JP3448196B2 - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
窒化物半導体発光素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなり、
発光ダイオード素子、レーザダイオード素子等の発光素
子に用いられる窒化物半導体発光素子に関する。
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなり、
発光ダイオード素子、レーザダイオード素子等の発光素
子に用いられる窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体は高輝度純緑色発光ＬＥ
Ｄ、青色ＬＥＤとして、既にフルカラーＬＥＤディスプ
レイ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光
源で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は基本的
に、サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、
ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層と、単一量
子井戸構造のＩｎＧａＮよりなる活性層と、Ｍｇドープ
ＡｌＧａＮよりなるｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａ
Ｎよりなるｐ側コンタクト層とが順に積層された構造を
有しており、２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍの
青色ＬＥＤで５ｍＷ、外部量子効率９．１％、５２０ｎ
ｍの緑色ＬＥＤで３ｍＷ、外部量子効率６．３％と非常
に優れた特性を示す。
Ｄ、青色ＬＥＤとして、既にフルカラーＬＥＤディスプ
レイ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光
源で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は基本的
に、サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、
ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層と、単一量
子井戸構造のＩｎＧａＮよりなる活性層と、Ｍｇドープ
ＡｌＧａＮよりなるｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａ
Ｎよりなるｐ側コンタクト層とが順に積層された構造を
有しており、２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍの
青色ＬＥＤで５ｍＷ、外部量子効率９．１％、５２０ｎ
ｍの緑色ＬＥＤで３ｍＷ、外部量子効率６．３％と非常
に優れた特性を示す。
【０００３】また、本出願人はこの材料を用いてパルス
電流下、室温での４１０ｎｍのレーザ発振を世界で初め
て発表した{例えば、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L74、Jp
n.J.Appl.Phys.35(1996)L217等}。このレーザ素子は、
ＩｎＧａＮを用いた多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-
Quantum- Well）の活性層を有するダブルへテロ構造を
有し、パルス幅２μｓ、パルス周期２ｍｓの条件で、閾
値電流６１０ｍＡ、閾値電流密度８．７ｋＡ／cm2、４
１０ｎｍの発振を示す。また、本出願人は室温での連続
発振にも初めて成功し、発表した。{例えば、日経エレ
クトロニクス 1996年12月2日号 技術速報、Appl.Phys.L
ett.69(1996)3034-、Appl.Phys.Lett.69(1996)4056-
等}、このレーザ素子は２０℃において、閾値電流密度
３．６ｋＡ／cm2、閾値電圧５．５Ｖ、１．５ｍＷ出力
において、２７時間の連続発振を示す。
電流下、室温での４１０ｎｍのレーザ発振を世界で初め
て発表した{例えば、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L74、Jp
n.J.Appl.Phys.35(1996)L217等}。このレーザ素子は、
ＩｎＧａＮを用いた多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-
Quantum- Well）の活性層を有するダブルへテロ構造を
有し、パルス幅２μｓ、パルス周期２ｍｓの条件で、閾
値電流６１０ｍＡ、閾値電流密度８．７ｋＡ／cm2、４
１０ｎｍの発振を示す。また、本出願人は室温での連続
発振にも初めて成功し、発表した。{例えば、日経エレ
クトロニクス 1996年12月2日号 技術速報、Appl.Phys.L
ett.69(1996)3034-、Appl.Phys.Lett.69(1996)4056-
等}、このレーザ素子は２０℃において、閾値電流密度
３．６ｋＡ／cm2、閾値電圧５．５Ｖ、１．５ｍＷ出力
において、２７時間の連続発振を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように窒化物半導
体はＬＥＤで既に実用化され、ＬＤでは数十時間ながら
連続発振にまで至っているが、ＬＥＤを例えば照明用光
源、直射日光の当たる屋外ディスプレイ等にするために
はさらに出力の向上が求められている。またＬＤでは閾
値を低下させて長寿命にし、光ピックアップ等の光源に
実用化するためには、よりいっそうの改良が必要であ
る。また前記ＬＥＤ素子は２０ｍＡにおいてＶｆが３．
６Ｖ近くある。Ｖｆをさらに下げることにより、素子の
発熱量が少なくなって、信頼性が向上する。またレーザ
素子では閾値における電圧を低下させることは、素子の
寿命を向上させる上で非常に重要である。本発明はこの
ような事情を鑑みて成されたものであって、その目的と
するところは、主としてＬＥＤ、ＬＤ等の窒化物半導体
素子の出力を向上させると共に、Ｖｆを低下させて素子
の信頼性を向上させることにある。
体はＬＥＤで既に実用化され、ＬＤでは数十時間ながら
連続発振にまで至っているが、ＬＥＤを例えば照明用光
源、直射日光の当たる屋外ディスプレイ等にするために
はさらに出力の向上が求められている。またＬＤでは閾
値を低下させて長寿命にし、光ピックアップ等の光源に
実用化するためには、よりいっそうの改良が必要であ
る。また前記ＬＥＤ素子は２０ｍＡにおいてＶｆが３．
６Ｖ近くある。Ｖｆをさらに下げることにより、素子の
発熱量が少なくなって、信頼性が向上する。またレーザ
素子では閾値における電圧を低下させることは、素子の
寿命を向上させる上で非常に重要である。本発明はこの
ような事情を鑑みて成されたものであって、その目的と
するところは、主としてＬＥＤ、ＬＤ等の窒化物半導体
素子の出力を向上させると共に、Ｖｆを低下させて素子
の信頼性を向上させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の窒化
物半導体発光素子は、基板と活性層との間に、基板側か
ら順にアンドープの第１の窒化物半導体層と、ｎ型不純
物がドープされたｎ導電型の第２の窒化物半導体層と、
アンドープの第３の窒化物半導体層とを備え、前記基板
と前記第１の窒化物半導体層との間に、第１の窒化物半
導体層よりも低温で成長されるバッファ層を有する窒化
物半導体発光素子であって、前記第２の窒化物半導体層
は超格子構造でありかつ該第２の窒化物半導体層にｎ電
極が形成され、前記第３の窒化物半導体層がＩｎＧａＮ
であることを特徴とする。なお本発明でアンドープの窒
化物半導体層とは意図的に不純物をドープしない窒化物
半導体層を指し、例えば原料に含まれる不純物、反応装
置内のコンタミネーション、意図的に不純物をドープし
た他の層からの意図しない拡散により不純物が混入した
層及び微量なドーピングにより実質的にアンドープとみ
なせる層（例えば抵抗率３×１０-1Ω・cm以上）も本発
明ではアンドープと定義する。また、超格子層とは膜厚
１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オ
ングストローム、最も好ましくは５０オングストローム
以下の窒化物半導体層を積層した多層膜構造を指す。本
発明の第１の窒化物半導体発光素子では、前記第３の窒
化物半導体層が、Ｉｎ混晶比ｙが０．１以下であるＩｎ
ｙＧａ１−ｙＮであることが好ましい。本発明に係る第
２の窒化物半導体発光素子は、基板と活性層との間に、
基板側から順にアンドープの第１の窒化物半導体層と、
ｎ型不純物がドープされたｎ導電型の第２の窒化物半導
体層と、アンドープの第３の窒化物半導体層とを備え、
前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に、第１の
窒化物半導体層よりも低温で成長されるバッファ層を有
する窒化物半導体発光素子であって、前記第２の窒化物
半導体層は超格子構造でありかつ該第２の窒化物半導体
層にｎ電極が形成され、前記第２の窒化物半導体層の抵
抗率が８×１０-3Ω・cm未満で１×１０-５Ω・cm以上
であり、前記第１の窒化物半導体層がＡｌＧａＮである
ことを特徴とする。また、本発明に係る第２の窒化物半
導体発光素子では、前記第１の窒化物半導体層が、Ｘ値
が０．２以下のＡｌＸＧａ１−ＸＮであることが好まし
い。さらに、本発明に係る第３の窒化物半導体発光素子
は、基板と活性層との間に、基板側から順にアンドープ
の第１の窒化物半導体層と、ｎ型不純物がドープされた
ｎ導電型の第２の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物
半導体層よりも抵抗率が大きい第３の窒化物半導体層と
を備え、前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間
に、第１の窒化物半導体層よりも低温で成長されるバッ
ファ層を有する窒化物半導体発光素子であって、前記第
２の窒化物半導体層は超格子構造でありかつ該第２の窒
化物半導体層にｎ電極が形成され、前記第２の窒化物半
導体層の抵抗率が８×１０-3Ω・cm未満で１×１０-５
Ω・cm以上であることを特徴とする。本発明に係る第３
の窒化物半導体発光素子では、前記第３の窒化物半導体
層はＧａＮ若しくはＩｎＧａＮであってもよい。本発明
に係る第３の窒化物半導体発光素子では、前記第１の窒
化物半導体層がＧａＮ若しくはＡｌＧａＮであってもよ
い。
物半導体発光素子は、基板と活性層との間に、基板側か
ら順にアンドープの第１の窒化物半導体層と、ｎ型不純
物がドープされたｎ導電型の第２の窒化物半導体層と、
アンドープの第３の窒化物半導体層とを備え、前記基板
と前記第１の窒化物半導体層との間に、第１の窒化物半
導体層よりも低温で成長されるバッファ層を有する窒化
物半導体発光素子であって、前記第２の窒化物半導体層
は超格子構造でありかつ該第２の窒化物半導体層にｎ電
極が形成され、前記第３の窒化物半導体層がＩｎＧａＮ
であることを特徴とする。なお本発明でアンドープの窒
化物半導体層とは意図的に不純物をドープしない窒化物
半導体層を指し、例えば原料に含まれる不純物、反応装
置内のコンタミネーション、意図的に不純物をドープし
た他の層からの意図しない拡散により不純物が混入した
層及び微量なドーピングにより実質的にアンドープとみ
なせる層（例えば抵抗率３×１０-1Ω・cm以上）も本発
明ではアンドープと定義する。また、超格子層とは膜厚
１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オ
ングストローム、最も好ましくは５０オングストローム
以下の窒化物半導体層を積層した多層膜構造を指す。本
発明の第１の窒化物半導体発光素子では、前記第３の窒
化物半導体層が、Ｉｎ混晶比ｙが０．１以下であるＩｎ
ｙＧａ１−ｙＮであることが好ましい。本発明に係る第
２の窒化物半導体発光素子は、基板と活性層との間に、
基板側から順にアンドープの第１の窒化物半導体層と、
ｎ型不純物がドープされたｎ導電型の第２の窒化物半導
体層と、アンドープの第３の窒化物半導体層とを備え、
前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に、第１の
窒化物半導体層よりも低温で成長されるバッファ層を有
する窒化物半導体発光素子であって、前記第２の窒化物
半導体層は超格子構造でありかつ該第２の窒化物半導体
層にｎ電極が形成され、前記第２の窒化物半導体層の抵
抗率が８×１０-3Ω・cm未満で１×１０-５Ω・cm以上
であり、前記第１の窒化物半導体層がＡｌＧａＮである
ことを特徴とする。また、本発明に係る第２の窒化物半
導体発光素子では、前記第１の窒化物半導体層が、Ｘ値
が０．２以下のＡｌＸＧａ１−ＸＮであることが好まし
い。さらに、本発明に係る第３の窒化物半導体発光素子
は、基板と活性層との間に、基板側から順にアンドープ
の第１の窒化物半導体層と、ｎ型不純物がドープされた
ｎ導電型の第２の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物
半導体層よりも抵抗率が大きい第３の窒化物半導体層と
を備え、前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間
に、第１の窒化物半導体層よりも低温で成長されるバッ
ファ層を有する窒化物半導体発光素子であって、前記第
２の窒化物半導体層は超格子構造でありかつ該第２の窒
化物半導体層にｎ電極が形成され、前記第２の窒化物半
導体層の抵抗率が８×１０-3Ω・cm未満で１×１０-５
Ω・cm以上であることを特徴とする。本発明に係る第３
の窒化物半導体発光素子では、前記第３の窒化物半導体
層はＧａＮ若しくはＩｎＧａＮであってもよい。本発明
に係る第３の窒化物半導体発光素子では、前記第１の窒
化物半導体層がＧａＮ若しくはＡｌＧａＮであってもよ
い。
【０００６】本発明において、前記第２の窒化物半導体
層の抵抗率は８×１０-3Ω・cm未満であることが好まし
く、前記第２及び第３の窒化物半導体発光素子ではこの
範囲とした。第２の窒化物半導体層の抵抗率が８×１０
-3Ω・cm以上になると、Ｖｆがあまり低下しなくなる傾
向にある。抵抗率のより好ましい範囲は６×１０-3Ω・
cm以下、さらに好ましくは４×１０-3Ω・cm以下であ
る。下限は１×１０-5Ω・cm以上に調整することが望ま
しく、前記第２及び第３の窒化物半導体発光素子ではこ
の範囲とした。第２の窒化物半導体層を単層で形成する
場合、下限値は１×１０-3Ω・cm以上とすることが好ま
しいが、第２の窒化物半導体層を超格子層で構成する場
合には１×１０-5Ω・cm以上に調整することが望まし
い。下限値よりも低抵抗にすると、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等
の不純物量が多くなりすぎて、窒化物半導体の結晶性が
悪くなる傾向にある。
層の抵抗率は８×１０-3Ω・cm未満であることが好まし
く、前記第２及び第３の窒化物半導体発光素子ではこの
範囲とした。第２の窒化物半導体層の抵抗率が８×１０
-3Ω・cm以上になると、Ｖｆがあまり低下しなくなる傾
向にある。抵抗率のより好ましい範囲は６×１０-3Ω・
cm以下、さらに好ましくは４×１０-3Ω・cm以下であ
る。下限は１×１０-5Ω・cm以上に調整することが望ま
しく、前記第２及び第３の窒化物半導体発光素子ではこ
の範囲とした。第２の窒化物半導体層を単層で形成する
場合、下限値は１×１０-3Ω・cm以上とすることが好ま
しいが、第２の窒化物半導体層を超格子層で構成する場
合には１×１０-5Ω・cm以上に調整することが望まし
い。下限値よりも低抵抗にすると、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等
の不純物量が多くなりすぎて、窒化物半導体の結晶性が
悪くなる傾向にある。
【０００７】また、本発明において、バッファ層は例え
ばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等を４００℃〜９００℃
において、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることがで
き、基板と窒化物半導体との格子不整合を緩和、あるい
は第１の窒化物半導体層を結晶性よく成長させるための
下地層として作用する。
ばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等を４００℃〜９００℃
において、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることがで
き、基板と窒化物半導体との格子不整合を緩和、あるい
は第１の窒化物半導体層を結晶性よく成長させるための
下地層として作用する。
【０００８】さらにまた、第３の窒化物半導体層の膜厚
が０．５μｍ以下であることが好ましい。第３の窒化物
半導体層のより好ましい膜厚は０．２μｍ以下、さらに
好ましくは０．１５μｍ以下に調整する。下限は特に限
定しないが１０オングストローム以上、好ましくは５０
オングストローム以上、最も好ましくは１００オングス
トローム以上に調整することが望ましい。第３の窒化物
半導体層はアンドープの層であり、抵抗率が通常０．１
Ω・cm以上と高いため、この層を厚膜の層で成長すると
逆にＶｆが低下しにくい傾向にある。
が０．５μｍ以下であることが好ましい。第３の窒化物
半導体層のより好ましい膜厚は０．２μｍ以下、さらに
好ましくは０．１５μｍ以下に調整する。下限は特に限
定しないが１０オングストローム以上、好ましくは５０
オングストローム以上、最も好ましくは１００オングス
トローム以上に調整することが望ましい。第３の窒化物
半導体層はアンドープの層であり、抵抗率が通常０．１
Ω・cm以上と高いため、この層を厚膜の層で成長すると
逆にＶｆが低下しにくい傾向にある。
【０００９】また、本発明では、前記超格子構造の第２
の窒化物半導体層に、ｎ型不純物が変調ドープされてい
てもよい。さらに、第１及び第３の窒化物半導体層は、
例えば、アンドープとして抵抗率は、例えば０．１Ω・
cm以上であってもよい。
の窒化物半導体層に、ｎ型不純物が変調ドープされてい
てもよい。さらに、第１及び第３の窒化物半導体層は、
例えば、アンドープとして抵抗率は、例えば０．１Ω・
cm以上であってもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の発光素子では活性層と基
板との間に少なくとも３層構造を有する窒化物半導体層
を有している。まず第１の窒化物半導体層はｎ型不純物
を含む第２の窒化物半導体層を結晶性よく成長させるた
めにアンドープとしている。この層に意図的に不純物を
ドープすると、結晶性が悪くなって、第２の窒化物半導
体層を結晶性良く成長させることが難しい。次に第２の
窒化物半導体層はｎ型不純物をドープして、抵抗率が低
く、キャリア濃度が高いｎ電極を形成するためのコンタ
クト層として作用している。従って第２の窒化物半導体
層の抵抗率はｎ電極材料と好ましいオーミック接触を得
るためにできるだけ小さくすることが望ましく、好まし
くは８×１０-3Ω・cm未満とする。次に第３の窒化物半
導体層もアンドープとする。この層をアンドープとする
のは、抵抗率が小さくキャリア濃度の大きい第２の窒化
物半導体層は結晶性があまり良くない。この上に直接、
活性層、クラッド層等を成長させると、それらの層の結
晶性も悪くなるために、その間にアンドープの結晶性の
良い第３の窒化物半導体を介在させることにより、活性
層を成長させる前のバッファ層として作用する。さらに
抵抗率の比較的高いアンドープの層を活性層と第２の窒
化物半導体層との間に介在させることにより、素子のリ
ーク電流を防止し、逆方向の耐圧を高くすることができ
る。なお、第２の窒化物半導体層のキャリア濃度は３×
１０18／cm3よりも大きくなる傾向にある。また活性層
はＩｎを含むアンドープの窒化物半導体、好ましくはＩ
ｎＧａＮよりなる井戸層を有する単一量子井戸構造、若
しくは多重量子井戸構造とすることが望ましい。ｎ型不
純物としては第４族元素が挙げられるが、好ましくはＳ
ｉ若しくはＧｅ、さらに好ましくはＳｉを用いる。
板との間に少なくとも３層構造を有する窒化物半導体層
を有している。まず第１の窒化物半導体層はｎ型不純物
を含む第２の窒化物半導体層を結晶性よく成長させるた
めにアンドープとしている。この層に意図的に不純物を
ドープすると、結晶性が悪くなって、第２の窒化物半導
体層を結晶性良く成長させることが難しい。次に第２の
窒化物半導体層はｎ型不純物をドープして、抵抗率が低
く、キャリア濃度が高いｎ電極を形成するためのコンタ
クト層として作用している。従って第２の窒化物半導体
層の抵抗率はｎ電極材料と好ましいオーミック接触を得
るためにできるだけ小さくすることが望ましく、好まし
くは８×１０-3Ω・cm未満とする。次に第３の窒化物半
導体層もアンドープとする。この層をアンドープとする
のは、抵抗率が小さくキャリア濃度の大きい第２の窒化
物半導体層は結晶性があまり良くない。この上に直接、
活性層、クラッド層等を成長させると、それらの層の結
晶性も悪くなるために、その間にアンドープの結晶性の
良い第３の窒化物半導体を介在させることにより、活性
層を成長させる前のバッファ層として作用する。さらに
抵抗率の比較的高いアンドープの層を活性層と第２の窒
化物半導体層との間に介在させることにより、素子のリ
ーク電流を防止し、逆方向の耐圧を高くすることができ
る。なお、第２の窒化物半導体層のキャリア濃度は３×
１０18／cm3よりも大きくなる傾向にある。また活性層
はＩｎを含むアンドープの窒化物半導体、好ましくはＩ
ｎＧａＮよりなる井戸層を有する単一量子井戸構造、若
しくは多重量子井戸構造とすることが望ましい。ｎ型不
純物としては第４族元素が挙げられるが、好ましくはＳ
ｉ若しくはＧｅ、さらに好ましくはＳｉを用いる。
【００１１】
【実施例】［実施例１］図１は本発明の一実施例に係る
ＬＥＤ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下こ
の図を元に、本発明の素子の製造方法について述べる。
ＬＥＤ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下こ
の図を元に、本発明の素子の製造方法について述べる。
【００１２】サファイア（Ｃ面）よりなる基板１を反応
容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、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。基板１にはサファイア
Ｃ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その
他、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板の
他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、Ｚｎ
Ｏ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることがで
きる。
容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、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。基板１にはサファイア
Ｃ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その
他、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板の
他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、Ｚｎ
Ｏ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることがで
きる。
【００１３】（バッファ層２）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ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板１上に
ＧａＮよりなるバッファ層２を約２００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。
まで下げ、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、基板１上に
ＧａＮよりなるバッファ層２を約２００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。
【００１４】（第１の窒化物半導体層３）バッファ層２
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ＴＭ
Ｇ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮよりなる
第１の窒化物半導体層３を１．５μｍの膜厚で成長させ
る。第１の窒化物半導体層３は基板に直接成長させるバ
ッファ層よりも高温、例えば９００℃〜１１００℃で成
長させ、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y
≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではない
が、好ましくはＧａＮ、X値が０．２以下のＡｌXＧａ
1-XＮとすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得ら
れやすい。また膜厚は特に問うものではなく、バッファ
層よりも厚膜で成長させ、通常０．１μｍ以上２０μｍ
以下の膜厚で成長させる。この層はアンドープの層であ
るため、抵抗率は０．１Ω・cmよりも大きい。また第１
の窒化物半導体層３は、バッファ層よりも高温で成長さ
せる層であるためアンドープでもバッファ層とは区別さ
れる。
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ＴＭ
Ｇ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮよりなる
第１の窒化物半導体層３を１．５μｍの膜厚で成長させ
る。第１の窒化物半導体層３は基板に直接成長させるバ
ッファ層よりも高温、例えば９００℃〜１１００℃で成
長させ、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y
≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではない
が、好ましくはＧａＮ、X値が０．２以下のＡｌXＧａ
1-XＮとすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得ら
れやすい。また膜厚は特に問うものではなく、バッファ
層よりも厚膜で成長させ、通常０．１μｍ以上２０μｍ
以下の膜厚で成長させる。この層はアンドープの層であ
るため、抵抗率は０．１Ω・cmよりも大きい。また第１
の窒化物半導体層３は、バッファ層よりも高温で成長さ
せる層であるためアンドープでもバッファ層とは区別さ
れる。
【００１５】（第２の窒化物半導体層４）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ドープＧａＮよりな
る第２の窒化物半導体層３を３μｍの膜厚で成長させ
る。この第２の窒化物半導体層３も第１の窒化物半導体
層と同様に、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではな
いが、好ましくはＧａＮ、X値が０．２以下のＡｌXＧａ
1-XＮとすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得ら
れやすい。膜厚は特に問うものではないが、ｎ電極を形
成する層であるので１μｍ以上２０μｍ以下の膜厚で成
長させことが望ましい。なお素子構造にしない別のサフ
ァイア基板を用い、同様にして第２の窒化物半導体層ま
で成長させたウェーハを用意し、この第２の窒化物半導
体層の抵抗率を測定すると５×１０-3Ω・cmであった。
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ドープＧａＮよりな
る第２の窒化物半導体層３を３μｍの膜厚で成長させ
る。この第２の窒化物半導体層３も第１の窒化物半導体
層と同様に、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではな
いが、好ましくはＧａＮ、X値が０．２以下のＡｌXＧａ
1-XＮとすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得ら
れやすい。膜厚は特に問うものではないが、ｎ電極を形
成する層であるので１μｍ以上２０μｍ以下の膜厚で成
長させことが望ましい。なお素子構造にしない別のサフ
ァイア基板を用い、同様にして第２の窒化物半導体層ま
で成長させたウェーハを用意し、この第２の窒化物半導
体層の抵抗率を測定すると５×１０-3Ω・cmであった。
【００１６】またこの第２の窒化物半導体層は、互いに
バンドギャップエネルギーが異なる２種類の窒化物半導
体層が積層されてなるか、若しくは同一組成の窒化物半
導体層が積層されてなる超格子構造としても良い。超格
子層にすると第２の窒化物半導体層の移動度が大きくな
って抵抗率がさらに低下するため、特に発光効率の高い
素子が実現できる。超格子構造とする場合には超格子を
構成する窒化物半導体層の膜厚は１００オングストロー
ム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、
最も好ましくは５０オングストローム以下に調整する。
さらに超格子構造の場合、超格子を構成する窒化物半導
体層にＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ等を変調ドープしても良
い。変調ドープとは、超格子層を構成する窒化物半導体
層の互いに不純物濃度が異なることを指し、この場合、
一方の層は不純物をドープしない状態、つまりアンドー
プでもよい。好ましくは第２の窒化物半導体層を互いに
バンドギャップエネルギーの異なる層を積層した超格子
構造として、いずれか一方の窒化物半導体層にｎ型不純
物を多くドープすることが望ましく、もう一方の窒化物
半導体層をアンドープとすることが好ましい。なお変調
ドープする場合には、不純物濃度差は１桁以上とするこ
とが望ましい。
バンドギャップエネルギーが異なる２種類の窒化物半導
体層が積層されてなるか、若しくは同一組成の窒化物半
導体層が積層されてなる超格子構造としても良い。超格
子層にすると第２の窒化物半導体層の移動度が大きくな
って抵抗率がさらに低下するため、特に発光効率の高い
素子が実現できる。超格子構造とする場合には超格子を
構成する窒化物半導体層の膜厚は１００オングストロー
ム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、
最も好ましくは５０オングストローム以下に調整する。
さらに超格子構造の場合、超格子を構成する窒化物半導
体層にＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ等を変調ドープしても良
い。変調ドープとは、超格子層を構成する窒化物半導体
層の互いに不純物濃度が異なることを指し、この場合、
一方の層は不純物をドープしない状態、つまりアンドー
プでもよい。好ましくは第２の窒化物半導体層を互いに
バンドギャップエネルギーの異なる層を積層した超格子
構造として、いずれか一方の窒化物半導体層にｎ型不純
物を多くドープすることが望ましく、もう一方の窒化物
半導体層をアンドープとすることが好ましい。なお変調
ドープする場合には、不純物濃度差は１桁以上とするこ
とが望ましい。
【００１７】（第３の窒化物半導体層５）次にシランガ
スのみを止め、１０５０℃で同様にしてアンドープＧａ
Ｎよりなる第３の窒化物半導体層５を０．１５μｍの膜
厚で成長させる。この第３の窒化物半導体層５もＩｎX
ＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成で
き、その組成は特に問うものではないが、好ましくはＧ
ａＮ、X値が０．２以下のＡｌXＧａ1-XＮ、またはY値が
０．１以下のＩｎYＧａ1-YＮとすると結晶欠陥の少ない
窒化物半導体層が得られやすい。ＩｎＧａＮを成長させ
ると、その上にＡｌを含む窒化物半導体を成長させる場
合に、Ａｌを含む窒化物半導体層にクラックが入るのを
防止することができる。なお第２の窒化物半導体層を単
一の窒化物半導体で成長させる場合、第１の窒化物半導
体層と、第２の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体
層とは同一組成の窒化物半導体を成長させることが望ま
しい。
スのみを止め、１０５０℃で同様にしてアンドープＧａ
Ｎよりなる第３の窒化物半導体層５を０．１５μｍの膜
厚で成長させる。この第３の窒化物半導体層５もＩｎX
ＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成で
き、その組成は特に問うものではないが、好ましくはＧ
ａＮ、X値が０．２以下のＡｌXＧａ1-XＮ、またはY値が
０．１以下のＩｎYＧａ1-YＮとすると結晶欠陥の少ない
窒化物半導体層が得られやすい。ＩｎＧａＮを成長させ
ると、その上にＡｌを含む窒化物半導体を成長させる場
合に、Ａｌを含む窒化物半導体層にクラックが入るのを
防止することができる。なお第２の窒化物半導体層を単
一の窒化物半導体で成長させる場合、第１の窒化物半導
体層と、第２の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体
層とは同一組成の窒化物半導体を成長させることが望ま
しい。
【００１８】（活性層６）次に、温度を８００℃にし
て、キャリアガスを窒素に切り替え、ＴＭＧ、ＴＭＩ
（トリメチルインジウム）、アンモニアを用いアンドー
プＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ層を３０オングストロームの膜厚で
成長させて単一量子井戸構造を有する活性層６を成長さ
せる。
て、キャリアガスを窒素に切り替え、ＴＭＧ、ＴＭＩ
（トリメチルインジウム）、アンモニアを用いアンドー
プＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ層を３０オングストロームの膜厚で
成長させて単一量子井戸構造を有する活性層６を成長さ
せる。
【００１９】（ｐ側クラッド層７）次に、温度を１０５
０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
（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Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎより
なるｐ側クラッド層７を０．１μｍの膜厚で成長させ
る。この層はキャリア閉じ込め層として作用し、Ａｌを
含む窒化物半導体、好ましくはＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y
＜１）を成長させることが望ましく、結晶性の良い層を
成長させるためにはY値が０．３以下のＡｌYＧａ1-YＮ
層を０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが望まし
い。
０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
（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Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎより
なるｐ側クラッド層７を０．１μｍの膜厚で成長させ
る。この層はキャリア閉じ込め層として作用し、Ａｌを
含む窒化物半導体、好ましくはＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y
＜１）を成長させることが望ましく、結晶性の良い層を
成長させるためにはY値が０．３以下のＡｌYＧａ1-YＮ
層を０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが望まし
い。
【００２０】（ｐ側コンタクト層８）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側コン
タクト層８を０．１μｍの膜厚で成長させる。ｐ側コン
タクト層８もＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではな
いが、好ましくはＧａＮとすると結晶欠陥の少ない窒化
物半導体層が得られやすく、またｐ電極材料と好ましい
オーミック接触が得られやすい。
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側コン
タクト層８を０．１μｍの膜厚で成長させる。ｐ側コン
タクト層８もＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではな
いが、好ましくはＧａＮとすると結晶欠陥の少ない窒化
物半導体層が得られやすく、またｐ電極材料と好ましい
オーミック接触が得られやすい。
【００２１】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。
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。
【００２２】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側コンタクト層８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側コンタクト層側からエッチングを行い、
図１に示すように第２の窒化物半導体層４の表面を露出
させる。
取り出し、最上層のｐ側コンタクト層８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側コンタクト層側からエッチングを行い、
図１に示すように第２の窒化物半導体層４の表面を露出
させる。
【００２３】エッチング後、最上層にあるｐ側コンタク
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９と、そのｐ電極９の上にボ
ンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極１０を０．５
μｍの膜厚で形成する。一方エッチングにより露出させ
た第２の窒化物半導体層４の表面にはＷとＡｌを含むｎ
電極１１を形成する。最後にｐ電極９の表面を保護する
ためにＳｉＯ2よりなる絶縁膜１２を図１に示すように
形成した後、ウェーハをスクライブにより分離して３５
０μｍ角のＬＥＤ素子とする。
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９と、そのｐ電極９の上にボ
ンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極１０を０．５
μｍの膜厚で形成する。一方エッチングにより露出させ
た第２の窒化物半導体層４の表面にはＷとＡｌを含むｎ
電極１１を形成する。最後にｐ電極９の表面を保護する
ためにＳｉＯ2よりなる絶縁膜１２を図１に示すように
形成した後、ウェーハをスクライブにより分離して３５
０μｍ角のＬＥＤ素子とする。
【００２４】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、５２０ｎｍの純緑色発光を示し、サファイア基板
上にＧａＮよりなるバッファ層と、ＳｉドープＧａＮよ
りなるｎ側コンタクト層と、単一量子井戸構造のＩｎＧ
ａＮよりなる活性層と、ＭｇドープＡｌＧａＮよりなる
ｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コン
タクト層とが順に積層された従来の緑色発光ＬＥＤに比
較して、２０ｍＡにおけるＶｆで０．１〜０．２Ｖ、出
力で５％〜１０％向上させることができた。
いて、５２０ｎｍの純緑色発光を示し、サファイア基板
上にＧａＮよりなるバッファ層と、ＳｉドープＧａＮよ
りなるｎ側コンタクト層と、単一量子井戸構造のＩｎＧ
ａＮよりなる活性層と、ＭｇドープＡｌＧａＮよりなる
ｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コン
タクト層とが順に積層された従来の緑色発光ＬＥＤに比
較して、２０ｍＡにおけるＶｆで０．１〜０．２Ｖ、出
力で５％〜１０％向上させることができた。
【００２５】［実施例２］図２は本発明の他の実施例に
係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、レ
ーザ光の共振方向に垂直な方向で素子を切断した際の構
造を示すものである。以下この図面を元に実施例２につ
いて説明する。
係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、レ
ーザ光の共振方向に垂直な方向で素子を切断した際の構
造を示すものである。以下この図面を元に実施例２につ
いて説明する。
【００２６】サファイア（Ｃ面）よりなる基板２０の上
に、実施例１と同様にしてバッファ層２１を２００オン
グストロームの膜厚で成長させる。
に、実施例１と同様にしてバッファ層２１を２００オン
グストロームの膜厚で成長させる。
【００２７】（第１の窒化物半導体層２２）バッファ層
２０成長後、温度を１０２０℃まで上昇させ、１０２０
℃において、アンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半
導体層２２を５μｍの膜厚で成長させる。
２０成長後、温度を１０２０℃まで上昇させ、１０２０
℃において、アンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半
導体層２２を５μｍの膜厚で成長させる。
【００２８】（第２の窒化物半導体層２３）続いて、１
０２０℃で不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉをドー
プしたｎ型ＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を３μ
ｍの膜厚で成長させる。この第２の窒化物半導体層の抵
抗率も５×１０-3Ω・cmであった。
０２０℃で不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉをドー
プしたｎ型ＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を３μ
ｍの膜厚で成長させる。この第２の窒化物半導体層の抵
抗率も５×１０-3Ω・cmであった。
【００２９】（第３の窒化物半導体層２４）次に、温度
を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用
い、アンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる第３の窒化
物半導体層２４を５００オングストロームの膜厚で成長
させる。
を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用
い、アンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる第３の窒化
物半導体層２４を５００オングストロームの膜厚で成長
させる。
【００３０】（ｎ側クラッド層２５）次に温度を１０２
０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、ＮＨ3、Ｓｉ
Ｈ4を用い、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープしたｎ型Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ層４０オングストロームと、アンドープ
ＧａＮ層４０オングストロームとを交互に４０層ずつ積
層した超格子構造よりなるｎ側クラッド層を成長させ
る。このｎ側クラッド層はキャリア閉じ込め層及び光閉
じ込め層して作用する。
０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、ＮＨ3、Ｓｉ
Ｈ4を用い、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープしたｎ型Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ層４０オングストロームと、アンドープ
ＧａＮ層４０オングストロームとを交互に４０層ずつ積
層した超格子構造よりなるｎ側クラッド層を成長させ
る。このｎ側クラッド層はキャリア閉じ込め層及び光閉
じ込め層して作用する。
【００３１】（ｎ側光ガイド層２６）続いて、１０２０
℃でＳｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮより
なるｎ側光ガイド層２６を０．２μｍの膜厚で成長させ
る。このｎ側光ガイド層２６は、活性層の光ガイド層と
して作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望
ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに
好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成
長させることが望ましい。このｎ側光ガイド層はアンド
ープでも良い。
℃でＳｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮより
なるｎ側光ガイド層２６を０．２μｍの膜厚で成長させ
る。このｎ側光ガイド層２６は、活性層の光ガイド層と
して作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望
ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに
好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成
長させることが望ましい。このｎ側光ガイド層はアンド
ープでも良い。
【００３２】（活性層２７）温度を８００℃にして、ま
ずＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を２５オ
ングストロームの膜厚で成長させる。次にＴＭＩのモル
比を変化させるのみで同一温度で、ＳｉドープＩｎ0.01
Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜
厚で成長させる。この操作を２回繰り返し、最後に井戸
層を積層した多重量子井戸構造とする。
ずＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を２５オ
ングストロームの膜厚で成長させる。次にＴＭＩのモル
比を変化させるのみで同一温度で、ＳｉドープＩｎ0.01
Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜
厚で成長させる。この操作を２回繰り返し、最後に井戸
層を積層した多重量子井戸構造とする。
【００３３】（ｐ側キャップ層２８）次に、温度を１０
２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍ
ｇを用い、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大
きい、Ｍｇを１×１０20／cm 3ドープしたＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎよりなるｐ側キャップ層２８を３００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。このｐ側キャップ層２８は
好ましくはｐ型とするが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物
をドープしてキャリアが補償されたｉ型としても良い。
ｐ側キャップ層２８の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好
ましくは５００オングストローム以下、最も好ましくは
３００オングストローム以下に調整する。０．１μｍよ
り厚い膜厚で成長させると、ｐ側キャップ層２８中にク
ラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層
が成長しにくいからである。またキャリアがこのエネル
ギーバリアをトンネル効果により通過できなくなる。Ａ
ｌの組成比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素
子は発振しやすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡ
ｌYＧａ1-YＮであれば５００オングストローム以下に調
整することが望ましい。ｐ側キャップ層２８の膜厚の下
限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜
厚で形成することが望ましい。
２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍ
ｇを用い、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大
きい、Ｍｇを１×１０20／cm 3ドープしたＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎよりなるｐ側キャップ層２８を３００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。このｐ側キャップ層２８は
好ましくはｐ型とするが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物
をドープしてキャリアが補償されたｉ型としても良い。
ｐ側キャップ層２８の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好
ましくは５００オングストローム以下、最も好ましくは
３００オングストローム以下に調整する。０．１μｍよ
り厚い膜厚で成長させると、ｐ側キャップ層２８中にク
ラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層
が成長しにくいからである。またキャリアがこのエネル
ギーバリアをトンネル効果により通過できなくなる。Ａ
ｌの組成比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素
子は発振しやすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡ
ｌYＧａ1-YＮであれば５００オングストローム以下に調
整することが望ましい。ｐ側キャップ層２８の膜厚の下
限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜
厚で形成することが望ましい。
【００３４】（ｐ側光ガイド層２９）続いて、１０２０
℃で、Ｍｇを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりな
るｐ側光ガイド層２６を０．２μｍの膜厚で成長させ
る。このｐ側光ガイド層２９は、ｎ側光ガイド層２６と
同じく、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、Ｉ
ｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オン
グストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オング
ストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望まし
い。なおこのｐ側光ガイド層は、ｐ型不純物をドープし
たが、アンドープの窒化物半導体で構成することもでき
る。
℃で、Ｍｇを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりな
るｐ側光ガイド層２６を０．２μｍの膜厚で成長させ
る。このｐ側光ガイド層２９は、ｎ側光ガイド層２６と
同じく、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、Ｉ
ｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オン
グストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オング
ストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望まし
い。なおこのｐ側光ガイド層は、ｐ型不純物をドープし
たが、アンドープの窒化物半導体で構成することもでき
る。
【００３５】（ｐ側クラッド層３０）続いて、１０２０
℃においてＭｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ層４０オングストロームと、アンドープ
ＧａＮ層４０オングストロームとを交互に４０層ずつ積
層した超格子構造よりなるｐ側クラッド層３０を成長さ
せる。このｐ側クラッド層はｎ側クラッド層と同じくキ
ャリア閉じ込め層及び光閉じ込め層して作用し、特にｐ
側クラッド層側を超格子とすることにより、ｐ層の抵抗
が下がり閾値がより低下しやすい傾向にある。
℃においてＭｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ層４０オングストロームと、アンドープ
ＧａＮ層４０オングストロームとを交互に４０層ずつ積
層した超格子構造よりなるｐ側クラッド層３０を成長さ
せる。このｐ側クラッド層はｎ側クラッド層と同じくキ
ャリア閉じ込め層及び光閉じ込め層して作用し、特にｐ
側クラッド層側を超格子とすることにより、ｐ層の抵抗
が下がり閾値がより低下しやすい傾向にある。
【００３６】（ｐ側コンタクト層３１）最後に、ｐ側ク
ラッド層３０の上に、１０５０℃でＭｇを２×１０20／
cm3ドープしたＧａＮよりなるｐ側コンタクト層３１を
１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
ラッド層３０の上に、１０５０℃でＭｇを２×１０20／
cm3ドープしたＧａＮよりなるｐ側コンタクト層３１を
１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００３７】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型不純物がドープされた層
をさらに低抵抗化する。
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型不純物がドープされた層
をさらに低抵抗化する。
【００３８】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、図２に示すように、ＲＩＥ装置で最上層のｐ
側コンタクト層３１と、ｐ側クラッド層３０とをエッチ
ングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状と
する。特に活性層よりも上にあるＡｌを含む窒化物半導
体層以上の層をリッジ形状とすることにより、活性層の
発光がリッジ下部に集中して、横モードが単一化しやす
く、閾値が低下しやすい。リッジ形成後、リッジ表面に
マスクを形成し、図２に示すように、ストライプ状のリ
ッジに対して左右対称にして、ｎ電極３４を形成すべき
第２の窒化物半導体層２３の表面を露出させる。
取り出し、図２に示すように、ＲＩＥ装置で最上層のｐ
側コンタクト層３１と、ｐ側クラッド層３０とをエッチ
ングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状と
する。特に活性層よりも上にあるＡｌを含む窒化物半導
体層以上の層をリッジ形状とすることにより、活性層の
発光がリッジ下部に集中して、横モードが単一化しやす
く、閾値が低下しやすい。リッジ形成後、リッジ表面に
マスクを形成し、図２に示すように、ストライプ状のリ
ッジに対して左右対称にして、ｎ電極３４を形成すべき
第２の窒化物半導体層２３の表面を露出させる。
【００３９】次にｐ側コンタクト層３１のリッジ最上層
のほぼ全面にＮｉとＡｕよりなるｐ電極３２を形成す
る。一方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極３４をストライプ
状の第２の窒化物半導体層２３のほぼ全面に形成する。
なおほぼ全面とは８０％以上の面積をいう。このように
ｐ電極３２に対して左右対称に第２の窒化物半導体層２
３を露出させて、その第２の層２３のほぼ全面にｎ電極
を設けることも、閾値を低下させる上で非常に有利であ
る。さらに、ｐ電極とｎ電極との間にＳｉＯ2よりなる
絶縁膜３５を形成した後、その絶縁膜３５を介してｐ電
極３２と電気的に接続したＡｕよりなるｐパッド電極３
３を形成する。
のほぼ全面にＮｉとＡｕよりなるｐ電極３２を形成す
る。一方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極３４をストライプ
状の第２の窒化物半導体層２３のほぼ全面に形成する。
なおほぼ全面とは８０％以上の面積をいう。このように
ｐ電極３２に対して左右対称に第２の窒化物半導体層２
３を露出させて、その第２の層２３のほぼ全面にｎ電極
を設けることも、閾値を低下させる上で非常に有利であ
る。さらに、ｐ電極とｎ電極との間にＳｉＯ2よりなる
絶縁膜３５を形成した後、その絶縁膜３５を介してｐ電
極３２と電気的に接続したＡｕよりなるｐパッド電極３
３を形成する。
【００４０】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨
剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側のサファ
イア基板２０をラッピングし、基板の厚さを５０μｍと
する。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で１μｍポリ
シングして基板表面を鏡面状とする。
成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨
剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側のサファ
イア基板２０をラッピングし、基板の厚さを５０μｍと
する。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で１μｍポリ
シングして基板表面を鏡面状とする。
【００４１】基板研磨後、研磨面側をスクライブして、
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開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３２に平
行な方向で、バーを切断してレーザ素子とする。この素
子をヒートシンクに設置して室温でレーザ発振を試みた
ところ、室温において、閾値電流密度２．５ｋＡ／c
m2、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発
振が確認され、５００時間以上の寿命を示し、従来の窒
化物半導体レーザ素子に比較して１０倍以上寿命が向上
した。
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開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３２に平
行な方向で、バーを切断してレーザ素子とする。この素
子をヒートシンクに設置して室温でレーザ発振を試みた
ところ、室温において、閾値電流密度２．５ｋＡ／c
m2、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発
振が確認され、５００時間以上の寿命を示し、従来の窒
化物半導体レーザ素子に比較して１０倍以上寿命が向上
した。
【００４２】［実施例３］実施例１において、第３の窒
化物半導体層５成長時に、温度を８００℃にしてＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎ層を２００オングストロームの膜厚で成長させ
る他は実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、
実施例１とほぼ同等の特性を有する素子が得られた。
化物半導体層５成長時に、温度を８００℃にしてＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎ層を２００オングストロームの膜厚で成長させ
る他は実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、
実施例１とほぼ同等の特性を有する素子が得られた。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の素子で
は、活性層と基板との間にあるアンドープの第１の窒化
物半導体層で、ｎ型不純物がドープされた第２の窒化物
半導体の結晶性を維持するように成長できるので、次に
ｎ型不純物をドープした第２の窒化物半導体層が結晶性
よく厚膜で成長できる。さらにアンドープの第３の窒化
物半導体がその層の上に成長させる窒化物半導体層のた
めの結晶性の良い下地層となる。そのため第２の窒化物
半導体層の抵抗率を低下できて、キャリア濃度が上がる
ために、非常に効率の良い窒化物半導体素子を実現する
ことができる。このように本発明によれば、Ｖｆ、閾値
の低い発光素子が実現できるため、素子の発熱量も少な
くなり、信頼性が向上した素子を提供することができ
る。
は、活性層と基板との間にあるアンドープの第１の窒化
物半導体層で、ｎ型不純物がドープされた第２の窒化物
半導体の結晶性を維持するように成長できるので、次に
ｎ型不純物をドープした第２の窒化物半導体層が結晶性
よく厚膜で成長できる。さらにアンドープの第３の窒化
物半導体がその層の上に成長させる窒化物半導体層のた
めの結晶性の良い下地層となる。そのため第２の窒化物
半導体層の抵抗率を低下できて、キャリア濃度が上がる
ために、非常に効率の良い窒化物半導体素子を実現する
ことができる。このように本発明によれば、Ｖｆ、閾値
の低い発光素子が実現できるため、素子の発熱量も少な
くなり、信頼性が向上した素子を提供することができ
る。
【図１】 本発明の一実施例に係るＬＥＤ素子の構造を
示す模式断面図。
示す模式断面図。
【図２】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す模式断面図。
を示す模式断面図。
１、２０・・・基板
２、２１・・・バッファ層
３、２２・・・第１の窒化物半導体層
４、２３・・・第２の窒化物半導体層
５、２４・・・第３の窒化物半導体層
６、２７・・・活性層
７、３０・・・ｐ側クラッド層
８、３１・・・ｐ側コンタクト層
２５・・・ｎ側光ガイド層
２６・・・ｎ側クラッド層
２８・・・ｐ側キャップ層
２９・・・ｐ側光ガイド層
９、３２・・・ｐ電極
１０、３３・・・ｐパッド電極
１１、３４・・・ｎ電極
３５・・・絶縁膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−97921（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−27640（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−249795（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−129930（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−302929（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−293935（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−221726（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−303458（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−8274（ＪＰ，Ａ)
Claims (9)
- 【請求項１】 基板と活性層との間に、基板側から順に
アンドープの第１の窒化物半導体層と、ｎ型不純物がド
ープされたｎ導電型の第２の窒化物半導体層と、アンド
ープの第３の窒化物半導体層とを備え、前記基板と前記
第１の窒化物半導体層との間に、第１の窒化物半導体層
よりも低温で成長されるバッファ層を有する窒化物半導
体発光素子であって、 前記第２の窒化物半導体層は超格子構造でありかつ該第
２の窒化物半導体層にｎ電極が形成され、 前記第３の窒化物半導体層がＩｎＧａＮであることを特
徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第３の窒化物半導体層が、Ｉｎ混晶
比ｙが０．１以下であるＩｎｙＧａ１−ｙＮであること
を特徴とする請求項１記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項３】 基板と活性層との間に、基板側から順に
アンドープの第１の窒化物半導体層と、ｎ型不純物がド
ープされたｎ導電型の第２の窒化物半導体層と、アンド
ープの第３の窒化物半導体層とを備え、前記基板と前記
第１の窒化物半導体層との間に、第１の窒化物半導体層
よりも低温で成長されるバッファ層を有する窒化物半導
体発光素子であって、 前記第２の窒化物半導体層は超格子構造でありかつ該第
２の窒化物半導体層にｎ電極が形成され、 前記第２の窒化物半導体層の抵抗率が８×１０-3Ω・cm
未満で１×１０-５Ω・cm以上であり、 前記第１の窒化物半導体層がＡｌＧａＮであることを特
徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記第１の窒化物半導体層が、Ｘ値が
０．２以下のＡｌＸＧａ１−ＸＮであることを特徴とす
る請求項３記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項５】 基板と活性層との間に、基板側から順に
アンドープの第１の窒化物半導体層と、ｎ型不純物がド
ープされたｎ導電型の第２の窒化物半導体層と、前記第
２の窒化物半導体層よりも抵抗率が大きい第３の窒化物
半導体層とを備え、前記基板と前記第１の窒化物半導体
層との間に、第１の窒化物半導体層よりも低温で成長さ
れるバッファ層を有する窒化物半導体発光素子であっ
て、 前記第２の窒化物半導体層は超格子構造でありかつ該第
２の窒化物半導体層にｎ電極が形成され、 前記第２の窒化物半導体層の抵抗率が８×１０-3Ω・cm
未満で１×１０-５Ω・cm以上であることを特徴とする
窒化物半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記第３の窒化物半導体層がＧａＮ若し
くはＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項５記載の
窒化物半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記第１の窒化物半導体層がＧａＮ若し
くはＡｌＧａＮであることを特徴とする請求項５又は６
記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項８】 前記第３の窒化物半導体層の膜厚が０．
５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のうち
のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項９】 前記超格子構造の第２の窒化物半導体層
に、ｎ型不純物が変調ドープされていることを特徴とす
る請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の窒化物半
導体発光素子。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34897297A JP3448196B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-12-18 | 窒化物半導体発光素子 |
| KR10-1998-0030067A KR100511530B1 (ko) | 1997-07-25 | 1998-07-25 | 질화물반도체소자 |
| CA002298491A CA2298491C (en) | 1997-07-25 | 1998-07-27 | Nitride semiconductor device |
| PCT/JP1998/003336 WO1999005728A1 (en) | 1997-07-25 | 1998-07-27 | Nitride semiconductor device |
| US09/463,643 US7365369B2 (en) | 1997-07-25 | 1998-07-27 | Nitride semiconductor device |
| CNB988075199A CN1142598C (zh) | 1997-07-25 | 1998-07-27 | 氮化物半导体发光器件 |
| AU83584/98A AU747260B2 (en) | 1997-07-25 | 1998-07-27 | Nitride semiconductor device |
| EP98933944A EP1014455B1 (en) | 1997-07-25 | 1998-07-27 | Nitride semiconductor device |
| DE69835216T DE69835216T2 (de) | 1997-07-25 | 1998-07-27 | Halbleitervorrichtung aus einer nitridverbindung |
| US12/068,063 US8592841B2 (en) | 1997-07-25 | 2008-02-01 | Nitride semiconductor device |
| US14/087,081 US20140077157A1 (en) | 1997-07-25 | 2013-11-22 | Nitride semiconductor device |
Applications Claiming Priority (5)
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|---|---|---|---|
| JP19947197 | 1997-07-25 | ||
| JP9-199471 | 1997-11-06 | ||
| JP9-304328 | 1997-11-06 | ||
| JP30432897 | 1997-11-06 | ||
| JP34897297A JP3448196B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-12-18 | 窒化物半導体発光素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001319394A Division JP2002164572A (ja) | 1997-07-25 | 2001-10-17 | 窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11195812A JPH11195812A (ja) | 1999-07-21 |
| JP3448196B2 true JP3448196B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=27327648
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP34897297A Expired - Fee Related JP3448196B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-12-18 | 窒化物半導体発光素子 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3448196B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4815732B2 (ja) * | 1998-12-08 | 2011-11-16 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子 |
| JP2001168385A (ja) | 1999-12-06 | 2001-06-22 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
| TWI252599B (en) | 2004-04-27 | 2006-04-01 | Showa Denko Kk | N-type group III nitride semiconductor layered structure |
| JP2005340762A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-12-08 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2006013473A (ja) * | 2004-05-24 | 2006-01-12 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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| JP2006019713A (ja) * | 2004-06-03 | 2006-01-19 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびそれを用いたｌｅｄ |
| TWI398966B (zh) * | 2009-06-08 | 2013-06-11 | Epistar Corp | 發光元件及其製造方法 |
-
1997
- 1997-12-18 JP JP34897297A patent/JP3448196B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11195812A (ja) | 1999-07-21 |
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