JP3801353B2

JP3801353B2 - 窒化物半導体発光素子

Info

Publication number: JP3801353B2
Application number: JP13949598A
Authority: JP
Inventors: 慎一長濱; 俊雄松下; 修二中村
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1998-05-21
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2018-05-21
Also published as: JPH11330621A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は窒化物半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
我々はＧａＮ基板の上に、活性層を含む窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で初めて室温での連続発振１万時間以上を達成したことを発表した（ICNS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、及びJpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997）pp.L1568-1571、Part2,No.12A,1 December 1997）。さらに、前記レーザ素子よりサファイアを除去してＧａＮ単独とすることにより、５ｍＷ出力でも１万時間以上の連続発振に成功したことを発表した。（Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L309-L312、及びAppl.Phys.Lett.Vol.72(1998)No.16,2014-2016）
【０００３】
最新のレーザ素子の構造は、基本的に、ＧａＮ基板上に成長されたｎ型ＧａＮの上にＩｎＧａＮからなるクラック防止層、クラック防止層に接してＡｌＧａＮを含む超格子構造からなるｎ側クラッド層、ｎ側クラッド層上部に活性層とｐ側クラッド層を含むダブルへテロ構造を有する（詳細はJpn.J.Appl.Phys.Vol.37参照）。このレーザ素子は７０ｍＡ、閾値電流密度５ｋＡ／cm²において、４０８．５ｎｍのシングルモードで発振する。閾値における電圧は６Ｖである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
短波長レーザ素子は読み取り、書き込み用光源として、その実用化が待望されている。光源としてレーザ光のモード、形状、ノイズ等を理想的な状態にするには色々解決すべき問題があるが、出力だけを例にとると５ｍＷの出力では読み取り用光源としては使用できるが、書き込み用光源としては不十分である。そのためには、さらに素子の構造を改良して、高出力、長寿命なレーザを実現する必要がある。
【０００５】
従って、本発明はこのような事情を鑑み成されたものであって、その目的とするところは、窒化物半導体を用いた高出力、長寿命なレーザ素子を提供することにある。さらに最も過酷な条件で使用されるレーザが改良できれば、レーザよりも使用条件が緩やかなＬＥＤ、ＳＬＤ等の発光素子ではさらに信頼性が高まる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化物半導体発光素子は、基板上部にｎ側クラッド層を有し、そのｎ側クラッド層上部に、多重量子井戸構造を有する活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、前記基板と前記ｎ側クラッド層との間にインジウムを含む窒化物半導体層を含む中間層を有し、該中間層は、Ｉｎ_ａＧａ_１−ａＮ／Ｉｎ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０＜ａ≦１、０≦ｂ＜１、ｂ＜ａ）超格子からなり、かつ、前記ｎ側クラッド層と離間して形成され、前記クラッド層と前記中間層との間に、ｎ型Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．１）層を有し、該ｎ型Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．１）層はｎ側クラッド層の成長温度よりも低温で成長された層であり、前記ｎ側クラッド層と前記活性層との間に、ｎ側クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体を含む層を有し、前記中間層と前記基板との間に、ｎ型コンタクト層を有していることを特徴とする。ｎ側クラッド層とはキャリアを閉じ込める層のことであり、通常、Ａｌを含むｎ型窒化物半導体層を有する層、若しくはｎ型ＧａＮ層を有する層で構成され、活性層の井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きい。
【０００７】
前記中間層のＩｎを含む窒化物半導体のバンドギャップエネルギーが、活性層の発光波長のバンドギャップエネルギーよりも小さいことが望ましい。発光波長のバンドギャップエネルギーは｛（ｅＶ）＝１２４０／発光波長（ｎｍ）｝なる式で算出できる。例えば活性層の井戸層のＩｎ含有量よりも、中間層のＩｎ含有量を多くすることにより実現できる。
【０００８】
また、本発明の発光素子では、前記基板と前記中間層との間に、Ｓｉ濃度が５×１０¹⁶／cm³〜５×１０¹⁹／cm³の範囲にあるｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦０．１）層を有する第１のｎ側コンタクト層を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記中間層と前記ｎ側クラッド層との間に、Ｓｉ濃度が５×１０¹⁶／cm³〜５×１０¹⁹／cm³の範囲にあるｎ型Ａｌ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y≦０．１）層を有する第２のｎ側コンタクト層を備えることを特徴とする。第１のｎ側コンタクト層と、この第２のｎ側コンタクト層とは同一組成、好ましくはＧａＮとすることが望ましく、さらに好ましくは、基板に接近した側にある第１のｎ側コンタクト層の不純物濃度を大きくすることが望ましい。
【００１０】
さらに、前記中間層と、前記ｎ側クラッド層との距離が０．１μｍ以上あることを特徴とする。好ましくは０．５μｍ以上とする。この場合例えば第２のｎ側コンタクト層の膜厚を０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上にすることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の発光素子では、前記中間層が組成の異なる窒化物半導体層が積層された超格子構造を有することを特徴とする。超格子構造とは、例えば膜厚１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下の組成が異なる少なくとも２種類の窒化物半導体を積層した多層膜構造である。本発明では、中間層を違いに組成が異なる２種類の窒化物半導体層を交互に積層した超格子構造で形成する場合、一方の層がＩｎ含む窒化物半導体からからからなっていれはもう一方の層は特にＩｎを含む窒化物半導体とする必要はない。また、ｎ側クラッド層と活性層との間のｎ側クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体を含む層は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮであることを特徴とする。また、活性層は、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍであり、ｎ側クラッド層と活性層との間のｎ側クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体を含む層は、ＩｎＧａＮを含む超格子層であることを特徴とする。また、基板は、窒化物半導体基板であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の発光素子の一構造を示す模式的な断面図である。この図において、１はＳｉドープＧａＮからなる窒化物半導体基板、２はＳｉドープＧａＮからなる第１のｎ側コンタクト層、３はアンドープＩｎＧａＮからなる中間層、４はＳｉドープＧａＮからなる第２のｎ側コンタクト層、５はＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造からなるｎ側クラッド層、６はアンドープＧａＮからなるｎ側光ガイド層、７はＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造からなる活性層を示している。
【００１３】
本発明の発光素子では、窒化物半導体基板１とｎ側クラッド層５との間にＩｎを含む窒化物半導体層を含む中間層３が、ｎ側クラッド層５と離間して形成されている。基板１はＧａＮを成長させるのが最も望ましく、アンドープでも良いし、またＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ等のｎ型不純物をドープしても良い。図１に示すように基板の裏面側からｎ電極を取り出す場合には、ｎ型不純物をドープする。一方、窒化物半導体層側から、ｐ電極とｎ電極とを取り出す場合にはアンドープでも良い。窒化物半導体基板とは例えば表、裏両方に窒化物半導体が露出している基板を指す。
【００１４】
ｎ側クラッド層５は光閉じ込め層であるので、活性層の井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいｎ型窒化物半導体層、つまり屈折率が小さいｎ型窒化物半導体を有する層で形成し、好ましくはＡｌを含む窒化物半導体層を有する超格子層とする。また活性層の井戸層を、３族元素に対しＩｎを２０％以上含む窒化物半導体で構成した場合、ｎ側クラッド層はｎ型ＧａＮでも良い。
【００１５】
中間層はＩｎを含む窒化物半導体、好ましくはＩｎ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ≦１）で形成する。膜厚としては特に限定しないが、通常は１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．２μｍ以下にする。またこの中間層にｎ型不純物をドープすることもできるし、またアンドープでも良い。アンドープとする場合、その膜厚は０．５μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以下に調整する。単一のＩｎＧａＮで中間層を形成する場合、その膜厚が１μｍよりも厚くなると、結晶性が悪くなり、素子の出力が低下する。また請求項６に記載したように、この中間層をＩｎを含む窒化物半導体層を含む超格子構造とすることもできる。超格子構造とする場合の、好ましい組み合わせとしてはＩｎ_aＧａ_1-aＮ／Ｉｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ＜１、ｂ＜ａ）を選択する。超格子とした場合、単一層を構成するＩｎＧａＮの膜厚が薄いため、結晶性が良いままで中間層を厚膜で成長できる。従って中間層を超格子とする場合は膜厚は限定されない。さらに超格子構造を構成する窒化物半導体層において、互いに不純物濃度が異なる、いわゆる変調ドープを行うことがさらに好ましい。
【００１６】
従来のレーザ素子ではＡｌを含むｎ側クラッド層を成長させる前に、ＩｎＧａＮよりなるクラック防止層を、そのｎ側クラッド層に接して形成していた。一方、本発明では、クラック防止層と類似した中間層をｎ側クラッド層から離間して形成している。この中間層は、クラック防止層と同様に、ｎ側クラッド層にクラックを入りにくくしていることは言うまでもないが、その他、次のような作用がある。つまり、従来のレーザ素子ではｎ側ではＩｎＧａＮからなるクラック防止層の屈折率が最も大きい。このクラック防止層がｎ側クラッド層と接して形成されていると、ｎ側クラッド層のＡｌ混晶比を大きくして屈折率を小さくしても、クラッド層の実効的な屈折率はクラック防止層の屈折率に影響されて大きくなってしまう。このため活性層の発光がｎ側コンタクト層側へ漏れて、閾値が大きくなり、また、ＦＦＰ（ファーフィールドパターン）の形状が乱れる元となる。しかし本発明ではクラック防止層としての中間層がクラッド層から離れているため、クラッド層の屈折率を大きくしないので、光閉じ込めの効果が大きくなって閾値が減少する。なお、クラック防止としての効果は、この中間層にアンドープの層（超格子とした場合、一方の層をアンドープとすること）を使用するか、若しくはＩｎを含む窒化物半導体層そのものをアンドープとする方が、ｎ型不純物をドープしたものよりも大きい。
【００１７】
さらに請求項２に記載したように、中間層のＩｎを含む窒化物半導体のバンドギャップエネルギーを、活性層の発光波長のバンドギャップエネルギーよりも小さくすることにより、クラッド層から漏れた光がこの中間層で吸収される。そのため、ｎ側コンタクト層で導波されて、マルチモードとなりやすい傾向にあったレーザ光が、本発明では中間層で吸収されるためにコンタクト層中でマルチモードとなることは皆無となり、垂直横モードが完全な単一モードとなる。
【００１８】
さらにまた、ＧａＮ基板を用いた特有の効果として、次のような効果もある。つまり、窒化物半導体基板を用いた場合のレーザ素子では、共振面は基板の劈開により形成されることが多い。従来の構造ではＩｎＧａＮクラック防止層がクラッド層に接していたために、クラッド層とクラック防止層との界面で格子定数差が最大となって、基板の割れ方が一定となりにくい。そのため劈開時のレーザ素子の歩留まりが悪くなりやすい。しかしながら、本発明では中間層とクラッド層とを離間して形成しているため、格子定数不整が緩和されて、劈開時に鏡面状の共振面が得られやすくなり、歩留まりが向上する。
【００１９】
第１のｎ側コンタクト層２はＳｉ濃度が５×１０¹⁶／cm³〜５×１０¹⁹／cm³の範囲にあるｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦０．１）層とすることが望ましい。また、この層を有する超格子構造とすることもできる。Ｓｉ濃度が５×１０¹⁶／cm³より少ないと、十分なキャリア濃度が得られず、Ｖｆが上昇し、素子の出力が低下する傾向にある。また５×１０¹⁹／cm³よりも多いと、第１のｎ側コンタクト層の結晶性が悪くなり、次に成長させる層に悪影響を及ぼす。また第１のｎ側コンタクト層はバッファ層としての作用もある。つまり窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上に、１００μｍ以上の膜厚で基板となるような窒化物半導体を成長させ、その後異種基板を除去して窒化物半導体基板を作製した場合、その窒化物半導体基板のAS-GROWN面（異種基板除去側と反対側面）に、まず第１のｎ側コンタクト層２を例えば、１０μｍ以下の膜厚で成長させると、次に成長させる中間層の結晶性が良くなる傾向にある。そのため、この第１のｎ側コンタクト層はＡｌ組成が少ないＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦０．１）、好ましくはＧａＮを成長させることが最も望ましい。Ａｌ組成が０．１を超えると、バッファ層として作用しにくくなる傾向にある。この第１のｎ側コンタクト層２の膜厚は特に限定しないが０．１μｍ以上、１０μｍ以下の膜厚で成長させることが望ましい。
【００２０】
さらに、第２のｎ側コンタクト層４はＳｉ濃度が５×１０¹⁶／cm³〜５×１０¹⁹／cm³の範囲にあるｎ型Ａｌ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y≦０．１）層とすることが望ましい。また、この層を有する超格子構造とすることもできる。第１のｎ側コンタクト層２と同様に、Ｓｉ濃度が５×１０¹⁶／cm³より少ないと、十分なキャリア濃度が得られず、素子の出力が低下する傾向にある。また５×１０¹⁹／cm³よりも多いと、第１のｎ側コンタクト層の結晶性が悪くなり、次に成長させるｎ側クラッド層を悪影響を及ぼす。またこの第２のｎ側コンタクト層のｎ型不純物濃度は第１のｎ側コンタクト層の不純物濃度よりも小さくすると、閾値が低下しやすい傾向にある。第２のｎ側コンタクト層の膜厚は０．１μｍ以上、さらに好ましくは０．５μｍ以上成長させる。０．１μｍよりも薄いとクラッド層の屈折率が中間層に影響されて大きくなりやすい傾向にある。好ましく０．５μｍより厚く成長させることにより、ｎ側クラッド層５と中間層３との距離が大きくなるため、クラッド層の光閉じ込め効果を向上させる上で望ましい。
【００２１】
【実施例】
図１は本発明の一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、共振面に平行な方向で素子を切断した際の図を示すものである。以下、この図を元に実施例１について説明する。なお本発明の発光素子は図１の構造に限定されるものではない。
【００２２】
［実施例１］
１インチ角のＳｉドープＧａＮよりなる窒化物半導体基板１を用意する。この窒化物半導体基板１は、以下のようにして成長させたものである。
【００２３】
（窒化物半導体基板１）
２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、５００℃で、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ₃）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、１０５０℃で同じくＧａＮよりなる下地層を４μｍの膜厚で成長させる。
【００２４】
下地層成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、この下地層の表面に、ストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ₂よりなる保護膜を形成する。保護膜形成後、ウェーハを再度ＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮ層を５μｍ成長させ、ＳｉＯ₂の表面を覆う。成長後、ウェーハをＭＯＶＰＥ装置からＨＶＰＥ装置に移送しＧａメタルと、アンモニア、ＨＣｌ、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたｎ型ＧａＮ層を２００μｍの膜厚で成長させる。成長後、サファイア基板側から研磨して、サファイア基板、バッファ層、下地層、保護膜を除去することにより、総膜厚１７０μｍのＳｉドープＧａＮからなる窒化物半導体基板１を作製する。ＳｉドープＧａＮのＳｉ濃度は５×１０¹⁷〜１×１０¹⁹／cm³の範囲に調整することが望ましい。
【００２５】
（第１のｎ側コンタクト層２）
以上のようにして作製した窒化物半導体基板１をＭＯＶＰＥ装置に移送し、アンモニアとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、AS-GROWN側の窒化物半導体基板面に、１０５０℃でＳｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮよりなる第１のｎ側コンタクト層２を２μｍの膜厚で成長させる。
【００２６】
（中間層３）
次に８００℃において、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる中間層３を５００オングストローム成長させる。
【００２７】
（第２のｎ側コンタクト層４）
次に、９００℃にして、Ｓｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮよりなる第２ｎ側コンタクト層２を３μｍの膜厚で成長させる。第２のｎ側コンタクト層４は中間層３の成長温度とほぼ同じ、若しくは中間層の成長温度より高温で、かつｎ側クラッド層５の成長温度よりも低温で成長させることにより、Ｉｎを含む中間層の分解を防止でき、結晶性の良い第２のｎ側コンタクト層を成長できる。
【００２８】
（ｎ側クラッド層５）
続いて、１０５０℃にてアンドープＡｌ_0.16Ｇａ_0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。それらの層を交互に積層して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層５を成長させる。ｎ側クラッド層は、Ａｌを含む窒化物半導体層、好ましくはＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０＜X＜１）を含む超格子構造とすることが望ましく、さらに好ましくはＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。超格子とした場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープしても良い。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍのレーザ素子ではこのクラッド層はｎ型不純物をドープしたＧａＮでも良い。
【００２９】
（ｎ側光ガイド層６）
続いて、シランガスを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層６を０．１μｍの膜厚で成長させる。ｎ側光ガイド層４は、ｎ側クラッド層３のＡｌＧａＮよりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体を含む層で形成することができ、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮが成長できる。またこのｎ側光ガイド層４にｎ型不純物をドープしても良い。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍのレーザ素子ではこのガイド層はＩｎＧａＮを含む超格子層としても良い。
【００３０】
（活性層７）
次に、８００℃で、ＳｉドープＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎよりなる井戸層を４０オングストロームの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚３８０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる（ＭＱＷ）の活性層７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。なお障壁層にのみｎ型不純物をドープすると閾値が低下しやすい。
【００３１】
（ｐ側キャップ層８）
次に１０５０℃で、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなるｐ側キャップ層８を３００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００３２】
（ｐ側光ガイド層９）
続いて１０５０℃で、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層９を０．１μｍの膜厚で成長させる。ｐ側光ガイド層９も、ｐ側クラッド層１０のＡｌＧａＮよりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体を含む層で形成することができ、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮが成長できる。またこのｐ側光ガイド層９にｐ型不純物をドープしても良い。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍのレーザ素子ではこのガイド層はＩｎＧａＮを含む超格子層としても良い。
【００３３】
（ｐ側クラッド層１０）
続いて１０５０℃でＭｇドープＡｌ_0.16Ｇａ_0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてアンドープＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１０を成長させる。ｐ側クラッド層の好ましい構成については、ｎ側クラッド層５と同じであるので省略する。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍのレーザ素子ではこのクラッド層はｐ型不純物をドープしたＧａＮでも良い。
【００３４】
（ｐ側コンタクト層１１）
最後に、１０５０℃で、ｐ側クラッド層１０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１１を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層はｐ型のＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮ、ＩｎＧａＮとすれば、ｐ電極２０と最も好ましいオーミック接触が得られる。コンタクト層１１は電極を形成する層であるので、１×１０¹⁷／cm³以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０¹⁷／cm³よりも低いと電極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成をＧａＮ、ＩｎＧａＮ、若しくはＧａＮ、ＩｎＧａＮを含む超格子とすると、電極材料と好ましいオーミックが得られやすくなる。
【００３５】
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から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層１１の表面に、所定の形状のマスクを介して、幅１．５μｍのストライプからなるＳｉＯ₂よりなる保護膜を形成する。保護膜形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用い、図１に示すように、ｐ側クラッド層１０とｐ側光ガイド層９との界面付近までエッチングを行い、幅１．５μｍのストライプ状の導波路を形成する。
【００３６】
ストライプ導波路形成後、ＳｉＯ₂マスクをつけたまま、窒化物半導体層の表面にＺｒＯ₂よりなる絶縁膜１００を形成する。絶縁膜１００形成後、バッファードフッ酸に浸漬して、ｐ側コンタクト層の上に形成したＳｉＯ₂を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ₂と共に、ｐ側コンタクト層の上にあるＺｒＯ₂を除去する。
【００３７】
絶縁膜１００形成後、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ電極２０を図１に示すように、絶縁膜１００を介してｐ側コンタクト層９と良好なオーミックが得られるように形成する。一方窒化物半導体基板の裏面側にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をほぼ全面に形成する。
【００３８】
ｐ、ｎ両電極形成後、窒化物半導体基板１のＭ面（窒化物半導体を六角柱で表した場合にその六角柱の側面に相当する面）で基板１を劈開して、ウェーハをバー(bar）状と成し、そのバーの劈開面に共振面を作製する。この工程において、従来に比較して高歩留まりで鏡面に近い共振面が得られた。共振面作成後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウェーハを切断してレーザチップとする。
【００３９】
レーザチップ作製後、ＧａＮ基板のｎ電極２１側をメタライズされたヒートシンクに設置して、図１に示すようにｐ電極２０のストライプの直上部にない位置にＡｕ線をワイヤーボンディングしてレーザ素子とする。このレーザ素子に室温でレーザ発振を試みたところ、発振波長４０８．５ｎｍ、閾値電流密度２ｋＡ／cm²において室温連続発振を示し、レーザ光の形状も上下左右対称な楕円形状を示し、横モードが単一モードとなっていた。さらに電流値を上げて出力を上げ、４０ｍＷとしても、素子自体にショートは発生せず、１００時間以上の連続発振を続けた。
【００４０】
［実施例２］
実施例１の中間層３を成長させる工程において、アンドープＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ層を３０オングストローム、その上にＳｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮを３０オングストロームの膜厚で成長させ、続いてこれらの層を交互に１００層づつ積層して総膜厚０．６μｍ超格子構造よりなる中間層３を成長させる。その他は実施例１と同様にしてレーザ素子を得たところ、実施例１とほぼ同等の特性を有するレーザ素子が得られた。
【００４１】
［実施例３］
実施例１の第１のｎ側コンタクト層２を成長させる工程において、Ｓｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層を１μｍの膜厚で成長させる。また、２のｎ側コンタクト層４を成長させる工程において、Ｓｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層を１μｍ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得たところ、実施例１とほぼ同等の特性を有する素子が得られた。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光素子では特にレーザ素子において、横モードが単一となり、しかも低閾値で発振する高出力なレーザが提供できる。またＧａＮ基板が劈開しやすくなるため、ＧａＮ基板を用いた他のＬＥＤ素子、ＳＬＤ素子等を製造する際に歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式断面図。
【符号の説明】
１・・・窒化物半導体基板
２・・・第１のｎ側コンタクト層
３・・・中間層
４・・・第２のｎ側コンタクト層
５・・・ｎ側クラッド層
６・・・ｎ側光ガイド層
７・・・活性層
８・・・ｐ側キャップ層
９・・・ｐ側光ガイド層
１０・・・ｐ側クラッド層
１１・・・ｐ側コンタクト層
２０・・・ｐ電極
２１・・・ｎ電極
２２・・・ワイヤー
１００・・・絶縁膜

Claims

基板上部にｎ側クラッド層を有し、そのｎ側クラッド層上部に、多重量子井戸構造を有する活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、
前記基板と前記ｎ側クラッド層との間にインジウムを含む窒化物半導体層を含む中間層を有し、該中間層は、Ｉｎ_ａＧａ_１−ａＮ／Ｉｎ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０＜ａ≦１、０≦ｂ＜１、ｂ＜ａ）超格子からなり、かつ、前記ｎ側クラッド層と離間して形成され、前記クラッド層と前記中間層との間に、ｎ型Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．１）層を有し、該ｎ型Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．１）層はｎ側クラッド層の成長温度よりも低温で成長された層であり、前記ｎ側クラッド層と前記活性層との間に、ｎ側クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体を含む層を有し、前記中間層と前記基板との間に、ｎ型コンタクト層を有していることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
前記中間層のＩｎを含む窒化物半導体のバンドギャップエネルギーが、活性層の発光波長のバンドギャップよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
前記基板と前記中間層との間に、Ｓｉ濃度が５×１０^１６／ｃｍ^３〜５×１０^１９／ｃｍ^３の範囲にあるｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦Ｘ≦０．１）層を有する第１のｎ側コンタクト層を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
前記中間層と前記ｎ側クラッド層との間のｎ型Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．１）層は、Ｓｉ濃度が５×１０^１６／ｃｍ^３〜５×１０^１９／ｃｍ^３の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至３に記載の窒化物半導体発光素子。
前記中間層と、前記ｎ側クラッド層との距離が０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４の内のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
前記ｎ側クラッド層と前記活性層との間のｎ側クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体を含む層は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
前記活性層は、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍであり、前記前記ｎ側クラッド層と前記活性層との間のｎ側クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体を含む層は、ＩｎＧａＮを含む超格子層であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
前記基板は、窒化物半導体基板であることを特徴とする請求項１乃至７記載の窒化物半導体素子。