JP2010027708A

JP2010027708A - Nitride semiconductor device

Info

Publication number: JP2010027708A
Application number: JP2008184708A
Authority: JP
Inventors: Akio Ueda; 章雄上田; Masahiro Ishida; 昌宏石田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-02-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control p-type conversion through p-type impurities diffused from a p-type nitride semiconductor layer in a current constriction layer formed in its interior, thus obtaining a good current constriction characteristic. <P>SOLUTION: Considering the diffusion of p-type impurities from a tertiary p-type light guide layer 10 to a current constriction layer 9, n-type impurity concentration is made so distributed that it has at least one peak in the current constriction layer 9. The peak region of the n-type impurities thereby compensates and captures p-type diffusing impurities, and the p-type conversion of the current constriction layer 9 is suppressed, thus forming a nitride semiconductor device provided with a good current constriction characteristic. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光閉じ込めを有する半導体発光装置、特に電流狭窄構造を持つ窒化物半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device having optical confinement, and more particularly to a nitride semiconductor device having a current confinement structure.

窒化物半導体（窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）およびそれらの混晶）は、発光ダイオードデバイス（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光デバイス、パワーデバイス等の電子デバイスに用いられている。これらの窒化物半導体はシリコン（Ｓｉ）やマグネシウム（Ｍｇ）をドーパントとして用いることにより、ｎ型やｐ型の伝導度制御が可能である。例えば、レーザダイオードを低動作電流で安定動作させるためには活性層へのキャリアの注入を効率よく行うことが必要である。これらの観点からストライプ構造のみに電流路を限定する電流狭窄構造がレーザダイオード素子では採用されている。 Nitride semiconductors (gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN) and mixed crystals thereof) are light emitting diode devices (LED), light emitting devices such as laser diodes (LD), power devices, etc. Used in electronic devices. These nitride semiconductors can control n-type or p-type conductivity by using silicon (Si) or magnesium (Mg) as a dopant. For example, in order to stably operate a laser diode with a low operating current, it is necessary to efficiently inject carriers into the active layer. From these viewpoints, the current confinement structure that limits the current path only to the stripe structure is employed in the laser diode element.

図４は特許文献１に記載された、電流狭窄構造を有するレーザダイオードの断面図である。図４に示す構造は、異種基板１０１上に、アンドープＧａＮの下地層１０２、ＳｉドープＧａＮのｎ型コンタクト層１０３、クラック防止層１０４、ＳｉドープＡｌＧａＮ（アルミニウム窒化ガリウム）のｎ型クラッド層１０５、アンドープＧａＮのｎ型光ガイド層１０６、ＩｎＧａＮ（インジウム窒化ガリウム）／ＧａＮの活性層１０７、ＭｇドープＡｌＧａＮのｐ側キャップ層１０８、アンドープＧａＮのｐ型光ガイド層１０９、ＡｌＧａＮの電流狭窄層３０１、ＭｇドープＡｌＧａＮのｐ型クラッド層１１０、ＭｇドープＧａＮのｐ型コンタクト層１１１を順次積層した構造を備えている。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a laser diode having a current confinement structure described in Patent Document 1. In FIG. The structure shown in FIG. 4 includes an undoped GaN base layer 102, a Si-doped GaN n-type contact layer 103, a crack prevention layer 104, a Si-doped AlGaN (aluminum gallium nitride) n-type cladding layer 105 on a heterogeneous substrate 101. Undoped GaN n-type light guide layer 106, InGaN (indium gallium nitride) / GaN active layer 107, Mg-doped AlGaN p-side cap layer 108, undoped GaN p-type light guide layer 109, AlGaN current confinement layer 301, A p-type cladding layer 110 made of Mg-doped AlGaN and a p-type contact layer 111 made of Mg-doped GaN are sequentially stacked.

ＡｌＧａＮの電流狭窄層３０１はエッチングによって形成されたストライプ状の開口部４１（ストライプ構造）を有している。ＡｌＧａＮの電流狭窄層３０１は窒素ガスをキャリアガスとして成長させ、結晶性を低下させることで、十分な電流狭窄の効果を得ている。
特開２００３−８６８４１号公報 Applied Physics Letters，第68巻，p1829（1996年） OPTO-ELECTRONICS REVIEW，第10巻，p243（2002年） The AlGaN current confinement layer 301 has a stripe-shaped opening 41 (stripe structure) formed by etching. The AlGaN current confinement layer 301 is grown using nitrogen gas as a carrier gas to reduce crystallinity, thereby obtaining a sufficient current confinement effect.
JP 2003-88641 A Applied Physics Letters, Volume 68, p1829 (1996) OPTO-ELECTRONICS REVIEW, Volume 10, p243 (2002)

しかしながら、従来の電流狭窄層の構造では以下のような問題があった。 However, the conventional current confinement layer structure has the following problems.

１．窒化物半導体を用いた発光素子において、ｐ型半導体層中に電流狭窄層として高結晶性を持つｎ型もしくは高抵抗層を作製した場合、ｐ型半導体層中のドーパントであるＭｇの電流狭窄層への拡散が起こり、電流狭窄層がｐ型転化し、電流狭窄の機能が失われてしまう（特許文献１参照）。 1. In a light emitting device using a nitride semiconductor, when an n-type or high-resistance layer having high crystallinity is formed as a current confinement layer in a p-type semiconductor layer, a current confinement layer of Mg as a dopant in the p-type semiconductor layer Diffusion occurs, the current confinement layer becomes p-type, and the current confinement function is lost (see Patent Document 1).

また、図５に示すように、フェルミ準位に応じてＭｇアクセプタの生成エネルギーが変化することが非特許文献１にも開示されており、ｎ型もしくは高抵抗なＧａＮ層中ではＭｇアクセプタの生成エネルギーが小さくなり、Ｍｇの拡散が起こりやすいことが考えられる。非特許文献２には、ＳｉドナーとＭｇアクセプタを同時ドーピングすることでＭｇの溶解度が上昇することが開示されており、図６に示すように、ＧａＮ層中にＳｉドナーが存在する場合にＭｇアクセプタの溶解度、および活性化率が上昇している。 Further, as shown in FIG. 5, it is also disclosed in Non-Patent Document 1 that the generation energy of the Mg acceptor changes according to the Fermi level, and the generation of the Mg acceptor in the n-type or high resistance GaN layer. It is conceivable that energy becomes small and Mg diffusion is likely to occur. Non-Patent Document 2 discloses that the solubility of Mg is increased by simultaneously doping Si donor and Mg acceptor. As shown in FIG. 6, when Si donor is present in the GaN layer, Mg Acceptor solubility and activation rates are increasing.

２．Ｍｇの拡散による影響を抑制する目的で電流狭窄層の厚さ、または電流狭窄層中の全ｎ型の不純物濃度を増加させた場合、Ａｌを含む混晶の電流ブロック層中への歪、および過多不純物ドーピングによるクラック，欠陥の発生が懸念される。そのため、低Ａｌ組成の電流狭窄層の形成に限られてしまい、屈折率差を得られず、十分な光閉じ込めが困難となる。 2. If the thickness of the current confinement layer or the concentration of all n-type impurities in the current confinement layer is increased for the purpose of suppressing the influence of Mg diffusion, the strain into the current blocking layer of the mixed crystal containing Al, and There are concerns about cracks and defects due to excessive impurity doping. Therefore, it is limited to the formation of a current confinement layer having a low Al composition, and a refractive index difference cannot be obtained, so that sufficient light confinement becomes difficult.

３．ｐ型半導体層中からのＭｇ拡散を抑制する目的で電流狭窄層の結晶性を低下させて形成した場合、電流狭窄層形成後に成長するｐ型層の結晶性が電流狭窄層の結晶性に影響を受けることが考えられる。これらの構造では電流狭窄層が欠陥を含んでいるため、半導体発光素子自体の劣化原因となる可能性もある。 3. In the case of forming the current confinement layer with reduced crystallinity for the purpose of suppressing Mg diffusion from the p-type semiconductor layer, the crystallinity of the p-type layer grown after the formation of the current confinement layer affects the crystallinity of the current confinement layer. Can be considered. In these structures, since the current confinement layer includes defects, there is a possibility that the semiconductor light emitting element itself may be deteriorated.

また、結晶性の悪い電流狭窄層では欠陥を介したリーク電流の増加の問題も考えられ、十分な電流狭窄機能を得られない可能性があった。 In addition, a current confinement layer having poor crystallinity may have a problem of an increase in leakage current through a defect, and there is a possibility that a sufficient current confinement function cannot be obtained.

本発明は、前記従来技術の問題を解決するものであり、第１の窒化物半導体層のｎ型の不純物濃度を高くする領域を設けることで、第２のｐ型窒化物半導体層から拡散されるｐ型の不純物をこれらの領域において補償、もしくは捕獲することにより、ｐ型転化を抑制して良好な電流狭窄特性を得ること、また、第１の窒化物半導体層の過多不純物ドーピングによるクラック，欠陥の発生を抑制して、動作特性の良好な信頼性の高い窒化物半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems of the prior art, and is diffused from the second p-type nitride semiconductor layer by providing a region for increasing the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer. By compensating or trapping p-type impurities in these regions, p-type conversion is suppressed to obtain good current confinement characteristics, and cracks due to excessive impurity doping of the first nitride semiconductor layer, An object of the present invention is to provide a highly reliable nitride semiconductor device having good operation characteristics while suppressing generation of defects.

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した窒化物半導体装置は、基板と、ストライプ構造を有してｎ型の不純物およびｐ型の不純物を含む第１の窒化物半導体層と、ストライプ構造を埋め込むようにして形成された第２のｐ型窒化物半導体層とを有し、第１の窒化物半導体層のｎ型の不純物濃度が層中で少なくとも１つのピークを持つように分布していることを特徴とする。この構成により、第２のｐ型窒化物半導体層から拡散されるｐ型の不純物をｎ型の不純物濃度のピーク領域で補償、および捕獲させることで、第１の窒化物半導体層のｐ型転化を抑制し、また、第１の窒化物半導体層中の全ｎ型の不純物量を低減でき、過多不純物ドーピングによるクラック，欠陥の発生を抑制することができる。 In order to achieve the above object, a nitride semiconductor device according to claim 1 according to the present invention includes a substrate and a first nitride having a stripe structure and including an n-type impurity and a p-type impurity. A semiconductor layer and a second p-type nitride semiconductor layer formed so as to embed a stripe structure, and the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer has at least one peak in the layer. It is distributed so that it has. With this configuration, the p-type conversion of the first nitride semiconductor layer is achieved by compensating and capturing the p-type impurity diffused from the second p-type nitride semiconductor layer in the peak region of the n-type impurity concentration. And the amount of all n-type impurities in the first nitride semiconductor layer can be reduced, and the generation of cracks and defects due to excessive impurity doping can be suppressed.

また、請求項２に記載した発明は、請求項１の窒化物半導体装置において、第１の窒化物半導体層は、ストライプ構造を通して選択的に第２のｐ型窒化物半導体層に電気を流す電流狭窄層であることを特徴とする。この構成によって、第１の窒化物半導体層は良好な電流狭窄構造として機能するようになり、良好なデバイス特性を得ることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the nitride semiconductor device of the first aspect, the first nitride semiconductor layer is a current that selectively supplies electricity to the second p-type nitride semiconductor layer through the stripe structure. It is a constricted layer. With this configuration, the first nitride semiconductor layer functions as a good current confinement structure, and good device characteristics can be obtained.

また、請求項３に記載した発明は、請求項１の窒化物半導体装置において、第１の窒化物半導体層がアルミニウム（Ａｌ）を含む層であり、第２のｐ型窒化物半導体層よりもアルミニウム（Ａｌ）組成の高いことを特徴とする。この構成によって、第１の窒化物半導体層が第２のｐ型窒化物半導体層よりも小さな屈折率を持つようになり、第１の窒化物半導体層のストライプ構造部を光閉じ込め領域とでき、動作特性の良好な窒化物半導体装置を得ることができる。 According to a third aspect of the present invention, in the nitride semiconductor device of the first aspect, the first nitride semiconductor layer is a layer containing aluminum (Al), and is more than the second p-type nitride semiconductor layer. It is characterized by a high aluminum (Al) composition. With this configuration, the first nitride semiconductor layer has a refractive index smaller than that of the second p-type nitride semiconductor layer, and the stripe structure portion of the first nitride semiconductor layer can be used as an optical confinement region. A nitride semiconductor device with good operating characteristics can be obtained.

また、請求項４に記載した発明は、請求項１の窒化物半導体装置において、第１の窒化物半導体層中のｐ型の不純物濃度が、第１の窒化物半導体層中のｎ型の不純物濃度のピーク領域において、高くなっていることを特徴とする。この構成によって、第２のｐ型窒化物半導体層からの拡散の影響によるｐ型転化の影響を抑制することが可能となり、第２のｐ型窒化物半導体層からの一定量以上のｐ型の不純物の拡散を抑制できる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the nitride semiconductor device according to the first aspect, the p-type impurity concentration in the first nitride semiconductor layer is such that the n-type impurity in the first nitride semiconductor layer. It is characterized by a high peak in the concentration peak region. With this configuration, it is possible to suppress the influence of p-type conversion due to the influence of diffusion from the second p-type nitride semiconductor layer, and a certain amount or more of p-type from the second p-type nitride semiconductor layer. Impurity diffusion can be suppressed.

また、請求項５に記載した発明は、請求項１の窒化物半導体装置において、ｎ型の不純物濃度のピークは３×１０^１８ｃｍ^−３以上３×１０^１９ｃｍ^−３以下であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the nitride semiconductor device according to the first aspect, the peak of the n-type impurity concentration is 3 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ or more and 3 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ or less. And

本発明によれば、第２のｐ型窒化物半導体層から第１の窒化物半導体層へのｐ型の不純物の拡散を考慮し、第１の窒化物半導体層中のｎ型の不純物濃度をピークを持つように形成するため、ｎ型の不純物濃度のピーク領域において補償によるｐ型転化の抑制、およびｐ型の不純物の捕獲を行い、良好な電流狭窄特性を得ることができ、また、第１の窒化物半導体層の過多不純物ドーピングによるクラック，欠陥の発生を抑制することができることから、動作特性の良好な信頼性の高い窒化物半導体装置を作製できるという効果を奏する。 According to the present invention, in consideration of diffusion of p-type impurities from the second p-type nitride semiconductor layer to the first nitride semiconductor layer, the n-type impurity concentration in the first nitride semiconductor layer is set. Since it is formed to have a peak, the p-type conversion is suppressed by compensation and the p-type impurity is trapped in the peak region of the n-type impurity concentration, and good current confinement characteristics can be obtained. Since the generation of cracks and defects due to excessive impurity doping of the nitride semiconductor layer 1 can be suppressed, an effect of producing a highly reliable nitride semiconductor device with good operating characteristics can be obtained.

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は本発明の一実施の形態における窒化物半導体を用いた埋め込みレーザダイオードを示す断面図である。図１に示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板１の上に、ｎ型Ａｌ_0.0025Ｇａ_0.9975Ｎ層２、ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎのｎ型クラッド層３、ｎ型Ａｌ_0.0025Ｇａ_0.9975Ｎのｎ型光ガイド層４、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ（Multiple Quantum Well：多重量子井戸）活性層５、ＧａＮの第１のｐ型光ガイド層６、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8ＮのＯＦＳ（オーバーフロー抑制）層７、ｐ型ＧａＮの第２のｐ型光ガイド層８がエピタキシャル成長により順次積層されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a buried laser diode using a nitride semiconductor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an n-type Al _0.0025 Ga _0.9975 N layer 2, an n-type Al _0.05 Ga _0.95 N n-type cladding layer 3, and an n-type Al _0.0025 Ga _0.9975 N are formed on a substrate 1 made of n-type GaN. n-type light guide layer 4, MQW (Multiple Quantum Well) active layer 5 made of InGaN, first p-type light guide layer 6 of GaN, OFS (overflow suppression) layer of p-type Al _0.2 Ga _0.8 N 7. A second p-type light guide layer 8 of p-type GaN is sequentially stacked by epitaxial growth.

さらに、ＧａＮの第２のｐ型光ガイド層８の上には、ストライプ状の電流導波部である開口部（ストライプ構造）を有する１４０ｎｍのｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなる電流狭窄層９が形成され、開口部を埋め込むように再成長された６０ｎｍのＧａＮの第３のｐ型光ガイド層１０、４８０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮのｐ型クラッド層１１、ｐ型ＧａＮのｐ型コンタクト層１２がエピタキシャル成長により順次積層した構造を備えている。また、ｐ型コンタクト層１２の上にはｐ側電極１３、ｎ型ＧａＮの基板１の裏面にはｎ側電極１４が備えられており、埋め込みレーザダイオードが形成されている。 Furthermore, on the second p-type light guide layer 8 made of GaN, a current confinement layer 9 made of 140 nm n-type Al _0.15 Ga _0.85 N having an opening (stripe structure) which is a stripe-shaped current waveguide portion. The third p-type light guide layer 10 of GaN having a thickness of 60 nm and the p-type cladding layer 11 of p-type AlGaN having a thickness of 480 nm and the p-type contact layer 12 of p-type GaN having been regrown so as to fill the opening are formed. It has a structure in which layers are sequentially stacked by epitaxial growth. A p-side electrode 13 is provided on the p-type contact layer 12, and an n-side electrode 14 is provided on the back surface of the n-type GaN substrate 1, thereby forming an embedded laser diode.

前述した窒化物半導体のエピタキシャル成長はＭＯＶＰＥ（metal organic vapor phase epitaxy：有機金属気相成長装置）を用いる。ＩＩＩ族源であるＧａ原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、Ａｌ原料にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｉｎ原料にはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いる。Ｖ族源であるＮ原料にはアンモニア（ＮＨ_３）を用いる。ドナー不純物であるＳｉ原料にはモノシラン（ＳｉＨ_４）を用い、アクセプタ不純物であるＭｇ原料にはシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用いる。 The nitride semiconductor epitaxial growth described above uses MOVPE (metal organic vapor phase epitaxy). Trimethyl gallium (TMG) is used for the Ga material which is a group III source, trimethyl aluminum (TMA) is used for the Al material, and trimethyl indium (TMI) is used for the In material. Ammonia (NH ₃ ) is used as the N raw material which is a group V source. Monosilane (SiH ₄ ) is used for the Si raw material that is a donor impurity, and cyclopentadienyl magnesium (Cp ₂ Mg) is used for the Mg raw material that is an acceptor impurity.

ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなる電流狭窄層９は、図２に示すようにシランガス（ＳｉＨ_４）を用いた熱ＣＶＤ装置により保護膜のＳｉＯ_２膜１５を形成、リソグラフィーおよびエッチングにより開口部を形成、その後にＳｉＯ_２膜１５を除去する。図２に示す開口部を形成する過程において、シランガスにより形成されたＳｉＯ_２膜１５の除去後に、残留Ｓｉ領域１６がｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなる電流狭窄層９上に形成される。 As shown in FIG. 2, the current confinement layer 9 made of n-type Al _0.15 Ga _0.85 N has a protective SiO ₂ film 15 formed by a thermal CVD apparatus using silane gas (SiH ₄ ), and an opening is formed by lithography and etching. After the formation, the SiO ₂ film 15 is removed. In the process of forming the opening shown in FIG. 2, after the removal of the SiO ₂ film 15 formed by silane gas, a residual Si region 16 is formed on the current confinement layer 9 made of n-type Al _0.15 Ga _0.85 N.

電流狭窄層９に１つのピークを持つようにｎ型の不純物を分布し、第３のｐ型光ガイド層１０から電流狭窄層９へのｐ型の不純物の拡散を考慮した構成とする。このｎ型の不純物のピーク領域（残留Ｓｉ領域１６）によって、第３のｐ型光ガイド層１０から電流狭窄層９へ拡散してくるｐ型の不純物を補償、捕獲して、電流狭窄層９のｐ型転化を抑制することで、良好な電流狭窄特性を得る窒化物半導体装置の作成が可能となる。 The n-type impurity is distributed so as to have one peak in the current confinement layer 9, and the diffusion of the p-type impurity from the third p-type light guide layer 10 to the current confinement layer 9 is considered. The n-type impurity peak region (residual Si region 16) compensates and captures the p-type impurity diffusing from the third p-type light guide layer 10 to the current confinement layer 9, and the current confinement layer 9 By suppressing the p-type conversion, it is possible to create a nitride semiconductor device that obtains good current confinement characteristics.

図１に示すｐ側電極１３から注入された電流は、ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなる電流狭窄層９のストライプ状の開口部に形成されているＧａＮの第３のｐ型光ガイド層１０を介して流れる。また、ＭＱＷ活性層５によって生成された光は、電流狭窄層９と第３のｐ型光ガイド層１０との屈折率差によって横方向光閉じ込めが実現されている。 Current injected from the p-side electrode 13 shown in FIG. 1, n-type Al _0.15 Ga _0.85 second 3 p-type optical guide layer 10 of GaN that is formed in the opening stripe of the current confinement layer 9 made of N Flows through. Further, the light generated by the MQW active layer 5 is realized in the lateral direction by the refractive index difference between the current confinement layer 9 and the third p-type light guide layer 10.

本実施の形態の特徴として、図３に本発明における窒化物半導体装置のＳｉ濃度およびＭｇ濃度のＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry：二次イオン質量分析法）によるプロファイルを示す。図３からわかるように、電流狭窄層９内のＳｉ濃度は第３のｐ型光ガイド層１０との界面近傍（界面より５０ｎｍ以内の領域）において、ピーク（好ましくは、第３のｐ型光ガイド層１０中の全Ｍｇ濃度の３０％以上）を持つようになっており、電流狭窄層９内の中央部で２．４×１０^１８ｃｍ^−３、第３のｐ型光ガイド層１０との界面近傍では４．４×１０^１８ｃｍ^−３のＳｉ濃度となっている。 As a feature of the present embodiment, FIG. 3 shows a profile obtained by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) of the Si concentration and the Mg concentration of the nitride semiconductor device according to the present invention. As can be seen from FIG. 3, the Si concentration in the current confinement layer 9 has a peak (preferably, the third p-type light) in the vicinity of the interface with the third p-type light guide layer 10 (region within 50 nm from the interface). The guide layer 10 has a Mg concentration of 30% or more), 2.4 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ at the center in the current confinement layer 9, and the third p-type light guide layer 10 In the vicinity of the interface, the Si concentration is 4.4 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ .

本実施の形態の第３のｐ型光ガイド層１０中のｐ型の不純物であるＭｇの不純物濃度は１．０×１０^１９ｃｍ^−３程度であり、好ましい電流狭窄層９内のＳｉピーク濃度は第３のｐ型光ガイド層１０中の全Ｍｇ濃度の３０％以上となる３×１０^１８ｃｍ^−３以上３×１０^１９ｃｍ^−３以下である。電流狭窄層９と第３のｐ型光ガイド層１０の界面近傍の高Ｓｉ濃度領域において、Ｍｇ濃度の上昇が確認されている。これは、第３のｐ型光ガイド層１０からのＭｇ拡散の影響であり、高Ｓｉ濃度領域においてアクセプタ不純物であるＭｇアクセプタの補償、およびＭｇ不純物自体の捕獲が生じたものであると考えられる。 The impurity concentration of Mg, which is a p-type impurity, in the third p-type light guide layer 10 of the present embodiment is about 1.0 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ , and a preferable Si peak concentration in the current confinement layer 9 Is 3 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ or more and 3 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ or less, which is 30% or more of the total Mg concentration in the third p-type light guide layer 10. In the high Si concentration region near the interface between the current confinement layer 9 and the third p-type light guide layer 10, an increase in Mg concentration has been confirmed. This is due to the influence of Mg diffusion from the third p-type light guide layer 10, and it is considered that compensation of the Mg acceptor, which is an acceptor impurity, and trapping of the Mg impurity itself occur in the high Si concentration region. .

これにより、電流狭窄層９内へのＭｇ拡散を抑制することができ、良好な電流狭窄が実現されている。本実施の形態では、電流狭窄層９と第３のｐ型光ガイド層１０の界面近傍でのＳｉを図２に示す熱ＣＶＤ法による残留Ｓｉ領域１６によって形成しているが、電流狭窄層９を形成している際中にｎ型の不純物であるＳｉ濃度を層中でピーク（好ましくは、第３のｐ型光ガイド層１０中の全Ｍｇ濃度の３０％以上の濃度）を持つように高くドーピングしても問題ない。 Thereby, Mg diffusion into the current confinement layer 9 can be suppressed, and good current confinement is realized. In the present embodiment, Si near the interface between the current confinement layer 9 and the third p-type light guide layer 10 is formed by the residual Si region 16 by the thermal CVD method shown in FIG. The Si concentration, which is an n-type impurity, has a peak in the layer (preferably, a concentration of 30% or more of the total Mg concentration in the third p-type light guide layer 10). There is no problem even if the doping is high.

また、最低Ｓｉ不純物濃度は下地の第２のｐ型光ガイド層８のＭｇ濃度より高ければ問題ない。本実施の形態では、電流狭窄層９のＡｌ組成を１５％としているが、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦ｘ≦１）としても良い。また、本実施の形態では、電流狭窄層９の厚さを１４０ｎｍとしているが、本実施の形態で見積もられる拡散距離よりも厚い２０ｎｍ以上であれば問題ない。 Further, there is no problem if the minimum Si impurity concentration is higher than the Mg concentration of the second p-type light guide layer 8 as a base. In the present embodiment, the Al composition of the current confinement layer 9 is 15%, but it may be Al _X Ga _1-X N (0 ≦ x ≦ 1). In the present embodiment, the thickness of the current confinement layer 9 is 140 nm, but there is no problem as long as it is 20 nm or more thicker than the diffusion distance estimated in the present embodiment.

本発明に係る窒化物半導体装置は、ｐ型層に近接する電流狭窄層の機能を良好に得ることが可能であり、レーザダイオードなどのデバイスの信頼性を向上でき、また、電流狭窄層の様々な組成、膜厚に対応することが可能であって、素子設計の自由度を高くすることができる。 The nitride semiconductor device according to the present invention can satisfactorily obtain the function of the current confinement layer adjacent to the p-type layer, can improve the reliability of a device such as a laser diode, and can provide various types of current confinement layers. It is possible to deal with various compositions and film thicknesses, and the degree of freedom in device design can be increased.

本発明の一実施の形態における窒化物半導体を用いた埋め込みレーザダイオードを示す断面図Sectional drawing which shows the embedded laser diode using the nitride semiconductor in one embodiment of this invention 本実施の形態におけるＳｉ領域形成方法を示す図The figure which shows the Si region formation method in this Embodiment 本実施の形態における窒化物半導体装置のＳｉ濃度およびＭｇ濃度のＳＩＭＳによるプロファイルを示す図The figure which shows the profile by SIMS of Si density | concentration and Mg density | concentration of the nitride semiconductor device in this Embodiment 従来の電流狭窄構造を有するレーザダイオードを示す断面図Sectional view showing a laser diode having a conventional current confinement structure フェルミ準位の変動に対するＭｇアクセプタとＳｉドナーの不純物生成エネルギーを示すグラフGraph showing impurity generation energy of Mg acceptor and Si donor with respect to Fermi level fluctuation ＳｉとＭｇを同時ドーピングさせた場合のＭｇのＧａＮ層中への溶解度を示すグラフGraph showing solubility of Mg in GaN layer when Si and Mg are co-doped

Explanation of symbols

１基板
２ｎ型ＡｌＧａＮ層
３ｎ型クラッド層
４ｎ型光ガイド層
５ＭＱＷ活性層
６第１のｐ型光ガイド層
７ＯＦＳ層
８第２のｐ型光ガイド層
９電流狭窄層
１０第３のｐ型光ガイド層
１１ｐ型クラッド層
１２ｐ型コンタクト層
１３ｐ側電極
１４ｎ側電極
１５ＳｉＯ_２膜
１６残留Ｓｉ領域
４１ストライプ構造
１０１基板
１０２下地層
１０３ｎ型コンタクト層
１０４クラック防止層
１０５ｎ型クラッド層
１０６ｎ型光ガイド層
１０７活性層
１０８ｐ側キャップ層
１０９ｐ型光ガイド層
１１０ｐ型クラッド層
１１１ｐ型コンタクト層
２０１ｐ側オーミック電極
２０２ｎ側オーミック電極
３０１電流狭窄層 1 Substrate 2 n-type AlGaN layer 3 n-type cladding layer 4 n-type light guide layer 5 MQW active layer 6 first p-type light guide layer 7 OFS layer 8 second p-type light guide layer 9 current confinement layer 10 third P-type light guide layer 11 p-type cladding layer 12 p-type contact layer 13 p-side electrode 14 n-side electrode 15 SiO ₂ film 16 residual Si region 41 stripe structure 101 substrate 102 underlayer 103 n-type contact layer 104 crack prevention layer 105 n-type cladding layer 106 n-type light guide layer 107 active layer 108 p-side cap layer 109 p-type light guide layer 110 p-type cladding layer 111 p-type contact layer 201 p-side ohmic electrode 202 n-side ohmic electrode 301 current confinement layer

Claims

A substrate, a first nitride semiconductor layer having an n-type impurity and a p-type impurity having a stripe structure, and a second p-type nitride semiconductor layer formed so as to embed the stripe structure; Have
The nitride semiconductor device, wherein the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is distributed so as to have at least one peak in the layer.

2. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the first nitride semiconductor layer is a current confinement layer that selectively supplies electricity to the second p-type nitride semiconductor layer through the stripe structure. .

The nitride according to claim 1, wherein the first nitride semiconductor layer is a layer containing aluminum (Al) and has a higher aluminum (Al) composition than the second p-type nitride semiconductor layer. Semiconductor device.

2. The p-type impurity concentration in the first nitride semiconductor layer is higher in a peak region of the n-type impurity concentration in the first nitride semiconductor layer. Nitride semiconductor device.

2. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein a peak of the n-type impurity concentration is 3 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ or more and 3 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ or less.