JP3761589B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の成膜中における拡散防止構造に関する。
【0002】
【従来技術】
従来、短波長発光素子であるサファイア基板を用いた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子10は、図2の模式図に示したような積層された結晶成長膜構造である。
サファイア基板1上には、AlN層2、Siドープn型GaN層(n層)3、Siドープn型AlGaN層(n層)4、Siドープn型GaN層5、Mgドープp型AlGaN層(p層)6及びMgドープp型GaN層(p層)7が順次積層され形成されている。
この積層された結晶成長膜では、活性層であるSiドープn型GaN層5とMgドープp型AlGaN層(p層)6とが隣合って形成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述の結晶成長膜中において、MgドープAlGaN層から活性層であるSiドープGaN層中にMgが拡散するという現象がある。
このMgは、活性層内ではアクセプタ(半導体の電子受容体)として働くため、電流注入を行った場合の発光は、主として、D(ドナー)−A(アクセプタ)間のペア発光が支配的となる。すると、バンド間遷移の発光は僅かとなるため、閾値電流がかなり高くなってしまうという問題があった。
【0004】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子における閾値電流を下げることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための発明の構成は、n型導電性を示すSiドープの窒化ガリウム(GaN)から成るn層から成る活性層と、アクセプタ不純物が添加されてp型導電性を示す窒化ガリウム系化合物半導体(AlYGa1-YN:0<Y≦1)から成るp層と、前記n層から成る活性層と前記p層との間にアンドープの窒化ガリウム系化合物半導体(AlxGa1-xN:0<X≦Y≦1)から成り、前記p層から前記n層から成る活性層へのアクセプタ不純物の拡散を防止する厚さ200nm未満の拡散防止層とを有することを特徴とする。
【0006】
【作用及び効果】
上記の手段によれば、p層にドープされたアクセプタ不純物はn層から成る活性層の方向に拡散しようとするが、そのp層に隣接したアンドープ(不純物のドーピングなし)の窒化ガリウム系化合物半導体から成る厚さ200nm未満の拡散防止層に吸収されることとなる。
このため、p層とn層から成る活性層とは完全に分離され、D(ドナー)−A(アクセプタ)ペアの発光確率を少なくすることが可能となる。
これにより、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、不安定な高エネルギー状態が作り易くなりその閾値電流を下げることができる。
【0007】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
図1は本発明に係るサファイア基板を用いた窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード100の構造を示した模式図である。
サファイア基板11上には、AlN層12、Siドープn型GaN層(n層)13、Siドープn型AlYGa1-YN層(n層)14、Siドープn型GaN層15、アンドープAlxGa1-xN層16、Mgドープp型AlYGa1-YN層(p層)17及びMgドープp型GaN層(p層)18が順次積層され形成されている。
尚、上記X,Yの化学量論は、0<X≦Y≦1である。又、13a,18aはSiドープn型GaN層(n層)13及びMgドープp型GaN層(p層)18とにそれぞれ形成された金属電極である。
【0008】
次に、その製造方法について説明する。尚、本実施例の半導体レーザダイオード用単結晶の作製には横型有機金属化合物気相成長装置を用いた。
(0001)面を結晶成長面とするサファイア基板11を有機洗浄の後、結晶成長装置の結晶成長部に設置する。
成長炉を真空排気の後、水素(H2)を供給し1200℃程度まで昇温する。これによりサファイア基板11の表面に付着していた炭化水素系ガスがある程度取り除かれる。
【0009】
次に、サファイア基板11の温度を600℃程度まで降温し、トリメチルアルミニウム〔Al(CH3)3〕(以下、TMAという)及びアンモニア(NH3)を供給して、サファイア基板11上に50nm程度の膜厚を持つAlN層12を形成する。
次に、TMAの供給のみを止め、基板温度を1150℃まで上げ、トリメチルガリウム〔Ga(CH3)3〕(以下、TMGという)及びシラン(SiH4)及びNH3を供給し、厚さ2000nmのSiドープn型GaN層(n層)13を成長する。
次に、基板温度を1150℃に保持して、TMG及びSiH4及びNH3の供給にTMAを加え、厚さ400nmのSiドープn型AlYGa1-YN層(n層)14を成長する。
【0010】
次に、TMAの供給のみを止め、基板温度を1150℃に保持したまま、TMG、SiH4及びNH3を供給し、厚さ400nmのSiドープn型GaN層(n層)15を成長する。
次に、基板温度を1150℃に保持したまま、SiH4の供給を止め、TMG及びNH3の供給にTMAを加え、厚さ200nm未満のアンドープAlxGa1-xN層16を成長する。
次に、基板温度を1150℃に保持したまま、TMA、TMG及びNH3の供給にビスシクロペンタディエニルマグネシウム(Cp2Mg)を加え、厚さ400nmのMgドープp型AlYGa1-YN層(p層)17を成長する。
次に、TMAの供給のみを止め、基板温度を1150℃に保持したまま、Cp2Mg、TMG及びNH3を供給し、厚さ200nmのMgドープp型GaN層(p層)18を成長する。
【0011】
次に、Mgドープp型GaN層(p層)18上にEB(Electron Beam)蒸着により厚さ500nmのSiO2絶縁膜19を形成した後、バッファードフッ酸を用いて部分的にSiO2絶縁膜19を除去し幅10μmのストライプ部分を形成する。
このストライプ部分のMgドープp型GaN層(p層)18と上記Siドープn型GaN層(n層)13とにそれぞれ金属電極18a,13aを形成する。
【0012】
最後に、真空チャンバに移して、Mgドープp型AlYGa1-YN層(p層)17に電子線照射処理を行う。
典型的な電子線照射処理条件は、電子線加速電圧:15kV,エミッション電流:120μA以上,電子線スポット径:φ60μm,試料温度:297Kである。
【0013】
上述したように構成された窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード100は、Mgドープp型AlYGa1-YN層(p層)17からの不純物Mgの拡散をアンドープAlxGa1-xN層16にて吸収して防止できる。このため、活性層であるSiドープn型GaN層(n層)15とクラッド層であるMgドープp型AlYGa1-YN層(p層)17とが分離できる。
従って、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、不安定な高エネルギー状態が作り易くなりその閾値電流を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の具体的な一実施例に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオードの構造を示した模式図である。
【図2】 従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオードの構造を示した模式図である。
【符号の説明】
11…サファイア基板
12…AlN層
13…Siドープn型GaN層(n層)
14…Siドープn型AlYGa1-YN層(n層)
15…Siドープn型GaN層(n層)
16…アンドープAlxGa1-xN層(拡散防止層)
17…Mgドープp型AlYGa1-YN層(p層)
18…Mgドープp型GaN層(p層)
19…SiO2絶縁膜
13a,18a…電極
100…窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード
Claims (2)
- n型導電性を示すSiドープの窒化ガリウム(GaN)から成るn層から成る活性層と、
アクセプタ不純物が添加されてp型導電性を示す窒化ガリウム系化合物半導体(AlYGa1-YN:0<Y≦1)から成るp層と、
前記n層から成る活性層と前記p層との間にアンドープの窒化ガリウム系化合物半導体(AlxGa1-xN:0<X≦Y≦1)から成り、前記p層から前記n層から成る活性層へのアクセプタ不純物の拡散を防止する厚さ200nm未満の拡散防止層と
を有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 前記アクセプタ不純物は、Mgであることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
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