JP4018177B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、窒化ガリウム系青紫色半導体レーザ（以下、ＬＤともいう）、あるいは窒化ガリウム系高輝度青／緑色発光ダイオード（以下、ＬＥＤともいう）の如き、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、短波長半導体レーザは、ＩｎＧａＡｌＰ材料を用いた６００ｎｍ帯の光源により、ディスクの読出／書込のいずれも可能なレベルに特性改善され、すでに実用化されている。
【０００３】
そこで、さらなる記録密度向上を目指し、より波長の短い青色半導体レーザが盛んに開発されている。発振波長の短いレーザ光は集光サイズを小さくでき、記録密度を高めるには有効であるからである。
【０００４】
このため、近年、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体は、高密度光ディスクシステム等への応用を図る短波長半導体レーザの材料として注目されている。
【０００５】
例えば、ＧａＮ系材料を用いた半導体レーザでは、波長３８０〜４１７ｎｍの室温パルス発振が確認されている。しかしながら、ＧａＮ系材料を用いた半導体レーザは満足な特性が得られず、室温パルス発振におけるしきい値電圧は、１０〜４ＯＶと高い値である上、ばらつきが大きい。
【０００６】
これは、窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶成長が難しいことと、素子抵抗が大きいことに起因する。即ち、表面が平滑で且つ高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成できないことと、ｐ側電極コンタクト抵抗が高いことにより、大きな電圧降下を招き、バルス発振動作でさえ発熱や金属反応による劣化を生ずる。なお、室温連続発振は、発熱量を考慮して１０Ｖ以下まで動作電圧を低減しなければ達成できない。
【０００７】
また、レーザ発振に必要な電流を注入すると、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が良質な結晶でなく、下層から上層への成長方向に沿って微細な複数の穴を有する欠陥があるため、局所的に高い電流が流れ、活性層に均一にキャリアを注入できないばかりか、瞬発的な素子破壊を起こすので、連続発振に至らない。
【０００８】
このように、光ディスク等への実用に供する低しきい値電流、低しきい値電圧で動作し、信頼性の高い窒化ガリウム系青紫色半導体レーザを実現させるためには、活性層へのキャリア注入を効率的に且つ均一に行うと共に電極コンタクトでの電圧降下の抑制が重要であるものの、現状では極めて困難となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように窒化ガリウム系化合物半導体レーザでは、微細な複数の穴状欠陥をもたない良質のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を得ることが困難であり、またｐ側電極コンタクト抵抗が高いために、電極コンタクトで大きな電圧降下を生じ、さらに、活性層への均一なキャリア注入ができず、低しきい値電流、低動作電圧の素子の実現が困難となっている。
【００１０】
ＧａＮ系発光素子ではｐ側電極コンタクト抵抗が高いために動作電圧が高くなるばかりか、ｐ側電極金属であるニッケルとｐ型半導体層を構成するガリウムが通電時に反応、溶融し、劣化を起こすためにレーザの連続発振が困難であつた。
【００１１】
本発明は上記実情を考慮してなされたもので、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造により、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に対応する発明は、窒化ガリウム系化合物半導体（Ｇａx1Ｉｎy1Ａｌz1Ｎ：x1＋y1＋z1＝１、０＜ x1 ≦１、０≦ y1，z1≦１）からなり、活性層を導電型の異なる半導体層で挟んだ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、正孔伝導型半導体層はＭｇを添加したｐ電極コンタクト層を有し、前記ｐ電極コンタクト層と前記活性層との間には基板側から伝搬される結晶欠陥を抑制するＧａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（x2＋y2＋z2＝１、０≦ z2≦１、０＜x2 ，y2≦１）層が少なくとも形成され、且つ前記ｐ電極コンタクト層の表面には第１のＰｔ層、ＴｉＮ層及びＴｉ層の順序の積層構造が形成され、しかも、前記ｐ電極コンタクト層と前記第１のＰｔ層との間にはＰｔ−半導体からなる合金層が形成されている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１３】
また、請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記Ｔｉ層上には第２のＰｔ層を介してＡｕ層が形成されている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１４】
さらに、請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記ｐ電極コンタクト層は炭素を含有し、前記ＴｉＮ層と前記Ｐｔ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度が高くなっている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１５】
また、請求項４に対応する発明は、請求項１に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記ｐ電極コンタクト層は炭素及び酸素を含有し、前記ＴｉＮ層と前記Ｐｔ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度及び酸素濃度が高くなっている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１６】
さらに、請求項５に対応する発明は、請求項２に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記ｐ電極コンタクト層は水素を含有し、前記第２のＰｔ層と前記Ａｕ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも水素濃度が高くなっている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１７】
なお、これら請求項１乃至請求項５に対応する発明は、以下の（１）〜（５）を個々に満たすに従い、より望ましい実施形態となる。
（１）ｐ電極コンタクト層のＭｇ添加量は表面近傍で高濃度分布を有する。
（２）ｐ電極コンタクト層は組成の異なる２種類以上の窒化ガリウム系化合物半導体からなる。
（３）ＧａＩｎＡｌＮ平滑化層は活性層を多重量子井戸構造に形成してなる。
（４）ｐ電極コンタクト層の下部にｎ型導電層が存在する場合は、ｐ型導電層とｎ型導電層の間には少なくとも１層のＧａＩｎＡｌＮ平滑化層を挿入してなる。
換言すると、ＧａＩｎＡｌＮ平滑化層よりも上層にｐ電極コンタクト層を形成するという位置関係が重要である。なお、ＧａＩｎＡｌＮ平滑化層とｐ電極コンタクト層との間において、クラッド層や導波層などは有っても無くてもよい。
（５）ｐ電極コンタクト層に接する電極構造は、膜厚１０ｎｍ以下の薄いＰｔ層の上部に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕが積層される。
（作用）
従って、請求項１及び請求項２に対応する発明は以上のような手段を講じたことにより、少なくともＩｎ元素を含むＧａＩｎＡｌＮ平滑化層の上にＭｇ添加窒化ガリウム系半導体層を形成し、さらにＰｔ及びＴｉ電極を形成することで、微細な穴状欠陥等の結晶欠陥が少なくアクセプタ濃度の高いｐ型半導体層が得られ、且つ電極金属である薄いＰｔ層がｐ型半導体層に僅かに拡散することで実効的な電極接触面積が増大するとともに、Ｐｔ元素はＭｇ添加と同時に取込まれる水素元素や結晶成長後の大気暴露による表面酸化膜の還元触媒として働きＭｇの活性化率を向上させ実効的なアクセプタ濃度を増大させ、さらに上部のＴｉ層が窒化ガリウム系半導体層の窒素元素と反応し極めて安定なＴｉＮを形成することで上部の電極金属である第２のＰｔ層及びＡｕ層の下方への拡散を抑制できるので、結果として結晶品質の向上を図ることができる。このため、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造を実現でき、電極コンタクトでの電圧降下を抑制して、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を奏することができる。
【００１８】
また、請求項３及び請求項４に対応する発明は、前記ｐ電極コンタクト層は炭素及び酸素を含有し、ＴｉＮ層とＰｔ層との界面は、ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度及び酸素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の炭素及び酸素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＴｉＮ層にて止められているので、請求項１に対応する作用と同様の作用を奏することができる。
【００１９】
さらに、請求項５に対応する発明は、前記ｐ電極コンタクト層は水素を含有し、第２のＰｔ層とＡｕ層との界面は、ｐ電極コンタクト層よりも水素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の水素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＡｕ層にて止められているので、請求項１に対応する作用と同様の作用を奏することができる。
（関連発明）
なお、上述した請求項１乃至請求項５に対応する発明に対する関連発明について説明する。この関連発明は、ｐ型ＧａＮ系半導体への電流供給のために、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層を形成することで動作電圧の低減と発熱量の抑制を図り、さらには構成元素の通電による拡散を防止することで信頼性の向上を図るものである。
【００２０】
例えば、六方晶構造を有する III−Ｖ族化合物半導体装置のｐ型半導体層に電流を供給するために、ＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層を形成することで、実質的な電極接触面積が増大し電極抵抗を１０-5Ωｃｍ2 程度まで低減できるばかりか、ＧａＮ系半導体の表面から浅い領域に形成されるこの層はＴｉとＮの結合を含むために安定な拡散防止層となり通電時に起こる元素拡散を抑制し素子劣化が防止可能である。
【００２１】
また、ｐ型半導体層をＩｎを含むＧａx Ｉｎy Ａｌz Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、かつ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）半導体にすることで、ＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層との電極抵抗を１０-6Ωｃｍ2 まで低減可能である。また、六方晶構造 III−Ｖ族化合物半導体装置のｐ型半導体層表面に、ＰｄまたはＰｔが（１０ｎｍ以下の範囲で）形成され、さらにＴｉが（５０ｎｍ以下の範囲で）形成され、さらにｐ型半導体層に電流を供給する電極金属を形成された半導体装置において、３００℃以上の熱処理工程により化学的に結合の強いＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有する厚さ２０ｎｍ以下のｐ型半導体層が形成可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図である。この青色半導体レーザは、ＭＯＣＶＤ法により、サファイア基板１上に、ＧａＮバッファ層２、ｎ−ＧａＮコンタクト層３（Ｓｉドープ、５×１０18ｃｍ-3、４μｍ）、ｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層（Ｓｉドープ、５×１０17ｃｍ-3、０．３μｍ）４、ＧａＮ導波層（アンドープ、０．１μｍ）５、活性層６、ｐ−ＧａＮ導波層（Ｍｇドープ、０．１μｍ）７、ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層（Ｍｇドープ、５×１０17ｃｍ-3、０．３μｍ）８、ｐ−ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ、１×１０18ｃｍ-3、１μｍ）９が順次形成された、多層構造を有している。
【００２３】
この多層構造のｐ型ＧａＮコンタクト層９上には、１０ｎｍ厚のＰｔ層１０、熱処理に後述するＴｉＮ層１１ａ、３０ｎｍ厚のＴｉ層１１、１０ｎｍ厚のＰｔ層１２、及び１μｍ厚のＡｕ電極パッド１３が順次積層され、ｐ型電極が形成される。
【００２４】
また、このＡｕ電極パッド１３又はｐ型ＧａＮコンタクト層９の最表面の一部は、ｎ型ＧａＮコンタクト層３に達する深さまでドライエッチング法により除去され、これにより露出されたＧａＮコンタクト層３上にはｎ側電極１４が形成される。
【００２５】
なお、活性層６は、１０層のＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸（アンドープ、２．５ｎｍ）を個別に挟むＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（アンドープ、５ｎｍ）からなるものである。
【００２６】
次に、このような青色半導体レーザの製造方法及び作用について説明する。
図１中、サファイア基板１上のＧａＮバッファ層２からｐ−ＧａＮコンタクト層９までの各層は、１回のＭＯＣＶＤ法により形成される。
【００２７】
また、この青色半導体レーザでは、Ｉｎを含むＧａＩｎＡｌＮ平滑化層を、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層６として用い、その上部にＭｇ添加の窒化ガリウム系半導体８，９を形成しているために、基板１側から伝搬される微細な穴状欠陥やクラックや転位等の結晶欠陥をＧａＩｎＡｌＮ平滑化層が抑制するので、ｐ側電極側では、平滑なｐ型半導体層８，９を得ることができる。
【００２８】
なお、本発明者らの実験によると、ＧａＩｎＡｌＮ平滑化層無しでも、ｐ−ＧａＮコンタクト層９の厚さが０．６μｍ以上あるとき、ｐ−ＧａＮコンタクト層９の表面は微細な複数の穴状欠陥を埋込み可能と考えられる。すなわち、ＧａＩｎＡｌＮ平滑化層を設けることに加え、ｐ−ＧａＮコンタクト層９の厚さを０．６μｍ以上とすることにより、確実にｐ型半導体層の高品質化を図ることができる。
【００２９】
次にｐ−ＧａＮコンタクト層９の表面に幅１０μｍの領域にＰｔ（５ｎｍ）／Ｔｉ（３０ｎｍ）／Ｐｔ（１０ｎｍ）／Ａｕ（１μｍ）が順次積層される。
次に、３５０℃窒素雰囲気で熱処理を施すと、Ｐｔは最大で堆積膜厚の約３倍の深さまで下方拡散しｐ−ＧａＮコンタクト層９中のＧａと固相反応してＰｔ−半導体の合金層１５を形成し、同時に、Ｔｉはｐ−ＧａＮコンタクト層９から上方拡散するＮと固相反応し、夫々安定に結合してＴｉＮ層１１ａをＰｔ層との界面に形成するが、この熱処理によりｐ型ドーバントであるＭｇのアクセプタとしての活性化を妨げている水素元素や炭素元素、あるいは電極形成前の大気暴露により表面に結合した酸素元素はＰｔが触媒として働き、膜中から除去されるためにアクセプタ濃度が上昇し、Ｍｇの活性化率はほぼ１００％になることがわかった（なお、上記水素元素、炭素元素及び酸素元素は、成長時の種々の要因により、当該熱処理の前には各半導体層からなる多層構造中にほぼ一定濃度で分布しているものである）。
【００３０】
さらに、ＴｉＮ層１１ａとＰｔ層１０との界面は、ｐ−ＧａＮコンタクト層９よりも炭素濃度及び酸素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の炭素及び酸素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＴｉＮ層１１ａにて止められる。
【００３１】
また、上層のＰｔ層１２とＡｕ層１３との界面は、ｐ−ＧａＮコンタクト層９よりも水素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の水素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＡｕ層１３にて止められる。
【００３２】
次に、ｎ側電極１４形成のためにｐ側電極を含んだメサ形状が形成され、メサ下部に現れたｎ−ＧａＮコンタクト層３にＴｉ／Ａｕによりｎ側電極１４が形成される。ここで、ｎ側電極１４形成の後にｐ電極を形成してもよい。さらにサファイア基板１は５０μｍまで鏡面研磨され、ｐ側電極の長手方向に対して垂直方向にへき開され、もって、１ｍｍ長のレーザチップが形成される。
【００３３】
この青色半導体レーザは、しきい値電流８０ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４２０ｎｍ、動作電圧は７Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。本レーザの場合、Ｐｔ層１０とｐーＧａＮコンタクト層９との実質的な接触面積が増大するために抵抗が１×１０-5Ωｃｍ2 と低減できたばかりか、このｐ−ＧａＮコンタクト層９のＭｇ活性化率がほぼ１００％まで良質化できたために高キャリア濃度が得られ、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８を介して活性層６に均一にキャリアを注入できるようになった。
【００３４】
さらに、第１の実施の形態に係るｐ−ＧａＮコンタクト層９のＭｇ添加量を表面から０．２μｍの範囲で２倍に、残る０．８μｍの範囲で１／２倍にした２段階ドープにした青色半導体レーザでは、さらに特性が改善された。すなわち、本構造による青色半導体レーザでは、動作電圧が第１の実施の形態よりさらに下がり６．５Ｖであった。ｐ型コンタクト層を２段階ドープにすることで、表面の電極コンタクト抵抗を低減させる効果と、コンタクト層下部の抵抗を上げて横方向への漏れ電流を抑制する効果が得られた。
【００３５】
上述したように第１の実施の形態によれば、少なくともＩｎを含むＧａＩｎＡｌＮ平滑化層の上にＭｇ添加窒化ガリウム系半導体層を形成することにより、微細な穴状欠陥等の結晶欠陥を低減させることができる。
【００３６】
また、ｐ−ＧａＮコンタクト層９の上にＰｔ層１０を形成することにより、Ｐｔ層がｐ−ＧａＮコンタクト層９に僅かに拡散することで実効的な電極接触面積が増大するとともに、Ｐｔ元素は、ｐ型半導体層に種々の原因により存在する水素元素、炭素元素及び酸素元素の還元触媒として働き、これら各不純物元素をｐ型半導体層から除去するように作用するので、Ｍｇの活性化率を向上させて実効的なアクセプタ濃度を増大させることができる。
【００３７】
さらにＰｔ層１０上にＴｉ層１１を形成することにより、Ｔｉ層が窒化ガリウム系半導体層のＮ元素と反応し極めて安定なＴｉＮを形成することで上部の電極金属である第２のＰｔ層１２及びＡｕ層１３の下方への拡散を抑制できる。
【００３８】
これらＧａＩｎＡｌＮ平滑化層、Ｐｔ層１０及びＴｉ層１１などの各効果により、結果として結晶品質の向上を図ることができる。
従って、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造を実現でき、電極コンタクトでの電圧降下を抑制して、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を奏することができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る青色半導体レーザについて説明する。図２はこの青色半導体レーザの概略構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００３９】
すなわち、本実施の形態に係る半導体レーザは、第１の実施の形態に比べ、より一層のコンタクト抵抗の低減を図るものであり、具体的には図２に示すように、ｐ−ＧａＮ層９とＰｔ電極１０との間に、ｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１が挿入された構造となっている。
【００４０】
ここで、ｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１は、Ｍｇドープ、１×１０19ｃｍ-3、厚さ０．２μｍの半導体層である。
また、この青色半導体レーザは、ｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１を形成する以外は、第１の実施の形態と同様に製造される。
【００４１】
以上のような青色半導体レーザは、しきい値電流７５ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４２０ｎｍ、動作電圧は６Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。本レーザの場合、Ｐｔ層１０と接触するｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１がｐ−ＧａＮ層９よりバンドギャップが狭いためにショットキー障壁が低くなり、従って実質的な接触面積増大効果と相まって電極コンタクト抵抗が７×１０-6Ωｃｍ2 と低減できたばかりか、ｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１のＭｇ活性化率がほぼ１００％まで良質化できたために高キャリア濃度が得られ、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８を介して活性層６に均一にキャリアを注入できるようになった。
【００４２】
上述したように第２の実施の形態によれば、ｐ−ＧａＮ層９とＰｔ電極１０との間に、ｐ−ＧａＮ層９よりもバンドギャップの狭いｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１が挿入されたので、第１の実施の形態の効果に加え、ｐ側電極とのコンタクト抵抗を一層低減させることができ、もって、動作電圧の低減化などを図ることができる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る青色半導体レーザについて説明する。
図３はこの青色半導体レーザの概略構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４３】
すなわち、本実施の形態に係る半導体レーザは、第１の実施の形態とは異なり、内部電流狭窄構造を有するものであり、具体的には図３に示すように、ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層８上に選択的に形成された複数のｎ−ＧａＮ電流ブロック層３１（１×１０18ｃｍ-3、０．５μｍ）と、これらｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層８上及び各ｎ−ＧａＮ電流ブロック層３１上に形成された０．１μｍ厚のＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ平滑化層３２とを備えている。
【００４４】
なお、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ平滑化層３２上には、前述同様に、ｐ−ＧａＮコンタクト層９が形成されている。
また、この青色半導体レーザは、電流狭窄構造によってＭＯＣＶＤ法による成長回数が３回となっていることを除き、第１の実施の形態と同様に製造される。
【００４５】
以上のような半導体レーザは、しきい値電流７０ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４２０ｎｍ、動作電圧は６．５Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。本レーザの場合、第１の実施の形態に述べた効果に加え、さらに内部電流狭窄構造を形成したためにｐ側電極の面積が増大してｐ側コンタクト抵抗が５×１０-6Ωｃｍ2 まで低減できた。すなわち、内部構造電流狭窄構造により、さらなる低電圧動作化が図られた。
【００４６】
上述したように第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、より一層、コンタクト抵抗を低減させることができる。
また、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ平滑化層３２のすぐ上にｐ−ＧａＮコンタクト層９を形成した構成としても、前述同様に、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ平滑化層３２が微細な穴状欠陥の伝搬を阻止するので、結晶の品質を向上させることができる。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る青色半導体レーザについて説明する。
【００４７】
図４はこの青色半導体レーザの概略構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４８】
すなわち、本実施の形態に係る青色半導体レーザは、第１の実施の形態とは異なり、埋込み型の電流狭窄構造を有するものであり、具体的には図４に示すように、ＧａＮ導波層５乃至ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層８が幅１０μｍのメサ構造とされ（厚さは前述した通り）、このメサ構造の両側にアンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層４１が形成され、且つ、これらＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層４１及びｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層８の両層４１，８とｐ−ＧａＮコンタクト層９との間にＩｎＧａＡｌＮ平滑化層４２を介在させた構造となっている。
【００４９】
なお、この青色半導体レーザは、内部電流狭窄構造によってＭＯＣＶＤ法による成長回数が３回となっていることを除き、第１の実施の形態と同様に製造される。
【００５０】
以上のような青色半導体レーザは、しきい値電流６０ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４２０ｎｍ、動作電圧は５Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。本レーザの場合、実施例１に述べた効果の上に、さらに埋め込み構造電流狭窄構造を形成したためにｐ側電極１０〜１３の面積が増大しｐ側コンタクト抵抗が５×１０-6Ωｃｍ2 まで低減できた。すなわち、臨界膜厚以下の薄膜量子井戸活性層による低しきい利得化と埋め込み構造電流狭窄構造により、さらなる低電圧動作化が図られた。
【００５１】
上述したように第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、内部電流狭窄構造を具備することができる。
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係る青色半導体レーザについて説明する。
【００５２】
図５はこの青色半導体レーザの概略構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５３】
すなわち、本実施の形態に係る青色半導体レーザは、第１の実施の形態とは異なり、電流狭窄構造を有するものであり、具体的には図５に示すように、ＧａＮ導波層７とｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ｎクラッド層８との接合部がＩｎＧａＡｌＮ平滑化層４２を介し、アンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層５１により、電流狭窄構造とされている。
【００５４】
ここで、ＧａＮ導波層７は、活性層６上に形成され、幅１０μｍ、厚さ０．２μｍのメサ形状を有するアンドープ半導体層である。なお、ＧａＮ導波層７のメサ下部は、厚さ０．１μｍであり、その上にアンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層５１が形成されている。
【００５５】
ｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ｎクラッド層８は、幅１０μｍの窓を有し、この窓がＧａＮ導波層７のメサ上部に対向するように、ＩｎＧａＡｌＮ平滑化層４２を介して、ＧａＮ導波層７のメサ上部及びアンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層５１の上に形成されている。また、ｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ｎクラッド層８は、前述同様に、Ｍｇドープ、５×１０17ｃｍ-3、（窓部の）厚さ０．３μｍである。
【００５６】
なお、この青色半導体レーザは、電流狭窄構造によってＭＯＣＶＤ法による成長回数が３回となっていることを除き、第１の実施の形態と同様に製造される。
以上のような青色半導体レーザは、しきい値電流６０ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４２０ｎｍ、動作電圧は５Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。本レーザの場合も、第４の実施の形態と同様の効果が得られた。
（他の実施の形態）
本発明及びその関連発明などは、上記第１乃至第５の実施の形態に限られるものではなく、半導体層の組成や膜厚、さらには導電性が逆の構造であってもよい。また、発光素子以外にも、受光素子や、トランジスタなどの電子デバイスにも適用可能である。
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造により、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【図５】本発明の第５の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
１…サファイア基板
２…ＧａＮバッファ層
３…ｎ−ＧａＮコンタクト層
４…ｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層
５…ＧａＮ導波層
６…活性層
７…ｐ−ＧａＮ導波層
８…ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層
９…ｐ−ＧａＮコンタクト層
１０…Ｐｔ層
１１ａ…ＴｉＮ層
１１…Ｔｉ層
１２…Ｐｔ層
１３…Ａｕ電極パッド
１４…ｎ側電極
１５…合金層
３１…ｎ−ＧａＮ電流ブロック層
３２…Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ平滑化層
４１，５１…アンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層
４２…ＩｎＧａＡｌＮ平滑化層
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、窒化ガリウム系青紫色半導体レーザ（以下、ＬＤともいう）、あるいは窒化ガリウム系高輝度青／緑色発光ダイオード（以下、ＬＥＤともいう）の如き、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、短波長半導体レーザは、ＩｎＧａＡｌＰ材料を用いた６００ｎｍ帯の光源により、ディスクの読出／書込のいずれも可能なレベルに特性改善され、すでに実用化されている。
【０００３】
そこで、さらなる記録密度向上を目指し、より波長の短い青色半導体レーザが盛んに開発されている。発振波長の短いレーザ光は集光サイズを小さくでき、記録密度を高めるには有効であるからである。
【０００４】
このため、近年、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体は、高密度光ディスクシステム等への応用を図る短波長半導体レーザの材料として注目されている。
【０００５】
例えば、ＧａＮ系材料を用いた半導体レーザでは、波長３８０〜４１７ｎｍの室温パルス発振が確認されている。しかしながら、ＧａＮ系材料を用いた半導体レーザは満足な特性が得られず、室温パルス発振におけるしきい値電圧は、１０〜４ＯＶと高い値である上、ばらつきが大きい。
【０００６】
これは、窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶成長が難しいことと、素子抵抗が大きいことに起因する。即ち、表面が平滑で且つ高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成できないことと、ｐ側電極コンタクト抵抗が高いことにより、大きな電圧降下を招き、バルス発振動作でさえ発熱や金属反応による劣化を生ずる。なお、室温連続発振は、発熱量を考慮して１０Ｖ以下まで動作電圧を低減しなければ達成できない。
【０００７】
また、レーザ発振に必要な電流を注入すると、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が良質な結晶でなく、下層から上層への成長方向に沿って微細な複数の穴を有する欠陥があるため、局所的に高い電流が流れ、活性層に均一にキャリアを注入できないばかりか、瞬発的な素子破壊を起こすので、連続発振に至らない。
【０００８】
このように、光ディスク等への実用に供する低しきい値電流、低しきい値電圧で動作し、信頼性の高い窒化ガリウム系青紫色半導体レーザを実現させるためには、活性層へのキャリア注入を効率的に且つ均一に行うと共に電極コンタクトでの電圧降下の抑制が重要であるものの、現状では極めて困難となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように窒化ガリウム系化合物半導体レーザでは、微細な複数の穴状欠陥をもたない良質のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を得ることが困難であり、またｐ側電極コンタクト抵抗が高いために、電極コンタクトで大きな電圧降下を生じ、さらに、活性層への均一なキャリア注入ができず、低しきい値電流、低動作電圧の素子の実現が困難となっている。
【００１０】
ＧａＮ系発光素子ではｐ側電極コンタクト抵抗が高いために動作電圧が高くなるばかりか、ｐ側電極金属であるニッケルとｐ型半導体層を構成するガリウムが通電時に反応、溶融し、劣化を起こすためにレーザの連続発振が困難であつた。
【００１１】
本発明は上記実情を考慮してなされたもので、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造により、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に対応する発明は、窒化ガリウム系化合物半導体（Ｇａx1Ｉｎy1Ａｌz1Ｎ：x1＋y1＋z1＝１、０＜ x1 ≦１、０≦ y1，z1≦１）からなり、活性層を導電型の異なる半導体層で挟んだ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、正孔伝導型半導体層はＭｇを添加したｐ電極コンタクト層を有し、前記ｐ電極コンタクト層と前記活性層との間には基板側から伝搬される結晶欠陥を抑制するＧａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（x2＋y2＋z2＝１、０≦ z2≦１、０＜x2 ，y2≦１）層が少なくとも形成され、且つ前記ｐ電極コンタクト層の表面には第１のＰｔ層、ＴｉＮ層及びＴｉ層の順序の積層構造が形成され、しかも、前記ｐ電極コンタクト層と前記第１のＰｔ層との間にはＰｔ−半導体からなる合金層が形成されている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１３】
また、請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記Ｔｉ層上には第２のＰｔ層を介してＡｕ層が形成されている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１４】
さらに、請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記ｐ電極コンタクト層は炭素を含有し、前記ＴｉＮ層と前記Ｐｔ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度が高くなっている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１５】
また、請求項４に対応する発明は、請求項１に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記ｐ電極コンタクト層は炭素及び酸素を含有し、前記ＴｉＮ層と前記Ｐｔ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度及び酸素濃度が高くなっている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１６】
さらに、請求項５に対応する発明は、請求項２に対応する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記ｐ電極コンタクト層は水素を含有し、前記第２のＰｔ層と前記Ａｕ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも水素濃度が高くなっている窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１７】
なお、これら請求項１乃至請求項５に対応する発明は、以下の（１）〜（５）を個々に満たすに従い、より望ましい実施形態となる。
（１）ｐ電極コンタクト層のＭｇ添加量は表面近傍で高濃度分布を有する。
（２）ｐ電極コンタクト層は組成の異なる２種類以上の窒化ガリウム系化合物半導体からなる。
（３）ＧａＩｎＡｌＮ平滑化層は活性層を多重量子井戸構造に形成してなる。
（４）ｐ電極コンタクト層の下部にｎ型導電層が存在する場合は、ｐ型導電層とｎ型導電層の間には少なくとも１層のＧａＩｎＡｌＮ平滑化層を挿入してなる。
換言すると、ＧａＩｎＡｌＮ平滑化層よりも上層にｐ電極コンタクト層を形成するという位置関係が重要である。なお、ＧａＩｎＡｌＮ平滑化層とｐ電極コンタクト層との間において、クラッド層や導波層などは有っても無くてもよい。
（５）ｐ電極コンタクト層に接する電極構造は、膜厚１０ｎｍ以下の薄いＰｔ層の上部に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕが積層される。
（作用）
従って、請求項１及び請求項２に対応する発明は以上のような手段を講じたことにより、少なくともＩｎ元素を含むＧａＩｎＡｌＮ平滑化層の上にＭｇ添加窒化ガリウム系半導体層を形成し、さらにＰｔ及びＴｉ電極を形成することで、微細な穴状欠陥等の結晶欠陥が少なくアクセプタ濃度の高いｐ型半導体層が得られ、且つ電極金属である薄いＰｔ層がｐ型半導体層に僅かに拡散することで実効的な電極接触面積が増大するとともに、Ｐｔ元素はＭｇ添加と同時に取込まれる水素元素や結晶成長後の大気暴露による表面酸化膜の還元触媒として働きＭｇの活性化率を向上させ実効的なアクセプタ濃度を増大させ、さらに上部のＴｉ層が窒化ガリウム系半導体層の窒素元素と反応し極めて安定なＴｉＮを形成することで上部の電極金属である第２のＰｔ層及びＡｕ層の下方への拡散を抑制できるので、結果として結晶品質の向上を図ることができる。このため、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造を実現でき、電極コンタクトでの電圧降下を抑制して、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を奏することができる。
【００１８】
また、請求項３及び請求項４に対応する発明は、前記ｐ電極コンタクト層は炭素及び酸素を含有し、ＴｉＮ層とＰｔ層との界面は、ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度及び酸素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の炭素及び酸素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＴｉＮ層にて止められているので、請求項１に対応する作用と同様の作用を奏することができる。
【００１９】
さらに、請求項５に対応する発明は、前記ｐ電極コンタクト層は水素を含有し、第２のＰｔ層とＡｕ層との界面は、ｐ電極コンタクト層よりも水素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の水素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＡｕ層にて止められているので、請求項１に対応する作用と同様の作用を奏することができる。
（関連発明）
なお、上述した請求項１乃至請求項５に対応する発明に対する関連発明について説明する。この関連発明は、ｐ型ＧａＮ系半導体への電流供給のために、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層を形成することで動作電圧の低減と発熱量の抑制を図り、さらには構成元素の通電による拡散を防止することで信頼性の向上を図るものである。
【００２０】
例えば、六方晶構造を有する III−Ｖ族化合物半導体装置のｐ型半導体層に電流を供給するために、ＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層を形成することで、実質的な電極接触面積が増大し電極抵抗を１０-5Ωｃｍ2 程度まで低減できるばかりか、ＧａＮ系半導体の表面から浅い領域に形成されるこの層はＴｉとＮの結合を含むために安定な拡散防止層となり通電時に起こる元素拡散を抑制し素子劣化が防止可能である。
【００２１】
また、ｐ型半導体層をＩｎを含むＧａx Ｉｎy Ａｌz Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、かつ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）半導体にすることで、ＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有するｐ型半導体層との電極抵抗を１０-6Ωｃｍ2 まで低減可能である。また、六方晶構造 III−Ｖ族化合物半導体装置のｐ型半導体層表面に、ＰｄまたはＰｔが（１０ｎｍ以下の範囲で）形成され、さらにＴｉが（５０ｎｍ以下の範囲で）形成され、さらにｐ型半導体層に電流を供給する電極金属を形成された半導体装置において、３００℃以上の熱処理工程により化学的に結合の強いＰｄまたはＰｔとＴｉを夫々１％以上含有する厚さ２０ｎｍ以下のｐ型半導体層が形成可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図である。この青色半導体レーザは、ＭＯＣＶＤ法により、サファイア基板１上に、ＧａＮバッファ層２、ｎ−ＧａＮコンタクト層３（Ｓｉドープ、５×１０18ｃｍ-3、４μｍ）、ｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層（Ｓｉドープ、５×１０17ｃｍ-3、０．３μｍ）４、ＧａＮ導波層（アンドープ、０．１μｍ）５、活性層６、ｐ−ＧａＮ導波層（Ｍｇドープ、０．１μｍ）７、ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層（Ｍｇドープ、５×１０17ｃｍ-3、０．３μｍ）８、ｐ−ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ、１×１０18ｃｍ-3、１μｍ）９が順次形成された、多層構造を有している。
【００２３】
この多層構造のｐ型ＧａＮコンタクト層９上には、１０ｎｍ厚のＰｔ層１０、熱処理に後述するＴｉＮ層１１ａ、３０ｎｍ厚のＴｉ層１１、１０ｎｍ厚のＰｔ層１２、及び１μｍ厚のＡｕ電極パッド１３が順次積層され、ｐ型電極が形成される。
【００２４】
また、このＡｕ電極パッド１３又はｐ型ＧａＮコンタクト層９の最表面の一部は、ｎ型ＧａＮコンタクト層３に達する深さまでドライエッチング法により除去され、これにより露出されたＧａＮコンタクト層３上にはｎ側電極１４が形成される。
【００２５】
なお、活性層６は、１０層のＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸（アンドープ、２．５ｎｍ）を個別に挟むＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（アンドープ、５ｎｍ）からなるものである。
【００２６】
次に、このような青色半導体レーザの製造方法及び作用について説明する。
図１中、サファイア基板１上のＧａＮバッファ層２からｐ−ＧａＮコンタクト層９までの各層は、１回のＭＯＣＶＤ法により形成される。
【００２７】
また、この青色半導体レーザでは、Ｉｎを含むＧａＩｎＡｌＮ平滑化層を、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層６として用い、その上部にＭｇ添加の窒化ガリウム系半導体８，９を形成しているために、基板１側から伝搬される微細な穴状欠陥やクラックや転位等の結晶欠陥をＧａＩｎＡｌＮ平滑化層が抑制するので、ｐ側電極側では、平滑なｐ型半導体層８，９を得ることができる。
【００２８】
なお、本発明者らの実験によると、ＧａＩｎＡｌＮ平滑化層無しでも、ｐ−ＧａＮコンタクト層９の厚さが０．６μｍ以上あるとき、ｐ−ＧａＮコンタクト層９の表面は微細な複数の穴状欠陥を埋込み可能と考えられる。すなわち、ＧａＩｎＡｌＮ平滑化層を設けることに加え、ｐ−ＧａＮコンタクト層９の厚さを０．６μｍ以上とすることにより、確実にｐ型半導体層の高品質化を図ることができる。
【００２９】
次にｐ−ＧａＮコンタクト層９の表面に幅１０μｍの領域にＰｔ（５ｎｍ）／Ｔｉ（３０ｎｍ）／Ｐｔ（１０ｎｍ）／Ａｕ（１μｍ）が順次積層される。
次に、３５０℃窒素雰囲気で熱処理を施すと、Ｐｔは最大で堆積膜厚の約３倍の深さまで下方拡散しｐ−ＧａＮコンタクト層９中のＧａと固相反応してＰｔ−半導体の合金層１５を形成し、同時に、Ｔｉはｐ−ＧａＮコンタクト層９から上方拡散するＮと固相反応し、夫々安定に結合してＴｉＮ層１１ａをＰｔ層との界面に形成するが、この熱処理によりｐ型ドーバントであるＭｇのアクセプタとしての活性化を妨げている水素元素や炭素元素、あるいは電極形成前の大気暴露により表面に結合した酸素元素はＰｔが触媒として働き、膜中から除去されるためにアクセプタ濃度が上昇し、Ｍｇの活性化率はほぼ１００％になることがわかった（なお、上記水素元素、炭素元素及び酸素元素は、成長時の種々の要因により、当該熱処理の前には各半導体層からなる多層構造中にほぼ一定濃度で分布しているものである）。
【００３０】
さらに、ＴｉＮ層１１ａとＰｔ層１０との界面は、ｐ−ＧａＮコンタクト層９よりも炭素濃度及び酸素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の炭素及び酸素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＴｉＮ層１１ａにて止められる。
【００３１】
また、上層のＰｔ層１２とＡｕ層１３との界面は、ｐ−ＧａＮコンタクト層９よりも水素濃度が高くなっており、すなわち、半導体層中の水素が、Ｐｔを触媒にして外部に除去される過程でＡｕ層１３にて止められる。
【００３２】
次に、ｎ側電極１４形成のためにｐ側電極を含んだメサ形状が形成され、メサ下部に現れたｎ−ＧａＮコンタクト層３にＴｉ／Ａｕによりｎ側電極１４が形成される。ここで、ｎ側電極１４形成の後にｐ電極を形成してもよい。さらにサファイア基板１は５０μｍまで鏡面研磨され、ｐ側電極の長手方向に対して垂直方向にへき開され、もって、１ｍｍ長のレーザチップが形成される。
【００３３】
この青色半導体レーザは、しきい値電流８０ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４２０ｎｍ、動作電圧は７Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。本レーザの場合、Ｐｔ層１０とｐーＧａＮコンタクト層９との実質的な接触面積が増大するために抵抗が１×１０-5Ωｃｍ2 と低減できたばかりか、このｐ−ＧａＮコンタクト層９のＭｇ活性化率がほぼ１００％まで良質化できたために高キャリア濃度が得られ、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８を介して活性層６に均一にキャリアを注入できるようになった。
【００３４】
さらに、第１の実施の形態に係るｐ−ＧａＮコンタクト層９のＭｇ添加量を表面から０．２μｍの範囲で２倍に、残る０．８μｍの範囲で１／２倍にした２段階ドープにした青色半導体レーザでは、さらに特性が改善された。すなわち、本構造による青色半導体レーザでは、動作電圧が第１の実施の形態よりさらに下がり６．５Ｖであった。ｐ型コンタクト層を２段階ドープにすることで、表面の電極コンタクト抵抗を低減させる効果と、コンタクト層下部の抵抗を上げて横方向への漏れ電流を抑制する効果が得られた。
【００３５】
上述したように第１の実施の形態によれば、少なくともＩｎを含むＧａＩｎＡｌＮ平滑化層の上にＭｇ添加窒化ガリウム系半導体層を形成することにより、微細な穴状欠陥等の結晶欠陥を低減させることができる。
【００３６】
また、ｐ−ＧａＮコンタクト層９の上にＰｔ層１０を形成することにより、Ｐｔ層がｐ−ＧａＮコンタクト層９に僅かに拡散することで実効的な電極接触面積が増大するとともに、Ｐｔ元素は、ｐ型半導体層に種々の原因により存在する水素元素、炭素元素及び酸素元素の還元触媒として働き、これら各不純物元素をｐ型半導体層から除去するように作用するので、Ｍｇの活性化率を向上させて実効的なアクセプタ濃度を増大させることができる。
【００３７】
さらにＰｔ層１０上にＴｉ層１１を形成することにより、Ｔｉ層が窒化ガリウム系半導体層のＮ元素と反応し極めて安定なＴｉＮを形成することで上部の電極金属である第２のＰｔ層１２及びＡｕ層１３の下方への拡散を抑制できる。
【００３８】
これらＧａＩｎＡｌＮ平滑化層、Ｐｔ層１０及びＴｉ層１１などの各効果により、結果として結晶品質の向上を図ることができる。
従って、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造を実現でき、電極コンタクトでの電圧降下を抑制して、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を奏することができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る青色半導体レーザについて説明する。図２はこの青色半導体レーザの概略構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００３９】
すなわち、本実施の形態に係る半導体レーザは、第１の実施の形態に比べ、より一層のコンタクト抵抗の低減を図るものであり、具体的には図２に示すように、ｐ−ＧａＮ層９とＰｔ電極１０との間に、ｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１が挿入された構造となっている。
【００４０】
ここで、ｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１は、Ｍｇドープ、１×１０19ｃｍ-3、厚さ０．２μｍの半導体層である。
また、この青色半導体レーザは、ｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１を形成する以外は、第１の実施の形態と同様に製造される。
【００４１】
以上のような青色半導体レーザは、しきい値電流７５ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４２０ｎｍ、動作電圧は６Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。本レーザの場合、Ｐｔ層１０と接触するｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１がｐ−ＧａＮ層９よりバンドギャップが狭いためにショットキー障壁が低くなり、従って実質的な接触面積増大効果と相まって電極コンタクト抵抗が７×１０-6Ωｃｍ2 と低減できたばかりか、ｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１のＭｇ活性化率がほぼ１００％まで良質化できたために高キャリア濃度が得られ、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８を介して活性層６に均一にキャリアを注入できるようになった。
【００４２】
上述したように第２の実施の形態によれば、ｐ−ＧａＮ層９とＰｔ電極１０との間に、ｐ−ＧａＮ層９よりもバンドギャップの狭いｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎコンタクト層２１が挿入されたので、第１の実施の形態の効果に加え、ｐ側電極とのコンタクト抵抗を一層低減させることができ、もって、動作電圧の低減化などを図ることができる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る青色半導体レーザについて説明する。
図３はこの青色半導体レーザの概略構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４３】
すなわち、本実施の形態に係る半導体レーザは、第１の実施の形態とは異なり、内部電流狭窄構造を有するものであり、具体的には図３に示すように、ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層８上に選択的に形成された複数のｎ−ＧａＮ電流ブロック層３１（１×１０18ｃｍ-3、０．５μｍ）と、これらｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層８上及び各ｎ−ＧａＮ電流ブロック層３１上に形成された０．１μｍ厚のＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ平滑化層３２とを備えている。
【００４４】
なお、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ平滑化層３２上には、前述同様に、ｐ−ＧａＮコンタクト層９が形成されている。
また、この青色半導体レーザは、電流狭窄構造によってＭＯＣＶＤ法による成長回数が３回となっていることを除き、第１の実施の形態と同様に製造される。
【００４５】
以上のような半導体レーザは、しきい値電流７０ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４２０ｎｍ、動作電圧は６．５Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。本レーザの場合、第１の実施の形態に述べた効果に加え、さらに内部電流狭窄構造を形成したためにｐ側電極の面積が増大してｐ側コンタクト抵抗が５×１０-6Ωｃｍ2 まで低減できた。すなわち、内部構造電流狭窄構造により、さらなる低電圧動作化が図られた。
【００４６】
上述したように第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、より一層、コンタクト抵抗を低減させることができる。
また、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ平滑化層３２のすぐ上にｐ−ＧａＮコンタクト層９を形成した構成としても、前述同様に、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ平滑化層３２が微細な穴状欠陥の伝搬を阻止するので、結晶の品質を向上させることができる。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る青色半導体レーザについて説明する。
【００４７】
図４はこの青色半導体レーザの概略構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４８】
すなわち、本実施の形態に係る青色半導体レーザは、第１の実施の形態とは異なり、埋込み型の電流狭窄構造を有するものであり、具体的には図４に示すように、ＧａＮ導波層５乃至ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層８が幅１０μｍのメサ構造とされ（厚さは前述した通り）、このメサ構造の両側にアンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層４１が形成され、且つ、これらＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層４１及びｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層８の両層４１，８とｐ−ＧａＮコンタクト層９との間にＩｎＧａＡｌＮ平滑化層４２を介在させた構造となっている。
【００４９】
なお、この青色半導体レーザは、内部電流狭窄構造によってＭＯＣＶＤ法による成長回数が３回となっていることを除き、第１の実施の形態と同様に製造される。
【００５０】
以上のような青色半導体レーザは、しきい値電流６０ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４２０ｎｍ、動作電圧は５Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。本レーザの場合、実施例１に述べた効果の上に、さらに埋め込み構造電流狭窄構造を形成したためにｐ側電極１０〜１３の面積が増大しｐ側コンタクト抵抗が５×１０-6Ωｃｍ2 まで低減できた。すなわち、臨界膜厚以下の薄膜量子井戸活性層による低しきい利得化と埋め込み構造電流狭窄構造により、さらなる低電圧動作化が図られた。
【００５１】
上述したように第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、内部電流狭窄構造を具備することができる。
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係る青色半導体レーザについて説明する。
【００５２】
図５はこの青色半導体レーザの概略構成を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５３】
すなわち、本実施の形態に係る青色半導体レーザは、第１の実施の形態とは異なり、電流狭窄構造を有するものであり、具体的には図５に示すように、ＧａＮ導波層７とｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ｎクラッド層８との接合部がＩｎＧａＡｌＮ平滑化層４２を介し、アンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層５１により、電流狭窄構造とされている。
【００５４】
ここで、ＧａＮ導波層７は、活性層６上に形成され、幅１０μｍ、厚さ０．２μｍのメサ形状を有するアンドープ半導体層である。なお、ＧａＮ導波層７のメサ下部は、厚さ０．１μｍであり、その上にアンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層５１が形成されている。
【００５５】
ｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ｎクラッド層８は、幅１０μｍの窓を有し、この窓がＧａＮ導波層７のメサ上部に対向するように、ＩｎＧａＡｌＮ平滑化層４２を介して、ＧａＮ導波層７のメサ上部及びアンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層５１の上に形成されている。また、ｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ｎクラッド層８は、前述同様に、Ｍｇドープ、５×１０17ｃｍ-3、（窓部の）厚さ０．３μｍである。
【００５６】
なお、この青色半導体レーザは、電流狭窄構造によってＭＯＣＶＤ法による成長回数が３回となっていることを除き、第１の実施の形態と同様に製造される。
以上のような青色半導体レーザは、しきい値電流６０ｍＡで室温連続発振した。発振波長は４２０ｎｍ、動作電圧は５Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。本レーザの場合も、第４の実施の形態と同様の効果が得られた。
（他の実施の形態）
本発明及びその関連発明などは、上記第１乃至第５の実施の形態に限られるものではなく、半導体層の組成や膜厚、さらには導電性が逆の構造であってもよい。また、発光素子以外にも、受光素子や、トランジスタなどの電子デバイスにも適用可能である。
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、低抵抗ｐ側電極を容易に形成でき、且つ、活性層へ高効率で均一にキャリア注入できる高キャリア濃度のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体構造により、低しきい値電流、低動作電圧で、劣化を起こさず、優れた信頼性を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【図５】本発明の第５の実施例に係る青色半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
１…サファイア基板
２…ＧａＮバッファ層
３…ｎ−ＧａＮコンタクト層
４…ｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層
５…ＧａＮ導波層
６…活性層
７…ｐ−ＧａＮ導波層
８…ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層
９…ｐ−ＧａＮコンタクト層
１０…Ｐｔ層
１１ａ…ＴｉＮ層
１１…Ｔｉ層
１２…Ｐｔ層
１３…Ａｕ電極パッド
１４…ｎ側電極
１５…合金層
３１…ｎ−ＧａＮ電流ブロック層
３２…Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ平滑化層
４１，５１…アンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層
４２…ＩｎＧａＡｌＮ平滑化層
Claims (5)
- 窒化ガリウム系化合物半導体（Ｇａx1Ｉｎy1Ａｌz1Ｎ：x1＋y1＋z1＝１、０＜ x1 ≦１、０≦ y1，z1≦１）からなり、活性層を導電型の異なる半導体層で挟んだ窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
正孔伝導型半導体層はＭｇを添加したｐ電極コンタクト層を有し、前記ｐ電極コンタクト層と前記活性層との間には基板側から伝搬される結晶欠陥を抑制するＧａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（x2＋y2＋z2＝１、０≦ z2≦１、０＜x2 ，y2≦１）層が少なくとも形成され、且つ前記ｐ電極コンタクト層の表面には第１のＰｔ層、ＴｉＮ層及びＴｉ層の順序の積層構造が形成され、しかも、前記ｐ電極コンタクト層と前記第１のＰｔ層との間にはＰｔ−半導体からなる合金層が形成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
前記Ｔｉ層上には第２のＰｔ層を介してＡｕ層が形成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
前記ｐ電極コンタクト層は炭素を含有し、
前記ＴｉＮ層と前記Ｐｔ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度が高いことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
前記ｐ電極コンタクト層は炭素及び酸素を含有し、
前記ＴｉＮ層と前記Ｐｔ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも炭素濃度及び酸素濃度が高いことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 請求項２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
前記ｐ電極コンタクト層は水素を含有し、
前記第２のＰｔ層と前記Ａｕ層との界面は、前記ｐ電極コンタクト層よりも水素濃度が高いことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
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| US6448584B1 (en) * | 2000-01-14 | 2002-09-10 | Shih-Hsiung Chan | Light emitting diode with high luminance and method for making the same |
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| KR100767697B1 (ko) * | 2001-03-29 | 2007-10-17 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 제조방법 |
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| DE10142653A1 (de) * | 2001-08-31 | 2003-04-30 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung |
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| JP4097601B2 (ja) * | 2001-10-26 | 2008-06-11 | アンモノ・スプウカ・ジ・オグラニチョノン・オドポヴィエドニアウノシツィオン | 窒化物半導体レーザ素子、及びその製造方法 |
| JP2003163407A (ja) * | 2001-11-28 | 2003-06-06 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置 |
| US6954478B2 (en) * | 2002-02-04 | 2005-10-11 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor laser device |
| JP2003332688A (ja) * | 2002-03-08 | 2003-11-21 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザ |
| US20030189215A1 (en) * | 2002-04-09 | 2003-10-09 | Jong-Lam Lee | Method of fabricating vertical structure leds |
| US8294172B2 (en) | 2002-04-09 | 2012-10-23 | Lg Electronics Inc. | Method of fabricating vertical devices using a metal support film |
| US6841802B2 (en) * | 2002-06-26 | 2005-01-11 | Oriol, Inc. | Thin film light emitting diode |
| US6815241B2 (en) * | 2002-09-25 | 2004-11-09 | Cao Group, Inc. | GaN structures having low dislocation density and methods of manufacture |
| JP4337520B2 (ja) * | 2002-11-25 | 2009-09-30 | 日亜化学工業株式会社 | リッジ導波路型半導体レーザ |
| TWI303909B (en) * | 2002-11-25 | 2008-12-01 | Nichia Corp | Ridge waveguide semiconductor laser diode |
| JP2004281431A (ja) * | 2003-03-12 | 2004-10-07 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2004281432A (ja) * | 2003-03-12 | 2004-10-07 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子及びその製造方法 |
| US7122841B2 (en) * | 2003-06-04 | 2006-10-17 | Kopin Corporation | Bonding pad for gallium nitride-based light-emitting devices |
| JP4754164B2 (ja) | 2003-08-08 | 2011-08-24 | 株式会社光波 | 半導体層 |
| US7492801B2 (en) * | 2003-11-11 | 2009-02-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical disk apparatus and optical transmission system |
| US9153960B2 (en) | 2004-01-15 | 2015-10-06 | Comarco Wireless Technologies, Inc. | Power supply equipment utilizing interchangeable tips to provide power and a data signal to electronic devices |
| KR100541104B1 (ko) * | 2004-02-18 | 2006-01-11 | 삼성전기주식회사 | 질화물계 반도체 발광소자 |
| CN100438101C (zh) * | 2004-02-24 | 2008-11-26 | 昭和电工株式会社 | 基于氮化镓的化合物半导体发光器件 |
| WO2005081328A1 (en) * | 2004-02-24 | 2005-09-01 | Showa Denko K.K. | Gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device |
| JP4999278B2 (ja) * | 2004-02-24 | 2012-08-15 | 昭和電工株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| CN100463235C (zh) * | 2004-02-27 | 2009-02-18 | 炬鑫科技股份有限公司 | 氮化镓系发光组件及其制造方法 |
| WO2005088790A1 (ja) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Sanyo Electric Co., Ltd | 半導体レーザ素子、およびその製造方法 |
| US7655491B2 (en) | 2004-05-12 | 2010-02-02 | Showa Denko K.K. | P-type Group III nitride semiconductor and production method thereof |
| JP2006013474A (ja) * | 2004-05-26 | 2006-01-12 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| WO2005117150A1 (en) | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Showa Denko K.K. | Gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device |
| US20080283850A1 (en) * | 2004-06-24 | 2008-11-20 | Koji Kamei | Reflective Positive Electrode and Gallium Nitride-Based Compound Semiconductor Light-Emitting Device Using the Same |
| JP4224041B2 (ja) * | 2004-08-26 | 2009-02-12 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子、半導体レーザ素子の製造方法、光ディスク装置および光伝送システム |
| KR100675220B1 (ko) * | 2005-05-18 | 2007-01-29 | 삼성전기주식회사 | 질화물계 반도체 발광소자 |
| TW200642101A (en) * | 2005-05-18 | 2006-12-01 | Univ Southern Taiwan Tech | Photodetector |
| WO2008050257A2 (en) * | 2006-10-24 | 2008-05-02 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Intracavity frequency-converted solid-state laser for the visible wavelength region |
| CN100461476C (zh) * | 2006-11-01 | 2009-02-11 | 中国科学院半导体研究所 | GaN基功率型LED的N型欧姆接触电极的制备方法 |
| CN100470863C (zh) * | 2006-11-01 | 2009-03-18 | 中国科学院半导体研究所 | P型氮化镓电极的制备方法 |
| KR101449035B1 (ko) * | 2008-04-30 | 2014-10-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 |
| US8148732B2 (en) * | 2008-08-29 | 2012-04-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing, Co., Ltd. | Carbon-containing semiconductor substrate |
| CN101931036B (zh) * | 2010-07-21 | 2014-03-12 | 中国科学院半导体研究所 | 一种氮化镓系发光二极管 |
| CN103283043A (zh) * | 2011-04-08 | 2013-09-04 | 松下电器产业株式会社 | 氮化物系半导体元件及其制造方法 |
| US9178114B2 (en) | 2011-09-29 | 2015-11-03 | Manutius Ip, Inc. | P-type doping layers for use with light emitting devices |
| US8698163B2 (en) | 2011-09-29 | 2014-04-15 | Toshiba Techno Center Inc. | P-type doping layers for use with light emitting devices |
| US9437892B2 (en) | 2012-07-26 | 2016-09-06 | Quswami, Inc. | System and method for converting chemical energy into electrical energy using nano-engineered porous network materials |
| TWI577046B (zh) * | 2014-12-23 | 2017-04-01 | 錼創科技股份有限公司 | 半導體發光元件及其製作方法 |
| CN105185885A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-12-23 | 聚灿光电科技股份有限公司 | Led芯片及其制备方法 |
| CN105977358B (zh) * | 2016-05-17 | 2018-06-26 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制作方法 |
| US20230047126A1 (en) * | 2020-02-07 | 2023-02-16 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Light emitting device |
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