JP2003204122A5

JP2003204122A5 -

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Publication number: JP2003204122A5
Application number: JP2001402091A
Authority: JP
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2021-12-28

Description

さらに、上記ｎ側層中の第１の窒化物半導体層とｐ型層中の第２の窒化物半導体層との間に活性層が設けられた素子構造において、前記活性層が、活性層内の障壁層の中で、最も前記ｎ側層側に配置されたｎ側障壁層（２ａ）と、最も前記ｐ型層側に配置されたｐ側障壁層（２ｃ）と、ｎ側障壁層（２ａ）とｐ側障壁層（２ｃ）との間に少なくとも１つのＩｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有すると共に、前記ｐ側障壁層（２ｃ）のｎ側不純物濃度が、ｎ側障壁層（２ａ）のｎ側不純物濃度より小さい構成とすることが好ましい。これは、後述するように、ｐ側障壁層（２ｃ）がキャリアの注入口となり、ｐ側障壁層（２ｃ）にｎ側不純物が高濃度にドープされていると、ホールの活性層への注入を阻害する傾向にあるため、ｎ側障壁層（２ａ）よりもｎ側不純物濃度を小さくして、ｎ側、ｐ側障壁層の機能を異なるものとでき、キャリアの注入が良好なものとできる。一方で、ｎ側障壁層（２ａ）は、ｐ側障壁層のｎ側不純物濃度より大きくすることで、ｎ側層からのキャリアの注入を促進させる構造とできる。またｐ側障壁層（２ｃ）のｎ側不純物濃度としては、ｐ型層近く、若しくは接して形成されることから、ｐ側不純物の拡散が発生する場合があり、この場合、ｐ側障壁層（２ｃ）をｎ側不純物ドープして形成すると、ｎ側、ｐ側不純物を有する障壁層となるため、ｐ側障壁層（２ｃ）のキャリア注入機能が低下する傾向にある。そのため、このような場合、好ましくはｐ側障壁層（２ｃ）のｎ側不純物濃度をｐ側不純物濃度より小さくすると、このような機能低下を回避できる。また、ｐ側障壁層には、いずれにおいても、ｎ側不純物濃度を低濃度にすることが好ましく、具体的には、５×１０^１６／ｃｍ^３未満とすることで、ｐ側障壁層（２ｃ）の機能向上を図ることができる。

また、ｐ側電子閉込め層の位置として好ましくは、活性層に接して、若しくはバッファ層を介して接して設けられていることで、電子閉込め機能を高めた構造とできる。バッファ層については、後述するように、Ａｌを含む窒化物半導体による大きな圧電界と、さらにＡｌを含む窒化物半導体が、活性層、井戸層に用いられるＩｎを含む窒化物半導体近くに設けられることによる内部応力とによる活性層への悪影響を抑え、成長時においては、下地層として好適な結晶性を得られるように形成される。バッファ層の具体的な組成としては、後述するように、ＧａＮ若しくは、Ａｌ混晶比がｐ側電子閉込め層より小さいＡｌを含む窒化物半導体で構成すると良い。また、このようなｐ側電子閉込め層が、活性層、特に井戸層に及ぼす悪影響は、両者の距離を大きくすることで回避できることを示したが、バッファ層も、ｐ側障壁層（２ｃ）と同様に、このようなスペーサーとしての機能を持たせることができる。すなわち、活性層内で最もｐ側電子閉込め層に近くに、前記ｎ側障壁層（２ａ）とｐ側障壁層（２ｃ）との間に設けられた井戸層（１ａ）を有し、該井戸層（１ａ）とｐ側障壁層との距離が１００Å以上とする構成により、素子特性に優れたものが得られる。この井戸層（１ａ）とｐ側障壁層との距離を決定するものは、両者の間に介在する層により決定されるものであり、具体的にはｐ側障壁層、活性層とｐ側電子閉込め層との間に介在するバッファ層であり、これらの層の膜厚を調節することにより、素子特性の向上を図れる。この距離の上限としては、後述するように、４００Å以下とすることである。また、ｐ側障壁層（２ｃ）を、Ｉｎを含む窒化物半導体で構成すると、第１の窒化物半導体層と同様に、導波路、特に活性層近傍の屈折率を高めて、光閉込めのクラッド層との間で屈折率差を高めて、長波長域のレーザ素子、端面発光素子に優れた素子構造を形成することができる。第２の窒化物半導体層と、これらバッファ層、ｐ側障壁層（２ｃ）などのｐ側電子閉込め層と井戸層（１ｂ）との間に介在する層との違いは、素子のバイアス時に、活性層近くに設けられたｐ側電子閉込め層の近傍において、ｐ−ｎ接合が形成されることにより、ｐ−ｎ接合部よりも活性層近くに配置されたバッファ層、ｐ側障壁層（２ｃ）は、ｐ型層側にＩｎを含む窒化物半導体を設けることによる悪影響を回避できる傾向にあるためである。

Claims

活性層を、ｐ型層とｎ側層とで挟みこむ構造を有し、ｐ型層がｐ側クラッド層を有し、ｎ側層がｎ側クラッド層を有する窒化物半導体素子において、
前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体を有し、ｎ側クラッド層と活性層との間にＩｎ混晶比がｚ＞０である窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を有し、ｐ側クラッド層と活性層との間にＩｎ混晶比ｕがｚ＞ｕである第２の窒化物半導体層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
活性層を、ｐ型層とｎ側層とで挟みこむ構造を有し、ｐ型層がｐ側クラッド層を有し、ｎ側層がｎ側クラッド層を有する窒化物半導体素子において、
前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体を有し、ｎ側クラッド層と活性層との間にＩｎを含む窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を有し、ｐ側クラッド層と活性層との間にＩｎ混晶比が０である第２の窒化物半導体層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
前記活性層が、活性層内の障壁層の中で、最も前記ｎ側層側に配置されたｎ側障壁層（２ａ）と、最も前記ｐ型層側に配置されたｐ側障壁層（２ｃ）と、ｎ側障壁層（２ａ）とｐ側障壁層（２ｃ）との間に少なくとも１つのＩｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有すると共に、
前記ｐ側障壁層（２ｃ）のｎ側不純物濃度が、ｎ側障壁層（２ａ）のｎ側不純物濃度より小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の窒化物半導体素子。
前記ｐ型層が、活性層と第２の窒化物半導体層との間、若しくは活性層とｐ側クラッド層との間に、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｐ側電子閉込め層を有ることを特徴とする請求項１乃至３記載の窒化物半導体素子。
前記ｐ型層が、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｐ側電子閉じ込め層を有し、該ｐ側電子閉込め層が、活性層に接して、若しくはバッファ層を介して接して設けられていることを特徴とする請求項１乃至４記載の窒化物半導体素子。
前記バッファ層が、ｐ側電子閉込め層よりも低いＡｌ混晶比であるＡｌを含む窒化物半導体からなること、若しくはＧａＮであることを特徴とする請求項５記載の窒化物半導体素子。
前記活性層が、活性層内で最もｐ側電子閉込め層に近くに、前記ｎ側障壁層（２ａ）とｐ側障壁層（２ｃ）との間に設けられた井戸層（１ａ）を有し、該井戸層（１ａ）とｐ側障壁層との距離が１００Å以上であることを特徴とする請求項４乃至６記載の窒化物半導体素子。
前記ｎ側障壁層（２ａ）、及び／又は、ｐ側障壁層（２ｃ）が、活性層内で最も外側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６記載の窒化物半導体素子。
前記第１の窒化物半導体層が活性層に接して設けられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
前記第１の窒化物半導体層の膜厚が３００Å以上であることを特徴とする請求項１乃至９記載の窒化物半導体素子。
前記井戸層（１ａ）とｐ側障壁層（２ｃ）との距離が、４００Å以下であることを特徴とする請求項７乃至１０記載の窒化物半導体素子。
前記活性層内で最もｎ側層側に配置された層としてｎ側障壁層（２ａ）を有し、該ｎ側障壁層（２ａ）と前記第１の窒化物半導体層との膜厚の和が、３００Å以上であることを特徴とする請求項９乃至１１記載の窒化物半導体素子。
前記第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比ｚと、前記ｎ側障壁層（２ａ）のＩｎ混晶比ｖとが、ｚ≦ｖであることを特徴とする請求項１乃至９記載の窒化物半導体素子。
ｐ側障壁層（２ｃ）がｐ側不純物を有することを特徴とする請求項１乃至１０記載の窒化物半導体素子。
前記ｐ側障壁層（２ｃ）のｎ側不純物濃度が、ｐ側不純物濃度より小さいことを特徴とする請求項１乃至１４記載の窒化物半導体素子。
前記ｐ側障壁層（２ｃ）のｎ側不純物濃度が、５×１０^１６／ｃｍ^３未満であることを特徴する請求項１乃至１５記載の窒化物半導体素子。
前記ｐ側クラッド層、ｎ側クラッド層が、光閉込めのクラッド層であり、Ａｌを含む窒化物半導体を有することを特徴とする請求項１乃至１３記載の窒化物半導体素子。
前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する量子井戸構造を有し、前記第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比が井戸層のＩｎ混晶比より小さいことを特徴とする請求項１乃至１４記載の窒化物半導体素子。
前記活性層と第１の窒化物半導体層との間に、Ｉｎ混晶比が０である窒化物半導体からなるｎ側光ガイド層を有することを特徴とする請求項１乃至１９記載の窒化物半導体素子。
前記ｐ側クラッド層と、ｎ側クラッド層とが、光閉込めのクラッド層であり、前記ｐ側クラッド層と、ｎ側クラッド層との少なくとも一方は、少なくともＡｌを含む窒化物半導体を有する第１の層と、第１の層とはバンドギャップエネルギーの異なる第２の層とが交互に積層された多層膜クラッド層であることを特徴とする請求項１７記載の窒化物半導体素子。
前記ｐ側クラッド層、ｎ側クラッド層の少なくとも一方と、活性層との間に、光ガイド層を有し、該光ガイド層は、少なくともＩｎを含む窒化物半導体を有する第３の層と、第３の層とはバンドギャップエネルギーの異なる第４の層とが交互に積層された多層膜光ガイド層であることを特徴とする請求項１６又は１７記載の窒化物半導体素子。
前記ｎ側層が、光ガイド層を有し、該ｎ側層の光ガイド層と活性層との間に、第１の窒化物半導体層を有することを特徴とする請求項２２記載の窒化物半導体素子。
前記ｐ型層が、光ガイド層を有し、該ｐ型層の光ガイド層が、前記第２の窒化物半導体層を有することを特徴とする請求項２２又は２３記載の窒化物半導体素子。