(57)【要約】【課題】活性層の劣化を抑制することを目的とする。【解決手段】活性層１０５上に形成されるクラッド層を２段構成にし、活性層１０５に近い方のクラッド層の水素濃度を他方のクラッド層の水素濃度より低くし、さらに、少なくとも活性層１０５に近い方のクラッド層を超格子構造にすることにより、水素の活性層１０５への拡散を抑制することができ、活性層の劣化を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成される第１の導電型の半導体層と、
前記第１の導電型の半導体層上に形成される第１の導電型のクラッド層と、
前記第１の導電型のクラッド層上に形成される第１の導電型のガイド層と、
前記第１の導電型のガイド層上に形成される活性層と、
前記活性層上に形成されるアンドープ半導体層と、
前記アンドープ半導体層上に形成される第２の導電型のキャップ層と、
前記第２の導電型のキャップ層上に形成される第２の導電型の第１のクラッド層と、
前記第２の導電型の第１のクラッド層上に形成される第２の導電型の第２のクラッド層と
を有し、前記第２の導電型の第１のクラッド層が超格子構造であり、水素濃度が前記第２の導電型の第２のクラッド層の水素濃度よりも小さいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２の導電型の第１のクラッド層のドーパント濃度が、前記第２の導電型の第２のクラッド層のドーパント濃度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記ドーパントがＭｇであることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２の導電型の第２のクラッド層が超格子構造であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成される第１の導電型の半導体層と、
前記第１の導電型の半導体層上に形成される第１の導電型のクラッド層と、
前記第１の導電型のクラッド層上に形成される第１の導電型のガイド層と、
前記第１の導電型のガイド層上に形成される活性層と、
前記活性層上に形成されるアンドープ半導体層と、
前記アンドープ半導体層上に形成される第２の導電型のキャップ層と、
前記第２の導電型のキャップ層上に形成されるアンドープクラッド層と、
前記アンドープクラッド層上に形成される第２の導電型のクラッド層と
を有し、前記アンドープクラッド層が超格子構造であり、水素濃度が前記第２の導電型のクラッド層の水素濃度よりも小さいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
前記第２の導電型のクラッド層のドーパントがＭｇであることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２の導電型のクラッド層が超格子構造であることを特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短波長半導体レーザや発光ダイオードなどの半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるIII族窒化物半導体（以下単に窒化物系半導体という）は、赤外から紫外までの波長をカバーできる材料であり、発光・受光デバイスへの応用が期待されている。
【０００３】
窒化物系半導体を用いた代表的なデバイスとしては、波長が約４００ｎｍ付近で発振する青紫色レーザが知られている。例えば、基板上にコンタクト層、ｎ型クラッド層、ｎ型ガイド層、活性層、ｐ型電子閉じ込め層（オーバーフロー防止層）、ｐ型ガイド層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を順次形成し、電極間に電圧を印加することでレーザ発振させている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
【０００４】
また、別の例としては、サファイア基板上にｎ型ＧａＮ、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮガイド層、多重量子井戸構造からなる活性層、ＧａＩｎＮ中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型コンタクト層を形成し、青紫レーザとしている（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２９９４９７号公報
【特許文献２】特開２００５−１０１５４２号公報
【非特許文献１】フィジカ・ステータス・ソリディ（エー）第１９２巻第２号第２６９ページ〜第２７６ページ、２００２年（Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ  （ａ）  １９２，Ｎｏ．  ２  ｐ．２６９−２７６（２００２））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に窒化物系半導体をｐ型にするにはＭｇをドーピングする。この際、Ｍｇと共に原料中のＨが大量に取り込まれる。ｐ型層中に比べ、活性層中の水素濃度は低いため、半導体レーザに通電するとｐ型層から活性層へ水素が拡散する。活性層中に水素が拡散することで、水素が活性層中に準位を形成したり、欠陥が生じたりする原因となる。このような準位や欠陥は、通電時には非発光再結合中心として働くので、しきい値電流の増大につながる。しきい値電流の増加は発熱の原因となり、活性層が劣化しやすくなる。
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明は活性層の劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の半導体発光素子は、前記半導体基板上に形成される第１の導電型の半導体層と、前記第１の導電型の半導体層上に形成される第１の導電型のクラッド層と、前記第１の導電型のクラッド層上に形成される第１の導電型のガイド層と、前記第１の導電型のガイド層上に形成される活性層と、前記活性層上に形成されるアンドープ半導体層と、前記アンドープ半導体層上に形成される第２の導電型のキャップ層と、前記第２の導電型のキャップ層上に形成される第２の導電型の第１のクラッド層と、前記第２の導電型の第１のクラッド層上に形成される第２の導電型の第２のクラッド層とを有し、前記第２の導電型の第１のクラッド層が超格子構造であり、水素濃度が前記第２の導電型の第２のクラッド層の水素濃度よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の半導体発光素子は、請求項１に記載の半導体発光素子において、前記第２の導電型の第１のクラッド層のドーパント濃度が、前記第２の導電型の第２のクラッド層のドーパント濃度よりも低いことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の半導体発光素子は、請求項２に記載の半導体発光素子において、前記ドーパントがＭｇであることを特徴とする。
請求項４記載の半導体発光素子は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記第２の導電型の第２のクラッド層が超格子構造であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の半導体発光素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成される第１の導電型の半導体層と、前記第１の導電型の半導体層上に形成される第１の導電型のクラッド層と、前記第１の導電型のクラッド層上に形成される第１の導電型のガイド層と、前記第１の導電型のガイド層上に形成される活性層と、前記活性層上に形成されるアンドープ半導体層と、前記アンドープ半導体層上に形成される第２の導電型のキャップ層と、前記第２の導電型のキャップ層上に形成されるアンドープクラッド層と、前記アンドープクラッド層上に形成される第２の導電型のクラッド層とを有し、前記アンドープクラッド層が超格子構造であり、水素濃度が前記第２の導電型のクラッド層の水素濃度よりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の半導体発光素子は、請求項５に記載の半導体発光素子において、前記第２の導電型のクラッド層のドーパントがＭｇであることを特徴とする。
請求項７記載の半導体発光素子は、請求項５または請求項６のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記第２の導電型のクラッド層が超格子構造であることを特徴とする。
【００１２】
以上により、活性層の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、活性層上に形成されるクラッド層を２段構成にし、活性層に近い方のクラッド層の水素濃度を他方のクラッド層の水素濃度より低くし、さらに、少なくとも活性層に近い方のクラッド層を超格子構造にすることにより、水素の活性層への拡散を抑制することができ、活性層の劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、詳しく説明する。
なお、以下において適宜、３元混晶であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）をＡｌＧａＮ、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）をＩｎＧａＮ、４元混晶であるＡｌｘＧａ１−ｘＩｎｙＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を適宜ＡｌＧａＩｎＮと標記する。また、実施の形態として窒化物半導体基板に形成される窒化物半導体発光素子を例に説明するが、その他の半導体基板に形成される半導体発光素子についても適応可能である。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における半導体発光素子について、図１に示す窒化物半導体発光素子を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
図１に示すように、ＧａＮ基板１０１上に、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ型ＧａＮガイド層１０４、活性層１０５、アンドープＧａＮガイド層１０６、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０７、第１のｐ型クラッド層１０８、第２のｐ型クラッド層１０９、ｐ型ＧａＮ層コンタクト層１１０が形成されている。
【００１６】
ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ型ＧａＮガイド層１０４のｎ型ドーパントにはＳｉを用いている
図示はしていないが、活性層１０５はＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層をからなる多重量子井戸構造である。
【００１７】
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０７、第１のｐ型クラッド層１０８、第２のｐ型クラッド層１０９、ｐ型ＧａＮ層コンタクト層１１０のｐ型ドーパントにはＭｇを用いている。
また、第１のｐ型クラッド層１０８および第２のｐ型クラッド層１０９は、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造を用いている。
【００１８】
また、第１のｐ型クラッド層１０８の水素濃度が第２のｐ型クラッド層１０９の水素濃度よりも小さい。
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０７はバンドギャップが大きく、ｎ型層から供給される電子を効率的に活性層にとどめることができる。
【００１９】
第１のｐ型クラッド層１０８に関する効果を以下に説明する。
ｐ型クラッド層として活性層１０５に近い側より順次第１のｐ型クラッド層１０８、第２のｐ型クラッド層１０９と形成され、第１のｐ型クラッド層１０８の水素濃度を第２のｐ型クラッド層１０９の水素濃度よりも小さくし、かつ第１のｐ型クラッド層１０８が超格子構造であるので、第２のｐ型クラッド層１０９から活性層１０５へ向かう水素拡散が第１のｐ型クラッド層１０８が有する超格子構造により抑えられる。
【００２０】
この第１のｐ型クラッド層１０８が有する超格子構造により水素拡散が抑えられる理由は以下の通りである。
すなわち、超格子構造は、例えば、それぞれ数ｎｍの厚さを有するＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とを複数回繰り返して形成される。ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とは水素に対する拡散係数が異なる。この異なる拡散係数を有する層を組み合わせた場合、拡散係数の大きな層を水素が拡散したとしても、拡散係数の小さな層で水素の拡散が抑えられることになる。すなわち、拡散係数の小さな層が水素に対するバリアとなる。この異なる拡散係数を有する層を多数回繰り返して形成した場合、水素に対するバリアが多数形成されることになり、全体として水素がほとんど拡散しない層ができることになる。超格子構造は、異なる拡散係数を有する層を多数回繰り返して形成したものであるので、第１のｐ型クラッド層１０８はほとんど水素を拡散しない層となる。
【００２１】
この第１のｐ型クラッド層１０８がほとんど水素を拡散しない層であるのとともに、第１のｐ型クラッド層１０８の水素濃度を小さくしているので、第２のｐ型クラッド層１０９から活性層１０５へ水素拡散されないとともに第１のｐ型クラッド層１０８から活性層１０５への水素拡散も少ないため、活性層１０５における水素濃度を小さくすることができることになる。
【００２２】
このように、活性層１０５において水素濃度が低減され、それにより活性層１０５におけるキャリアの発光再結合の効率が上がり、半導体発光素子の発光効率を上げることができるので、しきい値電流増大による発熱が発生せず、活性層の劣化を抑制することができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では第２のｐ型クラッド層１０９を超格子構造である場合について説明しているが必ずしも超格子構造にする必要はなく、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造とした場合は、その１周期の膜厚をトンネル効果が起こる膜厚にすることで、動作電圧を低減することができる。
【００２４】
さらに、第１のｐ型クラッド層１０８中のＭｇ濃度を、第２のｐ型クラッド層１０９中のＭｇ濃度よりも低くすると、水素はＭｇと結合して、半導体中に取り込まれるので、Ｍｇ濃度を低くすることで、水素濃度を低減することができる。そして、活性層に近い側のクラッド層の水素濃度を下げることにより、水素の活性層への拡散を抑制することができる。
【００２５】
なお、本発明の効果を発現させるためには、第１のｐ型クラッド層１０８中のＭｇ濃度は、第２のｐ型クラッド層１０９中のＭｇ濃度の１／５以下、好ましくは１／１０以下とし、Ｍｇ濃度と連動して第１のｐクラッド層１０８中の水素濃度は、第２のｐ型クラッド層１０９中の水素濃度の１／５以下、好ましくは１／１０以下がよい。
【００２６】
また、本実施の形態では第１のｐ型クラッド層１０８および第２のｐ型クラッド層１０９は、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造を用いているが、この組み合わせに限定されるものではなく、活性層のバンドギャップよりも大きな窒化物系半導体の組み合わせでも良い。例えば、組成の異なるｐ型ＡｌＧａＮ層同士からなる超格子構造、あるいはｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層の４元混晶を用いても良い。
【００２７】
また、第１のｐ型クラッド層１０８のＭｇ濃度を低くしているので、第１のｐクラッド層１０８は第２のｐ型クラッド層１０９のよりも高抵抗になる。したがって、第１のｐ型クラッド層の膜厚１０８は第２のｐクラッド層１０９の膜厚よりも薄いのが好ましい。
（実施例１）
本実施の形態で述べた半導体発光素子の具体例を以下に説明する。この実施例にかかる窒化物半導体発光素子の断面図は、図１に示す通りである。
【００２８】
図１に示すように、厚さ４００μｍのＧａＮ基板１０１上に、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ型ＧａＮガイド層１０４、活性層１０５、アンドープＧａＮガイド層１０６、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０７、第１のｐ型クラッド層１０８、第２のｐ型クラッド層１０９、ｐ型ＧａＮ層コンタクト層１１０が形成されている。
【００２９】
ｎ型ＧａＮ層１０２の厚さは２μｍであり、Ｓｉを１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３の厚さ２μｍであり、Ｓｉを１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。また、Ａｌ組成は５％である。
【００３０】
ｎ型ＧａＮガイド層１０４の厚さは１００ｎｍであり、Ｓｉを５×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。
活性層１０５は、図示していないが、ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸構造である。ＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成は１０％、ＩｎＧａＮ障壁層のＩｎ組成は２％である。また、多重量子構造の周期数は２である。
【００３１】
アンドープＧａＮガイド層の膜厚は１００ｎｍである。
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０７の膜厚は１０ｎｍであり、そのＡｌ組成は２０％であり、Ｍｇを１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。また、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０７中の水素濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
【００３２】
なお、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０７は電子をブロックさせる役割を持たせるため、上記Ｍｇ濃度、厚さとしたが、膜厚が厚くなりすぎると水素量が増えてしまい、本発明の効果が薄れるので、２０ｎｍ以下が望ましい。
【００３３】
第１のｐ型クラッド層１０８は、図示していないが、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造である。ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は１０％であり、Ｍｇを５×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。ｐ型ＧａＮ層も同様に、Ｍｇを５×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層ともに厚さは２ｎｍであり、その周期数は２０、トータル厚さ８０ｎｍである。また、第１のｐ型クラッド層１０８層中の水素濃度は１×１０１７ｃｍ−３である。
【００３４】
第２のｐ型クラッド層１０９は、図示していないが、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造である。ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は１０％であり、Ｍｇを１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。ｐ型ＧａＮ層も同様に、Ｍｇを１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層ともに厚さは２ｎｍであり、その周期数は８０、トータル厚さ３２０ｎｍである。また、第２のｐ型クラッド層１０９中の水素濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
【００３５】
なお、第１のｐクラッド層中のＭｇ濃度は、第２のｐ型クラッド層からの拡散、あるいはｐ型ＡｌＧａＮキャップ層形成後の原料残りなどの影響により、急峻なＭｇ濃度分布とはならないため、ここで記載しているＭｇ濃度とは層内で平均したＭｇ濃度のことである。
【００３６】
なお、第１のｐ型クラッド層の厚さを８０ｎｍとしたが、本発明の効果を発現させるには３０ｎｍ以上が好ましい。ただし、第１のｐ型クラッド層の膜厚を厚くしすぎると、Ｍｇの量が少ないため高抵抗になるので、１００ｎｍ以下が好ましい。
【００３７】
ｐ型ＧａＮ層コンタクト層１１０の厚さは３０ｎｍであり、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。
以上のように、第１のｐ型クラッド層１０８の水素濃度を第２のｐ型クラッド層１０９の水素濃度よりも小さくし、かつ第１のｐ型クラッド層１０８を超格子構造とすることにより、第２のｐ型クラッド層１０９から活性層１０５へ水素拡散されないとともに第１のｐ型クラッド層１０８から活性層１０５への水素拡散も少ないため、活性層１０５における水素濃度を小さくすることができ、しきい値電流増大による発熱が発生せず、活性層の劣化を抑制することができる。
この半導体レーザ素子に電極をつけ、電圧を印加したところ、第１のｐ型クラッド層のＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３の濃度の半導体レーザに比べて、寿命が２倍になった。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における半導体発光素子について、図２に示す窒化物半導体発光素子を参照しながら説明する。
【００３８】
図２は実施の形態２に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
図２に示すように、ＧａＮ基板２０１上に、ｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０３、ｎ型ＧａＮガイド層２０４、活性層２０５、アンドープＧａＮガイド層２０６、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２０７、アンドープクラッド層２０８、ｐ型クラッド層２０９、ｐ型ＧａＮ層コンタクト層２１０が形成されている。
【００３９】
ｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０３、ｎ型ＧａＮガイド層２０４のｎ型ドーパントにはＳｉを用いている。
また、図示はしていないが、活性層２０５はＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層からなる。
【００４０】
また、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２０７、ｐ型クラッド層２０９、ｐ型ＧａＮ層コンタクト層２１０のｐ型ドーパントにはＭｇを用いている。
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２０７はバンドギャップが大きく、ｎ型層から供給される電子を効率的に活性層２０５にとどめることができる。
【００４１】
アンドープクラッド層２０８は、図示はしていないが、アンドープＡｌＧａＮ層とアンドープＧａＮ層からなる超格子構造からなる。同様にｐ型クラッド層２０９は、図示はしていないが、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造からなる。
【００４２】
アンドープクラッド層２０８をｐ型クラッド層２０９よりも活性層側に作製することで、水素の拡散を抑制することができる。このことについて以下に説明する。
アンドープクラッド層２０８は超格子構造からなっている。超格子構造は、例えばそれぞれ数ｎｍの厚さを有するＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とを複数回繰り返して形成される。ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とは水素に対する拡散係数が異なる。この異なる拡散係数を有する層を組み合わせた場合、拡散係数の大きな層を水素が拡散したとしても、拡散係数の小さな層で水素の拡散が抑えられることになる。すなわち、拡散係数の小さな層が水素に対するバリアとなる。この異なる拡散係数を有する層を多数回繰り返して形成した場合、水素に対するバリアが多数形成されることになり、全体として水素がほとんど拡散しない層ができることになる。超格子構造は、異なる拡散係数を有する層を多数回繰り返して形成したものであるので、アンドープクラッド層２０８はほとんど水素を拡散しない層となるのである。
【００４３】
このアンドープクラッド層２０８がほとんど水素を拡散しない層であるのとともに、アンドープクラッド層２０８の水素濃度を小さくしているので、活性層における水素濃度を小さくすることができることになる。
【００４４】
このように、活性層２０５において水素濃度が低減され、それにより活性層におけるキャリアの発光再結合の効率が上がり、半導体発光素子の発光効率を上げることができるので、しきい値電流増大による発熱が発生せず、活性層の劣化を抑制することができる。
【００４５】
また、アンドープクラッド層自体がＭｇを含んでいないので水素濃度が低い。そのため拡散する水素量が少ないので、活性層２０５への水素拡散が抑制され、活性層２０５の劣化が起こりにくい。
【００４６】
なお、ｐ型クラッド層２０９の１周期の膜厚をトンネル効果が起こる膜厚にすることで、動作電圧を低減することができる。
なお、本発明の効果を発現させるためには、アンドープクラッド層２０８中のＭｇ濃度は、ｐ型クラッド層２０９中のＭｇ濃度の１／５以下、好ましくは１／１０以下がよく、Ｍｇ濃度と連動してアンドープ層２０８中の水素濃度は、ｐ型クラッド層２０９中の水素濃度の１／５以下、好ましくは１／１０以下となることがよい。
【００４７】
なお、本実施の形態で述べているアンドープのクラッド層２０８は意図的にドーピングをしていない層を意味し、例えばｐ型クラッド層２０９からのＭｇ拡散によるＭｇの混入が起きる場合もアンドープと呼ぶ。
【００４８】
なお、本実施例ではｐ型クラッド層２０９は、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造を用いているが、この組み合わせに限定されるものではなく、活性層のバンドギャップよりも大きな窒化物系半導体の組み合わせでも良い。例えば、組成の異なるｐ型ＡｌＧａＮ層同士からなる超格子構造、あるいはｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層の４元混晶を用いても良い。また、超格子構造を用いなくても良い。なお、ｐ型クラッド層２０９として超格子構造を用いた場合、超格子においてトンネル効果により電流が流れやすくなるのでｐ型クラッド層２０９の抵抗率を小さくすることができ、窒化物半導体発光素子の動作電圧低減が期待できる。
【００４９】
また、本実施の形態ではアンドープのクラッド層を用いているが、アンドープ化することにより高抵抗になる。そのため、実施の形態１で示した第１のｐクラッド層よりもトータル膜厚は薄いほうが好ましい。
（実施例２）
本実施の形態で述べた半導体発光素子の具体例を以下に説明する。この実施例にかかる窒化物半導体発光素子の断面図は、図２に示す通りである。
【００５０】
厚さ４００μｍのＧａＮ基板２０１上に、ｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０３、ｎ型ＧａＮガイド層２０４、活性層２０５、アンドープＧａＮガイド層２０６、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２０７、アンドープクラッド層２０８、ｐ型クラッド層２０９、ｐ型ＧａＮ層コンタクト層２１０が形成されている。
【００５１】
ｎ型ＧａＮ層２０２の厚さは２μｍであり、Ｓｉを１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０３の厚さ２μｍであり、Ｓｉを１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。また、Ａｌ組成は５％である。
【００５２】
ｎ型ＧａＮガイド層２０４の厚さは１００ｎｍであり、Ｓｉを５×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。
活性層２０５は、図示していないが、ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層とからなる多重量子井戸構造である。ＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成は１０％、ＩｎＧａＮ障壁層のＩｎ組成は２％である。また、多重量子構造の周期数は２である。
【００５３】
アンドープＧａＮガイド層の膜厚は１００ｎｍである。
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２０７の膜厚は１０ｎｍであり、そのＡｌ組成は２０％、Ｍｇを１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。また、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２０７中の水素濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
【００５４】
なお、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２０７は電子をブロックさせる役割を持たせるため、上記Ｍｇ濃度、厚さとしたが、膜厚が厚くなりすぎると水素量が増えてしまい、本発明の効果が薄れるので、２０ｎｍ以下が望ましい。
【００５５】
アンドープクラッド層２０８は、図示していないが、アンドープＡｌＧａＮ層とアンドープＧａＮ層からなる超格子構造である。アンドープＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は１０％である。アンドープＡｌＧａＮ層、アンドープＧａＮ層ともに厚さは２ｎｍであり、その周期数は１０、トータル膜厚４０ｎｍである。なお、アンドープ層中の水素濃度は１×１０１６ｃｍ−３である。
【００５６】
また、本実施例で記載のアンドープクラッド層２０８とは、意図的にドーピングをしていない層であり、ｐ型クラッド層２０９からのＭｇ拡散により、Ｍｇが混入することがあるが、この場合でもアンドープと呼ぶ。
【００５７】
ｐ型クラッド層２０９は、図示していないが、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造である。ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は１０％であり、Ｍｇを１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。ｐ型ＧａＮ層も同様に、Ｍｇを１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層ともに厚さは２ｎｍであり、その周期数は９０、トータル膜厚３６０ｎｍである。なお、ｐ型クラッド層２０９中の水素濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
【００５８】
また、アンドープクラッド層２０８の厚さを４０ｎｍとしたが、本発明の効果を発現させるには３０ｎｍ以上が好ましい。ただし、アンドープクラッド層２０８の膜厚を厚くしすぎると、Ｍｇの量が少ないため高抵抗になるので、１００ｎｍ以下が好ましい。
【００５９】
ｐ型ＧａＮコンタクト層２１０の厚さは３０ｎｍであり、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。
以上のように、アンドープクラッド層２０８の水素濃度をｐ型クラッド層２０９の水素濃度よりも小さくし、かつアンドープクラッド層２０８を超格子構造とすることにより、ｐ型クラッド層２０９から活性層２０５へ水素拡散されないとともにアンドープｐ型クラッド層２０８から活性層２０５への水素拡散も少ないため、活性層２０５における水素濃度を小さくすることができ、しきい値電流増大による発熱が発生せず、活性層の劣化を抑制することができる。
この半導体レーザ素子に電極をつけ、電圧を印加したところ、アンドープクラッド層部にＭｇを１×１０１９ｃｍ−３にドーピングした半導体レーザに比べて、寿命が２倍になった。
【００６０】
なお、上記実施の形態において、第１のｐ型クラッド層１０８またはアンドープクラッド層２０８をＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子とした場合を説明したが、超格子を構成するIII族窒化物半導体層の組み合わせはこれに限らず、他のIII族窒化物半導体層の組み合わせ、例えばＡｌＧａＩｎＮ／ＧａＮ、ＡｌＮ／ＧａＮ、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ、可能であればＧａＮ／ＩｎＮといった組み合わせでもよい。また、例えば、組成の異なる３層や４層、またはそれ以上の数の層からなり、それぞれナノメートルオーダーのIII族窒化物半導体層を繰り返し形成することにより超格子構造を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、活性層の劣化を抑制することができ、短波長半導体レーザや発光ダイオードなどの半導体発光素子等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図
【図２】実施の形態２に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図
【符号の説明】
【００６３】
１０１、２０１…ＧａＮ基板
１０２、２０２…ｎ型ＧａＮ層
１０３、２０３…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０４、２０４…ｎ型ＧａＮガイド層
１０５、２０５…活性層
１０６、２０６…アンドープＧａＮガイド層
１０７、２０７…ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層
１０８…第１のｐ型クラッド層
２０８…アンドープクラッド層
１０９…第２のｐ型クラッド層
２０９…ｐ型クラッド層
１１０、２１０…ｐ型ＧａＮコンタクト層
【図１】
2010067792.tif 000003
【図２】
2010067792.tif 000004