JP2008177438A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化物半導体発光素子11では、発光層15は、III族窒化物半導体基板13の主面13a上に設けられおり、またIII族元素として少なくともインジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる。AlGaNクラッド層17は、III族窒化物半導体基板13と発光層15との間に設けられている。AlGaNクラッド層17は、第1のAlX1Ga1−X1N(0<X1<1)層19および第2のAlX2Ga1−X2N(X1<X2)層21とを含む。第2のAlX2Ga1−X2N層21は、III族窒化物半導体基板13と発光層15との間に位置している。第1のAlX1Ga1−X1N層19は、第2のAlX2Ga1−X2N層21とIII族窒化物半導体基板13との間に位置する。
【選択図】図2
Description
III族窒化物半導体基板13:n型GaN基板
AlGaNクラッド層17:
第1のAlX1Ga1−X1N層19:n型Al0.03Ga0.97N、厚さ2μm
第2のAlX2Ga1−X2N層21:n型Al0.07Ga0.93N、厚さ600nm
中間層22:n型GaN、厚さ3nm
発光層15(井戸層15a/障壁層15b):アンドープInGaN/InGaN
ガイド層27:アンドープGaN、厚さ100nm
電子ブロック層23:p型Al0.18Ga0.82N、厚さ20nm
クラッド層25:p型Al0.07Ga0.93N、厚さ400nm
コンタクト層29:GaN、厚さ50nm
である。
有機金属気相成長(MOVPE)法により半導体レーザを作製した。この半導体レーザは、青紫色の波長範囲(390nm〜420nm)のレーザ光を発生する。
半導体成長のための原料として、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アンモニア、モノシラン、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。n型GaN(0001)基板を準備する。このn型GaN基板は、貫通転位密度1×106cm−2未満の低欠陥領域と、欠陥集中領域とを有する。低欠陥領域および欠陥集中領域は、例えばストライプ状を成しており、交互に配列されている。このn型GaN基板をサセプタ上に配置する。結晶成長炉の炉圧力を30kPaにコントロールしながらアンモニアと水素を炉内に供給して、摂氏1050度の基板温度でn型GaN基板に10分間のクリーニングを行った。その後、結晶成長すること無く基板温度を摂氏1100度に上昇させる。トリメチルガリウム(例えば99μmol/分)、トリメチルアルミニウム(例えば8.2μmol/分)、アンモニア、モノシランを成長炉に供給して、膜厚2000nmのn型AlGaN層(例えばAl組成3%)を成長した。キャリアガスとして主に水素を用いた。n型AlGaN層は、基板の表面を覆っており、良好なモフォロジを有しているので、引き続く結晶成長のために良好な下地を提供する。
である。
実験例1と同様にGaN基板のサーマルクリーニングを行った後、摂氏1100度の基板温度で、トリメチルガリウム(24μmol/分)、トリメチルアルミニウム(4.3μmol/分)、アンモニア、モノシランを成長炉に供給して、膜厚50nmのn型AlGaN層(Al組成12%)をGaN基板の主面上に成長した。キャリアガスとして主に水素を用いた。
実験例1において、ノンドープGaN中間層を成長した後に成長を中断して、基板温度を摂氏800度に変更する。摂氏800度の基板温度において、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、アンモニアを導入し、厚さ50nmのノンドープInGaN緩衝層(In組成4%)を成長した。キャリアガスとして主に窒素を用いた。この後、実験例1と同様に引き続く半導体積層(量子井戸発光層、ノンドープGaNガイド層、p型AlGaN電子ブロック層、p型AlGaNクラッド層、p型GaNコンタクト層)を形成した。図4に示される窒化ガリウム系半導体積層を含むエピタキシャル基板生産物が完成した。このエピタキシャル基板生産物を炉内から取り出して、光学顕微鏡で表面観察を行ったところ、実験例2のエピタキシャル基板生産物の表面よりも良好な表面平坦性が得られていた。
MOVPE法により青紫色レーザ素子を作製した。結晶成長のための原料には、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アンモニア、モノシラン、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。n型GaN(0001)基板を準備する。このn型GaN基板は、貫通転位密度1×106cm−2未満の低欠陥領域と、欠陥集中領域とを有する。低欠陥領域および欠陥集中領域は、例えばストライプ状を成しており、交互に配列されている。このn型GaN基板をサセプタ上に配置する。結晶成長炉の炉圧力を30kPaにコントロールしながらアンモニアと水素を炉内に供給して、摂氏1050度の基板温度でn型GaN基板に10分間のクリーニングを行った。
Claims (14)
- III族窒化物半導体基板と、
III族元素として少なくともインジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなり、前記III族窒化物半導体基板の主面上に設けられた発光層と、
前記III族窒化物半導体基板と前記発光層との間に設けられたAlGaNクラッド層と
を含み、
前記AlGaNクラッド層は、第1のAlX1Ga1−X1N(0<X1<1)層と第2のAlX2Ga1−X2N(X1<X2)層とを含み、
前記第2のAlX2Ga1−X2N層は、前記III族窒化物半導体基板と前記発光層との間に位置しており、
前記第1のAlX1Ga1−X1N層は、前記第2のAlX2Ga1−X2N層と前記III族窒化物半導体基板との間に位置する、ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 前記第1のAlX1Ga1−X1N層のAl組成が4%未満(X1<0.04)であり、
前記第1のAlX1Ga1−X1N層の膜厚が5μm以下であることを特徴とする請求項1に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記第2のAlX2Ga1−X2N層のAl組成が4%以上(0.04≦X2)であり、
前記第2のAlX2Ga1−X2N層の膜厚が1μm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記第1のAlX1Ga1−X1N層が前記III族窒化物半導体基板の主面を覆うようにエピタキシャル成長されている、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記III族窒化物半導体基板と前記第1のAlX1Ga1−X1N層との間に設けられた第3のAlX3Ga1−X3N層(X1<X3≦1)を更に備え、
前記第3のAlX3Ga1−X3N層は前記III族窒化物半導体基板の主面上にエピタキシャル成長されている、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記第1のAlX1Ga1−X1N層の膜厚は、前記第2のAlX2Ga1−X2Nの膜厚より厚い、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- III族窒化物半導体基板と、
III族元素として少なくともインジウムを含むIII族窒化物からなり、前記III族窒化物半導体基板上に設けられた発光層と、
前記III族窒化物半導体基板と前記発光層との間に設けられたAlGaNクラッド層と
を含み、
前記AlGaNクラッド層のAl組成が、前記III族窒化物半導体基板から前記発光層に向く方向に単調に変化しており、
前記AlGaNクラッド層は、第1の面と該第1の面に対向する第2の面とを有しており、
前記III族窒化物半導体基板、前記第1の面、前記第2の面および前記発光層は、順に配列されており、
前記AlGaNクラッド層の前記第1の面における第1のAl組成は、前記AlGaNクラッド層の前記第2の面における第2のAl組成より小さい、ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 前記第1のAl組成は4%未満である、ことを特徴とする請求項7に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記第2のAl組成は4%以上である、ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記AlGaNクラッド層が前記III族窒化物半導体基板の主面に接している、ことを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記AlGaNクラッド層と前記発光層との間に設けられたInX4Ga1−X4N層(0≦X4<1)を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記III族窒化物半導体基板がAlYGa1−YN(0≦Y≦1)からなることを特徴とする請求項1または7に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記III族窒化物半導体基板が、第1の欠陥密度より大きい欠陥密度を有する複数の第1の領域と、前記第1の欠陥密度より小さい欠陥密度を有する第2の領域とを含み、
前記主面は、前記第1および第2の領域がそれぞれ現れた第1および第2のエリアを有し、
前記第1の領域の間には前記第2の領域が設けられている、ことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記第2の領域の転位密度は1×107cm−2以下である、ことを特徴とする請求項13に記載された窒化物半導体発光素子。
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