JPH1174558A - 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法Info
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- JPH1174558A JPH1174558A JP23104497A JP23104497A JPH1174558A JP H1174558 A JPH1174558 A JP H1174558A JP 23104497 A JP23104497 A JP 23104497A JP 23104497 A JP23104497 A JP 23104497A JP H1174558 A JPH1174558 A JP H1174558A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐ側電極とｐ側コンタクト層との間に生じる
コンタクト抵抗を低くすることができ、低しきい値電
流，低動作電圧で劣化を起こさず、信頼性の向上をはか
る。 【解決手段】 サファイア基板１上にそれぞれ単結晶
の、ｎ−ＧａＮコンタクト層３，ｎ−ＡｌＧａＮクラッ
ド層４，ＧａＮ導波層５，ＭＱＷ活性層６，ＧａＮ導波
層６，ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８，ｐ−ＧａＮコンタ
クト層９を成長形成し、コンタクト層９上の一部にＰｔ
／Ａｕからなるｐ側電極１１，１２を形成し、コンタク
ト層９からクラッド層４までを一部エッチングして露出
したコンタクト層３上にＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極１
３を形成したＧａＮ系半導体レーザにおいて、コンタク
ト層９とｐ側電極１１，１２との間に、厚さが１０ｎｍ
以下でキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上の多結晶の
ＧａＮ層１０を挿入した。
コンタクト抵抗を低くすることができ、低しきい値電
流，低動作電圧で劣化を起こさず、信頼性の向上をはか
る。 【解決手段】 サファイア基板１上にそれぞれ単結晶
の、ｎ−ＧａＮコンタクト層３，ｎ−ＡｌＧａＮクラッ
ド層４，ＧａＮ導波層５，ＭＱＷ活性層６，ＧａＮ導波
層６，ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８，ｐ−ＧａＮコンタ
クト層９を成長形成し、コンタクト層９上の一部にＰｔ
／Ａｕからなるｐ側電極１１，１２を形成し、コンタク
ト層９からクラッド層４までを一部エッチングして露出
したコンタクト層３上にＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極１
３を形成したＧａＮ系半導体レーザにおいて、コンタク
ト層９とｐ側電極１１，１２との間に、厚さが１０ｎｍ
以下でキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上の多結晶の
ＧａＮ層１０を挿入した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体を用いた青紫色半導体レーザや高輝度青／緑
色発光ダイオード等に係わり、特にｐ側コンタクト部の
改良をはかった窒化ガリウム系化合物半導体素子及びそ
の製造方法に関する。
合物半導体を用いた青紫色半導体レーザや高輝度青／緑
色発光ダイオード等に係わり、特にｐ側コンタクト部の
改良をはかった窒化ガリウム系化合物半導体素子及びそ
の製造方法に関する。
【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
の読出し／書込みのいずれも可能なレベルに特性改善さ
れ、既に実用化されている。そこで、更なる記録密度向
上を目指して、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。
ＡｌＰ材料を用いた６００ｎｍ帯の光源によりディスク
の読出し／書込みのいずれも可能なレベルに特性改善さ
れ、既に実用化されている。そこで、更なる記録密度向
上を目指して、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。
【０００３】ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＧａＡｌＮ，ＩｎＧ
ａＡｌＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体は、禁制帯
幅が極めて広いことから短波長の発光を期待できるた
め、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。
ａＡｌＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体は、禁制帯
幅が極めて広いことから短波長の発光を期待できるた
め、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。
【０００４】例えば、ＧａＮ系材料を用いた半導体レー
ザでは、波長３８０〜４１７ｎｍのパルス発振が確認さ
れているが、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、１０〜４０Ｖと高い値である上
にばらつきが大きい。
ザでは、波長３８０〜４１７ｎｍのパルス発振が確認さ
れているが、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、１０〜４０Ｖと高い値である上
にばらつきが大きい。
【０００５】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、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、パルス
発振動作でさえ発熱や金属反応による劣化を生じること
に起因する。
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、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、パルス
発振動作でさえ発熱や金属反応による劣化を生じること
に起因する。
【０００６】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
ではなく、下層から上層への成長方向に沿って微細な複
数の孔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問
題もある。
と、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が良質な結晶
ではなく、下層から上層への成長方向に沿って微細な複
数の孔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問
題もある。
【０００７】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
行うととも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、現状ではこれを実現するのは極めて困難
となっている。
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
行うととも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、現状ではこれを実現するのは極めて困難
となっている。
【０００８】
【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、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、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。さらに、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側電極金属とＧａ
Ｎが通電時に反応し劣化をおこすためにレーザの連続発
振が困難であった。
ウム系化合物半導体レーザでは、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、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。さらに、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側電極金属とＧａ
Ｎが通電時に反応し劣化をおこすためにレーザの連続発
振が困難であった。
【０００９】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、ｐ側電極とｐ側電極
コンタクト層との間に生じるコンタクト抵抗を低くする
ことができ、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
体素子及びその製造方法を提供することにある。
もので、その目的とするところは、ｐ側電極とｐ側電極
コンタクト層との間に生じるコンタクト抵抗を低くする
ことができ、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
体素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、単結晶の窒化ガ
リウム系化合物半導体からなり、活性層を導電型の異な
る一対のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を有する
窒化ガリウム系化合物半導体素子であって、前記ダブル
ヘテロ構造のｐ側コンタクト層とｐ側電極との間に、多
結晶の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成してなるこ
とを特徴とする。
な構成を採用している。即ち本発明は、単結晶の窒化ガ
リウム系化合物半導体からなり、活性層を導電型の異な
る一対のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を有する
窒化ガリウム系化合物半導体素子であって、前記ダブル
ヘテロ構造のｐ側コンタクト層とｐ側電極との間に、多
結晶の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成してなるこ
とを特徴とする。
【００１１】また本発明は、上記構成の窒化ガリウム系
化合物半導体素子の製造方法において、ダブルヘテロ構
造の一方側に有機金属気相成長法によりｐ型コンタクト
層を形成した後に、該コンタクト層上に蒸着法又は有機
金属気相成長法により多結晶の窒化ガリウム系化合物半
導体層を形成し、次いで多結晶の窒化ガリウム系化合物
半導体層上にｐ側電極を形成することを特徴とする。
化合物半導体素子の製造方法において、ダブルヘテロ構
造の一方側に有機金属気相成長法によりｐ型コンタクト
層を形成した後に、該コンタクト層上に蒸着法又は有機
金属気相成長法により多結晶の窒化ガリウム系化合物半
導体層を形成し、次いで多結晶の窒化ガリウム系化合物
半導体層上にｐ側電極を形成することを特徴とする。
【００１２】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 単結晶の窒化ガリウム系化合物半導体は、Ｇａx1Ｉ
ｎy1Ａｌz1Ｎ（ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１，０≦ｘ１，ｙ
１，ｚ１≦１）からなり、多結晶の窒化ガリウム系化合
物半導体層は、Ｇａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（ｘ２＋ｙ２＋ｚ
２＝１，０≦ｘ２，ｙ２，ｚ２≦１）からなり、ｐ側コ
ンタクト層はＭｇを添加したものであること。
は、次のものがあげられる。 (1) 単結晶の窒化ガリウム系化合物半導体は、Ｇａx1Ｉ
ｎy1Ａｌz1Ｎ（ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１，０≦ｘ１，ｙ
１，ｚ１≦１）からなり、多結晶の窒化ガリウム系化合
物半導体層は、Ｇａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（ｘ２＋ｙ２＋ｚ
２＝１，０≦ｘ２，ｙ２，ｚ２≦１）からなり、ｐ側コ
ンタクト層はＭｇを添加したものであること。
【００１３】(2) 多結晶の窒化ガリウム系化合物半導体
層は、厚さが１０ｎｍ以下であり、キャリア濃度が１×
１０17ｃｍ-3以上のｐ型であること。 (3) 多結晶の窒化ガリウム系化合物半導体層は、ＧａＮ
であること。
層は、厚さが１０ｎｍ以下であり、キャリア濃度が１×
１０17ｃｍ-3以上のｐ型であること。 (3) 多結晶の窒化ガリウム系化合物半導体層は、ＧａＮ
であること。
【００１４】(4) 活性層は、ＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮ
障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造であること。 （作用）ｐ側電極とｐ側コンタクト層（例えばＧａＮ）
で生じるコンタクト抵抗は、界面に存在する２ｅＶ近い
高さの障壁によるものである。この障壁高さを低減させ
ることにより印加時の電流は流れやすくなり、コンタク
ト抵抗の低減を図れる。この障壁の高さは、用いるｐ側
電極の材料に依存し、金属の仕事関数が大きいほど障壁
高さは小さくなるが、窒化ガリウム系半導体自身のバン
ドギャップが大きいために、金属材料を選んでもその効
果は小さい。
障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造であること。 （作用）ｐ側電極とｐ側コンタクト層（例えばＧａＮ）
で生じるコンタクト抵抗は、界面に存在する２ｅＶ近い
高さの障壁によるものである。この障壁高さを低減させ
ることにより印加時の電流は流れやすくなり、コンタク
ト抵抗の低減を図れる。この障壁の高さは、用いるｐ側
電極の材料に依存し、金属の仕事関数が大きいほど障壁
高さは小さくなるが、窒化ガリウム系半導体自身のバン
ドギャップが大きいために、金属材料を選んでもその効
果は小さい。
【００１５】また、ｐ型ＧａＮ等の窒化ガリウム系化合
物半導体のバンドは表面で障壁高さを増大させる方向に
大きく曲がっており、その程度は表面状態、つまり表面
に存在する不純物や結晶性にも依存することが判ってき
た。
物半導体のバンドは表面で障壁高さを増大させる方向に
大きく曲がっており、その程度は表面状態、つまり表面
に存在する不純物や結晶性にも依存することが判ってき
た。
【００１６】本発明では、窒化ガリウム系化合物半導体
（Ｇａx1Ｉｎy1Ａｌz1Ｎ：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素子
において、ｐ側コンタクト層とｐ側電極との間に生じる
障壁高さを見掛け上低減するために、この界面に故意に
準位を設けて、電流のパスを可能にする手法をとる。
（Ｇａx1Ｉｎy1Ａｌz1Ｎ：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素子
において、ｐ側コンタクト層とｐ側電極との間に生じる
障壁高さを見掛け上低減するために、この界面に故意に
準位を設けて、電流のパスを可能にする手法をとる。
【００１７】概念的な図を図２に示す。（ａ）は従来の
構造でｐ−ＧａＮと電極金属との接合を表しており、２
ｅＶ近いショットキー障壁が存在している。ここで、
（ｂ）に示すように界面準位を形成することにより、或
いは表面状態を変化させることにより、表面近くのバン
ドの曲がりも小さくなり、界面の準位を介して電流が流
れ易くなりコンタクト抵抗が小さくなる。
構造でｐ−ＧａＮと電極金属との接合を表しており、２
ｅＶ近いショットキー障壁が存在している。ここで、
（ｂ）に示すように界面準位を形成することにより、或
いは表面状態を変化させることにより、表面近くのバン
ドの曲がりも小さくなり、界面の準位を介して電流が流
れ易くなりコンタクト抵抗が小さくなる。
【００１８】具体的には、ｐ側コンタクト層の表面に、
多結晶Ｇａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１，
０≦ｘ２，ｙ２，ｚ２≦１）を形成することにより、バ
ンドの曲がりを低減し、さらに界面準位を形成し、ｐ側
電極との間のコンタクト抵抗を低減したことを特徴とす
る。
多結晶Ｇａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１，
０≦ｘ２，ｙ２，ｚ２≦１）を形成することにより、バ
ンドの曲がりを低減し、さらに界面準位を形成し、ｐ側
電極との間のコンタクト抵抗を低減したことを特徴とす
る。
【００１９】ここで、多結晶層をｐ側電極材とｐ側コン
タクト層との間に挿入した場合、多結晶層が１０ｎｍ以
上の厚さになるとリーク電流が増加し、見掛け上の抵抗
は低減するが、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
導体レーザを実現することはできない。従って、多結晶
Ｇａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ層は１０ｎｍ以下であるのが望ま
しい。
タクト層との間に挿入した場合、多結晶層が１０ｎｍ以
上の厚さになるとリーク電流が増加し、見掛け上の抵抗
は低減するが、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
導体レーザを実現することはできない。従って、多結晶
Ｇａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ層は１０ｎｍ以下であるのが望ま
しい。
【００２０】また、多結晶Ｇａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ層は、
不純物添加により１×１０17／ｃｍ3 以上のｐ型半導体
であることが望ましい。多結晶ＧａＩｎＡｌＮの不純物
濃度が１×１０17／ｃｍ3 以上が望ましい理由は、それ
以下であるとバンドの曲りが障壁高さの大きい方向へ動
く可能性があること、また挿入多結晶自身の抵抗も大き
くなり、接触抵抗低減には好ましくないためである。
不純物添加により１×１０17／ｃｍ3 以上のｐ型半導体
であることが望ましい。多結晶ＧａＩｎＡｌＮの不純物
濃度が１×１０17／ｃｍ3 以上が望ましい理由は、それ
以下であるとバンドの曲りが障壁高さの大きい方向へ動
く可能性があること、また挿入多結晶自身の抵抗も大き
くなり、接触抵抗低減には好ましくないためである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わる青色半導体レーザの概略構成を示す断面図であ
る。
図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わる青色半導体レーザの概略構成を示す断面図であ
る。
【００２２】サファイア基板１上に、ＧａＮバッファ層
２，ｎ型ＧａＮコンタクト層３（Ｓｉドープ；５×１０
18／ｃｍ3 、厚さ４μｍ），ｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎク
ラッド層（Ｓｉドープ；５×１０17／ｃｍ3 、厚さ０．
３μｍ）４，ＧａＮ導波層（アンドープ、厚さ０．１μ
ｍ）５，ＭＱＷの活性層６，ＧａＮ導波層（アンドープ
又はＭｇドープ、厚さ０．１μｍ）７，ｐ型Ａｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎクラッド層（Ｍｇドープ；５×１０17／ｃｍ
3 、厚さ０．３μｍ）８，ｐ型ＧａＮコンタクト層３
（Ｍｇドープ；１×１０18／ｃｍ3 、厚さ１μｍ）９が
上記順に形成されている。なお、ＭＱＷ活性層６は、Ｇ
ａＮ井戸層とＡｌＧａＮ障壁層とを交互に積層してなる
ものである。
２，ｎ型ＧａＮコンタクト層３（Ｓｉドープ；５×１０
18／ｃｍ3 、厚さ４μｍ），ｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎク
ラッド層（Ｓｉドープ；５×１０17／ｃｍ3 、厚さ０．
３μｍ）４，ＧａＮ導波層（アンドープ、厚さ０．１μ
ｍ）５，ＭＱＷの活性層６，ＧａＮ導波層（アンドープ
又はＭｇドープ、厚さ０．１μｍ）７，ｐ型Ａｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎクラッド層（Ｍｇドープ；５×１０17／ｃｍ
3 、厚さ０．３μｍ）８，ｐ型ＧａＮコンタクト層３
（Ｍｇドープ；１×１０18／ｃｍ3 、厚さ１μｍ）９が
上記順に形成されている。なお、ＭＱＷ活性層６は、Ｇ
ａＮ井戸層とＡｌＧａＮ障壁層とを交互に積層してなる
ものである。
【００２３】上記の多層構造のｐ型ＧａＮコンタクト層
９上の一部には５ｎｍ厚のｐ型多結晶ＧａＮ層１０が形
成され、その上に１０ｎｍのＰｔ膜１１及び１μｍ厚の
Ａｕ電極パッド１２が順次積層され、これによりｐ側電
極が形成されている。
９上の一部には５ｎｍ厚のｐ型多結晶ＧａＮ層１０が形
成され、その上に１０ｎｍのＰｔ膜１１及び１μｍ厚の
Ａｕ電極パッド１２が順次積層され、これによりｐ側電
極が形成されている。
【００２４】また、ｐ型ＧａＮ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、露出したＧａＮコ
ンタクト層３上にはｎ型電極Ｔｉ／Ａｕ１３が形成され
ている。
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、露出したＧａＮコ
ンタクト層３上にはｎ型電極Ｔｉ／Ａｕ１３が形成され
ている。
【００２５】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型ＧａＮコンタクト
層９までの各層は、１回のＭＯＣＶＤ成長により形成す
る。
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型ＧａＮコンタクト
層９までの各層は、１回のＭＯＣＶＤ成長により形成す
る。
【００２６】次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層９の表面
に幅１０μｍの領域に多結晶のＧａＮを５ｎｍ厚さに蒸
着法により形成する。続いて、３００℃の窒素雰囲気で
熱処理をするとｐ型ＧａＮコンタクト層９内に過剰にあ
ったＭｇが多結晶ＧａＮ部に拡散し、ｐ型の多結晶Ｇａ
Ｎ層１０が形成される。また、３００℃の熱処理により
ｐ型多結晶ＧａＮ層１０は、多方位を持ち粒塊の揃った
多結晶となる。その上に、さらに１０ｎｍのＰｔ膜１１
及び１μｍのＡｕパッド１２を順次積層してｐ側電極を
形成する。
に幅１０μｍの領域に多結晶のＧａＮを５ｎｍ厚さに蒸
着法により形成する。続いて、３００℃の窒素雰囲気で
熱処理をするとｐ型ＧａＮコンタクト層９内に過剰にあ
ったＭｇが多結晶ＧａＮ部に拡散し、ｐ型の多結晶Ｇａ
Ｎ層１０が形成される。また、３００℃の熱処理により
ｐ型多結晶ＧａＮ層１０は、多方位を持ち粒塊の揃った
多結晶となる。その上に、さらに１０ｎｍのＰｔ膜１１
及び１μｍのＡｕパッド１２を順次積層してｐ側電極を
形成する。
【００２７】次いで、ｎ側電極１３形成のためにｐ側電
極を含んだメサ形状を形成し、メサ下部に現れたｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層３上にＴｉ／Ａｕによりｎ側電極１３
を形成する。ここで、ｎ側電極１３形成の後にｐ側電極
を形成してもよい。この後、サファイア基板１は５０μ
ｍ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、１ｍｍ長のレーザチップが形成され
る。
極を含んだメサ形状を形成し、メサ下部に現れたｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層３上にＴｉ／Ａｕによりｎ側電極１３
を形成する。ここで、ｎ側電極１３形成の後にｐ側電極
を形成してもよい。この後、サファイア基板１は５０μ
ｍ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、１ｍｍ長のレーザチップが形成され
る。
【００２８】かくして形成された青色半導体レーザは、
しきい値電流８０ｍＡ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℃，３
０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。
しきい値電流８０ｍＡ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℃，３
０ｍＷ駆動における素子寿命は５０００時間であった。
【００２９】本発明の実施形態に基づく半導体レーザ
は、ｐ型ＧａＮコンタクト層９とｐ側電極１１，１２と
の間にｐ型多結晶ＧａＮ層１０を形成しているので、コ
ンタクト部に前記図２（ｂ）に示すような界面準位が形
成され、この界面準位を介して電流が流れ易くなりコン
タクト抵抗が小さくなっている。さらに、ｐ型多結晶Ｇ
ａＮ層１０を５ｎｍと薄くしているので、リーク電流が
増加する等の不都合もない。このため、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レーザを実現することが
できる。
は、ｐ型ＧａＮコンタクト層９とｐ側電極１１，１２と
の間にｐ型多結晶ＧａＮ層１０を形成しているので、コ
ンタクト部に前記図２（ｂ）に示すような界面準位が形
成され、この界面準位を介して電流が流れ易くなりコン
タクト抵抗が小さくなっている。さらに、ｐ型多結晶Ｇ
ａＮ層１０を５ｎｍと薄くしているので、リーク電流が
増加する等の不都合もない。このため、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レーザを実現することが
できる。
【００３０】また、本実施形態に基づく半導体レーザの
電流電圧特性を、図３に示す。同図の曲線３１が本実施
形態による半導体レーザの特性である。同図の曲線３２
は、上記実施形態において、多結晶ＧａＮ層１０を備え
ていない半導体レーザの電流電圧特性を比較例として示
したものである。この特性曲線から明らかなように、曲
線３２の特性は完全なダイオード特性となっておらず、
また電圧の立ち上がりも１５Ｖ程度と非常に高くなって
おり、発光は確認できたが数分で劣化した。
電流電圧特性を、図３に示す。同図の曲線３１が本実施
形態による半導体レーザの特性である。同図の曲線３２
は、上記実施形態において、多結晶ＧａＮ層１０を備え
ていない半導体レーザの電流電圧特性を比較例として示
したものである。この特性曲線から明らかなように、曲
線３２の特性は完全なダイオード特性となっておらず、
また電圧の立ち上がりも１５Ｖ程度と非常に高くなって
おり、発光は確認できたが数分で劣化した。
【００３１】また、本実施形態の形態と構造的には同一
であるが、製造方法の異なる例として、ＭＯＣＶＤ法に
よりｐ型ＧａＮコンタクト層９まで成長した後、そのま
まＭＯＣＶＤ装置内で、温度を降下させて連続して低温
成長をすることにより５ｎｍの多結晶ＧａＮ層１０を形
成する。このとき、多結晶ＧａＮ層１０にはｐ型ＧａＮ
コンタクト層９と同様に、ＤＭＧによりＭｇを添加させ
ている。この場合も、多結晶ＧａＮ層１０を蒸着で形成
した場合と同様の効果が得られるのが確認された。
であるが、製造方法の異なる例として、ＭＯＣＶＤ法に
よりｐ型ＧａＮコンタクト層９まで成長した後、そのま
まＭＯＣＶＤ装置内で、温度を降下させて連続して低温
成長をすることにより５ｎｍの多結晶ＧａＮ層１０を形
成する。このとき、多結晶ＧａＮ層１０にはｐ型ＧａＮ
コンタクト層９と同様に、ＤＭＧによりＭｇを添加させ
ている。この場合も、多結晶ＧａＮ層１０を蒸着で形成
した場合と同様の効果が得られるのが確認された。
【００３２】（第２の実施形態）図４は、本発明の第２
の実施形態に係わる青色半導体レーザの概略構成を示す
断面図である。なお、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する。
の実施形態に係わる青色半導体レーザの概略構成を示す
断面図である。なお、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する。
【００３３】本実施形態の半導体レーザは、第１の実施
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４に示すように、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層９の上に更にコンタクト層としてｐ型Ｉｎ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層４１が挿入され、多結晶ＧａＮ層１０
の替わりに多結晶のｐ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層４２が形
成されている。それ以外の構成は、第１の実施形態と全
く同様である。
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４に示すように、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層９の上に更にコンタクト層としてｐ型Ｉｎ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層４１が挿入され、多結晶ＧａＮ層１０
の替わりに多結晶のｐ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層４２が形
成されている。それ以外の構成は、第１の実施形態と全
く同様である。
【００３４】本実施形態レーザの場合、ｐ型ＩｎＧａＮ
層は単結晶４１の場合も多結晶４２の場合も共に、ｐ型
ＧａＮ単結晶９及びｐ型ＧａＮ多結晶１０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、電極
コンタクト抵抗が第１の実施形態に比べて２０％の低減
ができた。
層は単結晶４１の場合も多結晶４２の場合も共に、ｐ型
ＧａＮ単結晶９及びｐ型ＧａＮ多結晶１０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、電極
コンタクト抵抗が第１の実施形態に比べて２０％の低減
ができた。
【００３５】このように本実施形態によれば、バンドギ
ャップの狭いｐ型多結晶ＩｎＧａＮを同様にバンドギャ
ップの狭いｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層とＰｔ電極との
間に挿入しているので、第１の実施形態の効果に加え、
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、これによって動作電圧のより一層の低減化などを図
ることができる。この場合、ｐ型ＩｎＧａＮ層４１とｐ
型多結晶ＩｎＧａＮ層４２におけるＩｎ組成は同一であ
る必要はない。
ャップの狭いｐ型多結晶ＩｎＧａＮを同様にバンドギャ
ップの狭いｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層とＰｔ電極との
間に挿入しているので、第１の実施形態の効果に加え、
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、これによって動作電圧のより一層の低減化などを図
ることができる。この場合、ｐ型ＩｎＧａＮ層４１とｐ
型多結晶ＩｎＧａＮ層４２におけるＩｎ組成は同一であ
る必要はない。
【００３６】（他の実施形態）なお、本発明は上述した
各実施形態に限定されるものではない。実施形態で述べ
た半導体層の組成や膜厚は、単なる一例にすぎず、仕様
に応じて適宜変更可能である。さらに、半導体層の導電
型が逆の構造であってもよい。
各実施形態に限定されるものではない。実施形態で述べ
た半導体層の組成や膜厚は、単なる一例にすぎず、仕様
に応じて適宜変更可能である。さらに、半導体層の導電
型が逆の構造であってもよい。
【００３７】例えば、ｐ側コンタクト層とｐ側電極との
間に挿入する多結晶の窒化ガリウム系化合物半導体層
は、ＧａＮやＩｎＧａＮに限るものではなく、一般式Ｇ
ａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（x2+y2+z2=1,0≦x2,y2,z2≦1 ）で
定義されるものであればよい。また、その膜厚は１０ｎ
ｍ以下であればよく、キャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3
以上であればよい。
間に挿入する多結晶の窒化ガリウム系化合物半導体層
は、ＧａＮやＩｎＧａＮに限るものではなく、一般式Ｇ
ａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ（x2+y2+z2=1,0≦x2,y2,z2≦1 ）で
定義されるものであればよい。また、その膜厚は１０ｎ
ｍ以下であればよく、キャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3
以上であればよい。
【００３８】また、実施形態では半導体レーザを例にと
って説明したが、本発明はＬＥＤ等の発光素子に適用す
ることもできる。さらに、発光素子以外にも、窒化ガリ
ウム系化合物半導体を用いた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
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。
って説明したが、本発明はＬＥＤ等の発光素子に適用す
ることもできる。さらに、発光素子以外にも、窒化ガリ
ウム系化合物半導体を用いた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
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。
【００３９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ｐ
側電極とｐ側コンタクト層の間に、望ましくは厚さ１０
ｎｍ以下、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上のｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層を挿入することにより、
低抵抗ｐ型コンタクトを安定に実現することができる。
これにより、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
体素子を実現することが可能となる。
側電極とｐ側コンタクト層の間に、望ましくは厚さ１０
ｎｍ以下、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上のｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層を挿入することにより、
低抵抗ｐ型コンタクトを安定に実現することができる。
これにより、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
体素子を実現することが可能となる。
【図１】第１の実施形態に係わる青色半導体レーザの概
略構成を示す断面図。
略構成を示す断面図。
【図２】本発明の電極とコンタクト層におけるバンド構
造の概念を従来例と比較して示す図。
造の概念を従来例と比較して示す図。
【図３】図１における半導体レーザの電流電圧特性を比
較例と共に示す図。
較例と共に示す図。
【図４】第２の実施形態に係わる青色半導体レーザの概
略構成を示す断面図。
略構成を示す断面図。
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…ｎ−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…ｐ一ＧａＮ多結晶層 １１…Ｐｔ膜 １２…Ａｕ電極パッド １３…ｎ側電極 ４１…ｐ−ＩｎＧａＮコンタクト層 ４２…ｐ−ＩｎＧａＮ多結晶層
Claims (4)
- 【請求項１】単結晶の窒化ガリウム系化合物半導体から
なり、活性層を導電型の異なるクラッド層で挟んだダブ
ルヘテロ構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体素子
であって、 前記ダブルヘテロ構造のｐ側コンタクト層とｐ側電極と
の間に多結晶の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成し
てなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素
子。 - 【請求項２】前記単結晶の窒化ガリウム系化合物半導体
は、Ｇａx1Ｉｎy1Ａｌz1Ｎ（ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１，０
≦ｘ１，ｙ１，ｚ１≦１）からなり、前記多結晶の窒化
ガリウム系化合物半導体層は、Ｇａx2Ｉｎy2Ａｌz2Ｎ
（ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１，０≦ｘ２，ｙ２，ｚ２≦１）
からなり、前記ｐ側コンタクト層はＭｇを添加したもの
であることを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウム系
化合物半導体素子。 - 【請求項３】前記多結晶の窒化ガリウム系化合物半導体
層は、厚さが１０ｎｍ以下であり、キャリア濃度が１×
１０17ｃｍ-3以上のｐ型であることを特徴とする請求項
１又は２記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。 - 【請求項４】単結晶の窒化ガリウム系化合物半導体から
なり、活性層を導電型の異なるクラッド層で挟んだダブ
ルヘテロ構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体素子
の製造方法において、 前記ダブルヘテロ構造の一方側に有機金属気相成長法に
よりｐ型コンタクト層を形成した後に、該コンタクト層
上に蒸着法又は有機金属気相成長法により多結晶の窒化
ガリウム系化合物半導体層を形成し、次いで多結晶の窒
化ガリウム系化合物半導体層上にｐ側電極を形成するこ
とを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23104497A JP3457516B2 (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23104497A JP3457516B2 (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1174558A true JPH1174558A (ja) | 1999-03-16 |
| JP3457516B2 JP3457516B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23104497A Expired - Fee Related JP3457516B2 (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3457516B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003069074A (ja) * | 2001-08-14 | 2003-03-07 | Shurai Kagi Kofun Yugenkoshi | 半導体装置 |
| WO2004047189A1 (en) * | 2002-11-16 | 2004-06-03 | Lg Innotek Co.,Ltd | Light emitting device and fabrication method thereof |
| US7005684B2 (en) * | 2001-06-06 | 2006-02-28 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride based semiconductor luminescent element |
| JP2007053383A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Samsung Electronics Co Ltd | 上面発光型の発光素子およびその製造方法 |
| US7190076B2 (en) * | 2002-10-31 | 2007-03-13 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Electrode for p-type Group III nitride compound semiconductor layer and method for producing the same |
| US7190004B2 (en) | 2003-12-03 | 2007-03-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light emitting device |
| US7202509B2 (en) | 2003-08-26 | 2007-04-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light emitting apparatus |
| US7265392B2 (en) | 2000-05-26 | 2007-09-04 | Osram Gmbh | Light-emitting-diode chip comprising a sequence of GaN-based epitaxial layers which emit radiation and a method for producing the same |
| US7691656B2 (en) | 2000-10-17 | 2010-04-06 | Osram Gmbh | Method for fabricating a semiconductor component based on GaN |
-
1997
- 1997-08-27 JP JP23104497A patent/JP3457516B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7265392B2 (en) | 2000-05-26 | 2007-09-04 | Osram Gmbh | Light-emitting-diode chip comprising a sequence of GaN-based epitaxial layers which emit radiation and a method for producing the same |
| US7691656B2 (en) | 2000-10-17 | 2010-04-06 | Osram Gmbh | Method for fabricating a semiconductor component based on GaN |
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| US7190076B2 (en) * | 2002-10-31 | 2007-03-13 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Electrode for p-type Group III nitride compound semiconductor layer and method for producing the same |
| WO2004047189A1 (en) * | 2002-11-16 | 2004-06-03 | Lg Innotek Co.,Ltd | Light emitting device and fabrication method thereof |
| US8969883B2 (en) | 2002-11-16 | 2015-03-03 | Lg Innotek Co., Ltd. | Semiconductor light device and fabrication method thereof |
| US8143643B2 (en) | 2002-11-16 | 2012-03-27 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light device and fabrication method thereof |
| US7202509B2 (en) | 2003-08-26 | 2007-04-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light emitting apparatus |
| US7687822B2 (en) | 2003-08-26 | 2010-03-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light emitting apparatus |
| KR100955634B1 (ko) * | 2003-12-03 | 2010-05-03 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 발광 장치 |
| US7190004B2 (en) | 2003-12-03 | 2007-03-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light emitting device |
| JP2007053383A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Samsung Electronics Co Ltd | 上面発光型の発光素子およびその製造方法 |
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| JP3457516B2 (ja) | 2003-10-20 |
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