JP3279308B2 - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

Nitride semiconductor light emitting device

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JP3279308B2
JP3279308B2 JP2000189321A JP2000189321A JP3279308B2 JP 3279308 B2 JP3279308 B2 JP 3279308B2 JP 2000189321 A JP2000189321 A JP 2000189321A JP 2000189321 A JP2000189321 A JP 2000189321A JP 3279308 B2 JP3279308 B2 JP 3279308B2
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gan
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体発光
素子に関する。さらに詳しくは、半導体レーザとして有
効に用いられる窒化物半導体発光素子に関する。
[0001] The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device. More specifically, the present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device effectively used as a semiconductor laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN系の窒化物半導体を用いた発光ダ
イオード(LED)は、すでに製品化されており、現在
はGaN系窒化物半導体のレーザダイオード(LD)の
研究が精力的に進められている。たとえば、1996年
ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジ
ックス誌35巻のL217ページに「劈開ミラー共振器
面を有するInGaN多重量子井戸構造レーザダイオー
ド」と題する報告がある。図14は、これに記載された
GaN系の窒化物半導体LD素子の断面構造を示す。こ
れは、GaN系窒化物半導体レーザの発振波長415n
mにおける室温パルス発振の報告である。GaN系窒化
物半導体レーザは従来の赤色LDと較べて波長が短いの
で、高い記憶密度を有する次世代の光ディスク装置のピ
ックアップ用光源として大きな注目を集めている。
2. Description of the Related Art Light-emitting diodes (LEDs) using GaN-based nitride semiconductors have already been commercialized. At present, research on GaN-based nitride semiconductor laser diodes (LDs) has been actively conducted. I have. For example, in the 1996 Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 35, page L217, there is a report entitled "InGaN Multiple Quantum Well Structure Laser Diode Having Cleaved Mirror Resonator Surface". FIG. 14 shows a cross-sectional structure of a GaN-based nitride semiconductor LD device described therein. This is because the oscillation wavelength of a GaN-based nitride semiconductor laser is 415n.
This is a report of room temperature pulse oscillation at m. Since the GaN-based nitride semiconductor laser has a shorter wavelength than a conventional red LD, it has attracted much attention as a light source for pickup of a next-generation optical disk device having a high storage density.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、まだこ
のレーザの発振閾電流値での動作電圧は30Vと非常に
高い。これは主にp型GaNコンタクト層とp電極との
接触抵抗が大きいためである。図9は、金属電極とp型
GaN半導体層界面のバンド構造を模式的に示す断面図
である。GaNと金属電極との間には大きなショットキ
ーバリアがある。GaNはバンドギャップが大きく、特
にホールのショットキーバリアが大きい。GaN系窒化
物半導体レーザの室温連続発振を達成するためには、特
にp側のコンタクト抵抗を低減し、オーミックな接触を
実現させ、レーザの動作電圧を下げることが不可欠であ
る。本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、接触
抵抗が小さく、低電圧動作が可能で、かつ高信頼性を有
する窒化物半導体発光素子を提供することを目的とす
る。
However, the operating voltage of this laser at the lasing threshold current value is still as high as 30 V. This is mainly because the contact resistance between the p-type GaN contact layer and the p-electrode is large. FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a band structure at the interface between the metal electrode and the p-type GaN semiconductor layer. There is a large Schottky barrier between GaN and the metal electrode. GaN has a large band gap, and particularly has a large Schottky barrier for holes. In order to achieve continuous room temperature oscillation of a GaN-based nitride semiconductor laser, it is indispensable to reduce the p-side contact resistance, realize ohmic contact, and lower the operating voltage of the laser. The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a nitride semiconductor light emitting device that has low contact resistance, can operate at low voltage, and has high reliability.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、GaN系の窒化物半導体を用いた
発光素子において、金属電極側の半導体層が、p型また
はn型の、GaN1-X AsX 層(0<X<0.2)また
はInGaN1-X AsX 層(0<X<0.2)であっ
て、かつ、その層厚が、前記発光素子のクラッド層に対
する臨界膜厚以下であることを特徴とする窒化物半導体
発光素子が提供される。
According to the present invention, there is provided a light-emitting device using a GaN-based nitride semiconductor, wherein a semiconductor layer on a metal electrode side has a p-type or n-type. A GaN 1-X As X layer (0 <X <0.2) or an InGaN 1-X As X layer (0 <X <0.2), the thickness of which is the cladding layer of the light emitting device Provided is a nitride semiconductor light-emitting device having a thickness not more than the critical film thickness of the nitride semiconductor light-emitting device.

【0005】また、その好ましい態様として、前記半導
体層が、As組成Xの異なる複数の、GaN1-X AsX
層(0<X<0.2)またはInGaN1-X AsX
(0<X<0.2)を、そのAs組成Xが電極に近づく
に従って大きくなるように組み合わせて構成されている
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
In a preferred embodiment, the semiconductor layer comprises a plurality of GaN 1-X As X having different As compositions X.
A layer (0 <X <0.2) or an InGaN 1-X As X layer (0 <X <0.2) so that the As composition X increases as approaching the electrode. A nitride semiconductor light emitting device is provided.

【0006】また、本発明によれば、GaN系の窒化物
半導体を用いた発光素子において、金属電極側の半導体
層が、p型またはn型のInGaN1-YY層(0<Y
<0.2)であって、かつ、その層厚が、前記発光素子
のクラッド層に対する臨界膜厚以下であることを特徴と
する窒化物半導体発光素子が提供される。
Further, according to the present invention, in a light emitting device using a nitride semiconductor of GaN-based semiconductor layer of the metal electrode side, p-type or n-type I nGaN 1-Y P Y layer (0 <Y
<0.2), and a layer thickness of the nitride semiconductor light emitting device is not more than a critical thickness with respect to a cladding layer of the light emitting device.

【0007】また、その好ましい態様として、前記半導
体層が、P組成Yの異なる複数のInGaN1-YY
(0<Y<0.2)を、そのP組成Yが電極に近づくに
従って大きくなるよ うに組み合わせて構成されている
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
In a preferred embodiment, the semiconductor layer is formed by increasing a plurality of InGaN 1-Y P Y layers (0 <Y <0.2) having different P compositions Y as the P composition Y approaches the electrode. Provided is a nitride semiconductor light emitting device characterized by being configured in such a manner as to be combined.

【0008】また、その好ましい態様として、前記半導
体層の層厚が、1nm以上で100nm以下であること
を特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
In a preferred embodiment, a nitride semiconductor light emitting device is provided, wherein the thickness of the semiconductor layer is 1 nm or more and 100 nm or less.

【0009】また、その好ましい態様として、前記金属
電極と前記半導体層との間に、さらに金属間化合物エピ
タキシャル層を、それぞれの層に隣接して形成してなる
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
In a preferred embodiment, an intermetallic compound epitaxial layer is formed between the metal electrode and the semiconductor layer so as to be adjacent to the respective layers. An element is provided.

【0010】また、その好ましい態様として、前記金属
間化合物エピタキシャル層が、Ni 0.5 In0.5 、また
はNi0.5 (In1-W TlW0.5 (0<W<1)であ
ることを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供され
る。
In a preferred embodiment, the metal
Intermetallic compound epitaxial layer is Ni 0.5 In0.5 ,Also
Is Ni0.5 (In1-W TlW )0.5 (0 <W <1)
Provided is a nitride semiconductor light emitting device,
You.

【0011】また、その好ましい態様として、前記半導
体層の層厚が、2nm以上で200nm以下であること
を特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
In a preferred embodiment, a nitride semiconductor light emitting device is provided, wherein the thickness of the semiconductor layer is 2 nm or more and 200 nm or less.

【0012】さらに、その好ましい態様として、前記半
導体層が、p型のGaN1-X1AsX1層(0<X1<0.
2)ウエル層とp型のGaN1-X2AsX2層(0≦X2<
X1<0.2)バリア層との超格子構造体であることを
特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
In a preferred embodiment, the semiconductor layer is a p-type GaN 1-X1 As X1 layer (0 <X1 <0.
2) Well layer and p-type GaN 1-X2 As X2 layer (0 ≦ X2 <
X1 <0.2) There is provided a nitride semiconductor light emitting device having a superlattice structure with a barrier layer.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。本発明においては、金属電極と接する部
分の半導体層として、p型またはn型のGaN1-X As
X (0<X<0.2),InGaN1-X AsX (0<X
<0.2),GaN1-YY (0<Y<0.2)および
InGaN1-YY (0<Y<0.2)が用いられる。
以下p型GaNについて説明する。GaNに数%のAs
を入れることで、バンドギャップをGaNより小さくす
ることができる。しかしながらAs組成Xを増やすとG
aN1-X AsX 層は徐々に格子不整合を生じる。図10
は、GaN1-XAsX のAs組成Xと格子歪量εとの関
係を示すグラフである。例えば、GaN上のGaN0.96
As0.04層の歪量は3.4%になる。図11は、GaN
1-X As X 層のAs組成Xとバンドギャップの関係を示
すグラフである。この図からGaN0.96As0.04層のバ
ンドギャップは2.63eVであり、約0.77eVだ
けウルツ型GaNよりバンドギャップが小さくなってい
ることがわかる。図9に示す金属電極とp型半導体層界
面のバンド構造の断面からわかるように、バンドギャッ
プの小さい材料をコンタクト層に用いることで金属電極
と半導体コンタクト層界面のホールのショットキーバリ
アの高さを小さくすることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below.
Will be explained. In the present invention, the portion in contact with the metal electrode
P-type or n-type GaN1-X As
X (0 <X <0.2), InGaN1-X AsX (0 <X
<0.2), GaN1-Y PY (0 <Y <0.2) and
InGaN1-Y PY (0 <Y <0.2) is used.
Hereinafter, p-type GaN will be described. Several percent As in GaN
To make the band gap smaller than GaN
Can be However, when As composition X is increased, G
aN1-X AsX The layers gradually become lattice mismatched. FIG.
Is GaN1-XAsX Between the As composition X and the lattice strain ε
It is a graph which shows a relationship. For example, GaN on GaN0.96
As0.04The strain amount of the layer becomes 3.4%. FIG.
1-X As X The relationship between the As composition X of the layer and the band gap is shown.
This is a graph. From this figure, GaN0.96As0.04Layer of ba
The gap is 2.63 eV, about 0.77 eV
Band gap smaller than Kerutz-type GaN
You can see that Metal electrode and p-type semiconductor layer boundary shown in FIG.
As can be seen from the cross section of the band structure on the
By using a material with a small gap for the contact layer,
Burrs of holes at the interface between semiconductor and semiconductor contact layer
A height can be reduced.

【0014】図12は、GaN1-X AsX 層のAs組成
Xと臨界膜厚の関係を示すグラフである。GaN系材料
は非常に堅いので、GaN系材料の臨界膜厚はGaAs
系材料の臨界膜厚より大きい。図12から、例えばGa
0.96As0.04層の臨界膜厚は16nmであることがわ
かる。本発明の実施例のGaN0.96As0.04層コンタク
ト層の層厚は15nmなので、臨界膜厚以下である。良
質な結晶を得るにはAs組成を制御し臨界膜厚以下の層
厚にする必要がある。例えば1nm〜100nmが好ま
しい。本発明のGaN1-X AsX コンタクト層は、上で
示したようにバンドギャップが小さくかつ臨界膜厚以下
層厚を有する良質な結晶である。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the As composition X of the GaN 1-x As X layer and the critical film thickness. Since the GaN-based material is very hard, the critical thickness of the GaN-based material is GaAs.
It is larger than the critical thickness of the system material. From FIG. 12, for example, Ga
It can be seen that the critical thickness of the N 0.96 As 0.04 layer is 16 nm. The layer thickness of the GaN 0.96 As 0.04 layer contact layer of the embodiment of the present invention is 15 nm, which is smaller than the critical film thickness. In order to obtain high-quality crystals, it is necessary to control the As composition and make the thickness less than the critical thickness. For example, 1 nm to 100 nm is preferable. The GaN 1-x As x contact layer of the present invention is a high-quality crystal having a small band gap and a layer thickness equal to or less than the critical film thickness as described above.

【0015】バンドギャップが小さくかつ臨界膜厚以下
の良質な結晶であればより高濃度のpドーピングを行う
ことができる。図9に示すように、高pドーピング濃度
のコンタクト層は金属電極と半導体コンタクト層界面の
ホールのショットキーバリアの幅を小さくする作用があ
る。ショットキーバリアの幅が小さくなると素子の接触
抵抗が低減し、素子の動作電圧が小さくなる。故に本発
明のGaN1-X AsX 層コンタクト層を有する窒化物半
導体発光素子は、それがない素子に比べて、低抵抗、低
動作電圧動作の特徴を有する。これによって動作時の発
熱が抑えられるため半導体レーザの室温連続動作を達成
する上で極めて効果的である。
High-quality crystals having a small band gap and a critical thickness or less can perform p-doping at a higher concentration. As shown in FIG. 9, a contact layer having a high p doping concentration has an effect of reducing the width of a Schottky barrier of a hole at the interface between a metal electrode and a semiconductor contact layer. As the width of the Schottky barrier decreases, the contact resistance of the element decreases, and the operating voltage of the element decreases. Therefore, the nitride semiconductor light emitting device having the GaN 1-x As X layer contact layer of the present invention has characteristics of lower resistance and lower operating voltage operation than the device without it. This suppresses heat generation during operation, which is extremely effective in achieving continuous operation of the semiconductor laser at room temperature.

【0016】Ni0.5 In0.5 やNi0.5 (In1-W
W0.5 (0<W<1)などの金属間化合物層は金属
と同様の高い電気伝導性を有する。Ni0.5 In0.5
通常のウルツ型のGaNとの格子不整合歪量は2%であ
り、GaN上に薄膜の引張歪を有するNi0.5 In0.5
のエピタキシャル成長が可能である。Ni0.5 (In
1-W TlW0.5 はTl組成Wを調整することでウルツ
型のGaNと面内の格子定数を一致させることができる
ので厚膜の金属間化合物層が形成できる。圧縮歪のGa
1-X AsX コンタクト層をGaN層とNi0.5 In
0.5 やNi0.5 (In1-W TlW0.5 などの金属間化
合物エピタキシャル層で挟んだ構造にすると、格子整合
層によって両側から歪コンタクト層が支えられるため転
位が入りにくくなり、臨界膜厚は2倍に増大する。図1
3は格子整合層によって両側から挟まれたGaN1-X
X 層のAs組成Xと臨界膜厚の関係を示すグラフであ
る。点線で示した曲線は両側から挟まれていない場合の
臨界膜厚曲線である。前述のGaN1-X AsX コンタク
ト層よりAs組成Xが大きくバンドギャップが小さいG
aN1-X AsX コンタクト層が得られるか、あるいはG
aN1-X AsX コンタクト層の厚さを2倍に増大できる
ことがわかる。例えばこのように格子整合層によって両
側からGaN0.92As0.08層を挟むことによって、Ga
0.92As0.08層の臨界膜厚は4.3nmから19nm
に増大する。図11から、GaN0.92As 0.08層のバン
ドギャップは1.917eVであることがわかる。これ
はGaAs基板に格子整合するGaInPのバンドギャ
ップの大きさに等しい。このGaInPは1019cm-3
の高濃度pドーピングが可能である。GaNのバンドギ
ャップは3.4eVであるから、GaN0.92As0.08
を用いることで約1.5eVだけコンタクト層のバンド
ギャップが減少したことになる。これは先程述べたGa
0.96As0.04層の場合の2倍の減少量である。
Ni0.5 In0.5 And Ni0.5(In1-W T
lW )0.5 Intermetallic compound layers such as (0 <W <1) are metal
It has the same high electrical conductivity as. Ni0.5 In0.5 When
The amount of lattice mismatch strain with ordinary wurtzite GaN is 2%.
Ni, which has a thin film tensile strain on GaN0.5In0.5 
Can be epitaxially grown. Ni0.5 (In
1-W TlW )0.5 By adjusting the Tl composition W
Can match the in-plane lattice constant of GaN
Therefore, a thick intermetallic compound layer can be formed. Compressive strain Ga
N1-X AsX GaN layer and Ni contact layer0.5In
0.5 And Ni0.5(In1-W TlW )0.5 Intermetallic
When the structure is sandwiched between compound epitaxial layers, lattice matching
Layer supports the strained contact layer from both sides.
And the critical thickness is doubled. FIG.
3 is GaN sandwiched from both sides by a lattice matching layer1-X A
sX 5 is a graph showing the relationship between the As composition X of a layer and the critical film thickness.
You. The curve shown by the dotted line is the case where
It is a critical film thickness curve. GaN mentioned above1-X AsX Contact
G having a larger As composition X and a smaller band gap than the G layer
aN1-X AsX Contact layer is obtained or G
aN1-X AsX The thickness of the contact layer can be doubled
You can see that. For example, the lattice matching layer
GaN from the side0.92As0.08By sandwiching the layers, Ga
N0.92As0.08The critical thickness of the layer is from 4.3 nm to 19 nm
To increase. From FIG. 11, GaN0.92As 0.08Layered van
It can be seen that the gap is 1.917 eV. this
Is the band gap of GaInP lattice-matched to the GaAs substrate.
Equal to the size of the tip. This GaInP is 1019cm-3Table
High-concentration p doping is possible. GaN band
Since the gap is 3.4 eV, GaN0.92As0.08layer
About 1.5 eV of the contact layer band by using
The gap has been reduced. This is because Ga
N0.96As0.04This is twice the amount of reduction in the case of a layer.

【0017】結局、上で述べたように、これらの金属間
化合物エピタキシャル層を用いて両側からGaN1-X
X コンタクト層を挟むことによって、さらにLD素子
の接触抵抗が低減し、動作電圧が小さくなる効果があ
る。この場合の金属間化合物層の層厚は、5〜200n
mが好ましい。また、この金属間化合物層を用いた場合
の半導体層の層厚は2〜200nmが好ましい。
After all, as described above, the GaN 1-X A
By sandwiching the s X contact layer, there is an effect that the contact resistance of the LD element is further reduced and the operating voltage is reduced. In this case, the thickness of the intermetallic compound layer is 5 to 200 n.
m is preferred. The layer thickness of the semiconductor layer when using this intermetallic compound layer is preferably 2 to 200 nm.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに具体的
に説明する。 [実施例1]図1は、本発明の第1の実施例のGaN系
窒化物半導体発光素子(LD)の断面図である。図1に
示すようにGaN系LDは、厚さ350μmのA面サフ
ァイア基板101、層厚30nmのGaNバッファ層1
02、層厚3μmのn−GaN層103、層厚100n
mのn−In0.1 Ga0.9 N層104、層厚400nm
のn−Al0.15Ga0.85N層105、層厚100nmの
n−GaN層106、InGaN/GaN−MQW活性
層107、層厚20nmのp−Al0.2 Ga0. 8 Nクラ
ッド層108、層厚100nmのp−GaN層109、
層厚400nmのp−Al0.15Ga0.85Nクラッド層1
10、層厚500nmのp−GaNクラッド層111、
層厚15nmのp−GaAs0.040.96コンタクト層1
12、p電極113、n電極114からなる。InGa
N−MQW活性層107は2.5nmのIn0.2 Ga
0.8 Nウエル層と5nmのIn0.05Ga0.95Nバリア層
の20周期の多重量子井戸(MQW)層である。各層に
用いられるpドーパントはMg、nドーパントはSiで
ある。本発明の特徴は層厚15nmのp−GaAs0. 04
0.96コンタクト層112を有することにある。
EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. FIG. 1 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor light emitting device (LD) according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the GaN-based LD includes an A-plane sapphire substrate 101 having a thickness of 350 μm, and a GaN buffer layer 1 having a thickness of 30 nm.
02, n-GaN layer 103 having a layer thickness of 3 μm, layer thickness 100 n
m n-In 0.1 Ga 0.9 N layer 104, layer thickness 400 nm
Of n-Al 0.15 Ga 0.85 N layer 105, n-GaN layer 106 having a thickness of 100nm, InGaN / GaN-MQW active layer 107, the layer thickness 20nm p-Al 0.2 Ga 0. 8 N cladding layer 108, a layer thickness 100nm P-GaN layer 109,
400 nm thick p-Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 1
10, a 500 nm-thick p-GaN cladding layer 111,
15-nm-thick p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 1
12, a p-electrode 113 and an n-electrode 114. InGa
The N-MQW active layer 107 has a thickness of 2.5 nm of In 0.2 Ga.
This is a 20-period multiple quantum well (MQW) layer of a 0.8 N well layer and a 5 nm In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer. The p dopant used for each layer is Mg, and the n dopant is Si. Feature of the present invention having a thickness of 15nm p-GaAs 0. 04
N 0.96 has a contact layer 112.

【0019】上記のLDは有機金属気相エピタキシャル
(MOVPE)成長法やガスソース分子線ピタキシャル
(GSMBE)成長法を用いて作製できる。以下にMO
VPE法による本発明の第1の実施例の上記LD素子の
作製方法を述べる。以降の実施例においても以下に述べ
る製造方法を用いることができる。V族原料にはN
3 、AsH3 、III 族原料には、トリメチルインジウ
ム(TMIn)、トリメチルガリウム(TMGa)、ト
リメチルアルミニウム(TMAl)を用いる。pドーパ
ント原料にはCP2 Mg、nドーパント原料にはSiH
を用いる。
The above LD is metalorganic vapor phase epitaxial.
(MOVPE) growth method and gas source molecular beam
(GSMBE) It can be manufactured using a growth method. MO below
VPE method of the LD device of the first embodiment of the present invention
The manufacturing method will be described. The following examples are also described below.
Manufacturing method can be used. Group V materials include N
H Three, AsHThree , Group III raw materials include trimethylindium
(TMIn), trimethylgallium (TMGa),
Limethylaluminum (TMAl) is used. p-dopa
The raw material is CPTwo Mg, n dopant raw material is SiH
4 Is used.

【0020】まずA面サファイア基板101を成長室で
ある反応管に導入し、H2 キャリアガスを反応管に流し
た。その状態で基板を1150℃に昇温させ、10分間
過熱したのち550℃に下げて、NH3 とTMGaを導
入して層厚30nmのGaNバッファ層102を成長さ
せた。その後、H2 キャリアガスを反応管に流したまま
基板温度を1000℃に上げてNH3 とTMGaとSi
4 を導入して層厚3μmのn−GaN層103を成長
させる。サファイア基板とGaNには14%もの格子不
整合があるが、低温成長のGaNバッファ層102を最
初に成長させ、かつその層厚を制御することで結晶性の
よいGaNが得られた。次にTMInを導入しクラッキ
ング防止のための層厚100nmのn−In0.1 Ga
0.9 N層104を成長させた。このようにして順次成長
させた。本発明の特徴であるp−GaAs0.040.96
ンタクト層112はNH3 とAsH3 とTMGaとCP
2 Mgを導入して成長させた。p−ドーピング濃度は5
×1018cm-3以上とした。p−GaAs0.040.96コン
タクト層112の層圧を15nmとすることで臨界膜厚
以内の良好な品質の結晶が得られた。成長後は600℃
の温度で1時間熱アニールを行い結晶中に取り込まれた
H原子を追い出し、Mgを活性化させp濃度を向上させ
た。
First, the A-plane sapphire substrate 101 was introduced into a reaction tube as a growth chamber, and H 2 carrier gas was flowed through the reaction tube. In this state, the substrate was heated to 1150 ° C., heated for 10 minutes, then lowered to 550 ° C., and NH 3 and TMGa were introduced to grow a GaN buffer layer 102 having a thickness of 30 nm. Thereafter, the substrate temperature was raised to 1000 ° C. while flowing the H 2 carrier gas through the reaction tube, and NH 3 , TMGa and Si
By introducing H 4 , the n-GaN layer 103 having a thickness of 3 μm is grown. Although the sapphire substrate and GaN have a lattice mismatch of as much as 14%, GaN with good crystallinity was obtained by first growing the GaN buffer layer 102 grown at a low temperature and controlling the layer thickness. Next, n-In 0.1 Ga having a thickness of 100 nm was introduced to prevent cracking by introducing TMIn.
A 0.9 N layer 104 was grown. In this way, they were sequentially grown. The p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 112 which is a feature of the present invention is composed of NH 3 , AsH 3 , TMGa and CP.
It was grown by introducing 2 Mg. p-doping concentration is 5
× 10 18 cm -3 or more. By setting the layer pressure of the p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 112 to 15 nm, a crystal of good quality within the critical film thickness was obtained. 600 ° C after growth
Was performed for 1 hour to drive out the H atoms taken into the crystal, activate Mg, and improve the p concentration.

【0021】成長終了後の降温はサファイア基板が割れ
ないようにゆっくり行った。ウエハを取り出した後、p
−GaAs0.040.96コンタクト層112上にp電極1
13を付け、エッチングを行いn−GaN層103にn
電極114を取り付けてLD素子を得た。以下の実施例
のGaN系窒化物半導体LDの活性層を含む本体の構造
は共通であり、コンタクト層および電極の部分が異なる
だけである。従って本発明は任意の構造のLDに適用可
能である。
After the growth was completed, the temperature was lowered slowly so that the sapphire substrate was not broken. After removing the wafer, p
-P electrode 1 on GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 112
13 and etching is performed to form n-GaN layer 103 with n.
The electrode 114 was attached to obtain an LD element. The structure of the main body including the active layer of the GaN-based nitride semiconductor LD of the following examples is common, and only the contact layer and the electrode are different. Therefore, the present invention is applicable to an LD having any structure.

【0022】[実施例2]図2は、本発明の第2の実施
例のGaN系窒化物半導体LDの断面図である。図2に
示すように、p−GaAs0.040.96コンタクト層11
2の部分のみが異なる以外は第1の実施例と同じLD構
造である。即ち、第2実施例は、第1実施例の層厚15
nmのp−GaAs0.040.96コンタクト層112を層
厚20nmのp−GaAs0.010.99コンタクト層20
1、層厚5nmのp−GaAs0.020.98コンタクト層
202、層厚10nmのp−GaAs0.040.96コンタ
クト層203からなるステップコンタクト層204に置
き換えた構造のGaN系窒化物半導体LDである。ステ
ップコンタクト層204ではコンタクト層のバンドギャ
ップの大きさがAs組成の増大によって徐々に小さくな
っている。これにより、p−GaNクラッド層111と
p−GaAs0.040.96コンタクト層203との急激な
バンドギャップ差を緩和できるので素子の抵抗を下げる
ことができる。
Embodiment 2 FIG. 2 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 11
The LD structure is the same as that of the first embodiment except that only part 2 is different. That is, the second embodiment is different from the first embodiment in the layer thickness 15
The n-type p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 112 is replaced with the 20-nm-thick p-GaAs 0.01 N 0.99 contact layer 20.
1. A GaN-based nitride semiconductor LD having a structure in which a step contact layer 204 including a p-GaAs 0.02 N 0.98 contact layer 202 with a layer thickness of 5 nm and a p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 203 with a layer thickness of 10 nm is used. In the step contact layer 204, the size of the band gap of the contact layer gradually decreases due to the increase in the As composition. Thereby, a sharp band gap difference between the p-GaN cladding layer 111 and the p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 203 can be reduced, so that the resistance of the device can be reduced.

【0023】[実施例3]図3は、本発明の第3の実施
例のGaN系窒化物半導体LDの断面図である。図3に
示すように、p−GaAs0.040.96コンタクト層11
2を層厚20nmのp−GaP0.040.96コンタクト層
301に置き換えた構造のLDであり、それ以外は第1
の実施例と同じ構造のGaN系窒化物半導体LDであ
る。GaPX1-X もP組成Xの増加と共にバンドギャ
ップが大きく低下する性質を有する。また、GaP0.04
0.96はGaAs0.040.96よりGaNに対する歪量が
少ないのでコンタクト層の厚さを大きくとれる利点があ
る。
Embodiment 3 FIG. 3 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 11
2 is replaced with a 20 nm-thick p-GaP 0.04 N 0.96 contact layer 301.
This is a GaN-based nitride semiconductor LD having the same structure as that of the embodiment. GaP X N 1 -X also has a property that the band gap is greatly reduced with an increase in the P composition X. GaP 0.04
N 0.96 has an advantage that the thickness of the contact layer can be increased because the amount of strain with respect to GaN is smaller than that of GaAs 0.04 N 0.96 .

【0024】[実施例4]図4は、本発明の第4の実施
例のGaN系窒化物半導体LDの断面図である。図4に
示すように、実施例2のステップコンタクト層204
を、層厚5nmのp−GaP0.010.99コンタクト層4
01と層厚5nmのp−GaP0.020.98コンタクト層
402と層厚12nmのp−GaP0.040.96コンタク
ト層403からなるステップコンタクト層404に置き
換えた構造のGaN系窒化物半導体LDである。ステッ
プコンタクト層404により、p−GaNクラッド層1
11とp−GaP0.040.96コンタクト層403との急
激なバンドギャップ差を緩和できるので素子の抵抗を下
げることができる。
Embodiment 4 FIG. 4 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the step contact layer 204 of the second embodiment
To a 5 nm-thick p-GaP 0.01 N 0.99 contact layer 4
This is a GaN-based nitride semiconductor LD having a structure in which a step contact layer 404 composed of a p-GaP 0.02 N 0.98 contact layer 402 having a thickness of 01, 5 nm and a p-GaP 0.04 N 0.96 contact layer 403 having a thickness of 12 nm is used. The step contact layer 404 allows the p-GaN cladding layer 1
11 and p-GaP 0.04 N 0.96 contact layer 403 can alleviate a sharp band gap difference, so that the resistance of the device can be reduced.

【0025】[実施例5]図5は、本発明の第5の実施
例のGaN系窒化物半導体LDの断面図である。図5に
示すように、層厚15nmのp−GaAs0.040.96
ンタクト層501とp電極113の間に層厚15nmの
Ni0.5 In0.5 金属間化合物層502を挟んだ構造を
している以外は実施例1と同構造のGaN系窒化物半導
体LDである。Ni0.5 In0.5 金属間化合物層502
は引張歪であり、p−GaAs0.040.96コンタクト層
501は圧縮歪なので、これらを組み合わせることで歪
補償しあい全体の歪量は低減されている。これらの金属
間化合物の結晶構造はCsCl型であり、GaAsやI
nP等のIII-V化合物半導体の閃亜鉛鉱型結晶構造やG
aNのウルツ型結晶構造とは異なっている。しかしなが
らNi0.5 In0.5 の格子定数3.1はウルツ型GaN
の面内格子定数3.16にほぼ等しいため、GaN上へ
のエピタキシャル成長が可能である。p−GaAs0.04
0.96コンタクト層501までは上述した成長条件で行
う。しかしながらGaN上の金属間化合物薄膜の結晶成
長は、異種原子構造のヘテロエピタキシャル成長なの
で、通常とは異なる成長条件が必要である。
Embodiment 5 FIG. 5 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, except that a 15 nm thick Ni 0.5 In 0.5 intermetallic compound layer 502 is sandwiched between a 15 nm thick p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 501 and a p electrode 113. This is a GaN-based nitride semiconductor LD having the same structure as in the first embodiment. Ni 0.5 In 0.5 intermetallic compound layer 502
Is a tensile strain, and the p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 501 is a compressive strain. Therefore, by combining them, the strain is compensated and the entire strain amount is reduced. The crystal structure of these intermetallic compounds is CsCl type, and GaAs and I
Zinc blende type crystal structure of III-V compound semiconductor such as nP and G
This is different from the wurtz crystal structure of aN. However, the lattice constant 3.1 of Ni 0.5 In 0.5 is wurtzian GaN
Is approximately equal to the in-plane lattice constant of 3.16, so that epitaxial growth on GaN is possible. p-GaAs 0.04
The process up to the N 0.96 contact layer 501 is performed under the growth conditions described above. However, since the crystal growth of the intermetallic compound thin film on GaN is heteroepitaxial growth with a heteroatom structure, unusual growth conditions are required.

【0026】以下にこの実施例で用いたGaN上の金属
間化合物層の成長方法を述べる。GaN上に金属間化合
物層を成長させる際には、GaN半導体層の表面をGa
の単原子層で覆い、成長室の残留V族の量を十分に落と
し、次に金属間化合物層の遷移金属であるNiを1原子
層成長させてから、Ni0.5 In0.5 金属間化合物層を
成長させた。金属間化合物層の成長温度は低温で行っ
た。マイグレーション・エンハンスドエピタキシー(M
EE)成長ならば350℃程度、MBE成長ならば45
0℃程度である。但し、格子整合系の金属間化合物層に
おいては、250℃程度の成長温度でInP上にMEE
成長させてもよい。
A method for growing an intermetallic compound layer on GaN used in this embodiment will be described below. When growing an intermetallic compound layer on GaN, the surface of the GaN semiconductor layer is
To sufficiently reduce the amount of the residual group V in the growth chamber, and then grow one atomic layer of Ni, which is a transition metal of the intermetallic compound layer, and then deposit the Ni 0.5 In 0.5 intermetallic compound layer. Grew. The growth temperature of the intermetallic compound layer was low. Migration Enhanced Epitaxy (M
EE) about 350 ° C. for growth, 45 for MBE growth
It is about 0 ° C. However, in the lattice-matched intermetallic compound layer, MEE is grown on InP at a growth temperature of about 250 ° C.
It may be grown.

【0027】[実施例6]図6は、本発明の第6の実施
例のGaN系窒化物半導体LDの断面図である。図6に
示すように実施例5のNi0.5 In0.5 金属間化合物層
502を、GaNに格子整合した層厚50nmのNi
0.5 (TlX In1-X0.5 金属間化合物層602で置
き換えた構造をしていること以外は実施例5と同構造の
GaN系窒化物半導体LDである。Ni0.5 (TlX
1-X0.5 金属間化合物層602でp−GaAs0.08
0.92コンタクト層501を挟むことにより、1.5e
Vのバンドギャップの低減が実現できる。Ni0.5 (T
X In1-X0.5 金属間化合物層602はGaNに格
子整合しているので、高品質で厚膜の金属間化合物のエ
ピタキシャル電極が形成できる。
Embodiment 6 FIG. 6 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the Ni 0.5 In 0.5 intermetallic compound layer 502 of the fifth embodiment is lattice-matched to GaN and has a thickness of 50 nm.
This is a GaN-based nitride semiconductor LD having the same structure as that of the fifth embodiment except that the structure is replaced by a 0.5 (Tl x In 1-x ) 0.5 intermetallic compound layer 602. Ni 0.5 (Tl X I
n 1-x ) 0.5 p-GaAs 0.08 in the intermetallic compound layer 602
By sandwiching the N 0.92 contact layer 501, 1.5e
V band gap can be reduced. Ni 0.5 (T
Since the (l x In 1-x ) 0.5 intermetallic compound layer 602 is lattice-matched to GaN, a high-quality, thick-film, intermetallic compound epitaxial electrode can be formed.

【0028】[実施例7]図7は、本発明の第7の実施
例のGaN系窒化物半導体LDの断面図である。図7に
示すように、層厚19nmのp−GaAs0.080.92
ンタクト層701、GaNに格子整合した層厚10nm
のNi0.5 (TlX In1-X0.5 金属間化合物層70
2、層厚10nmのNi0.5 In0.5 金属間化合物層7
03、GaNに格子整合した層厚50nmのNi0.5
(TlX In1-X0.5 金属間化合物層704からなる
コンタクト層構造を有するGaN系窒化物半導体LDで
ある。GaNに格子整合した層厚10nmのNi0.5
(TlX In1-X 0.5 金属間化合物層702はp−G
aAs0.080.92コンタクト層701とNi0.5 In
0.5金属間化合物層703の界面歪の急激な変化を改善
するための緩和層である。
[Embodiment 7] FIG. 7 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a seventh embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, a p-GaAs 0.08 N 0.92 contact layer 701 having a thickness of 19 nm and a layer thickness of 10 nm lattice-matched to GaN
Ni 0.5 (Tl x In 1-x ) 0.5 intermetallic compound layer 70
2. Ni 0.5 In 0.5 intermetallic compound layer 7 having a thickness of 10 nm
03, Ni 0.5 lattice-matched to GaN with a layer thickness of 50 nm
(Tl X In 1-x ) A GaN-based nitride semiconductor LD having a contact layer structure composed of a 0.5 intermetallic compound layer 704. Ni 0.5 with a layer thickness of 10 nm lattice-matched to GaN
(Tl x In 1-x ) 0.5 intermetallic compound layer 702 is p-G
aAs 0.08 N 0.92 contact layer 701 and Ni 0.5 In
This is a relaxation layer for improving a rapid change in interfacial strain of the 0.5 intermetallic compound layer 703.

【0029】[実施例8]図8は、本発明の第8の実施
例のGaN系窒化物半導体LDの断面図である。図8に
示すように、層厚5nmのp−GaAs0.010.99バリ
ア層801と層厚3nmのp−GaAs0.080.92ウエ
ル層802の5周期の超格子コンタクト層804とGa
Nに格子整合した層厚50nmのNi0.5 (TlX In
1-X0.5金属間化合物層803からなるコンタクト層
構造を有するGaN系窒化物半導体LDである。ホール
は層厚40nmの超格子コンタクト層804を共鳴トン
ネルで透過し金属電極に到達することができるため接触
抵抗が低減する。
[Eighth Embodiment] FIG. 8 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to an eighth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the p-GaAs 0.01 N 0.99 barrier layer 801 having a thickness of 5 nm and the p-GaAs 0.08 N 0.92 well layer 802 having a thickness of 3 nm have five periods of a superlattice contact layer 804 and Ga.
Ni 0.5 (Tl x In) with a layer thickness of 50 nm lattice-matched to N
1-X ) A GaN-based nitride semiconductor LD having a contact layer structure composed of a 0.5 intermetallic compound layer 803. The holes can pass through the superlattice contact layer 804 having a thickness of 40 nm through the resonance tunnel and reach the metal electrode, so that the contact resistance is reduced.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明におけるコンタクト層は、GaN
の半分のバンドギャップを有しかつ臨界膜厚以下の層厚
を有する良質なp型GaN1-X AsX 結晶である。バン
ドギャップが小さいため5×1018cm-3以上の高濃度の
pドーピングを行うことができる。本発明に用いられる
Ni0.5 In0.5 やNi0.5 (In1-X TlX0.5
どの金属間化合物層は、GaN1-X AsX 歪コンタクト
層をGaN層とで挟んで支えるため転位が入りにくくな
り、臨界膜厚は2倍に増大する。従って、よりバンドギ
ャップの小さいGaN1-X AsX 層をコンタクト層に用
いることができる。その結果、金属電極と半導体コンタ
クト層界面のホールのショットキーバリアの幅と高さを
半減させることができる。これによって窒化物半導体発
光素子の接触抵抗が大きく低減し、通常のGaAs基板
上のLD素子に近い動作電圧が得られる。その結果、動
作時の発熱が抑えられるため窒化物半導体レーザの室温
連続動作を達成することができる。それに加えて、窒化
物半導体レーザの閾値、温度特性、信頼性を著しく向上
させることができる。
According to the present invention, the contact layer is made of GaN.
This is a high-quality p-type GaN 1-x As X crystal having a band gap of half of that of Example 1 and a layer thickness equal to or less than the critical film thickness. Since the band gap is small, p-doping at a high concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more can be performed. The intermetallic compound layer such as Ni 0.5 In 0.5 or Ni 0.5 (In 1-X Tl x ) 0.5 used in the present invention contains dislocations to support the GaN 1-X As X strained contact layer sandwiched between the GaN layers. And the critical film thickness doubles. Therefore, a GaN 1-x As X layer having a smaller band gap can be used as the contact layer. As a result, the width and height of the Schottky barrier at the hole at the interface between the metal electrode and the semiconductor contact layer can be reduced by half. As a result, the contact resistance of the nitride semiconductor light emitting device is greatly reduced, and an operating voltage close to that of an LD device on a normal GaAs substrate can be obtained. As a result, heat generation during operation is suppressed, so that continuous operation of the nitride semiconductor laser at room temperature can be achieved. In addition, the threshold, temperature characteristics, and reliability of the nitride semiconductor laser can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例のGaN系窒化物半導体
LDの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例のGaN系窒化物半導体
LDの断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例のGaN系窒化物半導体
LDの断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例のGaN系窒化物半導体
LDの断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施例のGaN系窒化物半導体
LDの断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施例のGaN系窒化物半導体
LDの断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第7の実施例のGaN系窒化物半導体
LDの断面図である。
FIG. 7 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a seventh embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第8の実施例のGaN系窒化物半導体
LDの断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to an eighth embodiment of the present invention.

【図9】金属電極とp型半導体層界面のバンド構造を模
式的に示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a band structure at an interface between a metal electrode and a p-type semiconductor layer.

【図10】GaN1-X AsX 層のAs組成Xと格子歪量
εとの関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the As composition X of the GaN 1-X As X layer and the amount of lattice strain ε.

【図11】GaN1-X AsX 層のAs組成Xとバンドギ
ャップの関係を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a relationship between an As composition X of a GaN 1-X As X layer and a band gap.

【図12】GaN1-X AsX 層のAs組成Xと臨界膜厚
の関係を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the As composition X of the GaN 1-X As X layer and the critical film thickness.

【図13】両側から挟まれたGaN1-X AsX 層のAs
組成Xと臨界膜厚の関係を示すグラフである。
FIG. 13: As of a GaN 1-X As X layer sandwiched from both sides
4 is a graph showing a relationship between a composition X and a critical film thickness.

【図14】従来のGaN系の窒化物半導体LD素子の構
造を示す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing the structure of a conventional GaN-based nitride semiconductor LD device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 A面サファイア基板 102 GaNバッファ層 103 n−GaN層 104 n−In0.1 Ga0.9 N層 105 n−Al0.15Ga0.85N層 106 n−GaN層 107 InGaN/GaN−MQW活性層 108 p−Al0.2 Ga0.8 Nクラッド層 109 p−GaN層 110 p−Al0.15Ga0.85Nクラッド層 111 p−GaNクラッド層 112 p−GaAs0.040.96コンタクト層 113 p電極 114 n電極 201 p−GaAs0.010.99コンタクト層 202 p−GaAs0.020.98コンタクト層 203 p−GaAs0.040.96コンタクト層 204 ステップコンタクト層 301 p−GaP0.040.96コンタクト層 401 p−GaP0.010.99コンタクト層 402 p−GaP0.020.98コンタクト層 403 p−GaP0.040.96コンタクト層 404 ステップコンタクト層 501 p−GaAs0.040.96コンタクト層 502 Ni0.5 In0.5 金属間化合物層 602 Ni0.5 (TlX In1-X0.5 金属間化合物
層 701 p−GaAs0.080.92コンタクト層 702 Ni0.5 (TlX In1-X0.5 金属間化合物
層 703 Ni0.5 In0.5 金属間化合物層 704 Ni0.5 (TlX In1-X 0.5 金属間化合物
層 801 p−GaAs0.010.99バリア層 802 p−GaAs0.080.92ウエル層 803 Ni0.5 (TlX In1-X0.5 金属間化合物
層 804 超格子コンタクト層 901 伝導帯 902 フェルミレベル 903 価電子帯 904 ショットキーバリアの幅 905 ショットキーバリアの高さ 906 ホール 907 金属電極 908 p型半導体層
101 A-plane sapphire substrate 102 GaN buffer layer 103 n-GaN layer 104 n-In 0.1 Ga 0.9 N layer 105 n-Al 0.15 Ga 0.85 N layer 106 n-GaN layer 107 InGaN / GaN-MQW active layer 108 p-Al 0.2 Ga 0.8 N cladding layer 109 p-GaN layer 110 p-Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 111 p-GaN cladding layer 112 p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 113 p electrode 114 n electrode 201 p-GaAs 0.01 N 0.99 contact layer 202 p-GaAs 0.02 N 0.98 contact layer 203 p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 204 step contact layer 301 p-GaP 0.04 N 0.96 contact layer 401 p-GaP 0.01 N 0.99 contact layer 402 p-GaP 0.02 N 0.98 contact layer 403 p-GaP 0.04 0.96 contact layer 404 Step contact layer 501 p-GaAs 0.04 N 0.96 contact layer 502 Ni 0.5 In 0.5 intermetallic compound layer 602 Ni 0.5 (Tl X In 1 -X) 0.5 intermetallic compound layer 701 p-GaAs 0.08 N 0.92 contact layer 702 Ni 0.5 (Tl x In 1 -x) 0.5 intermetallic compound layer 703 Ni 0.5 In 0.5 intermetallic compound layer 704 Ni 0.5 (Tl x In 1 -x) 0.5 intermetallic compound layer 801 p-GaAs 0.01 N 0.99 barrier layer 802 p-GaAs 0.08 N 0.92 well layer 803 Ni 0.5 (Tl x In 1 -x) 0.5 intermetallic compound layer 804 superlattice contact layer 901 conduction band 902 Fermi level 903 valence band 904 Schottky barrier width 905 Schottky barrier Height 906 hole 907 metal electrode 908 p-type semiconductor layer

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Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 GaN系の窒化物半導体を用いた発光素
子において、金属電極側の半導体層が、p型またはn型
の、GaN1-X AsX 層(0<X<0.2)またはIn
GaN1-X AsX 層(0<X<0.2)であって、か
つ、その層厚が、前記発光素子のクラッド層に対する臨
界膜厚以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素
子。
In a light emitting device using a GaN-based nitride semiconductor, a semiconductor layer on a metal electrode side is a p-type or n-type GaN 1-x As X layer (0 <X <0.2) or In
A nitride semiconductor light emitting device, wherein the GaN 1-X As X layer (0 <X <0.2) has a thickness less than or equal to a critical film thickness for the cladding layer of the light emitting device. .
【請求項2】 前記半導体層が、As組成Xの異なる複
数の、GaN1-X AsX 層(0<X<0.2)またはI
nGaN1-X AsX 層(0<X<0.2)を、そのAs
組成Xが電極に近づくに従って大きくなるように組み合
わせて構成されていることを特徴とする請求項1記載の
窒化物半導体発光素子。
2. The semiconductor layer comprising a plurality of GaN 1-x As X layers (0 <X <0.2) or I
The nGaN 1-x As X layer (0 <X <0.2) is
2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the composition is combined so that the composition X increases as approaching the electrode.
【請求項3】 GaN系の窒化物半導体を用いた発光素
子において、金属電極側の半導体層が、p型またはn型
のInGaN1-YY層(0<Y<0.2)であっ て、
かつ、その層厚が、前記発光素子のクラッド層に対する
臨界膜厚以下であることを特徴とする窒化物半導体発光
素子。
3. A light-emitting element using a GaN-based nitride semiconductor, wherein the semiconductor layer on the metal electrode side is a p-type or n-type InGaN 1-Y P Y layer (0 <Y <0.2). hand,
A nitride semiconductor light-emitting device having a layer thickness equal to or less than a critical film thickness of the light-emitting device with respect to a cladding layer.
【請求項4】 請求項3記載の半導体層が、P組成Yの
異なる複数のInGaN1-YY 層(0<Y<0.2)
を、そのP組成Yが電極に近づくに従って大きくなるよ
うに 組み合わせて構成されていることを特徴とする請
求項3記載の窒化物半導体発光素子。
4. The semiconductor layer according to claim 3, wherein the plurality of InGaN 1-Y P Y layers having different P compositions Y (0 <Y <0.2)
4. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the P composition Y is combined so that the P composition Y increases as approaching the electrode.
【請求項5】 前記半導体層の層厚が、1nm以上で1
00nm以下であることを特徴とする請求項1〜4のい
ずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
5. The semiconductor layer according to claim 1, wherein said semiconductor layer has a thickness of 1 nm or more.
The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness is not more than 00 nm.
【請求項6】 前記金属電極と前記半導体層との間に、
さらに金属間化合物エピタキシャル層を、それぞれの層
に隣接して形成してなることを特徴とする請求項1〜5
のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
6. Between the metal electrode and the semiconductor layer,
6. An intermetallic compound epitaxial layer is formed adjacent to each layer.
The nitride semiconductor light emitting device according to any one of the above.
【請求項7】 前記金属間化合物エピタキシャル層が、
Ni0.5 In0.5 、またはNi0.5 (In1-W Tl
0.5 (0<W<1)であることを特徴とする請求
項6記載の窒化物半導体発光素子。
7. The intermetallic compound epitaxial layer,
Ni 0.5 In 0.5 or Ni 0.5 (In 1-W Tl
7. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein W ) 0.5 (0 <W <1).
【請求項8】 前記半導体層の層厚が、2nm以上で2
00nm以下であることを特徴とする請求項6または7
記載の窒化物半導体発光素子。
8. The semiconductor layer having a thickness of 2 nm or more and having a thickness of 2 nm or more.
8. The structure according to claim 6, wherein the thickness is not more than 00 nm.
The nitride semiconductor light-emitting device according to any of the preceding claims.
【請求項9】 前記半導体層が、p型のGaN1-X1As
X1層(0<X1<0.2)ウエル層とp型のGaN1-X2
AsX2層(0≦X2<X1<0.2)バリア層との超格
子構造体であることを特徴とする請求項1または2記載
の窒化物半導体発光素子。
9. The method according to claim 1, wherein the semiconductor layer is a p-type GaN 1-X1 As.
X1 layer (0 <X1 <0.2) well layer and p-type GaN 1-X2
3. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor light emitting device has a superlattice structure with an As X2 layer (0 ≦ X2 <X1 <0.2) barrier layer.
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