JPH10326943A

JPH10326943A - 窒化物半導体素子

Info

Publication number: JPH10326943A
Application number: JP28540497A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nagahama; 慎一長濱; Shuji Nakamura; 修二中村
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1998-12-08
Anticipated expiration: 2017-10-17
Also published as: JP3496480B2

Abstract

(57)【要約】【目的】結晶欠陥の少ない窒化物半導体素子を実現し
て、窒化物半導体を用いたＬＥＤ素子、レーザ素子、受
光素子等の窒化物半導体デバイスの寿命を向上させて、
信頼性の高い素子を実現する。【構成】活性層と、ｐ型不純物がドープされた窒化物
半導体よりなる第１の層との間に、ｐ型不純物がドープ
されていないか、若しくはｐ型不純物濃度が第１の層よ
りも小さい窒化物半導体よりなる第２の層を有し、さら
に前記活性層と、ｎ型不純物がドープされた窒化物半導
体よりなる第３の層との間に、ｎ型不純物がドープされ
ていないか、若しくはｎ型不純物濃度が第３の層よりも
小さい窒化物半導体よりなる第４の層を有することによ
り、第２の層、第４の層で結晶性が良くなるので半導体
素子の結晶欠陥が少なくなって素子が長寿命になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子、太陽電
池、光センサー等の受光素子、あるいはトランジスタ等
の電子デバイスに使用される窒化物半導体（Ｉｎ_XＡｌ_Y
Ｇａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号等で最近実用化されたばかりである。これ
らの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ｎ型窒化物半
導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構
造（ＳＱＷ：Single-Quantum- Well）のＩｎＧａＮより
なる活性層を有するダブルへテロ構造を有している。青
色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成比を増
減することで決定されている。

【０００３】また、本出願人は、最近この材料を用いて
パルス電流において、室温での４１０ｎｍのレーザ発振
を発表した（例えば、Appl.Phys.Lett.，Vol.69，No.1
0，2Sep. 1996，p.1477-1479）。このレーザ素子はサフ
ァイアＡ面上に、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒
化物半導体層が順に形成され、そのｐ型窒化物半導体層
の一部にリッジストライプが形成された構造を有してお
り、例えばパルス電流（パルス幅１μｓ、パルス周期１
ｍｓ、デューティー比０．１％）で、閾値電流１８７ｍ
Ａ、閾値電流密度３ｋＡ／cm²において、４１０ｎｍの
レーザ光を発振する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、窒化物半
導体により世界最短波長の４１０ｎｍのレーザ発振が確
認されたため、ＤＶＤ、光ファイバー通信等、多くの光
デバイスの画期的な進歩が期待されている。しかしなが
ら、窒化物半導体には未だ解決すべき課題も多く、実用
化には未だ至っていない。

【０００５】その課題の一つに素子寿命の問題がある。
一般にレーザ素子の劣化の原因としては、結晶欠陥の広
がり、移動、反射面の破壊や表面状態の劣化、オーミッ
ク電極の劣化や、点欠陥の発生等が挙げられる。窒化物
半導体の場合、元々がヘテロエピタキシャル成長である
ため、その格子欠陥の数は他のＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ、ＧａＡｌＡｓ等の材料に比べて桁違いに多い。にも
かかわらず窒化物半導体ＬＥＤが十分実用に耐えている
のは、結晶自体が他の材料に比べて、劣化要因に対して
非常に強いからであると考えられている。しかし、レー
ザ素子はＬＥＤよりも過酷な条件で素子が駆動されるた
め、劣化しにくい、丈夫な素子が求められる。

【０００６】従って、本発明の目的とするところはとこ
ろは結晶欠陥の少ない窒化物半導体素子を実現して、窒
化物半導体を用いたＬＥＤ素子、レーザ素子、受光素子
等の窒化物半導体デバイスの寿命を向上させて、信頼性
の高い素子を実現することにある。具体的には結晶性の
良い窒化物半導体レーザ素子を実現して、低閾値電流で
発振させ、レーザ素子の寿命を向上させることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体素
子の第１の態様は、活性層と、ｐ型不純物がドープされ
た窒化物半導体よりなる第１の層との間に、ｐ型不純物
がドープされていないか、若しくはｐ型不純物濃度が第
１の層よりも小さい窒化物半導体よりなる第２の層を有
することを特徴とする。なお第２の層のｐ型不純物は不
純物拡散によって、ｐ型不純物濃度が第１の層よりも少
なくなっているものも本発明の範囲内に含まれる。例え
ば第１の層と、第２の層とが接して形成された場合に、
第１の層からの拡散によって第２の層にｐ型不純物が含
まれてもよい。なお、第１の層はキャリア閉じ込め層と
して形成されていることが最も好ましい。ｐ型不純物と
してはＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｂａのように周期律表
第ＩＩ族元素を挙げることができ、その中でもＭｇが最
も好ましい。

【０００８】第２の態様は活性層と、ｎ型不純物がドー
プされた窒化物半導体よりなる第３の層との間に、ｎ型
不純物がドープされていないか、若しくはｎ型不純物濃
度が第３の層よりも小さい窒化物半導体よりなる第４の
層を有することを特徴とする。なお、第４の層のｎ型不
純物は不純物拡散によって、ｎ型不純物濃度が第３の層
よりも少なくなっているものも本発明の範囲内に含まれ
る。例えば第３の層と、第４の層とが接して形成された
場合に、第３の層からの拡散によって第３の層にｎ型不
純物が含まれてもよい。なお、第３の層はキャリア閉じ
込め層として形成されていることが最も好ましい。ｎ型
不純物としては、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｉの
ように周期律表第ＩＶ族元素を挙げることができ、その
中でもＳｉ、Ｇｅが最も好ましい。

【０００９】第３の態様は、活性層と、ｐ型不純物がド
ープされた窒化物半導体よりなる第１の層との間に、ｐ
型不純物がドープされていないか、若しくはｐ型不純物
濃度が第１の層よりも小さい窒化物半導体よりなる第２
の層を有し、さらに前記活性層と、ｎ型不純物がドープ
された窒化物半導体よりなる第３の層との間に、ｎ型不
純物がドープされていないか、若しくはｎ型不純物濃度
が第３の層よりも小さい窒化物半導体よりなる第４の層
を有することを特徴とする。なお第１の態様、第２の態
様と同じく、第３の態様においても、第１の層及び第３
の層はキャリア閉じ込め層として形成されていることが
最も好ましい。

【００１０】本発明の第１の態様、第２の態様、及び第
３の態様において、活性層が、インジウムを含む窒化物
半導体よりなる井戸層を有する単一量子井戸構造（ＳＱ
Ｗ：Single-Quantum-Well）、若しくは多重量子井戸構
造（ＭＱＷ：Multi-Quantum-Well)であることを特徴と
する。

【００１１】また、本発明の第１の態様、及び第３の態
様において、第１の層と第２の層との間に、活性層より
もバンドギャップエネルギーが大きく、かつ第２の層よ
りもバンドギャップエネルギーが小さい、ｐ型不純物が
ドープされた膜厚０．５μｍ以下のアルミニウムを含む
窒化物半導体よりなる第５の層を有することを特徴とす
る。これは第５の層が存在することにより、ｎ層側から
注入される電子が、この第５の層が障壁となって活性層
内に閉じ込められることにより、素子のリーク電流を抑
える効果がある。

【００１２】本発明の第１の態様、及び第３の態様にお
いて、第１の層がアルミニウムを含む窒化物半導体層を
有する超格子構造であることを特徴とする。超格子構造
とは、互いに組成の異なる半導体層を弾性臨界膜厚以下
の膜厚で複数層積層した構造であり、窒化物半導体層同
士で超格子構造を作製する場合には、単位窒化物半導体
層の膜厚は１００オングストローム以下、さらに好まし
くは７０オングストローム以下、最も好ましくは４０オ
ングストローム以下、１０オングストローム以上に調整
する。超格子構造の組み合わせとしては一方の層をＡｌ
_XＧａ_1-XＮ（０＜X≦１）として、もう一方の層をＡｌ_Y
Ｇａ_1-YＮ（０≦Y＜１、X＞Y）若しくはＩｎ_ZＧａ_1-ZＮ
（０≦Z≦１）とすることが望ましい。なお、本明細書
において示すＩｎ_XＧａ_1-XＮ、Ａｌ_YＧａ_1-YＮ等の一般
式は、単に窒化物半導体の一般式を示すものに過ぎず、
例えば異なる層が同一の一般式で示されていても、それ
らの層のX値、Y値等の数値が一致しているものでは決し
てない。

【００１３】第２の態様及び第３の態様において、第３
の層がアルミニウムを含む窒化物半導体層を有する超格
子構造であることを特徴とする。同じく超格子構造の組
み合わせとしては一方の層をＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０＜X≦
１）として、もう一方の層をＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y＜
１、X＞Y）若しくはＩｎ_ZＧａ_1-ZＮ（０≦Z≦１）とす
ることが望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に本発明の窒化物半導体素子
の具体例を示す模式断面図を示す。これはレーザ素子の
構造を示すものであり、レーザ光の共振方向に垂直な位
置で素子を切断した際の構造を示すものである。

【００１５】（基板１）基板１には、サファイアＣ面の
他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、スピ
ネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性の基板の他、Ｓｉ
Ｃ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ
等の半導体基板を用いることができる。

【００１６】（第１のバッファ層２）第１のバッファ層
２は、基板と窒化物半導体の格子不整を緩和するために
設けられるものであり、第２のバッファ層３よりも低温
（通常は３００℃以上、９００℃以下）で成長され、
０．５μｍ未満、好ましくは０．１μｍ以下の膜厚で成
長される。第１のバッファ層はＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧ
ａＮが成長されるが、窒化物半導体の成長方法、基板の
種類等によっては省略することも可能である。

【００１７】（第２のバッファ層２’）第２のバッファ
層２’はｎ型不純物がドープされていない｛以下、不純
物がドープされていない状態をアンドープ（undope）と
いう。｝窒化物半導体、若しくはｎ型不純物濃度がｎ側
コンタクト層３よりも小さい窒化物半導体で形成する。
成長温度は第１のバッファ層２よりも高温で成長させ、
通常９００℃以上で成長させる。この層は、負電極２２
が形成されるコンタクト層としてではなく、コンタクト
層として作用するｎ側コンタクト層３を成長させるため
の第２のバッファ層として作用している。従来のように
電流注入層となるｎ側コンタクト層３を数μｍ以上の膜
厚で、高キャリア濃度の単一の窒化物半導体層で構成し
ようとすると、ｎ型不純物濃度の大きい層を成長させる
必要がある。不純物濃度の大きい厚膜の層は結晶性が悪
くなる傾向にある。このため結晶性の悪い層の上に、活
性層等の他の窒化物半導体を成長させても、結晶欠陥を
他の層が引き継ぐことになって結晶性の向上が望めな
い。そこでｎ側コンタクト層３を成長させる前に、不純
物濃度が小さい、結晶性の良い第２のバッファ層２’を
成長させることにより、キャリア濃度が大きく結晶性の
良いｎ側コンタクト層３を成長させることができる。第
２のバッファ層２’の膜厚は０．１μｍ以上、さらに好
ましくは０．５μｍ以上、最も好ましくは１μｍ以上、
２０μｍ以下に調整することが望ましい。第１の層が
０．１μｍよりも薄いと、不純物濃度の大きいｎ側コン
タクト層３を厚く成長させなければならないので、ｎ側
コンタクト層３の結晶性の向上があまり望めない傾向に
ある。また２０μｍよりも厚いと、第２のバッファ層
２’自体に結晶欠陥が多くなりやすい傾向にある。また
第２のバッファ層２’を厚く成長させる利点として、放
熱性の向上が挙げられる。つまりレーザ素子を作製した
場合に、第２のバッファ層２’で熱が広がりやすくレー
ザ素子の寿命が向上する。さらにレーザ光の漏れ光が第
２のバッファ層２’の層内で広がって、楕円形に近いレ
ーザ光が得やすくなる。なお、本発明においてアンドー
プといっても、原料ガス中に含まれる元素による不純
物、例えばＣ、Ｏ等の意図的でない不純物は窒化物半導
体層中には常時含まれている。従って、Ｃ、Ｏの原料ガ
ス中から意図しない不純物が入った状態でも本発明では
アンドープという。

【００１８】（ｎ側コンタクト層３）ｎ側コンタクト層
３はｎ型不純物をドープしたＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ
（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成し、その組成は特に
問うものではないが、好ましくはｎ型ＧａＮ、若しくは
Y値が０．１以下のＡｌ_YＧａ_1-YＮとすると負電極２２
と良好なオーミックが得られやすい。ｎ型不純物濃度は
１×１０¹⁷／cm³〜１×１０²¹／cm³の範囲、さらに好ま
しくは、１×１０¹⁸／cm³〜１×１０¹⁹／cm³に調整する
ことが望ましい。１×１０¹⁷／cm³よりも小さいとｎ電
極の材料と好ましいオーミックが得られにくくなるの
で、レーザ素子では閾値電流、電圧の低下が望めず、１
×１０²¹／cm³よりも大きいと、素子自体のリーク電流
が多くなったり、また結晶性も悪くなるため、素子の寿
命が短くなる傾向にある。なお、ｎ側コンタクト層３の
膜厚は第２のバッファ層２’よりも薄く形成することが
望ましい。ｎ側コンタクト層３は０．２μｍ以上、４μ
ｍ以下に調整することが望ましい。０．２μｍよりも薄
いと、負電極２２を形成する際に、第２の層を露出させ
るようにエッチングレートを制御するのが難しく、一
方、４μｍ以上にすると不純物の影響で結晶性が悪くな
る傾向にある。また、このｎ側コンタクト層３を、例え
ばＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ（但しＩｎ組成比は異な
る。）、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ等の組み合わせによる超格子構
造としても良い。なお、ｎ側コンタクト層３は基板１に
ＧａＮのような導電性基板を使用して、基板側に負電極
を設けた場合にはコンタクト層としては作用せず、バッ
ファ層として作用する。

【００１９】（クラック防止層４）クラック防止層４は
Ｉｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮ
で成長させることにより、次から成長させる窒化物半導
体層、特にＡｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入
るのを防止することができる。このクラック防止層は１
００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成
長させることが好ましい。１００オングストロームより
も薄いと前記のようにクラック防止として作用しにく
く、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向
にある。なお、このクラック防止層４は成長方法、成長
装置等の条件によっては省略することもできる。またク
ラック防止層はｎ型不純物をドープしても良いし、また
アンドープでも良い。ｎ型不純物濃度は５×１０¹⁶／cm
³〜１×１０²¹／cm³の範囲、さらに好ましくは、１×１
０¹⁷／cm³〜１×１０¹⁹／cm³に調整することが望まし
い。

【００２０】（ｎ側クラッド層５＝第３の層）ｎ側クラ
ッド層５はキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層とし
て作用し、ｎ型不純物をドープした少なくともＡｌを含
む窒化物半導体層で形成し、望ましくは、本発明の請求
項７に記載したように、Ａｌを含む窒化物半導体層を有
する超格子構造とする。ｎ型不純物濃度は５×１０¹⁶／
cm³〜１×１０²¹／cm³の範囲、さらに好ましくは、１×
１０¹⁷／cm³〜１×１０¹⁹／cm³に調整することが望まし
い。ｎ側クラッド層５全体の膜厚は１００オングストロ
ーム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オング
ストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望まし
い。

【００２１】ｎ側クラッド層５を超格子構造とする場
合、超格子層を構成する窒化物半導体層は互いに組成が
異なる窒化物半導体で構成されていれば良く、バンドギ
ャップエネルギーが異なっていても、同一でもかまわな
い。例えば超格子層を構成する最初の層（Ａ層）をＩｎ
_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦１）で構成し、次の層（Ｂ層）を
Ａｌ_YＧａ_1-YＮ（０＜Y≦１）で構成すると、Ｂ層のバ
ンドギャップエネルギーが必ずＡ層よりも大きくなる
が、Ａ層をＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦１）で構成し、Ｂ
層をＩｎ_ZＡｌ_1-ZＮ（０＜Z≦１）で構成すれば、Ａ層
とＢ層とは組成が異なるが、バンドギャップエネルギー
が同一の場合もあり得る。またＡ層をＡｌ_YＧａ_1-YＮ
（０＜Y≦１）で構成し、Ｂ層をＩｎ_ZＡｌ_1-ZＮ（０＜Z
≦１）で構成すれば、同様にＡ層とＢ層とは組成が異な
るがバンドギャップエネルギーが同一の場合もあり得
る。超格子層はＡｌを含む窒化物半導体層を有していれ
ば良く、組成が異なってバンドギャップエネルギーが同
じ構成でも良い。超格子層を構成する各窒化物半導体層
の膜厚は１００オングストローム以下、さらに好ましく
は７０オングストローム以下、最も好ましくは１０オン
グストローム以上、４０オングストローム以下の範囲に
調整する。１００オングストロームよりも厚いと弾性歪
み限界以上の膜厚となり、膜中に微少なクラック、ある
いは結晶欠陥が入りやすい傾向にある。井戸層、障壁層
の膜厚の下限は特に限定せず１原子層以上であればよい
が１０オングストローム以上に調整することが望まし
い。このように、単一膜厚が１００オングストローム以
下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、最も
好ましくは４０オングストローム以下の互いに組成の異
なる窒化物半導体層を積層成長させた超格子構造とする
と、単一の窒化物半導体層の膜厚が弾性臨界膜厚以下と
なって、結晶性が非常に良くなり、容易に室温で連続発
振する。

【００２２】さらに、超格子層を構成するＡ層、Ｂ層の
窒化物半導体はバンドギャップエネルギーが異なるもの
を積層することが望ましく、超格子層を構成する窒化物
半導体の平均バンドギャップエネルギーを活性層よりも
大きくするように調整することが望ましい。好ましくは
一方の層をＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦１）とし、もう一
方の層をＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０＜Y≦１）で構成すること
により、結晶性のよい超格子層を形成することができ
る。また、ＡｌＧａＮは結晶成長中にクラックが入りや
すい性質を有している。そこで、超格子層を構成するＡ
層を膜厚１００オングストローム以下のＡｌを含まない
窒化物半導体層とすると、Ａｌを含む窒化物半導体より
なるもう一方のＢ層を成長させる際のバッファ層として
作用し、Ｂ層にクラックが入りにくくなる。そのため超
格子層を積層してもクラックのない超格子を形成できる
ので、結晶性が良くなり、素子の寿命が向上する。これ
もまた一方の層をＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦１）とし、
もう一方の層をＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０＜Y≦１）、とした
場合の利点である。

【００２３】さらに超格子を構成する窒化物半導体に不
純物をドープする場合、ｎ型不純物はＡ層、Ｂ層両方の
層にドープすることは言うまでもないが、好ましくバン
ドギャップエネルギーの大きな方の層に多くドープする
か、またはバンドギャップエネルギーの小さな方をアン
ドープとして、バンドギャップエネルギーの大きな方に
ｎ型不純物をドープする方が、閾値電圧、閾値電流が低
下しやすい傾向にある。

【００２４】さらに、このｎ側クラッド層のＡ層とＢ層
とのｎ型不純物濃度が異なる。これはいわゆる変調ドー
プと呼ばれるもので、一方の層のｎ型不純物濃度を小さ
く、好ましくは不純物をドープしない状態（アンドー
プ）として、もう一方を高濃度にドープすると、閾値電
圧、Ｖｆ等を低下させることができる。これは不純物濃
度の低い層を超格子層中に存在させることにより、その
層の移動度が大きくなり、また不純物濃度が高濃度の層
も同時に存在することにより、キャリア濃度が高いまま
で超格子層が形成できることによる。つまり、不純物濃
度が低い移動度の高い層と、不純物濃度が高いキャリア
濃度が大きい層とが同時に存在することにより、キャリ
ア濃度が大きく、移動度も大きい層がクラッド層となる
ために、閾値電圧、Ｖｆが低下すると推察される。

【００２５】バンドギャップエネルギーの大きな窒化物
半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、この変調
ドープにより高不純物濃度層と、低不純物濃度層との間
に二次元電子ガスができ、この二次元電子ガスの影響に
より抵抗率が低下すると推察される。例えば、ｎ型不純
物がドープされたバンドギャップの大きい窒化物半導体
層と、バンドギャップが小さいアンドープの窒化物半導
体層とを積層した超格子層では、ｎ型不純物を添加した
層と、アンドープの層とのヘテロ接合界面で、障壁層側
が空乏化し、バンドギャップの小さい層側の厚さ前後の
界面に電子（二次元電子ガス）が蓄積する。この二次元
電子ガスがバンドギャップの小さい側にできるので、電
子が走行するときに不純物による散乱を受けないため、
超格子の電子の移動度が高くなり、抵抗率が低下する。
なおｐ側の変調ドープも同様に二次元正孔ガスの影響に
よると推察される。またｐ層の場合、ＡｌＧａＮはＧａ
Ｎに比較して抵抗率が高い。そこでＡｌＧａＮの方にｐ
型不純物を多くドープすることにより抵抗率が低下する
ために、超格子層の実質的な抵抗率が低下するので素子
を作製した場合に、閾値が低下する傾向にあると推察さ
れる。

【００２６】一方、バンドギャップエネルギーの小さな
窒化物半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、以
下のような作用があると推察される。例えばＡｌＧａＮ
層とＧａＮ層にＭｇを同量でドープした場合、ＡｌＧａ
Ｎ層ではＭｇのアクセプター準位の深さが大きく、活性
化率が小さい。一方、ＧａＮ層のアクセプター準位の深
さはＡｌＧａＮ層に比べて浅く、Ｍｇの活性化率は高
い。例えばＭｇを１×１０²⁰／cm³ドープしてもＧａＮ
では１×１０¹⁸／cm³程度のキャリア濃度であるのに対
し、ＡｌＧａＮでは１×１０¹⁷／cm³程度のキャリア濃
度しか得られない。そこで、本発明ではＡｌＧａＮ／Ｇ
ａＮとで超格子とし、高キャリア濃度が得られるＧａＮ
層の方に多く不純物をドープすることにより、高キャリ
ア濃度の超格子が得られるものである。しかも超格子と
しているため、トンネル効果でキャリアは不純物濃度の
少ないＡｌＧａＮ層を移動するため、実質的にキャリア
はＡｌＧａＮ層の作用は受けず、ＡｌＧａＮ層はバンド
ギャップエネルギーの高いクラッド層として作用する。
従って、バンドギャップエネルギーの小さな方の窒化物
半導体層に不純物を多くドープしても、レーザ素子、Ｌ
ＥＤ素子の閾値を低下させる上で非常に効果的である。
なおこの説明はｐ型層側に超格子を形成する例について
説明したが、ｎ層側に超格子を形成する場合において
も、同様の効果がある。

【００２７】バンドギャップエネルギーが大きい窒化物
半導体層にｎ型不純物を多くドープする場合、バンドギ
ャップエネルギーが大きい窒化物半導体層への好ましい
ドープ量としては、１×１０¹⁷／cm³〜１×１０²¹／c
m³、さらに好ましくは１×１０ ¹⁸／cm³〜５×１０¹⁹／c
m³の範囲に調整する。１×１０¹⁷／cm³よりも少ない
と、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層
との差が少なくなって、キャリア濃度の大きい層が得ら
れにくい傾向にあり、また１×１０²¹／cm³よりも多い
と、素子自体のリーク電流が多くなりやすい傾向にあ
る。一方、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半
導体層のｎ型不純物濃度はバンドギャップエネルギーの
大きい窒化物半導体層よりも少なければ良く、好ましく
は１／１０以上少ない方が望ましい。最も好ましくはア
ンドープとすると最も移動度の高い層が得られるが、膜
厚が薄いため、バンドギャップエネルギーの大きい窒化
物半導体側から拡散してくるｎ型不純物があり、その量
は１×１０¹⁹／cm³以下が望ましい。ｎ型不純物として
はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第IVＢ族、VI
Ｂ族元素を選択し、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓをｎ型不
純物とする。この作用は、バンドギャップエネルギーが
大きい窒化物半導体層にｎ型不純物を少なくドープし
て、バンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体層
にｎ型不純物を多くドープする場合も同様である。以
上、超格子層に不純物を好ましく変調ドープする場合に
ついて述べたが、バンドギャップエネルギーが大きい窒
化物半導体層とバンドギャップエネルギーが小さい窒化
物半導体層との不純物濃度を等しくすることもできる。

【００２８】（ｎ側光ガイド層６＝第４の層）ここで本
発明の特徴である第４の層について述べる。ｎ側光ガイ
ド層６は、活性層の光ガイド層として作用し、活性層７
よりもバンドギャップエネルギーが大きく、ｎ側クラッ
ド層５よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物
半導体層で構成し、好ましくはＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０≦X
＜１）で形成する。ｎ側光ガイド層６は通常１００オン
グストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オング
ストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望まし
い。レーザ素子の場合、ｎ側光ガイド層６を不純物をド
ープしないアンドープの層とする。アンドープの層は不
純物をドープした層に比較して、結晶欠陥を少なく成長
できる。このため、活性層を成長させる前にアンドープ
層を設けることにより、アンドープ層の上に成長させる
活性層の結晶性も良くなるために、レーザ素子が長寿命
となる。さらに窒化物半導体のアンドープの層は、不純
物をドープした層に比較して光の吸収が少ない。そのた
め活性層の発光が、ほとんど吸収されずにクラッド層で
閉じ込められて、この光ガイド層で吸収されずに導波さ
れるため低閾値で発振する。このｎ側光ガイド層６はア
ンドープの層が最も好ましいが、ｎ側クラッド層５から
拡散してくるｎ型不純物を含んでいても良い。

【００２９】（活性層７）活性層７は、Ｉｎを含む窒化
物半導体よりなる井戸層を有するＳＱＷ、若しくはＭＱ
Ｗとする。井戸層は例えばＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０＜X≦
１）で構成することが望ましい。井戸層の好ましい膜厚
は１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０
オングストローム以下、最も好ましくは５０オングスト
ローム以下に調整する。ＭＱＷでは、井戸層の膜厚範囲
はＳＱＷの場合と同じであるが、障壁層は井戸層よりも
バンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体、例え
ばＩｎ _YＧａ_1-YＮ（０≦Y＜１、X＞Y）若しくは、Ａｌ_a
Ｇａ_1-aＮ（０＜a≦１）で構成することが望ましい。障
壁層の好ましい膜厚は１５０オングストローム以下、さ
らに好ましくは１００オングストローム以下、最も好ま
しくは７０オングストローム以下に調整する。なお、本
発明の素子をＬＥＤに適用する場合、Ｖｆ（順方向電
圧）を低下させるためには、活性層はＳＱＷか、若しく
は井戸層が５以下のＭＱＷにすることが望ましい。また
活性層に不純物をドープする場合には、井戸層、障壁層
両方にドープしても良く、いずれか一方にドープしても
よい。

【００３０】（ｐ側キャップ層８＝第５の層）ｐ側キャ
ップ層８はバンドギャップエネルギーが大きく、さらに
ｐ側光ガイド層９よりもバンドギャップエネルギーが大
きい窒化物半導体層を、０．１μｍ以下、さらに好まし
くは５００オングストローム以下、最も好ましくは３０
０オングストローム以下の膜厚で形成する。０．１μｍ
より厚い膜厚で成長させると、ｐ側キャップ層８中にク
ラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層
が成長しにくいからである。またキャリアがこのエネル
ギーバリアをトンネル効果により通過できなくなる傾向
にある。窒化物半導体としてはＡｌを含む窒化物半導
体、好ましくはＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０＜Y≦１）で形成
し、例えば、Y値が０．２以上のＡｌ_YＧａ_1-YＮであれ
ば５００オングストローム以下に調整することが望まし
い。ｐ側キャップ層８の膜厚の下限は特に限定しない
が、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが
望ましい。このｐ型キャップ層にドープする不純物はｐ
型不純物が望ましいが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物を
ドープしてキャリアが補償されたｉ型としても良く、ま
たアンドープでも良いが、最も好ましくはｐ型不純物を
ドープしたｐ型半導体とする。

【００３１】（ｐ側光ガイド層９＝第２の層）ｐ側光ガ
イド層９はｎ側光ガイド層６と同じく、活性層の光ガイ
ド層として作用し、活性層７よりもバンドギャップエネ
ルギーが大きく、ｐ側クラッド層１０よりもバンドギャ
ップエネルギーの小さい窒化物半導体層で構成し、好ま
しくはＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０≦X＜１）で形成する。同じ
くｐ側光ガイド層９も通常１００オングストローム〜５
μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μ
ｍの膜厚で成長させることが望ましい。このｐ側光ガイ
ド層９はアンドープの層とする。ｐ側光ガイド層９をア
ンドープとすることにより、ｎ型側光ガイド層６と同じ
く結晶欠陥が少ない層が成長できるので、このアンドー
プ層の上に成長させるｐ側クラッド層１０の結晶性を良
くする。さらに活性層の発光がこの光ガイド層で吸収さ
れずに導波されるため低閾値で発振する。このｐ側光ガ
イド層９はアンドープの層が最も好ましいが、ｐ側クラ
ッド層１０、ｐ側キャップ層８から拡散するｐ型不純物
を含んでいても良い。

【００３２】（ｐ側クラッド層１０＝第１の層）ｐ側ク
ラッド層１０も、ｎ側クラッド層５と同じく、キャリア
閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、ｐ型不純
物をドープした少なくともＡｌを含む窒化物半導体層で
形成し、望ましくは、本発明の請求項６に記載したよう
に、Ａｌを含む窒化物半導体層を有する超格子構造とす
る。ｐ型不純物濃度は１×１０¹⁷／cm³〜５×１０²¹／c
m³の範囲、さらに好ましくは、１×１０¹⁸／cm³〜５×
１０²⁰／cm³に調整することが望ましい。ｐ側クラッド
層１０全体の膜厚は１００オングストローム以上、２μ
ｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以
上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。

【００３３】ｐ側クラッド層１０を超格子構造とする場
合も、ｎ側クラッド層５と同じく、超格子層を構成する
窒化物半導体層は互いに組成が異なる窒化物半導体で構
成されていれば良く、バンドギャップエネルギーが異な
っていても、同一でもかまわない。また、超格子層はＡ
ｌを含む窒化物半導体層を有していれば良く、組成が異
なってバンドギャップエネルギーが同じ構成でも良い。
超格子層を構成する各窒化物半導体層の膜厚は１００オ
ングストローム以下、さらに好ましくは７０オングスト
ローム以下、最も好ましくは１０オングストローム以
上、４０オングストローム以下の範囲に調整する。

【００３４】さらに、超格子層を構成する窒化物半導体
はバンドギャップエネルギーが異なるものを積層するこ
とが望ましく、超格子層を構成する窒化物半導体の平均
バンドギャップエネルギーを活性層よりも大きくするよ
うに調整することが望ましい。好ましくは一方の層をＩ
ｎ_XＧａ_1-XＮ（０≦X≦１）とし、もう一方の層をＡｌ_Y
Ｇａ_1-YＮ（０＜Y≦１）で構成することにより、結晶性
のよい超格子層を形成することができる。

【００３５】ｐ側クラッド層１７の超格子層のＡ層とＢ
層とのｐ型不純物濃度が異なり、一方の層の不純物濃度
を大きく、もう一方の層の不純物濃度を小さくする（変
調ドープ）。ｎ側クラッド層と同様に、バンドギャップ
エネルギーの大きな窒化物半導体層の方のｐ型不純物濃
度を大きくして、バンドギャップエネルギーの小さなｐ
型不純物濃度を小さく、好ましくはアンドープとする
と、閾値電圧、Ｖｆ等を低下させることができる。また
その逆でも良い。つまりバンドギャップエネルギーの大
きな窒化物半導体層のｐ型不純物濃度を小さくして、バ
ンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層のｐ型
不純物濃度を大きくしても良い。理由は先に述べたとお
りである。

【００３６】バンドギャップエネルギーの大きな窒化物
半導体層への好ましいドープ量としては１×１０¹⁸／cm
³〜５×１０²¹／cm³、さらに好ましくは１×１０¹⁹／cm
³〜５×１０²⁰／cm³の範囲に調整する。１×１０¹⁸／cm
³よりも少ないと、同様にバンドギャップエネルギーの
小さな窒化物半導体層との差が少なくなって、同様にキ
ャリア濃度の大きい層が得られにくい傾向にあり、また
５×１０²¹／cm³よりも多いと、結晶性が悪くなる傾向
にある。一方、バンドギャップエネルギーの小さな窒化
物半導体層のｐ型不純物濃度はバンドギャップエネルギ
ーの大きな窒化物半導体層よりも少なければ良く、好ま
しくは１／１０以上少ない方が望ましい。最も好ましく
はアンドープとすると最も移動度の高い層が得られる
が、膜厚が薄いため、バンドギャップエネルギーの大き
な窒化物半導体側から拡散してくるｐ型不純物があり、
その量は１×１０²⁰／cm³以下が望ましい。ｐ型不純物
としてはＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の周期律表第IIＡ
族、IIＢ族元素を選択し、好ましくはＭｇ、Ｃａ等をｐ
型不純物とする。この作用は、バンドギャップエネルギ
ーが大きい窒化物半導体層にｐ型不純物を少なくドープ
して、バンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体
層にｐ型不純物を多くドープする場合も同様である。

【００３７】さらにまた超格子を構成する窒化物半導体
層において、不純物が高濃度にドープされる層は、厚さ
方向に対し、半導体層中心部近傍の不純物濃度が大き
く、両端部近傍の不純物濃度が小さく（好ましくはアン
ドープ）することが望ましい。具体的に説明すると、例
えばｎ型不純物としてＳｉをドープしたＡｌＧａＮと、
アンドープのＧａＮ層とで超格子層を形成した場合、Ａ
ｌＧａＮはＳｉをドープしているのでドナーとして電子
を伝導帯に出すが、電子はポテンシャルの低いＧａＮの
伝導帯に落ちる。ＧａＮ結晶中にはドナー不純物をドー
プしていないので、不純物によるキャリアの散乱を受け
ない。そのため電子は容易にＧａＮ結晶中を動くことが
でき、実質的な電子の移動度が高くなる。これは前述し
た二次元電子ガスの効果と類似しており、電子横方向の
実質的な移動度が高くなり、抵抗率が小さくなる。さら
に、バンドギャップエネルギーの大きいＡｌＧａＮの中
心領域にｎ型不純物を高濃度にドープすると効果はさら
に大きくなる。即ちＧａＮ中を移動する電子によって
は、ＡｌＧａＮ中に含まれるｎ型不純物イオン（この場
合Ｓｉ）の散乱を多少とも受ける。しかしＡｌＧａＮ層
の厚さ方向に対して両端部をアンドープとするとＳｉの
散乱を受けにくくなるので、さらにアンドープＧａＮ層
の移動度が向上するのである。作用は若干異なるが、ｐ
層側のバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体
層とバンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層
とで超格子を構成した場合も類似した効果があり、バン
ドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体層の中心領
域に、ｐ型不純物を多くドープし、両端部を少なくする
か、あるいはアンドープとすることが望ましい。一方、
バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層にｎ
型不純物を多くドープした層を、前記不純物濃度の構成
とすることもできる。超格子層は、少なくともｐ側層に
あることが好ましく、ｐ側層に超格子層があるとより閾
値が低下し好ましい。

【００３８】本発明のように、量子構造の井戸層を有す
る活性層を有するダブルへテロ構造の半導体素子の場
合、その活性層７に接して、活性層７よりもバンドギャ
ップエネルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下の窒化物半
導体よりなるキャップ層８、好ましくはＡｌを含む窒化
物半導体よりなるｐ側キャップ層８を設け、そのｐ側キ
ャップ層８よりも活性層から離れた位置に、ｐ側キャッ
プ層８よりもバンドギャップエネルギーが小さい、アン
ドープのｐ側光ガイド層９を設け、そのｐ側光ガイド層
９よりも活性層から離れた位置に、ｐ側光ガイド層９よ
りもバンドギャップが大きい窒化物半導体、好ましくは
Ａｌを含む窒化物半導体を含む超格子構造を有するｐ側
クラッド層１０を設けることは非常に好ましい。しかも
ｐ側キャップ層８の膜厚を０．１μｍ以下と薄く設定し
て、極端にバンドギャップエネルギーを大きくしてある
ため、ｎ層から注入された電子が、このｐ型キャップ層
８で阻止されて閉じ込められ、電子が活性層をオーバー
フローしないために、素子のリーク電流が少なくなる。

【００３９】（ｐ側コンタクト層１１）ｐ側コンタクト
層１１はｐ型のＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦
Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇ
をドープしたＧａＮ、若しくはＭｇをドープしたY値が
０．１以下のＡｌ_YＧａ_1-YＮとすれば、正電極２０と最
も好ましいオーミック接触が得られる。ｐ側コンタクト
層２０の膜厚は５００オングストローム以下、さらに好
ましくは３００オングストローム以下、最も好ましくは
２００オングストローム以下に調整することが望まし
い。なぜなら、抵抗率が高いｐ型窒化物半導体層の膜厚
を５００オングストローム以下に調整することにより、
さらに抵抗率が低下するため、閾値での電流、電圧が低
下する。またアニール時にｐ型層から除去される水素が
多くなって抵抗率が低下しやすい傾向にある。さらに、
このｐ側コンタクト層１１を薄くする効果には、次のよ
うなことがある。例えば、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ側
クラッド層に、膜厚が５００オングストロームより厚い
ｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層が接して形成され
ており、仮にクラッド層とコンタクト層の不純物濃度が
同じで、キャリア濃度が同じである場合、ｐ側コンタク
ト層の膜厚を５００オングストロームよりも薄くする
と、クラッド層側のキャリアがコンタクト層側に移動し
やすくなって、ｐ側コンタクト層のキャリア濃度が高く
なる傾向にある。そのため正電極２０を形成するｐ側コ
ンタクト層１１のキャリア濃度が実質的に高くなって、
良好なオーミックが得られる。

【００４０】

【実施例】以下、図１を元に本発明の実施例を説明す
る。以下の実施例はＭＯＶＰＥによるものであるが本発
明の素子はＭＯＶＰＥだけではなく、例えばＭＢＥ（分
子線気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）
等、窒化物半導体を成長させるのに知られている従来の
方法を用いることができる。

【００４１】［実施例１］サファイア（Ｃ面）よりなる
基板１を反応容器内にセットし、容器内を水素で十分置
換した後、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃
まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。

【００４２】（第１のバッファ層２）続いて、温度を５
１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアン
モニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板
１上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００オングス
トロームの膜厚で成長させる。

【００４３】（第２のバッファ層２’）バッファ層２成
長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇さ
せる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭ
Ｇ、アンモニアガスを用い、アンドープのＧａＮを４μ
ｍの膜厚で成長させる。

【００４４】（ｎ側コンタクト層３）続いて、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを
用い、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープしたｎ型ＧａＮよ
りなるｎ側コンタクト層３を２μｍの膜厚で成長させ
る。

【００４５】（クラック防止層４）次に、温度を８００
℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルイン
ジウム）、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×
１０¹⁹／cm³ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラ
ック防止層４を５００オングストロームの膜厚で成長さ
せる。

【００４６】（ｎ側クラッド層５）次に温度を１０５０
℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム）、ＴＭＧ、ＮＨ₃、ＳｉＨ₄を用い、Ｓｉを１×１０
¹⁹／cm³ドープしたｎ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ
層を２０オングストロームと、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³
ドープしたｎ型ＧａＮよりなるＢ層を２０オングストロ
ーム成長させる。そしてこのペアを１２５回成長させ、
総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の超格
子構造よりなるｎ側クラッド層５を成長させる。

【００４７】（ｎ側光ガイド層６）不純物ガスを止め、
１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層
６を０．２μｍの膜厚で成長させる。

【００４８】（活性層７）次に、原料ガスにＴＭＧ、Ｔ
ＭＩ、アンモニア、シランガスを用いて活性層７を成長
させる。活性層７は温度を８００℃に保持して、まずＳ
ｉを８×１０¹⁸／cm³でドープしたＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよ
りなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、Ｓｉを８×１０¹⁸／cm³ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.9
5Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成
長させる。この操作を２回繰り返し、最後に井戸層を積
層した多重量子井戸構造とする。

【００４９】（ｐ側キャップ層８）次に、温度を１０５
０℃に上げ、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
１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎより
なるｐ側キャップ層８を３００オングストロームの膜厚
で成長させる。

【００５０】（ｐ側光ガイド層９）不純物ガスを止め、
１０５０℃で、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド
層９を０．２μｍの膜厚で成長させる。

【００５１】（ｐ側クラッド層１０）続いて１０５０℃
で、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ0.20Ｇ
ａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オングストロームと、Ｍｇ
を１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるＢ層
を２０オングストローム成長させる。そしてこのペアを
１２５回成長させ、総膜厚０．５μｍ（５０００オング
ストローム）の超格子構造のｐ側クラッド層１０を成長
させる。

【００５２】（ｐ側コンタクト層１１）最後に、ｐ側ク
ラッド層１０の上に、１０５０℃で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１
１を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。

【００５３】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。

【００５４】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、ＲＩＥ装置でエッチングを行い、図１に示す
ように最上層のｐ側コンタクト層１１と、ｐ側クラッド
層１０とをエッチングして、４μｍのストライプ幅を有
するリッジストライプを形成する。リッジストライプを
形成する際は、予めストライプ幅の中心が後に形成する
負電極２２に接近しているように設計する。リッジスト
ライプを形成する場合、特に活性層よりも上にあるＡｌ
を含むｐ型窒化物半導体層以上の層をリッジ形状とする
ことにより、活性層の発光がリッジ下部に集中して、横
モードが単一化しやすく、閾値が低下しやすい。また本
実施例にように、絶縁性基板を使用した場合には、リッ
ジ部のストライプの中央を活性層のストライプの中央と
ずらして、負電極２２側に接近させる方が閾値を低下さ
せる上で好ましい。

【００５５】次に、リッジストライプの表面と、露出し
ているｐ側クラッド層１０の表面とにマスクを形成し、
同じくＲＩＥでエッチングを行い、図１に示すように負
電極２２を形成すべきｎ側コンタクト層３の表面を露出
させる。表面露出後、図１に示すように、最上層にある
ｐ側コンタクト層１１のリッジストライプの最上層全面
に、Ｎｉ／Ａｕよりなる正電極２０を、５００オングス
トロームの膜厚で形成する。

【００５６】次に、先ほど露出させたｎ側コンタクト層
３表面に、ＴｉとＡｌよりなる負電極２２をリッジスト
ライプと平行に０．５μｍの膜厚で形成する。なお、ｎ
側コンタクト層３と好ましいオーミックが得られる負電
極２２の材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、
Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金を挙げることができ
る。

【００５７】次に、正電極２０及び負電極２２を形成し
た位置を除く窒化物半導体層の表面全面にＳｉＯ₂より
なる絶縁膜１２を０．５μｍの膜厚で形成する。絶縁膜
１２形成後、正電極２０の上にその正電極２０と電気的
に接続したＲｕとＡｕとを含む取出用のパッド電極２１
を、絶縁膜１２を介して、正電極の表面積よりも広い面
積で、２μｍの膜厚で形成する。パッド電極２１はｐ側
コンタクト層１１とオーミック接触が得られていなくて
も良く、単に正電極２０と電気的に接続するだけでよ
い。パッド電極２１は、正電極２０よりも膜厚を厚くし
て、正電極の剥がれを防止すると共に、表面積を正電極
よりも大きくしてあるため、本実施例のようなレーザ素
子のような場合には、正電極側にパッド電極からワイヤ
ーボンディングするのを容易にすると共に、また正電極
側をヒートシンク、サブマウントのような放熱体に接続
する際に、接着面積を大きくして放熱性を向上させる。

【００５８】以上のようにして、負電極２２と正電極２
０とを形成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモ
ンド研磨剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側
の基板１をラッピングし、基板の厚さを１００μｍとす
る。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で１μｍポリシ
ングして基板表面を鏡面状とする。このように基板の厚
さを１００μｍ以下に薄くすることによって、レーザ素
子の放熱性が高まる。

【００５９】基板研磨後、研磨面側をスクライブして、
リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開
面に共振器長５００μｍの共振器を作製する。さらに共
振器面にＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりなる誘電体多層膜を形成
し、最後にリッジストライプに平行な方向で、バーを切
断してレーザチップとする。

【００６０】最後に、このレーザチップをフェースアッ
プ（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシ
ンクに設置し、それぞれの電極を金線よりなるワイヤー
２８でボンディングする。なおワイヤーボンディング時
の位置は、図２に示すようにリッジストライプの位置か
ら離れた位置とする。リッジストライプの真上を避ける
ことにより、リッジ部に衝撃を与えないので、リッジ部
の結晶が破壊されない。そして、このレーザチップのレ
ーザ発振を試みたところ、室温において、発振波長４０
５ｎｍの連続発振が確認された。なお本発明のレーザ素
子は、ｎ側光ガイド層にＳｉを１×１０¹⁹／cm³ドープ
し、さらにｐ側光ガイド層９にＭｇを１×１０²⁰／cm³
ドープしたレーザ素子に比較して、閾値電流密度が５％
低下し、寿命は１．２倍以上であった。

【００６１】［実施例２］実施例１において、ｎ側光ガ
イド層６成長時に、不純物ガスにシランを流し、Ｓｉを
１×１０¹⁹／cm³ドープしたＧａＮを０．２μｍの膜厚
で成長させる他は実施例１と同様にしてレーザ素子を得
たところ、実施例１とほぼ同等の特性を有するレーザ素
子が作製できた。

【００６２】［実施例３］実施例１において、ｐ側光ガ
イド層９成長時に、不純物ガスにＣｐ2Ｍｇを流し、Ｍ
ｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたＧａＮを０．２μｍの
膜厚で成長させる他は実施例１と同様にしてレーザ素子
を得たところ、実施例１とほぼ同等の特性を有するレー
ザ素子が作製できた。

【００６３】［実施例４］実施例１において、ｎ側クラ
ッド層５成長時に、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープした
ｎ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オングスト
ロームと、アンドープのＧａＮよりなるＢ層を２０オン
グストローム成長させて、このペアを１２５回成長さ
せ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の
超格子構造よりなるｎ側クラッド層５を成長させる他は
実施例１と同様にしてレーザ素子を得たところ、実施例
１のものに比較して、若干閾値電流密度が低下し、寿命
も長くなった。

【００６４】［実施例５］実施例１において、ｐ側クラ
ッド層１０成長時に、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープし
たｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オングス
トロームと、アンドープのＧａＮよりなるＢ層を２０オ
ングストローム成長させて、このペアを１２５回成長さ
せ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の
超格子構造よりなるｐ側クラッド層１０を成長させる他
は実施例１と同様にしてレーザ素子を得たところ、実施
例１のものに比較して、若干閾値電流密度が低下し、寿
命も長くなった。

【００６５】［実施例６］実施例１において、ｎ側クラ
ッド層５成長時に、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープした
ｎ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オングスト
ロームと、アンドープのＧａＮよりなるＢ層を２０オン
グストローム成長させて、このペアを１２５回成長さ
せ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の
超格子構造よりなるｎ側クラッド層５を成長させ、ま
た、ｐ側クラッド層１０成長時に、Ｍｇを１×１０²⁰／
cm³ドープしたｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を
２０オングストロームと、アンドープのＧａＮよりなる
Ｂ層を２０オングストローム成長させて、このペアを１
２５回成長させ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングス
トローム）の超格子構造よりなるｎ側クラッド層１０を
成長させる他は実施例１と同様にしてレーザ素子を得た
ところ、実施例１のものに比較して、若干閾値電流密度
が低下し、寿命も長くなった。

【００６６】［実施例７］実施例１において、ｎ側クラ
ッド層５成長時に、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープした
ＧａＮよりなるＢ層を２０オングストロームと、アンド
ープのＡｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オングス
トローム成長させて、このペアを１２５回成長させ、総
膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の超格子
構造よりなるｎ側クラッド層５を成長させ、また、ｐ側
クラッド層１０成長時に、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドー
プしたＧａＮよりなるＢ層を２０オングストロームと、
アンドープのＡｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オ
ングストローム成長させて、このペアを１２５回成長さ
せ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の
超格子構造よりなるｐ側クラッド層１０を成長させる他
は実施例１と同様にしてレーザ素子を得たところ、実施
例１のものに比較して、若干閾値電流密度が低下し、寿
命も長くなった。

【００６７】

【発明の効果】ヘテロエピタキシャル成長される窒化物
半導体は、他の材料に比べて、基本的に結晶欠陥が多
い。しかしながら、本発明によると、活性層とｎ型不純
物がドープされた窒化物半導体層との間、及び／又は活
性層とｐ型不純物がドープされた窒化物半導体層との間
に、アンドープの窒化物半導体層を有することにより、
アンドープ層が結晶欠陥をその層で改善するような作用
があるため、窒化物半導体素子の結晶欠陥を少なくする
と考えられる。そのためレーザ素子のような過酷な条件
で使用される半導体素子に本発明を適用すると、素子自
体の寿命を向上させることができる。さらにレーザ素子
ではアンドープ層の導波性が良くなるために閾値を低下
させることもできる。

【００６８】なお、本明細書ではレーザ素子について説
明したが、本発明は窒化物半導体素子の結晶性を良くす
るためのものであるため、レーザ素子だけではなく、Ｌ
ＥＤ、受光素子等、窒化物半導体デバイスであればどの
ようなものにでも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る窒化物半導体素子の構
造を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１・・・・基板２・・・・第１のバッファ層２’・・・第２のバッファ層３・・・・ｎ側コンタクト層４・・・・クラック防止層５・・・・ｎ側クラッド層６・・・・ｎ側光ガイド層７・・・・活性層８・・・・キャップ層９・・・・ｐ側光ガイド層１０・・・・ｐ側クラッド層１１・・・・ｐ側コンタクト層１２・・・・絶縁膜２０・・・・正電極２１・・・・パッド電極２２・・・・負電極２３・・・・ワイヤー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層と、ｐ型不純物がドープされた窒
化物半導体よりなる第１の層との間に、ｐ型不純物がド
ープされていないか、若しくはｐ型不純物濃度が第１の
層よりも小さい窒化物半導体よりなる第２の層を有する
ことを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】活性層と、ｎ型不純物がドープされた窒
化物半導体よりなる第３の層との間に、ｎ型不純物がド
ープされていないか、若しくはｎ型不純物濃度が第３の
層よりも小さい窒化物半導体よりなる第４の層を有する
ことを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項３】活性層と、ｐ型不純物がドープされた窒
化物半導体よりなる第１の層との間に、ｐ型不純物がド
ープされていないか、若しくはｐ型不純物濃度が第１の
層よりも小さい窒化物半導体よりなる第２の層を有し、
さらに前記活性層と、ｎ型不純物がドープされた窒化物
半導体よりなる第３の層との間に、ｎ型不純物がドープ
されていないか、若しくはｎ型不純物濃度が第３の層よ
りも小さい窒化物半導体よりなる第４の層を有すること
を特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項４】前記活性層が、インジウムを含む窒化物
半導体よりなる井戸層を有する単一量子井戸構造、若し
くは多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１
乃至３の内のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】前記第１の層と第２の層との間に、活性
層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、かつ第２
の層よりもバンドギャップエネルギーが小さい、ｐ型不
純物がドープされた膜厚０．５μｍ以下のアルミニウム
を含む窒化物半導体よりなる第５の層を有することを特
徴とする請求項１または請求項３に記載の窒化物半導体
素子。
【請求項６】前記第１の層がアルミニウムを含む窒化
物半導体層を有する超格子構造であることを特徴とする
請求項１または３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】前記第３の層がアルミニウムを含む窒化
物半導体層を有する超格子構造であることを特徴とする
請求項２または３に記載の窒化物半導体素子。