JP5874689B2 - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子およびその製造方法 Download PDF

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この発明は、半導体発光素子の製造方法に関し、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザや発光ダイオードに適用して好適なものである。
近年、光ディスクの高密度化に必要である青色領域から紫外線領域におよぶ発光が可能な半導体レーザとして、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの研究開発が盛んに行われている。
この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザとして、特許第２７８０６９１号および特許第２７３５０５７号に開示されたものがある。前者の半導体レーザは、ＩｎおよびＧａを含む窒化物半導体よりなり、第１および第２の面を有する量子井戸構造の活性層を備え、この活性層の第１の面に接してＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）よりなるｎ型窒化物半導体層を備え、活性層の第２の面に接してＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）よりなるｐ型窒化物半導体層を備えている。また、後者の半導体レーザは、ＩｎおよびＧａを含む窒化物半導体よりなり、第１および第２の面を有する活性層と、この活性層の第２の面側に設けられたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層との間に、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、かつＩｎおよびＧａを含むｐ型窒化物半導体よりなる第１のｐ型クラッド層を備え、この第１のｐ型クラッド層が活性層の第２の面に接して形成されている。
特許第２７８０６９１号 特許第２７３５０５７号
しかしながら、本発明者の検討によれば、上記の特許第２７８０６９１号に開示された技術により半導体レーザを製造した場合には、レーザの寿命試験において初期劣化率が高く、時間の増加とともに動作電流が徐々に増大する傾向が見られた。また、エレクトロルミネッセンス発光においても、顕著な発光むらが観測された。
一方、上記の特許第２７３５０５７号に開示された技術により製造した半導体レーザでは、さらに顕著な初期劣化率の増大が見られた。
したがって、この発明が解決しようとする課題は、初期劣化率が十分に低くて長寿命で、動作電流の経時変化が極めて少なく、発光むらも極めて少ない、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子およびそのような半導体発光素子を容易に製造することができる半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
より一般的には、この発明が解決しようとする課題は、長寿命で経時変化も極めて少ない、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置およびそのような半導体装置を容易に製造することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとする他の課題は、光導波層の結晶性を良好とすることができることにより長寿命で、しかも特に半導体レーザでは遠視野像における光強度分布の対称性が高く、放射角（ビーム拡がり角）のアスペクト比の低減を図ることができる、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子およびそのような半導体発光素子を容易に製造することができる半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
より一般的には、この発明が解決しようとする他の課題は、長寿命で特性の良好な、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置およびそのような半導体装置を容易に製造することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その概要について説明すると、次のとおりである。
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザにおいては、一般的に、ＩｎＧａＮなどからなる活性層上に１０００℃程度の高い成長温度でｐ型光導波層やｐ型クラッド層を成長させる際に、活性層からのＩｎの脱離による劣化を防止したり、活性層に注入される電子のオーバーフローを防止したりするために、活性層を成長させた後にＡｌ組成が約０．２程度と高い厚さ２０ｎｍ程度のｐ型ＡｌＧａＮからなるキャップ層を活性層と同じ温度で成長させ、その後に成長温度を上げてｐ型光導波層やｐ型クラッド層を成長させるようにしている。ところが、本発明者の知見によれば、この構造では、Ｉｎの脱離による活性層の劣化は抑えられるものの、キャップ層と活性層との格子定数差がかなり大きいため、キャップ層に接している活性層に大きな応力が発生し、これが活性層の劣化の原因となる。また、ｐ型層のｐ型ドーパントとしてはＭｇが一般的に用いられているが、このｐ型層中のＭｇが活性層に拡散することも、活性層の劣化の原因となる。
本発明者は、種々実験を行った結果、活性層とキャップ層との間にＩｎＧａＮなどのＩｎおよびＧａを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を介在させることにより、これらの問題を一挙に解決することができることを見い出した。
さらに検討を行った結果、多重量子井戸構造の活性層の最上層の障壁層を成長させた後、Ｉｎ原料の流量を同一に保って、ＩｎＧａＮなどのＩｎを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる場合、そのＩｎ量を成長温度で良好に制御することができることを見い出した。そして、これを利用すれば、ＩｎＧａＮなどのＩｎを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる場合、成長中に成長温度を上昇させることが可能となり、それによってキャップ層の成長温度を高くすることができることにより結晶性がより向上することから、キャップ層の厚さをより小さくすることができ、最も顕著な場合には、活性層からのＩｎの離脱を防止する目的だけに限ると、キャップ層を設ける必要さえなくすことができる。
一方、上述のキャップ層をレーザ構造、より具体的には活性層とｐ型クラッド層との間のどの位置に設けるかについては、まだ改善の余地がある。そこで、キャップ層を設ける位置の最適化を、設計の自由度の確保を考慮しつつ行った。その結果、光導波層の結晶性を良好にしたり、遠視野像における光強度分布の対称性の向上を図ったりする観点から、いくつかの最適位置を見い出した。さらに、キャップ層を設ける位置の最適化に加えて、活性層に接して上述のＩｎＧａＮなどのＩｎおよびＧａを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を設けることにより、様々な効果を得ることができることを見い出した。
以上は半導体レーザについてであるが、同様な層構造を有する限り、発光ダイオードやトランジスタのような電子走行素子などの半導体装置全般に有効と考えられる。
この発明は、本発明者による以上の検討に基づいてさらに検討を行った結果、案出されたものである。
すなわち、上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の第２の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、光導波層またはクラッド層として用いられるＧａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の第３の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接したＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層を成長させた後、成長温度を上昇させながら中間層を成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第４の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、光導波層またはクラッド層として用いられるＧａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層を成長させた後、成長温度を上昇させながら中間層を成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第５の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層とを有する
ことを特徴とする半導体装置である。
この発明の第６の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する
ことを特徴とする半導体装置である。
この発明の第７の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層を成長させた後、成長温度を上昇させながら中間層を成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第８の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層を成長させた後、成長温度を上昇させながら中間層を成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明において、ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体および第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＩｎおよびＧａ以外のＩＩＩ族元素、例えばＡｌやＢなどを含むこともあり、Ｖ族元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。また、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＡｌおよびＧａ以外のＩＩＩ族元素、例えばＩｎやＢなどを含むこともあり、Ｖ族元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。また、Ｇａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体および第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｇａ以外のＩＩＩ族元素、例えばＩｎやＡｌやＢなどを含むこともあり、Ｖ族元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。
中間層を構成する第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、典型的には、ＩｎxＧａ1-xＮ（ただし、０≦ｘ＜１）である。中間層は、典型的にはアンドープであり、通常ｎ型である。キャップ層を構成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、典型的には、ＡｌyＧａ1-yＮ（ただし、０≦ｙ＜１）である。キャップ層を設けることによる効果を十分に得る観点から、好適にはキャップ層の厚さは２ｎｍ以上とする。一方、キャップ層の厚さが大きすぎると、その組成によっては結晶性が劣化することから、これを防止するために、好適にはキャップ層の厚さは１０ｎｍ以下とする。キャップ層に接した、Ｇａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層を有することもあり、このｐ型層を構成する第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＧａＮまたはＩｎzＧａ1-zＮ（ただし、０≦ｚ＜１）である。
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層または第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層は、典型的には、井戸層と障壁層とからなる多重量子井戸構造を有し、中間層のＩｎ組成は障壁層のＩｎ組成と同じか、または、より小さい。Ｉｎ組成の分布は各種のものであってよいが、成長温度を徐々に上昇させながら中間層を成長させることにより、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層または第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層から離れるにしたがってＩｎ組成が徐々に減少する中間層を得ることができる。典型的には、中間層に含まれるＩｎは、５×１０19ｃｍ-3以下である。中間層の厚さは、その組成の選択との兼ね合いで、この中間層による活性層または第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の劣化防止効果を有効に得ることができるように決定されるが、一般的には８ｎｍ以上、好適には１０ｎｍ以上に選ばれる。
第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層中には、典型的にはＩｎが１×１０17ｃｍ-3以上５×１０19ｃｍ-3以下含まれる。
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる基板としては、種々のものを用いることができ、具体的には、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、スピネル基板、酸化シリコン基板などのほか、厚いＧａＮ層などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる基板を用いてもよい。
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長またはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）などを用いることができる。
半導体装置は、具体的には、例えば、半導体レーザや発光ダイオードのような発光素子あるいはＦＥＴやヘテロ接合バイポーラトランジスタなどの電子走行素子である。
この発明の第９の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の第１０の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の第１１の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の第１２の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の第１３の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の第１４の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の第１５の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の第１６の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の第１７の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、光導波層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
ｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第１８の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、光導波層およびキャップ層をｐ型クラッド層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第１９の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、中間層、光導波層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
ｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第２０の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、中間層、光導波層およびキャップ層をｐ型クラッド層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
ここで、典型的には、活性層および中間層は、光導波層およびキャップ層の成長温度よりも低い成長温度で成長させる。
この発明の第２１の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、第１の光導波層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
第２の光導波層およびｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第２２の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、第１の光導波層およびキャップ層を第２の光導波層およびｐ型クラッド層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第２３の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、中間層、第１の光導波層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
第２の光導波層およびｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第２４の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、中間層、第１の光導波層およびキャップ層を第２の光導波層およびｐ型クラッド層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
ここで、典型的には、活性層は、中間層、第１の光導波層およびキャップ層の成長温度よりも低い成長温度で成長させる。
この発明の第２５の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、第１の光導波層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
第２の光導波層およびｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第２６の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、第１の光導波層およびキャップ層を第２の光導波層およびｐ型クラッド層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第２７の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、中間層、第１の光導波層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
第２の光導波層およびｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第２８の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、
第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、
第２の光導波層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、中間層、第１の光導波層およびキャップ層を第２の光導波層およびｐ型クラッド層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
ここで、典型的には、活性層および中間層は、第１の光導波層およびキャップ層の成長温度よりも低い成長温度で成長させる。
この発明の第２９の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、光導波層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
ｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第３０の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、光導波層およびキャップ層をｐ型クラッド層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第３１の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、中間層、光導波層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
ｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第３２の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
活性層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、
光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
活性層、中間層、光導波層およびキャップ層をｐ型クラッド層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
ここで、典型的には、活性層および中間層は、光導波層およびキャップ層の成長温度よりも低い成長温度で成長させる。
この発明の第３３の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する
ことを特徴とする半導体装置である。
この発明の第３４の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する
ことを特徴とする半導体装置である。
この発明の第３５の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する
ことを特徴とする半導体装置である。
この発明の第３６の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する
ことを特徴とする半導体装置である。
この発明の第３７の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する
ことを特徴とする半導体装置である。
この発明の第３８の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する
ことを特徴とする半導体装置である。
この発明の第３９の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する
ことを特徴とする半導体装置である。
この発明の第４０の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する
ことを特徴とする半導体装置である。
この発明の第４１の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
ｐ型層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第４２の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層および上記キャップ層をｐ型層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第４３の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、中間層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
ｐ型層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第４４の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、中間層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層をｐ型層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
ここで、典型的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層および中間層は、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層の成長温度よりも低い成長温度で成長させる。
この発明の第４５の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびｐ型層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第４６の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層を第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびｐ型層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第４７の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、中間層、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびｐ型層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第４８の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、中間層、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層を第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびｐ型層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
ここで、典型的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層は、中間層、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層の成長温度よりも低い成長温度で成長させる。
この発明の第４９の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第５０の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層および上記キャップ層を第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層および上記ｐ型層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第５１の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、中間層、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびｐ型層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第５２の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、Ｇａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、中間層、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層を第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびｐ型層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
ここで、典型的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層および中間層は、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層よりも低い成長温度で成長させる。
この発明の第５３の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
ｐ型層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第５４の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層をｐ型層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第５５の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、中間層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、
ｐ型層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第５６の発明は、
ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む中間層と、
中間層に接した、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層と、
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により障壁層が形成された超格子からなるキャップ層と、
キャップ層に接した、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層とを有する半導体装置の製造方法であって、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層、中間層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層をｐ型クラッド層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とするものである。
ここで、典型的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層および中間層は、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層およびキャップ層の成長温度よりも低い成長温度で成長させる。
この発明の第９〜第５６の発明において、Ｇａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体および第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｇａ以外のＩＩＩ族元素、例えばＩｎやＡｌやＢなどを含むこともあり、Ｖ族元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。また、ＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＡｌおよびＧａ以外のＩＩＩ族元素、例えばＩｎやＢなどを含むこともあり、Ｖ族元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。
この発明の第９〜第５６の発明において、典型的には、キャップ層のバンドギャップはｐ型クラッド層あるいはｐ型層のバンドギャップより大きい。キャップ層を設けることによる効果を十分に得る観点から、好適にはキャップ層の厚さは２ｎｍ以上とする。一方、キャップ層の厚さが大きすぎると、その組成によっては結晶性が劣化することから、これを防止するために、好適にはキャップ層の厚さは２０ｎｍ以下とする。また、光導波層、第１の光導波層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層あるいは第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層は、Ｍｇなどのｐ型不純物をドープするとアンドープの場合に比べてかえって抵抗率が高くなることから、好適にはアンドープとする。アンドープの光導波層、第１の光導波層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層あるいは第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層は、ｎ型伝導性を示す。これらの光導波層、第１の光導波層、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層あるいは第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層の厚さは、一般的には８ｎｍ以上とし、典型的には１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とする。
半導体発光素子あるいは半導体装置の各層の成長時のキャリアガス雰囲気については、より低抵抗の層を得る観点から、最も好適には、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気としてＮ2ガス雰囲気を用い、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気としてＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気を用いる。
この発明の第９〜第５６の発明において、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、この発明の第１〜第８の発明に関連して述べたことが成立する。
上述のように構成されたこの発明によれば、活性層または第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接して、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層が設けられていることにより、この中間層の存在により、キャップ層などにより活性層または第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に発生する応力を大幅に緩和することができ、あるいは、ｐ型ドーパントとして用いられるＭｇの活性層または第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層への拡散を有効に抑制することができる。
また、キャップ層を設ける位置の最適化により、活性層にキャップ層を隣接させて設けたり、活性層に中間層を介してキャップ層を設けたりする場合に比べて光導波層あるいは第１の光導波層の結晶性を良好にすることができ、あるいはこれらの光導波層あるいは第１の光導波層の厚さの最適化を図ることができる。
この発明によれば、ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層または第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に接して、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層が設けられているので、この中間層により、キャップ層などにより活性層または第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層に発生する応力を大幅に緩和することができ、あるいは、ｐ型層のｐ型ドーパントとして用いられるＭｇの活性層または第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層への拡散を有効に抑制することができ、これによって初期劣化率が十分に低くて長寿命で、動作電流の経時変化が極めて少なく、発光むらも極めて少ない、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子あるいは長寿命で経時変化も極めて少ない、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置を実現することができる。また、この発明による製造方法によれば、このような半導体発光素子および半導体装置を容易に製造することができる。
また、キャップ層を設ける位置の最適化により、活性層にキャップ層を隣接させて設けたり、活性層に中間層を介してキャップ層を設けたりする場合に比べて光導波層あるいは第１の光導波層の結晶性を良好にすることができ、あるいはこれらの光導波層あるいは第１の光導波層の厚さの最適化を図ることができることから、長寿命で、しかも特に半導体レーザでは遠視野像における光強度分布の対称性が高く、放射角のアスペクト比の向上を図ることができる、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子あるいは長寿命の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置を実現することができる。また、この発明による製造方法によれば、このような半導体発光素子および半導体装置を容易に製造することができる。
この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す断面図である。 この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す断面図である。 この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおけるアンドープＧａＮ光導波層の厚さによる半導体レーザの垂直放射角の変化の測定結果を示す略線図である。 この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す断面図である。 この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第７の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第８の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第９の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第１０の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第１１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。 この発明の第１２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１は、この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す。このＧａＮ系半導体レーザは、リッジ構造およびＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造を有するものである。
図１に示すように、この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｃ面サファイア基板１上に、低温成長によるアンドープＧａＮバッファ層２を介して、ＥＬＯなどの横方向結晶成長技術を用いて成長されたアンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、例えばアンドープのＩｎxＧａ1-xＮ／ＩｎyＧａ1-yＮ多重量子井戸構造の活性層７、ｎ型のアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２が順次積層されている。
ここで、アンドープＧａＮバッファ層２は厚さが例えば３０ｎｍである。アンドープＧａＮ層３は厚さが例えば０．５μｍである。ｎ型ＧａＮコンタクト層４は厚さが例えば４μｍであり、ｎ型不純物として例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５は厚さが例えば１．０μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされ、Ａｌ組成は例えば０．０７である。ｎ型ＧａＮ光導波層６は厚さが例えば０．１μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされている。また、アンドープＩｎxＧａ1-xＮ／ＩｎyＧａ1-yＮ多重量子井戸構造の活性層７は、例えば、井戸層としてのＩｎxＧａ1-xＮ層の厚さが３．５ｎｍでｘ＝０．１４、障壁層としてのＩｎyＧａ1-yＮ層の厚さが７ｎｍでｙ＝０．０２、井戸数が３である。
アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８は、活性層７に接している面から、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に接している面に向かってＩｎ組成が徐々に単調減少するグレーディッド構造を有し、活性層７に接している面におけるＩｎ組成は活性層７の障壁層としてのＩｎyＧａ1-yＮ層のＩｎ組成ｙと一致しており、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に接している面におけるＩｎ組成は０となっている。このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８の厚さは例えば２０ｎｍである。
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９は厚さが例えば１０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされている。このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９のＡｌ組成は例えば０．２である。すでに述べたように、このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９は、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長時に活性層７からＩｎが脱離して劣化するのを防止するとともに、活性層９からのキャリア（電子）のオーバーフローを防止するためのものである。ｐ型ＧａＮ光導波層１０は厚さが例えば０．１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１は厚さが例えば０．５μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされ、Ａｌ組成は例えば０．０７である。ｐ型ＧａＮコンタクト層１２は厚さが例えば０．１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。
ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、活性層７、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１は所定幅のメサ形状を有する。このメサ部におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１の上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３には、例えば〈１１−２０〉方向に延在するリッジ１３が形成されている。このリッジ１３の幅は例えば３μｍである。
上記のメサ部の全体を覆うように例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ2膜のような絶縁膜１４が設けられている。この絶縁膜１４は、電気絶縁および表面保護のためのものである。この絶縁膜１４のうちのリッジ１３の上の部分には開口１４ａが設けられており、この開口１４ａを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層１３にｐ側電極１５が接触している。このｐ側電極１５は、Ｐｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次積層した構造を有し、Ｐｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍおよび３００ｎｍである。一方、絶縁膜１４のうちのメサ部に隣接する所定部分には開口１４ｂが設けられており、この開口１４ｂを通じてｎ型ＧａＮコンタクト層４にｎ側電極１６が接触している。このｎ側電極１６は、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次積層した構造を有し、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍである。
このＧａＮ系半導体レーザの要部のエネルギーバンド構造（伝導帯）を図２に示す。図２において、Ｅcは伝導帯の下端のエネルギーを示す。
次に、この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
まず、あらかじめサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化したｃ面サファイア基板１上に有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により例えば５００℃程度の温度でアンドープＧａＮバッファ層２を成長させた後、例えばＥＬＯなどの横方向結晶成長技術を用いて例えば１０００℃の成長温度で、アンドープＧａＮ層３を成長させる。
引き続いて、アンドープＧａＮ層３上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、アンドープのＧａ1-xＩｎxＮ／Ｇａ1-yＩｎyＮ多重量子井戸構造の活性層７、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２を順次成長させる。ここで、Ｉｎを含まない層であるｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長温度は例えば１０００℃程度とし、Ｉｎを含む層であるＧａ1-xＩｎxＮ／Ｇａ1-yＩｎyＮ多重量子井戸構造の活性層７の成長温度は例えば７００〜８００℃、例えば７３０℃とする。アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８の成長温度は、成長開始時点は活性層７の成長温度と同じく例えば７３０℃に設定し、その後例えば直線的に上昇させ、成長終了時点でｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９の成長温度と同じく例えば８３５℃になるようにする。
これらのＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはＮＨ3を用いる。また、キャリアガスとしては、例えば、Ｈ2を用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシラン（ＳｉＨ4）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ3Ｃ5Ｈ4）2Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5Ｈ5）2Ｍｇ）を用いる。
次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたｃ面サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２の全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ2膜上にリソグラフィーによりメサ部の形状に対応した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ4やＣＨＦ3などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2膜をエッチングし、パターニングする。次に、この所定形状のＳｉＯ2膜をマスクとして例えばＲＩＥ法によりｎ型ＧａＮコンタクト層４に達するまでエッチングを行う。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。このエッチングにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、活性層７、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２がメサ形状にパターニングされる。
次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2膜をエッチング除去した後、再び基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ2膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ2膜上にリソグラフィーによりリッジ部に対応する所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ4やＣＨＦ3などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2膜をエッチングし、リッジ部に対応する形状とする。
次に、このＳｉＯ2膜をマスクとしてＲＩＥ法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行うことによりリッジ１３を形成する。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。
次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2膜をエッチング除去した後、基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ2膜のような絶縁膜１４を成膜する。
次に、リソグラフィーによりｎ側電極形成領域を除いた領域の絶縁膜１４の表面を覆うレジストパターン（図示せず）を形成する。
次に、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜１４をエッチングすることにより、開口１４ｂを形成する。
次に、レジストパターンを残したままの状態で基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、レジストパターンをその上に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、絶縁膜１４の開口１４ｂを通じてｎ型ＧａＮコンタクト層４にコンタクトしたｎ側電極１６が形成される。ここで、このｎ側電極１６を構成するＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍである。次に、ｎ側電極１６をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
次に、同様なプロセスで、リッジ１３の上の部分の絶縁膜１４をエッチング除去して開口１４ａを形成した後、ｎ側電極１６と同様にして、この開口１４ａを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層１２にコンタクトしたＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極１５を形成する。次に、ｐ側電極１５をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
この後、上述のようにしてレーザ構造が形成された基板を劈開などによりバー状に加工して両共振器端面を形成し、さらにこれらの共振器端面に端面コーティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ化する。
以上により、目的とするリッジ構造およびＳＣＨ構造を有するＧａＮ系半導体レーザが製造される。
この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層を形成しないことを除いてこのＧａＮ系半導体レーザと同一構造のＧａＮ系半導体レーザとをそれぞれ製造し、それらの寿命試験を行ったところ、この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザでは後者のＧａＮ系半導体レーザに比べて、初期劣化率が非常に小さく、かつ、動作電流は時間とともに徐々に増加する傾向は見られるものの、その傾きは非常に小さく問題のないレベルであった。ただし、寿命試験は、いずれも光出力３０ｍＷ、雰囲気温度６０℃の条件で行った。また、これらのＧａＮ系半導体レーザのエレクトロルミネッセンス発光を観測した結果、後者のＧａＮ系半導体レーザでは顕著な発光むらが観測されたが、この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザでは発光むらが全く観測されなかった。
以上のように、この第１の実施形態によれば、活性層７に接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８が設けられ、このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８に接してｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９が設けられているので、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８により、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９により活性層７に発生する応力を大幅に緩和することができるとともに、ｐ型層のｐ型ドーパントとして用いられるＭｇが活性層７に拡散するのを有効に抑制することができる。これによって、長寿命で信頼性が高く、発光むらもない高性能のＧａＮ系半導体レーザを実現することができる。
次に、この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図３はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８のＩｎ組成はその厚さ全体にわたって同一となっており、そのＩｎ組成は活性層７の障壁層のＩｎ組成ｙより小さい値、例えば０．０２に選ばれている。その他の構成は、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
また、このＧａＮ系半導体レーザの製造方法も、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８の成長時に成長温度を一定にすることを除いて、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様である。
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。
次に、この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図４はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８のＩｎ組成はその厚さ全体にわたって同一となっており、そのＩｎ組成は活性層７の障壁層のＩｎ組成ｙと同一の値に選ばれている。ここで、このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８の厚さは、活性層７の、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８に最も近いところにある障壁層の厚さとの合計の厚さが少なくとも１５ｎｍ以上、好適には１７ｎｍ以上、より好適には２０ｎｍ以上、さらに好適には２５ｎｍ以上になるように選ばれる。その他の構成は、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
また、このＧａＮ系半導体レーザの製造方法も、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８の成長時に成長温度を一定にすることを除いて、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様である。
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。
次に、この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図５はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８が設けられ、このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８に接してｐ型ＧａＮ光導波層１０が設けられ、このｐ型ＧａＮ光導波層１０に接してｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９が設けられた構造を有する。アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８のＩｎ組成の分布は第１の実施形態と同様である。その他の構成は、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
また、このＧａＮ系半導体レーザの製造方法も、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様である。
この第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。
次に、この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図６はこの発明の第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す。図７はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＧａＮ光導波層１７が設けられ、このアンドープＧａＮ光導波層１７に接してｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９が設けられ、さらにこのｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が設けられた構造を有する。この場合、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８は設けられていない。アンドープＧａＮ光導波層１７はｎ型伝導性を示す。このアンドープＧａＮ光導波層１７の厚さは一般的には１０〜１００ｎｍであるが、ここでは２０〜４０ｎｍとする。ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８は、例えば厚さが２．５ｎｍでＡｌ組成が１２％のアンドープのＡｌＧａＮ層を障壁層とし、例えば厚さが同じく２．５ｎｍのＭｇがドープされたＧａＮ層を井戸層とし、これらを繰り返し積層した構造を有し、全体の厚さは例えば０．５μｍである。また、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９とｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８におけるこのｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に隣接する障壁層との間の距離は、活性層に注入される電子がトンネル効果によりｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９を通ってｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８側に抜けてしまうのを防止するために、このトンネル効果を抑えることができる距離、具体的には例えば１０ｎｍ程度に設定されている。なお、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８を用いているのは、トンネル効果により正孔が通りやすくするためである。その他の構成は、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長時の成長温度およびキャリアガスを次のように設定する。すなわち、成長温度については、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５までは１０００℃、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９までは８００℃、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２は１０００℃とする。また、キャリアガスについては、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９まではＮ2雰囲気、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２はＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とする。この場合、活性層７を成長させた後、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９の成長まではキャリアガス雰囲気をＮ2雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2が含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑えることができ、活性層７の劣化を防止することができる。また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長時にはキャリアガス雰囲気をＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気としているので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
図８は、アンドープＧａＮ光導波層１７の厚さによる半導体レーザの垂直方向のビーム拡がり角、すなわち垂直放射角（θ⊥）の変化を測定した結果を示す。図８より、アンドープＧａＮ光導波層１７の厚さを２０〜４０ｎｍにすることにより、垂直放射角を１９〜２２度にすることができる。従来のＧａＮ系半導体レーザの垂直放射角の値は２６〜３０度であるから、垂直放射角が大幅に減少していることがわかる。
この第５の実施形態によれば、活性層７、アンドープＧａＮ光導波層１７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が順次接した構造とし、アンドープＧａＮ光導波層１７の厚さを２０〜４０ｎｍと薄くしているので、ＧａＮ系半導体レーザの垂直放射角を従来に比べて大幅に減少させることができ、それによって放射角のアスペクト比（水平放射角をθ‖としたとき、θ⊥／θ‖）を小さくすることができ、さらにｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９がｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８に接しているため、遠視野像における光強度分布の対称性の向上を図ることができる。このようなＧａＮ系半導体レーザは特に、光ディスク装置における光源に用いて好適なものである。
また、活性層７上に直接アンドープＧａＮ光導波層１７を成長させるので、結晶性の向上を図ることができ、ひいてはＧａＮ系半導体レーザの寿命の向上を図ることができる。
さらに、アンドープＧａＮ光導波層１７は厚さが２０〜４０ｎｍと小さい上、ｐ型不純物としてＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ光導波層に比べて抵抗率が小さいため、ＧａＮ系半導体レーザの直列抵抗の低減を図ることができ、ひいては駆動電圧の低減を図ることができる。
次に、この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図９はこの発明の第６の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す。図１０はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第６の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８が設けられ、このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８に接してアンドープＧａＮ光導波層１７が設けられ、このアンドープＧａＮ光導波層１７に接してｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９が設けられ、さらにこのｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が設けられた構造を有する。アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８のＩｎ組成は第２の実施形態と同様である。その他の構成は、第１および第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長時の成長温度およびキャリアガスを次のように設定する。すなわち、成長温度については、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５までは１０００℃、ｎ型ＧａＮ光導波層６からアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８までは８００℃、アンドープＧａＮ光導波層１７およびｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９は８５０℃、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２は１０００℃とする。また、キャリアガスについては、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９まではＮ2雰囲気、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２はＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とする。この場合、活性層７を成長させた後、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９の成長まではキャリアガス雰囲気をＮ2雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2が含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑えることができ、活性層７の劣化を防止することができる。また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長時にはキャリアガス雰囲気をＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気としているので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
この第６の実施形態によれば、活性層７、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、アンドープＧａＮ光導波層１７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が順次接した構造とし、アンドープＧａＮ光導波層１７の厚さを２０〜４０ｎｍと薄くしているので、第５の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、活性層７に隣接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８を設けていることにより第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第７の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図１１はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第７の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＧａＮ光導波層１７が設けられ、このアンドープＧａＮ光導波層１７に接してｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９が設けられ、このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に接してｐ型ＧａＮ光導波層１０が設けられ、さらにこのｐ型ＧａＮ光導波層１０に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が設けられた構造を有する。その他の構成は、第１および第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長時の成長温度およびキャリアガスを次のように設定する。すなわち、成長温度については、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５までは１０００℃、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９までは８００℃、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２までは１０００℃とする。また、キャリアガスについては、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９まではＮ2雰囲気、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とする。この場合、活性層７を成長させた後、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９の成長まではキャリアガス雰囲気をＮ2雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2が含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑えることができ、活性層７の劣化を防止することができる。また、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長時にはキャリアガス雰囲気をＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気としているので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
この第７の実施形態によれば、活性層７、アンドープＧａＮ光導波層１７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が順次接した構造とし、アンドープＧａＮ光導波層１７の厚さを２０〜４０ｎｍと薄くしているので、第５の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第８の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図１２はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第８の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８が設けられ、このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８に接してアンドープＧａＮ光導波層１７が設けられ、このアンドープＧａＮ光導波層１７に接してｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９が設けられ、このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に接してｐ型ＧａＮ光導波層１０が設けられ、さらにこのｐ型ＧａＮ光導波層１０に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が設けられた構造を有する。アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８のＩｎ組成は第２の実施形態と同様である。その他の構成は、第１および第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長時の成長温度およびキャリアガスを次のように設定する。すなわち、成長温度については、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５までは１０００℃、ｎ型ＧａＮ光導波層６および活性層７は８００℃、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８からｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９までは８６０℃、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２までは１０００℃とする。また、キャリアガスについては、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９まではＮ2雰囲気、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とする。この場合、活性層７を成長させた後、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９の成長まではキャリアガス雰囲気をＮ2雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2が含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑えることができ、活性層７の劣化を防止することができる。また、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長時にはキャリアガス雰囲気をＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気としているので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
この第８の実施形態によれば、活性層７、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、アンドープＧａＮ光導波層１７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が順次接した構造とし、アンドープＧａＮ光導波層１７の厚さを２０〜４０ｎｍと薄くしているので、第５の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、活性層７に隣接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８を設けていることにより第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第９の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図１３はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第９の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＧａＮ光導波層１７が設けられ、このアンドープＧａＮ光導波層１７に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９が設けられ、このｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９に接してｐ型ＧａＮ光導波層１０が設けられ、さらにこのｐ型ＧａＮ光導波層１０に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が設けられた構造を有する。ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９は、例えば厚さが２．５ｎｍでＡｌ組成が１８％のアンドープのＡｌＧａＮ層を障壁層とし、例えば厚さが同じく２．５ｎｍのＭｇがドープされたＧａＮ層を井戸層とし、これらを繰り返し積層した構造を有し、全体の厚さは例えば１００ｎｍである。その他の構成は、第１および第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長時の成長温度およびキャリアガスを次のように設定する。すなわち、成長温度については、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５までは１０００℃、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９までは８００℃、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２は１０００℃とする。また、キャリアガスについては、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９まではＮ2雰囲気、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とする。この場合、活性層７を成長させた後、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９の成長まではキャリアガス雰囲気をＮ2雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2が含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑えることができ、活性層７の劣化を防止することができる。また、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長時にはキャリアガス雰囲気をＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気としているので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
この第９の実施形態によれば、活性層７、アンドープＧａＮ光導波層１７、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が順次接した構造とし、アンドープＧａＮ光導波層１７の厚さを２０〜４０ｎｍと薄くしているので、第５の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第１０の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図１４はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第１０の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８が設けられ、このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８に接してアンドープＧａＮ光導波層１７が設けられ、このアンドープＧａＮ光導波層１７に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９が設けられ、このｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９に接してｐ型ＧａＮ光導波層１０が設けられ、さらにこのｐ型ＧａＮ光導波層１０に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が設けられた構造を有する。アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８のＩｎ組成は第２の実施形態と同様である。その他の構成は、第１および第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長時の成長温度およびキャリアガスを次のように設定する。すなわち、成長温度については、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５までは１０００℃、ｎ型ＧａＮ光導波層６からアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８までは８００℃、アンドープＧａＮ光導波層１７およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９は８７０℃、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２までは１０００℃とする。また、キャリアガスについては、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９まではＮ2雰囲気、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とする。この場合、活性層７を成長させた後、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９の成長まではキャリアガス雰囲気をＮ2雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2が含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑えることができ、活性層７の劣化を防止することができる。また、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長時にはキャリアガス雰囲気をＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気としているので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
この第１０の実施形態によれば、活性層７、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、アンドープＧａＮ光導波層１７、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が順次接した構造とし、アンドープＧａＮ光導波層１７の厚さを２０〜４０ｎｍと薄くしているので、第５の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、活性層７に隣接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８を設けていることにより第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第１１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図１５はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第１１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＧａＮ光導波層１７が設けられ、このアンドープＧａＮ光導波層１７に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９が設けられ、このｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が設けられた構造を有する。その他の構成は、第１、第５および第９の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長時の成長温度およびキャリアガスを次のように設定する。すなわち、成長温度については、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５までは１０００℃、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９までは８００℃、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２は１０００℃とする。また、キャリアガスについては、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９まではＮ2雰囲気、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とする。この場合、活性層７を成長させた後、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９の成長まではキャリアガス雰囲気をＮ2雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2が含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑えることができ、活性層７の劣化を防止することができる。また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長時にはキャリアガス雰囲気をＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気としているので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
この第１１の実施形態によれば、活性層７、アンドープＧａＮ光導波層１７、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が順次接した構造とし、アンドープＧａＮ光導波層１７の厚さを２０〜４０ｎｍと薄くしているので、第５の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第１２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図１６はこのＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。
この第１２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８が設けられ、このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８に接してアンドープＧａＮ光導波層１７が設けられ、このアンドープＧａＮ光導波層１７に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９が設けられ、このｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が設けられた構造を有する。アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８のＩｎ組成は第２の実施形態と同様である。その他の構成は、第１、第５および第９の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長時の成長温度およびキャリアガスを次のように設定する。すなわち、成長温度については、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５までは１０００℃、ｎ型ＧａＮ光導波層６からアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８までは８００℃、アンドープＧａＮ光導波層１７およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９は８８０℃、ｐ型ＧａＮ光導波層１０からｐ型ＧａＮコンタクト層１２までは１０００℃とする。また、キャリアガスについては、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５まではＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８まではＮ2雰囲気、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２はＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とする。この場合、活性層７を成長させた後、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９の成長まではキャリアガス雰囲気をＮ2雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2が含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑えることができ、活性層７の劣化を防止することができる。また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長時にはキャリアガス雰囲気をＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気としているので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
この第１２の実施形態によれば、活性層７、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、アンドープＧａＮ光導波層１７、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１９およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１８が順次接した構造とし、アンドープＧａＮ光導波層１７の厚さを２０〜４０ｎｍと薄くしているので、第５の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、活性層７に隣接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８を設けていることにより第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の第１〜第１２の実施形態において挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
具体的には、例えば、上述の第１〜第１２の実施形態においては、レーザ構造を形成するｎ型層を基板上に最初に積層し、その上にｐ型層を積層しているが、これと積層順序を逆にし、基板上に最初にｐ型層を積層し、その上にｎ型層を積層した構造としてもよい。
また、上述の第１〜第１２の実施形態においては、ｃ面サファイア基板を用いているが、必要に応じて、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、厚いＧａＮ層からなる基板などを用いてもよい。また、ＧａＮバッファ層の代わりに、ＡｌＮバッファ層やＡｌＧａＮバッファ層を用いてもよい。
また、上述の第１〜第１２の実施形態においては、この発明をＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザの製造に適用した場合について説明したが、この発明は、例えば、ＤＨ（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半導体レーザの製造に適用してもよいことはもちろん、ＧａＮ系発光ダイオードの製造に適用してもよく、さらにはＧａＮ系ＦＥＴやＧａＮ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた電子走行素子に適用してもよい。
さらに、上述の第１および第２の実施形態においては、ＭＯＣＶＤ法により成長を行う際のキャリアガスとしてＨ2ガスを用いているが、必要に応じて、他のキャリアガス、例えばＨ2とＮ2あるいはＨｅ、Ａｒガスなどとの混合ガスを用いてもよい。
１・・・ｃ面サファイア基板、４・・・ｎ型ＧａＮコンタクト層、５・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、６・・・ｎ型ＧａＮ光導波層、７・・・活性層、８・・・アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層、９・・・ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層、１０・・・ｐ型ＧａＮ光導波層、１１・・・ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、１２・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、１３・・・リッジ、１４・・・絶縁膜、１５・・・ｐ側電極、１６・・・ｎ側電極、１７・・・アンドープＧａＮ光導波層、１８・・・ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層、１９・・・ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層

Claims (9)

  1. ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
    上記活性層に接した、上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
    上記中間層上にあり、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
    上記キャップ層上のｐ型クラッド層とを有し、
    上記中間層を構成する上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＩｎxＧａ1-xＮ（ただし、０≦ｘ＜１）であり、
    上記活性層は井戸層と障壁層とからなる多重量子井戸構造を有し、上記中間層は、上記活性層に接している面におけるＩｎ組成が上記障壁層としてのＩｎ組成と一致し、且つ、上記キャップ層に接している面におけるＩｎ組成が０となるようにＩｎ組成が徐々に単調減少するように形成されている、
    半導体発光素子。
  2. 上記キャップ層を構成する上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＡｌyＧａ1-yＮ（ただし、０≦ｙ＜１）である、
    請求項１に記載の半導体発光素子。
  3. 上記キャップ層に接した、Ｇａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型層を有する、
    請求項１に記載の半導体発光素子。
  4. 上記ｐ型層を構成する上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＧａＮである、
    請求項３に記載の半導体発光素子。
  5. 上記ｐ型層を構成する上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＩｎzＧａ1-zＮ（ただし、０≦ｚ＜１）である、
    請求項３に記載の半導体発光素子。
  6. 上記中間層の厚さは８ｎｍ以上である、
    請求項１に記載の半導体発光素子。
  7. 上記ｐ型層は光導波層である、
    請求項３に記載の半導体発光素子。
  8. ＩｎおよびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
    上記活性層に接した、上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＩｎおよびＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる中間層と、
    上記中間層上にあり、ＡｌおよびＧａを含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層と、
    上記キャップ層上にあり、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なるＡｌおよびＧａを含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド層とを有し、
    上記中間層を構成する上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＩｎxＧａ1-xＮ（ただし、０≦ｘ＜１）であり、
    上記活性層は井戸層と障壁層とからなる多重量子井戸構造を有し、上記中間層は、上記活性層に接している面におけるＩｎ組成が上記障壁層としてのＩｎ組成と一致し、且つ、上記キャップ層に接している面におけるＩｎ組成が０となるようにＩｎ組成が徐々に単調減少するように形成されている、
    半導体発光素子の製造方法であって、
    上記活性層、上記中間層、および上記キャップ層を上記ｐ型クラッド層の成長温度よりも低い成長温度で成長させると共に、
    上記中間層の成長開始時点は活性層の成長温度と同じ温度に設定し、その後、成長温度を上昇させることで、上記中間層を構成する上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＩｎ組成が上記活性層から離れるにしたがって減少するようにした、
    半導体発光素子の製造方法。
  9. 上記活性層および上記中間層を上記キャップ層の成長温度よりも低い成長温度で成長させるようにした、
    請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
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