JPH07254751A - 化合物半導体素子 - Google Patents
化合物半導体素子Info
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- JPH07254751A JPH07254751A JP4296494A JP4296494A JPH07254751A JP H07254751 A JPH07254751 A JP H07254751A JP 4296494 A JP4296494 A JP 4296494A JP 4296494 A JP4296494 A JP 4296494A JP H07254751 A JPH07254751 A JP H07254751A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 基板１１上に、それぞれIII-V 族化合物半導
体からなるｎ型クラッド層１３、活性層１４及びｐ型ク
ラッド層１５が順次形成されてなるダブルヘテロ接合構
造部を有する化合物半導体素子において、ｐ型クラッド
層１５の形成前よりあらかじめMg原料を供給すること
で、ｐ型クラッド層１５にドープされるMgの濃度を活性
層１４との界面近傍で1x1017cm-3以上1x1019cm-3以下の
範囲内に制御する。 【効果】 発光効率が良好で低い動作電圧でも高輝度の
発光を示し、かつ充分な素子寿命を有する発光性能の優
れた発光デバイスが得られる。
体からなるｎ型クラッド層１３、活性層１４及びｐ型ク
ラッド層１５が順次形成されてなるダブルヘテロ接合構
造部を有する化合物半導体素子において、ｐ型クラッド
層１５の形成前よりあらかじめMg原料を供給すること
で、ｐ型クラッド層１５にドープされるMgの濃度を活性
層１４との界面近傍で1x1017cm-3以上1x1019cm-3以下の
範囲内に制御する。 【効果】 発光効率が良好で低い動作電圧でも高輝度の
発光を示し、かつ充分な素子寿命を有する発光性能の優
れた発光デバイスが得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、III-V 族化合物半導体
からなるダブルヘテロ接合構造部を有する化合物半導体
素子に関する。
からなるダブルヘテロ接合構造部を有する化合物半導体
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、例えば光情報処理用光源として使
用する短波長半導体レーザー材料として、Alx Gay Inz
P(0 ≦x,y,z ≦1)やAlx Gay Inz N(0 ≦x,y,z ≦1)等の
III-V族化合物半導体が注目されており、特にIII-V 族
化合物半導体のダブルヘテロ接合構造部を有する化合物
半導体素子は、活性層へのキャリアの閉込めによって高
輝度の発光が期待できることから活発に開発が進められ
ている。またこのとき、III-V 族化合物半導体の結晶成
長に当って、有機金属気相成長法（MOCVD 法）が広く利
用されている。
用する短波長半導体レーザー材料として、Alx Gay Inz
P(0 ≦x,y,z ≦1)やAlx Gay Inz N(0 ≦x,y,z ≦1)等の
III-V族化合物半導体が注目されており、特にIII-V 族
化合物半導体のダブルヘテロ接合構造部を有する化合物
半導体素子は、活性層へのキャリアの閉込めによって高
輝度の発光が期待できることから活発に開発が進められ
ている。またこのとき、III-V 族化合物半導体の結晶成
長に当って、有機金属気相成長法（MOCVD 法）が広く利
用されている。
【０００３】ところで、有機金属気相成長法でIII-V 族
化合物半導体のダブルヘテロ接合構造部を有する化合物
半導体素子を製造する場合、ｐ型クラッド層へのｐ型ド
ーパントとしてはZnが最も一般的に用いられているが、
Znは固溶度が比較的低く、高濃度のドーピングをすると
拡散が顕著になってｐ型クラッド層中のキャリア濃度は
低く抑えられる等の問題があった。このため最近では、
Znに代わるｐ型ドーパントとしてMgが検討されており、
例えば特開昭62-200785 号、特開昭63-81884号には、そ
れぞれAlx Gay Inz P(0 ≦x,y,z ≦1 ）からなるｎ型ク
ラッド層、活性層及びｐ型クラッド層が基板上に順次形
成されてなるダブルヘテロ接合構造部を有する半導体レ
ーザーにおいて、ｐ型クラッド層に濃度1 2x1018cm-3の
Mgをドープしたことが示されている。
化合物半導体のダブルヘテロ接合構造部を有する化合物
半導体素子を製造する場合、ｐ型クラッド層へのｐ型ド
ーパントとしてはZnが最も一般的に用いられているが、
Znは固溶度が比較的低く、高濃度のドーピングをすると
拡散が顕著になってｐ型クラッド層中のキャリア濃度は
低く抑えられる等の問題があった。このため最近では、
Znに代わるｐ型ドーパントとしてMgが検討されており、
例えば特開昭62-200785 号、特開昭63-81884号には、そ
れぞれAlx Gay Inz P(0 ≦x,y,z ≦1 ）からなるｎ型ク
ラッド層、活性層及びｐ型クラッド層が基板上に順次形
成されてなるダブルヘテロ接合構造部を有する半導体レ
ーザーにおいて、ｐ型クラッド層に濃度1 2x1018cm-3の
Mgをドープしたことが示されている。
【０００４】しかしながら上述したような半導体レーザ
ーにあっては、ｐ型クラッド層にドープされるMgの濃度
が1 2x1018cm-3程度だといまだ高輝度の発光が得られ
ず、かつ動作電圧が高く発光効率が不充分であった。こ
れに対し、ｐ型クラッド層にドープされるMgの濃度を高
め固溶限界に近い2x1019cm-3以上程度の濃度までMgをド
ープすると、当初は高輝度の発光を示すものの短期間で
発光性能が低下するという傾向があった。
ーにあっては、ｐ型クラッド層にドープされるMgの濃度
が1 2x1018cm-3程度だといまだ高輝度の発光が得られ
ず、かつ動作電圧が高く発光効率が不充分であった。こ
れに対し、ｐ型クラッド層にドープされるMgの濃度を高
め固溶限界に近い2x1019cm-3以上程度の濃度までMgをド
ープすると、当初は高輝度の発光を示すものの短期間で
発光性能が低下するという傾向があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、III-
V 族化合物半導体のダブルヘテロ接合構造部を有する化
合物半導体素子において、発光性能を高める観点からZn
に代わりMgをｐ型クラッド層へのｐ型ドーパントとして
用いることが試みられているが、発光効率、素子寿命と
も良好で、低い動作電圧で高輝度の発光を長期間に亘っ
て示す化合物半導体素子は、いまだ得られていないのが
現状である。
V 族化合物半導体のダブルヘテロ接合構造部を有する化
合物半導体素子において、発光性能を高める観点からZn
に代わりMgをｐ型クラッド層へのｐ型ドーパントとして
用いることが試みられているが、発光効率、素子寿命と
も良好で、低い動作電圧で高輝度の発光を長期間に亘っ
て示す化合物半導体素子は、いまだ得られていないのが
現状である。
【０００６】本発明はこのような問題に対処し、効率が
良好で低い動作電圧で駆動し、かつ充分な素子寿命を有
する素子性能の優れた化合物半導体素子を提供すること
を目的としている。
良好で低い動作電圧で駆動し、かつ充分な素子寿命を有
する素子性能の優れた化合物半導体素子を提供すること
を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するためになされた本発明の化合物半導体素子は、基板
上に、それぞれIII-V 族化合物半導体からなるｎ型クラ
ッド層、活性層及びｐ型クラッド層が順次形成されてな
るダブルヘテロ接合構造部を有する化合物半導体素子で
あって、ｐ型クラッド層にドープされたMgの濃度が活性
層との界面近傍で1x1017cm-3以上1x1019cm-3以下の範囲
内に設定されている。すなわち本発明は、基板上にそれ
ぞれIII-V 族化合物半導体からなるｎ型クラッド層、活
性層及びｐ型クラッド層がこの順で形成されてなるダブ
ルヘテロ接合構造部を有する化合物半導体素子におい
て、ｐ型クラッド層における活性層との界面近傍のMg濃
度を上記範囲内に制御したことを特徴とするものであ
る。なお本発明において、ｐ型クラッド層における活性
層との界面近傍とは、具体的に活性層との界面から0.3
μｍ以内程度の領域を意味する。
するためになされた本発明の化合物半導体素子は、基板
上に、それぞれIII-V 族化合物半導体からなるｎ型クラ
ッド層、活性層及びｐ型クラッド層が順次形成されてな
るダブルヘテロ接合構造部を有する化合物半導体素子で
あって、ｐ型クラッド層にドープされたMgの濃度が活性
層との界面近傍で1x1017cm-3以上1x1019cm-3以下の範囲
内に設定されている。すなわち本発明は、基板上にそれ
ぞれIII-V 族化合物半導体からなるｎ型クラッド層、活
性層及びｐ型クラッド層がこの順で形成されてなるダブ
ルヘテロ接合構造部を有する化合物半導体素子におい
て、ｐ型クラッド層における活性層との界面近傍のMg濃
度を上記範囲内に制御したことを特徴とするものであ
る。なお本発明において、ｐ型クラッド層における活性
層との界面近傍とは、具体的に活性層との界面から0.3
μｍ以内程度の領域を意味する。
【０００８】上述した通り、これまでIII-V 族化合物半
導体からなるｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド
層がこの順で形成されてなるダブルヘテロ接合構造部を
有する化合物半導体素子において、ｐ型クラッド層にお
ける平均的なMg濃度を1 2x1018cm-3程度としても充分な
発光効率が得られなかった。そこで本発明者らは、上記
ダブルヘテロ接合構造部のｐ型クラッド層をMOCVD 法で
結晶成長させる通常のプロセスと同様に、まず反応管内
にIII 族及びV 族の各原料とキャリアガスを所定の流量
で供給した後、Mg原料としての有機Mg化合物を供給し、
所定の基板上にMgがドープされたIII-V 族化合物半導体
の単結晶層を成長させたところ、Mg原料の流量を変化さ
せることで以下に示す結果が得られた。
導体からなるｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド
層がこの順で形成されてなるダブルヘテロ接合構造部を
有する化合物半導体素子において、ｐ型クラッド層にお
ける平均的なMg濃度を1 2x1018cm-3程度としても充分な
発光効率が得られなかった。そこで本発明者らは、上記
ダブルヘテロ接合構造部のｐ型クラッド層をMOCVD 法で
結晶成長させる通常のプロセスと同様に、まず反応管内
にIII 族及びV 族の各原料とキャリアガスを所定の流量
で供給した後、Mg原料としての有機Mg化合物を供給し、
所定の基板上にMgがドープされたIII-V 族化合物半導体
の単結晶層を成長させたところ、Mg原料の流量を変化さ
せることで以下に示す結果が得られた。
【０００９】すなわち図１(a),(b) は、上述したような
MOCVD 法で結晶成長させたIII-V 族化合物半導体の単結
晶層において、Mg原料の流量と得られる結晶中のMg濃度
との関係を示す特性図である。ここで、図１(a) は通常
のｐ型クラッド層の膜厚と同等の１μｍ程度に成長した
結晶の表面でのMg濃度、図１(b) は厚さ10μｍ程度に充
分厚く成長した結晶の表面でのMg濃度を示す。図１より
明らかなように、Mg原料の流量が10cc/m以下程度だと、
図１(a) に示されたMg濃度が低いことから、Mg原料の供
給開始から実質的にMgが結晶中に取り込まれるまでの立
上がりが非常に遅く、特に基板から0.3 μｍ以内にはMg
はほとんどドープされない一方で、Mg原料の流量が10cc
/mを越えると、Mg原料の供給開始後急激に多量のMgが結
晶中に取り込まれてしまう。
MOCVD 法で結晶成長させたIII-V 族化合物半導体の単結
晶層において、Mg原料の流量と得られる結晶中のMg濃度
との関係を示す特性図である。ここで、図１(a) は通常
のｐ型クラッド層の膜厚と同等の１μｍ程度に成長した
結晶の表面でのMg濃度、図１(b) は厚さ10μｍ程度に充
分厚く成長した結晶の表面でのMg濃度を示す。図１より
明らかなように、Mg原料の流量が10cc/m以下程度だと、
図１(a) に示されたMg濃度が低いことから、Mg原料の供
給開始から実質的にMgが結晶中に取り込まれるまでの立
上がりが非常に遅く、特に基板から0.3 μｍ以内にはMg
はほとんどドープされない一方で、Mg原料の流量が10cc
/mを越えると、Mg原料の供給開始後急激に多量のMgが結
晶中に取り込まれてしまう。
【００１０】従ってこれまでの製造プロセスで、ｐ型ク
ラッド層における平均的なMg濃度が1 2x1018cm-3となる
程度にMg原料の流量を設定すると充分な発光効率が得ら
れなかったのは、このとき活性層との界面近傍でのMg濃
度は1x1017cm-3よりもはるかに低く、活性層へのキャリ
アの閉込めが有効に行なわれなかったことに起因してい
る。しかしながら、Mg原料の供給開始後速やかにMgが取
り込まれる程度にMg原料の流量を高めると、活性層との
界面近傍でのMg濃度までもが固溶限界に近い2x1019cm-3
以上となるうえ、よりMg濃度の高いｐ型クラッド層の活
性層との界面近傍以外の領域やｐ型クラッド層上に通常
設けられるｐ型コンタクト層からのMgの拡散の影響も無
視できず、実際上ｐ型クラッド層の活性層との界面近傍
のMg濃度を1x1019cm-3以下に制御することは不可能とな
る。このため、活性層へのMgの拡散のためダブルヘテロ
接合の位置制御が困難で、歩留まりよくダブルヘテロ接
合構造部を形成することが難しく、さらにｐ型クラッド
層の活性層との界面近傍において高密度の結晶欠陥が誘
起され、短期間で発光性能が低下する。
ラッド層における平均的なMg濃度が1 2x1018cm-3となる
程度にMg原料の流量を設定すると充分な発光効率が得ら
れなかったのは、このとき活性層との界面近傍でのMg濃
度は1x1017cm-3よりもはるかに低く、活性層へのキャリ
アの閉込めが有効に行なわれなかったことに起因してい
る。しかしながら、Mg原料の供給開始後速やかにMgが取
り込まれる程度にMg原料の流量を高めると、活性層との
界面近傍でのMg濃度までもが固溶限界に近い2x1019cm-3
以上となるうえ、よりMg濃度の高いｐ型クラッド層の活
性層との界面近傍以外の領域やｐ型クラッド層上に通常
設けられるｐ型コンタクト層からのMgの拡散の影響も無
視できず、実際上ｐ型クラッド層の活性層との界面近傍
のMg濃度を1x1019cm-3以下に制御することは不可能とな
る。このため、活性層へのMgの拡散のためダブルヘテロ
接合の位置制御が困難で、歩留まりよくダブルヘテロ接
合構造部を形成することが難しく、さらにｐ型クラッド
層の活性層との界面近傍において高密度の結晶欠陥が誘
起され、短期間で発光性能が低下する。
【００１１】上述したような知見に基づき、本発明者ら
は上記ダブルヘテロ接合構造部を有する化合物半導体素
子においてｐ型クラッド層の活性層との界面近傍のMg濃
度に着目し、このｐ型クラッド層の活性層との界面近傍
のMg濃度を制御することが素子性能の向上を図るうえで
極めて重要であることを見出して、本発明を完成するに
至った。すなわち本発明では、ｐ型クラッド層の活性層
との界面近傍におけるMg濃度が1x1017cm-3以上1x1019cm
-3以下の範囲内に設定される。上記Mg濃度が1x1017cm-3
未満だと、活性層に閉じ込められるキャリアが少なく発
光効率が不充分となり、逆にMg濃度が1x1019cm-3を越え
ると、Mgの活性層への拡散が生じるため、活性層へのキ
ャリア閉じ込めを有効に行なううえで重要なダブルヘテ
ロ接合の精度よい位置制御が困難となって、歩留まり低
下を招く。しかも、本発明の化合物半導体素子で上記Mg
濃度が高すぎると、ｐ型クラッド層の活性層との界面近
傍で高密度の結晶欠陥が誘起されて素子寿命が不充分と
なるので、充分な素子寿命を得る観点からはｐ型クラッ
ド層の活性層との界面近傍におけるMg濃度を、1x1017cm
-3以上5x1018cm-3以下の範囲内に設定することがより好
ましい。なおこのようなMg濃度は、SIMSで測定を行なっ
た後標準試料を用いて較正することで、容易に算出する
ことが可能である。
は上記ダブルヘテロ接合構造部を有する化合物半導体素
子においてｐ型クラッド層の活性層との界面近傍のMg濃
度に着目し、このｐ型クラッド層の活性層との界面近傍
のMg濃度を制御することが素子性能の向上を図るうえで
極めて重要であることを見出して、本発明を完成するに
至った。すなわち本発明では、ｐ型クラッド層の活性層
との界面近傍におけるMg濃度が1x1017cm-3以上1x1019cm
-3以下の範囲内に設定される。上記Mg濃度が1x1017cm-3
未満だと、活性層に閉じ込められるキャリアが少なく発
光効率が不充分となり、逆にMg濃度が1x1019cm-3を越え
ると、Mgの活性層への拡散が生じるため、活性層へのキ
ャリア閉じ込めを有効に行なううえで重要なダブルヘテ
ロ接合の精度よい位置制御が困難となって、歩留まり低
下を招く。しかも、本発明の化合物半導体素子で上記Mg
濃度が高すぎると、ｐ型クラッド層の活性層との界面近
傍で高密度の結晶欠陥が誘起されて素子寿命が不充分と
なるので、充分な素子寿命を得る観点からはｐ型クラッ
ド層の活性層との界面近傍におけるMg濃度を、1x1017cm
-3以上5x1018cm-3以下の範囲内に設定することがより好
ましい。なおこのようなMg濃度は、SIMSで測定を行なっ
た後標準試料を用いて較正することで、容易に算出する
ことが可能である。
【００１２】また本発明において、ｐ型クラッド層にお
ける活性層との界面近傍以外の領域でのMg濃度は特に限
定されないが、好ましくは5x1018cm-3以上2x1019cm-3で
ある。この理由は、Mg濃度が5x1018cm-3未満だとｐ型ク
ラッド層の抵抗が上がって動作電圧が高くなる傾向があ
り、逆にMg濃度が2x1019cm-3を越えるとMgが活性層との
界面近傍や活性層に拡散して結晶欠陥が誘起され、結果
的に素子寿命が低下するおそれがあるからである。また
本発明で、ｐ型クラッド層における平均的なMg濃度は、
5x1018cm-3以上2x1019cm-3以下の範囲内に設定されるこ
とが好ましい。この理由は、ｐ型クラッド層における平
均的なMg濃度が低すぎると、ｐ型クラッド層での抵抗ば
かりか電極とのコンタクト抵抗までもが上昇する傾向に
あり、逆にｐ型クラッド層における平均的なMg濃度が高
すぎると、Mgが析出するおそれがあるからである。
ける活性層との界面近傍以外の領域でのMg濃度は特に限
定されないが、好ましくは5x1018cm-3以上2x1019cm-3で
ある。この理由は、Mg濃度が5x1018cm-3未満だとｐ型ク
ラッド層の抵抗が上がって動作電圧が高くなる傾向があ
り、逆にMg濃度が2x1019cm-3を越えるとMgが活性層との
界面近傍や活性層に拡散して結晶欠陥が誘起され、結果
的に素子寿命が低下するおそれがあるからである。また
本発明で、ｐ型クラッド層における平均的なMg濃度は、
5x1018cm-3以上2x1019cm-3以下の範囲内に設定されるこ
とが好ましい。この理由は、ｐ型クラッド層における平
均的なMg濃度が低すぎると、ｐ型クラッド層での抵抗ば
かりか電極とのコンタクト抵抗までもが上昇する傾向に
あり、逆にｐ型クラッド層における平均的なMg濃度が高
すぎると、Mgが析出するおそれがあるからである。
【００１３】次に、本発明でｐ型クラッド層における活
性層との界面近傍のMg濃度を上記範囲内に制御する製造
プロセスについて説明する。まず図２は、本発明で好ま
しく用いられる製造プロセスの原理を説明するためのMg
濃度のSIMSプロファイル図である。ここでは具体的に、
Mg原料の流量をおおよそ0.01cc/m、 0.1cc/m、 1cc/m、
10cc/mに順次切り換えた以外は、図１の場合と同様のMO
CVD 法でIII-V 族化合物半導体の単結晶層を結晶成長さ
せ、単結晶層の膜厚方向に沿ったMg濃度のプロファイル
を結晶表面側から基板側に向かってSIMSで測定した。ま
たこのとき、各流量下で結晶中に取り込まれるMg濃度が
膜厚方向に沿ってほぼ一定となる安定点に達した後ま
で、各流量をそれぞれ保持した。
性層との界面近傍のMg濃度を上記範囲内に制御する製造
プロセスについて説明する。まず図２は、本発明で好ま
しく用いられる製造プロセスの原理を説明するためのMg
濃度のSIMSプロファイル図である。ここでは具体的に、
Mg原料の流量をおおよそ0.01cc/m、 0.1cc/m、 1cc/m、
10cc/mに順次切り換えた以外は、図１の場合と同様のMO
CVD 法でIII-V 族化合物半導体の単結晶層を結晶成長さ
せ、単結晶層の膜厚方向に沿ったMg濃度のプロファイル
を結晶表面側から基板側に向かってSIMSで測定した。ま
たこのとき、各流量下で結晶中に取り込まれるMg濃度が
膜厚方向に沿ってほぼ一定となる安定点に達した後ま
で、各流量をそれぞれ保持した。
【００１４】図示される通り、流量約0.01cc/mでMg原料
の供給を開始した場合及び流量を約0.1cc/mに切り換え
た場合は、緩やかな濃度変化でそれぞれMg濃度1x1016cm
-3、1x1017cm-3の安定点に達しているが、続いてMg原料
の流量を約 0.1cc/mから 1cc/mに切り換えて以降は、流
量の切り換え直後に安定点のMg濃度が得られ、結晶中に
取り込まれるMgの濃度が比較的低濃度でも極めて応答性
が良好である。従って本発明においては、ｐ型クラッド
層形成前よりあらかじめMg原料を流量 0.1cc/m以上程度
で供給しておけば、固溶限界に近い高濃度のMgがドープ
されることなく、ｐ型クラッド層の活性層との界面近傍
におけるMg濃度を1x1017cm-3以上1x1019cm-3以下の範囲
内に制御することが可能となり、ｐ型クラッド層での結
晶欠陥の発生を抑制できる。しかも、上述したようにMg
原料の流量変化に対する応答性が極めて良好であり、ｐ
型クラッド層と活性層との界面で急峻なMg濃度変化を実
現できるため界面の位置制御も容易で、効率よくキャリ
アを閉じ込めることが可能なダブルヘテロ接合構造部が
形成され、ひいては優れた素子性能を有する化合物半導
体素子が得られる。
の供給を開始した場合及び流量を約0.1cc/mに切り換え
た場合は、緩やかな濃度変化でそれぞれMg濃度1x1016cm
-3、1x1017cm-3の安定点に達しているが、続いてMg原料
の流量を約 0.1cc/mから 1cc/mに切り換えて以降は、流
量の切り換え直後に安定点のMg濃度が得られ、結晶中に
取り込まれるMgの濃度が比較的低濃度でも極めて応答性
が良好である。従って本発明においては、ｐ型クラッド
層形成前よりあらかじめMg原料を流量 0.1cc/m以上程度
で供給しておけば、固溶限界に近い高濃度のMgがドープ
されることなく、ｐ型クラッド層の活性層との界面近傍
におけるMg濃度を1x1017cm-3以上1x1019cm-3以下の範囲
内に制御することが可能となり、ｐ型クラッド層での結
晶欠陥の発生を抑制できる。しかも、上述したようにMg
原料の流量変化に対する応答性が極めて良好であり、ｐ
型クラッド層と活性層との界面で急峻なMg濃度変化を実
現できるため界面の位置制御も容易で、効率よくキャリ
アを閉じ込めることが可能なダブルヘテロ接合構造部が
形成され、ひいては優れた素子性能を有する化合物半導
体素子が得られる。
【００１５】このようなプロセスで実際に本発明の化合
物半導体素子を作製した場合、ｐ型クラッド層を形成す
る前の活性層やｎ型クラッド層等の形成の際にもMg原料
が供給されるので、活性層やｎ型クラッド層中にもMgが
アクセプタ性不純物として含有されることになる。従っ
て、ｐ型クラッド層から活性層へのMgの拡散を一段と抑
えることができる。ただし、特に結晶欠陥に敏感な活性
層におけるMg濃度は1x1018cm-3未満に制御することが好
ましく、同様の観点からｐ型クラッド層形成前に供給さ
れるMg原料の流量は0.5 cc/m以下とすることが好まし
い。
物半導体素子を作製した場合、ｐ型クラッド層を形成す
る前の活性層やｎ型クラッド層等の形成の際にもMg原料
が供給されるので、活性層やｎ型クラッド層中にもMgが
アクセプタ性不純物として含有されることになる。従っ
て、ｐ型クラッド層から活性層へのMgの拡散を一段と抑
えることができる。ただし、特に結晶欠陥に敏感な活性
層におけるMg濃度は1x1018cm-3未満に制御することが好
ましく、同様の観点からｐ型クラッド層形成前に供給さ
れるMg原料の流量は0.5 cc/m以下とすることが好まし
い。
【００１６】ここで図３に、本発明の化合物半導体素子
の構成例の縦断面図を示す。図３に示した化合物半導体
素子では、基板１１上に膜厚0.1 〜1 μｍ程度のｎ型バ
ッファ層１２を介して、膜厚0.3 〜1.0 μｍ程度のｎ型
クラッド層１３、膜厚0.03〜0.2 μｍ程度の活性層１４
及び膜厚0.3 〜1.0 μｍ程度のｐ型クラッド層１５から
なるダブルヘテロ接合構造部を有し、さらに通常はその
上に電流狭窄用の電流阻止層１６及びｐ型コンタクト層
１７が設けられ、基板１１の下面及びｐ型コンタクト層
１７の上面に１対の電極１８、１９が対向形成されてな
る。ただし本発明の化合物半導体素子は、いずれもIII-
V 族化合物半導体からなるｎ型クラッド層１３、活性層
１４及びｐ型クラッド層１５がこの順で形成されてなる
ダブルヘテロ接合構造部を１対の対向電極間に有するも
のであれば、図３に示した構成例に特に限定されるもの
ではなく、例えば膜厚0.3 〜1.0 μｍ程度のｎ型コンタ
クト層等他の層が形成されてもよく、またこのｎ型コン
タクト層から一方の電極が取り出されても構わない。
の構成例の縦断面図を示す。図３に示した化合物半導体
素子では、基板１１上に膜厚0.1 〜1 μｍ程度のｎ型バ
ッファ層１２を介して、膜厚0.3 〜1.0 μｍ程度のｎ型
クラッド層１３、膜厚0.03〜0.2 μｍ程度の活性層１４
及び膜厚0.3 〜1.0 μｍ程度のｐ型クラッド層１５から
なるダブルヘテロ接合構造部を有し、さらに通常はその
上に電流狭窄用の電流阻止層１６及びｐ型コンタクト層
１７が設けられ、基板１１の下面及びｐ型コンタクト層
１７の上面に１対の電極１８、１９が対向形成されてな
る。ただし本発明の化合物半導体素子は、いずれもIII-
V 族化合物半導体からなるｎ型クラッド層１３、活性層
１４及びｐ型クラッド層１５がこの順で形成されてなる
ダブルヘテロ接合構造部を１対の対向電極間に有するも
のであれば、図３に示した構成例に特に限定されるもの
ではなく、例えば膜厚0.3 〜1.0 μｍ程度のｎ型コンタ
クト層等他の層が形成されてもよく、またこのｎ型コン
タクト層から一方の電極が取り出されても構わない。
【００１７】本発明の化合物半導体素子において、ダブ
ルヘテロ接合構造部に用いられるIII-V 族化合物半導体
としては、Alx Gay Inz As(0 ≦x,y,z ≦1)系のGaAs,A
lGaAs 、Alx Gay Inz P(0 ≦x,y,z ≦1)系のAlGaInP,Ga
InP,AlInP,InP,GaInAsP 、Alx Gay Inz N(0 ≦x,y,z ≦
1)系のGaN,AlGaN,GaInN,AlGaInN 等が挙げられる。これ
らの中で、本発明は特にAlx Gay Inz N(0 ≦x,y,z ≦1)
系III-V 族化合物半導体からなるダブルヘテロ接合構造
部を有する化合物半導体素子に好適である。何となれ
ば、Alx Gay Inz N(0 ≦x,y,z ≦1)を用いてｐ型クラッ
ド層を形成する場合、Alx Gay Inz N(0 ≦x,y,z ≦1)中
でZnが拡散する速度は著しく速いため、ｐ型ドーパント
として特にZnに代わりMgをドープすることが望まれ、し
かもこのときの最適なMg濃度がAlx Gay Inz As(0 ≦x,
y,z ≦1)やAlx Gay Inz P(0 ≦x,y,z ≦1)よりも低い濃
度範囲にある。これに対し本発明においては、ｐ型クラ
ッド層におけるMg濃度を比較的低濃度としても、上述し
たようにｐ型クラッド層と活性層との界面で急峻なMg濃
度変化が実現できるからである。
ルヘテロ接合構造部に用いられるIII-V 族化合物半導体
としては、Alx Gay Inz As(0 ≦x,y,z ≦1)系のGaAs,A
lGaAs 、Alx Gay Inz P(0 ≦x,y,z ≦1)系のAlGaInP,Ga
InP,AlInP,InP,GaInAsP 、Alx Gay Inz N(0 ≦x,y,z ≦
1)系のGaN,AlGaN,GaInN,AlGaInN 等が挙げられる。これ
らの中で、本発明は特にAlx Gay Inz N(0 ≦x,y,z ≦1)
系III-V 族化合物半導体からなるダブルヘテロ接合構造
部を有する化合物半導体素子に好適である。何となれ
ば、Alx Gay Inz N(0 ≦x,y,z ≦1)を用いてｐ型クラッ
ド層を形成する場合、Alx Gay Inz N(0 ≦x,y,z ≦1)中
でZnが拡散する速度は著しく速いため、ｐ型ドーパント
として特にZnに代わりMgをドープすることが望まれ、し
かもこのときの最適なMg濃度がAlx Gay Inz As(0 ≦x,
y,z ≦1)やAlx Gay Inz P(0 ≦x,y,z ≦1)よりも低い濃
度範囲にある。これに対し本発明においては、ｐ型クラ
ッド層におけるMg濃度を比較的低濃度としても、上述し
たようにｐ型クラッド層と活性層との界面で急峻なMg濃
度変化が実現できるからである。
【００１８】本発明ではこのようなダブルヘテロ接合構
造部が形成される基板として、n-GaAs,n-GaP,n-SiC等か
らなる導電性単結晶基板やサファイヤ等からなる絶縁性
単結晶基板が用いられ得る。また、上述したようなｎ型
バッファ層としてはGaAs,GaP,InP,SiC,GaN、電流阻止層
及びｐ型コンタクト層としてはGaAs,GaAlAs,InP,BP,Si
C,GaN等が例示される。さらにｎ型クラッド層やｎ型バ
ッファ層、電流阻止層には、Si,Se 等のｎ型ドーパント
が好ましくはそれぞれ1x1017〜5x1018cm-3、1x1017〜5x
1018cm-3、5x1017〜5x1018cm-3程度ドープされ、ｐ型コ
ンタクト層には通常Mgがｐ型クラッド層と同程度、ある
いはより多量にドープされる。ただし、ｐ型コンタクト
層へはZn等Mg以外のｐ型ドーパントをドープしてもよ
く、またｐ型コンタクト層にMgがｐ型クラッド層より多
量にドープされる場合、ｐ型クラッド層からｐ型コンタ
クト層へMg濃度が不連続的に変化しても、連続的に変化
してもよい。
造部が形成される基板として、n-GaAs,n-GaP,n-SiC等か
らなる導電性単結晶基板やサファイヤ等からなる絶縁性
単結晶基板が用いられ得る。また、上述したようなｎ型
バッファ層としてはGaAs,GaP,InP,SiC,GaN、電流阻止層
及びｐ型コンタクト層としてはGaAs,GaAlAs,InP,BP,Si
C,GaN等が例示される。さらにｎ型クラッド層やｎ型バ
ッファ層、電流阻止層には、Si,Se 等のｎ型ドーパント
が好ましくはそれぞれ1x1017〜5x1018cm-3、1x1017〜5x
1018cm-3、5x1017〜5x1018cm-3程度ドープされ、ｐ型コ
ンタクト層には通常Mgがｐ型クラッド層と同程度、ある
いはより多量にドープされる。ただし、ｐ型コンタクト
層へはZn等Mg以外のｐ型ドーパントをドープしてもよ
く、またｐ型コンタクト層にMgがｐ型クラッド層より多
量にドープされる場合、ｐ型クラッド層からｐ型コンタ
クト層へMg濃度が不連続的に変化しても、連続的に変化
してもよい。
【００１９】本発明において、基板上にｎ型クラッド
層、活性層及びｐ型クラッド層がこの順で形成されるの
は、以下のような理由による。すなわち、ｎ型クラッド
層、活性層及びｐ型クラッド層からなるダブルヘテロ接
合構造部では、通常ｐ型クラッド層にキャリアとして注
入される正孔の移動速度がｎ型クラッド層にキャリアと
して注入される電子の移動速度よりも遅い。このため一
般にｐ型クラッド層には、ｎ型クラッド層におけるｎ型
ドーパントに比べｐ型ドーパントを高濃度にドープして
低抵抗化を図らねばならず、高密度の結晶欠陥が誘起さ
れやすい。従って、本発明で充分な素子寿命を有する化
合物半導体素子を得るためには、結晶欠陥の少ないｎ型
クラッド層上に活性層及びｐ型クラッド層を形成する必
要がある。さらに、本発明のようにｐ型クラッド層への
ｐ型ドーパントとしてMgを用いる場合、Mgは同様にｐ型
ドーパントとして用いられるZnに比べ拡散が生じやす
く、ダブルヘテロ接合の位置制御が比較的困難であるこ
とが知られている。このため本発明では、後工程で高温
下に晒される機会の少ない上層側にｐ型クラッド層を配
置することで、Mgの拡散を抑えることが可能となり、ひ
いては効率の良好な化合物半導体素子を得ることができ
る。
層、活性層及びｐ型クラッド層がこの順で形成されるの
は、以下のような理由による。すなわち、ｎ型クラッド
層、活性層及びｐ型クラッド層からなるダブルヘテロ接
合構造部では、通常ｐ型クラッド層にキャリアとして注
入される正孔の移動速度がｎ型クラッド層にキャリアと
して注入される電子の移動速度よりも遅い。このため一
般にｐ型クラッド層には、ｎ型クラッド層におけるｎ型
ドーパントに比べｐ型ドーパントを高濃度にドープして
低抵抗化を図らねばならず、高密度の結晶欠陥が誘起さ
れやすい。従って、本発明で充分な素子寿命を有する化
合物半導体素子を得るためには、結晶欠陥の少ないｎ型
クラッド層上に活性層及びｐ型クラッド層を形成する必
要がある。さらに、本発明のようにｐ型クラッド層への
ｐ型ドーパントとしてMgを用いる場合、Mgは同様にｐ型
ドーパントとして用いられるZnに比べ拡散が生じやす
く、ダブルヘテロ接合の位置制御が比較的困難であるこ
とが知られている。このため本発明では、後工程で高温
下に晒される機会の少ない上層側にｐ型クラッド層を配
置することで、Mgの拡散を抑えることが可能となり、ひ
いては効率の良好な化合物半導体素子を得ることができ
る。
【００２０】なお以上は、本発明の化合物半導体素子を
発光デバイスに適用する場合を主に説明したが、本発明
の化合物半導体素子の応用例はこれに限定されるもので
はなく、高温動作半導体デバイス等その他種々のデバイ
スに適用できる。本発明ではこのようなその他のデバイ
スについても、活性層へキャリアを有効に閉じ込めるこ
とが可能となり、またダブルヘテロ接合の位置を精度よ
く制御することができ、かつ結晶欠陥の発生が抑えられ
るので、大幅な素子性能の向上が期待される。
発光デバイスに適用する場合を主に説明したが、本発明
の化合物半導体素子の応用例はこれに限定されるもので
はなく、高温動作半導体デバイス等その他種々のデバイ
スに適用できる。本発明ではこのようなその他のデバイ
スについても、活性層へキャリアを有効に閉じ込めるこ
とが可能となり、またダブルヘテロ接合の位置を精度よ
く制御することができ、かつ結晶欠陥の発生が抑えられ
るので、大幅な素子性能の向上が期待される。
【００２１】
実施例１ 本実施例では、本発明の化合物半導体素子を可視光半導
体レーザーに適用する例について示す。本実施例の可視
光半導体レーザーは、ｎ型ドーパントとしてSiがドープ
されたGaAs基板（Si濃度3x1018cm-3）上に、アクセプタ
性不純物としてMgが含有されｎ型ドーパントとしてSiが
ドープされたGaAsからなる膜厚0.5 μｍのｎ型バッファ
層（Si濃度3x1018cm-3）を介して、アクセプタ性不純物
としてMgが含有されｎ型ドーパントとしてSiがドープさ
れたAl0.5 In0.5 P からなる膜厚1.0 μｍのｎ型クラッ
ド層（Si濃度1x1018cm-3）、アクセプタ性不純物として
Mgが含有されたAl0.05Ga0.45In0.5 P からなる膜厚0.1
μｍの活性層（Mg濃度1x1017cm-3）、及びｐ型ドーパン
トとしてMgがドープされたAl0.5 In0.5 P からなる膜厚
1.0 μｍのｐ型クラッド層（Mg濃度2x1019cm-3）が順次
形成される。さらに得られたダブルヘテロ接合構造部上
に、ｎ型ドーパントとしてSiがドープされたGaAsからな
る膜厚0.1 μｍの電流阻止層（Si濃度3x1018cm-3）及び
ｐ型ドーパントとしてMgがドープされたGaAsからなる膜
厚0.5 μｍのｐ型コンタクト層（Mg濃度2x1019cm-3）が
設けられ、GaAs基板の下面とｐ型コンタクト層の上面に
Au系合金からなる１対の対向電極が形成される。なお、
ｎ型バッファ層及びｎ型クラッド層におけるMg濃度は5x
1016cm-3〜5x1017cm-3程度である。
体レーザーに適用する例について示す。本実施例の可視
光半導体レーザーは、ｎ型ドーパントとしてSiがドープ
されたGaAs基板（Si濃度3x1018cm-3）上に、アクセプタ
性不純物としてMgが含有されｎ型ドーパントとしてSiが
ドープされたGaAsからなる膜厚0.5 μｍのｎ型バッファ
層（Si濃度3x1018cm-3）を介して、アクセプタ性不純物
としてMgが含有されｎ型ドーパントとしてSiがドープさ
れたAl0.5 In0.5 P からなる膜厚1.0 μｍのｎ型クラッ
ド層（Si濃度1x1018cm-3）、アクセプタ性不純物として
Mgが含有されたAl0.05Ga0.45In0.5 P からなる膜厚0.1
μｍの活性層（Mg濃度1x1017cm-3）、及びｐ型ドーパン
トとしてMgがドープされたAl0.5 In0.5 P からなる膜厚
1.0 μｍのｐ型クラッド層（Mg濃度2x1019cm-3）が順次
形成される。さらに得られたダブルヘテロ接合構造部上
に、ｎ型ドーパントとしてSiがドープされたGaAsからな
る膜厚0.1 μｍの電流阻止層（Si濃度3x1018cm-3）及び
ｐ型ドーパントとしてMgがドープされたGaAsからなる膜
厚0.5 μｍのｐ型コンタクト層（Mg濃度2x1019cm-3）が
設けられ、GaAs基板の下面とｐ型コンタクト層の上面に
Au系合金からなる１対の対向電極が形成される。なお、
ｎ型バッファ層及びｎ型クラッド層におけるMg濃度は5x
1016cm-3〜5x1017cm-3程度である。
【００２２】ここで、図４に本実施例で使用した成長装
置の概略構成図を示し、本実施例の可視光半導体レーザ
ーの製造プロセスについて説明する。図４に示した成長
装置においてはAl,Ga,In,Mg の原料１１２，１２２，１
３２，１４２が温度制御装置１１１，１２１，１３１，
１４１により所定の温度に保持された金属容器１１３，
１２３，１３３，１４３から、P,As,Si の原料がバルブ
１０８，１０９，１１０から、またキャリアガスとして
の,Ar,H 2 が図示しないバルブから、それぞれ流量制御
装置１０７及びバルブを通じて石英製の反応管１０１内
に混合ガスとなって供給される。一方反応管１０１内の
ガスは、フィルター１０５及びロータリーポンプ１０６
を介して系外に排気可能となっている。また、反応管１
０１内には高周波コイル１０２で誘導加熱されるカーボ
ン製のサセプタ１０３が配置されており、試料となる基
板はサセプタ２４上に載置される。なお、基板の温度は
熱電対１０４で測定され、図示しない制御装置で制御さ
れる。また本実施例において、Al,Ga,In,Si,As,P,Mg の
各原料にはトリメチルアルミニウム(TMA) 、トリメチル
ガリウム(TMG) 、トリメチルインジウム(TMI) 、シラン
(SiH4 ) 、アルシン(AsH3 ) 、フォスフィン(P H3 ) 、
シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp 2 Mg) をそれぞ
れ用いた。
置の概略構成図を示し、本実施例の可視光半導体レーザ
ーの製造プロセスについて説明する。図４に示した成長
装置においてはAl,Ga,In,Mg の原料１１２，１２２，１
３２，１４２が温度制御装置１１１，１２１，１３１，
１４１により所定の温度に保持された金属容器１１３，
１２３，１３３，１４３から、P,As,Si の原料がバルブ
１０８，１０９，１１０から、またキャリアガスとして
の,Ar,H 2 が図示しないバルブから、それぞれ流量制御
装置１０７及びバルブを通じて石英製の反応管１０１内
に混合ガスとなって供給される。一方反応管１０１内の
ガスは、フィルター１０５及びロータリーポンプ１０６
を介して系外に排気可能となっている。また、反応管１
０１内には高周波コイル１０２で誘導加熱されるカーボ
ン製のサセプタ１０３が配置されており、試料となる基
板はサセプタ２４上に載置される。なお、基板の温度は
熱電対１０４で測定され、図示しない制御装置で制御さ
れる。また本実施例において、Al,Ga,In,Si,As,P,Mg の
各原料にはトリメチルアルミニウム(TMA) 、トリメチル
ガリウム(TMG) 、トリメチルインジウム(TMI) 、シラン
(SiH4 ) 、アルシン(AsH3 ) 、フォスフィン(P H3 ) 、
シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp 2 Mg) をそれぞ
れ用いた。
【００２３】具体的には、まず基板をサセプタ１０３上
に載置した後、反応管１０１内に高純度H 2 を1000cc/m
の流量で供給し、反応管１０１内の大気と置換する。次
いで反応管１０１内を減圧し、反応管１０１内の圧力を
20〜300torr の範囲に設定する。続いてAsH 3 を300cc/
m の流量で反応管１０１内に供給し、基板温度を740℃
に昇温させた後、TMG 、Cp2 Mgをそれぞれ1.5cc/m 、0.
1cc/m の流量で供給してｎ型バッファ層を形成する。次
にAsH 3 をPH3 に切り換えた後、TMA,TMI,SiH4 ,Cp 2 M
gをそれぞれ3.0cc/m 、50cc/m、100cc/m 、0.1cc/m の
流量で供給してｎ型クラッド層を、TMA,TMG,TMI,Cp2 Mg
をそれぞれ0.3cc/m 、1.5cc/m 、50cc/m、0.1cc/m の流
量で供給して活性層を形成する。さらに、Cp2 Mgの流量
を5cc/mとして、以下同様にｐ型クラッド層、電流阻止
層、ｐ型コンタクト層を順次形成する。
に載置した後、反応管１０１内に高純度H 2 を1000cc/m
の流量で供給し、反応管１０１内の大気と置換する。次
いで反応管１０１内を減圧し、反応管１０１内の圧力を
20〜300torr の範囲に設定する。続いてAsH 3 を300cc/
m の流量で反応管１０１内に供給し、基板温度を740℃
に昇温させた後、TMG 、Cp2 Mgをそれぞれ1.5cc/m 、0.
1cc/m の流量で供給してｎ型バッファ層を形成する。次
にAsH 3 をPH3 に切り換えた後、TMA,TMI,SiH4 ,Cp 2 M
gをそれぞれ3.0cc/m 、50cc/m、100cc/m 、0.1cc/m の
流量で供給してｎ型クラッド層を、TMA,TMG,TMI,Cp2 Mg
をそれぞれ0.3cc/m 、1.5cc/m 、50cc/m、0.1cc/m の流
量で供給して活性層を形成する。さらに、Cp2 Mgの流量
を5cc/mとして、以下同様にｐ型クラッド層、電流阻止
層、ｐ型コンタクト層を順次形成する。
【００２４】得られた本実施例の可視光半導体レーザー
について、ｐ型クラッド層の活性層との界面近傍におけ
るMg濃度をSIMSで測定した結果、5x1018cm-3であること
が確認された。またこの可視光半導体レーザーを40℃、
3mW の条件で動作させたところ、20時間以上の連続発振
が可能であった。
について、ｐ型クラッド層の活性層との界面近傍におけ
るMg濃度をSIMSで測定した結果、5x1018cm-3であること
が確認された。またこの可視光半導体レーザーを40℃、
3mW の条件で動作させたところ、20時間以上の連続発振
が可能であった。
【００２５】さらに、ｐ型クラッド層を形成する際のCp
2 Mgの流量を調整し、ｐ型クラッド層のMg濃度を変化さ
せた以外は全く同様の可視光半導体レーザーを同一条件
で動作させた。図５に、このときの各可視光半導体レー
ザーにおける通電時間と動作電流との関係を示す。なお
図中の値は、SIMSで測定されたｐ型クラッド層の活性層
との界面近傍におけるMg濃度を示す。図５より、ｐ型ク
ラッド層の活性層との界面近傍におけるMg濃度が1x1019
cm-3を越えると、短期間で動作電流が急激に上昇してお
り、素子寿命が著しく劣ることが判る。一方、ｐ型クラ
ッド層の活性層との界面近傍におけるMg濃度を5x1016cm
-3とした場合は、動作開始時点における動作電流が150m
A を越え、同程度の条件で動作させることができなかっ
た。 実施例２ 本実施例では、本発明の化合物半導体素子を発光ダイオ
ードに適用する例について示す。本実施例の発光ダイオ
ードは、ｎ型ドーパントとしてのN がドープされたSiC
基板（N 濃度1x1019cm-3）上に、ｎ型ドーパントとして
SiがドープされたGaN からなる膜厚0.5 μｍのｎ型バッ
ファ層（Si濃度1x1018cm-3）を介して、アクセプタ性不
純物としてMgが含有されｎ型ドーパントとしてSiがドー
プされたAl0.1 Ga0.85In0.05N からなる膜厚1.0 μｍの
ｎ型クラッド層（Si濃度1x1018cm-3）、アクセプタ性不
純物としてMgが含有されたGa0.9 In0.1 N からなる膜厚
0.1 μｍの活性層（Mg濃度1x1017cm-3）、及びｐ型ドー
パントとしてMgがドープされたAl0.1 Ga0.85In0.05N か
らなる膜厚1.0 μｍのｐ型クラッド層（Mg濃度5x1018cm
-3）が順次形成される。さらに得られたダブルヘテロ接
合構造部上に、ｎ型ドーパントとしてSiがドープされた
GaN からなる膜厚0.5 μｍの電流阻止層（Si濃度5x1018
cm-3）及びｐ型ドーパントとしてMgがドープされたGaN
からなる膜厚0.5 μｍのｐ型コンタクト層（Mg濃度5x10
18cm-3）が設けられ、SiC 基板の下面とｐ型コンタクト
層の上面にNi系合金からなる１対の対向電極が形成され
る。なお、ｎ型クラッド層におけるMg濃度は1x1017cm-3
である。
2 Mgの流量を調整し、ｐ型クラッド層のMg濃度を変化さ
せた以外は全く同様の可視光半導体レーザーを同一条件
で動作させた。図５に、このときの各可視光半導体レー
ザーにおける通電時間と動作電流との関係を示す。なお
図中の値は、SIMSで測定されたｐ型クラッド層の活性層
との界面近傍におけるMg濃度を示す。図５より、ｐ型ク
ラッド層の活性層との界面近傍におけるMg濃度が1x1019
cm-3を越えると、短期間で動作電流が急激に上昇してお
り、素子寿命が著しく劣ることが判る。一方、ｐ型クラ
ッド層の活性層との界面近傍におけるMg濃度を5x1016cm
-3とした場合は、動作開始時点における動作電流が150m
A を越え、同程度の条件で動作させることができなかっ
た。 実施例２ 本実施例では、本発明の化合物半導体素子を発光ダイオ
ードに適用する例について示す。本実施例の発光ダイオ
ードは、ｎ型ドーパントとしてのN がドープされたSiC
基板（N 濃度1x1019cm-3）上に、ｎ型ドーパントとして
SiがドープされたGaN からなる膜厚0.5 μｍのｎ型バッ
ファ層（Si濃度1x1018cm-3）を介して、アクセプタ性不
純物としてMgが含有されｎ型ドーパントとしてSiがドー
プされたAl0.1 Ga0.85In0.05N からなる膜厚1.0 μｍの
ｎ型クラッド層（Si濃度1x1018cm-3）、アクセプタ性不
純物としてMgが含有されたGa0.9 In0.1 N からなる膜厚
0.1 μｍの活性層（Mg濃度1x1017cm-3）、及びｐ型ドー
パントとしてMgがドープされたAl0.1 Ga0.85In0.05N か
らなる膜厚1.0 μｍのｐ型クラッド層（Mg濃度5x1018cm
-3）が順次形成される。さらに得られたダブルヘテロ接
合構造部上に、ｎ型ドーパントとしてSiがドープされた
GaN からなる膜厚0.5 μｍの電流阻止層（Si濃度5x1018
cm-3）及びｐ型ドーパントとしてMgがドープされたGaN
からなる膜厚0.5 μｍのｐ型コンタクト層（Mg濃度5x10
18cm-3）が設けられ、SiC 基板の下面とｐ型コンタクト
層の上面にNi系合金からなる１対の対向電極が形成され
る。なお、ｎ型クラッド層におけるMg濃度は1x1017cm-3
である。
【００２６】このような本実施例の発光ダイオードを実
施例１と同様のMOCVD 法で作製し、ｐ型クラッド層の活
性層との界面近傍におけるMg濃度をSIMSで測定したとこ
ろ、1x1018cm-3であることが確認された。ただし本実施
例の発光ダイオードを作製するに当って、N の原料には
アンモニア(NH 3 ) を用いた。またこの発光ダイオード
を動作させたところ、1000時間以上に亘って安定した発
光を示した。
施例１と同様のMOCVD 法で作製し、ｐ型クラッド層の活
性層との界面近傍におけるMg濃度をSIMSで測定したとこ
ろ、1x1018cm-3であることが確認された。ただし本実施
例の発光ダイオードを作製するに当って、N の原料には
アンモニア(NH 3 ) を用いた。またこの発光ダイオード
を動作させたところ、1000時間以上に亘って安定した発
光を示した。
【００２７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、効
率向上、動作電圧の低減、素子寿命の改善等の点で化合
物半導体素子の素子性能を高めることができ、例えば発
光効率が良好で低い動作電圧でも高輝度の発光を示し、
かつ充分な素子寿命を有する発光性能の優れた発光デバ
イスを得ることが可能となる。
率向上、動作電圧の低減、素子寿命の改善等の点で化合
物半導体素子の素子性能を高めることができ、例えば発
光効率が良好で低い動作電圧でも高輝度の発光を示し、
かつ充分な素子寿命を有する発光性能の優れた発光デバ
イスを得ることが可能となる。
【図１】 (a),(b) はMOCVD 法で結晶成長させたIII-V
族化合物半導体の単結晶において、Mg原料の流量と得ら
れる結晶中のMg濃度との関係を示す特性図。
族化合物半導体の単結晶において、Mg原料の流量と得ら
れる結晶中のMg濃度との関係を示す特性図。
【図２】 本発明で好ましく用いられる製造プロセスの
原理を説明するためのMg濃度のSIMSプロファイル図。
原理を説明するためのMg濃度のSIMSプロファイル図。
【図３】 本発明の化合物半導体素子の構成例を示す縦
断面図。
断面図。
【図４】 実施例で使用した成長装置を示す概略構成
図。
図。
【図５】 実施例の可視光半導体レーザーにおける通電
時間と動作電流との関係を示す特性図。
時間と動作電流との関係を示す特性図。
１１…基板、１３…ｎ型クラッド層、１４…活性層、１
５…ｐ型クラッド層。
５…ｐ型クラッド層。
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に、それぞれIII-V 族化合物半導
体からなるｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層
が順次形成されてなるダブルヘテロ接合構造部を有する
化合物半導体素子であって、ｐ型クラッド層にドープさ
れたMgの濃度が活性層との界面近傍で1x1017cm-3以上1x
1019cm-3以下の範囲内に設定されたことを特徴とする化
合物半導体素子。 - 【請求項２】 ｐ型クラッド層にドープされたMgの濃度
が活性層との界面から0.3 μｍ以内で1x1017cm-3以上1x
1019cm-3以下の範囲内に設定されたことを特徴とする請
求項１記載の化合物半導体素子。 - 【請求項３】 III-V 族化合物半導体がAlx Gay Inz N
(0 ≦x,y,z ≦1)であることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の化合物半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4296494A JPH07254751A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 化合物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4296494A JPH07254751A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 化合物半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07254751A true JPH07254751A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=12650727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4296494A Pending JPH07254751A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 化合物半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07254751A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997026680A1 (fr) * | 1996-01-19 | 1997-07-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif emetteur de lumiere a semi-conducteur a base de composes de nitrure de gallium et procede de fabrication d'un semi-conducteur a base de composes de nitrure de gallium |
| JPH09270569A (ja) * | 1996-01-25 | 1997-10-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JPH1079530A (ja) * | 1996-07-08 | 1998-03-24 | Toshiba Corp | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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| WO2020209014A1 (ja) * | 2019-04-09 | 2020-10-15 | 信越半導体株式会社 | 発光素子および発光素子の製造方法 |
-
1994
- 1994-03-15 JP JP4296494A patent/JPH07254751A/ja active Pending
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