JP3478090B2 - Nitride semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、LED(発光ダイ
オード)、LD(レーザダイオード)、あるいはスーパ
ルミネッセントダイオード(SLD)等の発光素子、太
陽電池、光センサー等の受光素子、あるいはトランジス
タ、パワーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化
物半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0
≦Y、X+Y≦1)を用いた素子に関する。なお、本明細
書において使用する一般式InXGa1−XN、AlY
Ga1−YN等は単に窒化物半導体層の組成式を示すも
のであって、異なる層が例えば同一の組成式で示されて
いても、それらの層のX値、Y値が一致していることを示
すものではない。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting element such as an LED (light emitting diode), an LD (laser diode), or a super luminescent diode (SLD), a light receiving element such as a solar cell or an optical sensor, or a transistor. Nitride semiconductors used in electronic devices such as power devices (In X Al Y Ga 1-XY N, 0 ≦ X, 0
It relates to an element using ≦ Y, X + Y ≦ 1). Note that the general formulas In X Ga 1-X N and Al Y used in this specification are used.
Ga 1 -Y N and the like merely represent the composition formula of the nitride semiconductor layer, and even if different layers are represented by the same composition formula, the X value and the Y value of those layers are the same. It does not indicate that
【0002】[0002]
【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色LED、純緑
色LEDの材料として、フルカラーLEDディスプレ
イ、交通信号等で最近実用化されたばかりである。これ
らの各種デバイスに使用されるLEDは、InGaNよ
りなる井戸層を有する単一量子井戸構造(SQW:Sing
le-Quantum- Well)、若しくは多重量子井戸構造(MQ
W:Multi-Quantum-Well)の活性層が、n型窒化物半導
体層とp型窒化物半導体層との間に挟まれたダブルへテ
ロ構造を有している。青色、緑色等の波長はInGaN
井戸層のIn組成比を増減することで決定されている。2. Description of the Related Art Nitride semiconductors have recently been put into practical use as materials for high-brightness blue LEDs and pure green LEDs in full-color LED displays, traffic signals and the like. The LED used in these various devices has a single quantum well structure (SQW: Sing) having a well layer made of InGaN.
le-Quantum-Well) or multiple quantum well structure (MQ
An active layer of W: Multi-Quantum-Well) has a double hetero structure sandwiched between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer. Wavelengths such as blue and green are InGaN
It is determined by increasing or decreasing the In composition ratio of the well layer.
【0003】また、本出願人は、最近この材料を用いて
パルス電流下、室温での410nmのレーザ発振を世界
で初めて発表した{例えば、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L
74、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L217等}。このレーザ素
子は、InGaNよりなる井戸層を用いた多重量子井戸
構造の活性層を有するダブルへテロ構造を有し、パルス
幅2μs、パルス周期2msの条件で、閾値電流610
mA、閾値電流密度8.7kA/cm2、410nmの発
振を示す。さらに、我々は改良したレーザ素子をAppl.P
hys.Lett.69(1996)1477において発表した。このレーザ
素子は、p型窒化物半導体層の一部にリッジストライプ
が形成された構造を有しており、パルス幅1μs、パル
ス周期1ms、デューティー比0.1%で、閾値電流1
87mA、閾値電流密度3kA/cm2、410nmの発
振を示す。そして、さらに我々は室温での連続発振にも
初めて成功し、発表した。{例えば、日経エレクトロニ
クス 1996年12月2日号 技術速報、Appl.Phys.Lett.69(1
996)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、2
7時間の連続発振を示す。Further, the present applicant recently announced the world's first laser oscillation of 410 nm at room temperature under a pulse current using this material (for example, Jpn.J.Appl.Phys.35 (1996) L).
74, Jpn.J.Appl.Phys.35 (1996) L217 etc.}. This laser device has a double hetero structure having an active layer of a multi-quantum well structure using a well layer made of InGaN, and a threshold current 610 under the condition of a pulse width of 2 μs and a pulse period of 2 ms.
Oscillation at 410 nm with a mA, threshold current density of 8.7 kA / cm 2 , is shown. Furthermore, we have developed an improved laser device in Appl.P.
hys.Lett.69 (1996) 1477. This laser device has a structure in which a ridge stripe is formed on a part of a p-type nitride semiconductor layer, has a pulse width of 1 μs, a pulse period of 1 ms, a duty ratio of 0.1%, and a threshold current of 1%.
Oscillation of 410 mA at 87 mA, threshold current density of 3 kA / cm 2 , is shown. And we also succeeded in continuous oscillation at room temperature for the first time and announced. {For example, Nikkei Electronics December 2, 1996 Technical Bulletin, Appl.Phys.Lett.69 (1
996) 3034, Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 4056, etc.}, this laser device has a threshold current density of 3.6 kA /
cm 2 , threshold voltage 5.5 V, 1.5 mW output, 2
7 hours continuous oscillation is shown.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体よりなる
青色、緑色LEDは順方向電流(If)20mAで、順
方向電圧(Vf)が3.4V〜3.6Vあり、GaAl
As系の半導体よりなる赤色LEDに比べて2V以上高
いため、さらなるVfの低下が望まれている。また、L
Dでは閾値での電流、電圧が未だ高く、室温で長時間連
続発振させるためには、この閾値電流、電圧が下がるよ
うな、さらに効率の高い素子を実現する必要がある。The blue and green LEDs made of a nitride semiconductor have a forward current (If) of 20 mA and a forward voltage (Vf) of 3.4V to 3.6V.
Since it is higher than the red LED made of an As-based semiconductor by 2 V or more, further reduction of Vf is desired. Also, L
In D, the current and voltage at the threshold are still high, and in order to continuously oscillate at room temperature for a long time, it is necessary to realize an element with higher efficiency such that the threshold current and voltage are lowered.
【0005】レーザ素子の閾値電圧を低下させることが
できれば、その技術をLED素子に適用すると、LED
素子のVfの低下が予想できる。従って本発明の目的と
するところは、主として窒化物半導体よりなるLD素子
の閾値での電流、電圧を低下させることにより長時間の
連続発振を実現することにある。If the threshold voltage of the laser element can be lowered, if the technique is applied to the LED element,
A decrease in Vf of the device can be expected. Therefore, an object of the present invention is to realize continuous oscillation for a long time by reducing the current and voltage at the threshold of the LD element mainly made of a nitride semiconductor.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、窒化物半導体
素子において、活性層以外のいずれか1つ以上の半導体
層を歪み超格子構造とすることにより、該半導体層の結
晶性をよくでき、該半導体層の電気抵抗を低くできるこ
とを見いだして完成させたものである。すなわち、本発
明の第1の窒化物半導体素子は、活性層が、n導電側
(以下、n側という。)の窒化物半導体層とp導電側
(以下、p側という。)の窒化物半導体層との間に形成
されてなる窒化物半導体素子であって、前記n導電側の
窒化物半導体層において、前記活性層と離れた位置、若
しくは接した位置に、第1と第2の窒化物半導体層とが
積層されてなるn側歪み超格子層を有し、前記第1の窒
化物半導体層は、前記第2の窒化物半導体層より大きい
バンドギャップエネルギーと前記第2の窒化物半導体層
より大きいn型不純物濃度とを有し、前記第1の窒化物
半導体層において、前記第2の窒化物半導体層に近接す
る部分のn型不純物濃度を前記第2の窒化物半導体層か
ら離れた部分に比較して小さくしたことを特徴とする。
ここで、本明細書において、p導電側とは活性層と正電
極(p電極)との間にある窒化物半導体層を指し、n導
電側とは、活性層を挟んでp導電側と反対側にある窒化
物半導体層を指すものとする。なお、第1の窒化物半導
体層と第2の窒化物半導体層との積層順序は、問わない
ことは言うまでもない。According to the present invention, in a nitride semiconductor device, any one or more semiconductor layers other than the active layer can have a strained superlattice structure to improve the crystallinity of the semiconductor layer. It was completed by finding that the electric resistance of the semiconductor layer can be lowered. That is, in the first nitride semiconductor device of the present invention, the active layer has a nitride semiconductor layer on the n-conductive side (hereinafter, referred to as the n-side) and a nitride semiconductor on the p-conductive side (hereinafter, referred to as the p-side). A nitride semiconductor device formed between the first and second nitride semiconductor layers, the first and second nitride semiconductor layers being located at a position apart from or in contact with the active layer in the nitride semiconductor layer on the n-conductive side. An n-side strained superlattice layer formed by laminating a semiconductor layer, wherein the first nitride semiconductor layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer. And a higher n-type impurity concentration, the n-type impurity concentration of a portion of the first nitride semiconductor layer that is closer to the second nitride semiconductor layer is separated from the second nitride semiconductor layer. It is characterized in that it is smaller than the portion.
Here, in this specification, the p-conductive side refers to the nitride semiconductor layer between the active layer and the positive electrode (p-electrode), and the n-conductive side is opposite to the p-conductive side with the active layer sandwiched therebetween. It refers to the nitride semiconductor layer on the side. Needless to say, the order of stacking the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer does not matter.
【0007】また、本発明の第2の窒化物半導体素子
は、活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側の
窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素
子であって、前記n導電側の窒化物半導体層において、
前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第1
と第2の窒化物半導体層とが積層されてなるn側歪み超
格子層を有し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2
の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギー
と前記第2の窒化物半導体層より小さいn型不純物濃度
とを有し、前記第2の窒化物半導体層において、前記第
1の窒化物半導体層に近接する部分のn型不純物濃度を
前記第1の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小
さくしたことを特徴とする。The second nitride semiconductor device of the present invention is a nitride semiconductor device having an active layer formed between an n-conductive side nitride semiconductor layer and a p-conductive side nitride semiconductor layer. In the nitride semiconductor layer on the n-conductive side,
At a position apart from or in contact with the active layer, the first
And an n-side strained superlattice layer formed by stacking a second nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, wherein the first nitride semiconductor layer is the second nitride semiconductor layer.
Has a bandgap energy larger than that of the nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration smaller than that of the second nitride semiconductor layer, and is close to the first nitride semiconductor layer in the second nitride semiconductor layer. It is characterized in that the n-type impurity concentration of the portion to be formed is made smaller than that of the portion separated from the first nitride semiconductor layer.
【0008】以上のように構成された本発明に係る第1
と第2の窒化物半導体素子は、超格子層で構成された窒
化物半導体層の電気抵抗を小さくできるので、n導電側
の窒化物半導体層の全体としての抵抗を小さくできる。
また、本発明に係る窒化物半導体素子では、超格子層に
おいてバンドギャップエネルギーの大きな第1の窒化物
半導体層の不純物濃度をバンドギャップエネルギーの小
さい第2の窒化物半導体層の不純物濃度に比較して、大
きくしてもよいし、小さくしてもよい。The first aspect of the present invention configured as described above
Since the second nitride semiconductor element can reduce the electric resistance of the nitride semiconductor layer formed of the superlattice layer, the resistance of the nitride semiconductor layer on the n-conductive side as a whole can be reduced.
Further, in the nitride semiconductor device according to the present invention, the impurity concentration of the first nitride semiconductor layer having a large bandgap energy in the superlattice layer is compared with the impurity concentration of the second nitride semiconductor layer having a small bandgap energy. Therefore, it may be increased or decreased.
【0009】本発明に係る第1の窒化物半導体素子のよ
うに、前記第1の窒化物半導体層の不純物濃度を第2の
窒化物半導体層の不純物濃度に比較して大きくした場
合、キャリアをバンドギャップエネルギーの大きな第1
の窒化物半導体層で発生させて、バンドギャップエネル
ギーの小さい第2の窒化物半導体層に注入でき、注入さ
れたキャリアを不純物濃度が小さく移動度の大きい第2
の窒化物半導体層で移動させることができるので、超格
子層の電気抵抗を小さくできる。また、前記第1の窒化
物半導体層の不純物濃度を第2の窒化物半導体層の不純
物濃度に比較して大きくした場合、第1の窒化物半導体
素子では、超格子層の第1の窒化物半導体層において、
第2の窒化物半導体層に近接する部分(以下、近接部分
という。)のn型又はp型不純物濃度を、第2の窒化物
半導体層から離れた部分に比較して小さくすることが好
ましい。これによって、第2の窒化物半導体層中を移動
するキャリアが、前記近接部分の不純物によって散乱さ
れるのを防止でき、第2の窒化物半導体層の移動度をさ
らに高くでき、超格子層の電気抵抗をさらに低くでき
る。As in the first nitride semiconductor device according to the present invention, when the impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is made higher than that of the second nitride semiconductor layer, carriers are The first with a large bandgap energy
Can be generated in the second nitride semiconductor layer and injected into the second nitride semiconductor layer having a small band gap energy, and the injected carriers can be injected into the second nitride semiconductor layer having a low impurity concentration and a high mobility.
Since it can be moved in the nitride semiconductor layer, the electric resistance of the superlattice layer can be reduced. When the impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is made higher than that of the second nitride semiconductor layer, in the first nitride semiconductor device, the first nitride of the superlattice layer is formed. In the semiconductor layer,
It is preferable that the n-type or p-type impurity concentration of a portion adjacent to the second nitride semiconductor layer (hereinafter referred to as an adjacent portion) be smaller than that of a portion distant from the second nitride semiconductor layer. As a result, carriers moving in the second nitride semiconductor layer can be prevented from being scattered by impurities in the adjacent portion, the mobility of the second nitride semiconductor layer can be further increased, and the superlattice layer The electric resistance can be further reduced.
【0010】また、本発明に係る第2の窒化物半導体素
子のように、前記第1の窒化物半導体層の不純物濃度を
第2の窒化物半導体層の不純物濃度に比較して小さくし
た場合、前記第2の窒化物半導体層において、前記第1
の窒化物半導体層に近接する部分のn型不純物濃度を前
記第1の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小さ
くすることが好ましい。When the impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is made smaller than that of the second nitride semiconductor layer as in the second nitride semiconductor device according to the present invention, In the second nitride semiconductor layer, the first
It is preferable that the n-type impurity concentration of the portion close to the nitride semiconductor layer is lower than that of the portion distant from the first nitride semiconductor layer.
【0011】また、本発明の第3の窒化物半導体素子
は、活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側の
窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素
子であって、前記p導電側の窒化物半導体層において、
前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第3
と第4の窒化物半導体層とが積層されてなるp側歪み超
格子層を有し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4
の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギー
と前記第4の窒化物半導体層より大きいp型不純物濃度
とを有し、前記第3の窒化物半導体層において、前記第
4の窒化物半導体層に近接する部分のp型不純物濃度を
前記第4の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小
さくしたことを特徴とする。Further, in a third nitride semiconductor device of the present invention, the active layer is formed between the n-conductive side nitride semiconductor layer and the p-conductive side nitride semiconductor layer. In the nitride semiconductor layer on the p-conductive side,
At a position apart from or in contact with the active layer, a third
And a fourth nitride semiconductor layer are stacked to form a p-side strained superlattice layer, and the third nitride semiconductor layer is the fourth nitride semiconductor layer.
Has a bandgap energy larger than that of the nitride semiconductor layer and a p-type impurity concentration larger than that of the fourth nitride semiconductor layer, and is closer to the fourth nitride semiconductor layer in the third nitride semiconductor layer. It is characterized in that the p-type impurity concentration of the portion to be formed is made smaller than that of the portion separated from the fourth nitride semiconductor layer.
【0012】さらに、本発明の第4の窒化物半導体素子
は、活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側の
窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素
子であって、前記p導電側の窒化物半導体層において、
前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第3
と第4の窒化物半導体層とが積層されてなるp側歪み超
格子層を有し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4
の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギー
と前記第4の窒化物半導体層より小さいp型不純物濃度
とを有し、前記第4の窒化物半導体層において、前記第
3の窒化物半導体層に近接する部分のp型不純物濃度を
前記第3の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小
さくしたことを特徴とする。ここで、本明細書におい
て、n側歪み超格子層とp側歪み超格子層とを総括して
呼ぶときは、単に超格子層と呼ぶ。また、第3の窒化物
半導体層と第4の窒化物半導体層との積層順序は問わな
いことは言うまでもない。Further, in a fourth nitride semiconductor device of the present invention, the active layer is formed between the n-conductive side nitride semiconductor layer and the p-conductive side nitride semiconductor layer. In the nitride semiconductor layer on the p-conductive side,
At a position apart from or in contact with the active layer, a third
And a fourth nitride semiconductor layer are stacked to form a p-side strained superlattice layer, and the third nitride semiconductor layer is the fourth nitride semiconductor layer.
Has a bandgap energy larger than that of the nitride semiconductor layer and a p-type impurity concentration smaller than that of the fourth nitride semiconductor layer, and is close to the third nitride semiconductor layer in the fourth nitride semiconductor layer. It is characterized in that the p-type impurity concentration of the portion to be formed is made smaller than that of the portion away from the third nitride semiconductor layer. In this specification, the n-side strained superlattice layer and the p-side strained superlattice layer are collectively referred to as a superlattice layer. It goes without saying that the order of stacking the third nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer does not matter.
【0013】以上のように構成された本発明に係る第3
と第4の窒化物半導体素子は、超格子層で構成された窒
化物半導体層の電気抵抗を小さくできるので、p導電側
の窒化物半導体層の全体としての抵抗を小さくできる。
また、本発明に係る窒化物半導体素子では、超格子層に
おいてバンドギャップエネルギーの大きな第3の窒化物
半導体層の不純物濃度をバンドギャップエネルギーの小
さい第4の窒化物半導体層の不純物濃度に比較して、大
きくしてもよいし、小さくしてもよい。The third aspect of the present invention configured as described above
Since the fourth nitride semiconductor device can reduce the electric resistance of the nitride semiconductor layer formed of the superlattice layer, the resistance of the nitride semiconductor layer on the p-conductive side as a whole can be reduced.
Further, in the nitride semiconductor device according to the present invention, the impurity concentration of the third nitride semiconductor layer having a large bandgap energy in the superlattice layer is compared with the impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer having a small bandgap energy. Therefore, it may be increased or decreased.
【0014】本発明に係る第3の窒化物半導体素子のよ
うに、前記第3の窒化物半導体層の不純物濃度を第4の
窒化物半導体層の不純物濃度に比較して大きくした場
合、キャリアをバンドギャップエネルギーの大きな第3
の窒化物半導体層で発生させて、バンドギャップエネル
ギーの小さい第4の窒化物半導体層に注入でき、注入さ
れたキャリアを不純物濃度が小さく移動度の大きい第4
の窒化物半導体層で移動させることができるので、超格
子層の電気抵抗を小さくできる。また、前記第3の窒化
物半導体層の不純物濃度を第4の窒化物半導体層の不純
物濃度に比較して大きくした場合、超格子層の第1の窒
化物半導体層において、第4の窒化物半導体層に近接す
る部分(以下、近接部分という。)のp型不純物濃度
を、第4の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小
さくすることが好ましい。これによって、第4の窒化物
半導体層中を移動するキャリアが、前記近接部分の不純
物によって散乱されるのを防止でき、第4の窒化物半導
体層の移動度をさらに高くでき、超格子層の電気抵抗を
さらに低くできる。As in the third nitride semiconductor device according to the present invention, when the impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is made higher than the impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer, carriers are generated. Third with a large band gap energy
Can be injected into the fourth nitride semiconductor layer having a small bandgap energy, and the injected carriers can be injected into the fourth nitride semiconductor layer having a low impurity concentration and a high mobility.
Since it can be moved in the nitride semiconductor layer, the electric resistance of the superlattice layer can be reduced. In addition, when the impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is made higher than that of the fourth nitride semiconductor layer, in the first nitride semiconductor layer of the superlattice layer, a fourth nitride semiconductor layer is formed. It is preferable to make the p-type impurity concentration of a portion close to the semiconductor layer (hereinafter, referred to as a close portion) smaller than that of a portion distant from the fourth nitride semiconductor layer. As a result, carriers moving in the fourth nitride semiconductor layer can be prevented from being scattered by impurities in the adjacent portion, the mobility of the fourth nitride semiconductor layer can be further increased, and the superlattice layer The electric resistance can be further reduced.
【0015】また、本発明に係る第4の窒化物半導体素
子のように、前記第3の窒化物半導体層の不純物濃度を
第4の窒化物半導体層の不純物濃度に比較して小さくし
た場合、前記第4の窒化物半導体層において、前記第3
の窒化物半導体層に近接する部分のp型不純物濃度を前
記第3の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小さ
くすることが好ましい。Further, like the fourth nitride semiconductor device according to the present invention, when the impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is made smaller than the impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer, In the fourth nitride semiconductor layer, the third nitride
It is preferable that the p-type impurity concentration of the portion close to the nitride semiconductor layer is lower than that of the portion away from the third nitride semiconductor layer.
【0016】また、本発明に係る第5の窒化物半導体素
子は、活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側
の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体
素子であって、前記n導電側の窒化物半導体層におい
て、前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、
第1と第2の窒化物半導体層とが積層されてなるn側歪
み超格子層を有し、前記第1の窒化物半導体層は、前記
第2の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネル
ギーと前記第2の窒化物半導体層より大きいn型不純物
濃度とを有し、前記第1の窒化物半導体層において、前
記第2の窒化物半導体層に近接する部分のn型不純物濃
度を前記第2の窒化物半導体層から離れた部分に比較し
て小さくし、前記p導電側の窒化物半導体層において、
前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第3
と第4の窒化物半導体層とが積層されてなるp側歪み超
格子層を有し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4
の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギー
と前記第4の窒化物半導体層より小さいp型不純物濃度
とを有し、前記第4の窒化物半導体層において、前記第
3の窒化物半導体層に近接する部分のp型不純物濃度を
前記第3の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小
さくしたことを特徴とする。Further, in a fifth nitride semiconductor device according to the present invention, the active layer is formed between the n-conductive side nitride semiconductor layer and the p-conductive side nitride semiconductor layer. In the device, the nitride semiconductor layer on the n-conductive side is separated from the active layer or is in contact with the active layer.
An n-side strained superlattice layer formed by stacking a first and a second nitride semiconductor layer, wherein the first nitride semiconductor layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer; An n-type impurity concentration higher than that of the second nitride semiconductor layer, and an n-type impurity concentration of a portion of the first nitride semiconductor layer adjacent to the second nitride semiconductor layer is set to the second In the nitride semiconductor layer on the p-conductive side,
At a position apart from or in contact with the active layer, a third
And a fourth nitride semiconductor layer are stacked to form a p-side strained superlattice layer, and the third nitride semiconductor layer is the fourth nitride semiconductor layer.
Has a bandgap energy larger than that of the nitride semiconductor layer and a p-type impurity concentration smaller than that of the fourth nitride semiconductor layer, and is close to the third nitride semiconductor layer in the fourth nitride semiconductor layer. It is characterized in that the p-type impurity concentration of the portion to be formed is made smaller than that of the portion away from the third nitride semiconductor layer.
【0017】また、本発明に係る第6の窒化物半導体素
子は、活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側
の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体
素子であって、前記n導電側の窒化物半導体層におい
て、前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、
第1と第2の窒化物半導体層とが積層されてなるn側歪
み超格子層を有し、前記第1の窒化物半導体層は、前記
第2の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネル
ギーと前記第2の窒化物半導体層より小さいn型不純物
濃度とを有し、前記第2の窒化物半導体層において、前
記第1の窒化物半導体層に近接する部分のn型不純物濃
度を前記第1の窒化物半導体層から離れた部分に比較し
て小さくし、前記p導電側の窒化物半導体層において、
前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第3
と第4の窒化物半導体層とが積層されてなるp側歪み超
格子層を有し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4
の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギー
と前記第4の窒化物半導体層より大きいp型不純物濃度
とを有し、前記第3の窒化物半導体層において、前記第
4の窒化物半導体層に近接する部分のp型不純物濃度を
前記第4の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小
さくしたことを特徴とする。In the sixth nitride semiconductor device according to the present invention, the active layer is formed between the n-conductive side nitride semiconductor layer and the p-conductive side nitride semiconductor layer. In the element, the nitride semiconductor layer on the n-conducting side is provided at a position distant from or in contact with the active layer,
An n-side strained superlattice layer formed by stacking a first and a second nitride semiconductor layer, wherein the first nitride semiconductor layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer; An n-type impurity concentration lower than that of the second nitride semiconductor layer, and an n-type impurity concentration of a portion of the second nitride semiconductor layer adjacent to the first nitride semiconductor layer is set to the first nitride semiconductor layer. In the nitride semiconductor layer on the p-conductive side,
At a position apart from or in contact with the active layer, a third
And a fourth nitride semiconductor layer are stacked to form a p-side strained superlattice layer, and the third nitride semiconductor layer is the fourth nitride semiconductor layer.
Has a bandgap energy larger than that of the nitride semiconductor layer and a p-type impurity concentration larger than that of the fourth nitride semiconductor layer, and is closer to the fourth nitride semiconductor layer in the third nitride semiconductor layer. It is characterized in that the p-type impurity concentration of the portion to be formed is made smaller than that of the portion separated from the fourth nitride semiconductor layer.
【0018】本発明に係る第1と第5の窒化物半導体素
子では、前記第1の窒化物半導体層のn型不純物濃度が
1×1017/cm3〜1×1020/cm3の範囲にあ
り、第2の窒化物半導体層のn型不純物濃度が1×10
19/cm3以下であることが好ましい。すなわち、バン
ドギャップエネルギーの大きい第1の窒化物半導体層に
n型不純物を多くドープする場合、第1の窒化物半導体
層のn型不純物濃度が1×1017/cm3〜1×10
20/cm3の範囲にあり、第2の窒化物半導体層のn型
不純物濃度が、第1の窒化物半導体層より小さくかつ1
×1019/cm3以下に設定することが好ましい。なお
バンドギャップエネルギーが小さい第2の窒化物半導体
層のn型不純物濃度は、1×1018/cm3以下である
ことがより好ましく、1×1017/cm3以下であるこ
とがより好ましい。すなわち、第2の窒化物半導体層の
移動度を高くする観点からは、第2の窒化物半導体層の
n型不純物濃度は小さければ小さいほどよく、第2の窒
化物半導体層をアンドープ(undope)層、即ち不
純物を意図的にドープしない状態が最も望ましい。In the first and fifth nitride semiconductor devices according to the present invention, the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 . And the n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer is 1 × 10
It is preferably 19 / cm 3 or less. That is, when the first nitride semiconductor layer having a large band gap energy is heavily doped with n-type impurities, the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10.
In the range of 20 / cm 3 and the n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer is lower than that of the first nitride semiconductor layer and is 1 or less.
× is preferably set to 10 19 / cm 3 or less. The n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer having a small band gap energy is more preferably 1 × 10 18 / cm 3 or less, and further preferably 1 × 10 17 / cm 3 or less. That is, from the viewpoint of increasing the mobility of the second nitride semiconductor layer, the smaller the n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer, the better, and the second nitride semiconductor layer is undoped. The layer, that is, the state in which impurities are not intentionally doped is most desirable.
【0019】本発明に係る第7の窒化物半導体素子は、
活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側の窒化
物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素子で
あって、前記n導電側の窒化物半導体層において、前記
活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第
2の窒化物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子
層を有し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒
化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前
記第2の窒化物半導体層より小さいn型不純物濃度とを
有することを特徴とする。A seventh nitride semiconductor device according to the present invention is
A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the active layer in the nitride semiconductor layer on the n-conductive side is the active layer. An n-side strained superlattice layer formed by stacking first and second nitride semiconductor layers is provided at a position apart from or in contact with the layer, and the first nitride semiconductor layer is the first nitride semiconductor layer. The second nitride semiconductor layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration smaller than that of the second nitride semiconductor layer.
【0020】本発明に係る第8の窒化物半導体素子は、
活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側の窒化
物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素子で
あって、前記n導電側の窒化物半導体層において、前記
活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第
2の窒化物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子
層を有し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒
化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前
記第2の窒化物半導体層より小さいn型不純物濃度とを
有し、前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活
性層と離れた位置、若しくは接した位置に、互いにバン
ドギャップエネルギーが異なりかつ互いにp型不純物濃
度が異なる第3と第4の窒化物半導体層とが積層されて
なるp側歪み超格子層を有することを特徴とする。An eighth nitride semiconductor device according to the present invention is
A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the active layer in the nitride semiconductor layer on the n-conductive side is the active layer. An n-side strained superlattice layer formed by stacking first and second nitride semiconductor layers is provided at a position apart from or in contact with the layer, and the first nitride semiconductor layer is the first nitride semiconductor layer. Second nitride semiconductor layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration smaller than that of the second nitride semiconductor layer, and the nitride semiconductor layer on the p-conduction side is located at a position distant from the active layer, Alternatively, it is characterized by having a p-side strained superlattice layer formed by laminating third and fourth nitride semiconductor layers having different bandgap energies and different p-type impurity concentrations at a contact position.
【0021】また、本発明に係る第2、第7及び第8の
窒化物半導体素子では、すなわち、前記第1の窒化物半
導体層の不純物濃度を第2の窒化物半導体層の不純物濃
度に比較して小さくした場合、前記第1の窒化物半導体
層のn型不純物濃度が1×1019/cm3以下であり、
前記第2の窒化物半導体層のn型不純物濃度が1×10
17/cm3〜1×1020/cm3の範囲であることが好
ましい。尚、前記第1の窒化物半導体層は、好ましくは
1×1018/cm3以下、さらに好ましくは1×10
17/cm3以下、最も好ましくはアンドープ(und
ope)、すなわち、不純物を意図的にドープしない状
態が最も望ましい。Further, in the second, seventh and eighth nitride semiconductor devices according to the present invention, that is, the impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is compared with the impurity concentration of the second nitride semiconductor layer. And the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is 1 × 10 19 / cm 3 or less,
The n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer is 1 × 10
It is preferably in the range of 17 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 . The first nitride semiconductor layer is preferably 1 × 10 18 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18.
17 / cm 3 or less, most preferably undoped
ope), that is, the state in which impurities are not intentionally doped is most desirable.
【0022】また、第1、第2、第5〜第7の窒化物半
導体素子では、超格子層において、結晶性のよい超格子
層を形成するために、前記第1の窒化物半導体層を比較
的エネルギーバンドギャップが大きくかつ結晶性のよい
層を成長させることができるAlYGa1−YN(0<
Y<1)で形成し、前記第2の窒化物半導体層を比較的
エネルギーバンドギャップが小さく結晶性のよい層を成
長させることができるInXGa1−XN(0≦X<
1)で形成することが好ましい。さらに、第1、第2、
第5〜第7の窒化物半導体素子では、超格子層におい
て、前記第2の窒化物半導体層がGaNからなることが
さらに好ましい。これによって、前記第1の窒化物半導
体層(AlYGa1−YN)と、前記第2の窒化物半導
体層(GaN)とを同じ雰囲気中で成長させることがで
きるので、超格子層の製造上極めて有利である。また、
前記第1、第2、第5〜第7の窒化物半導体素子では、
超格子層において、前記第1の窒化物半導体層はAlX
Ga1−XN(0<X<1)で形成し、前記第2の窒化
物半導体層はAlYGa1−YN(0<Y<1,X>
Y)で形成することもできる。さらに、前記第1、第
2、第5〜第7の窒化物半導体素子では、前記第1の窒
化物半導体層又は前記第2の窒化物半導体層には、n型
不純物がドープされていないことがさらに好ましい。Further, in the first, second, fifth to seventh nitride semiconductor devices, in order to form a superlattice layer having good crystallinity, the first nitride semiconductor layer is formed. Al Y Ga 1-Y N (0 <, which can grow a layer having a relatively large energy band gap and good crystallinity
Y <1) and can grow the second nitride semiconductor layer having a relatively small energy band gap and good crystallinity. In X Ga 1-X N (0 ≦ X <
It is preferably formed in 1). In addition, the first, second,
In the fifth to seventh nitride semiconductor devices, it is further preferable that in the superlattice layer, the second nitride semiconductor layer is made of GaN. As a result, the first nitride semiconductor layer (Al Y Ga 1 -YN) and the second nitride semiconductor layer (GaN) can be grown in the same atmosphere, so that the superlattice layer It is extremely advantageous in manufacturing. Also,
In the first, second, fifth to seventh nitride semiconductor devices,
In the superlattice layer, the first nitride semiconductor layer is Al X
Ga 1-X N is formed by (0 <X <1), the second nitride semiconductor layer is Al Y Ga 1-Y N ( 0 <Y <1, X>
It can also be formed of Y). Further, in the first, second, fifth to seventh nitride semiconductor devices, the first nitride semiconductor layer or the second nitride semiconductor layer is not doped with an n-type impurity. Is more preferable.
【0023】また、第3又は第6の窒化物半導体素子に
おいて、すなわち、前記第3の窒化物半導体層の不純物
濃度を第4の窒化物半導体層の不純物濃度に比較して大
きくした場合には、バンドギャップエネルギーが大きい
第3の窒化物半導体層のp型不純物濃度が1×1018
/cm3〜1×1021/cm3の範囲にあり、第4の窒化
物半導体層のp型不純物濃度が、第3の窒化物半導体層
の不純物濃度より小さくかつ1×1020/cm3以下に
設定することがより好ましい。なおバンドギャップエネ
ルギーが小さい第4の窒化物半導体層は1×1019/
cm3以下であることがより好ましく、1×1018/cm
3以下であることがさらに好ましい。すなわち、第4の
窒化物半導体層の移動度を高くする観点からは、第4の
窒化物半導体層のp型不純物濃度は小さければ小さいほ
どよく、第4の窒化物半導体層をアンドープ層、即ち不
純物を意図的にドープしない状態が最も望ましい。In the third or sixth nitride semiconductor device, that is, when the impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is made higher than that of the fourth nitride semiconductor layer, , The p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer having a large band gap energy is 1 × 10 18
/ Cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 , and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is lower than the impurity concentration of the third nitride semiconductor layer and 1 × 10 20 / cm 3. The following setting is more preferable. Note that the fourth nitride semiconductor layer having a small band gap energy is 1 × 10 19 /
cm 3 or less is more preferable, and 1 × 10 18 / cm
It is more preferably 3 or less. That is, from the viewpoint of increasing the mobility of the fourth nitride semiconductor layer, the smaller the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer, the better. The state in which impurities are not intentionally doped is most desirable.
【0024】また、第4及び第5の窒化物半導体素子に
おいて、すなわち、前記第3の窒化物半導体層の不純物
濃度を第4の窒化物半導体層の不純物濃度に比較して小
さくした場合、前記第3の窒化物半導体層のp型不純物
濃度が1×1020/cm3以下であり、第4の窒化物半
導体層のp型不純物濃度が1×1018/cm3〜1×1
021/cm3の範囲であることが好ましい。尚、前記第
3の窒化物半導体層は、1×1019/cm3以下、さ
らに好ましくは1×1018/cm3以下、最も好まし
くはアンドープ(undope)、すなわち、不純物を
意図的にドープしない状態が最も望ましい。In the fourth and fifth nitride semiconductor devices, that is, when the impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is made lower than that of the fourth nitride semiconductor layer, The p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 20 / cm 3 or less, and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 1.
It is preferably in the range of 0 21 / cm 3 . The third nitride semiconductor layer is 1 × 10 19 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 / cm 3 or less, most preferably undope, that is, no impurities are intentionally doped. State is most desirable.
【0025】また、第3〜第6の窒化物半導体素子にお
いて、結晶性のよい超格子層を形成するために、前記第
3の窒化物半導体層を比較的エネルギーバンドギャップ
が大きくかつ結晶性のよい層を成長させることができる
AlYGa1−YN(0<Y<1)で形成し、前記第4
の窒化物半導体層をInXGa1−XN(0≦X<1)
で形成することが好ましい。前記第4の窒化物半導体層
は、GaNからなることがさらに好ましい。これによっ
て、前記第3の窒化物半導体層(AlYGa1−YN)
と、前記第4の窒化物半導体層(GaN)とを同じ雰囲
気中で成長させることができるので、超格子層の製造上
極めて有利である。また、第3〜第6の窒化物半導体素
子において、前記第3の窒化物半導体層はAlXGa
1−XN(0<X<1)で形成し、前記第4の窒化物半
導体層はAlYGa1−YN(0<Y<1,X>Y)で
形成してもよい。また、第3〜第6の窒化物半導体素子
において、前記第3の窒化物半導体層又は前記第4の窒
化物半導体層には、p型不純物がドープされていないこ
とが好ましい。In the third to sixth nitride semiconductor devices, in order to form a superlattice layer having good crystallinity, the third nitride semiconductor layer has a relatively large energy band gap and is crystalline. And a fourth layer formed of Al Y Ga 1-YN (0 <Y <1) capable of growing a good layer.
Of the nitride semiconductor layer of In X Ga 1-X N (0 ≦ X <1)
Is preferably formed. More preferably, the fourth nitride semiconductor layer is made of GaN. As a result, the third nitride semiconductor layer (Al Y Ga 1-YN ) is formed.
And the fourth nitride semiconductor layer (GaN) can be grown in the same atmosphere, which is extremely advantageous in manufacturing the superlattice layer. In addition, in the third to sixth nitride semiconductor devices, the third nitride semiconductor layer is Al X Ga.
1-X N (0 <X <1), and the fourth nitride semiconductor layer may be formed of Al Y Ga 1-Y N (0 <Y <1, X> Y). Further, in the third to sixth nitride semiconductor elements, it is preferable that the third nitride semiconductor layer or the fourth nitride semiconductor layer is not doped with p-type impurities.
【0026】本発明に係る第9の窒化物半導体素子は、
活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側の窒化
物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素子で
あって、前記n導電側の窒化物半導体層において、前記
活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第
2の窒化物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子
層を有し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒
化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前
記第2の窒化物半導体層より大きいn型不純物濃度とを
有し、前記第1の窒化物半導体層において、前記第2の
窒化物半導体層に近接する部分のn型不純物濃度を前記
第2の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小さく
し、前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活性
層と離れた位置、若しくは接した位置に、第3と第4の
窒化物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格子層を
有し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の窒化物
半導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第
4の窒化物半導体層より大きいp型不純物濃度とを有
し、前記第3の窒化物半導体層において、前記第4の窒
化物半導体層に近接する部分のp型不純物濃度を前記第
4の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小さくし
たことを特徴とする。この本発明に係る第9の窒化物半
導体素子では、前記第1の窒化物半導体層のn型不純物
濃度が1×1017/cm3〜1×1020/cm3の範囲
であって、第2の窒化物半導体層のn型不純物濃度が1
×1019/cm3以下でありかつ、前記第3の窒化物半
導体層のp型不純物濃度が1×1018/cm3〜1×1
021/cm3の範囲であって、前記第4の窒化物半導体
層のp型不純物濃度が1×1020/cm3以下であるこ
とが好ましい。A ninth nitride semiconductor device according to the present invention is
A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the active layer in the nitride semiconductor layer on the n-conductive side is the active layer. An n-side strained superlattice layer formed by stacking first and second nitride semiconductor layers is provided at a position apart from or in contact with the layer, and the first nitride semiconductor layer is the first nitride semiconductor layer. Second nitride semiconductor layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration larger than that of the second nitride semiconductor layer, and in the first nitride semiconductor layer, The n-type impurity concentration of the adjacent portion is made smaller than that of the portion distant from the second nitride semiconductor layer, and the nitride semiconductor layer on the p-conductive side is located at a position distant from or in contact with the active layer. The third and fourth nitride semiconductor layers at the positions The third nitride semiconductor layer has a stacked p-side strained superlattice layer, and the third nitride semiconductor layer has a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer and a p-type larger than that of the fourth nitride semiconductor layer. An impurity concentration and a p-type impurity concentration of a portion of the third nitride semiconductor layer adjacent to the fourth nitride semiconductor layer is compared with a portion of the third nitride semiconductor layer distant from the fourth nitride semiconductor layer. It is characterized by being made smaller. In the ninth nitride semiconductor device according to the present invention, the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 , N-type impurity concentration of the nitride semiconductor layer 2 is 1
X10 19 / cm 3 or less, and the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 1.
It is preferable that the concentration is in the range of 0 21 / cm 3 and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is 1 × 10 20 / cm 3 or less.
【0027】本発明に係る第10の窒化物半導体素子
は、活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側の
窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素
子であって、前記n導電側の窒化物半導体層において、
前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第1
と第2の窒化物半導体層とが積層されてなるn側歪み超
格子層を有し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2
の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギー
と前記第2の窒化物半導体層より大きいn型不純物濃度
とを有し、前記p導電側の窒化物半導体層において、前
記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第3と
第4の窒化物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格
子層を有し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の
窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギーと
前記第4の窒化物半導体層より小さいp型不純物濃度と
を有することを特徴とする。本発明に係る第10の窒化
物半導体素子では、前記第1の窒化物半導体層のn型不
純物濃度が1×1017/cm3〜1×1020/cm3の
範囲であって、第2の窒化物半導体層のn型不純物濃度
が1×1019/cm3以下でありかつ、前記第3の窒化
物半導体層のp型不純物濃度が1×1020/cm3以下
であり、にあり、第4の窒化物半導体層のp型不純物濃
度が1×1018/cm3〜1×1021/cm3の範囲で
あることが好ましい。A tenth nitride semiconductor device according to the present invention is a nitride semiconductor device in which an active layer is formed between an n-conductive side nitride semiconductor layer and a p-conductive side nitride semiconductor layer. Therefore, in the nitride semiconductor layer on the n-conductive side,
At a position apart from or in contact with the active layer, the first
And an n-side strained superlattice layer formed by stacking a second nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, wherein the first nitride semiconductor layer is the second nitride semiconductor layer.
A band gap energy larger than that of the nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration larger than that of the second nitride semiconductor layer, and a position separated from the active layer in the nitride semiconductor layer on the p-conductive side, or A p-side strained superlattice layer formed by stacking a third and a fourth nitride semiconductor layer is provided at a contact position, and the third nitride semiconductor layer is formed from the fourth nitride semiconductor layer. It has a large band gap energy and a p-type impurity concentration smaller than that of the fourth nitride semiconductor layer. In a tenth nitride semiconductor device according to the present invention, the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 , The nitride semiconductor layer has an n-type impurity concentration of 1 × 10 19 / cm 3 or less and the third nitride semiconductor layer has a p-type impurity concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or less. The p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is preferably in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 .
【0028】本発明に係る第11の窒化物半導体素子
は、活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側の
窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素
子であって、前記n導電側の窒化物半導体層において、
前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第1
と第2の窒化物半導体層とが積層されてなるn側歪み超
格子層を有し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2
の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギー
と前記第2の窒化物半導体層より小さいn型不純物濃度
とを有し、前記p導電側の窒化物半導体層において、前
記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第3と
第4の窒化物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格
子層を有し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の
窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギーと
前記第4の窒化物半導体層より大きいp型不純物濃度と
を有することを特徴とする。本発明に係る第11の窒化
物半導体素子では、前記第1の窒化物半導体層のn型不
純物濃度が1×1019/cm3以下であって、前記第2
の窒化物半導体層のn型不純物濃度が1×1017/cm
3〜1×1020/cm3の範囲でありかつ、前記第3の
窒化物半導体層のp型不純物濃度が1×1018/cm3
〜1×1021/cm3の範囲であって、前記第4の窒化
物半導体層のp型不純物濃度が1×1020/cm3以下
であることが好ましい。An eleventh nitride semiconductor device according to the present invention is a nitride semiconductor device having an active layer formed between an n-conductive side nitride semiconductor layer and a p-conductive side nitride semiconductor layer. Therefore, in the nitride semiconductor layer on the n-conductive side,
At a position apart from or in contact with the active layer, the first
And an n-side strained superlattice layer formed by stacking a second nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, wherein the first nitride semiconductor layer is the second nitride semiconductor layer.
Of the nitride semiconductor layer having a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration smaller than that of the second nitride semiconductor layer, and a position separated from the active layer in the nitride semiconductor layer on the p-conductive side, or A p-side strained superlattice layer formed by stacking a third and a fourth nitride semiconductor layer is provided at a contact position, and the third nitride semiconductor layer is formed from the fourth nitride semiconductor layer. It has a large band gap energy and a p-type impurity concentration higher than that of the fourth nitride semiconductor layer. In the eleventh nitride semiconductor device according to the present invention, the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is 1 × 10 19 / cm 3 or less,
The n-type impurity concentration of the nitride semiconductor layer is 1 × 10 17 / cm
3 to 1 × 10 20 / cm 3 and the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 18 / cm 3.
It is preferable that the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is 1 × 10 20 / cm 3 or less, in the range of 1 × 10 21 / cm 3 .
【0029】本発明に係る第12の窒化物半導体素子
は、活性層が、n導電側の窒化物半導体層とp導電側の
窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素
子であって、前記n導電側の窒化物半導体層において、
前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第1
と第2の窒化物半導体層とが積層されてなるn側歪み超
格子層を有し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2
の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギー
と前記第2の窒化物半導体層より小さいn型不純物濃度
とを有し前記p導電側の窒化物半導体層において、前記
活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、第3と第
4の窒化物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格子
層を有し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の窒
化物半導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前
記第4の窒化物半導体層より小さいp型不純物濃度とを
有することを特徴とする。本発明に係る第12の窒化物
半導体素子では、前記第1の窒化物半導体層のn型不純
物濃度が1×1019/cm3以下であって、前記第2の
窒化物半導体層のn型不純物濃度が1×1017/cm3
〜1×1020/cm3の範囲でありかつ、前記第3の窒
化物半導体層のp型不純物濃度が1×1020/cm3以
下であり、にあり、第4の窒化物半導体層のp型不純物
濃度が1×1018/cm3〜1×1021/cm3の範囲
であることが好ましい。A twelfth nitride semiconductor device according to the present invention is a nitride semiconductor device having an active layer formed between an n-conductive side nitride semiconductor layer and a p-conductive side nitride semiconductor layer. Therefore, in the nitride semiconductor layer on the n-conductive side,
At a position apart from or in contact with the active layer, the first
And an n-side strained superlattice layer formed by stacking a second nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, wherein the first nitride semiconductor layer is the second nitride semiconductor layer.
In the nitride semiconductor layer on the p-conducting side having a bandgap energy larger than that of the nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration smaller than that of the second nitride semiconductor layer, or at a position apart from the active layer. Has a p-side strained superlattice layer formed by stacking a third and a fourth nitride semiconductor layer, and the third nitride semiconductor layer is larger than the fourth nitride semiconductor layer. It has a bandgap energy and a p-type impurity concentration lower than that of the fourth nitride semiconductor layer. In a twelfth nitride semiconductor device according to the present invention, the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is 1 × 10 19 / cm 3 or less, and the n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer is Impurity concentration is 1 × 10 17 / cm 3
To 1 × 10 20 / cm 3 and the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 20 / cm 3 or less, and the fourth nitride semiconductor layer has a p-type impurity concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or less. The p-type impurity concentration is preferably in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 .
【0030】本発明に係る第9〜第12の窒化物半導体
素子では、前記n側歪み超格子層において、前記第1の
窒化物半導体層はAlYGa1−YN(0<Y<1)で
形成し、前記第2の窒化物半導体層はInXGa1−X
N(0≦X<1)で形成しかつ、前記p側歪み超格子層
において、前記第3の窒化物半導体層はAlYGa
1−YN(0<Y<1)で形成し、前記第4の窒化物半
導体層はInXGa1−XN(0≦X<1)で形成する
ことができる。その場合、本発明に係る第9〜第12の
窒化物半導体素子では、前記第2と第4の窒化物半導体
層がそれぞれ、GaNからなることがさらに好ましい。In the ninth to twelfth nitride semiconductor devices according to the present invention, in the n-side strained superlattice layer, the first nitride semiconductor layer is Al Y Ga 1-Y N (0 <Y <1. ), And the second nitride semiconductor layer is In X Ga 1-X.
N (0 ≦ X <1), and in the p-side strained superlattice layer, the third nitride semiconductor layer is Al Y Ga.
1-Y formed by N (0 <Y <1) , the fourth nitride semiconductor layer may be formed of In X Ga 1-X N ( 0 ≦ X <1). In that case, in the ninth to twelfth nitride semiconductor devices according to the present invention, it is more preferable that the second and fourth nitride semiconductor layers are each made of GaN.
【0031】本発明に係る第9〜第12の窒化物半導体
素子では、前記n側歪み超格子層において、前記第1の
窒化物半導体層はAlXGa1−XN(0<X<1)で
形成し、前記第2の窒化物半導体層はAlYGa1−Y
N(0<Y<1,X>Y)で形成し、前記p側歪み超格
子層において、前記第3の窒化物半導体層はAlXGa
1− XN(0<X<1)で形成し、前記第4の窒化物半
導体層はAlYGa1−YN(0<Y<1,X>Y)で
形成することができる。さらに、本発明に係る第9〜第
12の窒化物半導体素子では、第3の窒化物半導体素子
では、前記第1の窒化物半導体層又は前記第2の窒化物
半導体層は、n型不純物がドープされていないアンドー
プ層であることが好ましく、前記第3の窒化物半導体層
又は前記第4の窒化物半導体層は、p型不純物がドープ
されていないアンドープ層であることが好ましい。In the ninth to twelfth nitride semiconductor devices according to the present invention, in the n-side strained superlattice layer, the first nitride semiconductor layer is Al X Ga 1 -X N (0 <X <1. ), And the second nitride semiconductor layer is Al Y Ga 1-Y.
N (0 <Y <1, X> Y), and in the p-side strained superlattice layer, the third nitride semiconductor layer is Al X Ga.
Formed by 1- X N (0 <X < 1), the fourth nitride semiconductor layer may be formed by Al Y Ga 1-Y N ( 0 <Y <1, X> Y). Furthermore, in the ninth to twelfth nitride semiconductor devices according to the present invention, in the third nitride semiconductor device, the first nitride semiconductor layer or the second nitride semiconductor layer contains an n-type impurity. It is preferably an undoped layer that is not doped, and the third nitride semiconductor layer or the fourth nitride semiconductor layer is preferably an undoped layer that is not doped with p-type impurities.
【0032】また、本発明に係る第1〜第12の窒化物
半導体素子では、前記活性層がInGaN層を含むこと
が好ましく、前記InGaN層が量子井戸層であること
がさらに好ましい。尚、前記活性層は、単一量子井戸構
造であってもよいし、多重量子井戸構造であってもよ
い。Further, in the first to twelfth nitride semiconductor devices according to the present invention, it is preferable that the active layer includes an InGaN layer, and it is further preferable that the InGaN layer is a quantum well layer. The active layer may have a single quantum well structure or a multiple quantum well structure.
【0033】以上の本発明に係る窒化物半導体素子にお
いて、n側歪み超格子層は、例えば発光素子、受光素子
のような光電変換素子であれば、基板に接して形成され
たバッファ層、n電極が形成されるn側コンタクト層、
キャリア閉じ込めとしてのn側クラッド層、及び活性層
の発光を導波するn側光ガイド層の内の少なくとも1種
の層として形成される。また、本発明に係る窒化物半導
体素子において、p側歪み超格子層は、p電極が形成さ
れるp側コンタクト層、キャリア閉じ込めとしてのp側
クラッド層、及び活性層の発光を導波するp側光ガイド
層の内の少なくとも1種の層として形成される。In the above-described nitride semiconductor device according to the present invention, the n-side strained superlattice layer is a buffer layer formed in contact with the substrate, n is a photoelectric conversion device such as a light emitting device or a light receiving device. An n-side contact layer on which an electrode is formed,
It is formed as at least one layer of the n-side cladding layer for confining carriers and the n-side optical guide layer for guiding the light emission of the active layer. Further, in the nitride semiconductor device according to the present invention, the p-side strained superlattice layer is a p-side contact layer on which a p-electrode is formed, a p-side clad layer as carrier confinement, and a p-type for guiding light emitted from the active layer. It is formed as at least one layer of the side light guide layers.
【0034】また、本発明に係る1つの態様の窒化物半
導体素子は、前記活性層がp側クラッド層とn側クラッ
ド層の間に位置するレーザ発振素子であって、前記p側
クラッド層と前記n側クラッド層のうちの少なくとも一
方が、前記n側歪み超格子層又は前記p側歪み超格子層
である。これによって、しきい値電流の低いレーザ発振
素子を構成できる。A nitride semiconductor device according to one aspect of the present invention is a laser oscillation device in which the active layer is located between a p-side cladding layer and an n-side cladding layer, and the active layer is a p-side cladding layer. At least one of the n-side cladding layers is the n-side strained superlattice layer or the p-side strained superlattice layer. This makes it possible to construct a laser oscillator having a low threshold current.
【0035】また、前記レーザ発振素子では、前記p側
クラッド層と活性層との間、又は前記p側クラッド層と
活性層との間の少なくとも一方に、Inを含む窒化物半
導体又はGaNからなり、不純物濃度が1×1019/
cm3以下である光ガイド層が形成されることが好まし
い。この光ガイド層は、前記活性層で発生する光の吸収
率が低いので、活性層の発光を消衰させることが少な
く、低利得で発振可能なレーザ素子を実現できる。本発
明では、光の吸収率を低くするために、前記光ガイド層
の不純物濃度は1×1018/cm3以下であることがよ
り好ましく、1×1017/cm3以下であることがさら
に好ましく、アンドープであることが最も好ましい。
尚、前記光ガイド層を超格子構造にしてもよい。Further, in the laser oscillator, a nitride semiconductor containing In or GaN is formed between at least one of the p-side cladding layer and the active layer or between the p-side cladding layer and the active layer. , The impurity concentration is 1 × 10 19 /
It is preferable that a light guide layer having a size of cm 3 or less is formed. Since this light guide layer has a low absorptance of the light generated in the active layer, it is possible to realize a laser device capable of oscillating with a low gain without extinction of light emission of the active layer. In the present invention, the impurity concentration of the light guide layer is more preferably 1 × 10 18 / cm 3 or less, further preferably 1 × 10 17 / cm 3 or less, in order to reduce the light absorption rate. Undoped is most preferred.
The light guide layer may have a superlattice structure.
【0036】さらに、前記光ガイド層と活性層との間
に、活性層の井戸層及び前記光ガイド層のバンドギャッ
プエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを
有する、膜厚0.1μm以下の窒化物半導体よりなるキ
ャップ層が形成されることが好ましく、そのキャップ層
の不純物濃度は1×1018/cm3以上に設定すること
が好ましい。このように、バンドギャップエネルギーの
大きな前記キャップ層を形成することにより、リーク電
流を少なくすることができる。この光ガイド層及びキャ
ップ層はp導電側窒化物半導体層側に形成されていると
より効果的である。Further, between the optical guide layer and the active layer, a nitride semiconductor having a bandgap energy larger than that of the well layer of the active layer and the optical guide layer and having a film thickness of 0.1 μm or less. Is preferably formed, and the impurity concentration of the cap layer is preferably set to 1 × 10 18 / cm 3 or more. In this way, by forming the cap layer having a large band gap energy, the leak current can be reduced. It is more effective if the light guide layer and the cap layer are formed on the p-conductive side nitride semiconductor layer side.
【0037】また本発明においては、第1〜第12の窒
化物半導体素子は、窒化物半導体とは異なる材料よりな
る異種基板上に窒化物半導体層を成長させ、該成長され
た窒化物半導体層上に、該窒化物半導体層の表面を部分
的に露出させるように保護膜を形成した後、露出された
窒化物半導体層から前記保護膜を覆うように成長された
窒化物半導体からなる窒化物半導体基板の上に形成する
ことが好ましい。これによって、第1〜第12の窒化物
半導体素子の各層を結晶性よく形成できるので、優れた
特性を有する窒化物半導体素子を形成することができ
る。本願発明では、この異種基板、及び保護膜は、窒化
物半導体素子が形成された(又はされるべき)窒化物半
導体層を基板として残して、素子成長前または素子成長
後に除去してもよい。Further, in the present invention, in the first to twelfth nitride semiconductor devices, a nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate made of a material different from the nitride semiconductor, and the grown nitride semiconductor layer is formed. A nitride made of a nitride semiconductor formed on the upper surface of the nitride semiconductor layer so as to partially expose the surface of the nitride semiconductor layer, and then grown to cover the protective film from the exposed nitride semiconductor layer. It is preferably formed on a semiconductor substrate. Thereby, each layer of the first to twelfth nitride semiconductor elements can be formed with good crystallinity, so that the nitride semiconductor element having excellent characteristics can be formed. In the present invention, the heterogeneous substrate and the protective film may be removed before or after the element growth, leaving the nitride semiconductor layer on which the nitride semiconductor element is formed (or to be formed) as the substrate.
【0038】[0038]
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る一実施形態の
窒化物半導体素子の構造を示す模式的な断面図である。
この実施形態の窒化物半導体素子は、活性層端面を共振
面とする電極ストライプ型のレーザ素子(従って、以下
単に実施形態のレーザ素子という。)であって、図1
は、レーザ光の共振方向に垂直な方向で素子を切断した
際の断面を模式的に示している。以下、図1を参照して
本発明の実施形態について説明する。1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
The nitride semiconductor device of this embodiment is an electrode stripe type laser device having an active layer end face as a resonance surface (henceforth, simply referred to as the laser device of the embodiment), and FIG.
Shows a schematic cross-section when the element is cut in a direction perpendicular to the resonance direction of laser light. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0039】まず、図1において、各符号は以下のもの
を示す。10は、窒化物半導体と異なる材料よりなる異
種基板、例えばサファイア、スピネル、SiC、Si、
GaAs、ZnO等の材料よりなる基板の上に成長され
た、例えば膜厚10μm以上のGaN基板を示す。な
お、異種基板は、図1に示すように、GaN基板10を
形成した後除去してもよいし、後述する実施例に示すよ
うに除去しないで用いてもよい(図4)。11は、Si
ドープn型GaNよりなるバッファ層、兼n側コンタク
ト層を示す。12は、活性層から離れた位置にあり、例
えば膜厚40オングストロームのSiドープn型Al
0.2Ga0.8N(第1の窒化物半導体層)と膜厚4
0オングストロームのアンドープ(undope)Ga
N層(第2の窒化物半導体層)とが交互に100層積層
されてなる超格子構造のn側クラッド層を示す。13
は、n側クラッド層12と、活性層14との間にあり、
n側クラッド層12のAl0.2Ga0.8Nよりも小
さいバンドギャップエネルギーを有する、例えばアンド
ープGaNよりなるn側ガイド層を示す。14は、膜厚
30オングストロームのIn0.2Ga0.8Nよりな
る井戸層3層と、井戸層よりもバンドギャップエネルギ
ーが大きい膜厚30オングストロームのIn0.05G
a0.95Nよりなる障壁層2層とが交互に合計5層積
層されてなる多重量子井戸構造の活性層を示す。15
は、活性層14の井戸層のバンドギャップエネルギーよ
りも大きく、p側光ガイド層16のバンドギャップエネ
ルギーよりも大きい、例えばMgドープp型Al0.3
Ga0.7Nよりなるp側キャップ層を示す。このp側
キャップ層15のバンドギャップエネルギーは好ましく
は、超格子構造のp側クラッド層17のバンドギャップ
エネルギーの小さい方の窒化物半導体層(第4の窒化物
半導体層)よりも大きくする。16は、p側クラッド層
17と、活性層14との間にあり、p側クラッド層17
のAl0.2Ga0.8Nよりも小さいバンドギャップ
エネルギーを有する、例えばアンドープGaNよりなる
p側ガイド層を示す。17は、活性層から離れた位置に
あり、例えば膜厚40オングストロームのMgドープp
型Al0.2Ga0.8Nと膜厚40オングストローム
のアンドープ(undope)GaN層とが交互に10
0層積層されてなる超格子構造のp側クラッド層を示
す。18は、p側クラッド層17のAl0.2Ga
0.8Nよりも小さいバンドギャップエネルギーを有す
る、例えばMgドープGaNよりなるp側コンタクト層
を示す。First, in FIG. 1, each reference numeral indicates the following. 10 is a heterogeneous substrate made of a material different from the nitride semiconductor, for example, sapphire, spinel, SiC, Si,
For example, a GaN substrate having a film thickness of 10 μm or more grown on a substrate made of a material such as GaAs or ZnO is shown. The heterogeneous substrate may be removed after the GaN substrate 10 is formed as shown in FIG. 1, or may be used without being removed as shown in Examples described later (FIG. 4). 11 is Si
A buffer layer made of doped n-type GaN and an n-side contact layer are also shown. 12 is located at a position away from the active layer, for example, Si-doped n-type Al having a film thickness of 40 angstrom.
0.2 Ga 0.8 N (first nitride semiconductor layer) and film thickness 4
Undo Ga of 0 angstrom
1 shows an n-side clad layer having a superlattice structure in which 100 N layers (second nitride semiconductor layers) are alternately laminated. Thirteen
Is between the n-side cladding layer 12 and the active layer 14,
An n-side guide layer made of, for example, undoped GaN having a bandgap energy smaller than that of Al 0.2 Ga 0.8 N of the n-side cladding layer 12 is shown. 14 is three well layers of In 0.2 Ga 0.8 N having a film thickness of 30 Å, and In 0.05 G having a film thickness of 30 Å, which has a bandgap energy larger than that of the well layers.
5 shows an active layer of a multi-quantum well structure in which a total of 5 layers of two barrier layers made of a 0.95 N are alternately laminated. 15
Is larger than the bandgap energy of the well layer of the active layer 14 and larger than the bandgap energy of the p-side optical guide layer 16, for example, Mg-doped p-type Al 0.3.
3 shows a p-side cap layer made of Ga 0.7 N. The band gap energy of the p-side cap layer 15 is preferably larger than that of the p-side cladding layer 17 of the superlattice structure, which has a smaller band gap energy (fourth nitride semiconductor layer). 16 is located between the p-side clad layer 17 and the active layer 14,
3 shows a p-side guide layer made of, for example, undoped GaN having a bandgap energy smaller than that of Al 0.2 Ga 0.8 N. 17 is a position apart from the active layer, for example, Mg-doped p having a film thickness of 40 angstrom.
Type Al 0.2 Ga 0.8 N and an undoped GaN layer having a film thickness of 40 angstroms are alternately formed into 10 layers.
The p-side clad layer having a superlattice structure formed by stacking 0 layers is shown. 18 is Al 0.2 Ga of the p-side cladding layer 17.
3 shows a p-side contact layer made of, for example, Mg-doped GaN having a bandgap energy smaller than 0.8 N.
【0040】このように本発明の実施形態のレーザ素子
は、GaN基板10の上に上述の各窒化物半導体層11
〜18が積層された構造を有しており、p側クラッド層
17から上の窒化物半導体層はストライプリッジが形成
され、リッジ最表面にあるp側コンタクト層18のほぼ
全面にp電極21が形成されている。一方、窒化物半導
体層上部からエッチングされて露出されたn側バッファ
層11の表面にはn電極23が形成されている。本実施
の形態では、n電極23はn側バッファ層11の表面に
形成されているが、基板としてがGaN基板10を用い
ているので、n電極を形成する部分をGaN基板10ま
でエッチングしてGaN基板10の表面を露出させ、そ
の露出させたGaN基板10の表面にn電極を形成して
同一面側にp電極とn電極とを設ける構造とすることも
できる。またn電極23とp電極21との間に露出して
いる窒化物半導体表面には、例えばSiO2からなる絶
縁膜25が設けられ、その絶縁膜25の窓部を介してそ
れぞれボンディング用としてpパッド電極22とnパッ
ド電極24が設けられている。なお先にも述べたよう
に、本明細書において、活性層とp電極との間にある窒
化物半導体層は、窒化物半導体層の導電型に関わらず、
総称してp側窒化物半導体層といい、その活性層とGa
N基板10との間にある窒化物半導体層を総称してn側
窒化物半導体層という。As described above, in the laser device according to the embodiment of the present invention, the above-mentioned nitride semiconductor layers 11 are formed on the GaN substrate 10.
To 18 are laminated, a stripe ridge is formed in the nitride semiconductor layer above the p-side cladding layer 17, and the p-electrode 21 is formed on almost the entire surface of the p-side contact layer 18 on the ridge outermost surface. Has been formed. On the other hand, the n-electrode 23 is formed on the surface of the n-side buffer layer 11 exposed by being etched from the upper part of the nitride semiconductor layer. In the present embodiment, the n-electrode 23 is formed on the surface of the n-side buffer layer 11, but since the GaN substrate 10 is used as the substrate, the portion where the n-electrode is formed is etched up to the GaN substrate 10. It is also possible to have a structure in which the surface of the GaN substrate 10 is exposed, an n electrode is formed on the exposed surface of the GaN substrate 10, and a p electrode and an n electrode are provided on the same surface side. An insulating film 25 made of, for example, SiO 2 is provided on the surface of the nitride semiconductor exposed between the n-electrode 23 and the p-electrode 21. A pad electrode 22 and an n pad electrode 24 are provided. As described above, in the present specification, the nitride semiconductor layer between the active layer and the p-electrode, regardless of the conductivity type of the nitride semiconductor layer,
Collectively referred to as the p-side nitride semiconductor layer, its active layer and Ga
The nitride semiconductor layer between the N substrate 10 and the N substrate 10 is generically called an n-side nitride semiconductor layer.
【0041】本発明の実施形態のレーザ素子では、図1
に示す活性層14の下部にあるn側窒化物半導体層中に
おいて、活性層14と離れた位置に、バンドギャップエ
ネルギーの大きな第1の窒化物半導体層と、第1の窒化
物半導体層よりもバンドギャップエネルギーの小さな第
2の窒化物半導体層とが積層されて、互いに不純物濃度
が異なる超格子構造のn側クラッド層12を有してい
る。超格子層を構成する第1の窒化物半導体層、第2の
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10〜40オングストロームの膜厚に調整する。
100オングストロームよりも厚いと、第1の窒化物半
導体層及び第2の窒化物半導体層が弾性歪み限界以上の
膜厚となり、膜中に微少なクラック、あるいは結晶欠陥
が入りやすい傾向にある。本発明では、第1の窒化物半
導体層、第2の窒化物半導体層の膜厚の下限は特に限定
されず、1原子層以上であればよいが、前記のように1
0オングストローム以上が最も好ましい。さらに第1の
窒化物半導体層は少なくともAlを含む窒化物半導体、
好ましくはAlXGa1−XN(0<X≦1)を成長さ
せる方が望ましい。一方、第2の窒化物半導体は第1の
窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーが小さい
窒化物半導体であればどのようなものでも良いが、好ま
しくはAlYGa1−YN(0≦Y<1、X>Y)、In
ZGa1−ZN(0≦Z<1)のような2元混晶、3元
混晶の窒化物半導体が成長させやすく、また結晶性の良
いものが得られやすい。その中でも特に好ましくは第1
の窒化物半導体はIn、Gaを含まないAlXGa
1−XN(0<X<1)とし、第2の窒化物半導体はA
lを含まないInZGa1−ZN(0≦Z<1)とし、
中でも結晶性に優れた超格子を得る目的で、Al混晶比
(Y値)0.3以下のAlXGa1−XN(0<X≦0.
3)と、GaNの組み合わせが最も好ましい。In the laser device according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG.
In the n-side nitride semiconductor layer below the active layer 14, the first nitride semiconductor layer having a large bandgap energy and the first nitride semiconductor layer having a large band gap energy at a position apart from the active layer 14 A second nitride semiconductor layer having a small band gap energy is laminated, and an n-side cladding layer 12 having a superlattice structure having different impurity concentrations is provided. The film thickness of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer forming the superlattice layer is 100 angstroms or less,
More preferably, the film thickness is adjusted to 70 angstroms or less, and most preferably 10 to 40 angstroms.
If it is thicker than 100 angstroms, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer have a film thickness equal to or larger than the elastic strain limit, and minute cracks or crystal defects are likely to occur in the film. In the present invention, the lower limit of the film thickness of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer is not particularly limited as long as it is 1 atomic layer or more.
Most preferably, it is 0 angstrom or more. Further, the first nitride semiconductor layer is a nitride semiconductor containing at least Al,
It is preferable to grow Al X Ga 1-X N (0 <X ≦ 1). On the other hand, the second nitride semiconductor may be any nitride semiconductor having a bandgap energy smaller than that of the first nitride semiconductor, but is preferably Al Y Ga 1-Y N (0 ≦ Y < 1, X> Y), In
A binary mixed crystal or ternary mixed crystal nitride semiconductor such as Z Ga 1 -Z N (0 ≦ Z <1) is easily grown and a crystallinity is easily obtained. Among them, the first is particularly preferable.
Is a nitride semiconductor of Al X Ga containing no In or Ga.
1-X N (0 <X <1), and the second nitride semiconductor is A
does not contain a l In Z Ga 1-Z N (0 ≦ Z <1) and,
Above all, in order to obtain a superlattice with excellent crystallinity, the Al mixed crystal ratio
(Y value) 0.3 or less of Al X Ga 1-X N (0 <X ≦ 0.
Most preferred is a combination of 3) and GaN.
【0042】また、AlXGa1−XN(0<X<1)
を用いて第1の窒化物半導体を形成し、GaNを用いて
第2の窒化物半導体を形成した場合、以下のような製造
上優れた利点を有する。すなわち、有機金属気体層成長
法(MOCVD)によるAlXGa1−XN(0<X<
1)層及びGaN層の形成においては、いずれの層も同
じH2雰囲気中で成長させることができる。従って、雰
囲気を変えることなくAlXGa1−XN(0<X<
1)層とGaN層とを交互に成長させることにより超格
子層を形成することができる。このことは、数10から
数100層を積層して形成する必要がある超格子層を製
造する上で極めて大きな利点である。Al X Ga 1-X N (0 <X <1)
When the first nitride semiconductor is formed by using and the second nitride semiconductor is formed by using GaN, it has the following excellent manufacturing advantages. That is, Al X Ga 1-X N (0 <X <by the metal organic gas layer growth method (MOCVD).
In forming the 1) layer and the GaN layer, both layers can be grown in the same H 2 atmosphere. Therefore, Al X Ga 1-X N (0 <X <
The superlattice layer can be formed by alternately growing the 1) layer and the GaN layer. This is an extremely great advantage in manufacturing a superlattice layer that needs to be formed by laminating several tens to several hundreds of layers.
【0043】光閉じ込め層、及びキャリア閉じ込め層と
してクラッド層を形成する場合、活性層の井戸層よりも
バンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体を成長
させる必要がある。バンドギャップエネルギーの大きな
窒化物半導体層とは、即ちAl混晶比の高い窒化物半導
体である。従来ではAl混晶比の高い窒化物半導体を厚
膜で成長させると、クラックが入りやすくなるため、結
晶成長が非常に難しかった。しかしながら本発明のよう
に超格子層にすると、超格子層を構成する第1の窒化物
半導体層としてのAlGaN層をAl混晶比の多少高い
層としても、弾性臨界膜厚以下の膜厚で成長させている
のでクラックが入りにくい。そのため、本発明では、A
l混晶比の高い層を結晶性良く成長できるので、光閉じ
込め、キャリア閉じ込め効果の高いクラッド層を形成す
ることができ、レーザ素子では閾値電圧、LED素子で
はVf(順方向電圧)を低下させることができる。When forming a clad layer as an optical confinement layer and a carrier confinement layer, it is necessary to grow a nitride semiconductor having a bandgap energy larger than that of the well layer of the active layer. The nitride semiconductor layer having a large bandgap energy is a nitride semiconductor having a high Al mixed crystal ratio. In the past, when a nitride semiconductor having a high Al mixed crystal ratio was grown in a thick film, cracks were likely to occur, so crystal growth was extremely difficult. However, when the superlattice layer is formed as in the present invention, even if the AlGaN layer as the first nitride semiconductor layer forming the superlattice layer is a layer having a slightly higher Al mixed crystal ratio, the film thickness is equal to or less than the elastic critical film thickness. As it is grown, it is hard to crack. Therefore, in the present invention, A
Since a layer having a high mixed crystal ratio can be grown with good crystallinity, a clad layer having a high optical confinement and carrier confinement effect can be formed, and the threshold voltage of a laser device and the Vf (forward voltage) of an LED device are lowered. be able to.
【0044】さらに、本発明に係る実施の形態のレーザ
素子では、このn側クラッド層12の第1の窒化物半導
体層と第2の窒化物半導体層とのn型不純物濃度が互い
に異なるように設定する。これはいわゆる変調ドープと
呼ばれるもので、一方の層のn型不純物濃度を小さく、
好ましくは不純物をドープしない状態(アンドープ)と
して、もう一方の層に高濃度にドープすると、閾値電
圧、Vf等を低下させることができる。これは不純物濃
度の低い層を超格子層中に存在させることにより、その
層の移動度が大きくなり、また不純物濃度が高濃度の層
も同時に存在することにより、キャリア濃度が高いまま
で超格子層が形成できることによる。つまり、不純物濃
度が低い移動度の高い層と、不純物濃度が高いキャリア
濃度が大きい層とが同時に存在することにより、キャリ
ア濃度が大きく、移動度も大きい層がクラッド層となる
ために、閾値電圧、Vfが低下すると推察される。Further, in the laser device according to the embodiment of the present invention, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer of the n-side cladding layer 12 are made to have different n-type impurity concentrations from each other. Set. This is what is called modulation doping, and the n-type impurity concentration of one layer is reduced,
When the other layer is doped with a high concentration, preferably in a state where impurities are not doped (undoped), the threshold voltage, Vf, etc. can be lowered. This is because the presence of a layer having a low impurity concentration in the superlattice layer increases the mobility of the layer, and the presence of a layer having a high impurity concentration at the same time causes the superlattice to remain at a high carrier concentration. Due to the ability to form layers. In other words, since a layer having a low impurity concentration and a high mobility and a layer having a high impurity concentration and a high carrier concentration are present at the same time, a layer having a high carrier concentration and a high mobility serves as a clad layer. , Vf is estimated to decrease.
【0045】バンドギャップエネルギーの大きな窒化物
半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、この変調
ドープにより高不純物濃度層と、低不純物濃度層との間
に二次元電子ガスができ、この二次元電子ガスの影響に
より抵抗率が低下すると推察される。例えば、n型不純
物がドープされたバンドギャップの大きい窒化物半導体
層と、バンドギャップが小さいアンドープの窒化物半導
体層とを積層した超格子層では、n型不純物を添加した
層と、アンドープの層とのヘテロ接合界面で、障壁層側
が空乏化し、バンドギャップの小さい層側の厚さ前後の
界面に電子(二次元電子ガス)が蓄積する。この二次元
電子ガスがバンドギャップの小さい側にできるので、電
子が走行するときに不純物による散乱を受けないため、
超格子の電子の移動度が高くなり、抵抗率が低下する。
なおp側の変調ドープも同様に二次元正孔ガスの影響に
よると推察される。またp層の場合、AlGaNはGa
Nに比較して抵抗率が高い。そこでAlGaNの方にp
型不純物を多くドープすることにより抵抗率が低下する
ために、超格子層の実質的な抵抗率が低下するので素子
を作製した場合に、閾値が低下する傾向にあると推察さ
れる。When the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is heavily doped with impurities, the modulation doping produces a two-dimensional electron gas between the high impurity concentration layer and the low impurity concentration layer. It is estimated that the resistivity decreases due to the influence of electron gas. For example, in a superlattice layer in which a nitride semiconductor layer having a large bandgap doped with an n-type impurity and an undoped nitride semiconductor layer having a small bandgap are stacked, a layer doped with an n-type impurity and an undoped layer At the heterojunction interface with and, the barrier layer side is depleted, and electrons (two-dimensional electron gas) accumulate at the interface before and after the thickness on the layer side with a small band gap. Since this two-dimensional electron gas is created on the side with a smaller band gap, it is not scattered by impurities when electrons travel,
The mobility of electrons in the superlattice increases and the resistivity decreases.
It is assumed that the modulation doping on the p-side is also influenced by the two-dimensional hole gas. In the case of p-layer, AlGaN is Ga
The resistivity is higher than N. So for AlGaN, p
It is speculated that the threshold value tends to decrease when the device is manufactured because the resistivity of the superlattice layer decreases due to the decrease of the resistivity due to a large amount of doping of the type impurities.
【0046】一方、バンドギャップエネルギーの小さな
窒化物半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、以
下のような作用があると推察される。例えばAlGaN
層とGaN層にMgを同量でドープした場合、AlGa
N層ではMgのアクセプター準位の深さが大きく、活性
化率が小さい。一方、GaN層のアクセプター準位の深
さはAlGaN層に比べて浅く、Mgの活性化率は高
い。例えばMgを1×1020/cm3ドープしてもGa
Nでは1×1018/cm3程度のキャリア濃度であるの
に対し、AlGaNでは1×1017/cm3程度のキャ
リア濃度しか得られない。そこで、本発明ではAlGa
N/GaNとで超格子とし、高キャリア濃度が得られる
GaN層の方に多く不純物をドープすることにより、高
キャリア濃度の超格子が得られるものである。しかも超
格子としているため、トンネル効果でキャリアは不純物
濃度の少ないAlGaN層を移動するため、実質的にキ
ャリアはAlGaN層の作用は受けず、AlGaN層は
バンドギャップエネルギーの高いクラッド層として作用
する。従って、バンドギャップエネルギーの小さな方の
窒化物半導体層に不純物を多くドープしても、レーザ素
子、LED素子の閾値を低下させる上で非常に効果的で
ある。なおこの説明はp型層側に超格子を形成する例に
ついて説明したが、n層側に超格子を形成する場合にお
いても、同様の効果がある。On the other hand, when the nitride semiconductor layer having a small band gap energy is heavily doped with impurities, it is presumed that the following effects are obtained. For example AlGaN
When the layers and the GaN layer are doped with the same amount of Mg, AlGa
In the N layer, the depth of the acceptor level of Mg is large and the activation rate is small. On the other hand, the depth of the acceptor level of the GaN layer is shallower than that of the AlGaN layer, and the activation rate of Mg is high. For example, even if Mg is doped at 1 × 10 20 / cm 3 Ga
N has a carrier concentration of about 1 × 10 18 / cm 3 , whereas AlGaN has a carrier concentration of only about 1 × 10 17 / cm 3 . Therefore, in the present invention, AlGa
A superlattice having a high carrier concentration can be obtained by forming a superlattice with N / GaN and doping a GaN layer having a high carrier concentration with more impurities. Moreover, since the superlattice is used, the carriers move in the AlGaN layer having a low impurity concentration due to the tunnel effect, so that the carriers are not substantially affected by the AlGaN layer, and the AlGaN layer functions as a cladding layer having a high band gap energy. Therefore, even if the nitride semiconductor layer having the smaller bandgap energy is doped with a large amount of impurities, it is very effective in reducing the threshold values of the laser element and the LED element. Although this description has been given of the example in which the superlattice is formed on the p-type layer side, the same effect can be obtained when the superlattice is formed on the n-layer side.
【0047】バンドギャップエネルギーが大きい第1の
窒化物半導体層にn型不純物を多くドープする場合、第
1の窒化物半導体層への好ましいドープ量としては、1
×1017/cm3〜1×1020/cm3、さらに好まし
くは1×1018/cm3〜5×1019/cm3の範囲に
調整する。1×1017/cm3よりも少ないと、第2の
窒化物半導体層との差が少なくなって、キャリア濃度の
大きい層が得られにくい傾向にあり、また1×1020
/cm3よりも多いと、素子自体のリーク電流が多くなり
やすい傾向にある。一方、第2の窒化物半導体層のn型
不純物濃度は第1の窒化物半導体層よりも少なければ良
く、好ましくは1/10以上少ない方が望ましい。最も
好ましくはアンドープとすると最も移動度の高い層が得
られるが、膜厚が薄いため、第1の窒化物半導体側から
拡散してくるn型不純物があり、その量は1×1019
/cm3以下が望ましい。n型不純物としてはSi、G
e、Se、S、O等の周期律表第IVB族、VIB族元素を
選択し、好ましくはSi、Ge、Sをn型不純物とす
る。この作用は、バンドギャップエネルギーが大きい第
1の窒化物半導体層にn型不純物を少なくドープして、
バンドギャップエネルギーが小さい第2の窒化物半導体
層にn型不純物を多くドープする場合も同様である。When the first nitride semiconductor layer having a large band gap energy is heavily doped with n-type impurities, the preferable doping amount of the first nitride semiconductor layer is 1
It is adjusted to a range of × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 , and more preferably 1 × 10 18 / cm 3 to 5 × 10 19 / cm 3 . When the amount is less than 1 × 10 17 / cm 3, the difference between the second nitride semiconductor layer becomes small, there is a large layer obtained less likely the carrier concentration, and 1 × 10 20
If it is more than / cm 3 , the leak current of the device itself tends to increase. On the other hand, the n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer should be lower than that of the first nitride semiconductor layer, preferably 1/10 or less. Most preferably, undoped provides the layer with the highest mobility, but since the film thickness is thin, there is n-type impurity diffused from the first nitride semiconductor side, and the amount thereof is 1 × 10 19.
/ Cm 3 or less is desirable. Si, G as n-type impurities
Elements of Group IVB and Group VIB of the periodic table such as e, Se, S and O are selected, and preferably Si, Ge and S are n-type impurities. This action is obtained by doping the first nitride semiconductor layer having a large band gap energy with a small amount of n-type impurities,
The same applies when the second nitride semiconductor layer having a small band gap energy is heavily doped with n-type impurities.
【0048】また、本発明の実施の形態のレーザ素子で
は、図1に示す活性層14の上部にあるp側窒化物半導
体層中において、活性層14と離れた位置に、バンドギ
ャップエネルギーの大きな第3の窒化物半導体層と、第
3の窒化物半導体層よりもバンドギャップエネルギーの
小さな第4の窒化物半導体層とが積層されてなり、互い
の不純物濃度が異なる超格子構造のp側クラッド層17
を有している。このp側クラッド層17の超格子層を構
成する第3、第4の窒化物半導体層の膜厚も、n側クラ
ッド層12と同じく、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10〜40オングストロームの膜厚に調整する。同
様に、第3の窒化物半導体層は少なくともAlを含む窒
化物半導体、好ましくはAlXGa1−XN(0<X≦
1)を成長させることが望ましく、第4の窒化物半導体
は好ましくはAlYGa1−YN(0≦Y<1、X>
Y)、InZGa1−ZN(0≦Z≦1)のような2元混
晶、3元混晶の窒化物半導体を成長させることが望まし
い。Further, in the laser device of the embodiment of the present invention, in the p-side nitride semiconductor layer above the active layer 14 shown in FIG. 1, the band gap energy is large at a position apart from the active layer 14. A p-side clad having a superlattice structure in which a third nitride semiconductor layer and a fourth nitride semiconductor layer having a bandgap energy smaller than that of the third nitride semiconductor layer are stacked, and the impurity concentrations of which are different from each other. Layer 17
have. The film thicknesses of the third and fourth nitride semiconductor layers forming the superlattice layer of the p-side clad layer 17 are 100 angstroms or less, more preferably 70 angstroms or less, and most preferably the same as the n-side clad layer 12. Adjust to a film thickness of 10-40 Å. Similarly, the third nitride semiconductor layer is a nitride semiconductor containing at least Al, preferably Al X Ga 1-X N (0 <X ≦.
1) is preferably grown, and the fourth nitride semiconductor is preferably Al Y Ga 1-Y N (0 ≦ Y <1, X>
Y), In Z Ga 1- Z N (0 2 mixed crystal such as ≦ Z ≦ 1), it is desirable to grow the nitride semiconductor ternary mixed crystal.
【0049】p側クラッド層17を超格子構造とする
と、超格子構造がレーザ素子に与える作用は、n側クラ
ッド層12の作用と同じであるが、さらにn層側に形成
した場合に加えて次のような作用がある。即ち、p型窒
化物半導体はn型窒化物半導体に比べて、通常抵抗率が
2桁以上高い。そのため超格子層をp層側に形成するこ
とにより、閾値電圧を低くする効果が顕著に現れる。詳
しく説明すると窒化物半導体はp型結晶が非常に得られ
にくい半導体であることが知られている。p型結晶を得
るためp型不純物をドープした窒化物半導体層をアニー
リングして、水素を除去する技術が知られている(特許
第2540791号)。しかしp型が得られたといって
もその抵抗率は数Ω・cm以上もある。そこで、このp型
層を超格子層とすることにより結晶性が良くなり、抵抗
率が1桁以上低下するため閾値電圧を低くすることがで
きる。When the p-side clad layer 17 has a superlattice structure, the action of the superlattice structure on the laser element is the same as the action of the n-side clad layer 12, but in addition to the case of further formation on the n-layer side. It has the following effects. That is, the p-type nitride semiconductor usually has a resistivity higher by two digits or more than the n-type nitride semiconductor. Therefore, by forming the superlattice layer on the p-layer side, the effect of lowering the threshold voltage remarkably appears. More specifically, it is known that a nitride semiconductor is a semiconductor in which p-type crystals are very difficult to obtain. A technique for removing hydrogen by annealing a nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity to obtain a p-type crystal is known (Japanese Patent No. 2540791). However, even if the p-type is obtained, its resistivity is several Ω · cm or more. Therefore, by forming the p-type layer as a superlattice layer, the crystallinity is improved and the resistivity is reduced by one digit or more, so that the threshold voltage can be lowered.
【0050】p側クラッド層17の第3の窒化物半導体
層と第4の窒化物半導体層とのp型不純物濃度が異な
り、一方の層の不純物濃度を大きく、もう一方の層の不
純物濃度を小さくする。n側クラッド層12と同様に、
バンドギャップエネルギーの大きな第3の窒化物半導体
層の方のp型不純物濃度を大きくして、バンドギャップ
エネルギーの小さな第4のp型不純物濃度を小さく、好
ましくはアンドープとすると、閾値電圧、Vf等を低下
させることができる。またその逆の構成も可能である。
つまりバンドギャップエネルギーの大きな第3の窒化物
半導体層のp型不純物濃度を小さくして、バンドギャッ
プエネルギーの小さな第4の窒化物半導体層のp型不純
物濃度を大きくしても良い。理由は先に述べたとおりで
ある。The third nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer of the p-side clad layer 17 have different p-type impurity concentrations, one of which has a large impurity concentration and the other of which has a higher impurity concentration. Make it smaller. Similar to the n-side clad layer 12,
If the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer having a large bandgap energy is increased and the fourth p-type impurity concentration of a small bandgap energy is decreased, preferably undoped, the threshold voltage, Vf, etc. are set. Can be reduced. The reverse configuration is also possible.
That is, the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer having a large bandgap energy may be reduced, and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer having a small bandgap energy may be increased. The reason is as described above.
【0051】第3の窒化物半導体層への好ましいドープ
量としては1×1018/cm3〜1×1021/cm3、
さらに好ましくは1×1019/cm3〜5×1020/
cm3の範囲に調整する。1×1018/cm3よりも少な
いと、同様に第4の窒化物半導体層との差が少なくなっ
て、同様にキャリア濃度の大きい層が得られにくい傾向
にあり、また1×1021/cm3よりも多いと、結晶性
が悪くなる傾向にある。一方、第4の窒化物半導体層の
p型不純物濃度は第3の窒化物半導体層よりも少なけれ
ば良く、好ましくは1/10以上少ない方が望ましい。
最も移動度の高い層を得るためには、アンドープとする
ことが最も好ましい。現実には、膜厚が薄いため、第3
の窒化物半導体側から拡散してくるp型不純物があると
考えられるが、本願発明において良好な結果を得るため
には、その量は1×1020/cm3以下が望ましい。
尚、p型不純物としてはMg、Zn、Ca、Be等の周
期律表第IIA族、IIB族元素を選択し、好ましくはM
g、Ca等をp型不純物とする。この作用は、バンドギ
ャップエネルギーが大きい第3の窒化物半導体層にp型
不純物を少なくドープして、バンドギャップエネルギー
が小さい第4の窒化物半導体層にp型不純物を多くドー
プする場合も同様である。The preferable doping amount to the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 ,
More preferably 1 × 10 19 / cm 3 to 5 × 10 20 /
Adjust to the cm 3 range. 1 When it is less than × 10 18 / cm 3, likewise the difference between the fourth nitride semiconductor layer becomes small, similarly located in the layer higher is obtained less likely the carrier concentration, and 1 × 10 21 / If it is more than cm 3 , the crystallinity tends to deteriorate. On the other hand, the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer should be lower than that of the third nitride semiconductor layer, preferably 1/10 or less.
In order to obtain the layer having the highest mobility, the undoped layer is most preferable. In reality, since the film thickness is thin,
It is considered that there is a p-type impurity diffused from the nitride semiconductor side, but the amount thereof is preferably 1 × 10 20 / cm 3 or less in order to obtain good results in the present invention.
As the p-type impurity, an element of Group IIA or IIB of the periodic table such as Mg, Zn, Ca or Be is selected, and preferably M
Let g, Ca, etc. be p-type impurities. This action is the same when the third nitride semiconductor layer having a large band gap energy is lightly doped with p-type impurities and the fourth nitride semiconductor layer having a small band gap energy is heavily doped with p-type impurities. is there.
【0052】さらにまた超格子を構成する窒化物半導体
層において、不純物が高濃度にドープされる層は、それ
ぞれ厚さ方向に対し、半導体層中央部(第2の窒化物半
導体層又は第4の窒化物半導体層から離れた位置)の不
純物濃度が大きく、両端部近傍(第2の窒化物半導体層
又は第4の窒化物半導体層に近接する部分)の不純物濃
度が小さく(好ましくはアンドープ)なるようにするこ
とが望ましい。具体的に説明すると、例えばn型不純物
としてSiをドープしたAlGaNと、アンドープのG
aN層とで超格子層を形成した場合、AlGaNはSi
をドープしているのでドナーとして電子を伝導帯に出す
が、電子はポテンシャルの低いGaNの伝導帯に落ち
る。GaN結晶中にはドナー不純物をドープしていない
ので、不純物によるキャリアの散乱を受けない。そのた
め電子は容易にGaN結晶中を動くことができ、実質的
な電子の移動度が高くなる。これは前述した二次元電子
ガスの効果と類似しており、電子横方向の実質的な移動
度が高くなり、抵抗率が小さくなる。さらに、バンドギ
ャップエネルギーの大きいAlGaNにおいて、GaN
層から比較的離れた中央領域にn型不純物を高濃度にド
ープすると効果はさらに大きくできる。即ちGaN中を
移動する電子のうち、AlGaN層に近い部分を通過す
る電子は、AlGaN層中のGaN層に近接する部分に
あるn型不純物イオン(この場合Si)の散乱を多少な
りとも受ける。しかし、上述のようにAlGaN層にお
いて、GaN層に近接する部分をアンドープとすると、
AlGaN層に近い部分を通過する電子がSiの散乱を
受けにくくなるので、さらにアンドープGaN層の移動
度が向上するのである。作用は若干異なるが、p層側の
第3の窒化物半導体層と第4の窒化物半導体層とで超格
子を構成した場合も類似した効果があり、バンドギャッ
プエネルギーの大きい第3の窒化物半導体層の中央部領
域に、p型不純物を多くドープし、第4の窒化物半導体
層に近接する部分を少なくするか、あるいはアンドープ
とすることが望ましい。一方バンドギャップエネルギー
の小さな窒化物半導体層にn型不純物を多くドープした
層を、前記不純物濃度の構成とすることもできるが、バ
ンドギャップエネルギーの小さな方に不純物を多くドー
プした超格子では、その効果は少ない傾向にある。Furthermore, in the nitride semiconductor layer forming the superlattice, the layers doped with impurities at a high concentration each have a central portion of the semiconductor layer (the second nitride semiconductor layer or the fourth nitride semiconductor layer) in the thickness direction. The impurity concentration is high in a position away from the nitride semiconductor layer, and the impurity concentration is low (preferably undoped) in the vicinity of both ends (a portion close to the second nitride semiconductor layer or the fourth nitride semiconductor layer). It is desirable to do so. More specifically, for example, AlGaN doped with Si as an n-type impurity and undoped G
When a superlattice layer is formed with the aN layer, AlGaN is Si
Since it is doped with, the electron is emitted to the conduction band as a donor, but the electron falls to the conduction band of GaN having a low potential. Since the GaN crystal is not doped with donor impurities, carriers are not scattered by the impurities. Therefore, the electrons can easily move in the GaN crystal, and the electron mobility is substantially increased. This is similar to the effect of the two-dimensional electron gas described above, and the substantial mobility in the lateral direction of electrons becomes high and the resistivity becomes small. Furthermore, in AlGaN having a large band gap energy, GaN
The effect can be further enhanced if the central region relatively distant from the layer is heavily doped with n-type impurities. That is, among the electrons moving in GaN, the electrons passing through the portion close to the AlGaN layer receive some scattering of n-type impurity ions (Si in this case) in the portion of the AlGaN layer close to the GaN layer. However, if the portion of the AlGaN layer close to the GaN layer is undoped as described above,
Since electrons passing through a portion close to the AlGaN layer are less likely to be scattered by Si, the mobility of the undoped GaN layer is further improved. Although the action is slightly different, a similar effect can be obtained when the superlattice is composed of the third nitride semiconductor layer on the p-layer side and the fourth nitride semiconductor layer, and the third nitride having a large band gap energy can be obtained. It is desirable that the central region of the semiconductor layer be heavily doped with p-type impurities to reduce the portion close to the fourth nitride semiconductor layer or be undoped. On the other hand, a layer in which a nitride semiconductor layer having a small bandgap energy is heavily doped with an n-type impurity can be configured to have the above impurity concentration. The effect tends to be small.
【0053】以上、n側クラッド層12、p側クラッド
層17を超格子層とすることについて説明したが、本発
明では超格子層は、この他、コンタクト層としてのn側
バッファ層11、n側光ガイド層13、p側キャップ層
15、p側光ガイド層16、p側コンタクト層18等を
超格子構造とすることができる。つまり活性層から離れ
た層、活性層に接した層、どの層でも超格子層とするこ
とができる。特にn電極が形成されるn側バッファ層1
1を超格子とすると、前記HEMTに類似した効果が現
れやすい。While the n-side clad layer 12 and the p-side clad layer 17 are described above as superlattice layers, the superlattice layer is also used as the contact layer in the present invention. The side light guide layer 13, the p-side cap layer 15, the p-side light guide layer 16, the p-side contact layer 18, and the like can have a superlattice structure. That is, any layer apart from the active layer, a layer in contact with the active layer, or any layer can be a superlattice layer. In particular, the n-side buffer layer 1 in which the n-electrode is formed
If 1 is a superlattice, an effect similar to the HEMT is likely to appear.
【0054】さらに、本発明の実施形態のレーザ素子に
おいては、図1に示すように、超格子層からなるn側ク
ラッド層12と活性層14との間に、不純物(この場合
n型不純物)濃度が1×1019/cm3以下に調整され
たn側光ガイド層13が形成されている。このn側光ガ
イド層13は、アンドープとしても、n型不純物が他の
層から拡散して入ってくる可能性があるが、本発明にお
いては、1×1019/cm3以下のドープ量であれば、
光ガイド層として動作し本願発明の効果を損なうことは
ない。しかしながら、本発明において、n側光ガイド層
13の不純物濃度は1×1018/cm3以下であること
が好ましく、1×1017/cm3以下であることがさら
に好ましく、アンドープであることが最も好ましい。ま
た、このn側光ガイド層はInを含む窒化物半導体、ま
たはGaNで構成することが望ましい。Further, in the laser device of the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, impurities (n-type impurities in this case) are present between the n-side cladding layer 12 made of a superlattice layer and the active layer 14. An n-side light guide layer 13 having a concentration adjusted to 1 × 10 19 / cm 3 or less is formed. Even if the n-side light guide layer 13 is undoped, n-type impurities may diffuse and enter from other layers. However, in the present invention, a doping amount of 1 × 10 19 / cm 3 or less is used. if there is,
It operates as a light guide layer and does not impair the effects of the present invention. However, in the present invention, the impurity concentration of the n-side light guide layer 13 is preferably 1 × 10 18 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 17 / cm 3 or less, and undoped. Most preferred. Further, it is desirable that the n-side light guide layer is made of a nitride semiconductor containing In or GaN.
【0055】また実施形態のレーザ素子においては、超
格子層からなるp側クラッド層17と活性層14との間
に、不純物(この場合p型不純物)濃度が1×1019
/cm3以下に調整されたp側光ガイド層16が形成され
ている。本発明において、p側ガイド層16の不純物濃
度は、1×1019/cm3以下であればよいが、好まし
い不純物濃度は1×1018/cm3以下であり、最も好
ましくはアンドープとする。窒化物半導体の場合、アン
ドープとすると、通常n型の導電性を示すが、本発明
は、このp側ガイド層16の導電型はn又はpのいずれ
でもよく、本明細書においては、導電型にかかわらずp
側光ガイド層と呼ぶ。また、実際には、p型不純物が他
の層から拡散してこのp側光ガイド層16に入ってくる
可能性もある。尚、このp側光ガイド層もInを含む窒
化物半導体、またはGaNで構成することが望ましい。Further, in the laser device of the embodiment, the impurity (p-type impurity in this case) concentration is 1 × 10 19 between the p-side cladding layer 17 made of a superlattice layer and the active layer 14.
The p-side light guide layer 16 adjusted to / cm 3 or less is formed. In the present invention, the impurity concentration of the p-side guide layer 16 may be 1 × 10 19 / cm 3 or less, but the preferable impurity concentration is 1 × 10 18 / cm 3 or less, and most preferably undoped. In the case of a nitride semiconductor, when it is undoped, it usually exhibits n-type conductivity, but in the present invention, the conductivity type of the p-side guide layer 16 may be either n or p. Regardless of p
It is called a side light guide layer. In addition, in practice, p-type impurities may diffuse from other layers and enter the p-side light guide layer 16. It is desirable that the p-side optical guide layer is also made of a nitride semiconductor containing In or GaN.
【0056】なぜ、活性層とクラッド層との間にアンド
ープの窒化物半導体を存在させることが好ましいのかは
次の通りである。即ち、窒化物半導体の場合、活性層の
発光は通常360〜520nm、特に380〜450n
mを目的として設計される。アンドープの窒化物半導体
はn型不純物、p型不純物をドープした窒化物半導体に
比較して、前記波長を有する光の吸収率が低い。従っ
て、アンドープの窒化物半導体を、発光する活性層と、
光閉じ込め層としてのクラッド層との間に挟むことによ
り、活性層の発光を消衰させることが少ないので、低利
得で発振するレーザ素子が実現でき、閾値電圧を低くす
ることができる。尚、この効果は、光ガイド層の不純物
濃度が、1×1019/cm3以下であれば確認できる。The reason why it is preferable to allow an undoped nitride semiconductor to exist between the active layer and the cladding layer is as follows. That is, in the case of a nitride semiconductor, the emission of the active layer is usually 360 to 520 nm, especially 380 to 450 n.
It is designed for m. An undoped nitride semiconductor has a lower absorptance of light having the above wavelength than a nitride semiconductor doped with an n-type impurity or a p-type impurity. Therefore, an undoped nitride semiconductor, an active layer that emits light,
By sandwiching it between the cladding layer as a light confinement layer and the extinction of light emission from the active layer, it is possible to realize a laser element that oscillates with a low gain and reduce the threshold voltage. This effect can be confirmed when the impurity concentration of the light guide layer is 1 × 10 19 / cm 3 or less.
【0057】従って、本発明の好ましい組み合わせとし
ては、活性層と離れた位置に不純物が変調ドープされた
超格子構造を有するクラッド層を有し、そのクラッド層
と活性層との間に、不純物濃度が低い、好ましくはアン
ドープのガイド層を有する発光素子である。Therefore, as a preferable combination of the present invention, a clad layer having a superlattice structure in which impurities are modulation-doped is provided at a position apart from the active layer, and the impurity concentration is between the clad layer and the active layer. Is a light emitting device having a low guide layer, preferably an undoped guide layer.
【0058】さらに好ましい態様として、本発明の発光
素子では、p側ガイド層16と活性層14との間に、活
性層の井戸層、及びp側ガイド層16界面のバンドギャ
ップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギー
を有する膜厚0.1μm以下の窒化物半導体よりなるp
側キャップ層15が形成されており、そのp側キャップ
層の不純物濃度が1×1018/cm3以上に調整されて
いる。このp型キャップ層15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型キャップ
層15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。このようにバ
ンドギャップエネルギーが大きな層を活性層に接して、
0.1μm以下の薄膜で形成することにより、発光素子
のリーク電流が少なくなる傾向にある。これによって、
n層側から注入された電子が、キャップ層のエネルギー
バリアの障壁により、活性層内に溜まり、電子と正孔と
の再結合の確率が高くなるために素子自体の出力を向上
させることができる。また、不純物濃度は1×1018
/cm3以上に調整する必要がある。このキャップ層は比
較的Al混晶比の高い層であり、Al混晶比の高い層は
高抵抗になりやすい。このため不純物をドープすること
によりキャリア濃度を高くして抵抗率を下げてやらない
と、この層が高抵抗なi層のようになり、p−i−n構
造となって電流電圧特性が悪くなる傾向にあるからであ
る。なお、このp側にあるキャップ層は、n側に形成し
てもよい。n側に形成する場合は、n型不純物をドープ
してもしなくても良い。As a further preferred embodiment, in the light emitting device of the present invention, a band larger than the band gap energy between the well layer of the active layer and the interface of the p-side guide layer 16 is provided between the p-side guide layer 16 and the active layer 14. P made of a nitride semiconductor having a gap energy and a film thickness of 0.1 μm or less
The side cap layer 15 is formed, and the impurity concentration of the p side cap layer is adjusted to 1 × 10 18 / cm 3 or more. The thickness of the p-type cap layer 15 is adjusted to 0.1 μm or less, more preferably 500 angstroms or less, and most preferably 300 angstroms or less.
This is because if the film is grown to a thickness greater than 0.1 μm, cracks are likely to occur in the p-type cap layer 15 and a nitride semiconductor layer with good crystallinity is difficult to grow. In this way, a layer with a large band gap energy is in contact with the active layer,
By forming a thin film having a thickness of 0.1 μm or less, the leak current of the light emitting element tends to decrease. by this,
Electrons injected from the n-layer side are accumulated in the active layer due to the energy barrier of the cap layer, and the probability of recombination of electrons and holes is increased, so that the output of the device itself can be improved. . Further, the impurity concentration is 1 × 10 18
/ Cm 3 or more needs to be adjusted. This cap layer is a layer having a relatively high Al mixed crystal ratio, and a layer having a high Al mixed crystal ratio is likely to have high resistance. For this reason, unless the carrier concentration is increased by doping impurities to lower the resistivity, this layer becomes an i layer having a high resistance, and a p-i-n structure is formed, resulting in poor current-voltage characteristics. It tends to become The cap layer on the p side may be formed on the n side. When it is formed on the n-side, it may or may not be doped with an n-type impurity.
【0059】以上のように構成された実施形態のレーザ
素子は、n側クラッド層12及びp側クラッド層17を
超格子構造で構成しているので、n側クラッド層12及
びp側クラッド層17の電気抵抗を低くでき、閾値電圧
を低くできしかも長時間のレーザ発振が可能である。ま
た、本実施形態のレーザ素子では、n側クラッド層12
及びp側クラッド層17を超格子構造で構成する以外に
も、上述したように種々の手段を講じて、さらなる閾値
電圧の低減を可能としている。In the laser device of the embodiment configured as described above, since the n-side cladding layer 12 and the p-side cladding layer 17 have a superlattice structure, the n-side cladding layer 12 and the p-side cladding layer 17 are formed. The electric resistance can be lowered, the threshold voltage can be lowered, and laser oscillation can be performed for a long time. Further, in the laser device of this embodiment, the n-side cladding layer 12
In addition to forming the p-side clad layer 17 with a superlattice structure, various means can be taken as described above to further reduce the threshold voltage.
【0060】以上の実施形態では、n側クラッド層12
及びp側クラッド層17を超格子構造としたが、本発明
はこれに限らず、n側クラッド層12及びp側クラッド
層17のうちのどちらか一方を超格子構造としてもよ
い。以上のようにしても閾値電圧を従来例に比較して低
くできる。In the above embodiment, the n-side cladding layer 12
Although the p-side clad layer 17 and the p-side clad layer 17 have a superlattice structure, the present invention is not limited to this, and either the n-side clad layer 12 or the p-side clad layer 17 may have a superlattice structure. Even with the above configuration, the threshold voltage can be lowered as compared with the conventional example.
【0061】また、実施形態では、n側クラッド層12
及びp側クラッド層17を超格子構造としたが、本発明
はこれに限らず、n側クラッド層12及びp側クラッド
層17以外のp側及びn側の窒化物半導体層のいずれか
1つ以上が超格子構造であればよい。以上のように構成
しても、閾値電圧を従来例に比較して低くできる。Further, in the embodiment, the n-side cladding layer 12
Although the p-side clad layer 17 and the p-side clad layer 17 have a superlattice structure, the present invention is not limited to this, and any one of p-side and n-side nitride semiconductor layers other than the n-side clad layer 12 and the p-side clad layer 17 The above may be a superlattice structure. Even with the above configuration, the threshold voltage can be lowered as compared with the conventional example.
【0062】以上の実施形態では、レーザ素子において
n側クラッド層12及びp側クラッド層17を超格子構
造としたが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード
(LED)等、他の窒化物半導体素子に適用できること
はいうまでもない。以上のように構成することにより、
発光ダイオードでは、Vf(順方向電圧)を下げること
ができる。In the above embodiments, the n-side cladding layer 12 and the p-side cladding layer 17 in the laser device have a superlattice structure, but the present invention is not limited to this, and other nitrides such as light emitting diodes (LEDs) are used. It goes without saying that it can be applied to semiconductor elements. By configuring as above,
In the light emitting diode, Vf (forward voltage) can be lowered.
【0063】[0063]
【実施例】以下、図1、図2を元に本発明の実施例を詳
説する。図2は図1のレーザ素子の形状を示す斜視図で
ある。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. FIG. 2 is a perspective view showing the shape of the laser device of FIG.
【0064】[実施例1]
サファイア(C面)よりなる基板の上にGaNよりなる
バッファ層を介してGaNよりなる単結晶を50μmの
膜厚で成長させたGaN基板10を用意する。このGa
N基板10を反応容器内にセットし、温度を1050℃
まで上げ、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)、不純物ガスとしてシ
ランガスを用い、GaN基板10上にSiを1×10
18/cm3ドープしたGaNよりなるn側バッファ層1
1を4μmの膜厚で成長させる。このバッファ層は、図
1のような構造の発光素子を作製した場合にはn電極を
形成するためのコンタクト層としても作用する。さら
に、このn側バッファ層は高温で成長させるバッファ層
であり、例えばサファイア、SiC、スピネルのように
窒化物半導体体と異なる材料よりなる基板の上に、90
0℃以下の低温において、GaN、AlN等を、0.5
μm以下の膜厚で直接成長させるバッファ層とは区別さ
れる。Example 1 A GaN substrate 10 is prepared by growing a single crystal of GaN with a film thickness of 50 μm on a substrate of sapphire (C plane) via a buffer layer of GaN. This Ga
Set the N substrate 10 in the reaction vessel and set the temperature to 1050 ° C.
And hydrogen as a carrier gas, ammonia and TMG (trimethylgallium) as a source gas, and silane gas as an impurity gas.
N-side buffer layer 1 made of 18 / cm 3 -doped GaN
1 is grown to a film thickness of 4 μm. This buffer layer also functions as a contact layer for forming the n-electrode when the light emitting device having the structure as shown in FIG. 1 is manufactured. Further, the n-side buffer layer is a buffer layer grown at a high temperature, and is formed on a substrate made of a material different from the nitride semiconductor material such as sapphire, SiC, and spinel.
At a low temperature of 0 ° C. or lower, GaN, AlN, etc. are
It is distinguished from a buffer layer which is directly grown with a film thickness of less than μm.
【0065】(n側クラッド層12=超格子層)
続いて、1050℃でTMA(トリメチルアルミニウ
ム)、TMG、アンモニア、シランガスを用い、Siを
1×1019/cm3ドープしたn型Al0.2Ga
0.8N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、続いてシランガス、TMAを止め、アン
ドープのGaNよりなる第2の層を40オングストロー
ムの膜厚で成長させる。そして第1層+第2層+第1層
+第2層+・・・というように超格子層を構成し、それ
ぞれ100層ずつ交互に積層し、総膜厚0.8μmの超
格子よりなるn側クラッド層12を成長させる。[0065] (n-side cladding layer 12 = superlattice layer) Subsequently, TMA (trimethyl aluminum) at 1050 ° C., TMG, ammonia, using a silane gas, n-type and 1 × 10 19 / cm 3 doped with Si Al 0. 2 Ga
A first layer of 0.8 N is grown to a thickness of 40 Å, then silane gas and TMA are stopped, and a second layer of undoped GaN is grown to a thickness of 40 Å. Then, a superlattice layer is formed such that the first layer + the second layer + the first layer + the second layer + ... 100 layers are alternately laminated, and the superlattice has a total thickness of 0.8 μm. The n-side cladding layer 12 is grown.
【0066】(n側光ガイド層13)
続いて、シランガスを止め、1050℃でアンドープG
aNよりなるn側光ガイド層13を0.1μmの膜厚で
成長させる。このn側光ガイド層は、活性層の光ガイド
層として作用し、GaN、InGaNを成長させること
が望ましく、通常100オングストローム〜5μm、さ
らに好ましくは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。またこの層をアンドープ
の超格子層とすることもできる。超格子層とする場合に
はバンドギャップエネルギーは活性層より大きく、n側
クラッド層のAl0.2Ga0.8Nよりも小さくす
る。(N-side light guide layer 13) Subsequently, the silane gas is stopped, and undoped G at 1050.degree.
The n-side light guide layer 13 made of aN is grown to a film thickness of 0.1 μm. This n-side light guide layer acts as a light guide layer of the active layer, and it is desirable to grow GaN and InGaN, and it is desirable to grow it to a film thickness of usually 100 angstrom to 5 μm, and more preferably 200 angstrom to 1 μm. . This layer can also be an undoped superlattice layer. When forming a superlattice layer, the bandgap energy is larger than that of the active layer and smaller than that of Al 0.2 Ga 0.8 N of the n-side cladding layer.
【0067】(活性層14)
次に、原料ガスにTMG、TMI、アンモニアを用いて
活性層14を成長させる。活性層14は温度を800℃
に保持して、アンドープ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、ア
ンドープIn0.01Ga0.95Nよりなる障壁層を
50オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を
2回繰り返し、最後に井戸層を積層した総膜厚175オ
ングストロームの多重量子井戸構造(MQW)の活性層
を成長させる。活性層は本実施例のようにアンドープで
もよいし、またn型不純物及び/又はp型不純物をドー
プしても良い。不純物は井戸層、障壁層両方にドープし
ても良く、いずれか一方にドープしてもよい。(Active layer 14) Next, the active layer 14 is grown by using TMG, TMI, and ammonia as source gases. The temperature of the active layer 14 is 800 ° C.
Then, a well layer made of undoped In 0.2 Ga 0.8 N is grown to have a film thickness of 25 Å.
Then, a barrier layer made of undoped In 0.01 Ga 0.95 N is grown to a film thickness of 50 Å at the same temperature only by changing the TMI molar ratio. This operation is repeated twice, and finally an active layer of a multiple quantum well structure (MQW) having a total film thickness of 175 angstroms in which well layers are laminated is grown. The active layer may be undoped as in this embodiment, or may be doped with n-type impurities and / or p-type impurities. The impurities may be doped in both the well layer and the barrier layer, or may be doped in either one.
【0068】(p側キャップ層15)
次に、温度を1050℃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、p側光ガイド層16よりもバンドギャップ
エネルギーが大きい、Mgを1×1020/cm3ドープ
したp型Al0.3Ga0.7Nよりなるp側キャップ
層17を300オングストロームの膜厚で成長させる。
このp型キャップ層15は前に述べたように、0.1μ
m以下の巻く厚保で形成し、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。(P-side cap layer 15) Next, the temperature is raised to 1050 ° C., TMG, TMA, ammonia, and Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) are used, and the band gap energy is larger than that of the p-side optical guide layer 16. , A p-side cap layer 17 made of p-type Al 0.3 Ga 0.7 N doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 is grown to a film thickness of 300 Å.
This p-type cap layer 15 has a thickness of 0.1 μm as described above.
The film is formed with a wound thickness of m or less, and the lower limit of the film thickness is not particularly limited, but it is desirable to form the film with a film thickness of 10 angstroms or more.
【0069】(p側光ガイド層16)
続いてCp2Mg、TMAを止め、1050℃で、バン
ドギャップエネルギーがp側キャップ層15よりも小さ
い、アンドープGaNよりなるp側光ガイド層16を
0.1μmの膜厚で成長させる。この層は、活性層の光
ガイド層として作用し、n型光ガイド層13と同じくG
aN、InGaNで成長させることが望ましい。なお、
このp側光ガイド層をアンドープの窒化物半導体、不純
物をドープした窒化物半導体よりなる超格子層とするこ
ともできる。超格子層とする場合にはバンドギャップエ
ネルギーは活性層の井戸層より大きく、p側クラッド層
のAl0.2Ga0.8Nよりも小さくする。(P-side light guide layer 16) Subsequently, Cp2Mg and TMA were stopped, and a p-side light guide layer 16 made of undoped GaN having a bandgap energy smaller than that of the p-side cap layer 15 at 1050 ° C. was formed to 0.1 μm. To grow. This layer acts as a light guide layer for the active layer and, like the n-type light guide layer 13, G layer
It is desirable to grow with aN or InGaN. In addition,
The p-side optical guide layer may be a superlattice layer made of an undoped nitride semiconductor or an impurity-doped nitride semiconductor. When the superlattice layer is used, the bandgap energy is larger than that of the well layer of the active layer and smaller than that of Al 0.2 Ga 0.8 N of the p-side cladding layer.
【0070】(p側クラッド層17)
続いて、1050℃でMgを1×1020/cm3ドープ
したp型Al0.2Ga0.8Nよりなる第3の層を4
0オングストロームの膜厚で成長させ、続いてTMAの
みを止め、アンドープGaNよりなる第4の層を40オ
ングストロームの膜厚で成長させる。そしてこの操作を
それぞれ100回繰り返し、総膜厚0.8μmの超格子
層よりなるp側クラッド層17を形成する。(P-side clad layer 17) Subsequently, a third layer of p-type Al 0.2 Ga 0.8 N doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 at 1050 ° C. was formed into 4 layers.
The film is grown to a film thickness of 0 angstrom, then only TMA is stopped, and a fourth layer made of undoped GaN is grown to a film thickness of 40 angstrom. Then, this operation is repeated 100 times to form the p-side cladding layer 17 made of a superlattice layer having a total film thickness of 0.8 μm.
【0071】(p側コンタクト層18)
最後に、1050℃で、p側クラッド層17の上に、M
gを2×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなる
p側コンタクト層18を150オングストロームの膜厚
で成長させる。p側コンタクト層18はp型のInXA
lYGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構
成することができ、好ましくはMgをドープしたGaN
とすれば、p電極21と最も好ましいオーミック接触が
得られる。またp型AlYGa1−YNを含む超格子構
造のp側クラッド層17に接して、バンドギャップエネ
ルギーの小さい窒化物半導体をp側コンタクト層とし
て、その膜厚を500オングストローム以下と薄くして
いるために、実質的にp側コンタクト層18のキャリア
濃度が高くなりp電極と好ましいオーミックが得られ
て、素子の閾値電流、電圧が低下する。(P-side contact layer 18) Finally, at 1050 ° C., on the p-side cladding layer 17, M
A p-side contact layer 18 made of p-type GaN doped with g of 2 × 10 20 / cm 3 is grown to a film thickness of 150 Å. The p-side contact layer 18 is a p-type In X A
1 Y Ga 1-X-Y N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), preferably Mg-doped GaN
Then, the most preferable ohmic contact with the p electrode 21 can be obtained. In addition, a nitride semiconductor having a small bandgap energy is used as a p-side contact layer in contact with the p-side clad layer 17 having a superlattice structure containing p-type Al Y Ga 1-YN , and the film thickness is reduced to 500 angstroms or less. Therefore, the carrier concentration of the p-side contact layer 18 is substantially increased, a desired ohmic contact with the p-electrode is obtained, and the threshold current and voltage of the device are reduced.
【0072】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを反応容器内において、窒素雰囲気中700
℃でアニーリングを行い、p型不純物をドープした層を
さらに低抵抗化させる。The wafer on which the nitride semiconductor was grown as described above was placed in a reaction vessel under a nitrogen atmosphere at 700
Annealing is performed at 0 ° C. to further reduce the resistance of the p-type impurity-doped layer.
【0073】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、図1に示すように、RIE装置により最上層
のp側コンタクト層18と、p側クラッド層17とをエ
ッチングして、4μmのストライプ幅を有するリッジ形
状とする。このように、活性層よりも上部にある層をス
トライプ状のリッジ形状とすることにより、活性層の発
光がストライプリッジの下に集中するようになって閾値
が低下する。特に超格子層よりなるp側クラッド層17
以上の層をリッジ形状とすることが好ましい。After the annealing, the wafer is taken out of the reaction container and, as shown in FIG. 1, the uppermost p-side contact layer 18 and the p-side clad layer 17 are etched by an RIE device to have a stripe width of 4 μm. It has a ridge shape. As described above, by forming the layer above the active layer into a striped ridge shape, the light emission of the active layer is concentrated under the striped ridge, and the threshold value is lowered. In particular, the p-side cladding layer 17 made of a superlattice layer
It is preferable that the above layers have a ridge shape.
【0074】次にリッジ表面にマスクを形成し、RIE
にてエッチングを行い、n側バッファ層11の表面を露
出させる。露出させたこのn側バッファ層11はn電極
23を形成するためのコンタクト層としても作用する。
なお図1ではn側バッファ層11をコンタクト層として
いるが、GaN基板10までエッチングを行い、露出し
たGaN基板10をコンタクト層とすることもできる。Next, a mask is formed on the ridge surface and RIE is performed.
Etching is performed to expose the surface of the n-side buffer layer 11. The exposed n-side buffer layer 11 also functions as a contact layer for forming the n-electrode 23.
Although the n-side buffer layer 11 is used as the contact layer in FIG. 1, the GaN substrate 10 may be etched to use the exposed GaN substrate 10 as the contact layer.
【0075】次にp側コンタクト層18のリッジ最表面
にNiとAuよりなるp電極21をストライプ状に形成
する。p側コンタクト層と好ましいオーミックが得られ
るp電極21の材料としては、例えばNi、Pt、P
d、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au等を挙げるこ
とができる。Next, p electrodes 21 made of Ni and Au are formed in stripes on the ridge outermost surface of the p-side contact layer 18. Examples of materials for the p-side electrode 21 that can obtain a preferable ohmic contact with the p-side contact layer include Ni, Pt, and P.
Examples thereof include d, Ni / Au, Pt / Au, Pd / Au and the like.
【0076】一方、TiとAlよりなるn電極23を先
ほど露出させたn側バッファ層11の表面にストライプ
状に形成する。n側バッファ層11、またはGaN基板
10と好ましいオーミックが得られるn電極23の材料
としてはAl、Ti、W、Cu、Zn、Sn、In等の
金属若しくは合金が好ましい。On the other hand, the n-electrode 23 made of Ti and Al is formed in a stripe shape on the surface of the n-side buffer layer 11 exposed previously. As a material of the n-side buffer layer 11 or the n-electrode 23 that can obtain a preferable ohmic property with the GaN substrate 10, a metal or alloy such as Al, Ti, W, Cu, Zn, Sn, or In is preferable.
【0077】次に、図1に示すようにp電極21と、n
電極23との間に露出した窒化物半導体層の表面にSi
O2よりなる絶縁膜25を形成し、この絶縁膜25を介
してp電極21と電気的に接続したpパッド電極22、
及びnパッド電極24を形成する。このpパッド電極2
2は実質的なp電極21の表面積を広げて、p電極側を
ワイヤーボンディング、ダイボンディングできるように
する作用がある。一方、nパッド電極24はn電極23
の剥がれを防止する作用がある。Next, as shown in FIG.
Si is formed on the surface of the nitride semiconductor layer exposed between the electrodes 23.
An insulating film 25 made of O 2 is formed, and the p pad electrode 22 electrically connected to the p electrode 21 through the insulating film 25,
And the n pad electrode 24 is formed. This p-pad electrode 2
2 has a function of substantially expanding the surface area of the p-electrode 21 so that the p-electrode side can be wire-bonded or die-bonded. On the other hand, the n pad electrode 24 is the n electrode 23.
It has the effect of preventing the peeling of.
【0078】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
イア基板をラッピングし、サファイア基板の厚さを70
μmとする。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で1μ
mポリシングして基板表面を鏡面状とし、Au/Snで
全面をメタライズする。As described above, the wafer on which the n-electrode and the p-electrode are formed is transferred to the polishing apparatus, and the sapphire substrate on the side on which the nitride semiconductor is not formed is lapped by using the diamond abrasive to remove the sapphire. The thickness of the substrate is 70
μm. After lapping, 1μ with finer abrasive
m polishing is performed to make the surface of the substrate a mirror surface, and the entire surface is metallized with Au / Sn.
【0079】その後、Au/Sn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TiO
2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にp電極に平行
な方向で、バーを切断してレーザチップとした。次にチ
ップをフェースアップ(基板とヒートシンクとが対向し
た状態)でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワ
イヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたと
ころ、室温において、閾値電流密度2.0kA/cm2、
閾値電圧4.0Vで、発振波長405nmの連続発振が
確認され、1000時間以上の寿命を示した。After that, scribe the Au / Sn side,
Cleavage is performed in a bar shape in a direction perpendicular to the striped electrode, and a resonator is formed on the cleaved surface. SiO 2 and TiO on the cavity surface
A dielectric multilayer film of 2 was formed, and finally the bar was cut in a direction parallel to the p electrode to obtain a laser chip. Next, when the chip was placed face up (the substrate and the heat sink faced each other) on the heat sink, each electrode was wire-bonded, and laser oscillation was attempted at room temperature. At room temperature, the threshold current density was 2.0 kA / cm 2 ,
At a threshold voltage of 4.0 V, continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed, and a life of 1000 hours or more was shown.
【0080】[実施例2]
図3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、図1と同じくレーザ光の共振
方向に垂直な方向で素子を切断した際の図を示してい
る。以下この図を元に実施例2について説明する。尚、
図3において、図1及び図2と同様のものには同様の符
号を付して示す。[Embodiment 2] FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention. The figure at the time of cutting is shown. The second embodiment will be described below with reference to this drawing. still,
In FIG. 3, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals.
【0081】サファイア(C面)よりなる基板の上にG
aNよりなるバッファ層を介してSiを5×1018/
cm3ドープしたGaNよりなる単結晶を150μmの膜
厚で成長させたGaN基板10を用意する。このGaN
基板10の上に実施例1と同様にして、n側バッファ層
11を成長させる。G on a substrate made of sapphire (C-plane)
5 × 10 18 Si is added through the buffer layer made of aN.
A GaN substrate 10 is prepared in which a single crystal of cm 3 -doped GaN is grown to a film thickness of 150 μm. This GaN
The n-side buffer layer 11 is grown on the substrate 10 in the same manner as in the first embodiment.
【0082】(クラック防止層19)
n側バッファ層11成長後、温度を800℃にして、原
料ガスにTMG、TMI、アンモニア、不純物ガスにシ
ランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープした
In0.1Ga0.9Nよりなるクラック防止層19を
500オングストロームの膜厚で成長させる。このクラ
ック防止層19はInを含むn型の窒化物半導体、好ま
しくはInGaNで成長させることにより、Alを含む
窒化物半導体層中にクラックが入るのを防止することが
できる。なおこのクラック防止層は100オングストロ
ーム以上、0.5μm以下の膜厚で成長させることが好
ましい。100オングストロームよりも薄いと前記のよ
うにクラック防止として作用しにくく、0.5μmより
も厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。(Crack Prevention Layer 19) After growing the n-side buffer layer 11, the temperature is set to 800 ° C., TMG, TMI, and ammonia are used as a source gas, and silane gas is used as an impurity gas, and Si is doped at 5 × 10 18 / cm 3 The crack prevention layer 19 made of In 0.1 Ga 0.9 N is grown to a film thickness of 500 Å. The crack prevention layer 19 can prevent cracks from entering the Al-containing nitride semiconductor layer by growing an n-type nitride semiconductor containing In, preferably InGaN. The crack prevention layer is preferably grown to a film thickness of 100 angstroms or more and 0.5 μm or less. When the thickness is less than 100 Å, it is difficult to act as a crack preventive as described above, and when the thickness is more than 0.5 μm, the crystal itself tends to turn black.
【0083】クラック防止層19成長後、実施例1と同
様にして、変調ドープされた超格子よりなるn側クラッ
ド層12と、アンドープn側光ガイド層13を成長させ
る。After the crack prevention layer 19 is grown, the n-side cladding layer 12 made of a modulation-doped superlattice and the undoped n-side optical guide layer 13 are grown in the same manner as in the first embodiment.
【0084】(n側キャップ層20)
続いてTMG、TMA、アンモニア、シランガスを用
い、n側光ガイド層13よりもバンドギャップエネルギ
ーが大きい、Siを5×1018/cm3ドープしたn型
Al0.3Ga0.7Nよりなるn側キャップ層20を
300オングストロームの膜厚で成長させる。(N-side Cap Layer 20) Next, using TMG, TMA, ammonia, and silane gas, n-type Al doped with Si at 5 × 10 18 / cm 3 and having a bandgap energy larger than that of the n-side optical guide layer 13. An n-side cap layer 20 made of 0.3 Ga 0.7 N is grown to a film thickness of 300 Å.
【0085】後は実施例1と同様にして活性層14、p
側キャップ層15、アンドープp側光ガイド層16、変
調ドープされた超格子よりなるp側クラッド層17、p
側コンタクト層18を成長させる。Thereafter, the active layers 14 and p are formed in the same manner as in the first embodiment.
Side cap layer 15, undoped p-side optical guide layer 16, p-side cladding layer 17 made of modulation-doped superlattice 17, p
The side contact layer 18 is grown.
【0086】窒化物半導体層成長後、同様にしてアニー
リングを行い、p型不純物をドープした層をさらに低抵
抗化させ、アニーリング後、図3に示すように最上層の
p側コンタクト層18と、p側クラッド層17とをエッ
チングして、4μmのストライプ幅を有するリッジ形状
とする。After the growth of the nitride semiconductor layer, annealing is similarly performed to further reduce the resistance of the p-type impurity-doped layer, and after the annealing, the uppermost p-side contact layer 18 is formed as shown in FIG. The p-side cladding layer 17 is etched to form a ridge having a stripe width of 4 μm.
【0087】リッジ形成後、p側コンタクト層18のリ
ッジ最表面にNi/Auよりなるp電極21をストライ
プ状に形成し、p電極21以外の最表面の窒化物半導体
層のにSiO2よりなる絶縁膜25を形成し、この絶縁
膜25を介してp電極21と電気的に接続したpパッド
電極22を形成する。After the ridge is formed, a p-electrode 21 made of Ni / Au is formed in a stripe shape on the outermost surface of the ridge of the p-side contact layer 18, and a nitride semiconductor layer other than the p-electrode 21 is made of SiO 2. The insulating film 25 is formed, and the p pad electrode 22 electrically connected to the p electrode 21 through the insulating film 25 is formed.
【0088】以上のようにして、p電極を形成したウェ
ーハを研磨装置に移送し、サファイア基板を研磨により
除去し、GaN基板10の表面を露出させる。露出した
GaN基板表面のほぼ全面にTi/Alよりなるn電極
23を形成する。As described above, the wafer on which the p electrode is formed is transferred to the polishing apparatus, the sapphire substrate is removed by polishing, and the surface of the GaN substrate 10 is exposed. An n electrode 23 made of Ti / Al is formed on almost the entire exposed GaN substrate surface.
【0089】電極形成後GaN基板のM面(窒化物半導
体を六方晶系で近似した場合に六角柱の側面に相当する
面)で劈開し、その劈開面にSiO2とTiO2よりな
る誘電体多層膜を形成し、最後にp電極に平行な方向
で、バーを切断してレーザ素子とする。このレーザ素子
も同様に室温において連続発振を示し、実施例1とほぼ
同等の特性を示した。After the electrodes are formed, the GaN substrate is cleaved at the M plane (the surface corresponding to the side surface of the hexagonal column when the nitride semiconductor is approximated by a hexagonal crystal system), and the cleavage plane has a dielectric material made of SiO 2 and TiO 2. A multilayer film is formed, and finally the bar is cut in a direction parallel to the p electrode to obtain a laser element. This laser element also showed continuous oscillation at room temperature, and exhibited characteristics substantially equivalent to those of Example 1.
【0090】[実施例3]
実施例1において、n側バッファ層11成長後、実施例
2と同様にしてクラック防止層19を成長させる。次に
そのクラック防止層の上に、Siを1×1019/cm3
ドープしたAl0.3Ga0.7N層単一層のみよりな
るn側クラッド層12を0.4μmの膜厚で成長させ
る。後は実施例1と同様にして、レーザ素子を作製した
ところ、同じく室温でレーザ発振を示したが、寿命は実
施例1のレーザ素子よりも若干短くなった。Example 3 In Example 1, after the n-side buffer layer 11 is grown, the crack prevention layer 19 is grown in the same manner as in Example 2. Then, on the crack prevention layer, Si was added at 1 × 10 19 / cm 3
An n-side cladding layer 12 consisting of a single doped Al 0.3 Ga 0.7 N layer is grown to a thickness of 0.4 μm. After that, when a laser element was manufactured in the same manner as in Example 1, the laser oscillation was also exhibited at room temperature, but the life was slightly shorter than that of the laser element in Example 1.
【0091】[実施例4]
実施例1において、p側クラッド層17成長時に、Mg
を1×1020/cm3ドープしたAl0.3Ga0.7
N層単一層を0.4μmの膜厚で成長させる他は、実施
例1と同様にして、レーザ素子を作製したところ、同じ
く室温でレーザ発振を示したが、寿命は実施例1のレー
ザ素子よりも若干短くなった。[Example 4] In Example 1, Mg was grown at the time of growing the p-side cladding layer 17.
Al 0.3 Ga 0.7 doped with 1 × 10 20 / cm 3
A laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the N layer single layer was grown to a film thickness of 0.4 μm. The laser device also showed laser oscillation at room temperature. A little shorter than.
【0092】[実施例5]
実施例1において、n側クラッド層12を超格子構造と
せずに、Siを1×1018/cm3ドープしたAl
0.2Ga0.8N層0.4μmとする。また、p側ク
ラッド層も同様に超格子構造とせず、Mgを1×10
20/cm3ドープしたAl0.2Ga0.8N層0.4
μmとする。代わりに、n側光ガイド層13をアンドー
プIn0.01Ga0.99N層30オングストローム
と、Siを1×1017/cm3ドープしたGaN層30
オングストロームとを積層した総膜厚0.12μmの超
格子構造とし、p側光ガイド層16をアンドープIn
0.01Ga0.99N層30オングストロームと、M
gを1×1017/cm3ドープしたGaN層30オング
ストロームとを積層した総膜厚0.12μmの超格子構
造とする他は実施例1と同様にしてレーザ素子を作製し
たところ、同じく室温でレーザ発振を示したが、寿命は
実施例1のレーザ素子よりも若干短くなった。[Example 5] In Example 1, Al was doped with Si at 1 x 10 18 / cm 3 without forming the n-side cladding layer 12 in a superlattice structure.
0.2 Ga 0.8 N layer 0.4 μm. Similarly, the p-side clad layer is also not made to have a superlattice structure and Mg of 1 × 10 6 is used.
20 / cm 3 doped Al 0.2 Ga 0.8 N layer 0.4
μm. Instead, the n-side optical guide layer 13 is an undoped In 0.01 Ga 0.99 N layer 30 angstrom, and the GaN layer 30 doped with Si at 1 × 10 17 / cm 3 is used.
A superlattice structure having a total film thickness of 0.12 μm is formed by stacking angstroms, and the p-side optical guide layer 16 is undoped In
0.01 Ga 0.99 N layer 30 Å, M
A laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a superlattice structure having a total film thickness of 0.12 μm was obtained by stacking 30 g of GaN layer doped with 1 × 10 17 / cm 3 of g. Although laser oscillation was shown, the life was slightly shorter than that of the laser device of Example 1.
【0093】[実施例6]
実施例1において、n側バッファ層11を形成する際、
アンドープGaN層を30オングストロームと、Siを
1×1019/cm3ドープしたAl0.05Ga
0.95N層を30オングストロームとを積層した総膜
厚1.2μmの超格子層とする。後は実施例1と同様に
して、n側クラッド層12から上の層を成長させ、レー
ザ素子とする。但しn電極を形成する際、エッチングに
より露出させる面は、前述の1.2μmの超格子層の中
間とし、その超格子層にn電極を形成する。このレーザ
素子も同様に室温において連続発振し、閾値は実施例1
のものに比較して若干低下し、寿命は1000時間以上
であった。[Sixth Embodiment] In the first embodiment, when the n-side buffer layer 11 is formed,
The undoped GaN layer has a thickness of 30 angstroms, and Si is 1 × 10 19 / cm 3 -doped Al 0.05 Ga.
A superlattice layer having a total film thickness of 1.2 μm is formed by stacking 0.95 N layers with a thickness of 30 Å. Thereafter, in the same manner as in Example 1, an upper layer is grown from the n-side cladding layer 12 to form a laser device. However, when forming the n-electrode, the surface exposed by etching is in the middle of the 1.2 μm superlattice layer, and the n-electrode is formed on the superlattice layer. This laser element also continuously oscillates at room temperature, and the threshold value is set to that in Example 1.
It was slightly decreased as compared with that of No. 1, and the life was 1000 hours or more.
【0094】[実施例7]
図4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、他の図面と同一符号は同一層
を示している。以下、この図を基に実施例7について説
明する。[Embodiment 7] FIG. 4 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention. The seventh embodiment will be described below with reference to this drawing.
【0095】実施例1と同じく、2インチφ、(000
1)C面を主面とするサファイア基板30の上に500
℃にて、GaNよりなるバッファ層(図示せず)を20
0オングストロームの膜厚で成長させた後、温度を10
50℃にしてアンドープGaN層31を5μm膜厚で成
長させる。尚、この成長させる膜厚は、5μmに限定さ
れるものではなく、バッファ層よりも厚い膜厚で成長さ
せて、10μm以下の膜厚に調整することが望ましい。
基板はサファイアの他、SiC、ZnO、スピネル、G
aAs等窒化物半導体を成長させるために知られてい
る、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板を用いるこ
とができる。As in Example 1, 2 inches φ, (000
1) 500 on the sapphire substrate 30 whose main surface is the C surface
A GaN buffer layer (not shown) is formed at 20 ° C.
After growing to a thickness of 0 Å, the temperature is raised to 10
The undoped GaN layer 31 is grown to a thickness of 5 μm at 50 ° C. The film thickness to be grown is not limited to 5 μm, and it is desirable that the film thickness is made thicker than the buffer layer and adjusted to 10 μm or less.
Substrates include sapphire, SiC, ZnO, spinel, G
A substrate made of a material different from the nitride semiconductor, which is known for growing a nitride semiconductor such as aAs, can be used.
【0096】次にこのアンドープGaN層31成長後、
ウェーハを反応容器から取り出し、このGaN層31の
表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、CVD
装置によりストライプ幅20μm、ストライプ間隔(窓
部)5μmのSiO2よりなる保護膜32を0.1μm
の膜厚で形成する。図4はストライプの長軸方向に垂直
な方向で切断した際の部分的なウェーハの構造を示す模
式断面図である。保護膜の形状としてはストライプ状、
ドット状、碁盤目状等どのような形状でも良いが、アン
ドープGaN層31の露出部分、即ち保護膜が形成され
ていない部分(窓部)よりも保護膜の面積を大きくする
方が、結晶欠陥の少ないGaN基板10を成長させやす
い。保護膜の材料としては、例えば酸化ケイ素(SiO
X)、窒化ケイ素(SiXNY)、酸化チタン(TiO
X)、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の他、1200℃以上の融点を
有する金属等を用いることができる。これらの保護膜材
料は、窒化物半導体の成長温度600℃〜1100℃の
温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長しない
か、成長しにくい性質を有している。Next, after the growth of the undoped GaN layer 31,
The wafer is taken out of the reaction vessel, a stripe-shaped photomask is formed on the surface of the GaN layer 31, and the CVD is performed.
Depending on the apparatus, a protective film 32 made of SiO 2 having a stripe width of 20 μm and a stripe interval (window portion) of 5 μm is formed to a thickness of 0.1 μm.
It is formed with a film thickness of. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a partial wafer structure when cut in a direction perpendicular to the long axis direction of the stripe. The shape of the protective film is a stripe shape,
It may have any shape such as a dot shape or a grid shape, but crystal defects are larger when the area of the protective film is larger than the exposed portion of the undoped GaN layer 31, that is, the portion (window portion) where the protective film is not formed. It is easy to grow the GaN substrate 10 with a small amount. As the material of the protective film, for example, silicon oxide (SiO 2
X ), silicon nitride (Si X N Y ), titanium oxide (TiO 2
X 2 ), oxides and nitrides such as zirconium oxide (ZrO X ), multilayer films of these, and metals having a melting point of 1200 ° C. or higher can be used. These protective film materials withstand the growth temperature of the nitride semiconductor of 600 ° C. to 1100 ° C., and have the property that the nitride semiconductor does not grow on the surface or hardly grows.
【0097】保護膜32形成後、ウェーハを再度反応容
器内にセットし、1050℃で、アンドープGaNより
なるGaN基板10となるGaN層を10μmの膜厚に
成長させる。成長させるGaN層の好ましい成長膜厚
は、先に形成した保護膜32の膜厚、大きさによっても
異なるが、保護膜32の表面を覆うように保護膜上部に
おいて横方向(厚さ方向に垂直な方向)にも成長するよ
うに十分の厚さに成長させる。このように窒化物半導体
が成長しにくい性質を有する保護膜32の表面上に、横
方向にGaN層を成長させる手法でGaN基板10を成
長させると、最初は保護膜32の上にはGaN層が成長
せず、窓部のアンドープGaN層31の上にGaN層が
選択成長される。続いてGaN層の成長を続けると、G
aN層が横方向に成長して、保護膜32の上に覆いかぶ
さって行き、隣接した窓から成長したGaN層同士でつ
ながって、保護膜32の上にGaN層が成長したかのよ
うな状態となる。つまり、GaN層31上に保護膜32
を介してGaN層を横方向に成長させる。ここで、重要
なことは、サファイヤ基板30の上に成長されているG
aN層31の結晶欠陥と、保護膜32の上に成長されて
いるGaN基板10との結晶欠陥の数である。すなわ
ち、異種基板と窒化物半導体との格子定数のミスマッチ
により、異種基板の上に成長される窒化物半導体には非
常に多くの結晶欠陥が発生し、この結晶欠陥は順次上層
に形成される窒化物半導体成長中を、表面まで伝わる。
一方、本実施例7のように、保護膜32上に横方向に成
長されたGaN基板10は、異種基板上に直接成長した
ものではなく、隣接する窓から成長させたGaN層が、
保護膜32上に横方向に成長することにより成長中につ
ながったものであるため、結晶欠陥の数は異種基板から
直接成長したものに比べて非常に少なくなる。従って、
異種基板上に成長された窒化物半導体層の上に、部分的
に形成された保護膜を形成して、その保護膜上に横方向
に成長されてなるGaN層を基板とすることにより、実
施例1のGaN基板に比較して、はるかに結晶欠陥の少
ないGaN基板が得られる。実際、アンドープGaN層
31の結晶欠陥は1010/cm2以上あるが、この実施
例7の方法によるGaN基板10の結晶欠陥は106/
cm2以下に減少させることができる。After forming the protective film 32, the wafer is set in the reaction vessel again, and a GaN layer to be the GaN substrate 10 made of undoped GaN is grown to a thickness of 10 μm at 1050 ° C. The preferable growth film thickness of the GaN layer to be grown varies depending on the film thickness and size of the protective film 32 formed previously, but in the lateral direction (vertical to the thickness direction) above the protective film so as to cover the surface of the protective film 32. Direction) and grow to a sufficient thickness. As described above, when the GaN substrate 10 is grown on the surface of the protective film 32 having the property that the nitride semiconductor is hard to grow, the GaN layer is first grown on the protective film 32. Does not grow, and the GaN layer is selectively grown on the undoped GaN layer 31 in the window. Then, when the GaN layer is continuously grown, G
A state in which the aN layer grows in the lateral direction and covers the protective film 32, and the GaN layers grown from the adjacent windows are connected to each other so that the GaN layer grows on the protective film 32. Becomes That is, the protective film 32 is formed on the GaN layer 31.
The GaN layer is grown laterally via the. Here, the important thing is that the G grown on the sapphire substrate 30.
It is the number of crystal defects in the aN layer 31 and the GaN substrate 10 grown on the protective film 32. That is, due to the mismatch of lattice constants between the heterogeneous substrate and the nitride semiconductor, a large number of crystal defects are generated in the nitride semiconductor grown on the heterogeneous substrate, and these crystal defects are sequentially formed in the upper layer. It is transmitted to the surface during the growth of semiconductors.
On the other hand, as in Example 7, the GaN substrate 10 laterally grown on the protective film 32 was not directly grown on the heterogeneous substrate, but the GaN layer grown from the adjacent window was
The number of crystal defects is much smaller than that of the crystal grown directly from the heterogeneous substrate because the crystal defects are connected during the growth by lateral growth on the protective film 32. Therefore,
A partially formed protective film is formed on a nitride semiconductor layer grown on a heterogeneous substrate, and a GaN layer laterally grown on the protective film is used as a substrate. As compared with the GaN substrate of Example 1, a GaN substrate with far fewer crystal defects can be obtained. Actually, the crystal defects of the undoped GaN layer 31 are 10 10 / cm 2 or more, but the crystal defects of the GaN substrate 10 by the method of this Example 7 are 10 6 / cm 2.
It can be reduced to below cm 2 .
【0098】以上のようにしてGaN基板10を形成し
た後、該GaN基板上に実施例1と同様にしてSiを1
×1018/cm3ドープしたGaNよりなるn側バッフ
ァ層、件コンタクト層11を5μmの膜厚で成長させた
後、実施例2と同様にして、Siを5×1018/cm3
ドープしたIn0.1Ga0.9Nよりなるクラック防
止層19を500オングストロームの膜厚で成長させ
る。尚、クラック防止層19は省略することもできる。After the GaN substrate 10 is formed as described above, Si is deposited on the GaN substrate in the same manner as in Example 1.
After growing an n-side buffer layer of GaN doped with × 10 18 / cm 3 and the contact layer 11 with a thickness of 5 μm, Si was added in an amount of 5 × 10 18 / cm 3 in the same manner as in Example 2.
A crack prevention layer 19 made of doped In 0.1 Ga 0.9 N is grown to a film thickness of 500 Å. The crack prevention layer 19 may be omitted.
【0099】(中央部が高不純物濃度の超格子構造のn
側クラッド層12)
次に、1050℃で、TMG、アンモニアガスを用い、
アンドープGaN層を20オングストロームの膜厚で成
長させることにより、バンドギャップエネルギーの小さ
い第2の窒化物半導体層を形成する。次に同温度にて、
TMAを追加しアンドープAl0.1Ga0.9N層を
5オングストローム成長させ、続いてシランガスを追加
しSiを1×1019/cm3ドープしたAl0.1Ga
0.9N層を20オングストロームの膜厚で成長させた
後、Siを止めてアンドープAl0.1Ga0.9N層
をさらに5オングストロームの膜厚で成長させることに
より、バンドギャップエネルギーの大きい厚さ30μm
の第1の窒化物半導体層を形成する。以後同様にして、
第2の窒化物半導体層と第1の窒化物半導体層とを交互
に繰り返し形成する。尚、実施例7では、第2の窒化物
半導体層と第1の窒化物半導体層とがそれぞれ120層
になるように積層し、0.6μm厚の、超格子構造より
なるn側クラッド層12を形成する。(In the central part, n of a superlattice structure with a high impurity concentration
Side clad layer 12) Next, at 1050 ° C., using TMG and ammonia gas,
By growing the undoped GaN layer to a film thickness of 20 Å, a second nitride semiconductor layer having a small band gap energy is formed. Then at the same temperature,
TMA was added to grow an undoped Al 0.1 Ga 0.9 N layer to 5 angstroms, and then silane gas was added to add Si to 1 × 10 19 / cm 3 -doped Al 0.1 Ga.
After the 0.9 N layer is grown to a thickness of 20 Å, the Si is stopped and the undoped Al 0.1 Ga 0.9 N layer is further grown to a thickness of 5 Å to obtain a large band gap energy. Thickness 30 μm
To form a first nitride semiconductor layer. After that, in the same way,
The second nitride semiconductor layer and the first nitride semiconductor layer are alternately and repeatedly formed. In Example 7, the second nitride semiconductor layer and the first nitride semiconductor layer were laminated so as to each have 120 layers, and the n-side cladding layer 12 having a superlattice structure and having a thickness of 0.6 μm was formed. To form.
【0100】次に、実施例1と同様にして、n側光ガイ
ド層13、活性層14、p側キャップ層15、p側光ガ
イド層16を順に成長させる。Next, in the same manner as in Example 1, the n-side light guide layer 13, the active layer 14, the p-side cap layer 15, and the p-side light guide layer 16 are sequentially grown.
【0101】(中央部が高不純物濃度の超格子構造のp
側クラッド層17)
次に、1050℃で、TMG、アンモニアガスを用い、
アンドープGaN層を20オングストロームの膜厚で成
長させることにより、バンドギャップエネルギーの小さ
い第4の窒化物半導体層を形成する。次に同温度にて、
TMAを追加しアンドープAl0.1Ga0.9N層を
5オングストローム成長させ、続いてCp2Mgを追加
しMgを1×1020/cm3ドープしたAl0.1Ga
0.9N層を20オングストロームの膜厚で成長させた
後、Cp2Mgを止めてアンドープAl0.1Ga
0.9N層をさらに5オングストロームの膜厚で成長さ
せることにより、バンドギャップエネルギーの大きい厚
さ30μmの第3の窒化物半導体層を形成する。以後同
様にして、第4の窒化物半導体層と第3の窒化物半導体
層とを交互に繰り返し形成する。尚、実施例7では、第
4の窒化物半導体層と第3の窒化物半導体層とがそれぞ
れ120層になるように積層し、0.6μm厚の、超格
子構造よりなるn側クラッド層17を形成する。(The central portion of the superlattice structure with a high impurity concentration is p
Side cladding layer 17) Next, at 1050 ° C., using TMG and ammonia gas,
An undoped GaN layer is grown to a film thickness of 20 Å to form a fourth nitride semiconductor layer having a small band gap energy. Then at the same temperature,
TMA was added to grow an undoped Al 0.1 Ga 0.9 N layer to 5 angstroms, and then Cp 2 Mg was added and Mg was doped with 1 × 10 20 / cm 3 -doped Al 0.1 Ga.
After growing a 0.9 N layer to a thickness of 20 Å, Cp 2 Mg is stopped and undoped Al 0.1 Ga
A 0.9 N layer is further grown to a film thickness of 5 Å to form a third nitride semiconductor layer having a large band gap energy and a thickness of 30 μm. Thereafter, similarly, the fourth nitride semiconductor layer and the third nitride semiconductor layer are alternately and repeatedly formed. In Example 7, the fourth nitride semiconductor layer and the third nitride semiconductor layer were laminated so as to each have 120 layers, and the n-side cladding layer 17 having a superlattice structure and having a thickness of 0.6 μm was formed. To form.
【0102】そして最後に、実施例1と同様にしてp側
コンタクト層18を成長させた後、ウェーハを反応容器
から取り出し、アニーリングを行った後、エッチングを
行いp側クラッド層17以上の層をストライプ状のリッ
ジ形状とする。Finally, after growing the p-side contact layer 18 in the same manner as in Example 1, the wafer is taken out of the reaction container, annealed, and then etched to form layers above the p-side cladding layer 17. A striped ridge shape is used.
【0103】次に図4に示すようにリッジに対して、左
右対称にエッチングを行い、n電極23を形成すべきn
側バッファ層表面を露出させ、n電極23を形成し、一
方p側コンタクト層18のリッジ最表面にもp電極21
をストライプ状に形成する。後は実施例1と同様にし
て、レーザ素子を作製したところ、実施例1のものに比
較して閾値で、電流密度、電圧でおよそ10%低下し、
波長405nmの連続発振寿命は、2000時間以上の
寿命を示した。これはGaN基板10に結晶欠陥の少な
いものを使用したことによる、窒化物半導体の結晶性の
向上によるものが多大である。なお図4において、Ga
N基板10を例えば80μm以上の膜厚で成長させた場
合には、異種基板30〜保護膜32は除去することも可
能である。Next, as shown in FIG. 4, the ridge is etched symmetrically to form the n electrode 23.
The n-electrode 23 is formed by exposing the surface of the side buffer layer, while the p-electrode 21 is also formed on the ridge outermost surface of the p-side contact layer 18.
Are formed in stripes. After that, when a laser element was manufactured in the same manner as in Example 1, the threshold value, the current density, and the voltage were reduced by about 10% as compared with those in Example 1,
The continuous oscillation lifetime at a wavelength of 405 nm showed a lifetime of 2000 hours or more. This is largely due to the improvement in crystallinity of the nitride semiconductor due to the use of the GaN substrate 10 having few crystal defects. In FIG. 4, Ga
When the N substrate 10 is grown to have a film thickness of, for example, 80 μm or more, the heterogeneous substrate 30 to the protective film 32 can be removed.
【0104】[実施例8]
実施例7において、n側クラッド層12を成長させる
際、中央部を高不純物濃度とせず、通常のアンドープG
aN層を20オングストロームと、Siを1×1019
/cm3ドープしたAl0.1Ga0.9N層を20オン
グストロームとを積層し、総膜厚0.6μmの超格子構
造とする。[Embodiment 8] In Embodiment 7, when the n-side cladding layer 12 is grown, the central portion is not made to have a high impurity concentration, and a normal undoped G is used.
20 angstrom aN layer and 1 x 10 19 Si
/ Cm 3 Doped Al 0.1 Ga 0.9 N layer of 20 angstrom is laminated to form a superlattice structure having a total film thickness of 0.6 μm.
【0105】一方、p側クラッド層17を成長させる際
も、中央部を高不純物濃度とせずに、アンドープGaN
層を20オングストロームと、Mgを1×1020/cm
3ドープしたAl0.1Ga0.9N層を20オングス
トロームとを積層し、総膜厚0.6μmの超格子構造と
する他は実施例7と同様にしてレーザ素子を作製したと
ころ、実施例7のものに比較して、若干閾値は低下した
が、寿命はほぼ同じ2000時間以上を示した。On the other hand, when the p-side cladding layer 17 is grown, the undoped GaN is not formed in the central portion without a high impurity concentration.
Layer is 20 Å and Mg is 1 × 10 20 / cm
A laser device was produced in the same manner as in Example 7 except that a 3- doped Al 0.1 Ga 0.9 N layer was stacked in a thickness of 20 Å to form a superlattice structure having a total film thickness of 0.6 μm. Although the threshold value was slightly lower than that of Example 7, the life was almost the same, that is, 2000 hours or more.
【0106】[実施例9]
実施例7において、n側クラッド層12を成長させる
際、Siを1×1019/cm3ドープしたGaN層を2
5オングストロームと、アンドープAl0.1Ga
0.9N層を25オングストロームとを交互に積層し、
総膜厚0.6μmの超格子構造とする。一方、p側クラ
ッド層17を成長させる際も、Mgを1×1020/cm
3ドープしたGaN層を25オングストロームと、アン
ドープAl0.1Ga0.9N層を25オングストロー
ムとを交互に積層し、総膜厚0.6μmの超格子構造と
する他は実施例7と同様にしてレーザ素子を作製したと
ころ、実施例7のものとほぼ同等の特性、寿命を有する
レーザ素子が得られた。Example 9 In Example 7, when the n-side cladding layer 12 was grown, two GaN layers doped with Si at 1 × 10 19 / cm 3 were used.
5 Å and undoped Al 0.1 Ga
Alternating layers of 0.9 N layers and 25 Angstroms,
The superlattice structure has a total film thickness of 0.6 μm. On the other hand, when the p-side clad layer 17 is grown, Mg is added at 1 × 10 20 / cm.
Same as Example 7 except that 25 angstroms of 3- doped GaN layers and 25 angstroms of undoped Al 0.1 Ga 0.9 N layers are alternately laminated to form a superlattice structure having a total film thickness of 0.6 μm. When a laser element was manufactured as described above, a laser element having characteristics and life substantially equivalent to those of Example 7 was obtained.
【0107】[実施例10]
実施例7において、n側クラッド層12を成長させる
際、Siを1×1019/cm3ドープしたGaN層を2
5オングストロームと、Siを1×1017/cm3ドー
プしたAl0.1Ga0.9N層を25オングストロー
ムとを交互に積層し、総膜厚0.6μmの超格子構造と
する。一方、p側クラッド層17を成長させる際も、M
gを1×1020/cm3ドープしたGaN層を25オン
グストロームと、Mgを1×1018/cm3ドープした
Al0.1Ga0.9N層を25オングストロームとを
交互に積層し、総膜厚0.6μmの超格子構造とする他
は実施例7と同様にしてレーザ素子を作製したところ、
実施例7のものとほぼ同等の特性、寿命を有するレーザ
素子が得られた。[Example 10] In Example 7, when the n-side cladding layer 12 was grown, two GaN layers doped with Si at 1 x 10 19 / cm 3 were used.
5 angstroms and 25 angstroms of Al 0.1 Ga 0.9 N layers doped with 1 × 10 17 / cm 3 of Si are alternately laminated to form a superlattice structure having a total film thickness of 0.6 μm. On the other hand, when growing the p-side cladding layer 17, M
25 angstroms of a GaN layer doped with 1 × 10 20 / cm 3 of g and 25 angstroms of an Al 0.1 Ga 0.9 N layer doped with 1 × 10 18 / cm 3 of Mg were alternately laminated. A laser device was manufactured in the same manner as in Example 7 except that the superlattice structure having a film thickness of 0.6 μm was used.
A laser device having characteristics and life substantially equivalent to those of Example 7 was obtained.
【0108】[実施例11]
実施例7において、n側クラッド層を超格子構造とせず
に、Siを1×1019/cm3ドープしたAl0.1G
a0.9N層を0.6μmの膜厚で成長させる。一方、
p側クラッド層17を成長させる際は、Mgを1×10
20/cm3ドープしたGaN層を25オングストローム
と、1×1018/cm3ドープしたAl0.1Ga
0.9N層を25オングストロームとを交互に積層し、
総膜厚0.6μmの超格子構造とする他は実施例7と同
様にしてレーザ素子を作製したところ、実施例7に比較
して閾値は若干上昇したが同じく1000時間以上の寿
命を示した。Example 11 In Example 7, Al 0.1 G doped with Si at 1 × 10 19 / cm 3 was used without forming the n-side cladding layer with a superlattice structure.
An a 0.9 N layer is grown to a film thickness of 0.6 μm. on the other hand,
When growing the p-side clad layer 17, Mg was added at 1 × 10
25 angstroms of 20 / cm 3 doped GaN layer and 1 × 10 18 / cm 3 doped Al 0.1 Ga
Alternating layers of 0.9 N layers and 25 Angstroms,
When a laser device was manufactured in the same manner as in Example 7 except that the superlattice structure having a total film thickness of 0.6 μm was used, the threshold value was slightly increased as compared with Example 7, but the lifetime was also 1000 hours or more. .
【0109】[実施例12]
実施例7において、n側クラッド層、及びp側クラッド
層の超格子における不純物濃度を通常の変調ドープ(中
央部が高濃度ではなく、層内ほぼ均一)とし、n側バッ
ファ層11を成長させる際に、Siを1×1019/cm
3ドープしたAl0.05Ga0.95N層50オング
ストロームと、アンドープGaN層50オングストロー
ムとを交互に成長させ、総膜厚2μmの超格子層とする
他は実施例7と同様にしてレーザ素子を作製したとこ
ろ、実施例7のものに比較して、閾値が若干低下し、寿
命は3000時間以上を示した。[Embodiment 12] In Embodiment 7, the impurity concentration in the superlattice of the n-side cladding layer and the p-side cladding layer is a normal modulation doping (the central portion is not high concentration, but is substantially uniform in the layer), When growing the n-side buffer layer 11, Si was added at 1 × 10 19 / cm 3.
A laser device was manufactured in the same manner as in Example 7, except that 50 angstroms of 3- doped Al 0.05 Ga 0.95 N layers and 50 angstroms of undoped GaN layers were alternately grown to form a superlattice layer having a total film thickness of 2 μm. As a result, the threshold value was slightly lower than that of Example 7, and the life was 3000 hours or more.
【0110】[実施例13]
実施例7において、n側クラッド層12をアンドープG
aN層20オングストロームと、Siを1×1019/
cm3ドープしたAl0.1Ga0.9N層20オングス
トロームとを積層した総膜厚0.6μmの超格子構造と
する。次のn側光ガイド層13をSiを1×1019/
cm3ドープしたGaN層25オングストロームと、アン
ドープAl0.05Ga0.95N層25オングストロ
ームとを交互に成長させ、総膜厚0.1μmの超格子構
造とする。[Example 13] In Example 7, the n-side cladding layer 12 was undoped G.
aN layer 20 angstrom and Si 1 × 10 19 /
A superlattice structure having a total film thickness of 0.6 μm is formed by stacking cm 3 -doped Al 0.1 Ga 0.9 N layer 20 angstrom. The next n-side optical guide layer 13 is made of Si at 1 × 10 19 /
A cm 3 -doped GaN layer 25 Å and an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N layer 25 Å are alternately grown to form a superlattice structure with a total film thickness of 0.1 μm.
【0111】一方、p側光ガイド層も、Mgを1×10
19/cm3ドープしたGaN層25オングストローム
と、アンドープAl0.05Ga0.95N層25オン
グストロームとを交互に成長させ、総膜厚0.1μmの
超格子構造とする。次に、p側クラッド層17をアンド
ープGaN層20オングストロームと、Mgを1×10
20/cm3ドープしたAl0.1Ga0.9N層を20
オングストロームとを交互に積層した、総膜厚0.6μ
mの超格子構造とする他は、同様にしてレーザ素子を作
製したところ、実施例7のものに比較して、若干閾値は
低下し、寿命は3000時間以上を示した。On the other hand, the p-side light guide layer also contains Mg at 1 × 10 5.
A 19 Å / cm 3 -doped GaN layer 25 Å and an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N layer 25 Å are alternately grown to form a superlattice structure with a total film thickness of 0.1 μm. Next, the p-side clad layer 17 is made to have an undoped GaN layer of 20 angstrom and Mg of 1 × 10.
20 / cm 3 doped Al 0.1 Ga 0.9 N layer 20
Total film thickness of 0.6μ, alternately laminated with Angstrom
A laser device was manufactured in the same manner except that the superlattice structure of m was used. As a result, the threshold value was slightly lower than that of Example 7, and the lifetime was 3000 hours or more.
【0112】[実施例14]
実施例14は、実施例7と同様、GaN基板10を用い
て構成したレーザ素子である。すなわち、実施例14の
レーザ素子は、実施例7と同様に構成されたGaN基板
10上に以下の各半導体層が形成されて構成される。ま
ず、そのGaN基板10の上にSiを1×1018/c
m3以上ドープしたn型GaNよりなるn側コンタクト
層(n側の第2の窒化物半導体層)を2μmの膜厚で成
長させる。なお、この層をアンドープのGaNと、Si
をドープしたAlXGa1−XN(0<X≦0.4)か
らなる超格子層としても良い。[Embodiment 14] Like Embodiment 7, Embodiment 14 is a laser device constituted by using the GaN substrate 10. That is, the laser device of Example 14 is configured by forming the following semiconductor layers on the GaN substrate 10 configured similarly to Example 7. First, 1 × 10 18 / c of Si was formed on the GaN substrate 10.
An n-side contact layer (n-side second nitride semiconductor layer) made of n-type GaN doped with m 3 or more is grown to a thickness of 2 μm. It should be noted that this layer is composed of undoped GaN and Si.
Alternatively, a superlattice layer made of Al X Ga 1-X N (0 <X ≦ 0.4) may be used.
【0113】次に、n側コンタクト層を成長させた後、
温度を800℃にして、窒素雰囲気中、TMG,TM
I,アンモニア、シランガスで、Siを5×1018/
cm3ドープしたIn0.1Ga0.9Nよりなるクラ
ック防止層を500オングストロームの膜厚で成長させ
る。このクラック防止層はInを含むn型の窒化物半導
体、好ましくはInGaNで成長させることにより、後
に成長させるAlを含む窒化物半導体層中にクラックが
入るのを防止することができる。なおこのクラック防止
層は100オングストローム以上、0.5μm以下の膜
厚で成長させることが好ましい。100オングストロー
ムよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用し
にくく、0.5μmよりも厚いと、結晶自体が黒変する
傾向にある。Next, after growing the n-side contact layer,
The temperature is set to 800 ° C, and TMG, TM are used in a nitrogen atmosphere.
I, ammonia, silane gas, Si 5 × 10 18 /
A crack prevention layer made of In 0.1 Ga 0.9 N doped with cm 3 is grown to a film thickness of 500 Å. This crack prevention layer can prevent cracks from forming in a nitride semiconductor layer containing Al to be grown later by growing the n type nitride semiconductor containing In, preferably InGaN. The crack prevention layer is preferably grown to a film thickness of 100 angstroms or more and 0.5 μm or less. When the thickness is less than 100 Å, it is difficult to act as a crack preventive as described above, and when the thickness is more than 0.5 μm, the crystal itself tends to turn black.
【0114】続いて、1050℃でTMA、TMG、ア
ンモニア、シランガスを用い、Siを1×1019/c
m3ドープしたn型Al0.2Ga0.8Nよりなる層
を40オングストロームと、アンドープのGaN層を4
0オングストロームの膜厚で成長させ、これらの層を交
互に、それぞれ100層ずつ積層した、総膜厚0.8μ
mの超格子よりなるn側クラッド層を成長させる。Then, at 1050 ° C., TMA, TMG, ammonia, and silane gas were used to remove Si at 1 × 10 19 / c.
The m 3 -doped n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer is 40 Å, and the undoped GaN layer is 4 Å.
A total film thickness of 0.8 μ was obtained by growing the film with a thickness of 0 Å and alternately stacking 100 layers of these layers.
An n-side clad layer made of m superlattice is grown.
【0115】続いて、アンドープAl0.05Ga
0.95Nよりなるn側光ガイド層を0.1μmの膜厚
で成長させる。この層には活性層の光を導波する光ガイ
ド層として作用し、アンドープの他、n型不純物をドー
プしても良い。またこの層をGaNとAlGaNからな
る超格子層とすることもできる。Then, undoped Al 0.05 Ga
An n-side light guide layer made of 0.95 N is grown to a film thickness of 0.1 μm. This layer acts as a light guide layer for guiding the light of the active layer and may be doped with n-type impurities in addition to undoped. Further, this layer may be a superlattice layer made of GaN and AlGaN.
【0116】次に、アンドープIn0.01Ga
0.99Nよりなる活性層を400オングストロームの
膜厚で成長させる。Next, undoped In 0.01 Ga
An active layer of 0.99 N is grown to a thickness of 400 Å.
【0117】次に、後で形成するp側光ガイド層よりも
バンドキャップエネルギーが大きいMgを1×1019
/cm3ドープしたp型Al0.2Ga0.8Nよりな
るp側キャップ層を300オングストロームの膜厚で成
長させる。Next, 1 × 10 19 Mg, which has a larger band cap energy than the p-side optical guide layer formed later, is added.
/ Cm 3 -doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N is formed into a p-side cap layer having a film thickness of 300 Å.
【0118】次に、バンドキャップエネルギーがp側キ
ャップ層よりも小さい、Al0.01Ga0.99Nよ
りなるp側光ガイド層を0.1μmの膜厚で成長させ
る。この層は、活性層の光ガイド層として作用する。な
お、このp側光ガイド層をアンドープの窒化物半導体よ
りなる超格子層とすることもできる。超格子層とする場
合にはバンドキャップエネルギーの大きな方の層(障壁
層)のバンドキャップエネルギーは活性層より大きく、
p側クラッド層よりも小さくする。Next, a p-side optical guide layer made of Al 0.01 Ga 0.99 N having a band-cap energy smaller than that of the p-side cap layer is grown to a film thickness of 0.1 μm. This layer acts as a light guide layer for the active layer. The p-side optical guide layer may be a superlattice layer made of an undoped nitride semiconductor. When a superlattice layer is used, the layer with the larger bandcap energy (barrier layer) has a larger bandcap energy than the active layer.
It is made smaller than the p-side clad layer.
【0119】続いてMgを1×1019/cm3ドープ
したp型Al0.2Ga0.8N層を40オングストロ
ームと、アンドープGaNを40オングストロームとを
交互に積層成長した総膜厚0.8μmの超格子層構造よ
りなるp側クラッド層を成長させる。Subsequently, a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer doped with Mg at 1 × 10 19 / cm 3 and 40 angstroms of p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layers and 40 angstroms of undoped GaN were alternately grown to have a total film thickness of 0. A p-side cladding layer having a superlattice layer structure of 8 μm is grown.
【0120】最後に、p側クラッド層の上に、Mgを1
×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp側
コンタクト層を150オングストロームの膜厚で成長さ
せる。特にレーザ素子の場合、AlGaNを含む超格子
構造のp側クラッド層に接して、バンドキャップエネル
ギーの小さい窒化物半導体をp側コンタクト層として、
その膜厚を500オングストローム以下と薄くしている
ために、実質的にp側コンタクト層のキャリア濃度が高
くなりp電極と好ましいオーミックが得られて、素子の
閾値電流、電圧が低下する傾向にある。Finally, 1 Mg is deposited on the p-side cladding layer.
A p-side contact layer made of p-type GaN doped with × 10 20 / cm 3 is grown to a thickness of 150 Å. Particularly in the case of a laser device, a nitride semiconductor having a small band cap energy is used as a p-side contact layer in contact with a p-side clad layer having a superlattice structure containing AlGaN.
Since the film thickness is made as thin as 500 angstroms or less, the carrier concentration of the p-side contact layer is substantially increased, a preferable ohmic contact with the p-electrode is obtained, and the threshold current and voltage of the device tend to be lowered. .
【0121】以上にようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを所定の温度でアニーリングを行いp型不純
物をドープした層をさらに低抵抗化させた後、ウェーハ
を反応容器から取り出し、RIE装置により最上層のp
側コンタクト層と、p側クラッド層とをエッチングし
て、4μmのストライプ幅を有するリッジ形状とする。
このように、活性層よりも上部にある層をストライプ状
のリッジ形状とすることにより、活性層の発光がストラ
イプリッジの下に集中するようになって閾値が低下し、
特に超格子層よりなるp側クラッド層以上の層をリッジ
形状とすることが好ましい。The wafer on which the nitride semiconductor is grown as described above is annealed at a predetermined temperature to further reduce the resistance of the p-type impurity-doped layer, and then the wafer is taken out from the reaction container and is subjected to RIE. P at the top
The side contact layer and the p-side cladding layer are etched to form a ridge shape having a stripe width of 4 μm.
As described above, by forming the layer above the active layer into a striped ridge shape, the light emission of the active layer is concentrated under the striped ridge, and the threshold value is lowered,
In particular, it is preferable that the p-side cladding layer and the layers formed of the superlattice layer or more have a ridge shape.
【0122】次にリッジ表面にマスクを形成し、RIE
にてエッチングを行い、n側コンタクト層の表面を露出
させ、TiとAlよりなるn電極をストライプ状に形成
する。一方p側コンタクト層のリッジ最表面にはNiと
Auよりなるp電極をストライプ状に形成する。p型G
aN層と好ましいオーミックが得られる電極材料として
は、例えばNi,Pt,Pd,Ni/Au,Pt/A
u,Pd/Au等を挙げることができる。n型GaNと
好ましいオーミックが得られる電極材料としてはAl、
Ti,W,Cu,Zn,Sn,In等の金属若しくは合
金等を挙げることができる。Next, a mask is formed on the ridge surface and RIE is performed.
Etching is performed to expose the surface of the n-side contact layer, and n-electrodes made of Ti and Al are formed in stripes. On the other hand, p-electrodes made of Ni and Au are formed in stripes on the outermost surface of the ridge of the p-side contact layer. p-type G
Examples of the electrode material capable of obtaining a ohmic contact with the aN layer include Ni, Pt, Pd, Ni / Au, Pt / A.
u, Pd / Au, etc. can be mentioned. Al is used as an electrode material capable of obtaining a preferable ohmic contact with n-type GaN.
Examples of the metal or alloy include Ti, W, Cu, Zn, Sn, In and the like.
【0123】次に、p電極と、n電極との間に露出した
窒化物半導体層の表面にSiO2よりなる絶縁膜を形成
し、この絶縁膜を介してp電極と電気的に接続したpパ
ッド電極を形成する。このpパッド電極は実質的なp電
極の表面積を広げて、p電極側をワイヤーボンディン
グ、ダイボンディングできるようにしている。Next, an insulating film made of SiO 2 is formed on the surface of the nitride semiconductor layer exposed between the p electrode and the n electrode, and the p electrode electrically connected to the p electrode through this insulating film. A pad electrode is formed. The p-pad electrode substantially enlarges the surface area of the p-electrode so that the p-electrode side can be wire-bonded or die-bonded.
【0124】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
イア基板をラッピングし、サファイア基板の厚さを70
μmとする。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で1μ
mポリシングして基板表面を鏡面状とし、Au/Snで
全面をメタライズする。As described above, the wafer on which the n-electrode and the p-electrode are formed is transferred to the polishing apparatus, and the sapphire substrate on the side on which the nitride semiconductor is not formed is lapped by using the diamond abrasive to remove the sapphire. The thickness of the substrate is 70
μm. After lapping, 1μ with finer abrasive
m polishing is performed to make the surface of the substrate a mirror surface, and the entire surface is metallized with Au / Sn.
【0125】その後、Au/Sn側をスクライプして、
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TiO
2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にp電極に平行
な方向で、バーを切断してレーザチップとする。次にチ
ップをフェースアップ(基板とヒートシンクとが対向し
た状態)でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワ
イヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたと
ころ、室温において、閾値電流密度2.0kA/c
m2、閾値電圧4.0Vで、発振波長368nmの連続
発振が確認され、1000時間以上の寿命を示した。After that, the Au / Sn side is scraped,
Bars are cleaved in the direction perpendicular to the striped electrodes to form a resonator on the cleaved surface. SiO 2 and TiO are formed on the resonator surface.
A dielectric multilayer film made of 2 is formed, and finally the bar is cut in the direction parallel to the p electrode to obtain a laser chip. Next, when the chip was placed face up (the substrate and the heat sink faced each other) on the heat sink, each electrode was wire-bonded, and laser oscillation was attempted at room temperature. At room temperature, the threshold current density was 2.0 kA / c
At m 2 and a threshold voltage of 4.0 V, continuous oscillation with an oscillation wavelength of 368 nm was confirmed, and the life was 1000 hours or more.
【0126】[0126]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では不純物
が変調ドープされた超格子層よりなるクラッド層を有し
ているために、閾値電圧が低下して、長時間連続発振で
きるレーザ素子を実現することができる。またこのレー
ザ素子は特性温度の高い良好なレーザ素子が実現でき
る。特性温度とは、温度変化による閾値電流密度でexp
(T/T0)に比例する{T:動作温度(K)、T0:
特性温度(K)}。T0が大きいほどLDは、高温でも
閾値電流密度が低く安定に動作することを示している。
例えば本発明の実施例1のレーザ素子では、T0が15
0K以上ある。この値はLDの温度特性が非常に優れて
いることを示している。このため本発明のレーザ素子を
書き込み光源、読みとり光源として用いることにより、
従来にはない容量が達成でき、その産業上の利用価値は
非常に大きい。As described above, since the present invention has the cladding layer made of the superlattice layer in which the impurities are modulation-doped, the threshold voltage is lowered and the laser device capable of continuous oscillation for a long time is provided. Can be realized. Further, this laser element can realize a good laser element having a high characteristic temperature. Characteristic temperature is the threshold current density due to temperature change exp
In proportion to (T / T 0 ), {T: operating temperature (K), T 0 :
Characteristic temperature (K)}. The larger T 0 is, the lower the threshold current density of the LD is, and the LD operates stably even at a high temperature.
For example, in the laser device of Example 1 of the present invention, T 0 is 15
There is 0K or more. This value indicates that the temperature characteristics of the LD are extremely excellent. Therefore, by using the laser device of the present invention as a writing light source and a reading light source,
Unprecedented capacity can be achieved, and its industrial utility value is extremely high.
【図1】 本発明に係る一実施形成のレーザ素子の構造
を示す模式断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device according to one embodiment of the present invention.
【図2】 図1のレーザ素子の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of the laser device shown in FIG.
【図3】 本発明に係る実施例2のレーザ素子の構造を
示す模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device of Example 2 according to the present invention.
【図4】 本発明に係る実施例7のレーザ素子の構造を
示す模式断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device of Example 7 according to the present invention.
10・・・GaN基板、 11・・・n側バッファ層、 12・・・超格子構造のn側クラッド層、 13・・・n側ガイド層、 14・・・活性層、 15・・・p側キャップ層、 16・・・p側ガイド層、 17・・・超格子構造のp側クラッド層、 18・・・p側コンタクト層、 19・・・クラック防止層、 20・・・n側キャップ層、 21・・・p電極、 22・・・pパッド電極、 23・・・n電極、 24・・・nパッド電極、 25・・・絶縁膜。 10 ... GaN substrate, 11 ... n-side buffer layer, 12 ... Superlattice structure n-side cladding layer, 13 ... n-side guide layer, 14 ... Active layer, 15 ... p-side cap layer, 16 ... p-side guide layer, 17 ... p-side clad layer of superlattice structure, 18 ... p-side contact layer, 19: crack prevention layer, 20 ... n-side cap layer, 21 ... p-electrode, 22 ... p pad electrode, 23 ... n electrode, 24 ... n pad electrode, 25 ... Insulating film.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−298341(JP,A) 特開 平8−250810(JP,A) 特開 平5−110139(JP,A) 特開 平8−23124(JP,A) 特開 平8−228048(JP,A) 国際公開97/011518(WO,A1) Jpn.J.Appl.Phys.L ett. Part2,35 [1B] (1996),p.L74−L76 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) Reference JP-A-9-298341 (JP, A) JP-A-8-250810 (JP, A) JP-A-5-110139 (JP, A) JP-A-8- 23124 (JP, A) JP-A-8-228048 (JP, A) International Publication 97/011518 (WO, A1) Jpn. J. Appl. Phys. L ett. Part 2, 35 [1B] (1996), p. L74-L76 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50
Claims (41)
p導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
物半導体素子であって、 前記n導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第2の窒化
物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子層を有
し、 前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒化物半導体
層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第2の窒
化物半導体層より大きいn型不純物濃度とを有し、前記
第1の窒化物半導体層において、前記第2の窒化物半導
体層に近接する部分のn型不純物濃度を前記第2の窒化
物半導体層から離れた部分に比較して小さくしたことを
特徴とする窒化物半導体素子。1. A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the nitride semiconductor on the n-conductive side is formed. The layer has an n-side strained superlattice layer formed by stacking a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer at a position apart from or in contact with the active layer, the first nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration larger than that of the second nitride semiconductor layer, and in the first nitride semiconductor layer, the second A nitride semiconductor device, wherein an n-type impurity concentration in a portion close to the nitride semiconductor layer is made smaller than that in a portion distant from the second nitride semiconductor layer.
p導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
物半導体素子であって、 前記n導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第2の窒化
物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子層を有
し、 前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒化物半導体
層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第2の窒
化物半導体層より小さいn型不純物濃度とを有し、前記
第2の窒化物半導体層において、前記第1の窒化物半導
体層に近接する部分のn型不純物濃度を前記第1の窒化
物半導体層から離れた部分に比較して小さくしたことを
特徴とする窒化物半導体素子。2. A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the nitride semiconductor on the n-conductive side is formed. The layer has an n-side strained superlattice layer formed by stacking a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer at a position apart from or in contact with the active layer, the first nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration smaller than that of the second nitride semiconductor layer, and in the second nitride semiconductor layer, the first A nitride semiconductor device, wherein an n-type impurity concentration in a portion close to the nitride semiconductor layer is made smaller than that in a portion distant from the first nitride semiconductor layer.
p導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
物半導体素子であって、 前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第3と第4の窒化
物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格子層を有
し、 前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の窒化物半導体
層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第4の窒
化物半導体層より大きいp型不純物濃度とを有し、前記
第3の窒化物半導体層において、前記第4の窒化物半導
体層に近接する部分のp型不純物濃度を前記第4の窒化
物半導体層から離れた部分に比較して小さくしたことを
特徴とする窒化物半導体素子。3. A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the nitride semiconductor on the p-conductive side is formed. A p-side strained superlattice layer formed by stacking a third nitride semiconductor layer and a fourth nitride semiconductor layer at a position apart from or in contact with the active layer, the third nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer and a p-type impurity concentration larger than that of the fourth nitride semiconductor layer, and in the third nitride semiconductor layer, the fourth A nitride semiconductor device characterized in that a p-type impurity concentration in a portion close to the nitride semiconductor layer is made smaller than that in a portion far from the fourth nitride semiconductor layer.
p導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
物半導体素子であって、 前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第3と第4の窒化
物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格子層を有
し、 前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の窒化物半導体
層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第4の窒
化物半導体層より小さいp型不純物濃度とを有し、前記
第4の窒化物半導体層において、前記第3の窒化物半導
体層に近接する部分のp型不純物濃度を前記第3の窒化
物半導体層から離れた部分に比較して小さくしたことを
特徴とする窒化物半導体素子。4. A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, the nitride semiconductor on the p-conductive side. A p-side strained superlattice layer formed by stacking a third nitride semiconductor layer and a fourth nitride semiconductor layer at a position apart from or in contact with the active layer, the third nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer and a p-type impurity concentration smaller than that of the fourth nitride semiconductor layer, and in the fourth nitride semiconductor layer, the third layer A nitride semiconductor device characterized in that a p-type impurity concentration in a portion close to the nitride semiconductor layer is made smaller than that in a portion far from the third nitride semiconductor layer.
p導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
物半導体素子であって、 前記n導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第2の窒化
物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子層を有
し、 前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒化物半導体
層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第2の窒
化物半導体層より大きいn型不純物濃度とを有し、前記
第1の窒化物半導体層において、前記第2の窒化物半導
体層に近接する部分のn型不純物濃度を前記第2の窒化
物半導体層から離れた部分に比較して小さくし、 前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第3と第4の窒化
物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格子層を有
し、 前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の窒化物半導体
層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第4の窒
化物半導体層より小さいp型不純物濃度とを有し、前記
第4の窒化物半導体層において、前記第3の窒化物半導
体層に近接する部分のp型不純物濃度を前記第3の窒化
物半導体層から離れた部分に比較して小さくしたことを
特徴とする窒化物半導体素子。5. A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, the nitride semiconductor on the n-conductive side. The layer has an n-side strained superlattice layer formed by stacking a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer at a position apart from or in contact with the active layer, the first nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration larger than that of the second nitride semiconductor layer, and in the first nitride semiconductor layer, the second The n-type impurity concentration of a portion close to the nitride semiconductor layer is made smaller than that of a portion distant from the second nitride semiconductor layer, and the p-conductive side nitride semiconductor layer is separated from the active layer. At the position or the contact position, the 3rd and 4th A p-side strained superlattice layer formed by laminating a nitride semiconductor layer, wherein the third nitride semiconductor layer has a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer. And a p-type impurity concentration lower than that of the layer, and a p-type impurity concentration of a portion of the fourth nitride semiconductor layer adjacent to the third nitride semiconductor layer is separated from the third nitride semiconductor layer. A nitride semiconductor device characterized in that it is made smaller than the portion that has been formed.
p導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
物半導体素子であって、 前記n導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第2の窒化
物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子層を有
し、 前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒化物半導体
層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第2の窒
化物半導体層より小さいn型不純物濃度とを有し、前記
第2の窒化物半導体層において、前記第1の窒化物半導
体層に近接する部分のn型不純物濃度を前記第1の窒化
物半導体層から離れた部分に比較して小さくし、 前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第3と第4の窒化
物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格子層を有
し、 前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の窒化物半導体
層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第4の窒
化物半導体層より大きいp型不純物濃度とを有し、前記
第3の窒化物半導体層において、前記第4の窒化物半導
体層に近接する部分のp型不純物濃度を前記第4の窒化
物半導体層から離れた部分に比較して小さくしたことを
特徴とする窒化物半導体素子。6. A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the nitride semiconductor on the n-conductive side is formed. The layer has an n-side strained superlattice layer formed by stacking a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer at a position apart from or in contact with the active layer, the first nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration smaller than that of the second nitride semiconductor layer, and in the second nitride semiconductor layer, the first The n-type impurity concentration in the portion close to the nitride semiconductor layer is made smaller than that in the portion distant from the first nitride semiconductor layer, and in the nitride semiconductor layer on the p-conductive side, the n-type impurity concentration is separated from the active layer. At the position or the contact position, the 3rd and 4th A p-side strained superlattice layer formed by laminating a nitride semiconductor layer, wherein the third nitride semiconductor layer has a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer. A p-type impurity concentration higher than that of the layer, and the p-type impurity concentration of a portion of the third nitride semiconductor layer adjacent to the fourth nitride semiconductor layer is separated from the fourth nitride semiconductor layer. A nitride semiconductor device characterized in that it is made smaller than the portion that has been formed.
濃度が1×1017/cm3〜1×1020/cm3の範囲
にあり、第2の窒化物半導体層のn型不純物濃度が1×
1019/cm3以下である請求項1又は5記載の窒化物
半導体素子。7. The n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 , and the n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer is Concentration is 1x
The nitride semiconductor device according to claim 1 or 5, which has a density of 10 19 / cm 3 or less.
p導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
物半導体素子であって、 前記n導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第2の窒化
物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子層を有
し、 前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒化物半導体
層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第2の窒
化物半導体層より小さいn型不純物濃度とを有すること
を特徴とする窒化物半導体素子。8. A nitride semiconductor device in which an active layer is formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the nitride semiconductor on the n-conductive side is formed. The layer has an n-side strained superlattice layer formed by stacking a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer at a position apart from or in contact with the active layer, the first nitride semiconductor The layer has a bandgap energy higher than that of the second nitride semiconductor layer and an n-type impurity concentration lower than that of the second nitride semiconductor layer.
p導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
物半導体素子であって、 前記n導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第2の窒化
物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子層を有
し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒化物半
導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第2
の窒化物半導体層より小さいn型不純物濃度とを有し、 前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、互いにバンドギャ
ップエネルギーが異なりかつ互いにp型不純物濃度が異
なる第3と第4の窒化物半導体層とが積層されてなるp
側歪み超格子層を有することを特徴とする窒化物半導体
素子。9. A nitride semiconductor device in which an active layer is formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the nitride semiconductor on the n-conductive side is formed. In the layer, an n-side strained superlattice layer formed by stacking a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer is provided at a position apart from or in contact with the active layer, and the first nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer.
N-type impurity concentration lower than that of the nitride semiconductor layer, and the band gap energies of the p-conductive side nitride semiconductor layer are different from each other or are in contact with the active layer. P formed by stacking third and fourth nitride semiconductor layers having different type impurity concentrations
A nitride semiconductor device having a side strained superlattice layer.
物濃度が1×1019/cm3以下であり、前記第2の窒
化物半導体層のn型不純物濃度が1×1017/cm3〜
1×1020/cm3の範囲である請求項2、8及び9の
うちのいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。10. The n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is 1 × 10 19 / cm 3 or less, and the n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer is 1 × 10 17 / cm 3. 3-
The nitride semiconductor device according to a any one of claims 2, 8 and 9 is the range of 1 × 10 20 / cm 3.
a1−YN(0<Y<1)からなり、前記第2の窒化物
半導体層はInXGa1−XN(0≦X<1)からなる
請求項1、2、5〜10のうちのいずれか1つに記載の
窒化物半導体素子。11. The first nitride semiconductor layer is Al Y G
a 1-Y consists N (0 <Y <1) , the second nitride semiconductor layer is In X Ga 1-X N ( 0 ≦ X <1) consisting essentially of claims 1, 2, 5-10 The nitride semiconductor device according to any one of the above.
らなる請求項11記載の窒化物半導体素子。12. The nitride semiconductor device according to claim 11, wherein the second nitride semiconductor layer is made of GaN.
a1−XN(0<X<1)からなり、前記第2の窒化物
半導体層はAlYGa1−YN(0<Y<1,X>Y)
からなる請求項1、2、5〜10のうちのいずれか1つ
に記載の窒化物半導体素子。13. The first nitride semiconductor layer is Al X G
a 1-X N (0 <X <1), and the second nitride semiconductor layer is Al Y Ga 1-Y N (0 <Y <1, X> Y).
The nitride semiconductor device according to claim 1, comprising:
2の窒化物半導体層には、n型不純物がドープされてい
ない請求項1、2、5〜13のうちのいずれか1つに記
載の窒化物半導体素子。14. The method according to claim 1, wherein the first nitride semiconductor layer or the second nitride semiconductor layer is not doped with an n-type impurity. The nitride semiconductor device described.
物濃度が1×1018/cm3〜1×1021/cm3の範
囲にあり、第4の窒化物半導体層のp型不純物濃度が1
×1020/cm3以下である請求項3又は6記載の窒化
物半導体素子。15. The p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 of the third nitride semiconductor layer. Concentration is 1
The nitride semiconductor device according to claim 3 or 6, which has a density of × 10 20 / cm 3 or less.
物濃度が1×1020/cm3以下であり、第4の窒化物
半導体層のp型不純物濃度が1×1018/cm3〜1×
1021/cm3の範囲である請求項4又は5記載の窒化
物半導体素子。16. The p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 20 / cm 3 or less, and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is 1 × 10 18 / cm 3 ~ 1x
The nitride semiconductor device according to claim 4 or 5, wherein the range is 10 21 / cm 3 .
a1−YN(0<Y<1)からなり、前記第4の窒化物
半導体層はInXGa1−XN(0≦X<1)からなる
請求項3〜6、9、15、16のうちのいずれか1つに
記載の窒化物半導体素子。17. The third nitride semiconductor layer is Al Y G
a 1-Y N (0 <Y <1), and the fourth nitride semiconductor layer is In X Ga 1-X N (0 ≦ X <1). 17. The nitride semiconductor device according to any one of 16.
らなる請求項17記載の窒化物半導体素子。18. The nitride semiconductor device according to claim 17, wherein the fourth nitride semiconductor layer is made of GaN.
a1−XN(0<X<1)からなり、前記第4の窒化物
半導体層はAlYGa1−YN(0<Y<1,X>Y)
からなる請求項3〜6、9、15、16のうちのいずれ
か1つに記載の窒化物半導体素子。19. The third nitride semiconductor layer is Al X G
a 1-X N (0 < X <1) consists, said fourth semiconductor layer is Al Y Ga 1-Y N ( 0 <Y <1, X> Y)
The nitride semiconductor device according to any one of claims 3 to 6, 9, 15, and 16 comprising:
4の窒化物半導体層には、p型不純物がドープされてい
ない請求項3〜6、9、15〜19のうちのいずれか1
つに記載の窒化物半導体素子。20. The third nitride semiconductor layer or the fourth nitride semiconductor layer is not doped with a p-type impurity, and the third nitride semiconductor layer or the fourth nitride semiconductor layer is not doped with a p-type impurity.
The nitride semiconductor device according to item 4.
とp導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒
化物半導体素子であって、 前記n導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第2の窒化
物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子層を有
し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒化物半
導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第2
の窒化物半導体層より大きいn型不純物濃度とを有し、
前記第1の窒化物半導体層において、前記第2の窒化物
半導体層に近接する部分のn型不純物濃度を前記第2の
窒化物半導体層から離れた部分に比較して小さくし、 前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第3と第4の窒化
物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格子層を有
し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の窒化物半
導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第4
の窒化物半導体層より大きいp型不純物濃度とを有し、
前記第3の窒化物半導体層において、前記第4の窒化物
半導体層に近接する部分のp型不純物濃度を前記第4の
窒化物半導体層から離れた部分に比較して小さくしたこ
とを特徴とする窒化物半導体素子。21. A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the nitride semiconductor on the n-conductive side is formed. In the layer, an n-side strained superlattice layer formed by stacking a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer is provided at a position apart from or in contact with the active layer, and the first nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer.
An n-type impurity concentration higher than the nitride semiconductor layer of
In the first nitride semiconductor layer, the n-type impurity concentration of a portion close to the second nitride semiconductor layer is made smaller than that of a portion distant from the second nitride semiconductor layer, and the p conductivity is reduced. The nitride semiconductor layer on the side has a p-side strained superlattice layer formed by laminating a third nitride semiconductor layer and a fourth nitride semiconductor layer at a position apart from or in contact with the active layer. The third nitride semiconductor layer has a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer
P-type impurity concentration higher than the nitride semiconductor layer of
In the third nitride semiconductor layer, a p-type impurity concentration in a portion close to the fourth nitride semiconductor layer is made smaller than that in a portion distant from the fourth nitride semiconductor layer. Nitride semiconductor device.
物濃度が1×1017/cm3〜1×1020/cm3の範
囲であって、第2の窒化物半導体層のn型不純物濃度が
1×1019/cm3以下でありかつ、 前記第3の窒化物半導体層のp型不純物濃度が1×10
18/cm3〜1×1021/cm3の範囲であって、前記
第4の窒化物半導体層のp型不純物濃度が1×1020
/cm3以下である請求項21記載の窒化物半導体素子。22. The n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer is such that the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3. The impurity concentration is 1 × 10 19 / cm 3 or less, and the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 9.
18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 , and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is 1 × 10 20.
22. The nitride semiconductor device according to claim 21, which has a density of not more than / cm 3 .
とp導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒
化物半導体素子であって、 前記n導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第2の窒化
物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子層を有
し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒化物半
導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第2
の窒化物半導体層より大きいn型不純物濃度とを有し、 前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第3と第4の窒化
物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格子層を有
し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の窒化物半
導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第4
の窒化物半導体層より小さいp型不純物濃度とを有する
ことを特徴とする窒化物半導体素子。23. A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the nitride semiconductor on the n-conductive side is formed. In the layer, an n-side strained superlattice layer formed by stacking a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer is provided at a position apart from or in contact with the active layer, and the first nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer.
And a n-type impurity concentration higher than that of the nitride semiconductor layer, the third and fourth nitride semiconductors are provided at a position distant from or in contact with the active layer in the p-conductive side nitride semiconductor layer. And a p-side strained superlattice layer formed by stacking layers, the third nitride semiconductor layer having a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer having a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer.
And a p-type impurity concentration lower than that of the nitride semiconductor layer.
物濃度が1×101 7/cm3〜1×1020/cm3の範
囲であって、第2の窒化物半導体層のn型不純物濃度が
1×1019/cm3以下でありかつ、 前記第3の窒化物半導体層のp型不純物濃度が1×10
20/cm3以下であり、第4の窒化物半導体層のp型不
純物濃度が1×1018/cm3〜1×1021/cm3の
範囲である請求項23記載の窒化物半導体素子。24. A range of the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is 1 × 10 1 7 / cm 3 ~1 × 10 20 / cm 3, n of the second nitride semiconductor layer The type impurity concentration is 1 × 10 19 / cm 3 or less, and the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 9.
24. The nitride semiconductor device according to claim 23, which is 20 / cm 3 or less, and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 .
とp導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒
化物半導体素子であって、 前記n導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第2の窒化
物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子層を有
し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒化物半
導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第2
の窒化物半導体層より小さいn型不純物濃度とを有し、 前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第3と第4の窒化
物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格子層を有
し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の窒化物半
導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第4
の窒化物半導体層より大きいp型不純物濃度とを有する
ことを特徴とする窒化物半導体素子。25. A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the nitride semiconductor on the n-conductive side is formed. In the layer, an n-side strained superlattice layer formed by stacking a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer is provided at a position apart from or in contact with the active layer, and the first nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer.
N-type impurity concentration lower than that of the nitride semiconductor layer, and the third and fourth nitride semiconductors are provided at positions apart from or in contact with the active layer in the nitride semiconductor layer on the p-conductive side. And a p-side strained superlattice layer formed by stacking layers, the third nitride semiconductor layer having a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer having a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer.
And a p-type impurity concentration higher than that of the nitride semiconductor layer.
物濃度が1×1019/cm3以下であって、前記第2の
窒化物半導体層のn型不純物濃度が1×1017/cm3
〜1×1020/cm3の範囲でありかつ、 前記第3の窒化物半導体層のp型不純物濃度が1×10
18/cm3〜1×1021/cm3の範囲であって、前記
第4の窒化物半導体層のp型不純物濃度が1×1020
/cm3以下である請求項25記載の窒化物半導体素子。26. The n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is 1 × 10 19 / cm 3 or less, and the n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer is 1 × 10 17 / cm 3. cm 3
˜1 × 10 20 / cm 3 , and the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 3.
18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 , and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is 1 × 10 20.
26. The nitride semiconductor device according to claim 25, which has a density of not more than / cm 3 .
とp導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒
化物半導体素子であって、 前記n導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第1と第2の窒化
物半導体層とが積層されてなるn側歪み超格子層を有
し、前記第1の窒化物半導体層は、前記第2の窒化物半
導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第2
の窒化物半導体層より小さいn型不純物濃度とを有し 前記p導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
離れた位置、若しくは接した位置に、第3と第4の窒化
物半導体層とが積層されてなるp側歪み超格子層を有
し、前記第3の窒化物半導体層は、前記第4の窒化物半
導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第4
の窒化物半導体層より小さいp型不純物濃度とを有する
ことを特徴とする窒化物半導体素子。27. A nitride semiconductor device having an active layer formed between a nitride semiconductor layer on the n-conductive side and a nitride semiconductor layer on the p-conductive side, wherein the nitride semiconductor on the n-conductive side is formed. In the layer, an n-side strained superlattice layer formed by stacking a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer is provided at a position apart from or in contact with the active layer, and the first nitride semiconductor The layer has a bandgap energy larger than that of the second nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer.
The n-type impurity concentration lower than that of the nitride semiconductor layer, and third and fourth nitride semiconductor layers at positions apart from or in contact with the active layer in the nitride semiconductor layer on the p-conductive side. And a p-side strained superlattice layer formed by laminating the third nitride semiconductor layer, the third nitride semiconductor layer having a bandgap energy larger than that of the fourth nitride semiconductor layer, and the fourth nitride semiconductor layer having a larger bandgap energy.
And a p-type impurity concentration lower than that of the nitride semiconductor layer.
物濃度が1×1019/cm3以下であって、前記第2の
窒化物半導体層のn型不純物濃度が1×1017/cm3
〜1×1020/cm3の範囲でありかつ、 前記第3の窒化物半導体層のp型不純物濃度が1×10
20/cm3以下であり、第4の窒化物半導体層のp型不
純物濃度が1×1018/cm3〜1×1021/cm3の
範囲である請求項27記載の窒化物半導体素子。28. The n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer is 1 × 10 19 / cm 3 or less, and the n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer is 1 × 10 17 / cm 3. cm 3
˜1 × 10 20 / cm 3 , and the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 3.
28. The nitride semiconductor device according to claim 27, wherein the concentration is 20 / cm 3 or less, and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer is in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 .
第1の窒化物半導体層はAlYGa1−YN(0<Y<
1)からなり、前記第2の窒化物半導体層はInXGa
1−XN(0≦X<1)からなりかつ、 前記p側歪み超格子層において、前記第3の窒化物半導
体層はAlYGa1−YN(0<Y<1)からなり、前
記第4の窒化物半導体層はInXGa1−XN(0≦X
<1)からなる請求項21〜28のうちのいずれか1つ
に記載の窒化物半導体素子。29. In the n-side strained superlattice layer, the first nitride semiconductor layer is Al Y Ga 1-Y N (0 <Y <
1), and the second nitride semiconductor layer is made of In X Ga.
1−X N (0 ≦ X <1), and in the p-side strained superlattice layer, the third nitride semiconductor layer is made of Al Y Ga 1 -Y N (0 <Y <1), The fourth nitride semiconductor layer is formed of In X Ga 1-X N (0 ≦ X
The nitride semiconductor device according to any one of claims 21 to 28, which comprises <1).
れぞれ、GaNからなる請求項29記載の窒化物半導体
素子。30. The nitride semiconductor device according to claim 29, wherein each of the second and fourth nitride semiconductor layers is made of GaN.
第1の窒化物半導体層はAlXGa1−XN(0<X<
1)からなり、前記第2の窒化物半導体層はAlYGa
1−YN(0<Y<1,X>Y)からなり、 前記p側歪み超格子層において、前記第3の窒化物半導
体層はAlXGa1−XN(0<X<1)からなり、前
記第4の窒化物半導体層はAlYGa1−YN(0<Y
<1,X>Y)からなる請求項21〜28のうちのいず
れか1つに記載の窒化物半導体素子。31. In the n-side strained superlattice layer, the first nitride semiconductor layer is Al X Ga 1-X N (0 <X <.
1), wherein the second nitride semiconductor layer is Al Y Ga
1-Y N (0 <Y <1, X> Y), and in the p-side strained superlattice layer, the third nitride semiconductor layer is Al X Ga 1-X N (0 <X <1). And the fourth nitride semiconductor layer is Al Y Ga 1-Y N (0 <Y
<1. X> Y), The nitride semiconductor device according to any one of claims 21 to 28.
2の窒化物半導体層は、n型不純物がドープされていな
いアンドープ層である請求項21〜30のうちのいずれ
か1つに記載の窒化物半導体素子。32. The first nitride semiconductor layer or the second nitride semiconductor layer is an undoped layer that is not doped with an n-type impurity. Nitride semiconductor device.
4の窒化物半導体層は、p型不純物がドープされていな
いアンドープ層である請求項21〜30のうちのいずれ
か1つに記載の窒化物半導体素子。33. The third nitride semiconductor layer or the fourth nitride semiconductor layer is an undoped layer that is not doped with p-type impurities. Nitride semiconductor device.
項1〜33のうちのいずれか1つに記載の窒化物半導体
素子。34. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the active layer includes an InGaN layer.
請求項34記載の窒化物半導体素子。35. The nitride semiconductor device according to claim 34, wherein the InGaN layer is a quantum well layer.
がp側クラッド層とn側クラッド層の間に位置するレー
ザ発振素子であって、 前記p側クラッド層と前記n側クラッド層のうちの少な
くとも一方が、前記n側歪み超格子層又は前記p側歪み
超格子層である請求項1〜35のうちのいずれか1つに
記載の窒化物半導体素子。36. The nitride semiconductor device is a laser oscillation device in which the active layer is located between a p-side cladding layer and an n-side cladding layer, and the active layer is located between the p-side cladding layer and the n-side cladding layer. 35. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the n-side strained superlattice layer and the p-side strained superlattice layer.
素子であって、 前記p側クラッド層と活性層との間、又は前記p側クラ
ッド層と活性層との間の少なくとも一方に、Inを含む
窒化物半導体又はGaNからなり、不純物濃度が1×1
019/cm3以下である光ガイド層が形成された請求項
36記載の窒化物半導体素子。37. The nitride semiconductor device is a laser oscillation device, wherein In is added to at least one of the p-side clad layer and the active layer or between the p-side clad layer and the active layer. Containing nitride semiconductor or GaN, with an impurity concentration of 1 × 1
37. The nitride semiconductor device according to claim 36, wherein an optical guide layer having a density of 0 19 / cm 3 or less is formed.
請求項37記載の窒化物半導体素子。38. The nitride semiconductor device according to claim 37, wherein the light guide layer has a superlattice structure.
に、前記活性層の井戸層及び前記光ガイド層よりも大き
いバンドギャップエネルギーを有しかつ膜厚0.1μm
以下の窒化物半導体よりなるキャップ層が形成され、該
キャップ層の不純物濃度が1×1018/cm3以上であ
る請求項36又は37記載の窒化物半導体素子。39. A bandgap energy larger than those of the well layer of the active layer and the optical guide layer and having a film thickness of 0.1 μm between the optical guide layer and the active layer.
38. The nitride semiconductor device according to claim 36 or 37, wherein the following cap layer made of a nitride semiconductor is formed, and the impurity concentration of the cap layer is 1 × 10 18 / cm 3 or more.
p導電側窒化物半導体層側に形成されていることを特徴
とする請求項39に記載の窒化物半導体素子。40. The nitride semiconductor device according to claim 39, wherein the light guide layer and the cap layer are formed on the p-conductive side nitride semiconductor layer side.
異種基板上に窒化物半導体層を成長させ、該成長された
窒化物半導体層上に、該窒化物半導体層の表面を部分的
に露出させるように保護膜を形成した後、露出された窒
化物半導体層から前記保護膜を覆うように成長させた窒
化物半導体層からなる窒化物半導体基板の上に、請求項
1〜40のうちのいずれか1つに記載の窒化物半導体素
子を形成した窒化物半導体素子。41. A nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor, and the surface of the nitride semiconductor layer is partially exposed on the grown nitride semiconductor layer. 41. After forming a protective film as described above, on a nitride semiconductor substrate made of a nitride semiconductor layer grown from the exposed nitride semiconductor layer so as to cover the protective film, any one of claims 1 to 40. A nitride semiconductor device formed by forming the nitride semiconductor device according to any one of the above.
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