JP2001135892A - 窒化物半導体発光装置 - Google Patents
窒化物半導体発光装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化物半導体厚膜基板を用いて優れた特性を
有する窒化物半導体発光装置を提供する。 【解決手段】 窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体
厚膜基板１０２と、その基板上に積層された複数の窒化
物半導体層１０３〜１１０を含む発光素子構造とを含
み、窒化物半導体基板１０２は不純物濃度の高い第１層
領域１０２ａとその第１層領域より不純物濃度の低い第
２層領域１０２ｂとの少なくとも２層領域を含み、発光
素子構造１０３〜１１０は基板１０２の第１層領域１０
２ａ上に設けられていることを特徴としている。
有する窒化物半導体発光装置を提供する。 【解決手段】 窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体
厚膜基板１０２と、その基板上に積層された複数の窒化
物半導体層１０３〜１１０を含む発光素子構造とを含
み、窒化物半導体基板１０２は不純物濃度の高い第１層
領域１０２ａとその第１層領域より不純物濃度の低い第
２層領域１０２ｂとの少なくとも２層領域を含み、発光
素子構造１０３〜１１０は基板１０２の第１層領域１０
２ａ上に設けられていることを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体基板
とその上に積層された複数の窒化物半導体層を含む発光
素子構造とを含む窒化物半導体発光装置に関するもので
ある。
とその上に積層された複数の窒化物半導体層を含む発光
素子構造とを含む窒化物半導体発光装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来から、窒化物半導体は、その特性に
鑑みて発光装置やハイパワー装置のために利用または研
究されている。たとえば、窒化物半導体を利用して発光
装置を作製する場合、その半導体の組成を調整すること
によって、紫色から橙色までの広い色範囲内で任意の単
色光を射出し得る発光装置を得ることができる。近年で
は、窒化物半導体の特性を利用して、青色発光ダイオー
ドや緑色発光ダイオードの実用化がなされ、また半導体
レーザ装置として青紫色半導体レーザが開発されてい
る。窒化物半導体膜を形成する際には、基板としてサフ
ァイア、ＳｉＣ、スピネル、Ｓｉ、またはＧａＡｓなど
の基板が使用される。
鑑みて発光装置やハイパワー装置のために利用または研
究されている。たとえば、窒化物半導体を利用して発光
装置を作製する場合、その半導体の組成を調整すること
によって、紫色から橙色までの広い色範囲内で任意の単
色光を射出し得る発光装置を得ることができる。近年で
は、窒化物半導体の特性を利用して、青色発光ダイオー
ドや緑色発光ダイオードの実用化がなされ、また半導体
レーザ装置として青紫色半導体レーザが開発されてい
る。窒化物半導体膜を形成する際には、基板としてサフ
ァイア、ＳｉＣ、スピネル、Ｓｉ、またはＧａＡｓなど
の基板が使用される。
【０００３】たとえば、基板としてサファイアを用いる
場合には、ＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる前に、
予め５００〜６００℃の比較的低温でＧａＮまたはＡｌ
Ｎのバッファ層を形成し、その後に基板を１０００〜１
１００℃の高温に加熱してＧａＮ膜のエピタキシャル成
長を行なえば、表面が良好でかつ構造的および電気的に
良好な結晶からなるＧａＮ膜の得られることが知られて
いる。また、ＳｉＣを基板として使用する場合には、Ｇ
ａＮ膜のエピタキシャル成長を行なう際に薄いＡｌＮ膜
をバッファ層として使用すればよいことが知られてい
る。
場合には、ＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる前に、
予め５００〜６００℃の比較的低温でＧａＮまたはＡｌ
Ｎのバッファ層を形成し、その後に基板を１０００〜１
１００℃の高温に加熱してＧａＮ膜のエピタキシャル成
長を行なえば、表面が良好でかつ構造的および電気的に
良好な結晶からなるＧａＮ膜の得られることが知られて
いる。また、ＳｉＣを基板として使用する場合には、Ｇ
ａＮ膜のエピタキシャル成長を行なう際に薄いＡｌＮ膜
をバッファ層として使用すればよいことが知られてい
る。
【０００４】しかしながら、このようにＧａＮなどの窒
化物半導体以外の基板を使用する場合には、その上に成
長させられる窒化物半導体膜との熱膨張係数や格子定数
の違いによって、得られる窒化物半導体膜中には多数の
結晶欠陥が存在する。それらの欠陥は刃状転位と螺旋転
位に分類されるが、合計転位密度は１×１０9〜１×１
０10ｃｍ-2程度にもなる。これらの欠陥はキャリアをト
ラップするので膜の電気的特性を損ねることが知られて
いるほか、大電流を流すようなレーザ装置においてはそ
の寿命特性の劣化を招くことが知られている。
化物半導体以外の基板を使用する場合には、その上に成
長させられる窒化物半導体膜との熱膨張係数や格子定数
の違いによって、得られる窒化物半導体膜中には多数の
結晶欠陥が存在する。それらの欠陥は刃状転位と螺旋転
位に分類されるが、合計転位密度は１×１０9〜１×１
０10ｃｍ-2程度にもなる。これらの欠陥はキャリアをト
ラップするので膜の電気的特性を損ねることが知られて
いるほか、大電流を流すようなレーザ装置においてはそ
の寿命特性の劣化を招くことが知られている。
【０００５】したがって、格子欠陥を低減しかつ電気的
特性の良好な窒化物半導体膜を得るためには、ハイドラ
イド気相成長法（Ｈ−ＶＰＥ）、高圧合成法、または昇
華法などを用いてＧａＮなどの厚膜を形成し、これを窒
化物半導体基板として使用することが試みられている。
窒化物半導体厚膜を基板として使用する場合には、その
厚膜における欠陥密度の減少と残留キャリア濃度の低下
によって電気抵抗が高くなるので、不純物をドーピング
して抵抗を下げることが行なわれている。
特性の良好な窒化物半導体膜を得るためには、ハイドラ
イド気相成長法（Ｈ−ＶＰＥ）、高圧合成法、または昇
華法などを用いてＧａＮなどの厚膜を形成し、これを窒
化物半導体基板として使用することが試みられている。
窒化物半導体厚膜を基板として使用する場合には、その
厚膜における欠陥密度の減少と残留キャリア濃度の低下
によって電気抵抗が高くなるので、不純物をドーピング
して抵抗を下げることが行なわれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ようにＨ−ＶＰＥ法などでＧａＮ厚膜を成長させる際に
所定濃度の不純物をドープするだけでは、得られるＧａ
Ｎ厚膜の結晶の質と電気的特性に問題がある（以後、特
に断りのない限り厚膜とは２０μｍ以上の厚さを有する
膜を意味するものとする）。たとえば、所定の高濃度の
不純物をドープして形成したＧａＮ厚膜基板を窒化物半
導体レーザ装置に使用する場合、そのレーザ装置のしき
い値電圧は低下するものの、しきい値電流密度は逆に増
加する傾向にある。またＧａＮ厚膜基板の表面モホロジ
ーも非常に悪くなり、その結晶の質も良好ではない。
ようにＨ−ＶＰＥ法などでＧａＮ厚膜を成長させる際に
所定濃度の不純物をドープするだけでは、得られるＧａ
Ｎ厚膜の結晶の質と電気的特性に問題がある（以後、特
に断りのない限り厚膜とは２０μｍ以上の厚さを有する
膜を意味するものとする）。たとえば、所定の高濃度の
不純物をドープして形成したＧａＮ厚膜基板を窒化物半
導体レーザ装置に使用する場合、そのレーザ装置のしき
い値電圧は低下するものの、しきい値電流密度は逆に増
加する傾向にある。またＧａＮ厚膜基板の表面モホロジ
ーも非常に悪くなり、その結晶の質も良好ではない。
【０００７】他方、所定の低濃度の不純物をドープして
形成したＧａＮ厚膜基板を窒化物半導体レーザ装置に使
用する場合、ＧａＮ厚膜基板の表面モホロジーは良好で
レーザ装置のしきい値電流密度も低くなるが、逆にしき
い値電圧が増加する傾向になる。このことから、窒化物
半導体発光装置の電気的特性を損なわない窒化物半導体
基板（たとえば、ＧａＮ厚膜基板）が望まれている。こ
のような従来の技術における状況に鑑み、本発明は、窒
化物半導体厚膜基板を用いて優れた特性を有する窒化物
半導体発光装置を提供することを目的としている。
形成したＧａＮ厚膜基板を窒化物半導体レーザ装置に使
用する場合、ＧａＮ厚膜基板の表面モホロジーは良好で
レーザ装置のしきい値電流密度も低くなるが、逆にしき
い値電圧が増加する傾向になる。このことから、窒化物
半導体発光装置の電気的特性を損なわない窒化物半導体
基板（たとえば、ＧａＮ厚膜基板）が望まれている。こ
のような従来の技術における状況に鑑み、本発明は、窒
化物半導体厚膜基板を用いて優れた特性を有する窒化物
半導体発光装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めには、基板として使用する窒化物半導体厚膜の表面が
エピタキシャル成長によって形成される発光素子構造と
電気的に良好な状態でコンタクトすることが必要であ
り、そのエピタキシャル成長の連続性が良好になるよう
に成長条件を適切に制御することが重要である。
めには、基板として使用する窒化物半導体厚膜の表面が
エピタキシャル成長によって形成される発光素子構造と
電気的に良好な状態でコンタクトすることが必要であ
り、そのエピタキシャル成長の連続性が良好になるよう
に成長条件を適切に制御することが重要である。
【０００９】本発明によれば、窒化物半導体発光装置
は、窒化物半導体基板と、その基板上に積層された複数
の窒化物半導体層を含む発光素子構造とを含み、窒化物
半導体基板は高不純物濃度の第１の層領域とその第１層
領域より低い不純物濃度の第２の層領域との少なくとも
２層領域を含み、発光素子構造は基板の第１層領域上に
形成されていることを特徴としている。
は、窒化物半導体基板と、その基板上に積層された複数
の窒化物半導体層を含む発光素子構造とを含み、窒化物
半導体基板は高不純物濃度の第１の層領域とその第１層
領域より低い不純物濃度の第２の層領域との少なくとも
２層領域を含み、発光素子構造は基板の第１層領域上に
形成されていることを特徴としている。
【００１０】窒化物半導体基板は、ｎ型の導電性を有し
ているのが好ましい。すなわち、窒化物半導体基板の第
１層領域はｎ型のための導電型決定不純物を含んでいる
ことが好ましい。窒化物半導体基板に含まれる不純物と
しては、シリコン、ゲルマニウム、酸素、炭素、硫黄、
セレンまたはテルルを用いることができる。
ているのが好ましい。すなわち、窒化物半導体基板の第
１層領域はｎ型のための導電型決定不純物を含んでいる
ことが好ましい。窒化物半導体基板に含まれる不純物と
しては、シリコン、ゲルマニウム、酸素、炭素、硫黄、
セレンまたはテルルを用いることができる。
【００１１】窒化物半導体基板の第１層領域の不純物濃
度は、１×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。他
方、窒化物半導体基板内には、８×１０18ｃｍ-3以下の
最も低い不純物濃度を有する層領域が含まれていること
が好ましい。また、窒化物半導体基板の第１層領域は１
０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。
度は、１×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。他
方、窒化物半導体基板内には、８×１０18ｃｍ-3以下の
最も低い不純物濃度を有する層領域が含まれていること
が好ましい。また、窒化物半導体基板の第１層領域は１
０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】（実施例１）窒化物半導体の厚膜
を成長させる方法としては、Ｈ−ＶＰＥ法、高圧合成
法、または昇華法が考えられるが、大面積にわたって膜
厚変動なく膜成長させる方法としては、Ｈ−ＶＰＥ法が
最も好ましい。本実施例ではサファイア基板上にＨ−Ｖ
ＰＥ法を用いて成長させたＧａＮの厚膜を窒化物半導体
基板として用いた窒化物半導体発光装置について説明す
る。
を成長させる方法としては、Ｈ−ＶＰＥ法、高圧合成
法、または昇華法が考えられるが、大面積にわたって膜
厚変動なく膜成長させる方法としては、Ｈ−ＶＰＥ法が
最も好ましい。本実施例ではサファイア基板上にＨ−Ｖ
ＰＥ法を用いて成長させたＧａＮの厚膜を窒化物半導体
基板として用いた窒化物半導体発光装置について説明す
る。
【００１３】まず、（０００１）面を有するサファイア
基板を洗浄し、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相堆積）法を用
いて、以下の手順で厚さ約２μｍのノンドープＧａＮ膜
を下地層として成長させた。すなわち、洗浄されたサフ
ァイア基板がＭＯＣＶＤ装置内に導入され、水素
（Ｈ2）雰囲気中で約１１００℃の高温においてクリー
ニングが行なわれた。その後、比較的低温の６００℃に
おいて、キャリアガスとしてＨ2を１０ｌ／ｍｉｎの流
量で導入しながら、５ｌ／ｍｉｎのＮＨ3と２０μｍｏ
ｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を導入し
て、厚さ約２０ｎｍのＧａＮバッファ層を成長させた。
その後、一旦ＴＭＧの供給を停止して再び約１０５０℃
まで昇温した後に、約１００μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ
を導入して１時間で厚さ約３μｍのノンドープＧａＮ膜
を成長させた。その後、ＴＭＧとＮＨ3の供給を停止し
て室温まで冷却し、ノンドープのＧａＮ下地層が成長さ
せられたサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置から取出し
た。バッファ層としては、ＧａＮに限られず、トリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、およびＮＨ3を選
択的に利用してＡｌＮ膜またはＧａＡｌＮ膜が形成され
てもよい。
基板を洗浄し、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相堆積）法を用
いて、以下の手順で厚さ約２μｍのノンドープＧａＮ膜
を下地層として成長させた。すなわち、洗浄されたサフ
ァイア基板がＭＯＣＶＤ装置内に導入され、水素
（Ｈ2）雰囲気中で約１１００℃の高温においてクリー
ニングが行なわれた。その後、比較的低温の６００℃に
おいて、キャリアガスとしてＨ2を１０ｌ／ｍｉｎの流
量で導入しながら、５ｌ／ｍｉｎのＮＨ3と２０μｍｏ
ｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を導入し
て、厚さ約２０ｎｍのＧａＮバッファ層を成長させた。
その後、一旦ＴＭＧの供給を停止して再び約１０５０℃
まで昇温した後に、約１００μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ
を導入して１時間で厚さ約３μｍのノンドープＧａＮ膜
を成長させた。その後、ＴＭＧとＮＨ3の供給を停止し
て室温まで冷却し、ノンドープのＧａＮ下地層が成長さ
せられたサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置から取出し
た。バッファ層としては、ＧａＮに限られず、トリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、およびＮＨ3を選
択的に利用してＡｌＮ膜またはＧａＡｌＮ膜が形成され
てもよい。
【００１４】次に、上記方法でサファイア基板上に形成
されたノンドープＧａＮ下地層上に厚膜を形成する際
に、その厚膜中にクラックが生じないようにするため
に、約０．２μｍの厚さと７μｍの幅と１０μｍの間隔
を有するストライプ状の成長抑制膜を形成し、その上に
Ｈ−ＶＰＥ法で選択成長（横方向エピタキシャル成長を
伴う）を行なって平坦なＧａＮ厚膜が成長させられた。
本実施例では、成長抑制膜として、電子ビーム蒸着法
（ＥＢ法）によって堆積されたＳｉＯ2膜をフォトリソ
グラフィを用いてエッチングしたものが用いられた。
されたノンドープＧａＮ下地層上に厚膜を形成する際
に、その厚膜中にクラックが生じないようにするため
に、約０．２μｍの厚さと７μｍの幅と１０μｍの間隔
を有するストライプ状の成長抑制膜を形成し、その上に
Ｈ−ＶＰＥ法で選択成長（横方向エピタキシャル成長を
伴う）を行なって平坦なＧａＮ厚膜が成長させられた。
本実施例では、成長抑制膜として、電子ビーム蒸着法
（ＥＢ法）によって堆積されたＳｉＯ2膜をフォトリソ
グラフィを用いてエッチングしたものが用いられた。
【００１５】以下において、図１に示されているような
ＧａＮ厚膜１０２のＨ−ＶＰＥ法による成長方法を説明
する。上述の方法で形成されたストライプ状の成長抑制
膜を含むノンドープＧａＮ下地層が成長させられたサフ
ァイア基板が、Ｈ−ＶＰＥ装置内へ導入された。Ｎ2キ
ャリアガスとＮＨ3をそれぞれ５ｌ／ｍｉｎの流量で導
入しながら、基板が約１０５０℃まで昇温された。その
後、基板上に１００ｃｃ／ｍｉｎのＧａＣｌを導入して
ＧａＮ厚膜１０２の成長を開始した。ＧａＣｌは約８０
０℃に保持された金属ＧａにＨＣｌガスを反応させるこ
とによって生成された。基板近傍まで単独で配管されて
いるドーピングラインを通して不純物ガスを供給するこ
とによって、膜成長中に任意に不純物ドーピングを行な
うことができた。本実施例では、膜成長を開始すると同
時に２００ｎｍｏｌ／ｍｉｎのモノシラン（ＳｉＨ4）
を供給（ＳｉＨ4不純物濃度：約３．８×１０18ｃ
ｍ-3）して低ＳｉドープＧａＮ層領域１０２ｂを成長さ
せ、膜成長が終了する３分前にＳｉＨ4の流量を５００
ｎｍｏｌ／ｍｉｎ（ＳｉＨ4不純物濃度：約８．０×１
０18ｃｍ-3）に増大させて高ＳｉドープＧａＮ層領域１
０２ａを約５μｍの厚さに成長させた。
ＧａＮ厚膜１０２のＨ−ＶＰＥ法による成長方法を説明
する。上述の方法で形成されたストライプ状の成長抑制
膜を含むノンドープＧａＮ下地層が成長させられたサフ
ァイア基板が、Ｈ−ＶＰＥ装置内へ導入された。Ｎ2キ
ャリアガスとＮＨ3をそれぞれ５ｌ／ｍｉｎの流量で導
入しながら、基板が約１０５０℃まで昇温された。その
後、基板上に１００ｃｃ／ｍｉｎのＧａＣｌを導入して
ＧａＮ厚膜１０２の成長を開始した。ＧａＣｌは約８０
０℃に保持された金属ＧａにＨＣｌガスを反応させるこ
とによって生成された。基板近傍まで単独で配管されて
いるドーピングラインを通して不純物ガスを供給するこ
とによって、膜成長中に任意に不純物ドーピングを行な
うことができた。本実施例では、膜成長を開始すると同
時に２００ｎｍｏｌ／ｍｉｎのモノシラン（ＳｉＨ4）
を供給（ＳｉＨ4不純物濃度：約３．８×１０18ｃ
ｍ-3）して低ＳｉドープＧａＮ層領域１０２ｂを成長さ
せ、膜成長が終了する３分前にＳｉＨ4の流量を５００
ｎｍｏｌ／ｍｉｎ（ＳｉＨ4不純物濃度：約８．０×１
０18ｃｍ-3）に増大させて高ＳｉドープＧａＮ層領域１
０２ａを約５μｍの厚さに成長させた。
【００１６】なお、Ｓｉのドーピングに関してはＳｉＨ
4に限られず、モノクロロシラン（ＳｉＨ3Ｃｌ）、ジク
ロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、またはトリクロロシラン
（ＳｉＨＣｌ3）などの他の原料を使用してもよい。上
記方法で３時間の膜成長が行なわれ、合計厚さが約３５
０μｍのＧａＮ厚膜が成長させられた。その後、研磨に
よってサファイア基板を除去し、ＧａＮ厚膜基板１０２
が得られた。
4に限られず、モノクロロシラン（ＳｉＨ3Ｃｌ）、ジク
ロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、またはトリクロロシラン
（ＳｉＨＣｌ3）などの他の原料を使用してもよい。上
記方法で３時間の膜成長が行なわれ、合計厚さが約３５
０μｍのＧａＮ厚膜が成長させられた。その後、研磨に
よってサファイア基板を除去し、ＧａＮ厚膜基板１０２
が得られた。
【００１７】上述のようにして得られたＧａＮ厚膜基板
１０２上に、ＭＯＣＶＤ法によって発光素子構造が形成
された。以下、ＧａＮ厚膜基板１０２上に青紫色レーザ
素子構造を形成した例について説明する。
１０２上に、ＭＯＣＶＤ法によって発光素子構造が形成
された。以下、ＧａＮ厚膜基板１０２上に青紫色レーザ
素子構造を形成した例について説明する。
【００１８】まず、ＧａＮ厚膜基板１０２がＭＯＣＶＤ
装置内に導入され、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５ｌ／ｍｉｎ
の流量で導入しながら温度が約１０５０℃まで上げられ
た。温度が約１０５０℃に達すれば、Ｈ2のキャリアガ
スの下で、１００μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧと１０ｎｍ
ｏｌ／ｍｉｎのＳｉＨ4を導入して、ｎ型ＧａＮバッフ
ァ層１０３を約４μｍの厚さに成長させた。その後、Ｔ
ＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、４０μｍ
ｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡを導入して、ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ0.9
Ｎクラッド層１０４を０．５μｍの厚さに成長させた。
その後、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの流量を１００
μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮ光伝播層１０
５を０．１μｍの厚さに成長させた。
装置内に導入され、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５ｌ／ｍｉｎ
の流量で導入しながら温度が約１０５０℃まで上げられ
た。温度が約１０５０℃に達すれば、Ｈ2のキャリアガ
スの下で、１００μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧと１０ｎｍ
ｏｌ／ｍｉｎのＳｉＨ4を導入して、ｎ型ＧａＮバッフ
ァ層１０３を約４μｍの厚さに成長させた。その後、Ｔ
ＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、４０μｍ
ｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡを導入して、ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ0.9
Ｎクラッド層１０４を０．５μｍの厚さに成長させた。
その後、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの流量を１００
μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮ光伝播層１０
５を０．１μｍの厚さに成長させた。
【００１９】その後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリ
アガスとしてのＨ2をＮ2に代えて、７００℃まで降温
し、インジウム原料として１０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリ
メチルインジウム（ＴＭＩ）を導入するとともに、１５
μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧを導入し、厚さ４ｎｍのＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（図示せず）を成長させた。その
後、ＴＭＩの供給量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増大さ
せ、厚さ２ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（図示せ
ず）を成長させた。このような障壁層と井戸層の形成が
交互に繰返され、４層の障壁層と３層の井戸層を含む多
重量子井戸（ＭＱＷ）層１０６を形成した。ＭＱＷ層１
０６の形成が終了すれば、ＴＭＩとＴＭＧの供給を停止
し、再び温度が１０５０℃まで上げられ、キャリアガス
を再びＮ2からＨ2に代えて、５０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴ
ＭＧ、３０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、およびｐ型ドー
ピング原料としての１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎのビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を供給し、
厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック
層１０７を成長させた。その後、ＴＭＡの供給を停止
し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整
し、厚さ０．１μｍのｐ型光伝播層１０８を成長させ
た。その後、ＴＭＧの供給量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに
調整し、４０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡを導入し、厚さ
０．４μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０９を
成長させ、最後にＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍ
ｉｎに調整してＴＭＡの供給を停止し、厚さ０．１μｍ
のｐ型ＧａＮコンタクト層１１０の成長を行なって発光
素子構造の成長を終了した。その後、ＴＭＧとＣｐ2Ｍ
ｇの供給を停止して室温まで冷却し、厚膜基板１０２上
に形成された発光素子構造をＭＯＣＶＤ装置から取出し
た。
アガスとしてのＨ2をＮ2に代えて、７００℃まで降温
し、インジウム原料として１０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリ
メチルインジウム（ＴＭＩ）を導入するとともに、１５
μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧを導入し、厚さ４ｎｍのＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（図示せず）を成長させた。その
後、ＴＭＩの供給量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増大さ
せ、厚さ２ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（図示せ
ず）を成長させた。このような障壁層と井戸層の形成が
交互に繰返され、４層の障壁層と３層の井戸層を含む多
重量子井戸（ＭＱＷ）層１０６を形成した。ＭＱＷ層１
０６の形成が終了すれば、ＴＭＩとＴＭＧの供給を停止
し、再び温度が１０５０℃まで上げられ、キャリアガス
を再びＮ2からＨ2に代えて、５０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴ
ＭＧ、３０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、およびｐ型ドー
ピング原料としての１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎのビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を供給し、
厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック
層１０７を成長させた。その後、ＴＭＡの供給を停止
し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整
し、厚さ０．１μｍのｐ型光伝播層１０８を成長させ
た。その後、ＴＭＧの供給量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに
調整し、４０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡを導入し、厚さ
０．４μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０９を
成長させ、最後にＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍ
ｉｎに調整してＴＭＡの供給を停止し、厚さ０．１μｍ
のｐ型ＧａＮコンタクト層１１０の成長を行なって発光
素子構造の成長を終了した。その後、ＴＭＧとＣｐ2Ｍ
ｇの供給を停止して室温まで冷却し、厚膜基板１０２上
に形成された発光素子構造をＭＯＣＶＤ装置から取出し
た。
【００２０】レーザ素子構造に含まれる膜の最外表面の
表面粗さの平均値Ｒａは約８ｎｍであり、良好な平坦性
を示していた。その後、ドライエッチング装置を用い
て、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を幅５μｍのストラ
イプ状に残してｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層１０９ま
でエッチングを行なって、光導波路を形成した。その
後、ｐ型ＧａＮコンタクト部１１０上にＡｕ／Ｐｄ電極
１１１を形成し、ＧａＮ厚膜基板１０２の裏面上にＡｌ
／Ｔｉ電極１０１を形成した。最後に、劈開またはドラ
イエッチング法を用いて共振器長が約１ｍｍになるよう
に加工し、ミラー端面を形成した。
表面粗さの平均値Ｒａは約８ｎｍであり、良好な平坦性
を示していた。その後、ドライエッチング装置を用い
て、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を幅５μｍのストラ
イプ状に残してｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎガイド層１０９ま
でエッチングを行なって、光導波路を形成した。その
後、ｐ型ＧａＮコンタクト部１１０上にＡｕ／Ｐｄ電極
１１１を形成し、ＧａＮ厚膜基板１０２の裏面上にＡｌ
／Ｔｉ電極１０１を形成した。最後に、劈開またはドラ
イエッチング法を用いて共振器長が約１ｍｍになるよう
に加工し、ミラー端面を形成した。
【００２１】以上のようにして、図１に示されているよ
うに青紫色の発光波長を有するレーザ装置が窒化物半導
体を利用して作製することができる。本実施例によって
作製されたレーザ装置は、発振のために必要とされる約
５Ｖのしきい値電圧と１ｋＡ／ｃｍ2のしきい値電流密
度を有し、それらのしきい値近傍の条件の下における約
１０００時間の寿命試験の結果では特性劣化は見られな
かった。なお、実施例１ではサファイア基板上にＧａＮ
厚膜１０２を成長させた後に、そのサファイア基板を剥
離してからＧａＮ厚膜基板１０２上に窒化物半導体発光
素子構造が形成されたが、サファイア基板を剥離するこ
となくＧａＮ厚膜１０２上に窒化物半導体発光素子構造
を形成した後にそのサファイア基板を剥離してもよいこ
とは言うまでもない。また、ＧａＮ厚膜基板だけでな
く、他の窒化物半導体（ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ：０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる厚膜基板を用いても本実
施例１と同様の効果が得られる。さらに、窒化物半導体
構成元素のうちで窒素元素の一部（１０％程度以下）
を、Ｐ、Ａｓ、またはＳｂで置換した材料を厚膜基板に
用いても実施例１と同様の効果が得られる。
うに青紫色の発光波長を有するレーザ装置が窒化物半導
体を利用して作製することができる。本実施例によって
作製されたレーザ装置は、発振のために必要とされる約
５Ｖのしきい値電圧と１ｋＡ／ｃｍ2のしきい値電流密
度を有し、それらのしきい値近傍の条件の下における約
１０００時間の寿命試験の結果では特性劣化は見られな
かった。なお、実施例１ではサファイア基板上にＧａＮ
厚膜１０２を成長させた後に、そのサファイア基板を剥
離してからＧａＮ厚膜基板１０２上に窒化物半導体発光
素子構造が形成されたが、サファイア基板を剥離するこ
となくＧａＮ厚膜１０２上に窒化物半導体発光素子構造
を形成した後にそのサファイア基板を剥離してもよいこ
とは言うまでもない。また、ＧａＮ厚膜基板だけでな
く、他の窒化物半導体（ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ：０≦
ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる厚膜基板を用いても本実
施例１と同様の効果が得られる。さらに、窒化物半導体
構成元素のうちで窒素元素の一部（１０％程度以下）
を、Ｐ、Ａｓ、またはＳｂで置換した材料を厚膜基板に
用いても実施例１と同様の効果が得られる。
【００２２】（実施例２）実施例２による複数のレーザ
装置においては、ＧａＮ厚膜基板をＨ−ＶＰＥで形成す
る際のＳｉＨ4ドーピング濃度が装置ごとに種々に変え
れたが、その他の製造条件は実施例１の場合と同様であ
った。
装置においては、ＧａＮ厚膜基板をＨ−ＶＰＥで形成す
る際のＳｉＨ4ドーピング濃度が装置ごとに種々に変え
れたが、その他の製造条件は実施例１の場合と同様であ
った。
【００２３】まず、実施例１と同様の方法によってスト
ライプ状の成長抑制膜を含むノンドープＧａＮ下地層が
形成されたサファイア基板をＨ−ＶＰＥ装置内に導入
し、Ｎ 2キャリアガスとＮＨ3をそれぞれ５ｌ／ｍｉｎの
流量で導入しながら、基板を約１０５０℃まで昇温し
た。その後、基板上に１００ｃｃ／ｍｉｎのＧａＣｌを
導入してＧａＮ厚膜１０２の成長を開始した。この膜成
長開始時において、不純物のドーピング濃度が５×１０
17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3、３×１０18ｃｍ-3、５×
１０18ｃｍ-3、および８×１０18ｃｍ-3になるようにＳ
ｉＨ4ガスを供給してＳｉドープＧａＮ膜を成長させ、
全厚が３５０μｍのＧａＮ膜成長が終了する３分前から
ＳｉＨ4流量を種々の割合で増大させて成長終端領域１
０２ａにおけるドーピング濃度が高められた。ただし、
いずれの場合も、成長終端領域１０２ａにおける濃度は
ほぼ２×１０19ｃｍ-3以下になるように設定された。そ
の後、実施例１と同様の方法によってレーザ装置が作製
された。
ライプ状の成長抑制膜を含むノンドープＧａＮ下地層が
形成されたサファイア基板をＨ−ＶＰＥ装置内に導入
し、Ｎ 2キャリアガスとＮＨ3をそれぞれ５ｌ／ｍｉｎの
流量で導入しながら、基板を約１０５０℃まで昇温し
た。その後、基板上に１００ｃｃ／ｍｉｎのＧａＣｌを
導入してＧａＮ厚膜１０２の成長を開始した。この膜成
長開始時において、不純物のドーピング濃度が５×１０
17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3、３×１０18ｃｍ-3、５×
１０18ｃｍ-3、および８×１０18ｃｍ-3になるようにＳ
ｉＨ4ガスを供給してＳｉドープＧａＮ膜を成長させ、
全厚が３５０μｍのＧａＮ膜成長が終了する３分前から
ＳｉＨ4流量を種々の割合で増大させて成長終端領域１
０２ａにおけるドーピング濃度が高められた。ただし、
いずれの場合も、成長終端領域１０２ａにおける濃度は
ほぼ２×１０19ｃｍ-3以下になるように設定された。そ
の後、実施例１と同様の方法によってレーザ装置が作製
された。
【００２４】図２のグラフにおいて、実施例２で作製さ
れた種々レーザ装置のしきい値電圧の値が示されてい
る。すなわち、このグラフにおいて縦軸はしきい値電圧
を示し、横軸はＧａＮ厚膜基板の成長終端領域１０２ａ
における不純物濃度を示している。また、参照番号２０
１；２０２；２０３；２０４；および２０５はＧａＮ厚
膜基板の成長開始時にＳｉＨ4ドーピング濃度がそれぞ
れ５×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3、３×１０18ｃ
ｍ-3、５×１０18ｃｍ-3、および８×１０18ｃｍ -3に設
定された場合に対応している。
れた種々レーザ装置のしきい値電圧の値が示されてい
る。すなわち、このグラフにおいて縦軸はしきい値電圧
を示し、横軸はＧａＮ厚膜基板の成長終端領域１０２ａ
における不純物濃度を示している。また、参照番号２０
１；２０２；２０３；２０４；および２０５はＧａＮ厚
膜基板の成長開始時にＳｉＨ4ドーピング濃度がそれぞ
れ５×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3、３×１０18ｃ
ｍ-3、５×１０18ｃｍ-3、および８×１０18ｃｍ -3に設
定された場合に対応している。
【００２５】図２に示されているように、ＧａＮ厚膜基
板１０２の成長終端領域１０２ａの不純物濃度が１×１
０18ｃｍ-3以上の場合に、しきい値電圧の低下が観測さ
れる。ただし、この効果が顕著に表われるのは、成長終
端領域１０２ａの不純物濃度が３×１０18ｃｍ-3以上の
範囲である。他方、厚膜基板に過剰の不純物濃度をドー
ピングすれば、その上に成長させられるエピタキシャル
層内で結晶欠陥が増加するので、好ましくは厚膜基板の
成長終端領域１０２ａにおける不純物濃度は３×１０18
ｃｍ-3以上で１×１０19ｃｍ-3以下の範囲内にあること
が好ましい。
板１０２の成長終端領域１０２ａの不純物濃度が１×１
０18ｃｍ-3以上の場合に、しきい値電圧の低下が観測さ
れる。ただし、この効果が顕著に表われるのは、成長終
端領域１０２ａの不純物濃度が３×１０18ｃｍ-3以上の
範囲である。他方、厚膜基板に過剰の不純物濃度をドー
ピングすれば、その上に成長させられるエピタキシャル
層内で結晶欠陥が増加するので、好ましくは厚膜基板の
成長終端領域１０２ａにおける不純物濃度は３×１０18
ｃｍ-3以上で１×１０19ｃｍ-3以下の範囲内にあること
が好ましい。
【００２６】また、ＧａＮ厚膜基板１０２内で成長終端
領域１０２ａを除いた他の領域１０２ｂが８×１０18ｃ
ｍ-3以下の不純物濃度を有する場合に、高不純物濃度の
成長終端領域１０２ａによるしきい値電圧の低下割合の
効果が顕著になる。ただし、成長終端領域１０２ａを除
いたＧａＮ厚膜基板内の不純物濃度が３×１０18ｃｍ -3
を超えればしきい値電流密度の増加する傾向が表われ
（図５参照）、逆に１×１０17ｃｍ-3以下であれば基板
自体の抵抗が大きくなりすぎるので、ＧａＮ厚膜基板１
０２の成長端領域１０２ａを除く他の領域１０２ｂの不
純物濃度は３×１０18ｃｍ-3以下で１×１０17ｃｍ-3以
上の範囲にあることが好ましい。
領域１０２ａを除いた他の領域１０２ｂが８×１０18ｃ
ｍ-3以下の不純物濃度を有する場合に、高不純物濃度の
成長終端領域１０２ａによるしきい値電圧の低下割合の
効果が顕著になる。ただし、成長終端領域１０２ａを除
いたＧａＮ厚膜基板内の不純物濃度が３×１０18ｃｍ -3
を超えればしきい値電流密度の増加する傾向が表われ
（図５参照）、逆に１×１０17ｃｍ-3以下であれば基板
自体の抵抗が大きくなりすぎるので、ＧａＮ厚膜基板１
０２の成長端領域１０２ａを除く他の領域１０２ｂの不
純物濃度は３×１０18ｃｍ-3以下で１×１０17ｃｍ-3以
上の範囲にあることが好ましい。
【００２７】なお、この実施例２では不純物としてＳｉ
をドーピングした例について説明されたが、ｎ型導電性
を生じさせる他の不純物を用いてもＳｉの場合と同様の
傾向を示すことがわかっている。
をドーピングした例について説明されたが、ｎ型導電性
を生じさせる他の不純物を用いてもＳｉの場合と同様の
傾向を示すことがわかっている。
【００２８】（比較例１）比較例１による複数のレーザ
装置においても、ＧａＮ厚膜基板をＨ−ＶＰＥで形成す
る際のＳｉＨ4ドーピング濃度が装置ごとに種々に変え
られた。しかし、比較例１は、ＧａＮ厚膜基板の成長開
始時に設定されたドーピング濃度がその成長終了時まで
一定に維持されたことにおいて実施例１および２と異な
っている。
装置においても、ＧａＮ厚膜基板をＨ−ＶＰＥで形成す
る際のＳｉＨ4ドーピング濃度が装置ごとに種々に変え
られた。しかし、比較例１は、ＧａＮ厚膜基板の成長開
始時に設定されたドーピング濃度がその成長終了時まで
一定に維持されたことにおいて実施例１および２と異な
っている。
【００２９】すなわち、Ｈ−ＶＰＥ法によるＧａＮ厚膜
基板の成長中に、ＳｉＨ4流量が１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ
から１０００ｎｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内で種々の一定値
に維持された。こうして、不純物濃度の異なる複数種類
のＧａＮ厚膜基板が形成され、その基板上に作製された
レーザ素子構造の特性が測定された。図３に示されてい
るように、ＳｉＨ4供給量とＧａＮ厚膜基板中の不純物
濃度は比例関係にあり、ＳｉＨ4供給量が１０００ｎｍ
ｏｌ／ｍｉｎのときの不純物濃度は、１．６×１０19ｃ
ｍ-3であった。こうして形成されたＧａＮ厚膜基板内の
不純物濃度とその上に形成されたレーザ素子構造のしき
い値電圧との関係が図４に示され、基板内の不純物濃度
としきい値電流密度との関係が図５に示され、そして不
純物濃度と基板の平均表面粗さとの関係が図６に示され
ている。
基板の成長中に、ＳｉＨ4流量が１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ
から１０００ｎｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内で種々の一定値
に維持された。こうして、不純物濃度の異なる複数種類
のＧａＮ厚膜基板が形成され、その基板上に作製された
レーザ素子構造の特性が測定された。図３に示されてい
るように、ＳｉＨ4供給量とＧａＮ厚膜基板中の不純物
濃度は比例関係にあり、ＳｉＨ4供給量が１０００ｎｍ
ｏｌ／ｍｉｎのときの不純物濃度は、１．６×１０19ｃ
ｍ-3であった。こうして形成されたＧａＮ厚膜基板内の
不純物濃度とその上に形成されたレーザ素子構造のしき
い値電圧との関係が図４に示され、基板内の不純物濃度
としきい値電流密度との関係が図５に示され、そして不
純物濃度と基板の平均表面粗さとの関係が図６に示され
ている。
【００３０】図４に示されているように、ＧａＮ厚膜基
板中の不純物濃度が増大するに従って、得られるレーザ
装置の発振しきい値電圧が低下している。この理由の１
つは、ＧａＮ厚膜基板の抵抗が不純物の影響で低下する
ことによる。しかし、さらに重要な理由として、ＧａＮ
厚膜基板とその上にＭＯＣＶＤで形成されるレーザ素子
構造の最下層とのコンタクト領域で生じるショットキ障
壁が低減することによってしきい値電圧が低くなること
が、本発明者たちの電子線励起電流法（ＥＢＩＣ法）に
よる観測から明らかになっている。レーザ発振しきい値
電圧は、ＧａＮ厚膜基板の不純物濃度が約５×１０18ｃ
ｍ-3以上の範囲においてほぼ５Ｖ程度の値に収束してい
る。他方、図５を参照すれば、ＧａＮ厚膜基板の不純物
濃度が約３×１０18ｃｍ-3以上になれば、レーザ発振し
きい値電流密度が増大する傾向を示す。これは、図６に
示されているようにＧａＮ厚膜基板中の不純物濃度が約
３．２×１０18ｃｍ-3を超えるに伴って、基板の平均表
面粗さＲａが増大し始めることに起因していると考えら
れる。すなわち、基板表面粗さが増大すれば、その上に
形成されるレーザ素子構造に含まれる各層界面の凹凸が
増大し、レーザ光を伝播する伝播層１０５内での光の分
散が増大し、このことがしきい値電流密度の増大を生じ
させると考えられる。なお、実施例１および２では、Ｇ
ａＮ厚膜基板１０２の成長終端領域１０２ａのみにおい
て不純物濃度を高めることによって、上記問題を回避で
きている。
板中の不純物濃度が増大するに従って、得られるレーザ
装置の発振しきい値電圧が低下している。この理由の１
つは、ＧａＮ厚膜基板の抵抗が不純物の影響で低下する
ことによる。しかし、さらに重要な理由として、ＧａＮ
厚膜基板とその上にＭＯＣＶＤで形成されるレーザ素子
構造の最下層とのコンタクト領域で生じるショットキ障
壁が低減することによってしきい値電圧が低くなること
が、本発明者たちの電子線励起電流法（ＥＢＩＣ法）に
よる観測から明らかになっている。レーザ発振しきい値
電圧は、ＧａＮ厚膜基板の不純物濃度が約５×１０18ｃ
ｍ-3以上の範囲においてほぼ５Ｖ程度の値に収束してい
る。他方、図５を参照すれば、ＧａＮ厚膜基板の不純物
濃度が約３×１０18ｃｍ-3以上になれば、レーザ発振し
きい値電流密度が増大する傾向を示す。これは、図６に
示されているようにＧａＮ厚膜基板中の不純物濃度が約
３．２×１０18ｃｍ-3を超えるに伴って、基板の平均表
面粗さＲａが増大し始めることに起因していると考えら
れる。すなわち、基板表面粗さが増大すれば、その上に
形成されるレーザ素子構造に含まれる各層界面の凹凸が
増大し、レーザ光を伝播する伝播層１０５内での光の分
散が増大し、このことがしきい値電流密度の増大を生じ
させると考えられる。なお、実施例１および２では、Ｇ
ａＮ厚膜基板１０２の成長終端領域１０２ａのみにおい
て不純物濃度を高めることによって、上記問題を回避で
きている。
【００３１】たとえば、図４、図５、および図６の中
で、破線は実施例１で作製されたレーザ装置における特
性値を示している（すなわち図１において、高Ｓｉドー
プＧａＮ領域１０２ａの不純物濃度が約８．０×１０18
ｃｍ-3で、低ＳｉドープＧａＮ領域１０２ｂの不純物濃
度が約３．８×１０18ｃｍ-3の場合）。比較例１のよう
に全厚にわたって一定の不純物濃度を有するＧａＮ厚膜
基板を用いたレーザ装置においては、実施例１のレーザ
装置に比べて同等以上の特性を実現し得るような基板中
の適切な一定不純物量が存在しないことがわかる。
で、破線は実施例１で作製されたレーザ装置における特
性値を示している（すなわち図１において、高Ｓｉドー
プＧａＮ領域１０２ａの不純物濃度が約８．０×１０18
ｃｍ-3で、低ＳｉドープＧａＮ領域１０２ｂの不純物濃
度が約３．８×１０18ｃｍ-3の場合）。比較例１のよう
に全厚にわたって一定の不純物濃度を有するＧａＮ厚膜
基板を用いたレーザ装置においては、実施例１のレーザ
装置に比べて同等以上の特性を実現し得るような基板中
の適切な一定不純物量が存在しないことがわかる。
【００３２】（実施例３）実施例３では、実施例１にお
ける各層の導電型が反転されたレーザ装置が作製され
た。すなわち、本実施例では実施例１に類似してＨ−Ｖ
ＰＥ法によってＧａＮ厚膜基板が形成されたが、不純物
としては有機金属のビスシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（Ｃｐ2Ｍｇ）が導入された。その膜成長終了の３
分前から不純物Ｍｇの導入量を増大させ、全厚３５０μ
ｍでｐ型導電性を示すＧａＮ厚膜が形成された。得られ
たＧａＮ厚膜基板はＭＯＣＶＤ装置内に導入され、ｐ型
ＧａＮバッファ層、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層、
ｐ型伝播層、ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層、キャリアブロ
ック層、ｎ型伝播層、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層、およびｎ型コンタクト層を順次に成長させた。その
後、実施例１と同様のプロセスを経てレーザ装置が作製
された。
ける各層の導電型が反転されたレーザ装置が作製され
た。すなわち、本実施例では実施例１に類似してＨ−Ｖ
ＰＥ法によってＧａＮ厚膜基板が形成されたが、不純物
としては有機金属のビスシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（Ｃｐ2Ｍｇ）が導入された。その膜成長終了の３
分前から不純物Ｍｇの導入量を増大させ、全厚３５０μ
ｍでｐ型導電性を示すＧａＮ厚膜が形成された。得られ
たＧａＮ厚膜基板はＭＯＣＶＤ装置内に導入され、ｐ型
ＧａＮバッファ層、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層、
ｐ型伝播層、ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層、キャリアブロ
ック層、ｎ型伝播層、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層、およびｎ型コンタクト層を順次に成長させた。その
後、実施例１と同様のプロセスを経てレーザ装置が作製
された。
【００３３】実施例３で作製されたレーザ装置において
は、ｐ型厚膜基板の成長終端領域の不純物濃度を増大さ
せることにより、３〜５Ｖのしきい値電圧の低下が確認
された。しかし、ｐ型基板を用いた場合には、その不純
物濃度をどのように変えてもしきい値電圧は２０Ｖ以上
であり、実施例１のようにｎ型ＧａＮ厚膜基板を使用し
た場合ほど好ましい効果は表われなかった。これは、ｐ
型基板自体の抵抗値がｎ型基板に比べて高いので、良好
なコンタクト界面が形成されにくいからであると考えら
れる。
は、ｐ型厚膜基板の成長終端領域の不純物濃度を増大さ
せることにより、３〜５Ｖのしきい値電圧の低下が確認
された。しかし、ｐ型基板を用いた場合には、その不純
物濃度をどのように変えてもしきい値電圧は２０Ｖ以上
であり、実施例１のようにｎ型ＧａＮ厚膜基板を使用し
た場合ほど好ましい効果は表われなかった。これは、ｐ
型基板自体の抵抗値がｎ型基板に比べて高いので、良好
なコンタクト界面が形成されにくいからであると考えら
れる。
【００３４】（実施例４）実施例４では、実施例１と同
様に、Ｈ−ＶＰＥ法でＧａＮ厚膜成長を開始すると同時
に所定流量のＳｉＨ4を導入してｎ型のＧａＮ厚膜を成
長させた。ただし、その膜成長終了の３分前から不純物
をＳｉＨ4からゲルマニウム（Ｇｅ）または酸素（Ｏ）
に変えるとともに成長終端領域の不純物濃度を増大さ
せ、厚さ３５０μｍで不純物濃度変化を含むｎ型ＧａＮ
厚膜が形成された。得られたＧａＮ厚膜基板をＭＯＣＶ
Ｄ装置に導入し、以後は実施例１と同様の方法によって
レーザ装置が作製された。
様に、Ｈ−ＶＰＥ法でＧａＮ厚膜成長を開始すると同時
に所定流量のＳｉＨ4を導入してｎ型のＧａＮ厚膜を成
長させた。ただし、その膜成長終了の３分前から不純物
をＳｉＨ4からゲルマニウム（Ｇｅ）または酸素（Ｏ）
に変えるとともに成長終端領域の不純物濃度を増大さ
せ、厚さ３５０μｍで不純物濃度変化を含むｎ型ＧａＮ
厚膜が形成された。得られたＧａＮ厚膜基板をＭＯＣＶ
Ｄ装置に導入し、以後は実施例１と同様の方法によって
レーザ装置が作製された。
【００３５】こうして得られた実施例４のレーザ装置に
おいては、基板中の不純物濃度を変化させない比較例１
の方法で作製したレーザ装置と比べて、しきい値電圧に
おける１〜２０Ｖ程度の低減が確認された。また、基板
中の不純物濃度を適切に制御することによって、しきい
値電圧としきい値電流密度も、それぞれ５Ｖ程度と１ｋ
Ａ／ｃｍ2程度の低い値まで低減させることができた。
おいては、基板中の不純物濃度を変化させない比較例１
の方法で作製したレーザ装置と比べて、しきい値電圧に
おける１〜２０Ｖ程度の低減が確認された。また、基板
中の不純物濃度を適切に制御することによって、しきい
値電圧としきい値電流密度も、それぞれ５Ｖ程度と１ｋ
Ａ／ｃｍ2程度の低い値まで低減させることができた。
【００３６】（実施例５）実施例５は、図７に示されて
いるように厚膜基板１０２の成長開始領域１０２ｃと成
長終端領域１０２ａの２ヶ所に高不純物濃度領域が設け
られたことのみにおいて実施例１と異なっている。
いるように厚膜基板１０２の成長開始領域１０２ｃと成
長終端領域１０２ａの２ヶ所に高不純物濃度領域が設け
られたことのみにおいて実施例１と異なっている。
【００３７】この実施例５のレーザ装置は、厚膜基板１
０２中の不純物濃度を適正化することによって、約５Ｖ
のしきい値電圧と約１ｋＡ／ｃｍ2のしきい値電流密度
で発振し、長寿命の特性を示した。なお、電極１０１が
接合される高ＳｉドープＧａＮ領域１０２ｃの不純物濃
度は、エピタキシャル成長の下地となる高ＳｉドープＧ
ａＮ領域１０２ａの不純物濃度以下であることが好まし
い。図１１において、この実施例５に使用された窒化物
半導体基板の厚さ方向における不純物濃度分布の一例が
示されている。
０２中の不純物濃度を適正化することによって、約５Ｖ
のしきい値電圧と約１ｋＡ／ｃｍ2のしきい値電流密度
で発振し、長寿命の特性を示した。なお、電極１０１が
接合される高ＳｉドープＧａＮ領域１０２ｃの不純物濃
度は、エピタキシャル成長の下地となる高ＳｉドープＧ
ａＮ領域１０２ａの不純物濃度以下であることが好まし
い。図１１において、この実施例５に使用された窒化物
半導体基板の厚さ方向における不純物濃度分布の一例が
示されている。
【００３８】成長開始領域１０２ｃと成長終端領域１０
２ａとの両方の不純物濃度を高めることによって、電極
１０１から発光部分１０６までのキャリアの流れがスム
ースになって、しきい値電圧が低減されると考えられ
る。
２ａとの両方の不純物濃度を高めることによって、電極
１０１から発光部分１０６までのキャリアの流れがスム
ースになって、しきい値電圧が低減されると考えられ
る。
【００３９】（実施例６）図８と図９は、実施例６によ
るレーザ装置を模式的な断面図で示している。この実施
例６によるレーザ装置も基本的には実施例１と同様のプ
ロセスで作製されるが、実施例１に比べて電極１０１の
位置が変更されている点において異なっている。すなわ
ち、図８のレーザ装置では、厚膜基板１０２上にレーザ
素子構造が形成された後に、反応性イオンエッチングに
よって厚膜基板１０２中の高不純物濃度領域１０２ａの
一部が露出され、その露出部上にｎ型用のＡｌ／Ｔｉ電
極１０１が形成されている。他方、図９のレーザ装置で
は、厚膜基板１０２中の低不純物濃度領域１０２ｂの一
部が同様なエッチングによって露出され、その露出部上
にＡｌ／Ｔｉ電極１０１が形成されている。図８と図９
に示されているようないずれのレーザ装置も、実施例１
のレーザ装置と同等のしきい値電圧およびしきい値電流
密度を有するとともに良好な寿命特性を有していた。特
に、図８のレーザ装置においては、低ＳｉドープＧａＮ
領域１０２ｂに必ずしも不純物をドーピングする必要が
なく、このことに起因して厚膜基板１０２の表面平坦性
が良好になってしきい値電流密度の低減が容易であっ
た。
るレーザ装置を模式的な断面図で示している。この実施
例６によるレーザ装置も基本的には実施例１と同様のプ
ロセスで作製されるが、実施例１に比べて電極１０１の
位置が変更されている点において異なっている。すなわ
ち、図８のレーザ装置では、厚膜基板１０２上にレーザ
素子構造が形成された後に、反応性イオンエッチングに
よって厚膜基板１０２中の高不純物濃度領域１０２ａの
一部が露出され、その露出部上にｎ型用のＡｌ／Ｔｉ電
極１０１が形成されている。他方、図９のレーザ装置で
は、厚膜基板１０２中の低不純物濃度領域１０２ｂの一
部が同様なエッチングによって露出され、その露出部上
にＡｌ／Ｔｉ電極１０１が形成されている。図８と図９
に示されているようないずれのレーザ装置も、実施例１
のレーザ装置と同等のしきい値電圧およびしきい値電流
密度を有するとともに良好な寿命特性を有していた。特
に、図８のレーザ装置においては、低ＳｉドープＧａＮ
領域１０２ｂに必ずしも不純物をドーピングする必要が
なく、このことに起因して厚膜基板１０２の表面平坦性
が良好になってしきい値電流密度の低減が容易であっ
た。
【００４０】（実施例７）図１０は、実施例７によるレ
ーザ装置を模式的な断面図で示している。この実施例７
のレーザ装置は実施例６のものに類似しているが、レー
ザ素子構造に含まれるｎ型ＧａＮバッファ層１０３の一
部をエッチングによって露出させ、その露出部上にＡｌ
／Ｔｉ電極１０１が形成されている点において異なって
いる。図１０においては、ＧａＮ厚膜基板１０２とその
上のレーザ素子構造との電気的コンタクトはレーザ装置
の電気的特性に直接には関係しないが、ＧａＮ厚膜基板
１０２内に高不純物濃度領域１０２ａを設けているの
で、しきい値電圧が約１〜５Ｖだけ低減された。これ
は、高不純物濃度領域１０２ａを設けたことによって、
ＧａＮ厚膜基板１０２とその上のレーザ素子構造との間
の格子歪みが緩和されるので、エピタキシャル成長させ
られたレーザ素子構造中の結晶欠陥に起因するキャリア
トラップが減少して良好な電気的特性のレーザ素子構造
が得られたと考えられる。
ーザ装置を模式的な断面図で示している。この実施例７
のレーザ装置は実施例６のものに類似しているが、レー
ザ素子構造に含まれるｎ型ＧａＮバッファ層１０３の一
部をエッチングによって露出させ、その露出部上にＡｌ
／Ｔｉ電極１０１が形成されている点において異なって
いる。図１０においては、ＧａＮ厚膜基板１０２とその
上のレーザ素子構造との電気的コンタクトはレーザ装置
の電気的特性に直接には関係しないが、ＧａＮ厚膜基板
１０２内に高不純物濃度領域１０２ａを設けているの
で、しきい値電圧が約１〜５Ｖだけ低減された。これ
は、高不純物濃度領域１０２ａを設けたことによって、
ＧａＮ厚膜基板１０２とその上のレーザ素子構造との間
の格子歪みが緩和されるので、エピタキシャル成長させ
られたレーザ素子構造中の結晶欠陥に起因するキャリア
トラップが減少して良好な電気的特性のレーザ素子構造
が得られたと考えられる。
【００４１】上述の実施例１〜７においては、結晶成長
方法としてＨ−ＶＰＥ法およびＭＯＣＶＤ法が利用され
たが、他の厚膜成長法が用いられてもよいし、レーザ素
子構造はＭＢＥ（分子線エピタキシ）法などで形成され
てもよい。しかし、Ｈ−ＶＰＥ法によって形成された窒
化物厚膜基板を使用した場合には、上述の実施例で述べ
られた効果が特に顕著に確認された。この理由として
は、Ｈ−ＶＰＥによって膜成長する際に窒化物半導体厚
膜基板中に取込まれる塩素（Ｃｌ）が本発明の効果に寄
与しているのであろうと考えられる。
方法としてＨ−ＶＰＥ法およびＭＯＣＶＤ法が利用され
たが、他の厚膜成長法が用いられてもよいし、レーザ素
子構造はＭＢＥ（分子線エピタキシ）法などで形成され
てもよい。しかし、Ｈ−ＶＰＥ法によって形成された窒
化物厚膜基板を使用した場合には、上述の実施例で述べ
られた効果が特に顕著に確認された。この理由として
は、Ｈ−ＶＰＥによって膜成長する際に窒化物半導体厚
膜基板中に取込まれる塩素（Ｃｌ）が本発明の効果に寄
与しているのであろうと考えられる。
【００４２】また、使用する原料もＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｔ
ＭＩ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇに限られず、所望の化合
物層を成長させ得るどのような原料をも用いることがで
きる。さらに、ｎ型ＧａＮ厚膜基板のための不純物もＳ
ｉ、Ｏ、またはＧｅに限られず、炭素（Ｃ）、セレン
（Ｓｅ）、硫黄（Ｓ）、またはテルル（Ｔｅ）などをも
用いることができる。
ＭＩ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇに限られず、所望の化合
物層を成長させ得るどのような原料をも用いることがで
きる。さらに、ｎ型ＧａＮ厚膜基板のための不純物もＳ
ｉ、Ｏ、またはＧｅに限られず、炭素（Ｃ）、セレン
（Ｓｅ）、硫黄（Ｓ）、またはテルル（Ｔｅ）などをも
用いることができる。
【００４３】さらに、以上の実施例では高不純物濃度領
域１０２ａの厚さは約５μｍにされたが、厚膜基板表面
の不所望な凹凸を生じない程度の厚膜であればよい。適
切な高不純物濃度領域１０２ａの厚さは、不純物濃度に
依存して変化するが、本発明の効果を得るためには５０
μｍ以下であることが望ましく、１０μｍ以下で２ｎｍ
の範囲内にあるのがさらに望ましいことが実験結果から
明らかになっている。また、窒化物厚膜基板を成長させ
る際に、その表面領域（約５０ｎｍ以下の厚さ）に高ド
ープ（δドープ）する方法も効果的であった。
域１０２ａの厚さは約５μｍにされたが、厚膜基板表面
の不所望な凹凸を生じない程度の厚膜であればよい。適
切な高不純物濃度領域１０２ａの厚さは、不純物濃度に
依存して変化するが、本発明の効果を得るためには５０
μｍ以下であることが望ましく、１０μｍ以下で２ｎｍ
の範囲内にあるのがさらに望ましいことが実験結果から
明らかになっている。また、窒化物厚膜基板を成長させ
る際に、その表面領域（約５０ｎｍ以下の厚さ）に高ド
ープ（δドープ）する方法も効果的であった。
【００４４】図１２と図１３は、本発明の効果が確認さ
れた他の窒化物半導体基板の厚さ方向における不純物濃
度プロファイルを示している。図１２においては、Ｇａ
Ｎ厚膜基板１０２中に不純物濃度勾配の異なる３つの領
域が存在し、エピタキシャル成長でレーザ素子構造が形
成される面に向かって不純物濃度が高くなっている場合
が示されている。エピタキシャル成長が行なわれる面側
の不純物濃度領域を第１の領域とすれば、その第１領域
の不純物濃度はその下方に位置する第２の領域の不純物
濃度よりも高い関係にある。
れた他の窒化物半導体基板の厚さ方向における不純物濃
度プロファイルを示している。図１２においては、Ｇａ
Ｎ厚膜基板１０２中に不純物濃度勾配の異なる３つの領
域が存在し、エピタキシャル成長でレーザ素子構造が形
成される面に向かって不純物濃度が高くなっている場合
が示されている。エピタキシャル成長が行なわれる面側
の不純物濃度領域を第１の領域とすれば、その第１領域
の不純物濃度はその下方に位置する第２の領域の不純物
濃度よりも高い関係にある。
【００４５】図１３のＧａＮ厚膜基板１０２はエピタキ
シャル成長が行なわれる側から順にＡ領域、Ｂ領域、Ｃ
領域、およびＤ領域の４つの不純物濃度領域を含み、Ｃ
領域が最も高い不純物濃度を有している。エピタキシャ
ル成長が行なわれる面側のＡ領域は、その下方に位置す
るＢ領域とＤ領域に比べて高い不純物濃度を有してい
る。
シャル成長が行なわれる側から順にＡ領域、Ｂ領域、Ｃ
領域、およびＤ領域の４つの不純物濃度領域を含み、Ｃ
領域が最も高い不純物濃度を有している。エピタキシャ
ル成長が行なわれる面側のＡ領域は、その下方に位置す
るＢ領域とＤ領域に比べて高い不純物濃度を有してい
る。
【００４６】図１２と図１３に示された以外の不純物濃
度プロファイルを有する窒化物半導体基板の場合であっ
ても、エピタキシャル成長の行なわれる面側から順にＡ
領域、Ｂ領域、Ｃ領域などとするときに、Ａ領域の下方
に、より不純物濃度の低い領域が存在する場合に本発明
の効果が得られた。
度プロファイルを有する窒化物半導体基板の場合であっ
ても、エピタキシャル成長の行なわれる面側から順にＡ
領域、Ｂ領域、Ｃ領域などとするときに、Ａ領域の下方
に、より不純物濃度の低い領域が存在する場合に本発明
の効果が得られた。
【００４７】また、以上の実施例では発光装置としてレ
ーザ装置について説明されたが、本発明は発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）装置を作製する場合においてもその駆動電
圧の低減と装置表面の平坦性の向上を図ることができ
る。
ーザ装置について説明されたが、本発明は発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）装置を作製する場合においてもその駆動電
圧の低減と装置表面の平坦性の向上を図ることができ
る。
【００４８】（本発明の効果と不純物濃度範囲の関係に
ついての考察）前述の実施例１と２および比較例１から
認識された本発明の効果と不純物濃度範囲との関係につ
いて、図１４を参照しつつ説明する。図１４において、
第Ｉ領域と第ＩＩ領域の不純物濃度範囲が示されてい
る。ここで、第Ｉ領域は、しきい値電圧の減少効果が得
られる不純物濃度範囲を表わしている。比較例１で述べ
られたように、しきい値電圧の減少効果は、不純物の添
加によって基板と発光素子構造との間のコンタクト領域
で生じるショットキ障壁が減少したことによる。この効
果が表われる不純物濃度は、１×１０18／ｃｍ3以上で
あった。特に、不純物濃度が３×１０18／ｃｍ3以上で
１×１０19／ｃｍ3以下の範囲内にある場合に、しきい
値電圧減少効果が顕著に表われた。ただし、不純物濃度
が１×１０19／ｃｍ3を超えれば、結晶欠陥が増大する
ので好ましくなかった。
ついての考察）前述の実施例１と２および比較例１から
認識された本発明の効果と不純物濃度範囲との関係につ
いて、図１４を参照しつつ説明する。図１４において、
第Ｉ領域と第ＩＩ領域の不純物濃度範囲が示されてい
る。ここで、第Ｉ領域は、しきい値電圧の減少効果が得
られる不純物濃度範囲を表わしている。比較例１で述べ
られたように、しきい値電圧の減少効果は、不純物の添
加によって基板と発光素子構造との間のコンタクト領域
で生じるショットキ障壁が減少したことによる。この効
果が表われる不純物濃度は、１×１０18／ｃｍ3以上で
あった。特に、不純物濃度が３×１０18／ｃｍ3以上で
１×１０19／ｃｍ3以下の範囲内にある場合に、しきい
値電圧減少効果が顕著に表われた。ただし、不純物濃度
が１×１０19／ｃｍ3を超えれば、結晶欠陥が増大する
ので好ましくなかった。
【００４９】他方、第ＩＩ領域は、しきい値電流密度の
減少効果が得られる不純物濃度範囲を表わしている。比
較例１で述べられたように、しきい値電流密度の減少効
果は、不純物濃度を適正化することによって窒化物半導
体基板の表面粗さが改善され、発光素子構造の光伝播層
１０５内での光分散が減少したことによる。この効果が
表われる不純物濃度は、８×１０18／ｃｍ3以下であっ
た。特に、不純物濃度が１×１０17／ｃｍ3以上で３×
１０18／ｃｍ3以下の範囲内にある場合に、しきい値電
流密度減少効果が顕著に表われた。ただし、不純物濃度
が１×１０17／ｃｍ3未満になれば、電気抵抗が増大す
るので好ましくなかった。
減少効果が得られる不純物濃度範囲を表わしている。比
較例１で述べられたように、しきい値電流密度の減少効
果は、不純物濃度を適正化することによって窒化物半導
体基板の表面粗さが改善され、発光素子構造の光伝播層
１０５内での光分散が減少したことによる。この効果が
表われる不純物濃度は、８×１０18／ｃｍ3以下であっ
た。特に、不純物濃度が１×１０17／ｃｍ3以上で３×
１０18／ｃｍ3以下の範囲内にある場合に、しきい値電
流密度減少効果が顕著に表われた。ただし、不純物濃度
が１×１０17／ｃｍ3未満になれば、電気抵抗が増大す
るので好ましくなかった。
【００５０】上記結果からして、窒化物半導体基板が第
Ｉ領域と第ＩＩ領域に該当する互いに異なる不純物濃度
を有する２以上の層領域を含む場合に、その基板を用い
て作製された発光装置（レーザ装置）は、低しきい値電
圧と低しきい値電流密度の効果を容易に満足することが
わかる。ただし、低しきい値電圧の効果を得るために
は、第Ｉ領域に接して発光素子構造が形成されなければ
ならない。なぜならば、基板と発光素子構造との間のコ
ンタクト領域に生じるショットキ障壁が減少したことに
よるしきい値電圧の減少効果だからである。
Ｉ領域と第ＩＩ領域に該当する互いに異なる不純物濃度
を有する２以上の層領域を含む場合に、その基板を用い
て作製された発光装置（レーザ装置）は、低しきい値電
圧と低しきい値電流密度の効果を容易に満足することが
わかる。ただし、低しきい値電圧の効果を得るために
は、第Ｉ領域に接して発光素子構造が形成されなければ
ならない。なぜならば、基板と発光素子構造との間のコ
ンタクト領域に生じるショットキ障壁が減少したことに
よるしきい値電圧の減少効果だからである。
【００５１】したがって、窒化物半導体基板が異なる不
純物濃度を有する複数の層領域を含んでいない場合（す
なわち、一定の均一な不純物濃度を有する場合）、その
基板を用いて作製された発光装置（レーザ装置）は、低
しきい値電圧と低しきい値電流密度の効果を同時に満た
すことができない（比較例１参照）。
純物濃度を有する複数の層領域を含んでいない場合（す
なわち、一定の均一な不純物濃度を有する場合）、その
基板を用いて作製された発光装置（レーザ装置）は、低
しきい値電圧と低しきい値電流密度の効果を同時に満た
すことができない（比較例１参照）。
【００５２】上述の発明の効果は、しきい値電圧の減少
効果としきい値電流密度の減少効果の説明のみに留まっ
ている。しかしながら、本発明者らによるさらなる検討
の結果、窒化物半導体基板が異なる２以上の不純物濃度
層領域を含むことによって、前述の効果のみならずその
基板と発光素子構造との間の格子歪みを緩和させる働き
のあることが新たにわかった。この格子歪みの緩和効果
について、図１、図４、および図５を参照して説明す
る。ここで説明の簡略化のために、窒化物半導体基板が
不純物濃度の高いＡ層領域とそれよりも不純物濃度の低
いＢ層領域との２層領域のみを含むと仮定する。なお、
窒化物半導体基板が異なる３以上の不純物濃度層領域を
含む場合にも下記と同様に説明することができる。
効果としきい値電流密度の減少効果の説明のみに留まっ
ている。しかしながら、本発明者らによるさらなる検討
の結果、窒化物半導体基板が異なる２以上の不純物濃度
層領域を含むことによって、前述の効果のみならずその
基板と発光素子構造との間の格子歪みを緩和させる働き
のあることが新たにわかった。この格子歪みの緩和効果
について、図１、図４、および図５を参照して説明す
る。ここで説明の簡略化のために、窒化物半導体基板が
不純物濃度の高いＡ層領域とそれよりも不純物濃度の低
いＢ層領域との２層領域のみを含むと仮定する。なお、
窒化物半導体基板が異なる３以上の不純物濃度層領域を
含む場合にも下記と同様に説明することができる。
【００５３】実施例１のレーザ装置（図１）において
は、Ａ領域としての高ＳｉドープＧａＮ領域１０２ａ
（ＳｉＨ4不純物濃度：８．０×１０18／ｃｍ3）とＢ領
域としての低ＳｉドープＧａＮ領域１０２ｂ（ＳｉＨ4
不純物濃度：３．８×１０18／ｃｍ3）からなる窒化物
半導体基板１０２上に、発光素子構造１０３〜１１１が
形成されている。
は、Ａ領域としての高ＳｉドープＧａＮ領域１０２ａ
（ＳｉＨ4不純物濃度：８．０×１０18／ｃｍ3）とＢ領
域としての低ＳｉドープＧａＮ領域１０２ｂ（ＳｉＨ4
不純物濃度：３．８×１０18／ｃｍ3）からなる窒化物
半導体基板１０２上に、発光素子構造１０３〜１１１が
形成されている。
【００５４】図４は、比較例１における窒化物半導体基
板中の均一な不純物濃度と、その基板を含んで作製され
た発光装置（レーザ装置）のしきい値電圧との関係を示
している。図５は、比較例１における窒化物半導体基板
中の均一不純物濃度と、その基板を含んで作製された発
光装置（レーザ装置）のしきい値電流密度との関係を示
している。
板中の均一な不純物濃度と、その基板を含んで作製され
た発光装置（レーザ装置）のしきい値電圧との関係を示
している。図５は、比較例１における窒化物半導体基板
中の均一不純物濃度と、その基板を含んで作製された発
光装置（レーザ装置）のしきい値電流密度との関係を示
している。
【００５５】図４と図５における破線は、実施例１のレ
ーザ装置で得られた電気特性を示している。図４中の破
線が示すしきい値電圧値は、全体がＡ領域とおなじ不純
物濃度（８．０×１０18／ｃｍ3）を有する基板を含む
発光装置（レーザ装置）のそれと比較して少し低くなっ
ている。また、図５中の破線が示すしきい値電流密度
も、全体がＢ領域と同じ不純物濃度（３．８×１０18／
ｃｍ3）を有する基板を含む発光装置と比較して低くな
っている。これらのことから、Ａ領域とＢ領域の異なる
不純物濃度領域を有する窒化物半導体基板を用いた発光
装置（レーザ装置）は、Ａ領域による低しきい値電圧効
果とＢ領域による低しきい値電流密度効果の単なる足し
合わせでないことがわかる。
ーザ装置で得られた電気特性を示している。図４中の破
線が示すしきい値電圧値は、全体がＡ領域とおなじ不純
物濃度（８．０×１０18／ｃｍ3）を有する基板を含む
発光装置（レーザ装置）のそれと比較して少し低くなっ
ている。また、図５中の破線が示すしきい値電流密度
も、全体がＢ領域と同じ不純物濃度（３．８×１０18／
ｃｍ3）を有する基板を含む発光装置と比較して低くな
っている。これらのことから、Ａ領域とＢ領域の異なる
不純物濃度領域を有する窒化物半導体基板を用いた発光
装置（レーザ装置）は、Ａ領域による低しきい値電圧効
果とＢ領域による低しきい値電流密度効果の単なる足し
合わせでないことがわかる。
【００５６】このことは、Ａ領域とＢ領域のような異な
る不純物濃度領域が含まれることによって、窒化物半導
体基板と発光素子構造との間の格子歪みが緩和されたこ
とによると考えられる。この格子歪みを緩和させる効果
は、不純物濃度に比例して表われ、不純物濃度が１×１
０18／ｃｍ3以上で顕著になることが本発明者らによっ
て明らかにされた。ただし、不純物濃度が１×１０19／
ｃｍ3を超えれば基板の結晶性が低下するので、格子歪
みの緩和効果が得られる好ましい不純物濃度は１×１０
18／ｃｍ3以上で１×１０19／ｃｍ3以下の範囲内にあ
る。
る不純物濃度領域が含まれることによって、窒化物半導
体基板と発光素子構造との間の格子歪みが緩和されたこ
とによると考えられる。この格子歪みを緩和させる効果
は、不純物濃度に比例して表われ、不純物濃度が１×１
０18／ｃｍ3以上で顕著になることが本発明者らによっ
て明らかにされた。ただし、不純物濃度が１×１０19／
ｃｍ3を超えれば基板の結晶性が低下するので、格子歪
みの緩和効果が得られる好ましい不純物濃度は１×１０
18／ｃｍ3以上で１×１０19／ｃｍ3以下の範囲内にあ
る。
【００５７】格子歪みの緩和効果によってしきい値電圧
としきい値電流密度がさらに低減できた理由について、
以下において説明する。
としきい値電流密度がさらに低減できた理由について、
以下において説明する。
【００５８】図１の窒化物半導体レーザ装置は、Ｂ領域
／Ａ領域／発光素子構造の順で積層されている。基板１
０２に含まれるＡ領域１０２ａとＢ領域１０２ｂは、互
いに異なる不純物濃度を有しているが、これらのいずれ
もが主にＧａＮからなっている。他方、発光素子構造は
同様に窒化物半導体で構成されているが、ＧａＮ以外に
それより格子定数の小さいＡｌＧａＮや格子定数の大き
いＩｎＧａＮなどからなる層をも含んでいる。したがっ
て、基板（Ａ領域とＢ領域を含む）と発光素子構造との
間には、格子不整合による格子歪みが発生することが考
えられる。
／Ａ領域／発光素子構造の順で積層されている。基板１
０２に含まれるＡ領域１０２ａとＢ領域１０２ｂは、互
いに異なる不純物濃度を有しているが、これらのいずれ
もが主にＧａＮからなっている。他方、発光素子構造は
同様に窒化物半導体で構成されているが、ＧａＮ以外に
それより格子定数の小さいＡｌＧａＮや格子定数の大き
いＩｎＧａＮなどからなる層をも含んでいる。したがっ
て、基板（Ａ領域とＢ領域を含む）と発光素子構造との
間には、格子不整合による格子歪みが発生することが考
えられる。
【００５９】ところが、Ａ領域１０２ａはＢ領域１０２
ｂよりも高い不純物濃度を有しているので、前述のよう
に格子歪みを緩和させる働きが強く、発光素子構造とＢ
領域との間の格子歪みがＡ領域を介して緩和される。こ
の格子歪みの緩和は、発光素子構造中の結晶欠陥減少に
伴う低しきい値電流密度の効果と、結晶欠陥に起因する
キャリアトラップ減少に伴う低しきい値電圧の効果とを
与える。
ｂよりも高い不純物濃度を有しているので、前述のよう
に格子歪みを緩和させる働きが強く、発光素子構造とＢ
領域との間の格子歪みがＡ領域を介して緩和される。こ
の格子歪みの緩和は、発光素子構造中の結晶欠陥減少に
伴う低しきい値電流密度の効果と、結晶欠陥に起因する
キャリアトラップ減少に伴う低しきい値電圧の効果とを
与える。
【００６０】したがって、図４と図５に示されているよ
うに、Ａ領域のみまたはＢ領域のみからなる窒化物半導
体基板を用いた発光装置に比べて、異なる２つの不純物
濃度のＡ領域とＢ領域の両方を含む窒化物半導体基板を
用いた発光装置の方が、そのしきい値電圧としきい値電
流密度の値が低くなる。
うに、Ａ領域のみまたはＢ領域のみからなる窒化物半導
体基板を用いた発光装置に比べて、異なる２つの不純物
濃度のＡ領域とＢ領域の両方を含む窒化物半導体基板を
用いた発光装置の方が、そのしきい値電圧としきい値電
流密度の値が低くなる。
【００６１】すなわち、窒化物半導体基板が少なくとも
２以上の異なる不純物濃度領域を含むことによって、そ
の基板上と発光素子構造との格子歪みが緩和され、しき
い値電圧としきい値電流密度が低くなることがわかる。
２以上の異なる不純物濃度領域を含むことによって、そ
の基板上と発光素子構造との格子歪みが緩和され、しき
い値電圧としきい値電流密度が低くなることがわかる。
【００６２】次に、図１３に示された窒化物基板による
格子歪みの緩和効果を説明する。図１３においては、窒
化物半導体基板１０２が４つの異なる不純物濃度領域か
ら構成されている。これら４つの異なる不純物濃度領域
について、エピタキシャル成長が行なわれる面側から順
にＡ領域、Ｂ領域、Ｃ領域、およびＤ領域とする。すな
わち、Ａ領域に接するように発光素子構造（レーザ素子
構造）が形成される。ここで、Ａ領域とＣ領域は図１４
の第Ｉ領域に相当し、かつＢ領域とＤ領域は第ＩＩ領域
に相当すると仮定する。この仮定の下で、図１３の窒化
物半導体基板に含まれる複数の不純物濃度領域が発光装
置（レーザ装置）に与える効果について説明する。
格子歪みの緩和効果を説明する。図１３においては、窒
化物半導体基板１０２が４つの異なる不純物濃度領域か
ら構成されている。これら４つの異なる不純物濃度領域
について、エピタキシャル成長が行なわれる面側から順
にＡ領域、Ｂ領域、Ｃ領域、およびＤ領域とする。すな
わち、Ａ領域に接するように発光素子構造（レーザ素子
構造）が形成される。ここで、Ａ領域とＣ領域は図１４
の第Ｉ領域に相当し、かつＢ領域とＤ領域は第ＩＩ領域
に相当すると仮定する。この仮定の下で、図１３の窒化
物半導体基板に含まれる複数の不純物濃度領域が発光装
置（レーザ装置）に与える効果について説明する。
【００６３】Ａ領域は、その不純物濃度範囲が第Ｉ領域
に属するので、発光素子構造との間のコンタクト領域で
生じるショットキ障壁を減少させ、発光装置に対して低
しきい値電圧の効果をもたらす。また、Ａ領域は、Ｂ領
域やＤ領域に比べて高い不純物濃度を有するので、窒化
物半導体基板と発光素子構造との間の格子歪みを緩和す
る緩衝層として作用する。Ｂ領域とＤ領域は、これらの
不純物濃度範囲が第ＩＩ領域に属するので、発光装置に
対して低しきい値電流密度の効果をもたらす。Ｃ領域
は、その不純物濃度範囲が第Ｉ領域に属するけれども発
光素子構造と直接接触していないので、発光装置に対し
て低しきい値電圧の効果をほとんどもたらさない。しか
し、Ｃ領域はその他の領域に比べて最も高い不純物濃度
を有しているので、窒化物半導体基板と発光素子構造と
の間の格子歪みを緩和する緩衝層として大きく寄与し得
る。このようにして、図１３の窒化物半導体基板を用い
た発光装置においては、その電気的特性が向上させられ
得る。
に属するので、発光素子構造との間のコンタクト領域で
生じるショットキ障壁を減少させ、発光装置に対して低
しきい値電圧の効果をもたらす。また、Ａ領域は、Ｂ領
域やＤ領域に比べて高い不純物濃度を有するので、窒化
物半導体基板と発光素子構造との間の格子歪みを緩和す
る緩衝層として作用する。Ｂ領域とＤ領域は、これらの
不純物濃度範囲が第ＩＩ領域に属するので、発光装置に
対して低しきい値電流密度の効果をもたらす。Ｃ領域
は、その不純物濃度範囲が第Ｉ領域に属するけれども発
光素子構造と直接接触していないので、発光装置に対し
て低しきい値電圧の効果をほとんどもたらさない。しか
し、Ｃ領域はその他の領域に比べて最も高い不純物濃度
を有しているので、窒化物半導体基板と発光素子構造と
の間の格子歪みを緩和する緩衝層として大きく寄与し得
る。このようにして、図１３の窒化物半導体基板を用い
た発光装置においては、その電気的特性が向上させられ
得る。
【００６４】次に、窒化物半導体基板に含まれる複数の
異なる不純物濃度領域が図１４に示された第ＩＩＩ領域
（不純物濃度が１×１０18／ｃｍ3以上で８×１０18／
ｃｍ3以下の範囲内）に属する場合について説明する。
図１４に示されているように、第ＩＩＩ領域は、第Ｉ領
域と第ＩＩ領域の両方の効果が得られる不純物濃度範囲
を表わしている。厳密に言えば、第ＩＩＩ領域のうちで
３×１０18／ｃｍ3以上で８×１０18／ｃｍ3以下の範囲
内では第Ｉ領域による効果が優勢であり、１×１０18／
ｃｍ3以上で３×１０18／ｃｍ3以下の範囲内では第ＩＩ
領域による効果が優勢である。なお、基板全体が一定の
均一な不純物濃度を有する場合（不純物濃度領域が１つ
の場合）、しきい値電圧としきい値電流密度の効果が最
も効率よく得られる不純物濃度は３×１０18／ｃｍ3で
ある。しかしながら、この場合には基板が複数の異なる
不純物濃度領域を有しないので、上述の格子歪みの緩和
効果が得られない。また、前述のように、高不純物濃度
領域の厚さは５０μｍ以下であることが望ましく、さら
に望ましくは１０μｍ以下であるので、均一不純物濃度
の基板自体の厚さも制約を受けて５０μｍ以下または１
０μｍ以下でなければならなくなる。
異なる不純物濃度領域が図１４に示された第ＩＩＩ領域
（不純物濃度が１×１０18／ｃｍ3以上で８×１０18／
ｃｍ3以下の範囲内）に属する場合について説明する。
図１４に示されているように、第ＩＩＩ領域は、第Ｉ領
域と第ＩＩ領域の両方の効果が得られる不純物濃度範囲
を表わしている。厳密に言えば、第ＩＩＩ領域のうちで
３×１０18／ｃｍ3以上で８×１０18／ｃｍ3以下の範囲
内では第Ｉ領域による効果が優勢であり、１×１０18／
ｃｍ3以上で３×１０18／ｃｍ3以下の範囲内では第ＩＩ
領域による効果が優勢である。なお、基板全体が一定の
均一な不純物濃度を有する場合（不純物濃度領域が１つ
の場合）、しきい値電圧としきい値電流密度の効果が最
も効率よく得られる不純物濃度は３×１０18／ｃｍ3で
ある。しかしながら、この場合には基板が複数の異なる
不純物濃度領域を有しないので、上述の格子歪みの緩和
効果が得られない。また、前述のように、高不純物濃度
領域の厚さは５０μｍ以下であることが望ましく、さら
に望ましくは１０μｍ以下であるので、均一不純物濃度
の基板自体の厚さも制約を受けて５０μｍ以下または１
０μｍ以下でなければならなくなる。
【００６５】次に、窒化物半導体基板に含まれる複数の
異なる不純物濃度領域のいずれもが第ＩＩＩ領域に属す
る場合について、図１５を参照しつつ説明する。図１５
は、窒化物半導体基板中の不純物濃度分布を表わしてい
る。複数の不純物濃度の領域について、エピタキシャル
成長が行なわれる面側から順に、Ａ領域およびＢ領域と
する。すなわち、Ａ領域に接するように発光素子構造
（レーザ素子構造）が形成される。図１４と図１５から
わかるように、Ａ領域もＢ領域も第ＩＩＩ領域に相当し
ている。
異なる不純物濃度領域のいずれもが第ＩＩＩ領域に属す
る場合について、図１５を参照しつつ説明する。図１５
は、窒化物半導体基板中の不純物濃度分布を表わしてい
る。複数の不純物濃度の領域について、エピタキシャル
成長が行なわれる面側から順に、Ａ領域およびＢ領域と
する。すなわち、Ａ領域に接するように発光素子構造
（レーザ素子構造）が形成される。図１４と図１５から
わかるように、Ａ領域もＢ領域も第ＩＩＩ領域に相当し
ている。
【００６６】図１５の窒化物半導体基板を構成している
複数の不純物濃度領域が発光装置に与える効果は以下の
とおりである。まず、Ａ領域はその不純物濃度が第ＩＩ
Ｉ領域に属しているので、しきい値電圧の減少効果とし
きい値電流密度の減少効果の両方が期待される。しか
し、Ａ領域は発光素子構造と接していることと、Ｂ領域
よりも高い不純物濃度を有していることから、主にしき
い値電圧の減少効果を生じるように作用する。また、Ａ
領域はＢ領域よりも高い不純物濃度を有していることか
ら、窒化物半導体基板と発光素子構造との間の格子歪み
を緩和する緩衝層としても寄与し得る。他方、Ｂ領域
も、その不純物濃度範囲が第ＩＩＩ領域に属しているの
で、しきい値電圧の減少効果としきい値電流密度の減少
効果の両方が期待される。しかし、Ｂ領域はＡ領域より
も低い不純物濃度を有しているので、主にしきい値電流
密度の減少効果を生じるように作用する。
複数の不純物濃度領域が発光装置に与える効果は以下の
とおりである。まず、Ａ領域はその不純物濃度が第ＩＩ
Ｉ領域に属しているので、しきい値電圧の減少効果とし
きい値電流密度の減少効果の両方が期待される。しか
し、Ａ領域は発光素子構造と接していることと、Ｂ領域
よりも高い不純物濃度を有していることから、主にしき
い値電圧の減少効果を生じるように作用する。また、Ａ
領域はＢ領域よりも高い不純物濃度を有していることか
ら、窒化物半導体基板と発光素子構造との間の格子歪み
を緩和する緩衝層としても寄与し得る。他方、Ｂ領域
も、その不純物濃度範囲が第ＩＩＩ領域に属しているの
で、しきい値電圧の減少効果としきい値電流密度の減少
効果の両方が期待される。しかし、Ｂ領域はＡ領域より
も低い不純物濃度を有しているので、主にしきい値電流
密度の減少効果を生じるように作用する。
【００６７】次に、窒化物半導体基板が４つの異なる不
純物濃度領域から構成されている場合について、図１６
を参照しつつ説明する。図１６は、窒化物半導体基板中
の不純物濃度分布を表わしている。複数の不純物濃度の
領域について、エピタキシャル成長が行なわれる面側か
ら順に、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域、およびＤ領域とす
る。すなわち、Ａ領域に接するように発光素子構造（レ
ーザ素子構造）が形成される。ここで、Ａ領域は第ＩＩ
Ｉ領域に相当し、Ｂ領域とＤ領域は第ＩＩ領域に相当
し、そしてＣ領域は第Ｉ領域に相当している。
純物濃度領域から構成されている場合について、図１６
を参照しつつ説明する。図１６は、窒化物半導体基板中
の不純物濃度分布を表わしている。複数の不純物濃度の
領域について、エピタキシャル成長が行なわれる面側か
ら順に、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域、およびＤ領域とす
る。すなわち、Ａ領域に接するように発光素子構造（レ
ーザ素子構造）が形成される。ここで、Ａ領域は第ＩＩ
Ｉ領域に相当し、Ｂ領域とＤ領域は第ＩＩ領域に相当
し、そしてＣ領域は第Ｉ領域に相当している。
【００６８】図１６の窒化物半導体基板を構成している
複数の不純物濃度領域が発光装置に与える効果は以下の
とおりである。まず、Ａ領域は、その不純物濃度が第Ｉ
ＩＩ領域に属しているので、しきい値電圧の減少効果と
しきい値電流密度の減少効果の両方が期待される。しか
し、Ａ領域は発光素子構造と接しているので、主にしき
い値電圧の減少効果を生じるように作用する。また、Ａ
領域はＢ領域よりも高い不純物濃度を有しているので、
窒化物半導体基板と発光素子構造との間の格子歪みを緩
和する緩衝層としても寄与し得る。他方、Ｂ領域とＤ領
域は、これらの不純物濃度が第ＩＩ領域に属しているの
で、発光装置に対してしきい値電流密度の減少効果を生
じるように作用する。また、Ｃ領域はその不純物濃度範
囲が第Ｉ領域に属しているが、発光素子構造と直接接触
していないので、発光素子構造との間のショットキ障壁
の減少による低しきい値電圧の効果よりも、その他の不
純物領域に比べて最も高い不純物濃度を有することに起
因して窒化物半導体と発光素子構造との間の格子歪みを
緩和する緩衝層として大きく寄与し得る。このようにし
て、図１６の窒化物半導体基板を用いた発光装置におい
ては、その電気的特性が向上させられ得る。
複数の不純物濃度領域が発光装置に与える効果は以下の
とおりである。まず、Ａ領域は、その不純物濃度が第Ｉ
ＩＩ領域に属しているので、しきい値電圧の減少効果と
しきい値電流密度の減少効果の両方が期待される。しか
し、Ａ領域は発光素子構造と接しているので、主にしき
い値電圧の減少効果を生じるように作用する。また、Ａ
領域はＢ領域よりも高い不純物濃度を有しているので、
窒化物半導体基板と発光素子構造との間の格子歪みを緩
和する緩衝層としても寄与し得る。他方、Ｂ領域とＤ領
域は、これらの不純物濃度が第ＩＩ領域に属しているの
で、発光装置に対してしきい値電流密度の減少効果を生
じるように作用する。また、Ｃ領域はその不純物濃度範
囲が第Ｉ領域に属しているが、発光素子構造と直接接触
していないので、発光素子構造との間のショットキ障壁
の減少による低しきい値電圧の効果よりも、その他の不
純物領域に比べて最も高い不純物濃度を有することに起
因して窒化物半導体と発光素子構造との間の格子歪みを
緩和する緩衝層として大きく寄与し得る。このようにし
て、図１６の窒化物半導体基板を用いた発光装置におい
ては、その電気的特性が向上させられ得る。
【００６９】次に、窒化物半導体基板が連続的に変化す
る不純物濃度分布を有する場合について、図１７を参照
しつつ説明する。ここで、図１７で示された連続的な不
純物濃度のプロファイルを適当な４つの領域に分割して
説明する。複数の不純物濃度の領域について、エピタキ
シャル成長が行なわれる面側から順に、Ａ領域、Ｂ領
域、Ｃ領域、およびＤ領域とする。すなわち、Ａ領域に
接するように発光素子構造（レーザ素子構造）が形成さ
れる。ここで、Ａ領域とＣ領域は第ＩＩＩ領域に相当
し、Ｂ領域は第Ｉ領域に相当し、そしてＤ領域は第ＩＩ
領域に相当する。
る不純物濃度分布を有する場合について、図１７を参照
しつつ説明する。ここで、図１７で示された連続的な不
純物濃度のプロファイルを適当な４つの領域に分割して
説明する。複数の不純物濃度の領域について、エピタキ
シャル成長が行なわれる面側から順に、Ａ領域、Ｂ領
域、Ｃ領域、およびＤ領域とする。すなわち、Ａ領域に
接するように発光素子構造（レーザ素子構造）が形成さ
れる。ここで、Ａ領域とＣ領域は第ＩＩＩ領域に相当
し、Ｂ領域は第Ｉ領域に相当し、そしてＤ領域は第ＩＩ
領域に相当する。
【００７０】図１７の窒化物半導体基板を構成している
複数の不純物濃度領域が発光装置に与える効果は以下の
とおりである。まず、Ａ領域は、その不純物濃度範囲が
第ＩＩＩ領域に属しているので、しきい値電圧の減少効
果としきい値電流密度の減少効果の両方が期待される。
しかし、Ａ領域は発光素子構造と接しているので、主に
しきい値電圧の減少効果を生じるように作用する。ま
た、Ａ領域は、Ｂ領域との境界から発光素子構造との界
面に向けて不純物濃度が減少しているので、不純物添加
による基板と発光素子構造との界面近傍における結晶性
の劣化を軽減するようにも作用し得る。さらに、不純物
濃度を連続的に変化させることによって、たとえば図１
５や図１６に示されているように不純物濃度を不連続
（急峻）に変化させた場合に比べて、Ａ領域とＢ領域と
の間の境界領域における抵抗を低く抑えることができ
る。
複数の不純物濃度領域が発光装置に与える効果は以下の
とおりである。まず、Ａ領域は、その不純物濃度範囲が
第ＩＩＩ領域に属しているので、しきい値電圧の減少効
果としきい値電流密度の減少効果の両方が期待される。
しかし、Ａ領域は発光素子構造と接しているので、主に
しきい値電圧の減少効果を生じるように作用する。ま
た、Ａ領域は、Ｂ領域との境界から発光素子構造との界
面に向けて不純物濃度が減少しているので、不純物添加
による基板と発光素子構造との界面近傍における結晶性
の劣化を軽減するようにも作用し得る。さらに、不純物
濃度を連続的に変化させることによって、たとえば図１
５や図１６に示されているように不純物濃度を不連続
（急峻）に変化させた場合に比べて、Ａ領域とＢ領域と
の間の境界領域における抵抗を低く抑えることができ
る。
【００７１】他方、Ｂ領域は、その不純物濃度範囲が第
Ｉ領域に属しているが、発光素子構造と直接接触してい
ないので、しきい値電圧の減少効果よりも、その他の不
純物領域に比べて最も高い不純物濃度を有していること
に起因して、窒化物半導体基板と発光素子構造との間の
格子歪みを緩和する緩衝層として寄与する。また、不純
物濃度を連続的に変化させることによって格子歪みを連
続的に分散させることができるので、その格子歪み緩和
効果が効率よく発揮され得る。
Ｉ領域に属しているが、発光素子構造と直接接触してい
ないので、しきい値電圧の減少効果よりも、その他の不
純物領域に比べて最も高い不純物濃度を有していること
に起因して、窒化物半導体基板と発光素子構造との間の
格子歪みを緩和する緩衝層として寄与する。また、不純
物濃度を連続的に変化させることによって格子歪みを連
続的に分散させることができるので、その格子歪み緩和
効果が効率よく発揮され得る。
【００７２】Ｃ領域はその不純物濃度範囲が第ＩＩＩ領
域に属しているので、しきい値電圧の減少効果としきい
値電流密度の減少効果の双方が期待される。しかし、Ｃ
領域は発光素子構造と直接接触していないので、しきい
値電圧の減少効果よりもしきい値電流密度の減少効果を
生じるように作用する。また、不純物濃度を連続的に変
化させることによって、Ｂ領域とＣ領域との間の境界領
域における抵抗を低く抑えることができる。Ｄ領域は、
その不純物濃度範囲が第ＩＩ領域に属しているので、発
光装置に対してしきい値電流密度の減少効果を生じるよ
うに作用する。このようにして、図１７の窒化物半導体
基板を用いた発光装置においては、その電気的特性が向
上させられ得る。
域に属しているので、しきい値電圧の減少効果としきい
値電流密度の減少効果の双方が期待される。しかし、Ｃ
領域は発光素子構造と直接接触していないので、しきい
値電圧の減少効果よりもしきい値電流密度の減少効果を
生じるように作用する。また、不純物濃度を連続的に変
化させることによって、Ｂ領域とＣ領域との間の境界領
域における抵抗を低く抑えることができる。Ｄ領域は、
その不純物濃度範囲が第ＩＩ領域に属しているので、発
光装置に対してしきい値電流密度の減少効果を生じるよ
うに作用する。このようにして、図１７の窒化物半導体
基板を用いた発光装置においては、その電気的特性が向
上させられ得る。
【００７３】なお、前述の種々の実施例において、窒化
物半導体厚膜基板上に発光素子構造を形成する場合に、
その基板の表面が研磨された後に用いられてもよいこと
は言うまでもない。
物半導体厚膜基板上に発光素子構造を形成する場合に、
その基板の表面が研磨された後に用いられてもよいこと
は言うまでもない。
【００７４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、窒化物
半導体厚膜基板を用いて優れた特性を有する窒化物半導
体発光装置を提供することができる。
半導体厚膜基板を用いて優れた特性を有する窒化物半導
体発光装置を提供することができる。
【図１】 本発明の一実施例による窒化物半導体レーザ
装置を示す模式的な断面図である。
装置を示す模式的な断面図である。
【図２】 ＧａＮ厚膜基板の成長終端領域における不純
物濃度とその基板を含むレーザ装置のしきい値電圧との
関係を示すグラフである。
物濃度とその基板を含むレーザ装置のしきい値電圧との
関係を示すグラフである。
【図３】 ＧａＮ厚膜基板を成長させる際のＳｉＨ4導
入量とその基板中に含まれる不純物濃度との関係を示す
グラフである。
入量とその基板中に含まれる不純物濃度との関係を示す
グラフである。
【図４】 ＧａＮ厚膜基板中の不純物濃度とその基板を
含むレーザ装置のしきい値電圧との関係を示すグラフで
ある。
含むレーザ装置のしきい値電圧との関係を示すグラフで
ある。
【図５】 ＧａＮ厚膜基板中の不純物濃度とその基板を
含むレーザ装置のしきい値電流密度との関係を示すグラ
フである。
含むレーザ装置のしきい値電流密度との関係を示すグラ
フである。
【図６】 ＧａＮ厚膜基板中の不純物濃度とその基板の
表面粗さとの関係を示すグラフである。
表面粗さとの関係を示すグラフである。
【図７】 本発明の他の実施例による窒化物半導体レー
ザ装置を示す模式的な断面図である。
ザ装置を示す模式的な断面図である。
【図８】 本発明の他の実施例による窒化物半導体レー
ザ装置を示す模式的な断面図である。
ザ装置を示す模式的な断面図である。
【図９】 本発明の他の実施例による窒化物半導体レー
ザ装置を示す模式的な断面図である。
ザ装置を示す模式的な断面図である。
【図１０】 本発明の他の実施例による窒化物半導体レ
ーザ装置を示す模式的な断面図である。
ーザ装置を示す模式的な断面図である。
【図１１】 本発明によるレーザ装置に使用される窒化
物半導体基板中の不純物濃度分布の一例を示す図であ
る。
物半導体基板中の不純物濃度分布の一例を示す図であ
る。
【図１２】 本発明によるレーザ装置に使用される窒化
物半導体基板中の不純物濃度分布の他の例を示す図であ
る。
物半導体基板中の不純物濃度分布の他の例を示す図であ
る。
【図１３】 本発明によるレーザ装置に使用される窒化
物半導体基板中の不純物濃度分布の他の例を示す図であ
る。
物半導体基板中の不純物濃度分布の他の例を示す図であ
る。
【図１４】 本発明の効果と厚膜基板中の不純物濃度範
囲との関係を示す図である。
囲との関係を示す図である。
【図１５】 本発明による窒化物半導体基板中の不純物
濃度分布の他の例を示す図である。
濃度分布の他の例を示す図である。
【図１６】 本発明による窒化物半導体基板中の不純物
濃度分布の他の例を示す図である。
濃度分布の他の例を示す図である。
【図１７】 本発明による窒化物半導体基板中の不純物
濃度分布の他の例を示す図である。
濃度分布の他の例を示す図である。
１０１ Ａｌ／Ｔｉ電極、１０２ ＧａＮ厚膜基板、１
０２ａ 高ＳｉドープＧａＮ領域、１０２ｂ 低Ｓｉド
ープＧａＮ領域、１０２ｃ 高ＳｉドープＧａＮ領域、
１０３ ｎ型ＧａＮバッファ層、１０４ ｎ型Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎクラッド層、１０５ ｎ型ＧａＮ光伝播層、
１０６ 多重量子井戸層、１０７ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎキャリアブロック層、１０８ ｐ型光伝播層、１０９
ｐ型Ａｌ 0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層、１１０ ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層、１１１ Ａｕ／Ｐｄ電極。
０２ａ 高ＳｉドープＧａＮ領域、１０２ｂ 低Ｓｉド
ープＧａＮ領域、１０２ｃ 高ＳｉドープＧａＮ領域、
１０３ ｎ型ＧａＮバッファ層、１０４ ｎ型Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎクラッド層、１０５ ｎ型ＧａＮ光伝播層、
１０６ 多重量子井戸層、１０７ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎキャリアブロック層、１０８ ｐ型光伝播層、１０９
ｐ型Ａｌ 0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層、１１０ ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層、１１１ Ａｕ／Ｐｄ電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小河 淳 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 荒木 正浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 上田 吉裕 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 種谷 元隆 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 窒化物半導体厚膜基板と、 前記基板上に積層された複数の窒化物半導体層を含む発
光素子構造とを含み、 前記窒化物半導体基板は、高不純物濃度の第１の層領域
とその第１層領域より低い不純物濃度の第２の層領域と
の少なくとも２層領域を含み、 前記発光素子構造は、前記基板の前記第１層領域上に形
成されていることを特徴とする窒化物半導体発光装置。 - 【請求項２】 前記窒化物半導体基板はｎ型の導電性を
有していることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半
導体発光装置。 - 【請求項３】 前記窒化物半導体基板の前記第１層領域
はｎ型のための導電型決定不純物を含んでいることを特
徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光装置。 - 【請求項４】 前記窒化物半導体基板が含む不純物は、
シリコン、ゲルマニウム、酸素、炭素、硫黄、セレンお
よびテルルからなるグループから選択されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光装
置。 - 【請求項５】 前記窒化物半導体基板の前記第１層領域
の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上であることを特
徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。 - 【請求項６】 前記窒化物半導体基板内には、８×１０
18ｃｍ-3以下の最も低い不純物濃度を有する層領域が含
まれていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半
導体発光装置。 - 【請求項７】 前記窒化物半導体基板の前記第１層領域
は１０μｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項
１に記載の窒化物半導体発光装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000233010A JP4412827B2 (ja) | 1999-08-20 | 2000-08-01 | 窒化物半導体厚膜基板 |
| US09/641,876 US6586777B1 (en) | 1999-08-20 | 2000-08-18 | Nitride semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23362499 | 1999-08-20 | ||
| JP11-233624 | 1999-08-20 | ||
| JP2000233010A JP4412827B2 (ja) | 1999-08-20 | 2000-08-01 | 窒化物半導体厚膜基板 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009080155A Division JP5449819B2 (ja) | 1999-08-20 | 2009-03-27 | 窒化物半導体厚膜基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001135892A true JP2001135892A (ja) | 2001-05-18 |
| JP4412827B2 JP4412827B2 (ja) | 2010-02-10 |
Family
ID=26531120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000233010A Expired - Lifetime JP4412827B2 (ja) | 1999-08-20 | 2000-08-01 | 窒化物半導体厚膜基板 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6586777B1 (ja) |
| JP (1) | JP4412827B2 (ja) |
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