JP4556288B2

JP4556288B2 - 半導体素子

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Publication number: JP4556288B2
Application number: JP2000146888A
Authority: JP
Inventors: 好司玉村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JP2001332761A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるインジウム含有層と、このインジウム含有層からインジウムが脱離するのを防止する脱離防止層とを備えた半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ，ＡｌＧａＮ混晶あるいはＧａＩｎＮ混晶などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、直接遷移の半導体材料であると共に、禁制帯幅が１．８〜６．２ｅＶにわたっているという特徴を有している。従って、これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、紫外領域から赤外領域までの発光を得ることができ、半導体レーザあるいは発光ダイオードなどの半導体発光素子を構成する材料として注目されている。また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、飽和電子速度および破壊電界が大きいことから、電界効果トランジスタなどの電子素子を構成する材料としても注目されている。
【０００３】
このような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体素子は、一般に、基板の上に気相成長法を用いて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させることにより製造される。その際、ＧａＮ層あるいはＡｌＧａＮ混晶層などインジウムを含まない層（インジウム非含有層）を成長させる場合には、例えばＭＯＣＶＤ（Metal-organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法であれば、成長温度を１０００℃程度とするのが最適である。これに対して、ＧａＩｎＮ混晶などインジウムを含む層（インジウム含有層）を成長させる場合には、温度が高すぎるとインジウムが脱離してしまうので、インジウム非含有層を成長させる場合よりも成長温度を低く、７００℃〜８００℃程度とするのが適当である。従って、インジウム含有層の上にインジウム非含有層を成長させる際には、インジウム含有層からのインジウムの脱離を防止するために、まず７００℃〜８００℃でアルミニウム（Ａｌ）を含む単層構造の脱離防止層を成長させたのち、この脱離防止層の上にインジウム非含有層を成長させる方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この脱離防止層は、最適温度よりも低温で成長させているので結晶性が悪く、脱離防止層の欠陥がインジウム含有層に伝播してインジウム含有層の結晶性を劣化してしまい、素子全体の結晶性が悪化して、優れた動作特性を得ることが難しという問題があった。特に、半導体発光素子においては、脱離防止層の抵抗が大きくなってしまい、閾値電流および閾値電圧が高くなってしまっていた。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、脱離防止層の結晶性を向上させ、動作特性を向上させることができる半導体素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体素子は、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウムと５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるインジウム含有層と、このインジウム含有層の一面側に設けられ、インジウム含有層からインジウムが脱離するのを防止する脱離防止層とを備えた半導体素子であって、脱離防止層が、交互に積層された障壁層と複数の井戸層とを有する多層構造を備え、井戸層は量子化されていると共に、障壁層は電荷がトンネリング可能な厚さとされ、インジウム含有層側に位置する井戸層ほど局在するエネルギー準位が漸次大きくまたは小さくなっている。
【０００７】
本発明による半導体素子では、脱離防止層が上記した所定の多層構造を有しているので、脱離防止層の結晶性が向上しており、優れた動作特性が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体素子としての半導体レーザの断面構造を表すものである。この半導体レーザは、基板１１の一面側に、例えば、バッファ層１２を介して、ｎ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，ｎ型ガイド層１５，活性層１６，脱離防止層１７，ｐ型ガイド層１８，ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０がこの順に積層された構成を有している。基板１１は、例えば、積層方向の厚さ（以下、単に厚さという。）が８０μｍのサファイアにより構成されており、バッファ層１２などは、基板１１のｃ面に形成されている。
【００１０】
バッファ層１２は、例えば、厚さが３０ｎｍであり、不純物を添加しないundoped ＧａＮにより構成されている。ｎ側コンタクト層１３は、例えば、厚さが３μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。ｎ型クラッド層１４は、例えば、厚さが１μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。ｎ型ガイド層１５は、例えば、厚さが０．１μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。
【００１１】
活性層１６は、例えば、厚さが３０ｎｍであり、全体としてＧａＩｎＮ混晶により構成されている。すなわち、活性層１６はインジウム含有層となっている。具体的には、例えば、Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎ混晶よりなる厚さ７．０ｎｍの障壁層と、Ｇａ_0.9Ｉｎ_0.1Ｎ混晶よりなる厚さ３．５ｎｍの井戸層とを交互に積層した多重量子井戸構造を有している。脱離防止層１７は、活性層１６からインジウムが脱離するのを防止するためのものであり、例えば全体としてＡｌＧａＮ混晶により構成され、その厚さは例えば２０ｎｍである。
【００１２】
ｐ型ガイド層１８は、例えば、厚さが０．１μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。ｐ型クラッド層１９は、例えば、厚さが０．８μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層２０は、例えば、厚さが０．５μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。
【００１３】
ｐ側コンタクト層２０の基板１１と反対側には、ｐ側電極２１が形成されている。このｐ側電極２１は、例えば、ｐ側コンタクト層２０の側からパラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）およびアルミニウム（Ａｌ）が順次積層された構造を有しており、ｐ側コンタクト層２０と電気的に接続されている。ｐ側電極２１は、また、電流狭窄をするように帯状に延長されており、ｐ側電極２１に対応する活性層１６の領域が発光領域となっている。一方、ｎ側コンタクト層１３の基板１１と反対側には、ｎ側電極２２が形成されている。ｎ側電極２２は、例えば、チタン（Ｔｉ）およびアルミニウムを順次積層して熱処理により合金化した構造を有しており、ｎ側コンタクト層１３と電気的に接続されている。
【００１４】
なお、この半導体レーザでは、例えばｐ側電極２１の長さ方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、この一対の共振器端面に図示しない一対の反射鏡膜がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方の反射鏡膜の反射率は低くなるように、他方の反射鏡膜の反射率は高くなるようにそれぞれ調整されている。これにより、活性層１６において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、一方の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。
【００１５】
図２は、図１の脱離防止層１７およびその近傍を拡大して表したものである。また、図３は、脱離防止層１７およびその付近のバンドギャップ構造を価電子帯端のエネルギー準位について模式的に表したものである。このように、脱離防止層１７は多層構造とされており、複数の層に分割して構成することにより、１層の厚さを薄くし、結晶性を向上させるようになっている。具体的には、例えば、交互に積層された複数（ここでは、４層）の障壁層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄと、障壁層１７ａ〜１７ｄよりもバンドギャップが小さく、価電子帯端のエネルギー準位が大きい複数（ここでは、３層）の井戸層１７ｅ，１７ｆ，１７ｇとを有している。
【００１６】
障壁層１７ａ〜１７ｄは、例えば、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ混晶（但し、０＜ｘ＜１）により構成され、井戸層１７ｅ〜１７ｇは、例えば、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮ（但し、０≦ｙ＜１）により構成されている。これら障壁層１７ａ〜１７ｄおよび井戸層１７ｅ〜１７ｇに含まれるアルミニウムにより、主として活性層１６からインジウムが脱離するのを防止するようになっている。なお、ここでは、障壁層１７ａ〜１７ｄはｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ混晶により構成され、井戸層１７ｅ〜１７ｇはｐ型ＧａＮにより構成されている。
【００１７】
また、井戸層１７ｅ〜１７ｇの厚さは、例えば離散化準位間のエネルギー幅がｋ_BＴよりも十分大きくなるようになっている。なお、ｋ_Bはボルツマン定数＝１．３８×１０²³Ｊ／Ｋであり、Ｔは素子の絶対温度である。すなわち、井戸層１７ｅ〜１７ｇは２次元的に量子化された量子井戸構造となっており、井戸層１７ｅ〜１７ｇには図３において点線で示したように局在するエネルギー準位（すなわち量子準位）Ｅ₀ ^QW1，Ｅ₀ ^QW2，Ｅ₀ ^QW3が形成されている。また、本実施の形態では、例えば井戸層１７ｅ〜１７ｇの厚さを変化させることにより、活性層１６側に位置する井戸層ほど局在するエネルギー準位が漸次大きくなるようになっている。一般に、厚さが薄い方が局在するエネルギー準位が大きくなるので、ここではｐ型ガイド層１８から活性層１６側に向かって順に井戸層の厚さが薄くなっている。なお、障壁層１７ａ〜１７ｄの厚さは、例えば電荷がトンネリング可能な厚さ（例えば、２０ｎｍ以下）となっている。
【００１８】
これにより、本実施の形態では、共鳴あるいはエネルギー準位の状態密度の増加によってトンネル電流が増大し、脱離防止層１７の抵抗を小さくできるようになっている。ちなみに、図４に示したように、脱離防止層１１７を単層構造とした場合には、脱離防止層１１７とｐ型ガイド層１８との界面のエネルギー障壁が大きく、抵抗が大きくなっている。
【００１９】
障壁層１７ａ〜１７ｄおよび井戸層１７ｅ〜１７ｇの厚さは、具体的には、例えば、障壁層１７ａが８ｎｍ，井戸層１７ｅが２ｎｍ，障壁層１７ｂが６ｎｍ，井戸層１７ｆが４ｎｍ，障壁層１７ｃが４ｎｍ，井戸層１７ｇが６ｎｍ，障壁層１７ｄが２ｎｍとされている。なお、脱離防止層１７の厚さの最適値は、脱離防止層１７中におけるアルミニウムの含有量に依存するものであり、上述した例では、障壁層１７ａ〜１７ｄの厚さの合計が２０ｎｍ程度とされることが好ましい。これよりもアルミニウムの含有量が多いとキャリアが流れにくくなる傾向にあり、少ないと活性層１６からのインジウムの脱離が十分に防止されない傾向にあるからである。
【００２０】
この半導体レーザは、例えば次のようにして製造することができる。
【００２１】
まず、例えば、厚さ４００μｍ程度のサファイアよりなる基板１１を用意し、基板１１の例えばｃ面に、例えば、ＭＯＣＶＤ法によりバッファ層１２，ｎ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，ｎ型ガイド層１５，活性層１６，脱離防止層１７，ｐ型ガイド層１８，ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０を順次成長させる。
【００２２】
具体的には、まず、基板１１を例えば５２０℃程度に加熱したのち、例えばundoped ＧａＮよりなるバッファ層１２を成長させる。次いで、例えば、基板１１の温度を１０００℃程度まで上げ、バッファ層１２の上に、ｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層１３，ｎ型ＡｌＧａＮ混晶よりなるｎ型クラッド層１４およびｎ型ＧａＮよりなるｎ型ガイド層１５を順次成長させる。続いて、例えば、基板１１の温度を７００℃〜８００℃程度まで下げ、Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎ混晶よりなる障壁層およびＧａ_0.9Ｉｎ_0.1Ｎ混晶よりなる井戸層を交互に成長させて、活性層１６を形成する。
【００２３】
そののち、例えば、基板１１の温度を活性層１６を形成した際と同じ温度としたまま、活性層１６の上に、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ混晶よりなる障壁層１７ａ〜１７ｄ、およびｐ型ＧａＮよりなる井戸層１７ｅ〜１７ｇを交互に成長させて、脱離防止層１７を形成する。ここでは、脱離防止層１７を障壁層１７ａ〜１７ｄと井戸層１７ｅ〜１７ｇとの多層構造とし、１層の厚さを薄くしているので、単層構造で１層の厚さが厚い場合に比べて結晶性の高いものが得られる。よって、脱離防止層１７から活性層１６への欠陥の伝播が抑制され、活性層１６における結晶性の低下が抑制されるので、発光特性など半導体レーザにおける動作特性の劣化が防止される。
【００２４】
脱離防止層１７を形成したのち、例えば、基板１１の温度を１０００℃程度まで上げ、脱離防止層１７の上に、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型ガイド層１８，ｐ型ＡｌＧａＮ混晶よりなるｐ型クラッド層１９およびｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層２０を順次成長させる。ここでは、活性層１６の上に脱離防止層１７を介してｐ型ガイド層１８などを成長させているので、基板１１の温度（成長温度）を高くしても活性層１６からのインジウムの脱離が防止される。
【００２５】
なお、ＭＯＣＶＤを行う際、ガリウムの原料ガスとしては例えばトリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）、アルミニウムの原料ガスとしては例えばトリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、インジウムの原料ガスとしては例えばトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）、窒素の原料ガスとしては例えばアンモニア（ＮＨ₃）をそれぞれ用いる。また、ケイ素の原料ガスとしては例えばモノシラン（ＳｉＨ₄）を用い、マグネシウムの原料ガスとしては例えばビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｍｇ）を用いる。
【００２６】
ｐ側コンタクト層２０を成長させたのち、例えば、ｐ側コンタクト層２０の上にレジストよりなる図示しないマスクを選択的に形成する。次いで、このマスクを利用してｐ側コンタクト層２０，ｐ型クラッド層１９，ｐ型ガイド層１８，脱離防止層１７，活性層１６，ｎ型ガイド層１５，ｎ型クラッド層１４およびｎ側コンタクト層１３の一部を順次エッチングして、ｎ側コンタクト層１３を表面に露出させる。続いて、例えばチタンおよびアルミニウムを順次蒸着してｎ側電極２２を形成すると共に、加熱処理を行い、ｎ側電極２２を合金化する。加熱処理を行ったのち、例えばパラジウム，白金および金を順次蒸着してｐ側電極２１を形成する。
【００２７】
ｐ側電極２１を形成したのち、基板１１を例えば８０μｍ程度の厚さとなるように研削する。基板１１を研削したのち、所定の大きさに整え、ｐ側電極２１の長さ方向において対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。
これにより、図１に示した半導体レーザが完成する。
【００２８】
この半導体レーザは、次のように作用する。
【００２９】
この半導体レーザでは、ｎ側電極２２とｐ側電極２１との間に所定の電圧が印加されると、活性層１６に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。このときの脱離防止層１７およびその付近の価電子帯端のエネルギー準位について模式的に表したものを図５に示す。ここでは、脱離防止層１７が多層構造とされているので、従来の単層構造のものよりも結晶性に優れており、脱離防止層１７における電気抵抗が小さくなっている。また、脱離防止層１７が量子井戸構造とされているので、図５に示したように、ｐ型クラッド層１９からｐ型ガイド層１８を経て脱離防止層１７に注入された正孔が、各井戸層１７ｅ〜１７ｇに形成された量子準位Ｅ₀ ^QW1，Ｅ₀ ^QW2，Ｅ₀ ^QW3を介して共鳴トンネリングにより活性層１６側に流れる。よって、良好な電流ー電圧特性が得られる。
【００３０】
このように本実施の形態に係る半導体素子によれば、脱離防止層１７が多層構造を有するようにしたので、脱離防止層１７の結晶性を向上させることができる。よって、脱離防止層１７から活性層１６への欠陥の伝播を抑制することができ、活性層１６の結晶性を向上させることができる。その結果、発光特性の劣化を防止することができる。また、脱離防止層１７の結晶性を向上させることができるので、脱離防止層１７における電気抵抗を小さくすることができ、閾値電流，閾値電圧，駆動電流および駆動電圧をそれぞれ低減することができる。従って、良好な動作特性を得ることができる。
【００３１】
更に、脱離防止層１７を、量子化した障壁層１７ａ〜１７ｄと井戸層１７ｅ〜１７ｇとの積層構造とし、井戸層１７ｅ〜１７ｇに局在するエネルギー準位Ｅ₀ ^QW1，Ｅ₀ ^QW2，Ｅ₀ ^QW3を活性層１６側ほど漸次大きくしたので、共鳴あるいはエネルギー準位の状態密度の増加によりトンネル電流を増大させることができ、脱離防止層１７における電気抵抗をより小さくすることができる。
【００３２】
なお、上記第１の実施の形態では、井戸層１７ｅ〜１７ｇの厚さを変化させることにより井戸層１７ｅ〜１７ｇに局在するエネルギー準位Ｅ₀ ^QW1，Ｅ₀ ^QW2，Ｅ₀ ^QW3を大きくまたは小さくするようにしたが、井戸層１７ｅ〜１７ｇの厚さは互いに同一とし、井戸層１７ｅ〜１７ｇを構成する材料または組成を変化させるなどの他の方法により井戸層１７ｅ〜１７ｇに局在するエネルギー準位Ｅ₀ ^QW1，Ｅ₀ ^QW2，Ｅ₀ ^QW3を大きくまたは小さくするようにしてもよい。例えば、活性層１６側に位置する井戸層１７ｅ〜１７ｇほどアルミニウムの組成比が大きいｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ混晶により構成するようにしてもよい。
【００３３】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体素子としての半導体レーザの脱離防止層３７およびその近傍を表すものである。また、図７は、脱離防止層３７およびその付近のエネルギーバンド構造を価電子帯のエネルギー準位について模式的に表したものである。この半導体レーザは、脱離防止層３７の構成が異なることを除き、他は第１の実施の形態と同様の構成を有している。よって、ここでは同一の構成要素には同一の符号を付し、同一部分についての詳細な説明を省略する。
【００３４】
脱離防止層３７は、井戸層３７ｅ〜３７ｇの厚さが互いに同一であり、局在するエネルギー準位Ｅ₀ ^QW4，Ｅ₀ ^QW5，Ｅ₀ ^QW6が互いに等しくされると共に、障壁層３７ａ〜３７ｄの厚さも互いに同一とされたことを除き、第１の実施の形態の脱離防止層１７と同一の構成を有している。井戸層３７ｅ〜３７ｇの厚さは例えばそれぞれ４ｎｍとされ、障壁層３７ａ〜３７ｄの厚さは例えばそれぞれ４ｎｍ〜５ｎｍとされている。
【００３５】
この脱離防止層３７では、多層構造とされることにより、第１の実施の形態の脱離防止層１７と同様に結晶性の向上が図られると共に、井戸層３７ｅ〜３７ｇが量子化されることにより、エネルギー準位の状態密度を増加させ、トンネル電流を増大させるようになっている。
【００３６】
このように本実施の形態によれば、脱離防止層３７を量子化した障壁層３７ａ〜３７ｄと井戸層３７ｅ〜３７ｇとの多層構造とするようにしたので、エネルギー準位の状態密度の増加によりトンネル電流を増大させることができ、脱離防止層３７における電気抵抗をより小さくすることができる。
【００３７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、井戸層１７ｅ〜１７ｇ，３７ｅ〜３７ｇが量子化された場合について説明したが、井戸層１７ｅ〜１７ｇ，３７ｅ〜３７ｇを必ずしも量子化する必要はない。その場合であっても、脱離防止層１７，３７を多層構造としたことによる効果は得られる。
【００３８】
また、上記実施の形態では、脱離防止層１７，３７を障壁層１７ａ〜１７ｄ，３７ａ〜３７ｄと井戸層１７ｅ〜１７ｇ，３７ｅ〜３７ｇとを有する多層構造とするようにしたが、これ以外の他の多層構造としてもよい。例えば、各層の材料または組成を変化させ、バンドギャップが漸次大きくまたは小さくなるようにしてもよい。
【００３９】
更に、上記実施の形態では、脱離防止層１７，３７を全体としてＡｌＧａＮ混晶により構成するようにしたが、少なくとも一部にアルミニウムを含み、３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素とを含む他の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成するようにしてもよい。
【００４０】
加えて、上記実施の形態では、井戸層１７ｅ〜１７ｇ，３７ｅ〜３７ｇに局在するエネルギー準位を活性層１６側に位置するものほど漸次大きくした場合について説明したが、活性層１６側に位置するものほど漸次小さくなるようにしてもよい。
【００４１】
更にまた、上記実施の形態では、活性層１６をＧａＩｎＮ混晶により構成するようにしたが、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウムと５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素とを含む他の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成するようにしてもよい。このような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、ＩｎＮあるいはＡｌＧａＩｎＮ混晶などが挙げられる。
【００４２】
加えてまた、上記実施の形態では、半導体レーザの構成について具体的に例を挙げて説明したが、本発明は他の構成を有する半導体レーザについても適用することができる。例えば、ｎ型ガイド層１５およびｐ型ガイド層１８を備えていなくてもよい。また、ｐ側電極２１を細い帯状とすること以外の他の構造により電流狭窄するようにしてもよい。更に、屈折率導波型あるいはリッジ導波型の半導体レーザとしてもよい。また、各半導体層および基板１１を構成する材料についても具体的に例を挙げて説明したが、各半導体層を他の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成するようにしてもよく、基板１１を窒化ガリウム（ＧａＮ），炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの他の材料により構成するようにしてもよい。
【００４３】
更にまた、上記実施の形態では、バッファ層１２，ｎ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，ｎ型ガイド層１５，活性層１６，脱離防止層１７，ｐ型ガイド層１８，ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０をＭＯＣＶＤ法により形成する場合について説明したが、ＭＢＥ法またはハイドライド気相成長法またはハライド気相成長法などの他の気相成長法により形成するようにしてもよい。なお、ハイドライド気相成長法とは、ハイドライド（水素化物）が輸送または反応に寄与する気相成長法のことをいい、ハライド気相成長法とは、ハライド（ハロゲン化物）が輸送または反応に寄与する気相成長法のことをいう。
【００４４】
更にまた、上記実施の形態では、半導体素子として半導体レーザを具体例に挙げて説明したが、本発明は、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウムと５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるインジウム含有層を備えた半導体素子について広く適用することができる。例えば、発光ダイオードなどの他の発光素子についても同様に適用することができ、更にはトランジスタなどの電子素子についても適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体素子によれば、多層構造を有する脱離防止層を量子化した井戸層と障壁層とを有する積層構造とし、井戸層に局在するエネルギー準位をインジウム含有層側ほど漸次大きくまたは小さくするようにした。これにより、脱離防止層の結晶性を向上させることができる。さらに、共鳴あるいはエネルギー準位の状態密度の増加によりトンネル電流を増大させることができ、脱離防止層における電気抵抗をより一層小さくすることができる。よって、例えば良好な動作特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した半導体レーザの脱離防止層を拡大して表す断面図である。
【図３】図１に示した半導体レーザの脱離防止層およびその近傍の層におけるエネルギーバンド構造を表す模式図である。
【図４】従来の半導体レーザの脱離防止層およびその近傍の層におけるエネルギーバンド構造を表す模式図である。
【図５】図１に示した半導体レーザの作用を説明するためのエネルギーバンド構造を表す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの脱離防止層の構造を表す断面図である。
【図７】図６に示した半導体レーザの脱離防止層およびその近傍の層におけるエネルギーバンド構造を表す模式図である。
【符号の説明】
１１…基板、１２…バッファ層、１３…ｎ側コンタクト層、１４…ｎ型クラッド層、１５…ｎ型ガイド層、１６…活性層、１７，３７…脱離防止層、１７ａ〜１７ｄ，３７ａ〜３７ｄ…障壁層、１７ｅ〜１７ｇ，３７ｅ〜３７ｇ…井戸層、１８…ｐ型ガイド層、１９…ｐ型クラッド層、２０…ｐ側コンタクト層、２１…ｐ側電極、２２…ｎ側電極

Claims

３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるインジウム含有層と、
このインジウム含有層の一面側に設けられ、前記インジウム含有層からインジウムが脱離するのを防止する脱離防止層とを備え、
前記脱離防止層は、交互に積層された障壁層と複数の井戸層とを有する多層構造を備え、
前記井戸層は量子化されていると共に、前記障壁層は電荷がトンネリング可能な厚さとされ、
前記インジウム含有層側に位置する井戸層ほど局在するエネルギー準位が漸次大きくまたは小さくなっている、
半導体素子。
前記脱離防止層は、３Ｂ族元素のうちの少なくとも１種と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなり、少なくとも一部にアルミニウム（Ａｌ）を含む、請求項１記載の半導体素子。
前記障壁層はＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、０＜ｘ＜１）よりなると共に、前記井戸層はＡｌ_yＧａ_1-yＮ（但し、０≦ｙ＜１）よりなる、請求項１記載の半導体素子。