JP3314671B2

JP3314671B2 - 窒化物半導体素子

Info

Publication number: JP3314671B2
Application number: JP18707097A
Authority: JP
Inventors: 傑窪田; 孝志向井; 修二中村
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 2002-08-12
Anticipated expiration: 2017-07-14
Also published as: JPH1131841A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばＬＥＤ、ＬＤ等の
発光素子、太陽電池、光センサー等の受光素子等に用い
られる窒化物半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、
０≦Y、X＋Y≦１）よりなる素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑
色ＬＥＤの材料として、本出願人により、フルカラーＬ
ＥＤディスプレイ、交通信号等で実用化されたばかりで
ある。これらの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ｎ
型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一
量子井戸構造（ＳＱＷ：Single-Quantum- Well）のＩｎ
ＧａＮよりなる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有
している。青色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩ
ｎ組成比を増減することで決定されている。青色ＬＥＤ
は２０ｍＡにおいて発光波長４５０ｎｍ、半値幅２０ｎ
ｍ、光度２ｃｄ、光出力５ｍＷ、外部量子効率９．１％
である。一方、緑色ＬＥＤは同じく２０ｍＡにおいて、
発光波長５２５ｎｍ、半値幅３０ｎｍ、光度６ｃｄ、光
出力３ｍＷ、外部量子効率６．３％である。

【０００３】また本出願人は、最近この材料を用いてパ
ルス電流下、室温での４１０ｎｍのレーザ発振を世界で
初めて発表した{例えば、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L7
4、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L217等}。このレーザ素子
は、ＩｎＧａＮを用いた多重量子井戸構造の活性層を有
するダブルへテロ構造を有し、パルス幅２μｓ、パルス
周期２ｍｓの条件で、閾値電流６１０ｍＡ、閾値電流密
度８．７ｋＡ／cm²、４１０ｎｍの発振を示す。改良し
たレーザ素子もまた、Appl.Phys.Lett.69(1996)1477に
おいて発表した。このレーザ素子は、ｐ型窒化物半導体
層の一部にリッジストライプが形成された構造を有して
おり、パルス幅１μｓ、パルス周期１ｍｓ、デューティ
ー比０．１％で、閾値電流１８７ｍＡ、閾値電流密度３
ｋＡ／cm ²、４１０ｎｍの発振を示す。さらに本出願人
は室温での連続発振にも初めて成功し、発表した。{例
えば、日経エレクトロニクス 1996年12月2日号技術速
報、Appl.Phys.Lett.69(1996)3034、Appl.Phys.Lett.69
(1996)4056 等}、このレーザ素子は２０℃において、閾
値電流密度３．６ｋＡ／cm²、閾値電圧５．５Ｖ、１．
５ｍＷ出力において、２７時間の連続発振を示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように窒化物半導
体を用いた発光デバイスはＬＥＤとして既に実用化され
ているが、未だ不十分な点もあり、さらなる発光出力の
向上が望まれている。またＬＤは実用化を目指して現在
鋭意研究中であり、出力の向上はもちろんのこと、長寿
命化が望まれている。これらＬＥＤ、ＬＤのような発光
デバイスの発光出力を向上させることができれば、類似
した構造を有する太陽電池、光センサー等の受光デバイ
スの受光効率も同時に向上させることができる。従っ
て、本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであ
って、その目的とするところは、新規な構造を有する窒
化物半導体素子を提供することにより、主としてＬＥ
Ｄ、ＬＤの出力を向上させることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は以下の構
成によって達成することができる。即ち、基板上に、ｎ
側窒化物半導体層と活性層とｐ側窒化物半導体層を積層
した窒化物半導体素子であって、前記活性層上部に、互
いに組成の異なる２種類の窒化物半導体層が積層された
超格子層から成り、ｐ型不純物を含んでクラッド層とし
て機能する第１のｐ側窒化物半導体層が形成され、その
第１のｐ側窒化物半導体層上部に、その第１のｐ側窒化
物半導体層のｐ型不純物の平均濃度より少量のｐ型不純
物を含む第２のｐ側窒化物半導体層を備え、その第２の
ｐ側窒化物半導体層上部に、第１のｐ側窒化物半導体層
のｐ型不純物濃度よりも多量のｐ型不純物を含みコンタ
クト層として機能する第３のｐ側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。

【０００６】つまり、本発明は活性層の上部に積層され
る特定の複数のｐ側窒化物半導体層のｐ型不純物濃度を
規定し、更にｐ型不純物濃度を規定された複数のｐ側窒
化物半導体層の積層順を規定することで、ＬＥＤ、ＬＤ
の出力を向上させることができるものである。なお本発
明において、活性層と第１の窒化物半導体層とは接して
形成されていなくても良く、また第１の窒化物半導体層
と、第２の窒化物半導体層とは接して形成されていなく
ても良く、さらに第２の窒化物半導体層と第３の窒化物
半導体層とは接して形成されていなくても良い。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態であ
る窒化物半導体素子の構造を示す模式的な断面図であ
り、具体的にはＬＥＤ素子の構造を示している。素子構
造としては、サファイアよりなる基板１の上に、ＧａＮ
よりなるバッファ層２、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側
コンタクト層３（兼ｎ側クラッド層）、膜厚３０オング
ストロームの単一量子井戸構造のＩｎＧａＮよりなる活
性層４、ＭｇドープＡｌＧａＮよりなる第１のｐ側窒化
物半導体層５、Ｍｇが第１のｐ側窒化物半導体層５より
も少量ドープされたＧａＮよりなる第２のｐ側窒化物半
導体層６、Ｍｇが第１のｐ側窒化物半導体層５よりも多
くドープされたＧａＮよりなる第３のｐ側窒化物半導体
層７が積層されてなっている。第３のｐ側窒化物半導体
層７のほぼ全面には、透光性の金属薄膜よりなるｐ電極
８が形成され、その全面電極８の隅部にはボンディング
用のパッド電極９が形成されている。一方ｐ側窒化物半
導体層側からエッチングして露出されたｎ側コンタクト
層３の表面にはｎ電極１０が形成されている。

【０００８】上記の如く、本発明の素子は、第１のｐ側
窒化物半導体層のｐ側不純物の濃度に対し、ｐ側不純物
濃度を少なく規定されたい第２のｐ側窒化物半導体層及
びｐ側不純物濃度を多く規定された第３のｐ側窒化物半
導体層を特定の積層順で形成することにより、発光素子
出力を向上させることができる。即ち、コンタクト層と
して作用するｐ型不純物が高濃度にドープされた第３の
ｐ側窒化物半導体層と、その第３のｐ側窒化物半導体層
よりも活性層に接近した位置に、ｐ型不純物が第１のｐ
側窒化物半導体層よりも少なくドープされた第２のｐ側
窒化物半導体層、さらに第２の窒化物半導体よりも活性
層に接近した位置にｐ型不純物が第３より少なく且つ第
２より多くドープされた第１のｐ側窒化物半導体層とを
備えることにより、素子全体の出力を向上させることが
できる。

【０００９】活性層４は少なくともＩｎを含む窒化物半
導体層を含む単一量子井戸構造、若しくは多重量子井戸
構造とする。井戸層は膜厚１００オングストローム以
下、さらに好ましくは７０オングストローム以下のＩｎ
_XＧａ_1-XＮ（０＜X≦１）で構成することが望ましく、
また障壁層は井戸層よりもバンドギャップエネルギーが
大きいＩｎ_YＡｌ_ZＧａ_1-Y-ZＮ（０≦Y、０≦Ｚ、Ｙ＋Ｚ
≦１）を２００オングストローム以下、さらに好ましく
は１５０オングストローム以下の膜厚で構成することが
望ましい。

【００１０】第１のｐ側窒化物半導体層５はｐ型不純物
を含む窒化物半導体層で構成されていれば良く、特に活
性層に接していてもいなくても良い。半導体としては活
性層よりもバンドギャップエネルギーの大きい窒化物半
導体を選択し、例えば前記のようにＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０
≦X≦１）を好ましく成長させる。第１のｐ側窒化物半
導体層５にドープするｐ型不純物濃度は、１×１０¹⁷／
cm³以上、１×１０²⁰／cm³以下、好ましくは１×１０¹⁸
／cm³以上、より好ましくは１×１０¹⁹／cm³に調整す
る。但し、この範囲内において、第２の窒化物半導体層
より多く且つ第３の窒化物半導体層より少なくなるよう
調整される。ｐ型不純物濃度が上記範囲であると本発明
の効果を得るのに好ましい。第１のｐ型窒化物半導体層
５にドープすることのできるｐ型不純物としては、例え
ばＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｓｒ等のII族元素を
好ましくドープする。さらにこの第１の窒化物半導体層
を互いに組成の異なる２種類の窒化物半導体層が積層さ
れてなる超格子層とすることもできる。超格子層とする
場合、超格子層を構成する窒化物半導体層の膜厚は１０
０オングストローム以下、さらに好ましくは７０オング
ストローム以下、最も好ましくは５０オングストローム
以下の膜厚に調整する。膜厚がこの範囲であると発光出
力及び順方向電圧の点で好ましい。また本発明におい
て、第１の窒化物半導体層５を超格子層とすると、窒化
物半導体層の結晶性が良くなり、出力がさらに向上す
る。超格子層とする場合、ｐ型不純物は両方の層にドー
プしても良いし、いずれか一方の層にドープしても良
い。

【００１１】第２の窒化物半導体層６は第１の窒化物半
導体層５に接して形成されていることが望ましいが、特
に接して形成されていなくても良い。例えば第１と第２
の窒化物半導体層との間に数百オングストローム以下の
膜厚のアンドープの窒化物半導体層を成長させることも
できる。第２の窒化物半導体層６にドープされるｐ型不
純物は、第１及び第３の各窒化物半導体層５、６よりも
少なくなるように調整することが望ましく、具体的には
１×１０²⁰／cm³未満、好ましくは１×１０¹⁹／cm³下、
より好ましくは１×１０¹⁸／cm³に調整する。また第２
の窒化物半導体層は、不純物がドープされていなくても
よい。また、この範囲内において、第１及び第３の各窒
化物半導体層より少なくなるよう調整される。ｐ型不純
物濃度が上記範囲であると本発明の効果を得るのに好ま
しい。第２の窒化物半導体層にドープされるｐ型不純物
は第１の窒化物半導体層にドープできる不純物と同様の
ものが挙げられる。第２の窒化物半導体層の組成は特に
問うものではないが、好ましくは第３の窒化物半導体層
と同一組成とする。第２の窒化物半導体層の膜厚は２μ
ｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下、最も好ましくは
０．５μｍ以下に調整する。膜厚がこの範囲であると発
光出力及び順方向電圧の点で好ましい。また第２の窒化
物半導体層を窒化物半導体の多層膜（超格子を含む）構
造として、その多層膜を構成する窒化物半導体層のｐ型
不純物濃度を段階的に少なくなるようにしても良い。

【００１２】第３の窒化物半導体層７は、ｐ電極を形成
するコンタクト層とすることが望ましく、好ましくはX
値が０．３以下のＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦０．３）と
するとｐ電極と好ましいオーミックが得られる。第３の
窒化物半導体層７のｐ型不純物濃度は、１×１０¹⁸／cm
³以上、１×１０²¹／cm³以下、好ましくは１×１０¹⁹／
cm³以上、より好ましくは２×１０²⁰／cm³に調整するこ
とが望ましい。またこの範囲内において、第１及び第２
の各窒化物半導体層より多くなるよう調整される。ｐ型
不純物濃度が上記範囲であると本発明の効果を得るのに
好ましい。また第３の窒化物半導体層の膜厚は第２の窒
化物半導体層よりも薄く調整することが望ましい。即
ち、コンタクト層として作用する第３のｐ型窒化物半導
体層の膜厚を薄くして、高濃度にｐ型不純物をドープす
ることによりコンタクト抵抗が下がるので、Ｖｆ（順方
向電圧）が低下しやすい傾向にある。第３の窒化物半導
体層の膜厚として具体的には、１μｍ以下、さらに好ま
しくは０．１μｍ以下、最も好ましくは０．０５μｍ以
下に調整する。膜厚がこの範囲であると発光出力及び順
方向電圧の点で好ましい。

【００１３】また、本発明の窒化物半導体素子を構成す
るのその他の構成は、特に限定されず、少なくとも上記
本発明の構成を満たす物であればよい。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れに限定されない。本発明の実施例において、窒化物半
導体素子はＭＯＣＶＤ法を用いて製造される。

【００１５】［実施例１］サファイア（０００１）面を
主面とする基板を用意し、原料ガスにＴＭＧ（トリメチ
ルガリウム）、アンモニアを用いて５００℃でＧａＮよ
りなるバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成
長させる。

【００１６】次に温度を１０５０℃に上昇させ、ＴＭ
Ｇ、アンモニア、不純物ガスにモノシランガスを用い
て、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープしたｎ型ＧａＮ層を
５μｍの膜厚で成長させる。

【００１７】次に温度を８００℃にして、ＴＭＩ（トリ
メチルインジウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、活性
層として、アンドープＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる井戸層
を２５オングストロームの膜厚で成長させる。

【００１８】次に温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、ア
ンモニア、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／cm
³ドープしたｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる第１の窒化
物半導体層を２００オングストロームの膜厚で成長させ
る。この第１の窒化物半導体層はキャリアを閉じ込める
層として作用する。

【００１９】第１の窒化物半導体層成長後、原料ガスを
止め、続いて再度ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇを流
し、１０５０℃で、Ｍｇを１×１０¹⁸／cm³ドープした
ＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を０．１８μｍの
膜厚で成長させる。

【００２０】第２の窒化物半導体層成長後、ＴＭＧ、ア
ンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを２×１０²⁰／cm³ド
ープした第３の窒化物半導体層を３００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。

【００２１】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを反応容器内において、窒素雰囲気中７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型不純物をドープした層を
さらに低抵抗化させる。アニーリング後、ウェーハを反
応容器から取り出し、ＲＩＥ装置により最上層の第３の
窒化物半導体層側からエッチングを行い、ｎ電極を形成
すべきｎ側コンタクト層の表面を露出させる。最上層の
第３の窒化物半導体層のほぼ全面にＮｉ／Ａｕよりなる
全面電極を２００オングストロームの膜厚で形成し、そ
の全面電極の一部に１μｍの膜厚でＡｕよりなるパッド
電極を形成する。一方、露出させたｎ側コンタクト層の
表面には、ＷとＡｕよりなるｎ電極を形成する。

【００２２】以上のようにして電極を形成したウェーハ
を３５０μｍ角のチップに分離し、発光させたところ２
０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．２Ｖ、発光波長５２５ｎｍ、
光出力３．５ｍＷ、外部量子効率７．３％となり、従来
の緑色ＬＥＤに比較して、およそ１．３倍に向上した。

【００２３】［実施例２］実施例１において、第１の窒
化物半導体層にＭｇを５×１０¹⁹／cm³ドープし、第２
の窒化物半導体層にＭｇを５×１０¹⁷／cm³ドープし、
第３の窒化物半導体層にＭｇを１×１０²⁰／cm³ドープ
し、その他は同様にして行ったところ、実施例１とほぼ
同様な特性を有するＬＥＤ素子を得ることができた。

【００２４】［実施例３］図２は本発明に係る一レーザ
素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下、この図
を元に本発明の第３実施例について説明する。

【００２５】サファイア（０００１）面を主面とする基
板の上にＧａＮよりなるバッファ層を介してＧａＮより
なる単結晶を１２０μｍの膜厚で成長させたＧａＮ基板
１００を用意する。このＧａＮ基板１００をサファイア
の上に成長させた状態で、反応容器内にセットし、温度
を１０５０℃まで上げ、実施例１と同様にして、ＧａＮ
基板１００上にＳｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａ
Ｎよりなるｎ側バッファ層１１を４μｍの膜厚で成長さ
せる。このｎ側バッファ層は高温で成長させるバッファ
層であり、例えば実施例１のように、サファイア、Ｓｉ
Ｃ、スピネルのように窒化物半導体と異なる材料よりな
る基板の上に、９００℃以下の低温において、ＧａＮ、
ＡｌＮ等を、０．５μｍ以下の膜厚で直接成長させるバ
ッファ層２とは区別される。

【００２６】（ｎ側クラッド層１２＝歪み超格子層）続
いて、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム）、ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを
１×１０¹⁹／cm³ドープしたｎ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎより
なる第１の層を４０オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いてシランガス、ＴＭＡを止め、アンドープのＧ
ａＮよりなる第２の層を４０オングストロームの膜厚で
成長させる。そして第１層＋第２層＋第１層＋第２層＋
・・・というように歪み超格子層を構成し、それぞれ１
００層ずつ交互に積層し、総膜厚０．８μｍの歪み超格
子よりなるｎ側クラッド層１２を成長させる。

【００２７】（ｎ側光ガイド層１３）続いて、シランガ
スを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側
光ガイド層１３を０．１μｍの膜厚で成長させる。この
ｎ側光ガイド層は、活性層の光ガイド層として作用し、
ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常
１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２
００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させること
が望ましい。またこの層をアンドープの歪み超格子層と
することもできる。歪み超格子層とする場合にはバンド
ギャップエネルギーは活性層より大きく、ｎ側クラッド
層よりも小さくする。

【００２８】（活性層１４）次に、原料ガスにＴＭＧ、
ＴＭＩ、アンモニアを用いて活性層１４を成長させる。
活性層１４は温度を８００℃に保持して、アンドープＩ
ｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる井戸層を２５オングストローム
の膜厚で成長させる。次にＴＭＩのモル比を変化させる
のみで同一温度で、アンドープＩｎ_0.01Ｇａ_0.95Ｎより
なる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成長させ
る。この操作を２回繰り返し、最後に井戸層を積層した
総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（Ｍ
ＱＷ）の活性層を成長させる。活性層は本実施例のよう
にアンドープでもよいし、またｎ型不純物及び／又はｐ
型不純物をドープしても良い。不純物は井戸層、障壁層
両方にドープしても良く、いずれか一方にドープしても
よい。

【００２９】（ｐ側キャップ層１５）次に、温度を１０
５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍ
ｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側
光ガイド層１６よりもバンドギャップエネルギーが大き
い、Ｍｇを１×１０¹⁹／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ
_0.7Ｎよりなるｐ側キャップ層１７を３００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。ｐ側キャップ層は０．５μ
ｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以下の膜厚で成長
させると、ｐ側キャップ層がキャリアを活性層内に閉じ
込めるためのバリアとして作用するので、出力が向上す
る。このｐ型キャップ層１５の膜厚の下限は特に限定し
ないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成するこ
とが望ましい。

【００３０】（ｐ側光ガイド層１６）ｐ側キャップ層１
５成長後、再度ＴＭＧ、Ｃｐ₂Ｍｇ、アンモニアを用
い、実施例１と同様にして、１０５０℃で、バンドギャ
ップエネルギーがｐ側キャップ層１５よりも小さい、Ｍ
ｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたＧａＮよりなるｐ側光
ガイド層１６を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層
は、活性層の光ガイド層として作用する。

【００３１】（ｐ側クラッド層１７＝第１の窒化物半導
体層）続いて、１０５０℃でＭｇを１×１０²⁰／cm³ド
ープしたｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.8Ｎよりなる層を４０オング
ストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡのみを止
め、Ｍｇを１×１０¹⁹／cm³ドープしたｐ型ＧａＮより
なる層を４０オングストロームの膜厚で成長させる。そ
してこの操作をそれぞれ１００回繰り返し、総膜厚０．
８μｍの歪み超格子層よりなるｐ側クラッド層１７を形
成する。ｐ側クラッド層のＭｇの平均濃度は、５×１０
¹⁹／cm³である。

【００３２】（ｐ側コンタクト層１８＝第２及び第３の
窒化物半導体層）最後に、１０５０℃で、ｐ側クラッド
層１７の上に、Ｍｇを１×１０¹⁸／cm³ドープしたｐ型
ＧａＮよりなる層（第２の窒化物半導体層）を０．１μ
ｍの膜厚で成長させ、続いてＭｇを２×１０²⁰／cm³ド
ープしたｐ型ＧａＮよりなる層（第３の窒化物半導体
層）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。ｐ
側コンタクト層１８はｐ型のＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-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２１
と最も好ましいオーミック接触が得られる。またｐ型Ａ
ｌ_YＧａ_1-YＮを含む歪み超格子構造のｐ側クラッド層１
７に接して、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物
半導体をｐ側コンタクト層として、その膜厚を５００オ
ングストローム以下と薄くしているために、実質的にｐ
側コンタクト層１８のキャリア濃度が高くなりｐ電極と
好ましいオーミックが得られて、素子の閾値電流、電圧
が低下する。

【００３３】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを反応容器内において、窒素雰囲気中７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型不純物をドープした層を
さらに低抵抗化させる。

【００３４】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、図３に示すように、ＲＩＥ装置により最上層
のｐ側コンタクト層１８と、ｐ側クラッド層１７とをエ
ッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形
状とする。このように、活性層よりも上部にある層をス
トライプ状のリッジ形状とすることにより、活性層の発
光がストライプリッジの下に集中するようになって閾値
が低下する。特に歪み超格子層よりなるｐ側クラッド層
１７以上の層をリッジ形状とすることが好ましい。

【００３５】リッジ形成後、ｐ側コンタクト層１８のリ
ッジ最表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２１をストライ
プ状に形成し、ｐ電極２１以外の最表面の窒化物半導体
層のにＳｉＯ₂よりなる絶縁膜２５を形成し、この絶縁
膜２５を介してｐ電極２１と電気的に接続したｐパッド
電極２２を形成する。

【００３６】以上のようにして、ｐ電極を形成したウェ
ーハを研磨装置に移送し、サファイア基板を研磨により
除去し、ＧａＮ基板１０の表面を露出させる。露出した
ＧａＮ基板表面のほぼ全面にＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極
２３を形成する。

【００３７】電極形成後ＧａＮ基板のＭ面（窒化物半導
体を六方晶系で近似した場合に六角柱の側面に相当する
面）で劈開し、その劈開面にＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりなる
誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、
バーを切断してレーザ素子とする。

【００３８】このレーザチップをフェースアップ（基板
とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシンクに設
置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室
温でレーザ発振を試みたところ、室温において、閾値電
流密度２．０ｋＡ／cm²、閾値電圧４．０Ｖで、発振波
長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上
の寿命を示した。

【００３９】

【発明の効果】このように、本発明の窒化物半導体素子
では、活性層の上に積層される複数の窒化物半導体層の
ｐ型不純物の濃度を特定の範囲に規定し且つ積層順を特
定することにより、出力を大幅に向上させることができ
る。また本発明の素子はＬＥＤ、ＬＤのような発光デバ
イスだけではなく、他の受光デバイスのような窒化物半
導体を用いた多くの電子デバイスに用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＬＥＤ素子の構造を示
す模式断面図である。

【図２】本発明の他の実施例に係るＬＤ素子の構造を示
す模式断面図である。

【符号の説明】

１・・・基板２・・・バッファ層３・・・ｎ側コンタクト層４・・・活性層５・・・第１のｐ側窒化物半導体層６・・・第２のｐ側窒化物半導体層７・・・第３のｐ側窒化物半導体層８・・・ｐ電極９・・・パッド電極１０・・・ｎ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−148678（ＪＰ，Ａ) 特開平８−264831（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、ｎ側窒化物半導体層と活性層
とｐ側窒化物半導体層を積層した窒化物半導体素子であ
って、前記活性層上部に、互いに組成の異なる２種類の窒化物
半導体層が積層された超格子層から成り、ｐ型不純物を
含んでクラッド層として機能する第１のｐ側窒化物半導
体層が形成され、その第１のｐ側窒化物半導体層上部
に、その第１のｐ側窒化物半導体層のｐ型不純物の平均
濃度より少量のｐ型不純物を含む第２のｐ側窒化物半導
体層を備え、その第２のｐ側窒化物半導体層上部に、第
１のｐ側窒化物半導体層のｐ型不純物濃度よりも多量の
ｐ型不純物を含みコンタクト層として機能する第３のｐ
側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。
【請求項２】前記第１のｐ側窒化物半導体層のｐ型不
純物濃度が、１×１０¹⁷／ｃｍ^３以上１×１０²⁰／ｃｍ
^３以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物
半導体素子。
【請求項３】前記第２のｐ側窒化物半導体層のｐ型不
純物濃度が、１×１０²⁰／ｃｍ^３未満であることを特徴
とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】前記第３のｐ側窒化物半導体層のｐ型不
純物濃度が、１×１０¹⁸／ｃｍ^３以上１×１０²¹／ｃｍ
^３以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】前記第１のｐ側窒化物半導体層はＡｌ_Ｘ
Ｇａ_１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）よりなり、前記第３のｐ側
窒化物半導体層はＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦Ｘ≦０．
３）よりなることを特徴とする請求項１〜請求項４のい
ずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】前記第２のｐ側窒化物半導体層は第３の
ｐ側窒化物半導体層と同一組成よりなることを特徴とす
る請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素
子
【請求項７】前記第２のｐ側窒化物半導体層がＧａＮ
より成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項
に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】前記活性層は少なくともＩｎを含む窒化
物半導体層を含む単一量子井戸構造、または多重量子井
戸構造であることを特徴とする請求項１〜請求項７のい
ずれか１項に記載の窒化物半導体素子。