JPH1140892A - Iii nitride semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Iii nitride semiconductor device and manufacture thereof

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JPH1140892A
JPH1140892A JP19139397A JP19139397A JPH1140892A JP H1140892 A JPH1140892 A JP H1140892A JP 19139397 A JP19139397 A JP 19139397A JP 19139397 A JP19139397 A JP 19139397A JP H1140892 A JPH1140892 A JP H1140892A
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JP
Japan
Prior art keywords
iii nitride
group iii
layer
nitride semiconductor
type
Prior art date
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Application number
JP19139397A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kanamaru
浩 金丸
Toshiyuki Matsui
俊之 松井
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a III nitride semiconductor device to be stabilized in oscillation mode and lessened in operating current by a method, wherein a current constriction structure is formed inside a p-type III nitride layer represented by a formula. SOLUTION: A p<-> high-resistance region 7h which sandwiches strip-like low-resistance p<+> region is formed in a p-type Alx Gay In1-x-y (0<=x, y<=1, 0<=x+y<=1) layer 7 taking advantage of the inactivation phenomenon of acceptor by hydrogen atom. In this structure, carriers (holes) injected through a p-type III nitride N layer electrode are restrained from flowing through the high- resistance p<-> regions 7h but flow only through the stripe-like low-resistance p<+> region. That is, a current constriction structure is formed. Carriers injected through an electrode are trapped in a narrow region adjacent to a stripe inside an active layer. In result, carriers become high in density even at a low current level, an inverted distribution is formed, and a laser oscillation start current (threshold level) can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は電流狭窄構造を有
するIII 族窒化物半導体素子、特に発光素子とその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a group III nitride semiconductor device having a current confinement structure, and more particularly to a light emitting device and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】III 族窒化物半導体 (AlN 、GaN 、InN
およびそれらの混晶) は、1.9 eVから6.2 eVにわたるバ
ンドギャップをもつ直接遷移型半導体で、500 nm前半よ
り短波長側の可視域および紫外域の光源である短波長レ
ーザダイオードや発光ダイオードを実現させる材料とし
て期待されている。しかし、大型で良質なバルク単結晶
の育成は非常に難しいため、III 族窒化物の結晶薄膜の
作製は、サファイア (Al 2O3)、スピネル (MgAl2O4)、炭
化珪素 (6H-SiC) 、シリコン (Si) 等の結晶基板上にヘ
テロエピタキシャルで行われる。いずれもIII 族窒化物
と大きな格子不整合があるため、基板とエピタキシャル
膜の間に低温GaN 層あるいは低温AlN 層からなる低温バ
ッファー層を介在させることにより良質なエピタキシャ
ル膜が得られる。そして、シリコン (Si) やマグネシウ
ム (Mg) をドーパントとして用いることにより n型や p
型の伝導性制御が実現できる。
2. Description of the Related Art Group III nitride semiconductors (AlN, GaN, InN
And their mixed crystals) range from 1.9 eV to 6.2 eV.
Direct-transition semiconductor with a gate gap.
The short-wavelength laser, which is a light source in the visible and ultraviolet
Material to realize laser diodes and light-emitting diodes
Is expected. However, large and high quality bulk single crystals
It is extremely difficult to grow
Fabrication is made of sapphire (Al TwoOThree), Spinel (MgAlTwoOFour), Charcoal
Printed on a crystalline substrate of silicon carbide (6H-SiC), silicon (Si), etc.
Performed by telo-epitaxial. All are group III nitrides
Substrate and epitaxial lattice
A low-temperature barrier consisting of a low-temperature GaN layer or a low-temperature AlN layer between the films.
High quality epitaxy by interposing a buffer layer
A film is obtained. And silicon (Si) and magnesium
Using n-type (Mg) as a dopant
Mold conductivity control can be realized.

【0003】短波長レーザダイオードは、III 族窒化物
薄膜を積層してダブルヘテロ構造 (以後、DH構造と記
す) や多重量子井戸構造を形成することにより実現され
ている。また、従来のレーザダイオードでは、動作電流
の低減、発振モード (横モード) の安定化および発光ス
ポットの位置を限定する目的で活性層のストライプ状の
一部にのみ電流路を限定する電流狭窄構造が広く採用さ
れている。これは、III族窒化物半導体を用いたレーザ
ダイオードも例外ではなく、特性向上のためには必要不
可欠な技術の一つである。
[0003] Short-wavelength laser diodes are realized by laminating group III nitride thin films to form a double heterostructure (hereinafter referred to as a DH structure) or a multiple quantum well structure. In the conventional laser diode, a current confinement structure that limits the current path to only a part of the stripe shape of the active layer for the purpose of reducing operating current, stabilizing the oscillation mode (transverse mode), and limiting the position of the light emitting spot Has been widely adopted. This is not an exception for a laser diode using a group III nitride semiconductor, and is one of the essential technologies for improving characteristics.

【0004】図4は従来のIII 族窒化物半導体を用いた
電流狭窄構造を有するDH構造のレーザダイオードの断
面図であり、(a)は電極による電流狭窄構造の場合で
あり、(b)はメサ構造による電流狭窄構造の場合であ
る。絶縁基板1i上にAlN のバッファ層2、GaN の第1
のコンタクト層3、AlX Gay In1-X-Y N の第1のクラッ
ド層4、GaN の活性層5、AlX Gay In1-X-Y N の第2の
クラッド層6およびGaN の第2のコンタクト層7が順次
積層されている。そしてエピタキシャル層側電極8およ
び基板側電極9がそれぞれ形成されている。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views of a conventional DH laser diode having a current confinement structure using a group III nitride semiconductor. FIG. 4A shows a case of a current confinement structure using electrodes, and FIG. This is the case of a current confinement structure using a mesa structure. AlN buffer layer 2, GaN first layer on insulating substrate 1i
The contact layer 3, Al X Ga y In 1 -XY first N-cladding layer 4, GaN active layer 5, Al X Ga y In 1 -XY second N-cladding layer 6 and the GaN of the second The contact layers 7 are sequentially stacked. Then, an epitaxial layer side electrode 8 and a substrate side electrode 9 are respectively formed.

【0005】電極による電流狭窄構造の場合は、コンタ
クト層7上のストライプ状の隙間を挟んだ2 枚の絶縁層
(酸化ケイ素層)Zの上に、エピタキシャル側電極9が
形成されている。コンタクト層7とエピタキシャル側電
極9のストライプ状の接触部が電流路Nであり、活性層
ではこれに対応したストライプ状領域のみに電流は流れ
る。
In the case of a current confinement structure using electrodes, an epitaxial side electrode 9 is formed on two insulating layers (silicon oxide layers) Z sandwiching a stripe-shaped gap on the contact layer 7. The stripe-shaped contact portion between the contact layer 7 and the epitaxial side electrode 9 is a current path N. In the active layer, current flows only in the corresponding stripe-shaped region.

【0006】メサ構造による電流狭窄構造の場合は、コ
ンタクト層7の両側がエピタキシャル側電極層と共にエ
ッチングされてメサ構造とされている。残されストライ
プ状部分が電流路Nであり、活性層ではこれに対応した
ストライプ状領域のみに電流は流れる。
In the case of the current confinement structure of the mesa structure, both sides of the contact layer 7 are etched together with the epitaxial side electrode layer to form a mesa structure. The remaining stripe portion is the current path N, and current flows only in the corresponding stripe region in the active layer.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの構造
では、ストライプ幅を5 μm 以下と狭くすることは困難
であり、またレーザ発振時のジュール熱のエピタキシャ
ル側からの放熱は、熱伝導の低い絶縁層を介しての電極
からまたは狭い電極からと十分ではなく、素子の高温化
のため安定したレーザ発振は得にくかった。
However, in these structures, it is difficult to reduce the stripe width to 5 μm or less, and the heat radiation from the epitaxial side of Joule heat during laser oscillation has low heat conduction. Sufficient laser oscillation was difficult to obtain due to the high temperature of the element, which was not sufficient from the electrode via the insulating layer or from the narrow electrode.

【0008】本発明の目的は、発振モードの安定化した
電流狭窄構造を有し、動作電流の低いIII 族窒化物半導
体素子およびその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor device having a current confinement structure in which an oscillation mode is stabilized and having a low operating current, and a method of manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、電流狭窄構造を有するIII 族窒化物半導体素子に
おいて、前記電流狭窄構造は p型のAlX Gay In1-X-Y N
(但し、0 ≦x,y ≦1、0 ≦x +y≦1)からなるIII 族窒
化物層内に形成されていることとする。前記 p型のIII
族窒化物層内にはベリリウム (Be) 、マグネシウム (M
g) 、亜鉛 (Zn) またはカドミウム (Cd) の内少なくと
も1種の元素がアクセプタとして添加されていると良
い。
In order to achieve the above object, in a group III nitride semiconductor device having a current confinement structure, the current confinement structure is a p-type Al X Ga y In 1-XYN
(Provided that 0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). The p-type III
Beryllium (Be), magnesium (M
g), at least one of zinc (Zn) and cadmium (Cd) is preferably added as an acceptor.

【0010】前記電流狭窄構造は、前記 p型のIII 族窒
化物層において、さらに水素原子の添加された2つの高
抵抗部分によって、前記 p型のIII 族窒化物層面に沿っ
て両側から、水素原子が添加されてないストライプ状部
分が挟まれてなると良い。上記のIII 族窒化物半導体素
子の製造方法において、前記水素原子の添加は前記 p型
のIII 族窒化物層がアンモニア (NH3)雰囲気中でアニー
ルされることよってなされることとする。
In the current confinement structure, hydrogen is added to the p-type group III nitride layer from both sides along the surface of the p-type group III nitride layer by two high resistance portions to which hydrogen atoms are further added. It is preferable that a striped portion to which atoms are not added is sandwiched. In the above method for manufacturing a group III nitride semiconductor device, the hydrogen atoms are added by annealing the p-type group III nitride layer in an ammonia (NH 3 ) atmosphere.

【0011】または、上記のIII 族窒化物半導体素子の
製造方法において、前記水素原子の添加は前記 p型のII
I 族窒化物層が電子サイクロトロン共鳴により励起され
た水素プラズマ中でアニールされることよってなされる
こととする。前記ストライプ状部分はストライプ状のマ
スクによって被覆された状態で前記アニールが行われる
ことによって形成されると良い。
Alternatively, in the above method for manufacturing a group III nitride semiconductor device, the addition of the hydrogen atom may be performed by using the p-type II
This is performed by annealing the group I nitride layer in hydrogen plasma excited by electron cyclotron resonance. It is preferable that the striped portion is formed by performing the annealing while being covered with a striped mask.

【0012】水素原子によってアクセプタやドナーが不
活性化される現象はSiおよびGaAsではよく知られてお
り、またアクセプタとなるMgやZnをドーピングしたMO
CVDによる p型のGaN 膜においても、成膜に用いるア
ンモニア(NH3 )のH 原子が膜中に取り込まれ、膜は高
抵抗化されていることが報告されている。通常は高抵抗
の膜は半導体装置には適していない。
The phenomenon in which an acceptor or a donor is inactivated by a hydrogen atom is well known in Si and GaAs. In addition, an MO doped with Mg or Zn as an acceptor is used.
It has been reported that even in a p-type GaN film formed by CVD, H atoms of ammonia (NH 3 ) used for film formation are incorporated into the film, and the film has a high resistance. Normally, high-resistance films are not suitable for semiconductor devices.

【0013】本発明においては、RFラジカルビームM
BEにより成膜したMg (またはZn、Be、Cd)をドープし
た低抵抗の p型AlX Gay In1-X-Y N 層をアンモニア雰囲
気中で600 ℃〜1000℃程度でアニールすることにより、
AlX Gay In1-X-Y N 層を低抵抗から高抵抗へと変化させ
ている。これは、Siの場合のように、アンモニア中の水
素原子がAlX Gay In1-X-Y N 層中に拡散して、アクセプ
タ(MgまたはZn)と結合して例えばMg-H対を形成し、ア
クセプタを不活性化させることができるからである。ま
た、アンモニア雰囲気中でのアニールに換えて、例え
ば、電子サイクロトロン共鳴(以下ECRと記す)によ
り励起された水素プラズマで表面処理することよって
も、水素原子をAlX Gay In1-X-Y N 層中に拡散させ、上
記の不活性化を生じさせることができる。
In the present invention, the RF radical beam M
By annealing Mg (or Zn, Be, Cd) doped p-type Al X Ga y In 1-XY N layer formed by BE at 600 ° C. to 1000 ° C. in an ammonia atmosphere,
The Al X Ga y In 1-XY N layer is changed from low resistance to high resistance. This is because, as in the case of Si, hydrogen atoms in ammonia diffuse into the Al X Ga y In 1-XY N layer and combine with the acceptor (Mg or Zn) to form, for example, a Mg-H pair. This is because the acceptor can be inactivated. Further, instead of annealing in an ammonia atmosphere, for example, surface treatment with hydrogen plasma excited by electron cyclotron resonance (hereinafter, referred to as ECR) may be performed to convert hydrogen atoms into Al X Ga y In 1-XY N layers. And can cause the inactivation described above.

【0014】このような水素原子によるアクセプタの不
活性化現象を利用して、 p型AlX Ga y In1-X-Y N (但
し、0 ≦x,y ≦1 、0 ≦x+y ≦1)層内に、ストライプ状
の低抵抗のp+領域を挟んだ高抵抗のp-領域を形成できる
ことをみいだした。この構成では、 p型AlX Gay In
1-X-Y N 層の電極から注入されるキャリア (正孔) は、
高抵抗のp-領域を流れず、ストライプ状の低抵抗のp+領
域のみを流れる、すなわち電流狭窄構造が形成される。
[0014] Such a hydrogen atom disturbs the acceptor.
Using activation phenomenon, p-type AlXGa yIn1-XYN (however
0 ≤ x, y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1)
High-resistance p- region sandwiching low-resistance p + region
I found that. In this configuration, p-type AlXGayIn
1-XYThe carriers (holes) injected from the N-layer electrode are
It does not flow through the high-resistance p-region, and has a stripe-like low-resistance p + region.
The current flows only in the region, that is, a current confinement structure is formed.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】電極から注入されたキャリアは、
水素によるアクセプタの不活性化効果により形成された
電流狭窄構造により、活性層内ではストライプ付近の狭
い領域に閉じ込められる。その結果、低電流レベルでも
キャリアは高密度となり反転分布が形成され、レーザ発
振開始電流(しきい値)の低減が可能となる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Carriers injected from electrodes are:
Due to the current confinement structure formed by the inactivation effect of the acceptor by hydrogen, the active layer is confined in a narrow region near the stripe in the active layer. As a result, even at a low current level, the density of carriers becomes high and an inversion distribution is formed, so that a laser oscillation start current (threshold) can be reduced.

【0016】一方、レーザ出力の電流依存特性におい
て、レーザ出力が数mW以上になるとキンクと呼ばれる不
安定モードが現れる (図3のカーブb参照) 。この発振
モード(横モード) の不安定性は半導体レーザが持つ本
質的な問題であるが、狭窄構造のストライプ幅を5 μm
以下にすることによって改善できる。レーザの発振スポ
ットは、活性層内のキャリアを閉じ込めたストライプ幅
の領域に限定できる。 実施例1 図1は本発明に係る電流狭窄構造を有するDH構造のII
I 族窒化物レーザダイオードの断面図である。
On the other hand, in the current dependency characteristic of the laser output, an unstable mode called kink appears when the laser output becomes several mW or more (see curve b in FIG. 3). The instability of the oscillation mode (transverse mode) is an essential problem of the semiconductor laser.
It can be improved by the following. The laser oscillation spot can be limited to a stripe-width region in which carriers in the active layer are confined. Embodiment 1 FIG. 1 shows a DH structure having a current confinement structure according to the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a group I nitride laser diode.

【0017】導電性の基板1sとして n型のSi (1,1,1)
基板を用いた。層構成は従来のDH構造のIII 族窒化物
レーザダイオード(図4)と同じであるが、 p型GaN コ
ンタクト層7内に電流狭窄構造を形成した。各III 族窒
化物層の成長にはRFラジカルビームMBE法を用い
た。キャリア密度 1×1018cm-3のn-Si (1,1,1)基板1s
上に、厚さ2 nmのAlN の低温バッファー層2を介して、
厚さ300 nmの n型GaN コンタクト層3、厚さ325 nmの n
型Al0. 2Ga0.8N からなる第1のクラッド層4、厚さ50 n
m の n型GaN からなる活性層5、厚さ325 nmの p型Al
0.2Ga0.8N からなる第2のクラッド層6、厚さ300 nmの
p型GaN からなる第2のコンタクト層7の順に形成し、
DH構造とした。 n型GaNコンタクト層3、 n型All0.1
Ga0.8N クラッド層4および n型GaN 活性層5にはドナ
ーとしてSi(Nd=1×1016cm-3〜1 ×1019cm-3)を、 p型
Al0.2Ga0.8N クラッド層6にはアクセプタとしてMg(Na
=1 ×1018cm-3)を、 p型GaN コンタクト層7にはアク
セプタとしてZn(Na=1 ×1018cm-3)をそれぞれ添加し
た。
N-type Si (1,1,1) as conductive substrate 1s
A substrate was used. The layer structure is the same as that of the conventional group III nitride laser diode having the DH structure (FIG. 4), but a current confinement structure is formed in the p-type GaN contact layer 7. An RF radical beam MBE method was used for growing each group III nitride layer. N-Si (1,1,1) substrate 1s with carrier density of 1 × 10 18 cm -3
On top of it, through a low-temperature buffer layer 2 of AlN 2 nm thick,
300 nm thick n-type GaN contact layer 3, 325 nm thick n
The first cladding layer 4 made of type Al 0. 2 Ga 0.8 N, a thickness of 50 n
Active layer 5 of n-type GaN of m, p-type Al of 325 nm thickness
A second cladding layer 6 of 0.2 Ga 0.8 N having a thickness of 300 nm;
a second contact layer 7 made of p-type GaN is formed in this order,
DH structure was adopted. n-type GaN contact layer 3, n-type All 0.1
For the Ga 0.8 N cladding layer 4 and the n-type GaN active layer 5, Si (Nd = 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 ) is used as a donor, and p-type
The Al 0.2 Ga 0.8 N cladding layer 6 has Mg (Na
= 1 × 10 18 cm −3 ), and Zn (Na = 1 × 10 18 cm −3 ) as an acceptor was added to the p-type GaN contact layer 7.

【0018】次いで、 p型GaN コンタクト層7上にフォ
トリソグラフィーによりストライプ幅5 μm のSiO2膜(
厚さ1 μm)マスクを形成後、アンモニア雰囲気中( 圧力
1 気圧、流量500 sccm) で700 ℃のアニールを7 分行っ
た。以上のプロセスにより、p型GaN コンタクト層7の
表面に、2つに分けられた高抵抗部7hを形成し、これ
らに挟まれた幅5 μm のストライプ状の低抵抗部からな
る電流狭窄構造を形成した。ストライプの長手方向は I
II族窒化物のへき開面(1,-1,0,0)に垂直である。
Next, an SiO 2 film (stripe width 5 μm) is formed on the p-type GaN contact layer 7 by photolithography.
After forming a mask (thickness: 1 μm), in an ammonia atmosphere (pressure
Annealing was performed at 700 ° C. for 7 minutes at 1 atmosphere and a flow rate of 500 sccm. By the above process, two high-resistance portions 7h are formed on the surface of the p-type GaN contact layer 7, and a current confinement structure including a stripe-shaped low-resistance portion having a width of 5 μm sandwiched therebetween is formed. Formed. The longitudinal direction of the stripe is I
It is perpendicular to the cleavage plane (1, -1,0,0) of the group II nitride.

【0019】そして、SiO2膜マスクを除去し、Ni/Au の
エピタキシャル側電極8およびSi基板の裏面にTi/Ni/Al
の基板側電極9をそれぞれ形成した。光共振面はSi (1,
1,1)面を劈開することにより得られるGaN(1,-1,0,0) 面
を用いた。図3は本発明に係る電流狭窄構造を有するD
H構造のレーザダイオードの光出力の入力パルス電流依
存性を示すグラフである。カーブaは本発明に係るレー
ザダイオードであり、カーブbは同じ層構成で電流狭窄
構造を有しないレーザダイオードである。 III族窒化物
層内に電流狭窄構造を形成することにより、従来のDH
構造に比べ、より低電流でのレーザ発振を確認した。ま
た、レーザ発振の不安定モードであるキンクも生じなく
なった。 実施例2 この実施例ではGaN 以外のIII 族窒化物層においても電
流狭窄構造を形成できることを示すために、実施例1に
おける p型コンタクト層の材料を p型GaN からp型Al0.1
Ga0.9N に換えて狭窄構造を作製した。
Then, the SiO 2 film mask is removed, and the Ni / Au epitaxial side electrode 8 and the back surface of the Si substrate are covered with Ti / Ni / Al.
The substrate-side electrodes 9 were formed. The optical resonance surface is Si (1,
The GaN (1, -1,0,0) plane obtained by cleaving the 1,1) plane was used. FIG. 3 shows a D having a current confinement structure according to the present invention.
9 is a graph showing the input pulse current dependency of the optical output of a laser diode having an H structure. Curve a is a laser diode according to the present invention, and curve b is a laser diode having the same layer configuration and no current confinement structure. By forming the current confinement structure in the group III nitride layer, the conventional DH
Laser oscillation at lower current was confirmed as compared with the structure. In addition, kink which is an unstable mode of laser oscillation does not occur. Example 2 In this example, the material of the p-type contact layer in Example 1 was changed from p-type GaN to p-type Al 0.1 in order to show that a current confinement structure can be formed even in a group III nitride layer other than GaN.
A constriction structure was fabricated in place of Ga 0.9 N.

【0020】但し、 p型コンタクト層にはアクセプタと
してMgを添加し、その濃度をNa=1×1018cm-3とした。こ
のDH構造のレーザーダイオードの光出力の電流依存性
は、実施例1と同様であり有効な電流狭窄構造が形成さ
れたことが判る。 実施例3 実施例1における p型コンタクト層の材料を p型GaN か
ら p型In0.2Ga0.8N に換えて狭窄構造を作製した。但
し、 p型コンタクト層にはアクセプタとしてCdを添加
し、その濃度をNa=1×1018cm-3とした。
However, Mg was added to the p-type contact layer as an acceptor, and its concentration was set to Na = 1 × 10 18 cm −3 . The current dependency of the light output of the laser diode having the DH structure is the same as in the first embodiment, and it can be seen that an effective current confinement structure is formed. Example 3 A constriction structure was manufactured by changing the material of the p-type contact layer in Example 1 from p-type GaN to p-type In 0.2 Ga 0.8 N. However, Cd was added as an acceptor to the p-type contact layer, and its concentration was set to Na = 1 × 10 18 cm −3 .

【0021】このDH構造のレーザーダイオードの光出
力の電流依存性は、実施例1と同様であり有効な電流狭
窄構造が形成されたことがわかる。 実施例4 実施例1の導電性基板に換えて絶縁性基板( (0,0,0,1)
面サファイア基板)を用いた。
The current dependence of the light output of the laser diode having the DH structure is the same as in the first embodiment, and it can be seen that an effective current confinement structure is formed. Example 4 An insulating substrate ((0,0,0,1)) was used instead of the conductive substrate of Example 1.
Plane sapphire substrate).

【0022】図2は本発明に係る電流狭窄構造を有する
DH構造のIII 族窒化物レーザダイオードの断面図であ
る。絶縁性基板1i上に、実施例1と同じ層構成のDH
構造のIII 族窒化物レーザダイオードを形成したが、電
流狭窄構造形成のための水素添加を変えた。第2のコン
タクト層7に酸化ケイ素のストライプ用マスクを形成し
た後、基板を電子サイクロトロン共鳴 (ECR) により
励起した水素プラズマ中で処理することにより、p-の不
活性化膜を形成させた。ECR水素プラズマ処理の条件
を表1に示す。
FIG. 2 is a sectional view of a group III nitride laser diode having a DH structure having a current confinement structure according to the present invention. On the insulating substrate 1i, a DH having the same layer configuration as in the first embodiment is formed.
A group III nitride laser diode having a structure was formed, but hydrogenation for forming a current confinement structure was changed. After a silicon oxide stripe mask was formed on the second contact layer 7, the substrate was treated in a hydrogen plasma excited by electron cyclotron resonance (ECR) to form a p- passivation film. Table 1 shows the conditions of the ECR hydrogen plasma treatment.

【0023】[0023]

【表1】 素子の個別化においては、上記の基板は絶縁体であるた
め、基板側電極9は第1のクラッド層4以降をエッチン
グして除去した後の第1コンタクト層2に形成した。
[Table 1] In the individualization of the element, since the above-mentioned substrate is an insulator, the substrate-side electrode 9 was formed on the first contact layer 2 after the first cladding layer 4 and subsequent portions were removed by etching.

【0024】光共振面はサファイアの (1,-1,0,0) 面を
劈開して得られるGaAlN (1,1,-2,0) 面である。このD
H構造のレーザダイオードの光出力の電流依存性は実施
例1と同様であり、有効な電流狭窄構造が形成されたこ
とが判る。
The optical resonance plane is a GaAlN (1,1, -2,0) plane obtained by cleaving the (1, -1,0,0) plane of sapphire. This D
The current dependence of the light output of the laser diode having the H structure is the same as that of the first embodiment, and it can be seen that an effective current confinement structure is formed.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、電流狭窄構造を有する
III 族窒化物半導体素子において、前記電流狭窄構造を
p型のAlX Gay In1-X-Y N (但し、0 ≦x,y ≦1 、0 ≦
x +y≦1)からなるIII 族窒化物層内に形成したため、電
流路の幅の従来より狭い電流狭窄構造を形成でき、レー
ザ発振開始電流は低く、また、発振モード(横モード)
は安定となり、レーザ出力電流特性のキンクも改善され
る。
According to the present invention, a current confinement structure is provided.
In the group III nitride semiconductor device, the current confinement structure is
p-type Al X Ga y In 1-XY N (however, 0 ≤ x, y ≤ 1, 0 ≤
x + y ≦ 1), the current confinement structure can be formed with a narrower current path width than before, the laser oscillation start current is low, and the oscillation mode (transverse mode)
Becomes stable, and the kink of the laser output current characteristic is also improved.

【0026】前記電流狭窄構造を、ベリリウム (Be) 、
マグネシウム (Mg) 、亜鉛 (Zn) またはカドミウム (C
d) の内少なくとも1種の元素がアクセプタとして添加
されているストライプ状の低抵抗部分を、前記アクセプ
タにさらに水素原子の添加された高抵抗部分によって前
記III 族窒化物層に沿って両側から挟んだ構造としたた
め、これらアクセプタと水素原子との結合により高抵抗
部分の抵抗は十分高く電流狭窄は確実に行われる。
The current confinement structure is formed of beryllium (Be),
Magnesium (Mg), zinc (Zn) or cadmium (C
d) a striped low-resistance portion in which at least one of the elements is added as an acceptor is sandwiched from both sides along the group III nitride layer by a high-resistance portion in which hydrogen atoms are further added to the acceptor. Due to this structure, the resistance of the high-resistance portion is sufficiently high due to the bond between the acceptor and the hydrogen atom, so that the current confinement is reliably performed.

【0027】上記のIII 族窒化物半導体素子の製造方法
において、前記 p型のIII 族窒化物層はアンモニア (NH
3)雰囲気中でまたは電子サイクロトロン共鳴により励起
された水素プラズマ中でアニールするので、水素原子の
拡散速度を制御しやすく、高抵抗領域のサイズを精度良
く再現でき、電流狭窄構造を有するIII 族窒化物半導体
素子の製造歩留りは高い。
In the above method for manufacturing a group III nitride semiconductor device, the p-type group III nitride layer may be made of ammonia (NH
3 ) Annealing in atmosphere or in hydrogen plasma excited by electron cyclotron resonance makes it easy to control the diffusion rate of hydrogen atoms, accurately reproduce the size of the high-resistance region, and have a current confining structure. The production yield of semiconductor devices is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る電流狭窄構造を有するDH構造の
III 族窒化物レーザダイオードの断面図
FIG. 1 shows a DH structure having a current confinement structure according to the present invention.
Sectional view of group III nitride laser diode

【図2】本発明に係る電流狭窄構造を有するDH構造の
III 族窒化物レーザダイオードの断面図
FIG. 2 shows a DH structure having a current confinement structure according to the present invention.
Sectional view of group III nitride laser diode

【図3】本発明に係る電流狭窄構造を有するDH構造の
レーザダイオードの光出力の入力パルス電流依存性を示
すグラフ
FIG. 3 is a graph showing the input pulse current dependency of the optical output of a DH laser diode having a current confinement structure according to the present invention.

【図4】従来のIII 族窒化物半導体を用いた電流狭窄構
造を有するDH構造のレーザダイオードの断面図であ
り、(a)は電極による電流狭窄構造の場合であり、
(b)はメサ構造による電流狭窄構造の場合
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional DH laser diode having a current confinement structure using a group III nitride semiconductor, where (a) is a case of a current confinement structure using electrodes;
(B) shows the case of a current confinement structure using a mesa structure

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1s 導電性基板 1i 絶縁性基板 2 バッファ層 3 第1のコンタクト層 4 第1のクラッド層 5 活性層 6 第2のクラッド層 7 第2のコンタクト層 7h 高抵抗部 8 エピタキシャル層側電極 9 基板側電極層 N 電流路 Z 絶縁層 1s Conductive substrate 1i Insulating substrate 2 Buffer layer 3 First contact layer 4 First clad layer 5 Active layer 6 Second clad layer 7 Second contact layer 7h High resistance portion 8 Epitaxial layer side electrode 9 Substrate side Electrode layer N Current path Z Insulation layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電流狭窄構造を有するIII 族窒化物半導体
素子において、前記電流狭窄構造は p型のAlX Gay In
1-X-Y N (但し、0 ≦x,y ≦1 、0 ≦x +y≦1)からなる
III 族窒化物層内に形成されていることを特徴とするII
I 族窒化物半導体素子。
1. A group III nitride semiconductor device having a current confinement structure, wherein the current confinement structure is a p-type Al X Ga y In
1-XY N (where 0 ≤ x, y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1)
II characterized by being formed in a group III nitride layer
Group I nitride semiconductor device.
【請求項2】前記 p型のIII 族窒化物層内にはベリリウ
ム (Be) 、マグネシウム (Mg) 、亜鉛 (Zn) またはカド
ミウム (Cd) の内少なくとも1種の元素がアクセプタと
して添加されていることを特徴とする請求項1に記載の
III 族窒化物半導体素子。
2. The p-type group III nitride layer contains at least one element selected from beryllium (Be), magnesium (Mg), zinc (Zn) and cadmium (Cd) as an acceptor. 2. The method according to claim 1, wherein
Group III nitride semiconductor device.
【請求項3】前記電流狭窄構造は、前記 p型のIII 族窒
化物層において、さらに水素原子の添加された2つの高
抵抗部分によって、前記 p型のIII 族窒化物層面に沿っ
て両側から、水素原子が添加されてないストライプ状部
分が挟まれてなることを特徴とする請求項2に記載のII
I 族窒化物半導体素子。
3. The current confinement structure according to claim 1, wherein the p-type group III nitride layer further includes two high-resistance portions to which hydrogen atoms are added, from both sides along the surface of the p-type group III nitride layer. 3. The method according to claim 2, wherein a striped portion to which no hydrogen atom is added is sandwiched.
Group I nitride semiconductor device.
【請求項4】請求項3に記載のIII 族窒化物半導体素子
の製造方法において、前記水素原子の添加は前記 p型の
III 族窒化物層がアンモニア (NH3)雰囲気中でアニール
されることよってなされることを特徴とするIII 族窒化
物半導体素子の製造方法。
4. The method of manufacturing a group III nitride semiconductor device according to claim 3, wherein the addition of the hydrogen atom is performed by the p-type.
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor device, comprising: annealing a group III nitride layer in an ammonia (NH 3 ) atmosphere.
【請求項5】請求項3に記載のIII 族窒化物半導体素子
の製造方法において、前記水素原子の添加は前記 p型の
III 族窒化物層が電子サイクロトロン共鳴により励起さ
れた水素プラズマ中でアニールされることよってなされ
ることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造
方法。
5. The method of manufacturing a group III nitride semiconductor device according to claim 3, wherein the addition of the hydrogen atom is performed by the p-type.
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the group III nitride layer is annealed in hydrogen plasma excited by electron cyclotron resonance.
【請求項6】前記ストライプ状部分はストライプ状のマ
スクによって被覆された状態で前記アニールが行われる
ことによって形成されることを特徴とする請求項4また
は5に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
6. The group III nitride semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein said striped portion is formed by performing said annealing while being covered with a striped mask. Manufacturing method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100367508C (en) * 2000-12-22 2008-02-06 大连路明科技集团有限公司 Improved light emitting diode
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WO2022065683A1 (en) * 2020-09-23 2022-03-31 삼성전자주식회사 Micro led and display module having same

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