JP3246400B2 - 低抵抗窒化ガリウム系発光素子およびその製造方法 - Google Patents
低抵抗窒化ガリウム系発光素子およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウムまた
は窒化インジウムまたは窒化アルミニウムまたはそれら
の混晶の層を少なくとも1層含む発光素子(以下単に窒化
ガリウム系発光素子)に関し、特に、電極の接触抵抗の
低い窒化ガリウム系発光素子、及びその製造方法に関す
る。
は窒化インジウムまたは窒化アルミニウムまたはそれら
の混晶の層を少なくとも1層含む発光素子(以下単に窒化
ガリウム系発光素子)に関し、特に、電極の接触抵抗の
低い窒化ガリウム系発光素子、及びその製造方法に関す
る。
【０００３】
【従来の技術】窒化ガリウムは、燐化インジウムや砒化
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム系
の化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子(半導
体レーザ(以下単にレーザ) や発光ダイオード)への応用
が期待されている。
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム系
の化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子(半導
体レーザ(以下単にレーザ) や発光ダイオード)への応用
が期待されている。
【０００４】従来、一般に、電流注入による窒化ガリウ
ム系発光素子のｐ電極およびｎ電極に対するコンタクト
層としては、ｐ型窒化ガリウムおよびｎ型窒化ガリウム
が用いられていた。図４は、このような従来技術による
代表的な窒化ガリウム系レーザの概略断面図である(S.
Nakamura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 35 (1996) L7
4)。この窒化ガリウム系レーザは、（０００１）面を表
面とするサファイア基板１０１上に、厚さ３００Ａ（オ
ングストローム）のアンドープの窒化ガリウム低温成長
バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μm のｎ型
窒化ガリウムコンタクト層２０３、珪素が添加された厚
さ０．１μm のｎ型In0.1Ga0.9N 層１０４、珪素が添加
された厚さ０．４μm のｎ型Al0.15Ga0.85N クラッド層
１０５、珪素が添加された厚さ０．１μm のｎ型窒化ガ
リウム光ガイド層１０６、厚さ２５Ａ（オングストロー
ム）のアンドープのIn0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ５０
Ａ（オングストローム）のアンドープのIn0.05Ga0.95N
障壁層からなる２６周期の多重量子井戸構造活性層１０
７、マグネシウムが添加された厚さ２００Ａ（オングス
トローム）のp 型Al0.2Ga0.8N 層１０８、マグネシウム
が添加された厚さ０．１μm のｐ型窒化ガリウム光ガイ
ド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ０．４μm
のｐ型Al0.15Ga0.85N クラッド層１１０、マグネシウム
が添加された厚さ０．５μm のｐ型窒化ガリウムコンタ
クト層１１１、ニッケル（第１層）および金（第２層）
からなるｐ電極１１２、チタン（第１層）およびアルミ
ニウム（第２層）からなるｎ電極１１３が形成されてい
る。
ム系発光素子のｐ電極およびｎ電極に対するコンタクト
層としては、ｐ型窒化ガリウムおよびｎ型窒化ガリウム
が用いられていた。図４は、このような従来技術による
代表的な窒化ガリウム系レーザの概略断面図である(S.
Nakamura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 35 (1996) L7
4)。この窒化ガリウム系レーザは、（０００１）面を表
面とするサファイア基板１０１上に、厚さ３００Ａ（オ
ングストローム）のアンドープの窒化ガリウム低温成長
バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μm のｎ型
窒化ガリウムコンタクト層２０３、珪素が添加された厚
さ０．１μm のｎ型In0.1Ga0.9N 層１０４、珪素が添加
された厚さ０．４μm のｎ型Al0.15Ga0.85N クラッド層
１０５、珪素が添加された厚さ０．１μm のｎ型窒化ガ
リウム光ガイド層１０６、厚さ２５Ａ（オングストロー
ム）のアンドープのIn0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ５０
Ａ（オングストローム）のアンドープのIn0.05Ga0.95N
障壁層からなる２６周期の多重量子井戸構造活性層１０
７、マグネシウムが添加された厚さ２００Ａ（オングス
トローム）のp 型Al0.2Ga0.8N 層１０８、マグネシウム
が添加された厚さ０．１μm のｐ型窒化ガリウム光ガイ
ド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ０．４μm
のｐ型Al0.15Ga0.85N クラッド層１１０、マグネシウム
が添加された厚さ０．５μm のｐ型窒化ガリウムコンタ
クト層１１１、ニッケル（第１層）および金（第２層）
からなるｐ電極１１２、チタン（第１層）およびアルミ
ニウム（第２層）からなるｎ電極１１３が形成されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術に
よる窒化ガリウム系レーザに於いては、電極に対するコ
ンタクト層として用いられている窒化ガリウムの禁制帯
エネルギーが3.4eV と大きいことから、電極の接触抵抗
が高いという問題があった。例えば、ｎ電極の接触抵抗
は8×10-6Ω・cm2程度と比較的低いものの(M. E. Lin et
al., Appl. Phys.Lett. 64 (1994) p. 1003) 、さらな
る低減により発光素子の発熱の抑制等が期待される。
よる窒化ガリウム系レーザに於いては、電極に対するコ
ンタクト層として用いられている窒化ガリウムの禁制帯
エネルギーが3.4eV と大きいことから、電極の接触抵抗
が高いという問題があった。例えば、ｎ電極の接触抵抗
は8×10-6Ω・cm2程度と比較的低いものの(M. E. Lin et
al., Appl. Phys.Lett. 64 (1994) p. 1003) 、さらな
る低減により発光素子の発熱の抑制等が期待される。
【０００６】また、窒化ガリウム系化合物半導体に於け
る代表的なp型のドーパントはマグネシウムであるが、
一般に結晶成長によりマグネシウムを添加した窒化ガリ
ウム層が形成された直後はマグネシウムが不活性であ
る。その後の熱や電子線を用いたアニールによりマグネ
シウムのある程度の活性化は可能であるものの、その活
性化率はあまり高くなく、ｐ型のキャリア濃度をある程
度以上高めることは困難であった。そのため、特にｐ電
極の接触抵抗は大きく、6×10-2Ω・cm2 程度であった
（小林ら、1995年（平成７年）秋季第56回応用物理学会
学術講演会予稿集20a-V-1)。
る代表的なp型のドーパントはマグネシウムであるが、
一般に結晶成長によりマグネシウムを添加した窒化ガリ
ウム層が形成された直後はマグネシウムが不活性であ
る。その後の熱や電子線を用いたアニールによりマグネ
シウムのある程度の活性化は可能であるものの、その活
性化率はあまり高くなく、ｐ型のキャリア濃度をある程
度以上高めることは困難であった。そのため、特にｐ電
極の接触抵抗は大きく、6×10-2Ω・cm2 程度であった
（小林ら、1995年（平成７年）秋季第56回応用物理学会
学術講演会予稿集20a-V-1)。
【０００７】本発明の目的は、窒化ガリウム系半導体と
電極との接触抵抗を低くし、電極の接触抵抗の低い窒化
ガリウム系発光素子を実現することである。
電極との接触抵抗を低くし、電極の接触抵抗の低い窒化
ガリウム系発光素子を実現することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
発光素子は、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
１層含む窒化ガリウム系発光素子において、n電極を構
成し半導体に接する第１層としてインジウムを用いるこ
とを特徴とする。また前記ｎ電極は、インジウム（第１
層）およびチタン（第２層）およびアルミニウム（第３
層）から構成されていることを特徴とする。
発光素子は、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
１層含む窒化ガリウム系発光素子において、n電極を構
成し半導体に接する第１層としてインジウムを用いるこ
とを特徴とする。また前記ｎ電極は、インジウム（第１
層）およびチタン（第２層）およびアルミニウム（第３
層）から構成されていることを特徴とする。
【０００９】さらに本発明の窒化ガリウム系発光素子の
製造方法は、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
１層含む窒化ガリウム系発光素子の製造方法において、
コンタクト層上に半導体に接する第１層としてインジウ
ムを用いるｎ電極を形成し、アロイにより前記コンタク
ト層中にInxGa1-xN(0＜x＜1)を形成することを特徴とす
る。
製造方法は、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
１層含む窒化ガリウム系発光素子の製造方法において、
コンタクト層上に半導体に接する第１層としてインジウ
ムを用いるｎ電極を形成し、アロイにより前記コンタク
ト層中にInxGa1-xN(0＜x＜1)を形成することを特徴とす
る。
【００１０】さらに、本発明の窒化ガリウム系発光素子
は、本発明の窒化ガリウム系発光素子は、窒化ガリウム
または窒化インジウムまたは窒化アルミニウムまたはそ
れらの混晶の層を少なくとも１層含む窒化ガリウム系発
光素子であって、電極に対するコンタクト層として、窒
化ガリウムよりも禁制帯エネルギーが小さいGaNAs を用
いたことを特徴とする。また、本発明の窒化ガリウム系
発光素子は、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
１層含む窒化ガリウム系発光素子であって、電極に対す
るコンタクト層として、禁制帯エネルギーが零以下とな
るGaN1-xAsx(0.2≦x≦0.8)を用いたことを特徴とする。
は、本発明の窒化ガリウム系発光素子は、窒化ガリウム
または窒化インジウムまたは窒化アルミニウムまたはそ
れらの混晶の層を少なくとも１層含む窒化ガリウム系発
光素子であって、電極に対するコンタクト層として、窒
化ガリウムよりも禁制帯エネルギーが小さいGaNAs を用
いたことを特徴とする。また、本発明の窒化ガリウム系
発光素子は、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
１層含む窒化ガリウム系発光素子であって、電極に対す
るコンタクト層として、禁制帯エネルギーが零以下とな
るGaN1-xAsx(0.2≦x≦0.8)を用いたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
【００１２】《実施例１》実施例１では、ｎ電極と窒化
ガリウム系コンタクト層との接触抵抗を低くするため
に、コンタクト層と接するｎ電極の第1層としてインジ
ウムを採用した。
ガリウム系コンタクト層との接触抵抗を低くするため
に、コンタクト層と接するｎ電極の第1層としてインジ
ウムを採用した。
【００１３】図１はこのようにして形成した窒化ガリウ
ム系レーザの概略断面図である。図１に於いて、窒化ガ
リウム系レーザは、（０００１）面を表面とするサファ
イア基板１０１上に、厚さ３００Ａ（オングストロー
ム）のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層１
０２、珪素が添加された厚さ３μm のｎ型窒化ガリウム
コンタクト層２０３、珪素が添加された厚さ０．１μm
のｎ型In0.1Ga0.9N 層104、珪素が添加された厚さ0.4μ
m のｎ型Al0.15Ga0.85N クラッド層１０５、珪素が添加
された厚さ０．１μm のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１
０６、厚さ２５Ａ（オングストローム）のアンドープの
In0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ５０Ａ（オングストロー
ム）のアンドープのIn0.05Ga0.95N 障壁層からなる２６
周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグネシウムが
添加された厚さ２００Ａ（オングストローム）のｐ型Al
0.2Ga0.8N 層１０８、マグネシウムが添加された厚さ
０．１μm のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグ
ネシウムが添加された厚さ０．４μm のｐ型Al0.15Ga
0.85N クラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚
さ０．５μm のｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、
ニッケル（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極
１１２、インジウム（第１層）およびチタン（第２層）
およびアルミニウム（第３層）からなるｎ電極２１３が
形成されている。
ム系レーザの概略断面図である。図１に於いて、窒化ガ
リウム系レーザは、（０００１）面を表面とするサファ
イア基板１０１上に、厚さ３００Ａ（オングストロー
ム）のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層１
０２、珪素が添加された厚さ３μm のｎ型窒化ガリウム
コンタクト層２０３、珪素が添加された厚さ０．１μm
のｎ型In0.1Ga0.9N 層104、珪素が添加された厚さ0.4μ
m のｎ型Al0.15Ga0.85N クラッド層１０５、珪素が添加
された厚さ０．１μm のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１
０６、厚さ２５Ａ（オングストローム）のアンドープの
In0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ５０Ａ（オングストロー
ム）のアンドープのIn0.05Ga0.95N 障壁層からなる２６
周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグネシウムが
添加された厚さ２００Ａ（オングストローム）のｐ型Al
0.2Ga0.8N 層１０８、マグネシウムが添加された厚さ
０．１μm のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグ
ネシウムが添加された厚さ０．４μm のｐ型Al0.15Ga
0.85N クラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚
さ０．５μm のｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、
ニッケル（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極
１１２、インジウム（第１層）およびチタン（第２層）
およびアルミニウム（第３層）からなるｎ電極２１３が
形成されている。
【００１４】本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、コ
ンタクト層と接するｎ電極の第１層としてインジウムが
用いられており、電極とコンタクト層のアロイを行なっ
た際に、ｎ電極に対するコンタクト層の窒化ガリウムと
ｎ電極第１層のインジウムが合金化し、InxGa1-xN(0＜x
＜1)が生じる。InxGa1-xN(0＜x＜1)の禁制帯エネルギー
は窒化ガリウムの禁制帯エネルギーより小さいため、本
実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化
ガリウム系レーザに比べ、コンタクト層と金属電極界面
のショットキ−障壁が低くなる。よって、ｎ電極に対す
るコンタクト層のキャリア濃度が同程度の場合、本実施
例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化ガリ
ウム系レーザに比べ、電極の接触抵抗が小さくなる。即
ち、本実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術によ
る窒化ガリウム系レーザよりも、発振しきい値電流を小
さく、かつ発振しきい値電圧を低くできる。
ンタクト層と接するｎ電極の第１層としてインジウムが
用いられており、電極とコンタクト層のアロイを行なっ
た際に、ｎ電極に対するコンタクト層の窒化ガリウムと
ｎ電極第１層のインジウムが合金化し、InxGa1-xN(0＜x
＜1)が生じる。InxGa1-xN(0＜x＜1)の禁制帯エネルギー
は窒化ガリウムの禁制帯エネルギーより小さいため、本
実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化
ガリウム系レーザに比べ、コンタクト層と金属電極界面
のショットキ−障壁が低くなる。よって、ｎ電極に対す
るコンタクト層のキャリア濃度が同程度の場合、本実施
例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化ガリ
ウム系レーザに比べ、電極の接触抵抗が小さくなる。即
ち、本実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術によ
る窒化ガリウム系レーザよりも、発振しきい値電流を小
さく、かつ発振しきい値電圧を低くできる。
【００１５】本実施例ではｎ電極としてインジウム（第
１層）およびチタン（第２層）およびアルミニウム（第
３層）の例を示したが、これに限られるものではなく、
コンタクト層に接する電極がインジウムを含むものであ
ればよい。
１層）およびチタン（第２層）およびアルミニウム（第
３層）の例を示したが、これに限られるものではなく、
コンタクト層に接する電極がインジウムを含むものであ
ればよい。
【００１６】なお、本実施例の窒化ガリウム系レーザに
於いて、電極とコンタクト層のアロイを行なった際に生
じるInxGa1-xN(0＜x＜1)は、ｎ型になりやすい。よっ
て、ｐ電極の第１層としてインジウムを用いることは不
適切である。
於いて、電極とコンタクト層のアロイを行なった際に生
じるInxGa1-xN(0＜x＜1)は、ｎ型になりやすい。よっ
て、ｐ電極の第１層としてインジウムを用いることは不
適切である。
【００１７】《実施例２》実施例２では、ｐおよびｎ電
極と窒化ガリウム系コンタクト層との接触抵抗を低くす
るために、ｐおよびｎ電極に対するコンタクト層として
GaN0.1As0.9 を採用した。
極と窒化ガリウム系コンタクト層との接触抵抗を低くす
るために、ｐおよびｎ電極に対するコンタクト層として
GaN0.1As0.9 を採用した。
【００１８】図２はこのようにして形成した窒化ガリウ
ム系レーザの概略断面図である。図２に於いて、窒化ガ
リウム系レーザは、（０００１）面を表面とするサファ
イア基板１０１上に、厚さ３００Ａ（オングストロー
ム）のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層１
０２、珪素が添加された厚さ３μm のｎ型GaN0.1As0.9
コンタクト層３０３、珪素が添加された厚さ０．１μm
のｎ型In0.1Ga0.9N 層１０４、珪素が添加された厚さ
０．４μm のｎ型Al0.15Ga0.85N クラッド層１０５、珪
素が添加された厚さ０．１μm のｎ型窒化ガリウム光ガ
イド層１０６、厚さ２５Ａ（オングストローム）のアン
ドープのIn0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ５０Ａ（オング
ストローム）のアンドープのIn0.05Ga0.95N 障壁層から
なる２６周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグネ
シウムが添加された厚さ２００Ａ（オングストローム）
のｐ型Al0.2Ga0.8N 層１０８、マグネシウムが添加され
た厚さ０．１μm のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０
９、マグネシウムが添加された厚さ０．４μm のｐAl
0.15Ga0.85N クラッド層１１０、マグネシウムが添加さ
れた厚さ０．５μm のｐ型GaN0.1As0.9 コンタクト層３
１１、ニッケル（第１層）および金（第２層）からなる
ｐ電極１１２、チタン（第１層）およびアルミニウム
（第２層）からなるｎ電極１１３が形成されている。
ム系レーザの概略断面図である。図２に於いて、窒化ガ
リウム系レーザは、（０００１）面を表面とするサファ
イア基板１０１上に、厚さ３００Ａ（オングストロー
ム）のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層１
０２、珪素が添加された厚さ３μm のｎ型GaN0.1As0.9
コンタクト層３０３、珪素が添加された厚さ０．１μm
のｎ型In0.1Ga0.9N 層１０４、珪素が添加された厚さ
０．４μm のｎ型Al0.15Ga0.85N クラッド層１０５、珪
素が添加された厚さ０．１μm のｎ型窒化ガリウム光ガ
イド層１０６、厚さ２５Ａ（オングストローム）のアン
ドープのIn0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ５０Ａ（オング
ストローム）のアンドープのIn0.05Ga0.95N 障壁層から
なる２６周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグネ
シウムが添加された厚さ２００Ａ（オングストローム）
のｐ型Al0.2Ga0.8N 層１０８、マグネシウムが添加され
た厚さ０．１μm のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０
９、マグネシウムが添加された厚さ０．４μm のｐAl
0.15Ga0.85N クラッド層１１０、マグネシウムが添加さ
れた厚さ０．５μm のｐ型GaN0.1As0.9 コンタクト層３
１１、ニッケル（第１層）および金（第２層）からなる
ｐ電極１１２、チタン（第１層）およびアルミニウム
（第２層）からなるｎ電極１１３が形成されている。
【００１９】本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、ｐ
電極およびｎ電極に対するコンタクト層としてGaN0.1As
0.9 が用いられている。GaN1-xAsx(0＜x≦1)禁制帯エネ
ルギーは窒化ガリウムの禁制帯エネルギーより小さいた
め（近藤ら、応用物理Vol. 65, No. 2 (1996) p. 14
8）、本実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術に
よる窒化ガリウム系レーザに比べ、コンタクト層と金属
電極界面のショットキー障壁が低い。よって、ｐ電極お
よびｎ電極に対するコンタクト層のキャリア濃度が同程
度の場合、本実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技
術による窒化ガリウム系レーザに比べ、電極の接触抵抗
が小さくなる。即ち、本実施例の窒化ガリウム系レーザ
は、従来技術による窒化ガリウム系レーザよりも、発振
しきい値電流を小さく、かつ発振しきい値電圧を低くす
ることができる。
電極およびｎ電極に対するコンタクト層としてGaN0.1As
0.9 が用いられている。GaN1-xAsx(0＜x≦1)禁制帯エネ
ルギーは窒化ガリウムの禁制帯エネルギーより小さいた
め（近藤ら、応用物理Vol. 65, No. 2 (1996) p. 14
8）、本実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術に
よる窒化ガリウム系レーザに比べ、コンタクト層と金属
電極界面のショットキー障壁が低い。よって、ｐ電極お
よびｎ電極に対するコンタクト層のキャリア濃度が同程
度の場合、本実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技
術による窒化ガリウム系レーザに比べ、電極の接触抵抗
が小さくなる。即ち、本実施例の窒化ガリウム系レーザ
は、従来技術による窒化ガリウム系レーザよりも、発振
しきい値電流を小さく、かつ発振しきい値電圧を低くす
ることができる。
【００２０】《実施例３》実施例２では、ｐおよびｎ電
極と窒化ガリウム系コンタクト層との接触抵抗を低くす
るために、窒化ガリウム系レーザのpおよびn電極に対す
るコンタクト層としてGaN0.5As0.5 を採用した。
極と窒化ガリウム系コンタクト層との接触抵抗を低くす
るために、窒化ガリウム系レーザのpおよびn電極に対す
るコンタクト層としてGaN0.5As0.5 を採用した。
【００２１】図３はこのようにして形成した窒化ガリウ
ム系レーザの概略断面図である。図３に於いて、窒化ガ
リウム系レーザは、（０００１）面を表面とするサファ
イア基板１０１上に、厚さ３００Ａ（オングストロー
ム）のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層１
０２、珪素が添加された厚さ３μm のN型GaN0.5As0.5コ
ンタクト層403、珪素が添加された厚さ0.1μm のｎ型In
0.1Ga0.9N 層１０４、珪素が添加された厚さ０．４μm
のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層１０５、珪素が添加され
た厚さ０．１μm のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０
６、厚さ２５Ａ（オングストローム）のアンドープのIn
0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ５０Ａ（オングストロー
ム）のアンドープのIn0.05Ga0.95N 障壁層からなる２６
周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグネシウムが
添加された厚さ２００Ａ（オングストローム）のｐ型Al
0.2Ga0.8N 層１０８、マグネシウムが添加された厚さ
０．１μmのｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグ
ネシウムが添加された厚さ０．４μm のｐ型Al0.15Ga
0.85N クラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚
さ０．５μm のｐ型GaN0.5As0.5 コンタクト層４１１、
ニッケル（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極
１１２、チタン（第１層）およびアルミニウム（第２
層）からなるｎ電極１１３が形成されている。
ム系レーザの概略断面図である。図３に於いて、窒化ガ
リウム系レーザは、（０００１）面を表面とするサファ
イア基板１０１上に、厚さ３００Ａ（オングストロー
ム）のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層１
０２、珪素が添加された厚さ３μm のN型GaN0.5As0.5コ
ンタクト層403、珪素が添加された厚さ0.1μm のｎ型In
0.1Ga0.9N 層１０４、珪素が添加された厚さ０．４μm
のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層１０５、珪素が添加され
た厚さ０．１μm のｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０
６、厚さ２５Ａ（オングストローム）のアンドープのIn
0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ５０Ａ（オングストロー
ム）のアンドープのIn0.05Ga0.95N 障壁層からなる２６
周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグネシウムが
添加された厚さ２００Ａ（オングストローム）のｐ型Al
0.2Ga0.8N 層１０８、マグネシウムが添加された厚さ
０．１μmのｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグ
ネシウムが添加された厚さ０．４μm のｐ型Al0.15Ga
0.85N クラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚
さ０．５μm のｐ型GaN0.5As0.5 コンタクト層４１１、
ニッケル（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極
１１２、チタン（第１層）およびアルミニウム（第２
層）からなるｎ電極１１３が形成されている。
【００２２】本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、ｐ
電極およびｎ電極に対するコンタクト層としてGaN0.5As
0.5 が用いられている。GaN1-xAsx(0＜x≦1)の禁制帯エ
ネルギーは窒化ガリウムの禁制帯エネルギーより小さ
く、特に0.2≦x≦0.8 程度の場合禁制帯エネルギーが負
の半金属になるため（近藤ら、応用物理 Vol. 65, No.2
(1996) p. 148 ）、本実施例の窒化ガリウム系レーザ
は、従来技術による窒化ガリウム系レーザと異なり、コ
ンタクト層と金属電極界面のショットキ−障壁がない。
よって、ｐ電極およびｎ電極に対するコンタクト層のキ
ャリア濃度が同程度の場合、本実施例の窒化ガリウム系
レーザは、従来技術による窒化ガリウム系レーザに比
べ、電極の接触抵抗が極めて小さい。即ち、本実施例の
窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化ガリウム
系レーザよりも、発振しきい値電流が小さく、かつ発振
しきい値電圧が低い。
電極およびｎ電極に対するコンタクト層としてGaN0.5As
0.5 が用いられている。GaN1-xAsx(0＜x≦1)の禁制帯エ
ネルギーは窒化ガリウムの禁制帯エネルギーより小さ
く、特に0.2≦x≦0.8 程度の場合禁制帯エネルギーが負
の半金属になるため（近藤ら、応用物理 Vol. 65, No.2
(1996) p. 148 ）、本実施例の窒化ガリウム系レーザ
は、従来技術による窒化ガリウム系レーザと異なり、コ
ンタクト層と金属電極界面のショットキ−障壁がない。
よって、ｐ電極およびｎ電極に対するコンタクト層のキ
ャリア濃度が同程度の場合、本実施例の窒化ガリウム系
レーザは、従来技術による窒化ガリウム系レーザに比
べ、電極の接触抵抗が極めて小さい。即ち、本実施例の
窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化ガリウム
系レーザよりも、発振しきい値電流が小さく、かつ発振
しきい値電圧が低い。
【００２３】本発明は、上述した実施例に示される構造
の窒化ガリウム系レーザに於いてのみ有効であるという
訳ではなく、あらゆる層構造の窒化ガリウム系レーザに
於いて有効である。なお、本発明はｐ電極側・ｎ電極側
の両方に適用する必要はなく、一方の電極のみに適用し
ても十分に効果がある。また、本発明は、窒化ガリウム
系のレーザに於いてのみ有効であるという訳ではなく、
窒化ガリウム系の発光ダイオードに於いても電極の接触
抵抗低減に有効である。
の窒化ガリウム系レーザに於いてのみ有効であるという
訳ではなく、あらゆる層構造の窒化ガリウム系レーザに
於いて有効である。なお、本発明はｐ電極側・ｎ電極側
の両方に適用する必要はなく、一方の電極のみに適用し
ても十分に効果がある。また、本発明は、窒化ガリウム
系のレーザに於いてのみ有効であるという訳ではなく、
窒化ガリウム系の発光ダイオードに於いても電極の接触
抵抗低減に有効である。
【００２４】また、各実施例における半導体層（実施例
２、３のコンタクト層を除く）は、これに限られるもの
ではなく、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは窒
化アルミニウムまたはそれらの混晶で適宜選択可能であ
ることは言うまでもない。
２、３のコンタクト層を除く）は、これに限られるもの
ではなく、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは窒
化アルミニウムまたはそれらの混晶で適宜選択可能であ
ることは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明には、窒化
ガリウム系発光素子の電極または電極に対するコンタク
ト層に新規な材料を採用することにより、窒化ガリウム
系発光素子で問題になっている電極の接触抵抗の高さを
解消することが可能であるという効果があり、例えば窒
化ガリウム系レーザの場合は発振しきい値電流および発
振しきい値電圧の低減を図ることが出来、例えば窒化ガ
リウム系発光ダイオードの場合は必要な光出力を得るた
めの動作電流および動作電圧の低減を図ることが出来
る。
ガリウム系発光素子の電極または電極に対するコンタク
ト層に新規な材料を採用することにより、窒化ガリウム
系発光素子で問題になっている電極の接触抵抗の高さを
解消することが可能であるという効果があり、例えば窒
化ガリウム系レーザの場合は発振しきい値電流および発
振しきい値電圧の低減を図ることが出来、例えば窒化ガ
リウム系発光ダイオードの場合は必要な光出力を得るた
めの動作電流および動作電圧の低減を図ることが出来
る。
【図１】実施例１に於いて、ｐおよびｎ電極の第１層と
してインジウムを採用した窒化ガリウム系レーザの概略
断面図である。
してインジウムを採用した窒化ガリウム系レーザの概略
断面図である。
【図２】実施例２に於いて、ｐおよびｎ電極に対するコ
ンタクト層としてGaN0.1As0.9を採用した窒化ガリウム
系レーザの概略断面図である。
ンタクト層としてGaN0.1As0.9を採用した窒化ガリウム
系レーザの概略断面図である。
【図３】実施例３に於いて、ｐおよびｎ電極に対するコ
ンタクト層としてGaN0.5As0.5を採用した窒化ガリウム
系レーザの概略断面図である。
ンタクト層としてGaN0.5As0.5を採用した窒化ガリウム
系レーザの概略断面図である。
【図４】従来技術により、ｐおよびｎ電極に対するコン
タクト層として窒化ガリウムを採用した、代表的な窒化
ガリウム系レーザの概略断面図である。
タクト層として窒化ガリウムを採用した、代表的な窒化
ガリウム系レーザの概略断面図である。
１０１ サファイア基板 １０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 １０４ ｎ型In0.1Ga0.9N 層 １０５ ｎ型Al0.15Ga0.85N 層 １０６ ｎ型窒化ガリウム光ガイド層 １０７ In0.2Ga0.8N/In0.05Ga0.95N 多重量子井戸活性
層 １０８ ｐ型Al0.2Ga0.8N 層 １０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １１０ ｐ型Al0.15Ga0.85N クラッド層 １１１ ｐ型窒化ガリウムコンタクト層 １１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 ２０３ ｎ型窒化ガリウムコンタクト層 ２１２ インジウムおよびニッケルおよび金からなるｐ
電極 ２１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 ３０３ ｎ型GaN0.1As0.9 コンタクト層 ３１１ ｐ型GaN 0.1As0.9コンタクト層 ４０３ ｎ型GaN 0.5As0.5コンタクト層 ４１１ ｐ型GaN 0.5As0.5コンタクト層
層 １０８ ｐ型Al0.2Ga0.8N 層 １０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １１０ ｐ型Al0.15Ga0.85N クラッド層 １１１ ｐ型窒化ガリウムコンタクト層 １１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 ２０３ ｎ型窒化ガリウムコンタクト層 ２１２ インジウムおよびニッケルおよび金からなるｐ
電極 ２１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 ３０３ ｎ型GaN0.1As0.9 コンタクト層 ３１１ ｐ型GaN 0.1As0.9コンタクト層 ４０３ ｎ型GaN 0.5As0.5コンタクト層 ４１１ ｐ型GaN 0.5As0.5コンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−8351（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213653（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−303506（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−321957（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−189479（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−64908（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−236810（ＪＰ，Ａ) 応用物理 第65巻 第２号（1996）第 148−152頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化ガリウムまたは窒化インジウムまた
は窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくと
も１層含む窒化ガリウム系発光素子であって、ｐ電極及
びｎ電極に対するコンタクト層として、窒化ガリウムよ
りも禁制帯エネルギーが小さいGaNAs を用いたことを特
徴とする窒化ガリウム系発光素子。 - 【請求項２】 窒化ガリウムまたは窒化インジウムまた
は窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくと
も１層含む窒化ガリウム系発光素子であって、ｐ電極及
びｎ電極に対するコンタクト層として、禁制帯エネルギ
ーが零以下となるGaN1-xAsx(0.2≦x≦0.8)を用いたこと
を特徴とする窒化ガリウム系発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18988597A JP3246400B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | 低抵抗窒化ガリウム系発光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18988597A JP3246400B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | 低抵抗窒化ガリウム系発光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140890A JPH1140890A (ja) | 1999-02-12 |
| JP3246400B2 true JP3246400B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=16248816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18988597A Expired - Lifetime JP3246400B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | 低抵抗窒化ガリウム系発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246400B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3461112B2 (ja) * | 1997-12-19 | 2003-10-27 | 昭和電工株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| US6936863B2 (en) | 2002-11-18 | 2005-08-30 | Showa Denko K.K. | Boron phosphide-based semiconductor light-emitting device, production method thereof and light-emitting diode |
| KR100986464B1 (ko) | 2003-09-01 | 2010-10-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
| KR101026059B1 (ko) * | 2007-12-21 | 2011-04-04 | 삼성엘이디 주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
-
1997
- 1997-07-15 JP JP18988597A patent/JP3246400B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 応用物理 第６５巻 第２号（１９９６）第１４８−１５２頁 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1140890A (ja) | 1999-02-12 |
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