JP3446660B2 - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
Nitride semiconductor light emitting deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード、
レーザダイオード等の発光素子、又は太陽電池、光セン
サー等の受光素子に使用される窒化物半導体(InXA
lYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)よりなる窒
化物半導体素子に係り、特に発光素子、レーザ素子に関
する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a light emitting diode,
Nitride semiconductors (In X A) used for light-emitting devices such as laser diodes, or light-receiving devices such as solar cells and optical sensors.
The present invention relates to a nitride semiconductor device composed of 1 Y Ga 1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, and X + Y ≦ 1), and particularly to a light emitting device and a laser device.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、窒化物半導体からなる青色レーザ
ダイオードが実用可能になっている。例えば、本発明者
等は、Japanese Journal of Applied Physics. Vol.37
(1998)pp.L309-L312 に、サファイア上に成長させたG
aN層上に、SiO2よりなる保護膜を部分的に形成
し、その保護膜上から再度GaNを有機金属気相成長法
(MOVPE)等の気相成長法により成長させること
で、保護膜が形成されていない部分(以下、窓部とい
う)から成長が開始し、次第に保護膜上部でGaNの横
方向の成長が生じ、隣接する窓部から横方向に成長した
GaN同士が保護膜上で接合して成長を続け、結晶欠陥
(以下、転位という場合もある)の極めて少ない窒化物
半導体を得ることができることを開示している。そし
て、得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体を基板と
し、この窒化物半導体基板上に素子構造を形成してなる
窒化物半導体レーザ素子は、1万時間以上の連続発振を
達成することができることが開示されている。2. Description of the Related Art In recent years, blue laser diodes made of nitride semiconductor have become practical. For example, the present inventors have proposed that the Japanese Journal of Applied Physics. Vol.37.
(1998) pp.L309-L312, G grown on sapphire
A protective film made of SiO 2 is partially formed on the aN layer, and GaN is grown again on the protective film by a vapor phase growth method such as metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). Growth starts from a portion not formed (hereinafter referred to as a window portion), and lateral growth of GaN gradually occurs on the upper portion of the protective film, and GaN laterally grown from adjacent window portions are bonded to each other on the protective film. It is disclosed that a nitride semiconductor having extremely few crystal defects (hereinafter, sometimes referred to as dislocation) can be obtained by continuing the growth. A nitride semiconductor laser device obtained by using the obtained nitride semiconductor with few crystal defects as a substrate and forming a device structure on this nitride semiconductor substrate can achieve continuous oscillation for 10,000 hours or more. It is disclosed.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化物
半導体発光素子は、更なる出力、素子信頼性の向上が必
要である。However, the nitride semiconductor light emitting device requires further improvement in output and device reliability.
【0004】そこで、本発明は、従来例に比較してさら
に出力と素子信頼性の高い窒化物半導体発光素子を提供
することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device having higher output and higher device reliability than the conventional example.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の構成に
より前記目的を達成したものである。すなわち、本発明
に係る第1の窒化物半導体素子は、少なくともn型窒化
物半導体からなるn型クラッド層、Inを含む窒化物半
導体からなる活性層、及びp型窒化物半導体からなるp
型クラッド層とを備え、さらに前記活性層とp型クラッ
ド層との間にp型ガイド層を含む窒化物半導体発光素子
において、該p型ガイド層と前記活性層の間に、前記活
性層との間に電位障壁を形成するp型キャップ層が形成
され、該p型キャップ層は、前記活性層の分解を防止す
るようにN2ガスを用いた有機金属気相成長法により成
長されたAlaGa1-aN(0<a<1)からなる第1の
p型窒化物半導体層と、前記電位障壁を形成するように
H2ガスを用いた有機金属気相成長法により成長された
AlbGa1-bN(0<b<1)からなる第2のp型窒化
物半導体層とを有してなることを特徴とする。The present invention has achieved the above object by the following constitution. That is, the first nitride semiconductor device according to the present invention includes at least an n-type cladding layer made of an n-type nitride semiconductor, an active layer made of a nitride semiconductor containing In, and a p-type made of a p-type nitride semiconductor.
A nitride semiconductor light emitting device comprising a p-type clad layer and a p-type guide layer between the active layer and the p-type clad layer, wherein the active layer is formed between the p-type guide layer and the active layer. A p-type cap layer that forms a potential barrier is formed between the two, and the p-type cap layer is grown by metal organic chemical vapor deposition using N 2 gas so as to prevent decomposition of the active layer. The first p-type nitride semiconductor layer made of a Ga 1 -a N (0 <a <1) and grown by metalorganic vapor phase epitaxy using H 2 gas to form the potential barrier. And a second p-type nitride semiconductor layer made of Al b Ga 1 -b N (0 <b <1).
【0006】また、本発明に係る第3の窒化物半導体素
子は、少なくともn型窒化物半導体からなるn型クラッ
ド層、Inを含む窒化物半導体からなる活性層、及びp
型窒化物半導体からなるp型クラッド層とを備え、さら
に前記活性層とp型クラッド層との間にp型ガイド層を
含む窒化物半導体発光素子において、該p型ガイド層と
前記活性層の間に、前記活性層との間に電位障壁を形成
するp型キャップ層が形成され、該p型キャップ層の膜
厚は、20Å以上400Å以下に設定されておりかつ、
前記p型キャップ層は、10Å〜100Åの範囲の膜厚
に成長されたAlaGa1-aN(0<a<1)からなり前
記活性層の分解を防止する第1のp型窒化物半導体層
と、前記第1のp型窒化物半導体層より結晶欠陥が少な
いAlbGa1-bN(0<b<1)からなり前記電位障壁
を形成する第2のp型窒化物半導体層とを有してなるこ
とを特徴とする。Further, a third nitride semiconductor device according to the present invention comprises an n-type clad layer made of at least an n-type nitride semiconductor, an active layer made of a nitride semiconductor containing In, and a p-type cladding layer.
A p-type clad layer made of a p-type nitride semiconductor, and a p-type guide layer between the active layer and the p-type clad layer. In between, a p-type cap layer that forms a potential barrier with the active layer is formed, and the film thickness of the p-type cap layer is set to 20 Å or more and 400 Å or less, and
The p-type cap layer is made of Al a Ga 1-a N (0 <a <1) grown to a film thickness in the range of 10Å to 100Å, and is a first p-type nitride that prevents decomposition of the active layer. A second p-type nitride semiconductor layer formed of a semiconductor layer and Al b Ga 1-b N (0 <b <1) having fewer crystal defects than the first p-type nitride semiconductor layer and forming the potential barrier. It is characterized by having and.
【0007】本発明に係る第1と第2の窒化物半導体素
子では、前記第1の窒化物半導体層の膜厚が、10Å以
上100Å以下の厚さであり、前記第2の窒化物半導体
層の膜厚が、10Å以上300Å以下の厚さであること
が好ましい。In the first and second nitride semiconductor devices according to the present invention, the film thickness of the first nitride semiconductor layer is 10 Å or more and 100 Å or less, and the second nitride semiconductor layer is It is preferable that the film thickness is 10 Å or more and 300 Å or less.
【0008】本発明に係る第1と第2の窒化物半導体素
子では、前記活性層が、IncGa1-cN(0≦c<1)
からなる井戸層を含む多重量子井戸構造であってもよ
い。In the first and second nitride semiconductor devices according to the present invention, the active layer comprises In c Ga 1-c N (0 ≦ c <1).
A multi-quantum well structure including a well layer made of
【0009】本発明に係る第1と第2の窒化物半導体素
子では、前記活性層を、IncGa1-cN(0≦c<1)
からなる井戸層を含む層とし、前記p型クラッド層をA
lxGa1-xN(0<x<1)とし、かつ前記AlaGa
1-aN(0<a<1)からなる第1のp型窒化物半導体
層と前記AlbGa1-bN(0<b<1)からなる第2の
p型窒化物半導体層とをそれぞれ、x≦a,x≦bを満
足するように組成が設定された層で構成することができ
る。In the first and second nitride semiconductor devices according to the present invention, the active layer is formed of In c Ga 1-c N (0 ≦ c <1).
And a p-type clad layer of A
l x Ga 1-x N (0 <x <1), and Al a Ga
A first p-type nitride semiconductor layer made of 1-a N (0 <a <1) and a second p-type nitride semiconductor layer made of Al b Ga 1-b N (0 <b <1) Can be composed of layers whose compositions are set so as to satisfy x ≦ a and x ≦ b, respectively.
【0010】また、n型窒化物半導体からなるn型クラ
ッド層とp型窒化物半導体からなるp型クラッド層との
間にInを含む窒化物半導体からなる活性層を備えた窒
化物半導体発光素子においては、前記活性層とp型クラ
ッド層との間に前記p型クラッド層よりエネルギーギャ
ップが大きいAlaGa1-aN(0<a<1)からなりか
つ前記クラッド層より低温で成長された第1のp型窒化
物半導体層を備えたものもある。Further, a nitride semiconductor light emitting device having an active layer made of a nitride semiconductor containing In between an n-type clad layer made of an n-type nitride semiconductor and a p-type clad layer made of a p-type nitride semiconductor. In the case of Al a Ga 1-a N (0 <a <1) having a larger energy gap than the p-type clad layer between the active layer and the p-type clad layer, and is grown at a lower temperature than the clad layer. There is also a device including a first p-type nitride semiconductor layer.
【0011】このように、窒化物半導体発光素子におい
て、前記活性層とp型クラッド層との間に前記p型クラ
ッド層よりエネルギーギャップが大きいAlaGa1-aN
(0<a<1)からなり前記クラッド層より低温で成長
された第1のp型窒化物半導体層を備えることにより、
活性層の品質を良好に保つことができる。すなわち、結
晶性の良いAlGaNを成長させる成長条件の下では、
Inを含む活性層が分解するが、本発明に係る第2の窒
化物半導体素子では、まず、前記活性層と前記クラッド
層との間に、前記クラッド層より低温で前記第1のp型
窒化物半導体層を成長させて、その第1のp型窒化物半
導体層で活性層の分解を防止しながら、結晶性の良いp
型窒化物半導体層(前記クラッド層を含む)を形成する
ことができるので、品質の良い活性層とその上に結晶性
の良好なp型窒化物半導体層とを備えた発光素子を提供
できる。As described above, in the nitride semiconductor light emitting device, the energy gap between the active layer and the p-type cladding layer is larger than that of the p-type cladding layer, that is, Al a Ga 1 -a N.
By providing the first p-type nitride semiconductor layer made of (0 <a <1) and grown at a lower temperature than the cladding layer,
The quality of the active layer can be kept good. That is, under the growth conditions for growing AlGaN having good crystallinity,
Although the active layer containing In decomposes, in the second nitride semiconductor device according to the present invention, first, the first p-type nitride film is formed between the active layer and the cladding layer at a temperature lower than that of the cladding layer. Of the p-type nitride semiconductor layer is grown to prevent the active layer from being decomposed by the first p-type nitride semiconductor layer, while the p-type nitride semiconductor layer has good crystallinity.
Since the type nitride semiconductor layer (including the clad layer) can be formed, it is possible to provide a light emitting device including a good quality active layer and a p-type nitride semiconductor layer having good crystallinity thereon.
【0012】また、上記窒化物半導体発光素子では、活
性層の分解を効果的に抑えるために、前記第1のp型窒
化物半導体層がN2ガスを用いた有機金属気相成長法で
成長させることができる。In the above nitride semiconductor light emitting device, in order to effectively suppress decomposition of the active layer, the first p-type nitride semiconductor layer is grown by metal organic chemical vapor deposition using N 2 gas. Can be made.
【0013】また、上記窒化物半導体発光素子において
は、前記活性層を、IncGa1-cN(0≦c<1)から
なる井戸層を含む多重量子井戸構造とすることができ
る。In the nitride semiconductor light emitting device, the active layer may have a multiple quantum well structure including a well layer made of In c Ga 1-c N (0 ≦ c <1).
【0014】また、上記窒化物半導体発光素子は、前記
活性層をIncGa1-cN(0≦c<1)からなる井戸層
を含んだ層とし、前記p型クラッド層をAlxGa1-xN
(0<x<1)からなる層とし、かつ前記AlaGa1-a
N(0<a<1)からなる第1のp型窒化物半導体層
を、x≦aを満足するように組成を設定することにより
構成できる。In the above nitride semiconductor light emitting device, the active layer is a layer including a well layer made of In c Ga 1-c N (0 ≦ c <1), and the p-type clad layer is Al x Ga. 1-x N
(0 <x <1) and the Al a Ga 1-a
The first p-type nitride semiconductor layer made of N (0 <a <1) can be formed by setting the composition so as to satisfy x ≦ a.
【0015】また、本発明に係る第1の窒化物半導体発
光素子では、前記第1のp型窒化物半導体層と前記第2
のp型窒化物半導体層の合計の厚さが10Å以上100
0Å以下に設定されていることが好ましい。Further, in the first nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer are provided.
The total thickness of the p-type nitride semiconductor layers is 10Å or more 100
It is preferably set to 0 Å or less.
【0016】前述したように構成した本発明に係る窒化
物半導体発光素子において、p型キャップ層を、Ala
Ga1-aN(0<a<1)からなり前記活性層に接して
形成された第1のp型窒化物半導体層と、AlbGa1-b
N(0<b<1)からなる結晶欠陥の少ない第2のp型
窒化物半導体層とによって構成することにより、活性層
にキャリアを閉じ込める機能を効果的に発揮させかつ活
性層の品質を良好に保つことができる。すなわち、結晶
性の良いAlGaNを成長させる成長条件の下では、I
nを含む活性層が分解するために、従来は該活性層が分
解しないような条件でAlGaN層を成長させていたの
で、AlGaNを用いた結晶性の良いp型キャップ層を
形成することが困難であり、その機能を効果的に発揮さ
せることが困難であった。また、結晶性の良いAlGa
Nからなるキャリア閉じ込め層を形成しようとすると、
活性層の分解が起こり発光特性の低下を招いていた。In the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention constructed as described above, the p-type cap layer is formed of Al a.
A first p-type nitride semiconductor layer formed of Ga 1-a N (0 <a <1) in contact with the active layer, and Al b Ga 1-b
The second p-type nitride semiconductor layer containing N (0 <b <1) and having few crystal defects makes it possible to effectively exhibit the function of confining carriers in the active layer and to improve the quality of the active layer. Can be kept at That is, under the growth conditions for growing AlGaN having good crystallinity, I
Since the active layer containing n is decomposed, the AlGaN layer is conventionally grown under the condition that the active layer is not decomposed. Therefore, it is difficult to form a p-type cap layer using AlGaN with good crystallinity. Therefore, it was difficult to effectively exert its function. Also, AlGa with good crystallinity
When a carrier confinement layer made of N is formed,
Decomposition of the active layer occurred, resulting in deterioration of light emitting characteristics.
【0017】これに対して、本発明に係る窒化物半導体
素子では、まず、前記活性層に近い側に前記第1のp型
窒化物半導体層を成長させて、その第1のp型窒化物半
導体層で活性層の分解を防止しながら、結晶性の良い第
2のp型窒化物半導体層を形成することができるので、
品質の良い活性層と結晶性の良好なp型キャップ層とを
備えた発光素子を提供できる。On the other hand, in the nitride semiconductor device according to the present invention, first, the first p-type nitride semiconductor layer is grown on the side close to the active layer, and the first p-type nitride semiconductor layer is grown. Since it is possible to form the second p-type nitride semiconductor layer having good crystallinity while preventing decomposition of the active layer in the semiconductor layer,
It is possible to provide a light emitting device including a high-quality active layer and a p-type cap layer having good crystallinity.
【0018】すなわち、本発明の窒化物半導体素子は、
p型キャップ層を、活性層の分解を防止する第1のp型
窒化物半導体層と、キャリアを効果的に活性層に閉じ込
める第2のp型窒化物半導体層とに機能的に分離した複
数の層で形成することにより、従来トレードオフの関係
にあった問題点を解決したものである。That is, the nitride semiconductor device of the present invention is
A plurality of p-type cap layers functionally separated into a first p-type nitride semiconductor layer for preventing decomposition of the active layer and a second p-type nitride semiconductor layer for effectively confining carriers in the active layer. By forming the layer with the above-mentioned layer, the problems that have been related to the conventional trade-off relationship are solved.
【0019】すなわち、従来の窒化物半導体発光素子に
おいて、多重量子井戸構造の活性層を採用しても、ホー
ル拡散長が短いこと、キャリア側のオフセットが十分で
ないためオーバーフローが発生し易いこと等により、多
重量子井戸構造の活性層の機能を十分に発揮させること
ができないため、単一量子井戸構造に比較して期待され
たほど素子特性を向上させることができなかった。That is, in the conventional nitride semiconductor light emitting device, even if the active layer having the multiple quantum well structure is adopted, the hole diffusion length is short and the offset on the carrier side is insufficient, so that overflow easily occurs. Since the function of the active layer of the multiple quantum well structure cannot be fully exhibited, the device characteristics could not be improved as much as expected compared with the single quantum well structure.
【0020】しかしながら、本発明の窒化物半導体発光
素子において、活性層を、InGaNからなる井戸層を
複数有する多重量子井戸構造として、かつ前記p型キャ
ップ層を、第1のp型窒化物半導体層と第2のp型窒化
物半導体層とによって構成することにより、多重量子井
戸構造の活性層に効果的にキャリアを閉じ込めることが
でき、該井戸層へのキャリアの注入が良好にできる。こ
れによって、多重量子井戸構造の活性層の特徴を十分な
活用することができ、良好な発光特性を実現することが
できる。However, in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the active layer has a multiple quantum well structure having a plurality of InGaN well layers, and the p-type cap layer is the first p-type nitride semiconductor layer. And the second p-type nitride semiconductor layer, carriers can be effectively confined in the active layer of the multiple quantum well structure, and carriers can be well injected into the well layers. As a result, the characteristics of the active layer having the multiple quantum well structure can be fully utilized, and good light emission characteristics can be realized.
【0021】本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造
方法は、少なくともn型窒化物半導体からなるn型クラ
ッド層、Inを含む窒化物半導体からなる活性層、及び
p型窒化物半導体からなるp型クラッド層とを備えた窒
化物半導体発光素子の製造方法において、前記活性層上
に窒素ガスを用いて有機金属気相成長法により、Ala
Ga1-aN(0<a<1)からなる第1のp型窒化物半
導体層を成長させる第1の成長工程と、前記第1のp型
窒化物半導体層上に、水素ガスを用いた有機金属気相成
長法により、AlbGa1-bN(0<b<1)からなる第
2のp型窒化物半導体層を成長させる第2の成長工程と
を含むことを特徴とする。In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, at least an n-type clad layer made of an n-type nitride semiconductor, an active layer made of a nitride semiconductor containing In, and a p-type made of a p-type nitride semiconductor. In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device having a type clad layer, Al a is deposited on the active layer by a metal organic chemical vapor deposition method using nitrogen gas.
A first growth step of growing a first p-type nitride semiconductor layer made of Ga 1-a N (0 <a <1), and hydrogen gas is used on the first p-type nitride semiconductor layer. A second growth step of growing a second p-type nitride semiconductor layer made of Al b Ga 1-b N (0 <b <1) by the above-mentioned metal-organic chemical vapor deposition method. .
【0022】以上の本発明に係る窒化物半導体発光素子
の製造方法では、第1の成長工程において前記活性層上
に比較的低温で半導体層の成長が可能な窒素ガスを用い
て前記第1のp型窒化物半導体層を成長させているの
で、Inを含む活性層を分解させることなく、AlaG
a1-aN(0<a<1)層を形成することができる。ま
た、第2の成長工程において、前記第1のp型窒化物半
導体層上に、結晶性の良いAlbGa1-bN(0<b<
1)を成長させることができる水素ガスを用いて第2の
p型窒化物半導体層を成長させているので、前記第1の
p型窒化物半導体層により活性層の分解を防止しなが
ら、結晶性の良い第2のp型窒化物半導体層を成長させ
ることができる。また、In含む活性層におけるInの
面内分布に起因した素子間の発光特性のばらつきも抑制
することができ、製造歩留まりを向上させることができ
る。さらに、第2のp型窒化物半導体層を第1のp型窒
化物半導体層と異なる雰囲気で形成することにより、結
晶成長形態の異なる層を形成することができ、機能分離
できる。In the above-described method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the first growth step uses the nitrogen gas capable of growing a semiconductor layer on the active layer at a relatively low temperature in the first growth step. Since the p-type nitride semiconductor layer is grown, the Al a G layer can be formed without decomposing the active layer containing In.
An a 1-a N (0 <a <1) layer can be formed. In the second growth step, Al b Ga 1-b N (0 <b <0) having good crystallinity is formed on the first p-type nitride semiconductor layer.
Since the second p-type nitride semiconductor layer is grown using hydrogen gas capable of growing 1), the first p-type nitride semiconductor layer prevents the active layer from being decomposed while crystallizing. The second p-type nitride semiconductor layer having good properties can be grown. In addition, it is possible to suppress variations in the light emission characteristics between devices due to the in-plane distribution of In in the active layer containing In, and it is possible to improve the manufacturing yield. Furthermore, by forming the second p-type nitride semiconductor layer in an atmosphere different from that of the first p-type nitride semiconductor layer, layers having different crystal growth forms can be formed and the functions can be separated.
【0023】このように、本発明に係る窒化物半導体発
光素子の製造方法では、活性層の結晶品質を損なうこと
なく、p型キャップ層を形成することができるので、極
めて発光特性に優れかつバラツキの少ない窒化物半導体
発光素子を製造することができる。As described above, in the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, since the p-type cap layer can be formed without impairing the crystal quality of the active layer, the light emitting characteristics are extremely excellent and the variation is large. It is possible to manufacture a nitride semiconductor light emitting device with less power consumption.
【0024】また、本発明に係る窒化物半導体発光素子
の製造方法では、前記第2の成長工程における成長温度
を、前記第1の成長工程における成長温度より高く設定
することが好ましい。このようにすると、より結晶性の
良い第2のp型窒化物半導体層を成長させることができ
る。In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, it is preferable that the growth temperature in the second growth step is set higher than the growth temperature in the first growth step. By doing so, the second p-type nitride semiconductor layer having better crystallinity can be grown.
【0025】また、本発明に係る窒化物半導体発光素子
の製造方法では、前記第1の成長工程における成長温度
を、前記活性層を成長させる時の成長温度と実質的に同
一に設定することが好ましい。このようにすると、In
を含む活性層からの分解をより効果的に防止することが
でき、前記活性層の結晶品質をより良好に保持できる。In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the growth temperature in the first growth step may be set to be substantially the same as the growth temperature when growing the active layer. preferable. In this way, In
It is possible to more effectively prevent the decomposition of the active layer containing Al, and it is possible to further maintain the crystal quality of the active layer.
【0026】また、本発明に係る窒化物半導体発光素子
の製造方法では、前記第1の成長工程において、前記第
1のp型窒化物半導体層を10Å以上100Å以下の膜
厚に成長させ、前記第2の成長工程において、前記第2
のp型窒化物半導体層を10Å以上300Å以下の膜厚
に成長させることが好ましい。このように、前記第1の
p型窒化物半導体層の膜厚が、10〜100Åで、前記
第2のp型窒化物半導体層の膜厚が10〜300Åの範
囲になるように成長させることにより、上述した第1の
p型窒化物半導体層の成長において活性層を保護する機
能と、第2のp型窒化物半導体層によるキャリア閉じ込
め機能とを、いずれも良好に発揮させることができる。Further, in the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, in the first growing step, the first p-type nitride semiconductor layer is grown to a film thickness of 10 Å or more and 100 Å or less, In the second growth step, the second
It is preferable that the p-type nitride semiconductor layer is grown to a film thickness of 10 Å or more and 300 Å or less. In this manner, the first p-type nitride semiconductor layer is grown to have a film thickness of 10 to 100Å and the second p-type nitride semiconductor layer is grown to have a film thickness of 10 to 300Å. As a result, both the function of protecting the active layer in the growth of the first p-type nitride semiconductor layer and the function of confining carriers by the second p-type nitride semiconductor layer can be exhibited well.
【0027】なぜなら、比較的結晶性の悪い第1のp型
窒化物半導体層を活性層を保護することができる最小限
の膜厚に留めて、第1のp型窒化物半導体層を介して良
好な結晶成長が可能な第2のp型窒化物半導体層を比較
的厚く成長させることで、活性層との良好なオフセット
が実現される。すなわち、前記膜厚の第1のp型窒化物
半導体層だけでは、トンネル効果による電子の活性層か
らの流出が問題となるが、第2のp型窒化物半導体層が
あることで、活性層内への良好なキャリア閉じ込めを実
現することができる。This is because the first p-type nitride semiconductor layer having relatively poor crystallinity is limited to the minimum film thickness capable of protecting the active layer, and the first p-type nitride semiconductor layer is interposed. By making the second p-type nitride semiconductor layer capable of good crystal growth relatively thick, good offset with respect to the active layer is realized. That is, with only the first p-type nitride semiconductor layer having the above-mentioned thickness, the outflow of electrons from the active layer due to the tunnel effect becomes a problem, but with the second p-type nitride semiconductor layer, the active layer is formed. Good carrier confinement inside can be realized.
【0028】さらに、本発明の窒化物半導体発光素子の
製造方法では、前記第1の成長工程における成長温度
を、850℃以上950℃以下の温度に設定し、前記第
2の成長工程の成長温度を950℃以上の温度に設定す
ることが好ましい。このような温度範囲に成長温度を設
定することにより、上述した第1のp型窒化物半導体層
による活性層の保護をより効果的に図れ、よりいっそう
結晶性の良好な第2のp型窒化物半導体層を成長させる
ことができる。Further, in the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the growth temperature in the first growth step is set to a temperature of 850 ° C. or higher and 950 ° C. or lower, and the growth temperature in the second growth step is set. Is preferably set to a temperature of 950 ° C. or higher. By setting the growth temperature in such a temperature range, the protection of the active layer by the above-mentioned first p-type nitride semiconductor layer can be more effectively achieved, and the second p-type nitriding having even better crystallinity can be achieved. The object semiconductor layer can be grown.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態の窒化物
半導体発光素子は、図1に示すように、Inを含む窒化
物半導体からなる活性層6上に、p型のAlxGa1-xN
(0<x<1)からなり活性層6にキャリアを閉じ込め
る機能を有するp型キャップ層7が形成された窒化物半
導体発光素子であって、p型キャップ層7は、p型のA
laGa1-aN(0<a<1)からなる第1のp型窒化物
半導体層7aと、p型のAlbGa1-bN(0<b<1)
からなる第2のp型窒化物半導体層7bとからなること
を特徴とするものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As shown in FIG. 1, a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention has a p-type Al x Ga 1 layer formed on an active layer 6 made of a nitride semiconductor containing In. -x N
A nitride semiconductor light emitting device, which is formed of (0 <x <1) and has a p-type cap layer 7 having a function of confining carriers in the active layer 6, wherein the p-type cap layer 7 is a p-type A layer.
l a Ga 1-a N and a first p-type nitride semiconductor layer 7a composed of (0 <a <1), p -type Al b Ga 1-b N ( 0 <b <1)
And a second p-type nitride semiconductor layer 7b made of.
【0030】このp型キャップ層7は、活性層6にキャ
リアを閉じ込めるための層として形成されるものであ
り、活性層6より大きいバンドギャップを有しかつ結晶
性のよい層であることが必要とされる。これらの条件を
満足する層を活性層に接して形成すると、活性層との間
に良好な電位障壁(オフセット)が形成され効果的にキ
ャリア閉じ込め機能を発揮させることができる。しかし
ながら、本発明が適用されるInを含む活性層を備えた
窒化物半導体発光素子では、p型キャップ層7として、
バンドギャップの大きさが所望の値になるようにAlの
含有量を調整したp型のAlxGa1-xN(0<x<1)
層が主として用いられるが、以下のような問題点があっ
た。The p-type cap layer 7 is formed as a layer for confining carriers in the active layer 6, and has to have a band gap larger than that of the active layer 6 and have good crystallinity. It is said that When a layer satisfying these conditions is formed in contact with the active layer, a good potential barrier (offset) is formed between the layer and the active layer, and the carrier confining function can be effectively exhibited. However, in the nitride semiconductor light emitting device including the active layer containing In to which the present invention is applied, as the p-type cap layer 7,
P-type Al x Ga 1-x N (0 <x <1) in which the content of Al is adjusted so that the band gap has a desired value
The layer is mainly used, but has the following problems.
【0031】すなわち、結晶欠陥の少ない結晶性の良好
なAlGaN層を成長させるためには、有機金属気相成
長法を用いてH2雰囲気で(H2をキャリアガスとして)
比較的高温でAlGaN層を成長させる必要があるが、
AlGaN層をH2雰囲気中でInを含む活性層6上に
直接成長させようとすると活性層が分解するという問題
点があった。このために、p型のAlxGa1-xN(0<
x<1)からなる結晶性の良いp型キャップ層7を形成
することができても、活性層6そのものを劣化させるこ
とになり、結局は期待したほどの発光特性を得ることは
困難であった。H2雰囲気中におけるAlGaN層の成
長温度を高くすると、成長されるAlGaN層の結晶性
はさらに良好にできるが、Inを含む活性層の分解がよ
り激しくなり、発光寿命を低下させる原因となってい
た。尚、本明細書において、単にAlGaNというとき
は、GaNにおいてGaの一部がAlにより置換された
窒化物半導体を言う。That is, in order to grow an AlGaN layer having few crystal defects and good crystallinity, metalorganic vapor phase epitaxy is used in an H 2 atmosphere (using H 2 as a carrier gas).
Although it is necessary to grow the AlGaN layer at a relatively high temperature,
There is a problem that the active layer is decomposed when the AlGaN layer is grown directly on the active layer 6 containing In in the H 2 atmosphere. Therefore, p-type Al x Ga 1-x N (0 <
Even if it is possible to form the p-type cap layer 7 having good crystallinity of x <1), the active layer 6 itself is deteriorated, and it is difficult to obtain expected light emission characteristics. It was When the growth temperature of the AlGaN layer in the H 2 atmosphere is increased, the crystallinity of the grown AlGaN layer can be further improved, but the decomposition of the active layer containing In becomes more intense, which causes the emission lifetime to be shortened. It was In the present specification, simply referring to AlGaN means a nitride semiconductor in which a part of Ga in GaN is replaced by Al.
【0032】本発明は、Inを含む活性層上に、H2雰
囲気に代えN2雰囲気でかつ低温でAlGaN層を成長
させると活性層を分解させることなくAlGaN層を形
成することができることを見出し、その点に着目して完
成させたものである。すなわち、本発明に係る実施の形
態の窒化物半導体発光素子は、Inを含む窒化物半導体
からなる活性層6上に、N2雰囲気で予め活性層を分解
させないように比較的薄いp型のAlaGa1-aN(0<
a<1)からなる第1のp型窒化物半導体層7aを、電
子閉じ込め機能を劣化させない程度の厚さに形成し、そ
の第1のp型窒化物半導体層7aによって活性層が分解
しないように保護しながら、H 2雰囲気でp型のAlbG
a1-bN(0<b<1)からなる第2のp型窒化物半導
体層7bを形成するようにしたものである。According to the present invention, H is formed on the active layer containing In.2Atmosphere
N instead of surrounding air2Growth of AlGaN layer in atmosphere and at low temperature
Forming an AlGaN layer without decomposing the active layer.
Find out what can be done and pay attention to that point
It was made. That is, the embodiment of the present invention
Nitride semiconductor light emitting device is a nitride semiconductor containing In
N on the active layer 6 made of2Decompose the active layer beforehand in the atmosphere
Relatively thin p-type Al to preventaGa1-aN (0 <
The first p-type nitride semiconductor layer 7a composed of a <1) is electrically charged.
It is formed to a thickness that does not deteriorate the child confinement function.
The active layer is decomposed by the first p-type nitride semiconductor layer 7a of
H to protect against 2P-type Al in the atmospherebG
a1-bSecond p-type nitride semiconductor consisting of N (0 <b <1)
The body layer 7b is formed.
【0033】以下に、図1を用いて本発明の実施の形態
について更に詳細に説明する。図1は、本発明の一実施
の形態である窒化物半導体発光素子(窒化物半導体レー
ザ素子)を示す模式的断面図である。図1の窒化物半導
体レーザ素子は、サファイア等の窒化物半導体とは異な
る異種基板100の上面にELOG成長させた窒化物半
導体基板1上に、n型不純物(例えばSi)をドープし
てなるAlkGa1-kN(0<k<1)よりなるn型コン
タクト層2、SiドープのIngGa1-gN(0.05≦
g≦0.2)よりなるクラック防止層3、AleGa1-e
N(0.12≦e<0.15)を含んでなる多層膜のn
型クラッド層4、アンドープのGaNからなるn型ガイ
ド層5、IncGa1-cN(0≦c<1)からなる多重量
子井戸構造の活性層6、MgドープのAldGa1-dN
(0<d≦1)からなる少なくとも2層以上のp型キャ
ップ層7、アンドープのGaNからなるp型ガイド層
8、AlfGa1-fN(0<f≦1)を含む多層膜からな
るp型クラッド層9、MgドープのGaNからなるp型
コンタクト層10を備え、p型コンタクト層10〜n型
コンタクト層2が所定の幅にエッチングされてリッジ形
状のストライプ200が形成されてなる。尚、p電極
は、リッジ形状のストライプ200の最上層であるp型
コンタクト層10に接するように形成され、リッジ形状
のストライプ200の片側に露出させたn型コンタクト
層2上に形成される。The embodiment of the present invention will be described in more detail below with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device (nitride semiconductor laser device) according to an embodiment of the present invention. The nitride semiconductor laser device shown in FIG. 1 is formed by doping an n-type impurity (for example, Si) with Al on a nitride semiconductor substrate 1 which is ELOG-grown on the upper surface of a heterogeneous substrate 100 different from a nitride semiconductor such as sapphire. n-type contact layer 2 made of k Ga 1-k N (0 <k <1), Si-doped In g Ga 1-g N (0.05 ≦
g ≦ 0.2) crack preventive layer 3, Al e Ga 1-e
N of a multilayer film containing N (0.12 ≦ e <0.15)
-Type cladding layer 4, n-type guide layer 5 made of undoped GaN, active layer 6 of multiple quantum well structure made of In c Ga 1-c N (0 ≦ c <1), Mg-doped Al d Ga 1-d N
From a multilayer film including at least two p-type cap layers 7 (0 <d ≦ 1), p-type guide layers 8 made of undoped GaN, and Al f Ga 1 -f N (0 <f ≦ 1) The p-type clad layer 9 and the p-type contact layer 10 made of Mg-doped GaN, and the ridge-shaped stripe 200 is formed by etching the p-type contact layer 10 to the n-type contact layer 2 to a predetermined width. . The p electrode is formed in contact with the p-type contact layer 10 which is the uppermost layer of the ridge-shaped stripe 200, and is formed on the n-type contact layer 2 exposed on one side of the ridge-shaped stripe 200.
【0034】以下、個々の要素について詳細に説明す
る。
(ELOG成長について)ELOG成長とは、窒化物半
導体の縦方向の成長を少なくとも部分的に一時的止め
て、横方向の成長を利用して転位の発生を抑制しながら
成長させることができる成長方法である。具体的に、窒
化物半導体と異なる材料からなる異種基板上に、窒化物
半導体が成長しないかまたは成長しにくい材料からなる
保護膜を部分的に形成し、その上から窒化物半導体を成
長させる。このようにすると、保護膜が形成されていな
い部分から窒化物半導体の成長が開始され、さらに成長
を続けることにより保護膜上に横方向に成長するように
なり、その結果、異種基板全体を覆う比較的厚膜の窒化
物半導体が形成される。The individual elements will be described in detail below. (Regarding ELOG Growth) ELOG growth is a growth method in which vertical growth of a nitride semiconductor is temporarily stopped at least partially and growth in the horizontal direction is used to suppress the generation of dislocations. Is. Specifically, a protective film made of a material in which a nitride semiconductor does not grow or is hard to grow is partially formed on a heterogeneous substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor, and the nitride semiconductor is grown on the protective film. By doing so, the growth of the nitride semiconductor is started from the portion where the protective film is not formed, and by continuing the growth, the nitride semiconductor is grown laterally, and as a result, the entire heterogeneous substrate is covered. A relatively thick film nitride semiconductor is formed.
【0035】異種基板としては、種々の基板を用いるこ
とができ、例えば、図2に示すC面、R面、A面を主面
とするサファイア、スピネル(MgA12O4)のような
絶縁性基板、SiC(6H、4H、3Cを含む)、Zn
S、ZnO、GaAs、Si、及び窒化物半導体と格子
整合する酸化物基板等、従来知られている窒化物半導体
と異なる基板材料を用いることができる。Various substrates can be used as the heterogeneous substrate. For example, an insulating material such as sapphire having C-plane, R-plane and A-plane as main surfaces shown in FIG. 2 and spinel (MgA1 2 O 4 ). Substrate, SiC (including 6H, 4H, 3C), Zn
Substrate materials different from conventionally known nitride semiconductors can be used, such as S, ZnO, GaAs, Si, and oxide substrates lattice-matched with nitride semiconductors.
【0036】前記の中で好ましい異種基板としては、サ
ファイアであり、更に好ましくはサファイアのC面であ
る。また、サファイアのC面がステップ状にオフアング
ルされ、オフアングル角θ(図3に示されるθ)が0.
1°〜0.3°の範囲のものを用いると、ELOG成長
して得られる窒化物半導体内部の微細なクラックの発生
を防止でき、よりいっそう好ましい。オフアングル角θ
が0.1°未満であるとELOG成長させた窒化物半導
体の内部に微細なクラックが発生しやすくなる傾向があ
り、オフアングル角θが0.1°以上であるとその上に
構成されるレーザ素子の特性を安定させることができ
る。また、オフアングル角が0.3°を超えると、EL
OG成長させた窒化物半導体の表面がステップ状にな
り、その上に素子を構成すると、各半導体層においてス
テップが若干強調され、素子のショート及びしきい値上
昇を招き好ましくない。Among the above, a preferable different type of substrate is sapphire, more preferably the C plane of sapphire. Further, the C-plane of sapphire is off-angled stepwise, and the off-angle angle θ (θ shown in FIG. 3) is 0.
It is even more preferable to use one having a range of 1 ° to 0.3 ° because it is possible to prevent the generation of fine cracks inside the nitride semiconductor obtained by ELOG growth. Off-angle angle θ
Is less than 0.1 °, fine cracks are likely to occur inside the ELOG-grown nitride semiconductor, and an off-angle angle θ of 0.1 ° or more is formed on the crack. The characteristics of the laser element can be stabilized. If the off-angle angle exceeds 0.3 °, EL
If the surface of the OG-grown nitride semiconductor is stepped and a device is formed on it, the steps are slightly emphasized in each semiconductor layer, which causes a short circuit of the device and an increase in threshold value, which is not preferable.
【0037】前記のようなステップ状にオフアングルさ
れたサファイア等の異種基板上に、保護膜を、直接又は
一旦窒化物半導体を成長させてから、部分的(例えば、
異種基板表面が一定間隔で露出するように)に形成す
る。保護膜としては、保護膜表面に窒化物半導体が成長
しないかまたは成長しにくい性質を有する種々の材料を
用いることができ、例えば酸化ケイ素(SiOX)、窒
化ケイ素(SiXNY)、酸化チタン(TiOX)、酸化
ジルコニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化物、またこ
れらの多層膜、さらには1200℃以上の融点を有する
金属等を用いることができる。好ましい保護膜材料とし
ては、SiO 2及びSiNが挙げられる。The off-angle is stepped as described above.
Of the protective film directly or on the dissimilar substrate such as sapphire
Once the nitride semiconductor is grown, it can be partially (eg,
So that the surface of the dissimilar substrate is exposed at regular intervals)
It As a protective film, nitride semiconductor grows on the surface of the protective film.
Various materials that have the property of not growing or being difficult to grow
It can be used, for example, silicon oxide (SiO 2X),
Silicon oxide (SiXNY), Titanium oxide (TiOX), Oxidation
Zirconium (ZrOX) Oxides, nitrides, etc.
These multilayer films have a melting point of 1200 ° C or higher
A metal or the like can be used. As a preferred protective film material
For SiO 2And SiN.
【0038】保護膜材料を窒化物半導体等の表面に形成
する方法としては、例えば蒸着、スパッタ、CVD等の
気相成膜技術を用いることができる。また、部分的(選
択的)に形成する方法として、フォトリソグラフィー技
術を用いて所定の形状を有するフォトマスクを作製し、
そのフォトマスクを介して、前記材料を気相成膜する方
法を用いることができる。保護膜の形状は、特に限定さ
れるものではないが、例えばドット、ストライプ、碁盤
面状の形状で形成でき、好ましくはストライプ状の形状
とし、そのストライプがオリエンテーションフラット面
(サファイアのA面)に垂直になるように形成する。As a method of forming the protective film material on the surface of the nitride semiconductor or the like, a vapor phase film forming technique such as vapor deposition, sputtering or CVD can be used. In addition, as a method of forming partially (selectively), a photomask having a predetermined shape is formed by using a photolithography technique,
A method of forming a vapor phase film of the above material through the photomask can be used. The shape of the protective film is not particularly limited, but it can be formed, for example, in the shape of dots, stripes, or a checkerboard shape, preferably in the shape of a stripe, and the stripes serve as orientation flat surfaces (A surface of sapphire). Form vertically.
【0039】また、異種基板の表面のうち、保護膜を形
成する表面積の割合は、保護膜が形成されていない部分
の表面積より大きくすることが好ましく、このようにす
ると、成長させる窒化物半導体に発生する転位を防止す
ることができ、良好な結晶性を有する窒化物半導体基板
が得られる。例えば、保護膜をストライプ形状に形成す
る場合の保護膜のストライプ幅は、保護膜が形成されて
いない部分(窓部)の幅を3とした時に、10以上にな
るようにすることが好ましい。この場合、保護膜のスト
ライプ幅w1は、保護膜が形成されていない部分(窓
部)の幅w2として、w1:w2=16〜18:3を満
足するように設定することがさらに好ましい。保護膜を
ストライプ形状に形成する場合、保護膜のストライプ幅
と窓部の幅を前記の関係に設定すると、窒化物半導体が
保護膜を覆い易くなり、且つ転位を効果的に防止するこ
とができる。保護膜のストライプ幅としては、例えば6
〜27μm、好ましくは11〜24μmとして、窓部の
幅としては、例えば2〜5μm、好ましくは2〜4μm
とする。Further, it is preferable that the ratio of the surface area of the surface of the heterogeneous substrate on which the protective film is formed is made larger than the surface area of the portion on which the protective film is not formed. It is possible to prevent dislocations that occur and obtain a nitride semiconductor substrate having good crystallinity. For example, when the protective film is formed in a stripe shape, the stripe width of the protective film is preferably 10 or more when the width of the portion (window portion) where the protective film is not formed is 3. In this case, it is more preferable that the stripe width w1 of the protective film is set to satisfy w1: w2 = 16 to 18: 3 as the width w2 of the portion (window portion) where the protective film is not formed. When the protective film is formed in a stripe shape, if the stripe width of the protective film and the width of the window are set to the above relationship, the nitride semiconductor can easily cover the protective film and dislocations can be effectively prevented. . The stripe width of the protective film is, for example, 6
˜27 μm, preferably 11 to 24 μm, and the width of the window is, for example, 2 to 5 μm, preferably 2 to 4 μm.
And
【0040】また、ELOG成長して得られる窒化物半
導体上に素子を構成し、p型窒化物半導体層にリッジ形
状のストライプ200を形成する場合、リッジ形状のス
トライプ200が、ストライプ状の保護膜の上であり、
かつその中心線(長手方向に平行な中心線)上を避けて
形成されていることが好ましく、このようにすると、し
きい値を低下させることができ、素子の信頼性を向上さ
せることができる。すなわち、保護膜上部に位置する窒
化物半導体の結晶性が、窓部上部等に比較して良好であ
り、また、保護膜の中心線上付近は、窓部から成長した
隣接する窒化物半導体同士が横方向の成長によって接合
する部分でありこのような接合箇所に空隙の生じる場合
があり、この空隙の上部にリッジ形状のストライプ20
0が形成されると、レーザ素子の動作中に空隙から転位
が伝播し易くなり、素子の信頼性を劣化させる恐れがあ
るからである。When a device is formed on a nitride semiconductor obtained by ELOG growth and a ridge-shaped stripe 200 is formed in a p-type nitride semiconductor layer, the ridge-shaped stripe 200 is a stripe-shaped protective film. Is above
In addition, it is preferable to be formed so as to avoid the center line (the center line parallel to the longitudinal direction). By doing so, the threshold value can be lowered and the reliability of the element can be improved. . That is, the crystallinity of the nitride semiconductor located in the upper portion of the protective film is better than that in the upper portion of the window portion, and in the vicinity of the center line of the protective film, adjacent nitride semiconductors grown from the window portion are adjacent to each other. It is a portion to be joined by lateral growth, and a void may be formed at such a joined portion, and a ridge-shaped stripe 20 is formed on the upper portion of this void.
When 0 is formed, dislocations are likely to propagate from the void during the operation of the laser element, which may deteriorate the reliability of the element.
【0041】また、保護膜は、異種基板に直接形成され
てもよいが、異種基板上に低温成長のバッファ層101
を形成させ、更にその上に高温成長の窒化物半導体から
なるバッファ層102を成長させた上に、形成すること
が好ましく、このようにすると、転位の少ないより結晶
性に優れた窒化物半導体基板を成長させることができ
る。また、本発明に係る窒化物半導体発光素子を形成す
るために用いることができる基板は、上述したELOG
成長させた窒化物半導体基板に限定されるものではな
い。本発明では、たとえば、サファイア基板の上にアン
ドープのGaNを数μmから数十μmの膜厚で成長させ
た下地層として成長させ、その上に素子を構成するよう
にしてもよい。また、ELOG成長に用いる低温成長の
バッファ層101としては、例えばAlN、GaN、A
lGaN、及びInGaN等のいずれかを900℃以下
200℃以上の温度で、膜厚数十オングストローム〜数
百オングストロームで成長させたものを用いることがで
きる。これらのバッファ層は、異種基板と比較的高温で
成長される窒化物半導体層との間の格子定数不整を緩和
することができ、成長させる層におれる転位の発生を防
止することができる。The protective film may be directly formed on the foreign substrate, but the buffer layer 101 grown at a low temperature on the foreign substrate.
Is preferably formed, and the buffer layer 102 made of a nitride semiconductor grown at a high temperature is further grown thereon to be formed, and in this case, the nitride semiconductor substrate having less dislocations and excellent crystallinity is formed. Can grow. In addition, the substrate that can be used to form the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is the above-mentioned ELOG.
It is not limited to the grown nitride semiconductor substrate. In the present invention, for example, undoped GaN may be grown on a sapphire substrate as a base layer having a thickness of several μm to several tens of μm, and the device may be formed thereon. The low temperature growth buffer layer 101 used for ELOG growth is, for example, AlN, GaN, A
One of lGaN, InGaN, and the like grown at a temperature of 900 ° C. or lower and 200 ° C. or higher with a film thickness of several tens of angstroms to several hundreds of angstroms can be used. These buffer layers can alleviate the lattice constant mismatch between the heterogeneous substrate and the nitride semiconductor layer grown at a relatively high temperature, and can prevent the generation of dislocations in the grown layer.
【0042】高温成長の窒化物半導体からなるバッファ
層102としては、アンドープのGaN、n型不純物を
ドープしたGaN、またSiをドープしたGaNを用い
ることができ、好ましくはアンドープのGaNを用い
る。またこれらの窒化物半導体は、高温、具体的には9
00℃〜1100℃、好ましくは1050℃でバッファ
層101上に成長される。本発明において、このバッフ
ァ層102の膜厚は特に限定されるものではないが、例
えば1〜20μm、好ましくは2〜10μmとする。As the buffer layer 102 made of a nitride semiconductor grown at a high temperature, undoped GaN, n-type impurity-doped GaN, or Si-doped GaN can be used, and preferably undoped GaN is used. Further, these nitride semiconductors have high temperatures, specifically, 9
It is grown on the buffer layer 101 at 00 ° C to 1100 ° C, preferably 1050 ° C. In the present invention, the thickness of the buffer layer 102 is not particularly limited, but is, for example, 1 to 20 μm, preferably 2 to 10 μm.
【0043】次に保護膜を形成した上に、窒化物半導体
をMOCVD等により、ELOG成長させて窒化物半導
体基板1を得る。この場合、成長させる窒化物半導体と
しては、アンドープのGaN又は不純物(例えばSi、
Ge、Sn、Be、Zn、Mn、Cr、及びMg)をド
ープしたGaNを用いることができる。成長温度として
は、例えば900℃〜1100℃、より具体的には10
50℃付近の温度で成長させる。不純物がドープされて
いると成長層おける転位の発生を抑制することができ、
好ましい。Next, a nitride semiconductor is subjected to ELOG growth by MOCVD or the like, after forming a protective film, to obtain a nitride semiconductor substrate 1. In this case, as the nitride semiconductor to be grown, undoped GaN or impurities (for example, Si,
GaN doped with Ge, Sn, Be, Zn, Mn, Cr, and Mg) can be used. The growth temperature is, for example, 900 ° C. to 1100 ° C., more specifically 10
Grow at a temperature around 50 ° C. When impurities are doped, the generation of dislocations in the growth layer can be suppressed,
preferable.
【0044】このELOG成長では、成長初期におい
て、成長速度をコントロールし易いMOCVD(有機金
属化学気相成長法)等で成長させ、保護膜がELOG成
長の窒化物半導体で覆われた後の成長をHVPE(ハラ
イド気相成長法)等で成長させてもよい。以上のように
して、本実施の形態では、ELOG成長により窒化物半
導体基板1を異種基板上に形成する。In this ELOG growth, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) or the like, which makes it easy to control the growth rate, is performed in the initial stage of growth, and the growth after the protective film is covered with the nitride semiconductor of the ELOG growth is performed. It may be grown by HVPE (halide vapor phase epitaxy) or the like. As described above, in the present embodiment, nitride semiconductor substrate 1 is formed on a heterogeneous substrate by ELOG growth.
【0045】(窒化物半導体基板1上の各窒化物半導体
層の形成)本実施の形態では、まず、n型コンタクト層
2を窒化物半導体基板1上に成長させる。n型コンタク
ト層2としては、n型不純物(好ましくはSi)がドー
プされたAlaGa1-aN(0<a<1)を成長させる。
n型コンタクト層2として、好ましくはaが0.01〜
0.05に設定されたAlaGa1-aNを成長させる。n
型コンタクト層2をAlを含む3元混晶で形成すると、
窒化物半導体基板1に微細なクラックが発生していて
も、微細なクラックの伝播を防止することができ、更に
従来の問題点であった窒化物半導体基板1とn型コンタ
クト層2との格子定数及び熱膨張係数の相違によるn型
コンタクト層への微細なクラックの発生を防止すること
ができ好ましい。n型不純物のドープ量は、1×1018
/cm3〜5×1018/cm3とする。このn型コンタク
ト層2にはn電極21が形成される。n型コンタクト層
2の膜厚は、1〜10μmとする。また、本実施の形態
では、窒化物半導体基板1とn型コンタクト層2との間
に、アンドープのAlaGa1-aN(0<a<1)を成長
させてもよく、このアンドープの層を成長させるとn型
コンタクト層2の結晶性を良好とでき、寿命特性を向上
させることができる。この場合、アンドープn型コンタ
クト層の膜厚は、数μmとする。(Formation of Nitride Semiconductor Layers on Nitride Semiconductor Substrate 1) In the present embodiment, first, n-type contact layer 2 is grown on nitride semiconductor substrate 1. As the n-type contact layer 2, Al a Ga 1-a N (0 <a <1) doped with an n-type impurity (preferably Si) is grown.
As the n-type contact layer 2, a is preferably 0.01 to
Grow Al a Ga 1-a N set to 0.05. n
When the mold contact layer 2 is formed of a ternary mixed crystal containing Al,
Even if minute cracks are generated in the nitride semiconductor substrate 1, the propagation of the minute cracks can be prevented, and the lattice between the nitride semiconductor substrate 1 and the n-type contact layer 2 which has been a conventional problem. It is possible to prevent the generation of fine cracks in the n-type contact layer due to the difference in the constant and the coefficient of thermal expansion, which is preferable. The doping amount of n-type impurities is 1 × 10 18.
/ Cm 3 to 5 × 10 18 / cm 3 . An n electrode 21 is formed on the n-type contact layer 2. The film thickness of the n-type contact layer 2 is 1 to 10 μm. In addition, in the present embodiment, undoped Al a Ga 1-a N (0 <a <1) may be grown between the nitride semiconductor substrate 1 and the n-type contact layer 2. When the layer is grown, the crystallinity of the n-type contact layer 2 can be improved and the life characteristics can be improved. In this case, the film thickness of the undoped n-type contact layer is set to several μm.
【0046】次に、クラック防止層3をn型コンタクト
層2上に成長させる。クラック防止層3としては、Si
ドープのIngGa1-gN(0.05≦g≦0.2)を成
長させ、gが0.05〜0.08に設定されたIngG
a1-gNを成長させることが好ましい。このクラック防
止層3をn型コンタクト層2上に形成すると、素子内の
クラックの発生を防止することができ、好ましい。Si
のドープ量としては、5×1018/cm3である。しか
しながら、本発明では、クラック防止層3を省略しても
よい。Next, the crack prevention layer 3 is grown on the n-type contact layer 2. As the crack prevention layer 3, Si is used.
Dog In g Ga 1-g N (0.05 ≦ g ≦ 0.2) was grown and In g G with g set to 0.05 to 0.08
It is preferred to grow a1 -gN . It is preferable to form the crack prevention layer 3 on the n-type contact layer 2 because it is possible to prevent the occurrence of cracks in the device. Si
The doping amount is 5 × 10 18 / cm 3 . However, in the present invention, the crack prevention layer 3 may be omitted.
【0047】また、クラック防止層3を成長させる際
に、Inの混晶比を大きく(x≧0.1)することが好
ましく、このようにすると、クラック防止層3がn型ク
ラッド層4から漏れ出した、活性層6で発生された光を
吸収することができ、レーザ光のファーフィールドパタ
ーンの乱れを防止することができる。このクラック防止
層の膜厚は、例えば、0.05〜0.3μmのそれ自身
の結晶性が損なわれない程度の厚みとする。Further, when the crack prevention layer 3 is grown, it is preferable to increase the In mixed crystal ratio (x ≧ 0.1). In this case, the crack prevention layer 3 is separated from the n-type cladding layer 4. The leaked light generated in the active layer 6 can be absorbed, and the far field pattern of the laser light can be prevented from being disturbed. The film thickness of the crack prevention layer is, for example, 0.05 to 0.3 μm, which is a thickness that does not impair its own crystallinity.
【0048】次に、n型クラッド層4をクラック防止層
3上に成長させる。n型クラッド層4は、AleGa1-e
N(0.12≦e<0.15)を含む窒化半導体を有す
る多層膜の層として形成される。多層膜とは、互いに組
成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造を示
し、例えば、AleGa1-eN(0.12≦e<0.1
5)層と、このAleGa1-eNと組成の異なる窒化物半
導体、例えばAlの混晶比の異なるもの、Inを含んで
なる3元混晶のもの、又はGaN等からなる層とを組み
合わせて積層してなるものである。この中で好ましい組
み合わせとしては、AleGa1-eNとGaNとを積層し
てなる多層膜である。このようにすると、同一温度で結
晶性の良い窒化物半導体層が積層できる。より好ましい
多層膜としては、アンドープのAleGa1-eNとn型不
純物(例えばSi)ドープのGaNとを組み合わせて積
層したものである。この場合、n型不純物は、AleG
a1-eNにドープされてもよい。n型不純物のドープ量
は、4×1018/cm3〜5×1018/cm3である。n
型不純物がこの範囲でドープされていると抵抗率を低く
でき且つ結晶性を損なうことなくn型クラッド層4を形
成することができる。Next, the n-type cladding layer 4 is grown on the crack prevention layer 3. The n-type cladding layer 4 is made of Al e Ga 1-e.
It is formed as a layer of a multilayer film including a nitride semiconductor containing N (0.12 ≦ e <0.15). The multilayer film refers to a multilayer film structure in which nitride semiconductor layers having different compositions are stacked, and for example, Al e Ga 1-e N (0.12 ≦ e <0.1
5) a layer and a nitride semiconductor having a composition different from that of Al e Ga 1 -e N, for example, a material having a different mixed crystal ratio of Al, a material of a ternary mixed crystal containing In, or a layer made of GaN or the like It is formed by combining and stacking. Among them, a preferable combination is a multilayer film formed by stacking Al e Ga 1-e N and GaN. By doing so, a nitride semiconductor layer having good crystallinity can be stacked at the same temperature. A more preferable multilayer film is a stack of undoped Al e Ga 1 -e N and n-type impurity (for example, Si) doped GaN in combination. In this case, the n-type impurity is Al e G
It may be doped into a 1-e N. The doping amount of the n-type impurity is 4 × 10 18 / cm 3 to 5 × 10 18 / cm 3 . n
When the type impurities are doped in this range, the resistivity can be lowered and the n-type cladding layer 4 can be formed without impairing the crystallinity.
【0049】この多層膜は、単一層の膜厚が100オン
グストローム以下、好ましくは70オングストローム以
下、さらに好ましくは40オングストローム以下であっ
て、好ましくは10オングストローム以上の膜厚の窒化
物半導体層を積層することにより構成する。単一の膜厚
が100オングストローム以下であるとn型クラッド層
が超格子構造となり、Alを含有しているにもかかわら
ず、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にすること
ができる。また、n型クラッド層4の総膜厚は、0.7
〜2μmである。In this multilayer film, a nitride semiconductor layer having a single layer thickness of 100 angstroms or less, preferably 70 angstroms or less, more preferably 40 angstroms or less, and preferably 10 angstroms or more is laminated. Configured by When the single film thickness is 100 angstroms or less, the n-type clad layer has a superlattice structure, and although Al is contained, generation of cracks can be prevented and crystallinity can be improved. The total film thickness of the n-type cladding layer 4 is 0.7.
~ 2 μm.
【0050】またn型クラッド層の全体の平均組成は、
その平均組成をAlkGa1-kNで表したときに、kを
0.05〜0.1とすることが好ましい。Alの含有率
がこの範囲であると、クラックを発生させないように形
成でき、且つ充分にレーザ導波路との屈折率の差を得る
ことができる。次に、n型ガイド層5をn型クラッド層
4上に成長させる。n型ガイド層5としては、アンドー
プのGaNからなる窒化物半導体を成長させる。n型ガ
イド層5の膜厚は、0.1〜0.07μmに設定するこ
とが好ましく、このようにすると、しきい値を低下させ
ることができる。また、n型ガイド層4をアンドープと
することが好ましく、これによって、レーザ導波路内の
伝搬損失を減少させることができ、かつしきい値を低く
することができる。The average composition of the entire n-type cladding layer is
When the average composition is represented by Al k Ga 1-k N, k is preferably 0.05 to 0.1. When the Al content is within this range, cracks can be formed without causing a crack, and a sufficient difference in refractive index from the laser waveguide can be obtained. Next, the n-type guide layer 5 is grown on the n-type cladding layer 4. As the n-type guide layer 5, a nitride semiconductor made of undoped GaN is grown. The film thickness of the n-type guide layer 5 is preferably set to 0.1 to 0.07 μm, and by doing so, the threshold value can be lowered. In addition, it is preferable that the n-type guide layer 4 be undoped, whereby the propagation loss in the laser waveguide can be reduced and the threshold value can be lowered.
【0051】次に、活性層6をn型ガイド層5上に成長
させる。本実施の形態において、活性層は、IncGa
1-cN(0≦c<1)を含んでなる多重量子井戸構造を
有する。活性層6において、井戸層は、cが0.1〜
0.2のIncGa1-cNとし、障壁層は、cが0〜0.
01のIncGa1-cNとする。また活性層6を構成する
井戸層及び障壁層のいずれか一方または両方に不純物を
ドープしてもよい。この場合、障壁層に不純物をドープ
させると、しきい値を低下させることができ好ましい。
井戸層の膜厚としては、30〜60オングストロームで
あり、障壁層の膜厚としては、90〜150オングスト
ロームである。Next, the active layer 6 is grown on the n-type guide layer 5. In the present embodiment, the active layer is In c Ga
It has a multiple quantum well structure including 1-c N (0 ≦ c <1). In the active layer 6, the well layer has c of 0.1 to 0.1.
0.2 In c Ga 1-c N, and the barrier layer has c of 0 to 0.
01 of In c Ga 1-c N. Further, one or both of the well layer and the barrier layer forming the active layer 6 may be doped with impurities. In this case, it is preferable to dope the barrier layer with impurities because the threshold value can be lowered.
The film thickness of the well layer is 30 to 60 angstroms, and the film thickness of the barrier layer is 90 to 150 angstroms.
【0052】多重量子井戸構造の活性層6は、障壁層か
ら始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層
で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、
また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好まし
くは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを2〜
5回繰り返してなるもの、好ましくは井戸層と障壁層と
のペアを3回繰り返してなるものがしきい値を低くし寿
命特性を向上させるのに好ましい。The active layer 6 having a multi-quantum well structure may start from a barrier layer and end with a well layer, start with a barrier layer and end with a barrier layer, or start with a well layer and end with a barrier layer.
Also, it may start from the well layer and end at the well layer. Preferably, starting from the barrier layer, the well layer and the barrier layer are paired by 2 to
It is preferable to repeat 5 times, preferably to repeat the pair of the well layer and the barrier layer 3 times, to lower the threshold value and improve the life characteristics.
【0053】次に、p型キャップ層7を活性層6上に成
長させる。p型キャップ層7としては、MgドープのA
ldGa1-dN(0<d≦1)からなる少なくとも2層を
成長させて構成する。このp型キャップ層7の混晶比
は、好ましくはdが0.1以上0.5以下の範囲に設定
する。本発明におけるp型キャップ層を構成する第1の
p型窒化物半導体層、第2のp型窒化物半導体層につい
ては、上記範囲の混晶比が適用されるが、各層について
詳しくは後述するとおりである。また、p型キャップ層
7全体の膜厚は、10オングストローム以上1000オ
ングストローム以下、好ましくは20オングストローム
以上400オングストローム以下に設定する。p型キャ
ップ層7全体の膜厚をこのような範囲に設定するのは、
次のような理由によるものである。すなわち、p型キャ
ップ層7をAlGaN層とした場合、キャリア閉じ込め
機能を効果的に発揮させることができるが、AlGaN
層はAlを含まない窒化ガリウム系半導体に比較してバ
ルク抵抗が高いものである。従って、p型キャップ層を
形成したことによる発光素子における抵抗値の上昇を抑
える必要があるために、1000オングストローム以
下、好ましくは400オングストローム以下に設定す
る。また、このp型キャップ層7の本来の機能は、上述
のキャリア閉じ込め機能であり、その機能を効果的に発
揮させるために、その膜厚を10オングストローム以
上、好ましくは20オングストローム以上に設定する。
従って、膜厚が上記範囲であると、活性層6内にキャリ
アを効果的に閉じ込めることができ、且つバルク抵抗も
低く抑えることができる。Next, the p-type cap layer 7 is grown on the active layer 6. As the p-type cap layer 7, Mg-doped A
At least two layers of l d Ga 1 -d N (0 <d ≦ 1) are grown and formed. The mixed crystal ratio of the p-type cap layer 7 is preferably set so that d is 0.1 or more and 0.5 or less. The mixed crystal ratio in the above range is applied to the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer forming the p-type cap layer in the present invention, but each layer will be described in detail later. It is as follows. The thickness of the entire p-type cap layer 7 is set to 10 angstroms or more and 1000 angstroms or less, preferably 20 angstroms or more and 400 angstroms or less. Setting the film thickness of the entire p-type cap layer 7 in such a range is as follows.
The reason is as follows. That is, when the p-type cap layer 7 is an AlGaN layer, the carrier confinement function can be effectively exhibited.
The layer has a higher bulk resistance than a gallium nitride based semiconductor that does not contain Al. Therefore, since it is necessary to suppress an increase in the resistance value of the light emitting element due to the formation of the p-type cap layer, it is set to 1000 angstroms or less, preferably 400 angstroms or less. The original function of the p-type cap layer 7 is the above-mentioned carrier confinement function, and the film thickness thereof is set to 10 angstroms or more, preferably 20 angstroms or more in order to effectively exhibit the function.
Therefore, when the film thickness is in the above range, carriers can be effectively confined in the active layer 6 and the bulk resistance can be suppressed low.
【0054】またp型キャップ層7のMgのドープ量
は、1×1019/cm3〜1×1021/cm3とする。ド
ープ量をこの範囲に設定すると、バルク抵抗を低下させ
ることに加えて、後述のアンドープで成長させるp型ガ
イド層にMgが拡散され、比較的薄い層であるp型ガイ
ド層8にMgを1×1016/cm3〜1×1018/cm3
の範囲で含有させることができる。The doping amount of Mg in the p-type cap layer 7 is 1 × 10 19 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 . When the doping amount is set in this range, in addition to lowering the bulk resistance, Mg is diffused into the p-type guide layer to be grown by undoped described later, and Mg is added to the p-type guide layer 8 which is a relatively thin layer. × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 18 / cm 3
It can be contained in the range of.
【0055】ここで特に、本実施の形態においてp型キ
ャップ層7は、AlaGa1-aNからなる第1のp型窒化
物半導体層7aと、その上にAlbGa1-bNからなる第
2のp型窒化物半導体層7bの2層で構成した。しかし
ながら、本発明はこれに限られるものではなく、2以上
の層としてもよく、また、例えば、第2のp型窒化物半
導体層7bを複数の層を積層することにより形成しても
よい。Here, in particular, in the present embodiment, the p-type cap layer 7 is the first p-type nitride semiconductor layer 7a made of Al a Ga 1-a N, and Al b Ga 1-b N is formed on the first p-type nitride semiconductor layer 7a. The second p-type nitride semiconductor layer 7b is composed of two layers. However, the present invention is not limited to this, and may be two or more layers. For example, the second p-type nitride semiconductor layer 7b may be formed by laminating a plurality of layers.
【0056】また、各層のAl混晶比は特に限定される
ものではない。しかし、AlaGa1 -aN層で表される第
1のp型窒化物半導体層7aにおいては、Al混晶比a
は、0以上であれば、活性層の分解を効果的に抑制する
ことができる。この機能を発揮させるためには、好まし
くはa>0のAlaGa1-aN層とすると、窒化物半導体
の中でも比較的高融点で化学的に安定な層を、活性層に
近い方に(好ましくは接する)設けることができ、活性
層の分解をより効果的に抑制することができる。また、
本発明においては、第1のp型窒化物半導体層7a及び
第2のp型窒化物半導体層7bの各Al混晶比a、b
を、好ましくは0.1より大きく、更に好ましくは0.
2より大きくすることで、活性層との間に良好なオフセ
ットをとる(電位障壁を形成する)ことができ、キャリ
アのオーバフローのない良好なキャリア注入を実現する
ことができる。この時、第1のp型窒化物半導体層7a
と第2のp型窒化物半導体層7bとは、同一の組成、す
なわちa=bとすることが好ましく、このような条件下
では、製造において各ソースガス、不純物ガスの供給量
の調整等が容易にできかつ制御性を高くできるので、第
1のp型窒化物半導体層及び第2のp型窒化物半導体層
を安定して、精度よく成長させることができる。The Al mixed crystal ratio of each layer is not particularly limited. However, in the first p-type nitride semiconductor layer 7a represented by the Al a Ga 1 -a N layer, the Al mixed crystal ratio a
Is 0 or more, decomposition of the active layer can be effectively suppressed. In order to exert this function, preferably, an Al a Ga 1-a N layer with a> 0 is used. Among the nitride semiconductors, a layer having a relatively high melting point and chemically stable is provided on the side closer to the active layer. Can be provided (preferably in contact), and decomposition of the active layer can be suppressed more effectively. Also,
In the present invention, the Al mixed crystal ratios a and b of the first p-type nitride semiconductor layer 7a and the second p-type nitride semiconductor layer 7b, respectively.
Is preferably greater than 0.1, more preferably 0.
When it is larger than 2, a good offset can be obtained (a potential barrier is formed) with the active layer, and good carrier injection without carrier overflow can be realized. At this time, the first p-type nitride semiconductor layer 7a
It is preferable that the second p-type nitride semiconductor layer 7b and the second p-type nitride semiconductor layer 7b have the same composition, that is, a = b. Since it can be easily performed and the controllability can be improved, the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer can be stably and accurately grown.
【0057】次に、第1のp型窒化物半導体層7a、第
2のp型窒化物半導体層7bの成長条件について説明す
る。成長温度としては、第1のp型窒化物半導体層より
も高い温度で第2のp型窒化物半導体層を成長させるこ
とが好ましい。特に、第1のp型窒化物半導体層の具体
的な成長温度は850〜950℃程度、活性層を成長さ
せる温度と同様の温度に設定すると、Inを含む活性層
6の分解を防止することができ好ましい。そして、第2
のp型窒化物半導体層の成長温度は、例えば活性層の成
長温度より100℃程度高いの温度に設定することが好
ましく、これによりより良好な結晶性を有するAlGa
N層を形成することができる。Next, growth conditions for the first p-type nitride semiconductor layer 7a and the second p-type nitride semiconductor layer 7b will be described. As the growth temperature, it is preferable to grow the second p-type nitride semiconductor layer at a temperature higher than that of the first p-type nitride semiconductor layer. Particularly, when the specific growth temperature of the first p-type nitride semiconductor layer is set to about 850 to 950 ° C. and the same temperature as the temperature for growing the active layer is set, the decomposition of the active layer 6 containing In is prevented. Is preferred and is preferable. And the second
The growth temperature of the p-type nitride semiconductor layer is preferably set to, for example, about 100 ° C. higher than the growth temperature of the active layer, whereby AlGa having better crystallinity is obtained.
An N layer can be formed.
【0058】さらに、第1のp型窒化物半導体層と第2
のp型窒化物半導体層の成長時の雰囲気は、異なる雰囲
気とすることが好ましい。すなわち、第1のp型窒化物
半導体は、活性層とほぼ同じ雰囲気で成長させることが
好ましく、こうすることで、活性層の分解を防しでき
る。また、第2のp型窒化物半導体は、良好なオフセッ
トを形成するために好ましい雰囲気で成長させる。この
ようにすると、2つの層の結晶成長形態の違いにより、
第1のp型窒化物半導体層は活性層の分解を防ぐ層、第
2のp型窒化物半導体は良好なオフセットの実現を担う
層とでき、各層にそれぞれ特有の機能を持たせることが
できる。具体的には、第1のp型窒化物半導体層の成長
雰囲気はN2とし、第2のp型窒化物半導体層の成長雰
囲気はH2とすることで、それぞれ上述の機能を有する
層が形成できるため、得られる素子は良好な発光特性を
有する。Further, the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer
The atmosphere during the growth of the p-type nitride semiconductor layer is preferably different. That is, the first p-type nitride semiconductor is preferably grown in the same atmosphere as the active layer, and by doing so, decomposition of the active layer can be prevented. Further, the second p-type nitride semiconductor is grown in a preferable atmosphere to form a good offset. By doing this, due to the difference in crystal growth morphology between the two layers,
The first p-type nitride semiconductor layer can be a layer that prevents decomposition of the active layer, and the second p-type nitride semiconductor can be a layer that is responsible for realizing good offset, and each layer can have a unique function. . Specifically, the growth atmosphere of the first p-type nitride semiconductor layer is set to N 2, and the growth atmosphere of the second p-type nitride semiconductor layer is set to H 2 , so that the layers each having the above-mentioned function are formed. Since it can be formed, the obtained device has good light emission characteristics.
【0059】またp型キャップ層7を前記少なくとも2
層から構成する場合の各層の膜厚は、p型キャップ層を
形成したことによる発光素子のVf(順方向電圧)の上
昇を小さく抑えるために、第1のp型窒化物半導体層は
10〜100オングストロームの範囲、第2のp型窒化
物半導体層は10〜300オングストロームの範囲に設
定することが好ましい。また、Vfの上昇をより小さく
抑えるために、第1のp型窒化物半導体層を10〜30
Åの範囲、第2のp型窒化物半導体層を10〜100Å
オングストロームの範囲に設定することがさらに好まし
い。次に、p型ガイド層8をp型キャップ層7上に成長
させる。p型ガイド層8は、アンドープのGaNからな
る窒化物半導体層を成長させて形成する。膜厚は0.1
〜0.07μmとすることが好ましく、この範囲の膜厚
にするとしきい値を低くすることができる。また上述の
ように、p型ガイド層8はアンドープ層として成長させ
るが、p型キャップ層7にドープされているMgが拡散
して、1×1016/cm3〜1×1018/cm3の範囲で
Mgが含有される。Further, the p-type cap layer 7 is provided with at least 2 described above.
In the case where the first p-type nitride semiconductor layer is composed of layers, the thickness of each layer is 10 to 10 in order to suppress a rise in Vf (forward voltage) of the light emitting element due to the formation of the p-type cap layer. The range of 100 angstroms and the range of the second p-type nitride semiconductor layer are preferably set to 10 to 300 angstroms. Further, in order to suppress the increase in Vf to a smaller level, the first p-type nitride semiconductor layer is formed in an amount of 10 to 30.
Å range, the second p-type nitride semiconductor layer 10-100 Å
It is more preferable to set it in the angstrom range. Next, the p-type guide layer 8 is grown on the p-type cap layer 7. The p-type guide layer 8 is formed by growing a nitride semiconductor layer made of undoped GaN. The film thickness is 0.1
˜0.07 μm is preferable, and the film thickness in this range can lower the threshold value. Further, as described above, the p-type guide layer 8 is grown as an undoped layer, but the Mg doped in the p-type cap layer 7 diffuses and 1 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 18 / cm 3 is diffused. Mg is contained in the range.
【0060】次に、p型クラッド層9をp型ガイド層8
上に成長させる。p型クラッド層9としては、AlfG
a1-fN(0<f≦1)を含んでなる窒化物半導体層、
好ましくはAlfGa1-fN(0.05≦f≦0.15)
を含んでなる窒化物半導体層を有する多層膜層とするこ
とが好ましい。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物
半導体層を積層した多層膜構造を有する層であり、例え
ば、AlfGa1-fN層と、AlfGa1-fNと組成の異な
る窒化物半導体、例えばAlの混晶比の異なるもの、I
nを含んでなる3元混晶のもの、又はGaN等からなる
層とを組み合わせて積層してなるものである。この中で
特に、AlfGa1-fNとGaNとを組み合わせて積層し
た多層膜とすると、同一温度で結晶性の良い窒化物半導
体層が積層できるので好ましい。より好ましい多層膜と
しは、アンドープのAlfGa1-fNとp型不純物(例え
ばMg)ドープのGaNとを積層してなる組み合わせで
ある。p型不純物は、AlfGa1-fNにドープされても
よい。p型不純物のドープ量は、1×1017/cm3〜
1×1019/cm3である。p型不純物がこの範囲でド
ープされていると結晶性を損なわない程度のドープ量で
且つバルク抵抗を低くできる。Next, the p-type cladding layer 9 is replaced with the p-type guide layer 8
Grow up. As the p-type cladding layer 9, Al f G
a 1-f N (0 <f ≦ 1) -containing nitride semiconductor layer,
Preferably Al f Ga 1-f N (0.05 ≦ f ≦ 0.15)
A multilayer film layer having a nitride semiconductor layer containing is preferable. The multi-layer film is a layer having a multi-layer film structure in which nitride semiconductor layers having different compositions are laminated, for example, an Al f Ga 1-f N layer and a nitride having a different composition from Al f Ga 1-f N. Semiconductors, such as those having different mixed crystal ratios of Al, I
A ternary mixed crystal containing n or a layer formed by combining a layer made of GaN or the like. Among them, a multilayer film obtained by combining Al f Ga 1 -f N and GaN is preferable because a nitride semiconductor layer having good crystallinity can be stacked at the same temperature. A more preferable multilayer film is a combination of undoped Al f Ga 1 -f N and p-type impurity (eg, Mg) -doped GaN. p-type impurity may be doped in the Al f Ga 1-f N. The p-type impurity doping amount is 1 × 10 17 / cm 3 to
It is 1 × 10 19 / cm 3 . When the p-type impurity is doped in this range, the amount of doping is such that the crystallinity is not impaired and the bulk resistance can be lowered.
【0061】この多層膜において、単一層の膜厚が10
0オングストローム以下、好ましくは70オングストロ
ーム以下、さらに好ましくは40オングストローム以下
とし、好ましくは10オングストローム以上の膜厚の窒
化物半導体層を積層して構成する。単一の膜厚が100
オングストローム以下であるとn型クラッド層が超格子
構造となり、Alを含有しているにもかかわらず、クラ
ックの発生を防止できn型クラッド層全体の結晶性を良
好にすることができる。p型クラッド層9の総膜厚とし
ては、0.4〜0.5μmとすることが好ましく、この
範囲に設定すると順方向電圧(Vf)を低減することが
できる。In this multilayer film, the thickness of a single layer is 10
The thickness is 0 angstroms or less, preferably 70 angstroms or less, more preferably 40 angstroms or less, and preferably 10 angstroms or more. Single film thickness is 100
When the thickness is less than or equal to angstrom, the n-type cladding layer has a superlattice structure, and although Al is contained, generation of cracks can be prevented and the crystallinity of the entire n-type cladding layer can be improved. The total film thickness of the p-type cladding layer 9 is preferably 0.4 to 0.5 μm, and the forward voltage (Vf) can be reduced by setting it in this range.
【0062】またp型クラッド層9の全体のAlの平均
組成は、AlsGa1-sNで表したときに、sが0.05
〜0.1の範囲に設定することが好ましく、このように
すると、クラックの発生を抑制し且つレーザ導波路との
間に良好な屈折率差が得られる。次に、p型コンタクト
層10をp型クラッド層9上に成長させる。p型コンタ
クト層は、MgドープのGaNからなる窒化物半導体層
を成長させた層である。膜厚は10〜200オングスト
ロームに設定する。Mgのドープ量は1×1019/cm
3〜1×1022/cm3とする。このよう膜厚とMgのド
ープ量を調整することにより、p型コンタクト層のキャ
リア濃度を高くでき、p電極との間に良好なオーミック
接触を形成することができる。The average Al composition of the entire p-type clad layer 9 is 0.05 when s is expressed as Al s Ga 1 -s N.
It is preferable to set in the range of 0.1 to 0.1. By doing so, it is possible to suppress the occurrence of cracks and obtain a good refractive index difference with the laser waveguide. Next, the p-type contact layer 10 is grown on the p-type cladding layer 9. The p-type contact layer is a layer obtained by growing a nitride semiconductor layer made of Mg-doped GaN. The film thickness is set to 10 to 200 angstrom. The doping amount of Mg is 1 × 10 19 / cm
It is set to 3 to 1 × 10 22 / cm 3 . By adjusting the film thickness and the doping amount of Mg in this way, the carrier concentration of the p-type contact layer can be increased, and good ohmic contact can be formed with the p-electrode.
【0063】本発明の素子において、リッジ形状のスト
ライプ200は、p型コンタクト層から所定の深さまで
エッチングすることにより形成する。本実施の形態で
は、例えば、図1に示すようなp型コンタクト層10か
らp型クラッド層9の途中までエッチングしてなるリッ
ジ形状のストライプ200、又はp型コンタクト層10
からn型コンタクト層2までエッチングしてなるリッジ
形状のストライプ200などの種々のリッジ形状のスト
ライプ200を適用することができる。In the device of the present invention, the ridge-shaped stripe 200 is formed by etching from the p-type contact layer to a predetermined depth. In the present embodiment, for example, a ridge-shaped stripe 200 formed by etching from the p-type contact layer 10 to the middle of the p-type cladding layer 9 as shown in FIG. 1, or the p-type contact layer 10.
It is possible to apply various ridge-shaped stripes 200 such as the ridge-shaped stripe 200 formed by etching from to the n-type contact layer 2.
【0064】エッチングして形成されたリッジ形状のス
トライプ200の側面やその側面に連続した窒化物半導
体層の平面に、例えば図1に示すように、レーザ導波路
領域の屈折率より小さい値を有する絶縁膜62が形成さ
れている。ストライプの側面等に形成される絶縁膜とし
ては、例えば、屈折率が約1.6〜2.3付近の値を有
する、Si、V、Zr、Nb、Hf、Taよりなる群か
ら選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物や、B
N、AlN等が挙げられ、好ましくは、Zr及びHfの
酸化物のいずれか1種以上の元素や、BNである。The side surface of the ridge-shaped stripe 200 formed by etching and the plane of the nitride semiconductor layer continuous to the side surface have a value smaller than the refractive index of the laser waveguide region, for example, as shown in FIG. The insulating film 62 is formed. The insulating film formed on the side surface of the stripe or the like is selected from the group consisting of Si, V, Zr, Nb, Hf, and Ta having a refractive index of about 1.6 to 2.3, for example. Oxide containing at least one element, B
N, AlN and the like are mentioned, and preferably, one or more elements selected from oxides of Zr and Hf and BN.
【0065】さらにこの絶縁膜62を介してリッジ形状
のストライプ200の最上層にあるp型コンタクト層1
0の表面にp電極が形成される。エッチングして形成さ
れるリッジ形状のストライプ200の幅としては、0.
5〜4μm、好ましくは1〜3μmとする。リッジ形状
のストライプ200の幅をこの範囲に設定すると、水平
横モードを単一モードにできる。また、p型クラッド層
9とレーザ導波路領域との界面より深くエッチングをす
ることにより、リッジ形状のストライプ200を形成す
ると、アスペクト比を1に近づけることができるので好
ましい。Further, the p-type contact layer 1 which is the uppermost layer of the ridge-shaped stripe 200 via the insulating film 62.
A p-electrode is formed on the surface of 0. The width of the ridge-shaped stripe 200 formed by etching is 0.
The thickness is 5 to 4 μm, preferably 1 to 3 μm. When the width of the ridge-shaped stripe 200 is set in this range, the horizontal transverse mode can be set to the single mode. Further, it is preferable to form the ridge-shaped stripe 200 by etching deeper than the interface between the p-type clad layer 9 and the laser waveguide region, because the aspect ratio can be close to 1.
【0066】以上のように、リッジ形状のストライプ2
00のエッチング量や、ストライプ幅、さらにストライ
プの側面の絶縁膜の屈折率などを、単一モードのレーザ
光が得られ、さらにアスペクト比を円形に近づけるよう
に設定することが好ましく、レーザビームやレンズ設計
を容易にできる。また本発明の素子において、p電極や
n電極等は従来公知の種々のものを適宜選択して用いる
ことができる。As described above, the ridge-shaped stripe 2
00, the stripe width, and the refractive index of the insulating film on the side surface of the stripe are preferably set so that a single-mode laser beam can be obtained and the aspect ratio is closer to a circular shape. Easy lens design. Further, in the device of the present invention, various conventionally known ones can be appropriately selected and used as the p electrode, the n electrode and the like.
【0067】また、本発明は実施の形態で説明した層構
成に限定されるものではなく、以下のような変形も可能
である。
変形例
実施の形態の窒化物半導体発光素子では、p型キャップ
層7の一部として、活性層6の分解を防止する第1のp
型窒化物半導体層7aを形成したが、本発明ではp型ク
ラッド層7と活性層の間に少なくとも1つの第1のp型
窒化物半導体層を形成するようにしてもよい。すなわ
ち、本発明に係る窒化物半導体発光素子において、p型
クラッド層7と活性層の間に、p型クラッド層7の成長
温度より低い成長温度でp型クラッド層よりバンドギャ
ップの大きい第1のp型窒化物半導体層を形成するよう
にすると、活性層の結晶品質を良好に保ちかつ結晶性の
良いp型クラッド層を形成することが可能となる。ま
た、この変形例において、第1のp型窒化物半導体層は
バンドギャップをクラッド層より大きく設定しているの
で、一定のキャリア閉じ込め機能を発揮させることがで
きる。したがって、本変形例の窒化物半導体発光素子
は、従来例に比較して、出力及び素子の信頼性を高くで
きる。The present invention is not limited to the layer structure described in the embodiment, and the following modifications are possible. Modified Example In the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment, the first p layer for preventing the decomposition of the active layer 6 is formed as a part of the p-type cap layer 7.
Although the type nitride semiconductor layer 7a is formed, in the present invention, at least one first p-type nitride semiconductor layer may be formed between the p-type cladding layer 7 and the active layer. That is, in the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the first band gap between the p-type cladding layer 7 and the active layer is lower than that of the p-type cladding layer 7 and has a bandgap larger than that of the p-type cladding layer. When the p-type nitride semiconductor layer is formed, it is possible to maintain the crystal quality of the active layer and form the p-type clad layer having good crystallinity. Further, in this modified example, the band gap of the first p-type nitride semiconductor layer is set to be larger than that of the cladding layer, so that a certain carrier confinement function can be exhibited. Therefore, the nitride semiconductor light emitting device of this modification can have higher output and device reliability as compared with the conventional example.
【0068】[0068]
【実施例】以下に本発明の一実施の形態である実施例を
示す。しかし本発明はこれに限定されない。また、本実
施例はMOVPE(有機金属気相成長法)について示す
ものであるが、本発明の方法は、MOVPE法に限るも
のではなく、例えばHVPE(ハライド気相成長法)、
MBE(分子線気相成長法)等、窒化物半導体を成長さ
せるのに知られている全ての方法を適用できる。The following is an example of an embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this. In addition, although the present embodiment shows MOVPE (metalorganic vapor phase epitaxy), the method of the present invention is not limited to MOVPE, and for example, HVPE (halide vapor phase epitaxy),
All known methods for growing nitride semiconductors can be applied, such as MBE (Molecular Beam Vapor Deposition).
【0069】[実施例1]実施例1として、図1に示さ
れる本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素
子を製造する。異種基板として、図3に示すようにステ
ップ状にオフアングルされたC面を主面とし、オフアン
グル角θ=0.15°、ステップ段差およそ20オング
ストローム、テラス幅Wおよそ800オングストローム
であり、オリフラ面をA面とし、ステップがA面に垂直
であるサファイア基板を用意する。Example 1 As Example 1, the nitride semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is manufactured. As a heterogeneous substrate, as shown in FIG. 3, a C-plane off-angled in a step-like manner is used as a main surface, an off-angle angle θ = 0.15 °, a step difference of about 20 Å, and a terrace width W of about 800 Å. A sapphire substrate whose surface is the A surface and steps are perpendicular to the A surface is prepared.
【0070】このサファイア基板を反応容器内にセット
し、温度を510℃にして、キャリアガスに水素、原料
ガスにアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)とを
用い、サファイア基板上にGaNよりなる低温成長のバ
ッファ層を200オングストロームの膜厚で成長させ
る。バッファ層成長後、TMGのみ止めて、温度を10
50℃まで上昇させ、1050℃になったら、原料ガス
にTMG、アンモニア、シランガスを用い、アンドープ
のGaNからなる高温成長のバッファ層を5μmの膜厚
で成長させる。This sapphire substrate was set in a reaction vessel, the temperature was set to 510 ° C., hydrogen was used as a carrier gas, ammonia and TMG (trimethylgallium) were used as source gases, and low temperature growth of GaN was performed on the sapphire substrate. The buffer layer is grown to a film thickness of 200 Å. After growing the buffer layer, stop only TMG and raise the temperature to 10
The temperature is raised to 50 ° C., and when it reaches 1050 ° C., TMG, ammonia, and silane gas are used as source gases, and a high-temperature grown buffer layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 5 μm.
【0071】次に、高温成長のバッファ層を積層したウ
ェーハ上にストライプ状のフォトマスクを形成し、CV
D装置によりストライプ幅18μm、窓部の幅3μmの
SiO2よりなる保護膜を0.1μmの膜厚で形成す
る。保護膜のストライプ方向はサファイアA面に対して
垂直な方向である。保護膜形成後、ウェーハを反応容器
に移し、1050℃にて、原料ガスにTMG、アンモニ
アを用い、アンドープのGaNよりなる窒化物半導体層
を15μmの膜厚で成長させ窒化物半導体基板1とす
る。得られた窒化物半導体を窒化物半導体基板1として
以下の素子構造を積層成長させる。Next, a stripe-shaped photomask is formed on the wafer on which the high-temperature grown buffer layer is laminated, and the CV is formed.
A protective film made of SiO 2 having a stripe width of 18 μm and a window portion width of 3 μm is formed with a film thickness of 0.1 μm by the D device. The stripe direction of the protective film is perpendicular to the sapphire A surface. After forming the protective film, the wafer is transferred to a reaction container, and TMG and ammonia are used as source gases at 1050 ° C. to grow a nitride semiconductor layer made of undoped GaN to a thickness of 15 μm to obtain a nitride semiconductor substrate 1. . Using the obtained nitride semiconductor as the nitride semiconductor substrate 1, the following element structure is grown.
【0072】(アンドープn型コンタクト層)[図1に
は図示されていない]
窒化物半導体基板1上に、1050℃で原料ガスにTM
A(トリメチルアルミニウム)、TMG、アンモニアガ
スを用いアンドープのAl0.05Ga0.95Nよりなるn型
コンタクト層を1μmの膜厚で成長させる。(Undoped n-type contact layer) [not shown in FIG. 1] TM is used as a source gas at 1050 ° C. on the nitride semiconductor substrate 1.
An n-type contact layer made of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N is grown to a thickness of 1 μm using A (trimethylaluminum), TMG, and ammonia gas.
【0073】(n型コンタクト層2)次に、同様の温度
で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアガスを用
い、不純物ガスにシランガス(SiH4)を用い、Si
を3×1018/cm3ドープしたAl0.05Ga0.95Nよ
りなるn型コンタクト層2を3μmの膜厚で成長させ
る。成長されたn型コンタクト層2には、微細なクラッ
クが発生しておらず、微細なクラックの発生が良好に防
止されている。また、窒化物半導体基板1に微細なクラ
ックが生じていても、n型コンタクト層2を成長させる
ことで微細なクラックの伝播を防止でき結晶性の良好な
素子構造を成長さることができる。結晶性の改善は、n
型コンタクト層2のみの場合より、前記のようにアンド
ープn型コンタクト層を成長させることによりより良好
となる。(N-type contact layer 2) Next, at the same temperature, TMA, TMG and ammonia gas are used as source gases, and silane gas (SiH 4 ) is used as impurity gas.
The n-type contact layer 2 made of Al 0.05 Ga 0.95 N doped with 3 × 10 18 / cm 3 is grown to a film thickness of 3 μm. No fine cracks are generated in the grown n-type contact layer 2, and the generation of fine cracks is well prevented. Further, even if minute cracks are generated in the nitride semiconductor substrate 1, the propagation of the minute cracks can be prevented by growing the n-type contact layer 2 and an element structure having good crystallinity can be grown. The improvement in crystallinity is n
It becomes better by growing the undoped n-type contact layer as described above than in the case of only the type contact layer 2.
【0074】(クラック防止層3)次に、温度を800
℃にして、原料ガスにTMG、TMI(トリメチルイン
ジウム)及びアンモニアを用い、不純物ガスにシランガ
スを用い、Siを5×10 18/cm3ドープしたIn
0.08Ga0.92Nよりなるクラック防止層3を0.15μ
mの膜厚で成長させる。(Crack prevention layer 3) Next, the temperature is set to 800.
℃, TMG, TMI (trimethylin
) And ammonia, using silane gas as an impurity gas.
5 × 10 Si 18/ Cm3Doped In
0.08Ga0.920.15μ of the crack prevention layer 3 made of N
Grow with a film thickness of m.
【0075】(n型クラッド層4)次に、温度を105
0℃にして、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニア
を用い、アンドープのAl0.14Ga0.86NよりなるA層
を25オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、T
MAを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Si
を5×1018/cm3ドープしたGaNよりなるB層を
25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160回繰り返してA層とB層の積層
し、総膜厚8000オングストロームの多層膜(超格子
構造)よりなるn型クラッド層4を成長させる。(N-type clad layer 4) Next, the temperature is set to 105.
The temperature is set to 0 ° C., TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, and an A layer made of undoped Al 0.14 Ga 0.86 N is grown to a film thickness of 25 Å.
Stop MA, use silane gas as impurity gas,
A B layer made of GaN doped with 5 × 10 18 / cm 3 is grown to a film thickness of 25 Å. Then, this operation is repeated 160 times to stack the A layer and the B layer to grow the n-type cladding layer 4 formed of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 8000 angstroms.
【0076】(n型ガイド層5)次に、同様の温度で、
原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アンドープの
GaNよりなるn型ガイド層を0.075μmの膜厚で
成長させる。
(活性層6)次に、温度を800℃にして、原料ガスに
TMI、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとし
てシランガスを用い、キャリアガスとしてN2を用い、
反応容器内をN2雰囲気として、Siを5×1018/c
m3ドープしたIn0.01Ga0. 99Nよりなる障壁層を1
00オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、シ
ランガスを止め、アンドープのIn0.11Ga0.89Nより
なる井戸層を50オングストロームの膜厚で成長させ
る。この操作を3回繰り返し、最後に障壁層を積層した
総膜厚550オングストロームの多重量子井戸構造(M
QW)の活性層6を成長させる。(N-type guide layer 5) Next, at the same temperature,
Using TMG and ammonia as a source gas, an n-type guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.075 μm. (Active layer 6) Next, the temperature is set to 800 ° C., TMI, TMG, and ammonia are used as source gases, silane gas is used as an impurity gas, and N 2 is used as a carrier gas.
The reaction vessel was filled with N 2 atmosphere and Si was added at 5 × 10 18 / c.
m 3 doped an In 0.01 Ga 0. consisting 99 N barrier layer 1
It is grown to a film thickness of 00 angstrom. Then, the silane gas is stopped, and a well layer made of undoped In 0.11 Ga 0.89 N is grown to a film thickness of 50 Å. This operation was repeated three times, and finally, a multiple quantum well structure (M
QW) active layer 6 is grown.
【0077】(p型キャップ層7)次に、同様の温度、
同様の雰囲気(N2)で、原料ガスにTMA、TMG及
びアンモニアを用い、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/cm3ドープしたAl0.4Ga0.6Nよりなる第
1のp型窒化物半導体層7aを、膜厚20Åで成長させ
る。次に、キャリアガスをH2にして、H2雰囲気とし、
960℃まで上昇させた後、同様にしてMgを1×10
19/cm3ドープしたAl0.4Ga0.6Nよりなる第2の
p型窒化物半導体層7bを、膜厚70Åで成長させる。
この第1のp型窒化物半導体層と、第2のp型窒化物半
導体層とでもって、p型キャップ層7とし、層膜厚90
Åで形成する。(P-type cap layer 7) Next, at the same temperature,
In the same atmosphere (N 2 ), TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used as an impurity gas, and Mg is 1 ×.
A first p-type nitride semiconductor layer 7a made of Al 0.4 Ga 0.6 N doped with 10 19 / cm 3 is grown to a film thickness of 20Å. Next, H 2 is used as a carrier gas to create an H 2 atmosphere,
After raising the temperature to 960 ° C., Mg was added to 1 × 10 6 in the same manner.
A second p-type nitride semiconductor layer 7b made of Al 0.4 Ga 0.6 N doped with 19 / cm 3 is grown to a film thickness of 70Å.
With the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer, the p-type cap layer 7 is formed, and the layer thickness 90
Form with Å.
【0078】(p型ガイド層8)次に、温度を1050
℃にして、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、ア
ンドープのGaNよりなるp型ガイド層8を0.075
μmの膜厚で成長させる。このp型ガイド層8は、アン
ドープとして成長させるが、p型キャップ層7からのM
gの拡散により、Mg濃度が5×1016/cm3となり
p型を示す。(P-type guide layer 8) Next, the temperature is set to 1050.
C., using TMG and ammonia as the source gas, the p-type guide layer 8 made of undoped GaN is added to 0.075.
Grow with a film thickness of μm. This p-type guide layer 8 is grown as undoped, but M from the p-type cap layer 7 is grown.
Due to the diffusion of g, the Mg concentration becomes 5 × 10 16 / cm 3 and p-type is exhibited.
【0079】(p型クラッド層9)次に、同様の温度
で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、
アンドープのAl0.1Ga0.9NよりなるA層を25オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて、TMAを止
め、不純物ガスとしてCp2Mgを用い、Mgを5×1
018/cm3ドープしたGaNよりなるB層を25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回繰り返してA層とB層の積層し、総膜
厚5000オングストロームの多層膜(超格子構造)よ
りなるp型クラッド層9を成長させる。(P-type clad layer 9) Next, at the same temperature, using TMA, TMG and ammonia as source gases,
An A layer made of undoped Al 0.1 Ga 0.9 N is grown to have a film thickness of 25 Å, then TMA is stopped, Cp 2 Mg is used as an impurity gas, and Mg is 5 × 1.
A B layer made of GaN doped with 0 18 / cm 3 is grown to a film thickness of 25 Å. Then, this operation is repeated 100 times to stack the A layer and the B layer to grow the p-type cladding layer 9 composed of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 5000 angstroms.
【0080】(p型コンタクト層10)次に、同様の温
度で、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、不純物
ガスとしてCp2Mgを用い、Mgを1×1020/cm3
ドープしたGaNよりなるp型コンタクト層10を15
0オングストロームの膜厚で成長させる。反応終了後、
反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、700℃
でアニーリングを行い、p型層を更に低抵抗化する。ア
ニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層
のp側コンタクト層の表面にSiO2よりなる保護膜を
形成して、RIE(反応性イオンエッチング)を用いS
iCl4ガスによりエッチングし、図4に示すように、
n電極を形成すべきn側コンタクト層2の表面を露出さ
せる。(P-type contact layer 10) Next, at the same temperature, TMG and ammonia were used as source gases, Cp 2 Mg was used as an impurity gas, and Mg was 1 × 10 20 / cm 3.
The p-type contact layer 10 made of doped GaN 15
It is grown to a film thickness of 0 angstrom. After the reaction,
Wafers in a reaction vessel at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere
Annealing is performed to further reduce the resistance of the p-type layer. After annealing, the wafer is taken out of the reaction container, a protective film made of SiO 2 is formed on the surface of the uppermost p-side contact layer, and S using RIE (reactive ion etching).
Etching with iCl 4 gas, as shown in FIG.
The surface of the n-side contact layer 2 on which the n-electrode is to be formed is exposed.
【0081】次に図4(a)に示すように、最上層のp
側コンタクト層10のほぼ全面に、PVD装置により、
Si酸化物(主として、SiO2)よりなる第1の保護
膜61を0.5μmの膜厚で形成した後、第1の保護膜
61の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジスト
よりなる第3の保護膜63を、ストライプ幅1.8μ
m、厚さ1μmで形成する。次に、図4(b)に示すよ
うに第3の保護膜63形成後、RIE(反応性イオンエ
ッチング)装置により、CF4ガスを用い、第3の保護
膜63をマスクとして、前記第1の保護膜をエッチング
して、ストライプ状とする。その後エッチング液で処理
してフォトレジストのみを除去することにより、図4
(c)に示すようにp側コンタクト層10の上にストラ
イプ幅1.8μmの第1の保護膜61が形成できる。Next, as shown in FIG. 4A, p of the uppermost layer is
On the almost entire surface of the side contact layer 10, by a PVD device,
After forming a first protective film 61 made of Si oxide (mainly SiO 2 ) with a film thickness of 0.5 μm, a mask having a predetermined shape is applied on the first protective film 61, and a photoresist is used. The third protective film 63 has a stripe width of 1.8 μm.
m and the thickness is 1 μm. Next, as shown in FIG. 4B, after forming the third protective film 63, CF 4 gas is used by a RIE (reactive ion etching) apparatus, the third protective film 63 is used as a mask, and the first protective film 63 is removed. The protective film is etched to form stripes. After that, the photoresist is treated with an etching solution to remove only the photoresist.
As shown in (c), a first protective film 61 having a stripe width of 1.8 μm can be formed on the p-side contact layer 10.
【0082】さらに、図4(d)に示すように、ストラ
イプ状の第1の保護膜61形成後、再度RIEによりS
iCl4ガスを用いて、p側コンタクト層10、および
p側クラッド層9をエッチングして、ストライプ幅1.
8μmのリッジ形状のストライプ200を形成する。但
し、リッジ形状のストライプ200は、図1に示すよう
に、ELOG成長を行う際に形成した保護膜の上部で且
つ保護膜の中心部分を避けるように形成される。Further, as shown in FIG. 4D, after the stripe-shaped first protective film 61 is formed, S is again formed by RIE.
The p-side contact layer 10 and the p-side clad layer 9 are etched using iCl 4 gas to obtain a stripe width of 1.
An 8 μm ridge-shaped stripe 200 is formed. However, as shown in FIG. 1, the ridge-shaped stripe 200 is formed so as to avoid the central portion of the protective film above the protective film formed during the ELOG growth.
【0083】リッジストライプ形成後、ウェーハをPV
D装置に移送し、図4(e)に示すように、Zr酸化物
(主としてZrO2)よりなる第2の保護膜62を、第
1の保護膜61の上と、エッチングにより露出されたp
側クラッド層9の上に0.5μmの膜厚で連続して形成
する。このようにZr酸化物を形成すると、p−n面の
絶縁をとるためと、横モードの安定を図ることができ好
ましい。次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図4(f)
に示すように、第1の保護膜61をリフトオフ法により
除去する。After forming the ridge stripe, the wafer is PVd.
4D, a second protective film 62 made of Zr oxide (mainly ZrO 2 ) is formed on the first protective film 61 and exposed by etching as shown in FIG.
It is continuously formed on the side clad layer 9 with a film thickness of 0.5 μm. When the Zr oxide is formed in this manner, it is preferable because the pn plane is insulated and the transverse mode is stabilized. Next, the wafer is dipped in hydrofluoric acid, and then, as shown in FIG.
As shown in, the first protective film 61 is removed by the lift-off method.
【0084】次に図4(g)に示すように、p側コンタ
クト層10の上の第1の保護膜61が除去されて露出し
たそのp側コンタクト層の表面にNi/Auよりなるp
電極20を形成する。但しp電極20は100μmのス
トライプ幅として、この図に示すように、第2の保護膜
62の上に渡って形成する。第2の保護膜62形成後、
図1に示されるように露出させたn側コンタクト層2の
表面にはTi/Alよりなるn電極21をストライプと
平行な方向で形成する。Next, as shown in FIG. 4G, the surface of the p-side contact layer exposed by removing the first protective film 61 on the p-side contact layer 10 is made of Ni / Au.
The electrode 20 is formed. However, the p electrode 20 has a stripe width of 100 μm and is formed over the second protective film 62 as shown in this figure. After forming the second protective film 62,
As shown in FIG. 1, on the exposed surface of the n-side contact layer 2, an n electrode 21 made of Ti / Al is formed in a direction parallel to the stripe.
【0085】以上のようにして、n電極とp電極とを形
成したウェーハのサファイア基板を研磨して70μmと
した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側か
らバー状に劈開し、劈開面(11−00面、六角柱状の
結晶の側面に相当する面=M面)に共振器を作製する。
共振器面に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、バーを切断して図
1に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は30
0〜500μmとすることが望ましい。得られたレーザ
素子を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。As described above, the sapphire substrate of the wafer on which the n electrode and the p electrode were formed was polished to 70 μm, and then cleaved in a bar shape from the substrate side in the direction perpendicular to the striped electrodes, A resonator is formed on the cleavage plane (11-00 plane, plane corresponding to side surface of hexagonal columnar crystal = M plane).
A dielectric multilayer film made of SiO 2 and TiO 2 is formed on the cavity surface, and finally the bar is cut in a direction parallel to the p electrode to obtain a laser device as shown in FIG. The resonator length is 30
It is desirable to set it to 0 to 500 μm. The obtained laser device was placed on a heat sink, and each electrode was wire-bonded, and laser oscillation was attempted at room temperature.
【0086】その結果、室温においてしきい値2.5k
A/cm2、しきい値電圧5Vで、発振波長400nm
の連続発振が確認され、室温で1万時間以上の寿命を示
す。更には、30mW駆動時において、比較例1に比べ
てVfが0.5Vも大きく低下した。このことは、前記
p型キャップ層が、上述した2層構造を少なくとも有す
ることで、Ithの上昇がなく、素子寿命を向上させる
ことを示す結果となった。なお、2.0mA時では、V
fは0.1〜0.2V程度の低下を示すが、本発明の発
光素子は、高出力時に従来のものから大きくその素子特
性が向上していることがわかる。As a result, the threshold value is 2.5 k at room temperature.
A / cm 2 , threshold voltage 5 V, oscillation wavelength 400 nm
The continuous oscillation was confirmed, and it has a life of 10,000 hours or more at room temperature. Furthermore, when driven at 30 mW, Vf was greatly reduced by 0.5 V as compared with Comparative Example 1. This results in that the p-type cap layer has at least the above-mentioned two-layer structure and thus the Ith does not increase and the device life is improved. At 2.0 mA, V
Although f shows a decrease of about 0.1 to 0.2 V, it can be seen that the device characteristics of the light emitting device of the present invention are greatly improved from those of the conventional device at high output.
【0087】[比較例1]実施例1において、p型キャ
ップ層7を以下のように1層から構成させる他は同様に
して窒化物半導体レーザ素子を作製する。
(p型キャップ層7)活性層を成長させた後、同温度
(800℃)、同雰囲気(N2雰囲気)にて、原料ガス
にTMA、TMG及びアンモニアを用い、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5×1018/cm3ドープしたAl0.4G
a0.6Nよりなるp型キャップ層7を、膜厚100Åで
成長させる。得られたレーザ素子は、実施例1と比べ
て、Vfが高く、素子寿命も劣るものであった。[Comparative Example 1] A nitride semiconductor laser device is manufactured in the same manner as in Example 1, except that the p-type cap layer 7 is composed of one layer as follows. (P-type cap layer 7) After the active layer is grown, TMA, TMG and ammonia are used as source gases at the same temperature (800 ° C.) and the same atmosphere (N 2 atmosphere), and Cp 2 Mg ( Cyclopentadienyl magnesium)
Used, 5 × the Mg 10 18 / cm 3 doped with Al 0.4 G
The p-type cap layer 7 made of a 0.6 N is grown to a film thickness of 100Å. The obtained laser device had higher Vf and shorter device life than those of Example 1.
【0088】[実施例2]キャリアガスにN2、原料ガ
スにTMA、TMG、アンモニア、不純物ガスにCp2
Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、温
度800℃で、すなわち、活性層成長時とほぼ同様の温
度、同様の雰囲気で、膜厚30ÅのMgを1×1019/
cm3ドープしたAl0.4Ga0.6Nよりなる第1のp型
窒化物半導体層7aを成長させ、キャリアガスをH2に
して水素雰囲気下で、960℃に昇温した後、膜厚10
0ÅでMgを1×1019/cm3ドープしたAl0.4Ga
0.6Nを成長させ、この2層でp型キャップ層を形成す
る他は、実施例1と同様にして、レーザ素子を形成す
る。得られるレーザ素子は、実施例1とほぼ同様に良好
な素子信頼性を有するものであり、出力特性に関しても
同程度のVfで、閾値電流Ithの上昇もなく、高出力で
の連続発振が可能な素子であった。[Embodiment 2] N 2 as a carrier gas, TMA, TMG and ammonia as a source gas, and Cp 2 as an impurity gas.
Mg (cyclopentadienyl magnesium) was used at a temperature of 800 ° C., that is, at the same temperature as in the growth of the active layer and in the same atmosphere, to obtain Mg with a film thickness of 30 × 1 × 10 19 /
cm 3 a first p-type nitride semiconductor layer 7a composed of doped Al 0.4 Ga 0.6 N was grown, under a hydrogen atmosphere with a carrier gas H 2, the temperature was raised to 960 ° C., thickness 10
Al 0.4 Ga doped with Mg at 1 × 10 19 / cm 3 at 0Å
A laser element is formed in the same manner as in Example 1 except that 0.6 N is grown and the p-type cap layer is formed of these two layers. The obtained laser device has good device reliability almost as in the first embodiment, Vf of output characteristics is similar, and the threshold current Ith does not increase, and continuous oscillation at high output is possible. It was an element.
【0089】また、上記第1のp型窒化物半導体層、第
2のp型窒化物半導体層の膜厚を、それぞれ100Å、
100Å、更にはそれぞれ100Å、400Åとして、
素子特性の変化を調べる。各層の膜厚が100Åでは、
素子特性に大きな変化はないものの、Vfの上昇が現れ
始め、出力特性が僅かに劣る傾向を示し、それぞれの膜
厚が100Å、400Åでは、その傾向が顕著となり、
膜厚が増えたことによるVfの上昇、これによる閾値電
流の上昇が観測された。The film thicknesses of the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer are 100 Å,
100 Å, then 100 Å and 400 Å respectively,
Investigate changes in device characteristics. When the thickness of each layer is 100Å,
Although there is no significant change in the device characteristics, an increase in Vf begins to appear, and the output characteristics tend to be slightly inferior. At respective film thicknesses of 100Å and 400Å, this tendency becomes remarkable,
An increase in Vf due to an increase in film thickness, and an increase in threshold current due to this, were observed.
【0090】[実施例3]第1のp型窒化物半導体層の
組成をAl0.2Ga0.8Nとする他は、実施例1と同様に
して、レーザ素子を形成する。得られるレーザ素子は、
実施例1とほぼ同程度の出力特性を有し、これは第1の
p型窒化物半導体層が活性層との電位障壁をとること、
電子閉じ込めることに、第2のp型窒化物半導体層ほど
寄与していないことを示すものであり、それよりも、上
層の第2のp型窒化物半導体層の良好な結晶成長、活性
層の保護への寄与が大きいことを示すものである。この
ため、素子信頼性、特に素子寿命についても、実施例1
とほぼ同様に、良好な寿命特性を示すものであった。Example 3 A laser device is formed in the same manner as in Example 1 except that the composition of the first p-type nitride semiconductor layer is Al 0.2 Ga 0.8 N. The laser device obtained is
It has almost the same output characteristics as in Example 1, which means that the first p-type nitride semiconductor layer acts as a potential barrier with the active layer.
It is shown that the electron confinement does not contribute as much as that of the second p-type nitride semiconductor layer, and better crystal growth of the upper second p-type nitride semiconductor layer and the active layer It shows that the contribution to protection is large. For this reason, the element reliability, especially the element life, is also the same as in Example 1.
Almost the same as above, it showed good life characteristics.
【0091】[実施例4]図5を元に実施例5について
説明する。サファイア(C面)よりなる基板100をM
OVPEの反応容器内にセットし、水素を流しながら、
基板の温度を1050℃まで上昇させ、基板のクリーニ
ングを行う。
(バッファ層101)続いて、温度を510℃まで下
げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとTM
G(トリメチルガリウム)とを用い、基板100上にG
aNよりなるバッファ層101を約150オングストロ
ームの膜厚で成長させる。[Fourth Embodiment] A fifth embodiment will be described with reference to FIG. Substrate 100 made of sapphire (C surface) M
Set in the reaction vessel of OVPE, while flowing hydrogen,
The temperature of the substrate is raised to 1050 ° C., and the substrate is cleaned. (Buffer layer 101) Then, the temperature is lowered to 510 ° C., hydrogen is used as a carrier gas, and ammonia and TM are used as a source gas.
G (trimethylgallium) is used to form G on the substrate 100.
A buffer layer 101 made of aN is grown to a film thickness of about 150 Å.
【0092】(アンドープGaN層103)バッファ層
101成長後、TMGのみ止めて、温度を1050℃ま
で上昇させる。1050℃になったら、同じく原料ガス
にTMG、アンモニアガスを用い、アンドープGaN層
103を1.5μmの膜厚で成長させる。(Undoped GaN Layer 103) After growing the buffer layer 101, only TMG is stopped and the temperature is raised to 1050 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C., TMG and ammonia gas are similarly used as the source gas, and the undoped GaN layer 103 is grown to a film thickness of 1.5 μm.
【0093】(n型コンタクト層104)続いて105
0℃で、同じく原料ガスにTMG、アンモニアガス、不
純物ガスにシランガスを用い、Siを4.5×1018/
cm3ドープしたGaNよりなるn型コンタクト層104
を2.25μmの膜厚で成長させる。(N-Type Contact Layer 104) Then 105
At 0 ° C., TMG, ammonia gas was used as the source gas, and silane gas was used as the impurity gas, and Si was added at 4.5 × 10 18 /
cm 3 -doped GaN n-type contact layer 104
Are grown to a film thickness of 2.25 μm.
【0094】(n型クラッド層105)次にシランガス
のみを止め、1050℃で、TMG、アンモニアガスを
用い、アンドープGaN層を75オングストロームの膜
厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しS
iを4.5×1018/cm3ドープしたGaN層を25オ
ングストロームの膜厚で成長させる。このようにして、
75オングストロームのアンドープGaN層からなるA
層と、SiドープGaN層を有する25オングストロー
ムのB層とからなるペアを成長させる。そしてペアを2
5層積層して2500オングストローム厚として、超格
子構造の多層膜よりなるn型第1多層膜層5を成長させ
る。(N-type clad layer 105) Next, only silane gas is stopped, and an undoped GaN layer is grown to a thickness of 75 angstroms at 1050 ° C. using TMG and ammonia gas, and then silane gas is added at the same temperature. S
A GaN layer doped with i of 4.5 × 10 18 / cm 3 is grown to a film thickness of 25 Å. In this way
A consisting of 75 angstrom undoped GaN layer
A pair consisting of a layer and a 25 Å B layer with a Si-doped GaN layer is grown. And pair 2
Five layers are stacked to have a thickness of 2500 Å, and an n-type first multilayer film layer 5 made of a multilayer film having a superlattice structure is grown.
【0095】(n型バッファ層106)次に、同様の温
度で、アンドープGaNよりなる第1の層を40オング
ストローム成長させ、次に温度を800℃にして、TM
G、TMI、アンモニアを用い、アンドープIn0.13G
a0.87Nよりなる第2の層を20オングストローム成長
させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第2の層+第
1の層の順で交互に10層づつ積層させ、最後にGaN
よりなる第2の層を40オングストローム成長さた超格
子構造の多層膜よりなるn型バッファ層106を640
オングストロームの膜厚で成長させる。(N-type buffer layer 106) Next, at a similar temperature, a first layer of undoped GaN is grown to 40 Å, and then the temperature is set to 800 ° C.
Undoped In 0.13 G using G, TMI, and ammonia
A second layer of 0.87 N a is grown to 20 Å. Then, these operations are repeated so that 10 layers are alternately laminated in the order of the second layer + the first layer, and finally GaN is formed.
The n-type buffer layer 106 formed of a multi-layered film having a superlattice structure in which the second layer formed of
It is grown to a film thickness of angstrom.
【0096】(活性層107)次に、キャリアガスをN
2に代えて窒素雰囲気として、アンドープGaNよりな
る障壁層を200オングストロームの膜厚で成長させ、
続いて温度を800℃にして、TMG、TMI、アンモ
ニアを用いアンドープIn0.4Ga0.6Nよりなる井戸層
を30オングストロームの膜厚で成長させる。そして障
壁+井戸+障壁+井戸・・・・+障壁の順で障壁層を5
層、井戸層を4層、交互に積層して、総膜厚1120オ
ングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層10
7を成長させる。(Active layer 107) Next, the carrier gas is changed to N 2.
A nitrogen atmosphere was used instead of 2, and a barrier layer made of undoped GaN was grown to a film thickness of 200 Å,
Subsequently, the temperature is set to 800 ° C., and a well layer made of undoped In 0.4 Ga 0.6 N is grown to a thickness of 30 Å using TMG, TMI, and ammonia. Then, the barrier layer is 5 in the order of barrier + well + barrier + well.
An active layer 10 having a multiple quantum well structure having a total film thickness of 1120 angstroms, which is formed by alternately stacking four layers and well layers.
Grow 7
【0097】(p型キャップ層108)活性層と同様
に、キャリアガスとしてN2を用い活性層成長時とほぼ
同様な雰囲気、温度の下、原料ガスとしてTMA、TM
G、アンモニア、不純物ガスにCp2Mg(シクロペン
タジエニルマグネシウム)を用い、膜厚20オングスト
ロームのMgを1×1019/cm3ドープしたAl0.4G
a0.6Nよりなる第1のp型窒化物半導体層7aを成長
させ、キャリアガスをH2に代えて水素雰囲気下で、9
60℃に昇温した後、膜厚60オングストロームでMg
を1×1019/cm 3ドープしたAl0.4Ga0.6Nを成
長させ、この2層で膜厚80オングストロームのp型キ
ャップ層を形成する。(P-type cap layer 108) Same as active layer
And N as carrier gas2With the active layer growth
TMA, TM as the source gas under the same atmosphere and temperature
G, ammonia, Cp for impurity gas2Mg (cyclopen
Tadienyl magnesium) with a film thickness of 20 Å
1 x 10 of ROHM Mg19/ Cm3Doped Al0.4G
a0.6Growing the first p-type nitride semiconductor layer 7a made of N
The carrier gas to H2Under a hydrogen atmosphere instead of 9
After the temperature was raised to 60 ° C, the film thickness was 60 Å and the Mg
1 x 1019/ Cm 3Doped Al0.4Ga0.6Form N
The two layers of p-type film with a thickness of 80 angstroms
Form a cap layer.
【0098】(p型多層膜クラッド層109)次に、温
度1050℃で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、Mg
を1×1020/cm3ドープしたp型Al0.2Ga0.8N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、続いて温度を800℃にして、TMG、TMI、ア
ンモニア、Cp2Mgを用いMgを1×1020/cm3ドー
プしたIn0.03Ga0.97Nよりなる第2の層を25オン
グストロームの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作
を繰り返し、第1+第2の順で交互に5層ずつ積層し、
最後に第1の層を40オングストロームの膜厚で成長さ
せた超格子構造の多層膜よりなるp型多層膜クラッド層
109を365オングストロームの膜厚で成長させる。(P-type Multilayer Clad Layer 109) Next, TMG, TMA, ammonia, Cp 2 M at a temperature of 1050 ° C.
g (cyclopentadienyl magnesium), Mg
1 × 10 20 / cm 3 -doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N having a thickness of 40 Å was grown as a first layer, and the temperature was then raised to 800 ° C. to obtain TMG, TMI, ammonia, and Cp 2 A second layer of In 0.03 Ga 0.97 N doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg is grown to a thickness of 25 Å. Then, these operations are repeated, and five layers are alternately laminated in the order of first and second,
Finally, a p-type multilayer clad layer 109 made of a multilayer film having a superlattice structure in which the first layer is grown to a thickness of 40 angstroms is grown to a thickness of 365 angstroms.
【0099】(p型GaNコンタクト層110)続いて
1050℃で、TMG、アンモニア、Cp2Mgを用
い、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型GaNより
なるp型コンタクト層110を700オングストローム
の膜厚で成長させる。反応終了後、温度を室温まで下
げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内におい
て、700℃でアニーリングを行い、p型層をさらに低
抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、最上層のp型コンタクト層110の表面に所
定の形状のマスクを形成し、RIE(反応性イオンエッ
チング)装置でp型コンタクト層側からエッチングを行
い、図5に示すようにn型コンタクト層104の表面を
露出させる。(P-type GaN contact layer 110) Next, at 1050 ° C., a p-type contact layer 110 made of p-type GaN doped with Mg of 1 × 10 20 / cm 3 was used to have a thickness of 700 Å using TMG, ammonia and Cp 2 Mg. Grow with film thickness. After the reaction is completed, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is annealed at 700 ° C. in a reaction vessel in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer. After annealing, the wafer is taken out from the reaction container, a mask having a predetermined shape is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer 110, and etching is performed from the p-type contact layer side by an RIE (reactive ion etching) device. As shown in FIG. 5, the surface of the n-type contact layer 104 is exposed.
【0100】エッチング後、最上層にあるp型コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚200オングストロームのNiと
Auを含む透光性のp電極111と、そのp電極111
の上にボンディング用のAuよりなるpパッド電極(図
示せず)を0.5μmの膜厚で形成する。一方、エッチ
ングにより露出させたn型コンタクト層104の表面に
はWとAlを含むn電極112を形成してLED素子と
した。このLED素子は順方向電流20mAにおいて、
520nmの純緑色発光を示し、Vfは3.5Vであっ
た。このように、LED素子についても、良好なVfを
示し、また素子寿命についてもレーザ素子と同様に、p
型キャップ層が比較例1,2のような構造にあるLED
素子に比べて、Vfの上昇が抑えられ高出力で、且つ良
好な第2のp型窒化物半導体の成長に支えられ素子信頼
性の高いものである。After etching, a light-transmitting p-electrode 111 containing Ni and Au having a film thickness of 200 angstrom is formed on almost the entire surface of the p-type contact layer which is the uppermost layer, and the p-electrode 111.
A p-pad electrode (not shown) made of Au for bonding is formed thereon with a film thickness of 0.5 μm. On the other hand, an n-electrode 112 containing W and Al was formed on the surface of the n-type contact layer 104 exposed by etching to obtain an LED element. This LED element has a forward current of 20 mA,
It showed pure green light emission of 520 nm and Vf was 3.5V. As described above, the LED element also shows a good Vf, and the element life is p as well as the laser element.
LED with a mold cap layer having a structure as in Comparative Examples 1 and 2
Compared to the device, the device has high output with suppressed increase of Vf, and high device reliability supported by favorable growth of the second p-type nitride semiconductor.
【0101】[比較例2]p型キャップ層として、キャ
リアガスをH2として水素雰囲気下で、温度960℃
で、Mgを1×1019/cm3ドープしたAl0.2Ga
0.8Nを膜厚70Åで形成する他は、実施例1と同様に
してレーザ素子を得た。得られたレーザ素子は、実施例
1に比べて、Vfは少し高くなるものの発振に大きな違
いが出るほどではなかったが、素子寿命が極めて悪く、
1万時間には遠く及ぶものではなく、素子断面を観察し
たところ、成長時乃至は駆動時に活性層が分解したこと
によるところが多きことがわかった。[Comparative Example 2] As a p-type cap layer, H 2 was used as a carrier gas in a hydrogen atmosphere at a temperature of 960 ° C.
And Al 0.2 Ga doped with Mg at 1 × 10 19 / cm 3
A laser element was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.8 N was formed with a film thickness of 70 Å. The obtained laser device had a slightly higher Vf than that of Example 1, but did not cause a large difference in oscillation, but the device life was extremely poor, and
It was not as long as 10,000 hours, and the cross section of the device was observed. It was found that the active layer was often decomposed during growth or driving.
【0102】[0102]
【発明の効果】本発明は、第1のp型窒化物半導体層が
活性層の分解、特にInの蒸発・分離を防止し、第2の
p型窒化物半導体層が良好な結晶性でもって形成される
ため、活性層との良好なオフセットをとることができ、
結果として得られる発光素子は、Vfの低下、素子寿命
の向上、の向上した素子が得られる。According to the present invention, the first p-type nitride semiconductor layer prevents decomposition of the active layer, in particular, evaporation and separation of In, and the second p-type nitride semiconductor layer has good crystallinity. Since it is formed, it is possible to take a good offset with the active layer,
The resulting light emitting device has a reduced Vf and an improved device life, which is improved.
【図1】図1は、本発明の一実施の形態である窒化物半
導体レーザ素子を示す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a nitride semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図2は、サファイアの面方位を示すユニットセ
ル図である。FIG. 2 is a unit cell diagram showing a plane orientation of sapphire.
【図3】図3は、オフアングルした異種基板の部分的な
形状を示す模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a partial shape of an off-angled dissimilar substrate.
【図4】 図4は、リッジ形状のストライプ200を形
成する一実施の形態である方法の各工程におけるウエハ
の部分的な構造を示す模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a partial structure of a wafer in each step of the method which is an embodiment of forming a ridge-shaped stripe 200.
【図5】 本発明に係る実施例5のLED素子の模式的
断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an LED element of Example 5 according to the present invention.
1・・・窒化物半導体基板、 2・・・n型コンタクト層、 3・・・クラック防止層、 4・・・n型クラッド層、 5・・・n型ガイド層、 6・・・活性層、 7a・・・第1のp型窒化物半導体層、 7b・・・第2のp型窒化物半導体層、 7・・・p型キャップ層、 8・・・p型ガイド層、 9・・・p型クラッド層、 10・・・p型コンタクト層。 1 ... Nitride semiconductor substrate, 2 ... n-type contact layer, 3 ... Crack prevention layer, 4 ... n-type cladding layer, 5 ... n-type guide layer, 6 ... Active layer, 7a ... a first p-type nitride semiconductor layer, 7b: second p-type nitride semiconductor layer, 7 ... p-type cap layer, 8 ... p-type guide layer, 9 ... p-type cladding layer, 10 ... p-type contact layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−290027(JP,A) 特開 平9−148678(JP,A) 特開 平9−214051(JP,A) 特開 平10−65213(JP,A) 特開 平10−75008(JP,A) 特開 平9−36430(JP,A) Japanese Journal of Applied Physic s,1996年,Vol.35 Part2 No.1B,L74−76 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-10-290027 (JP, A) JP-A-9-148678 (JP, A) JP-A-9-214051 (JP, A) JP-A-10- 65213 (JP, A) JP 10-75008 (JP, A) JP 9-36430 (JP, A) Japanese Journal of Applied Physics, 1996, Vol. 35 Part2 No. 1B, L74-76 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 H01L 33/00
Claims (6)
型クラッド層、Inを含む窒化物半導体からなる活性
層、及びp型窒化物半導体からなるp型クラッド層とを
備え、さらに前記活性層とp型クラッド層との間にp型
ガイド層を含む窒化物半導体発光素子において、 該p型ガイド層と前記活性層の間に、前記活性層との間
に電位障壁を形成するp型キャップ層が形成され、 該p型キャップ層は、 前記活性層の分解を防止するようにN2ガスを用いた有
機金属気相成長法により成長されたAlaGa1-aN(0
<a<1)からなる第1のp型窒化物半導体層と、 前記電位障壁を形成するようにH2ガスを用いた有機金
属気相成長法により成長されたAlbGa1-bN(0<b
<1)からなる第2のp型窒化物半導体層とを有してな
ることを特徴とする窒化物半導体発光素子。1. An n made of at least an n-type nitride semiconductor
A clad layer, an active layer made of a nitride semiconductor containing In, and a p-type clad layer made of a p-type nitride semiconductor, and a p-type guide layer between the active layer and the p-type clad layer. In the nitride semiconductor light emitting device, a p-type cap layer that forms a potential barrier between the p-type guide layer and the active layer is formed between the p-type guide layer and the active layer, and the p-type cap layer is the active layer. Al a Ga 1-a N ( 0 , which is grown by metal organic chemical vapor deposition method using N 2 gas to prevent degradation of
A first p-type nitride semiconductor layer made of <a <1) and Al b Ga 1-b N (which is grown by metal organic chemical vapor deposition using H 2 gas so as to form the potential barrier. 0 <b
A nitride semiconductor light emitting device comprising: a second p-type nitride semiconductor layer made of <1).
型クラッド層、Inを含む窒化物半導体からなる活性
層、及びp型窒化物半導体からなるp型クラッド層とを
備え、さらに前記活性層とp型クラッド層との間にp型
ガイド層を含む窒化物半導体発光素子において、 該p型ガイド層と前記活性層の間に、前記活性層との間
に電位障壁を形成するp型キャップ層が形成され、 該p型キャップ層の膜厚は、20Å以上400Å以下に
設定されておりかつ、前記p型キャップ層は、 10Å〜100Åの範囲の膜厚に成長されたAlaGa
1-aN(0<a<1)からなり前記活性層の分解を防止
する第1のp型窒化物半導体層と、 前記第1のp型窒化物半導体層より結晶欠陥が少ないA
lbGa1-bN(0<b<1)からなり前記電位障壁を形
成する第2のp型窒化物半導体層とを有してなることを
特徴とする窒化物半導体発光素子。2. An n made of at least an n-type nitride semiconductor
A clad layer, an active layer made of a nitride semiconductor containing In, and a p-type clad layer made of a p-type nitride semiconductor, and a p-type guide layer between the active layer and the p-type clad layer. In the nitride semiconductor light emitting device, a p-type cap layer that forms a potential barrier between the p-type guide layer and the active layer is formed between the p-type guide layer and the active layer, and the film thickness of the p-type cap layer is The thickness is set to 20 Å or more and 400 Å or less, and the p-type cap layer is formed of Al a Ga grown to a film thickness in the range of 10 Å to 100 Å.
A first p-type nitride semiconductor layer formed of 1-a N (0 <a <1) for preventing decomposition of the active layer, and having less crystal defects than the first p-type nitride semiconductor layer A
l b Ga 1-b N ( 0 <b <1) made from a second p-type nitride semiconductor layer and the nitride semiconductor light emitting device characterized by comprising a forming the potential barrier.
0Å以上100Å以下の厚さであり、前記第2の窒化物
半導体層の膜厚が、10Å以上300Å以下の厚さであ
る請求項1又は2記載の窒化物半導体発光素子。3. The film thickness of the first nitride semiconductor layer is 1
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the thickness is 0 Å or more and 100 Å or less, and the thickness of the second nitride semiconductor layer is 10 Å or more and 300 Å or less.
<1)からなる井戸層を含む多重量子井戸構造である請
求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の窒化物半導体
発光素子。4. The active layer comprises In c Ga 1-c N (0 ≦ c
The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 3, which has a multiple quantum well structure including a well layer made of <1).
<1)からなる井戸層を含んでなり、前記p型クラッド
層がAlxGa1-xN(0<x<1)からなり、かつ前記
AlaGa1-aN(0<a<1)からなる第1のp型窒化
物半導体層と前記AlbGa1-bN(0<b<1)からな
る第2のp型窒化物半導体層がそれぞれ、x≦a,x≦
bを満足するように組成が設定されている請求項1〜3
のうちのいずれか1つに記載の窒化物半導体発光素子。5. The active layer comprises In c Ga 1-c N (0 ≦ c
<1), the p-type cladding layer is made of Al x Ga 1-x N (0 <x <1), and the Al a Ga 1-a N (0 <a <1 ) And a second p-type nitride semiconductor layer made of Al b Ga 1-b N (0 <b <1), respectively, where x ≦ a and x ≦
The composition is set so as to satisfy b.
9. The nitride semiconductor light emitting device according to any one of the above.
2のp型窒化物半導体層の合計の厚さが10Å以上10
00Å以下に設定されている請求項1記載の窒化物半導
体発光素子。6. The total thickness of the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer is 10 Å or more 10
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor light emitting device is set to 00 Å or less.
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