WO1999005728A1 - Nitride semiconductor device - Google Patents

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WO1999005728A1
WO1999005728A1 PCT/JP1998/003336 JP9803336W WO9905728A1 WO 1999005728 A1 WO1999005728 A1 WO 1999005728A1 JP 9803336 W JP9803336 W JP 9803336W WO 9905728 A1 WO9905728 A1 WO 9905728A1
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layer
nitride semiconductor
doped
type
gan
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PCT/JP1998/003336
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Shuji Nakamura
Takashi Mukai
Koji Tanizawa
Tomotsugu Mitani
Hiromitsu Marui
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Nichia Chemical Industries, Ltd.
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers

Definitions

  • Light emitting element such as the present invention is the light emitting Daiodo device, Les one Zadaiodo elements, solar cells, light-receiving element such as an optical sensor or transistors, nitride semiconductor used in an electronic Debai scan power devices such as (I, n x A 1 Y Ga 0 ⁇ X, 0 ⁇ Y, X
  • Nitride semiconductors have already been put into practical use in various light sources such as full-color LED displays, traffic lights, and image scanner light sources as high-intensity pure green light-emitting LEDs and blue LEDs.
  • These nitride semiconductor LED elements basically have a buffer layer on a sapphire substrate, an n-side contact layer made of S 1 -doped GaN, and a single quantum well structure of InGaN or InGaN. It has a structure in which an active layer having a multiple quantum well structure having N, a p-side cladding layer made of Mg-doped A 1 GaN, and a p-side contact layer made of Mg-doped GaN are sequentially stacked.
  • the blue LED with the emission wavelength of 450 nm emits 5 mW
  • the external quantum efficiency is 9.1%
  • the green LED with 520 nm emits 3tnW and the external quantum efficiency is 6.3%.
  • This laser device has a double heterostructure having an active layer of a multiple quantum well structure (MQW: Mu1ti-Quantum-We11) using InGaN. Oscillation with a threshold current of 610 mA and a threshold current density of 8.7 kA / cm 2 , 410 nm under the conditions of a pulse width of 2 ⁇ s and a pulse period of 2 ms.
  • MQW multiple quantum well structure
  • This laser device has 27 hours of continuous oscillation at 20 ° C with a threshold current density of 3.6 kA / cm 2 , a threshold voltage of 5.5 V, and a 1.5 mW output. did.
  • nitride semiconductors have already been put to practical use in LEDs (Light Emitting Devices), and LDs (Laser Diodes) have reached continuous oscillation for several tens of hours.
  • LEDs can be used, for example, for lighting sources, outdoors exposed to direct sunlight. Further improvements in output are required for use in displays and the like.
  • LDs further improvements are needed to lower the threshold value and extend the lifespan, and to make them practical for light sources such as optical pickups and DVDs.
  • the LED element has a Vf of about 3.6 V at 2 O mA. By further lowering V f, the heat generation of the element is reduced and reliability is improved. For laser devices, lowering the SJE at the threshold is very important for improving device lifetime.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to mainly improve the output of nitride semiconductor devices such as LEDs and LDs, and reduce V f and threshold voltage.
  • the first objective is to increase the carrier concentration of the N-type contact layer and reduce the resistivity thereof, in particular, in order to improve the reliability of the device.
  • the nitride semiconductor device of the present invention is characterized in that the N-type contact layer has a special three-layer laminated structure or a superlattice structure,
  • the first nitride semiconductor device includes, on a substrate, at least an N-type contact layer forming an N-electrode, an activity J1 for recombining electrons and holes, and a P-type contact layer forming a P-electrode.
  • the N-type contact layer comprises a N-type impurity-doped nitride semiconductor layer having a first surface and a second surface, and the first surface and the second surface.
  • a three-layer stacked structure in which an undoped nitride semiconductor layer not doped with an N-type impurity is formed in contact with the surface and stacked on the N-type contact layer.
  • the undoped nitride semiconductor layer is not intentionally doped with impurities.
  • Nitride semiconductor layer for example, impurities contained in the raw material, contamination in the reaction equipment, layers containing impurities due to unintentional diffusion from other layers intentionally doped with impurities, and small amounts of doping Layer that can be regarded as practically AND
  • N-type impurities Si, Ge, Sn, and the like, which are Group IV elements, can be cited, but Si is preferable.
  • nitride semiconductors including the N-type contact layer and laminated thereon GaN, InGaN, and AIGAN can be given as typical examples.
  • G a N containing no i is preferable from the viewpoint of crystallinity.
  • an undoped nitride semiconductor sandwiching the N-type contact layer will be described in detail below. If the N-type contact layer is a second layer having a three-layered structure, the first layer formed on the substrate side will be described.
  • the third nitride semiconductor formed on the opposite side of the N-type contact layer from the substrate is G aN, InG aN or A 1 G aN.
  • IG a N is preferred.
  • an N-type contact layer (second layer) doped with Si is sandwiched between AND GaN.
  • AND GaN (third layer) ZSi doped GaN (second layer) A typical example is a three-layer structure of Z undoped GaN (first layer).
  • the second nitride semiconductor layer can have a carrier concentration of 3 ⁇ 10 18 / cm 3 or more, and considering the mobility of the layer, the resistivity is 8 ⁇ 1 and wherein the 0- 3 ⁇ ⁇ cm * is full.
  • the resistivity of the conventional N-type contact layer 8 X 1 0- 3 ⁇ ⁇ cm has been a limit (e.g., U.S. Patent No. 5, 73 3, 7 96 No.) of force V f by a decrease in the resistivity Can be reduced. Resistivity that can realize 6 X 1 0- 3 ⁇ ⁇ cm ⁇ under, more preferably 4 X 1 0- 3 ⁇ ⁇ cmJ [ ⁇ lower and ing.
  • the lower limit is not particularly limited, but is preferably adjusted to 1 X 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ cm or more. If the resistance is lower than the lower limit, the amount of impurities becomes too large, and the crystallinity of the nitride semiconductor tends to deteriorate.
  • a buffer layer that is grown at a lower temperature than the first nitride semiconductor layer is provided between the substrate and the first nitride semiconductor layer.
  • This buffer layer can grow, for example, A 1 N, GaN, A 1 GaN, etc. to a thickness of 0.5 ⁇ m or less at 400 to 900 ° C. Relax inconsistency It acts as a base layer for growing the sum or the first nitride semiconductor layer with good crystallinity.
  • a GaN buffer is preferable.
  • the thickness of the third nitride semiconductor layer is 0.5 / zm or less.
  • the more preferable thickness of the third nitride semiconductor layer is 0.2 / m or less, most preferably 0.15 // m or less.
  • the lower limit is not particularly limited, but is desirably adjusted to at least 100 angstroms, preferably at least 50 angstroms, and most preferably at least 100 angstroms. Since the third nitride semiconductor layer is an undoped layer and has a resistivity as high as 0.1 ⁇ cm or more, when this layer is grown as a thick layer, V f tends to be unlikely to decrease. It is in.
  • a second nitride semiconductor device comprises: an N-type contact layer for forming at least an N electrode on a substrate; an active layer for recombining electrons and holes; and a P.-type contact for forming a P electrode.
  • the N-type contact layer comprises a superlattice layer formed by stacking at least a nitride semiconductor layer doped with an N-type impurity and an undoped nitride semiconductor layer not doped with an N-type impurity.
  • the N-type contact layer is, similarly to the first nitride semiconductor light-emitting device, formed of a GaN-doped or superlattice layer which is in contact with the first surface and the second surface and does not doped with N-type impurities. It is preferable to form first and third nitride semiconductor layers having a small amount of n-type impurities, and to stack them so as to sandwich the second nitride semiconductor layer (N-type contact layer).
  • the superlattice structure refers to a multilayer of a nitride semiconductor layer having a thickness of 100 ⁇ or less, more preferably 70 ⁇ or less, and most preferably 50 ⁇ or less. , It refers to the structure that is laminated.
  • the superlattice structure or superlattice layer referred to in the present specification includes a multilayer film in which layers having different compositions are stacked, and a layer having the same composition and different doping amounts of n-type impurities. It includes both of the laminated multilayer films.
  • the “undoped” nitride semiconductor layer refers to a nitride semiconductor layer in which impurities are not intentionally doped, and has the same meaning as in the first light-emitting element.
  • the substrate and the f! B first nitride semiconductor layer Between the first nitride semiconductor layer and the first nitride semiconductor layer.
  • the buffer layer can grow, for example, A 1 N, GaN, A 1 GaN, etc. in a thickness of 0.5 / im or less at 4O 0 to 900 ° C. It acts as an underlayer for alleviating lattice mismatch with the nitride semiconductor or for growing the first nitride semiconductor layer with good crystallinity.
  • the second nitride semiconductor layer can be formed by laminating two types of nitride semiconductor layers having different band gap energies, and another nitride semiconductor is provided between the two types of nitride semiconductor layers. Layers may be formed and laminated. In this case, in the two types of nitride semiconductor layers, it is preferable that n-type impurities are doped at different concentrations.
  • modulation doping the difference in impurity concentration between the nitride semiconductor layers forming the superlattice layer.
  • the n-type impurity may be doped more into a layer having a larger band gap energy.
  • a layer having a smaller band gap energy may be heavily doped.
  • the second nitride semiconductor layer is formed by laminating two types of layers having different band gap energies, it is preferable that one of the layers is not doped with an impurity, that is, undoped.
  • the ti-type impurity may be doped into the layer having the larger bandgap energy, or may be doped into the layer having the smaller bandgap energy.
  • the second nitride semiconductor layer is formed by laminating two types of nitride semiconductor layers having the same composition on a tile except that the n-type impurity concentrations are different from each other. It may be.
  • one of the two types of nitride semiconductor layers is preferably an undoped layer, which is not doped with an n-type impurity.
  • the superlattice layer constituting a typical N-type contact layer is composed of G aN / G aN, In G a N / G a N, A 1 G a N / G a N, and In G a N It is preferably formed of a superlattice layer in which nitride layers selected from combinations of A 1 G a N are alternately stacked, and one of them is doped with Si.
  • the thickness is less than 0.1 / xm. More preferably, the thickness of the third nitride semiconductor layer is adjusted to 500 angstrom or less, more preferably, to 200 angstrom or less. The lower limit of the thickness of the third nitride semiconductor layer is not particularly limited, but is preferably adjusted to 10 ⁇ or more. If the third nitride semiconductors layer is undoped single layer non-superlattice structure, since the resistivity is high and usually 1 X 1 0 one 1 Omega ⁇ cm or more, the layer 0.
  • N-type contact layer constituting the super lattice structure can have 3 X 1 0 1 8 / cm 3 or more carrier concentration, considering the mobility of the layer, the resistivity 8 X 1 0- 3 ⁇ ⁇ cm * will be full.
  • the resistivity of the conventional n-type contact layer is 8 X 1 0- 3 ⁇ ⁇ cm has been the limit, as in the first nitride semiconductor device due to a decrease in the resistivity, so please low the V f be able to.
  • Resistivity can be achieved following 6 X 1 0- 3 ⁇ ⁇ cm , further preferred properly becomes 4 X 1 0 one 3 ⁇ ⁇ cra3 ⁇ 4 under.
  • the lower limit is not particularly limited, 1 X 1 0 - it is preferable to adjust the 5 ⁇ ⁇ cm ⁇ above. If the resistance is lower than below, the amount of impurities becomes too large, and the crystallinity of the nitride semiconductor tends to deteriorate.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of an LED element according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of an LD element according to another embodiment of the present invention.
  • the first light emitting device of the present invention has a nitride semiconductor layer having at least a three-layer structure regardless of the activity and the substrate.
  • the first nitride semiconductor layer is undoped in order to grow the second nitride semiconductor layer containing an N-type impurity with good crystallinity. If this layer is intentionally doped with impurities, the crystallinity deteriorates and it is difficult to grow the second nitride semiconductor layer with good crystallinity.
  • the second nitride semiconductor layer is doped with N-type impurities to act as a contact layer for forming an N electrode having a low resistivity and a high carrier concentration.
  • the resistivity of the second nitride semiconductor layer is N Electrode material and preferably Rere O lay desirable as small as possible in order to obtain an ohmic contact, preferably 8 X 1 0- 3 ⁇ 'en * fully.
  • the third nitride semiconductor layer is also doped. The reason why this layer is undoped is that the second nitride semiconductor layer having a low resistivity and a high carrier concentration has not very good crystallinity. If an active layer, a cladding layer, or the like is grown directly on this, the crystallinity of those layers also deteriorates. Acts as a buffer layer before growing the conductive layer.
  • the carrier concentration in the second nitride semiconductor layer is greater than 3 XI 0 l8 Zctf.
  • a group 4 element can be used.
  • Si or Ge is used, and more preferably, Si is used.
  • the N-type impurity-doped second nitride semiconductor crystal is an AND-type first nitride semiconductor layer between the active layer and the substrate. Then, the second nitride semiconductor layer doped with an N-type impurity can be grown as a thick film with good crystallinity. Further, the undoped third nitride semiconductor is a good crystallinity for the nitride semiconductor layer grown on the layer. Therefore, the resistivity of the second nitride semiconductor layer can be reduced, and the carrier concentration increases, so that a highly efficient nitride semiconductor device can be realized. As described above, according to the present invention, a light-emitting element having a low V i and a threshold value can be realized, so that the amount of heat generated by the element is reduced, and an element with improved reliability and reproduction can be obtained.
  • the second light emitting device of the present invention has a nitride semiconductor superlattice layer as a negative contact layer between the active and the substrate.
  • the superlattice layer has a first surface and a second surface, and the first surface has an undoped or n-type impurity concentration higher than that of the second nitride semiconductor layer in order to grow the superlattice layer with good crystallinity. It has a small number of first nitride semiconductor layers.
  • the first nitride semiconductor layer is most preferably undoped, but since the second nitride semiconductor layer has a superlattice structure, it may be doped with less ti-type impurity than the second nitride semiconductor layer.
  • the n-type impurity includes a Group 4 element, but is preferably Si or Ge, more preferably Si is used.
  • the thickness of each nitride semiconductor layer constituting the superlattice layer becomes less than the elastic critical thickness, so that nitride semiconductors with very few crystal defects grow. it can. Further, since the superlattice layer can stop a crystal defect generated from the substrate through the first nitride semiconductor layer, the crystal of the third nitride semiconductor layer grown on the superlattice layer can be stopped. Can be improved. Another notable effect is similar to HEMT.
  • the superlattice layer is formed by laminating a nitride semiconductor layer having a large band gap energy and a nitride semiconductor layer having a bandgap energy smaller than that of the nitride semiconductor layer having a large band gap energy. It is preferable to have a superlattice structure having different impurity concentrations. Bandgap energy constituting the superlattice layer
  • the nitride semiconductor layer having the largest bandgap energy and the nitride semiconductor layer having the smaller bandgap energy have a thickness of 100 ⁇ or less, more preferably 70 ⁇ or less, and most preferably 10 to 40 ⁇ . Adjust the thickness.
  • the nitride semiconductor layer having a large band gap energy and the nitride semiconductor layer having a small band gap energy have a film thickness exceeding the elastic strain limit, and minute cracks or crystal defects enter the film. Tends to be easy.
  • the lower limit of the film thickness of the nitride semiconductor layer having a large bandgap energy and the nitride semiconductor layer having a small bandgap energy is not particularly limited, and may be at least one atomic layer. Angstrom or more is most preferred.
  • a nitride semiconductor layer having a large band gap energy be grown on a nitride semiconductor containing at least A1, preferably Al x Gai X N (0 ⁇ X ⁇ 1).
  • I n z Ga ⁇ _ ⁇ ⁇ 2 element mixed crystal such as (0 ⁇ ⁇ 1), easy to grow a nitride semiconductor of ternary mixed crystals, also has good crystallinity Easy to obtain.
  • a nitride semiconductor having a large band gap energy is particularly preferable.
  • the second nitride semiconductor layer forms a cladding layer as an optical confinement layer and a carrier confinement layer, it is necessary to grow a nitride semiconductor having a larger band gap energy than the well layer of the active layer.
  • the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is a nitride semiconductor having a high A1 mixed crystal ratio. Conventionally, when nitride semiconductors with a high A 1 crystal ratio were grown in a thick film, cracks were easily formed and crystal growth was extremely difficult.
  • the superlattice layer is formed as in the present invention, even if the single layer constituting the superlattice layer is a layer having a somewhat higher A1 mixed crystal ratio, cracks are formed because the layer is grown to a thickness less than the elastic criticality. Difficult to enter. Therefore, a layer having a high A1 mixed crystal ratio can be grown with good crystallinity, so that the light confinement and carrier confinement effects are enhanced, and the threshold voltage can be reduced in a laser device, and (forward voltage) can be reduced in a £ 0 device. .
  • the ⁇ -type impurity concentration of the nitride semiconductor layer having a large band gap energy of the second nitride semiconductor layer is different from that of the nitride semiconductor layer having a small band gap energy.
  • This is a so-called modulation doping, in which the n-type impurity concentration in one layer is reduced, and preferably the impurity is not doped. , V f, etc. can be reduced. This is because the mobility of the layer with a low impurity concentration is increased by allowing the layer to have a low impurity concentration in the superlattice layer, and the layer with a high impurity concentration is also present, so that the superlattice layer is maintained at a high carrier concentration.
  • a layer can be formed.
  • a layer having a high 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, so that a layer having a high carrier concentration and a high mobility becomes a cladding layer. It is assumed that the threshold values SE and Vf decrease.
  • a two-dimensional electron gas is generated between the high impurity concentration layer and the low impurity concentration layer by the modulation doping. Inferred that resistivity will decrease due to influence Is done.
  • a layer doped with an n-type impurity is used 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.
  • the barrier layer side is depleted, and electrons (two-dimensional electron gas) accumulate at the interface around the layer with the smaller band gap before and after the thickness. Since the two-dimensional electron gas can have a small band gap, the electrons are not scattered by impurities when traveling, so that the mobility of electrons in the superlattice increases and the resistivity decreases.
  • the p-side modulation doping is also assumed to be affected by the two-dimensional hole gas. In the p-layer, Al GaN has a higher resistivity than GaN. Therefore, the doping of more p-type impurities into A 1 GaN lowers the resistivity, causing the actual resistivity of the superlattice layer to decrease. Inferred.
  • the A 1 GaN layer has a large Mg receptor level and a low activation rate.
  • the depth of the acceptor ⁇ : in the GaN layer is shallower than that in the A 1 GaN layer, and the activation rate of Mg is high.
  • GaN has a carrier concentration of about 1 ⁇ 10 ⁇ / cm 3
  • a 1 GaN has a carrier concentration of 1 ⁇ 10 17 / cm 3 3 ⁇ 43 ⁇ 4
  • a superlattice having a high carrier concentration can be obtained by forming a superlattice with AlGaNZGaN and doping a larger amount of impurities into the GaN layer which can obtain a high carrier concentration.
  • the carrier is a superlattice
  • the carrier moves through the A 1 GaN layer with a low impurity concentration due to the tunnel effect, so that the carrier is substantially not affected by the A 1 GaN layer, and the A 1 GaN
  • the N layer acts as a cladding layer with high bandgap energy. Therefore, even if the nitride semiconductor layer with the smaller band gap energy is doped with a large amount of impurities, it is very effective in lowering the threshold value of the laser device and the LED device.
  • a superlattice is formed on the P-type layer side has been described. However, a similar effect can be obtained when a superlattice is formed on the n-layer side.
  • a preferable doping amount for the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is 1 ⁇ 10 17 Zcm 3 to 1 ⁇ 10 2 ° / cm 3 , and more preferably 1 ⁇ 10 18 / cm 3 to 5 X Adjust to a range of 10 19 cm 3 .
  • 1 X 10 17 / cm 3 less than the difference is running low of a small nitride semiconductor layer of the band formic Yap energy and a large layer obtained less likely the carrier concentration, also 1 X1 0 2 ° cm 3 If it is larger than this, the leak current of the element itself tends to increase.
  • the n-type impurity concentration of the small nitride semiconductor layer of the bandgap energy is preferably smaller than that of the nitride semiconductor layer having a large bandgap energy, and is preferably 1/10 or less. Most preferably, if undoped, a layer having the highest mobility can be obtained. Since the film thickness is small, there is an n-type impurity diffused from the nitride semiconductor side having a large band gap energy, and its amount is 1 ⁇ 10 19 / cm 3 or less is desirable.
  • n-type impurities elements of Group IVB and VIB of the periodic table such as Si, Ge, Se, S, and 0 are selected, and preferably, Si, Ge, and S are n-type impurities. This effect is the same when the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is doped with a small amount of n-type impurities, and the nitride semiconductor layer having a small band gap energy is doped with a large amount of n-type impurities.
  • the superlattice layer is preferably subjected to modulation doping with impurities.However, it is also possible to make the impurity concentration of the nitride semiconductor layer having a large band gap energy equal to that of the nitride semiconductor layer having a small band gap energy. it can.
  • 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. It is desirable to make it small (preferably undoped). More specifically, for example, when a superlattice layer is formed of Al GaN doped with Si as an n-type impurity and an undoped GaN layer, A 1 GaN is doped with Si. Donna puts electrons into the conduction band, but the electrons fall into the low potential G a N conduction band. Since the GaN crystal is not doped with donor impurities, carriers are not scattered by the impurities.
  • a similar effect can be obtained when a superlattice is formed on the p-layer side.
  • the center region of the nitride semiconductor layer having a large band gap energy is doped with a large amount of P-type impurities, and both ends are doped. It is desirable to make it less or undoped.
  • a layer in which a nitride semiconductor layer having a small band gap energy is doped with a large amount of n-type impurities may be configured to have the above-mentioned impurity concentration, but a superlattice doped with a large amount of impurities in the smaller band gap energy may be used. However, the effect tends to be small.
  • the third nitride semiconductor layer is also undoped or has a lower n-type impurity concentration than the second nitride semiconductor layer.
  • the reason for reducing the n-type impurity concentration in this layer is that if a third nitride semiconductor layer containing a large amount of impurities is grown directly on the uppermost layer of the superlattice layer, the crystallinity of the layer tends to deteriorate. Therefore, in order to grow the third nitride semiconductor layer with good crystallinity, the n-type impurity concentration is reduced, and most preferably undoped.
  • I rixGa ⁇ X N (0 ⁇ X ⁇ 1), preferably, growing I rixGa ⁇ X N (0 ⁇ X ⁇ 0. 5)
  • This acts as a buffer layer for a layer grown on the third nitride semiconductor, and grows an upper layer from the third nitride semiconductor layer.
  • a relatively high resistivity layer such as an undoped single layer between the active layer and the second nitride semiconductor layer, it is possible to prevent leakage current of the device and increase the reverse breakdown voltage. Can be done.
  • Undoped GaN / Si-doped GaN B
  • Undoped GaN A
  • Undoped GaN A
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an LED element according to an example of the second embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing the element of the present invention will be described with reference to FIG.
  • substrate 1 made of sapphire (c-plane) in the reaction vessel and sufficiently replacing the inside of the vessel with hydrogen, raise the ⁇ 3 ⁇ 4 of the substrate to 1050 ° C while flowing hydrogen to clean the substrate.
  • Another sapphire C face substrate 1, a sapphire having the principal R-plane, A plane, other, other insulating substrate such as spinel (MgA l 2 0 4), S i C (6H, 4H, Semiconductor substrates such as Si, ZnO, GaAs, and GaN can be used.
  • the temperature was lowered to 510 ° C, and hydrogen was used as the carrier gas, ammonia and TMG (trimethylgallium) were used as the source gas, and a GaN buffer layer 2 was formed on the substrate 1 to a film thickness of about 200 ⁇ . Grow in thickness.
  • the first nitride semiconductor layer 3 made of undoped GaN is grown to a thickness of 5 / Zm, also using TMG and ammonia gas as source gases.
  • the first nitride semiconductor layer is grown at a higher temperature than the buffer layer, for example, 9003 ⁇ 4 to 1100, and In x A 1 Y Ga ⁇ — x ⁇ 0 (0 ⁇ , 0 ⁇ , ⁇ + ⁇ 1) in construction can, but its composition is not intended asks particularly preferably GaN, a nitride semiconductor layer force is easily obtained with less crystal defects and X value is to 0.2 the following a 1 X G a.
  • the film is grown with a thickness larger than that of the buffer layer, and usually with a thickness of 0.1 ⁇ m or more. Since this layer is an undoped layer, it is close to an intrinsic semiconductor and has a resistivity greater than 0.2 ⁇ ⁇ cm, but it is doped with n-type impurities such as Si and Ge less than the second nitride semiconductor layer and has a resistivity. May be reduced.
  • an undoped GaN layer is grown to a thickness of 20 angstroms using TMG and ammonia gas, and then at the same temperature, silane gas is added, and Si is increased by 1 ⁇ 10 19 / cm 3
  • a doped GaN layer is grown to a thickness of 20 ⁇ .
  • a pair of the A layer composed of the undoped GaN layer of 20 ⁇ and the B layer of 20 ⁇ having the Si doped GaN layer is grown.
  • 250 layers are laminated to make 1 / zm thickness, A second nitride semiconductor layer 4 having a superlattice structure is grown.
  • the third nitride semiconductor layer 5 can also be composed of In x A 1 Y Ga — x- Y N (0 ⁇ X, 0 ⁇ Y, X + Y ⁇ 1), and its composition is not particularly limited.
  • GaN, Al x G ai with X value of 0.2 or less— X N or In n Y Ga to Y N with Y value of 0.1 or less can provide a nitride semiconductor layer with few crystal defects. Cheap.
  • InGa a it is possible to prevent cracks in the nitride semiconductor layer containing A1 when growing a nitride semiconductor containing A1 thereon.
  • a p-side cladding layer 7 of 9 N is grown to a thickness of 0.1 ⁇ m. This layer acts as a carrier confinement layer, nitride semiconductors containing A 1, preferably desirable to grow the Al Y G ai _ Y N ( 0 rather Y rather 1), growing a good crystallinity layer A 1 Y G a with a Y value of 0.3 or less
  • the P-side cladding layer 7 may be a superlattice layer, and it is preferable that the p-side layer has a superlattice layer since the threshold value is further reduced.
  • the layer that can be a superlattice layer in the p-side layer is not particularly limited.
  • the p-side contact layer 8 made of p-type GaN doped with 10 2 Vcm 3 is grown to a thickness of 0.1 / xm.
  • the p-side contact layer 8 can also be composed of In x A 1 Y Ga to x Y N (0 ⁇ , 0 ⁇ , ⁇ + ⁇ 1), and its composition is not particularly limited.
  • G a ⁇ a nitride semiconductor layer with few crystal defects is easily obtained, and a favorable ohmic contact with a p-electrode material is easily obtained.
  • the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is annealed in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. in a reaction vessel to further reduce the resistance of the p-type layer.
  • the wafer is removed from the reaction vessel, a mask of a predetermined shape is formed on the surface of the uppermost p-side contact layer 8, and etching is performed from the P-side contact layer side by a RIE (reactive ion etching) apparatus. As shown in 1, the surface of the second nitride semiconductor layer 4 is exposed.
  • RIE reactive ion etching
  • the p pad electrode 10 made of Au is formed with a thickness of 0.5 ⁇ m.
  • an n-electrode 11 containing W and A1 is formed on the surface of the second nitride semiconductor layer 4 exposed by etching.
  • an insulating film 12 made of Si 02 is formed as shown in FIG. 1 to protect the surface of the p-electrode 9, and the wafer is separated by scribing to obtain a 350 / zm square LED element.
  • This LED device emits pure green light of 520 nm at a voltage of about 20 mA in the direction of I.
  • the buffer layer of GaN on sapphire, the n-side contact layer of Si-doped GaN, and the single quantum A conventional green light-emitting LED in which an active layer of InGaN with a well structure, a p-side cladding layer of Mg-doped A 1 GaN, and a p-side contact layer of Mg-doped GaN are stacked in this order.
  • Vf at 2 OmA was reduced by 0.2 to 0.4 V, and output was improved by 40% to 50%.
  • the electrostatic breakdown voltage was more than five times that of the conventional LED element.
  • Example 1 was the same as Example 1 except that the second nitride semiconductor layer was formed as follows when growing the second nitride semiconductor layer.
  • the S i dope G a N layer was 1 X 10 1 cm 3 doped with S i is 25 ⁇ growth, temperature followed by 800 ° C.
  • the in-grown InGaN is grown to 75 / xm.
  • 100 layers of the A layer composed of the Si doped GaN layer and 75 A of the B layer composed of the undoped InGaN are alternately laminated by 100 layers, and the total film thickness is 2
  • a second nitride semiconductor layer having a superlattice structure of ⁇ m was formed.
  • the superlattice structure LED of the third embodiment manufactured as described above had the same performance as that of the first embodiment.
  • the A layer composed of an AND GaN layer is 40 ⁇ , and Si is uniformly doped with 1 ⁇ 10 18 Zcm 3 A 1. .
  • the a 0. 9 N layer B layer by laminating a 60 ⁇ alternately 300 layers was obtained an LED element addition to the super lattice structure of total thickness 3 / xm in the same manner, Example 2 An LED element having substantially the same characteristics as was obtained.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a laser device according to another embodiment of the present invention, and shows a view when the device is cut in a direction parallel to a laser resonance surface.
  • Embodiment 5 will be described with reference to FIG.
  • a buffer layer 21 made of 200-angstrom GaN and a first layer made of 5 ⁇ In of undoped GaN are formed on a substrate 20 made of sapphire (C-plane).
  • the nitride semiconductor layer 22 has a thickness of 3 to 2 ⁇ , and the GaN layer has a thickness of 3 ⁇ .
  • a second nitride semiconductor layer 23 having a superlattice structure of ⁇ m (the configuration of the second nitride semiconductor layer 4 is the same as that of the first embodiment) is grown.
  • a first GaN layer is grown on a substrate made of a material different from a nitride semiconductor, such as sapphire, and on the first GaN layer, A protective film, such as Si02, on which a nitride semiconductor is unlikely to grow on the surface is partially formed, and a second GaN is formed on the first GaN layer via the protective film.
  • grown, by the second G a N layer is grown laterally over the S i 0 2, and the substrate and the second G a N layer a second G a N layer in the transverse direction is therefore ⁇ It is very preferable to use a nitrided semiconductor substrate in order to improve the crystallinity of the nitrided semiconductor.
  • this nitride semiconductor substrate is used as a substrate, it is not necessary to particularly grow the buffer layer.
  • n-type A 1 doped with 1 ⁇ 10 19 cm 3 of Si by changing it to 1550 ⁇ . . 2 G a 0, 8 N layer, 2 0 angstroms and an undoped (undope) G a N layer, 2 0 angstrom and the total thickness of laminated 2 0 0 layers alternately 0. 8 mu m super-rated Child structure.
  • the n-side cladding layer 254 acts as a carrier confinement layer and a light confinement layer, and is preferably a nitride semiconductor containing A1, preferably a superlattice layer containing A1 GaN, and the entire superlattice layer.
  • an n-side optical guide layer 26 of n-type GaN doped with 5 ⁇ 10 17 Zcni 3 of Si is grown to a thickness of 0.1 ⁇ m.
  • the n-side light guide layer 26 functions as a light guide layer of the active layer, and is preferably used for growing GaN and InGaN. Usually, 100 ⁇ to 5 / zm, more preferably 200 ⁇ to 5 / zm. It is desirable to grow with a film thickness of 1 ⁇ m.
  • the n-side light guide layer 5 is usually doped with an n-type impurity such as Si or Ge to have an n-type conductivity, but may be undoped.
  • An active layer 27 of a multiple quantum well structure (MQW) having a total film thickness of 175 ⁇ is formed by alternately stacking barrier layers of 9 g N and 50 ⁇ .
  • a p-side cap layer 28 of 7 N is grown to a thickness of 300 ⁇ . Since the p-side cap layer 28 is a layer doped with a p-type impurity and has a small thickness, the carrier may be i-type or n-type doped with an n-type impurity to compensate for the carrier. It is a layer doped with impurities.
  • the thickness of the p-side cap layer 28 is adjusted to not more than 0, more preferably not more than 500 ⁇ , most preferably not more than 300 ⁇ . If the film is grown with a thickness greater than 0.1 / xm, cracks are easily formed in the p-type cap layer 28, and it is difficult to grow a nitride semiconductor layer having good crystallinity. When the composition ratio of A 1 is large and the thickness is small as A 1 G a N, the LD element easily oscillates. For example, Y values are adjusted to 500 ⁇ if 0.2 or more A 1 Y G a have Y N It is desirable. Although the lower limit of the thickness of the P-side cap layer 76 is not particularly limited, it is preferable that the P-side cap layer 76 be formed with a thickness of 10 ⁇ or more.
  • a p-side light guide layer 29 made of p-type GaN doped with 1 ⁇ 10 19 / cm 3 Mg and having a band gap energy smaller than that of the p-side cap layer 28 is formed to a thickness of 0.1 ⁇ m. Let it grow.
  • This layer acts as a light guide layer for the active layer, and is preferably grown on GaN or InGaN as with the n-side light guide layer 26.
  • This layer also acts as a buffer layer when growing the P-side cladding layer 30, and is preferably grown at a film thickness of 100 angstroms to 5 // m, more preferably 200 angstroms to 1 / zm. Acts as a light guide layer.
  • the p-side light guide layer is usually doped with a p-type impurity such as Mg to have a p-type conductivity, but need not be doped with an impurity.
  • the thickness of the ⁇ -side cladding layer 30 is not particularly limited, either, but it is preferable that the ⁇ -side cladding layer 30 is grown to have a thickness of 100 ⁇ or more and 2 / xm or less, more preferably 500 ⁇ or more and 1 #m or less.
  • the impurity concentration at the center of the (!) Side cladding layer can be increased and the impurity concentration at both ends can be decreased.
  • Type A p-side contact layer 10 of GaN is grown to a thickness of 150 ⁇ . Adjusting the thickness of the p-side contact layer to 500 angstroms or less, more preferably 400 angstroms or less, and 20 angstroms or less h is advantageous in reducing the threshold voltage because the p-layer resistance is reduced.
  • the wafer is subjected to aerating at 700 ° C in a nitrogen atmosphere in a reaction vessel to further reduce the resistance of the p-layer. After annealing, the wafer is taken out of the reaction vessel, and as shown in FIG. 2, the uppermost p-side contact layer 31 and the p-side cladding layer 30 are etched by an RIE apparatus to reduce the stripe width to 4 / zm. It has a ridge shape.
  • the p-side cladding layer 30 exposed on both sides of the ridge stripe is etched around the ridge stripe as shown in FIG.
  • the surface of the second nitride semiconductor layer 23 forming 1 is exposed, and the exposed surface is a superlattice layer having a high impurity concentration.
  • a p-electrode 32 made of Ni_Au is formed on the entire surface of the ridge surface.
  • a p-pad electrode 33 electrically connected to 2 is formed.
  • an n-electrode 34 composed of W and A1 is formed on the surface of the n-side contact layer 4 exposed earlier.
  • FIG. 2 shows the laser element shape. Note When this record monodentate element was laser oscillation at room temperature, as compared with the conventional 3 7 hours of continuous oscillated nitride semiconductor laser device, the threshold current density 2. 0 k A / cm 2 low down to near However, the threshold voltage was also close to 4 V, and the service life was improved to over 500 hours.
  • the GaN layer doped with 1 ⁇ 10 19 Z cm 3 of Si is 20 ⁇ , and the undoped A 1 is formed.
  • a 90 ⁇ layer of 10 G a o. Is grown to 20 ⁇ , and the pair is grown 250 times to form a second nitride semiconductor layer 4 having a superlattice structure with a total thickness of 1.0 ⁇ (10000 ⁇ ).
  • Example 2 was performed in the same manner as in Example 1 except that Good results were obtained almost as in 1.
  • the first nitride semiconductor layer having a low undoped or impurity concentration and the second nitride semiconductor having a 1 ⁇ superlattice layer having a high impurity concentration are provided.
  • the layer and the undoped or third nitride semiconductor layer having a low impurity concentration By stacking the layer and the undoped or third nitride semiconductor layer having a low impurity concentration, an LED having a low Vf and a laser element having a low threshold can be obtained.
  • the resistivity of the second nitride semiconductor layer is small, ohmic contact can be easily obtained between the n-electrode and the second nitride semiconductor layer, and Vf and the like are reduced.
  • an LED and a laser element have been described.
  • the present invention can be applied to any element using a nitride semiconductor, such as a light receiving element, a solar cell, and a power device using an output of a nitride semiconductor. it can.
  • the first nitride semiconductor layer 3 made of undoped GaN is grown to a thickness of 1 using TMG and ammonia gas as the source gas.
  • the first nitride semiconductor layer has a higher temperature than the buffer layer, for example, 900 to 1100. It can be grown in C and composed of In x A 1 Y G a! _ ⁇ _ ⁇ 0 (0 ⁇ , 0 ⁇ , X + ⁇ 1), and its composition is not particularly limited. GaN, X value ⁇ .
  • the film thickness there is no particular limitation on the film thickness, and the film is grown with a thickness larger than that of the buffer layer, and usually with a thickness of 0.1 to 20 ⁇ . Since this layer is an undoped layer, it is close to an intrinsic semiconductor and has a resistivity greater than 0.1 ⁇ -cm. In addition, since the layer is grown at a higher temperature than the buffer layer, the undoped layer is also distinguished from the buffer layer.
  • a Si / doped GaN layer is grown to a thickness of 3 / zm using silane gas as TMG, ammonia gas, and impurity gas.
  • This second nitride semiconductor layer 4 can also be composed of In x A Ga to — Y N (0 ⁇ X 0 ⁇ Y, ⁇ + ⁇ 1), and ⁇ is not particularly limited, but is preferably Is GaN, Al x G ai — X N with X value of 0.2 or less, or In Y Y Ga ⁇ _ Y N with Y value of 0.1 or less, V with few crystal defects and nitride semiconductor layer Easy to get!
  • the thickness of the film is not particularly limited, but it is preferable to grow the film in a thickness of usually 0.1 or more and 2 2 ⁇ or less because it is likely to form an N electrode.
  • the carrier concentration 1 X 10 19 / cm one 3 the resistivity met 5 X 10- 3 ⁇ ⁇ cm was.
  • the third nitride semiconductor layer 5 is also I nxA l yGa ⁇ Y N ( 0 ⁇ , 0 ⁇ , ⁇ + ⁇ l) with can be configured, the composition but should not be construed asks particularly preferably G aN, X value is 0.2 or less of a 1 x Ga X n or Y value is O. 1 following I n Y G a _ ⁇ ⁇ and easy fewer nitride semiconductor layer having crystal defects is obtained when,.
  • Growing InGaN can prevent cracks in the nitride semiconductor layer containing Al when growing a nitride semiconductor containing Al. Note that when the second nitride semiconductor is grown from a single nitride semiconductor, the first nitride semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer, and the third nitride semiconductor have the same composition. It is desirable to grow a nitride semiconductor, particularly GaN.
  • This LED device emits pure green light of 520 nm at a forward voltage of 2 OmA, and has a buffer layer made of GaN on a sapphire substrate, an N-side contact layer made of Si-doped GaN, and a single quantum Compared with a conventional green light-emitting LED in which an active layer of InGaN with a well structure, a p-side cladding layer of Mg-doped AlGaN, and a P-side contact layer of Mg-doped GaN are stacked in this order.
  • the Vf at 2 OmA was reduced by 0.1 to 0.2 V, and the output was improved by 5% to 10%.
  • Example 8 Three-layer laminated structure LD
  • Example 1 of the LD element of Embodiment 1 of the present invention is the same as Example 5 shown in FIG. 2 (a view when the element is cut in a direction parallel to the laser resonance plane) except for the configuration of the N-type contact layer. It is manufactured in.
  • a buffer layer 21 made of 200 ⁇ of GaN was grown on a substrate 20 made of sapphire (C-plane), and the temperature was increased to 10 20 ° C. At 20, a first nitride semiconductor layer 22 of 5 um of undoped GaN is grown.
  • a second nitride semiconductor layer 23 made of Si-doped N-type GaN is grown at 120 ° C. using silane gas as an impurity gas.
  • the resistivity was 5 X 1 0- 3 ⁇ ⁇ cm .
  • the third nitride semiconductor layer made of ⁇ is grown to the thickness of 500 Ongusuto port one arm.
  • N-type A 1 was obtained by doping Si with 1 ⁇ 10 I 7 Zcm 3 . . 2 G a 0. 8 N layer, and 40 ⁇ , an undoped G a N layer, and laminating 40 layers alternating with 40 angstroms and superlattice structures.
  • This n-side cladding layer acts as a carrier confinement layer and a light confinement layer.
  • an n-side optical guide layer 26 of n-type GaN doped with 1 ⁇ 10 19 Zc m 3 of S ⁇ is grown to a thickness of 0.2 ⁇ m.
  • the n-side light guide layer 26 functions as a light guide layer of the active layer, and is preferably used to grow GaN and InGaIn, usually 100 ⁇ to 5 ⁇ m, more preferably 200 ⁇ to 1 ⁇ m. It is desirable to grow with a thickness of / zm.
  • the ⁇ -side light guide layer 5 may be an amp. (Live 27)
  • the I n 0. Well layer made of 2 G a 0 8 N of S i-doped is grown to the thickness of 25 O Ngusutoromu. Then, only varying the molar ratio of TMI, S 1 De one flop I n 0. 01 G a 0 . 99 a barrier layer made of N is grown to the thickness of 50 angstroms. This operation is repeated twice, and finally a multi-quantum well structure (MQW) in which well layers are stacked.
  • MQW multi-quantum well structure
  • the Mg 1 X 1 0 20 / ctn 3 de one flop the P-type A 1 0 3 G a 0 7 the p-side cap layer 28 made of N is grown in 300 of angstroms.
  • the p-side cap layer 28 is a layer doped with a p-type impurity, but may be an i-type doped with an n-type impurity to capture carriers due to its small thickness.
  • the thickness of the P-side cap layer 28 is adjusted to 0.1 ⁇ or less, more preferably 500 angstrom or less, and most preferably 300 angstrom or less.
  • the film is grown with a thickness greater than 0.1 ⁇ , cracks are easily formed in the p-type cap layer 28, and it is difficult to grow a nitride semiconductor layer with good crystallinity. In addition, carriers cannot pass through the energies due to the tunnel effect.
  • the LD element When the ratio of A 1 is large and the thickness of A 1 G a N is small, the LD element easily oscillates.
  • the Y value is adjusted to below 500 angstroms if 0.2 or more A 1 Y G a Y N, the lower limit of the thickness of the ⁇ -side cap layer 28 is not particularly limited, 1 0 Ongusuto Desirably, the thickness is not less than 1 ⁇ m as in the case of the laser device of the fourth embodiment.
  • the side light guide layer 29 is grown to a thickness of 0.2 / xm.
  • This layer like the n-side light guide layer 26, acts as a light guide layer for the active layer, and is preferably grown with G a N and In G a N, more preferably 100 ⁇ to 5 ⁇ m, more preferably Is preferably grown to a thickness of 200 ⁇ to 1 ⁇ .
  • the ⁇ -side light guide layer is usually doped with a ⁇ -type impurity such as Mg to have a p-type conductivity type. In particular, it is not necessary to dope impurities.
  • p-type A 1 obtained by doping Mg by 1 ⁇ 10 20 / cm 3 at 1020 ° C. 2 5 G a.
  • a p-side cladding layer 30 composed of a superlattice layer formed by alternately stacking 40 ⁇ layers of 75 ⁇ and 40 ⁇ of an undoped p-type GaN layer is grown. This layer functions as a carrier confinement layer similarly to the n-side cladding layer 25, and the superlattice structure tends to lower the resistance of the P-type layer and lower the threshold.
  • a p-side contact layer 31 of p-type GaN doped with 2 ⁇ 10 2 Vcm 3 of Mg is grown to a thickness of 150 ⁇ .
  • the wafer is cleaned in a nitrogen atmosphere at 700 in a reaction vessel to further reduce the resistance of the p-layer.
  • the ⁇ wafer is removed from the ⁇ container, and as shown in FIG. 2, the uppermost p-side contact layer 31 and the p-side cladding layer 30 are etched by an RIE device to have a stripe width of 4 / zm. Ridge shape.
  • the nitride semiconductor layer containing A1 above the active layer 4 and higher layers into a ridge shape, the light emission of the active layer is concentrated at the lower portion of the ridge, and the transverse mode is a single layer. , The threshold value tends to decrease.
  • a mask is formed on the ridge surface, and as shown in FIG. 2, the surface of the second nitride semiconductor layer 23 on which the N electrode 34 is to be formed is exposed so as to be bilaterally symmetric with respect to the stripe-shaped ridge. .
  • a p-electrode 32 of NiZAu is formed on the entire surface of the ridge surface.
  • An N electrode 34 composed of & ⁇ , Ti and A1 is formed on almost the entire surface of the second nitride semiconductor layer 23 in a stripe shape. Almost the whole area means 80% or more area.
  • exposing the second nitride semiconductor layer 23 symmetrically with respect to the p-electrode 32 and providing ⁇ 3 ⁇ 43 ⁇ 4 over substantially the entire surface of the second layer 23 is also very advantageous in lowering the threshold value. is there.
  • the back surface of the wafer sapphire substrate is polished to a thickness of about 50 ⁇ m.
  • the polished surface is scribed and cleaved in a bar shape in a direction perpendicular to the stripe-shaped electrodes, and the cleaved surface is formed into a resonator.
  • a dielectric film made of Si02 and Ti02 is formed on the cavity surface, and finally, the bar is cut in a direction parallel to the P electrode to form a laser element.
  • the continuous oscillation power S of 405 nm was confirmed, and showed ⁇ of 500 hours or more, and the life was improved more than 10 times compared with the conventional nitride semiconductor laser device.
  • Example 7 when the third nitride semiconductor layer 5 grown, TMG, TMI, ammonia used in the temperature to 800 3 ⁇ 4, undoped I n 0. 05 Ga 0. 95 N layer 20 0 ⁇ Ichimu membrane An LED element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the element was grown to a thickness, and an element having substantially the same characteristics as in Example 7 was obtained.
  • the main purpose is to improve the carrier concentration of the second nitride semiconductor layer serving as the N-type contact layer and to obtain a contact layer having the lowest possible resistivity as a result. This does not preclude doping the first nitride semiconductor layer with an N-type impurity within a range that does not substantially affect the reduction of the resistivity of the nitride semiconductor layer. Also, by doping a high-concentration N-type impurity into the second nitride semiconductor layer, the n-type cladding layer and the active layer formed on the second nitride semiconductor layer are prevented from growing with good crystallinity.
  • the third nitride semiconductor layer is formed, it can be understood that even if an impurity is doped within a range that does not substantially hinder its purpose, it is within the technical scope of the present invention. Even if Si is substantially doped into the first or third nitride semiconductor in the range of 1 ⁇ 10 17 Z cm 3 or less, generation of a leak current and a slight decrease in output are observed as compared with undoped. However, it has been confirmed that it is not unusable (see Examples 9 to 11 below). Such a phenomenon can be said even when a superlattice structure is used as the N-type contact layer.
  • the undoped In GaN S i -doped N-type GaN or superlattice structure undoped GaN and undoped GaNZS 1 -doped N-type GaN or superlattice structure In the GaN at least one of the first and the third can be doped with an n-type impurity as long as the second nitride semiconductor layer is not substantially hindered.
  • the first nitride semiconductor layer 3 composed of the undoped GaN layer was formed under the same conditions as in Example 1. Grow to a thickness of 5 m.
  • a Si doped GaN layer doped with 1 ⁇ 10 19 Zcm 3 of Si is grown at 2.25 / m using TMG, ammonia gas and Si gas. Thereby, the second nitride semiconductor layer 4 is formed.
  • an undoped GaN layer is grown at a temperature of 800 ° C. by using TMG and ammonia gas at 20 angstrom, followed by undoped I 03] ⁇ using TMI, TMG and ammonia gas at a temperature of 800. Grow 10 m. In this way, 20 layers of the A layer consisting of the undoped GaN layer and 1 OA of the B layer consisting of the undoped InGaN layer are alternately laminated in 20 layers, and the total thickness of the layer is more than 60 OA. A third nitride semiconductor layer having a lattice structure was formed. Except for the above, the LED of Example 10 was produced in the same manner as Example 1.
  • the superlattice structure LED of Example 10 manufactured as described above had the same performance as that of Example 7.
  • Example 7 In Example 7, and S il X 10 17 Zcm 3 doped to a first nitride semiconductor layer 3, the S i to 8 X 10 18 / cm 3 doped second nitride semiconductor layer G a N4, third An element was formed in the same manner except that the nitride semiconductor layer 5 was fan-doped. Slight leakage current began to be generated from the device, and the output also decreased slightly.
  • Example 7 the third nitride semiconductor layer 5 was doped with Si 1 X 10 1 cm 3 Then, an element was formed in the same manner as above except that the second nitride semiconductor layer G a N 4 was doped with 8 ⁇ 10 18 cm 3 of Si and the first nitride semiconductor layer 5 was undoped. The leak current S was generated from the device, and the output was slightly reduced.
  • Example 7 Si was added to the first and third nitride semiconductor layers 3 and 5 by 8
  • a device was formed in the same manner except that Zcm 3 was doped. Almost no leakage current was generated from the device, but the output was reduced.
  • the first nitride semiconductor layer 3 composed of an AND GaN layer was formed under the same conditions as in Example 1. Grow to a thickness of 5 nm.
  • the S i-doped GaN layer was 1 X 10 19 Zc m 3 doped with S i 2.
  • the second nitrogen The semiconductor layer 4 is formed.
  • undoped GaN is grown at 75 / im using TMG and ammonia gas, and at the same temperature, using TMG, ammonia gas and Si gas, Si is reduced to 1 ⁇ 10 19 / cm 3 dose.
  • the grown GaN layer is grown by 25 angstroms. In this way, a layer of undoped GaN of 75 A and a layer of Si-doped GaN layer of 25 A are alternately laminated in 25 layers, and a third layer of a superlattice structure with a total thickness of 600 A is formed. A nitride semiconductor layer was formed.
  • the superlattice structure LED of Example 14 manufactured as described above had the same performance as that of Example 7.

Description

明細書
窒化物半導体素子
技術分野
本発明は発光ダイォード素子、 レ一ザダイォード素子等の発光素子、 太陽電池、 光センサ等の受光素子、 あるいはトランジスタ、 パワーデバイス等の電子デバィ スに用いられる窒化物半導体 （I nxA 1 YGa 0≤X、 0≤Y、 X
+ Υ≤ 1) よりなる素子に関する。
背景技術
窒化物半導体は高輝度純緑色発光 LED、 青色 LEDとして、 既にフルカラー LEDディスプレイ、 交通信号灯、 イメージスキャナー光源等の各種光源で実用 化されている。 これら窒化物半導体の LED素子は基本的に、 サファイア基板上 にバッファ層と、 S 1 ドープ G a Nよりなる n側コンタクト層と、 単一量子井戸 構造の I nG a N、 あるいは I n G a Nを有する多重量子井戸構造の活性層と、 Mgドープ A 1 GaNよりなる p側クラッド層と、 Mg ドープ GaNよりなる p 側コンタク ト層とが順に積層された構造を有しており、 2 OmAにおいて、 発光 波長 450 nmの青色 LEDで 5 mW、 外部量子効率 9. 1 %、 520 nmの緑 色 LEDで 3tnW、 外部量子効率 6. 3 %と非常に優れた特性を示す。
また、 本発明者らはこの窒化物半導体材料を用いてパルス電流下、 室温での 4 1 0 nmの発振を世界で初めて発表した （例えば、 J p n. J. Ap p l . Ph y s . 35 (1 996) L 74、 J p n. J. Ap p l . Ph y s. 35 (1 9 96) L2 1 7等） 。 このレーザ素子は、 I nG a Nを用いた多重量子井戸構造 (MQW： Mu 1 t i - Qu a n t um - We 1 1 ) の活性層を有するダブルへ テロ構造を有し、 ノヽ。ルス幅 2 μ s、 パルス周期 2msの条件で、 閾値電流 610 mA、 閾値電流密度 8 · 7 k A/cm2, 41 0 nmの発振を示す。 また、 本発 明者らは室温での連続発振にも初めて成功し、 発表した （例えば、 日経エレクト ロニクス 1 996年 1 2月 2日号技術速報、 Ap p l . Ph y s. L e t t. 6 9 (1 996) 3034—、 Ap p l . Ph y s. L e t t . 69 (1 996) 4056 -等） 。 このレ一ザ素子は 20°Cにおいて、 閾値電流密度 3. 6 k A/ cm2、 閾値電圧 5. 5V、 1. 5mW出力において、 27時間の連続発振を示 した。
このように窒化物半導体は L E D (Light Emitting Device) で既に実用化さ れ、 L D (Laser Diode) では数十時間ながら連続発振にまで至っているが、 L E Dを例えば照明用光源、 直射日光の当たる屋外ディスプレイ等に使用するため にはさらに出力の向上が求められている。 また、 L Dでは閾値を低下させて長寿 命にし、 光ピックアップ、 DVD等の光源に実用化するためには、 よりいつそう の改良が必要である。 また、 前記 L E D素子は 2 O mAにおいて V f が 3 . 6 V 近くある。 V f をさらに下げることにより、 素子の発熱量が少なくなつて、 信頼 性が向上する。 レーザ素子では閾値における SJEを低下させることは、 素子の寿 命を向上させる上で非常に重要である。
本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであって、 その目的とするとこ ろは、 主として L E D、 L D等の窒化物半導体素子の出力を向上させると共に、 V f 、 閾値電圧を低下させて素子の信頼性を向上させることにあり、 特に N型コ ンタクト層のキャリア濃度を高め、 その抵抗率の低減を図ることを第 1の目的と する。
更に、 N型コンタクト層のキャリア濃度を高めるとともに、 N型コンタクト層 上に形成される窒化物半導体層の結晶性を高めることができる N型窒化物層構造 を提供することを第 2の目的とする。
発明の開示
本発明の窒化物半導体素子は、 上記 N型コンタクト層を特殊な三層積層構造と して、 または超格子構造とすることを要旨とするものであり、
第 1の窒化物半導体素子は基板上に少なくとも N電極を形成する N型コンタク ト層と、 電子と正孔とを再結合させる活 ¾J1と、 P電極を形成する P型コンタク ト層とを備え、 各層が窒化物半導体からな発光素子において、 上記 N型コンタク ト層が第 1面と第 2面とを有する N型不純物をドープした窒化物半導体層からな り、 上記第 1面と第 2面とに接してそれぞれ N型不純物をドープしないアンドー プ窒化物半導体層を形成し、 上記 N型コンタクト層に積層した三層積層構造を備 えることを特徴とする。
なお、 本発明でアンドープの窒化物半導体層とは意図的に不純物をドープしな い窒化物半導体層を指し、 例えば原料に含まれる不純物、 反応装置内のコンタミ ネーション、 意図的に不純物をドープした他の層からの意図しない拡散により不 純物が混入した層及び微量なドーピングにより実質的にアンド一プとみなせる層
(例えば抵抗率 3 X 1 0 - 1Ω · cm以上） を含む。 また、 N型不純物として IV族 元素である S i， G e， S nなどを挙げることができるが、 S iが好ましい。 N 型コンタクト層を含め、 それと積層される窒化物半導体としては G a N， I n G a N, A I G a Nを代表例として挙げることができるが、 N型コンタクト層とし ては I n， A iを含まない G a Nが結晶性の点から好ましい。 他方、 この N型コ ンタクト層を挟むアンドープの窒化物半導体としては以下に詳述するが、 N型コ ンタクト層を三層積層構造の第 2層とすると、 その基板側に形成される第 1の窒 化物半導体は G a Nまたは A 1 G a Nであるのが好ましく、 N型コンタクト層の 基板とは反対側に形成される第 3の窒化物半導体は G a N, I nG a Nまたは A
I G a Nが好ましい。 特に、 S iがドープされる N型コンタクト層 （第 2層） を アンド一プの G a Nで挟んでなる、 アンド一プ Ga N . (第 3層） ZS i ドープ G aN (第 2層） Zアンドープ Ga N (第 1層） の三層積層構造を代表例としてあ げることができる。
また、 前記第 2の窒化物半導体層 （n型コンタクト層） は 3 X 1 018/cm3 以上のキャリア濃度を持つことができ、 その層の移動度を考慮すると、 抵抗率は 8 X 1 0— 3Ω · cm*満であることを特徴とする。 従来の N型コンタクト層の抵抗 率は 8 X 1 0-3Ω · cmが限度とされていた （例えば、 米国特許第 5， 73 3， 7 96号） 力 この抵抗率の減少により V f を低下させることができる。 実現でき る抵抗率は 6 X 1 0— 3Ω · cm ^下、 さらに好ましくは 4 X 1 0— 3Ω · cmJ [^下とな る。 下限は特に限定しないが、 1 X 1 Ο^Ω · cm以上に調整することが望ましい。 下限値よりも低抵抗にすると、 不純物量が多くなりすぎて、 窒化物半導体の結晶 性が悪くなる傾向にある。
さらに、 前記基板と前記第 1の窒ィ匕物半導体層との間に、 第 1の窒化物半導体 層よりも低温で成長されるバッファ層を有するのが好ましい。 このバッファ層は 例えば A 1 N、 G aN、 A 1 G a N等を 400 〜 900°Cにおいて、 0. 5 μ m以下の膜厚で成長させることができ、 基板と窒化物半導体との格子不整合を緩 和、 あるいは第 1の窒化物半導体層を結晶性よく成長させるための下地層として 作用する。 特に、 上記第 1層として G a Nを成長させる場合、 G a Nバッファで あるのが好ましい。
さらにまた、 第 3の窒化物半導体層の膜厚が 0 . 5 /z m以下であるのが好まし い。 第 3の窒化物半導体層の更に好ましい膜厚は 0 . 2 / m以下で、 最も好まし くは 0 . 1 5 // m以下にである。 下限は特に限定しないが 1 0オングストローム 以上、 好ましくは 5 0オングストローム以上、 最も好ましくは 1 0 0オングスト 口ーム以上に調整することが望ましい。 第 3の窒化物半導体層はァンドープの層 であり、 抵抗率が通常 0 . 1 Ω · cm以上と高いため、 この層を厚膜の層で成長す ると逆に V f が低下しにくい傾向にある。
本発明の第 2の窒化物半導体素子は、 基板上に少なくとも N電極を形成する N 型コンタクト層と、 電子と正孔とを再結合させる活性層と、 P電極を形 fiTTる P . 型コンタクト層とを備え、 各層が窒化物半導体からな発光素子において、
上記 N型コンタクト層が N型不純物をドープした窒化物半導体層と N型不純物 をド一プしないアンドープ窒化物半導体層とが少なくとも積層されてなる超格子 層からなることを特徴とする。 また、 上記 N型コンタクト層は第 1の窒化物半導 体発光素子と同様に、 その第 1面と第 2面とに接してそれぞれ N型不純物をドー プしな ヽァンドープまたは超格子層より n型不純物が少な 、第 1及び第 3の窒化 物半導体層を形成し、 第 2の窒化物半導体層 （N型コンタクト層） を挟むように 積層するのが好ましい。
上記第 2の窒化物半導体発光素子において、 超格子構造とは膜厚 1 0 0オングス トローム以下、 さらに好ましくは 7 0オングストローム以下、 最も好ましくは 5 0オングスト口ーム以下の窒化物半導体層を多層,造に積層した構造を指すも のとする。 また、 本明細書にいう超格子構造又は超格子層は、 互いに組成の異な る層が積層された多層膜、 及ぴ互いに同一の組成を有し互いに n型不純物のドー プ量が異なる層が積層された多層膜の双方を含むものである。 さらに、 アンド一 プ （u n d o p e ) の窒化物半導体層とは意図的に不純物をドープしない窒化物 半導体層を指し、 第 1の発光素子における場合と同意義である。
また本発明の第 2の窒化物半導体素子では、 基板と f!B第 1の窒化物半導体層 との間に、 第 1の窒化物半導体層よりも低温で成長されるバッファ層を有してい ても良い。 ノくッファ層は例えば A 1 N、 G a N、 A 1 G a N等を 4 O 0 〜 9 0 0 °Cにおいて、 0 . 5 /i m以下の膜厚で成長させることができ、 基板と窒化物半 導体との格子不整合を緩和、 あるいは第 1の窒化物半導体層を結晶性よく成長さ せるための下地層として作用する。
第 2の窒化物半導体層は、 互いにバンドギヤップエネルギーが異なる 2種類の 窒化物半導体層を積層することにより構成することができ、 その 2種類の窒化物 半導体層の間には別の窒化物半導体層を形成して積層するようにしてもよい。 この場合、 該 2種類の窒化物半導体層において、 n型不純物が互いに異なる濃 度でド一プされていることが好ましい。 以下、 超格子層を構成する窒化物半導体 層の互レ、の不純物濃度が異なることを変調ドープという。
また、 第 2の窒化物半導体層を、 互いにバンドギャップエネルギーの異なる 2 種類の層を積層して形成する場合、 n型不純物はパンドギヤップエネルギーが大 きい方の層に多く ドープしてもよいし、 バンドギャップエネルギーが小さい方の 層に多く ドープしてもよい。
また、 第 2の窒化物半導体層を、 互いにバンドギヤップエネルギーの異なる 2 種類の層を積層して形成する場合、 一方の層は不純物をドープしない状態、 つま りアンドープとすることが好ましい。 この場合、 ti型不純物はバンドギャップェ ネルギ一が大きい方の層にドープするようにしても良いし、 バンドギヤップエネ ルギ一が小さい方の層にド一プするようにしてもよい。
さらに、 本発明において、 前記第 2の窒ィ匕物半導体層は、 n型不純物濃度が互 いに異なる他は瓦いに同一組成を有する 2種類の窒化物半導体層を積層して構成 するようにしてもよい。 この場合、 前記 2種類の窒化物半導体層のうち一方は、 n型不純物がドープされていな 、ァンドープ層とすることが好ましレ、。
特に、 代表的な N型コンタクト層をなす超格子層は、 G a N/G a N, I n G a N/G a N， A 1 G a N/G a Nおよび I n G a Nノ A 1 G a Nの組み合わせ から選ばれる窒化物層を交互に積層した超格子層からなり、 いずれか一方に S i をドープしてなるのが好ましい。
さらにまた、 第 3の窒化物半導体層を備える場合、 アンドープであり、 その膜 厚が 0 . 1 /x m以下であることが好ましい。 より好ましくは、 第 3の窒化物半導 体層の膜厚は 5 0 0オングストローム以下とし、 さらに好ましくは 2 0 0オング ストローム以下に調整する。 この第 3の窒化物半導体層の膜厚の下限は特に限定 しないが 1 0オングストローム以上に調整することが望ましい。 第 3の窒化物半 導体層が超格子構造でないアンドープ単層である場合、 抵抗率が通常 1 X 1 0一 1 Ω · c m以上と高いため、 この層を 0 . 1 μ πιよりも厚い膜厚で成長させると、 逆に V f が低下しにくい傾向にある。 また、 この第 3の窒化物半導体層をアンド ープとすると窒化物半導体層の結晶性が良くなるために、 その上部に成長させる 活性層の結晶性も良くなり、 出力が向上する。
上記超格子構造をなす n型コンタクト層は 3 X 1 0 1 8/ c m 3以上のキャリア 濃度を持つことができ、 その層の移動度を考慮すると、 抵抗率は 8 X 1 0— 3Ω · cm*満となる。 従来の n型コンタクト層の抵抗率は 8 X 1 0— 3Ω · cmが限度とさ れていたが、 この抵抗率の減少により第 1の窒化物半導体素子と同様、 V f を低 下させることができる。 実現できる抵抗率は 6 X 1 0— 3Ω · cm以下、 さらに好ま しくは 4 X 1 0一3 Ω · cra¾下となる。 下限は特に限定しないが、 1 X 1 0 - 5Ω · cm^上に調整することが望ましい。 下 よりも低抵抗にすると、 不純物量が多 くなりすぎて、 窒化物半導体の結晶性が悪くなる傾向にある。
図面の簡単な説明
図 1は本発明の一実施例に係る L E D素子の構造を示す模式断面図である。 図 2は本発明の他の実施例に係る L D素子の構造を示す模式断面図である。 発明を実施するための最良の形態
実施形態 1
本発明の第 1の発光素子では活 ¾gと基板との問に少なくとも 3層構造を有す る窒化物半導体層を有している。 まず第 1の窒化物半導体層は N型不純物を含む 第 2の窒化物半導体層を結晶性よく成長させるためにアンドープとしている。 こ の層に意図的に不純物をドープすると、 結晶性が悪くなって、 第 2の窒化物半導 体層を結晶性良く成長させることが難しい。 次に第 2の窒化物半導体層は N型不 純物をドープして、 抵抗率が低く、 キヤリァ濃度が高い N電極を形成するための コンタクト層として作用している。 従って第 2の窒化物半導体層の抵抗率は N電 極材料と好ましレヽォ一ミック接触を得るためにできるだけ小さくすることが望ま しく、 好ましくは 8 X 1 0— 3Ω ' en*満とする。 次に第 3の窒化物半導体層もァ ンドープとする。 この層をアンドープとするのは、 抵抗率が小さくキャリア濃度 の大きい第 2の窒化物半導体層は結晶性があまり良くない。 この上に直接、 活性 層、 クラッド層等を成長させると、 それらの層の結晶性も悪くなるために、 その 間にアンドープの結晶性の良い第 3の窒化物半導体を介在させることにより、 活 性層を成長させる前のバッファ層として作用する。 さらに抵抗率の比較的高いァ ンドープの層を活性層と第 2の窒化物半導体層との間に介在させることにより、 素子のリーク電流を防止し、 逆方向の耐圧を高くすることができる。 なお、 第 2 の窒化物半導体層のキャリア濃度は 3 X I 0 l8Zctfよりも大きくなる。 N型不純 物としては第 4族元素が挙げられる力 好ましくは S i若しくは G e、 さらに好 ましくは S iを用いる。
本発明の第 1の窒化物半導体発光素子では、 活性層と基板との間にあるアンド 一プの第 1の窒化物半導体層で、 N型不純物がドープされた第 2の窒化物半導体 の結晶性を維持するように成長できるので、 次に N型不純物をドープした第 2の 窒化物半導体層が結晶性よく厚膜で成長できる。 さらにアンドープの第 3の窒ィ匕 物半導体がその層の上に成長させる窒化物半導体層のための結晶性の良い下■ となる。 そのため第 2の窒化物半導体層の抵抗率を低下できて、 キャリア濃度が 上がるために、 非常に効率の良い窒化物半導体素子を実現することができる。 こ のように本発明によれば、 V i、 閾値の低い発光素子が実現できるため、 素子の 発熱量も少なくなり、 信頼 ·ί生が向上した素子を »することができる。
実腿態 2
本発明の第 2の発光素子では活 と基板との間に Ν型コンタクト層として窒 化物^ ¾体超格子層を有している。 この超格子層は第 1面と第 2面とを有し、 第 1面には超格子層を結晶性よく成長させるためにアンドープ、 若しくは n型不純 物濃度が第 2の窒化物半導体層より少ない第 1の窒化物半導体層を有している。 この第 1の窒化物半導体層はアンドープが最も好ましいが、 第 2の窒化物半導体 層が超格子構造であるために、 ti型不純物を第 2の窒化物半導体層よりも少なく ドープしても良い。 n型不純物としては第 4族元素が挙げられるが、 好ましくは S i若しくは Ge、 さらに好ましくは S iを用いる。
次に N型コンタクト層を超格子構造とすると、 その超格子層を構成する窒化物 半導体層の各膜厚が弾性臨界膜厚以下となるために、 結晶欠陥の非常に少ない窒 化物半導体が成長できる。 さらに、 この超格子層で基板から第 1の窒化物半導体 層を通って発生している結晶欠陥をある 止めることができるため、 超格子層 の上に成長させる第 3の窒化物半導体層の結晶性を良くすることができる。 さら に特筆すべき作用としては H EMTに類似した効果がある。
この超格子層は、 バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層と、 この バンドギヤップエネルギーの大きな窒化物半導体層よりもバンドギヤップェネル ギ一の小さな窒化物半導体層とが積層されて、 互 、に不純物濃度が異なる超格子 構造を有していることが好ましい。 超格子層を構成するバンドギヤップエネルギ 一の大きな窒化物半導体層、 バンドギヤップエネルギーの小さな窒化物半導体層 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 10〜40オングストロームの膜厚に調整する。 1100 オングストロームよりも厚いと、 バンドギヤップエネルギーの大きな窒化物半導 体層及びバンドギヤップエネルギーの小さな窒化物半導体層が弾性歪み限界以上 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。 バンドギャップエネルギーの大きな窒ィ匕物半導体層、 バンドギャップェネル ギ一の小さな窒化物半導体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、 前記のように 10オングストローム以上が最も好ましい。 さらにバン ドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層は少なくとも A 1を含む窒化物半 導体、 好ましくは Al xGa i XN (0<X≤ 1) を成長させる方が望ましい。 一方、 バンドギヤップエネルギーの小さな窒化物半導体はバンドギヤップェネル ギ一の大きな窒化物半導体よりもバンドギヤップエネルギーが小さい窒化物半導 体であればどのようなものでも良いが、 好ましくは A 1 YG a卜 YN (0≤Υ<
1、 Χ>Υ) 、 I nzGa Χ_ΖΝ (0≤Ζ< 1) のような 2元混晶、 3元混晶の 窒化物半導体が成長させやすく、 また結晶性の良いものが得られやすい。 その中 でも特に好ましくはパンドギヤップエネルギーの大きな窒化物半導体は実質的に
I n、 Gaを含まない A 1 XG a ΧΝ (0く Xく 1) とし、 バンドギャップェ ネルギ一の小さな窒化物半導体は実質的に A 1を含まない I n z G aュ _ZN ( 0 ≤Z < 1 ) とし、 中でも結晶性に優れた超格子を得る目的で、 A 1混晶比 （Y 値） 0 . 3以下の A 1 XG a ( 0 < X≤ 0 . 3 ) と、 G a Nの組み合わせ が最も好ましい。
第 2の窒化物半導体層が、 光閉じ込め層、 及びキャリア閉じ込め層としてクラ ッド層を形成する場合、 活性層の井戸層よりもバンドギヤップエネルギーの大き い窒化物半導体を成長させる必要がある。 バンドギヤップエネルギーの大きな窒 化物半導体層とは、 即ち A 1混晶比の高い窒化物半導体である。 従来では A 1混 晶比の高い窒化物半導体を厚膜で成長させると、 クラックが入りやすくなるため、 結晶成長が非常に難しかった。 しかしながら， 本発明のように超格子層にすると、 超格子層を構成する単一層を A 1混晶比の多少高い層としても、 弾性臨界,以 下の膜厚で成長させているのでクラックが入りにくい。 そのため、 A 1混晶比の 高い層を結晶性良く成長できることにより、 光閉じ込め、 キャリア閉じ込め効果 が高くなり、 レーザ素子では閾値電圧、 £ 0素子では （順方向電圧） を低 下させることができる。
さらに、 この第 2の窒化物半導体層のバンドギヤップエネルギーの大きな窒化 物半導体層とバンドギヤップエネノレギ一の小さな窒化物半導体層との η型不純物 濃度が異なることが好ましい。 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レ、状態 （ァン ドープ） として、 もう一方を高濃度にドープすると、 閾値電圧、 V f等を低下さ せることができる。 これは不純物濃度の低い層を超格子層中に 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、 キヤリァ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；^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 SE、 V f が低下すると推察される。
バンドギヤ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 2 次元電子ガスができ、 この 2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型不純物がド一プされたバンドギャップの大きい窒化物半導 体層と、 バンドギヤ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 （2 次元電子ガス） が蓄積する。 この 2次元電子ガスがバンドギャップの小さレ 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 2 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、 Al GaNは GaN に比較して抵抗率が高い。 そこで A 1 GaN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 した に、 閾値が低下する傾向にあると推察される。
一方、 バンドギヤ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 A 1 G a N層と G a N層に Mgを同量でド一プした場合、 A 1 G a N層では M gのァクセプタ準 位の深さが大きく、 活性化率が小さい。 一方、 GaN層のァクセプタ^:の深さ は A 1 G a N層に比べて浅く、 Mgの活性化率は高い。 例えば， Mgを 1 X 1 020/cm3 - ドープしても GaNでは 1 X 10 ^/c m 3程度のキャリア濃度 であるのに対し、 A 1 Ga Nでは 1 X 1017/ c m3¾¾のキャリア濃度し力得 られない。 そこで、 本発明では Al GaNZGaNとで超格子とし、 高キャリア 濃度が得られる G a N層の方に多く不純物をドープすることにより、 高キヤリ了 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 果でキヤリァは不純物濃度の少ない A 1 G a N層を移動するため、 実質的にキヤ リアは A 1 G a N層の作用は受けず、 A 1 G a N層はバンドギヤップエネノレギー の高いクラッド層として作用する。 従って、 バンドギヤップエネルギーの小さな 方の窒化物半導体層に不純物を多くドープしても、 レーザ素子、 LED素子の閾 値を低下させる上で非常に効果的である。 なおこの説明は P型層側に超格子を形 成する例について説明したが、 n層側に超格子を形成する場合においても、 同様 の効果がある。
バンドギヤップエネルギーが大きい窒化物半導体層に n型不純物を多くド一プ する場合、 バンドギヤ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 X 1017Zcm3〜l X 102°/cm3、 さらに好ましくは 1 X 1018/c m3〜5 X 1019 cm 3の範囲に調整する。 1 X 1017/cm3 よりも少ないと、 バンドギヤ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、 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 X1 02° 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。 —方、 バンドギヤップエネノレギ一の小さな窒化物半導体層の n型不純物濃度はバ ンドギヤ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力 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 n型不純物があり、 その量は 1 X 1019 /cm3以下が望ましい。 n型不純物としては S i、 Ge、 S e、 S、 0等の周 期律表第 IVB族、 VIB族元素を選択し、 好ましくは S i、 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 ド一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、 バンドギヤップエネルギーが大き い窒化物半導体層とバンドギヤ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。
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 ブされる層は、 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い （好ましくはアンドープ） と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 S iをドープした Al GaNと、 アンドープの G a N層とで超格子層を形成した場合、 A 1 G a Nは S iをドープ しているのでドナ一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 G a Nの伝導帯に落ちる。 G a N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 G a N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 2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、 バンドギヤップエネ ギ一の大きい A 1 G a N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 G a N 中を移動する電子によっては、 A l G a N中に含まれる n型不純物イオン （この 場合 S i) の散乱を多少とも受ける。 しかし A 1 GaN層の厚さ方向に対して両 端部をアンドープとすると S i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。 また、 作用は若干異なるが、 p層側に超 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 、 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 一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が、 バンドギヤップエネルギーの小さな方に不純物を 多く ドープした超格子では、 その効果は少ない傾向にある。
また本発明の素子では第 3の窒化物半導体層もアンドープ、 若しくは n型不純 濃度が第 2の窒化物半導体層よりも少ない層とする。 この層の n型不純物濃度を 少なくするのは、 超格子層の最上層の上に直接不純物を多く含む第 3の窒化物半 導体層を成長させると、 その層の結晶性が悪くなる傾向があるので、 第 3の窒化 物半導体層を結晶性良く成長させるために n型不純物濃度を少なくし、 最も好ま しくはアンドープとする。 第 3の窒化物半導体層の組成は特に問うものではない が、 I rixGa^ XN (0≤X≤ 1) 、 好ましくは、 I rixGa^ XN (0<X≤ 0. 5) を成長させることにより、 第 3の窒化物半導体の上に成長させる層のバ ッファ層として作用して、 第 3の窒化物半導体層から上の層を成長させ^ Tくす る。 さらにアンドープ単層のような抵抗率の比較的高い層を活性層と第 2の窒化 物半導体層との間に介在させることにより、 素子のリーク電流を防止し、 逆方向 の耐圧を高くすることができる.
[実施例 1] 超格子構造 LED
アンドープ GaN/ S i ドープ GaN (B) Zアンドープ GaN (A) / / アンドープ Ga N
図 1は本発明の第 2の実施形態の一実施例に係る L E D素子の構造を示す模式 的な断面図であり、 この図に甚づき、 本発明の素子の製造方法について述べる。 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 ^¾を 1050°Cまで上昇させ、 基 板のクリーニングを行う。 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 （MgA l 204) のような絶縁性の基板の 他、 S i C (6H、 4H、 3 Cを含む） 、 S i、 ZnO、 GaAs、 G a N等の 半導体基板を用いることができる。
(バッファ層 2)
続いて、 温度を 510°Cまで下げ、 キャリアガスに水素、 原料ガスにアンモニ ァと TMG (トリメチルガリウム） とを用い、 基板 1上に G a N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。
(第 1の窒化物半導体層 3)
バッファ層 2成長後、 TMGのみ止めて、 を 1050°Cまで上昇させる。
1050 になったら、 同じく原料ガスに TMG、 アンモニアガスを用い、 アン ドープ G a Nよりなる第 1の窒化物半導体層 3を 5 /Z mの膜厚で成長させる。 第 1の窒化物半導体層はバッファ層よりも高温、 例えば 900¾〜 1100 で成 長させ、 I nxA 1 YGa丄— x ΥΝ (0≤Χ, 0≤Υ, Χ + Υ≤ 1) で構成でき、 その組成は特に問うものではないが、 好ましくは GaN、 X値が 0. 2以下の A 1 XG a とすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層力得られやすい。 また は特に問うものではなく、 バッファ層よりも厚膜で成長させ、 通常 0. 1 μ m以上の膜厚で成長させる。 この層はアンドープ層としたため真性半導体に近く、 抵抗率は 0. 2Ω · cmよりも大きいが、 S i、 Ge等の n型不純物を第 2の窒 化物半導体層よりも少なく ドープして抵抗率を低下させた層としても良い。
(第 2の窒化物轉体層 4)
続いて 1050 で、 TMG、 アンモニアガスを用い、 アンドープ G a N層を 20オングストロームの膜厚で成長させ、 続いて同温度にて、 続いてシランガス を追加し S iを 1 X 1019/cm3ドープした G a N層を 20オングストローム の膜厚で成長させる。 このようにして、 20オングストロームのアンドープ G a N層からなる A層と、 S i ド一プ G a N層を有する 20オングストロームの B層 とからなるペアを成長させる。 そしてペアを 250層積層して 1 /zm厚として、 超格子構造よりなる第 2の窒化物半導体層 4を成長させる。
(第 3の窒化物半導体層 5)
次にシランガスのみを止め、 1050°Cで同様にしてアンドープ GaNよりな る第 3の窒化物半導体層 5を 100オングストロ一ムの膜厚で成長させる。 この 第 3の窒化物半導体層 5も I nxA 1 YGa — x一 YN (0≤X、 0≤Y、 X + Y ≤ 1 ) で構成でき、 その組成は特に問うものではないが、 好ましくは GaN、 X 値が 0. 2以下の AlxGa i— XN、 または Y値が 0. 1以下の I nYGaト YN とすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られやすい。 I n G a Νを成長さ せると、 その上に A 1を含む窒化物半導体を成長させる場合に、 A 1を含む窒化 物半導体層にクラックが入るのを防止することができる。
(活 6)
次に、 を 800°Cにして、 キャリアガスを窒素に切り替え、 TMG、 TM I (トリメチルインジウム） 、 アンモニアを用いアンドープ I n0.4Ga0.6N 層を 30オングストロームの膜厚で成長させて単一量子井戸構造を有する活 f 6を成長させる。 なおこの層は I n G a Nよりなる井戸層を有する多重量子井戸 構造としても良い。
(P側クラッド層 7)
次に、 温度を 1050°Cに上げ、 TMG、 TMA、 アンモニア、 Cp 2Mg (シクロべンタジェニルマグネシウム） を用い、 Mgを 1 X 1020ノ cm3ドー プした p型 A10. 03。.9Nよりなる p側クラッド層 7を 0. 1 μ mの膜厚で 成長させる。 この層はキャリア閉じ込め層として作用し、 A 1を含む窒化物半導 体、 好ましくは AlYGa i_YN (0く Yく 1) を成長させることが望ましく、 結晶性の良い層を成長させるためには Y値が 0. 3以下の A 1 YG a
Figure imgf000016_0001
0. 5 //m以下の膜厚で成長させることが望ましい。
また、 P側クラッド層 7が超格子層であつてもよく、 p側層に超格子層がある とより閾値が低下し好ましい。 p側層において超格子層となりうる層は特に限定 されない。
(P側コンタクト層 8)
続いて 1050°Cで、 TMG、 アンモニア、 Cp 2Mgを用い、 Mgを 1 X 102Vcm3ド一プした p型 GaNよりなる p側コンタクト層 8を 0. 1 /x m の膜厚で成長させる。 p側コンタクト層 8も I nxA 1 YGaト x YN (0≤Χ, 0≤Υ、 Χ + Υ≤ 1) で構成でき、 その組成は特に問うものではないが、 好まし くは G a Νとすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られやすく、 また; p電 樹才料と好ましいォーミック接触が得られやすい。
反応終了後、 を室温まで下げ、 さらに窒素雰囲気中、 ゥェ一ハを反応容器 內において、 700¾でァニーリングを行い、 p型層をさらに低抵抗化する。 アニーリング後、 ゥエーハを反応容器から取り出し、 最上層の p側コンタクト 層 8の表面に所定の形状のマスクを形成し、 R I E (反応性イオンエッチング） 装置で P側コンタクト層側からエッチングを行い、 図 1に示すように第 2の窒化 物半導体層 4の表面を露出させる。
エッチング後、 最上層にある p側コンタクト層のほぼ全面に膜厚 200オシグ スト口ームの N iと A uを含む透光性の p電極 9と、 その p電極 9の上にボンデ ィング用の A uよりなる pパッド電極 10を 0. 5 μ mの膜厚で形成する。 一方 エッチングにより露出させた第 2の窒化物半導体層 4の表面には Wと A 1を含む n電極 11を形成する。 最後に p電極 9の表面を保護するために S i 02よりな る絶縁膜 12を図 1に示すように形成した後、 ゥエーハをスクライブにより分離 して 350 /zm角の LED素子とする。
この L E D素子は I頃方向電圧 20 m Aにおいて、 520 n mの純緑色発光を示 し、 サファイア 上に G aNよりなるバッファ層と、 S i ドープ GaNよりな る n側コンタクト層と、 単一量子井戸構造の I nG a Nよりなる活性層と、 Mg ドープ A 1 GaNよりなる p側クラッド層と、 Mgドープ G a Nよりなる p側コ ンタクト層とが順に積層された従来の緑色発光 LEDに比較して、 2 OmAにお ける Vf を 0. 2〜0. 4 V低下させ、 出力を 40%〜50%向上させることが できた。 また、 静電耐圧も従来の LED素子に比較して 5倍以上であった。
[実施例 2] 超格子構造 LED
S 1 ド一プ GaN/ZS i ドープ G a N (B) ノアンドープ GaN (A) / / S i ドープ G a N
実施例 1において第 1の窒化物半導体層 3を成長させる際に、 S iを 1 X 1 017/cm3ドープした G a Nを 3 //mの膜厚で成長させ、 さらに第 3の窒化物 半導体層 5を成長させる際に S iを 1 X 1017/cm3ド一プした G a Nとする 他は実施例 1と同様にして LED素子を作製したところ、 実施例 1のものに比較 して出力でおよそ 1 0%程低下したが、 V f 、 静電耐氐はほぼ同一の特性を有す る LEDが得られた。
[実施例 3] 超格子構造 LED
アンドープ G a N//S i ドープ G a N /アンド一プ I n G a N/Zアンドー プ G a N
実施例 1において、 第 2の窒化物半導体層を成長させる際に、 以下のように形 成した以外は実施例 1と同様にした。
すなわち、 1050°Cで、 TMG、 アンモニアガス及び S iガスを用い、 S i を 1 X 101 c m3ドープした S i ドープ G a N層を 25オングストローム成 長させ、 続いて 800°Cの温度で TMI、 TMG及ぴアンモニアガスを用いてァ ンド一プ I nG a Nを 75 /xm成長させる。 このようにして、 S i ド一プ G a N 層よりなる A層を 25 Aと、 アンドープ I nGa Nからなる B層を 75 Aとを 1 00層ずつ交互に積層して、 総膜厚 2 μ mの超格子構造よりなる第 2の窒化物半 導体層を形成した。
以上のようにして作製した実施例 3の超格子構造 LEDは、 実施例 1と同様の 性能を有していた。
[実施例 4] 超格子構造 LED
アンドープ G a i ドープ A 1 G a アンドープ G a NZZアンドー プ G a N
実施例 1において第 2の窒化物半導体層 4を成長させる際に、 アンド一プ G a N層よりなる A層を 40オングストロームと、 S iを 1 X 1018Zcm3均一に ドープした A 1 。. a 0. 9N層 B層を 60オングストロームとを 300層ずつ 交互に積層して、 総膜厚 3 /xmの超格子構造とする他は同様にして LED素子を 得たところ、 実施例 2とほぼ同等の特性を有する LED素子が得られた。
[実施例 5] 超格子構造 LD
アンドープ I nGaN/ZS i ドープ G a N (B) ノアンドープ Ga N (A) ：、ープ G a N
図 2は本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であ り、 レーザの共振面に平行な方向で素子を切断した際の図を示している。 以下、 この図を基に実施例 5について説明する。
実施例 1と同様にして、 サファイア （C面） よりなる基板 2 0の上に、 2 0 0- オングストロームの G a Nよりなるバッファ層 2 1、 5 μ InのァンドープG a N よりなる第 1の窒化物半導体層 2 2、 2 0オングスト口一ムのァンドープ G a N 層 A層と、 2 0オングストロームが S i ドーブの G a Nよりなる B層と力 S積層さ れて総膜厚 3 μ mの超格子構造よりなる第 2の窒化物半導体層 2 3 (第 2の窒化 物半導体層 4の構成は実施例 1と同一である。 ) を成長させる。
なお、 サファイア基板の他、 基板にはサファイアのような窒化物半導体と異な る材料よりなる基板の上に第 1の G a N層を成長させ、 その第 1の G a N層の上 に、 S i 02等、 窒化物半導体が表面に成長しにくい保護膜を部分的に形成し、 さらにその保護膜を介して、 前記第 1の G a N層の上に第 2の G a Nを成長させ、 S i 02の上に第 2の G a N層を横方向に成長させて、 横方向で第 2の G a N層 が繫がって第 2の G a N層を基板とした窒化物半導体基板を用いることが窒化物 半導体の結晶性を良くする上で非常に好ましい。 この窒化物半導体基板を基板と する場合にはバッファ層を特に成長させる必要はない。
(第 3の窒化物半導体層 2 4 )
次に温度を 8 0 0 にして TM I、 TMG、 アンモニアを用いアンドープ I n 0.。5 G a 0. 9 5 Nよりなる第 3の窒ィ匕物半導体層を 5 0 0オングストロームの膜 厚で成長させる。
( n側クラッド層 2 5 )
次に、 1 0 5 0 ^にして、 S iを 1 X 1 0 1 9 c m3ドープした n型 A 1。. 2 G a 0, 8 N層、 2 0オングストロームと、 アンドープ （u n d o p e ) G a N層、 2 0オングストロームとを交互に 2 0 0層積層してなる総膜厚 0 . 8 μ mの超格 子構造とする。 n側クラッド層 2 5 4はキャリア閉じ込め層、 及び光閉じ込め層 として作用し、 A 1を含む窒化物半導体、 好ましくは A 1 G a Nを含む超格子層 とすることが望ましく、 超格子層全体の膜厚を 1 0 0オングストローム以上、 2 /xm以下、 さらに好ましくは 500オングストローム以上、 2 //m以下で成長さ せることが望ましい。 さらにまた、 この n側クラッド層の中央部の不純物濃度を 大きくして、 両端部の不純物濃度を小さくすることもできる。
(n側光ガイド層 26)
続いて、 S iを 5X 1017Zcni3ドープした n型 GaNよりなる n側光ガイ ド層 26を 0. 1 μ mの膜厚で成長させる。 この n側光ガイド層 26は、 活性層 の光ガイド層として作用し、 GaN、 I nG a Nを成長させることが望ましく、 通常 100オングストロ一ム〜 5 /zm、 さらに好ましくは 200オングストロ一 ム〜 1 μ mの膜厚で成長させることが望ましい。 この n側光ガイド層 5は通常は S i、 Ge等の n型不純物をドープして n型の導電型とするが、 特にアンドープ にすることもできる。
(活性層 27)
次に、 800°Cで、 アンド一プの I n0.2Ga0 8Nよりなる井戸層、 2 ォ ングストロームと、 アンドープ I n0.01Ga。 9gNよりなる障壁層、 50オン グストロ一ムを交互に積層してなる総膜厚 1 75オングストロームの多重量子井 戸構造 （MQW) の活性層 27を成長させる。
(P側キャップ層 28)
次に、 1050 でバンドギャップエネルギーが p側光ガイド層 8よりも大き く、 力、つ活性層 6よりも大きい、 Mgを 1 X 1020ノ cm3ドープした p型 A 1 0. 3Ga0.7Nよりなる p側キャップ層 28を 300オングストロームの膜厚で 成長させる。 この p側キャップ層 28は p型不純物をドープした層とした力 膜 厚が薄いため、 n型不純物をドープしてキヤリァが補償された i型、 若しくはァ ンドープとしても良く、 最も好ましくは p型不純物をドープした層とする。 p側 キャップ層 28の膜厚は 0. 以下、 さらに好ましくは 500オングスト口 ーム以下、 最も好ましくは 300オングストローム以下に調整する。 0. 1 /xm より厚い膜厚で成長させると、 p型キャップ層 28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。 A 1の組成比が大 きい A 1 G a N程薄く形成すると L D素子は発振しやすくなる。 例えば、 Y値が 0. 2以上の A 1 YG aい 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 76の膜厚の下限は特に限定しないが、 1 0ォ ングストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。
(P側光ガイド層 29)
次に、 バンドギャップエネルギーが p側キャップ層 28より小さい、 Mgを 1 X 1 019/cm3ドープした p型 G a Nよりなる p側光ガイド層 29を 0. 1 μ mの膜厚で成長させる。 この層は、 活性層の光ガイド層として作用し、 n側光ガ イド層 26と同じく GaN、 I nG a Nで成長させることが望ましレ、。 また、 こ の層は P側クラッド層 30を成長させる際のバッファ層としても作用し、 100 オングストローム〜 5 //m、 さらに好ましくは 200オングストローム〜 1 /zm の膜厚で成長させることにより、 好ましい光ガイド層として作用する。 この p側 光ガイド層は通常は Mg等の p型不純物をドープして p型の導電型とするが、 特 に不純物をドープしなくても良い。
(P側クラッド層 30)
次に、 Mgを 1 X I 02。Zcm3ドープした p型 A 10. 2Ga0. 8N層、 20 オングストロームと、 Mgを 1 X 1019 c m3ドープした p型 G a N層、 20 オングストロームとを交互に積層してなる総膜厚 0. 8 μηιの超格子層よりなる Ρ側クラッド層 30を成長させる。 この層は η側クラッド層 25と同じくキヤリ ァ閉じ込め層として作用し、 超格子構造とすることにより Ρ型層側の抵抗率を低 下させるための層として作用する。 この ρ側クラッド層 30の膜厚も特に限定し ないが、 1 00オングストローム以上、 2 /xm以下、 さらに好ましくは 500ォ ングストローム以上、 1 #m以下で成長させることが望ましい。 この!)側クラッ ド層の中央部の不純物濃度を大きくして、 両端部の不純物濃度を小さくすること もできる。
(P側コンタクト層 3 1)
最後に、 Mgを 2 X 1 020/cm3ド一プした！)型 G a Nよりなる p側コンタ クト層 10を 1 50オングストロームの膜厚で成長させる。 p側コンタクト層は 500オングストロ一ム以下、 さらに好ましくは 400オングストローム以下、 20オングストロ一ム以 hに膜厚を調整すると、 p層抵抗が小さくなるため閾値 における を低下させる上で有利である。 反応終了後、 反応容器内において、 ゥェ一ハを窒素雰囲気中、 700°Cでァエー リングを行い、 p層をさらに低抵抗化する。 アニーリング後、 ゥエーハを反応容 器から取り出し、 図 2に示すように、 R I E装置により最上層の p側コンタクト 層 3 1と、 p側クラッド層 30とをエッチングして、 4 /zmのストライプ幅を有 するリッジ形状とする。
リッジ形成後、 図 2に示すように、 リッジストライプを中心として、 そのリツ ジストライプの両側に露出した p側クラッド層 30をエッチングして、 n電極 1
1を形成する第 2の窒化物半導体層 23の表面を露出させる、 なお露出面は不純 物濃度の大き 、超格子層とする。
次にリッジ表面の全面に N i _ Auよりなる p電極 3 2を形成する。 次に、 図
2に示すように p電極 3 2を除く p侧クラッド層 30、 p側コンタクト層 3 1の 表面に S i 02よりなる^ 1^3 5を形成し、 この絶縁膜 3 5を介して p電極 3
2と電気的に接続した pパッド電極 33を形成する。 一方先ほど露出させた n側 コンタクト層 4の表面には Wと A 1よりなる n電極 34を形成する。
電極形成後、 ゥェ一ノヽのサファイア基板の裏面を研磨して 50 zm の厚さ にした後、 サファイアの M面でゥヱ一ハを劈開して、 その劈開面を共振面とした バーを ί«する。 一方、 ストライプ状の電極と平行な位置でバーをスクライブで 分離してレーザ素子を作製する。 そのレーザ素子形状が図 2である。 なおこのレ 一ザ素子を室温でレーザ発振させたところ、 従来の 3 7時間連続発振した窒化物 半導体レーザ素子に比較して、 閾値電流密度は 2. 0 k A/c m2近くにまで低 下し、 閾値電圧も 4 V近くになり、 寿命は 500時間以上に向上した。
[実施例 6] 超格子構造 LED
アンドープ G a NZ/アンドープ A 1 G a N/S i ドープ G a NZZアンドー プ G a N
実施例 1において、 第 2の窒化物半導体層 4成長時に、 S iを 1 X 1 019Z c m3ドープした G a N層を 20オングストロームと、 アンドープの A 1。 10G a o. 90N層を 2 0オングストローム成長させて、 このペアを 250回成長させ、 総膜厚 1. 0 μτη (1 0000オングストローム） の超格子構造よりなる第 2の 窒化物半導体層 4を成長させる他は実施例 1と同様にして行ったところ、 実施例 1とほぼ同様に良好な結果が得られた。
以上説明したように、 本発明の窒化物半導体素子では、 アンドープ若しくは不 純物濃度の小さい第 1の窒化物半導体層と、 不純物濃度の大き 1ヽ超格子層よりな る第 2の窒化物半導体層と、 アンドープ若しくは不純物濃度の小さい第 3の窒化 物半導体層とを積層していることにより、 Vf の低い LED、 低閾値のレーザ素 子が得られる。 しかも第 2の窒化物半導体層の抵抗率が小さいため、 n電極と第 2の窒化物半導体層とで、 容易にォーミック接触が得られ、 Vf等が低下する。 また本明細書では LED、 レーザ素子について説明したが、 本発明は受光素子、 太陽電池の他、 窒化物半導体の出力を用いたパワーデバイス等、 窒化物半導体を 用いたあらゆる素子に適用することができる。
[実施例 7] 三層積層構造 LED
アンドープ G a NZZS i ド一プ N型 G a NZZアンド一プ G a N
本 明の実施形態 1の L E D素子の 1実施例で、 図 1に示す実施例 1と N型コ ンタクト層の構成 （超格子構造） を三層積層構造とした以外は同様に製造される ので、 N型コンタクト層 （三層積層構造） についてのみ説明する。
(第 1の窒化物半導体層 3)
実施例 1と同様にバッファ層 2成長後、 TMGのみ止めて、 1 ^を 1050°C まで上昇させる。 1050°Cになったら、 同じく原料ガスに TMG、 アンモニア ガスを用い、 アンドープ G a Nよりなる第 1の窒化物半導体層 3を 1. の 膜厚で成長させる。 第 1の窒化物半導体層はバッファ層よりも高温、 例えば 90 0 〜 1100。Cで成長させ、 I nxA 1 YG a !_Χ_ΥΝ (0≤Χ, 0≤Υ、 X + Υ≤1) で構成でき、 その組成は特に問うものではないが、 好ましくは GaN、 X値が◦. 2以下の A 1 XG a とすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層 が得られやすレヽ。 また膜厚は特に問うものではなく、 バッファ層よりも厚膜で成 長させ、 通常 0. 1以上 20 μπι以下の膜厚で成長させる。 この層はアンドープ 層としたため真性半導体に近く、 抵抗率は 0. Ι Ω - cmよりも大きい。 また、 上記バッファ層よりも高温で成長させる層であるため、 アンドープでも上記バッ ファ層とは区別される。
(第 2の窒化物半導体層 4) 続いて 1 05 で、 TMG、 アンモニアガス、 不純物ガスにシランガスを用 い、 S i ドープの GaN層を 3 /zmの膜厚で成長させる。 この第 2の窒化物半導 体層 4も I nxA Gaト — YN (0≤X 0≤Y, Χ + Υ≤ 1) で構成でき、 その ^は特に問うものではないが、 好ましくは GaN、 X値が 0. 2以下の A l xGa i— XN、 または Y値が 0. 1以下の I nYGa ^_YNとすると結晶欠陥の 少な V、窒化物半導体層が得られやす!/、。 また膜厚は特に問うものではないが、 N 電極を形成するそうであるので、 通常 0. 1以上 2 Ο μιη以下の膜厚で成長させ るのが好ましい。 なお、 素子構造にしない別のサファイア基板を用い、 同様にし て G a Νまで成長させると、 キャリア濃度は 1 X 1019/cm一3で、 抵抗率は 5 X 10—3 Ω · c mであった。
(第 3の窒化物半導体層 5)
次にシランガスのみを止め、 1050°Cで同様にしてアンドープ G a Nよりな る第 3の窒化物半導体層 5を 0. 15 mの膜厚で成長させる。 この第 3の窒化 物半導体層 5も I nxA l yGa ^ YN (0≤Χ, 0≤Υ、 Χ + Υ≤ l) で構 成でき、 その組成は特に問うものではないが、 好ましくは G aN、 X値が 0. 2 以下の A 1 xGa XN、 または Y値が O. 1以下の I n YG a _ΥΝとすると結 晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られやすい。 I nGa Nを成長させると、 そ の上に A 1を含む窒化物半導体を成長させる場合に、 A 1を含む窒化物半導体層 にクラックが入るのを防止することができる。 なお、 第 2の窒化物半導体を単一 の窒化物半導体で成長させる場合、 第 1の窒化物半導体層と、 第 2の窒化物^ ¾ 体層と、 第 3の窒化物半導体とは同一組成の窒化物半導体、 特に G a Nを成長さ せることが望ましい。
この LED素子は順方向電圧 2 OmAにおいて、 520 n mの純緑色発光を示 し、 サファイア基板上に G a Nよりなるバッファ層と、 S i ドープ GaNよりな る N側コンタクト層と、 単一量子井戸構造の I nGaNよりなる活性層と、 Mg ドープ A l GaNよりなる p側クラッド層と、 Mgドープ G a Nよりなる P側コ ンタクト層とが順に積層された従来の緑色発光 LEDに比較して、 2 OmAにお ける Vf を 0. 1〜0. 2 V低下させ、 出力を 5 %〜10%向上させることがで きた。 [実施例 8] 三層積層構造 LD
アンドープ I n 0. 。 5 G a 0. g 5 NZZ S i ドープ N型 G a N/Zァンドープ G a N
本発明の実施形態 1の LD素子の 1実施例で、 図 2 (レーザの共振面に平行な 方向で素子を切断した際の図） に示す実施例 5と N型コンタクト層の構成以外は 同様に製造される。
実施例 1と同様にして、 サファイア （C面） よりなる基板 20の上に、 200 オングストロームの G a Nよりなるバッファ層 2 1を成長させ、 温度を 10 2 0°Cまで上昇させ、 1 0 20 において、 5 jumのアンドープ GaNよりなる第 1の窒化物半導体層 22を成長させる。
続いて、 1 0 20°Cで不純物ガスにシランガスを用い、 S iをドープした N型 G a Nからなる第 2の窒ィ匕物半導体層 23を成長させる。 この抵抗率も 5 X 1 0— 3Ω · c mであった。
(第 3の窒化物半導体層 24)
次に温度を 800 にして TMI、 TMG、 アンモニアを用いアンドープ I n 0. 05G a 0. β5Νよりなる第 3の窒化物半導体層を 500オングスト口一ムの膜 厚で成長させる。
(η側クラッド層 2 5)
次に、 1 020°Cにして、 S iを 1 X 1 0 I 7Zcm3ドープした N型 A 1 。. 2 G a 0. 8N層、 40オングストロームと、 アンドープ G a N層、 40オングスト ロームとを交互に 40層積層して超格子構造とする。 この n側クラッド層はキヤ リア閉じ込め層、 及び光閉じ込め層として作用する。
(n側光ガイド層 26)
続いて、 S ίを 1 X 1 019Zc m3ドープした n型 G a Nよりなる n側光ガイ ド層 26を 0. 2 μ mの膜厚で成長させる。 この n側光ガイド層 26は、 活性層 の光ガイド層として作用し、 Ga N、 I nG aNを成長させることが望ましく、 通常 1 00オングストローム〜 5 μ m, さらに好ましくは 200オングストロ一 ム〜 1 /zmの膜厚で成長させることが望ましい。 この η側光ガイド層 5は、 アン ド一プでもよい。 (活 27)
次に、 800°Cで、 S i ドープの I n0. 2G a 0 8Nよりなる井戸層を 25ォ 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、 S 1 ド一プ I n 0. 01G a 0. 99N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量子井戸構 造 （MQW) とする。
(P側キャップ層 28)
次に、 1 0 20 で丁1^0， TMA, アンモニア、 C p 2Mgを用い、 活性層 よりもバンドギャップエネルギーが大きい、 Mgを 1 X 1 020/ctn3ド一プし た P型 A 1 0 3G a 0 7Nよりなる p側キャップ層 28を 300オングストロー ムの で成長させる。 この p側キャップ層 28は p型不純物をドープした層と したが、 膜厚が薄いため、 n型不純物をドープしてキャリアが捕償された i型と しても良い。 P側キャップ層 28の膜厚は 0. 1 μιη以下、 さらに好ましくは 5 00オングストローム以下、 最も好ましくは 300オングストローム以下に調整 する。 0. 1 μ παより厚い膜厚で成長させると、 p型キャップ層 28中にクラッ クが入りやすくなり、 結晶性の良 V、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ノレギ一ノ リアをトンネル効果により通過できなくなる。
A 1の 比が大きい A 1 G a N程薄く形成すると LD素子は発振しやすくなる。 例えば、 Y値が 0. 2以上の A 1 YG a 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く、 ρ側キャップ層 28の膜厚の下限は特に限定し ないが、 1 0オングスト 一ム以上の膜厚で形成することが望ましいことは上記 実施例 4に示すレーザ素子と同じである。
(Ρ側光ガイド層 29)
次に、 1 020¾で、 Mgを l X l 018 c m3ドープした p型 G a Nよりな る！)側光ガイド層 29を 0. 2 /xmの膜厚で成長させる。 この層は、 n側光ガイ ド層 26と同じく、 活性層の光ガイド層として作用し、 G a N、 I nG a Nで成 長させることが望ましく、 1 00オングストローム〜 5〃m、 さらに好ましくは 200オングストローム〜 1 μπιの膜厚で成長させることのが好ましい。 この ρ 側光ガイド層は通常は M g等の ρ型不純物をドープして p型の導電型とするが、 特に不純物をド一プしなくても良い。
(P側クラッド層 30)
次に、 1020°Cにおいて Mgを 1 X 1020/cm3ド一プした p型 A 1。.2 5G a。.75N層 40オングストロームと、 アンドープの p型 G a N層 40オング ストロームとを交互に 40層積層してなる超格子層よりなる p側クラッド層 30 を成長させる。 この層は n側クラッド層 25と同じくキャリア閉じ込め層として 作用し、 超格子構造とすることにより P型層の抵抗が下がり閾値が低下しやすい 傾向にある。
(P側コンタクト層 31)
最後に、 Mgを 2 X 102Vcm3ドープした p型 G a Nよりなる p側コンタ クト層 31を 1 50オングストロームの膜厚で成長させる。
反応終了後、 反応容器内において、 ゥ ーハを窒素雰囲気中、 700 でァニ 一リングを行い、 p層をさらに低抵抗化する。 アニーリング後、 ゥエーハを ヽ 容器から取り出し、 図 2に示すように、 R I E装置により最上層の p側コンタク ト層 31と、 p側クラッド層 30とをエッチングして、 4 /zmのストライプ幅を 有するリッジ形状とする。 特に活†4®よりも上にある A 1を含む窒化物半導体層 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、 横モードが単一ィ匕しゃすく、 閾値が低下しやすい。 リッジ形成後、 リッジ表面に マスクを形成し、 図 2に示すようにストライプ伏のリッジに対して左右対称にし て、 N電極 34を形成すべき第 2の窒化物半導体層 23の表面を露出させる。 次にリッジ表面の全面に N iZAuよりなる p電極 32を形成する。 &^、 T iと A 1よりなる N電極 34をストライプ状の第 2の窒化物半導体層 23のほぼ 全面に形成する。 ほぼ全面とは 80%以上の面積をいう。 このように p電極 32 に対して左右対称に第 2の窒化物半導体層 23を露出させて、 その第 2の層 23 のほぼ全面に Ν¾¾を設けることも閾値を低下させる上で非常に有利である。 次 に、 ρ電極と η¾¾との間に S i 02よりなる ¾H35を形成し、 この絶縁膜 35を介して p®¾32と電気的に接続した Auよりなる pパッド電極 33を形 成する。
電極形成後、 ゥェ一ハのサファイア基板の裏面を研磨して 50 μ m程度の厚さ にした後、 研磨面をスクライブしてストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に 劈開して、 その劈開面を共振器を作成する。 共振器面に S i 02と T i 02より なる誘電体膜を形成し、 最後に P電極に平行な方向で、 バーを切断してレーザ素 子とする。 この素子をヒートシンクに設置して室温でレーザ発振を試みたところ、 室温にぉ 、て閾値電流密度 2. 5 k AZ c m 2、 閾値電圧 . 0 Vで、 発振波長
405 nmの連続発振力 S確認され、 500時間以上の^を示し、 従来の窒化物 半導体レーザ素子に比較して 10倍以上寿命が向上した。
[実施例 9] 三層積層構造 LED
アンド一プ I n0.。5Ga0.95N//S i ドープ N型 G a N/Zアンドープ G a N
実施例 7において、 第 3の窒化物半導体層 5成長時に、 温度を 800 ¾にして TMG、 TMI、 アンモニアを用い、 アンドープ I n0.05Ga 0.95N層を 20 0オングストロ一ムの膜厚で成長させるほかは実施例 1と同様にして LED素子 を得たところ、 実施例 7とほぼ特性を有する素子が得られた。
なお、 三層積層構造においては N型コンタクト層となる第 2の窒化物半導体層 のキャリア濃度を向上させ、 その結果として抵抗率のできるだけ低いコンタクト 層を得ることが主眼であるから、 第 2の窒化物半導体層の抵抗率の低減に実質的 に影響を与えな ヽ範囲で第 1の窒化物半導体層に N型不純物をドープすることを 妨げるものでない。 また、 第 2の窒化物半導体層に高濃度の N型不純物をド一プ することによりその上に形成される n型クラッド層、 活性層等の結晶性のよい成 長を妨げなレヽ様に第 3の窒化物半導体層を形成するのであるから、 実質的にその 目的を阻害しない範囲で不純物がドープされても本発明の技術的範囲に属するも のと理解することができる。 実質的に S iを第 1または第 3の窒化物半導体に 1 X 1017Z cm3以下の範囲でドープしてもアンドープに比してリーク電流の発 生及び出力の若干の低下は見られるものの、 使用に耐えないものでないことは確 認されている （後記実施例 9ないし 1 1参照） 。 かかる現象は N型コンタクト層 として超格子構造を用いる場合にもいえることである。 したがって、 上記実施例 のアンドープ I n G a Nズ S i ドープ N型 G a Nまたは超格子構造 アンドープ GaN、 アンド一プ GaNZS 1 ドープ N型 G a Nまたは超格子構造 Zアンド一 プ G a Nにおいて、 第 1または第 3の少なくとも一方に n型不純物を第 2の窒化 物半導体層に実質的に支障を与えない限りドープすることができる。
[実施例 1 0 ] 超格子三層積層構造 LED
アンドープ I 11031^ノァンドープ03 / 3 iドープ GaNZZアンド一 ブ G a N
実施例 1 0の LEDは、 実施例 1と同様にして、 バッファ層 2を形成した後、 実施例 1と同条件でアンドープ G a N層からなる第 1の窒化物半 体層 3を 1. 5 mの膜厚に成長させる。
次に、 1 0 50 で、 TMG、 アンモニアガス及び S iガスを用い、 S iを 1 X 1 019Zcm3ドープした S i ド一プ G a N層を 2. 25/ m成長させてるこ とにより、 第 2の窒化物半導体層 4を形成する。
そして、 1 0 50°Cで、 TMG及ぴアンモニアガスを用い、 アンドープ G a N 層を 20オングストローム成長させ、 続いて 800 の温度で TMI、 TMG及 びアンモニアガスを用いてアンドープ I 03 ]^を1 0 m成長させる。 このよ うにして、 アンドープ G a N層よりなる A層を 2 OAと、 アンドープ I nG a N からなる B層を 1 OAとを 20層ずつ交互に積層して、 総膜厚 60 OAの超格子 構造よりなる第 3の窒化物半導体層を形成した。 上述以外は実施例 1と同様にし て実施例 1 0の L E Dを作製した。
以上のようにして作製した実施例 1 0の超格子構造 LEDは、 実施例 7と同様 の性能を有していた。
[実施例 1 1] 三層積層構造 LED
アンドープ G aN ZS i ドープ N型 Ga N ZS i ドープ G a N
実施例 7において、 第 1の窒化物半導体層 3に S i l X 1017Zcm3ドープ し、 第 2の窒化物半導体層 G a N4に S iを 8 X 1018/cm3ドープし、 第 3 の窒化物半導体層 5はァンドープとした以外は同様にして素子を形成した。 やや 素子からリーク電流が発生するようになり、 出力もやや低下した。
[実施例 1 2 ] 積層構造 LED
S i ドープ G a N /S i ドープ N型 G a NZZアンドープ G a N
実施例 7において、 第 3の窒化物半導体層 5に S i 1 X 101 cm3ドープ し、 第 2の窒化物半導体層 G a N4に S iを 8X 1 O18 cm3ドープし、 第 1 の窒化物半導体層 5はアンドープとした以外は同様にして素子を形成した。 やや 素子からリーク電流力 S発生するようになり、 出力もやや低下した。
[実施例 13 ] 三層積層構造 LED
S i ドープ GaN/ZS i ドープ N型 G a NZZS i ドープ G a N
実施例 7にお 、て、 第 1および第 3の窒化物半導体層 3および 5に S iを 8
X 1 O Zcm3ドープし、 第 2の窒化物半導体層 G a N4に S iを 5 X 1018
Zcm3ドープした以外は同様にして素子を形成した。 素子からリーク電流はほ とんど発生しないが、 出力は^低下した。
[実施例 14 ] 超格子三層積層構造 LED
アンド一プ GaNZS i ドープ GaN/ZS iドープ G a NZ/アンド一プ G a N
実施例 14の LEDは、 実施例 1と同様にして、 バッファ層 2を形成した後、 実施例 1と同条件でアンド一プ G a N層からなる第 1の窒化物半導体層 3を 1. 5 n mの膜厚に成長させる。
次に、 1050DCで、 TMG、 アンモニアガス及び S iガスを用い、 S iを 1 X 1019Zc m3ドープした S i ドープ GaN層を 2. 25 μιη成長させること により、 第 2の窒ィ匕物半導体層 4を形 する。
続いて、 1050 で、 TMG及ぴアンモニアガスを用いてアンドープ GaN を 75/im成長させ、 同温度で TMG、 アンモニアガス及ぴ S iガスを用い、 S iを 1 X 1019/cm3ド一プした S i ド一プ G a N層を 25オングストローム 成長させる。 このようにして、 アンドープ GaNからなる層を 75 Aと S i ドー プ GaN層よりなる層を 25Aとを 25層ずつ交互に積層して、 総膜厚 600 A の超格子構造よりなる第 3の窒化物半導体層を形成した。
上述以外は、 例 1と同様にして L E D素子を形成した。
以上のようにして作製した実施例 14の超格子構造 LEDは、 実施例 7と同様 の性能を有していた。

Claims

請求の範囲
1 . 基板上に少なくとも N電極を形成する N型コンタクト層と、 電子と正孔と を再結合させる活性層と、 P電極を形成する P型コンタクト層とを備え、 各層が 窒化物半導体からなる発光素子において、
上記 N型コンタクト層が第 1面と第 2面とを有する N型不純物をドープした窒化 物半導体層からなり、 上記第 1面と第 2面とに接してそれぞれ N型不純物をドー プしな 、ァンドープ窒化物半導体層を形成してなる三層積層構造を備える窒化物 半導体発光素子。
2 . 上記 N型コンタクト層が G a Nからなり、 上記 N型不純物として S iがド ープされてなり、 その第 1面に接して形成される窒化物半導体層がアンド一プの G a Nまたは A 1 G a Nである一方、 その第 2面に接して形成される窒化物半導 体がアンドープの G a N， A 1 G a Nまたは I n G a Nである請求項 1記載の窒 化物半導体発光素子。
3 . 上記 N型コンタクト層が 3 X I 0 1 8 c m—3を越えるキャリア濃度を有 する請求項2記載の窒化物半導体宪光素子。
4 . 上記 N型コンタクト層が 8 X 1 0一3 Ω c m未満の抵抗率を有する請求項 2または 3記載の窒化物半導体 光素子。
5 . 上記 N型コンタクト層がサファイア基板上に形成されたバッファ層上に形 成されている請求項 1.記載の窒ィ匕物半導体発光素子。
6 . 基板上に少なくとも N@¾を形成する N型コンタクト層と、 電子と正孔と を再結合させる活性層と、 P電極を形成する P型コンタクト層とを備え、 各層が 窒化物半導体からな発光素子において、
上記 N型コンタクト層が N型不純物をド一プした窒化物半導体層と N型不純物を ドープしないアンドープ窒ィ匕物半導体層とが少なくとも積層されてなる超格子層 力らなる窒匕物半導体発光素子。
7 . 上記 N型コンタクト層が、 G a N/G a N, I n G a N/G a N, A 1 G a N/G a Nおよび I n G a N/A 1 G a Nの組み合わせから選ばれる窒化物層 を交互に積層した超格子層からなり、 いずれか一方に S iをドープしてなる請求 項 6記載の窒化物半導体発光素子。
8 . 上記 N型コンタクト層が 3 X 1 0 1 8/ c m一3を越えるキャリア濃度を有 する請求項 7記載の窒化物半導体発光素子。
9 . 上記 N型コンタクト層が 8 X 1 0一3 Ω c m未満の抵抗率を有する請求項 7または 8記載の窒化物半導体発光素子。
1 0 . 上記 N型コンタクト層が第 1面と第 2面とを有する N型不純物をドープ した窒化物半導体超格子層からなり、 上記第 1面と第 2面とに接してそれぞれ N 型不純物をドープしないアンドープ窒化物半導体層または n型不純物が超格子層 より少ない窒化物半導体層を形成してなる請求項 6記載の窒化物半導体発光素子。
1 1 . 上記 N型コンタクト層がサファイア基板上に形成されたバッファ層上に 形成された N型不純物をド一プされないアンドープ G a N上に形成され、 該 N型 コンタクト層上に N型不純物をドープされないアンドープ G a Nを介して上記活 を含む他の窒化物層を積層する請求項 7記載の窒化物半導体発光素子。
1 2 . 基板上に少なくとも N電極を形成する N型コンタクト層と、 電子と正孔 とを再結合させる活性層と、 P電極を形成する P型コンタクト層とを備え、 各層 が窒化物半導体からなる発光素子にぉレ、て、
上記 N型コンタクト層が G a Nからなり、 上記 N型不純物として S iがドープ され、 その第 1面と第 2面に接して形成される窒化物半導体層の少なくとも 1層 が N型コンタクト層より低濃度の S iがドープされてなり、 その第 1面に接して 形成される第 1の窒化物半導体層が G a Nまたは A 1 G a Nである一方、 その第 2面に接して形成される第 3の窒化物^ ¾体が G a N， A 1 G a Nまたは I n G a Nである窒化物半導体発光素子。
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