JP3496480B2 - Nitride semiconductor device - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[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
_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）素子に
関する。The present invention relates to a light emitting diode (LE
D), a light emitting element such as a laser diode (LD), a solar cell, a light receiving element such as an optical sensor, or an electronic device such as a transistor (In_X Al)
_Y Ga_1-X-Y N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) element.

【０００２】[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。2. Description of the Related Art Nitride semiconductors have recently been put into practical use as materials for high-brightness blue LEDs and pure green LEDs in full-color LED displays, traffic signals and the like. LEDs used for these various devices have an active layer made of InGaN having a single quantum well structure (SQW: Single-Quantum-Well) between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer. It has a double hetero structure. Wavelengths such as blue and green are determined by increasing or decreasing the In composition ratio of the InGaN active layer.

【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／cm^２において、４１０ｎｍの
レーザ光を発振する。Further, the present applicant has recently announced a laser oscillation of 410 nm at room temperature in pulse current using this material (for example, Appl. Phys. Lett., Vol. 69, No. 1).
0, 2 Sep. 1996, p.1477-1479). This laser device has a structure in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially formed on a sapphire A surface, and a ridge stripe is formed on a part of the p-type nitride semiconductor layer. For example, pulse current (pulse width 1 μs, pulse period 1
ms, duty ratio 0.1%), threshold current 187 m
A, 410 nm laser light is oscillated at a threshold current density of 3 kA / cm² .

【０００４】[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。As described above, since the laser oscillation of 410 nm, which is the shortest wavelength in the world, is confirmed by the nitride semiconductor, many optical devices such as DVD and optical fiber communication are expected to make a breakthrough. There is. However, nitride semiconductors still have many problems to be solved, and they have not yet been put to practical use.

【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。One of the problems is the problem of device life.
In general, causes of deterioration of a laser element include spreading and movement of crystal defects, breakage of reflection surface and deterioration of surface state, deterioration of ohmic electrode, and generation of point defects. In the case of a nitride semiconductor, since it is originally heteroepitaxially grown, the number of lattice defects is different from that of other GaAs and InGaAl.
There is an order of magnitude more than materials such as P and GaAlAs. Nevertheless, it is believed that the reason why the nitride semiconductor LED is sufficiently practical is that the crystal itself is much more resistant to deterioration factors than other materials. However, since a laser element is driven under severer conditions than an LED, a durable element that is resistant to deterioration is required.

【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。Therefore, the object of the present invention is to realize a nitride semiconductor device having few crystal defects, and to improve the life of the nitride semiconductor device such as an LED device, a laser device and a light receiving device using the nitride semiconductor. Is to realize a highly reliable device. Specifically, it is intended to realize a nitride semiconductor laser device having good crystallinity, oscillate at a low threshold current, and improve the life of the laser device.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、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
よりなる光ガイド層として作用する第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
れていない光ガイド層として作用するアンドープの第４
の層を有し、さらに活性層に接して、活性層よりもバン
ドギャップエネルギーが大きいＡｌを含む窒化物半導体
よりなるｐ側キャップ層を有しかつ、ｐ側キャップ層よ
りも活性層から離れた位置の第２の層は、ｐ側キャップ
層に接してかつ、ｐ側キャップ層よりもバンドギャップ
エネルギーが小さく、さらに前記第２の層は、第３の層
またはｐ側キャップ層から拡散するｐ型不純物を含んで
いることを特徴とする。さらに、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。さらに、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。さ
らに、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。さらに、ｐ
側キャップ層は膜厚が０．１μｍ以下であることを特徴
とする。さらに前記窒化物半導体素子は、次から成長さ
せる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ＩｎＧａＮからなるクラック防止層を有するこ
とを特徴とする。The present invention comprises an active layer, p
Between the first layer type impurity is formed of doped nitride semiconductor or p-type impurity is not doped, orlight p-type impurity concentration is smaller than a nitride semiconductor than the first layerGuide Anoptical guide layer which has a secondlayer acting as a layer and is not doped with an n-type impurity between the active layer and a third layer made of a nitride semiconductor doped with an n-type impurity. Undoped fourthacting as
And a p-side cap layer made of a nitride semiconductor containing Al having a bandgap energy larger than that of the active layer and further separated from the active layer than the p-side cap layer. Second layer in position isp-side cap
And in contact with the layer,rather small band gap energy than the p-side caplayer, further wherein the second layer, the third layer
Alternatively, it may include a p-type impurity diffused from the p-side cap layer.
And said thatyou are. Furthermore, the active layer has a single quantum well structure or a multiple quantum well structure having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium. Further, the first layer has a superlattice structure including a nitride semiconductor layer containing aluminum. Further, the third layer is a superlattice structure having a nitride semiconductor layer containing aluminum. Furthermore, p
The side cap layer has a thickness of 0.1 μm or less. Further, the nitride semiconductor device is characterized in that it has a crack prevention layer made of InGaN for preventing cracks from entering into a nitride semiconductor layer containing Al to be grown next.

【０００８】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、Ｚ
ｎ、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。According to a first aspect of the nitride semiconductor device of the present invention, the p-type impurity is not doped between the active layer and the first layer made of the nitride semiconductor doped with the p-type impurity. Alternatively, it has a second layer made of a nitride semiconductor having a p-type impurity concentration lower than that of the first layer. It should be noted that the p-type impurities of the second layer having a p-type impurity concentration lower than that of the first layer due to impurity diffusion are also included in the scope of the present invention. For example, the first layer,
When formed in contact with the second layer, the second layer may contain p-type impurities by diffusion from the first layer.
Most preferably, the first layer is formed as a carrier confinement layer. Mg, Z as p-type impurities
Examples of the group II element of the periodic table such as n, Cd, Be and Ba can be mentioned, and among them, Mg is most preferable.

【０００９】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。The second aspect is that the n-type impurity is not doped or the n-type impurity concentration is between the active layer and the third layer made of a nitride semiconductor doped with the n-type impurity. It is characterized by having a fourth layer made of a nitride semiconductor smaller than the third layer. Note that the n-type impurity concentration of the fourth layer is lower than that of the third layer due to impurity diffusion within the scope of the present invention. For example, when the third layer and the fourth layer are formed in contact with each other, n-type impurities may be contained in the third layer by diffusion from the third layer. Most preferably, the third layer is formed as a carrier confinement layer. Examples of the n-type impurities include Group IV elements of the periodic table such as Si, Ge, Sn, C and Ti, and among them, Si and Ge are most preferable.

【００１０】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。A third aspect is that a p-type layer is formed between the active layer and the first layer made of a p-type impurity-doped nitride semiconductor.
A second type of nitride semiconductor that is not doped with a type impurity or has a p-type impurity concentration lower than that of the first layer.
Or the n-type impurity is not doped between the active layer and the third layer made of a nitride semiconductor doped with the n-type impurity. It is characterized by having a fourth layer made of a nitride semiconductor smaller than the third layer. In the third aspect as well as the first aspect and the second aspect, the first layer and the third aspect
Most preferably, the layer is formed as a carrier confinement layer.

【００１１】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。In the first, second, and third aspects of the present invention, the active layer has a single quantum well structure (SQ) having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium.
W: Single-Quantum-Well) or multi-quantum well structure (MQW: Multi-Quantum-Well).

【００１２】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。Further, in the first and third aspects of the present invention, the band gap energy between the first layer and the second layer is larger than that of the active layer, and the band gap energy is larger than that of the second layer. Is characterized by having a fifth layer made of a nitride semiconductor containing aluminum having a small bandgap energy and doped with p-type impurities and having a film thickness of 0.5 μm or less. This is because the presence of the fifth layer has the effect of suppressing the leak current of the device because the electrons injected from the n-layer side are confined in the active layer by the fifth layer serving as a barrier. .

【００１３】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_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。
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。In the first and third aspects of the present invention, the first layer is a superlattice structure having a nitride semiconductor layer containing aluminum. The superlattice structure is a structure in which a plurality of semiconductor layers having different compositions are stacked with a thickness equal to or less than the elastic critical film thickness. When a superlattice structure is formed between nitride semiconductor layers, a unit nitride semiconductor is used. The layer thickness is adjusted to 100 angstroms or less, more preferably 70 angstroms or less, and most preferably 40 angstroms or less and 10 angstroms or more. As a combination of superlattice structure, one layer is Al
_X Ga_1-X N (0 <X ≦ 1) and the other layer is Al_Y Ga_1-Y N (0 ≦ Y <1, X> Y) or In
It is desirable that_Z Ga_1-Z N (0 ≦ Z ≦ 1).
Note that In_X Ga_1-X N and Al shown in this specification.
General formulas such as_Y Ga_{1 -Y} N are merely general formulas for nitride semiconductors. For example, even when different layers are represented by the same general formula, X values and Y values of those layers are shown. It is by no means the same numerical value.

【００１４】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。In the second and third aspects, the third
Is a superlattice structure having a nitride semiconductor layer containing aluminum. Similarly, as a combination of superlattice structures, one layer is formed of Al_X Ga_1-X N (0 <
X ≦ 1), the other layer is Al_Y Ga_{1 -Y} N
(0 ≦ Y <1, X > Y) or_{In Z Ga 1-Z N (} 0
It is desirable that ≦ Z ≦ 1).

【００１５】[0015]

【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。（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（ＭｇＡ１_２Ｏ_４）
のような絶縁性の基板の他、ＳｉＣ（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。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a specific example of the nitride semiconductor device of the present invention. This shows the structure of the laser element, and shows the structure when the element is cut at a position perpendicular to the resonance direction of the laser light. (Substrate 1) Substrate 1 has sapphire C-plane, sapphire having R-plane and A-plane as main surfaces, and spinel (MgA1₂ O₄ ).
Insulating substrates such as, as well as SiC (6H, 4H, 3C
A semiconductor substrate made of Si, ZnO, GaN, or the like can be used.

【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０．１μ
ｍ以下の膜厚で成長される。第１のバッファ層はＡｌ
Ｎ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ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。(First Buffer Layer 2) The first buffer layer 2 is provided to alleviate the lattice mismatch between the substrate and the nitride semiconductor, and has a lower temperature than the second buffer layer 3 (usually Grown above 300 ° C. and below 900 ° C.) and less than 0.5 μm, preferably 0.1 μm
It is grown with a film thickness of m or less. The first buffer layer is Al
Although N, GaN, and AlGaN are grown, they may be omitted depending on the growth method of the nitride semiconductor, the type of substrate, and the like.

【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。(Second Buffer Layer 2 ') The second buffer layer 2'is not doped with n-type impurities {hereinafter, the state in which the impurities are not doped is referred to as undoped. } A nitride semiconductor or a nitride semiconductor having an n-type impurity concentration lower than that of the n-side contact layer 3 is used. The growth temperature is higher than that of the first buffer layer 2, and is usually 900 ° C. or higher. This layer functions not as a contact layer on which the negative electrode 22 is formed, but as a second buffer layer for growing the n-side contact layer 3 that functions as a contact layer. N-side contact layer 3 which becomes a current injection layer as in the conventional case
If a single nitride semiconductor layer having a film thickness of several μm or more and a high carrier concentration is to be formed, it is necessary to grow a layer having a high n-type impurity concentration. A thick film layer having a high impurity concentration tends to have poor crystallinity. Therefore, even if another nitride semiconductor such as an active layer is grown on a layer having poor crystallinity, the crystal defects will be taken over by the other layer, and improvement of crystallinity cannot be expected. Therefore, before the n-side contact layer 3 is grown, the second buffer layer 2'having a low impurity concentration and good crystallinity is grown to grow the n-side contact layer 3 having a high carrier concentration and good crystallinity. be able to. The thickness of the second buffer layer 2'is 0.1 μm
As described above, it is desirable to adjust to 0.5 μm or more, and most preferably 1 μm or more and 20 μm or less. If the first layer is thinner than 0.1 μm, the n-side contact layer 3 having a large impurity concentration has to be grown thick, so that improvement in the crystallinity of the n-side contact layer 3 tends not to be expected so much. If it is thicker than 20 μm, the second
The buffer layer 2 ′ itself tends to have many crystal defects. Further, as an advantage of growing the second buffer layer 2'thick, improvement of heat dissipation is mentioned. That is, when a laser element is manufactured, heat is likely to spread in the second buffer layer 2'and the life of the laser element is improved. Further, the leaked light of the laser light spreads in the layer of the second buffer layer 2 ', and it becomes easy to obtain a laser light having an elliptical shape. Note that, although undoped in the present invention, impurities due to elements contained in the source gas, for example, unintentional impurities such as C and O are always contained in the nitride semiconductor layer. Therefore, C,
In the present invention, even if undesired impurities are contained in the source gas of O, it is referred to as undoped.

【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_ＸＡ
ｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（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１×１０^１７／cm^３〜１×
１０^２１／cm^３の範囲、さらに好ましくは、１×１０
^１８／cm^３〜１×１０^１９／cm^３に調整することが望ま
しい。１×１０^１７／cm^３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、１×１０^２１
／cm^３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、４μｍ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、４μ
ｍ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ＩｎＧ
ａＮ／ＩｎＧａＮ（但しＩｎ組成比は異なる。）、Ｉｎ
ＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、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。(N-side contact layer 3) The n-side contact layer 3 is made of In_X A doped with an n-type impurity.
1_Y Ga_1-X-Y N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), and its composition is not particularly limited, but preferably n-type GaN or a Y value of 0.1 or less. Al_Y Ga
_{When it is 1-} YN, a good ohmic property with the negative electrode 22 is easily obtained. The n-type impurity concentration is 1 × 10¹⁷ / cm³ to 1 ×
The range is 10²¹ / cm³ , more preferably 1 × 10
It is desirable to adjust to¹⁸ / cm³ to 1 × 10¹⁹ / cm³ . If it is less than 1 × 10¹⁷ / cm^3, it is difficult to obtain a preferable ohmic contact with the material of the n-electrode, so that it is not possible to expect a decrease in the threshold current and voltage in the laser device, and it is possible to obtain 1 × 10²¹
When it is larger than / cm³ , the leak current of the device itself increases and the crystallinity deteriorates, so that the life of the device tends to be shortened. Note that it is desirable that the n-side contact layer 3 be formed thinner than the second buffer layer 2 ′. The n-side contact layer 3 is preferably adjusted to have a thickness of 0.2 μm or more and 4 μm or less. If it is thinner than 0.2 μm,
When forming the negative electrode 22, it is difficult to control the etching rate so as to expose the second layer.
If it is more than m, crystallinity tends to deteriorate due to the influence of impurities. Further, the n-side contact layer 3 is formed of, for example, InG.
aN / InGaN (however, the In composition ratio is different), In
GaN / GaN, InGaN / AlGaN, AlGaN
A superlattice structure formed by combining / GaN or the like may be used. Note that the n-side contact layer 3 does not act as a contact layer but a buffer layer when a conductive substrate such as GaN is used for the substrate 1 and a negative electrode is provided on the substrate side.

【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１００オングストローム以上、０．５
μｍ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５×１０^１６／cm^３〜１×１０^２１／cm^３の範囲、さ
らに好ましくは、１×１０^１７／cm^３〜１×１０^１９／
cm^３に調整することが望ましい。(Crack Prevention Layer 4) The crack prevention layer 4 is a nitride semiconductor layer to be grown next by growing an n-type nitride semiconductor containing In, preferably InGaN, particularly a nitride semiconductor layer containing Al. It is possible to prevent cracks from entering inside. This crack prevention layer has a thickness of 100 angstroms or more, 0.5
It is preferable to grow the film with a thickness of not more than μm. When the thickness is less than 100 Å, it is difficult to act as a crack preventive as described above, and when the thickness is more than 0.5 μm, the crystal itself tends to turn black. The crack prevention layer 4
Can be omitted depending on the conditions such as the growth method and the growth apparatus. The crack prevention layer may be doped with n-type impurities or may be undoped. The n-type impurity concentration is in the range of 5 × 10¹⁶ / cm³ to 1 × 10²¹ / cm³ , and more preferably 1 × 10¹⁷ / cm³ to 1 × 10¹⁹ /.
It is desirable to adjust to cm³ .

【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×
１０^１６／cm^３〜１×１０^２１／cm^３の範囲、さらに好
ましくは、１×１０^１７／cm^３〜１×１０^１９／cm^３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。(N-side clad layer 5 = third layer) The n-side clad layer 5 acts as a carrier confinement layer and a light confinement layer, and is formed of a nitride semiconductor layer containing at least Al doped with an n-type impurity. Preferably, the superlattice structure has a nitride semiconductor layer containing Al as described in claim 7 of the present invention. n-type impurity concentration is 5 ×
It is desirable to adjust to a range of 10¹⁶ / cm³ to 1 × 10²¹ / cm³ , more preferably 1 × 10¹⁷ / cm³ to 1 × 10¹⁹ / cm³ . It is desirable that the total thickness of the n-side cladding layer 5 is 100 angstroms or more and 2 μm or less, and more preferably 500 angstroms or more and 1 μm or less.

【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７
０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。When the n-side cladding layer 5 has a superlattice structure, it is sufficient that the nitride semiconductor layers forming the superlattice layer are made of nitride semiconductors having different compositions, even if the bandgap energies are different. , Can be the same. For example, the first layer (A layer) forming the superlattice layer is In
_X Ga_1-X N (0 ≦ X ≦ 1) and the next layer (B
When the layer) is made of Al_Y Ga_1-Y N (0 <Y ≦ 1), the band gap energy of the B layer is always larger than that of the A layer, but the A layer is made of In_X Ga_1-X N (0 ≦ Y). X ≦
Constituted by 1), the B layer_{In Z Al 1-Z N (} 0 <Z ≦
According to the constitution of 1), the A layer and the B layer have different compositions but may have the same band gap energy. In addition, the A layer is composed of Al_Y Ga_1-Y N (0 <Y ≦ 1), and B
By constituting the layer in_{In Z Al 1-Z N (} 0 <Z ≦ 1),
Similarly, the layer A and the layer B may have different compositions but have the same band gap energy. The superlattice layer may have a nitride semiconductor layer containing Al, and may have a different composition and the same bandgap energy. The film thickness of each nitride semiconductor layer forming the superlattice layer is 100 angstroms or less, more preferably 70 angstroms or less, most preferably 10 angstroms or more, 40.
Adjust to a range below Angstrom. If it is thicker than 100 Å, the film thickness exceeds the elastic strain limit, and minute cracks or crystal defects are likely to occur in the film. The lower limit of the thickness of the well layer and the barrier layer is not particularly limited as long as it is one atomic layer or more, but it is preferably adjusted to 10 angstroms or more. Thus, the single film thickness is 100 angstroms or less, more preferably 7 angstroms.
When a superlattice structure in which nitride semiconductor layers having different compositions of 0 angstroms or less, and most preferably 40 angstroms or less are different from each other is laminated and grown, the thickness of a single nitride semiconductor layer becomes an elastic critical film thickness or less, Crystallinity becomes very good, and continuous oscillation easily occurs at room temperature.

【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。Further, it is desirable to stack the nitride semiconductors of the A layer and the B layer constituting the superlattice layer, which have different bandgap energies, and activate the average bandgap energy of the nitride semiconductor constituting the superlattice layer. It is desirable to adjust so that it is larger than the layer. Preferably, one of the layers is made of In_X Ga_1-X N (0 ≦ X ≦ 1) and the other layer is made of Al_Y Ga_1-Y N (0 <Y ≦ 1) to obtain a crystalline structure. A good superlattice layer can be formed. Further, AlGaN has a property that cracks easily occur during crystal growth. Therefore, if the A layer constituting the superlattice layer is a nitride semiconductor layer containing no Al and having a film thickness of 100 angstroms or less, it acts as a buffer layer when the other B layer made of the nitride semiconductor containing Al is grown. However, the B layer is less likely to be cracked. Therefore, even if superlattice layers are laminated, a crack-free superlattice can be formed, so that the crystallinity is improved and the life of the device is improved. This also uses_one layer of In_X Ga_1-X N (0 ≦ X
≦ 1), and the other layer is Al_Y Ga_1-Y N (0 <
This is an advantage when Y ≦ 1).

【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。When the nitride semiconductor forming the superlattice is further doped with impurities, it goes without saying that n-type impurities are doped in both the A layer and the B layer, but it is preferable that the n-type impurity is doped in the layer having the larger bandgap energy. The more doping or the one having a smaller band gap energy as undoped and the one having a larger band gap energy with the n-type impurity tend to lower the threshold voltage and the threshold current.

【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、Ｖ_ｆ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、Ｖ_ｆが低下すると推察される。Furthermore, the n-type cladding layers have different n-type impurity concentrations in the A layer and the B layer. This is what is called modulation doping, and when the n-type impurity concentration of one layer is low, and it is preferable that the impurity is not doped (undoped) while the other is highly doped, the threshold voltage, V_f, etc. are lowered. Can be made. This is because the presence of a layer having a low impurity concentration in the superlattice layer increases the mobility of the layer, and the presence of a layer having a high impurity concentration at the same time causes the superlattice to remain at a high carrier concentration. Due to the ability to form layers. In other words, since a layer having a low impurity concentration and a high mobility and a layer having a high impurity concentration and a high carrier concentration are present at the same time, a layer having a high carrier concentration and a high mobility serves as a cladding layer. , V_f is estimated to decrease.

【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。When the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is heavily doped with impurities, the modulation doping produces a two-dimensional electron gas between the high impurity concentration layer and the low impurity concentration layer. It is estimated that the resistivity decreases due to the influence of electron gas. For example, in a superlattice layer in which a nitride semiconductor layer having a large bandgap doped with an n-type impurity and an undoped nitride semiconductor layer having a small bandgap are stacked, a layer doped with an n-type impurity and an undoped layer At the heterojunction interface with and, the barrier layer side is depleted, and electrons (two-dimensional electron gas) accumulate at the interface before and after the thickness on the layer side with a small band gap. Since this two-dimensional electron gas is created on the side with a smaller band gap, it is not scattered by impurities when electrons travel,
The mobility of electrons in the superlattice increases and the resistivity decreases.
It is assumed that the modulation doping on the p-side is also influenced by the two-dimensional hole gas. In the case of p-layer, AlGaN is Ga
The resistivity is higher than N. So for AlGaN, p
It is speculated that the threshold value tends to decrease when the device is manufactured because the resistivity of the superlattice layer decreases due to the decrease of the resistivity due to a large amount of doping of the type impurities.

【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１×１０^２０／cm^３ドープしてもＧａ
Ｎでは１×１０^１８／cm^３程度のキャリア濃度であるの
に対し、ＡｌＧａＮでは１×１０^１７／cm^３程度のキャ
リア濃度しか得られない。そこで、本発明ではＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮ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、ＬＥＤ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。On the other hand, when the nitride semiconductor layer having a small band gap energy is heavily doped with impurities, it is presumed that the following effects are obtained. For example AlGaN
When the layers and the GaN layer are doped with the same amount of Mg, AlGa
In the N layer, the depth of the acceptor level of Mg is large and the activation rate is small. On the other hand, the depth of the acceptor level of the GaN layer is shallower than that of the AlGaN layer, and the activation rate of Mg is high. For example, even if Mg is doped at 1 × 10²⁰ / cm³ Ga
N has a carrier concentration of about 1 × 10¹⁸ / cm³ , whereas AlGaN has a carrier concentration of only about 1 × 10¹⁷ / cm³ . Therefore, in the present invention, AlGa
A superlattice having a high carrier concentration can be obtained by forming a superlattice with N / GaN and doping a GaN layer having a high carrier concentration with more impurities. Moreover, since the superlattice is used, the carriers move in the AlGaN layer having a low impurity concentration due to the tunnel effect, so that the carriers are not substantially affected by the AlGaN layer, and the AlGaN layer functions as a cladding layer having a high band gap energy. Therefore, even if the nitride semiconductor layer having the smaller bandgap energy is doped with a large amount of impurities, it is very effective in reducing the threshold values of the laser element and the LED element. Although this description has been given of the example in which the superlattice is formed on the p-type layer side, the same effect can be obtained when the superlattice is formed on the n-layer side.

【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、１×１０^１７／cm^３〜１×１０^２１
／cm^３、さらに好ましくは１×１０^１８／cm^３〜５×１
０^１９／cm^３の範囲に調整する。１×１０^１７／cm^３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１×１０^２１／cm
^３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１×１０^１９／cm^３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、VIＢ族元素を選択し、好ましくはＳｉ、Ｇ
ｅ、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。When a nitride semiconductor layer having a large band gap energy is heavily doped with n-type impurities, a preferable doping amount for the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is 1 × 10¹⁷ / cm³ to 1 × 10.²¹
/ Cm³ , more preferably 1 × 10¹⁸ / cm^{3 to} 5 × 1
Adjust to the range of 0¹⁹ / cm³ . When it is less than 1 × 10¹⁷ / cm³ , the difference from the nitride semiconductor layer having a small band gap energy is small, and it tends to be difficult to obtain a layer having a high carrier concentration, and 1 × 10²¹ / cm 3.
^If it is more than³ , the leak current of the device itself tends to increase. On the other hand, the n-type impurity concentration of the nitride semiconductor layer having a small bandgap energy should be lower than that of the nitride semiconductor layer having a large bandgap energy, preferably 1/10 or more. Most preferably, undoped provides a layer having the highest mobility, but since the film thickness is thin, there is n-type impurity diffused from the side of the nitride semiconductor having a large band gap energy, and the amount thereof is 1 × 10^19. / Cm³ or less is desirable. n
As the type impurities, elements of Group IVB and VIB of the Periodic Table such as Si, Ge, Se, S, and O are selected, and Si and G are preferable.
Let e and S be n-type impurities. This action is the same when the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is doped with a small amount of n-type impurities and the nitride semiconductor layer having a small band gap energy is doped with a large amount of n-type impurities. Although the case where the superlattice layer is preferably modulation-doped with impurities has been described above, the impurity concentrations of the nitride semiconductor layer having a large band gap energy and the nitride semiconductor layer having a small band gap energy can be made equal.

【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。(N-Side Light Guide Layer 6 = Fourth Layer) Here, the fourth layer, which is a feature of the present invention, will be described. n
The side light guide layer 6 acts as a light guide layer of the active layer,
The bandgap energy is larger than that of the active layer 7, and n
It is composed of a nitride semiconductor layer having a bandgap energy smaller than that of the side clad layer 5, and is preferably In_X Ga.
_1−X N (0 ≦ X <1). n-side light guide layer 6
Is usually grown to a film thickness of 100 angstroms to 5 μm, more preferably 200 angstroms to 1 μm. In the case of a laser device, the n-side light guide layer 6 is an undoped layer that is not doped with impurities. The undoped layer can grow fewer crystal defects than the layer doped with impurities. Therefore, by providing the undoped layer before growing the active layer, the crystallinity of the active layer grown on the undoped layer is improved, and the laser device has a long life. Further, the undoped layer of the nitride semiconductor absorbs less light than the layer doped with impurities. Therefore, the light emitted from the active layer is almost not absorbed, is confined in the cladding layer, and is guided without being absorbed in the optical guide layer, so that oscillation occurs at a low threshold value. The n-side light guide layer 6 is most preferably an undoped layer, but may include an n-type impurity diffused from the n-side cladding layer 5.

【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ＭＱＷ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_ａＧａ_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７
０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、Ｖ_ｆ（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。(Active Layer 7) The active layer 7 is SQW or MQW having a well layer made of a nitride semiconductor containing In. The well layer is preferably composed of, for example, In_X Ga_1-X N (0 <X ≦ 1). The preferable thickness of the well layer is 100 angstroms or less, more preferably 70 angstroms or less,
Most preferably, it is adjusted to 50 angstroms or less.
In MQW, although the film thickness range of the well layer is the same as in the case of SQW, the barrier layer is larger bandgap energy nitride semiconductor than the well layer, for example, In_YGa 1-Y N
(0 ≦ Y <1, X > Y)_or, Al_{a Ga 1-a} N
It is desirable to configure (0 <a ≦ 1). The barrier layer preferably has a thickness of 150 angstroms or less, more preferably 100 angstroms or less, and most preferably 7 angstroms or less.
Adjust to 0 Å or less. When the device of the present invention is applied to an LED, it is desirable that the active layer be SQW or the well layer be MQW of 5 or less in order to reduce V_f (forward voltage). When the active layer is doped with impurities, both the well layer and the barrier layer may be doped, or either one of them may be doped.

【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３００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。(P-side cap layer 8 = fifth layer) The p-side cap layer 8 has a bandgap energy larger than that of the p-side optical guide layer 9 and has a bandgap energy larger than that of the p-side optical guide layer 9. The thickness is preferably 500 angstroms or less, more preferably 300 angstroms or less.
This is because if the film is grown to a thickness greater than 0.1 μm, cracks are likely to occur in the p-side cap layer 8 and a nitride semiconductor layer with good crystallinity is difficult to grow. In addition, carriers tend to be unable to pass through this energy barrier due to the tunnel effect. As the nitride semiconductor, a nitride semiconductor containing Al, preferably Al_Y Ga_1-Y N (0 <Y ≦
1) and has a Y value of 0.2 or more, for example, Al_Y Ga
If it is_1- YN, it is desirable to adjust it to 500 angstroms or less. The lower limit of the film thickness of the p-side cap layer 8 is not particularly limited, but it is desirable to form the p-side cap layer 8 with a film thickness of 10 angstroms or more. The impurities to be doped into the p-type cap layer are preferably p-type impurities, but since the film thickness is thin,
It may be an i-type in which carriers are compensated by doping with an n-type impurity, or may be undoped, but most preferably a p-type semiconductor doped with a p-type impurity.

【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〜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。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。(P-Side Light Guide Layer 9 = Second Layer) Like the n-side light guide layer 6, the p-side light guide layer 9 acts as a light guide layer of the active layer and has a bandgap energy higher than that of the active layer 7. Of In_X Ga_1-X N (0 ≦ X <1), and is formed of a nitride semiconductor layer having a larger band gap energy than the p-side cladding layer 10. Similarly, it is desirable that the p-side light guide layer 9 is normally grown to a film thickness of 100 angstrom to 5 μm, more preferably 200 angstrom to 1 μm. The p-side light guide layer 9 is an undoped layer. Since the p-side light guide layer 9 is undoped, a layer with few crystal defects can be grown like the n-type side light guide layer 6,
P-side clad layer 10 grown on this undoped layer
Improve the crystallinity of. Further, since the light emitted from the active layer is guided without being absorbed by the light guide layer, it oscillates at a low threshold value.
The p-side light guide layer 9 is most preferably an undoped layer, but may contain p-type impurities diffused from the p-side cladding layer 10 and the p-side cap layer 8.

【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１×１０^１７／cm^３〜５×
１０^２１／cm^３の範囲、さらに好ましくは、１×１０
^１８／cm^３〜５×１０^２０／cm^３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、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。(P-side clad layer 10 = first layer) The p-side clad layer 10 also functions as a carrier confinement layer and an optical confinement layer, like the n-side clad layer 5, and p
It is formed of a nitride semiconductor layer containing at least Al doped with a type impurity, and preferably has a superlattice structure having a nitride semiconductor layer containing Al as described in claim 6 of the present invention. The p-type impurity concentration is 1 × 10¹⁷ / cm^{3 to} 5 ×
The range is 10²¹ / cm³ , more preferably 1 × 10
It is desirable to adjust to¹⁸ / cm^{3 to} 5 × 10²⁰ / cm³ . It is desirable that the total thickness of the p-side cladding layer 10 is 100 angstroms or more and 2 μm or less, more preferably 500 angstroms or more and 1 μm or less.

【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。Even when the p-side cladding layer 10 has a superlattice structure, the nitride semiconductor layers forming the superlattice layer may be made of nitride semiconductors having different compositions, like the n-side cladding layer 5. , The band gap energies may be different or the same. The superlattice layer is A
It suffices to have a nitride semiconductor layer containing 1 and may have different band gap energies and different compositions.
The thickness of each nitride semiconductor layer forming the superlattice layer is adjusted to 100 angstroms or less, more preferably 70 angstroms or less, and most preferably 10 angstroms or more and 40 angstroms or less.

【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_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。Further, it is desirable that the nitride semiconductors forming the superlattice layer have different bandgap energies, so that the average bandgap energy of the nitride semiconductor forming the superlattice layer is made larger than that of the active layer. It is desirable to adjust to. Preferably one layer is I
n_X Ga_1-X N (0 ≦ X ≦ 1) and the other layer of Al_Y Ga_1-Y N (0 <Y ≦ 1) to form a superlattice layer with good crystallinity. can do.

【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、Ｖ_ｆ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。Layers A and B of the superlattice layer of the p-side clad layer 17
The p-type impurity concentration is different from that of the layer, and the impurity concentration of one layer is increased and the impurity concentration of the other layer is decreased (modulation doping). Similar to the n-side clad layer, the p-type impurity concentration of the nitride semiconductor layer having a larger band gap energy is increased so that the p-type impurity layer having a smaller band gap energy of p is formed.
When the type impurity concentration is low, preferably undoped, the threshold voltage, V_f, etc. can be lowered. The reverse is also possible. That is, the p-type impurity concentration of the nitride semiconductor layer having a large band gap energy may be reduced, and the p-type impurity concentration of the nitride semiconductor layer having a small band gap energy may be increased. The reason is as described above.

【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１×１０^１８／
cm^３〜５×１０^２１／cm^３、さらに好ましくは１×１０
^１９／cm^３〜５×１０^２０／cm^３の範囲に調整する。１
×１０^１８／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５×１０^２１／cm^３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１×１０^２０／cm^３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Ｍ
ｇ、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。A preferable doping amount for a nitride semiconductor layer having a large band gap energy is 1 × 10¹⁸ /
cm^{3 to} 5 × 10²¹ / cm³ , more preferably 1 × 10
¹⁹ / cm³ is adjusted to a range of ~5 ×^{10 20} / cm^3. 1
If less than × 10 18^/ cm^3, likewise the difference between the small nitride semiconductor layer of the band gap energy becomes smaller, similarly located in the layer higher is obtained less likely the carrier concentration, and 5 × 10²¹ If it is more than / cm³ , the crystallinity tends to deteriorate. On the other hand, the p-type impurity concentration of the nitride semiconductor layer having a small bandgap energy should be smaller than that of the nitride semiconductor layer having a large bandgap energy, and preferably 1/10 or more. Most preferably, undoped provides a layer with the highest mobility, but since the film thickness is thin, there are p-type impurities diffused from the side of the nitride semiconductor having a large band gap energy, and the amount thereof is 1 × 10^20. / Cm³ or less is desirable. As the p-type impurity, a group IIA or IIB element of the periodic table such as Mg, Zn, Ca or Be is selected, and preferably M
Let g, Ca, etc. be p-type impurities. This action is the same when the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is lightly doped with p-type impurities and the nitride semiconductor layer having a small band gap energy is heavily doped with p-type impurities.

【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。Furthermore, in the nitride semiconductor layer forming the superlattice, a layer in which impurities are doped at a high concentration has a large impurity concentration near the center of the semiconductor layer and an impurity concentration near both ends in the thickness direction. Is preferably small (preferably undoped). More specifically, for example, AlGaN doped with Si as an n-type impurity,
When a superlattice layer is formed with an undoped GaN layer, A
Since lGaN is doped with Si, it emits electrons to the conduction band as a donor, but the electrons fall to the conduction band of GaN, which has a low potential. Since the GaN crystal is not doped with donor impurities, carriers are not scattered by the impurities. Therefore, the electrons can easily move in the GaN crystal, and the electron mobility is substantially increased. This is similar to the effect of the two-dimensional electron gas described above, and the substantial mobility in the lateral direction of electrons becomes high and the resistivity becomes small. Further, if the central region of AlGaN having a large band gap energy is heavily doped with an n-type impurity, the effect is further enhanced. That is, depending on the electrons moving in GaN, the n-type impurity ions (Si in this case) contained in AlGaN are scattered to some extent. However, if the both ends of the AlGaN layer in the thickness direction are undoped, Si is less likely to be scattered, so that the mobility of the undoped GaN layer is further improved. The action is slightly different, but p
Similar effects can be obtained when a superlattice is composed of a nitride semiconductor layer having a large bandgap energy and a nitride semiconductor layer having a small bandgap energy on the layer side. It is desirable to dope p-type impurities to a large extent and reduce both ends, or to make them undoped. on the other hand,
N for a nitride semiconductor layer with a small bandgap energy
A layer heavily doped with a type impurity may be configured to have the above impurity concentration. The superlattice layer is preferably at least in the p-side layer, and the superlattice layer in the p-side layer is preferable because the threshold value is further lowered.

【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。As in the present invention, in the case of a semiconductor device having a double hetero structure having an active layer having a quantum well layer, the film thickness having a band gap energy larger than that of the active layer 7 is in contact with the active layer 7. A cap layer 8 made of a nitride semiconductor having a thickness of 0.1 μm or less, preferably a p-side cap layer 8 made of a nitride semiconductor containing Al, is provided, and the p-side is placed at a position farther from the active layer than the p-side cap layer 8. An undoped p-side light guide layer 9 having a bandgap energy smaller than that of the cap layer 8 is provided, and the bandgap of the p-side light guide layer 9 is farther from the active layer than the p-side light guide layer 9. It is highly preferable to provide the p-side cladding layer 10 having a superlattice structure containing a large nitride semiconductor, preferably a nitride semiconductor containing Al. Moreover, since the p-side cap layer 8 is set to a thin film thickness of 0.1 μm or less and the band gap energy is extremely increased, electrons injected from the n-layer are blocked by the p-type cap layer 8. Since the electrons are not confined and the electrons do not overflow the active layer, the leak current of the device is reduced.

【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−Ｙ}Ｎ（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５０
０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。(P-side contact layer 11) The p-side contact layer 11 is a p-type In_X Al_Y Ga layer.
_1-X-YN (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), preferably Mg-doped GaN, or Mg-doped Y Y value of 0.1 or less Al_Y Ga.
_{With 1-} YN, the most preferable ohmic contact with the positive electrode 20 can be obtained. The thickness of the p-side contact layer 20 is 50
It is desirable to adjust to 0 angstroms or less, more preferably 300 angstroms or less, and most preferably 200 angstroms or less. This is because the resistivity is further reduced by adjusting the film thickness of the p-type nitride semiconductor layer having a high resistivity to 500 angstroms or less, so that the current and voltage at the threshold value are reduced. In addition, the amount of hydrogen removed from the p-type layer during annealing tends to increase, and the resistivity tends to decrease. Further, the effect of thinning the p-side contact layer 11 is as follows. For example, the p-side cladding layer made of p-type AlGaN has a p-type GaN layer with a thickness of more than 500 angstroms.
If the side contact layers are formed in contact with each other, and the cladding layer and the contact layers have the same impurity concentration and the same carrier concentration, if the p-side contact layer is made thinner than 500 angstroms, the cladding layer side Carrier tends to move to the contact layer side, and the carrier concentration of the p-side contact layer tends to increase. Therefore, the carrier concentration of the p-side contact layer 11 forming the positive electrode 20 is substantially increased, and good ohmic contact is obtained.

【００４０】[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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. The following examples are based on MOVPE, but the device of the present invention is not limited to MOVPE, and may be, for example, MBE (molecular beam vapor phase epitaxy), HVPE (halide vapor phase epitaxy).
Conventional methods known to grow nitride semiconductors can be used, such as.

【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。Example 1 A substrate 1 made of sapphire (C surface) was set in a reaction vessel, the inside of the vessel was sufficiently replaced with hydrogen, and then the temperature of the substrate was raised to 1050 ° C. while flowing hydrogen. Clean the substrate.

【００４２】（第１のバッファ層２）続いて、温度を５１０℃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。(First Buffer Layer 2) Next, the temperature is lowered to 510 ° C., hydrogen is used as a carrier gas, ammonia and TMG (trimethylgallium) are used as a source gas, and a buffer layer 2 made of GaN is formed on the substrate 1.
Is grown to a film thickness of about 200 Å.

【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１０５
０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原
料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープの
ＧａＮを４μｍの膜厚で成長させる。(Second Buffer Layer 2 ') After the growth of the buffer layer 2, only TMG is stopped and the temperature is set to 105.
Raise to 0 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C., undoped GaN is grown to a film thickness of 4 μm using TMG and ammonia gas as the source gas.

【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１×１０^１９／cm^３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。[0044] Subsequently (n-side contact layer 3), the raw material gas TMG, ammonia, using a silane gas as the impurity gas, Si and a 1 ×^{10 19} / cm³ consisting of doped n-type GaN n-side contact layer 3 2 [mu] m
To grow.

【００４５】（クラック防止層４）次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ（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１×１０^１９／cm^３ドープしたＩｎ_0.1
Ｇａ_0.9Ｎ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。(Crack Prevention Layer 4) Next, the temperature is set to 800 ° C. and TMG and TM are added to the source gas.
In_0.1 doped with Si (1 × 10¹⁹ / cm³ ) using I (trimethylindium), ammonia, and silane gas
A crack prevention layer 4 made of Ga_0.9 N is grown to a film thickness of 500 Å.

【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、ＮＨ_３、ＳｉＨ_４を用
い、Ｓｉを１×１０^１９／cm^３ドープしたｎ型Ａｌ_0.20
Ｇａ_0.80ＮよりなるＡ層を２０オングストロームと、Ｓ
ｉを１×１０^１９／cm^３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。(N-side clad layer 5) Next, the temperature was set to 1050 ° C., and TMA (trimethylaluminum), TMG, NH₃ , and SiH₄ were used as source gases, and Si was doped at 1 × 10¹⁹ / cm³ n. Type Al_0.20
A layer of Ga_0.80 N with 20 Å and S
A B layer made of n-type GaN doped with 1 × 10¹⁹ / cm^{3 of} i is grown to 20 Å. Then, this pair is grown 125 times to grow the n-side cladding layer 5 having a total film thickness of 0.5 μm (5000 angstrom) and having a superlattice structure.

【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。(N-side Light Guide Layer 6) The impurity gas is stopped, and the n-side light guide layer 6 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.2 μm at 1050 ° C.

【００４８】（活性層７）次に、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、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Ｓｉを８×１０^１８／cm^３で
ドープしたＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ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８×１０^１８／
cm^３ドープしたＩｎ_0.01Ｇａ_0.95Ｎよりなる障壁層を５
０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。(Active Layer 7) Next, the active layer 7 is grown by using TMG, TMI, ammonia, and silane gas as the source gas. The temperature of the active layer 7 is kept at 800 ° C., and a well layer made of In_0.2 Ga_0.8 N doped with Si at 8 × 10¹⁸ / cm³ is grown to a thickness of 25 Å. Next, Si is changed to 8 × 10¹⁸ / at the same temperature only by changing the TMI molar ratio.
5 cm^{3 of} In_0.01 Ga_0.95 N barrier layer
It is grown to a film thickness of 0 angstrom. Do this operation 2
Repeat multiple times to finally form a multiple quantum well structure in which well layers are stacked.

【００４９】（ｐ側キャップ層８）次に、温度を１０５０℃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１×１０^２０／cm^３ドープしたｐ型
Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ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。(P-side cap layer 8) Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, ammonia, and Cp₂ Mg (cyclopentadienyl magnesium) were used to dope Mg at 1 × 10²⁰ / cm³ . A p-side cap layer 8 made of p-type Al_0.1 Ga_0.9 N is grown to a film thickness of 300 Å.

【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。(P-side light guide layer 9) The impurity gas is stopped, and the p-side light guide layer 9 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.2 μm at 1050 ° C.

【００５１】（ｐ側クラッド層１０）続いて１０５０℃で、Ｍｇを１×１０^２０／cm^３ドープ
したｐ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80ＮよりなるＡ層を２０オング
ストロームと、Ｍｇを１×１０^２０／cm^３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０．５
μｍ（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。[0051] (p-side cladding layer 10) Then at 1050 ° C., p-type Al was 1 ×^{10 20} / cm³ doped with Mg_0.20 Ga_0.80 layer A and 20 Å consisting of N, 1 a Mg ×^{10 20} / cm³ Doped p
The B layer made of type GaN is grown to 20 Å. Then, this pair is grown 125 times, and the total film thickness is 0.5.
A p-side clad layer 10 having a superlattice structure of μm (5000 angstrom) is grown.

【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１×１０^２０／cm^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ
側コンタクト層１１を１５０オングストロームの膜厚で
成長させる。(P-side contact layer 11) Finally, on the p-side cladding layer 10, Mg at 1050 ° C.
Of p-type GaN doped with 1 × 10²⁰ / cm³
The side contact layer 11 is grown to a film thickness of 150 Å.

【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。After completion of the reaction, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is further heated in a nitrogen atmosphere in a reaction vessel at 700 ° C.
Annealing is performed at 0 ° C. to further reduce the resistance of the p-type layer.

【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。After the annealing, the wafer is taken out from the reaction vessel and etched by the RIE apparatus to etch the uppermost p-side contact layer 11 and the p-side cladding layer 10 as shown in FIG. A ridge stripe having a width is formed. When forming the ridge stripe, it is designed so that the center of the stripe width is close to the negative electrode 22 to be formed later. When forming a ridge stripe, especially Al above the active layer
By forming the layer including the p-type nitride semiconductor layer or more including ridge into a ridge shape, the light emission of the active layer is concentrated in the lower portion of the ridge, the lateral modes are easily unified, and the threshold value is easily lowered. When an insulating substrate is used as in this embodiment, it is possible to shift the center of the stripe of the ridge portion from the center of the stripe of the active layer so as to approach the negative electrode 22 side in order to reduce the threshold value. preferable.

【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。Next, a mask is formed on the surface of the ridge stripe and the exposed surface of the p-side cladding layer 10.
Similarly, etching is performed by RIE to expose the surface of the n-side contact layer 3 on which the negative electrode 22 is to be formed, as shown in FIG. After the surface is exposed, as shown in FIG. 1, a positive electrode 20 made of Ni / Au having a film thickness of 500 angstrom is formed on the entire uppermost layer of the ridge stripe of the uppermost p-side contact layer 11.

【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。Next, a negative electrode 22 made of Ti and Al is formed on the exposed surface of the n-side contact layer 3 in a thickness of 0.5 μm in parallel with the ridge stripe. Note that n
As the material of the side contact layer 3 and the negative electrode 22 that can obtain a preferable ohmic property, Al, Ti, W, Cu, Zn,
Metals or alloys such as Sn and In can be mentioned.

【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ＳｉＯ_２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。Next, an insulating film 12 made of SiO₂ is formed to a thickness of 0.5 μm on the entire surface of the nitride semiconductor layer except the positions where the positive electrode 20 and the negative electrode 22 are formed. After forming the insulating film 12, the extraction pad electrode 21 including Ru and Au electrically connected to the positive electrode 20 is formed on the positive electrode 20.
Is formed with a film thickness of 2 μm through the insulating film 12 in an area larger than the surface area of the positive electrode. The pad electrode 21 may not be in ohmic contact with the p-side contact layer 11, and may be simply electrically connected to the positive electrode 20. The pad electrode 21 has a larger film thickness than the positive electrode 20 to prevent the positive electrode from peeling off, and has a larger surface area than the positive electrode. Therefore, in the case of a laser device like this embodiment. In addition to facilitating wire bonding from the pad electrode to the positive electrode side, when connecting the positive electrode side to a radiator such as a heat sink or submount, the bonding area is increased to improve heat dissipation. Let

【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。As described above, the negative electrode 22 and the positive electrode 2
The wafer on which 0 is formed is transferred to a polishing apparatus, and the substrate 1 on the side on which the nitride semiconductor is not formed is lapped by using a diamond polishing agent so that the substrate has a thickness of 100 μm. After lapping, the substrate surface is mirror-finished by polishing with 1 μm with a finer polishing agent. By thus reducing the thickness of the substrate to 100 μm or less, the heat dissipation of the laser element is improved.

【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ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２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。After polishing the substrate, scribe the polishing surface side,
Cleavage is performed in a bar shape in a direction perpendicular to the ridge stripe, and a resonator having a resonator length of 500 μm is manufactured on the cleavage plane. Further, a dielectric multilayer film made of SiO₂ and TiO₂ is formed on the cavity surface, and finally the bar is cut in the direction parallel to the ridge stripe to form a laser chip.

【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１×１０^１９／cm^３ドー
プし、さらにｐ側光ガイド層９にＭｇを１×１０^２０／
cm^３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。Finally, this laser chip is placed face up (a state in which the substrate and the heat sink face each other) on the heat sink, and the respective electrodes are bonded by the wire 28 made of a gold wire. The position at the time of wire bonding is a position apart from the position of the ridge stripe as shown in FIG. By avoiding directly above the ridge stripe, the ridge portion is not impacted, so that the crystal of the ridge portion is not destroyed. When the laser oscillation of this laser chip was tried, the oscillation wavelength 40
A continuous wave of 5 nm was confirmed. In the laser device of the present invention, the n-side light guide layer is doped with Si at 1 × 10¹⁹ / cm³ , and the p-side light guide layer 9 is further doped with Mg at 1 × 10²⁰ / cm^3.
The threshold current density was reduced by 5% and the lifetime was 1.2 times or more as compared with the laser device doped with cm³ .

【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１×１０^１９／cm^３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。[Example 2] In Example 1, silane was caused to flow as an impurity gas during the growth of the n-side optical guide layer 6, and GaN doped with Si at 1 x 10¹⁹ / cm³ was grown to a film thickness of 0.2 µm. A laser device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the above was performed, and a laser device having substantially the same characteristics as in Example 1 could be produced.

【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、Ｍｇを１×１０^２０／cm^３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。[Example 3] In Example 1, Cp2Mg was caused to flow as an impurity gas at the time of growing the p-side optical guide layer 9, and GaN doped with Mg at 1 x 10²⁰ / cm³ was grown to a film thickness of 0.2 µm. A laser device was obtained in the same manner as in Example 1 except that
A laser device having almost the same characteristics as was produced.

【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
１×１０^１９／cm^３ドープしたｎ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ｎ
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。Example 4 In Example 1, n-type Al_0.20 Ga_0.80 N doped with Si at 1 × 10¹⁹ / cm³ was grown when the n-side cladding layer 5 was grown.
A layer of A is grown to 20 Å and a B layer of undoped GaN is grown to 20 Å, and this pair is grown 125 times to obtain a total film thickness of 0.5 μm.
N consisting of (5000 angstrom) superlattice structure
A laser device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the side cladding layer 5 was grown.
The threshold current density was slightly lowered and the life was extended.

【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１×１０^２０／cm^３ドープしたｐ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80
Ｎ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。[Embodiment 5] In Embodiment 1, Mg is grown when the p-side cladding layer 10 is grown.
1 × 10²⁰ / cm³ doped p-type Al_0.20 Ga_0.80
An A layer made of N is grown to 20 angstroms, and a B layer made of undoped GaN is grown to 20 angstroms. This pair is grown 125 times, and the total film thickness is 0.5 μm.
(5000 angstrom) superlattice structure p
A laser device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the side cladding layer 10 was grown. As a result, the threshold current density was slightly reduced and the life was extended as compared with that in Example 1.

【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
１×１０^１９／cm^３ドープしたｎ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ｎ
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１×１０^２０／cm^３ドープしたｐ型Ａ
ｌ_0.20Ｇａ_0.80Ｎ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。Example 6 In Example 1, n-type Al_0.20 Ga_0.80 N doped with Si at 1 × 10¹⁹ / cm³ was grown when the n-side cladding layer 5 was grown.
A layer of A is grown to 20 Å and a B layer of undoped GaN is grown to 20 Å, and this pair is grown 125 times to obtain a total film thickness of 0.5 μm.
N consisting of (5000 angstrom) superlattice structure
The side cladding layer 5 is grown, and the p-side cladding layer 10 is grown.
During growth, p-type A doped with Mg at 1 × 10²⁰ / cm³
1 A layer of_0.20 Ga_0.80 N is grown to 20 Å and a B layer of undoped GaN is grown to 20 Å, and this pair is grown 125 times to form a superlattice structure having a total film thickness of 0.5 μm (5000 Å). A laser device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the n-side clad layer 10 made of was grown, and the threshold current density was slightly lowered and the life was extended as compared with those in Example 1.

【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
１×１０^１９／cm^３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２
０オングストロームと、アンドープのＡｌ_0.20Ｇａ_0.80
Ｎ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（５００
０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１×１０^２０／cm^３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Ａｌ
_0.20Ｇａ_0.80Ｎ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０．５
μｍ（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。Example 7 In Example 1, when the n-side cladding layer 5 was grown, 2 B layers made of GaN doped with Si at 1 × 10¹⁹ / cm³ were used.
0 angstrom and undoped Al_0.20 Ga_0.80
The A layer made of N is grown to 20 Å, and this pair is grown 125 times to obtain a total film thickness of 0.5 μm (500
The n-side clad layer 5 having a superlattice structure of 0 angstrom) is grown, and when the p-side clad layer 10 is grown, the B layer made of GaN doped with Mg at 1 × 10²⁰ / cm³ is 20 angstrom and undoped. Al
A layer of_0.20 Ga_0.80 N is grown to 20 Å, and this pair is grown 125 times to obtain a total film thickness of 0.5.
A laser device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the p-side clad layer 10 having a superlattice structure of μm (5000 Å) was grown, and the threshold current density was slightly higher than that in Example 1. It has decreased and the life has been extended.

【００６７】[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。INDUSTRIAL APPLICABILITY A nitride semiconductor grown by heteroepitaxial growth basically has more crystal defects than other materials. However, according to the present invention, undoped nitriding is performed between the active layer and the n-type impurity-doped nitride semiconductor layer, and / or between the active layer and the p-type impurity-doped nitride semiconductor layer. By having an object semiconductor layer,
Since the undoped layer has a function of improving crystal defects in the layer, it is considered that the crystal defects of the nitride semiconductor device are reduced. Therefore, when the present invention is applied to a semiconductor element used under severe conditions such as a laser element, the life of the element itself can be improved. Further, in the laser device, since the waveguiding property of the undoped layer is improved, the threshold value can be lowered.

【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。Although the laser element has been described in the present specification, since the present invention is intended to improve the crystallinity of the nitride semiconductor element, not only the laser element but also the L element is used.
Any nitride semiconductor device such as an ED and a light receiving element can be applied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor device according to an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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1 ... substrate2 ... First buffer layer2 '... second buffer layer3 ... n-side contact layer4 ... Crack prevention layer5 ... N-side cladding layer6 ... N side light guide layer7 ... Active layer8 ... Cap layer9 ... P-side light guide layer10 ... P-side cladding layer11 ... P-side contact layer12 ... Insulating film20 ... Positive electrode21 ... Pad electrodes22 ... Negative electrode23 ... Wire

─────────────────────────────────────────────────────フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−316566（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−321395（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−321375（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−51251（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−260725（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−232675（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-8-316566 (JP, A) JP-A-7-321395 (JP, A) JP-A-7-321375 (JP, A) JP-A-8- 51251 (JP, A) JP 9-260725 (JP, A) JP 9-232675 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl.⁷ , DB name) H01S 5/00-5 / 50 H01L 33/00

Claims (6)

Translated fromJapanese

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]【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光ガイド層として
作用する第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光ガイド層とし
て作用するアンドープの第４の層を有し、さらに活性層に接して、活性層よりもバンドギャップエ
ネルギーが大きいＡｌを含む窒化物半導体よりなるｐ側
キャップ層を有しかつ、ｐ側キャップ層よりも活性層から離れた位置の第２の層
は、ｐ側キャップ層に接してかつ、ｐ側キャップ層より
もバンドギャップエネルギーが小さく、さらに前記第２の層は、第３の層またはｐ側キャップ層
から拡散するｐ型不純物を含んでいることを特徴とする
窒化物半導体素子。1. A p-type impurity is not doped between the active layer and the p-type impurity-doped nitride semiconductor first layer, or the p-type impurity concentration is the first layer. As alight guide layer made of smaller nitride semiconductor
Anoptical guide layer which has a second layer whichacts and which is not doped with n-type impurities between the active layer and a third layer made of a nitride semiconductor doped with n-type impurities.
And a p-side cap layer made of a nitride semiconductor containing Al having a bandgap energy larger than that of the active layer, the p-side cap layer being in contact with the active layer. a second layer of a position away from the active layer than isand in contact with the p-side cap layer, the band gap energy than the p-side cap layerrather small,yet the second layer, third layer or p-side cap layer
A nitride semiconductor device includinga p-type impurity diffused from the nitride semiconductor device.【請求項２】 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
に記載の窒化物半導体素子。2. The active layer has a single quantum well structure or a multiple quantum well structure having a well layer made of a nitride semiconductor containing indium.
7. The nitride semiconductor device according to.【請求項３】 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２に記載の窒化物半導体素子。3. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the first layer has a superlattice structure having a nitride semiconductor layer containing aluminum.【請求項４】 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１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体素
子。4. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the third layer has a superlattice structure having a nitride semiconductor layer containing aluminum.【請求項５】 前記ｐ側キャップ層は膜厚が０．１μｍ
以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のい
ずれか１項に記載の窒化物半導体素子。5. The p-side cap layer has a thickness of 0.1 μm.
It is the following, The nitride semiconductor element of any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned.【請求項６】 前記窒化物半導体素子は、次から成長さ
せる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ＩｎＧａＮからなるクラック防止層を有するこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
窒化物半導体素子。Wherein said nitride semiconductor device, according to claim 1 to5, characterized in that it has a crack preventing layer made of InGaN to prevent cracks in the nitride semiconductor layer containing Al is grown from the following The nitride semiconductor device according to any one of 1.