JPH10326943A - Nitride semiconductor device - Google Patents

Abstract

Translated fromJapanese

(57)【要約】【目的】 結晶欠陥の少ない窒化物半導体素子を実現し
て、窒化物半導体を用いたＬＥＤ素子、レーザ素子、受
光素子等の窒化物半導体デバイスの寿命を向上させて、
信頼性の高い素子を実現する。【構成】 活性層と、ｐ型不純物がドープされた窒化物
半導体よりなる第１の層との間に、ｐ型不純物がドープ
されていないか、若しくはｐ型不純物濃度が第１の層よ
りも小さい窒化物半導体よりなる第２の層を有し、さら
に前記活性層と、ｎ型不純物がドープされた窒化物半導
体よりなる第３の層との間に、ｎ型不純物がドープされ
ていないか、若しくはｎ型不純物濃度が第３の層よりも
小さい窒化物半導体よりなる第４の層を有することによ
り、第２の層、第４の層で結晶性が良くなるので半導体
素子の結晶欠陥が少なくなって素子が長寿命になる。(57) [Abstract] [Object] To realize a nitride semiconductor device with few crystal defects and improve the life of nitride semiconductor devices such as LED devices, laser devices, and light receiving devices using the nitride semiconductor.
A highly reliable element is realized. A p-type impurity is not doped between an active layer and a first layer made of a nitride semiconductor doped with a p-type impurity, or a p-type impurity concentration is higher than that of the first layer. A second layer made of a small nitride semiconductor; and whether an n-type impurity is doped between the active layer and a third layer made of a nitride semiconductor doped with an n-type impurity. Alternatively, by providing a fourth layer made of a nitride semiconductor having an n-type impurity concentration lower than that of the third layer, crystallinity is improved in the second and fourth layers, so that crystal defects of the semiconductor element are reduced. And the life of the element becomes longer.

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_Y
Ｇａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）素子に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting diode (LE).
D), a light emitting element such as a laser diode (LD), a light receiving element such as a solar cell or an optical sensor, or a nitride semiconductor (In_X Al_Y ) used for an electronic device such as a transistor.
Ga_1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1)

【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 just recently been put to practical use in full-color LED displays, traffic signals and the like as materials for high-brightness blue LEDs and pure green LEDs. LEDs used in these various devices include 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 heterostructure. 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／cm²において、４１０ｎｍの
レーザ光を発振する。In addition, the present applicant has recently published a laser oscillation of 410 nm at room temperature under 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 in part of the p-type nitride semiconductor layer. For example, a pulse current (pulse width 1 μs, pulse cycle 1
ms, duty ratio 0.1%) and threshold current 187m
A: A laser beam of 410 nm 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 the world's shortest wavelength of 410 nm was confirmed by the nitride semiconductor, epoch-making progress of many optical devices such as DVD and optical fiber communication is expected. I have. However, nitride semiconductors still have many problems to be solved and 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。[0005] One of the problems is the problem of element life.
In general, causes of deterioration of the laser element include the spread and movement of crystal defects, destruction of the reflection surface and deterioration of the surface state, deterioration of the ohmic electrode, generation of point defects, and the like. In the case of a nitride semiconductor, the number of lattice defects is originally GaAs, InGaAl
There are orders of magnitude more than materials such as P and GaAlAs. Nevertheless, it is considered that the reason why the nitride semiconductor LED sufficiently withstands practical use is that the crystal itself is much more resistant to deterioration factors than other materials. However, since the laser element is driven under more severe conditions than the LED, a durable element that does not easily deteriorate 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。Accordingly, an object of the present invention is to realize a nitride semiconductor device having few crystal defects, and to realize a longevity of a nitride semiconductor device such as an LED device, a laser device, and a light receiving device using the nitride semiconductor. To realize a highly reliable element. Specifically, it is 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】本発明の窒化物半導体素
子の第１の態様は、活性層と、ｐ型不純物がドープされ
た窒化物半導体よりなる第１の層との間に、ｐ型不純物
がドープされていないか、若しくはｐ型不純物濃度が第
１の層よりも小さい窒化物半導体よりなる第２の層を有
することを特徴とする。なお第２の層のｐ型不純物は不
純物拡散によって、ｐ型不純物濃度が第１の層よりも少
なくなっているものも本発明の範囲内に含まれる。例え
ば第１の層と、第２の層とが接して形成された場合に、
第１の層からの拡散によって第２の層にｐ型不純物が含
まれてもよい。なお、第１の層はキャリア閉じ込め層と
して形成されていることが最も好ましい。ｐ型不純物と
してはＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｂａのように周期律表
第ＩＩ族元素を挙げることができ、その中でもＭｇが最
も好ましい。A first aspect of the nitride semiconductor device according to the present invention is that a p-type semiconductor device is provided between an active layer and a first layer made of a nitride semiconductor doped with a p-type impurity. It is characterized by having a second layer made of a nitride semiconductor which is not doped with an impurity or has a p-type impurity concentration lower than that of the first layer. Note that the p-type impurity in the second layer, which has a lower p-type impurity concentration than the first layer due to impurity diffusion, is also included in the scope of the present invention. For example, when the first layer and the second layer are formed in contact with each other,
The p-type impurity may be included in the second layer by diffusion from the first layer. It is most preferable that the first layer is formed as a carrier confinement layer. Examples of the p-type impurity include Group II elements of the periodic table such as Mg, Zn, Cd, Be, and Ba, and among them, Mg is most preferable.

【０００８】第２の態様は活性層と、ｎ型不純物がドー
プされた窒化物半導体よりなる第３の層との間に、ｎ型
不純物がドープされていないか、若しくはｎ型不純物濃
度が第３の層よりも小さい窒化物半導体よりなる第４の
層を有することを特徴とする。なお、第４の層のｎ型不
純物は不純物拡散によって、ｎ型不純物濃度が第３の層
よりも少なくなっているものも本発明の範囲内に含まれ
る。例えば第３の層と、第４の層とが接して形成された
場合に、第３の層からの拡散によって第３の層にｎ型不
純物が含まれてもよい。なお、第３の層はキャリア閉じ
込め層として形成されていることが最も好ましい。ｎ型
不純物としては、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｉの
ように周期律表第ＩＶ族元素を挙げることができ、その
中でもＳｉ、Ｇｅが最も好ましい。According to a second aspect, an n-type impurity is not doped between the active layer and a third layer made of a nitride semiconductor doped with an n-type impurity, or the n-type impurity concentration is between the active layer and the third layer. It has a fourth layer made of a nitride semiconductor smaller than the third layer. Note that the n-type impurity in the fourth layer having an n-type impurity concentration lower than that in the third layer due to impurity diffusion is also included in the scope of the present invention. For example, when the third layer and the fourth layer are formed in contact with each other, the third layer may include an n-type impurity by diffusion from the third layer. The third layer is most preferably 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, of which Si and Ge are most preferable.

【０００９】第３の態様は、活性層と、ｐ型不純物がド
ープされた窒化物半導体よりなる第１の層との間に、ｐ
型不純物がドープされていないか、若しくはｐ型不純物
濃度が第１の層よりも小さい窒化物半導体よりなる第２
の層を有し、さらに前記活性層と、ｎ型不純物がドープ
された窒化物半導体よりなる第３の層との間に、ｎ型不
純物がドープされていないか、若しくはｎ型不純物濃度
が第３の層よりも小さい窒化物半導体よりなる第４の層
を有することを特徴とする。なお第１の態様、第２の態
様と同じく、第３の態様においても、第１の層及び第３
の層はキャリア閉じ込め層として形成されていることが
最も好ましい。A third aspect is that a p-type impurity is doped between an active layer and a first layer made of a nitride semiconductor doped with a p-type impurity.
A second layer made of a nitride semiconductor not doped with a p-type impurity or having a p-type impurity concentration lower than that of the first layer.
Between the active layer and a third layer made of a nitride semiconductor doped with an n-type impurity, the n-type impurity is not doped, or the n-type impurity concentration is It has a fourth layer made of a nitride semiconductor smaller than the third layer. Note that, similarly to the first and second aspects, in the third aspect, the first layer and the third
Is most preferably formed as a carrier confinement layer.

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

【００１１】また、本発明の第１の態様、及び第３の態
様において、第１の層と第２の層との間に、活性層より
もバンドギャップエネルギーが大きく、かつ第２の層よ
りもバンドギャップエネルギーが小さい、ｐ型不純物が
ドープされた膜厚０．５μｍ以下のアルミニウムを含む
窒化物半導体よりなる第５の層を有することを特徴とす
る。これは第５の層が存在することにより、ｎ層側から
注入される電子が、この第５の層が障壁となって活性層
内に閉じ込められることにより、素子のリーク電流を抑
える効果がある。Further, in the first and third aspects of the present invention, the bandgap energy between the first layer and the second layer is larger than that of the active layer, and is larger than that of the second layer. And a fifth layer made of a nitride semiconductor containing aluminum having a small band gap energy and doped with a p-type impurity and having a thickness of 0.5 μm or less. This is because, due to the presence of the fifth layer, electrons injected from the n-layer side are confined in the active layer with the fifth layer acting as a barrier, thereby suppressing the leakage current of the element. .

【００１２】本発明の第１の態様、及び第３の態様にお
いて、第１の層がアルミニウムを含む窒化物半導体層を
有する超格子構造であることを特徴とする。超格子構造
とは、互いに組成の異なる半導体層を弾性臨界膜厚以下
の膜厚で複数層積層した構造であり、窒化物半導体層同
士で超格子構造を作製する場合には、単位窒化物半導体
層の膜厚は１００オングストローム以下、さらに好まし
くは７０オングストローム以下、最も好ましくは４０オ
ングストローム以下、１０オングストローム以上に調整
する。超格子構造の組み合わせとしては一方の層をＡｌ
_XＧａ_1-XＮ（０＜X≦１）として、もう一方の層をＡｌ_Y
Ｇａ_1-YＮ（０≦Y＜１、X＞Y）若しくはＩｎ_ZＧａ_1-ZＮ
（０≦Z≦１）とすることが望ましい。なお、本明細書
において示すＩｎ_XＧａ_1-XＮ、Ａｌ_YＧａ_1-YＮ等の一般
式は、単に窒化物半導体の一般式を示すものに過ぎず、
例えば異なる層が同一の一般式で示されていても、それ
らの層のX値、Y値等の数値が一致しているものでは決し
てない。The first and third aspects of the present invention are characterized in that the first layer has 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 from each other are laminated with a thickness equal to or less than the elastic critical thickness. When a superlattice structure is formed between nitride semiconductor layers, a unit nitride semiconductor The thickness of the layer 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 structures, one layer is made of 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_Z Ga_1-Z N
(0 ≦ Z ≦ 1) is desirable. Note that the general formulas such as In_X Ga_1-X N and Al_Y Ga_1-Y N shown in the present specification merely indicate general formulas of nitride semiconductors,
For example, even if different layers are represented by the same general formula, the values such as the X value and the Y value of those layers do not always match.

【００１３】第２の態様及び第３の態様において、第３
の層がアルミニウムを含む窒化物半導体層を有する超格
子構造であることを特徴とする。同じく超格子構造の組
み合わせとしては一方の層をＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０＜X≦
１）として、もう一方の層をＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y＜
１、X＞Y）若しくはＩｎ_ZＧａ_1-ZＮ（０≦Z≦１）とす
ることが望ましい。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 Ga₁ -xN (0 <x ≦
As 1), the other layer is made of Al_Y Ga_{1 -Y} N (0 ≦ Y <
1, X> Y) or_{In Z Ga 1-Z N (} 0 ≦ Z ≦ 1) that it is desirable to.

【００１４】[0014]

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

【００１５】（基板１）基板１には、サファイアＣ面の
他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、スピ
ネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性の基板の他、Ｓｉ
Ｃ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ
等の半導体基板を用いることができる。(Substrate 1) Substrate 1 includes sapphire C surface, sapphire having R surface and A surface as main surfaces, insulating substrate such as spinel (MgA1₂ O₄ ), and Si substrate.
C (including 6H, 4H, 3C), Si, ZnO, GaN
And 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０．１μｍ以下の膜厚で成
長される。第１のバッファ層はＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧ
ａＮが成長されるが、窒化物半導体の成長方法、基板の
種類等によっては省略することも可能である。(First Buffer Layer 2) The first buffer layer 2 is provided to alleviate lattice mismatch between the substrate and the nitride semiconductor, and has a lower temperature than the second buffer layer 3 (normally, 300 ° C or higher and 900 ° C or lower)
It is grown with a thickness of less than 0.5 μm, preferably less than 0.1 μm. The first buffer layer is made of AlN, GaN, AlG
Although aN is grown, it may be omitted depending on the growth method of the nitride semiconductor, the type of the 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 an n-type impurity. Hereinafter, a state in which the impurity is not doped is referred to as undoped. (4) A nitride semiconductor or a nitride semiconductor having an n-type impurity concentration lower than that of the n-side contact layer 3.
The growth temperature is higher than that of the first buffer layer 2,
Usually, it is grown at 900 ° C. or higher. This layer comprises the negative electrode 22
Does not function as a contact layer, but as a second buffer layer for growing the n-side contact layer 3 acting as a contact layer. If the n-side contact layer 3 serving as a current injection layer is made of a single nitride semiconductor layer having a thickness of several μm or more and a high carrier concentration as in the prior art, a layer having a large n-type impurity concentration is grown. There is a need. A thick film layer having a high impurity concentration tends to have poor crystallinity. For this reason, even if another nitride semiconductor such as an active layer is grown on a layer having poor crystallinity, the crystal defect is inherited by another layer, so that improvement in crystallinity cannot be expected. Therefore, before growing the n-side contact layer 3, 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 large carrier concentration and good crystallinity. be able to. The thickness of the second buffer layer 2 ′ is 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, most preferably 1 μm or more,
It is desirable to adjust it to 20 μm or less. If the thickness of the first layer is smaller than 0.1 μm, the n-side contact layer 3 having a high impurity concentration must be grown thick, so that the n-side contact layer 3 tends to be less likely to have improved crystallinity. If the thickness is more than 20 μm, the second buffer layer 2 ′ itself tends to have many crystal defects. Further, as an advantage of growing the second buffer layer 2 ′ thickly, there is an improvement in heat dissipation. That is, when a laser device is manufactured, heat is easily spread in the second buffer layer 2 ′, and the life of the laser device is improved. Further, the leakage light of the laser light spreads in the second buffer layer 2 ', and it becomes easier to obtain a laser light having an almost elliptical shape. In the present invention, even if it is referred to as undoped, 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, in the present invention, the state in which unintended impurities are contained in the C and O source gases is also 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_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ
（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成し、その組成は特に
問うものではないが、好ましくはｎ型ＧａＮ、若しくは
Y値が０．１以下のＡｌ_YＧａ_1-YＮとすると負電極２２
と良好なオーミックが得られやすい。ｎ型不純物濃度は
１×１０¹⁷／cm³〜１×１０²¹／cm³の範囲、さらに好ま
しくは、１×１０¹⁸／cm³〜１×１０¹⁹／cm³に調整する
ことが望ましい。１×１０¹⁷／cm³よりも小さいとｎ電
極の材料と好ましいオーミックが得られにくくなるの
で、レーザ素子では閾値電流、電圧の低下が望めず、１
×１０²¹／cm³よりも大きいと、素子自体のリーク電流
が多くなったり、また結晶性も悪くなるため、素子の寿
命が短くなる傾向にある。なお、ｎ側コンタクト層３の
膜厚は第２のバッファ層２’よりも薄く形成することが
望ましい。ｎ側コンタクト層３は０．２μｍ以上、４μ
ｍ以下に調整することが望ましい。０．２μｍよりも薄
いと、負電極２２を形成する際に、第２の層を露出させ
るようにエッチングレートを制御するのが難しく、一
方、４μｍ以上にすると不純物の影響で結晶性が悪くな
る傾向にある。また、このｎ側コンタクト層３を、例え
ばＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ（但しＩｎ組成比は異な
る。）、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ等の組み合わせによる超格子構
造としても良い。なお、ｎ側コンタクト層３は基板１に
ＧａＮのような導電性基板を使用して、基板側に負電極
を設けた場合にはコンタクト層としては作用せず、バッ
ファ層として作用する。(N-side contact layer 3) The n-side contact layer 3 is made of In_x Al_Y Ga_{1 -XYN} doped with an n-type impurity.
(0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), and the composition thereof is not particularly limited, but is preferably n-type GaN or
Assuming that the Y value is Al_Y Ga₁ -YN of 0.1 or less, the negative electrode 22
And a good ohmic is easily obtained. It is desirable that the n-type impurity concentration is adjusted in the range of 1 × 10¹⁷ / cm³ to 1 × 10²¹ / cm³ , more preferably 1 × 10¹⁸ / cm³ to 1 × 10¹⁹ / cm³ . If it is smaller than 1 × 10¹⁷ / cm^3, it becomes difficult to obtain a preferable ohmic material with the material of the n-electrode.
If it is larger than × 10²¹ / 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 the thickness of the n-side contact layer 3 is desirably formed smaller than that of the second buffer layer 2 '. n-side contact layer 3 is not less than 0.2 μm and 4 μm
It is desirable to adjust it to m or less. If the thickness is smaller than 0.2 μm, it is difficult to control the etching rate so as to expose the second layer when forming the negative electrode 22, while if it is 4 μm or more, the crystallinity is deteriorated due to the influence of impurities. There is a tendency. The n-side contact layer 3 is made of, for example, InGaN / InGaN (but the In composition ratio is different), InGaN / GaN, or InGaN / AlGa.
A superlattice structure using a combination of N, AlGaN / GaN, or the like may be used. The n-side contact layer 3 does not act as a contact layer but acts as a buffer layer when a negative electrode is provided on the substrate side using a conductive substrate such as GaN as the substrate 1.

【００１９】（クラック防止層４）クラック防止層４は
Ｉｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮ
で成長させることにより、次から成長させる窒化物半導
体層、特にＡｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入
るのを防止することができる。このクラック防止層は１
００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成
長させることが好ましい。１００オングストロームより
も薄いと前記のようにクラック防止として作用しにく
く、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向
にある。なお、このクラック防止層４は成長方法、成長
装置等の条件によっては省略することもできる。またク
ラック防止層はｎ型不純物をドープしても良いし、また
アンドープでも良い。ｎ型不純物濃度は５×１０¹⁶／cm
³〜１×１０²¹／cm³の範囲、さらに好ましくは、１×１
０¹⁷／cm³〜１×１０¹⁹／cm³に調整することが望まし
い。(Crack prevention layer 4) The crack prevention layer 4 is made of an n-type nitride semiconductor containing In, preferably InGaN.
By doing so, it is possible to prevent cracks from entering the nitride semiconductor layer to be grown next, in particular, the nitride semiconductor layer containing Al. This crack prevention layer is 1
It is preferable to grow the film to a thickness of not less than 00 Å and not more than 0.5 μm. When the thickness is less than 100 Å, it is difficult to function as a crack prevention as described above, and when the thickness is more than 0.5 μm, the crystal itself tends to turn black. The crack preventing layer 4 may be omitted depending on conditions such as a growth method and a growth apparatus. The crack preventing layer may be doped with an n-type impurity or may be undoped. The n-type impurity concentration is 5 × 10¹⁶ / cm
³ to 1 × 10²¹ / cm³ , more preferably 1 × 1
It is desirable to adjust to 0¹⁷ / cm³ to 1 × 10¹⁹ / 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５×１０¹⁶／
cm³〜１×１０²¹／cm³の範囲、さらに好ましくは、１×
１０¹⁷／cm³〜１×１０¹⁹／cm³に調整することが望まし
い。ｎ側クラッド層５全体の膜厚は１００オングストロ
ーム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オング
ストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望まし
い。(N-side cladding layer 5 = third layer) The n-side cladding layer 5 functions 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, a superlattice structure having a nitride semiconductor layer containing Al is provided as described in claim 7 of the present invention. The n-type impurity concentration is 5 × 10¹⁶ /
cm³ -1 × 10²¹ / cm³ , more preferably 1 × 10²¹ / cm³
It is desirable to adjust to 10¹⁷ / cm³ to 1 × 10¹⁹ / cm³ . It is desirable that the entire n-side cladding layer 5 be grown with a thickness of 100 Å or more and 2 μm or less, more preferably 500 Å 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７０オングストローム以下、最も
好ましくは４０オングストローム以下の互いに組成の異
なる窒化物半導体層を積層成長させた超格子構造とする
と、単一の窒化物半導体層の膜厚が弾性臨界膜厚以下と
なって、結晶性が非常に良くなり、容易に室温で連続発
振する。When the n-side cladding layer 5 has a superlattice structure, the nitride semiconductor layers constituting the superlattice layer only need to be composed of nitride semiconductors having different compositions from each other. , May be the same. For example, the first layer (A layer) constituting the superlattice layer is In
_X Ga_1-X N (0 ≦ X ≦ 1), and the next layer (B layer) is formed of Al_Y Ga_1-Y N (0 <Y ≦ 1), the band gap energy of the B layer becomes Although it is always larger than the A layer, the A layer is composed of In_x Ga₁ -xN (0 ≦ x ≦ 1),
By constituting the layer in_{In Z Al 1-Z N (} 0 <Z ≦ 1), and the A layer and B layer but different composition, may be the case band gap energy of the same. The A layer is made of Al_Y Ga_{1 -Y} N
Composed of (0 <Y ≦ 1), the B layer_{In Z Al 1-Z N (} 0 <Z
<1), the layer A and the layer B may have different compositions, but may 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 band gap energy. The thickness of each nitride semiconductor layer constituting the superlattice layer is adjusted to 100 angstrom or less, more preferably 70 angstrom or less, most preferably 10 angstrom or more and 40 angstrom or less. If the thickness is larger than 100 Å, the film thickness becomes larger than the elastic strain limit, and a minute crack or a crystal defect tends to easily enter the film. The lower limits of the thicknesses of the well layer and the barrier layer are not particularly limited as long as they are one atomic layer or more, but are preferably adjusted to 10 Å or more. As described above, when a superlattice structure in which nitride semiconductor layers having different compositions with a single film thickness of 100 Å or less, more preferably 70 Å or less, and most preferably 40 Å or less are stacked and grown, a single nitride When the thickness of the semiconductor layer becomes less than the elastic critical thickness, the 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 preferable that the nitride semiconductors of the A layer and the B layer constituting the superlattice layer have different band gap energies, and that the average band gap energy of the nitride semiconductor constituting the superlattice layer be activated. It is desirable to adjust so as to be larger than the layer. Preferably, one layer is made of In_x Ga₁ -XN (0 ≦ X ≦ 1) and the other layer is made of Al_Y Ga₁ -YN (0 <Y ≦ 1), whereby crystallinity is improved. A good superlattice layer can be formed. In addition, AlGaN has a property of easily cracking during crystal growth. Therefore, the A that constitutes the superlattice layer
When the layer is a nitride semiconductor layer having a thickness of 100 Å or less and containing no Al, the layer acts as a buffer layer when growing another B layer made of a nitride semiconductor containing Al, and the B layer is less likely to crack. Become. Therefore, even if the superlattice layers are stacked, a superlattice without cracks can be formed, so that the crystallinity is improved and the life of the element is improved. Again, one of the layers is In_x Ga₁ -xN (0 ≦ X ≦ 1),
This is an advantage when the other layer is Al_Y Ga_{1 -Y} N (0 <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。Further, when the nitride semiconductor constituting the superlattice is doped with an impurity, it is needless to say that the n-type impurity is doped into both the A layer and the B layer. It is more likely that the threshold voltage and the threshold current will be more likely to be reduced by doping heavily or undoping the smaller band gap energy and doping the larger band gap energy with an n-type impurity.

【００２４】さらに、このｎ側クラッド層のＡ層とＢ層
とのｎ型不純物濃度が異なる。これはいわゆる変調ドー
プと呼ばれるもので、一方の層のｎ型不純物濃度を小さ
く、好ましくは不純物をドープしない状態（アンドー
プ）として、もう一方を高濃度にドープすると、閾値電
圧、Ｖｆ等を低下させることができる。これは不純物濃
度の低い層を超格子層中に存在させることにより、その
層の移動度が大きくなり、また不純物濃度が高濃度の層
も同時に存在することにより、キャリア濃度が高いまま
で超格子層が形成できることによる。つまり、不純物濃
度が低い移動度の高い層と、不純物濃度が高いキャリア
濃度が大きい層とが同時に存在することにより、キャリ
ア濃度が大きく、移動度も大きい層がクラッド層となる
ために、閾値電圧、Ｖｆが低下すると推察される。Further, the n-type impurity concentration differs between the A layer and the B layer of the n-side cladding layer. This is what is called modulation doping. If the n-type impurity concentration of one layer is low, preferably in a state where the impurity is not doped (undoped), and the other is heavily doped, the threshold voltage, Vf, etc. are reduced. be able to. This is because the presence of a layer with a low impurity concentration in the superlattice layer increases the mobility of that layer, and the presence of a layer with a high impurity concentration at the same time allows the superlattice to remain at a high carrier concentration. This is because a layer can be formed. That is, 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 becomes a cladding layer. , Vf 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 a nitride semiconductor layer having a large band gap energy is doped with an impurity at a high concentration, a two-dimensional electron gas is generated between the high impurity concentration layer and the low impurity concentration layer by the modulation doping. It is presumed that the resistivity decreases due to the influence of the electron gas. For example, in a superlattice layer in which a nitride semiconductor layer with a large band gap doped with an n-type impurity and an undoped nitride semiconductor layer with a small band gap are stacked, a layer doped with an n-type impurity and an undoped layer The barrier layer side is depleted at the heterojunction interface with, and electrons (two-dimensional electron gas) accumulate at the interface near the thickness on the layer side with a small band gap. Since this two-dimensional electron gas is formed on the side with a smaller band gap, electrons are not scattered by impurities when traveling,
The mobility of electrons in the superlattice increases, and the resistivity decreases.
It is inferred that the p-side modulation dope is also affected by the two-dimensional hole gas. In the case of a p-layer, AlGaN is Ga
The resistivity is higher than that of N. Then p toward AlGaN
It is presumed that the threshold value tends to decrease when the device is manufactured because the resistivity decreases by doping a large amount of the type impurity, and the substantial resistivity of the superlattice layer decreases.

【００２６】一方、バンドギャップエネルギーの小さな
窒化物半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、以
下のような作用があると推察される。例えばＡｌＧａＮ
層とＧａＮ層にＭｇを同量でドープした場合、ＡｌＧａ
Ｎ層ではＭｇのアクセプター準位の深さが大きく、活性
化率が小さい。一方、ＧａＮ層のアクセプター準位の深
さはＡｌＧａＮ層に比べて浅く、Ｍｇの活性化率は高
い。例えばＭｇを１×１０²⁰／cm³ドープしてもＧａＮ
では１×１０¹⁸／cm³程度のキャリア濃度であるのに対
し、ＡｌＧａＮでは１×１０¹⁷／cm³程度のキャリア濃
度しか得られない。そこで、本発明ではＡｌＧａＮ／Ｇ
ａＮとで超格子とし、高キャリア濃度が得られるＧａＮ
層の方に多く不純物をドープすることにより、高キャリ
ア濃度の超格子が得られるものである。しかも超格子と
しているため、トンネル効果でキャリアは不純物濃度の
少ないＡｌＧａＮ層を移動するため、実質的にキャリア
はＡｌＧａＮ層の作用は受けず、ＡｌＧａＮ層はバンド
ギャップエネルギーの高いクラッド層として作用する。
従って、バンドギャップエネルギーの小さな方の窒化物
半導体層に不純物を多くドープしても、レーザ素子、Ｌ
ＥＤ素子の閾値を低下させる上で非常に効果的である。
なおこの説明はｐ型層側に超格子を形成する例について
説明したが、ｎ層側に超格子を形成する場合において
も、同様の効果がある。On the other hand, when a nitride semiconductor layer having a small bandgap energy is doped with an impurity at a high concentration, the following effects are presumed. For example, AlGaN
Layer and the GaN layer are doped with the same amount of Mg,
In the N layer, 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 / cm^3, GaN
Has a carrier concentration of about 1 × 10¹⁸ / cm³ , whereas AlGaN can only provide a carrier concentration of about 1 × 10¹⁷ / cm³ . Therefore, in the present invention, AlGaN / G
GaN that can form a superlattice with aN and obtain a high carrier concentration
By doping the layer with more impurities, a superlattice with a high carrier concentration can be obtained. In addition, since the carrier is a superlattice, the carrier moves through the AlGaN layer having a low impurity concentration due to the tunnel effect, so that the carrier is not substantially affected by the AlGaN layer, and the AlGaN layer acts as a clad layer having a high band gap energy.
Therefore, even if the nitride semiconductor layer having the smaller band gap energy is heavily doped with impurities, the laser element and the L
This is very effective in lowering the threshold value of the ED element.
In this description, an example is described in which a superlattice is formed on the p-type layer side. However, a similar effect can be obtained when a 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、１×１０¹⁷／cm³〜１×１０²¹／c
m³、さらに好ましくは１×１０¹⁸／cm³〜５×１０¹⁹／c
m³の範囲に調整する。１×１０¹⁷／cm³よりも少ない
と、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層
との差が少なくなって、キャリア濃度の大きい層が得ら
れにくい傾向にあり、また１×１０²¹／cm³よりも多い
と、素子自体のリーク電流が多くなりやすい傾向にあ
る。一方、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半
導体層のｎ型不純物濃度はバンドギャップエネルギーの
大きい窒化物半導体層よりも少なければ良く、好ましく
は１／１０以上少ない方が望ましい。最も好ましくはア
ンドープとすると最も移動度の高い層が得られるが、膜
厚が薄いため、バンドギャップエネルギーの大きい窒化
物半導体側から拡散してくるｎ型不純物があり、その量
は１×１０¹⁹／cm³以下が望ましい。ｎ型不純物として
はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第IVＢ族、VI
Ｂ族元素を選択し、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓをｎ型不
純物とする。この作用は、バンドギャップエネルギーが
大きい窒化物半導体層にｎ型不純物を少なくドープし
て、バンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体層
にｎ型不純物を多くドープする場合も同様である。以
上、超格子層に不純物を好ましく変調ドープする場合に
ついて述べたが、バンドギャップエネルギーが大きい窒
化物半導体層とバンドギャップエネルギーが小さい窒化
物半導体層との不純物濃度を等しくすることもできる。Nitride with large band gap energy
When the semiconductor layer is heavily doped with n-type impurities,
Suitable for nitride semiconductor layer with large gap energy
The doping amount is 1 × 10¹⁷/cm^Three~ 1 × 10^{twenty one}/ C
m^Three, More preferably 1 × 10¹⁸/cm^Three~ 5 × 10¹⁹/ C
m^ThreeAdjust to the range. 1 × 10¹⁷/cm^ThreeLess than
And a nitride semiconductor layer having a small band gap energy
And a layer with a high carrier concentration is obtained.
1 × 10^{twenty one}/cm^ThreeMore than
The leakage current of the element itself tends to increase.
You. On the other hand, a nitride half having a small band gap energy
The n-type impurity concentration of the conductor layer is lower than the bandgap energy.
It is better if it is less than the large nitride semiconductor layer, preferably
Is preferably 1/10 or less. Most preferably
When doped, the layer with the highest mobility is obtained.
Nitriding with large band gap energy due to thin thickness
N-type impurities diffuse from the semiconductor
Is 1 × 10¹⁹/cm^ThreeThe following is desirable. As an n-type impurity
Is group IVB, VI of the periodic table such as Si, Ge, Se, S, O, etc.
A group B element is selected, and preferably Si, Ge, and S are n-type
Pure. The effect is that the bandgap energy
Doping a large nitride semiconductor layer with n-type impurities
Nitride semiconductor layer with small band gap energy
The same applies to the case where a large amount of n-type impurities are doped. Less than
Above, when the impurity is preferably modulated and doped into the superlattice layer
As mentioned above, nitrogen with large band gap energy
Nitride with small band gap energy
The impurity concentration of the target semiconductor layer 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. The n-side light guide layer 6 acts as a light guide layer of the active layer, and the active layer 7
A nitride semiconductor layer having a larger band gap energy than the n-side cladding layer 5 and a band gap energy smaller than that of the n-side cladding layer 5, and is preferably made of In_x Ga₁ -xN (0 ≦ x
Formed in <1). It is desirable that the n-side light guide layer 6 is grown to a thickness of usually 100 Å to 5 μm, more preferably 200 Å to 1 μm. In the case of a laser device, the n-side light guide layer 6 is an undoped layer not doped with impurities. An undoped layer can grow with less crystal defects than a layer doped with impurities. For this reason, by providing the undoped layer before growing the active layer, the crystallinity of the active layer grown on the undoped layer is improved, so that the laser device has a long life. Furthermore, an undoped layer of a nitride semiconductor absorbs less light than a layer doped with an impurity. Therefore, the light emitted from the active layer is confined by the cladding layer without being absorbed, and guided by the light guide layer without being absorbed. The n-side light guide layer 6 is most preferably an undoped layer, but may contain 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ＭＱ
Ｗとする。井戸層は例えばＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０＜X≦
１）で構成することが望ましい。井戸層の好ましい膜厚
は１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０
オングストローム以下、最も好ましくは５０オングスト
ローム以下に調整する。ＭＱＷでは、井戸層の膜厚範囲
はＳＱＷの場合と同じであるが、障壁層は井戸層よりも
バンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体、例え
ばＩｎ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y＜１、X＞Y）若しくは、Ａｌ_a
Ｇａ_1-aＮ（０＜a≦１）で構成することが望ましい。障
壁層の好ましい膜厚は１５０オングストローム以下、さ
らに好ましくは１００オングストローム以下、最も好ま
しくは７０オングストローム以下に調整する。なお、本
発明の素子をＬＥＤに適用する場合、Ｖｆ（順方向電
圧）を低下させるためには、活性層はＳＱＷか、若しく
は井戸層が５以下のＭＱＷにすることが望ましい。また
活性層に不純物をドープする場合には、井戸層、障壁層
両方にドープしても良く、いずれか一方にドープしても
よい。(Active Layer 7) The active layer 7 is made of nitride containing In.
Or MQ having a well layer made of a semiconductor
W. The well layer is made of, for example, In._XGa_1-XN (0 <X ≦
It is desirable to configure in 1). Preferred thickness of well layer
Is less than 100 angstroms, more preferably 70
Å or less, most preferably 50 Å
Adjust to below ROHM. In MQW, the thickness range of the well layer
Is the same as SQW, except that the barrier layer is
Nitride semiconductor with large band gap energy, for example
If In_YGa_1-YN (0 ≦ Y <1, X> Y) or Al_a
Ga_1-aIt is desirable to configure N (0 <a ≦ 1). Obstacle
The preferred thickness of the wall layer is 150 Å or less.
More preferably 100 Å or less, most preferably
Or adjust it to 70 Å or less. The book
When the device of the present invention is applied to an LED, Vf (forward voltage)
To lower the pressure), the active layer should be SQW or
It is desirable that the well layer has an MQW of 5 or less. Also
When doping the active layer with impurities, the well layer and the barrier layer
Doping both, or doping either one
Good.

【００３０】（ｐ側キャップ層８＝第５の層）ｐ側キャ
ップ層８はバンドギャップエネルギーが大きく、さらに
ｐ側光ガイド層９よりもバンドギャップエネルギーが大
きい窒化物半導体層を、０．１μｍ以下、さらに好まし
くは５００オングストローム以下、最も好ましくは３０
０オングストローム以下の膜厚で形成する。０．１μｍ
より厚い膜厚で成長させると、ｐ側キャップ層８中にク
ラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層
が成長しにくいからである。またキャリアがこのエネル
ギーバリアをトンネル効果により通過できなくなる傾向
にある。窒化物半導体としてはＡｌを含む窒化物半導
体、好ましくはＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０＜Y≦１）で形成
し、例えば、Y値が０．２以上のＡｌ_YＧａ_1-YＮであれ
ば５００オングストローム以下に調整することが望まし
い。ｐ側キャップ層８の膜厚の下限は特に限定しない
が、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが
望ましい。このｐ型キャップ層にドープする不純物はｐ
型不純物が望ましいが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物を
ドープしてキャリアが補償されたｉ型としても良く、ま
たアンドープでも良いが、最も好ましくはｐ型不純物を
ドープしたｐ型半導体とする。(P-side cap layer 8 = fifth layer) The p-side cap layer 8 has a nitride semiconductor layer having a large band gap energy and a band gap energy larger than that of the p-side light guide layer 9 having a thickness of 0.1 μm. Or less, more preferably 500 Å or less, and most preferably 30 Å or less.
It is formed with a thickness of 0 Å or less. 0.1 μm
This is because, if the p-side cap layer 8 is grown with a larger film thickness, cracks are easily formed in the p-side cap layer 8, and it is difficult to grow a nitride semiconductor layer having good crystallinity. In addition, there is a tendency that carriers cannot pass through the energy barrier due to a tunnel effect. The nitride semiconductor is formed of a nitride semiconductor containing Al, preferably, Al_Y Ga_1-Y N (0 <Y ≦ 1), for example, Al_Y Ga_1-Y N having a Y value of 0.2 or more. If so, it is desirable to adjust it to 500 angstroms or less. The lower limit of the thickness of the p-side cap layer 8 is not particularly limited, but is preferably formed to a thickness of 10 Å or more. The impurity doped into this p-type cap layer is p
Although it is preferable to use a p-type impurity, since the film is thin, the p-type semiconductor doped with an n-type impurity may be an i-type in which carriers are compensated and 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〜５
μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μ
ｍの膜厚で成長させることが望ましい。このｐ側光ガイ
ド層９はアンドープの層とする。ｐ側光ガイド層９をア
ンドープとすることにより、ｎ型側光ガイド層６と同じ
く結晶欠陥が少ない層が成長できるので、このアンドー
プ層の上に成長させるｐ側クラッド層１０の結晶性を良
くする。さらに活性層の発光がこの光ガイド層で吸収さ
れずに導波されるため低閾値で発振する。このｐ側光ガ
イド層９はアンドープの層が最も好ましいが、ｐ側クラ
ッド層１０、ｐ側キャップ層８から拡散するｐ型不純物
を含んでいても良い。(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 band gap energy lower than that of the active layer 7. And a band gap energy smaller than that of the p-side cladding layer 10 and is preferably formed of In_x Ga₁ -xN (0 ≦ x <1). Similarly, the p-side light guide layer 9 is usually 100 Å to 5 Å.
μm, more preferably 200 Å to 1 μm
It is desirable to grow with a thickness of m. The p-side light guide layer 9 is an undoped layer. By making the p-side light guide layer 9 undoped, a layer having few crystal defects can be grown similarly to the n-type side light guide layer 6, so that the p-side cladding layer 10 grown on this undoped layer has good crystallinity. I do. 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. 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１×１０¹⁷／cm³〜５×１０²¹／c
m³の範囲、さらに好ましくは、１×１０¹⁸／cm³〜５×
１０²⁰／cm³に調整することが望ましい。ｐ側クラッド
層１０全体の膜厚は１００オングストローム以上、２μ
ｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以
上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。(P-side cladding layer 10 = first layer) Like the n-side cladding layer 5, the p-side cladding layer 10 also functions as a carrier confinement layer and a light confinement layer, and at least Al-doped with p-type impurities. , 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 × 10²¹ / c
m³ , more preferably 1 × 10¹⁸ / cm^{3 to} 5 ×
It is desirable to adjust to 10²⁰ / cm³ . The thickness of the entire p-side cladding layer 10 is 100 Å or more and 2 μm.
m, more preferably 500 Å 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。When the p-side cladding layer 10 has a superlattice structure, similarly to the n-side cladding layer 5, the nitride semiconductor layers forming the superlattice layer only need to be composed of nitride semiconductors having different compositions from each other. The band gap energies may be different or the same. The superlattice layer is A
It is only necessary to have a nitride semiconductor layer containing l, and the composition may be different and the band gap energy may be the same.
The thickness of each nitride semiconductor layer constituting the superlattice layer is adjusted to 100 angstrom or less, more preferably 70 angstrom or less, most preferably 10 angstrom or more and 40 angstrom 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_Y
Ｇａ_1-YＮ（０＜Y≦１）で構成することにより、結晶性
のよい超格子層を形成することができる。Further, it is preferable that the nitride semiconductors forming the superlattice layer are stacked with different band gap energies, so that the average band gap energy of the nitride semiconductors forming the superlattice layer is 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 is Al_Y
By using Ga₁ -YN (0 <Y ≦ 1), a superlattice layer with good crystallinity can be formed.

【００３５】ｐ側クラッド層１７の超格子層のＡ層とＢ
層とのｐ型不純物濃度が異なり、一方の層の不純物濃度
を大きく、もう一方の層の不純物濃度を小さくする（変
調ドープ）。ｎ側クラッド層と同様に、バンドギャップ
エネルギーの大きな窒化物半導体層の方のｐ型不純物濃
度を大きくして、バンドギャップエネルギーの小さなｐ
型不純物濃度を小さく、好ましくはアンドープとする
と、閾値電圧、Ｖｆ等を低下させることができる。また
その逆でも良い。つまりバンドギャップエネルギーの大
きな窒化物半導体層のｐ型不純物濃度を小さくして、バ
ンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層のｐ型
不純物濃度を大きくしても良い。理由は先に述べたとお
りである。Layers A and B of the superlattice layer of the p-side cladding layer 17
The p-type impurity concentration differs 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). As in the case of the n-side cladding layer, the p-type impurity concentration of the nitride semiconductor layer having a larger bandgap energy is increased to increase the p-type impurity concentration of the nitride semiconductor layer having a smaller bandgap energy.
If the type impurity concentration is low, preferably undoped, the threshold voltage, Vf, etc. can be reduced. 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１×１０¹⁸／cm
³〜５×１０²¹／cm³、さらに好ましくは１×１０¹⁹／cm
³〜５×１０²⁰／cm³の範囲に調整する。１×１０¹⁸／cm
³よりも少ないと、同様にバンドギャップエネルギーの
小さな窒化物半導体層との差が少なくなって、同様にキ
ャリア濃度の大きい層が得られにくい傾向にあり、また
５×１０²¹／cm³よりも多いと、結晶性が悪くなる傾向
にある。一方、バンドギャップエネルギーの小さな窒化
物半導体層のｐ型不純物濃度はバンドギャップエネルギ
ーの大きな窒化物半導体層よりも少なければ良く、好ま
しくは１／１０以上少ない方が望ましい。最も好ましく
はアンドープとすると最も移動度の高い層が得られる
が、膜厚が薄いため、バンドギャップエネルギーの大き
な窒化物半導体側から拡散してくるｐ型不純物があり、
その量は１×１０²⁰／cm³以下が望ましい。ｐ型不純物
としてはＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の周期律表第IIＡ
族、IIＢ族元素を選択し、好ましくはＭｇ、Ｃａ等をｐ
型不純物とする。この作用は、バンドギャップエネルギ
ーが大きい窒化物半導体層にｐ型不純物を少なくドープ
して、バンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体
層にｐ型不純物を多くドープする場合も同様である。The preferable doping amount of the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is 1 × 10¹⁸ / cm
^{3 to} 5 × 10²¹ / cm³ , more preferably 1 × 10¹⁹ / cm 3
Adjust to a range of^{3 to} 5 × 10²⁰ / cm³ . 1 × 10¹⁸ / cm
^If it is less than³ , the difference from the nitride semiconductor layer having a small bandgap energy is also reduced, and similarly, a layer having a high carrier concentration tends to be difficult to obtain, and moreover, 5 × 10²¹ / cm³ If the amount is too large, 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 lower than that of the nitride semiconductor layer having a large bandgap energy, and preferably 1/10 or less. Most preferably, the highest mobility layer is obtained when undoped, but since the film thickness is small, there is a p-type impurity diffused from the nitride semiconductor side having a large band gap energy,
The amount is desirably 1 × 10²⁰ / cm³ or less. Examples of the p-type impurities include Mg, Zn, Ca, Be and the like in Periodic Table IIA.
Group, group IIB elements, preferably Mg, Ca, etc.
Type impurity. This effect is the same when the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is doped with a small amount of p-type impurities and the nitride semiconductor layer having a small band gap energy is doped with a large amount of 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 constituting the superlattice, the layer in which impurities are doped at a high concentration has a higher impurity concentration near the center of the semiconductor layer and a higher 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 into the conduction band as a donor, but the electrons fall into the conduction band of GaN having a low potential. Since the GaN crystal is not doped with a donor impurity, carriers are not scattered by the impurity. Therefore, electrons can easily move in the GaN crystal, and the mobility of electrons is substantially increased. This is similar to the effect of the two-dimensional electron gas described above, and the electron mobility in the lateral direction is substantially increased, and the resistivity is reduced. Further, when the central region of AlGaN having a large band gap energy is doped with an n-type impurity at a high concentration, the effect is further enhanced. That is, some of the electrons moving in GaN are scattered more or less by n-type impurity ions (in this case, Si) contained in AlGaN. However, if both ends are undoped in the thickness direction of the AlGaN layer, the scattering of Si becomes difficult, so that the mobility of the undoped GaN layer is further improved. The effect is slightly different, but p
A similar effect is obtained when a superlattice is formed by 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 a large amount of p-type impurities and to reduce both ends, or to make them undoped. on the other hand,
N in the nitride semiconductor layer having a small band gap energy
A layer doped with a large amount of type impurities may have the above-described impurity concentration. The superlattice layer is preferably at least on the p-side layer, and the presence of the superlattice layer on the p-side layer is more preferable because the threshold value is further reduced.

【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。In the case of a semiconductor device having a double hetero structure having an active layer having a quantum well layer as in the present invention, a film thickness in contact with the active layer 7 and having a larger band gap energy than the active layer 7 is provided. 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 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 band gap energy smaller than that of the cap layer 8 is provided, and a band gap that is farther from the active layer than the p-side light guide layer 9 has a band gap than the p-side light guide layer 9. It is highly preferred to provide a p-side cladding layer 10 having a superlattice structure containing a large nitride semiconductor, preferably a nitride semiconductor containing Al. In addition, since the thickness of the p-side cap layer 8 is set as thin as 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 do not overflow the active layer, the leakage 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-YＮ（０≦X、０≦
Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇ
をドープしたＧａＮ、若しくはＭｇをドープしたY値が
０．１以下のＡｌ_YＧａ_1-YＮとすれば、正電極２０と最
も好ましいオーミック接触が得られる。ｐ側コンタクト
層２０の膜厚は５００オングストローム以下、さらに好
ましくは３００オングストローム以下、最も好ましくは
２００オングストローム以下に調整することが望まし
い。なぜなら、抵抗率が高いｐ型窒化物半導体層の膜厚
を５００オングストローム以下に調整することにより、
さらに抵抗率が低下するため、閾値での電流、電圧が低
下する。またアニール時にｐ型層から除去される水素が
多くなって抵抗率が低下しやすい傾向にある。さらに、
このｐ側コンタクト層１１を薄くする効果には、次のよ
うなことがある。例えば、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ側
クラッド層に、膜厚が５００オングストロームより厚い
ｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層が接して形成され
ており、仮にクラッド層とコンタクト層の不純物濃度が
同じで、キャリア濃度が同じである場合、ｐ側コンタク
ト層の膜厚を５００オングストロームよりも薄くする
と、クラッド層側のキャリアがコンタクト層側に移動し
やすくなって、ｐ側コンタクト層のキャリア濃度が高く
なる傾向にある。そのため正電極２０を形成するｐ側コ
ンタクト層１１のキャリア濃度が実質的に高くなって、
良好なオーミックが得られる。(P-side contact layer 11) The p-side contact layer 11 is formed of a p-type In_x Al_Y Ga_{1 -XYN} (0 ≦ X, 0 ≦
Y, X + Y ≦ 1), preferably Mg
The most preferable ohmic contact with the positive electrode 20 can be obtained by using GaN doped with Mg or Al_Y Ga_1-Y N with a Y value of 0.1 or less doped with Mg. It is desirable that the thickness of the p-side contact layer 20 be adjusted to 500 Å or less, more preferably 300 Å or less, and most preferably 200 Å or less. This is because by adjusting the thickness of the p-type nitride semiconductor layer having a high resistivity to 500 angstroms or less,
Further, since the resistivity is reduced, the current and voltage at the threshold value are reduced. Further, 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 reducing the thickness of the p-side contact layer 11 is as follows. For example, a p-side contact layer made of p-type GaN having a thickness greater than 500 angstroms is formed in contact with a p-side clad layer made of p-type AlGaN, and if the impurity concentration of the clad layer and the contact layer is the same, When the carrier concentration is the same, when the thickness of the p-side contact layer is smaller than 500 angstroms, the carrier on the cladding layer side easily moves to the contact layer side, and the carrier concentration on the p-side contact layer tends to increase. It is in. Therefore, the carrier concentration of the p-side contact layer 11 forming the positive electrode 20 is substantially increased, and
Good ohmic 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。An embodiment 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, but may be, for example, MBE (molecular beam epitaxy) or HVPE (halide vapor epitaxy).
Conventional methods known for growing nitride semiconductors can be used.

【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-plane) was set in a reaction vessel, and after sufficiently replacing the inside of the vessel with hydrogen, the temperature of the substrate was raised to 1050 ° C. while flowing hydrogen.
To clean the substrate.

【００４２】（第１のバッファ層２）続いて、温度を５
１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアン
モニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板
１上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００オングス
トロームの膜厚で成長させる。(First Buffer Layer 2) Subsequently, the temperature was set to 5
The temperature is lowered to 10 ° C., and a buffer layer 2 made of GaN is grown on the substrate 1 to a thickness of about 200 Å using hydrogen as a carrier gas and ammonia and TMG (trimethylgallium) as a source gas.

【００４３】（第２のバッファ層２’）バッファ層２成
長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇さ
せる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭ
Ｇ、アンモニアガスを用い、アンドープのＧａＮを４μ
ｍの膜厚で成長させる。(Second Buffer Layer 2 ′) After the growth of the buffer layer 2, only TMG is stopped and the temperature is raised to 1050 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C, TM
G, 4 μm of undoped GaN using ammonia gas
It is grown to a thickness of m.

【００４４】（ｎ側コンタクト層３）続いて、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを
用い、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープしたｎ型ＧａＮよ
りなるｎ側コンタクト層３を２μｍの膜厚で成長させ
る。(N-side contact layer 3) Subsequently, an n-side contact layer 3 made of n-type GaN doped with 1 × 10¹⁹ / cm^{3 of} Si using TMG, ammonia as a source gas and silane gas as an impurity gas is formed to a thickness of 2 μm. It grows with the film thickness of.

【００４５】（クラック防止層４）次に、温度を８００
℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルイン
ジウム）、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×
１０¹⁹／cm³ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラ
ック防止層４を５００オングストロームの膜厚で成長さ
せる。(Crack prevention layer 4) Next, the temperature was set to 800
° C, and using TMG, TMI (trimethylindium), ammonia and silane gas as raw material gases,
A crack preventing layer 4 of In¹⁹ Ga 0.9 N doped with 10¹⁹ / cm³ is grown to a 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、ＮＨ₃、ＳｉＨ₄を用い、Ｓｉを１×１０
¹⁹／cm³ドープしたｎ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ
層を２０オングストロームと、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³
ドープしたｎ型ＧａＮよりなるＢ層を２０オングストロ
ーム成長させる。そしてこのペアを１２５回成長させ、
総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の超格
子構造よりなるｎ側クラッド層５を成長させる。(N-side cladding layer 5)
C., and using TMA (trimethylaluminum), TMG, NH₃ , and SiH₄ as raw material gases,
A composed of¹⁹ / cm³ doped n-type Al 0.20 Ga 0.80 N
20 Å layer and 1 × 10¹⁹ / cm³ Si
A B layer made of doped n-type GaN is grown to 20 Å. And grow this pair 125 times,
An n-side cladding layer 5 having a superlattice structure with a total film thickness of 0.5 μm (5000 angstroms) is grown.

【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) Stop the impurity gas,
At 1050 ° C., an n-side light guide layer 6 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.2 μm.

【００４８】（活性層７）次に、原料ガスにＴＭＧ、Ｔ
ＭＩ、アンモニア、シランガスを用いて活性層７を成長
させる。活性層７は温度を８００℃に保持して、まずＳ
ｉを８×１０¹⁸／cm³でドープしたＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよ
りなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、Ｓｉを８×１０¹⁸／cm³ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.9
5Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成
長させる。この操作を２回繰り返し、最後に井戸層を積
層した多重量子井戸構造とする。(Active Layer 7) Next, TMG, T
The active layer 7 is grown using MI, ammonia, and silane gas. The active layer 7 is maintained at a temperature of 800.degree.
A well layer made of In0.2Ga0.8N doped with i at 8 × 10¹⁸ / cm³ is grown to a thickness of 25 Å. Then, at the same temperature, only by changing the molar ratio of TMI, In0.01 Ga0.9 doped with 8 × 10¹⁸ / cm^{3 of} Si.
A barrier layer of 5N is grown to a thickness of 50 Å. This operation is repeated twice 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１０５
０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを
１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎより
なるｐ側キャップ層８を３００オングストロームの膜厚
で成長させる。(P-side cap layer 8)
0 ℃, TMG, TMA, ammonia, Cp2Mg
Using (cyclopentadienylmagnesium), a p-side cap layer 8 of p-type Al0.1Ga0.9N doped with Mg at 1 × 10²⁰ / cm³ is grown to a 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) Stop the impurity gas,
At 1050 ° C., a p-side light guide layer 9 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.2 μm.

【００５１】（ｐ側クラッド層１０）続いて１０５０℃
で、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ0.20Ｇ
ａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オングストロームと、Ｍｇ
を１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるＢ層
を２０オングストローム成長させる。そしてこのペアを
１２５回成長させ、総膜厚０．５μｍ（５０００オング
ストローム）の超格子構造のｐ側クラッド層１０を成長
させる。(P-side cladding layer 10) Subsequently, at 1050 ° C.
And p-type Al0.20G doped with 1 × 10²⁰ / cm^{3 of} Mg
A layer of 0.80N is made of 20 Å and Mg
Is grown at a thickness of 1 × 10²⁰ / cm³ to form a B layer of p-type GaN at 20 Å. Then, this pair is grown 125 times to grow the p-side cladding layer 10 having a superlattice structure with a total film thickness of 0.5 μm (5000 Å).

【００５２】（ｐ側コンタクト層１１）最後に、ｐ側ク
ラッド層１０の上に、１０５０℃でＭｇを１×１０²⁰／
cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１
１を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。(P-side contact layer 11) Finally, Mg is deposited on the p-side cladding layer 10 at 1050 ° C. at 1 × 10²⁰ / Mg.
p-side contact layer 1 made of p-type GaN doped with cm³
1 is grown to a thickness of 150 angstroms.

【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 the reaction is completed, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is placed in a nitrogen atmosphere in a reaction vessel.
Anneal at ℃ 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 annealing, the wafer is taken out of the reaction vessel and etched by an RIE apparatus. As shown in FIG. 1, the uppermost p-side contact layer 11 and the p-side cladding layer 10 are etched to form a 4 μm stripe. A ridge stripe having a width is formed. When forming the ridge stripe, the ridge stripe is designed in advance so that the center of the stripe width approaches the negative electrode 22 to be formed later. In the case of forming a ridge stripe, in particular, the Al layer above the active layer
By forming a layer more than the p-type nitride semiconductor layer including ridges into a ridge shape, light emission of the active layer is concentrated on the lower portion of the ridge, the transverse mode is easily united, and the threshold value is easily lowered. In addition, when an insulating substrate is used as in the present embodiment, shifting the center of the stripe of the ridge portion to the center of the stripe of the active layer and approaching to the negative electrode 22 side reduces 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 where the negative electrode 22 is to be formed, as shown in FIG. After the surface exposure, as shown in FIG. 1, a positive electrode 20 made of Ni / Au is formed with a thickness of 500 Å on the entire uppermost layer of the ridge stripe of the p-side contact layer 11 in the uppermost layer.

【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, on the exposed surface of the n-side contact layer 3, a negative electrode 22 made of Ti and Al is formed 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, Al, Ti, W, Cu, Zn,
Metals or alloys such as Sn and In can be used.

【００５７】次に、正電極２０及び負電極２２を形成し
た位置を除く窒化物半導体層の表面全面にＳｉＯ₂より
なる絶縁膜１２を０．５μｍの膜厚で形成する。絶縁膜
１２形成後、正電極２０の上にその正電極２０と電気的
に接続したＲｕとＡｕとを含む取出用のパッド電極２１
を、絶縁膜１２を介して、正電極の表面積よりも広い面
積で、２μｍの膜厚で形成する。パッド電極２１はｐ側
コンタクト層１１とオーミック接触が得られていなくて
も良く、単に正電極２０と電気的に接続するだけでよ
い。パッド電極２１は、正電極２０よりも膜厚を厚くし
て、正電極の剥がれを防止すると共に、表面積を正電極
よりも大きくしてあるため、本実施例のようなレーザ素
子のような場合には、正電極側にパッド電極からワイヤ
ーボンディングするのを容易にすると共に、また正電極
側をヒートシンク、サブマウントのような放熱体に接続
する際に、接着面積を大きくして放熱性を向上させる。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 for the positions where the positive electrode 20 and the negative electrode 22 are formed. After the insulating film 12 is formed, 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 thickness of 2 μm over the surface area of the positive electrode via the insulating film 12. The pad electrode 21 does not need to have an ohmic contact with the p-side contact layer 11 and only needs to be electrically connected to the positive electrode 20. The pad electrode 21 is thicker than the positive electrode 20 to prevent peeling of the positive electrode and has a larger surface area than that of the positive electrode. To facilitate wire bonding from the pad electrode to the positive electrode side, and also to increase heat dissipation by increasing the bonding area when connecting the positive electrode side to a radiator such as a heat sink or submount. Let it.

【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 which the nitride semiconductor is not formed is wrapped using a diamond abrasive to make the thickness of the substrate 100 μm. After lapping, the substrate surface is mirror-finished by polishing with a finer abrasive at 1 μm. 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ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりなる誘電体多層膜を形成
し、最後にリッジストライプに平行な方向で、バーを切
断してレーザチップとする。After the substrate is polished, the polished surface side is scribed,
Cleavage is performed in a bar shape in the direction perpendicular to the ridge stripe, and a resonator having a cavity length of 500 μm is formed on the cleavage plane. Further, a dielectric multilayer film made of SiO₂ and TiO₂ is formed on the resonator surface, and finally, the bar is cut in a 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１×１０¹⁹／cm³ドープ
し、さらにｐ側光ガイド層９にＭｇを１×１０²⁰／cm³
ドープしたレーザ素子に比較して、閾値電流密度が５％
低下し、寿命は１．２倍以上であった。Finally, this laser chip is placed face-up (in a state where the substrate and the heat sink are opposed to each other) on the heat sink, and the respective electrodes are bonded by wires 28 made of gold wire. Note that 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 the area right above the ridge stripe, no impact is applied to the ridge portion, so that the crystal in the ridge portion is not broken. Then, when the laser oscillation of this laser chip was attempted, the oscillation wavelength was 40 at room temperature.
A continuous oscillation of 5 nm was confirmed. In the laser device of the present invention, the n-side light guide layer is doped with 1 × 10¹⁹ / cm³ of Si, and the p-side light guide layer 9 is doped with 1 × 10²⁰ / cm³ of Mg.
5% threshold current density compared to doped laser devices
And the life was 1.2 times or more.

【００６１】［実施例２］実施例１において、ｎ側光ガ
イド層６成長時に、不純物ガスにシランを流し、Ｓｉを
１×１０¹⁹／cm³ドープしたＧａＮを０．２μｍの膜厚
で成長させる他は実施例１と同様にしてレーザ素子を得
たところ、実施例１とほぼ同等の特性を有するレーザ素
子が作製できた。Example 2 In Example 1, GaN doped with 1 × 10¹⁹ / cm^{3 of} Si was grown to a thickness of 0.2 μm by flowing silane as an impurity gas when growing the n-side light guide layer 6. A laser device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the laser device was made. As a result, a laser device having substantially the same characteristics as in Example 1 was 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、Ｍ
ｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたＧａＮを０．２μｍの
膜厚で成長させる他は実施例１と同様にしてレーザ素子
を得たところ、実施例１とほぼ同等の特性を有するレー
ザ素子が作製できた。[Embodiment 3] In the embodiment 1, when growing the p-side light guide layer 9, Cp 2 Mg was flowed into the impurity gas and M
A laser device was obtained in the same manner as in Example 1, except that GaN doped with 1 × 10²⁰ / cm³ was grown at a film thickness of 0.2 μm. 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１×１０¹⁹／cm³ドープした
ｎ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オングスト
ロームと、アンドープのＧａＮよりなるＢ層を２０オン
グストローム成長させて、このペアを１２５回成長さ
せ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の
超格子構造よりなるｎ側クラッド層５を成長させる他は
実施例１と同様にしてレーザ素子を得たところ、実施例
１のものに比較して、若干閾値電流密度が低下し、寿命
も長くなった。Example 4 In Example 1, during the growth of the n-side cladding layer 5, the A layer made of n-type Al0.20Ga0.80N doped with 1 × 10¹⁹ / cm^{3 of} Si was added to 20 angstrom and undoped. A B layer made of GaN is grown by 20 angstroms, this pair is grown 125 times, and an n-side cladding layer 5 having a superlattice structure having a total film thickness of 0.5 μm (5000 angstroms) is grown. When a laser device was obtained in the same manner, the threshold current density was slightly lowered and the life was prolonged as compared with that of Example 1.

【００６４】［実施例５］実施例１において、ｐ側クラ
ッド層１０成長時に、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープし
たｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オングス
トロームと、アンドープのＧａＮよりなるＢ層を２０オ
ングストローム成長させて、このペアを１２５回成長さ
せ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の
超格子構造よりなるｐ側クラッド層１０を成長させる他
は実施例１と同様にしてレーザ素子を得たところ、実施
例１のものに比較して、若干閾値電流密度が低下し、寿
命も長くなった。Fifth Embodiment In the first embodiment, when the p-side cladding layer 10 is grown, the A layer made of p-type Al0.20Ga0.80N doped with Mg at 1 × 10²⁰ / cm^{3 is set} to 20 angstroms and undoped. A B layer made of GaN is grown by 20 angstroms, the pair is grown 125 times, and a p-side cladding layer 10 having a superlattice structure having a total film thickness of 0.5 μm (5000 angstroms) is grown. When a laser device was obtained in the same manner, the threshold current density was slightly lowered and the life was prolonged as compared with that of 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１×１０¹⁹／cm³ドープした
ｎ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オングスト
ロームと、アンドープのＧａＮよりなるＢ層を２０オン
グストローム成長させて、このペアを１２５回成長さ
せ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の
超格子構造よりなるｎ側クラッド層５を成長させ、ま
た、ｐ側クラッド層１０成長時に、Ｍｇを１×１０²⁰／
cm³ドープしたｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を
２０オングストロームと、アンドープのＧａＮよりなる
Ｂ層を２０オングストローム成長させて、このペアを１
２５回成長させ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングス
トローム）の超格子構造よりなるｎ側クラッド層１０を
成長させる他は実施例１と同様にしてレーザ素子を得た
ところ、実施例１のものに比較して、若干閾値電流密度
が低下し、寿命も長くなった。Example 6 In Example 1, during the growth of the n-side cladding layer 5, the A layer made of n-type Al0.20Ga0.80N doped with 1 × 10¹⁹ / cm^{3 of} Si was changed to 20 angstrom and undoped. A B layer made of GaN is grown by 20 angstroms, the pair is grown 125 times, an n-side cladding layer 5 having a superlattice structure having a total film thickness of 0.5 μm (5000 angstroms) is grown, and a p-side cladding layer is grown. During the growth of the layer 10, Mg was added to 1 × 10²⁰ /
An A layer made of p-type Al0.20Ga0.80N doped with cm^{3 is} grown to 20 Å, and a B layer made of undoped GaN is grown to 20 Å.
A laser device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the n-side cladding layer 10 having a superlattice structure having a total film thickness of 0.5 μm (5000 angstroms) was grown 25 times. The threshold current density was slightly reduced and the service life was prolonged, as compared with the case of FIG.

【００６６】［実施例７］実施例１において、ｎ側クラ
ッド層５成長時に、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープした
ＧａＮよりなるＢ層を２０オングストロームと、アンド
ープのＡｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オングス
トローム成長させて、このペアを１２５回成長させ、総
膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の超格子
構造よりなるｎ側クラッド層５を成長させ、また、ｐ側
クラッド層１０成長時に、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドー
プしたＧａＮよりなるＢ層を２０オングストロームと、
アンドープのＡｌ0.20Ｇａ0.80ＮよりなるＡ層を２０オ
ングストローム成長させて、このペアを１２５回成長さ
せ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の
超格子構造よりなるｐ側クラッド層１０を成長させる他
は実施例１と同様にしてレーザ素子を得たところ、実施
例１のものに比較して、若干閾値電流密度が低下し、寿
命も長くなった。Example 7 In Example 1, when the n-side cladding layer 5 was grown, a B layer made of GaN doped with 1 × 10¹⁹ / cm^{3 of} Si was formed of 20 Å and an undoped Al 0.20 Ga 0.80 N. The layer A is grown 20 Å, and the pair is grown 125 times to grow an n-side cladding layer 5 having a superlattice structure with a total film thickness of 0.5 μm (5000 Å), and a p-side cladding layer 10. At the time of growth, a B layer made of GaN doped with 1 × 10²⁰ / cm^{3 of} Mg is set to 20 Å,
The A layer made of undoped Al0.20Ga0.80N is grown for 20 angstroms, the pair is grown 125 times, and the p-side cladding layer 10 having a superlattice structure with a total film thickness of 0.5 μm (5000 angstroms) is grown. Other than that, when a laser device was obtained in the same manner as in Example 1, the threshold current density was slightly lowered and the life was prolonged as compared with that of Example 1.

【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。According to the present invention, a nitride semiconductor grown by heteroepitaxial growth basically has more crystal defects than other materials. However, according to the present invention, an undoped nitride layer is formed between the active layer and the nitride semiconductor layer doped with the n-type impurity and / or between the active layer and the nitride semiconductor layer doped with the p-type impurity. By having an object semiconductor layer,
Since the undoped layer has an effect 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 device used under severe conditions such as a laser device, the life of the device itself can be improved. Further, in the laser element, the threshold value can be lowered because the undoped layer has good waveguide properties.

【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 a laser element has been described in this specification, the present invention is for improving the crystallinity of a nitride semiconductor element.
The present invention can be applied to any nitride semiconductor device such as an ED and a light receiving element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the 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 sectional view showing the structure of a nitride semiconductor device according to one embodiment 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... 1st buffer layer 2 '... 2nd buffer layer 3 ... n side contact layer 4 ... Crack prevention layer 5 ... n side Cladding layer 6 n-side light guide layer 7 active layer 8 cap layer 9 p-side light guide layer 10 p-side cladding layer 11 p-side contact layer 12 insulating film 20 positive electrode 21 pad electrode 22 negative electrode 23 wire

Claims (7)

Translated fromJapanese

【特許請求の範囲】[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第２の層を有する
ことを特徴とする窒化物半導体素子。1. A semiconductor device according to claim 1, wherein a p-type impurity is not doped or the p-type impurity concentration is between the active layer and a first layer made of a nitride semiconductor doped with the p-type impurity. A nitride semiconductor device having a second layer made of a smaller nitride semiconductor.【請求項２】 活性層と、ｎ型不純物がドープされた窒
化物半導体よりなる第３の層との間に、ｎ型不純物がド
ープされていないか、若しくはｎ型不純物濃度が第３の
層よりも小さい窒化物半導体よりなる第４の層を有する
ことを特徴とする窒化物半導体素子。2. The method according to claim 1, wherein an n-type impurity is not doped or the n-type impurity concentration is between the active layer and a third layer made of a nitride semiconductor doped with the n-type impurity. A nitride semiconductor device comprising a fourth layer made of a smaller nitride semiconductor.【請求項３】 活性層と、ｐ型不純物がドープされた窒
化物半導体よりなる第１の層との間に、ｐ型不純物がド
ープされていないか、若しくはｐ型不純物濃度が第１の
層よりも小さい窒化物半導体よりなる第２の層を有し、
さらに前記活性層と、ｎ型不純物がドープされた窒化物
半導体よりなる第３の層との間に、ｎ型不純物がドープ
されていないか、若しくはｎ型不純物濃度が第３の層よ
りも小さい窒化物半導体よりなる第４の層を有すること
を特徴とする窒化物半導体素子。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a p-type impurity is not doped or the p-type impurity concentration is between the active layer and the first layer made of the nitride semiconductor doped with the p-type impurity. A second layer made of a nitride semiconductor smaller than
Further, no n-type impurity is doped or the n-type impurity concentration is lower than that of the third layer between the active layer and a third layer made of a nitride semiconductor doped with an n-type impurity. A nitride semiconductor device having a fourth layer made of a nitride semiconductor.【請求項４】 前記活性層が、インジウムを含む窒化物
半導体よりなる井戸層を有する単一量子井戸構造、若し
くは多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１
乃至３の内のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein 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.
4. The nitride semiconductor device according to claim 1.【請求項５】 前記第１の層と第２の層との間に、活性
層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、かつ第２
の層よりもバンドギャップエネルギーが小さい、ｐ型不
純物がドープされた膜厚０．５μｍ以下のアルミニウム
を含む窒化物半導体よりなる第５の層を有することを特
徴とする請求項１または請求項３に記載の窒化物半導体
素子。5. The method according to claim 1, wherein a band gap energy between the first layer and the second layer is larger than that of the active layer.
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a fifth layer made of a nitride semiconductor containing 0.5 μm or less of aluminum and doped with a p-type impurity and having a band gap energy smaller than that of the first layer. 3. The nitride semiconductor device according to item 1.【請求項６】 前記第１の層がアルミニウムを含む窒化
物半導体層を有する超格子構造であることを特徴とする
請求項１または３に記載の窒化物半導体素子。6. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the first layer has a superlattice structure including a nitride semiconductor layer containing aluminum.【請求項７】 前記第３の層がアルミニウムを含む窒化
物半導体層を有する超格子構造であることを特徴とする
請求項２または３に記載の窒化物半導体素子。7. The nitride semiconductor device according to claim 2, wherein said third layer has a superlattice structure having a nitride semiconductor layer containing aluminum.