JPH1140893A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 格子整合しない基板上にも高品質な高Ａｌ組
成のＡｌＧａＮ層を低歪みで形成することができ、短波
長発光素子の素子特性の向上をはかる。 【解決手段】 単結晶基板上にＧａＮ系化合物半導体層
を積層してなる半導体発光素子において、単結晶ＳｉＣ
基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０３と、ＡｌＮよ
りも格子定数の大きいＧａＮ格子歪み緩和層１０５を順
に積層し、さらにＧａＮ格子歪み緩和層１０５上にＡｌ
Ｎよりも格子定数が大きくＧａＮよりも格子定数が小さ
いｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層１０７を積層した層構造
を有し、かつＧａＮ格子歪み緩和層１０５膜厚を０．０
１μｍから０．５μｍの間に設定した。
成のＡｌＧａＮ層を低歪みで形成することができ、短波
長発光素子の素子特性の向上をはかる。 【解決手段】 単結晶基板上にＧａＮ系化合物半導体層
を積層してなる半導体発光素子において、単結晶ＳｉＣ
基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０３と、ＡｌＮよ
りも格子定数の大きいＧａＮ格子歪み緩和層１０５を順
に積層し、さらにＧａＮ格子歪み緩和層１０５上にＡｌ
Ｎよりも格子定数が大きくＧａＮよりも格子定数が小さ
いｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層１０７を積層した層構造
を有し、かつＧａＮ格子歪み緩和層１０５膜厚を０．０
１μｍから０．５μｍの間に設定した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体材料
を用いた半導体発光素子に係わり、特にＧａＮ系化合物
半導体材料を用いた短波長半導体発光素子及びその製造
方法に関する。
を用いた半導体発光素子に係わり、特にＧａＮ系化合物
半導体材料を用いた短波長半導体発光素子及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒素を含むIII-Ｖ族化合物半導体のーつ
であるＧａＮは、バンドギャップが３．４ｅＶと大き
く、また直接遷移型であり、短波長発光素子用材料とし
て期待されている。しかし、格子整合する良質な基板が
ないため、便宜上、サファイア基板上に成長することが
多く、この場合、サファイアとＧａＮは格子不整合が１
５％程度と大きいために島状に成長しやすい。さらに、
良質なＧａＮ層を成長するために膜厚を厚くすると、サ
ファイア基板とＧａＮ間の熱膨張差により冷却時に転位
が増大したりひび割れが生するために、高品質の膜を成
長するのは困難であった。
であるＧａＮは、バンドギャップが３．４ｅＶと大き
く、また直接遷移型であり、短波長発光素子用材料とし
て期待されている。しかし、格子整合する良質な基板が
ないため、便宜上、サファイア基板上に成長することが
多く、この場合、サファイアとＧａＮは格子不整合が１
５％程度と大きいために島状に成長しやすい。さらに、
良質なＧａＮ層を成長するために膜厚を厚くすると、サ
ファイア基板とＧａＮ間の熱膨張差により冷却時に転位
が増大したりひび割れが生するために、高品質の膜を成
長するのは困難であった。
【０００３】格子不整合の影響を緩和するために、サフ
ァイア基板上に極薄膜のアモルファス状又は多結晶のＡ
ｌＮ又はＧａＮを低温成長によりバッファ層として形成
した後、その上にＧａＮ層を形成する方法が用いられて
いる。この方法では、アモルファス状又は多結晶の層が
熱歪を緩和し、バッファ層内部に含まれている微結晶が
１０００℃の高温時に方位の揃った種結晶となり結晶品
質が向上すると考えられている。
ァイア基板上に極薄膜のアモルファス状又は多結晶のＡ
ｌＮ又はＧａＮを低温成長によりバッファ層として形成
した後、その上にＧａＮ層を形成する方法が用いられて
いる。この方法では、アモルファス状又は多結晶の層が
熱歪を緩和し、バッファ層内部に含まれている微結晶が
１０００℃の高温時に方位の揃った種結晶となり結晶品
質が向上すると考えられている。
【０００４】しかし、この方法を用いた場合にも格子不
整合による高密度の貫通転移が存在し、残留歪みのため
に、例えば半導体レーザのクラッド層に必要な１５％以
上のＡｌ組成のＡｌＧａＮ層やＡｌＧａＩｎＮ層等を
０．５μｍ以上の厚さに成長する場合にはひび割れの発
生を避けられなかった。ＡｌＧａＮ層やＡｌＧａＩｎＮ
層の厚さが０．２μｍ以下の場合には明確なひび割れは
認められないが、原子間力表面顕微鏡などで観測される
微細なひびが存在し、基板が絶縁物であり層と平行方向
に電流を流す場合の抵抗となったり、寿命特性を劣化さ
せる。
整合による高密度の貫通転移が存在し、残留歪みのため
に、例えば半導体レーザのクラッド層に必要な１５％以
上のＡｌ組成のＡｌＧａＮ層やＡｌＧａＩｎＮ層等を
０．５μｍ以上の厚さに成長する場合にはひび割れの発
生を避けられなかった。ＡｌＧａＮ層やＡｌＧａＩｎＮ
層の厚さが０．２μｍ以下の場合には明確なひび割れは
認められないが、原子間力表面顕微鏡などで観測される
微細なひびが存在し、基板が絶縁物であり層と平行方向
に電流を流す場合の抵抗となったり、寿命特性を劣化さ
せる。
【０００５】特に基板として、ＧａＮと格子定数が近い
ＳｉＣを用いた場合には、へテロ界面での歪みが小さい
ために転位の運動が遅くかえって残留歪みが大きい。ま
た、ＳｉＣ基板はサファイア基板に比べて劈開しやすい
ために、基板そのものにひび割れが生じやすい。
ＳｉＣを用いた場合には、へテロ界面での歪みが小さい
ために転位の運動が遅くかえって残留歪みが大きい。ま
た、ＳｉＣ基板はサファイア基板に比べて劈開しやすい
ために、基板そのものにひび割れが生じやすい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、サフ
ァイアやＳｉＣ等の単結晶基板上にＧａＮ系化合物半導
体を成長して短波長の半導体発光素子を作成しても、基
板と半導体結晶層との格子不整合のために、半導体結晶
に歪みが残り、高品質な結晶を成長することは困難であ
った。特に、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮやＡｌＧａＩｎ
Ｎ層を低歪みで形成することは困難であり、これが短波
長半導体発光素子の特性を劣化させる要因となってい
た。
ァイアやＳｉＣ等の単結晶基板上にＧａＮ系化合物半導
体を成長して短波長の半導体発光素子を作成しても、基
板と半導体結晶層との格子不整合のために、半導体結晶
に歪みが残り、高品質な結晶を成長することは困難であ
った。特に、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮやＡｌＧａＩｎ
Ｎ層を低歪みで形成することは困難であり、これが短波
長半導体発光素子の特性を劣化させる要因となってい
た。
【０００７】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、格子整合しない基板
上にも高品質な高Ａｌ組成のＡｌＧａＮ層やＡｌＧａＩ
ｎＮ層を低歪みで形成することができ、素子特性の向上
をはかり得る半導体発光素子及びその製造方法を提供す
ることにある。
もので、その目的とするところは、格子整合しない基板
上にも高品質な高Ａｌ組成のＡｌＧａＮ層やＡｌＧａＩ
ｎＮ層を低歪みで形成することができ、素子特性の向上
をはかり得る半導体発光素子及びその製造方法を提供す
ることにある。
【０００８】
（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、単結晶基板上に
ＧａＮ系化合物半導体層を積層してなる半導体発光素子
において、前記単結晶基板上に、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，
又はＳｉＣからなりバッファ層として機能する第１の半
導体層と、この第１の半導体層よりも格子定数の大きい
ＧａＮ，ＧａＩｎＮ，又はＡｌＧａＮからなり格子歪み
緩和層として機能する第２の半導体層とを順に積層し、
第２の半導体層上に第１の半導体層よりも格子定数が大
きく第２の半導体層よりも格子定数が小さいＡｌＧａＮ
又はＡｌＧａＩｎＮからなり素子形成層として機能する
第３の半導体層を積層した層構造を有し、かつ第２の半
導体層の膜厚を０．０１μｍから０．５μｍの間に設定
してなることを特徴とする。
な構成を採用している。即ち本発明は、単結晶基板上に
ＧａＮ系化合物半導体層を積層してなる半導体発光素子
において、前記単結晶基板上に、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，
又はＳｉＣからなりバッファ層として機能する第１の半
導体層と、この第１の半導体層よりも格子定数の大きい
ＧａＮ，ＧａＩｎＮ，又はＡｌＧａＮからなり格子歪み
緩和層として機能する第２の半導体層とを順に積層し、
第２の半導体層上に第１の半導体層よりも格子定数が大
きく第２の半導体層よりも格子定数が小さいＡｌＧａＮ
又はＡｌＧａＩｎＮからなり素子形成層として機能する
第３の半導体層を積層した層構造を有し、かつ第２の半
導体層の膜厚を０．０１μｍから０．５μｍの間に設定
してなることを特徴とする。
【０００９】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 第２の半導体層の膜厚は、第１及び第３の半導体層
のいずれよりも薄いこと。 (2) 第２の半導体層はＧａＮからなり、その膜厚が０．
０５〜０．１５μｍであること。
は次のものがあげられる。 (1) 第２の半導体層の膜厚は、第１及び第３の半導体層
のいずれよりも薄いこと。 (2) 第２の半導体層はＧａＮからなり、その膜厚が０．
０５〜０．１５μｍであること。
【００１０】(3) 第２の半導体層はＡｌＧａＮからな
り、第３の半導体層の格子定数よりも０．０５〜０．１
５％大きな格子定数の組成であって、その膜厚が０．１
〜０．５μｍであること。 (4) 単結晶基板は、サファイア又はＳｉＣであること。 (5) 第３の半導体層は、該層のＡｌ組成が１０％から３
０％の間にあり、その膜厚が０．２μｍ以上であるこ
と。
り、第３の半導体層の格子定数よりも０．０５〜０．１
５％大きな格子定数の組成であって、その膜厚が０．１
〜０．５μｍであること。 (4) 単結晶基板は、サファイア又はＳｉＣであること。 (5) 第３の半導体層は、該層のＡｌ組成が１０％から３
０％の間にあり、その膜厚が０．２μｍ以上であるこ
と。
【００１１】また本発明は、単結晶基板上にＧａＮ系化
合物半導体層を積層してなる半導体発光素子の製造方法
において、単結晶基板上に、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，又は
ＳｉＣからなりバッファ層として機能する第１の半導体
層を形成する工程と、第１の半導体層上に、第１の半導
体層よりも格子定数の大きいＧａＮ，ＧａＩｎＮ，又は
ＡｌＧａＮからなり格子歪み緩和層として機能する第２
の半導体層を０．０１μｍ〜０．５μｍの厚さに形成す
る工程と、第２の半導体層上に、第１の半導体層よりも
格子定数が大きく第２の半導体層よりも格子定数が小さ
いＡｌＧａＮからなり素子形成層として機能する第３の
半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
合物半導体層を積層してなる半導体発光素子の製造方法
において、単結晶基板上に、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，又は
ＳｉＣからなりバッファ層として機能する第１の半導体
層を形成する工程と、第１の半導体層上に、第１の半導
体層よりも格子定数の大きいＧａＮ，ＧａＩｎＮ，又は
ＡｌＧａＮからなり格子歪み緩和層として機能する第２
の半導体層を０．０１μｍ〜０．５μｍの厚さに形成す
る工程と、第２の半導体層上に、第１の半導体層よりも
格子定数が大きく第２の半導体層よりも格子定数が小さ
いＡｌＧａＮからなり素子形成層として機能する第３の
半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】（作用）ひび割れの発生する原因は、基板
上にバッファ層として成長するＡｌＮやＧａＮ等と素子
構造を形成するためのＡｌＧａＮとの格子定数差にあ
る。従来使用されてきたＧａＡｌＡｓ系材料やＩｎＧａ
ＡｌＰ系の材料では、５００℃程度の成長温度より低温
でも転位が十分に移動するために、Ｓｉ等の異種基板に
成長した場合にもこのような問題は顕著ではなかった。
しかし、ＡｌＧａＮではＡｌ組成が１０％以上では１０
００℃を越える温度でも転位の移動が遅く、格子定数差
による歪みの除去が不十分と考えられる。
上にバッファ層として成長するＡｌＮやＧａＮ等と素子
構造を形成するためのＡｌＧａＮとの格子定数差にあ
る。従来使用されてきたＧａＡｌＡｓ系材料やＩｎＧａ
ＡｌＰ系の材料では、５００℃程度の成長温度より低温
でも転位が十分に移動するために、Ｓｉ等の異種基板に
成長した場合にもこのような問題は顕著ではなかった。
しかし、ＡｌＧａＮではＡｌ組成が１０％以上では１０
００℃を越える温度でも転位の移動が遅く、格子定数差
による歪みの除去が不十分と考えられる。
【００１３】本発明者らはＡｌＧａＮ系材料を異種基板
上へ成長した場合の残留歪みと表面平坦性の関係につい
て調べた。一般的に、性質が大きく異なる基板に成長し
た場合には成長初期では島状の成長が生じ、表面はでこ
ぼこしているが次第に平坦化する傾向にある。バッファ
層としては平坦化しやすい必要がある。その結果、平坦
な表面が得られたのはＧａＮとＡｌＮでありＡｌＧａＮ
ではＡｌ組成が５％を越えると平坦な表面は得られなか
った。
上へ成長した場合の残留歪みと表面平坦性の関係につい
て調べた。一般的に、性質が大きく異なる基板に成長し
た場合には成長初期では島状の成長が生じ、表面はでこ
ぼこしているが次第に平坦化する傾向にある。バッファ
層としては平坦化しやすい必要がある。その結果、平坦
な表面が得られたのはＧａＮとＡｌＮでありＡｌＧａＮ
ではＡｌ組成が５％を越えると平坦な表面は得られなか
った。
【００１４】平坦な表面を得るための基板温度はＧａＮ
では８００℃から１１００℃であり、ＡｌＧａＮでもほ
ぼ同様であった。ＡｌＮではより高い１１５０℃から１
４００℃が必要であった。また、十分に平坦な膜を得る
には少なくとも０．１μｍ必要であり、０．２μｍ以上
が望ましいことが判った。しかし、３μｍ以上では残留
歪みの蓄積によりひび割れが発生した。
では８００℃から１１００℃であり、ＡｌＧａＮでもほ
ぼ同様であった。ＡｌＮではより高い１１５０℃から１
４００℃が必要であった。また、十分に平坦な膜を得る
には少なくとも０．１μｍ必要であり、０．２μｍ以上
が望ましいことが判った。しかし、３μｍ以上では残留
歪みの蓄積によりひび割れが発生した。
【００１５】次に、ほぼ平坦なＡｌＮ層上にＧａＮ，Ａ
ｌＧａＮを成長して歪み緩和について調べた。ＡｌＧａ
Ｎでは、Ａｌ組成が１０％を越える時には歪みの緩和は
遅くひび割れが発生した。ＡｌＮでは、１３００℃から
１４００℃では緩やかではあるが歪み緩和が認められ厚
膜成長が可能であった。ＧａＮでは、ひび割れの発生は
殆ど認められなかったが、薄膜ではかなり歪みは残留し
ていると考えられる。即ち、ＧａＮ層の面内の格子定数
がＡｌＮとＧａＮの中間の値をとると予想される。従っ
て、ＡｌＮ層上に適切な厚さの歪み緩和しやすいＧａ
Ｎ，ＧａＩｎＮ、又はＡｌ組成が５％以下のＡｌＧａ
Ｎ，ＡｌＧａＩｎＮ層を積層することによって、ＡｌＮ
からＧａＮまでの任意の格子定数を有する混晶に格子整
合できる。
ｌＧａＮを成長して歪み緩和について調べた。ＡｌＧａ
Ｎでは、Ａｌ組成が１０％を越える時には歪みの緩和は
遅くひび割れが発生した。ＡｌＮでは、１３００℃から
１４００℃では緩やかではあるが歪み緩和が認められ厚
膜成長が可能であった。ＧａＮでは、ひび割れの発生は
殆ど認められなかったが、薄膜ではかなり歪みは残留し
ていると考えられる。即ち、ＧａＮ層の面内の格子定数
がＡｌＮとＧａＮの中間の値をとると予想される。従っ
て、ＡｌＮ層上に適切な厚さの歪み緩和しやすいＧａ
Ｎ，ＧａＩｎＮ、又はＡｌ組成が５％以下のＡｌＧａ
Ｎ，ＡｌＧａＩｎＮ層を積層することによって、ＡｌＮ
からＧａＮまでの任意の格子定数を有する混晶に格子整
合できる。
【００１６】つまり、単結晶基板上にＡｌＧａＮよりも
格子定数の小さいＡｌＮ等のバッファ層を形成し、その
上に、ＡｌＧａＮよりも格子定数が大きいＧａＮ等の格
子歪み緩和層を形成し、その膜厚を最適に制御すること
により、ＧａＮ上に素子形成のためのＡｌＧａＮを大き
な格子ずれなく成長することが可能となる。
格子定数の小さいＡｌＮ等のバッファ層を形成し、その
上に、ＡｌＧａＮよりも格子定数が大きいＧａＮ等の格
子歪み緩和層を形成し、その膜厚を最適に制御すること
により、ＧａＮ上に素子形成のためのＡｌＧａＮを大き
な格子ずれなく成長することが可能となる。
【００１７】サファイア基板ｃ面上にＡｌＮを成長し、
更にＧａＮを成長すると、ＧａＮには面内に圧縮歪みを
生じ、成長に従い緩和する。この残留歪みと成長膜厚と
の関係は、図６に示すようになる。ここで、ＡｌＮの膜
厚は０．５μｍ、ＧａＮの成長温度は１１００℃とし
た。
更にＧａＮを成長すると、ＧａＮには面内に圧縮歪みを
生じ、成長に従い緩和する。この残留歪みと成長膜厚と
の関係は、図６に示すようになる。ここで、ＡｌＮの膜
厚は０．５μｍ、ＧａＮの成長温度は１１００℃とし
た。
【００１８】図６から判るように、ＧａＮの膜厚が０．
０５μｍより薄い場合、島状成長のための表面の平坦性
が悪い。圧縮歪みは、膜厚０．０５〜０．１５μｍの範
囲で急峻に低下し、膜厚０．１５〜０．５μｍの間で緩
やかに緩和し、それ以上では一定となる。従って、Ｇａ
Ｎ中の残留歪みを制御するには、０．０５〜０．５μｍ
の膜厚が必要であり、より望ましくは０．０５〜０．１
５μｍの範囲である。その理由は、０．０５μｍ以下に
なると、不安定な膜厚となり、表面が凹凸となってしま
い、素子特性が悪くなるからである。また、０．１５μ
ｍを越えると、ＧａＡｌＮとの格子整合に必要な残留歪
が好ましい範囲外になるからである。
０５μｍより薄い場合、島状成長のための表面の平坦性
が悪い。圧縮歪みは、膜厚０．０５〜０．１５μｍの範
囲で急峻に低下し、膜厚０．１５〜０．５μｍの間で緩
やかに緩和し、それ以上では一定となる。従って、Ｇａ
Ｎ中の残留歪みを制御するには、０．０５〜０．５μｍ
の膜厚が必要であり、より望ましくは０．０５〜０．１
５μｍの範囲である。その理由は、０．０５μｍ以下に
なると、不安定な膜厚となり、表面が凹凸となってしま
い、素子特性が悪くなるからである。また、０．１５μ
ｍを越えると、ＧａＡｌＮとの格子整合に必要な残留歪
が好ましい範囲外になるからである。
【００１９】また、図６に示す関係はＡｌＧａＮの場合
も同様である。残留歪みと膜厚の関係は、歪みが０．０
５〜０．１５％の範囲では傾きが緩やかになっており、
この範囲では制御しやすい。また、残留歪みが小さいた
めに結晶品質的にも有利である。従って、格子歪み緩和
層の組成はＡｌＧａＮ等の素子形成層の格子定数よりも
０．０５〜０．１５％大きな格子定数の組成であるのが
望ましく、その膜厚は０．１〜０．５μｍが望ましい。
その理由は、ＡｌＧａＮでは、組成により歪緩和速度が
異なるため、制御が困難となるが、残留歪がほぼ一定と
なる０．１〜０．５μｍの範囲であれば、この困難が避
けられるからである。
も同様である。残留歪みと膜厚の関係は、歪みが０．０
５〜０．１５％の範囲では傾きが緩やかになっており、
この範囲では制御しやすい。また、残留歪みが小さいた
めに結晶品質的にも有利である。従って、格子歪み緩和
層の組成はＡｌＧａＮ等の素子形成層の格子定数よりも
０．０５〜０．１５％大きな格子定数の組成であるのが
望ましく、その膜厚は０．１〜０．５μｍが望ましい。
その理由は、ＡｌＧａＮでは、組成により歪緩和速度が
異なるため、制御が困難となるが、残留歪がほぼ一定と
なる０．１〜０．５μｍの範囲であれば、この困難が避
けられるからである。
【００２０】本発明では、サファイアやＳｉＣ等の単結
晶基板上にＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，又はＳｉＣからなるバ
ッファ層、格子歪み緩和用のＧａＮ，ＧａＩｎＮ，Ａｌ
ＧａＮを積層し、この上にＧａＮとＡｌＮの中間の値の
格子定数を有するＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＩｎＮを積層
した構造を有する素子において、格子歪み緩和層の膜厚
をＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＩｎＮの格子定数に応じて
０．０１μｍから０．５μｍの間に設定している。
晶基板上にＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，又はＳｉＣからなるバ
ッファ層、格子歪み緩和用のＧａＮ，ＧａＩｎＮ，Ａｌ
ＧａＮを積層し、この上にＧａＮとＡｌＮの中間の値の
格子定数を有するＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＩｎＮを積層
した構造を有する素子において、格子歪み緩和層の膜厚
をＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＩｎＮの格子定数に応じて
０．０１μｍから０．５μｍの間に設定している。
【００２１】従って、成長中に格子歪み緩和層中で生じ
る緩和効果により表面付近の面内の格子定数をＧａＮと
ＡｌＮの中間の値に設定可能であり、ＡｌＧａＮ又はＡ
ｌＧａＩｎＮの歪みを制御可能である。この効果は、高
品質のＧａＮ，ＡｌＧａＮ結晶層成長が期待できるにも
拘らずひび割れ発生のためにこれまで使用不可能であっ
たＳｉＣを基板とした場合に特に有効である。
る緩和効果により表面付近の面内の格子定数をＧａＮと
ＡｌＮの中間の値に設定可能であり、ＡｌＧａＮ又はＡ
ｌＧａＩｎＮの歪みを制御可能である。この効果は、高
品質のＧａＮ，ＡｌＧａＮ結晶層成長が期待できるにも
拘らずひび割れ発生のためにこれまで使用不可能であっ
たＳｉＣを基板とした場合に特に有効である。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わる青色レーザダイオードを示す素子構造断面図であ
る。
形態によって説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わる青色レーザダイオードを示す素子構造断面図であ
る。
【００２３】ＳｉＣ基板１０１のＳｉ面上に、厚さ５μ
ｍのノンドープＡｌＮ単結晶バッファ層１０３、厚さ
０．２μｍのＧａＮ格子歪み緩和層１０５、厚さ１μｍ
のｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎコンタクト層１０７（Ｓｉ，
Ｓｅ又はＳドープ：２×１０18〜３×１０19ｃｍ-3）、
厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層１
０９（Ｓｉ，Ｓｅ又はＳドープ：５×１０17〜３×１０
18ｃｍ-3）、厚さ０．１μｍのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ第１
光ガイド層１１１、厚さ５ｎｍのＧａＮ活性層１１２、
厚さ０．１μｍのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ第２光ガイド層１
１３、厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッ
ド層１１４（Ｍｇドーブ：５×１０18〜１×１０20ｃｍ
-3）、厚さ０．０７μｍのｐ型ＧａＮ中間コンタクト層
１１５（Ｍｇドープ：５×１０18〜１×１０20ｃ
ｍ-3）、が順次積層されている。
ｍのノンドープＡｌＮ単結晶バッファ層１０３、厚さ
０．２μｍのＧａＮ格子歪み緩和層１０５、厚さ１μｍ
のｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎコンタクト層１０７（Ｓｉ，
Ｓｅ又はＳドープ：２×１０18〜３×１０19ｃｍ-3）、
厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層１
０９（Ｓｉ，Ｓｅ又はＳドープ：５×１０17〜３×１０
18ｃｍ-3）、厚さ０．１μｍのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ第１
光ガイド層１１１、厚さ５ｎｍのＧａＮ活性層１１２、
厚さ０．１μｍのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ第２光ガイド層１
１３、厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッ
ド層１１４（Ｍｇドーブ：５×１０18〜１×１０20ｃｍ
-3）、厚さ０．０７μｍのｐ型ＧａＮ中間コンタクト層
１１５（Ｍｇドープ：５×１０18〜１×１０20ｃ
ｍ-3）、が順次積層されている。
【００２４】ここで、ｐ型ＧａＮ中間コンタクト層１１
５は、再成長時に表面を保護する役割を果たしており、
ｐ型クラッド１１４層との界面は必要に応じて組成変化
を緩やかにして通電抵抗の低減をはかっている。
５は、再成長時に表面を保護する役割を果たしており、
ｐ型クラッド１１４層との界面は必要に応じて組成変化
を緩やかにして通電抵抗の低減をはかっている。
【００２５】中間コンタクト層１１５，ｐ型クラッド層
１１４，第２光ガイド層１１３に対し、幅が２〜５μｍ
のストライプ状の凸部を反応性イオンエッチングにて形
成し、その周囲にｎ型Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ（Ｓｉドー
プ：５×１０18ｃｍ-3、厚さ０．５μｍ）からなる電流
阻止層１１６が選択成長により埋込み形成されている。
そして、中間コンタクト層１１５及び電流阻止層１１６
上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１７（Ｍｇドープ：
９×１０19ｃｍ-3、厚さ０．５μｍ）が形成されてい
る。
１１４，第２光ガイド層１１３に対し、幅が２〜５μｍ
のストライプ状の凸部を反応性イオンエッチングにて形
成し、その周囲にｎ型Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ（Ｓｉドー
プ：５×１０18ｃｍ-3、厚さ０．５μｍ）からなる電流
阻止層１１６が選択成長により埋込み形成されている。
そして、中間コンタクト層１１５及び電流阻止層１１６
上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１７（Ｍｇドープ：
９×１０19ｃｍ-3、厚さ０．５μｍ）が形成されてい
る。
【００２６】また、ｐ型コンタクト層１１７上には、ｐ
側電極１２１としてＡｕ／Ｐｒが被着されている。さら
に、ｐ型コンタクト層１１７からｎ型クラッド層１０９
までを一部エッチングして露出させたｎ型コンタクト層
１０７上に、ｎ側電極１２２としてＡｌ／Ｔｉが被着さ
れている。
側電極１２１としてＡｕ／Ｐｒが被着されている。さら
に、ｐ型コンタクト層１１７からｎ型クラッド層１０９
までを一部エッチングして露出させたｎ型コンタクト層
１０７上に、ｎ側電極１２２としてＡｌ／Ｔｉが被着さ
れている。
【００２７】このように本実施形態によれば、格子定数
の小さなＡｌＮバッファ層１０３上に格子定数の大きな
ＧａＮ格子歪み緩和層１０５を形成することにより、Ｇ
ａＮ格子歪み緩和層１０５の表面における格子定数を、
その上に形成するＡｌＧａＮに近付けることができ、ｎ
型ＡｌＧａＮコンタクト層１０７を高品質に形成するこ
とができ、それに続く各層も高品質に形成することがで
きる。また本実施形態では、ＧａＮ格子歪み緩和層１０
５の膜厚を０．２μｍとしているので、前記図６に示す
ように、ＧａＮ中の残留歪みを制御し易くなる。従っ
て、半導体素子として機能する各層におけるひび割れの
発生が抑制されると共に、低欠陥化をはかることがで
き、素子特性の向上をはかることが可能となる。
の小さなＡｌＮバッファ層１０３上に格子定数の大きな
ＧａＮ格子歪み緩和層１０５を形成することにより、Ｇ
ａＮ格子歪み緩和層１０５の表面における格子定数を、
その上に形成するＡｌＧａＮに近付けることができ、ｎ
型ＡｌＧａＮコンタクト層１０７を高品質に形成するこ
とができ、それに続く各層も高品質に形成することがで
きる。また本実施形態では、ＧａＮ格子歪み緩和層１０
５の膜厚を０．２μｍとしているので、前記図６に示す
ように、ＧａＮ中の残留歪みを制御し易くなる。従っ
て、半導体素子として機能する各層におけるひび割れの
発生が抑制されると共に、低欠陥化をはかることがで
き、素子特性の向上をはかることが可能となる。
【００２８】なお、各層の厚さは適宜変更可能である。
例えば、バッファ層１０３の厚さは０．１〜１０．０μ
ｍ、格子歪み緩和層１０５の厚さは０．０５〜０．５μ
ｍ、コンタクト層１０７の厚さは０．５〜３．０μｍ、
クラッド層１０９，１１４の厚さは０．３〜０．７μ
ｍ、光ガイド層１１１，１１３の厚さは０．０５〜０．
２μｍ、活性層１１２の厚さは１〜１０ｎｍ、中間コン
タクト層１１５の厚さは０．０５〜０．１μｍに設定す
ればよい。
例えば、バッファ層１０３の厚さは０．１〜１０．０μ
ｍ、格子歪み緩和層１０５の厚さは０．０５〜０．５μ
ｍ、コンタクト層１０７の厚さは０．５〜３．０μｍ、
クラッド層１０９，１１４の厚さは０．３〜０．７μ
ｍ、光ガイド層１１１，１１３の厚さは０．０５〜０．
２μｍ、活性層１１２の厚さは１〜１０ｎｍ、中間コン
タクト層１１５の厚さは０．０５〜０．１μｍに設定す
ればよい。
【００２９】また、本実施形態では単結晶基板１０１と
してＳｉＣを用いたが、この代わりにサファイア基板を
用いることもできる。また、バッファ層１０３としては
ＡｌＮの代わりに、ＡｌＧａＮやＳｉＣを用いても良
い。さらに、格子歪み緩和層１０５としてはＧａＮの代
わりに、ＡｌＧａＮやＧａＩｎＮを用いても良い。但し
格子定数の関係で、バッファ層１０３が小、格子歪み緩
和層１０５が大、コンタクト層１０７が中の関係を満た
す必要があり、例えばバッファ層にＡｌＧａＮを用いる
場合は、コンタクト層１０７のＡｌＧａＮよりもＡｌ組
成を多くする必要がある。格子歪み緩和層１０５にＡｌ
ＧａＮを用いる場合は、コンタクト層１０７のＡｌＧａ
ＮよりもＡｌ組成を少なくする必要がある。
してＳｉＣを用いたが、この代わりにサファイア基板を
用いることもできる。また、バッファ層１０３としては
ＡｌＮの代わりに、ＡｌＧａＮやＳｉＣを用いても良
い。さらに、格子歪み緩和層１０５としてはＧａＮの代
わりに、ＡｌＧａＮやＧａＩｎＮを用いても良い。但し
格子定数の関係で、バッファ層１０３が小、格子歪み緩
和層１０５が大、コンタクト層１０７が中の関係を満た
す必要があり、例えばバッファ層にＡｌＧａＮを用いる
場合は、コンタクト層１０７のＡｌＧａＮよりもＡｌ組
成を多くする必要がある。格子歪み緩和層１０５にＡｌ
ＧａＮを用いる場合は、コンタクト層１０７のＡｌＧａ
ＮよりもＡｌ組成を少なくする必要がある。
【００３０】また、光導波層１１１，１１３としてはＡ
ｌＧａＮの代わりにＧａＮを用いることも可能であり、
さらに活性層１１２としてはＧａＮの代わりにＡｌＧａ
Ｎ又はＧａＩｎＮを用いることも可能である。また、ｐ
側電極１２１としてＡｕ／Ｐｒの代わりに、Ｐｄ／Ｐｔ
／Ａｕ又はＮｉを用いることができ、さらにｎ側電極１
２２としてＡｌ／Ｔｉの代わりに、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ又
はＡｌを用いることができる。
ｌＧａＮの代わりにＧａＮを用いることも可能であり、
さらに活性層１１２としてはＧａＮの代わりにＡｌＧａ
Ｎ又はＧａＩｎＮを用いることも可能である。また、ｐ
側電極１２１としてＡｕ／Ｐｒの代わりに、Ｐｄ／Ｐｔ
／Ａｕ又はＮｉを用いることができ、さらにｎ側電極１
２２としてＡｌ／Ｔｉの代わりに、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ又
はＡｌを用いることができる。
【００３１】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施形態に係わる青色レーザダイオードを示す素子構
造断面図である。なお、図２中の２０１〜２２２は図１
中の１０１〜１２２に相当している。
の実施形態に係わる青色レーザダイオードを示す素子構
造断面図である。なお、図２中の２０１〜２２２は図１
中の１０１〜１２２に相当している。
【００３２】本実施形態は、バッファ層２０３としてＳ
ｉＣ又はＡｌ組成が８０％以上のＡｌＧａＮを用いたも
のであり、それ以外の構成は図１と同様である。この場
合、バッファ層２０３の格子定数は、ＧａＮ緩和層２０
５及びＡｌＧａＮコンタクト層２０７（Ａｌ組成２０
％）よりも小さくなり、第１の実施形態と同様に、格子
定数の小さなバッファ層２０３上に格子定数の大きな緩
和層２０５を形成し、緩和層２０５の表面の格子定数を
コンタクト層２０７のそれに近付けることができる。従
って、先の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
ｉＣ又はＡｌ組成が８０％以上のＡｌＧａＮを用いたも
のであり、それ以外の構成は図１と同様である。この場
合、バッファ層２０３の格子定数は、ＧａＮ緩和層２０
５及びＡｌＧａＮコンタクト層２０７（Ａｌ組成２０
％）よりも小さくなり、第１の実施形態と同様に、格子
定数の小さなバッファ層２０３上に格子定数の大きな緩
和層２０５を形成し、緩和層２０５の表面の格子定数を
コンタクト層２０７のそれに近付けることができる。従
って、先の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３３】また、本実施形態においても第１の実施形
態で説明した各種の変形が可能である。 （第３の実施形態）図３は、本発明の第３の実施形態に
係わる青色レーザダイオードを示す素子構造断面図であ
る。なお、図３中の３０１〜３２２は図１中の１０１〜
１２２に相当している。
態で説明した各種の変形が可能である。 （第３の実施形態）図３は、本発明の第３の実施形態に
係わる青色レーザダイオードを示す素子構造断面図であ
る。なお、図３中の３０１〜３２２は図１中の１０１〜
１２２に相当している。
【００３４】本実施形態は、基板側の電極をｎ型ＡｌＮ
層（又はＡｌ組成が８０％以上のＡｌＧａＮ層）上に形
成した例である。即ち、ＡｌＮバッファ層３０３上にｎ
型ＡｌＮコンタクト層３０４が形成され、その上にｎ型
ＧａＮ格子歪み緩和層３０５が形成され、その上にｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層３０９が形成されている。これ以
外の構成は図１と同様である。
層（又はＡｌ組成が８０％以上のＡｌＧａＮ層）上に形
成した例である。即ち、ＡｌＮバッファ層３０３上にｎ
型ＡｌＮコンタクト層３０４が形成され、その上にｎ型
ＧａＮ格子歪み緩和層３０５が形成され、その上にｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層３０９が形成されている。これ以
外の構成は図１と同様である。
【００３５】ここで、ＡｌＮバッファ層３０３及びｎ型
ＡｌＮコンタクト層３０４の格子定数は小であり、Ｇａ
Ｎ格子歪み緩和層３０５の格子定数は大であり、ｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層３０９の格子定数は中であり、第１
の実施形態と同様の関係が成り立つ。コンタクト層３０
４をＡｌＧａＮとした場合もそのＡｌ組成を８０％以上
と高くすることにより、上記の関係が成り立つ。従っ
て、ＧａＮ格子歪み緩和層３０５の表面における格子定
数をＡｌＧａＮクラッド層１０９に近付けることがで
き、クラッド層１０９及びそれに続く各層の結晶品質の
向上をはかることができる。
ＡｌＮコンタクト層３０４の格子定数は小であり、Ｇａ
Ｎ格子歪み緩和層３０５の格子定数は大であり、ｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層３０９の格子定数は中であり、第１
の実施形態と同様の関係が成り立つ。コンタクト層３０
４をＡｌＧａＮとした場合もそのＡｌ組成を８０％以上
と高くすることにより、上記の関係が成り立つ。従っ
て、ＧａＮ格子歪み緩和層３０５の表面における格子定
数をＡｌＧａＮクラッド層１０９に近付けることがで
き、クラッド層１０９及びそれに続く各層の結晶品質の
向上をはかることができる。
【００３６】また、本実施形態においても第１の実施形
態で説明した各種の変形が可能である。 （第４の実施形態）図４は、本発明の第４の実施形態に
係わる青色レーザダイオードを示す素子構造断面図であ
る。なお、図４中の４０１〜４２２は図１中の１０１〜
１２２に相当している。
態で説明した各種の変形が可能である。 （第４の実施形態）図４は、本発明の第４の実施形態に
係わる青色レーザダイオードを示す素子構造断面図であ
る。なお、図４中の４０１〜４２２は図１中の１０１〜
１２２に相当している。
【００３７】本実施形態は、基板側のコンタクト層を省
略し、基板側の電極を格子歪み緩和層に形成した例であ
る。即ち、ＡｌＮバッファ層４０３上にｎ型ＧａＮ格子
歪み緩和層４０５が形成され、その上にｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層４０９が形成されており、さらにｎ型格子歪
み緩和層４０５上にｎ側電極４２２が形成されており、
それ以外の構成は図１と同様である。
略し、基板側の電極を格子歪み緩和層に形成した例であ
る。即ち、ＡｌＮバッファ層４０３上にｎ型ＧａＮ格子
歪み緩和層４０５が形成され、その上にｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層４０９が形成されており、さらにｎ型格子歪
み緩和層４０５上にｎ側電極４２２が形成されており、
それ以外の構成は図１と同様である。
【００３８】これは、第１の実施形態におけるコンタク
ト層を省略した構成であり、バッファ層４０３，格子歪
み緩和層４０５，クラッド層４０９の間に前記した小，
大，中の格子定数の関係があり、従って第１の実施形態
と同様の効果が得られる。
ト層を省略した構成であり、バッファ層４０３，格子歪
み緩和層４０５，クラッド層４０９の間に前記した小，
大，中の格子定数の関係があり、従って第１の実施形態
と同様の効果が得られる。
【００３９】また、本実施形態においても第１の実施形
態で説明した各種の変形が可能である。 （第５の実施形態）図５は、本発明の第５の実施形態に
係わる青色レーザダイオードを示す素子構造断面図であ
る。なお、図５中の５０１〜５２２は図１中の１０１〜
１２２に相当している。
態で説明した各種の変形が可能である。 （第５の実施形態）図５は、本発明の第５の実施形態に
係わる青色レーザダイオードを示す素子構造断面図であ
る。なお、図５中の５０１〜５２２は図１中の１０１〜
１２２に相当している。
【００４０】本実施形態は、導電性の基板を用いて基板
裏面に電極を設け、ｐ型ＧａＮ側を放熱器に載置可能と
したものである。即ち、ＳｉＣ基板５０１及びＳｉＣバ
ッファ層５０３は不純物ドープによりｎ型に形成されて
おり、ｎ型ＳｉＣ基板５０１の裏面にｎ側電極５２２が
形成されている。これ以外の基本的な構成は図１と同様
である。
裏面に電極を設け、ｐ型ＧａＮ側を放熱器に載置可能と
したものである。即ち、ＳｉＣ基板５０１及びＳｉＣバ
ッファ層５０３は不純物ドープによりｎ型に形成されて
おり、ｎ型ＳｉＣ基板５０１の裏面にｎ側電極５２２が
形成されている。これ以外の基本的な構成は図１と同様
である。
【００４１】このような構成であっても、先の第１の実
施形態と同様の効果が得られるのは勿論のことである。
また、本実施形態においても第１の実施形態で説明した
各種の変形が可能である。
施形態と同様の効果が得られるのは勿論のことである。
また、本実施形態においても第１の実施形態で説明した
各種の変形が可能である。
【００４２】（第６の実施形態）第１〜第５の実施形態
における製造方法について説明しておく。使用する成長
装置は減圧ＭＯＣＶＤ装置である。まず、ＳｉＣ基板又
はサファイア基板をヒータを兼ねたサセプタ上に載置す
る。ガス導入管から高純度水素を毎分２０ｌ導入し、反
応管内の大気を置換する。次いで、ガス排気口をロータ
リーポンプに接続し、反応管内を減圧し、内部の圧力を
１０〜４０ torr の範囲に設定する。
における製造方法について説明しておく。使用する成長
装置は減圧ＭＯＣＶＤ装置である。まず、ＳｉＣ基板又
はサファイア基板をヒータを兼ねたサセプタ上に載置す
る。ガス導入管から高純度水素を毎分２０ｌ導入し、反
応管内の大気を置換する。次いで、ガス排気口をロータ
リーポンプに接続し、反応管内を減圧し、内部の圧力を
１０〜４０ torr の範囲に設定する。
【００４３】サファイア基板上にＡｌＮ単結晶層を成長
する場合には、基板を水素中で加熱し、表面を清浄化す
る。次いで、１０５０〜１３００℃の基板温度でＨ2 ガ
スの一部をＮＨ3 ガスに切り替えると共に、有機金属Ａ
ｌ化合物、例えばＡｌ（ＣＨ3 ）3 或いはＡｌ（Ｃ2 Ｈ
5 ）3 を導入して結晶方位の揃った第１のＡｌＮ層を５
ｎｍから５００ｎｍｍ成長する。次いで、基板温度を１
３５０〜１４５０℃に昇温しＡｌＮ層を０．１μｍから
５μｍ成長し表面を平坦化する。場合によっては、成長
を中断しアニールを行い残留歪みを緩和させる。
する場合には、基板を水素中で加熱し、表面を清浄化す
る。次いで、１０５０〜１３００℃の基板温度でＨ2 ガ
スの一部をＮＨ3 ガスに切り替えると共に、有機金属Ａ
ｌ化合物、例えばＡｌ（ＣＨ3 ）3 或いはＡｌ（Ｃ2 Ｈ
5 ）3 を導入して結晶方位の揃った第１のＡｌＮ層を５
ｎｍから５００ｎｍｍ成長する。次いで、基板温度を１
３５０〜１４５０℃に昇温しＡｌＮ層を０．１μｍから
５μｍ成長し表面を平坦化する。場合によっては、成長
を中断しアニールを行い残留歪みを緩和させる。
【００４４】ここで、第１のＡｌＮ層の結晶方位を揃え
るためにはＶ族原料と III族原料の供給比の制御が重要
であり、穴のない高品質膜の成長には０．７〜５．０の
範囲が必要であり十分な品買を再現性良く得るには０．
７〜５．０の範囲に制御することが望ましい。ＳｉＣ基
板上に成長する場合には第１のＡｌＮ層は必ずしも必要
ではないが、より均一な成長が得られる。
るためにはＶ族原料と III族原料の供給比の制御が重要
であり、穴のない高品質膜の成長には０．７〜５．０の
範囲が必要であり十分な品買を再現性良く得るには０．
７〜５．０の範囲に制御することが望ましい。ＳｉＣ基
板上に成長する場合には第１のＡｌＮ層は必ずしも必要
ではないが、より均一な成長が得られる。
【００４５】基板上にＳｉＣ層を成長する場合には、Ｃ
原料としてプロパンガスを毎分１０ｃｃ程度、Ｓｉ原料
としてＳｉＨ4 ガスを毎分３ｃｃ程度導入してｎ型Ｓｉ
Ｃバッファ層を形成する。次いで、基板温度を再び１１
００℃から１２００℃に低下させた後、ＧａＮ歪み緩和
層、ダブルヘテロ構造部を成長する。
原料としてプロパンガスを毎分１０ｃｃ程度、Ｓｉ原料
としてＳｉＨ4 ガスを毎分３ｃｃ程度導入してｎ型Ｓｉ
Ｃバッファ層を形成する。次いで、基板温度を再び１１
００℃から１２００℃に低下させた後、ＧａＮ歪み緩和
層、ダブルヘテロ構造部を成長する。
【００４６】III 族原料としては、有機金属Ｇａ化合物
として例えばＧａ（ＣＨ3 ）3 或いはＧａ（Ｃ2 Ｈ5 ）
3 、有機金属Ｉｎ化合物として例えばＩｎ（ＣＨ3 ）3
或いはＩｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 を使用する。ドーピング用原
料としては、ｎ型用にＳｉ水素化物として例えばＳｉＨ
4 或いは有機金属Ｓｉ化合物として例えばＳｉ（ＣＨ
3 ）4 、ｐ型用に有機金属Ｍｇ化合物として例えばＣｐ
2 Ｍｇ又はｍ−Ｃｐ2 Ｍｇを使用する。ｐ型ドーパント
の活性化率を上げるためには、降温中での結晶中への水
素の混入とＮ原子の脱離を抑制することが重要である。
として例えばＧａ（ＣＨ3 ）3 或いはＧａ（Ｃ2 Ｈ5 ）
3 、有機金属Ｉｎ化合物として例えばＩｎ（ＣＨ3 ）3
或いはＩｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 を使用する。ドーピング用原
料としては、ｎ型用にＳｉ水素化物として例えばＳｉＨ
4 或いは有機金属Ｓｉ化合物として例えばＳｉ（ＣＨ
3 ）4 、ｐ型用に有機金属Ｍｇ化合物として例えばＣｐ
2 Ｍｇ又はｍ−Ｃｐ2 Ｍｇを使用する。ｐ型ドーパント
の活性化率を上げるためには、降温中での結晶中への水
素の混入とＮ原子の脱離を抑制することが重要である。
【００４７】本発明者らの研究によれば、降温中での水
素供給停止と共にアンモニア分圧を０．２〜１．０ Tor
r に設定することにより良好な結果が得られることが判
明している。なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。
素供給停止と共にアンモニア分圧を０．２〜１．０ Tor
r に設定することにより良好な結果が得られることが判
明している。なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。
【００４８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、サ
ファイアやＳｉＣ等の単結晶基板上に格子定数の小さな
ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ又はＳｉＣからなるバッファ層を形
成し、この上に格子定数の大きなＧａＮ，ＧａＩｎＮ又
はＡｌＧａＮからなる格子歪み緩和層を積層し、この上
に中間の格子定数を有するＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＩｎ
Ｎからなる素子形成層を積層した構造を有し、格子歪み
緩和層の膜厚をバッファ層と素子形成層の格子定数に応
じて０．０１μｍから０．５μｍの間に設定することに
より、格子整合しない基板上にも高品質な高Ａｌ組成の
ＡｌＧａＮ層やＡｌＧａＩｎＮ層を低歪みで形成するこ
とができ、素子特性の向上をはかることができる。
ファイアやＳｉＣ等の単結晶基板上に格子定数の小さな
ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ又はＳｉＣからなるバッファ層を形
成し、この上に格子定数の大きなＧａＮ，ＧａＩｎＮ又
はＡｌＧａＮからなる格子歪み緩和層を積層し、この上
に中間の格子定数を有するＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＩｎ
Ｎからなる素子形成層を積層した構造を有し、格子歪み
緩和層の膜厚をバッファ層と素子形成層の格子定数に応
じて０．０１μｍから０．５μｍの間に設定することに
より、格子整合しない基板上にも高品質な高Ａｌ組成の
ＡｌＧａＮ層やＡｌＧａＩｎＮ層を低歪みで形成するこ
とができ、素子特性の向上をはかることができる。
【図１】第１の実施形態に係わる青色レーザダイオード
を示す素子構造断面図。
を示す素子構造断面図。
【図２】第２の実施形態に係わる青色レーザダイオード
を示す素子構造断面図。
を示す素子構造断面図。
【図３】第３の実施形態に係わる青色レーザダイオード
を示す素子構造断面図。
を示す素子構造断面図。
【図４】第４１の実施形態に係わる青色レーザダイオー
ドを示す素子構造断面図。
ドを示す素子構造断面図。
【図５】第５の実施形態に係わる青色レーザダイオード
を示す素子構造断面図。
を示す素子構造断面図。
【図６】ＡｌＮ上に形成したＧａＮの残留歪みと成長膜
厚との関係を示す図。
厚との関係を示す図。
１０１…ＳｉＣ基板（単結晶基板） １０３…ＡｌＮ単結晶バッファ層 １０５…ＧａＮ格子歪み緩和層 １０７…ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層 １０９…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 １１１…ＡｌＧａＮ第１光ガイド層 １１２…ＧａＮ活性層 １１３…ＡｌＧａＮ第２光ガイド層 １１４…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 １１５…ｐ型ＧａＮ中間コンタクト層 １１６…ｎ型ＧａＩｎＮ電流阻止層 １１７…ｐ型ＧａＮコンタクト層 １２１…ｐ側電極 １２２…ｎ側電極
Claims (6)
- 【請求項１】単結晶基板上にＧａＮ系化合物半導体層を
積層してなる半導体発光素子において、 前記単結晶基板上に、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，又はＳｉＣ
からなりバッファ層として機能する第１の半導体層と、
この第１の半導体層よりも格子定数の大きいＧａＮ，Ｇ
ａＩｎＮ，又はＡｌＧａＮからなり格子歪み緩和層とし
て機能する第２の半導体層とを順に積層し、第２の半導
体層上に第１の半導体層よりも格子定数が大きく第２の
半導体層よりも格子定数が小さいＡｌＧａＮ又はＡｌＧ
ａＩｎＮからなり素子形成層として機能する第３の半導
体層を積層した層構造を有し、かつ第２の半導体層の膜
厚を０．０１μｍから０．５μｍの間に設定してなるこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】第２の半導体層はＧａＮからなり、その膜
厚が０．０５〜０．１５μｍであることを特徴とする請
求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】第２の半導体層の膜厚は、第１及び第３の
半導体層のいずれよりも薄いことを特徴とする請求項１
記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】第２の半導体層はＡｌＧａＮからなり、第
３の半導体層の格子定数よりも０．０５〜０．１５％大
きな格子定数の組成であって、その膜厚が０．１〜０．
５μｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体発
光素子。 - 【請求項５】前記単結晶基板は、サファイア又はＳｉＣ
であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素
子。 - 【請求項６】単結晶基板上にＧａＮ系化合物半導体層を
積層してなる半導体発光素子の製造方法において、単結
晶基板上に、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，又はＳｉＣからなり
バッファ層として機能する第１の半導体層を形成する工
程と、第１の半導体層上に、該層よりも格子定数の大き
いＧａＮ，ＧａＩｎＮ，又はＡｌＧａＮからなり格子歪
み緩和層として機能する第２の半導体層を０．０１μｍ
〜０．５μｍの厚さに形成する工程と、第２の半導体層
上に、第１の半導体層よりも格子定数が大きく第２の半
導体層よりも格子定数が小さいＡｌＧａＮ又はＡｌＧａ
ＩｎＮからなり素子形成層として機能する第３の半導体
層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体発光
素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19262597A JP3822318B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| US09/116,912 US6242764B1 (en) | 1997-07-17 | 1998-07-17 | III-N semiconductor light-emitting element having strain-moderating crystalline buffer layers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19262597A JP3822318B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140893A true JPH1140893A (ja) | 1999-02-12 |
| JP3822318B2 JP3822318B2 (ja) | 2006-09-20 |
Family
ID=16294370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19262597A Expired - Fee Related JP3822318B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6242764B1 (ja) |
| JP (1) | JP3822318B2 (ja) |
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