露出するまでエッチングを行う。そして、
ｐ側コンタクト層２９の表面にＳｉＯ２マスクをつけた
まま、ｎ電極の表面に同じくＳｉＯ２マスクを形成し、
図１に示すようにエッチングされて露出したストライプ
状の窒化物半導体層の側面にＺｒＯ２よりなる絶縁膜３
０を形成する。
ＶＰＥ反応容器から取り出し、ＣＶＤ装置を用いてＳｉ
Ｏ２よりなるストライプ幅１．５μｍのマスクを形成
し、ＲＩＥにより、図３に示すように、ＧａＮ基板２
０’の表面が露出するまでエッチングを行う。そして、
ｐ側コンタクト層２９の表面にＳｉＯ２マスクをつけた
まま、ｎ電極の表面に同じくＳｉＯ２マスクを形成し、
図１に示すようにエッチングされて露出したストライプ
状の窒化物半導体層の側面にＺｒＯ２よりなる絶縁膜３
０を形成する。
【００５２】絶縁膜３０形成後、図３に示すようにＧａ
Ｎ基板２０’の裏面にＴｉ／Ａｌより成るｎ電極３２を
形成し、ＧａＮ基板をＭ面（１１−００＝六角柱の側面
に相当する面）で劈開して対向する劈開面を共振面とし
てレーザ素子を作製したところ、実施例１とほぼ同等の
特性を有するレーザ素子が得られた。なお図１のレーザ
素子も図３と同じくｎ電極をＧａＮ基板裏面側に設ける
構造とできることは言うまでもない。
Ｎ基板２０’の裏面にＴｉ／Ａｌより成るｎ電極３２を
形成し、ＧａＮ基板をＭ面（１１−００＝六角柱の側面
に相当する面）で劈開して対向する劈開面を共振面とし
てレーザ素子を作製したところ、実施例１とほぼ同等の
特性を有するレーザ素子が得られた。なお図１のレーザ
素子も図３と同じくｎ電極をＧａＮ基板裏面側に設ける
構造とできることは言うまでもない。
【００５３】［実施例４］実施例３において、ｎ側クラ
ッド層２３’成長時に超格子構造のＧａＮ層全てにＳｉ
を１×１０１８／cm３ドープする。また、ｐ側クラッド
層２８’成長時に超格子構造のＧａＮ層全てにＭｇを１
×１０１９／cm３ドープする他は同様にしてレーザ素子
を得たところ、実施例３に比較して閾値電流密度は若干
上昇したが、同じく２０ｍＷ出力において、２０００時
間以上の寿命を示した。
ッド層２３’成長時に超格子構造のＧａＮ層全てにＳｉ
を１×１０１８／cm３ドープする。また、ｐ側クラッド
層２８’成長時に超格子構造のＧａＮ層全てにＭｇを１
×１０１９／cm３ドープする他は同様にしてレーザ素子
を得たところ、実施例３に比較して閾値電流密度は若干
上昇したが、同じく２０ｍＷ出力において、２０００時
間以上の寿命を示した。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の態
様、第２の態様では活性層の井戸層をアンドープとし
て、障壁層にのみｎ型不純物をドープするか、少なくと
もｐ層側の最後の井戸層をアンドープ、障壁層にｎ型不
純物をドープすることにより、閾値電流密度が低く、長
寿命なレーザ素子を作製することができる。このような
多重量子井戸構造を有する活性層はレーザ素子だけでな
く、ＬＥＤ、スーパールミネッセントダイオードのよう
な発光素子、太陽電池、光センサー等の受光素子にも適
用でき、その産業上の利用価値は非常に大きい。
様、第２の態様では活性層の井戸層をアンドープとし
て、障壁層にのみｎ型不純物をドープするか、少なくと
もｐ層側の最後の井戸層をアンドープ、障壁層にｎ型不
純物をドープすることにより、閾値電流密度が低く、長
寿命なレーザ素子を作製することができる。このような
多重量子井戸構造を有する活性層はレーザ素子だけでな
く、ＬＥＤ、スーパールミネッセントダイオードのよう
な発光素子、太陽電池、光センサー等の受光素子にも適
用でき、その産業上の利用価値は非常に大きい。
【図１】 本発明の一実施例に係るレーザ素子構造を示
す模式断面図。
す模式断面図。
【図２】 活性層の井戸層の数と、レーザ素子の閾値電
流密度との関係を示す図。
流密度との関係を示す図。
【図３】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
をし示す模式断面図。
をし示す模式断面図。
２０、２０’・・・ＧａＮ基板
２１・・・ｎ側コンタクト層
２２・・・クラック防止層
２３、２３’・・・ｎ側クラッド層
２４・・・ｎ側光ガイド層
２５・・・活性層
２６・・・ｐ側キャップ層
２７・・・ｐ側光ガイド層
２８、２８’・・・ｐ側クラッド層
２９・・・ｐ側コンタクト層
３０・・・絶縁膜
３１・・・ｐ電極
３２・・・ｎ電極
Claims (8)
- 【請求項１】 ｎ側の窒化物半導体層と、ｐ側の窒化物
半導体層との間に、Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる井
戸層と、井戸層と組成の異なる窒化物半導体よりなる障
壁層とが積層されてなる多重量子井戸構造の活性層を有
し、前記活性層の井戸層はアンドープであり、前記障壁
層にｎ型不純物がドープされていることを特徴とする窒
化物半導体素子。 - 【請求項２】 ｎ側の窒化物半導体層と、ｐ側の窒化物
半導体層との間に、Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる井
戸層と、井戸層と組成の異なる窒化物半導体よりなる障
壁層とが積層されてなる多重量子井戸構造の活性層を有
し、前記多重量子井戸構造は、ｐ側の窒化物半導体に接
近した側が障壁層で終わっており、少なくとも最後の井
戸層がアンドープで、最後の障壁層にｎ型不純物がドー
プされていることを特徴とする窒化物半導体素子。 - 【請求項３】 前記ｎ側の窒化物半導体層には、活性層
に接近した側にＩｎを含む窒化物半導体、若しくはＧａ
Ｎよりなる第１の窒化物半導体層を有し、さらに第１の
窒化物半導体層よりも活性層から離れた側にＡｌを含む
窒化物半導体層を含む超格子からなる第２の窒化物半導
体層を有することを特徴とする請求項１または２に記載
の窒化物半導体素子。 - 【請求項４】 前記ｐ側の窒化物半導体層には、活性層
に接近した側にＡｌを含む窒化物半導体、若しくはＧａ
Ｎよりなる第３の窒化物半導体層を有し、さらに第３の
窒化物半導体層よりも活性層から離れた側にＡｌを含む
窒化物半導体層を含む超格子からなる第４の窒化物半導
体層を有することを特徴とする請求項１乃至３の内のい
ずれか１項に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項５】 前記ｎ側、又はｐ側の窒化物半導体層の
内の少なくとも一方には、Ａｌを含む窒化物半導体を含
む超格子からなる第５の窒化物半導体層を有し、その第
５の窒化物半導体層のＡｌ含有量が、活性層に接近する
につれて少なくなるようにされていることを特徴とする
請求項１または２に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項６】 前記第５の窒化物半導体層には、その層
の導電型を決定する不純物がドープされており、その不
純物が活性層に接近するにつれて少なくなるよう調整さ
れていることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導
体素子。 - 【請求項７】 前記障壁層にはｐ型不純物が不純物拡散
により含まれていることを特徴とする請求項１乃至６の
内のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項８】 前記多重量子井戸構造の全井戸層数が２
であることを特徴とする請求項１乃至７の内のいずれか
１項に記載の窒化物半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003179030A JP4254373B2 (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 窒化物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003179030A JP4254373B2 (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 窒化物半導体素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9713498A Division JPH11298090A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 窒化物半導体素子 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003347681A true JP2003347681A (ja) | 2003-12-05 |
| JP2003347681A5 JP2003347681A5 (ja) | 2005-09-22 |
| JP4254373B2 JP4254373B2 (ja) | 2009-04-15 |
Family
ID=29774862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003179030A Expired - Fee Related JP4254373B2 (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 窒化物半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4254373B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005217406A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Lumileds Lighting Us Llc | 電流拡散層を含む半導体発光装置 |
| WO2005097945A1 (ja) * | 2004-04-08 | 2005-10-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | 発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置 |
| JP2007250991A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超格子構造を含む半導体構造および該半導体構造を備える半導体デバイス |
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