JP2002026464A - 窒化物系半導体素子 - Google Patents
窒化物系半導体素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶性の良好な窒化物系半導体層を有する窒
化物系半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 サファイア基板１と、前記サファイア基
板１上に位置するとともに酸素が含有された窒化物から
なる酸素含有層４と、前記酸素含有層４上に位置する窒
化物系半導体からなる第３バッファ層５とを備えたこと
を特徴とする。
化物系半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 サファイア基板１と、前記サファイア基
板１上に位置するとともに酸素が含有された窒化物から
なる酸素含有層４と、前記酸素含有層４上に位置する窒
化物系半導体からなる第３バッファ層５とを備えたこと
を特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物系の半導体層
を有する窒化物系半導体素子に関する。
を有する窒化物系半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクシステムの高容量化が
伸展しつつある。これに対応するために、光源の短波長
化、すなわち青色又は紫色の光を発する窒化物系半導体
レーザの研究開発が活発化している。
伸展しつつある。これに対応するために、光源の短波長
化、すなわち青色又は紫色の光を発する窒化物系半導体
レーザの研究開発が活発化している。
【０００３】従来、この種の窒化物系半導体レーザは、
サファイア基板上やＳｉＣ基板上に作成されている。し
かし、サファイア基板やＳｉＣ基板と、その上に形成さ
れる窒化物系半導体層とは全く異種材料であるため、両
者間の格子不整合により、窒化物系半導体層の結晶性が
劣化するという問題がある。そして、この結晶性の劣化
が、素子の寿命が短くなったり、半導体レーザの場合、
しきい値電流が大きくなったり、発光ダイオードの場
合、光度が低下するいう問題の要因であると考えられ
る。
サファイア基板上やＳｉＣ基板上に作成されている。し
かし、サファイア基板やＳｉＣ基板と、その上に形成さ
れる窒化物系半導体層とは全く異種材料であるため、両
者間の格子不整合により、窒化物系半導体層の結晶性が
劣化するという問題がある。そして、この結晶性の劣化
が、素子の寿命が短くなったり、半導体レーザの場合、
しきい値電流が大きくなったり、発光ダイオードの場
合、光度が低下するいう問題の要因であると考えられ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来例の
欠点に鑑み為されたものであり、結晶性の良い窒化物系
半導体層からなる窒化物系半導体素子を提供することを
目的とするものである。
欠点に鑑み為されたものであり、結晶性の良い窒化物系
半導体層からなる窒化物系半導体素子を提供することを
目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物系半導体
素子は、基板と、前記基板上に位置するとともに酸素が
含有された窒化物からなる酸素含有層と、前記酸素含有
層上に位置する窒化物系半導体層とを備えたことを特徴
とする。
素子は、基板と、前記基板上に位置するとともに酸素が
含有された窒化物からなる酸素含有層と、前記酸素含有
層上に位置する窒化物系半導体層とを備えたことを特徴
とする。
【０００６】このような構成の窒化物系半導体素子で
は、前記酸素含有層上に位置する前記窒化物系半導体層
の結晶性が向上する。
は、前記酸素含有層上に位置する前記窒化物系半導体層
の結晶性が向上する。
【０００７】更に、本発明の窒化物系半導体素子では、
前記酸素含有層の厚みが１０Å以上、１７０Å以下であ
る場合、前記窒化物系半導体層の結晶性の向上は明らか
である。
前記酸素含有層の厚みが１０Å以上、１７０Å以下であ
る場合、前記窒化物系半導体層の結晶性の向上は明らか
である。
【０００８】特に、前記酸素含有層の厚みが１０Å以
上、１２０Å以下である場合、前記窒化物系半導体層の
結晶性の向上がより顕著である。
上、１２０Å以下である場合、前記窒化物系半導体層の
結晶性の向上がより顕著である。
【０００９】また、本発明の窒化物系半導体素子では、
前記酸素含有層の酸素濃度が、１×１０19ｃｍ-3以下で
ある場合、酸素含有層が無い場合に比べ、前記窒化物系
半導体層の結晶性は向上する。
前記酸素含有層の酸素濃度が、１×１０19ｃｍ-3以下で
ある場合、酸素含有層が無い場合に比べ、前記窒化物系
半導体層の結晶性は向上する。
【００１０】また、本発明の窒化物系半導体素子では、
前記基板が六方晶系の結晶構造を有し、前記基板の上面
が＜１０−１０＞方向、＜１１−２０＞方向、或いは＜
１０−１０＞方向と＜１１−２０＞方向との間の方向
に、０．０３°以上傾斜している場合、前記窒化物系半
導体層の結晶性の向上が顕著である。
前記基板が六方晶系の結晶構造を有し、前記基板の上面
が＜１０−１０＞方向、＜１１−２０＞方向、或いは＜
１０−１０＞方向と＜１１−２０＞方向との間の方向
に、０．０３°以上傾斜している場合、前記窒化物系半
導体層の結晶性の向上が顕著である。
【００１１】特に、前記基板の上面が＜１１−２０＞方
向に傾斜している場合、前記窒化物系半導体層の結晶性
が最も良い。
向に傾斜している場合、前記窒化物系半導体層の結晶性
が最も良い。
【００１２】また、本発明の窒化物系半導体素子は、前
記基板の上面に、窒化物系の半導体材料からなるバッフ
ァ層を介して前記酸素含有層が形成されていることを特
徴とする。
記基板の上面に、窒化物系の半導体材料からなるバッフ
ァ層を介して前記酸素含有層が形成されていることを特
徴とする。
【００１３】この場合、前記基板としては、サファイア
基板や、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物系
の半導体基板を用いることが出来る。
基板や、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物系
の半導体基板を用いることが出来る。
【００１４】また、本発明の窒化物系半導体素子は、前
記バッファ層がＳｉを含有する層であることを特徴とす
る。
記バッファ層がＳｉを含有する層であることを特徴とす
る。
【００１５】この場合、前記窒化物系半導体層の結晶性
は更に向上する。特に、前記バッファ層に含有されるＳ
ｉの濃度が４×１０18ｃｍ-3以下の場合、前記窒化物系
半導体層の結晶性が最も優れている。また、前記バッフ
ァ層に含有されるＳｉの濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の
場合、前記酸素含有層による前記窒化物系半導体層の結
晶性の向上の効果は顕著である。
は更に向上する。特に、前記バッファ層に含有されるＳ
ｉの濃度が４×１０18ｃｍ-3以下の場合、前記窒化物系
半導体層の結晶性が最も優れている。また、前記バッフ
ァ層に含有されるＳｉの濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の
場合、前記酸素含有層による前記窒化物系半導体層の結
晶性の向上の効果は顕著である。
【００１６】また、本発明の窒化物系半導体素子は、前
記基板が窒化物系の半導体基板である場合、該半導体基
板上に前記酸素含有層が直接形成されていることを特徴
とする。
記基板が窒化物系の半導体基板である場合、該半導体基
板上に前記酸素含有層が直接形成されていることを特徴
とする。
【００１７】更に、本発明の窒化物系半導体素子は、前
記窒化物系半導体層上の能動素子領域が形成されている
ことを特徴とする。
記窒化物系半導体層上の能動素子領域が形成されている
ことを特徴とする。
【００１８】前記能動素子領域が、発光するための活性
層である場合、素子寿命が長い半導体レーザや発光ダイ
オード等の半導体発光素子を形成することが出来る。特
に、半導体レーザの場合、しきい値電流が低下し、ま
た、発光ダイオードの場合、光度が高くなる。
層である場合、素子寿命が長い半導体レーザや発光ダイ
オード等の半導体発光素子を形成することが出来る。特
に、半導体レーザの場合、しきい値電流が低下し、ま
た、発光ダイオードの場合、光度が高くなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】図１は本発明の実施の形態である第１実施
例の半導体レーザの構成を示す断面図である。
例の半導体レーザの構成を示す断面図である。
【００２１】この第１実施例の半導体レーザは、リッジ
導波型の半導体レーザであり、サファイア基板１の上面
に、ＭＯＣＶＤ法により、低温で形成されたアンドープ
のｉ型ＡｌＧａＮからなる第１バッファ層２、アンドー
プのｉ型ＧａＮからなる第２バッファ層３、酸素がドー
プされたＧａＮからなる酸素含有層４、アンドープのｉ
型ＧａＮからなる第３バッファ層５、Ｓｉドープのｎ型
ＧａＮからなるコンタクト層６、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ
ＧａＮからなるクラック防止層７、Ｓｉドープのｎ型Ａ
ｌＧａＮからなる第１導電型クラッド層８、Ｓｉドープ
のｎ型ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造の活性層
９、Ｍｇドープのｐ型ＡｌＧａＮからなる第２導電型ク
ラッド層１０、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮからなるキャッ
プ層１１が順に積層された半導体ウエハにより構成され
ている。
導波型の半導体レーザであり、サファイア基板１の上面
に、ＭＯＣＶＤ法により、低温で形成されたアンドープ
のｉ型ＡｌＧａＮからなる第１バッファ層２、アンドー
プのｉ型ＧａＮからなる第２バッファ層３、酸素がドー
プされたＧａＮからなる酸素含有層４、アンドープのｉ
型ＧａＮからなる第３バッファ層５、Ｓｉドープのｎ型
ＧａＮからなるコンタクト層６、Ｓｉドープのｎ型Ｉｎ
ＧａＮからなるクラック防止層７、Ｓｉドープのｎ型Ａ
ｌＧａＮからなる第１導電型クラッド層８、Ｓｉドープ
のｎ型ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造の活性層
９、Ｍｇドープのｐ型ＡｌＧａＮからなる第２導電型ク
ラッド層１０、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮからなるキャッ
プ層１１が順に積層された半導体ウエハにより構成され
ている。
【００２２】尚、活性層９は、ＧａＮからなる厚さ０．
１μｍの一対の光ガイド層の間に、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ
からなる厚さ６０Åの障壁層とＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎから
なる厚さ３０Åの井戸層とが交互に形成された多重量子
井戸構造である。
１μｍの一対の光ガイド層の間に、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ
からなる厚さ６０Åの障壁層とＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎから
なる厚さ３０Åの井戸層とが交互に形成された多重量子
井戸構造である。
【００２３】上記半導体ウエハには、反応性イオンエッ
チング又は反応性イオンビームエッチングにより第２導
電型クラッド層１０の所定の深さまで除去されてストラ
イプ状のリッジ部１２が形成され、同様のエッチングに
よりコンタクト層６の所定の深さまで除去されて電極形
成面１３が形成されている。
チング又は反応性イオンビームエッチングにより第２導
電型クラッド層１０の所定の深さまで除去されてストラ
イプ状のリッジ部１２が形成され、同様のエッチングに
よりコンタクト層６の所定の深さまで除去されて電極形
成面１３が形成されている。
【００２４】また、リッジ部１２の両側面、第２導電型
クラッド層１０の平坦面、第２導電型クラッド層１０の
側面からコンタクト層６の側面、及びコンタクト層６の
電極形成面のうち実際に電極が形成される部分を除いた
部分にはＳｉＯ2等よりなる絶縁膜１４が形成されてい
る。また、コンタクト層６の電極形成面１３にはｎ型の
第１導電型電極１５が形成され、キャップ層１１の上面
にはｐ型の第２導電型電極１６が形成されている。
クラッド層１０の平坦面、第２導電型クラッド層１０の
側面からコンタクト層６の側面、及びコンタクト層６の
電極形成面のうち実際に電極が形成される部分を除いた
部分にはＳｉＯ2等よりなる絶縁膜１４が形成されてい
る。また、コンタクト層６の電極形成面１３にはｎ型の
第１導電型電極１５が形成され、キャップ層１１の上面
にはｐ型の第２導電型電極１６が形成されている。
【００２５】酸素含有層４は、ＧａＮ成長中にＮ2によ
り数十ｐｐｍに希釈したＮ2ＯガスまたはＮＯ2ガスを供
給することにより形成することが出来る。また、それ以
外にも、イオン注入により酸素含有層４を形成すること
や、高温の炉の中にウエハ（サファイア基板１）を入
れ、炉内にＨ2Ｏ含んでいるＮ2ガスを導入することによ
ってＧａＮ層（第２バッファ層３）表面を酸化すること
により酸素含有層４を形成することも出来る。また、酸
素含有層４は、第２バッファ層３が形成されたウエハを
長時間、空気中に放置することによって第２バッファ層
３表面に形成される酸化膜でもよい。
り数十ｐｐｍに希釈したＮ2ＯガスまたはＮＯ2ガスを供
給することにより形成することが出来る。また、それ以
外にも、イオン注入により酸素含有層４を形成すること
や、高温の炉の中にウエハ（サファイア基板１）を入
れ、炉内にＨ2Ｏ含んでいるＮ2ガスを導入することによ
ってＧａＮ層（第２バッファ層３）表面を酸化すること
により酸素含有層４を形成することも出来る。また、酸
素含有層４は、第２バッファ層３が形成されたウエハを
長時間、空気中に放置することによって第２バッファ層
３表面に形成される酸化膜でもよい。
【００２６】次に、上述の第１実施例の半導体レーザに
おける第３バッファ層５の結晶性を調べるために、図２
に示すように、サファイア基板１のＣ面上或いはＣ面か
ら所定角度傾斜した面上に、ＭＯＣＶＤ法により、アン
ドープのｉ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎからなる厚さ０．０２５
μｍの第１バッファ層２、アンドープのｉ型ＧａＮから
なる厚さ０．５μｍの第２バッファ層３、酸素がドープ
されたＧａＮからなる酸素含有層４、アンドープのｉ型
ＧａＮからなる厚さ５μｍの第３バッファ層５を順に形
成した評価試料を、以下に示す様々な条件で複数形成
し、第３バッファ層５の結晶性を評価した。尚、酸素含
有層４は、ＧａＮ成長中にＮ2により２０ｐｐｍに希釈
したＮＯ2ガスを供給することにより形成した。
おける第３バッファ層５の結晶性を調べるために、図２
に示すように、サファイア基板１のＣ面上或いはＣ面か
ら所定角度傾斜した面上に、ＭＯＣＶＤ法により、アン
ドープのｉ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎからなる厚さ０．０２５
μｍの第１バッファ層２、アンドープのｉ型ＧａＮから
なる厚さ０．５μｍの第２バッファ層３、酸素がドープ
されたＧａＮからなる酸素含有層４、アンドープのｉ型
ＧａＮからなる厚さ５μｍの第３バッファ層５を順に形
成した評価試料を、以下に示す様々な条件で複数形成
し、第３バッファ層５の結晶性を評価した。尚、酸素含
有層４は、ＧａＮ成長中にＮ2により２０ｐｐｍに希釈
したＮＯ2ガスを供給することにより形成した。
【００２７】先ず、酸素含有層４の厚みを変化させた場
合における第３バッファ層５の結晶性の評価を行った。
この結晶性の評価は、第３バッファ層をＸ線回折により
結晶性評価を行った際における（０００２）面でのピー
クの半値幅（以後、Ｘ線半値幅という。）を調べること
により行った。尚、Ｘ線半値幅が小さい程、結晶性が優
れている。その結果を図３に示す。また、サファイア基
板１としては、サファイア基板１の上面をＣ面に対して
＜１０−１０＞方向に０．２°傾斜させた場合、サファ
イア基板１の上面をＣ面に対して＜１０−２０＞方向と
＜１０−１０＞方向との中間の方向に０．２°傾斜させ
た場合、サファイア基板１の上面をＣ面に対して＜１０
−２０＞方向に０．２°傾斜させた場合の３種類の基板
を用い、酸素含有層４の酸素濃度は１×１０18ｃｍ-3と
した。
合における第３バッファ層５の結晶性の評価を行った。
この結晶性の評価は、第３バッファ層をＸ線回折により
結晶性評価を行った際における（０００２）面でのピー
クの半値幅（以後、Ｘ線半値幅という。）を調べること
により行った。尚、Ｘ線半値幅が小さい程、結晶性が優
れている。その結果を図３に示す。また、サファイア基
板１としては、サファイア基板１の上面をＣ面に対して
＜１０−１０＞方向に０．２°傾斜させた場合、サファ
イア基板１の上面をＣ面に対して＜１０−２０＞方向と
＜１０−１０＞方向との中間の方向に０．２°傾斜させ
た場合、サファイア基板１の上面をＣ面に対して＜１０
−２０＞方向に０．２°傾斜させた場合の３種類の基板
を用い、酸素含有層４の酸素濃度は１×１０18ｃｍ-3と
した。
【００２８】尚、酸素含有層の厚み及び濃度は、ＳＩＭ
Ｓ（二次イオン質量分析）により、ウエハの厚さ方向に
おける酸素濃度プロファイルを形成することにより測定
した。尚、ＳＩＭＳによる厚さの測定限界は５０Åであ
るため、それ以下の厚さについては、酸素含有層の厚さ
が成長時間に比例するということを想定して測定した。
Ｓ（二次イオン質量分析）により、ウエハの厚さ方向に
おける酸素濃度プロファイルを形成することにより測定
した。尚、ＳＩＭＳによる厚さの測定限界は５０Åであ
るため、それ以下の厚さについては、酸素含有層の厚さ
が成長時間に比例するということを想定して測定した。
【００２９】図３から判るように、酸素含有層４の厚み
が１０Å以上、１７０Å以下の場合、酸素含有層４が存
在しない（厚み０）の場合に比べて、Ｘ線半値幅が小さ
く、第３バッファ層の結晶性が向上している。特に、酸
素含有層４の厚みが１０Å以上、１２０Å以下の場合、
Ｘ線半値幅が２２０秒前後と小さく、第３バッファ層５
の結晶性が大幅に向上する。また、サファイア基板１の
上面の結晶方位に関しては、全ての方位において上述の
関係が成り立つが、特に、Ｃ面に対して＜１１−２０＞
方向に傾斜させた場合、最もＸ線半値幅が小さく、第３
バッファ層５の結晶性が良好であることが判る。
が１０Å以上、１７０Å以下の場合、酸素含有層４が存
在しない（厚み０）の場合に比べて、Ｘ線半値幅が小さ
く、第３バッファ層の結晶性が向上している。特に、酸
素含有層４の厚みが１０Å以上、１２０Å以下の場合、
Ｘ線半値幅が２２０秒前後と小さく、第３バッファ層５
の結晶性が大幅に向上する。また、サファイア基板１の
上面の結晶方位に関しては、全ての方位において上述の
関係が成り立つが、特に、Ｃ面に対して＜１１−２０＞
方向に傾斜させた場合、最もＸ線半値幅が小さく、第３
バッファ層５の結晶性が良好であることが判る。
【００３０】次に、サファイア基板１の上面のＣ面に対
する傾斜角度を変化させた場合における第３バッファ層
５の結晶性の変化をＸ線半値幅により調べた。その結果
を図４に示す。尚、この時のサファイア基板１の上面の
Ｃ面に対する傾斜方向としては、＜１１−２０＞方向と
した。また、傾斜角度が０°の場合のデータは０．００
１°として記した。また、酸素含有層４は、膜厚が５０
Åであり、酸素濃度としては、１×１０18ｃｍ-3の場
合、１×１０19ｃｍ-3の場合、１×１０20ｃｍ-3の場合
の３種類の場合について夫々測定した。
する傾斜角度を変化させた場合における第３バッファ層
５の結晶性の変化をＸ線半値幅により調べた。その結果
を図４に示す。尚、この時のサファイア基板１の上面の
Ｃ面に対する傾斜方向としては、＜１１−２０＞方向と
した。また、傾斜角度が０°の場合のデータは０．００
１°として記した。また、酸素含有層４は、膜厚が５０
Åであり、酸素濃度としては、１×１０18ｃｍ-3の場
合、１×１０19ｃｍ-3の場合、１×１０20ｃｍ-3の場合
の３種類の場合について夫々測定した。
【００３１】図４から判るように、酸素含有層４の酸素
濃度が１×１０20ｃｍ-3の場合、酸素含有層無しの場合
よりもＸ線半値幅が大きく、第３バッファ層５の結晶性
が劣化しているが、酸素含有層４の酸素濃度が１×１０
19ｃｍ-3及び１×１０18ｃｍ -3の場合、即ち、１×１０
19ｃｍ-3以下の場合、酸素含有層無しの場合よりもＸ線
半値幅が小さく、第３バッファ層５の結晶性が良化して
いる。特に、酸素含有層４の酸素濃度が１×１０18ｃｍ
-3の場合、サファイア基板１の上面の傾斜角度が０．０
３°以上で顕著であることが判る。
濃度が１×１０20ｃｍ-3の場合、酸素含有層無しの場合
よりもＸ線半値幅が大きく、第３バッファ層５の結晶性
が劣化しているが、酸素含有層４の酸素濃度が１×１０
19ｃｍ-3及び１×１０18ｃｍ -3の場合、即ち、１×１０
19ｃｍ-3以下の場合、酸素含有層無しの場合よりもＸ線
半値幅が小さく、第３バッファ層５の結晶性が良化して
いる。特に、酸素含有層４の酸素濃度が１×１０18ｃｍ
-3の場合、サファイア基板１の上面の傾斜角度が０．０
３°以上で顕著であることが判る。
【００３２】次に、第２バッファ層３をアンドープのｉ
型ＧａＮからなる層に代えて、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ
からなる層とした場合について、第３バッファ層５の結
晶性について評価した。
型ＧａＮからなる層に代えて、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ
からなる層とした場合について、第３バッファ層５の結
晶性について評価した。
【００３３】図５は、第２バッファ層３をＳｉをドープ
したｎ型ＧａＮにより形成した場合において、第２バッ
ファ層３上に膜厚５０Å、酸素濃度１×１０18ｃｍ-3で
ある酸素含有層４を介して第３バッファ層５を形成した
場合と、第２バッファ層３上に酸素含有層４を介さずに
第３バッファ層５を直接形成した場合とについて、第２
バッファ層３のＳｉ濃度と第３バッファ層５のＸ線半値
幅との関係を示す図である。尚、この時のサファイア基
板１としては、上面がＣ面から＜１１−２０＞方向に
０．０３°傾斜している基板を用い、酸素含有層４の厚
みは５０Å、酸素濃度は１×１０18ｃｍ-3とした。尚、
第２バッファ層３のＳｉ濃度は、ＳＩＭＳにより測定し
た。
したｎ型ＧａＮにより形成した場合において、第２バッ
ファ層３上に膜厚５０Å、酸素濃度１×１０18ｃｍ-3で
ある酸素含有層４を介して第３バッファ層５を形成した
場合と、第２バッファ層３上に酸素含有層４を介さずに
第３バッファ層５を直接形成した場合とについて、第２
バッファ層３のＳｉ濃度と第３バッファ層５のＸ線半値
幅との関係を示す図である。尚、この時のサファイア基
板１としては、上面がＣ面から＜１１−２０＞方向に
０．０３°傾斜している基板を用い、酸素含有層４の厚
みは５０Å、酸素濃度は１×１０18ｃｍ-3とした。尚、
第２バッファ層３のＳｉ濃度は、ＳＩＭＳにより測定し
た。
【００３４】図５から判るように、第２バッファ層３が
Ｓｉドープのｎ型ＧａＮからなる層である場合において
も、酸素含有層４を介して第３バッファ層５を形成した
場合の方が、酸素含有層４を介さずに第３バッファ層５
を直接形成した場合よりもＸ線半値幅が小さく、第３バ
ッファ層３の結晶性が良好である。特に、第２バッファ
層３のＳｉ濃度が４×１０18ｃｍ-3以下の場合、第３バ
ッファ層５はＸ線半値幅が小さく、結晶性が最も良好で
ある。また、酸素含有層４を介さずに第３バッファ層５
を直接形成した場合、第２バッファ層３のＳｉ濃度が１
０18ｃｍ-3のオーダー（１×１０18ｃｍ-3）以上になる
と、Ｘ線半値幅が急激に大きくなり、第３バッファ層５
の結晶性が急激に劣化するが、酸素含有層４を介して第
３バッファ層５を形成した場合、第２バッファ層３のＳ
ｉ濃度が１０18ｃｍ-3のオーダー（１×１０18ｃｍ-3）
以上になっても、Ｘ線半値幅が殆ど大きくならず、第３
バッファ層５の結晶性が殆ど劣化しないことが判る。
Ｓｉドープのｎ型ＧａＮからなる層である場合において
も、酸素含有層４を介して第３バッファ層５を形成した
場合の方が、酸素含有層４を介さずに第３バッファ層５
を直接形成した場合よりもＸ線半値幅が小さく、第３バ
ッファ層３の結晶性が良好である。特に、第２バッファ
層３のＳｉ濃度が４×１０18ｃｍ-3以下の場合、第３バ
ッファ層５はＸ線半値幅が小さく、結晶性が最も良好で
ある。また、酸素含有層４を介さずに第３バッファ層５
を直接形成した場合、第２バッファ層３のＳｉ濃度が１
０18ｃｍ-3のオーダー（１×１０18ｃｍ-3）以上になる
と、Ｘ線半値幅が急激に大きくなり、第３バッファ層５
の結晶性が急激に劣化するが、酸素含有層４を介して第
３バッファ層５を形成した場合、第２バッファ層３のＳ
ｉ濃度が１０18ｃｍ-3のオーダー（１×１０18ｃｍ-3）
以上になっても、Ｘ線半値幅が殆ど大きくならず、第３
バッファ層５の結晶性が殆ど劣化しないことが判る。
【００３５】以上のように、第１実施例の半導体レーザ
素子では、第３バッファ層５の結晶性が向上するため、
その上に形成される活性層９等の各層の結晶性も向上
し、素子寿命が長く、しきい値電流が低下する。
素子では、第３バッファ層５の結晶性が向上するため、
その上に形成される活性層９等の各層の結晶性も向上
し、素子寿命が長く、しきい値電流が低下する。
【００３６】尚、上述の第１実施例では、基板がサファ
イア基板である場合についてであるが、基板がＳｉＣか
ら場合やＧａＮからなる場合についても、上述の第１実
施例と同様の効果が得られる。
イア基板である場合についてであるが、基板がＳｉＣか
ら場合やＧａＮからなる場合についても、上述の第１実
施例と同様の効果が得られる。
【００３７】次に、本発明の実施の形態である第２実施
例の半導体レーザについて説明する。
例の半導体レーザについて説明する。
【００３８】図６は第２実施例の半導体レーザの構成を
示す断面図である。
示す断面図である。
【００３９】２１はＧａＮ基板であり、ＧａＮ基板２１
の上面には、ＭＯＣＶＤ法により、酸素含有層２２、Ｓ
ｉドープのｎ型のＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎからなる第１導電
型クラッド層２３、Ｓｉドープのｎ−ＩｎＧａＮからな
る多重量子井戸構造の活性層２４、Ｍｇドープのｐ型の
Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎからなる第２導電型第１クラッド層
２５、電流ブロック層２６、Ｍｇドープのｐ型のＡｌ
0.08Ｇａ0.92Ｎからなる第２導電型第２クラッド層２
７、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮからなる第２導電型コンタ
クト層２８が順に積層された半導体ウエハが構成されて
いる。尚、電流ブロック層２６は電流通路となる窓部２
９がエッチングにより除去されている。また、ＧａＮ基
板２１の下面にはｎ型の第１導電型電極３０が形成さ
れ、第２導電型コンタクト層２８の上面にはｐ型の第２
導電型電極３１が形成されている。
の上面には、ＭＯＣＶＤ法により、酸素含有層２２、Ｓ
ｉドープのｎ型のＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎからなる第１導電
型クラッド層２３、Ｓｉドープのｎ−ＩｎＧａＮからな
る多重量子井戸構造の活性層２４、Ｍｇドープのｐ型の
Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎからなる第２導電型第１クラッド層
２５、電流ブロック層２６、Ｍｇドープのｐ型のＡｌ
0.08Ｇａ0.92Ｎからなる第２導電型第２クラッド層２
７、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮからなる第２導電型コンタ
クト層２８が順に積層された半導体ウエハが構成されて
いる。尚、電流ブロック層２６は電流通路となる窓部２
９がエッチングにより除去されている。また、ＧａＮ基
板２１の下面にはｎ型の第１導電型電極３０が形成さ
れ、第２導電型コンタクト層２８の上面にはｐ型の第２
導電型電極３１が形成されている。
【００４０】ＧａＮ基板２１の上面の傾斜、酸素含有層
２２の厚み、酸素濃度は夫々、上述の第１実施例のサフ
ァイア基板１の上面の傾斜、酸素含有層４の厚み、酸素
濃度と同様であればよく、酸素含有層２２上に形成され
る第１導電型クラッド層２３の結晶性は第１実施例と同
様に向上する。
２２の厚み、酸素濃度は夫々、上述の第１実施例のサフ
ァイア基板１の上面の傾斜、酸素含有層４の厚み、酸素
濃度と同様であればよく、酸素含有層２２上に形成され
る第１導電型クラッド層２３の結晶性は第１実施例と同
様に向上する。
【００４１】即ち、第２実施例の半導体レーザ素子にお
いても、酸素含有層２２上に形成される第１導電型クラ
ッド層２３の結晶性が向上するため、更にその上に形成
される活性層２４等の各層の結晶性も向上し、素子寿命
が長く、しきい値電流が低下する。
いても、酸素含有層２２上に形成される第１導電型クラ
ッド層２３の結晶性が向上するため、更にその上に形成
される活性層２４等の各層の結晶性も向上し、素子寿命
が長く、しきい値電流が低下する。
【００４２】尚、上述の第２実施例では、窒化物系の半
導体基板として、ＧａＮ基板を用いたが、それ以外の、
例えばＡｌＧａＮ基板やＩｎＧａＮ基板でもよい。
導体基板として、ＧａＮ基板を用いたが、それ以外の、
例えばＡｌＧａＮ基板やＩｎＧａＮ基板でもよい。
【００４３】また、上述の実施例は、本発明を半導体レ
ーザに適用した例であるが、本発明は発光ダイオード等
の他の発光素子、或いは発光素子以外の高周波用の電子
デバイス（例えばＧａＮ系ＦＥＴ）等の他の窒化物系の
半導体素子に適用可能である。
ーザに適用した例であるが、本発明は発光ダイオード等
の他の発光素子、或いは発光素子以外の高周波用の電子
デバイス（例えばＧａＮ系ＦＥＴ）等の他の窒化物系の
半導体素子に適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】本発明に依れば、結晶性の良好な窒化物
系半導体層を有する窒化物系半導体素子を提供し得る。
系半導体層を有する窒化物系半導体素子を提供し得る。
【図１】本発明の第１実施例の半導体レーザの全体構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例の半導体レーザを評価する
ための試料の構成を示す図である。
ための試料の構成を示す図である。
【図３】酸素含有層の厚みと、その上に形成された窒化
物系半導体層のＸ線半値幅との関係を示す図である。
物系半導体層のＸ線半値幅との関係を示す図である。
【図４】基板上面の傾斜角度と、窒化物系半導体層のＸ
線半値幅との関係を示す図である。
線半値幅との関係を示す図である。
【図５】バッファ層が含有するＳｉ濃度と、窒化物系半
導体層のＸ線半値幅との関係を示す図である。
導体層のＸ線半値幅との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例の半導体レーザの全体構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１ サファイア基板 ３ 第２バッファ層 ４ 酸素含有層 ５ 第３バッファ層（窒化物系半導体層） ９ 活性層（能動素子領域） ２１ ＧａＮ基板 ２２ 酸素含有層 ２３ 第１導電型クラッド層（窒化物系半導体層） ２４ 活性層（能動素子領域）
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 BE15 EB01 ED06 EF01 EF03 HA02 5F041 AA40 CA05 CA34 CA40 CA46 CA57 CA65 CA74 CB11 FF16 5F045 AA04 AB14 AB17 AC15 AF04 AF09 AF13 BB12 BB16 CA12 DA53 DA55 DB02 DB04 DB06 5F073 AA13 AA45 AA51 AA74 CA07 CB02 CB05 CB07 DA05 DA25 EA23 EA28
Claims (10)
- 【請求項１】 基板と、前記基板上に位置するとともに
酸素が含有された窒化物からなる酸素含有層と、前記酸
素含有層上に位置する窒化物系半導体層とを備えたこと
を特徴とする窒化物系半導体素子。 - 【請求項２】 前記酸素含有層の厚みが１０Å以上、１
７０Å以下であることを特徴とする請求項１記載の窒化
物系半導体素子。 - 【請求項３】 前記酸素含有層の厚みが１０Å以上、１
２０Å以下であることを特徴とする請求項１記載の窒化
物系半導体素子。 - 【請求項４】 前記酸素含有層の酸素濃度が、１×１０
19ｃｍ-3以下であることを特徴とする請求項１、２又は
３記載の窒化物系半導体素子。 - 【請求項５】 前記基板が六方晶系の結晶構造を有し、
前記基板の上面が＜１０−１０＞方向、＜１１−２０＞
方向、或いは＜１０−１０＞方向と＜１１−２０＞方向
との間の方向に、０．０３°以上傾斜していることを特
徴とする請求項１、２、３又は４記載の窒化物系半導体
素子。 - 【請求項６】 前記基板の上面が＜１１−２０＞方向に
傾斜していることを特徴とする請求項５記載の窒化物系
半導体素子。 - 【請求項７】 前記基板の上面に、窒化物系の半導体材
料からなるバッファ層を介して前記酸素含有層が形成さ
れていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又
は６記載の窒化物系半導体素子。 - 【請求項８】 前記バッファ層がＳｉを含有する層であ
ることを特徴とする請求項７記載の窒化物系半導体素
子。 - 【請求項９】 前記基板が窒化物系の半導体基板であ
り、該半導体基板上に酸素含有層が直接形成されている
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載
の窒化物系半導体素子。 - 【請求項１０】 前記窒化物系半導体層上に能動素子領
域が形成されていることを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６、７、８又は９記載の窒化物系半導体素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000212131A JP2002026464A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 窒化物系半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000212131A JP2002026464A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 窒化物系半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002026464A true JP2002026464A (ja) | 2002-01-25 |
Family
ID=18708089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000212131A Pending JP2002026464A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 窒化物系半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002026464A (ja) |
Cited By (10)
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|---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-07-13 JP JP2000212131A patent/JP2002026464A/ja active Pending
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