JPH1093194A - Nitride semiconductor light-emitting element - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a reliable nitride semiconductor light-emitting element which can operate at low voltage, while decreasing contact resistance by a p-type or n-type GaN1-x Asz layer (0<x<0.2) or InGaN1-x Asx layer (0<x<0.2) at a part which touches a metal electrode. SOLUTION: A p-type or n-type GaN1-x Asx layer (0<x<0.2) or InGaN1-x Asx layer (0<x<0.2) is employed as a semiconductor layer 112 at a part, touching a metal electrode. The contact layer 112 comprises a high quality p-type GaN1-x Asx crystal, having a band gap which is one half that of GaN and a thickness equal to or shorter than a critical film thickness. Consequently, the width and the height of Schottky barrier at the hole in the interface of the metal electrode and the semiconductor contact layer can be halved. This structure significantly decreases the contact resistance of a nitride semiconductor light-emitting element and provides a working voltage close to that of an LD element formed on an ordinary GaAs substrate. Since heating is suppressed during operation, the threshold value, temperature characteristic and reliability of a nitride semiconductor laser are enhanced.

Description

Translated fromJapanese

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体発光
素子に関する。さらに詳しくは、半導体レーザとして有
効に用いられる窒化物半導体発光素子に関する。[0001] The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device. More specifically, the present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device effectively used as a semiconductor laser.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ＧａＮ系の窒化物半導体を用いた発光ダ
イオード（ＬＥＤ）は、すでに製品化されており、現在
はＧａＮ系窒化物半導体のレーザダイオード（ＬＤ）の
研究が精力的に進められている。たとえば、１９９６年
ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジ
ックス誌３５巻のＬ２１７ページに「劈開ミラー共振器
面を有するＩｎＧａＮ多重量子井戸構造レーザダイオー
ド」と題する報告がある。図１４は、これに記載された
ＧａＮ系の窒化物半導体ＬＤ素子の断面構造を示す。こ
れは、ＧａＮ系窒化物半導体レーザの発振波長４１５nm
における室温パルス発振の報告である。ＧａＮ系窒化物
半導体レーザは従来の赤色ＬＤと較べて波長が短いの
で、高い記憶密度を有する次世代の光ディスク装置のピ
ックアップ用光源として大きな注目を集めている。2. Description of the Related Art Light-emitting diodes (LEDs) using GaN-based nitride semiconductors have already been commercialized. At present, research on GaN-based nitride semiconductor laser diodes (LDs) has been actively conducted. I have. For example, in the 1996 Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 35, page L217, there is a report entitled "InGaN Multiple Quantum Well Structure Laser Diode Having Cleaved Mirror Resonator Surface". FIG. 14 shows a cross-sectional structure of a GaN-based nitride semiconductor LD device described therein. This is the oscillation wavelength of a GaN-based nitride semiconductor laser of 415 nm.
This is a report of room-temperature pulse oscillation in. Since the GaN-based nitride semiconductor laser has a shorter wavelength than a conventional red LD, it has attracted much attention as a light source for pickup of a next-generation optical disk device having a high storage density.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、まだこ
のレーザの発振閾電流値での動作電圧は３０Ｖと非常に
高い。これは主にｐ型ＧａＮコンタクト層とｐ電極との
接触抵抗が大きいためである。図９は、金属電極とｐ型
ＧａＮ半導体層界面のバンド構造を模式的に示す断面図
である。ＧａＮと金属電極との間には大きなショットキ
ーバリアがある。ＧａＮはバンドギャップが大きく、特
にホールのショットキーバリアが大きい。ＧａＮ系窒化
物半導体レーザの室温連続発振を達成するためには、特
にｐ側のコンタクト抵抗を低減し、オーミックな接触を
実現させ、レーザの動作電圧を下げることが不可欠であ
る。本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、接触
抵抗が小さく、低電圧動作が可能で、かつ高信頼性を有
する窒化物半導体発光素子を提供することを目的とす
る。However, the operating voltage of this laser at the lasing threshold current value is still as high as 30 V. This is mainly because the contact resistance between the p-type GaN contact layer and the p-electrode is large. FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a band structure at the interface between the metal electrode and the p-type GaN semiconductor layer. There is a large Schottky barrier between GaN and the metal electrode. GaN has a large band gap, and particularly has a large Schottky barrier for holes. In order to achieve continuous room temperature oscillation of a GaN-based nitride semiconductor laser, it is indispensable to reduce the p-side contact resistance, realize ohmic contact, and lower the operating voltage of the laser. The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a nitride semiconductor light emitting device that has low contact resistance, can operate at low voltage, and has high reliability.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、ＧａＮ系の窒化物半導体を用いた
発光素子において、金属電極と接する部分の半導体層
が、ｐ型またはｎ型の、ＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層（０〈Ｘ
〈０．２）またはＩｎＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層（０〈Ｘ
〈０．２）であることを特徴とする窒化物半導体発光素
子が提供される。According to the present invention, in a light emitting device using a GaN-based nitride semiconductor, a portion of a semiconductor layer in contact with a metal electrode has a p-type or n-type. GaN_1-X As_X layer (0 <X
<0.2) or the InGaN_1-X As_X layer (0 <X
<0.2) A nitride semiconductor light-emitting device is provided.

【０００５】また、その好ましい態様として、前記半導
体層が、Ａｓ組成Ｘの異なる複数の、ＧａＮ_1-X Ａｓ_X
層（０〈Ｘ〈０．２）またはＩｎＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層
（０〈Ｘ〈０．２）を、そのＡｓ組成Ｘが電極に近づく
に従って大きくなるように組み合わせて構成されている
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。In a preferred embodiment, the semiconductor layer comprises a plurality of GaN_1-X As_{X having} different As compositions_X.
A layer (0 <X <0.2) or an InGaN_1-X As_X layer (0 <X <0.2) so that the As composition X becomes larger as approaching the electrode. A nitride semiconductor light emitting device is provided.

【０００６】また、その好ましい態様として、前記半導
体層が、ｐ型またはｎ型の、ＧａＮ_1-Y Ｐ_Y 層（０〈Ｙ
〈０．２）またはＩｎＧａＮ_1-Y Ｐ_Y 層（０〈Ｙ〈０．
２）であることを特徴とする窒化物半導体発光素子が提
供される。In a preferred embodiment, the semiconductor layer is a p-type or n-type GaN_1-Y P_Y layer (0 <Y
<0.2) or the InGaN_1-Y P_Y layer (0 <Y <0.
2) A nitride semiconductor light emitting device is provided.

【０００７】また、その好ましい態様として、前記半導
体層が、Ｐ組成Ｙの異なる複数の、ＧａＮ_1-Y Ｐ_Y 層
（０〈Ｙ〈０．２）またはＩｎＧａＮ_1-Y Ｐ_Y 層（０
〈Ｙ〈０．２）を、そのＰ組成Ｙが電極に近づくに従っ
て大きくなるように組み合わせて構成されていることを
特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。In a preferred embodiment, the semiconductor layer comprises a plurality of GaN_1-Y P_Y layers (0 <Y <0.2) or InGaN_1-Y P_Y layers (0
A nitride semiconductor light emitting device is provided, wherein <Y <0.2) is combined so that the P composition Y increases as approaching the electrode.

【０００８】また、その好ましい態様として、前記半導
体層の層厚が、１nm以上で１００nm以下であることを特
徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。In a preferred embodiment, a nitride semiconductor light emitting device is provided, wherein the thickness of the semiconductor layer is 1 nm or more and 100 nm or less.

【０００９】また、その好ましい態様として、前記金属
電極と前記半導体層との間に、さらに金属間化合物エピ
タキシャル層を、それぞれの層に隣接して形成してなる
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。In a preferred embodiment, an intermetallic compound epitaxial layer is formed between the metal electrode and the semiconductor layer so as to be adjacent to the respective layers. An element is provided.

【００１０】また、その好ましい態様として、前記金属
間化合物エピタキシャル層が、Ｎｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 、また
はＮｉ_0.5 （Ｉｎ_1-W Ｔｌ_W ）_0.5 （０〈Ｗ〈１）であ
ることを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供され
る。Further, as a preferred embodiment, nitride the intermetallic compound epitaxial layer, characterized in that it is a Ni_0.5 an In_0.5 or_{Ni 0.5, (In 1-W} Tl W) 0.5 (0 <W <1) An object semiconductor light emitting device is provided.

【００１１】また、その好ましい態様として、前記半導
体層の層厚が、２nm以上で２００nm以下であることを特
徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。As a preferred embodiment, there is provided a nitride semiconductor light emitting device, wherein the thickness of the semiconductor layer is 2 nm or more and 200 nm or less.

【００１２】さらに、その好ましい態様として、前記半
導体層が、ｐ型のＧａＮ_1-X1Ａｓ_X1層（０〈Ｘ１〈０．
２）ウエル層とｐ型のＧａＮ_1-X2Ａｓ_X2層（０≦Ｘ２
〈Ｘ１〈０．２）バリア層との超格子構造体であること
を特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。In a preferred embodiment, the semiconductor layer is a p-type GaN_1-X1 As_X1 layer (0 <X1 <0.
2) Well layer and p-type GaN_1-X2 As_X2 layer (0 ≦ X2
<X1 <0.2> Provided is a nitride semiconductor light-emitting device having a superlattice structure with a barrier layer.

【００１３】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。本発明においては、金属電極と接する部
分の半導体層として、ｐ型またはｎ型のＧａＮ_1-X Ａｓ
_X （０〈Ｘ〈０．２），ＩｎＧａＮ_1-X Ａｓ_X （０〈Ｘ
〈０．２），ＧａＮ_1-Y Ｐ_Y （０〈Ｙ〈０．２）および
ＩｎＧａＮ_1-Y Ｐ_Y （０〈Ｙ〈０．２）が用いられる。
以下ｐ型ＧａＮについて説明する。ＧａＮに数％のＡｓ
を入れることで、バンドギャップをＧａＮより小さくす
ることができる。しかしながらＡｓ組成Ｘを増やすとＧ
ａＮ_1-X Ａｓ_X 層は徐々に格子不整合を生じる。図１０
は、ＧａＮ_1-XＡｓ_X のＡｓ組成Ｘと格子歪量εとの関
係を示すグラフである。例えば、ＧａＮ上のＧａＮ_0.96
Ａｓ_0.04層の歪量は３．４％になる。図１１は、ＧａＮ
_1-X Ａｓ_X 層のＡｓ組成Ｘとバンドギャップの関係を示
すグラフである。この図からＧａＮ_0.96Ａｓ_0.04層のバ
ンドギャップは２．６３eVであり、約０．７７eVだけウ
ルツ型ＧａＮよりバンドギャップが小さくなっているこ
とがわかる。図９に示す金属電極とｐ型半導体層界面の
バンド構造の断面からわかるように、バンドギャップの
小さい材料をコンタクト層に用いることで金属電極と半
導体コンタクト層界面のホールのショットキーバリアの
高さを小さくすることができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below. In the present invention, as the semiconductor layer in contact with the metal electrode, p-type or n-type GaN_1-x As
_X (0 <X <0.2), InGaN_1-X As_X (0 <X
<0.2), GaN_1-Y P_Y (0 <Y <0.2) and InGaN_1-Y P_Y (0 <Y <0.2).
Hereinafter, p-type GaN will be described. Several percent As in GaN
, The band gap can be made smaller than that of GaN. However, when As composition X is increased, G
The aN_1-x As_x layer gradually causes lattice mismatch. FIG.
Is a graph showing the relationship between the As composition X of GaN_1-X As_X and the amount of lattice strain ε. For example, GaN on GaN_0.96
The strain amount of the As_0.04 layer is 3.4%. FIG.
₅ is a graph showing a relationship between an As composition X of a_1-X As_X layer and a band gap. From this figure, it can be seen that the band gap of the GaN_0.96 As_0.04 layer is 2.63 eV, which is smaller than that of the wurtzate GaN by about 0.77 eV. As can be seen from the cross section of the band structure at the interface between the metal electrode and the p-type semiconductor layer shown in FIG. 9, the height of the Schottky barrier of the hole at the interface between the metal electrode and the semiconductor contact layer can be reduced by using a material having a small band gap for the contact layer. Can be reduced.

【００１４】図１２は、ＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層のＡｓ組成
Ｘと臨界膜厚の関係を示すグラフである。ＧａＮ系材料
は非常に堅いので、ＧａＮ系材料の臨界膜厚はＧａＡｓ
系材料の臨界膜厚より大きい。図１２から、例えばＧａ
Ｎ_0.96Ａｓ_0.04層の臨界膜厚は１６nmであることがわか
る。本発明の実施例のＧａＮ_0.96Ａｓ_0.04層コンタクト
層の層厚は１５nmなので、臨界膜厚以下である。良質な
結晶を得るにはＡｓ組成を制御し臨界膜厚以下の層厚に
する必要がある。例えば１nm〜１００nmが好ましい。本
発明のＧａＮ_1-X Ａｓ_X コンタクト層は、上で示したよ
うにバンドギャップが小さくかつ臨界膜厚以下層厚を有
する良質な結晶である。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the As composition X of the GaN_1-x As_X layer and the critical film thickness. Since the GaN-based material is very hard, the critical thickness of the GaN-based material is GaAs.
It is larger than the critical thickness of the system material. From FIG. 12, for example, Ga
It can be seen that the critical thickness of the N_0.96 As_0.04 layer is 16 nm. The layer thickness of the GaN_0.96 As_0.04 layer contact layer of the embodiment of the present invention is 15 nm, which is smaller than the critical film thickness. In order to obtain high-quality crystals, it is necessary to control the As composition and make the thickness less than the critical thickness. For example, 1 nm to 100 nm is preferable. The GaN_1-x As_x contact layer of the present invention is a high-quality crystal having a small band gap and a layer thickness equal to or less than the critical film thickness as described above.

【００１５】バンドギャップが小さくかつ臨界膜厚以下
の良質な結晶であればより高濃度のｐドーピングを行う
ことができる。図９に示すように、高ｐドーピング濃度
のコンタクト層は金属電極と半導体コンタクト層界面の
ホールのショットキーバリアの幅を小さくする作用があ
る。ショットキーバリアの幅が小さくなると素子の接触
抵抗が低減し、素子の動作電圧が小さくなる。故に本発
明のＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層コンタクト層を有する窒化物半
導体発光素子は、それがない素子に比べて、低抵抗、低
動作電圧動作の特徴を有する。これによって動作時の発
熱が抑えられるため半導体レーザの室温連続動作を達成
する上で極めて効果的である。High-quality crystals having a small band gap and a critical thickness or less can perform p-doping at a higher concentration. As shown in FIG. 9, a contact layer having a high p doping concentration has an effect of reducing the width of a Schottky barrier of a hole at the interface between a metal electrode and a semiconductor contact layer. As the width of the Schottky barrier decreases, the contact resistance of the element decreases, and the operating voltage of the element decreases. Therefore, the nitride semiconductor light emitting device having the GaN_1-x As_X layer contact layer of the present invention has characteristics of lower resistance and lower operating voltage operation than the device without it. This suppresses heat generation during operation, which is extremely effective in achieving continuous operation of the semiconductor laser at room temperature.

【００１６】Ｎｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 やＮｉ_0.5 （Ｉｎ_1-W Ｔ
ｌ_W ）_0.5 （０〈Ｗ〈１）などの金属間化合物層は金属
と同様の高い電気伝導性を有する。Ｎｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 と
通常のウルツ型のＧａＮとの格子不整合歪量は２％であ
り、ＧａＮ上に薄膜の引張歪を有するＮｉ_0.5 Ｉｎ_0.5
のエピタキシャル成長が可能である。Ｎｉ_0.5 （Ｉｎ
_1-W Ｔｌ_W ）_0.5 はＴｌ組成Ｗを調整することでウルツ
型のＧａＮと面内の格子定数を一致させることができる
ので厚膜の金属間化合物層が形成できる。圧縮歪のＧａ
Ｎ_1-X Ａｓ_X コンタクト層をＧａＮ層とＮｉ_0.5 Ｉｎ
_0.5 やＮｉ_0.5 （Ｉｎ_1-W Ｔｌ_W ）_0.5 などの金属間化
合物エピタキシャル層で挟んだ構造にすると、格子整合
層によって両側から歪コンタクト層が支えられるため転
位が入りにくくなり、臨界膜厚は２倍に増大する。図１
３は格子整合層によって両側から挟まれたＧａＮ_1-X Ａ
ｓ_X 層のＡｓ組成Ｘと臨界膜厚の関係を示すグラフであ
る。点線で示した曲線は両側から挟まれていない場合の
臨界膜厚曲線である。前述のＧａＮ_1-X Ａｓ_X コンタク
ト層よりＡｓ組成Ｘが大きくバンドギャップが小さいＧ
ａＮ_1-X Ａｓ_X コンタクト層が得られるか、あるいはＧ
ａＮ_1-X Ａｓ_X コンタクト層の厚さを２倍に増大できる
ことがわかる。例えばこのように格子整合層によって両
側からＧａＮ_0.92Ａｓ_0.08層を挟むことによって、Ｇａ
Ｎ_0.92Ａｓ_0.08層の臨界膜厚は４．３nmから１９nmに増
大する。図１１から、ＧａＮ_0.92Ａｓ_0.08層のバンドギ
ャップは１．９１７eVであることがわかる。これはＧａ
Ａｓ基板に格子整合するＧａＩｎＰのバンドギャップの
大きさに等しい。このＧａＩｎＰは１０¹⁹cm^-3台の高濃
度ｐドーピングが可能である。ＧａＮのバンドギャップ
は３．４eVであるから、ＧａＮ_0.92Ａｓ_0.08層を用いる
ことで約１．５eVだけコンタクト層のバンドギャップが
減少したことになる。これは先程述べたＧａＮ_0.96Ａｓ
_0.04層の場合の２倍の減少量である。Ni_0.5 In_0.5 or Ni_0.5 (In_{1 -W} T
An intermetallic compound layer such as l_W )_0.5 (0 <W <1) has high electrical conductivity similar to that of a metal. The amount of lattice mismatch strain between Ni_0.5 In_0.5 and normal wurtzite GaN is 2%, and Ni_0.5 In_0.5 having a tensile strain of a thin film on GaN.
Can be epitaxially grown. Ni_0.5 (In
By adjusting the Tl composition W,_1-W Tl_W )_0.5 can match the in-plane lattice constant with the wurtz-type GaN, so that a thick intermetallic compound layer can be formed. Compressive strain Ga
The N_{1 -X} As_X contact layer is formed by a GaN layer and Ni_0.5 In
_{When the} structure is sandwiched between intermetallic compound epitaxial layers such as_0.5 and Ni_0.5 (In_{1 -W} Tl_W )_0.5, dislocation is difficult to enter because the strained contact layers are supported from both sides by the lattice matching layer, and the critical film thickness is Increase by a factor of two. FIG.
3 is GaN_1-X A sandwiched from both sides by a lattice matching layer
4 is a graph showing a relationship between an As composition X of an s_X layer and a critical film thickness. The curve shown by the dotted line is a critical film thickness curve when not sandwiched from both sides. G having a larger As composition X and a smaller band gap than the GaN_1-X As_X contact layer described above.
aN_1-x As_X contact layer is obtained or G
It can be seen that the thickness of the aN_1-x As_X contact layer can be doubled. For example, by sandwiching the GaN_0.92 As_0.08 layer from both sides by the lattice matching layer in this manner, Ga
The critical thickness of the N_0.92 As_0.08 layer increases from 4.3 nm to 19 nm. FIG. 11 shows that the band gap of the GaN_0.92 As_0.08 layer is 1.917 eV. This is Ga
It is equal to the magnitude of the band gap of GaInP lattice-matched to the As substrate. This GaInP is capable of high-concentration p-doping on the order of 10¹⁹ cm⁻³ . Since the band gap of GaN is 3.4 eV, the band gap of the contact layer is reduced by about 1.5 eV by using the GaN_0.92 As_0.08 layer. This is the GaN_0.96 As mentioned earlier.
_This is twice the amount of reduction in the case of the_0.04 layer.

【００１７】結局、上で述べたように、これらの金属間
化合物エピタキシャル層を用いて両側からＧａＮ_1-X Ａ
ｓ_X コンタクト層を挟むことによって、さらにＬＤ素子
の接触抵抗が低減し、動作電圧が小さくなる効果があ
る。この場合の金属間化合物層の層厚は、５〜２００ｎ
ｍが好ましい。また、この金属間化合物層を用いた場合
の半導体層の層厚は２〜２００nmが好ましい。After all, as described above, the GaN_1-X A
By sandwiching the s_X contact layer, there is an effect that the contact resistance of the LD element is further reduced and the operating voltage is reduced. In this case, the thickness of the intermetallic compound layer is 5 to 200 n.
m is preferred. When the intermetallic compound layer is used, the thickness of the semiconductor layer is preferably 2 to 200 nm.

【００１８】[0018]

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに具体的
に説明する。 ［実施例１］図１は、本発明の第１の実施例のＧａＮ系
窒化物半導体発光素子（ＬＤ）の断面図である。図１に
示すようにＧａＮ系ＬＤは、厚さ３５０μｍのＡ面サフ
ァイア基板１０１、層厚３０nmのＧａＮバッファ層１０
２、層厚３μｍのｎ−ＧａＮ層１０３、層厚１００nmの
ｎ−Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層１０４、層厚４００nmのｎ−
Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層１０５、層厚１００nmのｎ−Ｇａ
Ｎ層１０６、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０
７、層厚２０nmのｐ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎクラッド層１
０８、層厚１００nmのｐ−ＧａＮ層１０９、層厚４００
nmのｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層１１０、層厚５
００nmのｐ−ＧａＮクラッド層１１１、層厚１５nmのｐ
−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層１１２、ｐ電極１１
３、ｎ電極１１４からなる。ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層
１０７は２．５nmのＩｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎウエル層と５nm
のＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層の２０周期の多重量子井
戸（ＭＱＷ）層である。各層に用いられるｐドーパント
はＭｇ、ｎドーパントはＳｉである。本発明の特徴は層
厚１５nmのｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層１１２
を有することにある。EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. FIG. 1 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor light emitting device (LD) according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a GaN-based LD has an A-plane sapphire substrate 101 having a thickness of 350 μm, and a GaN buffer layer 10 having a thickness of 30 nm.
2. An n-GaN layer 103 having a thickness of 3 μm, an n-In_0.1 Ga_0.9 N layer 104 having a thickness of 100 nm, and an n-GaN layer 103 having a thickness of 400 nm.
Al_0.15 Ga_0.85 N layer 105, 100 nm-thick n-Ga
N layer 106, InGaN / GaN-MQW active layer 10
7. p-Al_0.2 Ga_0.8 N clad layer 1 having a thickness of 20 nm
08, p-GaN layer 109 having a layer thickness of 100 nm, layer thickness 400
nm p-Al_0.15 Ga_0.85 N cladding layer 110, layer thickness 5
00 nm p-GaN cladding layer 111, 15 nm thick p
-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 112, p electrode 11
3, consisting of an n-electrode 114; InGaN-MQW active layer 107 is 2.5nm In_0.2 Ga_0.8 N-well layer and 5nm
Of the In_0.05 Ga_0.95 N barrier layer is a multiple quantum well (MQW) layer having 20 periods. The p dopant used for each layer is Mg, and the n dopant is Si. A feature of the present invention is that a 15 nm-thick p-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 112 is used.
Is to have.

【００１９】上記のＬＤは有機金属気相エピタキシャル
（ＭＯＶＰＥ）成長法やガスソース分子線ピタキシャル
（ＧＳＭＢＥ）成長法を用いて作製できる。以下にＭＯ
ＶＰＥ法による本発明の第１の実施例の上記ＬＤ素子の
作製方法を述べる。以降の実施例においても以下に述べ
る製造方法を用いることができる。Ｖ族原料にはＮＨ
₃ 、ＡｓＨ₃ 、III 族原料には、トリメチルインジウム
（ＴＭＩｎ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いる。ｐドーパン
ト原料にはＣＰ₂ Ｍｇ、ｎドーパント原料にはＳｉＨ₄
を用いる。The above-mentioned LD can be manufactured by a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) growth method or a gas source molecular beam epitaxial (GSMBE) growth method. MO below
A method for manufacturing the LD device according to the first embodiment of the present invention by the VPE method will be described. The manufacturing method described below can be used in the following embodiments. NH is used for Group V raw material
₃ , AsH₃ , and group III raw materials include trimethylindium (TMIn), trimethylgallium (TMGa), and trimethylaluminum (TMAl). CP₂ Mg for the p dopant material and SiH_{4 for the} n dopant material
Is used.

【００２０】まずＡ面サファイア基板１０１を成長室で
ある反応管に導入し、Ｈ₂ キャリアガスを反応管に流し
た。その状態で基板を１１５０℃に昇温させ、１０分間
過熱したのち５５０℃に下げて、ＮＨ₃ とＴＭＧａを導
入して層厚３０nmのＧａＮバッファ層１０２を成長させ
た。その後、Ｈ₂ キャリアガスを反応管に流したまま基
板温度を１０００℃に上げてＮＨ₃ とＴＭＧａとＳｉＨ
₄ を導入して層厚３μｍのｎ−ＧａＮ層１０３を成長さ
せる。サファイア基板とＧａＮには１４％もの格子不整
合があるが、低温成長のＧａＮバッファ層１０２を最初
に成長させ、かつその層厚を制御することで結晶性のよ
いＧａＮが得られた。次にＴＭＩｎを導入しクラッキン
グ防止のための層厚１００nmのｎ−Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ
層１０４を成長させた。このようにして順次成長させ
た。本発明の特徴であるｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタ
クト層１１２はＮＨ₃ とＡｓＨ₃ とＴＭＧａとＣＰ₂ Ｍ
ｇを導入して成長させた。ｐ−ドーピング濃度は５×１
０¹⁸cm^-3以上とした。ｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタク
ト層１１２の層圧を１５nmとすることで臨界膜厚以内の
良好な品質の結晶が得られた。成長後は６００℃の温度
で１時間熱アニールを行い結晶中に取り込まれたＨ原子
を追い出し、Ｍｇを活性化させｐ濃度を向上させた。First, the A-plane sapphire substrate 101 was introduced into a reaction tube as a growth chamber, and H₂ carrier gas was flowed through the reaction tube. In this state, the substrate was heated to 1150 ° C., heated for 10 minutes, then lowered to 550 ° C., and NH₃ and TMGa were introduced to grow a GaN buffer layer 102 having a thickness of 30 nm. Thereafter, the substrate temperature was raised to 1000 ° C. while flowing the H₂ carrier gas through the reaction tube, and NH₃ , TMGa and SiH
₄ is introduced to grow the n-GaN layer 103 having a thickness of 3 μm. Although the sapphire substrate and GaN have a lattice mismatch of as much as 14%, GaN with good crystallinity was obtained by first growing the GaN buffer layer 102 grown at a low temperature and controlling the layer thickness. Next, n-In_0.1 Ga_0.9 N having a layer thickness of 100 nm for preventing cracking was introduced by introducing TMIn.
Layer 104 was grown. In this way, they were sequentially grown. The p-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 112 which is a feature of the present invention is made of NH₃ , AsH₃ , TMGa and CP₂ M.
g was introduced and grown. p-doping concentration is 5 × 1
0¹⁸ cm^-3 or more. By setting the layer pressure of the p-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 112 to 15 nm, a crystal of good quality within the critical film thickness was obtained. After the growth, thermal annealing was performed at a temperature of 600 ° C. for 1 hour to drive out H atoms taken into the crystal, activate Mg, and improve the p concentration.

【００２１】成長終了後の降温はサファイア基板が割れ
ないようにゆっくり行った。ウエハを取り出した後、ｐ
−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層１１２上にｐ電極１
１３を付け、エッチングを行いｎ−ＧａＮ層１０３にｎ
電極１１４を取り付けてＬＤ素子を得た。以下の実施例
のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの活性層を含む本体の構造
は共通であり、コンタクト層および電極の部分が異なる
だけである。従って本発明は任意の構造のＬＤに適用可
能である。After the growth was completed, the temperature was lowered slowly so that the sapphire substrate was not broken. After removing the wafer, p
-P electrode 1 on GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 112
13 and etching is performed to form n-GaN layer 103 with n.
The electrode 114 was attached to obtain an LD element. The structure of the main body including the active layer of the GaN-based nitride semiconductor LD of the following examples is common, and only the contact layer and the electrode are different. Therefore, the present invention is applicable to an LD having any structure.

【００２２】［実施例２］図２は、本発明の第２の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図２に
示すように、ｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層１１
２の部分のみが異なる以外は第１の実施例と同じＬＤ構
造である。即ち、第２実施例は、第１実施例の層厚１５
nmのｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層１１２を層厚
２０nmのｐ−ＧａＡｓ_0.01Ｎ_0.99コンタクト層２０１、
層厚５nmのｐ−ＧａＡｓ_0.02Ｎ_0.98コンタクト層２０
２、層厚１０nmのｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層
２０３からなるステップコンタクト層２０４に置き換え
た構造のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。ステップコ
ンタクト層２０４ではコンタクト層のバンドギャップの
大きさがＡｓ組成の増大によって徐々に小さくなってい
る。これにより、ｐ−ＧａＮクラッド層１１１とｐ−Ｇ
ａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層２０３との急激なバンド
ギャップ差を緩和できるので素子の抵抗を下げることが
できる。Embodiment 2 FIG. 2 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the p-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 11
The LD structure is the same as that of the first embodiment except that only part 2 is different. That is, the second embodiment is different from the first embodiment in the layer thickness 15
a p-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 112 having a thickness of 20 nm and a p-GaAs_0.01 N_0.99 contact layer 201 having a thickness of 20 nm;
5 nm-thick p-GaAs_0.02 N_0.98 contact layer 20
2. A GaN-based nitride semiconductor LD having a structure in which a step contact layer 204 including a p-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 203 having a layer thickness of 10 nm is used. In the step contact layer 204, the size of the band gap of the contact layer gradually decreases due to the increase in the As composition. Thereby, the p-GaN cladding layer 111 and the p-G
Since the abrupt band gap difference from the aAs_0.04 N_0.96 contact layer 203 can be reduced, the resistance of the device can be reduced.

【００２３】［実施例３］図３は、本発明の第３の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図３に
示すように、ｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層１１
２を層厚２０nmのｐ−ＧａＰ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層３
０１に置き換えた構造のＬＤであり、それ以外は第１の
実施例と同じ構造のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。
ＧａＰ_X Ｎ_1-X もＰ組成Ｘの増加と共にバンドギャップ
が大きく低下する性質を有する。また、ＧａＰ_0.04Ｎ
_0.96はＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96よりＧａＮに対する歪量が少
ないのでコンタクト層の厚さを大きくとれる利点があ
る。Embodiment 3 FIG. 3 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the p-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 11
2 is a p-GaP_0.04 N_0.96 contact layer 3 having a layer thickness of 20 nm.
01 is a GaN-based nitride semiconductor LD having the same structure as that of the first embodiment except for the LD.
GaP_X N_{1 -X} also has a property that the band gap is greatly reduced with an increase in the P composition X. GaP_0.04 N
_0.96 has an advantage that the thickness of the contact layer can be increased because the amount of strain with respect to GaN is smaller than that of GaAs_0.04 N_0.96 .

【００２４】［実施例４］図４は、本発明の第４の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図４に
示すように、実施例２のステップコンタクト層２０４
を、層厚５nmのｐ−ＧａＰ_0.01Ｎ_0.99コンタクト層４０
１と層厚５nmのｐ−ＧａＰ_0.02Ｎ_0.98コンタクト層４０
２と層厚１２nmのｐ−ＧａＰ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層４
０３からなるステップコンタクト層４０４に置き換えた
構造のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。ステップコン
タクト層４０４により、ｐ−ＧａＮクラッド層１１１と
ｐ−ＧａＰ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層４０３との急激なバ
ンドギャップ差を緩和できるので素子の抵抗を下げるこ
とができる。Embodiment 4 FIG. 4 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the step contact layer 204 of the second embodiment
And a 5 nm-thick p-GaP_0.01 N_0.99 contact layer 40
1 and p-GaP_0.02 N_0.98 contact layer 40 having a layer thickness of 5 nm
2 and p-GaP_0.04 N_0.96 contact layer 4 having a layer thickness of 12 nm
This is a GaN-based nitride semiconductor LD having a structure replaced with a step contact layer 404 made of NO. The step contact layer 404 can reduce a sharp band gap difference between the p-GaN cladding layer 111 and the p-GaP_0.04 N_0.96 contact layer 403, so that the resistance of the device can be reduced.

【００２５】［実施例５］図５は、本発明の第５の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図５に
示すように、層厚１５nmのｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コン
タクト層５０１とｐ電極１１３の間に層厚１５nmのＮｉ
_0.5 Ｉｎ_0.5 金属間化合物層５０２を挟んだ構造をして
いる以外は実施例１と同構造のＧａＮ系窒化物半導体Ｌ
Ｄである。Ｎｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 金属間化合物層５０２は引
張歪であり、ｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層５０
１は圧縮歪なので、これらを組み合わせることで歪補償
しあい全体の歪量は低減されている。これらの金属間化
合物の結晶構造はＣｓＣｌ型であり、ＧａＡｓやＩｎＰ
等のIII-Ｖ化合物半導体の閃亜鉛鉱型結晶構造やＧａＮ
のウルツ型結晶構造とは異なっている。しかしながらＮ
ｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 の格子定数３．１ はウルツ型ＧａＮの
面内格子定数３．１６ にほぼ等しいため、ＧａＮ上へ
のエピタキシャル成長が可能である。ｐ−ＧａＡｓ_0.04
Ｎ_0.96コンタクト層５０１までは上述した成長条件で行
う。しかしながらＧａＮ上の金属間化合物薄膜の結晶成
長は、異種原子構造のヘテロエピタキシャル成長なの
で、通常とは異なる成長条件が必要である。[Embodiment 5] FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of the GaN-based nitride semiconductor LD of an example. In FIG.
As shown, p-GaAs having a layer thickness of 15 nm is used._0.04N_0.96Con
A 15-nm thick Ni layer is placed between the tact layer 501 and the p-electrode 113.
_0.5 In_0.5 With a structure sandwiching the intermetallic compound layer 502
GaN-based nitride semiconductor L having the same structure as in Example 1 except that
D. Ni_0.5 In_0.5 The intermetallic compound layer 502 is pulled
Tensile strain, p-GaAs_0.04N_0.96Contact layer 50
1 is the compression distortion, so distortion is compensated by combining these
However, the overall distortion amount is reduced. These intermetallics
The crystal structure of the compound is CsCl type, and GaAs or InP
Zinc-blende-type crystal structure of III-V compound semiconductors such as GaN
Is different from the wurtz-type crystal structure. However N
i_0.5 In_0.5 Of the wurtzian GaN
Since it is almost equal to the in-plane lattice constant 3.16,
Can be epitaxially grown. p-GaAs_0.04
N_0.96The operation up to the contact layer 501 is performed under the above-described growth conditions.
U. However, crystallization of intermetallic thin films on GaN
The length is heteroepitaxial growth of heteroatom structure
Therefore, unusual growth conditions are required.

【００２６】以下にこの実施例で用いたＧａＮ上の金属
間化合物層の成長方法を述べる。ＧａＮ上に金属間化合
物層を成長させる際には、ＧａＮ半導体層の表面をＧａ
の単原子層で覆い、成長室の残留Ｖ族の量を十分に落と
し、次に金属間化合物層の遷移金属であるＮｉを１原子
層成長させてから、Ｎｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 金属間化合物層を
成長させた。金属間化合物層の成長温度は低温で行っ
た。マイグレーション・エンハンスドエピタキシー（Ｍ
ＥＥ）成長ならば３５０℃程度、ＭＢＥ成長ならば４５
０℃程度である。但し、格子整合系の金属間化合物層に
おいては、２５０℃程度の成長温度でＩｎＰ上にＭＥＥ
成長させてもよい。A method for growing an intermetallic compound layer on GaN used in this embodiment will be described below. When growing an intermetallic compound layer on GaN, the surface of the GaN semiconductor layer is
To sufficiently reduce the amount of the residual group V in the growth chamber, and then grow one atomic layer of Ni, which is a transition metal of the intermetallic compound layer, and then deposit the Ni_0.5 In_0.5 intermetallic compound layer. Grew. The growth temperature of the intermetallic compound layer was low. Migration Enhanced Epitaxy (M
EE) about 350 ° C. for growth, 45 for MBE growth
It is about 0 ° C. However, in the lattice-matched intermetallic compound layer, MEE is grown on InP at a growth temperature of about 250 ° C.
It may be grown.

【００２７】［実施例６］図６は、本発明の第６の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図６に
示すように実施例５のＮｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 金属間化合物層
５０２を、ＧａＮに格子整合した層厚５０nmのＮｉ_0.5
（Ｔｌ_X Ｉｎ_1-X ）_0.5 金属間化合物層６０２で置き換
えた構造をしていること以外は実施例５と同構造のＧａ
Ｎ系窒化物半導体ＬＤである。Ｎｉ_0.5 （Ｔｌ_X Ｉｎ
_1-X ）_0.5 金属間化合物層６０２でｐ−ＧａＡｓ_0.08Ｎ
_0.92コンタクト層５０１を挟むことにより、１．５eVの
バンドギャップの低減が実現できる。Ｎｉ_0.5 （Ｔｌ_X
Ｉｎ_1-X ）_0.5 金属間化合物層６０２はＧａＮに格子整
合しているので、高品質で厚膜の金属間化合物のエピタ
キシャル電極が形成できる。Embodiment 6 FIG. 6 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the Ni_0.5 In_0.5 intermetallic compound layer 502 of Example 5 was lattice-matched with GaN to a Ni_{0.5 In} thickness of 50 nm.
(Tl_x In_1-x )_0.5 Ga having the same structure as that of Example 5 except that the structure is replaced with_0.5 intermetallic compound layer 602.
This is an N-based nitride semiconductor LD. Ni_0.5 (Tl_X In
_1-X )_0.5 p-GaAs_0.08 N in the intermetallic compound layer 602
By sandwiching the_0.92 contact layer 501, a band gap of 1.5 eV can be reduced. Ni_0.5 (Tl_X
Since the In_1-x )_0.5 intermetallic compound layer 602 is lattice-matched to GaN, a high-quality, thick-film intermetallic compound epitaxial electrode can be formed.

【００２８】［実施例７］図７は、本発明の第７の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図７に
示すように、層厚１９nmのｐ−ＧａＡｓ_0.08Ｎ_0.92コン
タクト層７０１、ＧａＮに格子整合した層厚１０nmのＮ
ｉ_0.5 （Ｔｌ_X Ｉｎ_1-X ）_0.5 金属間化合物層７０２、
層厚１０nmのＮｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 金属間化合物層７０３、
ＧａＮに格子整合した層厚５０nmのＮｉ_0.5 （Ｔｌ_X Ｉ
ｎ_1-X ）_0.5 金属間化合物層７０４からなるコンタクト
層構造を有するＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。Ｇａ
Ｎに格子整合した層厚１０nmのＮｉ_0.5 （Ｔｌ_X Ｉｎ
_1-X ）_0.5 金属間化合物層７０２はｐ−ＧａＡｓ_0.08Ｎ
_0.92コンタクト層７０１とＮｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 金属間化合
物層７０３の界面歪の急激な変化を改善するための緩和
層である。[Embodiment 7] FIG. 7 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a seventh embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, a 19 nm thick p-GaAs_0.08 N_0.92 contact layer 701 and a 10 nm thick N-layer lattice-matched to GaN
i_0.5 (Tl_X In_1-x )_0.5 intermetallic compound layer 702,
A Ni_0.5 In_0.5 intermetallic compound layer 703 having a thickness of 10 nm,
50 nm thick Ni_0.5 (Tl_X I
n_1-x ) A GaN-based nitride semiconductor LD having a contact layer structure composed of a_0.5 intermetallic compound layer 704. Ga
Ni_0.5 (Tl_x In) with a layer thickness of 10 nm lattice-matched to N
_1-X )_0.5 intermetallic compound layer 702 is p-GaAs_0.08 N
_This is a relaxation layer for improving a rapid change in interface strain between the_0.92 contact layer 701 and the Ni_0.5 In_0.5 intermetallic compound layer 703.

【００２９】［実施例８］図８は、本発明の第８の実施
例のＧａＮ系窒化物半導体ＬＤの断面図である。図８に
示すように、層厚５nmのｐ−ＧａＡｓ_0.01Ｎ_0.99バリア
層８０１と層厚３nmのｐ−ＧａＡｓ_0.08Ｎ_0.92ウエル層
８０２の５周期の超格子コンタクト層８０４とＧａＮに
格子整合した層厚５０nmのＮｉ_0.5 （Ｔｌ_X Ｉｎ_1-X ）
_0.5 金属間化合物層８０３からなるコンタクト層構造を
有するＧａＮ系窒化物半導体ＬＤである。ホールは層厚
４０nmの超格子コンタクト層８０４を共鳴トンネルで透
過し金属電極に到達することができるため接触抵抗が低
減する。[Eighth Embodiment] FIG. 8 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to an eighth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, a p-GaAs_0.01 N_0.99 barrier layer 801 having a thickness of 5 nm and a p-GaAs_0.08 N_0.92 well layer 802 having a thickness of 3 nm have a five-period superlattice contact layer 804 and a layer lattice-matched to GaN. Ni_0.5 (Tl_X In_1-X ) with a thickness of 50 nm
_This is a GaN-based nitride semiconductor LD having a contact layer structure composed of a_0.5 intermetallic compound layer 803. The holes can pass through the 40 nm-thick superlattice contact layer 804 through the resonance tunnel and reach the metal electrode, so that the contact resistance is reduced.

【００３０】[0030]

【発明の効果】本発明におけるコンタクト層は、ＧａＮ
の半分のバンドギャップを有しかつ臨界膜厚以下の層厚
を有する良質なｐ型ＧａＮ_1-X Ａｓ_X 結晶である。バン
ドギャップが小さいため５×１０¹⁸cm^-3以上の高濃度の
ｐドーピングを行うことができる。本発明に用いられる
Ｎｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 やＮｉ_0.5 （Ｉｎ_1-X Ｔｌ_X ）_0.5 な
どの金属間化合物層は、ＧａＮ_1-X Ａｓ_X 歪コンタクト
層をＧａＮ層とで挟んで支えるため転位が入りにくくな
り、臨界膜厚は２倍に増大する。従って、よりバンドギ
ャップの小さいＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層をコンタクト層に用
いることができる。その結果、金属電極と半導体コンタ
クト層界面のホールのショットキーバリアの幅と高さを
半減させることができる。これによって窒化物半導体発
光素子の接触抵抗が大きく低減し、通常のＧａＡｓ基板
上のＬＤ素子に近い動作電圧が得られる。その結果、動
作時の発熱が抑えられるため窒化物半導体レーザの室温
連続動作を達成することができる。それに加えて、窒化
物半導体レーザの閾値、温度特性、信頼性を著しく向上
させることができる。According to the present invention, the contact layer is made of GaN.
This is a high-quality p-type GaN_1-x As_X crystal having a band gap of half of that of Example 1 and a layer thickness equal to or less than the critical film thickness. Since the band gap is small, p-doping at a high concentration of 5 × 10¹⁸ cm⁻³ or more can be performed. The intermetallic compound layer such as Ni_0.5 In_0.5 or Ni_0.5 (In_1-X Tl_x )_0.5 used in the present invention contains dislocations to support the GaN_1-X As_X strained contact layer sandwiched between the GaN layers. And the critical film thickness doubles. Therefore, a GaN_1-x As_X layer having a smaller band gap can be used as the contact layer. As a result, the width and height of the Schottky barrier at the hole at the interface between the metal electrode and the semiconductor contact layer can be reduced by half. As a result, the contact resistance of the nitride semiconductor light emitting device is greatly reduced, and an operating voltage close to that of an LD device on a normal GaAs substrate can be obtained. As a result, heat generation during operation is suppressed, so that continuous operation of the nitride semiconductor laser at room temperature can be achieved. In addition, the threshold, temperature characteristics, and reliability of the nitride semiconductor laser can be significantly improved.

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

【図１】本発明の第１の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の第２の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a second embodiment of the present invention.

【図３】本発明の第３の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a third embodiment of the present invention.

【図４】本発明の第４の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a fourth embodiment of the present invention.

【図５】本発明の第５の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a fifth embodiment of the present invention.

【図６】本発明の第６の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a sixth embodiment of the present invention.

【図７】本発明の第７の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to a seventh embodiment of the present invention.

【図８】本発明の第８の実施例のＧａＮ系窒化物半導体
ＬＤの断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a GaN-based nitride semiconductor LD according to an eighth embodiment of the present invention.

【図９】金属電極とｐ型半導体層界面のバンド構造を模
式的に示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a band structure at an interface between a metal electrode and a p-type semiconductor layer.

【図１０】ＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層のＡｓ組成Ｘと格子歪量
εとの関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the As composition X of the GaN_1-X As_X layer and the amount of lattice strain ε.

【図１１】ＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層のＡｓ組成Ｘとバンドギ
ャップの関係を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing a relationship between an As composition X of a GaN_1-X As_X layer and a band gap.

【図１２】ＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層のＡｓ組成Ｘと臨界膜厚
の関係を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the As composition X of the GaN_1-X As_X layer and the critical film thickness.

【図１３】両側から挟まれたＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層のＡｓ
組成Ｘと臨界膜厚の関係を示すグラフである。FIG. 13: As of a GaN_1-X As_X layer sandwiched from both sides
4 is a graph showing a relationship between a composition X and a critical film thickness.

【図１４】従来のＧａＮ系の窒化物半導体ＬＤ素子の構
造を示す断面図である。FIG. 14 is a sectional view showing the structure of a conventional GaN-based nitride semiconductor LD device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０１ Ａ面サファイア基板 １０２ ＧａＮバッファ層 １０３ ｎ−ＧａＮ層 １０４ ｎ−Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層 １０５ ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層 １０６ ｎ−ＧａＮ層 １０７ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層 １０８ ｐ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎクラッド層 １０９ ｐ−ＧａＮ層 １１０ ｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 １１１ ｐ−ＧａＮクラッド層 １１２ ｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層 １１３ ｐ電極 １１４ ｎ電極 ２０１ ｐ−ＧａＡｓ_0.01Ｎ_0.99コンタクト層 ２０２ ｐ−ＧａＡｓ_0.02Ｎ_0.98コンタクト層 ２０３ ｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層 ２０４ ステップコンタクト層 ３０１ ｐ−ＧａＰ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層 ４０１ ｐ−ＧａＰ_0.01Ｎ_0.99コンタクト層 ４０２ ｐ−ＧａＰ_0.02Ｎ_0.98コンタクト層 ４０３ ｐ−ＧａＰ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層 ４０４ ステップコンタクト層 ５０１ ｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層 ５０２ Ｎｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 金属間化合物層 ６０２ Ｎｉ_0.5 （Ｔｌ_X Ｉｎ_1-X ）_0.5 金属間化合物
層 ７０１ ｐ−ＧａＡｓ_0.08Ｎ_0.92コンタクト層 ７０２ Ｎｉ_0.5 （Ｔｌ_X Ｉｎ_1-X ）_0.5 金属間化合物
層 ７０３ Ｎｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 金属間化合物層 ７０４ Ｎｉ_0.5 （Ｔｌ_X Ｉｎ_1-X ）_0.5 金属間化合物
層 ８０１ ｐ−ＧａＡｓ_0.01Ｎ_0.99バリア層 ８０２ ｐ−ＧａＡｓ_0.08Ｎ_0.92ウエル層 ８０３ Ｎｉ_0.5 （Ｔｌ_X Ｉｎ_1-X ）_0.5 金属間化合物
層 ８０４ 超格子コンタクト層 ９０１ 伝導帯 ９０２ フェルミレベル ９０３ 価電子帯 ９０４ ショットキーバリアの幅 ９０５ ショットキーバリアの高さ ９０６ ホール ９０７ 金属電極 ９０８ ｐ型半導体層101 A-plane sapphire substrate 102 GaN buffer layer 103 n-GaN layer 104 n-In_0.1 Ga_0.9 N layer 105 n-Al_0.15 Ga_0.85 N layer 106 n-GaN layer 107 InGaN / GaN-MQW active layer 108 p-Al_0.2 Ga_0.8 N cladding layer 109 p-GaN layer 110 p-Al_0.15 Ga_0.85 N cladding layer 111 p-GaN cladding layer 112 p-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 113 p electrode 114 n electrode 201 p-GaAs_0.01 N_0.99 contact layer 202 p-GaAs_0.02 N_0.98 contact layer 203 p-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 204 step contact layer 301 p-GaP_0.04 N_0.96 contact layer 401 p-GaP_0.01 N_0.99 contact layer 402 p-GaP_0.02 N_0.98 contact layer 403 p-GaP_0.040.96 contact layer 404 Step contact layer 501 p-GaAs_0.04 N_0.96 contact layer 502 Ni_0.5 In_0.5 intermetallic compound layer_{602 Ni 0.5 (Tl X In 1} -X) 0.5 intermetallic compound layer 701 p-GaAs_0.08 N_0.92 contact layer 702 Ni_0.5 (Tl_x In₁ -x)_0.5 intermetallic compound layer 703 Ni_0.5 In_0.5 intermetallic compound layer 704 Ni_0.5 (Tl_x In₁ -x)_0.5 intermetallic compound layer 801 p-GaAs_0.01 N_0.99 barrier layer 802 p-GaAs_0.08 N_0.92 well layer 803 Ni_0.5 (Tl_x In₁ -x)_0.5 intermetallic compound layer 804 superlattice contact layer 901 conduction band 902 Fermi level 903 valence band 904 Schottky barrier width 905 Schottky barrier Height 906 hole 907 metal electrode 908 p-type semiconductor layer

Claims (9)

Translated fromJapanese

【特許請求の範囲】[Claims]【請求項１】 ＧａＮ系の窒化物半導体を用いた発光素
子において、金属電極と接する部分の半導体層が、ｐ型
またはｎ型の、ＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層（０〈Ｘ〈０．２）
またはＩｎＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層（０〈Ｘ〈０．２）であ
ることを特徴とする窒化物半導体発光素子。In a light-emitting element using a GaN-based nitride semiconductor, a portion of a semiconductor layer in contact with a metal electrode is a p-type or n-type GaN_1-X As_X layer (0 <X <0.2 )
Or InGaN_1-X As X layer nitride semiconductor light emitting device which is a (0 <X <0.2).【請求項２】 前記半導体層が、Ａｓ組成Ｘの異なる複
数の、ＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層（０〈Ｘ〈０．２）またはＩ
ｎＧａＮ_1-X Ａｓ_X 層（０〈Ｘ〈０．２）を、そのＡｓ
組成Ｘが電極に近づくに従って大きくなるように組み合
わせて構成されていることを特徴とする請求項１記載の
窒化物半導体発光素子。2. The semiconductor layer comprising a plurality of GaN_1-X As_X layers (0 <X <0.2) or I
The nGaN_1-X As_X layer (0 <X <0.2) is
2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the composition is combined so that the composition X increases as approaching the electrode.【請求項３】 前記半導体層が、ｐ型またはｎ型の、Ｇ
ａＮ_1-Y Ｐ_Y 層（０〈Ｙ〈０．２）またはＩｎＧａＮ
_1-Y Ｐ_Y 層（０〈Ｙ〈０．２）であることを特徴とする
窒化物半導体発光素子。3. The semiconductor layer according to claim 1, wherein said semiconductor layer is p-type or n-type.
aN_1-Y P_Y layer (0 <Y <0.2) or InGaN
A nitride semiconductor light emitting device, wherein the nitride semiconductor light emitting device is a_1-Y P_Y layer (0 <Y <0.2).【請求項４】 前記半導体層が、Ｐ組成Ｙの異なる複数
の、ＧａＮ_1-Y Ｐ_Y層（０〈Ｙ〈０．２）またはＩｎＧ
ａＮ_1-Y Ｐ_Y 層（０〈Ｙ〈０．２）を、そのＰ組成Ｙが
電極に近づくに従って大きくなるように組み合わせて構
成されていることを特徴とする請求項３記載の窒化物半
導体発光素子。4. The semiconductor layer is composed of a plurality of GaN_1-Y P_Y layers (0 <Y <0.2) or InG
4. The nitride semiconductor according to claim 3, wherein an aN_{1 -Y} P_Y layer (0 <Y <0.2) is combined so that the P composition Y increases as approaching the electrode. Light emitting element.【請求項５】 前記半導体層の層厚が、１nm以上で１０
０nm以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１項記載の窒化物半導体発光素子。5. The semiconductor layer according to claim 1, wherein said semiconductor layer has a thickness of 1 nm or more and 10
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the thickness is 0 nm or less.【請求項６】 前記金属電極と前記半導体層との間に、
さらに金属間化合物エピタキシャル層を、それぞれの層
に隣接して形成してなることを特徴とする請求項１〜５
のいずれか１項記載の窒化物半導体発光素子。6. Between the metal electrode and the semiconductor layer,
6. An intermetallic compound epitaxial layer is formed adjacent to each layer.
3. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1.【請求項７】 前記金属間化合物エピタキシャル層が、
Ｎｉ_0.5 Ｉｎ_0.5 、またはＮｉ_0.5 （Ｉｎ_1-W Ｔｌ_W ）
_0.5 （０〈Ｗ〈１）であることを特徴とする請求項６記
載の窒化物半導体発光素子。7. The intermetallic compound epitaxial layer,
Ni_0.5 In_0.5 or Ni_0.5 (In_1-W Tl_W )
7. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein_0.5 (0 <W <1).【請求項８】 前記半導体層の層厚が、２nm以上で２０
０nm以下であることを特徴とする請求項６または７記載
の窒化物半導体発光素子。8. The semiconductor layer according to claim 1, wherein said semiconductor layer has a thickness of 2 nm or more.
8. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein the thickness is 0 nm or less.【請求項９】 前記半導体層が、ｐ型のＧａＮ_1-X1Ａｓ
_X1層（０〈Ｘ１〈０．２）ウエル層とｐ型のＧａＮ_1-X2
Ａｓ_X2層（０≦Ｘ２〈Ｘ１〈０．２）バリア層との超格
子構造体であることを特徴とする請求項１または２記載
の窒化物半導体発光素子。9. The method according to claim 1, wherein the semiconductor layer is a p-type GaN_1-X1 As.
_X1 layer (0 <X1 <0.2) well layer and p-type GaN_1-X2
3. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor light emitting device has a superlattice structure with an As_X2 layer (0 ≦ X2 <X1 <0.2) barrier layer.