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JPH1168158A - 窒化ガリウム系化合物半導体装置 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体装置

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Publication number
JPH1168158A
JPH1168158A JP22332297A JP22332297A JPH1168158A JP H1168158 A JPH1168158 A JP H1168158A JP 22332297 A JP22332297 A JP 22332297A JP 22332297 A JP22332297 A JP 22332297A JP H1168158 A JPH1168158 A JP H1168158A
Authority
JP
Japan
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layer
gallium nitride
compound semiconductor
film
based compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP22332297A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Kano
隆司 狩野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP22332297A priority Critical patent/JPH1168158A/ja
Priority to US09/463,985 priority patent/US6388275B1/en
Priority to PCT/JP1998/003611 priority patent/WO1999009602A1/ja
Priority to EP98937810A priority patent/EP1018770A4/en
Priority to KR1020007001714A priority patent/KR20010023092A/ko
Publication of JPH1168158A publication Critical patent/JPH1168158A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、格子定数や熱膨張率差による歪
みが原因とされるクラックや欠陥の発生を防止し、膜厚
の厚い窒化ガリウム系半導体層を形成できる半導体装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 この発明の窒化ガリウム系化合物半導体
装置は、ｎ型ＧａＮ膜からなるコンタクト層４と、ｎ型
ＡｌyＧａ1-yＮ膜からなるクラッド層５の間にｎ型Ｇａ
Ｎ膜とＡｌyＧａ1-yＮ膜の組成をそれぞれ有するクラッ
ク防止バッファ層５を介在させた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、発光ダイオー
ド、レーザダイオードなどの発光デバイスに用いて好適
な窒化ガリウム系化合物半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化インジウムガリウム（ＩｎxＧａ1-x
Ｎ）化合物半導体膜は、そのＩｎ組成（ｘ）を変化させ
ることにより、可視全域の波長の発光を得る材料として
注目されており、この材料を用いたリッジ型ＩｎＧａＮ
系ＭＱＷレーザダイオードが提案されている（レーザー
学会学術講演会第１７回年次大会講演予稿集Ｓ１７ない
しＳ２０参照）。
【０００３】上記したリッジ型ＩｎＧａＮ系ＭＱＷレー
ザダイオードは、図１２に示すように、サファイア基板
４１上にＧａＮバッファ層４２、ｎ型ＧａＮコンタクト
層４３、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層４４、ｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層４５、ｎ型ＧａＮガイド層４６、Ｉｎ
ＧａＮ組成のＭＱＷ活性層４７、ｐ型ＡｌＧａＮキャッ
プ層４８、ｐ型ＧａＮガイド層４９、ｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層５０、ｐ型ＧａＮコンタクト層５１、がこの順
序で形成されている。そして、ｐ電極５２はｐ型コンタ
クト層５１上に、また、ｎ電極５３はｎ型コンタクト層
４３までエッチングして上から採られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記したリッジ型Ｉｎ
ＧａＮ系ＭＱＷレーザダイオードなどの窒化ガリウム系
化合物半導体装置においては、エピタキシャル成長によ
りコンタクト層上にクラッド層となるＡｌＧａＮを形成
する際に、格子定数や熱膨張率の差によりクラッド層に
クラックが発生するために、膜厚の厚いＡｌＧａＮ層が
形成できないという問題がある。上記したリッジ型Ｉｎ
ＧａＮ系ＭＱＷレーザダイオードにおいては、クラッド
層とコンタクト層との間にｎ型ＩｎＧａＮクラック防止
層を設けているが、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層にお
いてもその上に形成されるＡｌＧａＮからなるクラッド
層とは、格子定数及び熱膨張率が相違するために、やは
り膜厚の厚いＡｌＧａＮ層が形成できないという問題が
ある。
【０００５】この発明は、上述した従来の問題点に鑑み
なされたものにして、格子定数や熱膨張率差による歪み
が原因とされるクラックや欠陥の発生を防止し、膜厚の
厚い窒化ガリウム系半導体層を形成できる半導体装置を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の窒化ガリウム
系化合物半導体装置は、第１の窒化ガリウム系化合物半
導体層と、この第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と
は組成の異なる第２の窒化物ガリウム系半導体層との間
に第１及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体層の組成
をそれぞれ有するバッファ層を介在させたことを特徴と
する。
【０００７】前記バッファ層は、第１の窒化ガリウム系
化合物半導体層と同じ組成の層と、第２の窒化物ガリウ
ム系半導体層と同じ組成の層と、を交互に積層した超格
子構造層で構成することができる。
【０００８】また、前記バッファ層は、第１の窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と同じ組成の層から第２の窒化物
ガリウム系半導体層と同じ組成の層へ組成比を変化させ
て形成することができる。
【０００９】また、この発明は、第１の窒化ガリウム系
化合物半導体層からなる一導電型のコンタクト層と、こ
の第１の窒化ガリウム系化合物半導体層とは組成の異な
る第２の窒化物ガリウム系半導体層からなる一導電型の
クラッド層と、量子井戸構造からなる窒化インジウムガ
リウム組成の活性層と、前記第１の窒化ガリウム系化合
物半導体層とは組成の異なる第２の窒化物ガリウム系半
導体層からなる他導電型のクラッド層と、前記第１の窒
化ガリウム系化合物半導体層からなる他導電型のコンタ
クト層と、からなる窒化ガリウム系化合物半導体層にお
いて、少なくとも前記一導電型のコンタクト層と一導電
型のクラッド層の間に前記第１及び第２の窒化ガリウム
系化合物半導体層の組成をそれぞれ有するバッファ層を
介在させたことを特徴とする。
【００１０】前記クラッド層の両側に前記第１及び第２
の窒化ガリウム系化合物半導体層の組成をそれぞれ有す
るバッファ層を介在させるとよい。
【００１１】上記したバッファ層を第１及び第２の窒化
ガリウム系化合物半導体層の間に形成することで、バッ
ファ層が第１及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体層
の双方の格子定数と熱膨張率を緩和するように作用し、
格子定数差や熱膨張率の差に起因するクラックや欠陥の
発生が抑制される。この結果、厚いｎ型又はｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長させても
クラックが発生することがなくなり、より効率的な活性
層でのキャリアの閉じこめと光の閉じこめが可能な発光
素子を形成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の窒化ガリウム
系化合物半導体装置の第１の実施の形態を示し、Ｉｎx
Ｇａ1-xＮ化合物半導体膜からなる量子井戸構造（ＳＱ
Ｗ）または多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を活性層として
用いた半導体レーザダイオードの縦断面側面図である。
【００１３】この半導体レーザダイオードは、サファイ
ア基板１上にｎ型窒化物系化合物半導体としての膜厚１
００〜２００オングストロームのＡｌＧａＮバッファ層
２及びこの上に膜厚４００オングストロームのアンドー
プの窒化ガリウム（ＧａＮ）下地層３が形成されてい
る。このＧａＮ下地層３上にｎ型コンタクト層４となる
膜厚３０００オングストローム程度のＳｉをドープした
ｎ型ＧａＮ膜が形成されている。そして、このｎ型Ｇａ
Ｎ膜からなるコンタクト層４上にクラッド層６とｎ型Ｇ
ａＮ膜からなるコンタクト層４の組成をそれぞれ有する
クラック防止バッファ層５が設けられる。このクラック
防止バッファ層５の詳細については後述する。
【００１４】クラック防止バッファ層５上に膜厚１５０
０オングストローム程度のｎ型Ａｌ yＧａ1ーyＮのクラッ
ド層６が形成されている。このクラッド層６上に膜厚３
００オングストローム程度のアンドープのＧａＮまたは
ｎ型ＧａＮ膜の光ガイド層７が形成され、この光ガイド
層７上に量子井戸構造（ＳＱＷ）または多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造からなるＩｎＧａＮ組成の活性層８が形
成される。この活性層８上に膜厚３００オングストロー
ム程度のｐ型ＧａＮ膜からなる光ガイド層９と膜厚１５
００オングストローム程度のＭｇをドープしたｐ型Ａｌ
yＧａ1ーyＮ膜からなるクラッド層１０が形成されてい
る。そして、クラッド層１０上に膜厚３０００オングス
トロームのｐ型ＧａＮ膜からなるコンンタクト層１１が
形成されている。ｎ型電極１２を上からコンタクトする
ためにｎ型コンタクト層４までメサエッチングされ、Ｓ
ｉＯ2などの絶縁膜１４で被覆し、この絶縁膜１４のｐ
電極部分とｎ電極部分を除去して、ｎ電極１２およびｐ
電極１３がそれぞれ設けられる。
【００１５】さて、上記したクラック防止バッファ層５
は、ＡｌyＧａ1ーyＮ膜からなるクラッド層６とｎ型Ｇａ
Ｎ膜からなるコンタクト層４の組成をそれぞれ有して、
ｎ型ＧａＮ膜とＡｌyＧａ1ーyＮ膜との格子定数差や熱膨
張率差を緩和するように作用する。このため、このバッ
ファ層５は、ｎ型ＧａＮ膜からなるコンタクト層４と同
じ組成のｎ型ＧａＮ膜薄膜とｎ型ＡｌyＧａ1ーyＮクラッ
ド層６と同じ組成のｎ型ＡｌyＧａ1ーyＮ薄膜を交互に積
層した超格子構造のものが用いられる。例えば、クラッ
ド層６としてｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜を用いた場合、
膜厚５０オングストロームのｎ型ＧａＮ膜と膜厚５０オ
ングストロームＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜とを交互に積層形
成することにより、クラック防止バッファ層５を形成す
ることができる。
【００１６】また、クラック防止バッファ層５として
は、例えば、クラッド層６としてｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ膜を用いた場合、膜厚５０オングストロームのｎ型Ｇ
ａＮ膜と膜厚５０オングストロームＡｌyＧａ1-yＮ膜と
を交互に積層形成し、Ａｌ組成比を０から０．１５まで
順次増加させるグレーティング構造にすることで、クラ
ック防止バッファ層５を形成することもできる。
【００１７】さらに、クラッド層６としてｎ型Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ膜を用いた場合、Ａｌ組成比を膜厚方向に勾
配を持たせて０から０．１５まで変化させて膜を形成す
ることにより、クラック防止バッファ層５を形成するこ
ともできる。
【００１８】図２ないし図４に上記各構成のクラック防
止バッファ層５を設けたときのエネルギーバンド図を示
す。図２は、膜厚５０オングストロームのｎ型ＧａＮ膜
と膜厚５０オングストロームＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜とを
交互に積層形成したクラック防止バッファ層５の場合、
図３は、Ａｌ組成比を０から０．１５まで順次増加させ
たグレーティング構造のクラック防止バッファ層５の場
合、図４はＡｌ組成比を膜厚方向に勾配を持たせて変化
させた場合のクラック防止バッファ層５を用いた半導体
レーザダイオードである。
【００１９】上記した各クラック防止バッファ層５をコ
ンタクト層４とクラッド層６の間に形成することで、ク
ラック防止バッファ層５がコンタクト層４とクラッド層
６の双方の格子定数と熱膨張率を緩和するように作用
し、格子定数差や熱膨張率の差に起因するクラックや欠
陥の発生が抑制される。この結果、厚いｎ型又はｐ型Ａ
ｌＧａＮをエピタキシャル成長させてもクラックが発生
することがなくなり、より効率的な活性層でのキャリア
の閉じこめと光の閉じこめが可能な発光素子を形成する
ことができる。
【００２０】上記図１に示す半導体レーザダイオードの
各化合物半導体膜はＭＯＣＶＤ法によりサファイア基板
１上に形成される。図５は、上記各化合物半導体膜の成
膜に用いられる横型ＭＯＣＶＤ装置の一例を示す模式図
である。
【００２１】この横型ＭＯＣＶＤ装置は、２層流構造に
なっており、２層流ガスが交わる形成室３０内のところ
にサファイア基板１が図示しないサセプタにより傾斜を
有して保持される。この形成室３０は、図示しない真空
ポンプにより所定の真空度に排気される。また、サセプ
タは高周波コイルなどにより所定の成長温度に加熱され
るようになっている。
【００２２】そして、形成室３０内には、原料ガス供給
ライン３１より原料ガスが基板１の表面に供給されると
共に、その原料ガス供給ライン３１より上層に配置され
た上層流ガスライン３２より水素及び／又は窒素ガスが
供給される。この上層流ガスライン３２は、バルブを介
して水素（Ｈ2）ガスボンベ、窒素（Ｎ2）ガスボンベに
接続されている。そして、この上層流ガスライン３２か
ら供給される水素（Ｈ 2）ガス及び／又は窒素（Ｎ2）ガ
スにより、原料ガスが基板１面に押圧され、原料ガスが
基板１に接触される。
【００２３】原料ガスとしてのトリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇ）の有機金属化合物ソースは、微量のバブリングガス
により気化され、図示しないバルブを介して原料ガス供
給ライン３１に与えられる。また、アンモニア（Ｎ
Ｈ3）、Ｓｉを含むｎ型ドーパントガス（例えば、Ｓｉ
Ｈ4）、Ｍｇを含むｐ型ドーパントガス（例えば、Ｃｐ2
Ｍｇ）も図示しないバルブを介して原料ガス供給ライン
３１に与えられる。
【００２４】上記のように構成された横型ＭＯＣＶＤ装
置を用いて、図１に示す半導体レーザダイオードを製造
する方法について説明する。
【００２５】まず、基板１上にＡｌＧａＮバッファ層２
を形成する。原料ガスとして、ＴＭＡ、ＴＭＧとＮＨ3
を形成室３０内に供給し、基板温度を６００℃に保ち基
板１上に膜厚１５０オングストロームのＡｌ0.6Ｇａ0.4
Ｎバッファ層２を形成する。
【００２６】次に、原料ガスとして、ＴＭＧとＮＨ3を
形成室３０内に供給し、基板温度を１１５０℃に保ちＡ
ｌ0.6Ｇａ0.4Ｎバッファ層２に膜厚４０００オングスト
ロームのアンドープのＧａＮ下地層３を形成する。
【００２７】続いて、原料ガスをＴＭＧ、ＮＨ3、ドー
パントガスをＳｉＨ4に切り替え形成室３０内にそれぞ
れ供給し、基板温度を１１５０℃に保ちＡｌＧａＮ下地
層３上に膜厚４０００オングストロームのｎ型ＧａＮ膜
からなるコンタクト層４を形成する。
【００２８】そして、原料ガスをＴＭＧ、ＮＨ3、ドー
パントガスをＳｉＨ4のままで形成室３０内にそれぞれ
供給し、基板温度を１１５０℃に保ち、膜厚５０オング
ストロームのｎ型ＧａＮ膜を形成した後、原料ガスにＴ
ＭＡを加えて形成室３０内にそれぞれ供給し、基板温度
を１１５０℃に保ち、膜厚５０オングストロームｎ型Ａ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜を形成する。以下、ＴＭＡの形成室
３０内への供給を制御し、膜厚５０オングストロームの
ｎ型ＧａＮ膜と膜厚５０オングストロームｎ型Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ膜を交互に４ペア積層形成し、超格子構造の
クラック防止バッファ層５を形成する。
【００２９】次に、原料ガスをＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｎ
Ｈ3、ドーパントガスをＳｉＨ4のままで形成室３０内に
それぞれ供給し、基板温度を１１５０℃に保ち、膜厚３
０００オングストロームのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜か
らなるクラッド層６をクラック防止バッファ層５上に形
成する。
【００３０】続いて、原料ガスをＴＭＧ、ＮＨ3、ドー
パントガスをＳｉＨ4に切り替えて形成室３０内にそれ
ぞれ供給し、基板温度を１１５０℃に保ち、膜厚１００
０オングストロームのｎ型ＧａＮ膜からなる光ガイド層
７をクラッド層６上に形成する。
【００３１】そして、原料ガスをＴＭＩ、ＴＥＧとＮＨ
3に切り替え形成室３０内にそれぞれ供給し、基板温度
を８６０℃に保ち、光ガイド層７上に障壁層となる膜厚
７０オングストロームのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ膜を形成
し、次に基板温度を８００℃に保ち井戸層となる膜厚３
０オングストロームのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜を形成し、
以下、同様にこのペアを２０ペア積層して、ＭＱＷ・Ｉ
ｎＧａＮ組成の活性層８を形成する。
【００３２】次に、原料ガスを、ＴＭＧとＮＨ3、ドー
パントガスをＣｐ2Ｍｇに切り替えて形成室３０内にそ
れぞれ供給し、基板温度を１１５０℃に保ち、Ｍｇがド
ープされた膜厚１０００オングストロームのｐ型ＧａＮ
膜からなる光ガイド層９を形成する。
【００３３】続いて、原料ガスを、ＴＭＡ、ＴＭＧとＮ
Ｈ3、ドーパントガスをＣｐ2Ｍｇに切り替えて形成室３
０内にそれぞれ供給し、基板温度を１１５０℃に保ち、
Ｍｇがドープされた膜厚３０００オングストロームのｐ
型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜からなるクラッド層１０を形成
する。
【００３４】そして、原料ガスを、ＴＭＧとＮＨ3、ド
ーパントガスをＣｐ2Ｍｇに切り替えて形成室３０内に
それぞれ供給し、基板温度を１１５０℃に保ち、クラッ
ド層１０上に膜厚３０００オングストロームのｐ型Ｇａ
Ｎ膜からなるコンタクト層１１を形成する。
【００３５】その後、メサエッチングを施してｎ型コン
タクト層表面を露出させた後、ＳｉＯ2からなる絶縁膜
１４を形成し、電極部分の絶縁膜を除去した後、ｎ電極
１２及びｐ電極１３がそれぞれ設けられる。
【００３６】上記した製造例は、クラック防止バッファ
層５を超格子構造で構成する場合について説明したが、
図３のバンドエネルギー図に示すように、グレーディン
グを有するクラック防止バッファ層の場合には、ＴＭＡ
の供給量を段階的に増加させるように制御すればよく、
また、図４のバンドエネルギー図に示すように、Ａｌ組
成比を膜厚方向に勾配を持たせて変化させる場合には、
ＴＭＡの供給量を徐々に増加させればよい。
【００３７】図６は、この発明の窒化ガリウム系化合物
半導体装置の第２の実施の形態を示し、ＩｎxＧａ1-xＮ
化合物半導体膜からなる量子井戸構造（ＳＱＷ）または
多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を活性層として用いた半導
体レーザダイオードの縦断面側面図である。この第２の
実施の形態は、第１の実施の形態がｎ型ＧａＮ膜からな
るコンタクト層４とｎ型ＡｌyＧａ1-yＮ膜からなるクラ
ッド層６との間にクラック防止バッファ層５を設けてい
るのに対し、ｎ型及びｐ型クラッド層の両側にクラック
防止バッファ層５を設けている。即ち、ｎ型コンタクト
層４とｎ型クラッド層６の間、ｎ型クラッド層６と光ガ
イド層７との間、光ガイド層９とｐ型クラッド層１０の
間、ｐ型クラッド層１０とｐ型コンタクト層１１との間
にそれぞれクラック防止バッファ層５を設け、クラック
及び欠陥の発生をさらに防いでいる。
【００３８】尚、他の構成は、第１の実施の形態と同様
であるので、説明の重複を避けるために、同一部分には
同一符号を付しここでは説明を省略する。
【００３９】この実施の形態におけるクラック防止バッ
ファ層５も上記第１の実施の形態と同じくは、クラッド
層６またはクラッド８とその両側に位置するＧａＮ膜と
の組成をそれぞれ有して、ＧａＮ膜とＡｌyＧａ1-yＮか
らなるクラッド層との格子定数差や熱膨張率差を緩和す
るように作用する。このため、このバッファ層５は、Ｇ
ａＮ膜と同じ組成の薄膜とクラッド層と同じ組成のＡｌ
yＧａ1ーyＮの薄膜を交互に積層した超格子構造のものが
用いられる。例えば、クラッド層６、８としてＡｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ膜を用いた場合、膜厚５０オングストローム
のＧａＮ膜と膜厚５０オングストロームＡｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ膜とを交互に積層形成することにより、クラック
防止バッファ層５を形成することができる。
【００４０】また、クラック防止バッファ層５として
は、例えば、クラッド層６としてＡｌ 0.15Ｇａ0.85Ｎ膜
を用いた場合、膜厚５０オングストロームのＧａＮ膜と
膜厚５０オングストロームＡｌyＧａ1-yＮ膜とを交互に
積層形成し、Ａｌ組成比を０から０．１５まで順次増加
させるグレーティング構造にすることで、クラック防止
バッファ層５を形成することができる。このときＡｌ組
成比はクラッド層に近くなるほど高くなるように制御し
ている。
【００４１】さらに、クラッド層６、８としてＡｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ膜を用いた場合、Ａｌ組成比を膜厚方向に勾
配を持たせて０から０．１５まで変化させて膜を形成す
ることにより、クラック防止バッファ層５を形成するこ
とができる。このときＡｌ組成比はクラッド層に近くな
るほど高くなるように制御している。
【００４２】図７ないし図９に上記各構成のクラック防
止バッファ層５を設けたときのエネルギーバンド図を示
す。図７は、膜厚５０オングストロームのＧａＮ膜と膜
厚５０オングストロームＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜とを交互
に積層形成したクラック防止バッファ層５の場合、図８
は、Ａｌ組成比０から０．１５まで順次増加させたグレ
ーティング構造のクラック防止バッファ層５の場合、図
９はＡｌ組成比を膜厚方向に勾配を持たせて変化させた
場合のクラック防止バッファ層５を用いた半導体レーザ
ダイオードである。
【００４３】上記した各クラック防止バッファ層５をク
ラッド層６、８の両側に形成することで、クラッド防止
バッファ層５がクラッド層６、８とその両側に位置する
膜との双方の格子定数と熱膨張率を緩和するように作用
し、格子定数差や熱膨張率の差に起因するクラックや欠
陥の発生が抑制される。この結果、厚いｎ型又はｐ型Ａ
ｌＧａＮをエピタキシャル成長させてもクラックが発生
することがなくなり、より効率的な活性層でのキャリア
の閉じこめと光の閉じこめが可能な発光素子を形成する
ことができる。
【００４４】図６に示す半導体レーザダイオードも図１
に示す半導体レーザダイオードと同様に第５図に示す装
置を用いて同様に形成することができる。
【００４５】図１０は、この発明の窒化ガリウム系化合
物半導体装置の第３の実施の形態を示し、ＩｎxＧａ1-x
Ｎ化合物半導体膜からなる量子井戸構造（ＳＱＷ）また
は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を活性層として用いた半
導体レーザダイオードの縦断面側面図である。この第３
の実施の形態は、第１の実施の形態がｎ型ＧａＮからな
るコンタクト層４とｎ型ＡｌyＧａ1-yＮ膜からなるクラ
ッド層６との間にクラック防止バッファ層５を設けてい
るのに対し、ｎ型クラッド層４の両側と、ｐ型クラッド
層１０とｐ型コンタクト層１１の間にクラック防止バッ
ファ層５を設けている。即ち、ｎ型コンタクト層４とｎ
型クラッド層６の間、ｎ型クラッド層６と光ガイド層７
との間、ｐ型クラッド層１０とｐ型コンタクト層１１と
の間にそれぞれクラック防止バッファ層５を設けてい
る。これは、クラックの一番発生頻度が高いｎ型クラッ
ド層４はクラック防止バッファ層５で挟み、クラック及
び欠陥の発生を防ぐように構成している。
【００４６】尚、他の構成は、第１の実施の形態と同様
であるので、説明の重複を避けるために、同一部分には
同一符号を付しここでは説明を省略する。
【００４７】この実施の形態におけるクラック防止バッ
ファ層５も上記第１の実施の形態と同じくは、クラッド
層６または８とその両側に位置するＧａＮ膜との組成を
それぞれ有して、ＧａＮ膜とクラッド層との格子定数差
や熱膨張率差を緩和するように作用する。このため、こ
のバッファ層５は、ＧａＮ膜と同じ組成の薄膜とクラッ
ド層と同じ組成のＡｌyＧａ1ーyＮの薄膜を交互に積層し
た超格子構造のものが用いられる。例えば、クラッド層
６、８としてＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜を用いた場合、膜厚
５０オングストロームのＧａＮ膜と膜厚５０オングスト
ロームＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜とを交互に積層形成するこ
とにより、クラック防止バッファ層５を形成することが
できる。
【００４８】また、クラック防止バッファ層５として
は、例えば、クラッド層６としてＡｌ 0.15Ｇａ0.85Ｎ膜
を用いた場合、膜厚５０オングストロームのＧａＮ膜と
膜厚５０オングストロームＡｌyＧａ1-yＮ膜とを交互に
積層形成し、Ａｌ組成比を０から０．１５まで順次増加
させるグレーティング構造にすることで、クラック防止
バッファ層５を形成することができる。このときＡｌ組
成比はクラッド層に近くなるほど高くなるように制御し
ている。
【００４９】さらに、クラッド層６、８としてｎ型Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ膜を用いた場合、Ａｌ組成比を膜厚方向
に勾配を持たせて０から０．１５まで変化させて膜を形
成することにより、クラック防止バッファ層５を形成す
ることができる。このときＡｌ組成比はクラッド層に近
くなるほど高くなるように制御している。
【００５０】図１０に示す半導体レーザダイオードも図
１に示す半導体レーザダイオードと同様に第５図に示す
装置を用いて同様に形成することができる。
【００５１】図１１は、この発明の窒化ガリウム系化合
物半導体装置の第４の実施の形態を示し、ＩｎxＧａ1-x
Ｎ化合物半導体膜からなる量子井戸構造（ＳＱＷ）また
は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を活性層として用いた半
導体レーザダイオードの縦断面側面図である。この第４
の実施の形態は、第１の実施の形態がｎ型ＧａＮ膜から
なるコンタクト層４とｎ型ＡｌyＧａ1ーyＮ膜からなるク
ラッド層６との間にクラック防止バッファ層５を設けて
いるのに対し、ｐ型クラッド層１０とｐ型コンタクト層
１１の間にもクラック防止バッファ層５を設けている。
即ち、ｎ型コンタクト層４とｎ型クラッド層６の間、ｐ
型クラッド層１０とｐ型コンタクト層１１との間にそれ
ぞれクラック防止バッファ層５を設けている。
【００５２】尚、他の構成は、第１の実施の形態と同様
であるので、説明の重複を避けるために、同一部分には
同一符号を付しここでは説明を省略する。
【００５３】この実施の形態におけるクラック防止バッ
ファ層５も上記第１の実施の形態と同じくは、クラッド
層６または８とその両側に位置するＧａＮ膜との組成を
それぞれ有して、ＧａＮ膜とクラッド層との格子定数差
や熱膨張率差を緩和するように作用する。このため、こ
のバッファ層５は、ＧａＮ膜と同じ組成の薄膜とクラッ
ド層と同じ組成のｎ型ＡｌyＧａ1ーyＮの薄膜を交互に積
層した超格子構造のものが用いられる。例えば、クラッ
ド層６、８としてＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ膜を用いた場合、
膜厚５０オングストロームのＧａＮ膜と膜厚５０オング
ストロームＡｌ 0.15Ｇａ0.85Ｎ膜とを交互に積層形成す
ることにより、クラック防止バッファ層５を形成するこ
とができる。
【００５４】また、クラック防止バッファ層５として
は、例えば、クラッド層６、８としてＡｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ膜を用いた場合、膜厚５０オングストロームのＧａＮ
膜と膜厚５０オングストロームＡｌyＧａ1-yＮ膜とを交
互に積層形成し、Ａｌ組成比を０から０．１５まで順次
増加させるグレーティング構造にすることで、クラック
防止バッファ層５を形成することができる。このときＡ
ｌ組成比はクラッド層に近くなるほど高くなるように制
御している。
【００５５】さらに、クラッド層６、８としてｎ型Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ膜を用いた場合、Ａｌ組成比を膜厚方向
に勾配を持たせて０から０．１５まで変化させて膜を形
成することにより、クラック防止バッファ層５を形成す
ることができる。このときＡｌ組成比はクラッド層に近
くなるほど高くなるように制御している。
【００５６】図１１に示す半導体レーザダイオードも図
１に示す半導体レーザダイオードと同様に第５図に示す
装置を用いて同様に形成することができる。
【００５７】上記した各実施の形態は、半導体レーザダ
イオードに本発明を適用した場合について説明したが、
発光ダイオードアレイなど他の窒化ガリウム系化合物半
導体装置において、第１の窒化ガリウム系化合物半導体
層と、この第１の第１の窒化ガリウム系化合物半導体層
とは組成の異なる第２の窒化物ガリウム系半導体層とを
成長させる場合にクラックが発生するような場合に、第
１及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体層の組成をそ
れぞれ有するバッファ層を介在させることにより、同様
の効果が得られる。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、第１の窒化ガリウム系化合物半導体層と、この第１
の第１の窒化ガリウム系化合物半導体層とは組成の異な
る第２の窒化物ガリウム系半導体層とを成長させる場合
に、第１及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体層の組
成をそれぞれ有するバッファ層を介在させることで、格
子定数の差や熱膨張率の差によるクラック、欠陥の発生
が防止でき、半導体レーザに用いた場合には、活性層で
のキャリアの閉じ込めと光の閉じ込めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の窒化ガリウム系化合物半導体装置の
第１の実施の形態を示し、Ｉｎ yＧａ1-yＮ化合物半導体
膜からなる量子井戸構造（ＳＱＷ）または多重量子井戸
構造（ＭＱＷ）を活性層として用いた半導体レーザダイ
オードの縦断面側面図である
【図２】膜厚５０オングストロームのｎ型ＧａＮ膜と膜
厚５０オングストロームＡｌ0. 15Ｇａ0.85Ｎ膜とを交互
に積層形成したクラック防止バッファ層を用いた場合の
半導体レーザダイオードのバンドエネルギー図である。
【図３】Ａｌ組成比を０から０．１５まで順次増加させ
たグレーティング構造のクラック防止バッファ層を用い
た場合の半導体レーザダイオードのバンドエネルギー図
である。
【図４】Ａｌ組成比を膜厚方向に勾配を持たせて変化さ
せた場合のクラック防止バッファ層を用いた場合の半導
体レーザダイオードのバンドエネルギー図である。
【図５】この発明の各化合物半導体膜の成膜に用いられ
る横型ＭＯＣＶＤ装置の一例を示す模式図である。
【図６】この発明の窒化ガリウム系化合物半導体装置の
第２の実施の形態を示し、Ｉｎ yＧａ1-yＮ化合物半導体
膜からなる量子井戸構造（ＳＱＷ）または多重量子井戸
構造（ＭＱＷ）を活性層として用いた半導体レーザダイ
オードの縦断面側面図である
【図７】膜厚５０オングストロームのｎ型ＧａＮ膜と膜
厚５０オングストロームＡｌ0. 15Ｇａ0.85Ｎ膜とを交互
に積層形成したクラック防止バッファ層を用いた場合の
半導体レーザダイオードのバンドエネルギー図である。
【図８】Ａｌ組成比を０から０．１５まで順次増加させ
たグレーティング構造のクラック防止バッファ層を用い
た場合の半導体レーザダイオードのバンドエネルギー図
である。
【図９】Ａｌ組成比を膜厚方向に勾配を持たせて変化さ
せた場合のクラック防止バッファ層を用いた場合の半導
体レーザダイオードのバンドエネルギー図である。
【図１０】この発明の窒化ガリウム系化合物半導体装置
の第３の実施の形態を示し、Ｉｎ yＧａ1-yＮ化合物半導
体膜からなる量子井戸構造（ＳＱＷ）または多重量子井
戸構造（ＭＱＷ）を活性層として用いた半導体レーザダ
イオードの縦断面側面図である
【図１１】この発明の窒化ガリウム系化合物半導体装置
の第４の実施の形態を示し、Ｉｎ yＧａ1-yＮ化合物半導
体膜からなる量子井戸構造（ＳＱＷ）または多重量子井
戸構造（ＭＱＷ）を活性層として用いた半導体レーザダ
イオードの縦断面側面図である
【図１２】従来のＩｎＧａＮ系ＭＱＷレーザダイオード
の縦断面側面図である。
【符号の説明】
１ サファイア基板 ４ ｎ型コンタクト層 ５ クラック防止バッファ層 ６ ｎ型クラッド層 ８ 活性層 １０ ｐ型クラッド層 １１ ｐ型コンタクト層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の窒化ガリウム系化合物半導体層
    と、この第１の窒化ガリウム系化合物半導体層とは組成
    の異なる第２の窒化物ガリウム系半導体層との間に第１
    及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体層の組成をそれ
    ぞれ有するバッファ層を介在させたことを特徴とする窒
    化ガリウム系化合物半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記バッファ層は、第１の窒化ガリウム
    系化合物半導体層と同じ組成の層と、第２の窒化物ガリ
    ウム系半導体層と同じ組成の層と、を交互に積層した超
    格子構造層からなることを特徴とする請求項１に記載の
    窒化ガリウム系化合物半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記バッファ層は、第１の窒化ガリウム
    系化合物半導体層と同じ組成の層から第２の窒化物ガリ
    ウム系半導体層と同じ組成の層へ組成比を変化させて形
    成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガ
    リウム系化合物半導体装置。
  4. 【請求項４】 第１の窒化ガリウム系化合物半導体層か
    らなる一導電型のコンタクト層と、この第１の窒化ガリ
    ウム系化合物半導体層とは組成の異なる第２の窒化物ガ
    リウム系半導体層からなる一導電型のクラッド層と、量
    子井戸構造からなる窒化インジウムガリウム組成の活性
    層と、前記第１の窒化ガリウム系化合物半導体層とは組
    成の異なる第２の窒化物ガリウム系半導体層からなる他
    導電型のクラッド層と、前記第１の窒化ガリウム系化合
    物半導体層からなる他導電型のコンタクト層と、からな
    る窒化ガリウム系化合物半導体層において、少なくとも
    前記一導電型のコンタクト層と一導電型のクラッド層の
    間に前記第１及び第２の窒化ガリウム系化合物半導体層
    の組成をそれぞれ有するバッファ層を介在させたことを
    特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記クラッド層の両側に前記第１及び第
    ２の窒化ガリウム系化合物半導体層の組成をそれぞれ有
    するバッファ層を介在させたことを特徴とする請求項４
    に記載の窒化ガリウム系化合物半導体装置。
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