JP2001168471A - Nitride semiconductor light-emitting element - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower a threshold voltage or drive voltage of a nitride semiconductor light-emitting element provided with an active layer of quantum well structure, comprising a well layer of a nitride semiconductor containing indium between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer. SOLUTION: Between a barrier layer and a well layer of the active layer of quantum well structure, an intermediate layer of AldGa1-dN (0.30<=d<=1), where a band gap energy is larger than the barrier layer is formed over the well layers.

Description

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

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はＬＥＤ、ＬＤ（レーザダ
イオード）等の発光デバイス、またはフォトダイオード
等の受光デバイスに利用される窒化物半導体（Ａｌ_XＩ
ｎ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）よりな
る素子に関する。The present invention relates to a LED, LD (laser diode) light emitting devices or a photodiode nitride semiconductor (Al _X I utilized in the light-receiving device such as, such as
n _Y Ga _1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1).

【０００２】[0002]

【従来の技術】我々はＧａＮ基板の上に、活性層を含む
窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で初めて室温
での連続発振１万時間以上を達成したことを発表した
（INCS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、及び
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)pp.L1568-L1571,Part2,N
o.12A,1 December 1997)。さらに、前記レーザ素子より
サファイア基板を除去してＧａＮ単独とすることによ
り、５ｍＷ出力でも１万時間以上の連続発振に成功した
ことを発表した(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L309
-L312,及びAppl.Phys.Lett.Vol.72(1998)No.16,2014-20
16)。2. Description of the Related Art We have manufactured a nitride semiconductor laser device including an active layer on a GaN substrate, and have announced for the first time in the world that continuous oscillation of 10,000 hours or more at room temperature has been achieved (INCS'97). Proceedings, October 27-31, 1997, P444-446, and
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36 (1997) pp.L1568-L1571, Part2, N
o.12A, 1 December 1997). Furthermore, it was announced that continuous oscillation of 10,000 hours or more was achieved even at a power of 5 mW by removing the sapphire substrate from the laser element and using GaN alone (Jpn.J. Appl.Phys.Vol. 37 (1998) ) pp.L309
-L312 and Appl.Phys.Lett.Vol.72 (1998) No.16,2014-20
16).

【０００３】最近のレーザ素子の構造は、基本的に異種
基板上、又はＧａＮ基板上に成長されたｎ型ＧａＮの上
にＩｎＧａＮからなるクラック防止層、クラック防止層
に接して形成されたＡｌＧａＮを含む超格子構造からな
るｎ側クラッド層、ｎ側クラッド層上部に量子井戸構造
からなる活性層とｐ側クラッド層を含むダブルへテロ構
造を有する(詳細はJpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L3
09-L312参照)。このレーザ素子は７０ｍＡ、閾値電流密
度５ｋＡ／ｃｍ²において、４０８．５ｎｍのシングル
モードで発振する。閾値における電圧は６Ｖである。A recent laser device has a structure in which a crack prevention layer made of InGaN and AlGaN formed in contact with the crack prevention layer are formed on n-type GaN basically grown on a heterogeneous substrate or a GaN substrate. It has an n-side cladding layer consisting of a superlattice structure, and a double heterostructure containing an active layer consisting of a quantum well structure and a p-side cladding layer above the n-side cladding layer (for details, see Jpn.J. Appl.Phys.Vol. 37 (1998) pp.L3
09-L312). This laser device oscillates in a single mode of 408.5 nm at 70 mA and a threshold current density of 5 kA / cm ² . The voltage at the threshold is 6V.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来までの活性層は、
ＩｎＧａＮからなる井戸層を井戸層よりバンドギャップ
エネルギーの大きい障壁層で挟んだ量子井戸構造を用
い、井戸層と障壁層を繰り返し積層した多重量子井戸構
造が発光効率を高めるためには好ましく用いられてい
る。また、これらのＩｎＧａＮからなる井戸層上に混晶
比あるいは組成の違うＡｌＧａＩｎＮからなる障壁層を
形成するには結晶性の問題から成長温度をそれぞれにあ
った温度で成長させなければならなく、この場合井戸層
よりバンドギャップエネルギーの大きい障壁層の成長温
度は井戸層の成長温度より高くしなければならない。The conventional active layer has the following problems.
A multiple quantum well structure in which a well layer made of InGaN is sandwiched between barrier layers having larger bandgap energy than the well layer, and a multiple quantum well structure in which a well layer and a barrier layer are repeatedly stacked is preferably used to enhance luminous efficiency. I have. Further, in order to form a barrier layer made of AlGaInN having a different mixed crystal ratio or composition on the well layer made of InGaN, it is necessary to grow the layers at the respective growth temperatures due to the problem of crystallinity. In this case, the growth temperature of the barrier layer having a larger band gap energy than that of the well layer must be higher than the growth temperature of the well layer.

【０００５】しかしながら井戸層を成長後、障壁層を成
長させるために温度を昇温した際、井戸層のＩｎが井戸
層の全面にわたって分解してしまい、鋭い発光ピークが
得られないという問題があった。また、障壁層を井戸層
と同一の温度で成長させても活性層上に続けて窒化物半
導体を形成させる際に温度を昇温するため同様の問題が
あった。これらは多重量子井戸を用いた窒化物半導体発
光素子においては無視することのできない大きな問題の
ひとつである。However, when the temperature is raised to grow the barrier layer after the growth of the well layer, In of the well layer is decomposed over the entire surface of the well layer, and a sharp emission peak cannot be obtained. Was. Further, even when the barrier layer is grown at the same temperature as the well layer, there is a similar problem because the temperature is increased when a nitride semiconductor is formed continuously on the active layer. These are one of the major problems that cannot be ignored in nitride semiconductor light emitting devices using multiple quantum wells.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】そこで本発明はこのよう
な問題を解決するためになされたものであり、本発明の
第１の目的は、窒化物半導体レーザ素子の発光効率を良
くすることを目的とし、量子井戸からなるインジウムを
含む窒化物半導体からなる井戸層を有する活性層の井戸
層と障壁層の間に障壁層よりバンドギャップエネルギー
の大きい中間層を井戸層の上に形成する。このように中
間層を形成した後、障壁層の成長温度まで昇温したと
き、井戸層のＩｎの分解が部分的に起こり、闘値電圧を
下げることが可能となった。また、本発明の第２の目的
は、窒化物半導体発光素子の発光効率を良くすることを
目的とし、量子井戸からなるインジウムを含む窒化物半
導体からなる井戸層を有する活性層の井戸層と障壁層の
間に障壁層よりバンドギャップエネルギーの大きいＡｌ
ＧａＮからなる中間層を井戸層の上に形成する。このよ
うに中間層を形成した後、障壁層の成長温度まで昇温し
たとき、井戸層のＩｎの分解が部分的に起こり、駆動電
圧や闘値電圧を下げることが可能となった。さらに中間
層を形成後、障壁層の成長温度まで昇温したときの中間
層の表面形態の違いによって、駆動電圧や闘値電圧を大
幅に下げることが可能となった。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and a first object of the present invention is to improve the luminous efficiency of a nitride semiconductor laser device. For the purpose, an intermediate layer having a band gap energy larger than that of the barrier layer is formed between the well layer and the barrier layer of the active layer having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium containing a quantum well. When the temperature was raised to the growth temperature of the barrier layer after the formation of the intermediate layer in this manner, In was partially decomposed in the well layer, and the threshold voltage could be reduced. A second object of the present invention is to improve the luminous efficiency of the nitride semiconductor light emitting device, and to provide a barrier layer and a well layer of an active layer having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium made of a quantum well. Al having a larger band gap energy than the barrier layer between the layers
An intermediate layer made of GaN is formed on the well layer. When the temperature was raised to the growth temperature of the barrier layer after the formation of the intermediate layer in this manner, the In of the well layer was partially decomposed, and the drive voltage and the threshold voltage could be reduced. Further, after the formation of the intermediate layer, the driving voltage and the threshold voltage can be greatly reduced due to the difference in the surface morphology of the intermediate layer when the temperature is raised to the growth temperature of the barrier layer.

【０００７】請求項１の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ
型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間にインジウ
ムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する多重量子
井戸構造の活性層を備えた窒化物半導体レーザ素子にお
いて、闘値電圧を下げる目的として、前記障壁層よりバ
ンドギャップエネルギーの大きい少なくとも１つの中間
層が前記井戸層の上に成長されているものである。According to the first aspect of the present invention, the nitride semiconductor laser
Semiconductor device having a multiple quantum well structure active layer having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium between a p-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer, for reducing threshold voltage At least one intermediate layer having a larger band gap energy than the barrier layer is grown on the well layer.

【０００８】請求項２の窒化物半導体レーザ素子は、請
求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子において、さら
に闘値電圧を下げる目的として、障壁層よりバンドギャ
ップエネルギーの大きい中間層をすべての井戸層の上に
成長させたものである。According to a second aspect of the present invention, in the nitride semiconductor laser element of the first aspect, for the purpose of further lowering the threshold voltage, an intermediate layer having a band gap energy larger than that of the barrier layer is formed in all the wells. It is grown on a layer.

【０００９】請求項３の窒化物半導体レーザ素子は、請
求項１および請求項２のいずれかに記載の窒化物半導体
レーザ素子において、中間層と井戸層との間で量子効果
が起こらないように、中間層の膜厚を一原子層以上１０
０オングストローム以下に、障壁層の膜厚を１０オング
ストローム以上４００オングストローム以下にしたもの
である。According to a third aspect of the present invention, there is provided the nitride semiconductor laser device according to any one of the first and second aspects, wherein a quantum effect does not occur between the intermediate layer and the well layer. The thickness of the intermediate layer is at least one atomic layer and at least 10
The thickness of the barrier layer is set to 10 Å or more and 400 Å or less.

【００１０】請求項４の窒化物半導体レーザ素子は、Ａ
ｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるｎ型クラッド層と
Ａｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ≦１）からなるｐ型クラッド層
の間にインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を
有する活性層を備えた窒化物半導体レーザ素子におい
て、活性層が単一量子井戸構造の窒化物半導体レーザ素
子の闘値電圧を下げる目的として、前記活性層は１つの
井戸層と障壁層とを備えた単一量子井戸構造であって、
前記井戸層と前記障壁層の間に前記障壁層よりバンドギ
ャップエネルギーの大きい中間層が前記井戸層上に成長
されたものである。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor laser device comprising:
_{l x Ga 1-x N (} 0 ≦ x ≦ 1) n -type cladding layer and the _{Al y Ga 1-y N (} 0 ≦ y ≦ 1) nitride containing indium between the p-type cladding layer made of a semiconductor consisting of In the nitride semiconductor laser device provided with an active layer having a well layer made of, for the purpose of lowering the threshold voltage of the nitride semiconductor laser device having a single quantum well structure, the active layer is formed of one well layer. A single quantum well structure with a barrier layer,
An intermediate layer having a higher band gap energy than the barrier layer is grown on the well layer between the well layer and the barrier layer.

【００１１】請求項５の窒化物半導体レーザ素子は、請
求項１乃至請求項４のいずれかに記載の窒化物半導体レ
ーザ素子において、中間層と井戸層との間で量子効果が
起こらないように、中間層は障壁層より膜厚が薄く形成
されたものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor laser device according to any one of the first to fourth aspects, wherein a quantum effect does not occur between the intermediate layer and the well layer. The intermediate layer is formed thinner than the barrier layer.

【００１２】請求項６の窒化物半導体発光素子は、ｎ型
窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間にインジウム
を含む窒化物半導体からなる井戸層を有する多重量子井
戸構造の活性層を備えた窒化物半導体発光素子におい
て、駆動電圧または闘値電圧を下げる目的として、前記
活性層の井戸層と障壁層の間に、障壁層よりバンドギャ
ップエネルギーが大きい少なくとも１つのＡｌ_zＧａ_1-z
Ｎ（０≦ｚ≦１）からなる中間層を有し、かつ該中間層
が前記井戸層の上に成長されているものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor light emitting device having an active layer having a multiple quantum well structure having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer. In the provided nitride semiconductor light emitting device, at least one Al _z Ga ₁ -z having a band gap energy larger than that of the barrier layer between the well layer and the barrier layer of the active layer for the purpose of lowering the driving voltage or the threshold voltage.
An intermediate layer made of N (0 ≦ z ≦ 1), and the intermediate layer is grown on the well layer.

【００１３】請求項７の窒化物半導体発光素子は、請求
項６に記載の窒化物半導体発光素子において、さらに駆
動電圧または闘値電圧を下げる目的として、障壁層より
バンドギャップエネルギーの大きい中間層をすべての井
戸層の上に成長させたものである。According to a seventh aspect of the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device of the sixth aspect, an intermediate layer having a band gap energy larger than that of the barrier layer is used for the purpose of further lowering the driving voltage or the threshold voltage. It is grown on all well layers.

【００１４】請求項８の窒化物半導体発光素子は、請求
項６または請求項７に記載の窒化物半導体発光素子にお
いて、中間層と井戸層との間で量子効果が起こらないよ
うに、前記中間層の膜厚は一原子層以上１００オングス
トローム以下、障壁層の膜厚は１０オングストローム以
上４００オングストローム以下で、該中間層は該障壁層
より膜厚が薄く形成されたものである。According to an eighth aspect of the present invention, in the nitride semiconductor light emitting element according to the sixth or seventh aspect, the intermediate semiconductor layer is formed so that a quantum effect does not occur between the intermediate layer and the well layer. The thickness of the layer is from one atomic layer to 100 angstroms, the thickness of the barrier layer is from 10 angstroms to 400 angstroms, and the intermediate layer is formed to be thinner than the barrier layer.

【００１５】請求項９の窒化物半導体発光素子は、Ａｌ
_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ≦１）からなるｎ型クラッド層とＡ
ｌ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ≦１）からなるｐ型クラッド層の
間にインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有
する活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、活
性層が単一量子井戸構造の窒化物半導体発光素子の駆動
電圧または闘値電圧を下げる目的として、前記活性層は
１つの井戸層と障壁層とを備えた単一量子井戸構造であ
って、前記井戸層と前記障壁層の間に該障壁層よりバン
ドギャップエネルギーの大きいＡｌ_dＧａ_1-dＮ（０≦ｄ
≦１）からなる中間層を備え、かつ該中間層が前記井戸
層上に成長されたものである。According to a ninth aspect of the present invention, the nitride semiconductor light emitting device is
_{b Ga 1-b N (0} ≦ b ≦ 1) consisting of n-type cladding layer and the A
In a nitride semiconductor light emitting device having an active layer having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium between a p-type clad layer made of l _c Ga _1-c N (0 ≦ c ≦ 1), The active layer has a single quantum well structure including one well layer and a barrier layer for the purpose of lowering a driving voltage or a threshold voltage of a nitride semiconductor light emitting device having a single quantum well structure. Al _d Ga _{1 -d} N (0 ≦ d) having a larger band gap energy than the barrier layer between the barrier layer and the barrier layer.
.Ltoreq.1), and the intermediate layer is grown on the well layer.

【００１６】請求項１０の窒化物半導体発光素子は、請
求項６乃至請求項９のいずれかに記載の窒化物半導体発
光素子において、さらに駆動電圧または闘値電圧を大幅
に下げる目的として、前記中間層はＡｌ_dＧａ_1-dＮ
（０．３０≦ｄ≦１）としたものである。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the nitride semiconductor light emitting device according to any one of the sixth to ninth aspects, wherein the driving voltage or the threshold voltage is further reduced significantly. The layer is Al _d Ga _1-d N
(0.30 ≦ d ≦ 1).

【００１７】請求項１１の窒化物半導体発光素子は、請
求項６乃至請求項１０のいずれかに記載の窒化物半導体
発光素子において、井戸層のＩｎが部分的に分解するこ
とで、前記中間層の表面が陥没または前記中間層を貫通
した複数の領域を有しているものである。The nitride semiconductor light emitting device according to claim 11 is the nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 6 to 10, wherein In of the well layer is partially decomposed, whereby the intermediate layer is formed. Has a plurality of regions which are depressed or penetrate the intermediate layer.

【００１８】請求項１２の窒化物半導体発光素子は、請
求項１１に記載の窒化物半導体発光素子において、駆動
電圧または闘値電圧を大幅に下げる目的として、前記陥
没または貫通した複数の領域の面積は、前記中間層全体
の面積の１割以上を占めているものである。According to a twelfth aspect of the present invention, in the nitride semiconductor light emitting element of the eleventh aspect, the area of the plurality of recessed or penetrated regions is provided for the purpose of greatly reducing a driving voltage or a threshold voltage. Occupies at least 10% of the area of the entire intermediate layer.

【００１９】[0019]

【発明の実施の形態】以下に本発明の主要な要素である
活性層の構成について図を用いて詳細に説明する。実施
の形態１では窒化物半導体レーザ素子について、実施の
形態２では窒化物半導体ＬＥＤ素子について説明する。
また図１は単一量子井戸からなる活性層１０６（２０
７）を、図２は多重量子井戸からなる活性層１０６（２
０７）を示した図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of an active layer, which is a main element of the present invention, will be described below in detail with reference to the drawings. Embodiment 1 describes a nitride semiconductor laser device, and Embodiment 2 describes a nitride semiconductor LED device.
FIG. 1 shows an active layer 106 (20
7) and FIG. 2 shows an active layer 106 (2
07).

【００２０】（実施の形態１）本発明に係る実施の形態
１の発光素子は図４に示す構造を有する窒化物半導体レ
ーザ素子であって、ｎ型光ガイド層１０５とｐ型光ガイ
ド層１０８に挟まれたインジウムを含む窒化物半導体か
らなる井戸層を有する活性層１０６を備えている。本実
施の形態１では、量子井戸からなる活性層１０６が井戸
層１１、中間層１２、障壁層１３で形成され、中間層１
２のバンドギャップエネルギーは図３に示すように障壁
層１３のバンドギャップエネルギーより大きく設定され
かつ、中間層１２はかならず井戸層１１を形成後、井戸
層１１に接して形成されていることを特徴としている。
なお、この中間層１２は活性層１０６のどの井戸層１１
上にあっても良く、少なくとも井戸層１１と障壁層１３
の間に中間層１２を有する構成を１つ含んでいればよ
い。しかしながら中間層１２は、活性層１０６のすべて
の井戸層１１上に形成されていることが最も望ましく、
このようにするとさらに闘値電圧を下げることができ
る。(Embodiment 1) A light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention is a nitride semiconductor laser device having a structure shown in FIG. 4 and includes an n-type light guide layer 105 and a p-type light guide layer 108. And an active layer 106 having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium. In the first embodiment, an active layer 106 composed of a quantum well is formed by a well layer 11, an intermediate layer 12, and a barrier layer 13.
The band gap energy of No. 2 is set to be larger than the band gap energy of the barrier layer 13 as shown in FIG. 3, and the intermediate layer 12 is always formed after the well layer 11 is formed and in contact with the well layer 11. And
The intermediate layer 12 is formed in any well layer 11 of the active layer 106.
The well layer 11 and the barrier layer 13 may be
It suffices to include one configuration having the intermediate layer 12 between them. However, it is most preferable that the intermediate layer 12 is formed on all the well layers 11 of the active layer 106.
In this way, the threshold voltage can be further reduced.

【００２１】このように本実施の形態１の窒化物半導体
レーザ素子において、中間層１２は障壁層１３のバンド
ギャップエネルギーより大きく、即ち活性層１０６中で
は最もバンドギャップが大きくなるように構成すること
により、闘値電圧を大幅に下げることができる。もし中
間層１２のバンドギャップエネルギーが障壁層１３より
小さく井戸層１１より大きいと、井戸層１１と障壁層１
３との間の井戸型ポテンシャルが成り立たなくなり、本
発明のように閾値電圧を大幅に下げることは不可能であ
る。As described above, in the nitride semiconductor laser device of the first embodiment, the intermediate layer 12 is configured to be larger than the band gap energy of the barrier layer 13, that is, to have the largest band gap in the active layer 106. As a result, the threshold voltage can be significantly reduced. If the band gap energy of the intermediate layer 12 is smaller than the barrier layer 13 and larger than the well layer 11, the well layer 11 and the barrier layer 1
3, the well-type potential no longer holds, and it is impossible to greatly lower the threshold voltage as in the present invention.

【００２２】また、中間層１２の膜厚は障壁層１３の膜
厚より薄く、一原子層以上１００オングストローム以下
とすることが好ましい。１００オングストロームより厚
くなってしまうと、中間層１２と井戸層１１との間でミ
ニバンドが形成されてしまい発光効率が悪くなってしま
う。また、この中間層はできるだけ薄いことが望まし
い。Further, the thickness of the intermediate layer 12 is preferably smaller than the thickness of the barrier layer 13 and is not less than one atomic layer and not more than 100 Å. If the thickness is more than 100 Å, a mini-band is formed between the intermediate layer 12 and the well layer 11, and the luminous efficiency deteriorates. It is desirable that the intermediate layer be as thin as possible.

【００２３】また、障壁層１３の膜厚は１０オングスト
ローム以上４００オングストローム以下とすることがで
き、また井戸層１１の膜厚は１０オングストローム以上
７０オングストローム以下とする。The thickness of the barrier layer 13 can be in the range of 10 Å to 400 Å, and the thickness of the well layer 11 can be in the range of 10 Å to 70 Å.

【００２４】また、活性層１０６の成長温度は障壁層１
３の成長温度（以下、第１の温度という。）については
７５０℃以上１１００℃以下、井戸層１１の成長温度
（以下、第２の温度という。）については第１の温度よ
り低く、７５０℃以上８８０℃以下。中間層１２の成長
温度（以下、第３の温度という。）については井戸層１
１と同温度の第２の温度か、それ以上で第１の温度より
は低い、７５０℃以上８８０℃以下とする。しかし、中
間層１２についてはあまり成長温度が高くなると、井戸
層の全面にわたってＩｎが分解してしまうので、本発明
の課題の解決に反してしまう。従って中間層１２の成長
温度は、最も好ましくは井戸層１１の成長温度と同温度
とする。また、これらの温度は窒化物半導体素子を作成
の際、発光させる波長によって井戸層１１のＩｎの混晶
比は変わってくるので、そのＩｎの混晶比に対応させて
最適な温度を決める必要がある。The growth temperature of the active layer 106 is controlled by the barrier layer 1.
The growth temperature (hereinafter referred to as a first temperature) of No. 3 is 750 ° C. or more and 1100 ° C. or less, and the growth temperature of the well layer 11 (hereinafter referred to as a second temperature) is lower than the first temperature and 750 ° C. Not less than 880 ° C. Regarding the growth temperature of the intermediate layer 12 (hereinafter referred to as a third temperature), the well layer 1
The second temperature is equal to or higher than 1, and is higher than 750 ° C. and lower than 880 ° C. and lower than the first temperature. However, if the growth temperature of the intermediate layer 12 is too high, In is decomposed over the entire surface of the well layer, which is against the solution of the problem of the present invention. Therefore, the growth temperature of the intermediate layer 12 is most preferably the same as the growth temperature of the well layer 11. In addition, since these temperatures change the In crystal ratio of the well layer 11 depending on the wavelength to be emitted when the nitride semiconductor device is manufactured, it is necessary to determine an optimum temperature corresponding to the In crystal ratio. There is.

【００２５】活性層１０６は本実施の形態のようにＳｉ
などのｎ型不純物及び／又はＭｇなどのｐ型不純物をド
ープしてもよいし、またアンドープでも良い。不純物は
井戸層、障壁層両方にドープしても良く、井戸層のみに
ドープしてもよい。また中間層にドープしても良い。な
お障壁層にのみｎ型不純物をドープすると閾値をより低
下させることができ好ましい。The active layer 106 is made of Si as in this embodiment.
N-type impurity such as and / or p-type impurity such as Mg, or undoped. The impurity may be doped into both the well layer and the barrier layer, or may be doped only into the well layer. Further, the intermediate layer may be doped. Note that it is preferable to dope only the barrier layer with an n-type impurity because the threshold value can be further reduced.

【００２６】また、本発明で用いている窒化物半導体で
あるＩｎ_YＧａ_1-YＮ（０≦Ｙ≦１）のＩｎの混晶比Ｙは
バンドギャップエネルギーＥｇとの関係式、Ｅｇ＝３．
４＊（１−Ｙ）＋１．９５＊Ｙ−Ａ＊Ｙ＊（１−Ｙ）に
おいて、Ａ＝１としたときに概算された値であり、また
Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）のＡｌの混晶比Ｘはバン
ドギャップエネルギーＥｇとの関係式、Ｅｇ＝３．４＊
（１−Ｘ）＋６．２＊Ｘ−Ａ＊Ｘ＊（１−Ｘ）におい
て、Ａ＝１としたときに概算された値である。上記２つ
の関係式の第１項と第２項の係数はそれぞれ、３．４は
ＧａＮのバンドギャップエネルギー（ｅＶ）を、１．９
５はＩｎＮのバンドギャップエネルギー（ｅＶ）を、
６．２はＡｌＮのバンドギャップエネルギー（ｅＶ）を
示している。 _{Further, In Y Ga 1-Y N} (0 ≦ Y ≦ 1) relationship between the composition ratio Y is the band gap energy Eg of In, Eg = 3 is a nitride semiconductor is used in the present invention .
In 4 * (1-Y) + 1.95 * YA-Y * (1-Y), this is an approximate value when A = 1, and Al _X Ga _{1 -X} N (0 ≦ X <1) The mixed crystal ratio X of Al is a relational expression with the band gap energy Eg, Eg = 3.4 *
In (1-X) + 6.2 * X-A * X * (1-X), it is a value estimated when A = 1. The coefficient of the first term and the second term of the above two relational expressions are respectively 3.4, the band gap energy (eV) of GaN is 1.9.
5 is the band gap energy (eV) of InN,
6.2 indicates the band gap energy (eV) of AlN.

【００２７】なお、これらの活性層の特徴は図１のよう
な単一量子井戸の場合であっても同様であることはいう
までもない。It is needless to say that the characteristics of these active layers are the same even in the case of a single quantum well as shown in FIG.

【００２８】次に、実施の形態１として活性層１０６以
外の窒化物半導体層などの他の構成について説明する。
いうまでもないが、本発明は以下の構成に限られるもの
ではない。基板１０１としてはサファイアなどの異種基
板、または公知の方法によって得られたＧａＮ基板を用
いることができる。また基板１０１上には、ＧａＮより
なるバッファ層１０２を形成することが好ましく、これ
によって後に基板上に形成する窒化物半導体の結晶性を
良好にすることができる。このバッファ層１０２は異種
基板上に窒化物半導体を形成するときに特に有効であ
る。なお、異種基板とは窒化物半導体とは異なる材料か
らなる基板のことをいう。Next, another structure such as a nitride semiconductor layer other than the active layer 106 will be described as the first embodiment.
Needless to say, the present invention is not limited to the following configuration. As the substrate 101, a heterogeneous substrate such as sapphire, or a GaN substrate obtained by a known method can be used. In addition, it is preferable to form a buffer layer 102 made of GaN on the substrate 101, whereby the crystallinity of a nitride semiconductor formed later on the substrate can be improved. This buffer layer 102 is particularly effective when forming a nitride semiconductor on a heterogeneous substrate. Note that a heterogeneous substrate refers to a substrate made of a material different from a nitride semiconductor.

【００２９】ｎ型コンタクト層１０３はｎ側電極を形成
するための層であって、Ｓｉなどのｎ型不純物をドープ
することで、オーミック性が良好となるようにする。こ
の層は、ｐ側層を形成した後にｐ側層からエッチングし
てｎ型コンタクト層の一部を露出させて、露出させたｎ
型コンタクト層１０３上にｎ側電極を形成する。The n-type contact layer 103 is a layer for forming an n-side electrode. The n-type contact layer 103 is doped with an n-type impurity such as Si so as to improve the ohmic property. This layer is formed by etching the p-side layer after forming the p-side layer, exposing a part of the n-type contact layer, and exposing the exposed n-type contact layer.
An n-side electrode is formed on the mold contact layer 103.

【００３０】ｎ型コンタクト層１０３上に形成するクラ
ック防止層はアンドープとすることで基板側からのクラ
ックを低減させるために形成されている。またこのクラ
ック防止層は、ＩｎＧａＮなどで形成し、上部ｎ型クラ
ッド層との屈折率差を設けることで、発光層から発せら
れた光が異種基板に当たって反射して再び窒化物半導体
層に戻ってくるのを防ぐ層として機能させることができ
る。またこの層は省略してもよい。The crack preventing layer formed on the n-type contact layer 103 is formed in order to reduce cracks from the substrate side by making it undoped. Further, this crack prevention layer is made of InGaN or the like, and by providing a refractive index difference from the upper n-type cladding layer, light emitted from the light emitting layer collides with a different kind of substrate, is reflected and returns to the nitride semiconductor layer again. It can function as a layer for preventing coming. This layer may be omitted.

【００３１】ｎ型クラッド層１０４は発光層への電子の
供給層であると共にキャリアおよび光を活性層に閉じこ
める層としてはたらき、Ｓｉなどのｎ型不純物をドープ
した単層、また例えばアンドープ層とｎ型不純物ドープ
層とを交互に積層した超格子構造とすることができる。The n-type cladding layer 104 is a layer for supplying electrons to the light-emitting layer and also functions as a layer for confining carriers and light in the active layer, and is a single layer doped with an n-type impurity such as Si. A superlattice structure in which a p-type impurity doped layer is alternately stacked can be provided.

【００３２】ｎ型光ガイド層１０５は、多重量子井戸構
造などの膜厚が薄くなった活性層１０６の膜厚を補うこ
とで、活性層１０６とともに光導波路を構成するもので
ある。従って、上部活性層１０６と屈折率差があまりな
く、ｎ型クラッド層１０４との屈折率差を十分に設ける
ような組成とする。またこの層は、ｎ型不純物をドープ
してもよく、アンドープでもよく、ｎ型不純物がドープ
された層とアンドープの層との超格子としてもよい。The n-type optical guide layer 105 constitutes an optical waveguide together with the active layer 106 by compensating for the thickness of the active layer 106 having a reduced thickness such as a multiple quantum well structure. Accordingly, the composition is such that the refractive index difference between the upper active layer 106 and the n-type cladding layer 104 is small and the refractive index difference between the upper active layer 106 and the n-type cladding layer 104 is sufficiently large. This layer may be doped with an n-type impurity or undoped, or may be a superlattice of a layer doped with an n-type impurity and an undoped layer.

【００３３】活性層１０６上にあるｐ側キャップ層１０
７はＭｇなどのｐ型不純物を高ドープとすることで活性
層１０６に供給されるｎ側からの電子に対して不足しが
ちな正孔を補うことができる。またｐ型光ガイド層１０
８、ｐ型クラッド層１０９よりもｐ型不純物濃度を高く
することで、ｐ側キャップ層１０７上に形成されるｐ側
層にｐ型不純物が拡散するようになり好ましい。さらに
この層は活性層１０６のＩｎの分解を抑える効果もあ
り、その機能を主として発揮させる場合はアンドープで
もよい。また、このｐ側キャップ層１０７は省略するこ
ともできる。The p-side cap layer 10 on the active layer 106
Numeral 7 is a highly doped p-type impurity such as Mg, which can compensate for holes which tend to be insufficient for electrons supplied from the n-side to the active layer 106. Also, the p-type light guide layer 10
8. By making the p-type impurity concentration higher than that of the p-type cladding layer 109, the p-type impurity is preferably diffused into the p-side layer formed on the p-side cap layer 107. Further, this layer also has the effect of suppressing the decomposition of In in the active layer 106, and may be undoped if its function is mainly exhibited. Further, the p-side cap layer 107 can be omitted.

【００３４】ｐ型光ガイド層１０８はＭｇなどのｐ型不
純物が含まれた層であるが、意図的にｐ型不純物をドー
プして形成するのはものはもちろんのこと、ｐ側キャッ
プ層１０７をｐ型不純物をドープして形成した場合はｐ
型不純物がｐ側キャップ層１０７から拡散されるので、
アンドープで形成してもよい。このｐ型光ガイド層１０
８はｎ型光ガイド層１０５と同様に、光導波路を設ける
ための層で、下部活性層１０６と屈折率差があまりな
く、ｐ型クラッド層１０９との屈折率差を十分に設ける
ような組成とする。Although the p-type light guide layer 108 is a layer containing a p-type impurity such as Mg, it is needless to say that the p-type light guide layer 108 is formed by intentionally doping the p-type impurity. Is formed by doping a p-type impurity,
Since the type impurities are diffused from the p-side cap layer 107,
It may be formed by undoping. This p-type light guide layer 10
Reference numeral 8 denotes a layer for providing an optical waveguide, similar to the n-type light guide layer 105, which has a small refractive index difference from the lower active layer 106 and a sufficient refractive index difference from the p-type cladding layer 109. And

【００３５】ｐ型クラッド層１０９は発光層への正孔の
供給層としてはたらき、例えばＭｇなどのｐ型不純物を
ドープした単層、また例えばアンドープ層とｐ型不純物
ドープ層とを交互に積層した超格子構造を用いて構成す
ることができる。The p-type cladding layer 109 serves as a layer for supplying holes to the light-emitting layer. For example, a single layer doped with a p-type impurity such as Mg, for example, an undoped layer and a p-type impurity-doped layer are alternately laminated. It can be configured using a superlattice structure.

【００３６】ｐ型コンタクト層１１０はｐ側電極を形成
する層であり、Ｍｇなどのｐ型不純物を比較的多くドー
プすることで、ｐ側電極とのオーミック性が良好となる
ようにする。The p-type contact layer 110 is a layer for forming a p-side electrode. The p-type contact layer 110 is doped with a relatively large amount of p-type impurities such as Mg so as to improve the ohmic property with the p-side electrode.

【００３７】さらに窒化物半導体レーザ素子において
は、ｐ側クラッド層１０９とｐ側光ガイド層１０８との
界面付近までエッチングを行い、幅１．５μｍのストラ
イプ状の導波路を形成する。このように、活性層１０６
よりも上部にある層をストライプ状のリッジ形状とする
ことにより、活性層１０６の発光がストライプリッジの
下に集中するようになって閾値を低下させることができ
る。特にｐ側クラッド層以上の層をリッジ形状とするこ
とが望ましい。Further, in the nitride semiconductor laser device, etching is performed up to the vicinity of the interface between the p-side cladding layer 109 and the p-side optical guide layer 108 to form a 1.5 μm-wide striped waveguide. Thus, the active layer 106
By forming the layer above the stripe ridge shape, the light emission of the active layer 106 is concentrated below the stripe ridge, and the threshold value can be reduced. In particular, it is desirable that the layers above the p-side cladding layer have a ridge shape.

【００３８】ｐ側電極はｐ型コンタクト層１１０のリッ
ジ最表面にｐ側オーミック電極１２０、さらにその上に
ｐ側パッド電極１２１があり、ｐ型コンタクト層１１０
と好ましいオーミックが得られるｐ側オーミック電極１
２０の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ／
Ａｕ、Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ等を
挙げることができる。またｐ側パッド電極１２１は実質
的なｐ側オーミック電極１２０の表面積を広げて、ｐ電
極側をワイヤーボンディング、ダイボンディングできる
ようにするためのものでＡｕなどが挙げられる。The p-side electrode includes a p-side ohmic electrode 120 on the outermost surface of the ridge of the p-type contact layer 110 and a p-side pad electrode 121 thereon.
-Side ohmic electrode 1 with which a preferable ohmic is obtained
For example, Ni, Pt, Pd, Ni /
Au, Ni / Ti / Au, Pt / Au, Pd / Au and the like can be mentioned. The p-side pad electrode 121 is used to increase the substantial surface area of the p-side ohmic electrode 120 so that the p-electrode side can be wire-bonded or die-bonded.

【００３９】ｎ側電極はｎ型コンタクト層１０３上にｎ
側オーミック電極１２２、さらにその上にｎ側パッド電
極１２３があり、ｎ型コンタクト層１０３と好ましいオ
ーミックが得られるｎ側オーミック電極１２２の材料と
してはＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金
属もしくは合金が挙げられる。またｎ側パッド電極１２
３はｎ側オーミック電極１２２の剥がれを防止する作用
がありＡｕなどが挙げられる。The n-side electrode is formed on the n-type contact layer 103 by n
Side ohmic electrode 122, and further thereon an n-side pad electrode 123, and n-type contact layer 103 and n-side ohmic electrode 122 that provides a preferable ohmic are made of Al, Ti, W, Cu, Zn, Sn, In And the like. Also, the n-side pad electrode 12
Numeral 3 has an effect of preventing peeling of the n-side ohmic electrode 122, and includes Au or the like.

【００４０】（実施の形態２）本発明に係る実施の形態
２の発光素子は、図５に示すように、ｎ型クラッド層で
あるｎ型第２多層膜層２０６とｐ型クラッド層であるｐ
型多層膜層２０８に挟まれたインジウムを含む窒化物半
導体からなる井戸層を有する活性層２０７を備えた窒化
物半導体ＬＥＤ素子である。実施の形態２の活性層２０
７は、実施の形態１で記されている活性層１０６と同様
の形態であるか、さらに中間層１２を以下のような組成
としている。(Embodiment 2) As shown in FIG. 5, the light emitting device according to Embodiment 2 of the present invention comprises an n-type second multilayer film layer 206 which is an n-type cladding layer and a p-type cladding layer. p
1 is a nitride semiconductor LED device including an active layer 207 having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium sandwiched between type multilayer film layers 208. Active layer 20 of the second embodiment
7 has the same configuration as the active layer 106 described in the first embodiment, or the intermediate layer 12 has the following composition.

【００４１】すなわち中間層１２の組成はＡｌ_ZＧａ_1-Z
Ｎ（０≦Ｚ≦１）とし、好ましくはＡｌ_ZＧａ_1-ZＮ
（０．３０≦Ｚ≦１）とする。本実施の形態２の素子は
中間層１２におけるＡｌの混晶比を０．３０以上とする
ことで、この中間層を設ける効果がさらに顕著に現れる
こと、およびその効果は中間層１２を成長後、障壁層１
３の成長温度まで温度を上昇させたときの中間層１２の
表面形態と大きな関連があることを見いだし、ＬＥＤ素
子に適用したものである。図６〜図９は中間層１２を８
２０℃で形成後、温度を１０５０℃まで昇温した際の中
間層１２の表面形態をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観察
したものである。図６はＡｌの混晶比Ｚ＝０．１５、図
７はＺ＝０．３０、図８はＺ＝０．４５、図９はＺ＝
０．６０であり、図を見てもわかるようにＡｌの混晶比
がＺ≧０．３０になると、中間層１２の表面が陥没また
は貫通した複数の領域を有する網目構造となる。これは
中間層１２であるＡｌＧａＮを低温で形成しているた
め、このＡｌＧａＮの結晶性および膜厚が不均一であ
り、中間層１２を成長後、障壁層１３の成長温度まで温
度を上昇させたとき、ＡｌＧａＮの結晶性の悪いところ
および／または膜厚の薄いところで井戸層１１の一部の
Ｉｎが分解してしまい、中間層１２の表面が陥没または
貫通し、井戸層１１の表面の一部などが露出したものと
考えられる。さらにこの陥没または貫通した領域は中間
層１２の表面積の１割以上となるＡｌ混晶比Ｚが０．３
０以上の時、駆動電圧が大きく低下することがわかっ
た。この結果を図１０に本発明の窒化物半導体ＬＥＤ素
子におけるＡｌ混晶比に対する駆動電圧の変化をして示
す。That is, the composition of the intermediate layer 12 is Al _Z Ga _{1 -Z}
And N (0 ≦ Z ≦ 1) , preferably Al _Z Ga _1-Z N
(0.30 ≦ Z ≦ 1). In the device according to the second embodiment, the effect of providing the intermediate layer is more remarkable by setting the mixed crystal ratio of Al in the intermediate layer 12 to 0.30 or more. , Barrier layer 1
No. 3, found to be significantly related to the surface morphology of the intermediate layer 12 when the temperature was raised to the growth temperature, and applied to an LED element. 6 to 9 show that the intermediate layer 12 is
After forming at 20 ° C., the surface morphology of the intermediate layer 12 when the temperature was raised to 1050 ° C. was observed by AFM (atomic force microscope). FIG. 6 shows a mixed crystal ratio of Al = 0.15, FIG. 7 shows Z = 0.30, FIG. 8 shows Z = 0.45, and FIG.
0.60, and as can be seen from the drawing, when the mixed crystal ratio of Al becomes Z ≧ 0.30, a network structure having a plurality of regions where the surface of the intermediate layer 12 is depressed or penetrated is obtained. This is because AlGaN, which is the intermediate layer 12, is formed at a low temperature, so that the crystallinity and thickness of the AlGaN are not uniform. After growing the intermediate layer 12, the temperature was raised to the growth temperature of the barrier layer 13. At this time, a part of In of the well layer 11 is decomposed at a place where the crystallinity of the AlGaN is poor and / or at a place where the film thickness is small, and the surface of the intermediate layer 12 is depressed or penetrated, and a part of the surface of the well layer 11 is made It is considered that such things were exposed. Further, the area where the depression or penetration has occurred has an Al mixed crystal ratio Z of 0.3% or more, which is 10% or more of the surface area of the intermediate layer 12.
It was found that when the value was 0 or more, the driving voltage was greatly reduced. FIG. 10 shows the result of the change in the driving voltage with respect to the Al mixed crystal ratio in the nitride semiconductor LED device of the present invention.

【００４２】なお、本発明の実施の形態２における活性
層の各層の好ましい膜厚等は実施の形態１と同様であ
る。The preferred thickness of each layer of the active layer according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment.

【００４３】また、これらの活性層の特徴は図１のよう
な単一量子井戸の場合であっても同様であることは言う
までもない。It goes without saying that the characteristics of these active layers are the same even in the case of a single quantum well as shown in FIG.

【００４４】すなわち量子井戸からなる活性層２０７が
井戸層１１、中間層１２、障壁層１３で形成され、中間
層１２のバンドギャップエネルギーは図３に示すように
障壁層１３のバンドギャップエネルギーより大きく設定
されかつ、中間層１２はかならず井戸層１１を形成後、
井戸層１１に接して形成されていることを特徴としてい
る。なお、この中間層１２は活性層２０７のどの井戸層
１１上にあっても良く、少なくとも井戸層１１と障壁層
１３の間に中間層１２を有する構成を１つ含んでいれば
よい。しかしながら中間層１２は、活性層２０７のすべ
ての井戸層１１上に形成されていることが最も望まし
く、このようにするとさらに闘値電圧を下げることがで
きる。That is, the active layer 207 composed of a quantum well is formed by the well layer 11, the intermediate layer 12, and the barrier layer 13, and the band gap energy of the intermediate layer 12 is larger than the band gap energy of the barrier layer 13 as shown in FIG. Is set, and the intermediate layer 12 is always formed after the well layer 11 is formed.
It is characterized in that it is formed in contact with the well layer 11. Note that the intermediate layer 12 may be on any of the well layers 11 of the active layer 207, and it is sufficient that at least one structure having the intermediate layer 12 between the well layer 11 and the barrier layer 13 is included. However, it is most preferable that the intermediate layer 12 is formed on all the well layers 11 of the active layer 207. In this case, the threshold voltage can be further reduced.

【００４５】また、中間層１２の膜厚は障壁層１３の膜
厚より薄く、一原子層以上１００オングストローム以下
とすることが好ましい。１００オングストロームより厚
くなってしまうと、中間層１２と井戸層１１との間でミ
ニバンドが形成されてしまい発光効率が悪くなってしま
う。また、この中間層はできるだけ薄いことが望まし
い。The thickness of the intermediate layer 12 is preferably smaller than the thickness of the barrier layer 13 and is preferably not less than one atomic layer and not more than 100 Å. If the thickness is more than 100 Å, a mini-band is formed between the intermediate layer 12 and the well layer 11, and the luminous efficiency deteriorates. It is desirable that the intermediate layer be as thin as possible.

【００４６】また、障壁層１３の膜厚は１０オングスト
ローム以上４００オングストローム以下とすることがで
き、また井戸層１１の膜厚は１０オングストローム以上
７０オングストローム以下とする。The thickness of the barrier layer 13 can be in the range of 10 Å to 400 Å, and the thickness of the well layer 11 is in the range of 10 Å to 70 Å.

【００４７】次に、実施の形態２として活性層２０７以
外の窒化物半導体層などの他の構成について説明する。
いうまでもないが、本発明は以下の構成に限られるもの
ではない。基板２０１としてはサファイアなどの異種基
板、または公知の方法によって得られたＧａＮ基板を用
いることができる。また、基板２０１上にはＧａＮより
なるバッファ層２０２を形成することが好ましく、これ
によって後に基板上に形成する窒化物半導体の結晶性を
良好にすることができる。このバッファ層２０２は異種
基板上に窒化物半導体を形成するときに特に有効であ
り、基板の種類、成長方法等によっては省略もできる。
また、このバッファ層はＡｌの割合の小さいＡｌＧａＮ
を用いることもできる。Next, another structure such as a nitride semiconductor layer other than the active layer 207 will be described as a second embodiment.
Needless to say, the present invention is not limited to the following configuration. As the substrate 201, a heterogeneous substrate such as sapphire, or a GaN substrate obtained by a known method can be used. In addition, it is preferable to form the buffer layer 202 made of GaN on the substrate 201, so that the crystallinity of a nitride semiconductor formed later on the substrate can be improved. This buffer layer 202 is particularly effective when forming a nitride semiconductor on a heterogeneous substrate, and may be omitted depending on the type of substrate, growth method, and the like.
This buffer layer is made of AlGaN having a small Al content.
Can also be used.

【００４８】第１のアンドープＧａＮ層２０３はバッフ
ァ層２０２よりも高温でアンドープのＧａＮを形成した
ものであり、この層を設けることでバッファ層２０２と
同じく窒化物半導体の結晶性を良好にすることができ
る。The first undoped GaN layer 203 is formed by forming undoped GaN at a higher temperature than the buffer layer 202. By providing this layer, the crystallinity of the nitride semiconductor can be improved similarly to the buffer layer 202. Can be.

【００４９】ｎ型コンタクト層２０４はｎ側電極を形成
するための層であって、Ｓｉなどのｎ型不純物をドープ
することでオーミック性を良好となるようにする。この
層は、後にｐ側層からエッチングしてｎ型コンタクト層
２０４の一部を露出させて、露出させたｎ型コンタクト
層２０４上にｎ側電極を形成する。The n-type contact layer 204 is a layer for forming an n-side electrode. The n-type contact layer 204 is doped with an n-type impurity such as Si to improve the ohmic property. This layer is later etched from the p-side layer to expose a part of the n-type contact layer 204, and an n-side electrode is formed on the exposed n-type contact layer 204.

【００５０】ｎ型第１多層膜層２０５は静電耐圧を低下
させる目的で、ｎ型第２多層膜層２０６はアンドープの
超格子構造とすることで発光出力を良好にする目的で形
成され、ｎ型第２の多層膜層２０６のみ、またはｎ型第
２の多層膜層２０６およびｎ型第１の多層膜層２０５と
で、公知のｎ型クラッド層を構成するものである。The n-type first multilayer film layer 205 is formed for the purpose of lowering the electrostatic withstand voltage, and the n-type second multilayer film layer 206 is formed for the purpose of improving the light emission output by having an undoped superlattice structure. Only the n-type second multilayer film layer 206 or the n-type second multilayer film layer 206 and the n-type first multilayer film layer 205 constitute a known n-type cladding layer.

【００５１】ｐ型多層膜層２０８は例えばＭｇなどのｐ
型不純物をドープした超格子構造とすることで公知のｐ
型クラッド層のはたらきをする。The p-type multilayer film 208 is made of p-type material such as Mg.
By forming a superlattice structure doped with a p-type impurity,
The mold clad layer works.

【００５２】ｐ型コンタクト層２０９はｐ側電極を形成
する層であり、例えばＭｇなどのｐ型不純物を比較的多
くドープすることで、ｐ側電極とのオーミック性が良好
となるようにする。The p-type contact layer 209 is a layer for forming a p-side electrode, and is doped with a relatively large amount of a p-type impurity such as Mg so that the ohmic property with the p-side electrode is improved.

【００５３】また、ｐ側電極、ｎ側電極に関しては第１
の実施に記されている構成と同じである。また、実施の
形態２は窒化物半導体ＬＥＤ素子を例に説明したもので
あるが、ＬＥＤ素子に限られず、窒化物半導体レーザ素
子でもよい。The p-side electrode and the n-side electrode are of the first type.
Is the same as that described in the embodiment. In the second embodiment, the nitride semiconductor LED element is described as an example. However, the present invention is not limited to the LED element, and may be a nitride semiconductor laser element.

【００５４】[0054]

【実施例】図４は本発明の一実施例の係るレーザ素子の
構造を示す模式的な断面図である。以下、この図を元に
実施例１について説明する。なお本発明の発光素子は図
４の構造に限定されるものではない。 ［実施例１］ （バッファ層１０２）２インチφ、Ｃ面を主面とするサ
ファイア上に公知の方法によって得られたＧａＮ基板１
０１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ₃）を用い、Ｇａ
Ｎよりなる第１のバッファ層を２００オングストローム
の膜厚で成長させる。第１のバッファ層成長後、昇温し
て同じくＧａＮよりなる第２のバッファ層を１．５μｍ
の膜厚で成長させる。FIG. 4 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to one embodiment of the present invention. Hereinafter, Embodiment 1 will be described with reference to FIG. Note that the light emitting element of the present invention is not limited to the structure shown in FIG. [Example 1] (Buffer layer 102) GaN substrate 1 obtained by a known method on sapphire having a 2-inch φ, C-plane main surface
01 was set in a MOVPE reaction vessel, and trimethyl gallium (TMG) and ammonia (NH ₃ ) were used.
A first buffer layer made of N is grown to a thickness of 200 Å. After the growth of the first buffer layer, the temperature was raised to make the second buffer layer also made of GaN 1.5 μm.
It grows with the film thickness of.

【００５５】（ｎ側コンタクト層１０３）次にアンモニ
アとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉ
を１×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるｎ側コ
ンタクト層１０３を４μｍの膜厚で成長させる。(N-side contact layer 103) Then, ammonia and TMG were used, and silane gas was used as an impurity gas.
The n-side contact layer 103 made of GaN doped with 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ is grown to a thickness of 4 μm.

【００５６】（クラック防止層）次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ
（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を
８００℃にしてＩｎ_0.06Ｇａ_0.94Ｎよりなるクラック防
止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。(Crack prevention layer) Next, TMG, TMI
(Trimethylindium) and ammonia are used at a temperature of 800 ° C. to grow a crack prevention layer made of In _0.06 Ga _0.94 N with a thickness of 0.15 μm.

【００５７】（ｎ側クラッド層１０４）続いて、ＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用
い、１０５０℃でアンドープＡｌ_0.16Ｇａ_0.84Ｎよりな
る層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
ＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０¹⁹
／ｃｍ³ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５オング
ストロームの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層
して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子より
なるｎ側クラッド層１０４を成長させる。(N-side cladding layer 104) Subsequently, TMA
Using (trimethylaluminum), TMG, and ammonia, a layer made of undoped Al _0.16 Ga _0.84 N is grown at 1050 ° C. with a thickness of 25 Å, then TMA is stopped, silane gas is flown, and Si is added to 1 × 10 ^19.
A layer of n-type GaN doped with / cm ³ is grown to a thickness of 25 Å. These layers are alternately stacked to form a superlattice layer, and an n-side cladding layer 104 made of a superlattice having a total film thickness of 1.2 μm is grown.

【００５８】（ｎ側光ガイド層１０５）次に、原料ガス
にＴＭＧ及びアンモニアを用い、同様の温度で、アンド
ープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層１０５を７５０オ
ングストロームの膜厚で成長させる。(N-side light guide layer 105) Next, an n-type light guide layer 105 made of undoped GaN is grown to a thickness of 750 angstroms at the same temperature using TMG and ammonia as source gases.

【００５９】（活性層１０６）次に、温度を８８０℃に
して、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用
い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１
０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎよりなる障
壁層１３を１００オングストロームの膜厚で成長させ
る。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止
め、アンドープのＩｎ _0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる井戸層１１
を５０オングストロームの膜厚で成長させる。さらに、
同温度でＴＭＡを用い、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる中間
層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させる。こ
の障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構造をさ
らに２回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成し
て、総膜厚５８０オングストロームの多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。(Active Layer 106) Next, the temperature was raised to 880 ° C.
And use TMI, TMG and ammonia as raw material gas
Silane gas is used as impurity gas, and Si
0¹⁸/ Cm^ThreeDoped In_0.01Ga_0.99Obstacle consisting of N
The wall layer 13 is grown to a thickness of 100 Å.
You. Subsequently, the temperature was lowered to 820 ° C., and the silane gas was stopped.
Undoped In _0.3Ga_0.7Well layer 11 made of N
Is grown to a thickness of 50 angstroms. further,
Using TMA at the same temperature, Al_0.3Ga_0.7Intermediate consisting of N
Layer 12 is grown to a thickness of 10 Å. This
Has a three-layer structure of a barrier layer 13, a well layer 11, and an intermediate layer 12.
Are repeated twice, and finally the barrier layer 13 is formed.
And a multiple quantum well (M
An active layer 106 of QW) is grown.

【００６０】（ｐ側キャップ層１０７）次にＴＭＩを止
め、Ｃｐ₂Ｍｇを流し、Ｍｇを１×１０²⁰／ｃｍ³ドープ
したｐ型ＧａＮよりなるｐ側キャップ層１０７を１００
オングストロームの膜厚で成長させる。(P-side cap layer 107) Next, the TMI is stopped, Cp ₂ Mg is flown, and the p-side cap layer 107 made of p-type GaN doped with Mg at 1 × 10 ²⁰ / cm ^{3 is} removed.
It is grown to a thickness of Å.

【００６１】（ｐ側光ガイド層１０８）続いてＣｐ₂Ｍ
ｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、アンドープＧａＮよ
りなるｐ側光ガイド層１０８を０．１μｍの膜厚で成長
させる。このｐ型光ガイド層１０８は、アンドープとし
て成長させるが、ｐ側キャップ層１０７からのＭｇの拡
散により、Ｍｇ濃度が５×１０¹⁶／ｃｍ³となりｐ型を
示す。(P-side light guide layer 108) Subsequently, Cp ₂ M
g, TMA is stopped, and a p-side light guide layer 108 made of undoped GaN is grown at 1050 ° C. to a thickness of 0.1 μm. The p-type light guide layer 108 is grown as undoped, but has a Mg concentration of 5 × 10 ¹⁶ / cm ³ due to the diffusion of Mg from the p-side cap layer 107, indicating p-type.

【００６２】（ｐ側クラッド層１０９）続いてＣｐ２Ｍ
ｇを止め、ＴＭＡを流し、１０５０℃でアンドープＡｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚
で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ₂Ｍｇを流し、
Ｍｇ濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³からなるアンドープＧａ
Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド
層１０９を成長させる。(P-side cladding layer 109) Subsequently, Cp2M
g, stop flowing TMA and undoped Al at 1050 ° C.
_A layer of _0.2 Ga _0.8 N is grown to a thickness of 25 Å, followed by stopping TMA and flowing Cp ₂ Mg,
Undoped Ga having a Mg concentration of 1 × 10 ¹⁹ / cm ³
A layer made of N is grown to a thickness of 25 Å, and a p-side cladding layer 109 made of a superlattice layer having a total thickness of 0.6 μm is grown.

【００６３】（ｐ側コンタクト層１１０）最後に、ｐ側
クラッド層１０９の上に、Ｍｇを１×１０²⁰／ｃｍ³ド
ープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１１０を
１５０オングストロームの膜厚で成長させる。(P-side contact layer 110) Finally, a p-side contact layer 110 made of p-type GaN doped with Mg at 1 × 10 ²⁰ / cm ³ is formed on the p-side cladding layer 109 to a thickness of 150 Å. Let it grow.

【００６４】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウエハーを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コン
タクト層１１０の表面に、所定の形状のマスクを介し
て、幅１．５μｍのストライプからなるＳｉＯ₂よりな
る保護膜を作製する。保護膜形成後、ＲＩＥ（反応性イ
オンエッチング）を用い、図４に示すように、ｐ側クラ
ッド層１０９とｐ側光ガイド層１０８との界面付近まで
エッチングを行い、幅１．５μｍのストライプ状の導波
路を形成する。The wafer on which the nitride semiconductor has been grown as described above is taken out of the reaction vessel, and a 1.5 μm-wide stripe is formed on the surface of the uppermost p-side contact layer 110 through a mask having a predetermined shape. A protective film made of SiO ₂ is prepared. After the formation of the protective film, as shown in FIG. 4, etching is performed up to the vicinity of the interface between the p-side cladding layer 109 and the p-side light guide layer 108 by RIE (reactive ion etching) to form a 1.5 μm-wide stripe. Is formed.

【００６５】ストライプ導波路形成後、ＳｉＯ₂マスク
をつけたまま、窒化物半導体層の表面にＺｒＯ₂よりな
る絶縁膜を形成する。絶縁膜形成後、バッファードフッ
酸に浸潰して、ｐ側コンタクト層１１０上に形成したＳ
ｉＯ₂を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ₂と共
に、ｐ側コンタクト１１０層上にあるＺｒＯ₂を除去す
る。After forming the stripe waveguide, an insulating film made of ZrO ₂ is formed on the surface of the nitride semiconductor layer while keeping the SiO ₂ mask. After the formation of the insulating film, the S film formed on the p-side contact layer 110 was immersed in buffered hydrofluoric acid.
After dissolving and removing iO ₂ , ZrO ₂ on the p-side contact 110 layer is removed together with SiO ₂ by a lift-off method.

【００６６】次にリッジ表面にＳｉＯ₂マスクを形成
し、ＲＩＥにてエッチングを行い、ｎ側コンタクト層１
０３の表面を露出させる。Next, an SiO ₂ mask is formed on the ridge surface, and etching is performed by RIE to form an n-side contact layer 1.
03 is exposed.

【００６７】次にｐ側コンタクト層１１０のリッジ最表
面にＮｉとＡｕよりなるｐ側オーミック電極１２０をス
トライプ状に形成する。Next, a p-side ohmic electrode 120 made of Ni and Au is formed in a stripe shape on the outermost surface of the ridge of the p-side contact layer 110.

【００６８】一方、ＴｉとＡｌよりなるｎ側オーミック
電極１２２を先ほど露出させたｎ側コンタクト層１０３
の表面にストライプ状に形成する。On the other hand, the n-side contact layer 103 exposing the n-side ohmic electrode 122 made of Ti and Al
Is formed in a stripe shape on the surface of the substrate.

【００６９】次に図４に示すようにｐ側オーミック電極
１２０と、ｎ側オーミック電極１２２との間に露出した
窒化物半導体層の表面にＳｉＯ₂よりなる絶縁膜１３０
を形成し、この絶縁膜１３０を介してｐ側オーミック電
極１２０と電気的に接続したｐ側パッド電極１２１、お
よびｎ側オーミック電極１２２と電気的に接続したｎ側
パッド電極１２３を形成する。Next, as shown in FIG. 4, an insulating film 130 made of SiO ₂ is formed on the surface of the nitride semiconductor layer exposed between the p-side ohmic electrode 120 and the n-side ohmic electrode 122.
Are formed, and a p-side pad electrode 121 electrically connected to the p-side ohmic electrode 120 via the insulating film 130 and an n-side pad electrode 123 electrically connected to the n-side ohmic electrode 122 are formed.

【００７０】以上のようにして、ｐ、ｎ両パッド電極形
成後、サファイア基板のＡ面に沿った、窒化物半導体の
Ｍ面（窒化物半導体を六角柱で表した場合にその六角柱
の側面に相当する面）でＧａＮを劈開してウエハーをバ
ー状とし、そのバーの劈開面に共振面を作製する。共振
面作製後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウエハ
ーを切断してレーザチップとした。As described above, after the formation of both the p and n pad electrodes, the M-plane of the nitride semiconductor (when the nitride semiconductor is represented by a hexagonal column, the side surface of the hexagonal column along the A-plane of the sapphire substrate) GaN is cleaved at the surface of the bar into a bar shape, and a resonance surface is formed on the cleaved surface of the bar. After forming the resonance surface, the bar-shaped wafer was further cut in a direction perpendicular to the resonance surface to obtain a laser chip.

【００７１】次にそれぞれの電極をワイヤーボンディン
グして、室温でレーザ発振を試みたところ、Ｉｎの分解
を押さえることができ、鋭い発光ピークが得られ、室温
において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ²、発振波長４
５０ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿
命を示した。また闘値電圧も４．０Ｖと大きく下げるこ
とができた。Next, when the respective electrodes were wire-bonded and laser oscillation was attempted at room temperature, decomposition of In could be suppressed, a sharp emission peak was obtained, and the threshold current density was 2.0 kA / cm ² at room temperature. , Oscillation wavelength 4
A continuous oscillation of 50 nm was confirmed, indicating a life of 1000 hours or more. Also, the threshold voltage could be greatly reduced to 4.0V.

【００７２】［比較例１］実施例１と比較するために活
性層を以下のようにしてレーザ素子を作製した。 （活性層）温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＩ、
ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシラン
ガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ
_{0.0 1}Ｇａ_0.99Ｎよりなる障壁層を１００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０℃に下
げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ
よりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長さ
せる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層
し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０オングスト
ロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層を成長
させる。以上のようにした他は実施例１と同様に作製し
たところ発光ピークはブロードしており、闘値電圧は
４．６Ｖであった。[Comparative Example 1] For comparison with Example 1, a laser device having an active layer as follows was manufactured. (Active layer) The temperature was set to 880 ° C., and TMI was added to the raw material gas.
Indium doped with 5 × 10 ¹⁸ / cm ³ using TMG and ammonia, silane gas as an impurity gas,
_A barrier layer made of _{0.0 1} Ga _0.99 N is grown to a thickness of 100 Å. Subsequently, the temperature was lowered to 820 ° C., the silane gas was stopped, and undoped In _0.3 Ga _0.7 N
A well layer having a thickness of 50 Å is grown. The barrier layer and the well layer are further repeated twice and stacked, and finally the barrier layer is formed to grow an active layer composed of a multiple quantum well (MQW) having a total film thickness of 550 Å. Except for the above, the device was fabricated in the same manner as in Example 1. As a result, the emission peak was broad and the threshold voltage was 4.6 V.

【００７３】［実施例２］実施例１において、活性層１
０６を以下のようにした。 （活性層１０６）温度を８８０℃にして、原料ガスにＴ
ＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガ
スを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮ
よりなる障壁層１３を１００オングストロームの膜厚で
成長させる。続いて、温度を８２０℃に下げ、アンドー
プのＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる井戸層１１を５０オング
ストロームの膜厚で成長させる。さらに、同温度でＴＭ
Ａを用い、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる中間層１２を１０
オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層１
３、井戸層１１、中間層１２の３層構造をさらに２回繰
り返して積層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚
５８０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）から
なる活性層１０６を成長させる。以上のようにした他は
実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、発
光ピークも鋭く、室温において闘値電流密度２．０ｋＡ
／ｃｍ²、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４８０ｎｍの
連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示し
た。[Embodiment 2] In the embodiment 1, the active layer 1
06 was as follows. (Active layer 106) The temperature is set to 880 ° C.
GaN doped with Si at 5 × 10 ¹⁸ / cm ³ using MG and ammonia, silane gas as an impurity gas
The barrier layer 13 is grown to a thickness of 100 Å. Subsequently, the temperature is lowered to 820 ° C., and a well layer 11 made of undoped In _0.4 Ga _0.6 N is grown to a thickness of 50 Å. At the same temperature, TM
A, an intermediate layer 12 of Al _0.3 Ga _0.7 N
It is grown to a thickness of Å. This barrier layer 1
3, a three-layer structure of a well layer 11 and an intermediate layer 12 are further repeated twice and laminated, and finally a barrier layer 13 is formed to form an active layer 106 composed of a multiple quantum well (MQW) having a total film thickness of 580 Å. Let it grow. A laser device was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the above. The emission peak was sharp and the threshold current density was 2.0 kA at room temperature.
At / cm ² and a threshold voltage of 4.0 V, continuous oscillation of an oscillation wavelength of 480 nm was confirmed, and a lifetime of 1000 hours or more was shown.

【００７４】［実施例３］実施例１において、活性層１
０６を以下のようにした。 （活性層１０６）温度を８８０℃にして、原料ガスにＴ
ＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ
_0.28Ｇａ_0.72Ｎよりなる障壁層１３を１００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０℃に
下げ、アンドープのＩｎ_0.50Ｇａ _0.50Ｎよりなる井戸層
１１を５０オングストロームの膜厚で成長させる。さら
に、同温度でＴＭＡを用い、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる
中間層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させ
る。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構
造をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を
形成して、総膜厚５８０オングストロームの多重量子井
戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。以上
のようにした他は実施例１と同様にしてレーザ素子を作
製したところ、発光ピークも鋭く、室温において闘値電
流密度２．０ｋＡ／ｃｍ²、閾値電圧４．０Ｖで、発振
波長５１０ｎｍの連続発振が確認され、５００時間以上
の寿命を示した。[Embodiment 3] In the embodiment 1, the active layer 1
06 was as follows. (Active layer 106) The temperature is set to 880 ° C.
Undoped In using MI, TMG and ammonia
_0.28Ga_0.72100 angstrom barrier layer 13 made of N
Grow with a ROHM film thickness. Then the temperature was raised to 820 ° C
Lowered, undoped In_0.50Ga _0.50Well layer made of N
11 is grown to a thickness of 50 angstroms. Further
Then, using TMA at the same temperature,_0.3Ga_0.7Consisting of N
The intermediate layer 12 is grown to a thickness of 10 Å.
You. The barrier layer 13, the well layer 11, and the intermediate layer 12 have a three-layer structure.
The structure is repeated twice more and laminated, and finally the barrier layer 13 is formed.
Formed multiple quantum wells with total thickness of 580 Å
An active layer 106 made of a door (MQW) is grown. that's all
A laser device was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the following.
As a result, the emission peak was sharp, and the
Flow density 2.0 kA / cm^TwoOscillation at threshold voltage 4.0V
Continuous oscillation with a wavelength of 510 nm was confirmed, and 500 hours or more
Showed the lifetime.

【００７５】［実施例４］実施例１において、活性層１
０６を以下のようにした。 （活性層１０６）温度を８２０℃にして、原料ガスにＴ
ＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとして
シランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープし
たＩｎ_{0.0 1}Ｇａ_0.99Ｎよりなる障壁層１３を１００オン
グストロームの膜厚で成長させる。続いて、同温度でシ
ランガスを止め、アンドープのＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりな
る井戸層１１を５０オングストロームの膜厚で成長させ
る。さらに、同温度でＴＭＡを用い、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ
よりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚で成
長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の
３層構造をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層
１３を形成して、総膜厚５８０オングストロームの多重
量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させ
る。以上のように障壁層１３の成長温度を井戸層１１と
同じにした他は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製
したところ、発光ピークも鋭く、室温において閾値電流
密度２．０ｋＡ／ｃｍ²、閾値電圧４．２Ｖで、発振波
長４５０ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上
の寿命を示した。[Embodiment 4] In Embodiment 1, the active layer 1
06 was as follows. (Active layer 106) The temperature is set to 820 ° C.
MI, using TMG and ammonia, using a silane gas as an impurity gas, an In _{0.0 1} Ga _0.99 N consisting barrier layer 13 5 × 10 ¹⁸ / cm ³ doped with Si is grown to the thickness of 100 angstroms. Subsequently, the silane gas is stopped at the same temperature, and a well layer 11 made of undoped In _0.3 Ga _0.7 N is grown to a thickness of 50 Å. Further, using TMA at the same temperature, Al _0.3 Ga _0.7 N
The intermediate layer 12 is grown to a thickness of 10 angstroms. The three-layer structure of the barrier layer 13, the well layer 11, and the intermediate layer 12 is further repeated twice and laminated, and finally, the barrier layer 13 is formed to form an active layer composed of a multiple quantum well (MQW) having a total thickness of 580 Å. The layer 106 is grown. A laser device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the growth temperature of the barrier layer 13 was made the same as that of the well layer 11 as described above. As a result, the emission peak was sharp and the threshold current density was 2.0 kA / cm ² at room temperature. At a threshold voltage of 4.2 V, continuous oscillation at an oscillation wavelength of 450 nm was confirmed, and a lifetime of 1000 hours or more was shown.

【００７６】［実施例５］実施例１において、活性層１
０６を以下のようにした。 （活性層１０６）温度を８８０℃にして、原料ガスにＴ
ＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとして
シランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープし
たＩｎ_{0.0 1}Ｇａ_0.99Ｎよりなる障壁層１３を１００オン
グストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２
０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_0.3
Ｇａ_0.7Ｎよりなる井戸層１１を５０オングストローム
の膜厚で成長させる。さらに、同温度でＴＭＡを用い、
Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ｎよりなる中間層１２を１０オングス
トロームの膜厚で成長させる。この障壁層１３、井戸層
１１、中間層１２の３層構造をさらに２回繰り返して積
層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚５８０オン
グストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層
１０６を成長させる。以上のように中間層１２のＡｌの
混晶比を０．４５とした他は実施例１と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、実施例１とほぼ同等の特性を
得ることができた。[Example 5] In Example 1, the active layer 1
06 was as follows. (Active layer 106) The temperature is set to 880 ° C.
MI, using TMG and ammonia, using a silane gas as an impurity gas, an In _{0.0 1} Ga _0.99 N consisting barrier layer 13 5 × 10 ¹⁸ / cm ³ doped with Si is grown to the thickness of 100 angstroms. Subsequently, the temperature was set to 82
0 ° C, stop silane gas, undoped In _0.3
A well layer 11 of Ga _0.7 N is grown to a thickness of 50 Å. Furthermore, using TMA at the same temperature,
An intermediate layer 12 of Al _0.45 Ga _0.55 N is grown to a thickness of 10 Å. The three-layer structure of the barrier layer 13, the well layer 11, and the intermediate layer 12 is further repeated twice and laminated, and finally, the barrier layer 13 is formed to form an active layer composed of a multiple quantum well (MQW) having a total thickness of 580 Å. The layer 106 is grown. As described above, when a laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the mixed crystal ratio of Al of the intermediate layer 12 was changed to 0.45, almost the same characteristics as in Example 1 could be obtained.

【００７７】［実施例６］実施例１において、活性層１
０６の中間層１２をＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎとした他は同様
にしてレーザ素子を作製したところ、鋭い発光ピークが
得られ、Ｉｎの分解を押さえることができたが、闘値電
圧は４．４Ｖと大きく下げることはできなかったが、中
間層を形成しないときと比べて低下がみられた。[Embodiment 6] In the embodiment 1, the active layer 1
When a laser device was fabricated in the same manner _except that the intermediate layer 12 of _Al.06 was made of Al _0.15 Ga _0.85 N, a sharp emission peak was obtained and decomposition of In could be suppressed, but the threshold voltage was 4.4 V Although it was not possible to greatly decrease, there was a decrease as compared with the case where the intermediate layer was not formed.

【００７８】［実施例７］実施例１において、活性層１
０６を以下のようにした。 （活性層１０６）温度を８８０℃にして、原料ガスにＴ
ＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとして
シランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープし
たＩｎ_{0.0 2}Ｇａ_0.98Ｎよりなる障壁層１３を６０オング
ストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０
℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_0.4Ｇ
ａ_{0 .6}Ｎよりなる井戸層１１を３０オングストロームの
膜厚で成長させる。さらに、同温度でＴＭＡを用い、Ｇ
ａＮよりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚
で成長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１
２の３層構造をさらに５回繰り返して積層し、最後に障
壁層１３を形成して、総膜厚６６０オングストロームの
多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長さ
せる。以上のようにした他は実施例１と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、発光ピークも鋭く、室温にお
いて闘値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ²、閾値電圧４．２
Ｖで、発振波長４８０ｎｍの連続発振が確認され、５０
０時間以上の寿命を示した。[Embodiment 7] In the first embodiment, the active layer 1
06 was as follows. (Active layer 106) The temperature is set to 880 ° C.
MI, using TMG and ammonia, using a silane gas as the impurity gas, Si and 5 × 10 ¹⁸ / cm ³ doped In _{0.0 2} Ga _0.98 N consisting barrier layer 13 is grown to the thickness of 60 angstroms. Subsequently, the temperature was set to 820
° C, the silane gas is stopped, and undoped In _0.4 G
The well layer 11 made of a _{0 .6} N is grown to the thickness of 30 angstroms. Further, using TMA at the same temperature, G
An intermediate layer 12 of aN is grown to a thickness of 10 Å. The barrier layer 13, the well layer 11, and the intermediate layer 1
The three-layer structure of No. 2 is further repeated and laminated five times, and finally, the barrier layer 13 is formed to grow the active layer 106 composed of a multiple quantum well (MQW) having a total thickness of 660 Å. A laser device was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the above. The emission peak was sharp, the threshold current density was 2.0 kA / cm ² at room temperature, and the threshold voltage was 4.2.
At V, continuous oscillation with an oscillation wavelength of 480 nm was confirmed.
It showed a life of 0 hours or more.

【００７９】［実施例８］図５は本発明の一実施例に係
る窒化物半導体ＬＥＤ素子の構造を示す模式的な断面図
である。以下、この図を元に実施例８について説明す
る。なお本発明の発光素子は図５の構造に限定されるも
のではない。 （バッファ層２０２）２インチφ、Ｃ面を主面とするサ
ファイア上に公知の方法によって得られたＧａＮ基板２
０１（サファイア基板でもよい）をＭＯＶＰＥの反応容
器内にセットし、ＴＭＧとアンモニアを用い、ＧａＮ基
板２０１上にＧａＮよりなるバッファ層２０２を約２０
０オングストロームの膜厚で成長させる。[Embodiment 8] FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of a nitride semiconductor LED device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the eighth embodiment will be described with reference to FIG. Note that the light emitting element of the present invention is not limited to the structure shown in FIG. (Buffer layer 202) 2 inch φ, GaN substrate 2 obtained by a known method on sapphire having a C-plane as a main surface.
01 (or a sapphire substrate) is set in a MOVPE reaction vessel, and a buffer layer 202 of GaN is formed on a GaN substrate 201 by using TMG and ammonia.
It is grown to a thickness of 0 Å.

【００８０】（第１のアンドープＧａＮ層２０３）バッ
ファ層２０２成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５
０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原
料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、第１のアンド
ープＧａＮ層２０３を１μｍの膜厚で成長させる。(First Undoped GaN Layer 203) After the growth of the buffer layer 202, only the TMG is stopped and the temperature is set to 105
Raise to 0 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C., the first undoped GaN layer 203 is grown to a thickness of 1 μm using TMG and ammonia gas as the source gas.

【００８１】（ｎ型コンタクト層２０４）続いて１０５
０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不
純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０¹⁹／ｃｍ
³ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２０４を
４μｍの膜厚で成長させる。(N-type contact layer 204)
At 0 ° C., TMG, ammonia gas and silane gas were used as the source gas and the impurity gas, and Si was added at 3 × 10 ¹⁹ / cm 3.
^An n-type contact layer 204 made of ^3- doped GaN is grown to a thickness of 4 μm.

【００８２】（ｎ型第１多層膜層２０５）次にシランガ
スのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガス
を用い、アンドープＧａＮからなる下層を３０００オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシラ
ンガスを追加しＳｉを４．５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープし
たＧａＮからなる中層を３００オングストロームの膜厚
で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度
にてアンドープＧａＮからなる上層を５０オングストロ
ームの膜厚で成長させ、３層からなる総膜厚３３５０オ
ングストロームのｎ型第１多層膜層２０５を成長させ
る。(N-type first multilayer film layer 205) Next, only the silane gas is stopped, and a lower layer made of undoped GaN is grown at 1050 ° C. using TMG and ammonia gas to a thickness of 3000 Å, and then the same temperature is applied. A silane gas is added, and a middle layer made of GaN doped with 4.5 × 10 ¹⁸ / cm ^{3 of} Si is grown to a thickness of 300 angstroms. Subsequently, only the silane gas is stopped, and an upper layer made of undoped GaN at the same temperature. Is grown to a thickness of 50 angstroms, and an n-type first multilayer film 205 composed of three layers and having a total thickness of 3350 angstroms is grown.

【００８３】（ｎ型第２多層膜層２０６）次に、同様の
温度で、アンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体
層を４０オングストローム成長させ、次に温度を８００
℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンド
ープＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ｎよりなる第１の窒化物半導体層
を２０オングストローム成長させる。そしてこれらの操
作を繰り返し、第２＋第１の順で交互に１０層づつ積層
させ、最後にＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を４
０オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よりな
るｎ型第２多層膜層２０６を６４０オングストロームの
膜厚で成長させる。(N-type second multilayer film layer 206) Next, at the same temperature, a second nitride semiconductor layer made of undoped GaN is grown at 40 Å, and then the temperature is set to 800
C., a first nitride semiconductor layer made of undoped In _0.13 Ga _0.87 N is grown by 20 Å using TMG, TMI and ammonia. These operations are repeated so that ten layers are alternately stacked in the second + first order, and finally, the second nitride semiconductor layer made of GaN is
An n-type second multilayer film layer 206 composed of a multilayer film having a super lattice structure grown by 0 Å is grown to a thickness of 640 Å.

【００８４】（活性層２０７）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモ
ニア、シランガスを用い、１０５０℃でＳｉを５×１０
¹⁷／ｃｍ³ドープしたＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなる障壁層
１３を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続い
て温度を８２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア
を用い、Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる井戸層１１を３０オ
ングストロームの膜厚で成長させる。さらにＴＭＧ、Ｔ
ＭＡ、アンモニアを用い、アンドープのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ｎよりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚で
成長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２
の３層構造をさらに４回繰り返して積層し、最後に障壁
層１３を形成して、総膜厚１４００オングストロームの
多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層２０７を成長さ
せる。(Active Layer 207) Using TMG, TMI, ammonia and silane gas, 5 × 10 5 Si at 1050 ° C.
^A barrier layer 13 made of In _0.1 Ga _0.9 N doped with ¹⁷ / cm ³ is grown to a thickness of 200 Å, and then the temperature is set to 820 ° C., using TMG, TMI, ammonia, and made of In _0.3 Ga _0.7 N. The well layer 11 is grown to a thickness of 30 angstroms. TMG, T
Undoped Al _0.3 Ga _0.7 using MA and ammonia
An intermediate layer 12 made of N is grown to a thickness of 10 angstroms. The barrier layer 13, the well layer 11, and the intermediate layer 12
The three-layer structure described above is further repeated four times and laminated, and finally, the barrier layer 13 is formed, and the active layer 207 made of a multiple quantum well (MQW) having a total film thickness of 1400 Å is grown.

【００８５】（ｐ型多層膜層２０８）次に、温度１０５
０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇ（シク
ロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１
０¹⁹／ｃｍ³ドープしたｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる
第３の窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で
成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ、アンモニア、Ｃｐ ₂Ｍｇを用いＭｇを５×１０¹⁹／
ｃｍ³ドープしたＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎよりなる第４の窒
化物半導体層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。そしてこれらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で
交互に５層ずつ積層し、最後に第３の窒化物半導体層を
４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造の
多層膜よりなるｐ型多層膜層２０８を３６５オングスト
ロームの膜厚で成長させる。(P-type multilayer film 208)
TMG, TMA, ammonia, Cp at 0 ° C_TwoMg (Siku
Lopentadienyl magnesium) and 5 × 1 Mg
0¹⁹/ Cm^ThreeDoped p-type Al_0.2Ga_0.8Consisting of N
A third nitride semiconductor layer having a thickness of 40 Å;
Growth, then at a temperature of 800 ° C., TMG, TM
I, ammonia, Cp _Two5 × 10 Mg using Mg¹⁹/
cm^ThreeDoped In_0.02Ga_0.98The fourth nitrogen consisting of N
A nitride semiconductor layer with a thickness of 25 Å.
You. And these operations are repeated, in the third + fourth order.
Five layers are alternately laminated, and finally a third nitride semiconductor layer is formed.
Superlattice structure grown at a thickness of 40 Å
The p-type multilayer film 208 composed of a multilayer film is 365 angstrom.
Grow with a ROHM film thickness.

【００８６】（ｐ型コンタクト層２０９）続いて１０５
０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇ
を１×１０²⁰／ｃｍ³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ
型コンタクト層２０９を７００オングストロームの膜厚
で成長させる。(P-type contact layer 209)
At 0 ° C., using TMG, ammonia and Cp ₂ Mg,
Made of p-type GaN doped with 1 × 10 ²⁰ / cm ³
A mold contact layer 209 is grown to a thickness of 700 Å.

【００８７】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。さらにアニーリング後、ウェーハを反応容器から取
り出し、最上層のｐ型コンタクト層２０９の表面に所定
の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチ
ング）装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行
い、図５に示すようにｎ型コンタクト層２０４の表面を
露出させる。After the reaction is completed, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is placed in a nitrogen atmosphere in a reaction vessel.
Anneal at ℃ to further reduce the resistance of the p-type layer. Further, after annealing, the wafer is taken out of the reaction container, a mask having a predetermined shape is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer 209, and etching is performed from the p-type contact layer side by an RIE (reactive ion etching) apparatus. As shown in FIG. 5, the surface of the n-type contact layer 204 is exposed.

【００８８】エッチング後、最上層にあるｐ型コンタク
ト層２０９のほぼ全面に膜厚２００オングストロームの
ＮｉとＡｕを含む透光性のｐ側電極２１０と、エッチン
グにより露出させたｎ型コンタクト層２０４の表面には
ＷとＡｌを含むｎ側電極２１１を形成してＬＥＤ素子と
した。After the etching, the light-transmitting p-side electrode 210 containing 200 Å of Ni and Au and the n-type contact layer 204 exposed by etching are formed on almost the entire surface of the uppermost p-type contact layer 209. An n-side electrode 211 containing W and Al was formed on the surface to obtain an LED element.

【００８９】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、駆動電圧は３．０
Ｖであった。また、障壁層の成長温度まで昇温時の中間
層１２の表面形態は図７であった。This LED element emits blue light of 470 nm at a forward voltage of 20 mA, and the driving voltage is 3.0.
V. FIG. 7 shows the surface morphology of the intermediate layer 12 when the temperature was raised to the growth temperature of the barrier layer.

【００９０】［比較例２］実施例８と比較するために活
性層を以下のようにしてＬＥＤ素子を作製した。 （活性層）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを
用い、１０５０℃でＳｉを５×１０¹⁷／ｃｍ³ドープし
たＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなる障壁層を２００オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２０℃にし
て、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ_0.3Ｇａ
_0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で
成長させる。さらにこの障壁層、井戸層を４回繰り返し
て積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚１３５０オ
ングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性
層を成長させる。以上のようにした他は実施例８と同様
に作製したところ発光ピークはブロードしており、駆動
電圧は３．８Ｖであった。[Comparative Example 2] For comparison with Example 8, an LED element was manufactured with an active layer as follows. (Active layer) Using TMG, TMI, ammonia and silane gas, a barrier layer made of In _0.1 Ga _0.9 N doped with Si at 5 × 10 ¹⁷ / cm ³ is grown at a thickness of 200 Å at 1050 ° C. To 820 ° C., and using TMG, TMI, and ammonia, the In _0.3 Ga
_A well layer of _0.7 N is grown to a thickness of 30 Å. Further, the barrier layer and the well layer are repeatedly laminated four times, and finally the barrier layer is formed to grow an active layer composed of a multiple quantum well (MQW) having a total thickness of 1350 Å. Except for the above, the device was fabricated in the same manner as in Example 8, whereupon the emission peak was broad and the drive voltage was 3.8 V.

【００９１】［比較例３］実施例８と比較するために活
性層を以下のようにしてＬＥＤ素子を作製した。 （活性層）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを
用い、１０５０℃でＳｉを５×１０¹⁷／ｃｍ³ドープし
たＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなる障壁層を２００オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２０℃にし
て、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ_0.3Ｇａ
_0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で
成長させる。さらにバンドギャップエネルギーが障壁層
と井戸層との間にあるアンドープのＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
よりなる中間層を１０オングストロームの膜厚で成長さ
せる。この障壁層、井戸層、中間層の３層構造をさらに
４回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜
厚１４００オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）
からなる活性層を成長させる。以上のように中間層のバ
ンドギャップエネルギーを障壁層より小さく、井戸層よ
りも大きくした他は実施例８と同様に作製したところ、
駆動電圧は下がることなく４．０Ｖであった。[Comparative Example 3] For comparison with Example 8, an LED element was manufactured with an active layer as follows. (Active layer) Using TMG, TMI, ammonia and silane gas, a barrier layer made of In _0.1 Ga _0.9 N doped with Si at 5 × 10 ¹⁷ / cm ³ is grown at a thickness of 200 Å at 1050 ° C. To 820 ° C., and using TMG, TMI, and ammonia, the In _0.3 Ga
_A well layer of _0.7 N is grown to a thickness of 30 Å. Furthermore, undoped In _0.15 Ga _0.85 N having a band gap energy between the barrier layer and the well layer
An intermediate layer is grown to a thickness of 10 Å. The three-layer structure of the barrier layer, the well layer, and the intermediate layer is further repeated four times and laminated, and finally, the barrier layer is formed, and a multiple quantum well (MQW) having a total film thickness of 1400 angstroms is formed.
An active layer consisting of As described above, the intermediate layer was manufactured in the same manner as in Example 8 except that the band gap energy of the intermediate layer was smaller than that of the barrier layer and larger than that of the well layer.
The driving voltage was 4.0 V without decreasing.

【００９２】［実施例９］実施例８において、活性層２
０７の中間層１２をＡｌ_0.45Ｇａ_0.55Ｎとした他は同様
にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子は順方向
電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を示し、
駆動電圧は３．０Ｖであった。また、障壁層の成長温度
まで昇温時の中間層１２の表面形態は図８であった。[Embodiment 9] In the embodiment 8, the active layer 2
An LED element was manufactured in the same manner _except that the intermediate layer 07 was changed to Al _0.45 Ga _0.55 N. This LED element emits 470 nm blue light at a forward voltage of 20 mA,
The drive voltage was 3.0V. FIG. 8 shows the surface morphology of the intermediate layer 12 when the temperature was raised to the growth temperature of the barrier layer.

【００９３】［実施例１０］実施例８において、活性層
２０７の中間層１２をＡｌ_0.60Ｇａ_0.40Ｎとした他は同
様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子は順方
向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を示
し、駆動電圧は２．８Ｖであった。また、障壁層の成長
温度まで昇温時の中間層１２の表面形態は図９であっ
た。Example 10 An LED device was manufactured in the same manner as in Example 8, except that the intermediate layer 12 of the active layer 207 was changed to Al _0.60 Ga _0.40 N. This LED element emitted blue light of 470 nm at a forward voltage of 20 mA, and the driving voltage was 2.8 V. FIG. 9 shows the surface morphology of the intermediate layer 12 when the temperature was raised to the growth temperature of the barrier layer.

【００９４】［実施例１１］実施例８において、活性層
２０７の中間層１２をＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎとした他は同
様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子は順方
向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を示
し、駆動電圧は３．６Ｖであった。また、障壁層の成長
温度まで昇温時の中間層１２の表面形態は図６であっ
た。Example 11 An LED element was manufactured in the same manner as in Example 8, except that the intermediate layer 12 of the active layer 207 was changed to Al _0.15 Ga _0.85 N. This LED element emitted blue light of 470 nm at a forward voltage of 20 mA, and the driving voltage was 3.6 V. FIG. 6 shows the surface morphology of the intermediate layer 12 when the temperature was raised to the growth temperature of the barrier layer.

【００９５】［実施例１２］実施例８において、活性層
２０７を以下のようにした。 （活性層２０７）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シラン
ガスを用い、１０５０℃でＳｉを５×１０¹⁷／ｃｍ³ド
ープしたＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなる障壁層１３を２００
オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２
０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ
_0.8Ｇａ_0.2Ｎよりなる井戸層１１を３０オングストロー
ムの膜厚で成長させる。さらにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモ
ニアを用い、アンドープのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる中
間層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させる。
この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構造を
さらに４回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成
して、総膜厚１４００オングストロームの多重量子井戸
（ＭＱＷ）からなる活性層２０７を成長させる。以上の
ように井戸層１１のＩｎの混晶比を０．８とした他は実
施例８と同様にしてＬＥＤ素子を作製したところ、順方
向電圧２０ｍＡにおいて、５７０ｎｍの黄色発光を示
し、駆動電圧は２．９Ｖと、同条件で中間層１２を形成
しないときの駆動電圧３．７Ｖと比べて大きな低下が見
られた。Example 12 In Example 8, the active layer 207 was formed as follows. (Active layer 207) Using TMG, TMI, ammonia and silane gas, a barrier layer 13 made of In _0.1 Ga _0.9 N doped with 5 × 10 ¹⁷ / cm ³ of Si at 1050 ° C.
Angstrom film thickness, followed by a temperature of 82
0 ° C., TMG, TMI, ammonia
_A well layer 11 of _0.8 Ga _0.2 N is grown to a thickness of 30 Å. Further, using TMG, TMA, and ammonia, an intermediate layer 12 of undoped Al _0.3 Ga _0.7 N is grown to a thickness of 10 Å.
The three-layer structure of the barrier layer 13, the well layer 11, and the intermediate layer 12 is further repeated and laminated four times, and finally the barrier layer 13 is formed, and the active layer is formed of a multiple quantum well (MQW) having a total thickness of 1400 angstroms. The layer 207 is grown. An LED element was fabricated in the same manner as in Example 8 except that the In crystal ratio of the well layer 11 was changed to 0.8 as described above. At a forward voltage of 20 mA, yellow light emission of 570 nm was obtained, and the driving voltage was increased. Was 2.9 V, which was a significant decrease compared to the driving voltage of 3.7 V when the intermediate layer 12 was not formed under the same conditions.

【００９６】[0096]

【発明の効果】以上説明したように、量子井戸からなる
インジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する
活性層の井戸層と障壁層の間に障壁層よりバンドギャッ
プエネルギーの大きい中間層を井戸層の上に形成するこ
とで、発光効率を良くすることができた。特に多重量子
井戸構造を用いた窒化物半導体レーザ素子で閾値電圧を
大幅に下げることができ、さらにレーザ素子のみならず
ＬＥＤ素子でも駆動電圧を大幅に下げることができた。
また、これらは中間層を成長後、障壁層の成長温度まで
温度を上昇させたときの中間層の表面形態に大きな特徴
があり、中間層のＡｌ混晶比をＺ≧０．３０としたとき
に大きな効果が現れることがわかった。As described above, an intermediate layer having a band gap energy larger than that of a barrier layer is formed between a well layer of an active layer having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium and made of a quantum well and a barrier layer. By forming it on the layer, the luminous efficiency could be improved. In particular, the threshold voltage of the nitride semiconductor laser device using the multiple quantum well structure can be greatly reduced, and the driving voltage of not only the laser device but also the LED device can be significantly reduced.
Further, these have a great feature in the surface morphology of the intermediate layer when the temperature is raised to the growth temperature of the barrier layer after growing the intermediate layer, and when the Al mixed crystal ratio of the intermediate layer is Z ≧ 0.30. It was found that a great effect appeared.

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

【図１】 本発明における単一量子井戸からなる活性層
近傍の構造を模式的に示した断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a structure near an active layer composed of a single quantum well according to the present invention.

【図２】 本発明における多重量子井戸からなる活性層
近傍の構造を模式的に示した断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a structure near an active layer composed of multiple quantum wells according to the present invention.

【図３】 本発明における活性層近傍のエネルギーレベ
ルの相関を示した図。FIG. 3 is a diagram showing a correlation between energy levels near an active layer in the present invention.

【図４】 本発明の一実施例に係る窒化物半導体レーザ
素子の構造を示す模式的な断面図。FIG. 4 is a schematic sectional view showing the structure of a nitride semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention.

【図５】 本発明の他の実施例に係る窒化物半導体ＬＥ
Ｄ素子の構造を示す模式的な断面図。FIG. 5 shows a nitride semiconductor LE according to another embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a D element.

【図６】 本発明の一実施の製造工程で見られる中間層
の表面形態を示したＡＦＭ像。FIG. 6 is an AFM image showing a surface morphology of an intermediate layer observed in a manufacturing process according to one embodiment of the present invention.

【図７】 本発明の他の実施の製造工程で見られる中間
層の表面形態を示したＡＦＭ像。FIG. 7 is an AFM image showing a surface morphology of an intermediate layer observed in another manufacturing process of the present invention.

【図８】 本発明の他の実施の製造工程で見られる中間
層の表面形態を示したＡＦＭ像。FIG. 8 is an AFM image showing a surface morphology of an intermediate layer observed in a manufacturing process according to another embodiment of the present invention.

【図９】 本発明の他の実施の製造工程で見られる中間
層の表面形態を示したＡＦＭ像。FIG. 9 is an AFM image showing the surface morphology of an intermediate layer observed in another manufacturing process of the present invention.

【図１０】 Ａｌ混晶比Ｚと、駆動電圧との関係を示す
図。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an Al mixed crystal ratio Z and a driving voltage.

【符号の簡単な説明】[Brief description of reference numerals]

１１・・・井戸層、 １２・・・中間層、 １３・・・障壁層、 １０１・・・ＧａＮ基板（またはサファイア基板）、 １０２・・・バッファ層、 １０３・・・ｎ型コンタクト層、 １０４・・・ｎ型クラッド層、 １０５・・・ｎ型光ガイド層、 １０６・・・活性層、 １０７・・・ｐ側キャップ層、 １０８・・・ｐ型光ガイド層、 １０９・・・ｐ型クラッド層、 １１０・・・ｐ型コンタクト層、 １２０・・・ｐ側オーミック電極、 １２１・・・ｐ側パッド電極、 １２２・・・ｎ側オーミック電極、 １２３・・・ｎ側パッド電極、 １３０・・・絶縁膜、 ２０１・・・ＧａＮ基板（またはサファイア基板）、 ２０２・・・バッファ層、 ２０３・・・アンドープＧａＮ層、 ２０４・・・ｎ型コンタクト層、 ２０５・・・ｎ型第１多層膜層、 ２０６・・・ｎ型第２多層膜層、 ２０７・・・活性層、 ２０８・・・ｐ型多層膜層、 ２０９・・・ｐ型コンタクト層、 ２１０・・・ｐ側電極、 ２１１・・・ｎ側電極。 Reference Signs List 11 ... well layer, 12 ... intermediate layer, 13 ... barrier layer, 101 ... GaN substrate (or sapphire substrate), 102 ... buffer layer, 103 ... n-type contact layer, 104 ... n-type cladding layer, 105 ... n-type light guide layer, 106 ... active layer, 107 ... p-side cap layer, 108 ... p-type light guide layer, 109 ... p-type Clad layer, 110 p-type contact layer, 120 p-side ohmic electrode, 121 p-side pad electrode, 122 n-side ohmic electrode, 123 n-side pad electrode, 130. ..Insulating film, 201: GaN substrate (or sapphire substrate), 202: buffer layer, 203: undoped GaN layer, 204: n-type contact layer, 205: n-type first multilayer Membrane layer, 06 ... n-type second multilayer film layer, 207 ... active layer, 208 ... p-type multilayer film layer, 209 ... p-type contact layer, 210 ... p-side electrode, 211 ... n-side electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 修二 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化 学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA65 CA73 CB05 5F073 AA13 AA45 AA51 AA74 AA77 CA07 CB05 CB10 DA05 EA23 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Shuji Nakamura 491 100 Kaminakacho Oka, Anan-shi, Tokushima Pref. AA51 AA74 AA77 CA07 CB05 CB10 DA05 EA23

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体
層の間にインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層
を有する多重量子井戸構造の活性層を備えた窒化物半導
体レーザ素子において、 前記活性層の井戸層と障壁層の間に、前記障壁層よりバ
ンドギャップエネルギーが大きい少なくとも１つの中間
層を有し、かつ該中間層が前記井戸層の上に成長されて
いることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。1. A nitride semiconductor laser device having an active layer having a multiple quantum well structure having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer, At least one intermediate layer having a band gap energy larger than that of the barrier layer is provided between the well layer and the barrier layer of the active layer, and the intermediate layer is grown on the well layer. Nitride semiconductor laser device. 【請求項２】 前記活性層において、すべての井戸層上
にそれぞれ中間層が形成さ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レーザ素子。2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein an intermediate layer is formed on all the well layers in the active layer. 【請求項３】 前記中間層の膜厚は一原子層以上１００
オングストローム以下、障壁層の膜厚は１０オングスト
ローム以上４００オングストローム以下であることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体
レーザ素子。3. The thickness of the intermediate layer is at least one atomic layer and 100
3. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the thickness of the barrier layer is 10 Å or less and 400 Å or less. 4. 【請求項４】 Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる
ｎ型クラッド層とＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ≦１）からな
るｐ型クラッド層の間にインジウムを含む窒化物半導体
からなる井戸層を有する活性層を備えた窒化物半導体レ
ーザ素子において、 前記活性層は１つの井戸層と障壁層とを備えた単一量子
井戸構造であって、前記井戸層と前記障壁層の間に該障
壁層よりバンドギャップエネルギーの大きい中間層を備
え、かつ該中間層が前記井戸層上に成長されていること
を特徴とする窒化物半導体レーザ素子。4. An indium layer between an n-type cladding layer made of Al _x Ga _1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and a p-type cladding layer made of Al _y Ga _1-y N (0 ≦ y ≦ 1). A nitride semiconductor laser device comprising an active layer having a well layer made of a nitride semiconductor comprising: a single quantum well structure having one well layer and a barrier layer; And an intermediate layer having a band gap energy larger than that of the barrier layer between the barrier layer and the barrier layer, and the intermediate layer is grown on the well layer. 【請求項５】 前記活性層の中間層は障壁層より膜厚が
薄いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
に記載の窒化物半導体レーザ素子。5. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein said intermediate layer of said active layer has a smaller thickness than said barrier layer. 【請求項６】 ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体
層の間にインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層
を有する多重量子井戸構造の活性層を備えた窒化物半導
体発光素子において、 前記活性層の井戸層と障壁層の間に、前記障壁層よりバ
ンドギャップエネルギーが大きい少なくとも１つのＡｌ
_zＧａ_1-zＮ（０≦ｚ≦１）からなる中間層を有し、かつ
該中間層が前記井戸層の上に成長されていることを特徴
とする窒化物半導体発光素子。6. A nitride semiconductor light emitting device having an active layer having a multiple quantum well structure having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer, At least one Al having a bandgap energy larger than that of the barrier layer between the well layer and the barrier layer of the active layer.
_{z Ga 1-z N (0} ≦ z ≦ 1) an intermediate layer made of, and the nitride semiconductor light emitting device intermediate layer is characterized by being grown on the well layer. 【請求項７】 前記活性層において、すべての井戸層上
にそれぞれ中間層が形成されていることを特徴とする請
求項６に記載の窒化物半導体発光素子。7. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein an intermediate layer is formed on all the well layers in the active layer. 【請求項８】 前記中間層の膜厚は一原子層以上１００
オングストローム以下、障壁層の膜厚は１０オングスト
ローム以上４００オングストローム以下でありかつ、該
中間層は該障壁層よりも膜厚が薄いことを特徴とする請
求項６または請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。8. The film thickness of the intermediate layer is at least one atomic layer and 100
8. The nitride semiconductor according to claim 6, wherein the thickness of the barrier layer is not more than 10 angstroms, the thickness of the barrier layer is not less than 10 angstroms and not more than 400 angstroms, and the thickness of the intermediate layer is smaller than that of the barrier layer. Light emitting element. 【請求項９】 Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ≦１）からなる
ｎ型クラッド層とＡｌ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ≦１）からな
るｐ型クラッド層の間にインジウムを含む窒化物半導体
からなる井戸層を有する活性層を備えた窒化物半導体発
光素子において、 前記活性層は１つの井戸層と障壁層とを備えた単一量子
井戸構造であって、前記井戸層と前記障壁層の間に該障
壁層よりバンドギャップエネルギーの大きいＡｌ_dＧａ
_1-dＮ（０≦ｄ≦１）からなる中間層を備え、かつ該中
間層が前記井戸層上に成長されていることを特徴とする
窒化物半導体発光素子。9. indium between _{Al b Ga 1-b N (} 0 ≦ b ≦ 1) consists of a n-type cladding layer made of _{Al c Ga 1-c N (} 0 ≦ c ≦ 1) p -type clad layer A nitride semiconductor light-emitting device including an active layer having a well layer made of a nitride semiconductor, wherein the active layer has a single quantum well structure including one well layer and a barrier layer; Between the barrier layer and Al _d Ga having a larger band gap energy than the barrier layer.
A nitride semiconductor light-emitting device comprising an intermediate layer made of _1-dN (0 ≦ d ≦ 1), wherein the intermediate layer is grown on the well layer. 【請求項１０】 前記中間層はＡｌ_dＧａ_1-dＮ（０．３
０≦ｄ≦１）からなることを特徴とする請求項６乃至請
求項９のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。10. The intermediate layer is formed of Al _d Ga _{1 -dN} (0.3
10. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein 0 ≦ d ≦ 1). 【請求項１１】 前記中間層は、該中間層の表面が陥没
または前記中間層を貫通した複数の領域を有する網目構
造であることを特徴とする請求項６乃至請求項１０のい
ずれかに記載の窒化物半導体発光素子。11. The intermediate layer according to claim 6, wherein a surface of the intermediate layer is depressed or has a network structure having a plurality of regions penetrating the intermediate layer. Nitride semiconductor light emitting device. 【請求項１２】 前記陥没または貫通した複数の領域の
面積は、前記中間層全体の面積の１割以上を占めている
ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光
素子。12. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the area of the plurality of depressed or penetrated regions occupies at least 10% of the area of the entire intermediate layer.