JP2008053760A - Nitride semiconductor laser element - Google Patents

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JP2008053760A
JP2008053760A JP2007293685A JP2007293685A JP2008053760A JP 2008053760 A JP2008053760 A JP 2008053760A JP 2007293685 A JP2007293685 A JP 2007293685A JP 2007293685 A JP2007293685 A JP 2007293685A JP 2008053760 A JP2008053760 A JP 2008053760A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor element so constructed that an active layer having a nitride semiconductor including In is sandwiched between a p-type clad layer and an n-type clad layer, especially that threshold current is reduced in one emitting light over 440 nm wavelength. <P>SOLUTION: The nitride semiconductor element includes a first nitride semiconductor layer 31 composed of a nitride semiconductor including In between the n-type clad layer 25 and the active layer 12, and also includes a second nitride semiconductor layer 32 composed of a nitride semiconductor not including In between the p-type clad layer 30 and the active layer 12. The element is so constructed to have an unsymmetrical waveguide path, avoiding, by utilizing the second nitride semiconductor layer 32, crystallinity deterioration and loss of light with In by mounting the nitride semiconductor including In on a p-type layer 13 side, enlarging an index of refraction inside the waveguide path by the first nitride semiconductor layer 31, and reducing threshold current density. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、発光ダイオード素子(LED)、レーザダイオード素子(LD)等
の発光素子、スーパーフォトルミネセンスダイオード、太陽電池、光センサ等の
受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに用いられ
る窒化物半導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いた
窒化物半導体素子に関し、特に光の波長が440nm以上であるInを含む窒化
物半導体層を活性層に有する窒化物半導体素子、並びに、光閉込めのクラッド層
に挟まれた導波路構造を有する端面発光素子、レーザ素子に関する。
The present invention is used for light-emitting elements such as light-emitting diode elements (LEDs) and laser diode elements (LD), light-receiving elements such as superphotoluminescence diodes, solar cells, and photosensors, or electronic devices such as transistors and power devices. The present invention relates to a nitride semiconductor device using a nitride semiconductor (In X Al Y Ga 1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), and in particular, a nitride semiconductor containing In having a light wavelength of 440 nm or more. The present invention relates to a nitride semiconductor device having a layer as an active layer, an edge emitting device having a waveguide structure sandwiched between optical confinement cladding layers, and a laser device.

今日、窒化物半導体を用いた半導体レーザは、DVDなど、大容量・高密度の
情報記録・再生が可能な光ディスクシステムへの利用に対する要求が高まりを見
せている。このため、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、研究が盛んに
なされている。また、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、紫外域から赤
色に至るまで、幅広く可視光域での発振が可能と考えられ、その応用範囲は、上
記光ディスクシステムの光源にとどまらず、レーザプリンタ、光ネットワークな
どの光源など、多岐にわたるものと期待されている。また、本出願人は、405
nm、室温、5mWの連続発振の条件で、1万時間を超えるレーザを発表した。
Nowadays, semiconductor lasers using nitride semiconductors are increasingly demanded for use in optical disk systems capable of recording and reproducing information with a large capacity and high density, such as DVDs. For this reason, research on semiconductor laser elements using nitride semiconductors has been actively conducted. Semiconductor laser devices using nitride semiconductors are thought to be capable of oscillating in a wide range of visible light from the ultraviolet region to the red region, and their application range is not limited to the light source of the optical disk system described above. It is expected to be a wide variety of light sources such as optical networks. In addition, the applicant is 405
We announced a laser exceeding 10,000 hours under continuous oscillation conditions of nm, room temperature and 5 mW.

また、窒化物半導体を用いた発光素子、受光素子などには、Inを含む窒化物
半導体を用いて活性層とした構造を有しており、活性層におけるより優れた活性
領域の形成が、素子特性の向上において重要となる。
In addition, a light emitting element, a light receiving element, and the like using a nitride semiconductor have a structure in which an active layer is formed using a nitride semiconductor containing In. This is important in improving the characteristics.

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

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

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

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

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、閾値電流密度などの素子特性
に優れ、且つ結晶性の良好な窒化物半導体素子を得るものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a nitride semiconductor device having excellent device characteristics such as threshold current density and good crystallinity.

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

活性層を、p型層とn型層とで挟みこむ構造を有し、p型層がp型クラッド層
を有し、n型層がn型クラッド層を有する窒化物半導体素子において、前記活性
層がInを含む窒化物半導体を有し、n型クラッド層と活性層との間にIn混晶
比がz>0である窒化物半導体からなる第1の窒化物半導体層を有し、p型クラ
ッド層と活性層との間にIn混晶比uがz>uである第2の窒化物半導体層を有
することを特徴とする。この構成により、n型層には、In混晶比z(z>u)
の大きな第1の窒化物半導体層が設けられ、p型層には第1の窒化物半導体層よ
りもIn混晶比u(u=0も含む)が小さい第2の窒化物半導体層が設けられた
構造となり、後述する導波路構造において、導波路内の活性層を挟む非対称構造
が形成される。また、別の発明としては活性層をp型クラッド層とn型クラッド
層とで挟みこむ構造を有する窒化物半導体素子において、前記活性層がInを含
む窒化物半導体を有し、n型クラッド層と活性層との間にInを含む窒化物半導
体からなる第1の窒化物半導体層を有し、p型クラッド層と活性層との間にIn
混晶比が0である第2の窒化物半導体層を有することを特徴とする。この構成に
より、活性層とp型クラッド層との間に、Inを含まない、若しくはIn混晶比
の小さい窒化物半導体(第2の窒化物半導体層)を用いることで、結晶性の悪化
を抑制し、活性層とn型クラッド層との間には、Inを含む窒化物半導体(第1
の窒化物半導体層)を用いることで、両クラッド層に挟まれる導波路とクラッド
層との間に適度な屈折率差を設けることができる。特に活性層内で440nm以
上の長波長の発光がある窒化物半導体素子において、閾値電流の低いレーザ素子
が得られるなど、素子特性に優れた窒化物半導体素子となる。これは、p型とn
型のクラッド層に挟まれた導波路において、440nm以上の長波長の光を適度
な広がりでもって導波させるには、活性層に用いられるInを含む窒化物半導体
のIn混晶比以下のInを含む窒化物半導体、例えば後述する光ガイド層、を導
波路内に設けることが好ましいと考えられていたが、p型不純物であるMgをド
ープしたInを含む窒化物半導体は、結晶性が大きく悪化するため、素子特性を
悪化させることにある。すなわち、本発明では、p型クラッド層とn型クラッド
層で挟まれた導波路内に、組成が異なり、活性層を挟む第1の窒化物半導体層と
第2の窒化物半導体層とを有することで、非対称な導波路構造とし、長波長にお
いて素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られる。また、n型、p型クラッド
層としては、このような導波路構造を形成するように、光閉込めのクラッド層と
して設ける他、導波路を有していない素子においては、キャリア閉込め層として
機能させた構造とすることもできる。このようなクラッド層としては、活性層よ
りもバンドギャップエネルギーを大きくすること、活性層が量子井戸構造の場合
には、井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくし、好ましくは、障壁層
よりもバンドギャップエネルギーを大きくする。
In a nitride semiconductor device having an active layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer, the p-type layer having a p-type cladding layer, and the n-type layer having an n-type cladding layer, the active layer The layer has a nitride semiconductor containing In, and has a first nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor having an In mixed crystal ratio z> 0 between the n-type cladding layer and the active layer, and p A second nitride semiconductor layer in which an In mixed crystal ratio u is z> u is provided between the mold cladding layer and the active layer. With this configuration, the n-type layer has an In mixed crystal ratio z (z> u).
The first nitride semiconductor layer having a large size is provided, and the second nitride semiconductor layer having a smaller In mixed crystal ratio u (including u = 0) than the first nitride semiconductor layer is provided in the p-type layer. In the waveguide structure described later, an asymmetric structure sandwiching an active layer in the waveguide is formed. As another invention, in a nitride semiconductor device having a structure in which an active layer is sandwiched between a p-type cladding layer and an n-type cladding layer, the active layer has a nitride semiconductor containing In, and the n-type cladding layer A first nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor containing In between the active layer and the active layer, and the In layer between the p-type cladding layer and the active layer
It has the 2nd nitride semiconductor layer whose mixed crystal ratio is 0, It is characterized by the above-mentioned. With this configuration, by using a nitride semiconductor (second nitride semiconductor layer) that does not contain In or has a small In mixed crystal ratio between the active layer and the p-type cladding layer, crystallinity is deteriorated. And a nitride semiconductor containing In (first layer) between the active layer and the n-type cladding layer.
Thus, an appropriate difference in refractive index can be provided between the waveguide sandwiched between both cladding layers and the cladding layer. In particular, in a nitride semiconductor device that emits light having a long wavelength of 440 nm or more in the active layer, a laser device having a low threshold current can be obtained, resulting in a nitride semiconductor device having excellent device characteristics. This is p-type and n-type
In order to guide light having a long wavelength of 440 nm or more with an appropriate spread in a waveguide sandwiched between mold-type cladding layers, an In mixed crystal ratio or less of an In-containing nitride semiconductor used for an active layer is used. It has been considered that a nitride semiconductor containing, for example, a light guide layer, which will be described later, is preferably provided in the waveguide. However, a nitride semiconductor containing In doped with Mg, which is a p-type impurity, has high crystallinity. This is because the device characteristics are deteriorated. That is, in the present invention, the waveguide sandwiched between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer has the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer having different compositions and sandwiching the active layer. Thus, a nitride semiconductor device having an asymmetric waveguide structure and excellent device characteristics at a long wavelength can be obtained. In addition, the n-type and p-type clad layers are provided as optical confinement clad layers so as to form such a waveguide structure, and in devices that do not have waveguides, as carrier confinement layers. It can also be a functioned structure. As such a cladding layer, the band gap energy is made larger than that of the active layer, and when the active layer has a quantum well structure, the band gap energy is made larger than that of the well layer, and preferably, the band gap energy is larger than that of the barrier layer. Increase gap energy.

さらに、上記n型層中の第1の窒化物半導体層とp型層中の第2の窒化物半導
体層との間に活性層が設けられた素子構造において、前記活性層が、活性層内の
障壁層の中で、最も前記n型層側に配置されたn側障壁層(2a)と、最も前記
p型層側に配置されたp側障壁層(2c)と、n側障壁層(2a)とp側障壁層
(2b)との間に少なくとも1つのInを含む窒化物半導体からなる井戸層を有
すると共に、前記p側障壁層(2c)のn型不純物濃度が、n側障壁層(2a)
のn型不純物濃度より小さい構成とすることが好ましい。これは、後述するよう
に、p側障壁層(2c)がキャリアの注入口となり、p側障壁層(2c)にn型
不純物が高濃度にドープされていると、ホールの活性層への注入を阻害する傾向
にあるため、n側障壁層(2a)よりもn型不純物濃度を小さくして、n側、p
側障壁層の機能を異なるものとでき、キャリアの注入が良好なものとできる。一
方で、n側障壁層(2a)は、p側障壁層のn型不純物濃度より大きくすること
で、n型層からのキャリアの注入を促進させる構造とできる。またp側障壁層(
2c)のn型不純物濃度としては、p型層近く、若しくは接して形成されること
から、p型不純物の拡散が発生する場合があり、この場合、p側障壁層(2c)
をn型不純物ドープして形成すると、n型、p型不純物を有する障壁層となるた
め、p側障壁層(2c)のキャリア注入機能が低下する傾向にある。そのため、
このような場合、好ましくはp側障壁層(2c)のn型不純物濃度をp型不純物
濃度より小さくすると、このような機能低下を回避できる。また、p側障壁層に
は、いずれにおいても、n型不純物濃度を低濃度にすることが好ましく、具体的
には、5×1016/cm未満とすることで、p側障壁層(2c)の機能向上
を図ることができる。
Furthermore, in the element structure in which an active layer is provided between the first nitride semiconductor layer in the n-type layer and the second nitride semiconductor layer in the p-type layer, the active layer is in the active layer. N-side barrier layer (2a) arranged closest to the n-type layer, p-side barrier layer (2c) arranged closest to the p-type layer, and n-side barrier layer ( 2a) and a p-side barrier layer (2b) having a well layer made of a nitride semiconductor containing at least one In, and the n-type impurity concentration of the p-side barrier layer (2c) (2a)
It is preferable that the n-type impurity concentration be lower. As will be described later, when the p-side barrier layer (2c) serves as a carrier injection port, and the n-type impurity is highly doped in the p-side barrier layer (2c), holes are injected into the active layer. Since the n-type impurity concentration is smaller than that of the n-side barrier layer (2a), the n-side, p-type
The function of the side barrier layer can be made different, and carrier injection can be made good. On the other hand, the n-side barrier layer (2a) can be structured to promote carrier injection from the n-type layer by making it higher than the n-type impurity concentration of the p-side barrier layer. The p-side barrier layer (
Since the n-type impurity concentration of 2c) is formed close to or in contact with the p-type layer, p-type impurity diffusion may occur. In this case, the p-side barrier layer (2c)
When n is doped with n-type impurities, a barrier layer having n-type and p-type impurities is formed, and therefore the carrier injection function of the p-side barrier layer (2c) tends to be lowered. for that reason,
In such a case, preferably, when the n-type impurity concentration of the p-side barrier layer (2c) is made smaller than the p-type impurity concentration, such functional deterioration can be avoided. In any of the p-side barrier layers, it is preferable that the n-type impurity concentration be low. Specifically, by setting the n-type impurity concentration to less than 5 × 10 16 / cm 3 , the p-side barrier layer (2c ) Can be improved.

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

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

これら前記n側障壁層(2a)、及び/又は、p側障壁層(2c)は、活性層
内で最も外側に配置されている構造とすることが、上述したn側障壁層(2a)
、p側障壁層(2c)の機能を高めることができ好ましい。
The n-side barrier layer (2a) described above may have a structure in which the n-side barrier layer (2a) and / or the p-side barrier layer (2c) are arranged on the outermost side in the active layer.
The function of the p-side barrier layer (2c) can be improved, which is preferable.

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

前記活性層がInを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する量子井戸構造を
有し、前記第1の窒化物半導体層のIn混晶比が井戸層のIn混晶比より小さい
ことを特徴とする。この構成により、量子井戸構造の活性層とすることで、量子
井戸構造でない場合に比べて、発光再結合が促進され、閾値電流を低下させ、出
力を向上させ、素子特性に優れた窒化物半導体素子が得られる。また、第1の窒
化物半導体層に用いられる窒化物半導体のIn混晶比を、井戸層よりも小さくす
ることで、井戸層とのバンドギャップエネルギー差を大きくでき、キャリアの注
入を良好にでき素子特性の向上につながる。それに加えて、Inは光の導波にお
いて、光を吸収・散乱させる作用があることから、In混晶比の低い窒化物半導
体の第1の窒化物半導体層と、Inを含まない第2の窒化物半導体層を用いるこ
とで、光の損失を抑えて、閾値電流、駆動電流を低下させた窒化物半導体素子と
なる。ここで、活性層が量子井戸構造でない場合にも、活性層に用いられる窒化
物半導体のIn混晶比より、第1の窒化物半導体層のIn混晶比を小さくするこ
とで同様な効果が得られる。
The active layer has a quantum well structure having a well layer made of a nitride semiconductor containing In, and the In mixed crystal ratio of the first nitride semiconductor layer is smaller than the In mixed crystal ratio of the well layer, To do. With this configuration, the active layer having a quantum well structure promotes luminescence recombination, lowers the threshold current, improves the output, and improves the device characteristics as compared with the case where the quantum well structure is not used. An element is obtained. In addition, by making the In mixed crystal ratio of the nitride semiconductor used for the first nitride semiconductor layer smaller than that of the well layer, the band gap energy difference with the well layer can be increased and carrier injection can be improved. This leads to improved device characteristics. In addition, since In absorbs and scatters light in the waveguide of light, the first nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor having a low In mixed crystal ratio and the second layer containing no In are included. By using the nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor element in which the loss of light is suppressed and the threshold current and the drive current are reduced is obtained. Here, even when the active layer does not have a quantum well structure, the same effect can be obtained by making the In mixed crystal ratio of the first nitride semiconductor layer smaller than the In mixed crystal ratio of the nitride semiconductor used for the active layer. can get.

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

p型クラッド層と活性層との間に前記第2の窒化物半導体層からなるp型光ガ
イド層と、該p型光ガイド層と活性層との間にAlを含む窒化物半導体からなる
p側電子閉込め層を有することを特徴とする。この構成により、導波路内におい
て、活性層とp型クラッド層との間を、p側電子閉込め層と第2の窒化物半導体
層からなるp型光ガイド層を有することで、結晶性の悪化、Inによる光の損失
を抑えて、素子特性が向上する。このとき、p側電子閉込め層を有することで、
電子が活性層に効率的に閉じ込められて、素子特性が良好なものとなり、このよ
うに作用させるには、Alを含む窒化物半導体をp側電子閉込め層に用いること
が必用であり、特に光の損失を低く抑えるため好ましくは、Inを含まない窒化
物半導体を用いることであり、さらに好ましくは、AlzGa1-zN(0<z≦1
)で表される窒化物半導体を用いることである。
A p-type light guide layer made of the second nitride semiconductor layer between the p-type cladding layer and the active layer, and a p-type made of a nitride semiconductor containing Al between the p-type light guide layer and the active layer. It has a side electron confinement layer. With this configuration, the waveguide has a p-type light guide layer composed of a p-side electron confinement layer and a second nitride semiconductor layer between the active layer and the p-type cladding layer, thereby providing a crystalline property. Deterioration and light loss due to In are suppressed, and device characteristics are improved. At this time, by having a p-side electron confinement layer,
Electrons are efficiently confined in the active layer and the device characteristics are improved, and in order to operate in this manner, it is necessary to use a nitride semiconductor containing Al for the p-side electron confinement layer, In order to suppress the loss of light, it is preferable to use a nitride semiconductor that does not contain In, and more preferably, Al z Ga 1-z N (0 <z ≦ 1).
) Is used.

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

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

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

また、本発明の別の形態としては、前記p型クラッド層と、n型クラッド層と
が、光閉込めのクラッド層であり、前記p型クラッド層と、n型クラッド層との
少なくとも一方は、少なくともAlを含む窒化物半導体を有する第1の層と、第
1の層とはバンドギャップエネルギーの異なる第2の層とが交互に積層された多
層膜クラッド層を、光閉込め層とすることである。クラッド層を多層膜で形成す
る場合には、組成の異なる窒化物半導体を複数積層するものであり、具体的には
Al組成比の異なる窒化物半導体を複数積層する。このように多層膜で形成する
と、単一膜の場合における結晶性の悪化、クラックの発生を、抑制することが可
能となる。具体的には、多層膜として、第1の層と、それと異なる組成の第2の
層とを積層し、屈折率、バンドギャップエネルギーの異なる層を複数設ける。例
えば、Al組成比x1の第1の層と、Al組成比x2(x1≠x2)の第2の層
とを積層した構造の多層膜でも良く、この時Al組成比をx1>x2(0≦x2
、x1≦1)とした構成とすると、Al組成比の大きな第1の層で屈折率を小さ
く、バンドギャップエネルギーを大きくし、Al組成比の小さい第2の層で、第
1の層を形成することによる結晶性の悪化を抑えることができる。また、第1の
層、第2の層を積層し、第2の層と組成の異なる第5の層を積層するなどして、
更に複数の組成の異なる層を積層しても良い。また、第1の層、第2の層を交互
に複数積層した構造であっても良く、少なくとも第1の層、第2の層を有する対
を、複数対形成した構造としても良い。このような、多層膜構造では、Alを含
む窒化物半導体の結晶性悪化を抑えて、膜厚を大きくすることができるため、光
閉込めにおいて重要となる膜厚を得ることが可能となる。
As another embodiment of the present invention, the p-type cladding layer and the n-type cladding layer are optically confined cladding layers, and at least one of the p-type cladding layer and the n-type cladding layer is A multilayer clad layer in which a first layer having a nitride semiconductor containing at least Al and a second layer having a band gap energy different from that of the first layer is alternately stacked is used as a light confinement layer. That is. When the clad layer is formed of a multilayer film, a plurality of nitride semiconductors having different compositions are stacked. Specifically, a plurality of nitride semiconductors having different Al composition ratios are stacked. Thus, when it forms with a multilayer film, it becomes possible to suppress the deterioration of crystallinity and generation | occurrence | production of a crack in the case of a single film. Specifically, as the multilayer film, a first layer and a second layer having a different composition are stacked, and a plurality of layers having different refractive indexes and band gap energies are provided. For example, a multilayer film having a structure in which a first layer having an Al composition ratio x1 and a second layer having an Al composition ratio x2 (x1 ≠ x2) may be stacked. At this time, the Al composition ratio is x1> x2 (0 ≦ x2
X1 ≦ 1), the first layer having a large Al composition ratio reduces the refractive index, increases the band gap energy, and the second layer having a small Al composition ratio forms the first layer. Deterioration of crystallinity due to this can be suppressed. Also, the first layer and the second layer are laminated, and the fifth layer having a composition different from that of the second layer is laminated.
Further, a plurality of layers having different compositions may be stacked. Alternatively, a structure in which a plurality of first layers and second layers are alternately stacked may be employed, and a structure in which a plurality of pairs each having at least a first layer and a second layer are formed may be employed. In such a multilayer film structure, it is possible to suppress the deterioration of crystallinity of the nitride semiconductor containing Al and increase the film thickness, so that it is possible to obtain a film thickness that is important in light confinement.

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

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

クラッド層の膜厚としては特に限定されないが、10nm以上2μm以下、5
0nm以上1μm以下の範囲で形成する。これは、10nm以上とすることでキ
ャリアの閉込めが可能で、2μm以下とすることで、結晶性の悪化を抑え、更に
50nm以上とすることで光閉込めが可能となりレーザ素子、端面発光素子など
に用いることができ、1μm以下とすることで、結晶性良くクラッド層を形成す
ることができる。
Although it does not specifically limit as a film thickness of a clad layer, 10 nm or more and 2 micrometers or less, 5
It is formed in the range of 0 nm to 1 μm. This makes it possible to confine carriers when the thickness is 10 nm or more, and suppresses deterioration of crystallinity when the thickness is 2 μm or less, and further enables light confinement when the thickness is 50 nm or more. The clad layer can be formed with good crystallinity when the thickness is 1 μm or less.

さらに、上記光閉込めのクラッド層に加えて、前記p型クラッド層、n型クラ
ッド層の少なくとも一方と、活性層との間に、光ガイド層を有し、該光ガイド層
は、少なくともInを含む窒化物半導体を有する第3の層と、第3の層とはバン
ドギャップエネルギーの異なる第4の層とが交互に積層された多層膜光ガイド層
を設けた構造とすることができる。この多層膜光ガイド層の組成については、上
記多層膜クラッド層と同様に、超格子構造の多層膜とすることが好ましい。具体
的には、In組成比の異なる窒化物半導体を複数積層する。このように多層膜で
形成すると、図10に示すように、n型層側には、活性層近傍に配置された第1
の窒化物半導体層と、クラッド層側に配置された多層膜光ガイド層とが設けられ
る構造とでき、導波路の屈折率を低下できる構造となり、単一膜のInを含む窒
化物半導体からなる光ガイド層を設ける場合における結晶性の悪化を、抑制する
ことが可能となる。具体的には、多層膜として、第6の層と、それと異なる組成
の第4の層とを積層し、屈折率、バンドギャップエネルギーの異なる層を複数設
ける。例えば、In組成比y1の第3の層と、In組成比y2(y1≠y2)の
第4の層とを積層した構造の多層膜でも良く、この時In組成比をy1>y2(
0≦y2、y1≦1)とした構成とすると、In組成比の大きな第3の層で屈折
率を大きく、バンドギャップエネルギーを大きくし、In組成比の小さい第4の
層で、第3の層を形成することによる結晶性の悪化を抑えることができる。また
、第3の層、第4の層を積層し、第4の層と組成の異なる第6の層を積層するな
どして、更に複数の組成の異なる層を積層しても良い。また、第3の層、第4の
層を交互に複数積層した構造であっても良く、少なくとも第3の層、第4の層を
有する対を、複数対形成した構造としても良い。このような、多層膜構造では、
Inを含む窒化物半導体の結晶性悪化を抑えて、導波路の屈折率を大きくした構
造とでき、クラッド層との屈折率差を高めることができる。
Furthermore, in addition to the optical confinement cladding layer, an optical guide layer is provided between at least one of the p-type cladding layer and the n-type cladding layer and the active layer. The third layer having a nitride semiconductor containing, and the third layer may have a structure provided with a multilayer light guide layer in which fourth layers having different band gap energies are alternately stacked. As for the composition of the multilayer light guide layer, it is preferable to use a multilayer film having a superlattice structure as in the multilayer clad layer. Specifically, a plurality of nitride semiconductors having different In composition ratios are stacked. When the multilayer film is formed as described above, as shown in FIG. 10, the first layer disposed in the vicinity of the active layer is disposed on the n-type layer side.
The nitride semiconductor layer and the multilayer light guide layer disposed on the clad layer side can be provided, and the structure can reduce the refractive index of the waveguide, and is made of a nitride semiconductor containing a single film of In. It is possible to suppress the deterioration of crystallinity when the light guide layer is provided. Specifically, as the multilayer film, a sixth layer and a fourth layer having a different composition are stacked, and a plurality of layers having different refractive indexes and band gap energies are provided. For example, a multilayer film having a structure in which a third layer having an In composition ratio y1 and a fourth layer having an In composition ratio y2 (y1 ≠ y2) may be stacked. At this time, the In composition ratio may be y1> y2 (
When the configuration is 0 ≦ y2, y1 ≦ 1), the third layer having a large In composition ratio has a large refractive index, the band gap energy is increased, and the fourth layer having a small In composition ratio has a third Deterioration of crystallinity due to the formation of the layer can be suppressed. Further, a plurality of layers having different compositions may be stacked by stacking a third layer and a fourth layer, and stacking a sixth layer having a composition different from that of the fourth layer. Further, a structure in which a plurality of third layers and fourth layers are alternately stacked may be employed, and a structure in which a plurality of pairs each including at least the third layer and the fourth layer are formed may be employed. In such a multilayer film structure,
It is possible to suppress the deterioration of crystallinity of the nitride semiconductor containing In and increase the refractive index of the waveguide, and to increase the refractive index difference from the cladding layer.

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

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

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

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

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

本発明の窒化物半導体素子に用いる窒化物半導体としては、GaN、AlN、
もしくはInN、又はこれらの混晶である窒化ガリウム系化合物半導体(Inx
AlyGa1-x-yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)がある。その他に前記窒化ガ
リウム系化合物半導体の一部を、B、Pで置換した、混晶でもよい。また、活性
層、井戸層、障壁層などに用いられるInを含む窒化物半導体は、具体的には、
InxAlyGa1-x-yN(0<x、0≦y、x+y≦1)で表される窒化物半導
体を用いることである。また、Alを含む窒化物半導体として、具体的には、I
xAlyGa1-x-yN(0≦x、0<y、x+y≦1)で表される窒化物半導体
を用いることである。
Examples of the nitride semiconductor used in the nitride semiconductor device of the present invention include GaN, AlN,
Alternatively, InN or a gallium nitride compound semiconductor (In x
Al y Ga 1-xy N, 0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1). In addition, a mixed crystal in which a part of the gallium nitride compound semiconductor is replaced with B or P may be used. Further, a nitride semiconductor containing In used for an active layer, a well layer, a barrier layer, etc., specifically,
In x Al y Ga 1-xy N (0 <x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) is to use a nitride semiconductor represented by. As a nitride semiconductor containing Al, specifically, I
n x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 <y, x + y ≦ 1) is to use a nitride semiconductor represented by.

(活性層)
本発明における活性層としては、少なくともInを含む窒化物半導体を有し、
特に波長440nm以上の発光をするものである。ここで、Inを含む窒化物半
導体としては、その組成は特に限定されないが、好ましくはInxGa1-xN(0
<x≦1)で表される窒化物半導体を用いることである。このとき、Inを含む
窒化物半導体には、ノンドープ、n型不純物ドープ、p型不純物ドープのいずれ
でもよいが、好ましくはノンドープ若しくはアンドープ、又はn型不純物ドープ
のInを含む窒化物半導体を活性層内に設けることで、レーザ素子、発光素子な
どの窒化物半導体素子において、高出力化が図れる。また、活性層が、量子井戸
構造を有する場合には、このInを含む窒化物半導体が少なくとも井戸層に用い
られる。ここで、量子井戸構造としては、多重量子井戸構造、単一量子井戸構造
のどちらでも良い。好ましくは、多重量子井戸構造とすることで、出力の向上、
発振閾値の低下などが図ることが可能となる。活性層の量子井戸構造としては、
後述する井戸層、障壁層を積層したものを用いることができる。この時、量子井
戸構造である場合に、井戸層数としては、1以上4以下とすることで、例えばレ
ーザ素子においては、閾値電流を低くすることが可能となり好ましく、更に好ま
しくは、井戸層数を2又は3とした多重量子井戸構造とすることで、高出力のレ
ーザ素子、発光素子が得られる傾向にある。
(Active layer)
The active layer in the present invention has a nitride semiconductor containing at least In,
In particular, it emits light having a wavelength of 440 nm or more. Here, the composition of the nitride semiconductor containing In is not particularly limited, but is preferably In x Ga 1-x N (0
It is to use a nitride semiconductor represented by <x ≦ 1). At this time, the nitride semiconductor containing In may be any of non-doped, n-type impurity doped, and p-type impurity doped. Preferably, the active layer is a non-doped or undoped nitride semiconductor containing In. By providing it inside, nitride semiconductor devices such as laser devices and light emitting devices can achieve high output. When the active layer has a quantum well structure, the nitride semiconductor containing In is used for at least the well layer. Here, the quantum well structure may be either a multiple quantum well structure or a single quantum well structure. Preferably, by using a multiple quantum well structure, the output is improved,
It is possible to reduce the oscillation threshold. As the quantum well structure of the active layer,
A layer in which a well layer and a barrier layer described later are stacked can be used. At this time, when the quantum well structure is used, the number of well layers is preferably 1 or more and 4 or less, so that, for example, in a laser element, the threshold current can be lowered, and more preferably, the number of well layers By using a multi-quantum well structure with 2 or 3, high-power laser elements and light-emitting elements tend to be obtained.

また、多重量子井戸構造において、井戸層に挟まれた障壁層は、特に1層であ
ること(井戸層/障壁層/井戸層)に限るものではなく、2層若しくはそれ以上
の層の障壁層を、「井戸層/障壁層(1)/障壁層(2) /障壁層(3)/・・・/井戸
層」というように、組成・不純物量等の異なる障壁層を複数設けても良い。例え
ば、井戸層の上に、Alを含む窒化物半導体からなる上部障壁層と、その上に上
部障壁層よりもエネルギーバンドギャップの小さな下部障壁層を設ける構造など
があげられる。具体的には、井戸層の上に配置されAlを含む窒化物半導体から
なる上部障壁層を設けることで、井戸層内に、Inの偏析、In濃度の面内分布
を誘発し、量子ドット、量子細線効果が得られる傾向にあるため、これを用いて
も良い。この時、Alを含む窒化物半導体としては、具体的には、InxAly
1-x-yN(0≦x、0<y、x+y≦1)で表される窒化物半導体を用いるこ
とであり、好ましくは3元混晶のAlzGa1-zN(0<z≦1)を用いることで
、結晶性、制御性良く成長させることが可能となるため好ましい。また、Alを
含む窒化物半導体は、上部障壁層に限らず、井戸層の下に配置された下部障壁層
としても良く、前記障壁層(1)と(3)に挟まれた障壁層(2)として設けても良い。
好ましくは、井戸層の下部に接して設けられる下部障壁層以外に用いることであ
り、なぜなら良好な結晶性でもって井戸層が形成される傾向にあり、また上述し
た量子効果が得られやすい傾向にあるからである。井戸層の下に接する下部障壁
層としては、Alを含まない窒化物半導体を用いることが好ましく、InxGa1
-xN(0≦x≦1)の窒化物半導体を用いることが、井戸層の結晶性の点から好
ましく、さらにはIn混晶比xが0より大きいInGaNとする方が、井戸層に
対する下地層の効果が得られ好ましい。
Further, in the multiple quantum well structure, the barrier layer sandwiched between the well layers is not limited to a single layer (well layer / barrier layer / well layer), and two or more barrier layers. May be provided with a plurality of barrier layers having different compositions and impurity amounts, such as “well layer / barrier layer (1) / barrier layer (2) / barrier layer (3) /.. ./Well layer”. . For example, a structure in which an upper barrier layer made of a nitride semiconductor containing Al and a lower barrier layer having an energy band gap smaller than that of the upper barrier layer is provided on the well layer. Specifically, by providing an upper barrier layer made of a nitride semiconductor containing Al disposed on the well layer, in the well layer, In segregation, In-plane distribution of In concentration is induced, quantum dots, Since the quantum wire effect tends to be obtained, this may be used. At this time, as a nitride semiconductor containing Al, specifically, In x Al y G
a nitride semiconductor represented by a 1-xy N (0 ≦ x, 0 <y, x + y ≦ 1), preferably ternary mixed crystal Al z Ga 1-z N (0 <z ≦ Use of 1) is preferable because it allows growth with good crystallinity and controllability. Further, the nitride semiconductor containing Al is not limited to the upper barrier layer, but may be a lower barrier layer disposed under the well layer, and a barrier layer (2) sandwiched between the barrier layers (1) and (3). ) May be provided.
Preferably, it is used other than the lower barrier layer provided in contact with the lower portion of the well layer, because the well layer tends to be formed with good crystallinity, and the above-described quantum effect tends to be obtained. Because there is. As the lower barrier layer in contact with the well layer, a nitride semiconductor containing no Al is preferably used, and In x Ga 1
It is preferable to use a nitride semiconductor of −xN (0 ≦ x ≦ 1) from the viewpoint of the crystallinity of the well layer. Furthermore, it is more preferable to use InGaN with an In mixed crystal ratio x larger than 0. The formation effect is obtained, which is preferable.

(井戸層)
本発明における井戸層としては、Inを含む窒化物半導体層を用いることが好
ましく、この時具体的な組成としては、InαGa1-αN(0<α≦1)を好ま
しく用いることができる。このことにより、良好な発光・発振を可能とする井戸
層となる。この時、In混晶比により、発光波長を決めることができる。
(Well layer)
As well layer of the present invention, it is preferable to use a nitride semiconductor layer containing In, as the case specific composition, In α Ga 1-α N can (0 <α ≦ 1) be used preferably . As a result, a well layer that enables good light emission and oscillation is obtained. At this time, the emission wavelength can be determined by the In mixed crystal ratio.

また、井戸層の膜厚及び井戸層の数としては、膜厚及び井戸層の数を任意に決
めることが可能である。具体的な膜厚としては、10Å以上300Å以下の範囲
、好ましくは20Å以上200Å以下の範囲とすることで、Vf、しきい値電流
密度を低減させることができる。また、結晶成長の観点からは、20Å以上であ
ると、膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、200Å以下と
することで結晶欠陥の発生を低く抑えて結晶成長が可能となる。活性層内の井戸
層数としては特に限定されず、1以上であり、この時、井戸層の数が4以上であ
る場合には、活性層を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層全体の膜厚が厚
くなって、Vfの上昇を招くこととなるため、井戸層の膜厚を100Å以下の範
囲として、活性層の膜厚を低く抑えることが好ましい。
Moreover, as the film thickness of the well layer and the number of well layers, the film thickness and the number of well layers can be arbitrarily determined. As a specific film thickness, Vf and threshold current density can be reduced by setting the thickness in the range of 10 to 300 mm, preferably in the range of 20 to 200 mm. Further, from the viewpoint of crystal growth, if the thickness is 20 mm or more, a layer having a relatively uniform film quality without large unevenness can be obtained. It becomes possible. The number of well layers in the active layer is not particularly limited and is 1 or more. At this time, when the number of well layers is 4 or more, the active layer becomes thicker as the thickness of each layer constituting the active layer increases. Since the entire film thickness is increased and Vf is increased, it is preferable to keep the film thickness of the active layer low by setting the film thickness of the well layer to a range of 100 mm or less.

本発明の井戸層には、前記活性層内のInを含む窒化物半導体と同様に、n型
不純物がドープされていても、いなくても良い。しかしながら、井戸層はInを
含む窒化物半導体が用いられ、n型不純物濃度が大きくなると結晶性が悪化する
傾向にあるため、n型不純物濃度を低く抑えて結晶性の良好な井戸層とすること
が好ましい。具体的には、結晶性を最大限に良好なものとするために井戸層をア
ンドープで成長させることであり、この時n型不純物濃度は5×1016/cm3
下と実質的にn型不純物を含まない井戸層とすることである。また、井戸層にn
型不純物をドープする場合には、n型不純物濃度が1×1018以下5×1016
上の範囲でドープされていると、結晶性の悪化を低く抑え、なおかつキャリア濃
度を高くすることができ、しきい値電流密度、Vfを低下させることができる。
この時、井戸層のn型不純物濃度としては、障壁層のn型不純物濃度とほぼ同じ
か、若しくは小さくすることで、井戸層での発光再結合を促し、発光出力が向上
する傾向にあるため好ましい。この時、井戸層、障壁層をアンドープで成長させ
て、活性層の一部を構成しても良い。
The well layer of the present invention may or may not be doped with an n-type impurity, like the nitride semiconductor containing In in the active layer. However, since the well layer is made of a nitride semiconductor containing In and tends to deteriorate the crystallinity as the n-type impurity concentration increases, the well layer should have a good crystallinity by keeping the n-type impurity concentration low. Is preferred. Specifically, the well layer is grown undoped in order to maximize the crystallinity. At this time, the n-type impurity concentration is 5 × 10 16 / cm 3 or less, which is substantially n-type. The well layer does not contain impurities. N well layer
When doping the n-type impurity, if the n-type impurity concentration is in the range of 1 × 10 18 or less and 5 × 10 16 or more, the deterioration of crystallinity can be suppressed and the carrier concentration can be increased. , Threshold current density and Vf can be reduced.
At this time, since the n-type impurity concentration of the well layer is approximately the same as or smaller than the n-type impurity concentration of the barrier layer, light emission recombination in the well layer tends to be promoted and light emission output tends to be improved. preferable. At this time, the well layer and the barrier layer may be grown undoped to constitute a part of the active layer.

特に、大電流で素子を駆動させた場合(高出力のLD、ハイパワーLED、ス
ーパーフォトルミネセンスダイオードなど)では、井戸層がアンドープで、実質
的にn型不純物を含有しないことで、井戸層でのキャリアの再結合が促進され、
高い効率での発光再結合が実現され、逆にn型不純物が井戸層にドープされると
、井戸層でのキャリア濃度が高いため、かえって発光再結合の確率が減少し、一
定出力下で駆動電流、駆動電流の上昇を招く悪循環が発生し、素子の信頼性(素
子寿命)が大幅に低下する傾向にある。このため、このような高出力の素子では
、井戸層のn型不純物濃度を、少なくとも1×1018/cm3以下にすることであ
り、好ましくはアンドープ若しくは実質的にn型不純物を含有しない濃度とする
ことで、高出力で安定した駆動が可能な窒化物半導体素子が得られる。また、井
戸層にn型不純物をドープしたレーザ素子では、レーザ光のピーク波長のスペク
トル幅が広がる傾向にあるため、好ましくなく1×1018/cm3、好ましくは1
×1017/cm3以下とすることである。
In particular, when the element is driven with a large current (high output LD, high power LED, super photoluminescence diode, etc.), the well layer is undoped and substantially free of n-type impurities, so that the well layer Promotes carrier recombination at
Emission recombination with high efficiency is realized, and conversely, when the n-type impurity is doped in the well layer, the carrier concentration in the well layer is high, so the probability of luminescence recombination decreases, and it is driven at a constant output. A vicious circle that causes an increase in current and drive current occurs, and the reliability (element life) of the element tends to be greatly reduced. For this reason, in such a high-power element, the n-type impurity concentration of the well layer should be at least 1 × 10 18 / cm 3 or less, preferably a concentration that is undoped or substantially free of n-type impurities. As a result, a nitride semiconductor device capable of stable driving with high output is obtained. Further, in a laser element in which an n-type impurity is doped in the well layer, the spectral width of the peak wavelength of the laser light tends to be widened, so that it is not preferable 1 × 10 18 / cm 3 , preferably 1
× 10 17 / cm 3 or less.

(障壁層)
本発明において、障壁層の組成としては、特に限定されないが、井戸層との間
にバンドギャップエネルギー差が設けられる、井戸層よりもバンドギャップエネ
ルギーが大きくなる、ように、井戸層よりIn混晶比の低いInを含む窒化物半
導体若しくはGaN、Alを含む窒化物半導体などを用いることができる。具体
的な組成としては、InβGa1-βN(0≦β<1,α>β)、GaN、Alγ
Ga1-γN(0<γ≦1)などを用いることができる。ここで、井戸層に接して
下地層となる障壁層(下部障壁層)の場合には、Alを含まない窒化物半導体を
用いることが好ましい。これは、Inを含む窒化物半導体からなる井戸層をAl
GaNなどのAlを含む窒化物半導体の上に直接成長させると、結晶性が低下す
る傾向にあり、井戸層の機能が悪化する傾向にあるためである。
(Barrier layer)
In the present invention, the composition of the barrier layer is not particularly limited, but a band gap energy difference is provided between the well layer and the band gap energy is larger than that of the well layer. A nitride semiconductor containing In having a low ratio or a nitride semiconductor containing GaN or Al can be used. Specific compositions include In β Ga 1-β N (0 ≦ β <1, α> β), GaN, Al γ
Ga 1-γ N (0 <γ ≦ 1) or the like can be used. Here, in the case of a barrier layer (lower barrier layer) that is in contact with the well layer and serves as a base layer, it is preferable to use a nitride semiconductor that does not contain Al. This is because a well layer made of a nitride semiconductor containing In is formed of Al.
This is because, when grown directly on a nitride semiconductor containing Al such as GaN, the crystallinity tends to be lowered, and the function of the well layer tends to be deteriorated.

また、障壁層には、p型不純物、n型不純物がドープされていても、ノンドー
プであっても良いが、好ましくはn型不純物がドープされているかノンドープ若
しくはアンドープとされていることである。この時、障壁層中のn型不純物をド
ープする場合にはその濃度として、少なくとも5×1016/cm3以上ドープされ
ていることである。具体的には、例えばLEDである場合には、5×1016/cm
3以上2×1018/cm3以下の範囲でn型不純物を有することであり、また、より
高出力のLED及び高出力のLDでは、5×1017/cm3以上1×1020/cm3
下の範囲、好ましくは1×1018/cm3以上5×1019/cm3以下の範囲でドープ
されていることが好ましく、このように高濃度でドープする場合には、井戸層を
n型不純物を実質的に含まないか、アンドープで成長させることが好ましい。
Further, the barrier layer may be doped with p-type impurities and n-type impurities, or may be non-doped, but preferably it is doped with n-type impurities, or is undoped or undoped. At this time, when the n-type impurity in the barrier layer is doped, the concentration is at least 5 × 10 16 / cm 3 or more. Specifically, in the case of an LED, for example, 5 × 10 16 / cm
It has n-type impurities in the range of 3 or more and 2 × 10 18 / cm 3 or less, and for higher output LEDs and higher output LDs, it is 5 × 10 17 / cm 3 or more and 1 × 10 20 / cm. 3 following range, when preferably is preferably is doped with a range of 1 × 10 18 / cm 3 or more 5 × 10 19 / cm 3 or less, is thus doped with high concentration, the well layer n It is preferable that the substrate is substantially free of type impurities or grown undoped.

一方で、図3、5〜8に示すように、活性層内で、最も外側で、最もp型層1
3側に位置する障壁層2cは、好ましくはn型不純物を実質的に含まないように
することで、p型層13からのキャリアの注入が良好となり、素子寿命が向上す
る傾向にある。これは、最もp側の障壁層2cは、p型層に接して設けられ、p
型層からのキャリアの注入口となり、n型不純物を有する場合には、キャリアの
注入を妨げていると考えられ、n型不純物を実質的に含まないことで、p型層1
3からのキャリアがより深部の、p型層から遠くの、井戸層にまで、安定して効
率的にキャリアが注入されるためと考えられる。これは、特に、大電流で、多量
のキャリアを注入するような、大電流駆動で高出力のLD、LEDなどにおいて
、顕著にその素子寿命の向上効果が得られる傾向にある。この時、実質的にn型
不純物を含まないとは、最もp側の障壁層2cのn型不純物濃度が、5×1016
/cm3未満となるようにすることである。また、この最もp側の障壁層2cは、
好ましくは、活性層内で最も外側に形成されることが好ましいが、前記効果は小
さくなるものの最も外側にでない場合、例えば・・・井戸層/障壁層/井戸層/
p型層13の順に積層された構造、であっても、その効果は期待できる。この最
もp側の障壁層2cの位置としては、好ましくは活性層内で最も外側に配置され
ること、更に好ましくは、後述するp側電子閉込め層に接して設けられることで
、電子の閉込めと、p型層からのキャリアの注入が更に効率的なものとなる。さ
らにまた、最もp側の障壁層2cが、p型不純物を有することで、更に深部の井
戸層、p型層13から遠くに位置する井戸層、に対してもp型層13からのキャ
リアが効率的に注入され、さらに素子寿命が向上する傾向にあるため、n型不純
物を実質的に含まず且つp型不純物を含む障壁層とすることが好ましい。この時
、p型不純物量としては、5×1016/cm3以上1×1020/cm3以下の範囲、好
ましくは、5×1016/cm3以上1×1018/cm3以下の範囲である。これは、1
×1020/cm3以上とp型不純物を多くしても、キャリア濃度は殆ど変化しない
ため、不純物を含有することによる結晶性の悪化、不純物による光の散乱作用に
よる損失が大きくなり、かえって活性層における発光効率を低下させる。更に、
1×1018/cm3以下であると、上記不純物の増加による発光効率の低下を低く
抑え、なおかつ活性層内へのp型層からのキャリア濃度を安定して高く保つこと
が可能となる。加えて、p型不純物の下限としては、僅かながらでもp型不純物
を有することが好ましく、これは不純物が低濃度である場合には、高濃度である
場合に比較して高い確率で、p型不純物がキャリアとして機能するものとなる傾
向にあるためである。
On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 5 to 8, in the active layer, on the outermost side, the most p-type layer 1.
The barrier layer 2c located on the 3 side preferably has substantially no n-type impurities, whereby the carrier injection from the p-type layer 13 becomes good and the device life tends to be improved. This is because the most p-side barrier layer 2c is provided in contact with the p-type layer, and p
In the case of having an n-type impurity as a carrier injection port from the type layer, it is considered that the carrier injection is prevented, and the p-type layer 1 is substantially free of the n-type impurity.
This is probably because the carriers from No. 3 are stably and efficiently injected into the deeper portion of the well layer far from the p-type layer. This tends to significantly improve the element life, particularly in a large current driven high output LD, LED, etc. that injects a large amount of carriers with a large current. At this time, the fact that the n-type impurity is substantially not included means that the n-type impurity concentration of the most p-side barrier layer 2c is 5 × 10 16.
To be less than / cm 3 . The most p-side barrier layer 2c is
Preferably, it is formed on the outermost side in the active layer. However, in the case where the effect is small but not on the outermost side, for example ... well layer / barrier layer / well layer /
Even if the p-type layer 13 is laminated in this order, the effect can be expected. The position of the most p-side barrier layer 2c is preferably arranged on the outermost side in the active layer, and more preferably provided in contact with a p-side electron confinement layer, which will be described later. The injection of carriers from the p-type layer becomes more efficient. Furthermore, since the most p-side barrier layer 2c contains the p-type impurity, carriers from the p-type layer 13 are also absorbed in the deeper well layer and the well layer located far from the p-type layer 13. It is preferable that the barrier layer does not substantially contain n-type impurities and contains p-type impurities since it is efficiently implanted and the device lifetime tends to be improved. At this time, the p-type impurity amount is in the range of 5 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 , preferably in the range of 5 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 18 / cm 3. It is. This is 1
Even if the p-type impurity is increased to × 10 20 / cm 3 or more, the carrier concentration hardly changes. Therefore, the crystallinity deteriorates due to the inclusion of the impurity, the loss due to the light scattering action by the impurity increases, and it is rather active. Reduce the luminous efficiency in the layer. Furthermore,
When it is 1 × 10 18 / cm 3 or less, it is possible to suppress a decrease in light emission efficiency due to the increase in impurities and to keep the carrier concentration from the p-type layer into the active layer stably high. In addition, as a lower limit of the p-type impurity, it is preferable that the p-type impurity has a slight amount, but this has a higher probability when the impurity is low in concentration than in the case of high concentration when the impurity is low in concentration. This is because impurities tend to function as carriers.

障壁層の膜厚としては、特に限定されず500Å以下、より具体的には井戸層
と同様に10Å以上300Å以下の範囲が適用できる。
The thickness of the barrier layer is not particularly limited, and can be 500 mm or less, and more specifically, the range of 10 to 300 mm can be applied as in the case of the well layer.

(導波路構造)
本発明の窒化物半導体素子において、素子構造としては、活性層を、p型窒化
物半導体層、n型窒化物半導体層内のn型クラッド層とp型クラッド層とで挟み
込む構造を少なくとも有するものとなる。このとき、活性層には、Inを含む窒
化物半導体を用いることが好ましく、さらに、活性層内で、波長440nm以上
の発光が得られるIn混晶比とすることが好ましい。また、クラッド層と活性層
との間に、活性層を挟む光ガイド層を設けても良い。ここで、p型クラッド層と
n型クラッド層とで挟まれる領域を、導波路と呼ぶ。
(Waveguide structure)
In the nitride semiconductor device of the present invention, the device structure has at least a structure in which an active layer is sandwiched between a p-type nitride semiconductor layer and an n-type cladding layer and a p-type cladding layer in the n-type nitride semiconductor layer. It becomes. At this time, it is preferable to use a nitride semiconductor containing In for the active layer, and it is preferable to have an In mixed crystal ratio in which light emission with a wavelength of 440 nm or more can be obtained in the active layer. Further, a light guide layer sandwiching the active layer may be provided between the cladding layer and the active layer. Here, a region sandwiched between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer is called a waveguide.

ここで、n型クラッド層、p型クラッド層としては、Alを含む窒化物半導体
が好ましく用いられ、このことにより、導波路と両クラッド層との間で、屈折率
差を大きくとることができる。このとき、クラッド層の窒化物半導体には、In
を含まないことが好ましく、なぜなら、Inを含む窒化物半導体は、Inを含ま
ない場合に比べて、結晶性が悪化する傾向にあり、特に、活性層の上にp型クラ
ッド層を有する構造では、そのp型クラッド層にInを含む窒化物半導体を用い
ると、結晶性の悪化が大きく、素子特性を大きく悪化させるものとなる。このと
き、クラッド層に用いる窒化物半導体として具体的には、AlbGa1-bN(0<
b<1)が好ましく用いられる。
Here, as the n-type cladding layer and the p-type cladding layer, a nitride semiconductor containing Al is preferably used, so that a large difference in refractive index can be obtained between the waveguide and both cladding layers. . At this time, the nitride semiconductor of the cladding layer includes In
It is preferable that a nitride semiconductor containing In has a tendency to deteriorate in crystallinity as compared with a case where In is not contained, and in particular, in a structure having a p-type cladding layer on an active layer. When a nitride semiconductor containing In is used for the p-type cladding layer, the crystallinity is greatly deteriorated and the device characteristics are greatly deteriorated. At this time, as a nitride semiconductor used for the cladding layer, specifically, Al b Ga 1-b N (0 <
b <1) is preferably used.

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

本発明では、両クラッド層に挟まれた導波路として、活性層を挟む第1の窒化
物半導体層、第2の窒化物半導体層を有することで、長波長における導波路、及
び結晶性の問題を解決している。すなわち、n型クラッド層と活性層との間に、
Inを含む窒化物半導体からなる第1の窒化物半導体層を設けることで、導波路
内の屈折率をクラッド層に比して、相対的に大きくし、一方で、p型クラッド層
と活性層との間に、Inを含まない(In混晶比が0の)窒化物半導体からなる
第2の窒化物半導体層を設けて、p型層側の結晶性悪化の問題を解決した構造を
有するものである。このため、導波路内は、Inを含む第1の窒化物半導体層と
Inを含まない第2の窒化物半導体層とで活性層を挟む構造で、組成が非対称な
構造を有している。
In the present invention, since the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer sandwiching the active layer as the waveguide sandwiched between both cladding layers, the waveguide at a long wavelength and the problem of crystallinity Has solved. That is, between the n-type cladding layer and the active layer,
By providing the first nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor containing In, the refractive index in the waveguide is relatively larger than that of the cladding layer, while the p-type cladding layer and the active layer And a second nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor not containing In (the In mixed crystal ratio is 0) is provided to solve the problem of deterioration of crystallinity on the p-type layer side. Is. Therefore, the waveguide has a structure in which the active layer is sandwiched between the first nitride semiconductor layer containing In and the second nitride semiconductor layer not containing In, and the composition is asymmetric.

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

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

(第1の窒化物半導体層)
本発明における第1の窒化物半導体層は、導波路内において、活性層とn型ク
ラッド層との間に配置され、Inを含む窒化物半導体からなるものである。ここ
で、第1の窒化物半導体層の組成としては、好ましくは、Alを含まない窒化物
半導体とすることであり、これにより、Alを含む窒化物半導体を用いたクラッ
ド層との屈折率差を大きくすること、すなわち、クラッド層とそれに挟まれた導
波路において、導波路内を相対的に屈折率を大きくすることが可能となり、また
InzGa1-zN(0<z≦1)で表される窒化物半導体を形成することで、結晶
性も良い第1の窒化物半導体層を得ることができる。また、第1の窒化物半導体
層と活性層若しくはn型クラッド層との間に、別の層を設けても良く、設けなく
ても良く、すなわち、第1の窒化物半導体層を活性層若しくはn型クラッド層、
又は両方に接して設けても良く、どちらか一方若しくは両方に離れて設けても良
い。また、第1の窒化物半導体層を、それとは組成の異なる層と交互に積層する
などして、複数積層した多層膜構造を用いても良い。本発明の第1の窒化物半導
体層は、活性層とn型クラッド層との間にあって、導波路内にあることから、光
ガイド層として機能する一方、Inを含むことで導波路全体の屈折率を大きくし
て、導波路内への光の閉込めに寄与することから、p型層側の第2の窒化物半導
体層に比して、第2の光閉込め層としても機能していると考えられる。
(First nitride semiconductor layer)
The first nitride semiconductor layer in the present invention is disposed between the active layer and the n-type cladding layer in the waveguide, and is made of a nitride semiconductor containing In. Here, the composition of the first nitride semiconductor layer is preferably a nitride semiconductor that does not contain Al, whereby the difference in refractive index from the cladding layer that uses the nitride semiconductor containing Al. In other words, in the clad layer and the waveguide sandwiched between them, the refractive index can be relatively increased in the waveguide, and In z Ga 1 -z N (0 <z ≦ 1). The first nitride semiconductor layer with good crystallinity can be obtained by forming the nitride semiconductor represented by Further, another layer may or may not be provided between the first nitride semiconductor layer and the active layer or the n-type cladding layer, that is, the first nitride semiconductor layer may be the active layer or n-type cladding layer,
Alternatively, it may be provided in contact with both, or may be provided separately on one or both. Further, a multilayer film structure in which a plurality of first nitride semiconductor layers are stacked by alternately stacking layers having different compositions from the first nitride semiconductor layer may be used. Since the first nitride semiconductor layer of the present invention is located between the active layer and the n-type cladding layer and is in the waveguide, it functions as a light guide layer, while containing In, the entire waveguide is refracted. Since this increases the rate and contributes to the confinement of light in the waveguide, it also functions as a second light confinement layer compared to the second nitride semiconductor layer on the p-type layer side. It is thought that there is.

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

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

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

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

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

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

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

また、図2〜4に示すように、通常、LED、LDなどの窒化物半導体素子で
は、基板上に、n型層11/活性層12/p型層13の順に積層された構造が多
く採用されているが、このような場合には、Inを含む窒化物半導体を用いた活
性層12の下部に配置されたn型層11と、上部に配置されたp型層13とでは
、通常成長条件が異なり、活性層よりも上部に配置されたp型層13では、通常
活性層中のInが分解するなどして結晶性を悪化させないような温度条件で成長
させる必要があり、n型層11はそのような制限がない。このことから、低い温
度で成長させるp型層13では、良好な結晶成長条件で、成長させることが困難
な場合がある。
As shown in FIGS. 2 to 4, nitride semiconductor elements such as LEDs and LDs usually have a structure in which an n-type layer 11 / active layer 12 / p-type layer 13 are stacked in this order on a substrate. However, in such a case, the n-type layer 11 disposed below the active layer 12 using the nitride semiconductor containing In and the p-type layer 13 disposed above are normally grown. The p-type layer 13 arranged under the different conditions and disposed above the active layer normally needs to be grown under a temperature condition that does not deteriorate the crystallinity due to decomposition of In in the active layer. 11 has no such limitation. Therefore, the p-type layer 13 grown at a low temperature may be difficult to grow under good crystal growth conditions.

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

第2の窒化物半導体層の組成としては、Inを含まない窒化物半導体をもちい
ることであり、好ましくはAltGa1-tN(0≦t<1)で表される窒化物半導
体を用いることである。また、この時、p型クラッド層との屈折率差を設けるた
め、p型クラッド層のAl混晶比より第2の窒化物半導体のAl混晶比tを小さ
くすることが好ましい。更にまた、クラッド層と導波路との屈折率差を考慮して
、t≦0.5として、低いAl混晶比で形成するか、導波路内の屈折率を最大限
に大きくするために、t=0のGaNを用いることが最も好ましい。また、第2
の窒化物半導体層は、p型不純物を有することが好ましく、p型不純物を含有し
て、p型導電性を有することで良好な導電性のp型層として機能させることがで
きる。この時、p型不純物のドープ量としては特に限定されないが、Inを含ま
ない窒化物半導体であってもInを含む場合に比べて結晶性の悪化は小さいもの
の、ドープ量が小さいほど結晶性が良好になる傾向にあるため、好ましくは1×
1018/cm3以下の範囲とすることで良好な結晶性の第2の窒化物半導体層が
得られる。後述する実施例では、第2の窒化物半導体層をアンドープで成長させ
て、隣接層からの拡散によりp型不純物がドープされるが、特にこの方法に限定
されず、他の層についても同様であるが、成長後の拡散でも、ドープしながら成
長させる方法でも、どちらでも良い。
The composition of the second nitride semiconductor layer is to use a nitride semiconductor that does not contain In, and preferably a nitride semiconductor represented by Al t Ga 1-t N (0 ≦ t <1). Is to use. At this time, in order to provide a refractive index difference from the p-type cladding layer, it is preferable to make the Al mixed crystal ratio t of the second nitride semiconductor smaller than the Al mixed crystal ratio of the p-type cladding layer. Furthermore, in consideration of the refractive index difference between the clad layer and the waveguide, in order to form a low Al mixed crystal ratio with t ≦ 0.5, or to maximize the refractive index in the waveguide, Most preferably, GaN with t = 0 is used. Second
The nitride semiconductor layer preferably has a p-type impurity and can function as a p-type layer having good conductivity by containing the p-type impurity and having p-type conductivity. At this time, the doping amount of the p-type impurity is not particularly limited, but even if the nitride semiconductor does not contain In, the deterioration of crystallinity is small compared to the case where In is contained, but the crystallinity becomes smaller as the doping amount is smaller 1x because it tends to be better
By setting it to a range of 10 18 / cm 3 or less, a second nitride semiconductor layer having good crystallinity can be obtained. In the examples described later, the second nitride semiconductor layer is grown undoped and doped with p-type impurities by diffusion from the adjacent layer. However, the present invention is not limited to this method, and the same applies to other layers. However, either diffusion after growth or a method of growing while doping may be used.

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

第2の窒化物半導体層をp型光ガイド層に用いる場合には、第2の窒化物半導
体層だけでp型光ガイド層を構成しても良く、第2の窒化物半導体層とは組成の
異なる層と組み合わせて構成しても良い。この時、好ましくはInを含まない第
2の窒化物半導体層だけで構成すると、導波路内のInによる光の損失が回避で
き好ましい。この時、p型光ガイド層の膜厚としては、特に限定されるものでは
ないが、少なくとも200Å以上の膜厚で形成することで、導波路として良好で
、損失の少ない光の導波が実現され、閾値電流の低下につながり、この時膜厚の
上限としては4000Å以下とすることで、閾値電流、Vfの上昇を抑えること
ができ、好ましくは500Å以上2000Å以下とすることで、閾値電流、Vf
を低くし、光の導波に適した膜厚の導波路が形成できる。この膜厚については、
クラッド層と活性層に挟まれる領域のn型層側、すなわちn型クラッド層と活性
層とで挟まれる領域の膜厚にも適用できる。具体的には、n型クラッド層と活性
層との間に、第1の窒化物半導体層を有する場合にはその膜厚、第1の窒化物半
導体層とn型光ガイド層などの別の層を有する場合にはそれらの層の膜厚の総和
について、適用できる。このように、クラッド層と活性層に挟まれた領域の膜厚
を、p型層側、n型層側共にほぼ同等な膜厚として膜厚が活性層を介して対称な
導波路構造としても良く、両者の膜厚を異ならしめて、膜厚が非対称な導波路構
造としても良く、得られる窒化物半導体素子の特性を考慮して適宜選択すればよ
い。
When the second nitride semiconductor layer is used for the p-type light guide layer, the p-type light guide layer may be composed of only the second nitride semiconductor layer. The composition of the second nitride semiconductor layer is You may comprise combining with a different layer. At this time, it is preferable to use only the second nitride semiconductor layer that does not contain In because light loss due to In in the waveguide is avoided. At this time, the film thickness of the p-type light guide layer is not particularly limited. However, by forming the p-type light guide layer with a film thickness of at least 200 mm, it is possible to guide light with good loss and low loss. As a result, the upper limit of the film thickness at this time is set to 4000 mm or less, so that an increase in the threshold current and Vf can be suppressed. Preferably, the threshold current is set to 500 to 2000 mm. Vf
Thus, a waveguide having a thickness suitable for light guiding can be formed. About this film thickness
The present invention can also be applied to the thickness of the region sandwiched between the clad layer and the active layer, that is, the region sandwiched between the n-type clad layer and the active layer. Specifically, in the case where the first nitride semiconductor layer is provided between the n-type cladding layer and the active layer, the thickness of the first nitride semiconductor layer is different from that of the first nitride semiconductor layer and the n-type light guide layer. When it has a layer, it can apply about the sum total of the film thickness of those layers. As described above, the thickness of the region sandwiched between the clad layer and the active layer is made substantially the same on both the p-type layer side and the n-type layer side, so that the waveguide structure is symmetrical with respect to the thickness through the active layer. It is also possible to make the thicknesses of the both different so that a waveguide structure with an asymmetrical thickness is used, and the thickness may be appropriately selected in consideration of the characteristics of the obtained nitride semiconductor device.

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

(p側電子閉込め層)
本発明において、p型窒化物半導体層として、特にレーザ素子、端面発光素子
において、p側電子閉込め層を設けることが好ましい。このp側電子閉込め層と
しては、Alを含む窒化物半導体を用いるものであり、具体的にはAlγGa1-
γN(0<γ<1)を用いる。この時、Al混晶比γとしては、電子閉込め層と
して機能するように、活性層より十分に大きなバンドギャップエネルギーを有す
る(オフセットをとる)必要があり、少なくとも0.1≦γ<1の範囲とするこ
とであり、好ましくは0.2≦a<0.5の範囲とすることである。なぜなら、
γが0.1以下であるとレーザ素子において、十分な電子閉込め層として機能せ
ず、0.2以上であると十分に電子閉込め(キャリアの閉込め)がなされ、キャ
リアのオーバーフローを抑え、加えて0.5以下であるとクラックの発生を低く
抑えて成長させることができ、更に好ましくはγを0.35以下とすることで良
好な結晶性で成長できる。この時、Al混晶比は、p型クラッド層よりも大きく
することが好ましく、これはキャリアの閉込めには光の閉込めとなるクラッド層
より高い混晶比の窒化物半導体が必要となるからである。このp側電子閉込め層
は、本発明の窒化物半導体素子に用いることができ、特にレーザ素子のように、
大電流で駆動させ、多量のキャリアを活性層内に注入する場合において、p側電
子閉込め層を有していない場合に比べて、効果的なキャリアの閉込めを可能とし
、レーザ素子だけでなく、高出力のLEDにも用いることができる。
(P-side electron confinement layer)
In the present invention, it is preferable to provide a p-side electron confinement layer as the p-type nitride semiconductor layer, particularly in a laser device and an edge emitting device. As this p-side electron confinement layer, a nitride semiconductor containing Al is used. Specifically, Al γ Ga 1−
γ N (0 <γ <1) is used. At this time, the Al mixed crystal ratio γ needs to have a sufficiently large band gap energy (take an offset) so as to function as an electron confinement layer, and at least 0.1 ≦ γ <1. The range is preferably 0.2 ≦ a <0.5. Because
If γ is 0.1 or less, the laser device does not function as a sufficient electron confinement layer, and if it is 0.2 or more, sufficient electron confinement (carrier confinement) is achieved, and carrier overflow is suppressed. In addition, when it is 0.5 or less, it is possible to grow while suppressing generation of cracks, and more preferably, when γ is 0.35 or less, it is possible to grow with good crystallinity. At this time, the Al mixed crystal ratio is preferably larger than that of the p-type cladding layer, and this requires a nitride semiconductor having a higher mixed crystal ratio than the cladding layer that confines light to confine carriers. Because. This p-side electron confinement layer can be used for the nitride semiconductor device of the present invention, and in particular, like a laser device,
When driving with a large current and injecting a large amount of carriers into the active layer, it is possible to confine carriers more effectively than when the p-side electron confinement layer is not provided. It can also be used for high output LEDs.

本発明のp側電子閉込め層の膜厚としては、少なくとも1000Å以下とする
ことであり、好ましくは400Å以下とすることである。これは、Alを含む窒
化物半導体は、他の窒化物半導体(Alを含まない)に比べて、バルク抵抗が大
きく、更にp側電子閉込め層のAl混晶比は上述したように高く設定されるため
、1000Åを超えて素子内に設けると、極めて高抵抗な層となり、順方向電圧
Vfの大幅な増加を招くこととなるためであり、400Å以下であるとVfの上
昇を低く抑えることが可能で、更に好ましくは200Å以下とすることで更に低
く抑えることが可能となる。ここで、p側電子閉込め層の膜厚の下限としては、
少なくとも10Å以上、好ましくは50Å以上とすることで、電子閉込めとして
良好に機能する。
The film thickness of the p-side electron confinement layer of the present invention is at least 1000 mm or less, preferably 400 mm or less. This is because the nitride semiconductor containing Al has a larger bulk resistance than other nitride semiconductors (not containing Al), and the Al mixed crystal ratio of the p-side electron confinement layer is set high as described above. Therefore, if it is provided in the element exceeding 1000 Å, it becomes a very high resistance layer, resulting in a significant increase in the forward voltage Vf. It is possible to further reduce the pressure by setting it to 200 mm or less. Here, as a lower limit of the film thickness of the p-side electron confinement layer,
When it is at least 10 mm or more, preferably 50 mm or more, it functions well as electronic confinement.

また、レーザ素子において、このp側電子閉込め層は、図3,4に示すように
、電子閉込め層として機能させるため、活性層とクラッド層との間に設けるもの
であり、更に第2の窒化物半導体層と活性層との間に設けることである。また、
窒化物半導体素子が導波路構造を有し、クラッド層と活性層との間に光ガイド層
を有する場合において、p側電子閉込め層は、光ガイド層29と活性層27との
間に設けることで、活性層に近接してp側電子閉込め層が設けられた構造とでき
るため好適なキャリア閉込め構造を実現でき、また別の形態としては、光ガイド
層内部にp側電子閉込め層を設ける構成とすることもでき、これによりp側電子
閉込め層と活性層とが離間した構造とでき、p側電子閉込め層が活性層に近接す
ることによる内部応力、圧電界、発熱作用を回避でき好ましい。この時、活性層
とp側電子閉込め層との距離は、少なくとも1000Å以下とすることでキャリ
アの閉込めとして機能し、好ましくは500Å以下とすることで良好なキャリア
の閉込めが可能となる。すなわち、p側電子閉込め層は活性層に近いほどキャリ
アの閉込めが効果的に機能し、その上レーザ素子、発光素子において活性層とp
側電子閉込め層との間には、殆どの場合、特に他の層を必要とすることがないた
め、通常は活性層に接してp側電子閉込め層を設けうることが最も好ましい。こ
の時、量子井戸構造の活性層内で最もp型窒化物半導体層側に位置する層と、p
側電子閉込め層と、を接して設けると結晶性が悪化する場合に、それを避けるた
め結晶成長におけるバッファ層を両者の間に設けることも可能である。例えば、
活性層の最もp側の層をInGaN、AlGaNのp側電子閉込め層との間に、
GaNからなるバッファ層を設けること、又はp側電子閉込め層よりも低いAl
混晶比のAlを含む窒化物半導体からなるバッファ層、などがある。
In the laser element, as shown in FIGS. 3 and 4, the p-side electron confinement layer is provided between the active layer and the cladding layer in order to function as an electron confinement layer. Between the nitride semiconductor layer and the active layer. Also,
When the nitride semiconductor device has a waveguide structure and has a light guide layer between the cladding layer and the active layer, the p-side electron confinement layer is provided between the light guide layer 29 and the active layer 27. As a result, a p-side electron confinement layer is provided in the vicinity of the active layer, so that a suitable carrier confinement structure can be realized. As another form, the p-side electron confinement is provided inside the light guide layer. The p-side electron confinement layer and the active layer can be separated from each other, and the internal stress, the piezoelectric field, and the heat generated by the proximity of the p-side electron confinement layer to the active layer. The action can be avoided, which is preferable. At this time, when the distance between the active layer and the p-side electron confinement layer is at least 1000 mm or less, it functions as carrier confinement, and preferably 500 cm or less enables good carrier confinement. . That is, the closer the p-side electron confinement layer is to the active layer, the more effectively the carrier confinement functions.
In most cases, no other layer is required between the side electron confinement layer and, therefore, it is usually most preferable that a p-side electron confinement layer can be provided in contact with the active layer. At this time, a layer located closest to the p-type nitride semiconductor layer in the active layer of the quantum well structure, and p
In order to avoid the case where the crystallinity deteriorates when the side electron confinement layer is provided in contact with each other, a buffer layer for crystal growth can be provided between the both. For example,
Between the p-side electron confinement layer of InGaN and AlGaN, the most p-side layer of the active layer,
Provide a buffer layer made of GaN, or Al lower than the p-side electron confinement layer
There is a buffer layer made of a nitride semiconductor containing Al having a mixed crystal ratio.

ここで、p側電子閉込め層として、具体的には、p側電子閉込め層が活性層に
近いほどしきい値電流密度を低下させるが、近くなるほど素子寿命が低下させる
ものとなる。これは、上述したように、p側電子閉込め層が他の層に比べて極め
て高い抵抗を有する層であるため、素子駆動時において発熱量の大きなものとな
り、すなわち素子内において高温を呈しているものと考えられ、これが熱に弱い
活性層、井戸層に悪影響を及ぼし素子寿命を大きく低下させているものと考えら
れる。一方で、上述したように、キャリアの閉込めを担うp側電子閉込め層は、
活性層、特に井戸層に近づくほどキャリアの閉込めが効果的になるため、活性層
から離れるとその効果が弱まる。このため、p側電子閉込め層は、キャリア閉込
めとして好適に機能するように、活性層よりもバンドギャップエネルギーを大き
く、好ましくは活性層内の少なくとも1つの障壁層よりもバンドギャップエネル
ギーより大きくし、更に好ましくは活性層内の全ての障壁層よりもバンドギャッ
プエネルギーが大きくなるような組成が選択される。また、導波路構造を有する
端面発光素子、レーザ素子においては、p側電子閉込め層を、光ガイド層の一部
、好ましくは全部よりもバンドギャップエネルギーを大きくすることがガイド層
によるキャリア閉込めが不十分な場合に、ガイド層よりも活性層の近くに配置さ
れたp側電子閉込め層により好適な活性層内へのキャリア閉込めが実現でき好ま
しく、さらには、光閉込めのクラッド層の一部、若しくは全部よりもバンドギャ
ップエネルギーを大きくすると大きな障壁が、活性層近傍に配置された構造とな
り好適なキャリア閉込めを実現し、また、p側電子閉込め層の膜厚を小さくして
もその機能を維持することが可能となり好ましい。
Here, as the p-side electron confinement layer, specifically, the threshold current density is lowered as the p-side electron confinement layer is closer to the active layer, but the device life is lowered as the p-side electron confinement layer is closer. As described above, since the p-side electron confinement layer is a layer having a very high resistance compared to other layers, the amount of heat generated during device driving is large, that is, a high temperature is exhibited in the device. This is considered to have an adverse effect on the active layer and the well layer which are vulnerable to heat and greatly reduce the device lifetime. On the other hand, as described above, the p-side electron confinement layer responsible for carrier confinement is
The closer to the active layer, in particular, the well layer, the more effective the confinement of carriers, so that the effect is weakened away from the active layer. For this reason, the p-side electron confinement layer has a larger band gap energy than the active layer and preferably larger than the band gap energy than at least one barrier layer in the active layer so as to function suitably as carrier confinement. More preferably, the composition is selected so that the band gap energy is larger than all the barrier layers in the active layer. Further, in the edge-emitting device and laser device having a waveguide structure, the p-side electron confinement layer has a band gap energy larger than that of a part of the light guide layer, preferably all of the light guide layer. In the carrier layer, the p-side electron confinement layer disposed closer to the active layer than the guide layer can preferably realize carrier confinement in the active layer. When the band gap energy is made larger than a part or all of the structure, a large barrier is arranged in the vicinity of the active layer, realizing suitable carrier confinement, and reducing the thickness of the p-side electron confinement layer. However, the function can be maintained, which is preferable.

従って、素子寿命の低下を抑えるために、図5,6において、活性層内で最も
p側電子閉込め層に近い井戸層1bからp側電子閉込め層28の距離を少なくと
も100Å以上とすることであり、好ましくは120Å以上とすることであり、
更に好ましくは140Å以上とすることである。なぜなら、井戸層とp側電子閉
込め層との距離が100Åより短いと、素子寿命が急激に低下する傾向が観られ
るためであり、120Å以上であると素子寿命の大幅な向上が可能であり、15
0Å以上であると更に素子寿命が向上する傾向にあるが、しきい値電流密度は徐
々に高くなる傾向が観られ始める。更に、その距離が200Åより大きくなると
、しきい値電流密度の明らかな上昇傾向が観られ、400Åより大きいとしきい
値電流密度の急激な上昇が起こる傾向にあるため、上記距離の上限としては、4
00Å以下、好ましくは200Å以下とすることである。これは、p側電子閉込
め層が井戸層から離れることで、キャリア閉込めの効率が低下し、これが主な原
因となってしきい値電流密度が上昇し、また発光効率の低下を招くものと考えら
れる。
Therefore, in FIG. 5 and FIG. 6, the distance from the well layer 1b closest to the p-side electron confinement layer in the active layer to the p-side electron confinement layer 28 in FIG. And preferably is 120 mm or more,
More preferably, it is 140 mm or more. This is because when the distance between the well layer and the p-side electron confinement layer is shorter than 100 mm, the device life tends to be drastically reduced. When the distance is 120 mm or more, the device life can be significantly improved. , 15
If it is 0% or more, the device life tends to be further improved, but the threshold current density tends to gradually increase. Furthermore, when the distance is larger than 200 mm, a clear increase tendency of the threshold current density is observed, and when the distance is larger than 400 mm, the threshold current density tends to increase rapidly. 4
It is set to 00 cm or less, preferably 200 cm or less. This is because the p-side electron confinement layer is separated from the well layer, thereby reducing the efficiency of carrier confinement. This is mainly caused by an increase in threshold current density and a decrease in light emission efficiency. it is conceivable that.

本発明のp側電子閉込め層には、通常p型不純物がドープされ、レーザ素子、
ハイパワーLEDなどの大電流で駆動させる場合には、キャリアの移動度を高め
るため、高濃度でドープする。具体的なドープ量としては、少なくとも5×10
16/cm3以上ドープすることで、好ましくは1×1018/cm3以上ドープすること
であり、前記大電流駆動の素子にあっては、1×1018/cm3以上、好ましくは
1×1019/cm3以上ドープすることである。p型不純物量の上限は特に限定さ
れないが、1×1021/cm3以下とすることである。但し、p型不純物量が多く
なると、バルク抵抗が大きくなる傾向にあり、結果としてVfが上昇することに
なるため、これを回避する場合に好ましくは、必要なキャリア移動度を確保しう
る最低限のp型不純物濃度とすることである。また、p側電子閉込め層を低濃度
でドープすること、例えば、ガイド層、クラッド層などのp側電子閉込め層近傍
の層よりも低濃度でドープすることも可能であり、またノンドープ層とすること
もできる。
The p-side electron confinement layer of the present invention is usually doped with a p-type impurity, and a laser device,
In the case of driving with a large current such as a high power LED, doping is performed at a high concentration in order to increase the mobility of carriers. The specific doping amount is at least 5 × 10
Doping of 16 / cm 3 or more, preferably 1 × 10 18 / cm 3 or more, and in the large current driving element, 1 × 10 18 / cm 3 or more, preferably 1 × Doping is at least 10 19 / cm 3 . The upper limit of the p-type impurity amount is not particularly limited, but is 1 × 10 21 / cm 3 or less. However, if the amount of p-type impurities increases, the bulk resistance tends to increase, resulting in an increase in Vf. Therefore, in order to avoid this, it is preferable that the minimum carrier mobility can be ensured. P-type impurity concentration. It is also possible to dope the p-side electron confinement layer at a low concentration, for example, dope at a lower concentration than the layers near the p-side electron confinement layer such as the guide layer and the clad layer. It can also be.

本発明の窒化物半導体素子では、実施例に示すように、ストライプ状の導波路
として、リッジを設けた後、リッジ側面に埋込層となる絶縁膜を形成する。この
時、埋込層としては、ここで、第2の保護膜の材料としてはSiO2以外の材料
、好ましくはTi、V、Zr、Nb、Hf、Taよりなる群から選択された少な
くとも一種の元素を含む酸化物、SiN、BN、SiC、AlNの内の少なくと
も一種で形成することが望ましく、その中でもZr、Hfの酸化物、BN、Si
Cを用いることが特に好ましい。更に、埋込層として、半絶縁性、i型の窒化物
半導体、リッジ部とは逆の導電型、実施例においてはn型の窒化物半導体、電流
狭窄層とするにはAlGaNなどのAlを含む窒化物半導体、等を用いることが
できる。また、エッチングなどによりリッジを設けずに、B、Alなどのイオン
を注入して、非注入領域をストライプ状として、電流が流れる領域とする構造を
とることもできる。この時用いられる窒化物半導体としては、InxAl1-yGa
1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y=1)で表される窒化物半導体を好
ましく用いることができる。
In the nitride semiconductor device of the present invention, as shown in the embodiment, after providing a ridge as a striped waveguide, an insulating film serving as a buried layer is formed on the side surface of the ridge. At this time, as the buried layer, the material of the second protective film is a material other than SiO 2 , preferably at least one selected from the group consisting of Ti, V, Zr, Nb, Hf, and Ta. It is desirable to form with at least one of oxides containing elements, SiN, BN, SiC, and AlN, and among them, oxides of Zr and Hf, BN, Si
It is particularly preferable to use C. Further, as the buried layer, semi-insulating, i-type nitride semiconductor, conductivity type opposite to the ridge portion, in the embodiment n-type nitride semiconductor, Al, such as AlGaN, is used for the current confinement layer. Including nitride semiconductors can be used. Further, without providing a ridge by etching or the like, ions such as B and Al can be implanted to form a non-implanted region in a stripe shape and a region through which a current flows. The nitride semiconductor used at this time is In x Al 1-y Ga
A nitride semiconductor represented by 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y = 1) can be preferably used.

また、リッジ幅としては、1μm以上3μm以下、好ましくは1.5μm以上
2μm以下とすることで、光ディスクシステムの光源として、優れたスポット形
状、ビーム形状のレーザ光が得られる。
Further, by setting the ridge width to 1 μm or more and 3 μm or less, preferably 1.5 μm or more and 2 μm or less, an excellent spot-shaped or beam-shaped laser beam can be obtained as a light source of the optical disk system.

ここで、各図について以下に説明する。図2、3は、本発明の一実施形態に係
る模式断面図であり、特にレーザ素子構造、発光素子構造において、活性層12
がn型層11とp型層13とで挟み込まれる構造を示すものである。図2は、活
性層12が上部クラッド層30と下部クラッド層25で挟まれ、活性層12と上
部クラッド層30との間に電子閉込め層であるp側電子閉込め層28を有する素
子構造を説明するものである。図3,4は、本発明の特徴として、上部、下部ク
ラッド層に挟まれた領域の導波路内に、前記第1の窒化物半導体層、第2の窒化
物半導体層が設けられ、第1の窒化物半導体層は、n型クラッド層内(図示せず
)、n型光ガイド層26と活性層12との間(図3,4に示す)、n型光ガイド
層26とn型クラッド層25との間(図示せず)、に設けられ、第2の窒化物半
導体層は、p型光ガイド層29に用いられる。また、図3は、活性層12の量子
井戸構造について図示するもので、障壁層2a/井戸層1aを一対として繰り返
し積層され、最後に障壁層2cが設けられた構造を有している。図5〜8は、本
発明の一実施形態における活性層12、上部、下部クラッド層26,30で挟ま
れる領域の導波路構造、及び活性層周辺についての積層構造20と、その積層構
造20の下に、それに対応したエネルギーバンドギャップ21を示すものである
。図10についても図5〜8と同様に積層構造20とその積層構造に対応してエ
ネルギーバンド図21を示し、それらに加えて各層におけるAl組成比41、I
n組成比42の一実施形態を示す模式図が示されている。
Here, each figure will be described below. 2 and 3 are schematic cross-sectional views according to an embodiment of the present invention. In particular, in the laser element structure and the light-emitting element structure, the active layer 12 is shown.
Shows a structure sandwiched between the n-type layer 11 and the p-type layer 13. FIG. 2 shows an element structure in which an active layer 12 is sandwiched between an upper clad layer 30 and a lower clad layer 25, and a p-side electron confinement layer 28 as an electron confinement layer is provided between the active layer 12 and the upper clad layer 30. Is described. 3 and 4, as a feature of the present invention, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are provided in a waveguide in a region sandwiched between upper and lower cladding layers. The nitride semiconductor layer is formed in an n-type cladding layer (not shown), between the n-type light guide layer 26 and the active layer 12 (shown in FIGS. 3 and 4), and between the n-type light guide layer 26 and the n-type cladding. The second nitride semiconductor layer is provided between the layers 25 (not shown), and is used for the p-type light guide layer 29. FIG. 3 illustrates the quantum well structure of the active layer 12, which has a structure in which the barrier layer 2a / well layer 1a are repeatedly stacked as a pair, and finally the barrier layer 2c is provided. 5 to 8 show the active layer 12, the waveguide structure in the region sandwiched between the upper and lower cladding layers 26 and 30, and the laminated structure 20 around the active layer, and the laminated structure 20 according to the embodiment of the present invention. A corresponding energy band gap 21 is shown below. 10 also shows the laminated structure 20 and the energy band diagram 21 corresponding to the laminated structure as in FIGS. 5 to 8, and in addition to these, the Al composition ratio 41, I in each layer
A schematic diagram showing one embodiment of the n composition ratio 42 is shown.

本発明の窒化物半導体素子における各層のドープ量について、図11を用いて
以下説明する。本発明の光ガイド層の不純物ドープについて、図11に、ドープ
量変化43として示すように、第1,2の光ガイド層226,229において、
不純物ドープ量を、活性層に近づくに従ってドープ量を小さくする、若しくは、
活性層から遠い領域に比べて活性層に近い領域のドープ量を小さくすると、導波
路、特に光ガイド層内において、光の損失を更に減少させて、良好な光の導波を
実現でき、閾値電流密度の低減、駆動電流の低減化を図ることができる。これは
、不純物ドープした領域を光が導波すると、不純物により光の吸収が発生しする
ために光の損失が起こるからである。これに加えて、導波路は上述したように、
第1の光ガイド層226と第2の光ガイド層229とで活性層227を挟む構造
を少なくとも有しており、さらにそのガイド層の外側若しくは導波路を、ガイド
層より屈折率の小さい上部・下部クラッド層225,230とで挟む構造でもっ
て光が導波路内に閉じこめられた構造となり、導波路内の活性層27及び活性層
近傍に多くの光が分布するため、その活性層近傍の領域において不純物ドープ量
を少なくすることで、光が多く分布する領域での光の損失が減少することとなり
、光の損失の少ない導波路となる。具体的には、第1の光ガイド層226、第2
の光ガイド層229において、各層の膜厚の半分で領域を区切り活性層に近い領
域と遠い領域を考えた場合、活性層に近い領域の導電型不純物濃度を、活性層に
遠い領域の不純物濃度よりも小さくすることである。光ガイド層の不純物濃度と
しては、特に限定されないが、具体的には活性層に近い領域において5×10
/cm以下とすることである。ここで、上記不純物ドープとは、第1の光ガ
イド層に第1導電型の不純物ドープ、第2の光ガイド層に第2導電型の不純物ド
ープ、することを指すものである。
The doping amount of each layer in the nitride semiconductor device of the present invention will be described below with reference to FIG. Regarding the impurity doping of the light guide layer of the present invention, as shown in FIG. 11 as the doping amount change 43, in the first and second light guide layers 226 and 229,
Impurity doping amount is decreased as approaching the active layer, or
By reducing the amount of doping in the region closer to the active layer than in the region far from the active layer, light loss can be further reduced in the waveguide, particularly in the light guide layer, and good light guiding can be realized. It is possible to reduce current density and drive current. This is because when light is guided through the impurity-doped region, light is lost due to light absorption by the impurity. In addition to this, the waveguide, as mentioned above,
It has at least a structure in which the active layer 227 is sandwiched between the first light guide layer 226 and the second light guide layer 229, and further, the outer side of the guide layer or the waveguide has an upper part with a lower refractive index than the guide layer. The light is confined in the waveguide by the structure sandwiched between the lower clad layers 225 and 230, and a large amount of light is distributed in the vicinity of the active layer 27 and the active layer in the waveguide. By reducing the impurity doping amount in FIG. 5, light loss in a region where a large amount of light is distributed is reduced, resulting in a waveguide with little light loss. Specifically, the first light guide layer 226, the second
In the light guide layer 229, when the region near the active layer and the region far from the active layer are considered by dividing the region by half the thickness of each layer, the conductivity type impurity concentration in the region near the active layer is changed to the impurity concentration in the region far from the active layer Is to make it smaller. The impurity concentration of the light guide layer is not particularly limited, but specifically, 5 × 10 1 in a region close to the active layer.
7 / cm 3 or less. Here, the impurity doping means that the first light guide layer is doped with a first conductivity type impurity, and the second light guide layer is doped with a second conductivity type impurity.

光ガイド層内でドープ量を変化させる形態としては、具体例として、各光ガイ
ド層内において、活性層に近づくに従ってなだらかに、連続的にドープ量を小さ
くする形態(43a)、不連続で段階的にドープ量を小さくする形態(43b)
、またその段階的なドープ量変化を細かくし、光ガイド層内で部分的にドープ量
変化を設ける形態(43c)、のいずれかでも良く、またこれらを組み合わせて
用いても良い。好ましくは、光ガイド層内において、活性層側からの距離が、5
0nm以下の領域を低濃度ドープ領域(226b,229a)、好ましくはアン
ドープとすることで光の損失低減が可能となり、好ましくは100nm以下の領
域を低濃度ドープ領域(226b,229a)とすることで良好な光損失の低減
、閾値電流密度、駆動電流の低減が可能となる。この時、光ガイド層の膜厚は、
低濃度ドープ領域(226b,229a)を50nm以下の領域とする場合には
、50nm以上の膜厚とし、100nm以下の領域とする場合には、100nm
以上の膜厚とすることはいうまでもない。この時、上記低濃度ドープ領域(22
6b,229a)を光ガイド層内に設ける場合、好ましくは、上述した組成傾斜
構造の光ガイド層と組み合わせて用いることであり、これは図11に示すように
、バンドギャップエネルギーが、活性層に近づくに従って小さくなるバンド構造
であることにより、不純部ドープされない領域が活性層近傍に設けられても、キ
ャリアの注入効率の低下を抑えた光ガイド層が形成されるためである。この時、
組成傾斜の光ガイド層は、上述したようにGRIN構造が好ましく、また上記多
層膜構造で、バンドギャップエネルギーが活性層に近づくに従って小さくなる構
造であっても、低濃度ドープ領域の形成に効果がある。ここで、各光ガイド層内
において、成長時に不純物ドープしなくても、すなわち低濃度ドープで光ガイド
層を成長させても、隣接層から不純物が拡散する場合があり、その場合には低濃
度ドープで成長させた上記領域においても、不純物がドープされたものとなる。
具体的には、p型不純物として好ましく用いられるMgは、このような拡散現象
が起こりやすく、43aは、拡散によりp側電子閉込め層228から隣接層へ不
純物が拡散する形態を模式的に示すものであり、高濃度ドープのp側電子閉込め
層229に隣接する光ガイド層(229aの領域)、活性層(p側障壁層付近)
では、濃度傾斜が発生して、拡散する形態が観測される。また、実施例1で示す
ように、低濃度ドープでp側光ガイド層を形成しても、隣接層の電子閉込め層と
クラッド層からの拡散により、p型不純物がドープされる。このように、拡散に
より不純物ドープが成される場合には、上述したように活性層に近い領域の不純
物濃度を、遠い領域よりも小さくすることである。このようなドープ領域は、少
なくとも一方の光ガイド層に設けることが好ましく、更に好ましくは両方の光ガ
イド層に設けることで光の損失を低減させた導波路となる。なお、図中の51、
52は、各光ガイド層におけるドープ量変化を示している。
As a specific example of the form in which the doping amount is changed in the light guide layer, in each light guiding layer, a form in which the doping amount is gradually decreased gradually as the active layer is approached (43a), and the steps are discontinuous. To make the doping amount small (43b)
In addition, the step (43c) in which the stepwise change in the doping amount is made fine and the doping amount change is partially provided in the light guide layer may be used, or a combination thereof may be used. Preferably, in the light guide layer, the distance from the active layer side is 5
By making the region of 0 nm or less a lightly doped region (226b, 229a), preferably undoped, it is possible to reduce the loss of light. Preferably, the region of 100 nm or less is made a lightly doped region (226b, 229a). Good optical loss reduction, threshold current density, and driving current can be reduced. At this time, the film thickness of the light guide layer is
When the lightly doped region (226b, 229a) is a region of 50 nm or less, the film thickness is 50 nm or more, and when the region is 100 nm or less, 100 nm.
Needless to say, the above film thickness is used. At this time, the lightly doped region (22
6b, 229a) is preferably used in combination with the light guide layer having the above-described composition gradient structure, as shown in FIG. 11, the band gap energy is applied to the active layer. This is because the band structure that becomes smaller as it approaches, even if a region that is not doped with an impurity is provided in the vicinity of the active layer, a light guide layer that suppresses a decrease in carrier injection efficiency is formed. At this time,
The light guide layer having a composition gradient preferably has a GRIN structure as described above, and is effective in forming a lightly doped region even if the multilayer film structure has a band gap energy that decreases as it approaches the active layer. is there. Here, in each light guide layer, even if the impurity is not doped at the time of growth, that is, even if the light guide layer is grown by low concentration doping, impurities may diffuse from the adjacent layer. Even in the region grown by doping, impurities are doped.
Specifically, Mg that is preferably used as a p-type impurity is likely to cause such a diffusion phenomenon, and 43a schematically illustrates a form in which the impurity diffuses from the p-side electron confinement layer 228 to the adjacent layer by diffusion. A light guide layer (region 229a) adjacent to the heavily doped p-side electron confinement layer 229, an active layer (near the p-side barrier layer)
Then, a concentration gradient occurs and a form of diffusion is observed. Further, as shown in the first embodiment, even if the p-side light guide layer is formed by low concentration doping, the p-type impurity is doped by diffusion from the electron confinement layer and the cladding layer of the adjacent layers. Thus, when impurity doping is performed by diffusion, as described above, the impurity concentration in the region near the active layer is made smaller than that in the far region. Such a doped region is preferably provided in at least one of the light guide layers, and more preferably provided in both of the light guide layers to provide a waveguide with reduced light loss. In addition, 51 in the figure,
Reference numeral 52 denotes a change in doping amount in each light guide layer.

また、上記光ガイド層における層構成、不純物ドープの形態、組成、膜厚など
は、第1の光ガイド層、第2の光ガイド層とで同様なものとしても良く、異なる
ようにしても良い。例えば、第1の光ガイド層を単一膜とし、第2の光ガイド層
を多層膜として、両光ガイド層の層構成を異なるようにした形態などがある。
本発明では、クラッド層225,230と、活性層227との間に、クラッド
層側に配置された高濃度ドープ領域(226a,229b)と、その高濃度ドー
プ領域よりも低濃度でドープされ、活性層側に配置された低濃度ドープ領域(2
26b,229a)とが設けられることで、導波路内における光損失を低減させ
た構造とできる。更に好ましくは、低濃度ドープ領域(226b,229a)と
活性層との間、すなわち、光ガイド層よりも活性層側に、高濃度ドープ層(23
1,228)を設けることが好ましい。ここで、高濃度ドープ層は、活性層近傍
に位置するp側電子閉込め層228、第1の窒化物半導体層231の一部、若し
くは全部として設けることができ、高濃度ドープ層231と228のドープ量は
、それぞれ、それよりも各クラッド層側に位置する低濃度ドープ領域226b,
229aよりも、高濃度でドープされることであり、好ましくは、p型層内の高
濃度ドープ層228のドープ量を、p型層内の高濃度ドープ領域229bよりも
大きくすることで、高濃度ドープ層において、pn接合部が形成され、p型層側
からのキャリアの注入に優れ、不純物ドープ量変化、キャリア濃度変化を設ける
ことができ、好ましい。ここで、図1の225〜230は、図10における積層
構造20における各層25〜30に対応している。
Further, the layer structure, impurity doping form, composition, film thickness, etc. in the light guide layer may be the same or different between the first light guide layer and the second light guide layer. . For example, the first light guide layer may be a single film, the second light guide layer may be a multilayer film, and the light guide layers may have different layer configurations.
In the present invention, a highly doped region (226a, 229b) disposed on the cladding layer side between the cladding layers 225, 230 and the active layer 227, and doped at a lower concentration than the heavily doped region, A lightly doped region (2
26b, 229a), the optical loss in the waveguide can be reduced. More preferably, between the lightly doped region (226b, 229a) and the active layer, that is, on the active layer side of the light guide layer, the heavily doped layer (23
1,228) are preferably provided. Here, the high-concentration doped layer can be provided as a part or all of the p-side electron confinement layer 228 and the first nitride semiconductor layer 231 located in the vicinity of the active layer, and the high-concentration doped layers 231 and 228 can be provided. The doped amount of each of the lightly doped regions 226b,
229a is doped at a higher concentration, and preferably, the doping amount of the high-concentration doped layer 228 in the p-type layer is larger than that in the high-concentration doped region 229b in the p-type layer. In the concentration doped layer, a pn junction is formed, which is excellent in carrier injection from the p-type layer side, and can be provided with a change in impurity doping amount and a change in carrier concentration. Here, 225 to 230 in FIG. 1 correspond to the respective layers 25 to 30 in the stacked structure 20 in FIG. 10.

[実施例1]
以下、実施例として、図1に示すようなレーザ素子構造、また図6に示す導波
路構造について、窒化物半導体を用いたレーザ素子について、説明する。
[Example 1]
Hereinafter, as an example, a laser element using a nitride semiconductor will be described with respect to the laser element structure shown in FIG. 1 and the waveguide structure shown in FIG.

ここで、本実施例では、GaN基板を用いているが、基板として窒化物半導体
と異なる異種基板を用いても良い。異種基板としては、例えば、C面、R面、及
びA面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル(MgA124のような絶
縁性基板、SiC(6H、4H、3Cを含む)、ZnS、ZnO、GaAs、S
i、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させる
ことが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いるこ
とができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。
また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフア
ングルしたものを用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長
させるため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造
形成前の下地層となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法
により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、ま
た、素子構造形成後に、異種基板を除去する方法でも良い。
Here, although the GaN substrate is used in this embodiment, a different substrate different from the nitride semiconductor may be used as the substrate. Examples of the heterogeneous substrate include, for example, sapphire, spinel (including an insulating substrate such as MgA1 2 O 4 , SiC (including 6H, 4H, and 3C) having any one of the C-plane, R-plane, and A-plane. ZnS, ZnO, GaAs, S
It is known conventionally that a nitride semiconductor such as i and an oxide substrate lattice-matched with the nitride semiconductor can be grown, and a substrate material different from the nitride semiconductor can be used. Preferable heterogeneous substrates include sapphire and spinel.
Further, the heterogeneous substrate may be off-angle, and in this case, it is preferable to use a step-off-angle substrate because growth of the underlayer made of gallium nitride grows with good crystallinity. Further, in the case of using a different substrate, after growing a nitride semiconductor serving as an underlayer before forming the element structure on the different substrate, the different substrate is removed by a method such as polishing to obtain a single substrate of the nitride semiconductor. An element structure may be formed, or a method of removing the heterogeneous substrate after the element structure is formed may be used.

異種基板を用いる場合には、バッファ層(低温成長層)、窒化物半導体(好ま
しくはGaN)からなる下地層を介して、素子構造を形成すること、窒化物半導
体の成長が良好なものとなる。また、異種基板上に設ける下地層(成長基板)と
して、その他に、ELOG(Epitaxially Laterally Overgrowth)成長させた窒化物半
導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ELOG層の具体例としては、
異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困
難な保護膜を設けるなどして形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる
非マスク領域を、ストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成
長させることで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が成されることに
より、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜された層などがある。その他
の形態では、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口
部側面から横方向への成長がなされて、成膜される層でもよい。
When a heterogeneous substrate is used, an element structure is formed through a base layer made of a buffer layer (low temperature growth layer) and a nitride semiconductor (preferably GaN), and the nitride semiconductor grows well. . In addition, when a nitride semiconductor grown by ELOG (Epitaxially Laterally Overgrowth) is used as a base layer (growth substrate) provided on a different substrate, a growth substrate having good crystallinity can be obtained. As a specific example of the ELOG layer,
A mask region formed by growing a nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate and providing a protective film on the surface of which a nitride semiconductor is difficult to grow, and a non-mask region for growing a nitride semiconductor are striped. In addition to the growth in the film thickness direction, the growth in the lateral direction is achieved by growing the nitride semiconductor from the non-mask region, so that the nitride semiconductor also grows in the mask region. There are deposited layers. In another form, the nitride semiconductor layer grown on the different kind of substrate may be provided with an opening, and the film may be formed by lateral growth from the side of the opening.

(基板101) 基板として、異種基板に成長させた窒化物半導体、本実施例で
はGaN、を厚膜(100μm)で成長させた後、異種基板を除去して、80μ
mのGaNからなる窒化物半導体基板を用いる。基板の詳しい形成方法は、以下
の通りである。2インチφ、C面を主面とするサファイアよりなる異種基板をM
OVPE反応容器内にセットし、温度を500℃にして、トリメチルガリウム(
TMG)、アンモニア(NH3)を用い、GaNよりなるバッファ層を200Å
の膜厚で成長させ、その後、温度を上げて、アンドープのGaNを1.5μmの
膜厚で成長させて、下地層とする。次に、下地層表面にストライプ状のマスクを
複数形成して、マスク開口部(窓部)から窒化物半導体、本実施例ではGaNを
選択成長させて、横方向の成長を伴った成長(ELOG)により成膜された窒化
物半導体層を、さらに厚膜で成長させて、異種基板、バッファ層、下地層を除去
して、窒化物半導体基板を得る。この時、選択成長時のマスクは、SiO2から
なり、マスク幅15μm、開口部(窓部)幅5μmとする。
(Substrate 101) As a substrate, a nitride semiconductor grown on a different substrate, GaN in this example, was grown as a thick film (100 μm), and then the different substrate was removed to obtain 80 μm.
A nitride semiconductor substrate made of m GaN is used. A detailed method of forming the substrate is as follows. A different type substrate made of sapphire with a 2 inch φ and C-plane as the main surface is M
Set in an OVPE reaction vessel, set the temperature to 500 ° C., and trimethylgallium (
Using TMG) and ammonia (NH 3 ), the buffer layer made of GaN is 200 mm.
Then, the temperature is raised, and undoped GaN is grown to a thickness of 1.5 μm to form an underlayer. Next, a plurality of striped masks are formed on the surface of the underlayer, and a nitride semiconductor, GaN in this embodiment is selectively grown from the mask opening (window), and growth accompanied by lateral growth (ELOG) The nitride semiconductor layer formed by the above method is further grown in a thick film, and the heterogeneous substrate, the buffer layer, and the base layer are removed to obtain a nitride semiconductor substrate. At this time, the mask during selective growth is made of SiO 2 and has a mask width of 15 μm and an opening (window) width of 5 μm.

(バッファ層102) 窒化物半導体基板の上に、温度を1050℃にして、T
MG(トリメチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、アンモニア
を用い、Al0.05Ga0.95Nよりなるバッファ層102を4μmの膜厚で成長さ
せる。この層は、AlGaNのn型コンタクト層と、GaNからなる窒化物半導
体基板との間で、バッファ層として機能する。次に、窒化物半導体からなる下地
層の上に、素子構造となる各層を積層する。
(Buffer layer 102) The temperature is set to 1050 ° C. on the nitride semiconductor substrate, and T
A buffer layer 102 made of Al 0.05 Ga 0.95 N is grown to a thickness of 4 μm using MG (trimethyl gallium), TMA (trimethyl aluminum), and ammonia. This layer functions as a buffer layer between the AlGaN n-type contact layer and the nitride semiconductor substrate made of GaN. Next, each layer which becomes an element structure is laminated | stacked on the base layer which consists of nitride semiconductors.

(n型コンタクト層103)
次に得られたバッファ層102上にTMG、TMA、アンモニア、不純物ガス
としてシランガスを用い、1050℃でSiドープしたAl0.05Ga0.95Nより
なるn型コンタクト層103を4μmの膜厚で成長させる。n型コンタクト層、
若しくはバッファ層などの下地層に、Alを含む窒化物半導体、具体的にはAl
xGa1-xN(0<x≦1)、を用いることで、GaNなどのAlを含まない窒化
物半導体に比べて、ELOGを用いたことによる結晶性の悪化、特にピットの発
生を抑えて、良好な下地層表面を提供できる傾向にあり、Alを含む窒化物半導
体を用いることが好ましい。
(N-type contact layer 103)
Next, an n-type contact layer 103 made of Al 0.05 Ga 0.95 N doped with Si at 1050 ° C. is grown to a thickness of 4 μm on the obtained buffer layer 102 using TMG, TMA, ammonia, and silane gas as an impurity gas. n-type contact layer,
Or a nitride semiconductor containing Al in the underlayer such as a buffer layer, specifically, Al
By using x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1), the deterioration of crystallinity due to the use of ELOG, particularly the generation of pits, is suppressed compared to nitride semiconductors that do not contain Al, such as GaN. Therefore, it is preferable to use a nitride semiconductor containing Al.

(クラック防止層104) 次に、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、
アンモニアを用い、温度を800℃にしてIn0.06Ga0.94Nよりなるクラック
防止層104を0.15μmの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は
省略可能である。
(Crack prevention layer 104) Next, TMG, TMI (trimethylindium),
A crack prevention layer 104 made of In 0.06 Ga 0.94 N is grown to a thickness of 0.15 μm using ammonia at a temperature of 800 ° C. This crack prevention layer can be omitted.

(n型クラッド層105) 次に、温度を1050℃にして、原料ガスにTMA
、TMG及びアンモニアを用い、アンドープのAl0.05Ga0.95NよりなるA層
を25Åの膜厚で成長させ、続いて、TMAを止め、不純物ガスとしてシランガ
スを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたGaNよりなるB層を25Åの膜
厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ200回繰り返してA層とB層の
積層し、総膜厚1μmの多層膜(超格子構造)よりなるn型クラッド層106を
成長させる。この時、アンドープAlGaNのAl混晶比としては、0.05以
上0.3以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設け
ることができる。
(N-type cladding layer 105) Next, the temperature is set to 1050 ° C., and TMA is used as the source gas.
Then, an A layer made of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N is grown to a thickness of 25 mm using TMG and ammonia. Subsequently, TMA is stopped, silane gas is used as an impurity gas, and Si is 5 × 10 18 / cm 3. A B layer made of doped GaN is grown to a thickness of 25 mm. Then, this operation is repeated 200 times, and the A layer and the B layer are laminated to grow an n-type cladding layer 106 made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 1 μm. At this time, if the Al mixed crystal ratio of undoped AlGaN is in the range of 0.05 or more and 0.3 or less, a refractive index difference that sufficiently functions as a cladding layer can be provided.

(n型光ガイド層106) 次に、同様の温度で、原料ガスにTMG及びアンモ
ニアを用い、アンドープのGaNよりなるn型光ガイド層106を0.1μmの
膜厚で成長させる。また、n型不純物をドープしてもよい。
(N-type light guide layer 106) Next, at the same temperature, using TMG and ammonia as source gases, an n-type light guide layer 106 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.1 μm. Further, an n-type impurity may be doped.

(第1の窒化物半導体131) 次に、図6に示すように、温度を800℃にし
て、原料ガスにTMI(トリメチルインジウム)、TMGを用い、Siドープの
In0.05Ga0.95N、膜厚500Åよりなる第1の窒化物半導体層を形成する。
(First Nitride Semiconductor 131) Next, as shown in FIG. 6, the temperature is set to 800 ° C., TMI (trimethylindium) and TMG are used as source gases, Si-doped In 0.05 Ga 0.95 N, film thickness A first nitride semiconductor layer of 500 Å is formed.

(活性層107) 次に、温度を800℃にして、図6に示すように、原料ガス
にTMI(トリメチルインジウム)、TMGを用い、アンドープのIn0.05Ga
0.95Nよりなる障壁層、その上に、アンドープのIn0.32Ga0.68Nよりなる井
戸層を、障壁層2a/井戸層1a/障壁層2b/井戸層1b/障壁層2cの順に
積層する。この時、図6に示すように、障壁層2a、2b、2cを130Åの膜
厚で、井戸層1a、1bを25Åの膜厚で形成する。活性層107は、総膜厚約
440Åの多重量子井戸構造(MQW)となる。
(Active layer 107) Next, the temperature was set to 800 ° C., and as shown in FIG. 6, TMI (trimethylindium) and TMG were used as source gases, and undoped In 0.05 Ga.
A barrier layer made of 0.95 N and a well layer made of undoped In 0.32 Ga 0.68 N are stacked in this order: barrier layer 2 a / well layer 1 a / barrier layer 2 b / well layer 1 b / barrier layer 2 c. At this time, as shown in FIG. 6, the barrier layers 2a, 2b and 2c are formed with a thickness of 130 mm, and the well layers 1a and 1b are formed with a thickness of 25 mm. The active layer 107 has a multiple quantum well structure (MQW) with a total film thickness of about 440 mm.

(p側電子閉込め層108) 次に、同様の温度で、原料ガスにTMA、TMG
及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCp2Mg(シクロペンタジエニルマ
グネシウム)を用い、Mgを1×1019/cm3ドープしたAl0.3Ga0.7Nより
なるp型電子閉込層108を100Åの膜厚で成長させる。この層は、特に設け
られていなくても良いが、設けることで電子閉込めとして機能し、閾値の低下に
寄与するものとなる。
(P-side electron confinement layer 108) Next, at the same temperature, TMA and TMG are used as source gases.
And p-type electron confinement layer 108 made of Al 0.3 Ga 0.7 N doped with 1 × 10 19 / cm 3 of Mg using Cp 2 Mg (cyclopentadienylmagnesium) as an impurity gas and ammonia. Grow with thickness. Although this layer does not need to be provided in particular, it functions as electron confinement and contributes to lowering the threshold.

(p型光ガイド層109:第2の窒化物半導体層) 次に、温度を1050℃に
して、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるp
型光ガイド層109を0.15μmの膜厚で成長させる。
(P-type light guide layer 109: second nitride semiconductor layer) Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMG and ammonia are used as source gases, and p made of undoped GaN is used.
The mold light guide layer 109 is grown to a thickness of 0.15 μm.

このp型光ガイド層109は、アンドープとして成長させるが、p側電子閉込
め層108、p型クラッド層109等の隣接層からのMgの拡散により、Mg濃
度が5×1016/cm3となりp型を示す。またこの層は成長時に意図的にMgを
ドープしても良い。
The p-type light guide layer 109 is grown as an undoped layer, but the Mg concentration becomes 5 × 10 16 / cm 3 due to diffusion of Mg from adjacent layers such as the p-side electron confinement layer 108 and the p-type cladding layer 109. p-type. This layer may be intentionally doped with Mg during growth.

(p型クラッド層110) 続いて、1050℃でアンドープAl0.05Ga0.95
Nよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、続いてTMAを止め、Cp2Mgを用
いて、MgドープGaNよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、それを90回繰
り返して総膜厚0.45μmの超格子層よりなるp型クラッド層110を成長さ
せる。p型クラッド層は少なくとも一方がAlを含む窒化物半導体層を含み、互
いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製
した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを
行うと結晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープしても良い。ク
ラッド層110は、Alを含む窒化物半導体層、好ましくはAlXGa1-XN(0
<X≦1)を含む超格子構造とすることが望ましく、さらに好ましくはGaNと
AlGaNとを積層した超格子構造とする。p側クラッド層110を超格子構造
とすることによって、クラッド層全体のAl混晶比を上げることができるので、
クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大き
くなるので、閾値を低下させる上で非常に有効である。さらに、超格子としたこ
とにより、クラッド層自体に発生するピットが超格子にしないものよりも少なく
なるので、ショートの発生も低くなる。
(P-type cladding layer 110) Subsequently, undoped Al 0.05 Ga 0.95 at 1050 ° C.
A layer made of N is grown to a thickness of 25 mm, then TMA is stopped, a layer made of Mg-doped GaN is grown to a thickness of 25 mm using Cp 2 Mg, and this is repeated 90 times to obtain a total film thickness. A p-type cladding layer 110 made of a 0.45 μm superlattice layer is grown. When the p-type cladding layer is made of a superlattice in which at least one nitride semiconductor layer containing Al is included and nitride semiconductor layers having different band gap energies are stacked, impurities are heavily doped in either one of the layers. Although so-called modulation doping tends to improve the crystallinity, both may be doped in the same manner. The clad layer 110 is a nitride semiconductor layer containing Al, preferably Al x Ga 1 -xN (0
A superlattice structure including <X ≦ 1) is desirable, and a superlattice structure in which GaN and AlGaN are stacked is more preferable. Since the p-side cladding layer 110 has a superlattice structure, the Al mixed crystal ratio of the entire cladding layer can be increased.
Since the refractive index of the cladding layer itself is reduced and the band gap energy is increased, it is very effective for lowering the threshold value. Furthermore, since the superlattice is used, the number of pits generated in the clad layer itself is less than that not formed in the superlattice, so that the occurrence of short circuit is also reduced.

(p型コンタクト層111) 最後に、1050℃で、p型クラッド層110の
上に、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp型コンタクト層
111を150Åの膜厚で成長させる。p型コンタクト層111はp型のInX
AlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成することができ、好ましく
はMgをドープしたGaNとすれば、p電極120と最も好ましいオーミック接
触が得られる。コンタクト層111は電極を形成する層であるので、1×1017
/cm3以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。1×1017/cm3よりも低い
と電極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向にある。さらにコンタク
ト層の組成をGaNとすると、電極材料と好ましいオーミックが得られやすくな
る。反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、700℃でアニ
ーリングを行い、p型層を更に低抵抗化する。
(P-type contact layer 111) Finally, a p-type contact layer 111 made of p-type GaN doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg is formed on the p-type cladding layer 110 at 1050 ° C. to a thickness of 150 mm. Grow. The p-type contact layer 111 is p-type In X
Al Y Ga 1-XY N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) can be formed, and the most preferable ohmic contact with the p-electrode 120 can be obtained by using GaN doped with Mg. Since the contact layer 111 is a layer for forming an electrode, 1 × 10 17
A high carrier concentration of / cm 3 or higher is desirable. If it is lower than 1 × 10 17 / cm 3, it tends to be difficult to obtain a preferable ohmic with the electrode. Furthermore, when the composition of the contact layer is GaN, a preferable ohmic with the electrode material is easily obtained. After the completion of the reaction, the wafer is annealed in a reaction vessel at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer.

以上のようにして窒化物半導体を成長させ各層を積層した後、ウエハを反応容
器から取り出し、最上層のp型コンタクト層の表面にSiO2よりなる保護膜を
形成して、RIE(反応性イオンエッチング)を用いSiCl4ガスによりエッ
チングし、図1に示すように、n電極を形成すべきn型コンタクト層103の表
面を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチングするには保護膜とし
てSiO2が最適である。
After growing the nitride semiconductor and laminating the layers as described above, the wafer is taken out from the reaction vessel, and a protective film made of SiO 2 is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and RIE (reactive ions) is formed. etched with SiCl 4 gas using the etching), as shown in FIG. 1 to expose the surface of the n-type contact layer 103 for forming the n electrode. Thus, SiO 2 is optimal as a protective film for deep etching of the nitride semiconductor.

次に上述したストライプ状の導波路領域として、リッジストライプを形成する
。まず、最上層のp型コンタクト層(上部コンタクト層)のほぼ全面に、PVD
装置により、Si酸化物(主として、SiO2)よりなる第1の保護膜161を
0.5μmの膜厚で形成した後、第1の保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ
、RIE(反応性イオンエッチング)装置により、CF4ガスを用い、フォトリ
ソグラフィー技術によりストライプ幅1.6μmの第1の保護膜161とする。
この時、リッジストライプの高さ(エッチング深さ)は、p型コンタクト層11
1、およびp型クラッド層109、p型光ガイド層110の一部をエッチングし
て、p型光ガイド層109の膜厚が0.1μmとなる深さまでエッチングして、
形成する。
Next, a ridge stripe is formed as the above-described stripe-shaped waveguide region. First, PVD is formed on almost the entire surface of the uppermost p-type contact layer (upper contact layer).
A first protective film 161 made of Si oxide (mainly SiO 2 ) is formed with a thickness of 0.5 μm by an apparatus, and then a mask having a predetermined shape is applied on the first protective film, and RIE ( The first protective film 161 having a stripe width of 1.6 μm is formed by a photolithography technique using CF 4 gas by a reactive ion etching apparatus.
At this time, the height (etching depth) of the ridge stripe is the p-type contact layer 11.
1 and a part of the p-type cladding layer 109 and the p-type light guide layer 110 are etched to a depth at which the thickness of the p-type light guide layer 109 is 0.1 μm.
Form.

次に、リッジストライプ形成後、第1の保護膜161の上から、Zr酸化物(
主としてZrO2)よりなる第2の保護膜162を、第1の保護膜の上と、エッ
チングにより露出されたp型光ガイド層109の上に0.5μmの膜厚で連続し
て形成する。
Next, after forming the ridge stripe, the Zr oxide (
A second protective film 162 mainly made of ZrO 2 ) is continuously formed with a film thickness of 0.5 μm on the first protective film and on the p-type light guide layer 109 exposed by etching.

第2の保護膜162形成後、ウエハを600℃で熱処理する。このようにSi
2以外の材料を第2の保護膜として形成した場合、第2の保護膜成膜後に、3
00℃以上、好ましくは400℃以上、窒化物半導体の分解温度以下(1200
℃)で熱処理することにより、第2の保護膜が第1の保護膜の溶解材料(フッ酸
)に対して溶解しにくくなるため、この工程を加えることがさらに望ましい。
After forming the second protective film 162, the wafer is heat-treated at 600 ° C. Thus Si
When a material other than O 2 is formed as the second protective film, 3 is formed after the second protective film is formed.
00 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, and below the decomposition temperature of the nitride semiconductor (1200
It is more desirable to add this step, because the second protective film becomes difficult to dissolve in the dissolved material (hydrofluoric acid) of the first protective film by heat treatment at a temperature of [deg.] C.).

次に、ウエハをフッ酸に浸漬し、第1の保護膜161をリフトオフ法により除
去する。このことにより、p型コンタクト層111の上に設けられていた第1の
保護膜161が除去されて、p型コンタクト層が露出される。以上のようにして
、図1に示すように、リッジストライプの側面、及びそれに連続する平面(p型
光ガイド層109の露出面)に第2の保護膜162が形成される。
Next, the wafer is immersed in hydrofluoric acid, and the first protective film 161 is removed by a lift-off method. As a result, the first protective film 161 provided on the p-type contact layer 111 is removed, and the p-type contact layer is exposed. As described above, as shown in FIG. 1, the second protective film 162 is formed on the side surface of the ridge stripe and on the plane continuous therewith (exposed surface of the p-type light guide layer 109).

このように、p型コンタクト層112の上に設けられた第1の保護膜161が
、除去された後、図1に示すように、その露出したp型コンタクト層111の表
面にNi/Auよりなるp電極120を形成する。但しp電極120は100μ
mのストライプ幅として、図1に示すように、第2の保護膜162の上に渡って
形成する。第2の保護膜162形成後、既に露出させたn型コンタクト層103
の表面にはTi/Alよりなるストライプ状のn電極121をストライプと平行
な方向で形成する。
Thus, after the first protective film 161 provided on the p-type contact layer 112 is removed, the exposed surface of the p-type contact layer 111 is made of Ni / Au as shown in FIG. A p-electrode 120 is formed. However, the p-electrode 120 is 100 μm
A stripe width of m is formed over the second protective film 162 as shown in FIG. After forming the second protective film 162, the n-type contact layer 103 already exposed is exposed.
A striped n-electrode 121 made of Ti / Al is formed in the direction parallel to the stripe.

次に、n電極を形成するためにエッチングして露出された面でp,n電極に、
取り出し電極を設けるため所望の領域にマスクし、SiO2とTiO2よりなる誘
電体多層膜164を設けた後、p,n電極上にNi−Ti−Au(1000Å−
1000Å−8000Å)よりなる取り出し(パット)電極122,123をそ
れぞれ設けた。この時、活性層107の幅は、200μmの幅(共振器方向に垂
直な方向の幅)であり、共振器面(反射面側)にもSiO2とTiO2よりなる誘
電体多層膜が設けられる。
Next, the p and n electrodes are etched and exposed to form an n electrode.
A desired region is masked to provide an extraction electrode, and a dielectric multilayer film 164 made of SiO 2 and TiO 2 is provided, and then Ni—Ti—Au (1000Å−) is formed on the p and n electrodes.
Extraction (pad) electrodes 122 and 123 each having a thickness of 1000 to 8000 cm were provided. At this time, the width of the active layer 107 is 200 μm (width in the direction perpendicular to the resonator direction), and a dielectric multilayer film made of SiO 2 and TiO 2 is also provided on the resonator surface (reflection surface side). It is done.

以上のようにして、n電極とp電極とを形成した後、ストライプ状の電極に垂
直な方向で、窒化物半導体のM面(GaNのM面、(1 1- 0 0)など)でバー状
に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザ素子を得る。この時、共振器
長は、650μmである。このようにして得られるレーザ素子は、図6に示す積
層構造20、及びバンドギャップエネルギー図となるものである。
After forming the n-electrode and the p-electrode as described above, a bar is formed on the nitride semiconductor M-plane (GaN M-plane, (1 1-0 0), etc.) in a direction perpendicular to the stripe-shaped electrode. Then, a bar-shaped wafer is further divided to obtain a laser element. At this time, the resonator length is 650 μm. The laser element obtained in this way has a laminated structure 20 shown in FIG. 6 and a band gap energy diagram.

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

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

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

[実施例3]
実施例2において、図8に示すように、第1の窒化物半導体層31を、活性層
から200Å離れたところに設ける。このとき、n側クラッド層と活性層とで挟
まれた積層構造が、n型クラッド層25/第1のn型光ガイド層26a/第1の
窒化物半導体層31/第2のn型光ガイド層26b/活性層12の順に積層され
た構造となり、第1のn型光ガイド層26aをアンドープGaNで800Åとし
、第2のn型光ガイド層26bをアンドープGaNで200Åとする。得られる
レーザ素子は、実施例2に比べて、第1の窒化物半導体層が活性層から離れてい
ることから、第1の窒化物半導体層による光の閉じ込め、キャリアの注入効果が
弱まり、また導波路内での光の分布が実施例1よりもn型クラッド層側に多く分
布するものとなり、活性層での誘導放出が減少し、また第1の窒化物半導体によ
る光の損失も発生し、実施例2よりも閾値電流が大きくなる傾向にある。
[Example 3]
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, the first nitride semiconductor layer 31 is provided at a distance of 200 mm from the active layer. At this time, the laminated structure sandwiched between the n-side cladding layer and the active layer is n-type cladding layer 25 / first n-type light guide layer 26a / first nitride semiconductor layer 31 / second n-type light. The guide layer 26b / active layer 12 are stacked in this order, and the first n-type light guide layer 26a is 800 26 with undoped GaN, and the second n-type light guide layer 26b is 200 で with undoped GaN. In the obtained laser element, since the first nitride semiconductor layer is separated from the active layer as compared with Example 2, the light confinement and carrier injection effects by the first nitride semiconductor layer are weakened. The distribution of light in the waveguide is more distributed on the n-type cladding layer side than in Example 1, stimulated emission in the active layer is reduced, and light loss due to the first nitride semiconductor also occurs. The threshold current tends to be larger than in the second embodiment.

[実施例4]
実施例1において、図7に示すように、n型光ガイド層としてアンドープIn
0.05Ga0.95N、膜厚0.15μmからなる第1の窒化物半導体を用い、実施例
1と同様にしてレーザ素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例1に比べて、
InGaNからなるn型光ガイド層により、導波路とクラッド層との屈折率差が
大きくなるが、厚膜のn型光ガイド層による光の吸収が大きくなり、また導波路
内での光分布も、活性層からn型クラッド層に至る領域にブロードに広がって分
布しているものと思われ、活性層での誘導放出が減少し、実施例1に比べて、閾
値電流が大きくなる。この時、n型光ガイド層(第1の窒化物半導体層)をIn
GaN/GaNからなる超格子多層膜で形成しても、単一膜で形成する場合に比
べて、膜の結晶性は良くなるものの、光の分布、導波路の屈折率、の問題は、単
一膜の場合と同等なもので、得られるレーザ素子も同様な傾向の特性のものとな
る。
[Example 4]
In Example 1, as shown in FIG. 7, as an n-type light guide layer, undoped In
A laser element is obtained in the same manner as in Example 1 using a first nitride semiconductor composed of 0.05 Ga 0.95 N and a film thickness of 0.15 μm. The resulting laser element is compared to Example 1,
The n-type light guide layer made of InGaN increases the refractive index difference between the waveguide and the clad layer, but the absorption of light by the thick n-type light guide layer increases, and the light distribution in the waveguide also increases. This is considered to be broadly distributed in the region from the active layer to the n-type cladding layer, the stimulated emission in the active layer is reduced, and the threshold current is increased as compared with Example 1. At this time, the n-type light guide layer (first nitride semiconductor layer) is made of In.
Even though a GaN / GaN superlattice multilayer film is formed, the crystallinity of the film is improved as compared with the case of forming a single film, but the problems of light distribution and waveguide refractive index are This is equivalent to the case of a single film, and the obtained laser element has the same tendency.

[参考例1]
実施例4において、p側光ガイド層を、n側光ガイド層と同じアンドープI
0.05Ga0.95Nとして、その他は実施例4と同様にして、レーザ素子を得る。
得られるレーザ素子は、実施例1の導波路構造に比較して、第1の窒化物半導体
を設けずに、n型光ガイド層をp型光ガイド層と同じ膜厚にして、両方の光ガイ
ド層ともInを含む窒化物半導体を用いた構造となる。このようにして得られる
レーザ素子は、p型光ガイド層にInを含む窒化物半導体を用いていることによ
り、大きく結晶性が悪化し、さらに、光ガイド層による光の吸収が発生し、実施
例1に比べて閾値電流が大きくなる。図9は、参考例1で、井戸層のIn混晶比
を変化させて、425nm〜450nmの波長のレーザ素子を作製し、しきい値
電流密度Jthを測定して、閾値電流密度の波長依存性を示すものである。図9
から明らかなように、上部、下部光ガイド層にInを含む窒化物半導体を用いた
構造では、430nm付近から波長が長くなるに従って急激な閾値電流密度の上
昇傾向を示し、440nm以上の長波長域では、実施例1に比べて、閾値電流密
度が大きくなり、そしてそれより波長が長くなるに従って、その差が大きくなる
ことがわかる。
[Reference Example 1]
In Example 4, the p-side light guide layer is made of the same undoped I as the n-side light guide layer.
A laser element is obtained in the same manner as in Example 4 except that n 0.05 Ga 0.95 N is used.
The obtained laser element has the same thickness as that of the p-type light guide layer without providing the first nitride semiconductor as compared with the waveguide structure of the first embodiment. The guide layer also has a structure using a nitride semiconductor containing In. The laser element obtained in this manner is significantly deteriorated in crystallinity due to the use of a nitride semiconductor containing In in the p-type light guide layer, and further, light absorption by the light guide layer occurs. Compared to Example 1, the threshold current becomes larger. FIG. 9 shows a reference example 1 in which a laser element having a wavelength of 425 nm to 450 nm is manufactured by changing the In mixed crystal ratio of the well layer, the threshold current density Jth is measured, and the wavelength dependence of the threshold current density is measured. It shows sex. FIG.
As is clear from the above, in the structure using the nitride semiconductor containing In in the upper and lower light guide layers, the threshold current density rapidly increases as the wavelength increases from around 430 nm, and the long wavelength region of 440 nm or more. Then, compared with Example 1, it turns out that the difference becomes large as a threshold current density becomes large and wavelength becomes longer than it.

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

(n型クラッド層105) n型コンタクト層103、クラック防止層104(
省略可)の上に、n型クラッド層として、アンドープのAl0.1Ga0.9
よりなる第1の層を25Åの膜厚で成長させ、続いて、TMAを止め、不純物ガ
スとしてシランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープしたAl0.0
Ga0.95Nよりなる第2の層を25Åの膜厚で成長させる。そして、この
操作をそれぞれ200回繰り返して第1の層と第2の層とを交互に積層し、総膜
厚1μmの多層膜(超格子構造)よりなるn型クラッド層106を成長させる。
このn型クラッド層は、活性層の下に設けられた下部クラッド層となる場合、超
格子多層膜で構成しなくても、単一膜、若しくは膜厚100Å以上の層を有する
多層膜でもクラッド層を形成することができる。
(N-type cladding layer 105) n-type contact layer 103, crack prevention layer 104 (
On top of the undoped Al 0.1 Ga 0.9 N as an n-type cladding layer
A first layer of a more is grown to a thickness of 25 Å, followed by stopping the TMA, using a silane gas as the impurity gas, and 5 × 1018 / cm3 doped with Si Al 0.0
A second layer made of 5 Ga 0.95 N is grown to the thickness of 25 Å. Then, this operation is repeated 200 times, and the first layer and the second layer are alternately laminated to grow the n-type cladding layer 106 made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 1 μm.
When this n-type cladding layer is a lower cladding layer provided under the active layer, it does not have to be composed of a superlattice multilayer film, but can be a single film or a multilayer film having a thickness of 100 mm or more. A layer can be formed.

(n型光ガイド層106) SiドープのGaNよりなる第3の層を膜厚15Å
で成長させ、続いて、アンドープのIn0.05Ga0.95Nよりなる第4の
層を膜厚15Åで成長させる。そして、この操作をそれぞれ60回繰り返して第
3の層と第4の層とを交互に積層し、総膜厚0.18μmの多層膜(超格子構造
)よりなるn型光ガイド層106を、n型クラッド層の上に、成長させる。
(N-type light guide layer 106) A third layer made of Si-doped GaN is formed with a thickness of 15 mm.
Then, a fourth layer made of undoped In 0.05 Ga 0.95 N is grown to a thickness of 15 mm. Then, this operation is repeated 60 times, and the third layer and the fourth layer are alternately stacked. Growing on the n-type cladding layer.

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

(活性層107) 図10に示すように、膜厚130ÅのアンドープのGaNよ
りなるn側障壁層2a、膜厚25ÅのアンドープのIn0.25Ga0.75
よりなる井戸層1a、膜厚100ÅのアンドープGaNよりなる障壁層2b、そ
の上に、井戸層1aと同じ井戸層1b、膜厚530ÅのアンドープIn0.05
Ga0.95Nよりなるp側障壁層2cを、障壁層2a/井戸層1a/障壁層2
b/井戸層1b/障壁層2cの順に積層する。活性層107は、総膜厚約810
Åの多重量子井戸構造(MQW)となり、第1の窒化物半導体層の上に形成され
る。また、n側障壁層2aと第1の窒化物半導体層が接する場合には、第1の窒
化物半導体層がn側障壁層2aを兼ねることができ、この場合には、n側障壁層
2aを省略でき、活性層に接する第1の窒化物半導体層がn側障壁層2aとして
も機能する。
(Active layer 107) As shown in FIG. 10, an n-side barrier layer 2a made of undoped GaN having a thickness of 130 mm, and undoped In 0.25 Ga 0.75 N having a thickness of 25 mm.
Well layer 1a, barrier layer 2b made of undoped GaN with a thickness of 100 、, and further, well layer 1b same as well layer 1a, undoped In 0.05 with a thickness of 530
The p-side barrier layer 2c made of Ga 0.95 N is replaced with a barrier layer 2a / well layer 1a / barrier layer 2
The layers are stacked in the order of b / well layer 1b / barrier layer 2c. The active layer 107 has a total film thickness of about 810.
A multi-quantum well structure (MQW) is formed, and is formed on the first nitride semiconductor layer. Further, when the n-side barrier layer 2a is in contact with the first nitride semiconductor layer, the first nitride semiconductor layer can also serve as the n-side barrier layer 2a. In this case, the n-side barrier layer 2a The first nitride semiconductor layer in contact with the active layer also functions as the n-side barrier layer 2a.

(p側電子閉込め層108) 次に、同様の温度で、原料ガスにTMA、TMG
及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCp2Mg(シクロペンタジエニルマ
グネシウム)を用い、Mgを1×1019/cm3ドープしたAl0.3Ga0.7
よりなるp型電子閉込層108を100Åの膜厚で成長させる。この層は、特に
設けられていなくても良いが、設けることで電子閉込めとして機能し、閾値の低
下に寄与するものとなる。
(P-side electron confinement layer 108) Next, at the same temperature, TMA and TMG are used as source gases.
And ammonia, Cp2Mg (cyclopentadienylmagnesium) as an impurity gas, and Al 0.3 Ga 0.7 N doped with Mg at 1 × 10 19 / cm 3
A p-type electron confinement layer 108 is grown to a thickness of 100 mm. Although this layer does not need to be provided in particular, it functions as electron confinement and contributes to lowering the threshold.

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

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

このように、n型クラッド層25、n型光ガイド層27、第1の窒化物半導体
層31、活性層27、p側電子閉込め層28、p型光ガイド層29、p型クラッ
ド層30が、図10に示すように積層された構造となり、その時の各層における
In組成、Al組成は、41、42に示すような構造となる。また、この実施例
では、光ガイド層において、多層膜n型光ガイド層を構成する第4の層が、p型
光ガイド層の第4の層よりも膜厚が厚く形成されており、すなわち、n型光ガイ
ド層のIn混晶比(平均組成)が、p型光ガイド層に比べて大きくした構造とな
っていることで、p型層側にInを含む窒化物半導体層を設けることの結晶性悪
化を低減した構造となっている。また、In混晶比が、n型光ガイド層よりもp
型光ガイド層を小さくする構成としては、膜厚を小さくするほかに、多層膜を構
成する第3,4の層のIn混晶比を小さくすることでも可能である。
このようにして得られるレーザ素子は、しきい値電流密度1.9kA/cm2
、波長453nm、室温での連続発振が可能で、60℃、5mWの連続発振にお
ける素子寿命1万時間に達する窒化物半導体レーザ素子が得られる。
Thus, the n-type cladding layer 25, the n-type light guide layer 27, the first nitride semiconductor layer 31, the active layer 27, the p-side electron confinement layer 28, the p-type light guide layer 29, and the p-type cladding layer 30. However, as shown in FIG. 10, the stacked structure is obtained, and the In composition and the Al composition in each layer at that time are structures as shown in 41 and 42. In this embodiment, in the light guide layer, the fourth layer constituting the multilayer n-type light guide layer is formed thicker than the fourth layer of the p-type light guide layer. The nitride semiconductor layer containing In is provided on the p-type layer side because the In mixed crystal ratio (average composition) of the n-type light guide layer is larger than that of the p-type light guide layer. The crystallinity deterioration of the structure is reduced. Also, the In mixed crystal ratio is p higher than that of the n-type light guide layer.
As a configuration for reducing the type light guide layer, in addition to reducing the film thickness, it is also possible to reduce the In mixed crystal ratio of the third and fourth layers constituting the multilayer film.
The laser element thus obtained has a threshold current density of 1.9 kA / cm 2.
Thus, a nitride semiconductor laser element capable of continuous oscillation at a wavelength of 453 nm and room temperature and having a device lifetime of 10,000 hours at 60 ° C. and 5 mW continuous oscillation can be obtained.

[実施例6]
実施例5において、n型クラッド層、p型クラッド層の多層膜を構成する第1
の層を、アンドープAl0.05Ga0.95Nとし、第2の層を、それぞれS
i、MgドープGaNとする他は、実施例5と同様にしてレーザ素子を得る。
[Example 6]
In Example 5, a first multilayer film comprising an n-type cladding layer and a p-type cladding layer is formed.
The layer is undoped Al 0.05 Ga 0.95 N, and the second layer is S
A laser element is obtained in the same manner as in Example 5 except that i and Mg-doped GaN are used.

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

本発明の一実施形態を説明する模式断面図。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態を説明する模式断面図。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態を説明する模式断面図。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態を説明する模式図。The schematic diagram explaining one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る積層構造20と、その積層構造に対応するバンド構造21を説明する模式図。The schematic diagram explaining the laminated structure 20 which concerns on one Embodiment of this invention, and the band structure 21 corresponding to the laminated structure. 本発明の一実施形態に係る積層構造20と、その積層構造に対応するバンド構造21を説明する模式図。The schematic diagram explaining the laminated structure 20 which concerns on one Embodiment of this invention, and the band structure 21 corresponding to the laminated structure. 本発明の一実施形態に係る積層構造20と、その積層構造に対応するバンド構造21を説明する模式図。The schematic diagram explaining the laminated structure 20 which concerns on one Embodiment of this invention, and the band structure 21 corresponding to the laminated structure. 本発明の一実施形態に係る積層構造20と、その積層構造に対応するバンド構造21を説明する模式図。The schematic diagram explaining the laminated structure 20 which concerns on one Embodiment of this invention, and the band structure 21 corresponding to the laminated structure. 本発明の一実施形態と参考例1の実施形態における閾値電流密度の波長依存性を示す図。The figure which shows the wavelength dependence of the threshold current density in one Embodiment of this invention and embodiment of the reference example 1. FIG. 本発明の一実施形態に係る積層構造20と、その積層構造に対応するバンド構造21、Al組成比41、In組成比42とを説明する模式図。The schematic diagram explaining the laminated structure 20 which concerns on one Embodiment of this invention, and the band structure 21, Al composition ratio 41, and In composition ratio 42 corresponding to the laminated structure. 本発明の一実施形態に係る図10の積層構造20に対応する不純物濃度変化(51,52)を説明する模式図。The schematic diagram explaining the impurity concentration change (51, 52) corresponding to the laminated structure 20 of FIG. 10 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の各実施形態(実施例1,5,6)における閾値電流の波長依存性を示す図。The figure which shows the wavelength dependence of the threshold current in each embodiment (Example 1, 5, 6) of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・井戸層、 2(2b)・・・障壁層、 2a・・・n側障壁層、
2c・・・p側障壁層、 11・・・n型窒化物半導体層、 12・・・
活性層、 13・・・p型窒化物半導体層、 20・・・積層構造、 1
01・・・基板(GaN基板) 102・・・バッファ層、 103・・・
n型コンタクト層、 104・・・クラック防止層、 105,25,22
5・・・n型クラッド層(下部クラッド層)、 106,26,226・・・
n型光ガイド層(下部光ガイド層)、 107,27,227・・・活性層、
108,28,228・・・p側電子閉込め層、 109,29,229
・・・p型光ガイド層(上部光ガイド層)、 110,30,230・・・p
型クラッド層(上部クラッド層)、 111・・・p型コンタクト層、 1
20・・・p電極、 121・・・n電極、 122・・・pパッド電極、
123・・・nパッド電極、 131,31,231・・・第1の窒化物
半導体層、 32,232・・・第2の窒化物半導体層、 163・・・第
3の保護膜、 164・・・絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Well layer, 2 (2b) ... Barrier layer, 2a ... N side barrier layer,
2c ... p-side barrier layer, 11 ... n-type nitride semiconductor layer, 12 ...
Active layer, 13... P-type nitride semiconductor layer, 20.
01 ... Substrate (GaN substrate) 102 ... Buffer layer, 103 ...
n-type contact layer, 104... crack prevention layer, 105, 25, 22
5 ... n-type cladding layer (lower cladding layer), 106, 26, 226 ...
n-type light guide layer (lower light guide layer), 107, 27, 227... active layer,
108, 28, 228... P-side electron confinement layer, 109, 29, 229
... p-type light guide layer (upper light guide layer), 110, 30, 230 ... p
Type cladding layer (upper cladding layer), 111... P-type contact layer, 1
20 ... p electrode, 121 ... n electrode, 122 ... p pad electrode,
123 ... n pad electrode 131, 31, 231 ... first nitride semiconductor layer 32 232 ... second nitride semiconductor layer 163 ... third protective film 164 ..Insulating film

Claims (23)

活性層を、p型層とn型層とで挟みこむ構造を有し、p型層がp型クラッド層を有し、n型層がn型クラッド層を有する窒化物半導体素子において、
前記活性層がInを含む窒化物半導体を有し、n型クラッド層と活性層との間にIn混晶比がz>0である窒化物半導体からなる第1の窒化物半導体層を有し、p型クラッド層と活性層との間にIn混晶比uがz>uである第2の窒化物半導体層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
In a nitride semiconductor device having an active layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer, the p-type layer having a p-type cladding layer, and the n-type layer having an n-type cladding layer,
The active layer has a nitride semiconductor containing In, and has a first nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor having an In mixed crystal ratio z> 0 between the n-type cladding layer and the active layer. And a second nitride semiconductor layer having an In mixed crystal ratio u>z> u between the p-type cladding layer and the active layer.
活性層を、p型層とn型層とで挟みこむ構造を有し、p型層がp型クラッド層を有し、n型層がn型クラッド層を有する窒化物半導体素子において、
前記活性層がInを含む窒化物半導体を有し、n型クラッド層と活性層との間にInを含む窒化物半導体からなる第1の窒化物半導体層を有し、p型クラッド層と活性層との間にIn混晶比が0である第2の窒化物半導体層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
In a nitride semiconductor device having an active layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer, the p-type layer having a p-type cladding layer, and the n-type layer having an n-type cladding layer,
The active layer has a nitride semiconductor containing In, and has a first nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor containing In between the n-type cladding layer and the active layer, and is active with the p-type cladding layer. A nitride semiconductor device having a second nitride semiconductor layer having an In mixed crystal ratio of 0 between the layers.
前記活性層が、活性層内の障壁層の中で、最も前記n型層側に配置されたn側障壁層(2a)と、最も前記p型層側に配置されたp側障壁層(2c)と、n側障壁層(2a)とp側障壁層(2b)との間に少なくとも1つのInを含む窒化物半導体からなる井戸層を有すると共に、
前記p側障壁層(2c)のn型不純物濃度が、n側障壁層(2a)のn型不純物濃度より小さいことを特徴とする請求項1又は2記載の窒化物半導体素子。
Among the barrier layers in the active layer, the active layer is an n-side barrier layer (2a) disposed closest to the n-type layer, and a p-side barrier layer (2c) disposed closest to the p-type layer. And a well layer made of a nitride semiconductor containing at least one In between the n-side barrier layer (2a) and the p-side barrier layer (2b),
The nitride semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the n-type impurity concentration of the p-side barrier layer (2c) is smaller than the n-type impurity concentration of the n-side barrier layer (2a).
前記p型層が、活性層と第2の窒化物半導体層との間、若しくは活性層とp型クラッド層との間に、Alを含む窒化物半導体からなるp側電子閉込め層を有ることを特徴とする請求項1乃至3記載の窒化物半導体素子。   The p-type layer has a p-side electron confinement layer made of a nitride semiconductor containing Al between the active layer and the second nitride semiconductor layer, or between the active layer and the p-type cladding layer. The nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 3. 前記p型層が、Alを含む窒化物半導体からなるp側電子閉じ込め層を有し、該p側電子閉込め層が、活性層に接して、若しくはバッファ層を介して接して設けられていることを特徴とする請求項1乃至4記載の窒化物半導体素子。   The p-type layer has a p-side electron confinement layer made of a nitride semiconductor containing Al, and the p-side electron confinement layer is provided in contact with the active layer or through a buffer layer. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor device is a semiconductor device. 前記バッファ層が、p側電子閉込め層よりも低いAl混晶比であるAlを含む窒化物半導体からなること、若しくはGaNであることを特徴とする請求項5記載の窒化物半導体素子。   6. The nitride semiconductor device according to claim 5, wherein the buffer layer is made of a nitride semiconductor containing Al having an Al mixed crystal ratio lower than that of the p-side electron confinement layer, or GaN. 前記活性層が、活性層内で最もp側電子閉込め層に近くに、前記n側障壁層(2a)とp側障壁層(2b)との間に設けられた井戸層(1b)を有し、該井戸層(1b)とp側障壁層との距離が100Å以上であることを特徴とする請求項4乃至6記載の窒化物半導体素子。   The active layer has a well layer (1b) provided between the n-side barrier layer (2a) and the p-side barrier layer (2b) closest to the p-side electron confinement layer in the active layer. 7. The nitride semiconductor device according to claim 4, wherein a distance between the well layer (1b) and the p-side barrier layer is 100 mm or more. 前記n側障壁層(2a)、及び/又は、p側障壁層(2c)が、活性層内で最も外側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至6記載の窒化物半導体素子。   7. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the n-side barrier layer (2a) and / or the p-side barrier layer (2c) is disposed on the outermost side in the active layer. 前記第1の窒化物半導体層が活性層に接して設けられることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の窒化物半導体素子。   9. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the first nitride semiconductor layer is provided in contact with the active layer. 前記第1の窒化物半導体層の膜厚が300Å以上であることを特徴とする請求項1乃至9記載の窒化物半導体素子。   10. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the first nitride semiconductor layer is 300 mm or more. 前記井戸層(1b)とp側障壁層(2c)との距離が、400Å以下であることを特徴とする請求項7乃至10記載の窒化物半導体素子。   11. The nitride semiconductor device according to claim 7, wherein a distance between the well layer (1b) and the p-side barrier layer (2c) is 400 mm or less. 前記活性層内で最もn型層側に配置された層としてn側障壁層(2a)を有し、該n側障壁層(2a)と前記第1の窒化物半導体層との膜厚の和が、300Å以上であることを特徴とする請求項9乃至11記載の窒化物半導体素子。   The active layer has an n-side barrier layer (2a) as the layer disposed closest to the n-type layer, and the sum of the film thicknesses of the n-side barrier layer (2a) and the first nitride semiconductor layer The nitride semiconductor device according to claim 9, wherein is not less than 300 mm. 前記第1の窒化物半導体層のIn混晶比zと、前記n側障壁層(2a)のIn混晶比vとが、z≦vであることを特徴とする請求項1乃至9記載の窒化物半導体素子。   10. The In mixed crystal ratio z of the first nitride semiconductor layer and the In mixed crystal ratio v of the n-side barrier layer (2a) satisfy z ≦ v. Nitride semiconductor device. p側障壁層(2c)がp型不純物を有することを特徴とする請求項1乃至10記載の窒化物半導体素子。   11. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the p-side barrier layer (2c) has a p-type impurity. 前記p側障壁層(2c)のn型不純物濃度が、p型不純物濃度より小さいことを特徴とする請求項1乃至14記載の窒化物半導体素子。   15. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the n-type impurity concentration of the p-side barrier layer (2c) is smaller than the p-type impurity concentration. 前記p側障壁層(2c)のn型不純物濃度が、5×1016/cm未満であることを特徴する請求項1乃至15記載の窒化物半導体素子。 16. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein an n-type impurity concentration of the p-side barrier layer (2c) is less than 5 × 10 16 / cm 3 . 前記p型クラッド層、n型クラッド層が、光閉込めのクラッド層であり、Alを含む窒化物半導体を有することを特徴とする請求項1乃至13記載の窒化物半導体素子。   14. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein each of the p-type cladding layer and the n-type cladding layer is a light confinement cladding layer and includes a nitride semiconductor containing Al. 前記活性層がInを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する量子井戸構造を有し、前記第1の窒化物半導体層のIn混晶比が井戸層のIn混晶比より小さいことを特徴とする請求項1乃至14記載の窒化物半導体素子。   The active layer has a quantum well structure having a well layer made of a nitride semiconductor containing In, and the In mixed crystal ratio of the first nitride semiconductor layer is smaller than the In mixed crystal ratio of the well layer, The nitride semiconductor device according to claim 1. 前記活性層と第1の窒化物半導体層との間に、In混晶比が0である窒化物半導体からなるn型光ガイド層を有することを特徴とする請求項1乃至19記載の窒化物半導体素子。   20. The nitride according to claim 1, further comprising an n-type light guide layer made of a nitride semiconductor having an In mixed crystal ratio of 0 between the active layer and the first nitride semiconductor layer. Semiconductor element. 前記p型クラッド層と、n型クラッド層とが、光閉込めのクラッド層であり、前記p型クラッド層と、n型クラッド層との少なくとも一方は、少なくともAlを含む窒化物半導体を有する第1の層と、第1の層とはバンドギャップエネルギーの異なる第2の層とが交互に積層された多層膜クラッド層であることを特徴とする請求項17記載の窒化物半導体素子。   The p-type cladding layer and the n-type cladding layer are optical confinement cladding layers, and at least one of the p-type cladding layer and the n-type cladding layer includes a nitride semiconductor containing at least Al. 18. The nitride semiconductor device according to claim 17, wherein the first semiconductor layer is a multilayer clad layer in which first layers and second layers having different band gap energies are alternately stacked. 前記p型クラッド層、n型クラッド層の少なくとも一方と、活性層との間に、光ガイド層を有し、該光ガイド層は、少なくともInを含む窒化物半導体を有する第3の層と、第3の層とはバンドギャップエネルギーの異なる第4の層とが交互に積層された多層膜光ガイド層であることを特徴とする請求項16又は17記載の窒化物半導体素子。   A light guide layer between at least one of the p-type clad layer and the n-type clad layer and the active layer, and the light guide layer includes a third layer including a nitride semiconductor containing at least In; 18. The nitride semiconductor device according to claim 16, wherein the third layer is a multilayer light guide layer in which fourth layers having different band gap energies are alternately laminated. 前記n型層が、光ガイド層を有し、該n型層の光ガイド層と活性層との間に、第1の窒化物半導体層を有することを特徴とする請求項22記載の窒化物半導体素子。   The nitride according to claim 22, wherein the n-type layer includes a light guide layer, and the first nitride semiconductor layer is provided between the light guide layer and the active layer of the n-type layer. Semiconductor element. 前記p型層が、光ガイド層を有し、該p型層の光ガイド層が、前記第2の窒化物半導体層を有することを特徴とする請求項22又は23記載の窒化物半導体素子。   The nitride semiconductor device according to claim 22 or 23, wherein the p-type layer includes a light guide layer, and the light guide layer of the p-type layer includes the second nitride semiconductor layer.
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010129676A (en) * 2008-11-26 2010-06-10 Sharp Corp Nitride semiconductor laser device and method of manufacturing the same
JP2010183030A (en) * 2009-02-09 2010-08-19 Toyoda Gosei Co Ltd Group-iii nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method of the same
WO2011023625A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Edge-emitting semiconductor laser
WO2013001856A1 (en) * 2011-06-29 2013-01-03 住友電気工業株式会社 Gallium nitride semiconductor laser element and method for manufacturing gallium nitride semiconductor laser element
WO2014140370A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Soitec Semiconductor light emitting structure having active region comprising ingan and method of its fabrication
FR3003396A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-19 Soitec Silicon On Insulator SEMICONDUCTOR STRUCTURES WITH ACTIVE REGIONS COMPRISING INGAN
JP2014183285A (en) * 2013-03-21 2014-09-29 Stanley Electric Co Ltd Light-emitting element
JP2015159327A (en) * 2009-07-31 2015-09-03 日亜化学工業株式会社 nitride semiconductor laser diode
KR20150132199A (en) * 2013-03-15 2015-11-25 소이텍 SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING STRUCTURE HAVING ACTIVE REGION COMPRISING InGaN AND METHOD OF ITS FABRICATION
US9246057B2 (en) 2013-03-15 2016-01-26 Soitec Semiconductor structures having active regions comprising InGaN, methods of forming such semiconductor structures, and light emitting devices formed from such semiconductor structures
US9343626B2 (en) 2013-03-15 2016-05-17 Soitec Semiconductor structures having active regions comprising InGaN, methods of forming such semiconductor structures, and light emitting devices formed from such semiconductor structures
JP2017524252A (en) * 2014-08-04 2017-08-24 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH Optoelectronic component and manufacturing method thereof
JP2018200928A (en) * 2017-05-25 2018-12-20 日亜化学工業株式会社 Semiconductor laser element
WO2023026858A1 (en) * 2021-08-24 2023-03-02 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 Nitride semiconductor light-emitting element

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015119171A (en) 2013-11-13 2015-06-25 スタンレー電気株式会社 Multiquantum well semiconductor light-emitting element

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010129676A (en) * 2008-11-26 2010-06-10 Sharp Corp Nitride semiconductor laser device and method of manufacturing the same
US8085826B2 (en) 2008-11-26 2011-12-27 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor laser device
US8311070B2 (en) 2008-11-26 2012-11-13 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor laser device
JP2010183030A (en) * 2009-02-09 2010-08-19 Toyoda Gosei Co Ltd Group-iii nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method of the same
JP2015159327A (en) * 2009-07-31 2015-09-03 日亜化学工業株式会社 nitride semiconductor laser diode
WO2011023625A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Edge-emitting semiconductor laser
US8625648B2 (en) 2009-08-28 2014-01-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Edge-emitting semiconductor laser
WO2013001856A1 (en) * 2011-06-29 2013-01-03 住友電気工業株式会社 Gallium nitride semiconductor laser element and method for manufacturing gallium nitride semiconductor laser element
US8477818B2 (en) 2011-06-29 2013-07-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Gallium nitride-based semiconductor laser device, and method for fabricating gallium nitride-based semiconductor laser device
US9117955B2 (en) 2013-03-15 2015-08-25 Soitec Semiconductor structures having active regions comprising ingan, methods of forming such semiconductor structures, and light emitting devices formed from such semiconductor structures
US9343626B2 (en) 2013-03-15 2016-05-17 Soitec Semiconductor structures having active regions comprising InGaN, methods of forming such semiconductor structures, and light emitting devices formed from such semiconductor structures
KR102120682B1 (en) * 2013-03-15 2020-06-17 소이텍 SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING STRUCTURE HAVING ACTIVE REGION COMPRISING InGaN AND METHOD OF ITS FABRICATION
WO2014140372A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Soitec Light emitting diode semiconductor structures having active regions comprising ingan
WO2014140370A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Soitec Semiconductor light emitting structure having active region comprising ingan and method of its fabrication
KR20150132199A (en) * 2013-03-15 2015-11-25 소이텍 SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING STRUCTURE HAVING ACTIVE REGION COMPRISING InGaN AND METHOD OF ITS FABRICATION
US9246057B2 (en) 2013-03-15 2016-01-26 Soitec Semiconductor structures having active regions comprising InGaN, methods of forming such semiconductor structures, and light emitting devices formed from such semiconductor structures
FR3003396A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-19 Soitec Silicon On Insulator SEMICONDUCTOR STRUCTURES WITH ACTIVE REGIONS COMPRISING INGAN
US9397258B2 (en) 2013-03-15 2016-07-19 Soitec Semiconductor structures having active regions comprising InGaN, methods of forming such semiconductor structures, and light emitting devices formed from such semiconductor structures
US9634182B2 (en) 2013-03-15 2017-04-25 Soitec Semiconductor structures having active regions including indium gallium nitride, methods of forming such semiconductor structures, and related light emitting devices
US9978905B2 (en) 2013-03-15 2018-05-22 Soitec Semiconductor structures having active regions comprising InGaN and methods of forming such semiconductor structures
JP2014183285A (en) * 2013-03-21 2014-09-29 Stanley Electric Co Ltd Light-emitting element
JP2017524252A (en) * 2014-08-04 2017-08-24 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH Optoelectronic component and manufacturing method thereof
JP2018200928A (en) * 2017-05-25 2018-12-20 日亜化学工業株式会社 Semiconductor laser element
JP7116291B2 (en) 2017-05-25 2022-08-10 日亜化学工業株式会社 semiconductor laser element
WO2023026858A1 (en) * 2021-08-24 2023-03-02 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 Nitride semiconductor light-emitting element

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