JPH1084160A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体発光素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、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、優れた信頼性の実現を図る。 【解決手段】 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（９）を有し、ｐ電極コンタクト層よ
りも活性層（６）側には少なくともＧａx2Ｉｎy2Ａｌz2
Ｎ（x2＋y2＋z2＝１、０≦x2，z2≦１、０＜y2≦１）平
滑化層が形成され、且記ｐ電極コンタクト層の表面には
Ｐｔ層（１０）、ＴｉＮ層（１１ａ）及びＴｉ層（１
１）の順序の積層構造が形成され、しかも、ｐ電極コン
タクト層とＰｔ層との間にはＰｔ−半導体からなる合金
層（１５）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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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、ＩｎＧａ
ＡｌＰ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、Ｇ
ａＡｌＮ、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（Ｇａx1Ｉｎy1Ａｌz1
Ｎ：x1＋y1＋z1＝１、０≦x1，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
極コンタクト層よりも前記活性層側にはＧａx2Ｉｎy2Ａ
ｌz2Ｎ（x2＋y2＋z2＝１、０≦x2，z2≦１、Ｏ＜y2≦
１）平滑化層が形成され、且つ前記ｐ電極コンタクト層
の表面には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
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１
０ｎｍ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Ｉ
ｎ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Ａ
ｕ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、０．３
μｍ）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Ｔ
ｉＮ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Ｇ
ａＮ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 Ｇａ
0.8 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ＧａＩｎＡＩＮ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１８，１９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ＧａＩｎＡＩＮ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１８，１９を得ることが
できる。
【００２８】なお、本発明者らの実験によると、ＧａＩ
ｎＡＩＮ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、ＧａＩｎＡＩＮ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０．６
μｍ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Ａｕ層１
３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−Ｇ
ａＮ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８
０ｍＡ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−Ｇａ
Ｎ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Ｐ
ｔ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１
０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−Ｉ
ｎ0.1 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４２０
ｎｍ、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−Ｉｎ
0.1 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−Ｇａ
Ｎ層９よりもバンドギャップの狭いｐ−Ｉｎ0.1 Ｇａ
0.9 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（１×１０18
ｃｍ-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４２０ｎ
ｍ、動作電圧は６．５Ｖであり、さらに５０℃、３０ｍ
Ｗ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 Ｇ
ａ0.9 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 Ｇ
ａ0.9 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Ａ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎブロック層４１及びｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8 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４２０
ｎｍ、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１０〜１
３の面積が増大しｐ側コンタクト抵抗が５×１０-6Ωｃ
ｍ2 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、Ｇ
ａＮ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Ａｌ
0.1 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６
０ｍＡ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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒化ガリウム系化合物半導体（Ｇａx1Ｉ
    ｎy1Ａｌz1Ｎ：x1＋y1＋z1＝１、０≦x1，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電極コンタクト層よりも前記活性層側
    には少なくともＧａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（x2＋y2＋z2＝
    １、０≦x2，z2≦１、０＜y2≦１）平滑化層が形成さ
    れ、且つ前記ｐ電極コンタクト層の表面にはＰｔ層、Ｔ
    ｉＮ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Ｐｔ層との間にはＰ
    ｔ−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。
  2. 【請求項２】 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。
  3. 【請求項３】 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。
  4. 【請求項４】 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。
  5. 【請求項５】 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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