JPH1154796A - 窒化ガリウム系化合物半導体装置 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体装置Info
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- JPH1154796A JPH1154796A JP20885897A JP20885897A JPH1154796A JP H1154796 A JPH1154796 A JP H1154796A JP 20885897 A JP20885897 A JP 20885897A JP 20885897 A JP20885897 A JP 20885897A JP H1154796 A JPH1154796 A JP H1154796A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 この発明は、ｐ型ＧａＮ層のコンタクト抵抗
を低減させ、動作電圧の低い窒化ガリウム系半導体装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 この発明の窒化ガリウム系化合物半導体
装置は、基板１上に少なくともｎ型ＧａＮ層３とｐ型窒
化ＧａＮ層６とが積層された窒化ガリウム系半導体装置
であって、ｐ型ＧａＮ層６が、アンドープのＧａＮ化合
物半導体層５ｂとｐ型ドーパントをドープしたＡｌＧａ
Ｎ化合物半導体層５ａからなる変調ドーピング層５を介
して積層されている。
を低減させ、動作電圧の低い窒化ガリウム系半導体装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 この発明の窒化ガリウム系化合物半導体
装置は、基板１上に少なくともｎ型ＧａＮ層３とｐ型窒
化ＧａＮ層６とが積層された窒化ガリウム系半導体装置
であって、ｐ型ＧａＮ層６が、アンドープのＧａＮ化合
物半導体層５ｂとｐ型ドーパントをドープしたＡｌＧａ
Ｎ化合物半導体層５ａからなる変調ドーピング層５を介
して積層されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、青色発光ダイオ
ード、青色レーザダイオードなどの青色の色の発光デバ
イスに用いて好適な窒化物系化合物半導体装置に関す
る。
ード、青色レーザダイオードなどの青色の色の発光デバ
イスに用いて好適な窒化物系化合物半導体装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化インジウムガリウム（ＩｎxＧａ1-x
Ｎ）化合物半導体膜は、そのＩｎ組成（ｘ）を変化させ
ることにより、可視全域の波長の発光を得る材料として
注目されており、この材料を用いた青色及び緑色発光ダ
イオードが実用化されている。
Ｎ）化合物半導体膜は、そのＩｎ組成（ｘ）を変化させ
ることにより、可視全域の波長の発光を得る材料として
注目されており、この材料を用いた青色及び緑色発光ダ
イオードが実用化されている。
【０００３】図９は、上記ＩｎxＧａ1-xＮ化合物半導体
膜を発光層として用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）チッ
プの縦断面側面図である。このＬＥＤチップは、サファ
イア基板９１上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）バッファ
層９２を介して膜厚２μｍ程度のｎ型窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）膜９３と、発光層としての膜厚２．５ｎｍ程度の
Ｉｎ0.35Ｇａ0.65Ｎ層９４と、膜厚０．５μｍ程度のｐ
型ＧａＮ層９５と、がこの順に積層された構造を有して
おり、前記ｎ型ＧａＮ層９３におけるメサエッチングさ
れた表面上にｎ電極９６が形成され、ｐ型ＧａＮ層９５
上にｐ電極９７が形成されている。
膜を発光層として用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）チッ
プの縦断面側面図である。このＬＥＤチップは、サファ
イア基板９１上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）バッファ
層９２を介して膜厚２μｍ程度のｎ型窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）膜９３と、発光層としての膜厚２．５ｎｍ程度の
Ｉｎ0.35Ｇａ0.65Ｎ層９４と、膜厚０．５μｍ程度のｐ
型ＧａＮ層９５と、がこの順に積層された構造を有して
おり、前記ｎ型ＧａＮ層９３におけるメサエッチングさ
れた表面上にｎ電極９６が形成され、ｐ型ＧａＮ層９５
上にｐ電極９７が形成されている。
【０００４】上記したＧａＮ系化合物半導体では、ｐ型
ＧａＮ層９５のキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3程度以
上のものは得られておらず、ｐ型ＧａＮ層９５の抵抗が
大きくなり、ｐ電極９７とのコンタクト抵抗が大きくな
る。
ＧａＮ層９５のキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3程度以
上のものは得られておらず、ｐ型ＧａＮ層９５の抵抗が
大きくなり、ｐ電極９７とのコンタクト抵抗が大きくな
る。
【０００５】ｐ型ＧａＮ層９５の抵抗が大きく、ｐ電極
９７とのコンタクト抵抗が大きいと、ｐ電極９７からの
電流は電極の下を中心として流れるだけで、ｐ型ＧａＮ
層９５全体には拡がりにくくなる。このため、電極９７
部分を中心として発光することになり、電極９７により
発光が阻害され、外部量子効率が著しく低下するという
問題がある。
９７とのコンタクト抵抗が大きいと、ｐ電極９７からの
電流は電極の下を中心として流れるだけで、ｐ型ＧａＮ
層９５全体には拡がりにくくなる。このため、電極９７
部分を中心として発光することになり、電極９７により
発光が阻害され、外部量子効率が著しく低下するという
問題がある。
【０００６】この欠点を解消するために、発光観測面側
の化合物半導体層に形成する電極を透光性の全面電属と
し、全面電極の一部にパッド用電極を設けて外部量子効
率を向上させることが提案されている（例えば、特開平
７−３０２７７０号公報、特開平７−９４７８２号公報
等参照）。
の化合物半導体層に形成する電極を透光性の全面電属と
し、全面電極の一部にパッド用電極を設けて外部量子効
率を向上させることが提案されている（例えば、特開平
７−３０２７７０号公報、特開平７−９４７８２号公報
等参照）。
【０００７】また、窒化インジウムガリウム（ＩｎxＧ
ａ1-xＮ）化合物半導体膜を活性層に用いた半導体レー
ザ素子が特開平９−３６４３０号公報に提案されてい
る。
ａ1-xＮ）化合物半導体膜を活性層に用いた半導体レー
ザ素子が特開平９−３６４３０号公報に提案されてい
る。
【０００８】上記した半導体レーザ素子においては、ｐ
型ＧａＮ上にμｍオーダーの狭い幅の正電極を設け、電
流を集中させ、活性層へ電子を注入させる構造が採られ
ている。
型ＧａＮ上にμｍオーダーの狭い幅の正電極を設け、電
流を集中させ、活性層へ電子を注入させる構造が採られ
ている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようにｐ型ＧａＮ層の比抵抗は大きく正電極をμｍオ
ーダーに形成すると、そのコンタクト抵抗が極めて大き
くなり、１０Ｖ以上の動作電圧が必要になるなどの問題
があった。
たようにｐ型ＧａＮ層の比抵抗は大きく正電極をμｍオ
ーダーに形成すると、そのコンタクト抵抗が極めて大き
くなり、１０Ｖ以上の動作電圧が必要になるなどの問題
があった。
【００１０】この発明は、上記した従来の問題点を解消
するためになされたものにして、ｐ型ＧａＮ層のコンタ
クト抵抗を低減させ、動作電圧の低い窒化ガリウム系半
導体装置を提供することを目的とする。
するためになされたものにして、ｐ型ＧａＮ層のコンタ
クト抵抗を低減させ、動作電圧の低い窒化ガリウム系半
導体装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の窒化ガリウム
系化合物半導体装置は、基板上に少なくともｎ型窒化ガ
リウム系半導体層とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
とが積層された窒化ガリウム系半導体装置であって、前
記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が、アンドープの
窒化ガリウム系化合物半導体層とｐ型ドーパントをドー
プし且つ前記アンドープの窒化ガリウム系化合物半導体
層よりも広いバンドギャップを有する窒化ガリウム系化
合物半導体とからなる変調ドーピング層を介して積層さ
れていることを特徴とする。
系化合物半導体装置は、基板上に少なくともｎ型窒化ガ
リウム系半導体層とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
とが積層された窒化ガリウム系半導体装置であって、前
記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が、アンドープの
窒化ガリウム系化合物半導体層とｐ型ドーパントをドー
プし且つ前記アンドープの窒化ガリウム系化合物半導体
層よりも広いバンドギャップを有する窒化ガリウム系化
合物半導体とからなる変調ドーピング層を介して積層さ
れていることを特徴とする。
【００１２】前記変調ドープ層は、アンドープのＧａＮ
化合物半導体層とｐ型ドーパントをドープしたＡｌxＧ
ａ1-xＮ化合物半導体層で構成するとよい。
化合物半導体層とｐ型ドーパントをドープしたＡｌxＧ
ａ1-xＮ化合物半導体層で構成するとよい。
【００１３】また、前記ＡｌxＧａ1-xＮ化合物半導体層
のｘが０．２５≦ｘ≦０．４の範囲に設定するとよい。
のｘが０．２５≦ｘ≦０．４の範囲に設定するとよい。
【００１４】前記変調ドープ層とｎ型窒化ガリウム系半
導体層との間に窒化インジウムガリウム化合物半導体層
を設けるように構成することができる。
導体層との間に窒化インジウムガリウム化合物半導体層
を設けるように構成することができる。
【００１５】前記窒化インジウムガリウム化合物半導体
層を発光層として用いるとよい。
層を発光層として用いるとよい。
【００１６】前記窒化インジウムガリウム化合物半導体
層を活性層として用いるとよい。
層を活性層として用いるとよい。
【００１７】前記変調ドープ層は前記変調ドープ層は、
アンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層を井戸層、
ｐ型ドーパントをドープし且つ前記アンドープの窒化ガ
リウム系化合物半導体層よりも広いバンドギャップを有
する窒化ガリウム系化合物半導体を障壁層とする多重量
子井戸構造で構成することができる。
アンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層を井戸層、
ｐ型ドーパントをドープし且つ前記アンドープの窒化ガ
リウム系化合物半導体層よりも広いバンドギャップを有
する窒化ガリウム系化合物半導体を障壁層とする多重量
子井戸構造で構成することができる。
【００１８】上記したように構成すると、変調ドープ層
は、ｐ型ドーパントをドープし且つ前記アンドープの窒
化ガリウム系化合物半導体層よりも広いバンドギャップ
を有する窒化ガリウム系化合物半導体層のアクセプタか
らアンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層にホール
が供給され、ホールの移動度が高い層となる。この結
果、キャリア濃度と移動度が向上し、この変調ドープ層
上に設けられるｐ型ＧａＮ層の導電性が向上する。従っ
て、ｐ型ＧａＮ層の下部に変調ドープ層を設けることに
より、ホールは基板面内方向に流れやすくなり、ｐ型Ｇ
ａＮ層のコンタクト抵抗を下げることができる。
は、ｐ型ドーパントをドープし且つ前記アンドープの窒
化ガリウム系化合物半導体層よりも広いバンドギャップ
を有する窒化ガリウム系化合物半導体層のアクセプタか
らアンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層にホール
が供給され、ホールの移動度が高い層となる。この結
果、キャリア濃度と移動度が向上し、この変調ドープ層
上に設けられるｐ型ＧａＮ層の導電性が向上する。従っ
て、ｐ型ＧａＮ層の下部に変調ドープ層を設けることに
より、ホールは基板面内方向に流れやすくなり、ｐ型Ｇ
ａＮ層のコンタクト抵抗を下げることができる。
【００１９】また、この発明は、前記ｐ型窒化ガリウム
系半導体層上にｐ電極を形成することを特徴とする。
系半導体層上にｐ電極を形成することを特徴とする。
【００２０】パッド電極程度の大きさのｐ電極をｐ型Ｇ
ａＮ層に設けるだけで、ｐ電極からの電流は変調ドーピ
ング層により、基板面内方向に流れることになり、発光
層及び活性層に電流が効率よく流れる。
ａＮ層に設けるだけで、ｐ電極からの電流は変調ドーピ
ング層により、基板面内方向に流れることになり、発光
層及び活性層に電流が効率よく流れる。
【００２１】更に、この発明の窒化ガリウム系化合物半
導体装置は、基板上に設けられたｎ型窒化ガリウム系化
合物半導体層と、このｎ型窒化ガリウム系化合物半導体
層上に設けられた第１の色を発光する窒化インジウムガ
リウム化合物半導体層からなる第１の発光層と、この第
１の発光層上に設けられたアンドープの窒化ガリウム系
化合物半導体層とｐ型ドーパントをドープし且つ前記ア
ンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層よりも広いバ
ンドギャップを有する窒化ガリウム系化合物半導体とか
らなる変調ドーピング層と、この変調ドーピング層上に
設けられたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、この
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上に設けられた第２
の色を発光する窒化インジウムガリウム化合物半導体層
からなる第２の発光層と、この第２の発光層上に設けら
れたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、で構成した
ことを特徴とする。
導体装置は、基板上に設けられたｎ型窒化ガリウム系化
合物半導体層と、このｎ型窒化ガリウム系化合物半導体
層上に設けられた第１の色を発光する窒化インジウムガ
リウム化合物半導体層からなる第１の発光層と、この第
１の発光層上に設けられたアンドープの窒化ガリウム系
化合物半導体層とｐ型ドーパントをドープし且つ前記ア
ンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層よりも広いバ
ンドギャップを有する窒化ガリウム系化合物半導体とか
らなる変調ドーピング層と、この変調ドーピング層上に
設けられたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、この
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上に設けられた第２
の色を発光する窒化インジウムガリウム化合物半導体層
からなる第２の発光層と、この第２の発光層上に設けら
れたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、で構成した
ことを特徴とする。
【００２２】上記した構成によれば、モノリシックの２
色の発光デバイスを作成することができる。
色の発光デバイスを作成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【００２４】図１は、この発明の窒化ガリウム系化合物
半導体装置の第１の実施の形態を示し、ＩｎyＧａ1-yＮ
化合物半導体膜を発光層として用いた発光ダイオード
（ＬＥＤ）チップの縦断面側面図である。
半導体装置の第１の実施の形態を示し、ＩｎyＧａ1-yＮ
化合物半導体膜を発光層として用いた発光ダイオード
（ＬＥＤ）チップの縦断面側面図である。
【００２５】このＬＥＤチップは、サファイア基板１上
にｎ型窒化物系化合物半導体としての膜厚５ｎｍ程度の
ＡｌＮバッファ層２が形成されている。このＡｌＮバッ
ファ層２上に膜厚０．４μｍ程度のｎ型窒化ガリウム
（ＧａＮ）膜３と、青色の発光層としての膜厚２．５ｎ
ｍ程度のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４が形成されている。この
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４上にＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の
ｐ型ドーパントをドーピングしたＡｌＧａＮ層とアンド
ープのＧａＮ層からなる変調ドーピング層５を介して膜
厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層６が積層形成されてい
る。そして、前記ｎ型ＧａＮ層３におけるメサエッチン
グされた表面上にｎ電極７が形成され、ｐ型ＧａＮ層６
上にｐ電極８が形成されている。
にｎ型窒化物系化合物半導体としての膜厚５ｎｍ程度の
ＡｌＮバッファ層２が形成されている。このＡｌＮバッ
ファ層２上に膜厚０．４μｍ程度のｎ型窒化ガリウム
（ＧａＮ）膜３と、青色の発光層としての膜厚２．５ｎ
ｍ程度のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４が形成されている。この
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４上にＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の
ｐ型ドーパントをドーピングしたＡｌＧａＮ層とアンド
ープのＧａＮ層からなる変調ドーピング層５を介して膜
厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層６が積層形成されてい
る。そして、前記ｎ型ＧａＮ層３におけるメサエッチン
グされた表面上にｎ電極７が形成され、ｐ型ＧａＮ層６
上にｐ電極８が形成されている。
【００２６】さて、この実施の形態における変調ドーピ
ング層５は、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４上に設けられる膜厚
０．１μｍ程度のＭｇをドープしたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ
層５ａとその上に設けられる膜厚０．０２μｍ程度のア
ンドープのＧａＮ（ｕ−ＧａＮ）層５ｂとで構成されて
いる。そして、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ層５ａのＭｇのドー
プ量は２×１０19ｃｍ-3程度である。上記Ａｌ0.35Ｇａ
0.65Ｎ層５ａが障壁層、ｕ−ＧａＮ）層５ｂが井戸層と
なる。
ング層５は、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４上に設けられる膜厚
０．１μｍ程度のＭｇをドープしたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ
層５ａとその上に設けられる膜厚０．０２μｍ程度のア
ンドープのＧａＮ（ｕ−ＧａＮ）層５ｂとで構成されて
いる。そして、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ層５ａのＭｇのドー
プ量は２×１０19ｃｍ-3程度である。上記Ａｌ0.35Ｇａ
0.65Ｎ層５ａが障壁層、ｕ−ＧａＮ）層５ｂが井戸層と
なる。
【００２７】このように形成された変調ドープ層５は、
図２のバンド構造図に示すように、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ
層５ａのアクセプタからｕ−ＧａＮ層５ｂにホールが供
給され、ホールの移動度が高い層となる。この結果、キ
ャリア濃度と移動度が向上し、この変調ドープ層５上に
設けられるｐ型ＧａＮ層６の導電性が向上する。従っ
て、ｐ型ＧａＮ層６の下部に変調ドープ層５を設けるこ
とにより、ホールは基板面内方向に流れやすくなり、ｐ
型ＧａＮ層６のコンタクト抵抗を下げることができる。
このため、パッド電極程度の大きさのｐ電極８をｐ型Ｇ
ａＮ層６に設けるだけで、ｐ電極８からの電流は変調ド
ーピング層５により、基板面内方向に流れることにな
り、発光層４の全面から光が発光することになる。
図２のバンド構造図に示すように、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ
層５ａのアクセプタからｕ−ＧａＮ層５ｂにホールが供
給され、ホールの移動度が高い層となる。この結果、キ
ャリア濃度と移動度が向上し、この変調ドープ層５上に
設けられるｐ型ＧａＮ層６の導電性が向上する。従っ
て、ｐ型ＧａＮ層６の下部に変調ドープ層５を設けるこ
とにより、ホールは基板面内方向に流れやすくなり、ｐ
型ＧａＮ層６のコンタクト抵抗を下げることができる。
このため、パッド電極程度の大きさのｐ電極８をｐ型Ｇ
ａＮ層６に設けるだけで、ｐ電極８からの電流は変調ド
ーピング層５により、基板面内方向に流れることにな
り、発光層４の全面から光が発光することになる。
【００２８】上記した障壁層となるＡｌxＧａ1-xＮ層５
ａは、Ａｌの組成比ｘが０．２５未満であると、Ａｌx
Ｇａ1-xＮ層５ａとｕ−ＧａＮ層５ｂとのバンドギャッ
プの差が小さくなり、ＡｌxＧａ1-xＮ層５ａ中のイオン
化されたアクセプタ不純物のエネルギーがｕ−ＧａＮ層
５ｂにおける価電子帯端のエネルギーよりも大きくなる
ため、変調ドープの効果がでない。また、Ａｌの組成比
ｘが０．４より大きくなると、ＡｌxＧａ1-xＮ層５ａの
抵抗が大きくなるため、第１の実施の形態のようなＡｌ
xＧａ1-xＮ層５ａの膜厚方向に電流が流れる構成のデバ
イスには適用できない。従って、ＡｌxＧａ1-xＮ層５ａ
におけるＡｌの組成比ｘは、０．２５≦ｘ≦０．４の範
囲であることが好ましい。
ａは、Ａｌの組成比ｘが０．２５未満であると、Ａｌx
Ｇａ1-xＮ層５ａとｕ−ＧａＮ層５ｂとのバンドギャッ
プの差が小さくなり、ＡｌxＧａ1-xＮ層５ａ中のイオン
化されたアクセプタ不純物のエネルギーがｕ−ＧａＮ層
５ｂにおける価電子帯端のエネルギーよりも大きくなる
ため、変調ドープの効果がでない。また、Ａｌの組成比
ｘが０．４より大きくなると、ＡｌxＧａ1-xＮ層５ａの
抵抗が大きくなるため、第１の実施の形態のようなＡｌ
xＧａ1-xＮ層５ａの膜厚方向に電流が流れる構成のデバ
イスには適用できない。従って、ＡｌxＧａ1-xＮ層５ａ
におけるＡｌの組成比ｘは、０．２５≦ｘ≦０．４の範
囲であることが好ましい。
【００２９】上記の図１に示した実施の形態におけるＬ
ＥＤチップの特性を測定したところ、動作電圧は４Ｖ、
動作電流は２０ｍＡ、発光ピーク波長は４５５ｎｍ、輝
度は２ｃｄであり、従来の構造よりも動作電圧及び発光
輝度が向上していることが確認できた。
ＥＤチップの特性を測定したところ、動作電圧は４Ｖ、
動作電流は２０ｍＡ、発光ピーク波長は４５５ｎｍ、輝
度は２ｃｄであり、従来の構造よりも動作電圧及び発光
輝度が向上していることが確認できた。
【００３０】上記図１に示すＬＥＤチップの各化合物半
導体膜はＭＯＣＶＤ法によりサファイア基板１上に形成
される。図３は、上記各化合物半導体膜の成膜に用いら
れる横型ＭＯＣＶＤ装置の一例を示す模式図である。
導体膜はＭＯＣＶＤ法によりサファイア基板１上に形成
される。図３は、上記各化合物半導体膜の成膜に用いら
れる横型ＭＯＣＶＤ装置の一例を示す模式図である。
【００３１】この横型ＭＯＣＶＤ装置は、２層流構造に
なっており、２層流ガスが交わる形成室３０内のところ
にサファイア基板１が図示しないサセプタにより傾斜を
有して保持される。この形成室３０は、図示しない真空
ポンプにより所定の真空度に排気される。また、サセプ
タは高周波コイルなどにより所定の成長温度に加熱され
るようになっている。
なっており、２層流ガスが交わる形成室３０内のところ
にサファイア基板１が図示しないサセプタにより傾斜を
有して保持される。この形成室３０は、図示しない真空
ポンプにより所定の真空度に排気される。また、サセプ
タは高周波コイルなどにより所定の成長温度に加熱され
るようになっている。
【００３２】そして、形成室３０内には、原料ガス供給
ライン３１より原料ガスが基板１の表面に供給されると
共に、その原料ガス供給ライン３１より上層に配置され
た上層流ガスライン３２より水素及び／又は窒素ガスが
供給される。この上層流ガスライン３２は、バルブを介
して水素（Ｈ2）ガスボンベ、窒素（Ｎ2）ガスボンベに
接続されている。そして、この上層流ガスライン３２か
ら供給される水素（Ｈ 2）ガス及び／又は窒素（Ｎ2）ガ
スにより、原料ガスが基板１面に押圧され、原料ガスが
基板１に接触される。
ライン３１より原料ガスが基板１の表面に供給されると
共に、その原料ガス供給ライン３１より上層に配置され
た上層流ガスライン３２より水素及び／又は窒素ガスが
供給される。この上層流ガスライン３２は、バルブを介
して水素（Ｈ2）ガスボンベ、窒素（Ｎ2）ガスボンベに
接続されている。そして、この上層流ガスライン３２か
ら供給される水素（Ｈ 2）ガス及び／又は窒素（Ｎ2）ガ
スにより、原料ガスが基板１面に押圧され、原料ガスが
基板１に接触される。
【００３３】原料ガスとしての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）の有機金属化合物ソースは、微
量のバブリングガスにより気化され、図示しないバルブ
を介して原料ガス供給ライン３１に与えられる。また、
アンモニア（ＮＨ3）、Ｓｉを含むｎ型ドーパントガス
（例えば、ＳｉＨ4）、Ｍｇを含むｐ型ドーパントガス
（例えば、Ｃｐ2Ｍｇ）も図示しないバルブを介して原
料ガス供給ライン３１に与えられる。
（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）の有機金属化合物ソースは、微
量のバブリングガスにより気化され、図示しないバルブ
を介して原料ガス供給ライン３１に与えられる。また、
アンモニア（ＮＨ3）、Ｓｉを含むｎ型ドーパントガス
（例えば、ＳｉＨ4）、Ｍｇを含むｐ型ドーパントガス
（例えば、Ｃｐ2Ｍｇ）も図示しないバルブを介して原
料ガス供給ライン３１に与えられる。
【００３４】上記のように構成された横型ＭＯＣＶＤ装
置を用いて、図１に示すＬＥＤチップを製造する方法に
ついて説明する。
置を用いて、図１に示すＬＥＤチップを製造する方法に
ついて説明する。
【００３５】まず、基板１上に低温ＡｌＮバッファ層２
を形成する。原料ガスとして、ＴＭＡとＮＨ3を形成室
３０内に供給し、基板温度を５００℃に保ち基板１上に
膜厚５ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層２を形成する。
を形成する。原料ガスとして、ＴＭＡとＮＨ3を形成室
３０内に供給し、基板温度を５００℃に保ち基板１上に
膜厚５ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層２を形成する。
【００３６】続いて、原料ガスをＴＭＧ、ＮＨ3、ドー
パントガスをＳｉＨ4に切り替え形成室３０内にそれぞ
れ供給し、基板温度を１０００℃に保ちＡｌＮバッファ
層２上に膜厚０．４μｍのｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）
膜３を形成する。
パントガスをＳｉＨ4に切り替え形成室３０内にそれぞ
れ供給し、基板温度を１０００℃に保ちＡｌＮバッファ
層２上に膜厚０．４μｍのｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）
膜３を形成する。
【００３７】そして、原料ガスを、ＴＭＩ、ＴＭＧとＮ
Ｈ3に切り替え形成室３０内にそれぞれ供給し、基板温
度を８００℃に保ち、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）膜３
上に発光層としての膜厚２．５ｎｍＩｎ0.4Ｇａ0.58Ｎ
層４を形成する。
Ｈ3に切り替え形成室３０内にそれぞれ供給し、基板温
度を８００℃に保ち、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）膜３
上に発光層としての膜厚２．５ｎｍＩｎ0.4Ｇａ0.58Ｎ
層４を形成する。
【００３８】次に、原料ガスを、ＴＭＡ、ＴＭＧとＮＨ
3、ドーパントガスをＣｐ2Ｍｇに切り替えて形成室３０
内にそれぞれ供給し、基板温度を１０００℃に保ち、Ｍ
ｇがドープされたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ層５ａを形成す
る。この時Ｍｇのドープ量が２×１０19ｃｍ-3となるよ
うに、ドーパントガスが制御される。続いて、原料ガス
を、ＴＭＧとＮＨ3に切り替えて形成室３０内にそれぞ
れ供給し、基板温度を１０００℃に保ち、Ａｌ0.35Ｇａ
0.65Ｎ層５ａ上膜厚０．０２μｍのアンドープのＧａＮ
層５ｂを形成し、変調ドープ層５が形成される。
3、ドーパントガスをＣｐ2Ｍｇに切り替えて形成室３０
内にそれぞれ供給し、基板温度を１０００℃に保ち、Ｍ
ｇがドープされたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ層５ａを形成す
る。この時Ｍｇのドープ量が２×１０19ｃｍ-3となるよ
うに、ドーパントガスが制御される。続いて、原料ガス
を、ＴＭＧとＮＨ3に切り替えて形成室３０内にそれぞ
れ供給し、基板温度を１０００℃に保ち、Ａｌ0.35Ｇａ
0.65Ｎ層５ａ上膜厚０．０２μｍのアンドープのＧａＮ
層５ｂを形成し、変調ドープ層５が形成される。
【００３９】そして、原料ガスを、ＴＭＧとＮＨ3、ド
ーパントガスをＣｐ2Ｍｇに切り替えて形成室３０内に
それぞれ供給し、基板温度を１０００℃に保ち、変調ド
ープ層５上にｐ型の窒化物系化合物半導体としての膜厚
０．５μｍのｐ型ＧａＮ層６を形成する。
ーパントガスをＣｐ2Ｍｇに切り替えて形成室３０内に
それぞれ供給し、基板温度を１０００℃に保ち、変調ド
ープ層５上にｐ型の窒化物系化合物半導体としての膜厚
０．５μｍのｐ型ＧａＮ層６を形成する。
【００４０】上記のように形成することで、ｐ型ＧａＮ
層６の下部に変調ドープ層５が設けられ、ホールは基板
面内方向に流れやすくなり、ｐ型ＧａＮ層６のコンタク
ト抵抗を下げることができる。このため、パッド電極程
度の大きさのｐ電極８をｐ型ＧａＮ層６に設けるだけ
で、ｐ電極８からの電流は変調ドーピング層５により、
基板面内方向に流れることになり、発光層４の全面から
光を発光させることができる。
層６の下部に変調ドープ層５が設けられ、ホールは基板
面内方向に流れやすくなり、ｐ型ＧａＮ層６のコンタク
ト抵抗を下げることができる。このため、パッド電極程
度の大きさのｐ電極８をｐ型ＧａＮ層６に設けるだけ
で、ｐ電極８からの電流は変調ドーピング層５により、
基板面内方向に流れることになり、発光層４の全面から
光を発光させることができる。
【００４１】図４は、この発明の窒化ガリウム系化合物
半導体装置の第２の実施の形態を示し、ＩｎyＧａ1-yＮ
化合物半導体膜を発光層として用いた発光ダイオード
（ＬＥＤ）チップの縦断面側面図である。
半導体装置の第２の実施の形態を示し、ＩｎyＧａ1-yＮ
化合物半導体膜を発光層として用いた発光ダイオード
（ＬＥＤ）チップの縦断面側面図である。
【００４２】このＬＥＤチップは、サファイア基板１上
にｎ型窒化物系化合物半導体としての膜厚５ｎｍ程度の
ＡｌＮバッファ層２が形成されている。このＡｌＮバッ
ファ層２上に膜厚０．４μｍ程度のｎ型窒化ガリウム
（ＧａＮ）膜３と、青色の発光層としての膜厚２．５ｎ
ｍ程度のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４が形成されている。この
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４上にＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の
ｐ型ドーパントをデルタドーピングした膜厚５ｎｍ程度
のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの障壁層５０ａと膜厚１０ｎｍ程度
のアンドープのＧａＮの井戸層５０ｂを交互に積層した
多重量子井戸構造（ＭＱＷ）からなる変調ドーピング層
５０を介して膜厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層６が積
層形成されている。そして、前記ｎ型ＧａＮ層３におけ
るメサエッチングされた表面上にｎ電極７が形成され、
ｐ型ＧａＮ層６上にｐ電極８が形成されている。
にｎ型窒化物系化合物半導体としての膜厚５ｎｍ程度の
ＡｌＮバッファ層２が形成されている。このＡｌＮバッ
ファ層２上に膜厚０．４μｍ程度のｎ型窒化ガリウム
（ＧａＮ）膜３と、青色の発光層としての膜厚２．５ｎ
ｍ程度のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４が形成されている。この
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４上にＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の
ｐ型ドーパントをデルタドーピングした膜厚５ｎｍ程度
のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの障壁層５０ａと膜厚１０ｎｍ程度
のアンドープのＧａＮの井戸層５０ｂを交互に積層した
多重量子井戸構造（ＭＱＷ）からなる変調ドーピング層
５０を介して膜厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層６が積
層形成されている。そして、前記ｎ型ＧａＮ層３におけ
るメサエッチングされた表面上にｎ電極７が形成され、
ｐ型ＧａＮ層６上にｐ電極８が形成されている。
【００４３】さて、この実施の形態における変調ドーピ
ング層５０は、図５に示すように、膜厚５ｎｍ程度のＭ
ｇを１×１０13ｃｍ-2のドーズ量でデルタドープしたＡ
ｌ0. 3Ｇａ0.7Ｎ層からなる障壁層５０ａと膜厚１０ｎｍ
程度のアンドープのＧａＮ層からなる井戸層５０ｂとで
構成されている。尚、この実施の形態においては、障壁
層５０ａは１０１層、井戸層５０ｂは１００層である。
ング層５０は、図５に示すように、膜厚５ｎｍ程度のＭ
ｇを１×１０13ｃｍ-2のドーズ量でデルタドープしたＡ
ｌ0. 3Ｇａ0.7Ｎ層からなる障壁層５０ａと膜厚１０ｎｍ
程度のアンドープのＧａＮ層からなる井戸層５０ｂとで
構成されている。尚、この実施の形態においては、障壁
層５０ａは１０１層、井戸層５０ｂは１００層である。
【００４４】また、上記障壁層５０ａは、Ｍｇをドーズ
量１×１０13ｃｍ-2でデルタ（ｄｅｌｔａ）ドープを行
っている。このデルタドープは、まず、アンドープのＡ
ｌＧａＮ層を２．５ｎｍの膜厚で成長させ、次いで、Ｎ
Ｈ3およびＣｐ2Ｍｇガスのみを供給してＭｇのドーズ量
が１×１０13ｃｍ-2となるようにデルタドープする。そ
の後、さらにアンドープのＡｌＧａＮ層を２．５ｎｍの
膜厚で成長させ、最終的に膜厚５ｎｍのデルタドープＡ
ｌＧａＮ層からなる障壁層５０ａが形成される。
量１×１０13ｃｍ-2でデルタ（ｄｅｌｔａ）ドープを行
っている。このデルタドープは、まず、アンドープのＡ
ｌＧａＮ層を２．５ｎｍの膜厚で成長させ、次いで、Ｎ
Ｈ3およびＣｐ2Ｍｇガスのみを供給してＭｇのドーズ量
が１×１０13ｃｍ-2となるようにデルタドープする。そ
の後、さらにアンドープのＡｌＧａＮ層を２．５ｎｍの
膜厚で成長させ、最終的に膜厚５ｎｍのデルタドープＡ
ｌＧａＮ層からなる障壁層５０ａが形成される。
【００４５】この変調ドープ層５０は、図６のバンド構
造図に示すように、Ａｌ0.35Ｇａ0. 7Ｎ層５０ａのアク
セプタからＧａＮ層５０ｂにホールが供給され、ホール
の移動度が高い層となる。この結果、キャリア濃度と移
動度が向上し、ｐ型ＧａＮ層６の導電性が向上する。従
って、ｐ型ＧａＮ層６の下部に変調ドープ層５０を設け
ることにより、ホールは基板面内方向に流れやすくな
り、ｐ型ＧａＮ層６のコンタクト抵抗を下げることがで
きる。
造図に示すように、Ａｌ0.35Ｇａ0. 7Ｎ層５０ａのアク
セプタからＧａＮ層５０ｂにホールが供給され、ホール
の移動度が高い層となる。この結果、キャリア濃度と移
動度が向上し、ｐ型ＧａＮ層６の導電性が向上する。従
って、ｐ型ＧａＮ層６の下部に変調ドープ層５０を設け
ることにより、ホールは基板面内方向に流れやすくな
り、ｐ型ＧａＮ層６のコンタクト抵抗を下げることがで
きる。
【００４６】上記図４に示すＬＥＤチップの各化合物半
導体膜は図１に示すＬＥＤチップと同様に図３に示す横
型ＭＯＣＶＤ装置を用いてサファイア基板１上に形成さ
れる。
導体膜は図１に示すＬＥＤチップと同様に図３に示す横
型ＭＯＣＶＤ装置を用いてサファイア基板１上に形成さ
れる。
【００４７】図７は、この発明の窒化ガリウム系化合物
半導体装置の第３の実施の形態を示し、２つのＩｎyＧ
ａ1-yＮ化合物半導体膜を発光層として用いたモノリシ
ック型２色発光ダイオード（ＬＥＤ）チップの縦断面側
面図である。
半導体装置の第３の実施の形態を示し、２つのＩｎyＧ
ａ1-yＮ化合物半導体膜を発光層として用いたモノリシ
ック型２色発光ダイオード（ＬＥＤ）チップの縦断面側
面図である。
【００４８】このＬＥＤチップは、サファイア基板１上
にｎ型窒化物系化合物半導体としての膜厚５ｎｍ程度の
ＡｌＮバッファ層２が形成されている。このＡｌＮバッ
ファ層２上に膜厚３μｍ程度のｎ型窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）膜３と、緑色の発光層としての膜厚２．５ｎｍ程度
のＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ層１０が形成されている。このＩｎ
0.4Ｇａ0.6Ｎ層４上にＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等のｐ型
ドーパントをドーピングした膜厚５ｎｍ程度のＡｌ0.3
Ｇａ0.7Ｎの障壁層５０ａと膜厚１０ｎｍ程度のアンド
ープのＧａＮの井戸層５０ｂを交互に積層した多重量子
井戸構造（ＭＱＷ）からなる変調ドーピング層５０が形
成されている。この変調ドーピング層５０上に膜厚０．
５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層６が積層形成されている。そ
して、このｐ型ＧａＮ層６上に膜厚０．１μｍ程度のｐ
型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１１が設けられ、この上に、青色
の発光層としての膜厚２．５ｎｍ程度のＩｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ層１２が形成され、更にこの上に膜厚０．５μｍ程度
のｎ型ＧａＮ層１３が設けられている。
にｎ型窒化物系化合物半導体としての膜厚５ｎｍ程度の
ＡｌＮバッファ層２が形成されている。このＡｌＮバッ
ファ層２上に膜厚３μｍ程度のｎ型窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）膜３と、緑色の発光層としての膜厚２．５ｎｍ程度
のＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ層１０が形成されている。このＩｎ
0.4Ｇａ0.6Ｎ層４上にＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等のｐ型
ドーパントをドーピングした膜厚５ｎｍ程度のＡｌ0.3
Ｇａ0.7Ｎの障壁層５０ａと膜厚１０ｎｍ程度のアンド
ープのＧａＮの井戸層５０ｂを交互に積層した多重量子
井戸構造（ＭＱＷ）からなる変調ドーピング層５０が形
成されている。この変調ドーピング層５０上に膜厚０．
５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層６が積層形成されている。そ
して、このｐ型ＧａＮ層６上に膜厚０．１μｍ程度のｐ
型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１１が設けられ、この上に、青色
の発光層としての膜厚２．５ｎｍ程度のＩｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ層１２が形成され、更にこの上に膜厚０．５μｍ程度
のｎ型ＧａＮ層１３が設けられている。
【００４９】そして、前記ｎ型ＧａＮ層３におけるメサ
エッチングされた表面上に緑色の発光層用のｎ電極１４
が形成され、ｐ型ＧａＮ層６におけるメサエッチングさ
れた表面上に緑色、青色共用のｐ電極１５が形成され、
更に、ｎ型ＧａＮ層１３上に青色の発光層用のｎ電極１
６が形成されている。
エッチングされた表面上に緑色の発光層用のｎ電極１４
が形成され、ｐ型ＧａＮ層６におけるメサエッチングさ
れた表面上に緑色、青色共用のｐ電極１５が形成され、
更に、ｎ型ＧａＮ層１３上に青色の発光層用のｎ電極１
６が形成されている。
【００５０】さて、この実施の形態における変調ドーピ
ング層５０も、前述した第２の実施の形態と同じく膜厚
５ｎｍ程度のＭｇを１×１０13ｃｍ-2のドーズ量でデル
タドープしたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ層からなる障壁層５０
ａと膜厚１０ｎｍ程度のアンドープのＧａＮ層からなる
井戸層５０ｂが形成されている。尚、障壁層５０ａは１
０１層、井戸層５０ｂは１００層である。
ング層５０も、前述した第２の実施の形態と同じく膜厚
５ｎｍ程度のＭｇを１×１０13ｃｍ-2のドーズ量でデル
タドープしたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ層からなる障壁層５０
ａと膜厚１０ｎｍ程度のアンドープのＧａＮ層からなる
井戸層５０ｂが形成されている。尚、障壁層５０ａは１
０１層、井戸層５０ｂは１００層である。
【００５１】この変調ドープ層５０は、図６のバンド構
造図に示すように、Ａｌ0.35Ｇａ0. 65Ｎ層５０ａのアク
セプタからＧａＮ層５０ｂにホールが供給され、ホール
の移動度が高い層となる。この結果、キャリア濃度と移
動度が向上し、ｐ型ＧａＮ層６の導電性が向上する。従
って、ｐ型ＧａＮ層６の下部に変調ドープ層５を設ける
ことにより、ホールは基板面内方向に流れる。このた
め、緑色発光層１０および青色発光層１２からそれぞれ
発光させることができる。
造図に示すように、Ａｌ0.35Ｇａ0. 65Ｎ層５０ａのアク
セプタからＧａＮ層５０ｂにホールが供給され、ホール
の移動度が高い層となる。この結果、キャリア濃度と移
動度が向上し、ｐ型ＧａＮ層６の導電性が向上する。従
って、ｐ型ＧａＮ層６の下部に変調ドープ層５を設ける
ことにより、ホールは基板面内方向に流れる。このた
め、緑色発光層１０および青色発光層１２からそれぞれ
発光させることができる。
【００５２】変調ドープ層を設けずに図７に示す構造と
同様のモノリシックの２色ＬＥＤでは、ｐ型ＧａＮ層６
のコンタクト抵抗が高く、基板面内方向に電流が殆ど流
れないので、青色発光層１２からは殆ど発光させること
ができず、動作電圧を１００Ｖ以上にしても輝度は０．
２ｃｄ程度しか得られない。これに対して、変調ドープ
層５０を設けたこの実施の形態においては、発光層１２
は、動作電圧４Ｖ、動作電流２０ｍＡで発光ピーク波長
４５５ｎｍ、輝度２ｃｄの発光が得られた。また、発光
層１０は、動作電圧４．５Ｖ、動作電流２０ｍＡで発光
ピーク波長５２０ｎｍ、輝度２ｃｄの発光が得られた。
同様のモノリシックの２色ＬＥＤでは、ｐ型ＧａＮ層６
のコンタクト抵抗が高く、基板面内方向に電流が殆ど流
れないので、青色発光層１２からは殆ど発光させること
ができず、動作電圧を１００Ｖ以上にしても輝度は０．
２ｃｄ程度しか得られない。これに対して、変調ドープ
層５０を設けたこの実施の形態においては、発光層１２
は、動作電圧４Ｖ、動作電流２０ｍＡで発光ピーク波長
４５５ｎｍ、輝度２ｃｄの発光が得られた。また、発光
層１０は、動作電圧４．５Ｖ、動作電流２０ｍＡで発光
ピーク波長５２０ｎｍ、輝度２ｃｄの発光が得られた。
【００５３】上記図７に示すＬＥＤチップの各化合物半
導体膜は図１に示すＬＥＤチップと同様に図２に示す横
型ＭＯＣＶＤ装置を用いてサファイア基板１上に形成さ
れる。
導体膜は図１に示すＬＥＤチップと同様に図２に示す横
型ＭＯＣＶＤ装置を用いてサファイア基板１上に形成さ
れる。
【００５４】図８は、この発明の窒化ガリウム系化合物
半導体装置の第４の実施の形態を示し、ＡｌxＩｎyＧａ
1-x-yＮ化合物半導体膜を障壁層及びＩｎyＧａ1-yＮ化
合物半導体膜を井戸層とした多重量子井戸（ＭＱＷ）を
活性層として用いた半導体レーザダイオードチップの縦
断面側面図である。
半導体装置の第４の実施の形態を示し、ＡｌxＩｎyＧａ
1-x-yＮ化合物半導体膜を障壁層及びＩｎyＧａ1-yＮ化
合物半導体膜を井戸層とした多重量子井戸（ＭＱＷ）を
活性層として用いた半導体レーザダイオードチップの縦
断面側面図である。
【００５５】この半導体レーザチップは、サファイア基
板１上にｎ型窒化物系化合物半導体としての膜厚５ｎｍ
のＡｌＮバッファ層２が形成されている。このＡｌＮバ
ッファ層２上に膜厚３μｍ程度のｎ型窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）膜２１と、膜厚０．５μｍ程度のｎ型Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎのクラッド層２２が形成されている。このクラ
ッド層２２上に多重量子井戸（ＭＱＷ）からなるＩｎＧ
ａＮ組成の光活性層２３と、膜厚０．５μｍ程度のｐ型
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎのクラッド層２４と、膜厚０．５μ
ｍ程度のｐ型ＧａＮのキャップ層２５とがこの順に積層
され形成されている。クラッド層２４とキャップ層２５
とはストライプリッジ導波路２４ａで接続され、導波路
２４ａ以外のクラッド層２４とキャップ層２５の間に
は、膜厚０．３μｍのｎ型ＧａＮの電流狭窄層２６とこ
の電流狭窄層２６上に、膜厚０．１μｍ程度のＭｇをド
ープした障壁層なるＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ層２７ａとその
上に設けられる膜厚０．０２μｍ程度の井戸層となるア
ンドープのＧａＮ（ｕ−ＧａＮ）層２７ｂとで構成され
る変調ドープ層２７が設けられている。上記Ａｌ0.35Ｇ
ａ0.65Ｎ層２７ａのＭｇのドープ量は２×１０19ｃｍ-3
程度である。そして、前記ｎ型ＧａＮ層２１におけるメ
サエッチングされた表面上にｎ電極２８が形成され、ｐ
型ＧａＮ層のキャップ層２５上にｐ電極２９が形成され
ている。
板１上にｎ型窒化物系化合物半導体としての膜厚５ｎｍ
のＡｌＮバッファ層２が形成されている。このＡｌＮバ
ッファ層２上に膜厚３μｍ程度のｎ型窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）膜２１と、膜厚０．５μｍ程度のｎ型Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎのクラッド層２２が形成されている。このクラ
ッド層２２上に多重量子井戸（ＭＱＷ）からなるＩｎＧ
ａＮ組成の光活性層２３と、膜厚０．５μｍ程度のｐ型
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎのクラッド層２４と、膜厚０．５μ
ｍ程度のｐ型ＧａＮのキャップ層２５とがこの順に積層
され形成されている。クラッド層２４とキャップ層２５
とはストライプリッジ導波路２４ａで接続され、導波路
２４ａ以外のクラッド層２４とキャップ層２５の間に
は、膜厚０．３μｍのｎ型ＧａＮの電流狭窄層２６とこ
の電流狭窄層２６上に、膜厚０．１μｍ程度のＭｇをド
ープした障壁層なるＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ層２７ａとその
上に設けられる膜厚０．０２μｍ程度の井戸層となるア
ンドープのＧａＮ（ｕ−ＧａＮ）層２７ｂとで構成され
る変調ドープ層２７が設けられている。上記Ａｌ0.35Ｇ
ａ0.65Ｎ層２７ａのＭｇのドープ量は２×１０19ｃｍ-3
程度である。そして、前記ｎ型ＧａＮ層２１におけるメ
サエッチングされた表面上にｎ電極２８が形成され、ｐ
型ＧａＮ層のキャップ層２５上にｐ電極２９が形成され
ている。
【００５６】このように形成された変調ドープ層２７
は、前述した図２のバンド構造図に示すように、Ａｌ
0.35Ｇａ0.65Ｎ層２７ａのアクセプタからｕ−ＧａＮ層
２７ｂにホールが供給され、ホールの移動度が高い層と
なる。この結果、キャリア濃度と移動度が向上し、この
変調ドープ層２７上に設けられるｐ型ＧａＮ層からなる
キャップ２５の導電性が向上する。従って、ｐ型ＧａＮ
層２５の下部に変調ドープ層５を設けることにより、ホ
ールは基板面内方向に流れやすくなり、ｐ型ＧａＮ層２
５のコンタクト抵抗を下げることができる。このため、
ｐ電極２９からの電流は変調ドーピング層２７により、
基板面内方向に流れることになり、ストライプリッジ導
波路２４ａに電流が集中して与えられることになる。
は、前述した図２のバンド構造図に示すように、Ａｌ
0.35Ｇａ0.65Ｎ層２７ａのアクセプタからｕ−ＧａＮ層
２７ｂにホールが供給され、ホールの移動度が高い層と
なる。この結果、キャリア濃度と移動度が向上し、この
変調ドープ層２７上に設けられるｐ型ＧａＮ層からなる
キャップ２５の導電性が向上する。従って、ｐ型ＧａＮ
層２５の下部に変調ドープ層５を設けることにより、ホ
ールは基板面内方向に流れやすくなり、ｐ型ＧａＮ層２
５のコンタクト抵抗を下げることができる。このため、
ｐ電極２９からの電流は変調ドーピング層２７により、
基板面内方向に流れることになり、ストライプリッジ導
波路２４ａに電流が集中して与えられることになる。
【００５７】リッジ導波路を設けずに、クラッド層全面
にキャップ層を設け、電極をミクロンオーダで形成した
ものが、閾値電圧が８Ｖ程度であるのに対して、この実
施の形態においては、閾値電圧５Ｖ、閾値電流８０ｍ
Ａ、発信波長４２０ｎｍのレーザが得られた。
にキャップ層を設け、電極をミクロンオーダで形成した
ものが、閾値電圧が８Ｖ程度であるのに対して、この実
施の形態においては、閾値電圧５Ｖ、閾値電流８０ｍ
Ａ、発信波長４２０ｎｍのレーザが得られた。
【００５８】上記図８に示す半導体レーザダイオードの
各化合物半導体膜は図１に示すＬＥＤチップと同様に図
３に示す横型ＭＯＣＶＤ装置を用いてサファイア基板１
上に形成することができる。
各化合物半導体膜は図１に示すＬＥＤチップと同様に図
３に示す横型ＭＯＣＶＤ装置を用いてサファイア基板１
上に形成することができる。
【００５９】上記した障壁層となるＡｌxＧａ1-xＮ層２
７ａは、前述した第１の実施の形態と同様にＡｌの組成
比ｘが０．２５未満であると、ＡｌxＧａ1-xＮ層２７ａ
とｕ−ＧａＮ層２７ｂとのバンドギャップの差が小さく
なり、ＡｌxＧａ1-xＮ層２７ａ中のイオン化されたアク
セプタ不純物のエネルギーがｕ−ＧａＮ層５ｂにおける
価電子帯端のエネルギーよりも大きくなるため、変調ド
ープの効果がでない。一方、この第４の実施の形態にお
いては、電流がＡｌxＧａ1-xＮ層２７ａ層中に流れない
構造であるので、ＡｌxＧａ1-xＮ層２７ａの抵抗が増加
しても支障はない。従って、ＡｌxＧａ1-xＮ層２７ａに
おけるＡｌの組成比ｘは、０．２５≦ｘ≦０．１の範囲
であることが好ましい。
７ａは、前述した第１の実施の形態と同様にＡｌの組成
比ｘが０．２５未満であると、ＡｌxＧａ1-xＮ層２７ａ
とｕ−ＧａＮ層２７ｂとのバンドギャップの差が小さく
なり、ＡｌxＧａ1-xＮ層２７ａ中のイオン化されたアク
セプタ不純物のエネルギーがｕ−ＧａＮ層５ｂにおける
価電子帯端のエネルギーよりも大きくなるため、変調ド
ープの効果がでない。一方、この第４の実施の形態にお
いては、電流がＡｌxＧａ1-xＮ層２７ａ層中に流れない
構造であるので、ＡｌxＧａ1-xＮ層２７ａの抵抗が増加
しても支障はない。従って、ＡｌxＧａ1-xＮ層２７ａに
おけるＡｌの組成比ｘは、０．２５≦ｘ≦０．１の範囲
であることが好ましい。
【００６０】上記した実施の形態においては、変調ドー
プ層２７を膜厚０．１μｍ程度のＭｇをドープしたＡｌ
0.35Ｇａ0.65Ｎ層２７ａとその上に設けられる膜厚０．
０２μｍ程度のアンドープのＧａＮ（ｕ−ＧａＮ）層２
７ｂとで構成したが、膜厚５ｎｍ程度のＭｇを１×１０
13ｃｍ-2のドーズ量でデルタドープしたＡｌ0.3Ｇａ0 .7
Ｎ層からなる障壁層５０ａと膜厚１０ｎｍ程度のアンド
ープのＧａＮ層からなる井戸層５０ｂとで構成してもよ
い。
プ層２７を膜厚０．１μｍ程度のＭｇをドープしたＡｌ
0.35Ｇａ0.65Ｎ層２７ａとその上に設けられる膜厚０．
０２μｍ程度のアンドープのＧａＮ（ｕ−ＧａＮ）層２
７ｂとで構成したが、膜厚５ｎｍ程度のＭｇを１×１０
13ｃｍ-2のドーズ量でデルタドープしたＡｌ0.3Ｇａ0 .7
Ｎ層からなる障壁層５０ａと膜厚１０ｎｍ程度のアンド
ープのＧａＮ層からなる井戸層５０ｂとで構成してもよ
い。
【００６１】また、上記した実施の形態においては、変
調ドープ層を構成する障壁層はｐ型ドーパントをドープ
したＡｌＧａＮを用い、井戸層はアンドープのＧａＮ層
を用いたが、井戸層はアンドープの窒化ガリウム系化合
物半導体材料で、障壁層がｐ型ドーパントをドープし且
つアンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層よりも広
いバンドギャップを有する窒化ガリウム系化合物半導体
材料であれば良く、次の表に示すような組み合わせの半
導体材料を用いることができる。
調ドープ層を構成する障壁層はｐ型ドーパントをドープ
したＡｌＧａＮを用い、井戸層はアンドープのＧａＮ層
を用いたが、井戸層はアンドープの窒化ガリウム系化合
物半導体材料で、障壁層がｐ型ドーパントをドープし且
つアンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層よりも広
いバンドギャップを有する窒化ガリウム系化合物半導体
材料であれば良く、次の表に示すような組み合わせの半
導体材料を用いることができる。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、変調ドープ層が、ｐ型ドーパントをドープした窒化
ガリウム系化合物半導体層のアクセプタからアンドープ
の窒化ガリウム系化合物半導体層にホールが供給され、
ホールの移動度が高い層となる。この結果、キャリア濃
度と移動度が向上し、この変調ドープ層上に設けられる
ｐ型ＧａＮ層の導電性が向上する。従って、ｐ型ＧａＮ
層の下部に変調ドープ層を設けることにより、ホールは
基板面内方向に流れやすくなり、ｐ型ＧａＮ層のコンタ
クト抵抗を下げることができる。
ば、変調ドープ層が、ｐ型ドーパントをドープした窒化
ガリウム系化合物半導体層のアクセプタからアンドープ
の窒化ガリウム系化合物半導体層にホールが供給され、
ホールの移動度が高い層となる。この結果、キャリア濃
度と移動度が向上し、この変調ドープ層上に設けられる
ｐ型ＧａＮ層の導電性が向上する。従って、ｐ型ＧａＮ
層の下部に変調ドープ層を設けることにより、ホールは
基板面内方向に流れやすくなり、ｐ型ＧａＮ層のコンタ
クト抵抗を下げることができる。
【図１】この発明の窒化ガリウム系化合物半導体装置の
第１の実施の形態にかかるＬＥＤチップの縦断面側面図
である。
第１の実施の形態にかかるＬＥＤチップの縦断面側面図
である。
【図２】図１に示す変調ドープ層のバンド構造を示す図
である。
である。
【図３】窒化ガリウム系化合物半導体膜の成膜に用いら
れる横型ＭＯＣＶＤ装置の一例を示す模式図である。
れる横型ＭＯＣＶＤ装置の一例を示す模式図である。
【図４】この発明の窒化ガリウム系化合物半導体装置の
第２の実施の形態にかかるＬＥＤチップの縦断面側面図
である。
第２の実施の形態にかかるＬＥＤチップの縦断面側面図
である。
【図５】多重量子井戸構造の変調ドープ層を示す模式図
である。
である。
【図６】図５に示す変調ドープ層のバンド構造を示す図
である。
である。
【図７】この発明の窒化ガリウム系化合物半導体装置の
第３の実施の形態を示し、２つのＩｎyＧａ1-yＮ化合物
半導体膜を発光層として用いたモノリシック型２色ＬＥ
Ｄチップの縦断面側面図である。
第３の実施の形態を示し、２つのＩｎyＧａ1-yＮ化合物
半導体膜を発光層として用いたモノリシック型２色ＬＥ
Ｄチップの縦断面側面図である。
【図８】この発明の窒化ガリウム系化合物半導体装置の
第４の実施の形態を示し、Ａｌ xＩｎyＧａ1-x-yＮ化合
物半導体膜を障壁層及びＩｎyＧａ1-yＮ化合物半導体膜
を井戸層とした多重量子井戸（ＭＱＷ）を活性層として
用いた半導体レーザダイオードチップの縦断面側面図で
ある。
第４の実施の形態を示し、Ａｌ xＩｎyＧａ1-x-yＮ化合
物半導体膜を障壁層及びＩｎyＧａ1-yＮ化合物半導体膜
を井戸層とした多重量子井戸（ＭＱＷ）を活性層として
用いた半導体レーザダイオードチップの縦断面側面図で
ある。
【図９】従来の発明の窒化ガリウム系化合物半導体を用
いたＬＥＤチップの縦断面側面図である。
いたＬＥＤチップの縦断面側面図である。
１ サファイア基板 ２ ＡｌＮバッファ層 ３ ｎ型ＧａＮ層 ４ Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層 ５ 変調ドープ層 ５ａ ｐ型ドーパントをドーピングしたＡｌＧａＮ層 ５ｂ アンドープのＧａＮ層 ６ ｐ型ＧａＮ層６ ７ ｎ電極７ ８ ｐ電極８
Claims (9)
- 【請求項１】 基板上に少なくともｎ型窒化ガリウム系
半導体層とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とが積層
された窒化ガリウム系半導体装置であって、前記ｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体層が、アンドープの窒化ガリ
ウム系化合物半導体層とｐ型ドーパントをドープし且つ
前記アンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層よりも
広いバンドギャップを有する窒化ガリウム系化合物半導
体とからなる変調ドーピング層を介して積層されている
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項２】 前記変調ドープ層は、アンドープのＧａ
Ｎ化合物半導体層とｐ型ドーパントをドープしたＡｌx
Ｇａ1-xＮ化合物半導体層で構成されていることを特徴
とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体装
置。 - 【請求項３】 前記ＡｌxＧａ1-xＮ化合物半導体層のｘ
が０．２５≦ｘ≦０．４の範囲に設定されることを特徴
とする請求項２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体装
置。 - 【請求項４】 前記変調ドープ層とｎ型窒化ガリウム系
半導体層との間に窒化インジウムガリウム化合物半導体
層を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載の窒化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項５】 前記窒化インジウムガリウム化合物半導
体層を発光層として用いることを特徴とする請求項４に
記載の窒化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項６】 前記窒化インジウムガリウム化合物半導
体層を活性層として用いることを特徴とする請求項４に
記載の窒化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項７】 前記変調ドープ層は、アンドープの窒化
ガリウム系化合物半導体層を井戸層、ｐ型ドーパントを
ドープし且つ前記アンドープの窒化ガリウム系化合物半
導体層よりも広いバンドギャップを有する窒化ガリウム
系化合物半導体を障壁層とする多重量子井戸構造で構成
されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれ
かに記載の窒化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項８】 前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層上にｐ
電極を形成したことを特徴とする請求項１ないし７のい
ずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項９】 基板上に設けられたｎ型窒化ガリウム系
化合物半導体層と、このｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体層上に設けられた第１の色を発光する窒化インジウム
ガリウム化合物半導体層からなる第１の発光層と、この
第１の発光層上に設けられたアンドープの窒化ガリウム
系化合物半導体層とｐ型ドーパントをドープし且つ前記
アンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層よりも広い
バンドギャップを有する窒化ガリウム系化合物半導体と
からなる変調ドーピング層と、この変調ドーピング層上
に設けられたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、こ
のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上に設けられた第
２の色を発光する窒化インジウムガリウム化合物半導体
層からなる第２の発光層と、この第２の発光層上に設け
られたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、からなる
窒化ガリウム系化合物半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20885897A JP4225594B2 (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 窒化ガリウム系化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20885897A JP4225594B2 (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 窒化ガリウム系化合物半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1154796A true JPH1154796A (ja) | 1999-02-26 |
| JP4225594B2 JP4225594B2 (ja) | 2009-02-18 |
Family
ID=16563291
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20885897A Expired - Fee Related JP4225594B2 (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 窒化ガリウム系化合物半導体装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4225594B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6365921B1 (en) * | 1999-06-15 | 2002-04-02 | Pioneer Corporation | Gallium-nitride-based semiconductor light emitting device and fabrication method |
| CN100399590C (zh) * | 2005-06-15 | 2008-07-02 | 上海蓝光科技有限公司 | Mocvd生长氮化物发光二极管结构外延片的方法 |
| JP2009224516A (ja) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | Sony Corp | ＧａＮ系半導体発光素子、発光素子組立体、発光装置、ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法、ＧａＮ系半導体発光素子の駆動方法、及び、画像表示装置 |
| JP2012195616A (ja) * | 2004-12-23 | 2012-10-11 | Lg Innotek Co Ltd | 発光素子 |
| KR101510057B1 (ko) * | 2014-06-24 | 2015-04-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 |
| US9040954B2 (en) | 2007-08-28 | 2015-05-26 | Lg Innotek Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
| CN110635007A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-31 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种抗静电外延结构及其制备方法 |
-
1997
- 1997-08-04 JP JP20885897A patent/JP4225594B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4640427B2 (ja) * | 2008-03-14 | 2011-03-02 | ソニー株式会社 | ＧａＮ系半導体発光素子、発光素子組立体、発光装置、ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法、ＧａＮ系半導体発光素子の駆動方法、及び、画像表示装置 |
| US7928452B2 (en) | 2008-03-14 | 2011-04-19 | Sony Corporation | GaN-based semiconductor light-emitting element, light-emitting element assembly, light-emitting apparatus, method of manufacturing GaN-based semiconductor light-emitting element, method of driving GaN-based semiconductor light-emitting element, and image display apparatus |
| KR101510057B1 (ko) * | 2014-06-24 | 2015-04-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 |
| CN110635007A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-31 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种抗静电外延结构及其制备方法 |
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|---|---|
| JP4225594B2 (ja) | 2009-02-18 |
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