JPH1174622A

JPH1174622A - 窒化物系半導体発光素子

Info

Publication number: JPH1174622A
Application number: JP23488297A
Authority: JP
Inventors: Risa Sugiura; 理砂杉浦; Masayuki Ishikawa; 正行石川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JP3311275B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳＣＨ構造を採用した場合のキャリアのオー
バーフローや再結合確率の低下を抑制することができ、
しきい値電流の低減をはかる。【解決手段】サファイア基板上１０１に、ＩｎＧａＮ
井戸層１１１とＩｎＧａＮバリア層１１２を交互に積層
してなる多重量子井戸構造のＩｎＧａＮ系活性層１１０
を一対のＧａＮ光ガイド層１０５，１２１で挟み、さら
にその外側をｐ型及びｎ型の一対のＡｌＧａＮクラッド
層１０４，１２２で挟んだＳＣＨ構造を有する窒化物系
半導体レーザにおいて、活性層１１０を構成する多重量
子井戸構造のＩｎＧａＮ井戸層１１１のうち最もｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層１２２に近い方の一つをシリコン高
濃度ドーピングによりｎ型層にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理，光通
信，光計測などの技術分野で用いられる窒化物系半導体
発光素子に係わり、特に分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣ
Ｈ：Separate Confinement Heterostructure）を有する
窒化物系半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、短波長発光素子の需要が高まり、
ＺｎＳｅ系或いはＧａＮ系材料を用いた短波長発光素子
の研究開発が活発に行われている。ＺｎＳｅ系材料では
発振波長５００ｎｍ前後の短波長半導体レーザの室温連
続発振が達成されているが、結晶欠陥の増殖に起因する
素子劣化が問題となり、素子の長寿命化が達成できず、
実用化には至っていない。

【０００３】一方、ＧａＮ系材料では近年、青色発光ダ
イオード（ＬＥＤ）が実用化され、現在ＧａＮ系青色半
導体レーザの研究開発が精力的に行われている。また最
近、ＧａＮ系半導体レーザにおいても室温連続発振が達
成されたが、この材料系においては、いまだ物性に関し
て未知な部分が多く、実用化に際して解決すべき問題も
多い。その主なものとして、しきい値電流が高いという
問題がある。

【０００４】ＧａＮ系青色半導体レーザでは、従来、ｐ
型及びｎ型伝導を有するＡｌＧａＮクラッド層の間に、
多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有するＩｎＧａＮ系活性
層を有するＳＣＨ構造が多く用いられている。この場合
のしきい値電流が高い理由として、電子やホールのキャ
リアが多重量子井戸の中に有効に閉じ込められず、オー
バーフローしてしまうことや、電圧を印加した際に生じ
る内部電界のために電子とホールが異なった井戸層に局
在してしまい、再結合する確率が下がってしまうことな
どが挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、ＳＣ
Ｈ構造を採用した窒化物系半導体発光素子においては、
キャリアのオーバーフローや再結合確率の低下を招き、
これがしきい値電流の低下を妨げる要因となっていた。

【０００６】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、ＳＣＨ構造を採用し
た場合のキャリアのオーバーフローや再結合確率の低下
を抑制することができ、しきい値電流の低減をはかり得
る窒化物系半導体発光素子を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（構成）上記課題を解決するために本発明は、基板上
に、多重量子井戸構造の活性層をｐ型及びｎ型の一対の
クラッド層で挟んだヘテロ構造を有する窒化物系半導体
発光素子において、前記活性層を構成する多重量子井戸
構造の井戸層の一部を、ｐ型クラッド層に近い方から順
にｎ型不純物が添加された半導体層にしてなることを特
徴とする。

【０００８】また本発明は、基板上に、多重量子井戸構
造の活性層をｐ型及びｎ型の一対のクラッド層で挟んだ
ヘテロ構造を有する窒化物系半導体発光素子において、
前記活性層を構成する多重量子井戸構造の井戸層の一部
を、ｎ型クラッド層に近い方から順にｐ型不純物が添加
された半導体層にしてなることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、基板上に、多重量子井戸構
造の活性層をｐ型及びｎ型の一対のクラッド層で挟んだ
ヘテロ構造を有する窒化物系半導体発光素子において、
前記活性層を構成する多重量子井戸の井戸層を、ｐ型ク
ラッド層に近い方から順に一部ｎ型不純物が添加された
半導体層にし、かつｎ型クラッド層に近い方から順に一
部ｐ型不純物が添加された半導体層にしてなることを特
徴とする。

【００１０】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) 多重量子井戸構造の活性層は、クラッド層よりも内
側の一対の光閉じ込め層で挟まれていること。 (2) 活性層を構成する多重量子井戸構造は、ＩｎＧａＮ
系材料であること。 (3) 光閉じ込め層はＧａＮであること。 (4) クラッド層はＡｌＧａＮであること。 (5) 基板は、サファイア又はＳｉＣであること。

【００１１】（作用）前述したようにＳＣＨ構造を有す
る窒化物系半導体発光素子において、キャリアを電気的
に注入した場合、例えばレーザ発振に必要なだけの十分
な反転層が量子井戸の中で形成されるためには、かなり
高い注入電流（しきい値電流）を必要とする。しきい値
電流を下げるために、注入井戸層のエネルギー深さを深
くして井戸内のキャリア密度を上げることが有効と考え
られるが、そのためにはＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成を
増やさねばならない。ところが、Ｉｎ組成を２０〜３０
％若しくはそれ以上に増やことは、ＩｎＮのスピノダル
分解や、モフォロジーの悪化などを引き起こすため、非
常に困難である。

【００１２】そこで本発明では、ｐ型クラッド層に近い
井戸層に高濃度ｎ型ドーピングを施すこと、ｎ型クラッ
ド層に近い井戸層に高濃度ｐ型ドーピングを施すこと、
又はこれらの両方を採用することによって、量子井戸の
深さを実効的に深くすると共に、クラッド層端で、量子
井戸内の電子又はホールのエネルギーよりも高いエネル
ギーの準位密度を増やし、キャリアのオーバーフロー
（キャリアがクラッド層を乗り越えて活性層の外側に流
れ出すこと）が起きにくくしており、これによりしきい
値電流を下げることを可能にしている。

【００１３】以下に、ｐ型クラッド層に近い層に高濃度
ｎ型ドーピングを施す場合を例にしてその原理を説明す
る。まず、一番単純な、ｐ型クラッド層に一番近い井戸
層を１層だけ高濃度ｎ型ドーピングした場合を考える。

【００１４】キャリアのバンドエネルギー図を、図１に
示す。この図は、発光させるために素子に電圧を加えた
状態を示している。ＧａＮ系の薄膜を使った半導体レー
ザでは、一般に発振に要する印加電圧は大きく、図に示
すようにｎ型クラッド層の伝導電子エネルギーの方が大
きくなることに注意を要する。

【００１５】図１（ａ）は井戸層に不純物ドーピングし
ない従来の構造に対応し、図１（ｂ）は井戸層の一つだ
けにｎ型不純物ドーピングした本発明の構造に対応する
図である。図１（ｂ）においては、井戸層の一つがｎ型
になるため、内部電界を生じてバンドは著しく曲がり、
またその領域の井戸層とバリア層の伝導帯端の電子エネ
ルギーが下がる。そして、以下に述べる２つの理由か
ら、このバンドの曲がりにより発振しきい値を下げるこ
とに結びつく。

【００１６】第１の理由は、図１（ｂ）に示すように実
効的に井戸層が深くなるため、井戸層内のキャリア準位
が増えると共に、一度井戸層に捕獲されたキャリアが外
側に流失することが少なくなるためである。

【００１７】次に、第２の理由を述べる。図１（ｂ）に
示すように、実効的に井戸層又はバリア層の伝導電子エ
ネルギーとクラッド層の伝導電子エネルギーとの差が大
きくなり、クラッド層と量子井戸構造の活性層との境界
部の電子の状態密度が大きくなる。これにより、この部
分に存在する電子は、既に井戸層にある電子が再結合し
て消滅すると、井戸層に落ちて来て、次の再結合に寄与
する。従って、クラッド層と量子井戸構造の活性層との
境界部の密度が増えると、注入電流を増やさなくても、
発光確率が大きくなる（レーザ発振の反転層が形成し易
くなる）ので、結果的にしきい値電流密度が下がる。

【００１８】なお、活性層の端にクラッド層よりもＡｌ
組成の大きいＡｌＧａＮを薄く設けた構造で、ここで述
べた第２の理由と同じ理由で、しきい値が下がる効果が
得られる。しかし、１１００℃以上の高温でないと良質
なＡｌＧａＮ層が成長できない問題があり、一方でＩｎ
ＧａＮ系活性層成長後の昇温過程において活性層を１１
００℃以上の高温に晒すことにより、活性層の再蒸発や
品質の著しい低下が生じる。また、高Ａｌ組成のＡｌＧ
ａＮ層を活性層に隣接して形成する場合、活性層に大き
な歪みを伴い、素子信頼性の低下につながるため望まし
くない。

【００１９】本発明によれば、上述のような問題が生じ
ず、よりも簡単な方法で効果が得られる。なお、第２の
理由の場合、特にクラッド層に近い側の井戸層での発光
確率を高める効果がある。

【００２０】また、高濃度ドーピングする井戸層の数を
増やすと、伝導帯端の空間的な変化が緩やかになるもの
の、前記１層のドーピングに準じた効果がある。また、
図２（ａ）に示すように、ｎ型クラッド層に近い井戸層
にｐ型ドープする場合もホールに対して同様の効果があ
り、結果的にしきい値が下がる。さらに、図２（ｂ）に
示すように、ｐ型クラッド層に近い井戸層にｎ型ドープ
し、ｎ型クラッド層に近い井戸層にｐ型ドープすること
により、しきい値の更なる低減をはかることも可能であ
る。

【００２１】また、以上述べたものとは別に本発明の構
造は、以下の効果も付加的にもたらす。図１に示した状
態とは異なるが、印加電圧が小さくｎ型クラッド層の伝
導帯電子エネルギーがｐ型クラッド層の伝導電子エネル
ギーよりも低い場合（他の材料系の半導体レーザでの通
常のバンド構造）、電圧を印加した際に生じる内部電界
が井戸層へのドーピングによって小さくなる方向に働く
ので、ホールと電子が違った井戸に局在する効果が少な
くなり、各井戸層でキャリアが均等に存在するようにな
る。この内部電界が小さくなる効果は、井戸層の外側の
層（ガイド層など）に高濃度ドーピングする方法で通常
得られているが、本発明のように井戸層にドーピングす
ることでもその効果を実現できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態を参照して説明する。（実施形態１）図３は、本発明の第１の実施形態に係わ
る窒化物系短波長半導体レーザを示す素子構造断面図で
ある。

【００２３】本実施形態の半導体レーザは、ＳＣＨ構造
を有している。半導体レーザ用の多層膜は、周知の有機
金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により作成した。有機金
属原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ），トリメチルインジウム
（ＴＭＩ），ビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（Ｃｐ₂ Ｍｇ）を用いた。ガス原料として、アンモニア
（ＮＨ₃ ），シラン（ＳｉＨ₄ ）を用いた。また、キャ
リアガスとして、水素及び窒素を用いた。

【００２４】本実施形態の半導体レーザは、次のように
して製造される。まず、サファイア基板１０１上に、バ
ッファ層（図示せず）を介して、アンドープＧａＮ下地
層１０２，ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３，厚さ０．２
５μｍのｎ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎクラッド層１０４を順
次形成する。

【００２５】次いで、光閉じ込め層として厚さ４ｎｍの
ＧａＮガイド層１０５を形成し、厚さ２ｎｍのＩｎ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎ井戸層１１１と、厚さ４ｎｍのＩｎ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎ障壁層１１２がそれぞれ４層づつから成る多重量
子井戸構造（ＭＱＷ）を有するＩｎＧａＮ系活性層１１
０を形成する。このとき、一番上側のＩｎ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎ井戸層１１１を成長する際に、シリコン高濃度ドーピ
ング（ｎ型）を行う。その上部には、ｐ側光閉じ込め層
としてＧａＮ光ガイド層１２１，ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82
Ｎクラッド層１２２，ｐ型ＧａＮコンタクト層１２３を
この順で形成する。

【００２６】また、上記多層構造の一部をｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１０３までドライエッチング法により除去
し、露出したコンタクト層１０３の上部にＴｉ／Ａｌか
ら成るｎ側電極１２５を形成した。また、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１２３上にはｐ側電極１２６を形成した。

【００２７】次に、上述の電極を有する半導体多層膜を
形成したウェハを３５０μｍ×５００μｍの大きさに劈
開することにより共振器ミラーを形成し、半導体レーザ
を作成した。この素子に電圧を印加したときのバンド構
造について説明する。

【００２８】ドーピングした井戸層１１１の伝導帯端が
低くなり、実効的に井戸の深さが深くなり、電子の閉じ
込めが強まる。また同時に、クラッド層の端（活性層
側）に伝導帯端の窪みができるため、その近傍に存在す
る電子の平均的な密度が増える。さらに、動作電圧が低
い素子では、活性層内部の電界によるバンドの曲がりを
弱めることにより、電子と正孔の局在化を緩和できる。
このため、量子井戸構造での電子と正孔の再結合の確率
が増え、発振に必要な反転層が低い注入電流密度で得ら
れる。

【００２９】本実施形態の半導体レーザに電流注入した
ところ、波長４１７ｎｍで室温連続発振した。しきい値
電流密度は、井戸層にドーピングしない構造のレーザの
約半分となった。

【００３０】このように本実施形態によれば、ＭＱＷ活
性層１１０の井戸層１１１のうちｐ型クラッド層１２２
に最も近い層を高濃度ｎ型層にすることにより、前記図
１（ｂ）に示すように井戸の深さを実効的に深くして電
子の閉じ込めを効率良く行うことができると共に、クラ
ッド層側に伝導帯端の窪みができるため、その近傍に存
在する電子の平均的な密度を増やすことができる。さら
に、活性層内部の電界によるバンドの曲がりを弱めるこ
とにより、電子と正孔の局在化を緩和できる。従って、
ＳＣＨ構造を採用した場合のキャリアのオーバーフロー
や再結合確率の低下を抑制することができ、しきい値電
流の低減に効果的である。これにより、半導体レーザの
省電力化，寿命の向上をはかることもできる。

【００３１】（実施形態２）図４は、本発明の第２の実
施形態に係わる窒化物系短波長半導体レーザを示す素子
構造断面図である。

【００３２】半導体レーザ用の多層膜は、第１の実施形
態と同様のＭＯＣＶＤ法により作成した。本実施形態の
半導体レーザを製造するには、サファイア基板２０１上
にバッファ層（図示せず）を介して、アンドープＧａＮ
下地層２０２，ｎ型ＧａＮコンタクト層２０３，厚さ
０．２５μｍのｎ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎクラッド層２０
４を順次形成する。

【００３３】次いで、光閉じ込め層として厚さ５ｎｍの
ＧａＮガイド層２０５を形成し、その上に厚さ２．５ｎ
ｍのＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層２１１と、厚さ３ｎｍの
Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層２１２がそれそれ５層づつか
ら成る多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有するＩｎＧａＮ
系活性層２１０を形成する。このとき、一番下側のＩｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層２１１を成長する際に、マグネシ
ウム高濃度ドーピング（ｐ型）を行い、一番上側のＩｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層２１１を成長する際に、シリコン
高濃度ドーピング（ｎ型）を行う。その上部には、ｐ側
光ガイド層２２１，ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎクラッド層
２２２，ｐ型ＧａＮコンタクト層２２３をこの順で形成
する。

【００３４】また、上記多層構造の一部をｎ型ＧａＮコ
ンタクト層２０３までドライエッチング法により除去
し、露出したコンタクト層２０３の上部にＴｉ／Ａｌか
ら成るｎ側電極２２５を形成した。さらに、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層２２３上にはｐ側電極２２６を形成した。

【００３５】次に、上述の電極を有する半導体多層膜を
形成したウェハを３５０μｍ×５００μｍの大きさに劈
開することにより共振器ミラーを形成し、半導体レーザ
を作成した。この素子に電圧を印加したときのバンド構
造について説明する。

【００３６】本実施形態では、ｐ型クラッド層２２２に
近接しているｎ型ドーピングした井戸層２１１の伝導帯
端が低くなり、実効的に井戸の深さが深くなるため、電
子の閉じ込めが強まる。また、ｎ型クラッド層２０４に
近接しているｐ型ドーピングした井戸層２１１の価電子
帯端が高くなるため、実効的に井戸の深さが深くなり正
孔の閉じ込めが強まる。

【００３７】この場合、電子と正孔が高密度になる位置
が離れてしまうが、井戸層２１１へのドーピングにより
活性層内部の電界によるバンドの曲がりが弱められるの
で、その影響は小さい。また、ｐ型クラッド層２２２の
端に伝導帯端の窪みが、ｎ型クラッド層２０４の端に価
電子帯の窪みがそれぞれできるため、その近傍に存在す
る電子の平均的な密度が増えキャリアオーバーフローし
にくくなる。

【００３８】本実施形態の半導体レーザに電流注入した
ところ、波長４１７ｎｍで室温連続発振した。しきい値
電流密度は井戸層にドーピングしない構造のレーザの約
半分となった。

【００３９】（実施形態３）図５は、本発明の第３の実
施形態に係わる窒化物系短波長半導体レーザを示す素子
構造断面図である。

【００４０】半導体レーザ用の多層膜の形成は、第１の
実施形態と同様に、サファイア基板３０１を用いてＭＯ
ＣＶＤ法で行った。まず、バッファ層３０２を成長し、
次に温度を１１００℃まで昇温し、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層３０３を約２μｍ成長した。これに、温度を１１０
０℃で保持したまま、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３０４
を約５００ｎｍの厚さで形成した後、ＧａＮ光ガイド層
３０５を約２００ｎｍの厚さで形成した。

【００４１】次いで、厚さ２ｎｍのＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
井戸層３１１と、厚さ４ｎｍのＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁
層３１２がそれそれ１０層づつから成る多重量子井戸構
造（ＭＱＷ）を有するＩｎＧａＮ系活性層３１０を形成
する。このとき、上側から数えて４つのＩｎ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎ井戸層３１１を成長する際に、１×１０¹⁹ｃｍ^-3
のシリコン高濃度ドーピング（ｎ型）を行った。

【００４２】次いで、ｐ側のＧａＮ光ガイド層３２１を
約２００ｎｍの厚さで形成し、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層３２２を約５００ｎｍの厚さで形成した。この状態で
室温まで降温し、ＭＯＣＶＤ装置から取り出し、周知の
熱ＣＶＤ装置内で表面に幅２０μｍのＳｉＯ₂ 膜（図示
せず）を形成した。

【００４３】次いで、ウェハをＲＩＥ装置内に置き、開
口部をＢＣｌ₃ ガスによってメサ構造にエッチング除去
した。このようにして作成したウェハを再びＭＯＣＶＤ
装置内のサセプタ上に載置し、窒素中で１１００℃まで
昇温した。

【００４４】次いで、温度１１００℃で、水素，窒素，
ＴＭＧ，アンモニア，ＤＭＺ（ジメチルジンク）を供給
して、ｉ型ＧａＮ層３３１でｎ型ＡｌＧａＮ電流注入層
３０４からｐ型ＡｌＧａＮ電流注入層３２２までを埋め
込み構造とした。

【００４５】このようなｉ型ＧａＮ層３３１の形成を、
本実施形態ではメサエッチング後の成長で形成したが、
エッチング除去せずに水素や酸素などをイオン注入する
ことによって作成することも可能である。例えば、水素
では２００ｋｅＶ、１×１０¹⁴ｃｍ^-2の注入で実現する
ことができる。

【００４６】次いで、温度を１１００℃で保持したま
ま、水素を流し、ｐ型ＡｌＧａＮ電流注入層３２２上に
残っているＳｉＯ₂ 膜をエッチング除去した。次いで、
温度を１１００℃で保持したまま、主キャリアガスを水
素から窒素へ切り替え、水素，窒素，アンモニアを供給
して、ｐ型ＧａＮコンタクト層３２３を約５００ｎｍの
厚さで形成した。

【００４７】このようにして作成したレーザ構造を、Ｍ
ＯＣＶＤ装置から取り出し、上記多層構造の一部をｎ型
ＧａＮ層コンタクト３０３までドライエッチング法によ
り除去し、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層３０３及び
ｐ型ＧａＮコンタクト層２２３上にそれぞれ電極３２
５，３２６を形成した。即ち、周知の真空蒸着法やスパ
ッタ法などを用いて、ｎ型ＧａＮコンタクト層３０３に
対しては、Ｐｔ，Ｎｉ，Ａｕをこの順で形成し、オーミ
ック電極３２５とした。一方、ｐ型ＧａＮコンタクト層
３２３上には、順にＰｄ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕ（厚さ２μ
ｍ）を形成し、窒素中熱処理を施すことによりオーミッ
ク電極３２６とした。

【００４８】次に、このレーザ構造を基板側からスクラ
イバなどを用いてへき開し、共振器ミラーを形成した。
このようにして作成した半導体レーザは波長４２０ｎｍ
で連続発振した。このときのしきい電流密度は、井戸層
にドーピングしない構造のレーザの約１／３となった。
また、井戸層のいくつかに高濃度ドーピングしてあるの
で、素子全体の抵抗を下げる付加的効果もある。

【００４９】また、この構造に加えてｎ型クラッド層側
の井戸層にｐ型ドーピングするとしきい値低減の効果は
更に大きくなる。また、この実施形態では、上側から数
えて４つの井戸層のｎ型ドーピング濃度を全て同じにし
てあるが、ｐ型クラッド層３２２から離れるほど濃度を
徐々に低くしていく構造もしきい値低下に対し有効であ
る。

【００５０】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。ｎ型クラッド層に近い側のｐ型ド
ーピングする井戸層の数、又はｐ型クラッド層に近い側
のｎ型ドーピングする井戸層の数は、実施形態で説明し
た数に何等限定されるものではなく、仕様に応じて適宜
変更可能である。また、ｎ型クラッド層に近い側のｐ型
ドーピングしてある井戸層の数と、ｐ型クラッド層に近
い側のドーピングしてある井戸層の数は違っても良い。
その場合に、第３の実施形態に記したようにドーピング
濃度を徐々に変えるようにしてもよい。

【００５１】また、実施形態では半導体レーザについて
説明したが、多重量子井戸構造の活性層を一対の光閉じ
込め層で挟み、さらにｐ型及びｎ型の一対のクラッド層
で挟んだ分離閉じ込めヘテロ構造を有するものであれ
ば、発光ダイオードにも適用できる。

【００５２】また、基板はサファイアに限るものではな
く、ＳｉＣ，Ｓｉ，ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄，ＧａＮなどを用い
ることもできる。さらに、活性層，光閉じ込め層，クラ
ッド層の材料は実施形態に何等限定されるものではな
く、仕様に応じて適宜変更可能である。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。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、活
性層を構成する多重量子井戸構造の井戸層の一部を、ｐ
型クラッド層に近い方から順にｎ型層に、又はｎ型クラ
ッド層に近い方から順にｐ型層にすることにより、ＳＣ
Ｈ構造を採用した窒化物系半導体発光素子におけるキャ
リアのオーバーフローや再結合確率の低下を抑制するこ
とができ、しきい値電流の低減をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来構造と本発明構造による窒化物系化合物半
導体レーザのバンドダイアグラムの違いを示す図。

【図２】本発明の構造におけるバンドダイアグラムの別
の例を示す図。

【図３】第１の実施形態に係わるＧａＮ系半導体レーザ
を示す素子構造断面図。

【図４】第２の実施形態に係わるＧａＮ系半導体レーザ
を示す素子構造断面図。

【図５】第３の実施形態に係わるＧａＮ系半導体レーザ
を示す素子構造断面図。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１…サファイア基板１０２，２０２，３０３…アンドープＧａＮ下地層（バ
ッファ層）１０３，２０３，３０３…ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４，２０４，３０４…ｎ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎクラ
ッド層１０５，２０５，３０５…ｎ側ＧａＮガイド層（光閉じ
込め層）１１０，２１０，３１０…ＩｎＧａＮ系ＭＱＷ活性層１１１，２１１，３１１…Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層１１２，２１２，３１２…Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層１２１，２２１，３２１…ｐ側ＧａＮ光ガイド層（光閉
じ込め層）１２２，２２２，３２２…ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎクラ
ッド層１２３，２２３，３２３…ｐ型ＧａＮコンタクト層１２５，２２５，３２５…ｎ側電極１２６，２２５，３２６…ｐ側電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、多重量子井戸構造の活性層をｐ
型及びｎ型の一対のクラッド層で挟んだ窒化物系半導体
発光素子において、前記活性層を構成する多重量子井戸構造の井戸層の一部
を、ｐ型クラッド層に近い方から順にｎ型不純物が添加
された半導体層にしてなることを特徴とする窒化物系半
導体発光素子。
【請求項２】基板上に、多重量子井戸構造の活性層をｐ
型及びｎ型の一対のクラッド層で挟んだ窒化物系半導体
発光素子において、前記活性層を構成する多重量子井戸構造の井戸層の一部
を、ｎ型クラッド層に近い方から順にｐ型不純物が添加
された半導体層にしてなることを特徴とする窒化物系半
導体発光素子。
【請求項３】基板上に、多重量子井戸構造の活性層をｐ
型及びｎ型の一対のクラッド層で挟んだ窒化物系半導体
発光素子において、前記活性層を構成する多重量子井戸の井戸層を、ｐ型ク
ラッド層に近い方から順に一部ｎ型不純物が添加された
半導体層にし、かつｎ型クラッド層に近い方から順に一
部ｐ型不純物が添加された半導体層にしてなることを特
徴とする窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】前記多重量子井戸構造の活性層は、一対の
光閉じ込め層で挟まれていることを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。