JP3438648B2 - 窒化物半導体素子 - Google Patents
窒化物半導体素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光情報処理分野など
への応用が期待されている半導体レーザなどのＧａＮ系
半導体発光素子および製造方法に関するものである。
への応用が期待されている半導体レーザなどのＧａＮ系
半導体発光素子および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｖ族元素に窒素（Ｎ）を有する窒化物半
導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光
素子の材料として有望視されている。中でも窒化ガリウ
ム系化合物半導体（ＧａＮ系半導体：ＡｌxＧａyＩｎz
Ｎ(０≦ｘ，ｙ，ｚ≦1、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）は研究が盛ん
に行われ、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、緑色ＬＥＤ
が実用化されている。また、光ディスク装置の大容量化
のために、４００ｎｍ帯に発振波長を有する半導体レー
ザが熱望されており、ＧａＮ系半導体を材料とする半導
体レーザが注目され現在では実用レベルに達しつつあ
る。
導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光
素子の材料として有望視されている。中でも窒化ガリウ
ム系化合物半導体（ＧａＮ系半導体：ＡｌxＧａyＩｎz
Ｎ(０≦ｘ，ｙ，ｚ≦1、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）は研究が盛ん
に行われ、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、緑色ＬＥＤ
が実用化されている。また、光ディスク装置の大容量化
のために、４００ｎｍ帯に発振波長を有する半導体レー
ザが熱望されており、ＧａＮ系半導体を材料とする半導
体レーザが注目され現在では実用レベルに達しつつあ
る。
【０００３】図４はレーザ発振が達成されているＧａＮ
系半導体レーザの構造断面図である。サファイア基板４
０１上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によりＧ
ａＮバッファ層４０２、ｎ-ＧａＮ層４０３、n-ＡｌＧ
ａＮクラッド層４０４、n-ＧａＮ光ガイド層４０５、Ｇ
ａ1-xＩｎxＮ/Ｇａ1-yＩｎyＮ (０＜ｙ＜ｘ＜１)から成
る多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層４０６、p-ＧａＮ第２
光ガイド層４０７、p-ＡｌＧａＮクラッド層４０８、p-
ＧａＮコンタクト層４０９が成長される。そしてp-Ｇａ
Ｎコンタクト層４０９上に幅３ミクロン程度の幅のリッ
ジストライプが形成され、その両側はＳｉＯ2４１１に
よって埋め込まれる。その後リッジストライプおよびＳ
ｉＯ2４１１上に例えばＮｉ/Ａｕから成るｐ電極４１
０、また一部をn-ＧａＮ層４０３が露出するまでエッチ
ングした表面に例えばＴｉ/Ａｌから成るｎ電極４１２
が形成される。本素子においてｎ電極４１２を接地し、
ｐ電極４１０に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層４０６
に向かってｐ電極４１０側からホールが、またｎ電極４
１２側から電子が注入され、前記ＭＱＷ活性層４０６内
で光学利得を生じ、発振波長４００ｎｍ帯のレーザ発振
を起こす。ＭＱＷ活性層４０６の材料であるＧａ1-xＩ
ｎxＮ/Ｇａ1-yＩｎyＮ薄膜の組成や膜厚によって発振波
長は変化する。現在室温以上での連続発振が実現されて
いる。
系半導体レーザの構造断面図である。サファイア基板４
０１上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によりＧ
ａＮバッファ層４０２、ｎ-ＧａＮ層４０３、n-ＡｌＧ
ａＮクラッド層４０４、n-ＧａＮ光ガイド層４０５、Ｇ
ａ1-xＩｎxＮ/Ｇａ1-yＩｎyＮ (０＜ｙ＜ｘ＜１)から成
る多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層４０６、p-ＧａＮ第２
光ガイド層４０７、p-ＡｌＧａＮクラッド層４０８、p-
ＧａＮコンタクト層４０９が成長される。そしてp-Ｇａ
Ｎコンタクト層４０９上に幅３ミクロン程度の幅のリッ
ジストライプが形成され、その両側はＳｉＯ2４１１に
よって埋め込まれる。その後リッジストライプおよびＳ
ｉＯ2４１１上に例えばＮｉ/Ａｕから成るｐ電極４１
０、また一部をn-ＧａＮ層４０３が露出するまでエッチ
ングした表面に例えばＴｉ/Ａｌから成るｎ電極４１２
が形成される。本素子においてｎ電極４１２を接地し、
ｐ電極４１０に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層４０６
に向かってｐ電極４１０側からホールが、またｎ電極４
１２側から電子が注入され、前記ＭＱＷ活性層４０６内
で光学利得を生じ、発振波長４００ｎｍ帯のレーザ発振
を起こす。ＭＱＷ活性層４０６の材料であるＧａ1-xＩ
ｎxＮ/Ｇａ1-yＩｎyＮ薄膜の組成や膜厚によって発振波
長は変化する。現在室温以上での連続発振が実現されて
いる。
【０００４】このレーザはリッジストライプの幅と高さ
を制御することによって、水平方向の横モードにおいて
基本モードでレーザ発振するような工夫が成される。す
なわち、基本横モードと高次モード（１次以上のモー
ド）の光閉じ込め係数に差を設けることで、基本横モー
ドでの発振を可能としている。
を制御することによって、水平方向の横モードにおいて
基本モードでレーザ発振するような工夫が成される。す
なわち、基本横モードと高次モード（１次以上のモー
ド）の光閉じ込め係数に差を設けることで、基本横モー
ドでの発振を可能としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＭＱＷ活性層のウエル
層には，面内に水平方向に圧縮歪みが加わっている。窒
化物半導体は圧電効果の大きい材料であり、圧縮歪みが
加わることによって内部電界が生じる（ピエゾ電界効果
という）。例えばサファイア基板上に成長させたＧａＮ
系半導体では、結晶の最表面が窒素面となり、結晶表面
からサファイア基板に向けて内部電界（ピエゾ電界）が
発生する。図４に示すＧａＮ系半導体レーザでは図５に
示す方向に電界が生じることになる。
層には，面内に水平方向に圧縮歪みが加わっている。窒
化物半導体は圧電効果の大きい材料であり、圧縮歪みが
加わることによって内部電界が生じる（ピエゾ電界効果
という）。例えばサファイア基板上に成長させたＧａＮ
系半導体では、結晶の最表面が窒素面となり、結晶表面
からサファイア基板に向けて内部電界（ピエゾ電界）が
発生する。図４に示すＧａＮ系半導体レーザでは図５に
示す方向に電界が生じることになる。
【０００６】この内部電界によって、バンドはウエル層
内で図５に示すように傾く。その結果、電子と正孔（ホ
ール）が空間的に分離され、発光効率が低下する。
内で図５に示すように傾く。その結果、電子と正孔（ホ
ール）が空間的に分離され、発光効率が低下する。
【０００７】ＧａＮ系発光素子では、最近になってＳｉ
を活性層に添加するという方法がとられるようになっ
た。Ｓｉのドーピングはキャリア（電子）をウエル層に
分布させることで、スクリーニング効果によって内部電
界を打ち消す方向に作用する。しかしながら、内部電界
を完全に打ち消すことは難しく、課題が残されている。
を活性層に添加するという方法がとられるようになっ
た。Ｓｉのドーピングはキャリア（電子）をウエル層に
分布させることで、スクリーニング効果によって内部電
界を打ち消す方向に作用する。しかしながら、内部電界
を完全に打ち消すことは難しく、課題が残されている。
【０００８】本発明は上記の事情を鑑みてなされたもの
であり、ピエゾ電界効果を大きく低減でき、発光効率の
大きなＧａＮ系半導体素子を提供するものである。特に
光ディスク用レーザへの応用において効果的である。
であり、ピエゾ電界効果を大きく低減でき、発光効率の
大きなＧａＮ系半導体素子を提供するものである。特に
光ディスク用レーザへの応用において効果的である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のＧａＮ系半導体
素子は、ＭＱＷ活性層のバリア層に、不純物濃度が単調
にまたは段階的に減少するような傾斜ドーピングを施し
てある。
素子は、ＭＱＷ活性層のバリア層に、不純物濃度が単調
にまたは段階的に減少するような傾斜ドーピングを施し
てある。
【００１０】また、本発明の窒化物半導体素子は、結晶
の最表面が窒素面となっており、ＭＱＷ活性層のバリア
層にｎ型不純物が、ｎクラッド側が多くなるように添加
してある。
の最表面が窒素面となっており、ＭＱＷ活性層のバリア
層にｎ型不純物が、ｎクラッド側が多くなるように添加
してある。
【００１１】また、本発明の窒化物半導体素子は、ＭＱ
Ｗ活性層のバリア層にｐ型不純物が、ｐクラッド側が多
くなるように添加してある。
Ｗ活性層のバリア層にｐ型不純物が、ｐクラッド側が多
くなるように添加してある。
【００１２】また、本発明のＧａＮ系半導体素子は、Ｍ
ＱＷ活性層のウエル層に、不純物濃度がウエル層内で徐
々に減少している傾斜ドーピングを施しており、圧縮応
力によって発生するピエゾ電界効果を効果的に低減で
き、発光効率の大きな窒化物半導体素子を得ることがで
きる。
ＱＷ活性層のウエル層に、不純物濃度がウエル層内で徐
々に減少している傾斜ドーピングを施しており、圧縮応
力によって発生するピエゾ電界効果を効果的に低減で
き、発光効率の大きな窒化物半導体素子を得ることがで
きる。
【００１３】また、本発明のＧａＮ系半導体素子は、結
晶の最表面が窒素面となっており、ＭＱＷ活性層のウエ
ル層にｎ型不純物が、ｐクラッド側が多くなるように添
加してある。
晶の最表面が窒素面となっており、ＭＱＷ活性層のウエ
ル層にｎ型不純物が、ｐクラッド側が多くなるように添
加してある。
【００１４】また、本発明のＧａＮ系半導体素子は、Ｍ
ＱＷ活性層のウエル層にｐ型不純物が、ｎクラッド側が
多くなるように添加してある。
ＱＷ活性層のウエル層にｐ型不純物が、ｎクラッド側が
多くなるように添加してある。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。本発明の製造方法は、
窒化物半導体の成長方法はＭＯＶＰＥ法に限定するもの
ではなく、ハイドライド気相成長法（Ｈ−ＶＰＥ法）や
分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）など、窒化物半導体
層を成長させるためにこれまで提案されている全ての方
法に適用できる。
て図面を用いて詳細に説明する。本発明の製造方法は、
窒化物半導体の成長方法はＭＯＶＰＥ法に限定するもの
ではなく、ハイドライド気相成長法（Ｈ−ＶＰＥ法）や
分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）など、窒化物半導体
層を成長させるためにこれまで提案されている全ての方
法に適用できる。
【００１６】（実施の形態１）図１は本発明の実施例を
示すＧａＮ系半導体レーザの構造断面図である。図１に
示すレーザの作製方法は以下の通りである。
示すＧａＮ系半導体レーザの構造断面図である。図１に
示すレーザの作製方法は以下の通りである。
【００１７】まず、サファイア基板１上に５００℃で有
機金属とアンモニア（ＮＨ3）とを供給してバッファ層
２を堆積する。その後、昇温させて、トリ・メチル・ガ
リウム（ＴＭＧ）、モノシラン（ＳｉＨ4）、トリ・メ
チル・アルミニウム（ＴＭＡ）等を供給してn-Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ層３、n-Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層４、
n-ＧａＮ光ガイド層５、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
６、ｐ-ＧａＮ光ガイド層７、ｐ-Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層８、ｐ-ＧａＮコンタクト層９が順次積層され
る。ｐ-ＧａＮコンタクト層９およびｐ-Ａｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎクラッド層８は、水平横モードの制御のために、
リッジストライプ状に加工されている。ストライプ幅は
３〜５ミクロン程度である。ｐ-ＧａＮコンタクト層９
上にはｐ電極１０が形成され、リッジの側壁は絶縁膜１
１で覆われている。絶縁膜１１の開口部のｐ電極１０表
面と、絶縁膜１１の一部には配線電極１２が設けられて
いる。また、n-Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層３の一部が露出す
るまでエッチングを行った表面には、ｎ電極１３が形成
されている。
機金属とアンモニア（ＮＨ3）とを供給してバッファ層
２を堆積する。その後、昇温させて、トリ・メチル・ガ
リウム（ＴＭＧ）、モノシラン（ＳｉＨ4）、トリ・メ
チル・アルミニウム（ＴＭＡ）等を供給してn-Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ層３、n-Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層４、
n-ＧａＮ光ガイド層５、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
６、ｐ-ＧａＮ光ガイド層７、ｐ-Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層８、ｐ-ＧａＮコンタクト層９が順次積層され
る。ｐ-ＧａＮコンタクト層９およびｐ-Ａｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎクラッド層８は、水平横モードの制御のために、
リッジストライプ状に加工されている。ストライプ幅は
３〜５ミクロン程度である。ｐ-ＧａＮコンタクト層９
上にはｐ電極１０が形成され、リッジの側壁は絶縁膜１
１で覆われている。絶縁膜１１の開口部のｐ電極１０表
面と、絶縁膜１１の一部には配線電極１２が設けられて
いる。また、n-Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層３の一部が露出す
るまでエッチングを行った表面には、ｎ電極１３が形成
されている。
【００１８】本素子においてｎ電極１３とｐ電極１０の
間に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層６に向かってｐ電
極１０から正孔（ホール）がｎ電極１３から電子が注入
され、活性層で利得を生じ、４０５ｎｍの波長でレーザ
発振を起こす。ＭＱＷ活性層６は厚さ３．５ｎｍのＧａ
0.8Ｉｎ0.2Ｎ井戸層と厚さ１０ｎｍのＧａＮバリア層か
ら構成されている。
間に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層６に向かってｐ電
極１０から正孔（ホール）がｎ電極１３から電子が注入
され、活性層で利得を生じ、４０５ｎｍの波長でレーザ
発振を起こす。ＭＱＷ活性層６は厚さ３．５ｎｍのＧａ
0.8Ｉｎ0.2Ｎ井戸層と厚さ１０ｎｍのＧａＮバリア層か
ら構成されている。
【００１９】図１の素子のＭＱＷ活性層のバンド構造と
バリア層における不純物の濃度プロファイルを図２に示
す。ここでは、ｎ型不純物であるＳｉ（シリコン）を例
に示してある。（ａ）ではＳｉ濃度が５ｘ１０18ｃｍ-3
から連続的に減少している。（ｂ）では階段上に減少し
ている。また、（ｃ）では基板側（ｎクラッド側）のみ
ドーピングしてある。（ａ）〜（ｃ）のいずれも場合、
ｎクラッド側のＳｉ濃度が高いということが大切であ
る。このようにドーピングすることで、歪みによって生
じるピエゾ電界の打ち消しに大きな効果を発揮する。そ
の結果、図２のバンド構造に示すように、フラット・バ
ンドとなり、発光効率を高い状態に維持することができ
る。
バリア層における不純物の濃度プロファイルを図２に示
す。ここでは、ｎ型不純物であるＳｉ（シリコン）を例
に示してある。（ａ）ではＳｉ濃度が５ｘ１０18ｃｍ-3
から連続的に減少している。（ｂ）では階段上に減少し
ている。また、（ｃ）では基板側（ｎクラッド側）のみ
ドーピングしてある。（ａ）〜（ｃ）のいずれも場合、
ｎクラッド側のＳｉ濃度が高いということが大切であ
る。このようにドーピングすることで、歪みによって生
じるピエゾ電界の打ち消しに大きな効果を発揮する。そ
の結果、図２のバンド構造に示すように、フラット・バ
ンドとなり、発光効率を高い状態に維持することができ
る。
【００２０】サファイア基板を用いる場合は最表面がＮ
面であり、ピエゾ電界がｐ側からｎ側に向けて発生する
ために、図２（ａ）〜（ｃ）に示すようにｎクラッド層
側のＳｉ濃度が高くなっている。逆の場合、すなわちＧ
ａ面の場合には、ドーピング・プロファイルも逆とな
る。
面であり、ピエゾ電界がｐ側からｎ側に向けて発生する
ために、図２（ａ）〜（ｃ）に示すようにｎクラッド層
側のＳｉ濃度が高くなっている。逆の場合、すなわちＧ
ａ面の場合には、ドーピング・プロファイルも逆とな
る。
【００２１】また、ｐ型不純物、例えばＭｇを用いる場
合は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すプロファイルとは逆、
つまりｐクラッド層側のＭｇ濃度を高くすることで、ピ
エゾ電界を効果的に打ち消すことができる。
合は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すプロファイルとは逆、
つまりｐクラッド層側のＭｇ濃度を高くすることで、ピ
エゾ電界を効果的に打ち消すことができる。
【００２２】本発明では、ｎ型不純物としてＳｉ、ｐ型
不純物としてＭｇを用いた。その理由は、これらのドー
パントがＧａＮ系結晶において比較的浅い不純物レベル
を形成すること、また、不純物拡散が起こりにくいこと
から、ピエゾ電界の打ち消しに効果的であるからであ
る。
不純物としてＭｇを用いた。その理由は、これらのドー
パントがＧａＮ系結晶において比較的浅い不純物レベル
を形成すること、また、不純物拡散が起こりにくいこと
から、ピエゾ電界の打ち消しに効果的であるからであ
る。
【００２３】本発明では、ピエゾ電界を非常に効果的に
打ち消すことができるため、従来のＧａＮ系発光素子に
見られた発光効率の低下や、半導体レーザのしきい値電
流の増加といった問題が発生せず、良好な特性を有する
窒化物半導体素子を得ることができる。特に光ディスク
用レーザへの応用において効果的である。
打ち消すことができるため、従来のＧａＮ系発光素子に
見られた発光効率の低下や、半導体レーザのしきい値電
流の増加といった問題が発生せず、良好な特性を有する
窒化物半導体素子を得ることができる。特に光ディスク
用レーザへの応用において効果的である。
【００２４】（実施の形態２）実施の形態１では、ピエ
ゾ電界の発生を打ち消すことができるためＭＱＷ活性層
内のバリア層にドーピングを施した場合について述べ
た。ここでは、ウエル層にドーピングを行なう場合につ
いて述べる。
ゾ電界の発生を打ち消すことができるためＭＱＷ活性層
内のバリア層にドーピングを施した場合について述べ
た。ここでは、ウエル層にドーピングを行なう場合につ
いて述べる。
【００２５】本素子のＭＱＷ活性層のバンド構造とウエ
ル層における不純物の濃度プロファイルを図３に示す。
ここでは、ｎ型不純物であるＳｉ（シリコン）を例に示
してある。（ａ）ではＳｉ濃度が５ｘ１０18ｃｍ-3へ連
続的に増加している。（ｂ）では階段上に増加してい
る。また、（ｃ）ではｐクラッド側のみドーピングして
ある。（ａ）〜（ｃ）のいずれも場合、ｐクラッド側の
Ｓｉ濃度が高いということが大切である。このようにド
ーピングすることで、圧縮応力によって生じるピエゾ電
界の打ち消しに大きな効果を発揮する。サファイア基板
を用いる場合は最表面がＮ面であり、ピエゾ電界がｐ側
からｎ側に向けて発生するために、図３（ａ）〜（ｃ）
に示すようにｐクラッド層側のＳｉ濃度が高くなってい
る。
ル層における不純物の濃度プロファイルを図３に示す。
ここでは、ｎ型不純物であるＳｉ（シリコン）を例に示
してある。（ａ）ではＳｉ濃度が５ｘ１０18ｃｍ-3へ連
続的に増加している。（ｂ）では階段上に増加してい
る。また、（ｃ）ではｐクラッド側のみドーピングして
ある。（ａ）〜（ｃ）のいずれも場合、ｐクラッド側の
Ｓｉ濃度が高いということが大切である。このようにド
ーピングすることで、圧縮応力によって生じるピエゾ電
界の打ち消しに大きな効果を発揮する。サファイア基板
を用いる場合は最表面がＮ面であり、ピエゾ電界がｐ側
からｎ側に向けて発生するために、図３（ａ）〜（ｃ）
に示すようにｐクラッド層側のＳｉ濃度が高くなってい
る。
【００２６】逆の場合、すなわちＧａ面の場合には、ド
ーピング・プロファイルも逆となる。
ーピング・プロファイルも逆となる。
【００２７】また、ｐ型不純物、例えばＭｇを用いる場
合は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すプロファイルとは逆、
つまりｎクラッド層側のＭｇ濃度を高くすることで、ピ
エゾ電界を効果的に打ち消すことができる。
合は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すプロファイルとは逆、
つまりｎクラッド層側のＭｇ濃度を高くすることで、ピ
エゾ電界を効果的に打ち消すことができる。
【００２８】本発明では、ピエゾ電界を非常に効果的に
打ち消すことができるため、従来のＧａＮ系発光素子に
見られた発光効率の低下や、半導体レーザのしきい値電
流の増加といった問題が発生せず、良好な特性を有する
窒化物半導体素子を得ることができる。特に光ディスク
用レーザへの応用において効果的である。
打ち消すことができるため、従来のＧａＮ系発光素子に
見られた発光効率の低下や、半導体レーザのしきい値電
流の増加といった問題が発生せず、良好な特性を有する
窒化物半導体素子を得ることができる。特に光ディスク
用レーザへの応用において効果的である。
【００２９】本発明では、ＧａＮ系半導体レーザを例に
取って説明したが、発光ダイオード等の活性領域を成長
させる際にも本発明の効果は大きい。
取って説明したが、発光ダイオード等の活性領域を成長
させる際にも本発明の効果は大きい。
【００３０】また、実施の形態１と実施の形態２は各々
説明したが、この２つを組み合わせても本発明の効果は
大きいことは言うまでもない。
説明したが、この２つを組み合わせても本発明の効果は
大きいことは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＧａＮ系
半導体素子は、ＭＱＷ活性層のバリア層に傾斜ドーピン
グを施すことによって、圧縮応力によって発生するピエ
ゾ電界効果を効果的に低減でき、発光効率の大きな窒化
物半導体素子を得ることができる。特に光ディスク用レ
ーザへの応用において効果的である。
半導体素子は、ＭＱＷ活性層のバリア層に傾斜ドーピン
グを施すことによって、圧縮応力によって発生するピエ
ゾ電界効果を効果的に低減でき、発光効率の大きな窒化
物半導体素子を得ることができる。特に光ディスク用レ
ーザへの応用において効果的である。
【００３２】本発明のＧａＮ系半導体素子は、結晶の最
表面が窒素面となっており、ＭＱＷ活性層のバリア層に
ｎ型不純物が、ｎクラッド側が多くなるように添加して
ある。
表面が窒素面となっており、ＭＱＷ活性層のバリア層に
ｎ型不純物が、ｎクラッド側が多くなるように添加して
ある。
【００３３】あるいは、本発明のＧａＮ系半導体素子
は、ＭＱＷ活性層のバリア層にｐ型不純物が、ｐクラッ
ド側が多くなるように添加してある。このようにドーピ
ングすることで、歪みによって生じるピエゾ電界を非常
に効果的に打ち消すことができ、従来のＧａＮ系発光素
子に見られた発光効率の低下や、半導体レーザのしきい
値電流の増加といった問題が発生せず、良好な特性を有
する窒化物半導体素子を得ることができる。
は、ＭＱＷ活性層のバリア層にｐ型不純物が、ｐクラッ
ド側が多くなるように添加してある。このようにドーピ
ングすることで、歪みによって生じるピエゾ電界を非常
に効果的に打ち消すことができ、従来のＧａＮ系発光素
子に見られた発光効率の低下や、半導体レーザのしきい
値電流の増加といった問題が発生せず、良好な特性を有
する窒化物半導体素子を得ることができる。
【００３４】また、本発明のＧａＮ系半導体素子は、Ｍ
ＱＷ活性層のウエル層に傾斜ドーピングを施しており、
圧縮応力によって発生するピエゾ電界効果を効果的に低
減でき、発光効率の大きな窒化物半導体素子を得ること
ができる。
ＱＷ活性層のウエル層に傾斜ドーピングを施しており、
圧縮応力によって発生するピエゾ電界効果を効果的に低
減でき、発光効率の大きな窒化物半導体素子を得ること
ができる。
【００３５】本発明のＧａＮ系半導体素子は、結晶の最
表面が窒素面となっており、ＭＱＷ活性層のウエル層に
ｎ型不純物が、ｐクラッド側が多くなるように添加して
ある。
表面が窒素面となっており、ＭＱＷ活性層のウエル層に
ｎ型不純物が、ｐクラッド側が多くなるように添加して
ある。
【００３６】あるいは、本発明のＧａＮ系半導体素子
は、ＭＱＷ活性層のウエル層にｐ型不純物が、ｎクラッ
ド側が多くなるように添加してある。このようにドーピ
ングすることで、歪みによって発生するピエゾ電界を効
果的に打ち消すことができ、従来のＧａＮ系発光素子に
見られた発光効率の低下や、半導体レーザのしきい値電
流の増加といった問題が発生せず、良好な特性を有する
窒化物半導体素子を得ることができる。特に光ディスク
用レーザへの応用において効果的である。
は、ＭＱＷ活性層のウエル層にｐ型不純物が、ｎクラッ
ド側が多くなるように添加してある。このようにドーピ
ングすることで、歪みによって発生するピエゾ電界を効
果的に打ち消すことができ、従来のＧａＮ系発光素子に
見られた発光効率の低下や、半導体レーザのしきい値電
流の増加といった問題が発生せず、良好な特性を有する
窒化物半導体素子を得ることができる。特に光ディスク
用レーザへの応用において効果的である。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すＧａＮ系半導
体レーザの素子断面図
体レーザの素子断面図
【図２】本発明のＭＱＷ活性層のバンド図とバリア層の
不純物プロファイルを示した図
不純物プロファイルを示した図
【図３】本発明のＭＱＷ活性層のバンド図とウエル層の
不純物プロファイルを示した図
不純物プロファイルを示した図
【図４】従来のＧａＮ系量子井戸半導体レーザの素子断
面図
面図
【図５】従来のＧａＮ系量子井戸半導体レーザのＭＱＷ
活性層のバンド図
活性層のバンド図
１ サファイア基板
２ バッファー層
３ n-Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層
４ n-Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
５ n-ＧａＮ光ガイド層
６ ＭＱＷ活性層
７ p-ＧａＮ光ガイド層
８ p-Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
９ p-ＧａＮコンタクト層
１０ｐ電極
１１ 絶縁膜
１２ 配線電極
１３ ｎ電極
４０１ サファイア基板
４０２ バッファー層
４０３ n-ＧａＮ層
４０４ n-ＡｌＧａＮクラッド層
４０５ n-ＧａＮ光ガイド層
４０６ ＭＱＷ活性層
４０７ p-ＧａＮ光ガイド層
４０８ p-ＡｌＧａＮクラッド層
４０９ p-ＧａＮコンタクト層
４１０ ｐ電極
４１１ ＳｉＯ2
４１２ ｎ電極
フロントページの続き
(72)発明者 伴 雄三郎
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開2000−277868（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−340559（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−41549（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−111558（ＪＰ，Ａ)
国際公開96／03776（ＷＯ，Ａ１)
Ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｐｉｅｚｏ
ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎ
ＧａＮ−ｂａｓｅｄ ｑｕａｎｔｕｍ
ｗｅｌｌｓ，ＭＲＳ Ｉｎｔｅｒｎｅ
ｔ Ｊ．Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏ
ｎｄ．Ｒｅｓ．，1998年，Ｖｏｌｕｍｅ
３，Ａｒｔｉｃｌｅ 15
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
H01L 33/00
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型クラッ
ド層とを備えた窒化物半導体素子であって、前記活性層
がバリア層とウエル層からなる量子井戸構造であり、前
記バリア層には、ｎ型不純物が、前記ｐ型クラッド層か
ら前記ｎ型クラッド層側に向けて単調に徐々にまたは階
段状に多くなるように添加してあり、前記バリア層のバ
ンド構造が実質的にフラットな部分を有することを特徴
とする窒化物半導体素子。 - 【請求項２】ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型クラッ
ド層とを備えた窒化物半導体素子であって、前記活性層
がバリア層とウエル層からなる量子井戸構造であり、前
記バリア層には、ｐ型不純物が、前記ｎ型クラッド層か
ら前記ｐ型クラッド層に向けて単調に徐々にまたは階段
状に多くなるように添加してあり、前記バリア層のバン
ド構造が実質的にフラットな部分を有することを特徴と
する窒化物半導体素子。 - 【請求項３】ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型クラッ
ド層とを備えた窒化物半導体素子であって、前記活性層
がバリア層とウエル層からなる量子井戸構造であり、前
記ウエル層には、ｎ型不純物が、前記ｎ型クラッド層か
ら前記ｐ型クラッド層に向けて単調に徐々にまたは階段
状に多くなるように添加してあり、前記ウエル層のバン
ド構造が実質的にフラットな部分を有することを特徴と
する窒化物半導体素子。 - 【請求項４】ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型クラッ
ド層とを備えた窒化物半導体素子であって、前記活性層
がバリア層とウエル層からなる量子井戸構造であり、前
記ウエル層には、ｐ型不純物が、前記ｐ型クラッド層か
ら前記ｎ型クラッド層側に向けて単調に徐々にまたは階
段状に多くなるように添加してあり、前記ウエル層のバ
ンド構造が実質的にフラットな部分を有することを特徴
とする窒化物半導体素子。
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