JP2010067927A - Nitride semiconductor light emitting element - Google Patents
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Abstract
【課題】窒化物半導体発光素子において、活性層を構成する量子井戸層とバリア層の界面での転位・欠陥の発生を抑制し、高信頼性かつ高光出力の窒化物半導体発光素子を実現する。
【解決手段】基板上に、単一または多重量子井戸構造の活性層をp型及びn型の一対のクラッド層で挟んだ窒化物系半導体発光素子において、前記活性層はバリア層と量子井戸層が交互に積層される構造を有し、前記バリア層はn型不純物がドープされ、n型不純物ドーピング濃度がn1である第1ドープ層と、n型不純物ドーピング濃度がn2である第2ドープ層と、n型不純物ドーピング濃度がn1である第3ドープ層からなる積層構造を有し、0<n1/n2≦0.8の関係を満たし、前記バリア層の膜厚はbnmとした場合、第1ドープ層の膜厚は0.25 nm以上b/2 nm未満であることを特徴とする。
【選択図】図2In a nitride semiconductor light emitting device, a nitride semiconductor light emitting device having high reliability and high light output is realized by suppressing the occurrence of dislocations and defects at the interface between a quantum well layer and a barrier layer constituting an active layer.
In a nitride semiconductor light emitting device in which an active layer having a single or multiple quantum well structure is sandwiched between a pair of clad layers of p-type and n-type on a substrate, the active layer includes a barrier layer and a quantum well layer The barrier layer is doped with n-type impurities, the first doped layer having an n-type impurity doping concentration of n1, and the second doped layer having an n-type impurity doping concentration of n2. And the third doped layer having an n-type impurity doping concentration of n1, a relationship of 0 <n1 / n2 ≦ 0.8 is satisfied, and the thickness of the barrier layer is bnm, The thickness of one doped layer is 0.25 nm or more and less than b / 2 nm.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子に関するものであり、特に窒化物半導体発光素子に関するものである。 The present invention relates to a light emitting element such as a light emitting diode or a laser diode, and more particularly to a nitride semiconductor light emitting element.
窒化ガリウム(GaN)などの窒化物系III−V族化合物半導体はワイドバンドギャップを有する半導体である。その特徴を活かし、高輝度の紫外〜青色・緑色発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)や青紫色〜青色レーザダイオード(LD:Laser Diode)などが研究・開発されている。 A nitride-based III-V compound semiconductor such as gallium nitride (GaN) is a semiconductor having a wide band gap. Taking advantage of this feature, high-intensity ultraviolet to blue / green light-emitting diodes (LEDs) and blue-violet to blue laser diodes (LDs) are being researched and developed.
青色LEDまたは青紫色LDの高光出力化を実現するために、結晶の品質向上、活性層での電子―正孔再結合の促進などが重要な課題である。n型層から電子の供給を促進するために、n側の活性層の一部にn型不純物をドーピングする手法が提案されている(特許文献1参照)。 In order to achieve high light output of blue LEDs or blue-violet LDs, improvement of crystal quality and promotion of electron-hole recombination in the active layer are important issues. In order to promote the supply of electrons from the n-type layer, a method of doping an n-type impurity in a part of the n-side active layer has been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら、この手法を用いても高光出力化の要求を満たすことができず、更なる高光出力化が求められる。
量子井戸層とバリア層からなる単一もしくは多重量子井戸活性層を有する半導体発光素子において、バリア層にn型不純物をドーピングすることにより発光素子の高光出力化が促進する場合、ドーピング量によって量子井戸層とバリア層の界面での転位・欠陥が発生し、その結果光出力が低下する課題がある。本発明は、その量子井戸層とバリア層の界面での転位・欠陥の発生を抑制し、高信頼性かつ高光出力の窒化物半導体発光素子を実現するものである。 In a semiconductor light emitting device having a single or multiple quantum well active layer composed of a quantum well layer and a barrier layer, when the light output of the light emitting device is promoted by doping the barrier layer with an n-type impurity, the quantum well depends on the doping amount. There is a problem in that dislocations and defects occur at the interface between the layer and the barrier layer, resulting in a decrease in light output. The present invention suppresses the generation of dislocations and defects at the interface between the quantum well layer and the barrier layer, and realizes a nitride semiconductor light emitting device with high reliability and high light output.
上記課題を解決するために本発明の一形態は、基板上に、単一または多重量子井戸構造の活性層をp型及びn型の一対のクラッド層で挟んだ窒化物系半導体発光素子において、前記活性層はバリア層とこの量子井戸層が交互に積層される構造を有し、前記バリア層はn型不純物がドープされ、n型不純物ドーピング濃度がn1である第1ドープ層と、n型不純物ドーピング濃度がn2である第2ドープ層と、n型不純物ドーピング濃度がn1である第3ドープ層からなる積層構造を有し、0<n1/n2≦0.8の関係を満たし、前記バリア層の膜厚はbnmとした場合、第1ドープ層の膜厚は0.25 nm以上b/2 nm未満であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, one embodiment of the present invention is a nitride-based semiconductor light-emitting device in which an active layer having a single or multiple quantum well structure is sandwiched between a pair of p-type and n-type cladding layers on a substrate. The active layer has a structure in which a barrier layer and this quantum well layer are alternately stacked, and the barrier layer is doped with an n-type impurity, an n-type impurity doping concentration is n1, and an n-type A layered structure comprising a second doped layer having an impurity doping concentration of n2 and a third doped layer having an n-type impurity doping concentration of n1, satisfying a relationship of 0 <n1 / n2 ≦ 0.8, When the film thickness of the layer is b nm, the film thickness of the first doped layer is 0.25 nm or more and less than b / 2 nm.
本発明の一例によれば、量子井戸層とバリア層の界面での転位・欠陥の発生を抑制することができ、また、活性層にかかる内部電界を低減することができ、高信頼性かつ高光出力の窒化物半導体発光素子を提供することが可能となる。 According to an example of the present invention, the generation of dislocations and defects at the interface between the quantum well layer and the barrier layer can be suppressed, and the internal electric field applied to the active layer can be reduced. An output nitride semiconductor light emitting device can be provided.
本願発明者は種々の実験の結果、バリア層にn型不純物をドーピングすることにより発光素子の高光出力化が促進されるが、バリア層へのドーピング量が増えすぎると、特に量子井戸層とバリア層の界面から転位・欠陥が発生してしまい、半導体素子が劣化してしまうことを見出した。本発明は、バリア層へのn型不純物ドーピング量を増やしつつも、量子井戸層とバリア層の界面での劣化を抑制し、高信頼性かつ高光出力の窒化物半導体発光素子を提供するものである。 As a result of various experiments, the inventor of the present application promotes an increase in light output of the light-emitting element by doping the barrier layer with an n-type impurity. However, when the doping amount to the barrier layer is excessively increased, the quantum well layer and the barrier layer are particularly increased. It has been found that dislocations and defects are generated from the interface of the layers, and the semiconductor element deteriorates. The present invention provides a nitride semiconductor light emitting device with high reliability and high light output, which suppresses deterioration at the interface between the quantum well layer and the barrier layer while increasing the amount of n-type impurity doping to the barrier layer. is there.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図であり、より具体的には発光ダイオードの断面構造を示している。図1の発光ダイオードは、サファイア基板1、n型GaN層2と、n型GaNガイド層3、活性層4、p型GaN第1ガイド層5、p型GaAlN層(電子オーバーフロー防止層6)、p型GaN第2ガイド層7、p型GaNコンタクト層8が順に積層された構造を有する。さらに、n型GaN層2上にn電極12、p型GaNコンタクト層8上にp電極11がそれぞれ形成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, and more specifically shows a sectional structure of a light emitting diode. 1 includes a
まず、サファイア基板1上に、バッファ層1aを形成した後、n型不純物がドープされたn型GaN層2を結晶成長する。結晶成長には、例えば有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)が用いられる。この他、分子線エピタキシー法(MBE:Molecular Beam Epitaxy)により結晶成長を行っても良い。n型不純物には、SiやGe、Snなど種々の元素を用いることが可能であるが、ここではSiを用いるものとする。Siのドーピング量としては2×1018cm−3程度にすれば良い。基板1には、サファイアを用いたが、これに限定されることなく、GaN、SiC、Si、GaAs、など様々なものを用いることができる。
First, after forming the
次に、n型GaN層2の上に、n型不純物が1×1018cm−3程度ドープされた、膜厚0.1μm程度のGaNからなるn型ガイド層3を結晶成長させる。n型GaN層2、n型ガイド層3を成長させる際の成長温度はいずれも1000〜1100℃である。また、n型ガイド層として、GaN層ではなく、膜厚0.1μm程度のIn0.01Ga0.99Nを用いても良い。In0.01Ga0.99Nを用いる場合の成長温度は700〜800℃である。
Next, on the n-
次に、n型ガイド層3の上に、膜厚3.5nm程度のアンドープのIn0.2Ga0.8Nからなる量子井戸層4aと、この量子井戸をはさんでその両側に膜厚7nm程度のIn0.01Ga0.99Nからなるバリア層4bを交互に積層した多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)構造の活性層4を形成する。この場合の成長温度は700〜800℃である。室温におけるフォトルミネッセンスの波長をここでは430nmに設計した。バリア層4bは、たとえば、図2に示すように、膜厚1nm、量子井戸層に接しており、n型不純物ドーピング濃度がn1である第1ドープ層(In0.01Ga0.99N層4b1)と、膜厚5nm、量子井戸層に接しておらず、n型不純物ドーピング濃度がn2である第2ドープ層(In0.01Ga0.99N層4b2)と、膜厚1nm、量子井戸層に接しておりn型不純物ドーピング濃度がn1である第3ドープ層(In0.01Ga0.99N層4b3)のような積層構造とすればよい。n1とn2は、0<n1/n2≦0.8の関係を満たす。その理由は図3を参照して説明する。0<n1/n2≦0.8の場合は、量子井戸層とバリア層との界面に転位や欠陥が発生することなく、n型不純物が適切な量であり、電子−正孔の再結合を促進し、内部量子効率を高く維持することができる。一方、n1/n2>0.8の場合は、量子井戸層に接するバリア層にn型不純物が過剰であるため、転位や欠陥が発生してしまい、電子―正孔の再結合を妨げ、内部量子効率が低下する。4b1、4b3の膜厚は、バリア層4bの膜厚をb nmとしたとき、0.25nm以上b/2nm未満、好ましくは0.50nm以上b/4nm以下、にすれば良い。n型不純物濃度が低い領域、即ちn型不純物ドーピング濃度がn1であるIn0.01Ga0.99N層の膜厚が厚くなると、量子井戸層への電子の注入効率が悪くなり、光出力向上を妨げるためである。図4は二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により、Inの二次イオン強度、Si濃度、をプロットした模式図である。作製したウェハのInの2次イオン強度、Si濃度を測定すると、量子井戸層に接するバリア層のSi濃度は低くなっていた。
Next, on the n-
また、図7に示すように、バリア層は、膜厚1nm、n型不純物濃度がn1である第1ドープ層、膜厚2nm、n型不純物濃度がn2である第2ドープ層、膜厚1nm、n型不純物濃度がn1である第1ドープ層、膜厚2nm、n型不純物濃度がn2である第2ドープ層、膜厚1nm、n型不純物濃度がn1である第1ドープ層、のように、n型不純物濃度が異なる層が交互に形成されても良い。図3の説明と同様に、0<n1/n2≦0.8の場合は、量子井戸層とバリア層との界面に転位や欠陥が発生することなく、n型不純物が適切な量であり、電子−正孔の再結合を促進し、内部量子効率を高く維持することができる。一方、n1/n2>0.8の場合は、量子井戸層に接するバリア層にn型不純物が過剰であるため、転位や欠陥が発生してしまい、電子―正孔の再結合を妨げ、内部量子効率が低下する。適切なn型不純物濃度を設定することにより、内部量子効率が向上する。 Further, as shown in FIG. 7, the barrier layer has a film thickness of 1 nm, a first doped layer with an n-type impurity concentration of n1, a film thickness of 2 nm, a second doped layer with an n-type impurity concentration of n2, and a film thickness of 1 nm. A first doped layer having an n-type impurity concentration of n1, a second doped layer having a thickness of 2 nm, an n-type impurity concentration of n2, and a first doped layer having a thickness of 1 nm and an n-type impurity concentration of n1. In addition, layers having different n-type impurity concentrations may be alternately formed. Similar to the description of FIG. 3, in the case of 0 <n1 / n2 ≦ 0.8, the n-type impurity is in an appropriate amount without causing dislocations or defects at the interface between the quantum well layer and the barrier layer, The electron-hole recombination is promoted, and the internal quantum efficiency can be kept high. On the other hand, when n1 / n2> 0.8, the barrier layer in contact with the quantum well layer has excessive n-type impurities, which causes dislocations and defects and prevents electron-hole recombination, Quantum efficiency decreases. By setting an appropriate n-type impurity concentration, the internal quantum efficiency is improved.
次に、活性層4の上に、GaNからなるp型第1ガイド層5を成長させる。膜厚は30nm程度であれば良い。GaNを成長する温度は1000〜1100℃である。p型不純物としては、MgやZnなど種々の元素を用いることが可能であるが、ここではMgを用いるものとする。Mgのドーピング量としては4×1018cm−3程度であれば良い。また、p型第1ガイド層として、膜厚30nm程度のIn0.01Ga0.99Nを用いても良い。In0.01Ga0.99Nを用いる場合の成長温度は700〜800℃である。
Next, a p-type
次にp型第1ガイド層5の上に、p型不純物がドープされた膜厚10nm程度のGa0.8Al0.2Nを電子オーバーフロー防止層6として成長させる。Mgのドーピング量としては4×1018cm−3程度であれば良い。Ga0.8Al0.2Nの成長温度は1000〜1100℃である。
Next, on the p-type
次に、電子オーバーフロー防止層6の上に、Mgが1×1019cm−3程度ドープされたp型GaN第2ガイド層7を成長する。膜厚は50nm程度あれば良い。GaNを成長する温度は1000〜1100℃である。
Next, a p-type GaN second guide layer 7 doped with about 1 × 10 19 cm −3 of Mg is grown on the electron
最後に、Mgが1×1020cm−3程度ドープされた、膜厚60nm程度のp型GaNコンタクト層8を成長する。 Finally, a p-type GaN contact layer 8 having a film thickness of about 60 nm and doped with about 1 × 10 20 cm −3 of Mg is grown.
結晶成長を行ったウェハに対して、以下のデバイスプロセスを行うことにより、最終的に発光ダイオードが作製される。 A light emitting diode is finally produced by performing the following device process on the wafer on which the crystal has been grown.
p型GaNコンタクト層8の上には、例えばパラジウム−白金−金(Pd/Pt/Au)の複合膜からなるp型電極11が形成される。例えば、Pdは膜厚0.05μm、Ptは膜厚0.05μm、Auは膜厚0.05μmである。
On the p-type GaN contact layer 8, a p-
p型電極11の形成後、一部にドライエッチングを施し、n型GaN層2を露出させ、n型電極12を形成する。n型電極12としては、例えば、チタン−白金−金(Ti/Pt/Au)の複合膜からなる。膜厚としては、例えば、膜厚0.05μm程度のTi膜、膜厚0.05μm程度のPt膜、および膜厚1.0μm程度のAu膜である。
After the formation of the p-
本実施形態で作製した青色LEDと、通常のLED(バリア層4bにSiを一様にドープしたもの)の特性を比較した。通常のLEDでは、動作電流20mAにおける動作電圧が3.2V、光出力が15mWであった。本実施例のLEDの同条件における動作電圧は3.2V、光出力は20mWまでに達した。光出力が向上したのは、バリア層にSiを本実施例のように選択的にドーピングすることにより活性層の結晶品質が向上したこと、欠陥・転位が減少したこと、などによるものと考えられる。 The characteristics of the blue LED fabricated in this embodiment and a normal LED (the barrier layer 4b with Si uniformly doped) were compared. In a normal LED, the operating voltage at an operating current of 20 mA was 3.2 V, and the light output was 15 mW. The operating voltage of the LED of this example under the same conditions was 3.2 V, and the light output reached 20 mW. The light output was improved because the crystal quality of the active layer was improved by selectively doping Si into the barrier layer as in this example, and defects and dislocations were reduced. .
(第2の実施形態)
図5は本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図であり、より具体的にはレーザダイオードの断面構造を示している。図5のレーザダイオードは、n型GaN基板101、n型GaN層102、n型GaAlNクラッド層103、n型GaNガイド層104、活性層105、p型GaN第1ガイド層106、p型GaAlN層(電子オーバーフロー防止層107)、p型GaN第2ガイド層108、p型GaAlNクラッド層109、p型GaNコンタクト層110が順に積層された構造を有する。p型GaAlNクラッド層109の上部はリッジ部130とされ、p型GaNコンタクト層110もリッジ部130とほぼ同様の幅とされる。リッジ部130及びp型GaNコンタクト層110の側面、非リッジ部となるp型GaAlNクラッドの表面には電流ブロック層131が形成される。p型GaNコンタクト層110の上方にはp側電極121が、n型GaN基板101の裏面にはn側電極122が形成される。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, and more specifically shows a sectional structure of a laser diode. 5 includes an n-
まず、n型GaN基板101上に、n型不純物がドープされたn型GaN層102を結晶成長する。n型不純物には、ここではSiを用いた。Siのドーピング量としては2×1018cm−3程度にすれば良い。基板には、n型GaN以外にも、サファイア、SiC、Si、GaAs、など種々の選択が可能である。
First, an n-
次に、n型GaN層102の上に、n型不純物が1×1018cm−3程度ドープされた、膜厚1.5μm程度のGa0.95Al0.05Nからなるn型クラッド層103を結晶成長させる。
Next, on the n-
次に、n型Ga0.95Al0.05Nクラッド層103の上に、n型不純物が1×1018cm−3程度ドープされた、膜厚0.1μm程度のGaNからなるn型ガイド層104を結晶成長させる。n型GaN層102、n型Ga0.95Al0.05Nクラッド層103、n型ガイド層104を成長させる際の成長温度はいずれも1000〜1100℃である。また、n型ガイド層として、GaN層ではなく、膜厚0.1μm程度のIn0.01Ga0.99Nを用いても良い。In0.01Ga0.99Nを用いる場合の成長温度は700〜800℃である。
Next, on the n-type Ga 0.95 Al 0.05
次に、n型ガイド層104の上に、膜厚3.5nm程度のアンドープのIn0.1Ga0.9Nからなる量子井戸層105aと、この量子井戸をはさんでその両側に膜厚7nm程度のIn0.01Ga0.99Nからなるバリア層105bを交互に積層したMQW構造の活性層105を形成する。この場合の成長温度は700〜800℃である。室温におけるフォトルミネッセンスの波長をここでは405nmに設計した。バリア層105bは、たとえば、図6に示すように膜厚1nm、量子井戸層に接しておりn型不純物ドーピング濃度がn1である第1ドープ層(In0.01Ga0.99N層105b1)と、膜厚5nm、量子井戸層に接しておらず、n型不純物ドーピング濃度がn2である第2ドープ層(In0.01Ga0.99N層105b2)と、膜厚1nm、量子井戸層に接しておりn型不純物ドーピング濃度がn1である第3ドープ層(In0.01Ga0.99N層105b3)のような積層構造とすればよい。n1とn2は、0<n1/n2≦0.8の関係を満たす。105b1、105b3の膜厚は、バリア層105bの膜厚をb nmとしたとき、0.25nm以上b/2nm未満、好ましくは0.50nm以上b/4nm以下、にすれば良い。n型不純物濃度が低い領域、即ちn型不純物ドーピング濃度がn1であるIn0.01Ga0.99N層の膜厚が厚くなると、量子井戸層への電子の注入効率が悪くなり、光出力向上を妨げるためである。
Next, on the n-
次に、活性層105の上に、GaNからなるp型第1ガイド層106を成長させる。膜厚は90nm程度であれば良い。GaNを成長する温度は1000〜1100℃である。p型不純物としては、ここではMgを用いた。Mgのドーピング量としては4×1018cm−3程度であれば良い。また、p型第1ガイド層として、膜厚0.1μm程度のIn0.01Ga0.99Nを用いても良い。In0.01Ga0.99Nを用いる場合の成長温度は700〜800℃である。
Next, a p-type
次にp型第1ガイド層106の上に、p型不純物がドープされた膜厚10nm程度のGa0.8Al0.2Nを電子オーバーフロー防止層107として成長させる。Mgのドーピング量としては4×1018cm−3程度であれば良い。Ga0.8Al0.2Nの成長温度は1000〜1100℃であるが、700〜800℃に設定しても良い。
Next, on the p-type
次に、電子オーバーフロー防止層107の上に、Mgが1×1019cm−3程度ドープされたp型GaN第2ガイド層108を成長する。膜厚は50nm程度あれば良い。GaNを成長する温度は1000〜1100℃である。
Next, a p-type GaN
次に、p型第2ガイド層108の上に、p型不純物が1×1019cm−3程度ドープされた、膜厚0.6μm程度のGa0.95Al0.05Nからなるp型クラッド層109を結晶成長させる。
Next, the p-type
最後に、Mgが1×1020cm−3程度ドープされた、膜厚60nm程度のp型GaNコンタクト層110を成長する。
Finally, a p-type
結晶成長を行ったウェハに対して、以下のデバイスプロセスを行うことにより、最終的にレーザダイオードが作製される。 By performing the following device process on the wafer on which the crystal has been grown, a laser diode is finally manufactured.
図5に示すように、p型クラッド層109と、p型コンタクト層110との積層構造は中央にp型クラッド層109と、p型コンタクト層110とからなるリッジ部130を有する。p型クラッド層109とp型コンタクト層110とがなす積層構造は、紙面に垂直方向に延伸しており、共振器を構成する。なお、リッジ部構造は、図1に示すように、断面が垂直側壁を有する矩形に限定されず、メサ型の斜面を有して台形なしても構わない。p型コンタクト層110の幅、即ちリッジ部130の幅は約2μmである。ここで、共振器方向(紙面に垂直方向)を、窒化物系III−V族化合物半導体の<1−100>方向に合わせる。
As shown in FIG. 5, the stacked structure of the p-
リッジ部130及びp型GaNコンタクト層110の側面、非リッジ部となるp型GaAlNクラッドの表面には、絶縁膜からなる電流ブロック層が形成され、電流ブロック層により横モードが制御される。電流ブロック層の膜厚は設計により任意に選択できるが、0.3μm〜0.6μm程度の値、例えば、0.5μm程度に設定すれば良い。ここで、電流ブロック層131には、AlN膜、Ga0.8Al0.2N膜等の高比抵抗半導体膜を用いても良く、プロトン照射した半導体膜、シリコン酸化膜(SiO2膜)、等が使用可能である。更に、例えば、SiO2膜とZrO2膜とによる混合された膜でも構わない。即ち、電流ブロック層としては、活性層105に用いている窒化物系III−V族化合物半導体よりも屈折率が低いものであれば種々の材料が採用可能である。すなわち、活性層105におけるIn0.1Ga0.9Nからなる量子井戸層の、波長405nmにおける屈折率は2.60であるから、これよりも低屈折率の材料を用いればよい。波長405nmにおけるSiO2膜の屈折率は1.49、AlN膜の屈折率は2.16、Ga0.8Al0.2N膜の屈折率は2.44であるから、条件を満たしている。本実施形態のリッジ導波路型レーザ構造だけでなく、絶縁膜の代わりに、n型GaNやn型GaAlNなどn型の半導体層を用いて、pn接合分離して電流ブロック層として機能させた、埋め込み型レーザ構造でも良い。ここでは、低屈折率電流ブロック層131としてSiO2を用いた。
A current blocking layer made of an insulating film is formed on the side surfaces of the
p型GaNコンタクト層110上には、例えば、パラジウム/白金/金(Pd/Pt/Au)の複合膜(積層膜)からなるp側電極121が配置されている。例えば、Pd膜は膜厚0.05μm、Pt膜は膜厚0.05μm、Au膜は膜厚1.0μmである。
On the p-type
研磨により、GaN基板101の裏側から膜厚150μm程度まで薄くする。n型GaN基板101の裏面には、チタン/白金/金(Ti/Pt/Au)の複合膜(積層膜)等からなるn側電極122が設けられている。n側電極122は、例えば、膜厚0.05μmのTi膜、膜厚0.05μmのPt膜及び膜厚1.0μmのAu膜から構成可能である。
By the polishing, the thickness is reduced from the back side of the
共振器はへき開を用いて形成する。すなわち、へき開端面を共振器終端の両側とし、レーザの反射鏡として機能させる。ここでへき開面は窒化物系III−V族化合物半導体の{1−100}面である。共振器長としては例えば600μmにすれば良い。 The resonator is formed using cleavage. That is, the cleaved end faces are on both sides of the resonator end, and function as a laser reflecting mirror. Here, the cleavage plane is the {1-100} plane of the nitride III-V compound semiconductor. For example, the resonator length may be 600 μm.
また、端面には誘電体からなる保護膜を形成し、光の出射端面の反射率を10%、後方の端面の反射率を95%とした。 Further, a protective film made of a dielectric was formed on the end face, and the reflectance of the light exit end face was set to 10%, and the reflectivity of the rear end face was set to 95%.
端面コートが終わったバーをチップ化するときは、200〜600μmにすれば良く、ここでは400μmとした。さらに、LDチップは5.6mmφの缶パッケージにマウントした。 When the end-coated bar is made into a chip, it may be 200 to 600 μm, and here it is 400 μm. Further, the LD chip was mounted on a 5.6 mmφ can package.
本実施形態で作成したLDと、通常のリッジ型LDの特性を比較した。電流―光出力特性を25℃において行い、50nsのパルス電流で評価を行った。通常のリッジ型LDでは、しきい値電流は30mAであった。一方、本実施形態で作成したリッジ型LDでは、しきい値電流が20mAと低くなった。これは、バリア層105bにSiを選択的にドーピングすることにより活性層の結晶品質が向上して、利得揺らぎが減少し、しきい値電流が減少したと考えられる。 The characteristics of the LD produced in this embodiment and the normal ridge type LD were compared. Current-light output characteristics were measured at 25 ° C. and evaluated with a pulse current of 50 ns. In a normal ridge type LD, the threshold current was 30 mA. On the other hand, in the ridge type LD produced in the present embodiment, the threshold current was as low as 20 mA. This is presumably because the crystal quality of the active layer is improved by selectively doping Si into the barrier layer 105b, the gain fluctuation is reduced, and the threshold current is reduced.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。また、上記実施形態の中で説明した組成や膜厚なども一例であり、種々の選択が可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. In addition, the composition and film thickness described in the above embodiment are examples, and various selections are possible.
1 サファイア基板
1a バッファ層
2 n型GaN層
3 n型GaNガイド層
4 活性層
5 p型GaN第1ガイド層
6 p型GaAlN電子オーバーフロー防止層
7 p型GaN第2ガイド層
8 p型GaNコンタクト層
11 p型電極
12 n型電極
4a 量子井戸層
4b バリア層
4b1 第1ドープ層
4b2 第2ドープ層
4b3 第3ドープ層
101 n型GaN基板
102 n型GaN層
103 n型GaAlNクラッド層
104 n型GaNガイド層
105 活性層
106 p型GaN第1ガイド層
107 p型GaAlN電子オーバーフロー防止層
108 p型GaN第2ガイド層
109 p型GaAlNクラッド層
110 p型GaNコンタクト層
121 p型電極
122 n型電極
130 リッジ部
131 電流ブロック層
105a 量子井戸層
105b バリア層
105b1第1ドープ層
105b2第2ドープ層
105b3第3ドープ層
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記活性層は量子井戸層と、この量子井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいバリア層とが交互に積層される構造を有し、
前記バリア層はn型不純物がドープされ、n型不純物ドーピング濃度がn1である第1ドープ層と、n型不純物ドーピング濃度がn2である第2ドープ層と、n型不純物ドーピング濃度がn1である第3ドープ層からなる積層構造を有し、0<n1/n2≦0.8の関係を満たし、
前記バリア層の膜厚はbnmとした場合、第1ドープ層の膜厚は0.25 nm以上b/2 nm未満であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 In a nitride semiconductor light emitting device in which an active layer having a single or multiple quantum well structure is sandwiched between a pair of clad layers of p-type and n-type on a substrate,
The active layer has a structure in which a quantum well layer and a barrier layer having a larger band gap energy than the quantum well layer are alternately stacked,
The barrier layer is doped with n-type impurities, the first doped layer having an n-type impurity doping concentration of n1, the second doped layer having an n-type impurity doping concentration of n2, and the n-type impurity doping concentration of n1. Having a laminated structure composed of a third doped layer, satisfying a relationship of 0 <n1 / n2 ≦ 0.8,
The nitride semiconductor light emitting device, wherein the thickness of the barrier layer is bnm, and the thickness of the first doped layer is 0.25 nm or more and less than b / 2 nm.
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