氮化物半导体元器件的制作方法

专利名称：氮化物半导体元器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用氮化物半导体(InXAlYGa1-X-YN，0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的元器件，该氮化物半导体用于LED(发光二极管)、LD(激光二极管)或超发光二极管(SLD)等发光元器件，太阳能电池、光传感器等受光元器件，或者晶体管、功率元器件等电子元器件。
背景技术：
氮化物半导体作为高亮度青色LED、纯绿色LED的材料，最近才在蓝色LED显示器、交通信号等方面实用化。用于元器件的LED具有异质结构，其中具有InGaN所组成井层的单一量子阱结构(SQWSingle-Quantum-Well)或多重量子阱结构(MQWMulu-Quantum-well)的活性层夹在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层之间。青色、绿色等波长用增减InGaN井层的In组成比来决定。
本申请人在最近首次向全世界发表用该材料在脉冲电流、室温下的410nm激光振荡(例如，Jpn.J.Appl.phys.35(1996)L74、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L217等)。此种激光元器件具有双异质结构，其所具多重量子阱结构的活性层使用InGaN所组成的井层，显示在脉幅2μs、脉冲周期2ms条件下，有阈值电流为610mA，阈值电流密度为8.7kA/cm2、410nm的振荡。且已将此经过改进的激光元器件发表于Appl.phys.Lett.(物理学报)69(1996)1477。该激光元器件具有脊形带构成p型氮化物半导体层一部份的结构，并显示有脉冲幅度1μs、脉冲周期1ms、占空率0.1％、阈值电流187mA、阈值电流密度3kA/cm2、410nm的振荡。且初次在室温下连续振荡成功，并将其发表。(例如日经电子1996年12月2日号技术快报，Appl.phys.Lett.69(1996)3034.Appl.phys。Lett.69(1996)4056等)。这种激光元件显示在20℃下，在阈值电流密度3.6kA/cm2，阈值电压5.5V、1.5mW输出中，连续振荡27小时。
氮化物半导体所组成的成青色、绿色LED的正向电流(If)为20mA，正向电压(Vf)为3.4V至3.6V，由于与GaAlAs是半导体所组成的红色LED相比高出2V以上，所以最好降低Vf。且LD的阈值电流，电压仍然很高，为了在室温下长时间连续振荡，有必要实现这种阈值电流、电压降低且效率高的元器件。
若可降低激光元器件的阈值电压，一旦此技术适用于LED元件，LED元件的Vf降低便可预期。因此，本发明目的主要在于借助于降低由氮化物组成的LD元件的阈值的电流、电压，实现长时间的连续振荡。
此外，本说明书中所用一般式InXGa1-XN、AlYGa1-YN等单纯表示氮化物半导体层的组成式，即使不同的层例如以同一组成式来表示，其层中的X值、Y值所表示的也不一致。
发明概述本发明的第一氮化物半导体元器件是具有一层或二层以上氮化物半导体层所组成的p导电侧半导体区域，以及经此p导电侧的半导体区域注入载流子进行预定动作的氮化物半导体所组成的活性层，上述P导电侧的半导体区域的至少一层氮化物半导体层是分别由氮化物半导体所组成且组成互异的第1层与第2层所积层而成的超格子层。
这样，能改善作为上述超格子层的氮化物半导体层的结晶性，且该氮化物半导体层的电阻值即可降至极低。由于借此可使上述p导电侧半导体区域的电阻值变小，所以可提高上述氮化物半导体元器件的电效率。
此处p侧半导体区域是指活性层与正电极(p电极)间一层或二层以上氮化物半导体层所组成的区域，n导电侧半导体区域则指夹住活性层的p导电侧与相反侧的一层或二层以上氮化物半导体层所组成的区域，n导电则半导体区域则指夹住活性层的p导电侧与相反侧的一层或二层以上氮化物半导体层所组成的氮化物半导体层组成的区域。
本发明第二氮物半导体元器件是一层或二层以上氮化物半导体所组成n导电半导体区域与一层或二层以上氮化物半导体层组成的p导电侧半导体区域之间具有氮化物半导体所组成的活性层的氮化物半导体元器件，上述p导电侧半导体区域或上述n导电侧半导电体区域的至少一层氮化物半导体层是分别是由氮化物半导体所组成且组成互异的第1层与第2层所积层而成的超格子层。
这样则由于可增进上述超格子层的结晶性并将此氮化物半导体层的电阻值降到极低，且由在上述p导电侧半导体区域和上述n导电侧半导体区域的电阻变小，所以可提高上述氮化物半导体元器件的电效率。
在本发明第一和第二氮化半导体元器件中，为了进一步增进上述超格子层的结晶性，上述超格子层最好由具有100以下膜厚的氮化物半导体所组成第1层，及组成上与此第1层互异并具有100以下膜厚的氮化物半导体所组成的第2层积层而成。
此外，在本发明第一或第二氮化物半导体元器件中，为了将载流子封闭于活性层中，上述第1层及第2层中至少一层由带隙能量较大且至少含有Al的氮化物半导体组成，且进一步最好以AlYGa1-YN(0＜Y≤1)组成。
在本发明第一或第二氮化物半导体元器件中，最好第1层由InXGa1-XN(0≤X≤1)组成，第2层由AlYGa1-YN(0≤Y≤1，X＝Y≠0)组成。这样，由于氮化物半导体整体的结晶性得以增进，所以可提高此氮化物半导体元器件的输出(提高电效率)。因此，在该元器件为LED元器件或LD元器件情形下，可降低正向电压(以下单指Vf)、阈值电流、电压等。
为了进一步组成结晶缺陷少的层，本发明第一或第二氮化物半导体元器件，在上述超格子层中，最好进一步上述第1层由以InxGa1-xN(0≤X≤1)式子表示的氮化物半导体组成，且上述第二层由以AlYGa1-YN(0＜Y＜1)代表的氮化物半导体组成。
在本发明第一或第二氮化物半导体元器件中，上述第1层及第2层的膜厚最好在70以下，较佳者设定在40以下。且上述第1层及第2层的膜厚最好在5以上，较佳者在10以上。借助于设定在此范围，可结晶性良好地形成难以生长的AlYGa1-YN(0＜Y≤1)等氮化物半导体层的结晶性。
特别是在以p电极与活性层之间的p导电侧半导体区域的氮化物半导体层内至少一层和/或n电极组成的电流注入层的n侧接触层与活性层间的n导电半导体区域的氮化物半导体层内至少一层为超格子层情形下，将构成此超格子层的第1层及第2层设定成上述膜厚的效果更大。
在本发明第一或第二氮化物半导体元器件中，最好在上述p导电侧半导体区域中具备组成p电极用p侧接触层，用来作为一氮化物半导体层，且此p侧接触层的膜厚设定在500以下。这样，借助于薄地形成p侧接触层，即可降低此p侧接触层厚度方向的电阻值。因此，本发明最好进一步将p侧接触层的膜厚设定在300以下。且此p侧接触层的膜厚下限最好设定在10以上。使p型接触层下面的半导体层不露出。
本发明第二氮化物半导体元器件，包括在p导电侧的半导体区域用氮化物半导体层来作为形成p电极用的p侧接触层情形下，上述超格子层最好组成在上述活性层与上述p侧接触层之间。
本发明第二氮化物半导体元器件最好进一步具有经由第1缓冲层组成于基板上并由膜厚0.1μm以上氮化物半导体所组成的第2缓冲层，以及此第2缓冲层上所组成且由n型杂质掺杂的氮化物半导体所组成的用来作为上述氮化物半导体层的n侧接触层，并且n电极形成于此n侧接触层上。
为了进一步形成结晶性良好的上述第2缓冲层，上述第2缓冲层的杂层浓度与上述n侧接触层相比最好为低浓度。且上述氮化物半导体元器件中，上述第1缓冲层与上述第2缓冲中至少其一最好由分别在膜厚100以下且组成互异的氮化物半导体层积层而成的超格子层所组成。由此即可增进缓冲层上的组成氮化物半导体层的结晶性。
本发明第二氮化物半导体元器件在上述n导电侧半导体区域具有形成n电极的n侧接触层并以其为氮化物半导体层情形下，上述超格子层最好组成在上述活性层与上述n侧接触层之层。
上述活性层与上述p侧接触层之间或上述活性层与上述n侧接触层之间所组成的层例如就LD元器件而言是用来作为载流子封闭层、光导层的涂敷层，以这些层作为超格子层，即可显著降低阈值电流、电压。
特别是，就活性层与上述p型接触层间的某一例子而言，借助于以P型涂敷层为超格子层，降低阈值电流、电压的效果很大。
在本发明第二氮化物半导体元器件中，最好在上述第1层及第2层中至少其一中掺杂决定导电型的杂质，且在超格子层中，最好使第1层与第2层的杂质浓度不同。决定导电型的杂质是指掺杂于氮化物半导体上在周期表第4A族、第4B族、第6A族、第6B族的n型杂质，以及属于1A、1B族、2A族、2B族的p型杂质(以下，本说明书中记载有合适的n型杂质、p型杂质。)。
在本发明第二氮化物半导体元器件中，上述超格子层可组成供n电极接触的n侧接触层，由于由此可降低n侧接触层的电阻，所以可进一步降低例如激光元器件的阈值电压、阈值电流。
在上述第一及第二氮化物半导体元器件是在p导电侧半导体区域具备超格子层的激光振荡元器件情形下，最好组成有长度方向与谐振方向一致且具有预定宽幅的脊部。
本发明第一激光二极管是一种在含有n侧涂敷层的n导电侧半导体区域与含有p侧涂敷层的p导电侧半导体区域之间具备有活性层，并在此活性层中振荡的氮化物半导体元器件，n侧涂敷层是具有100以下膜厚的氮化物半导体所组成的第1层与组成上异于此第1层且具有100以下膜厚的氮化物半导体所组成的第2层积层而成的超格子层，且上述p侧涂敷层是具有100以下膜厚的氮化物半导体所组成的第3层与组成上与此第3层不同且有100以下膜厚的氮化物半导体所组成的第4积层而成的超格子层。
由此，所述氮化物半导体元器件能降低激光振荡时的阈值电流与阈值电压。
在上述p侧涂敷层与较该涂敷层上一层上组成有长度方向与谐振方向一致且具有预定宽度的脊部为佳。
本发明第三氮化物半导体元器件是在一层或二层以上的氮化物半导体层所组成的n导电侧(下称n侧)半导体与由一层或二层以上氮化物半导体组成的p导电例(下称p侧)的半导体间，具有由氮化物半导体组成的活性层，上述n导电侧半导体区域的至少一氮化物半导体层是带隙能量与n型杂质浓度互异的第一与第二氮化物半导体层所积层而成的n侧超格子层。
由此，可减少超格子层所构成氮化物半导体层的电阻，所以整个n导电侧半导体区域的电阻可变小。
本发明第四氮化物半导体元器件是在一层或二层以上的氮化物半导体层所组成n导电侧半导体电侧半导体区域与一层或二层以上的氮化物半导体层所组成的p导电侧半导体区域之间具有氮化物半导体组成的活性层，上述p导电侧半导体区域的至少一氮化物半导体层内由带隙能量及p型杂质浓度互异的第三及第四氮化物半导体层积层而成。
由此，可使超格子层所构成的氮化物半导体层的电阻变小，所以p导电侧半导体区域整体的电阻可变小。
当然可不管第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层的积层次序，以及第三氮化物半导体层与第四氮化物半导体层的积层次序。
本发明第五氮化物半导体元器件是在一层或二层以上氮化物半导体层所组成n导电体侧半导体区域与由一或二氮化物半导体层所组成p导电侧半导体区域间形成活性层的氮化物半导体元器件，所述n导电侧的半导体区域的至少一层氮化物半导体层是带隙能量互异且n型杂质浓度不同的第一与第二氮化物半导体层积层而成的n侧超格式层，上述p导电侧半导体区域的至少一氮化物本导体层是带隙能量且p型杂质浓度不同的第三及第四氮化物半导体层积层而成的p侧超格子层。
由此，可使作为超格子层的氮化物半导体层的电阻变小，所以n导电侧及p导电侧半导体区域整体的电阻可变小。
本发明第三或第五氮化物半导体元器件如果n侧超格子层例如是发光元器件、受光元器件等光电变换元器件，则组成连接于基板而组成的缓冲层、形成n电极的n侧接触层、用来封闭载流子的n侧涂敷层及对活性层的发光进行导波的n侧光导层中的至少一种层。第四或第五氮化物半导体元器件的p侧超格子层组成为p电极组成的p侧接触层、封闭载流子用p涂敷层及对活性层的发光进行导波的p侧光导层中的至少一种层。
本发明第三及第五氮化物半导体元器件，在n侧超格子层中，带隙能量大的第一氮化物半导体层的杂质浓度与带隙能量小的第二氮化物半导体层的杂质浓度比较，可以较大，也可以较小。
在上述第一氮化物半导体层的杂质浓度比第二氮化物半导体层的杂质浓度大的情形下，由于可使载流子出现在带隙能量大的第一氮化物半导体层，并注入到带隙能量小的第二氮化物半导体层，使注入的载流子杂质浓度变小，并在移动度大的第二氮化物半导体层中移动，所以可使n侧超格子层的电阻变小。
在上述第一氮化物半导体层的杂质浓度比第二氮化物半导体层的杂质浓度大的情形下，第一氮化物半导体元器件最好在超格子层的第一氮化物半导体层中，使接近第二氮化物半导体层部份(下称近接部份)的n型或p型杂质浓度与远离第二氮化物半导体层的部分相比较小。
由此，移动于第二氮化物半导体层中的载流子能借助在上述近接部份的杂质，防止散乱，并可进一步提高第二氮化物半导体层的移动度，进一步降低超格子层的电阻。
具体地说，在第三、第五氮化物半导体元器件中，在掺杂较多n型杂质于带隙能量大的第一氮化物半导体层内的情形下，最好设定为第一氮化物半导体层的n型杂质在1×1017/cm3～1×1020/cm3范围内，第二氮化物半导体层的n型杂质浓度较第一氮化物半导体层小，且在I×1019/cm3以下。带隙能量小的第二氮化物半导体层n型杂质浓度宜在1×1018/cm3以下，且最好在1×1017/cm3以下。也就是说，由第二氮化物半导体层的移动度变高的观点看来，第二氮化物半导体层的n型杂质浓度小的话小得适当，且使第二氮化物半导体层成为非掺杂层，即不掺杂杂质的状态为最佳。
在上述第一氮化物半导体层的杂质浓度比第二氮化物半导体层的杂质浓度的情况下，在上述第二氮化物半导体中，最好接近上述第一氮化物半导体层部分的n型杂质浓度与远离上述第一氮化物半导体层的部分相比较小。
进一步在上述第一氮化物导体层的杂质浓度比第三氮化物半导体层的杂质浓度小的情况下，最好上述第一氮化物半导体层的n型杂质浓度在1×1019/cm3以下，上述第二氮化物半导体层的n型杂质浓度在1×1017/cm3～1×1020/cm3范围内。
上述第一氮化物半导体层宜在1×1018/cm3以下，较佳者在1×1017/cm3以下，最好为非掺杂(undope)，也即，最好为不掺杂杂质的状态。
为了组成结晶性良好的n侧超格子层，第三及第五氮化物半导体元器件，最好以AlYGa1-YN(0＜Y＜1)组成，并能形成与上述第一氮化物半导体层相比带隙能量较大且结晶性较好的层，且最好以InXGa1-XN(0≤X＜1)组成，并能组成与上述第二氮化物半导体层相比带隙能量较小且结晶性较好的层。
第三及第五的氮化物半导体元器件最好进一步在超格子层中，上述第二氮化物半导体层由GaN组成。由此可在相同环境气体中生长上述第一氮化物半导体层(AlYGa1-YN)与上述第二氮化物半导体层(GaN)，故在超格子层组成的造上极为有利。
第三及第五氮化物半导体元器件能在超格子层中，以AlXGa1-XN(0＜X＜1)组成上述第一氮化物半导体层，以AlYGa1-YN(0＜Y＜1，X＞Y)组成上述第二氮化物半导体层。
此外，进一步最好不在上述第一氮化物半导层或上述第二氮化物半导体层上掺杂n型杂质。
就本发明第四及第五氮化物半导体元器件而言，在p侧超格子层中，带隙能量大的第三氮化物半导体层的杂质浓度与带隙能量小的第四氮化物半导体层的杂质能量相比，可较大，也可较小。
在上述第三氮化物半导体层的杂质浓度比第四氮化物半导体层的杂质浓度大的情形下，由于在带隙能量大的第三氮化物半导体层产生载流子并可将其注入带隙能量小的第四氮化物半导体层，可使注入的载流子杂质浓度变小并在移动度大的第四氮化物半导体层移动，所以超格子层的电阻可变小。
就第四及第五氮化物半导体元器件而言，在上上述第二氮化物半导体层的杂质浓度比第四氮化物半导体层的杂质浓度大的情形下，在p侧超格子层中，最好接近第四氮化物半导体层的部份(下称近接部份)的p型杂质浓度与远离第四氮化物半导体层的部份相比较小。由此，移动于第四氮化物半导体层中的载流子能利用上述近接部份的杂质，防止散乱，并能提高第四氮化物半导体层的移动度，降低超格子层的电阻。
在第四、第五氮化物半导体元器件中，在上述第三氮化物半导体层的杂质浓度比第四氮化物半导体层的杂质浓度大的情形下，最好设定为，带隙能量大的第三氮化物半导体层的p型杂质浓度在1×1018/cm3～1×1021/cm3范围内，第四氮化物半导体层的p型杂质浓度较第三氮化物半导体层的杂质浓度小且在1×1020/cm3以下。带隙能量小的第四氮化物半导体层宜在1×1019/cm3以下，较佳者在1×1018/cm3以下。也就是说，由第四氮化物半导体层的移动度变高的观点看来，如果第四氮化物半导体层的p型杂质浓度小，则最好小至适当程度，且最好使第四氮化物半导体层成为非掺杂层，即不掺杂杂质的状态为佳。
在第四及第五氮化物半导体元器件中，在上述第三氮化物半导体层的杂质浓度比第四氮化物半导体层的杂质浓度小的情形下，在上述第四氮化物半导体层中，最好接近上述第三氮化物半导体层的部份的p型杂质浓度与远离上述第三氮化物半导体层的部份相比较小。
在第四及第五氦化物半导体元器件中，在上述第三氮化物半导体层的杂质浓度比第四氮化物半导体层的杂质浓度小的情形下，最好上述第三氮化物半导体层的p型杂质浓度在1×1020/cm3以下，第四氮化物半导体层的p型杂质浓度在1×1018/cm3～1×1020/cm3范围。
上述第三氮化物半导体层宜在1×1019/cm3以下，较佳者在1×1018/cm3以下，最好不掺杂(undope)，即不掺杂杂质的状态为佳。
为了组成结晶性良好的超格子层，在第四及第五氮化物半导体元器件中，最好以AlYGa1-YN(0＜Y＜1)形成带隙能量较大且结晶性良好的上述第三氮化物半导体层，并以InXGa1-XN(0≤X＜1)组成上述第四氮化物半导体层。上述第四氮化物半导体层最好进一步由GaN组成。由此，可在相同环境气体中组成上述第三氮化物半导体层(AlYGa1-YN)与上述第四氮化物半导层(GaN)，故在超格子层的组成的造上极为有利。
在第四及第五氮化物半导体元器件中，也最好以AlXGa1-XN(0＜X＜1)组成上述第三氮化物半导体层，并以AlYGa1-YN(0＜Y＜1，X＞Y)组成上述第四氮化物半导体层。
在第四及第五氮化物半导体元器件中，最好不掺杂p型杂质在上述第三氮化物半导体层或上述第四氮化物半导体层。
就第五氮化物半导体元器件而言，在上述n侧超格层中，上述第一氮化物半导体层的带隙能量较上述第二氮化物半导体层的带隙能量大，且上述第一氮化物半导体层的n型杂质浓度较高，另在上述p侧超格子层中，可设定为上述第三氮化物半导体层的带隙能量较上述第四氮化物半导体层的带隙能量大，且上述第三氮化物半导体层的p型杂质浓度较上述第四氮化物半导体层的p型杂质浓度高。
在这种情形下，最好上述第一氮化物半导体层的n型杂质浓度在1×1017/cm3～1×1020/cm3范围，第二氮化物半导体层的n型杂质在1×1019/cm3以下，且上述第三氮化物半导体层的p型杂质浓度1×1018/cm3～1×1021/cm3范围，上述第四氮化物半导体层的p型杂质浓度在1×1020/cm3以下。
就第五氮化物半导体层元器件而言，可设定为，在上述n侧超格子层中，上述第一氮化物半导体层具有较上述第二氮化物半导体层大的带隙能量和比上述第二氮化物层大的n型杂质浓度，并且在上述p侧超格子层中，上述第三氮化物半导体层可设定为具有较上述第四氮化物半导体层大的带隙能量与较上述第四氮化物半导体层小的p型杂质浓度。
最好上述第三氮化物半导体层的p型杂质浓度在1×1020/cm3以下，第四氮化物半导体层的p型杂质浓度在1×1018/cm3至1×1021/cm3范围。
就第五氮化物半导体元器件而言，可设定为，在上述n侧超格子层中，上述第一氮化物半导体层具有较上述第二氮化物半导体层大的带隙能量和比上述第二氮化物半导体层小的n型杂质浓度，在上述p侧超格子层中，上述第三氮化物半导体层具有较上述第四氮化物半导体层大的带隙能量与较上述第四氮化物半导体层大的p型杂质浓度。
在这种情形下，最好上述气一氮化物半导体层的n型杂质浓度在1×1019/cm3以下，上述第二氮化物半导体层的n型杂质浓度在1×1017/cm3至1×1020/cm3范围，上述第三氮化物半导体层的p型杂质浓度在1×1018/cm3～1×1021/cm3范围，上述第四氮化物半导体层的p型杂质浓度在1×1020/cm3以下。
就第五氮化物半导体元器件而言，可设定为，上述n侧超格子层中，上述第一氮化物半导体层具有较上述第二氮化物半导体层大的带隙能量与较上述第二氮化物半导体层小的n型杂质浓度，并且在上述p侧超格子层中，上述第三氮化物半导体层具有较上述第四氮化物半导体层大的带隙能量与较上述第四氮化物半导体层小的p型杂质浓度。
在这种情形下，最好上述第一氮化物半导体层的n型杂质浓度在1×1019/cm3以下，上述第二氮化物半导体层的n型杂质浓度在1×1017/cm3×1×1020/cm3范围，上述第三氮化物半导体层的p型杂质浓度在1×1020/cm3以下，第四氮化物半导体层的p型杂质浓度在1×1018/cm3～1×1021/cm3范围。
就第五氮化物半导体元器件而言，在上述n侧超格子层中，上述第一氮化物半导体层可由AlYGa1-YN(0＜Y＜1)组成，上述第二氮化物半导体层可由InXGa1-XN(0≤X＜)组成，在上述p侧超格子层中，上述第三氮化物半导体层可由AlYGa1-YN(0＜Y＜1)组成，上述第四氮化物半导体层可由InXGa1-XN(0≤X＜1)形成。
此外，上述第二和第四氮化物半导体层以分别由GaN组成为佳。
就第五氮化物半导体元器件而言，在上述n侧超格子中，上述第一氮化物半导体层可由AlXGa1-XN(0＜Y＜1，X＞Y)形成，上述第二氮化物半导体层可由AlYGa1-YN(0＜Y＜1，X＞Y)形成，在上述p侧超格子层中，上述第三氮化物半导体层可由AlXGa1-XN(0＜X＜1)形成，上述第四氮化物半导体层可由AlYGa1-YN(0＜Y＜1，X＞Y)形成。
就第五氮化物半导体元器件而言，上述第一氮化物半导体层或上述第二氮化物半导体层最好是未掺杂有n型杂质的非掺杂层，且上述第三氮化物半导体层或上述第四氮化物半导体层最好是不掺杂有p型杂质的非掺杂层。
就上述第三、第四、第五氮化物半导体元器件而言，最好上述活性层含有InGaN层，上述InGaN层最好进一步为量子阱层。且上述活性层也最好为单一量子阱结构，或最好为多重量子阱结构。
本发明第二激光二极管是上述活性层位在p侧涂敷层与n侧涂敷层之间的激光振荡元器件，上述p侧涂敷层与上述q侧涂敷层中至少其一是上述n侧超格子层或上述p侧超格子层。由此能构成阈值电流低的激光振荡元器件。
就上述第二激光二极管而言，最好在上述p侧涂敷层与活性层之间或上述p侧涂敷层与活性层之间至少其一上组成由含有In的氮化物半导体或GaN所构成杂质浓度在1×1019/cm3以下的光导层。该光导层由于在上述活性层所发生的光吸收率低，所以可实现活性层发光极少减弱，可在低增益下振荡的激光元器件。本发明为了降低光吸收率，上述光导层的杂质浓度宜在1×1018/cm3以下，较佳者在1×1017/cm3以下，最好为非掺杂。且最好令上述光导层为超格子结构。
最好进一步在上述光导层与活性层之间形成带隙能量较活性层的井层及上述光导层的带隙能量大，膜厚在0.1μm以下的氮化物半导体所组成的间隙层，该间隙层的杂质浓度最好设定在1×1018/cm3以上。这样，借助于形成带隙能量大的上述间隙层，可减少漏电。该光导层及间隙层组成在p导电侧氮化物半导体层侧效果较佳。
在本发明中，最好在使氮化物半导体生长在与氮化物半导体不同的材料所组成的异质基板上在此生长的氮化物半导体层上组成保护膜使此氮化物半导体层的表面露出一部份后，在从露出的氮化物半导体层上生长以包覆上述保护膜的氮化物半导体所组成的氮化物半导体基板上形成第三至第五氮化物半导体元器件。由此，因能使第三至第五氮化氮半导体元器件的各层结晶性良好，所以可组成具有优良特性的氮化物半导体元器件。
就本案发明而言，此异质基板与保护膜也最好以氮化物半导体元器件所组成(或所可组成)的氮化物半导体层为基板，并元器件生长前或生长后除去。
间隙层组成在p导电侧氮化物半导体层侧较具效果。在与本发明相关的激光二极管中，在p侧涂敷层为超格子层情况下，最好在上述p侧涂敷层及较p侧涂敷层的上一层上形生长度方向与谐振方向一致且具有预定宽度的脊部。
本发明第六氮化物半导体元器件是在n侧涂敷层与p侧涂敷层之间具备活性层而此活性有内含In的第一氮化物半导体层，上述n侧涂敷层由具有内含Al的第二氮化物半导体层而厚度在0.5μm以上的超格子层所组成，此n侧涂敷层的μm所代表的厚度与此n侧涂敷层所含百分比代表表的Al平均组成的积设定在4.4以上。
由此，在氮化物半导体发光元器件中，由于可提高上述n侧涂敷层的光遮蔽效果，所以例如激光振荡元器件能降低振荡阈值，可延长寿命，并提高可靠性。
此外，在使用基板组成激光元器件情形下，虽然通常在接近基板侧组成上述涂敷层，由此n侧涂敷层光遮蔽不充份，则从n侧涂敷层漏的光反射在基板，所以会产生远视野图型与近视野型等形状的混乱，例如观测出雷测光点变成多个的问题。但就本发明第六氮化物半导体元器件而言，由于如上所述，可提高n侧涂敷层的光遮蔽效果，不致于混乱远视野图型与近视野图型等的形状，例如可发生光单一点的激光。
此外，在本发明第六氮化物半导体发光元器件中，最好上述n侧涂敷层的厚度在0.8μm以上，上述n侧涂敷层所含Al的平均组成在5.5％以上，或者，上述n侧涂敷层的厚度在0.1μm以上，上述n侧涂敷层所含Al的平均。组成在5％以上。
或者最好上述n侧涂敷层的厚度在1.2μm以上，上述n侧涂敷层所含Al的平均组成在45％以上。
此外，本发明第六氮化物半导体发光元器件中，最好p侧涂敷层由具有内含Al的第三氮化物半导体层的超格子层组成，上述n侧涂敷层较上述p侧涂敷层厚。
最好上述p侧涂敷层进一步较1.0μm薄。
此外，在本发明第六氮化物半导体发光元器件中，最好上述n侧涂敷层与p侧涂敷层的、含有上述活性层的厚度设定在200以上，1.0μm以下范围。
附图简要说明图1表示与本发明实施形态1相关的氮化物半导体元器件(LED元器件)结构的模式剖视图。
图2表示与本发明实施形态2相关的氮化物半导体元器件(激光二极管)结构的模式剖视图。
图3表示与本发明实施形态3相关的氮化物半导体元器件(激光二极管)结构的模式剖视图。
图4是图5所示的激光二极管的立体图。
图5表示与本发明实施形态1的激光二极管中p侧接触层的膜厚与阈值电压之间的关系。
图6表示与本发明相关的实施例26的激光二极管结构的模式剖视图。
图7表示与本发明相关的实施例28的激光二极管结构的模式剖视图。
图8表示与本发明相关的实施例32的激光二极管结构的模式剖视图。
图9表示与本发明实施形态4相关的氮化物半导体元器件(激光二极管)结构的模式立体图。
实施发明的最佳形态下面，参照附图对实施本发明的氮化物半导体元器件实施形态进行说明。
实施形态1图1是表示本发明实施形态1的氮化物半导体元器件结构的模式剖视图。此氮化物半导体元器件是一种LED元器件，就其基本结构而言，是依序次蓝宝石组成的成的基板1上积层GaN所组成的成的缓冲层2，Si掺杂n型GaN所组成的成的n侧接触层3、单一量子阱结构的InGaN所组成的成的活性层4、组成互异的第1层与第2层积层的超格子层所组成的成的p侧接触层6积层而成。并且在实施形态1的氮化物半导体元器件中，在p侧接触层6表面的大致整个平面上组成透光性全面电极7，全面电极7表面5设有接合用p电极8，蚀刻除去氮化物半导体层的一部份而在露出的n侧接触层2表面上设有n电极9。
实施形态1之氮化物半导体元器件由于具备以掺杂有作为p型杂质的镁的InxGa1-xN(0≤X≤1)所组成的成膜厚30的第1层，以及掺杂有与第1层同量的同样是作为p型杂质的镁的p型AlYGa1-YN(0≤Y≤1)所组成的成膜厚30的第2层积层而成的超格子层，构成具有低电阻值的p侧涂敷层5，所以可降低Vf。在这种组成超格子在p层侧的情形下，掺杂镁、Zn、Cd、Be等p型杂质于第1层和/或第2层上来作为具有p型导电型的超格子层。就积层而言，以第1+第2+第1……，或第2+第1+第2……的顺序较佳，并至少积层二层以上构成各个氮化物半导体所组成的超格子层的第1层与第2层并不限在上述InxGa1-xN(0≤X≤1)所组成的成的层以及AlYGa1-YN(0≤Y≤1)所组成的成的层，组成互异的氮化物半导体结构也可。且第1层与第2层的带隙能量不论其不同或相同均可。例如，如果以InxGa1-xN(0≤X≤1)构成第1层，以AlYGa1-YN(0＜Y≤1)构成第2层，则第2层的带隙能量必然变成比第1层大，如果以InxGa1-xN(0≤X≤1)构成第1层，以InzAl1-zN(0＜Z≤1)构成果2层，则第1层与第2层固然组成不同，其带隙能量却可相同。并且如果以AlYGa1-YN(0≤Y≤1)构成第1层，以InzAl1-zN(0＜Z≤1)构成第2层，则同样地，虽然第1层与第2层不同，但带隙能量却可相同。
也就是说，本发明若为具有后述作用的超格子层，第一层与第2层的带隙能量不管相同与否均可。如以上所述，所谓的超格子层由于是组成不同的极薄层的积层，因各层的厚度极薄，所以是指不会随着格子不整而产生缺陷的积层，是含有量子阱结构的大的概念。这种超格子层内部并无缺陷，通常，随着格子不整称为偏斜超格子。本发明即使以As、P等V族元素置换第1层、第2层的一部分N(氮)，N仍包含在氮化物半导体中。
本发明构成超格子层的第1层、第2层膜厚大于100的话，第1层与第2层即变成弹性偏斜限度以上的膜厚，由于此膜中容易带有微少裂缝或结晶缺陷，所以最好设定为100以下的膜厚。且本实施形态1为进一步增进结晶性，第1层、第2层的膜厚宜设定在70以下，可说是较薄，最好设定为40～10。本发明即使可设定在10以下(例如第1原子层或第2原子层)，如果设定在10以下，例如在用超格子层组成500以上膜层的涂敷层情形下，便会变成积层数增加，由于组成的程、组成时间与劳力所费不赀，所以第1层、第2层的膜厚最好设定为大于10。
在图1所示本实施形态1的氮化物半导体情形下，超格子层所组成的p型涂敷层5组成于活性层4与电流注入层的p侧接触层6之间，用来作为载流子封闭层。这样，特别是在以超格子层作为载流子封闭层情形下，必须使超格子层的平均带隙能量较活性层大。因此就氮化物半导体而言，含有具备较大带隙能量的AlN、AlGaN及InGaN等的Al的氮化物半导体被用来作为载流子封闭层。此层中的AlGN作为单一层来生长而变厚的话，即易于在结晶生长中掺入涂敷层。
而且，本实施形态1作成第1层及第2层中至少一方至少含有Al的氮化物半导体，且最好为AlYGa1-YN(0＜Y≤1)，借助于以弹性偏斜限度以下的膜厚使第1层与第2层交互生长，组成裂缝少、结晶性极佳的超格子层而用来作为带隙能量大的涂敷层。
在这种情形下，若以100以下的膜厚使不含Al的氮化物半导体层来生长为第1层，并在其上组成含有氮化物半导体所组成的第2层，第1层即使用来作为第2层生长时缓冲层，也难以渗入第2层中，而可进一步组成无裂缝而结晶极佳的超格子层。因此，本第1实施形式最好以InxGa1-xN(0≤X≤1)所组成的成的第1层(第2层)与AlYGa1-YN(D≤Y≤1，X≠Y＝0)所组成的成的第2层(第1层)来构成超格子层。
在本实施形态1之氮化物半导体元器件中，构成作为超格子层的p侧涂敷层5的第1层及第2层中至少其一层上，为调整载流子浓度，最好掺杂有将此层导电型设定为p型的杂质。且在p型杂质掺杂于第1层及第2层情形下，也最好掺杂第1层与第2层不同的浓度。于第1层、第2层上掺杂不同浓度的话，其一层的载流子浓度即可实质上提高而降低超格子层整体的电阻值。这样，就本发明而言，最好分别于第1层、第2层上掺杂不同浓度的杂质，也最好在第1层，第2层的任一方掺杂杂质。
且特别就本发明而言，第1层及第2层上的掺杂的杂质浓度不限于此，p型杂质通常宜调整为1×1016/cm3～1×1022/cm3，较佳者为1×1017/cm3～1×1021/cm3，最好为1×1018/cm3至2×1020/cm3范围。少于1×1016/cm3的话，则难以获得降低Vf，阈值电压的效果，超过1×1022/cm3的话，超格子的结晶性即有恶化的倾向。且n型杂质最好调整成相同范围。其理由相同。
如以上述结构的超格子层由于使第1层及第2层的膜厚在弹性偏斜界限以下，所以可降低结晶格子缺陷，可减少微小的涂敷层，并可显著增进结晶性，结果即不致于过度损及结晶性，可增加掺杂量，由于借此可增加n型氮化物半导体层、p型氮他物半导体层的载流子浓度，且此载流子不可移动且不因结晶缺陷而散乱，与不具有超格子结构的p型或n型氮他物半导体相比，可使电阻率降低1位数以上。
因此，就本实施形态1的氮化物半导体元器件(LED元器件)而言，使用超格子层来组成一向难以获得低电阻氮化物半导体层的P导电侧半导体区域251就实施形态1而言，该p型涂敷层5与p型接触层6所组成的区域的p型涂敷层，借助于降低此p型涂敷层5的电阻值，可降低Vf。氮化物半导体极难获得p型结晶，即使获得，与n型氮化物半导体相比，通常电阻率高出1位数以上。因此，借助于组成p型超格子层在p导电侧，即可使超格子层所构成的p型层的电阻降得极低而显著降低Vf。就已知p型结晶制造技术而言，已知有一种热焰掺杂的p型杂质的氮化物半导体层，利用除去氢，组成的造p型氮化物半导体(日本专利第2540791号)。即使获得p型氮化物半导体，其电阻率也在Ω·cm以上。借助于以此p型层为p型超格子层，即可增进结晶，根据我们的研究，该p层电阻率与已知者比较，可降低1位数以上，并有显著降低Vf的效果。
且就实施形态1而言，如上所述，最好以InxGa1-xN(0≤X≤1)组成第1层，(第2层)，以AlYGa1-YN(0≤Y≤1，X≠Y＝0)组成第2层(第1层)，由于借此可组成结晶性良好而无裂缝的超格子层，所以可提高元器件寿命。
接着，比较本发明与包含我们以前所申请的日本专利公报的公开文献所揭示的已知例进行说明。
首先就与本发明类似的技术而言，我等曾提出日本特开平8-228048号。本技术是在夹有活性层的涂敷层外侧和/或p型涂敷层外侧(即远离活性层一侧，组成由AlGaN，GaN，InGaN等构成的多层膜以作为激光的光反射膜。此技术由于组成多层膜来作为光反射膜，其各层膜厚由于用λ/4n(n氮化物半导体折射率，λ波长)设计，所以非常厚。因此，多层膜的各层膜厚并非在弹性偏斜界限以下。且美国专利第5,146,465号以AlXGa1-XN/AlYGa1-YN所组成的成的镜夹住活性层的结构的激光元器件。此技术由于与上述技术一样以AlGaN/AlGaN为镜来作用，所以各层膜厚须很厚。且AlGaN的硬半导体会组成裂缝，无论哪一层积层都非常困难。
另一方面，本实施形态1以构成超格子层方式设定第1与第2层的各膜厚(最好二者均设定在100以下的临界膜厚以下)，与上述技术不同。即，本发明利用构成超格子层的氮化物半导体的歪斜超格子所造成的效果来提高结晶性，降低Vf。
日本专利特开平5-110138号、特开平5-110139号公报进一步公开了将薄膜AlN与GaN积层而获得AlYGa1-YN的结晶的方法。此技术由于是获得预定混晶化的AlYGa1-YN混晶而将数10膜厚的AlN、GaN积层的技术，所以与本发明的技术不同。而且，由于没有InGaN组成的活性层，所以裂缝容易出现在超格子层内。且日本专利特开平6-21511号、6-268257号公报揭示了双异质结构的发光元器件，此双异质结构是有积层GaN和InGaN的多重量子阱结构的活性层。而本发明是以活性层以外的层来作为多重结构的技术，所以也与此技术不同。
以活性层以外的层来作为超格子层的结构日本特开平2-288371号公报(美国专利第5,005,057)中有揭示，但此公报所揭示的超格子层是BP层与GaAlN层所组成的超格子层，就这点而言，本发明组成互异的氮化物半导体层的超格子层与其构成不同，且作用效果不同。
本发明元器件在活性层上具有InGaN，至少内含铟的氮化物半导体情形下，具有显著的超格子效果。InGaN活性层最适合用来作为隙能量小的氮化物半导体元器件的活性层。因此，若组成InXGa1-XN与AlYGa1-YN所组成的超格子层来作为夹住活性层的层，由于与活性层的带隙能量差、折射率差可变大，所以可在此超格子层作为激光元器件来实施时，作为极其优良的光遮蔽层来运作(适用于实施形态2的氮化物半导体元器件)。由于InGaN的结晶的性质与含有其他lnGaN的Al的氮化物半导体相比极柔软，所以以InGaN为活性层的话，积层而成的各氮化物半导体不易有裂缝。相反地，以InGaN氮化物半导体为活性层，会有结晶性质硬以致于结晶体易有裂缝的倾向。
就本实施形态1而言，最好调整为，p侧接触层6的膜厚宜在500以下，较佳者在300以下，最佳者在200以下。其原因在于，如上所述借助于将电阻率与在数Ω·cm以上的p型氮化物半导体层膜厚调整在500以下，由于借以可进一步降低电阻率，并能降低阈值电流、电压。此外，能增加自p型层所除去的氢的量，进一步降低电阻率。
如以上详细说明，就本实施形态1的氮化物半导体元器件(LED元器件)而言，由于以第1层与第2层所积层的超格子层来构成p型涂敷层，所以可将此p型涂敷层5的电阻降至极低，并可降低此LED元器件的顺向电压。
上述实施形态1虽然使用超格子层在p侧涂敷层，但本发明并不限于此，也可使用p型超格子层在p侧接触层6即，也可为电流(正孔)注入的p侧接触层6，例如InxGa1-xN所组成的第1层，与AlYGa1-YN所组成的第2层积层而成的。以p型接触层6为超格子层，在第1层的带隙能量较第2层小的情况下，最好使带隙能量小的InxGa1-xN或GaN所成的第1层为最外层表面而与P电极接触的层，由此即可获得与p电极的接触电阻小的较佳电阻。此情形虽然发生在带隙能量小的第1层，但易于获得载流子浓度较第2层高的氮化物半导体层。且本发明在上述p侧涂敷层及p侧接触层以外的p型氮化物半导体层进一步组成在p导电侧半导体区域251上情形下，也最好以超格子层组成此p型氮化物半导体层。
就以上实施形态1而言，虽然使用超格子层在p侧涂敷层5，但本发明不限在p导电侧半导体区域251，也可使用n型超格子层在n导电侧半导体区域201的n侧接触层3上。这样，在以n侧接烛层3为超格子层情形下，可例如掺杂Si，Ge等n型杂质于第1层及感第2层上，在基板I与活性层4之间组成具有n型导电型的超格子层来作为n型接触层3。在这种情形下，经确认，特别是若以n型接触层3为杂质浓度不同的超格子层，则有横向电阻降低，例如在激光二极管中降低阈值电压、电流的倾向。
此情形发生在带隙能量大的一层上，在以掺杂有大量n型杂质的超格子层为n层侧接触层情形下，据推知具有类似于以下的HEMT(高电子移动率电晶体)作用所产生的效果。就掺杂n型杂质的带隙大的第1层(第2层)与带隙小的非掺杂{(undope)；以下是指未掺杂杂质状态下的(非掺杂)}的第2层(第1层)积层而成的超格子层而言，带隙能量大的层侧在添加n型杂质的一层与非掺杂层间的异质接合界面上耗尽，而在带隙能量小的层侧厚度(100)前后界面上蓄积电子(二次元电子云)。此二次元电子云由于可蓄积在带隙能量小的层侧，所以经推知，在电子移动时不致于造成杂质散乱，超格子层的电子移动度提高，且电阻率降低。
在本发明中，在n侧接触层设在n导电侧半导体区域201情形下，也可以此n侧涂敷层为超格子层。而在n侧接触层及n侧涂敷层外的n型氮化物半导体层组成在n导电侧半导体区域201上情形下，也可以此n型氮化物半导体层为超格子层。但在超格子层所组成氮化物半导体层设在n导电侧半导体区域201情形下，当然也可以作为载流子遮蔽层的n侧涂敷层或电流(电子)注入的n侧接触层3来组成超格子结构。
这些，在超格子层设于活性层4与基板1间的n导电侧半导体区域201情形下，构成超格子层的第1层，第2层上也最好不掺杂杂质。其原因在于，即使氮化物半导体不掺杂，也具有n型性质。但在如上所述组成在n层侧的情形下，最好将Si、Ge等n型杂质掺杂于第1层、第2层上并设定杂质浓度差如上所述，组成超格子层在n导电侧半导体区域的效果与超格子层设在p导电侧半导体区域251的情形一样，均可提高结晶性。详细地说，在氮化物半导体元器件具有异质接合情形下，通常n型、p型载流子封闭层是占以带隙能量较活性层大的AlGaN来构成。AlGaN结晶生长极为困难，例如以单一组或在0.5flm以上膜厚来生长的话，会有结晶中易产生裂缝的性质。如果本发明以弹性歪斜界限以下膜厚用第1层、第2层来积层组成超格子层的话，由于可结晶性极佳地积层第1层、第2层，所以可生长结晶性良好的涂敷层。因此，n导电侧半导体区域201整体的氮化物半导体结晶性得以增进，由在n导电侧半导体区域201整体的移动度可以增大，所以以此超格子层为涂敷层的元器件可降低Vf。且在掺杂Si、Ge杂质于超格子层上而以超格子层为接触层情形下，会有类似在上述HEMT的显著效果，可进一步降低阈值电压Vf。
本发明也可不在第1层、第2层上，即不在超格子层上掺杂决定导电型的杂质。此未掺杂杂质的超格子层在组成在n导电侧半导体区域201情形下，可组成为载流子封闭层(光遮蔽层)与活性层间的任一层。
本发明中，由于超格子层可用来作为组成于夹住设活性层的n导电侧半导体区域201或p导电侧半导体区域251上作为载流子封闭层的涂敷层、活性层的光导层或与电极连接所组成的电流注入层，所以构成超格子层的氮化物半导体的平均带隙能量最好调整成大于活性层。
如上所述，在本说明书中，就活性层与p电极之间由氮化物半导体层所组成的区域而言，所谓p导电侧半导体区域并非意指可构成此半导体区域的氮化物半导体层具有p型导电性。同样地，就活性层与GaN基板100之间由氮化物半导体层所组成的区域而言，所谓n侧导电性半导体区域并非意指可构成此区域的氮化物半导体层具有p型导电性。
实施形态2下面，对本发明实施形态2进行说明。
图2是表示本发明实施形态2的氮化物半导体元器件结构模式的剖视图(垂直于激光谐振方向的剖视)，该氮化物半导体元器件是一种氮化物半导体激光二极管元器件，具有氮化物半导体所组成的活性层16，且此氮化物半导体夹设在例如以C面为主面的蓝宝石等基板10上的n导电侧半导体区域202(由n侧接触层12、裂缝防止层13、n侧涂敷层14及n侧光导层15组成)与p导电侧半导体区域252(由间隙层17、p侧光导层、p侧涂敷层19及p侧接触层20组成)之间。
本实施形态2的氮化物半导体元器件在n导电侧半导体区域202中以超格子层组成n侧涂敷层14，并在p导电侧半导体区域252中以超格子层组成p侧涂敷层19，由此将作为激光二极管的氮化物半导体元器件的阈值电压设定为低电压。下面参照图2详细地说明实施形态2的氮化物半导体元器件。
在实施形态2的氮化物半导体元器件中，首先经p由缓冲层11与第二缓冲层112在基板101上形成n侧接触层12，进一步在n侧接触层12上积层裂缝防止层13、n侧涂敷层14及n侧光导层，以组成n导电侧半导体区域202。且露出裂缝防止层13二侧的n侧接触层12表面上分别组成与n侧接触层12电阻接触的n侧电极23，在该n侧电极23上例如组成有线焊用n侧焊盘电极。并在n侧光导层15上组成氮化物半导体所组成的成的活性层16，进一步在此活性层16上积层间隙层17、p侧涂敷层19与p侧接触层20以组成p导电侧半导体区域252。进一步在p侧接触层20上组成与此p侧接触层20电阻接触上组成与此p侧电极，在该p侧电极21上形成例如有线焊用p侧焊盘电极。且在p侧接触层20及p侧涂敷层19组成沿谐振方向伸延的峰状脊部，借助于形成此脊部，在活性层16中)在宽度方向(与谐振方向正交的方向)遮蔽光线，使用沿垂直于脊部的方向劈开的劈开面，组成的造沿脊部长度方向谐振器。
下面，对实施形态2的氮化物半导体元器件的各构成元件进行说明。
(基板10)在基板10上是以C面为主面的蓝宝石，以R面、A面为主面的蓝宝石，其它是尖晶石(镁Al204)绝缘性基板，且此外可用SiC、(含6H、4H、3C)ZnS、ZnO、GaAs、GaN等半导体基板。
(缓冲层11))缓冲层11在900℃以下温度生长例如AlN、GaN、AlGaN、InGaN等以组成数十至数百的膜厚，此缓冲层11虽然缓和基板与氮化物半导体的格子常数失配而组成，但也可根据氮他物半导体生长方法、基板的种类等予以省略。
(第2缓冲层112)第2缓冲层112是在较上述缓冲层更高温下的生长单晶氮化物半导体组成在上述缓冲层11上的较缓冲层11厚的层。此第2缓冲层112是n型杂质浓度较后续的生长n侧接触层112小的层，或是不掺杂n型杂质的层。且，策2缓冲层112可例如以InxAlyGa1-x-yN(0≤X，0≤Y，x+v≤1)构成，特别是，其组成不用说，宜为非掺杂的Al(Y值)在0.1以下的AlyGa1-YN，最好为非掺杂的GaN。即，由这种组成，可增进第2缓冲层112的结晶性，进一步借助于非掺杂GaN组成第2缓冲层112，可组成结晶性最佳的第2缓冲层。且最好以超格子进一步组成该n侧接触层。
这样，在生长n侧接触层12之前，杂质浓度极小，借助于生长结晶性良好的第2缓冲层112，即生长载流子浓度大且结晶性良好的n侧接触层12而使其变得较厚。即，虽然高载流子浓度的n侧接触层因有必要生长n型杂质浓度大的氮化物半导体层，但杂质浓度大的厚氮化物半导体层难以结晶性良好地生长。因此，不组成n侧缓冲层112而组成n侧接触层的话，则不仅组成结晶性差的n侧接触层，而且在结晶性差的n侧接触层上，生长活性层等以外的氮化物半导体，其上所组成的层会自下层导致裂缝，其上所组成的层(活性层等)也无法结晶性良好地生长。因而，此第2缓冲层112不仅结晶性良好地组成n侧接触层，也能结晶性良好地组成各个构成氮他物半导体元器件的半导体层。
该第2缓冲层112的膜厚宜在0.1μm以上，较佳者在0.5μm以上，最佳者最好调整为1μm以上，20am以下。第2缓冲层112在0.1μm以下的话，则无法充份提高n侧接触层12的结晶性。大于20Am的话，则有第2缓冲层112本身容易增加结晶缺陷的倾向而降低缓冲层的功能。且第2缓冲层在不超过20μm范围内生长成较厚情形下，其优点在于可提高散热性。在组成的造激光元器件的场合，第2缓冲层112因易于热扩张而可提高激光元器件的寿命。激光的漏泄光会在第2缓冲层112内扩散而易于获得接近椭圆形的光。并且第2缓冲层112也可在使用GaN、SiC、ZnO等导电性基板的场合下予以省略。
(n侧接触层12)n侧接触层12用来作为组成负电极的接触层，例如由Si掺杂的GaN所组成，最好调整为0.2μm以上，4μm以下的厚度。小于0.2μm的话，则此后在组成负电极时，难以控组成的蚀刻率使此层露出，另一方面，在4μm以上的话，即会在杂质影响下造成结晶性劣化。该n侧接触层12的氮化物半导体上所掺杂n型杂质的浓度在1×1017/cm3至1×1021/cm3范围，最好调整为1×1018cm3至1×1019/cm3。若是小于1×1011/cm3的n电极材料，由于难以获得较佳电阻，所以激光元器件无法降低阈值电流、电压，若大于1021/cm3，则元器件本身的漏电即会增多，且由于结晶性也劣化，故元器件寿命也会缩短。且在n侧接触层12中，为了减少与n电极，23电阻接触的阻扰，并为了提高此n侧接触层12的载流子浓度，最好其杂质浓度较n涂敷层14大。且n侧接触层12在使用GaN、SiC、ZnO等导电性基板并在基板内侧设有负电极情况下，不用来作为接触层，而是用来作为缓冲层。
此外，能使用第2缓冲层11与n侧接触层12中的至少一层来作为超格子层。用来作为超格子层的话，此层的结晶性即可显著增进并可降低阈值电流。最好以较第2缓冲层11的膜厚更薄的n侧接触层12为超格子层。在以n侧接触层n为带隙能量互异的第1层与第2层所积层而成的超格子结构的情形下，最好使带隙能量小的一层露出而组成n电极，由此可降低与n电极23接触的电阻并可降低阈值。且就n型氮化物半导体而言，可获得较佳电阻的n电极材料有Al、Ti、W、Si、Zn、Sn、In等金属或合金。
借助于以n型接触层n为杂质浓度不同的超格子层，即可类似于实施形态1中所说明的HEMT的效果，降低横向电阻，并可降低LD元器件的阈值电压、电流。
(裂缝防止层13)裂缝防止层13例如由掺杂5×1018/cm3Si的In0.1Ga0.9组成，且例如具有500膜厚。此裂缝防止层13为含有In的n型氮化物半导体，最好生长我们InGaN来组成，由此即可防止在其上形成含有Al的氮化物半导体层中发生裂缝。该裂缝防止层13最好生长100以上，0.5μm以下的膜厚。小于100的话，即难以发挥上述裂缝防止的作用，大于0.5μm的话，结晶本身即有变黑的倾向。在以本实施形态1的n侧接触层为超格子情形下，或者在以接着生长的n侧涂敷层14为超格子层情形下，该裂缝防止层13也可省略。
(n型超格子所组成的n侧涂敷层14)n侧涂敷层是例如由掺杂5×1018/cm3Si的n型AlO.2Ga0.8N组成，由具有20膜厚的第1层和非掺杂GaN的组成，由具有20膜厚的第2层交互积层的超格子层所组成，整体例如具有0.5μm膜厚。该n型涂敷层14作为载流子封闭层及光蔽层来使用，在作为超格子层情况下，最好使其中一层生长有Al的氮化物半导体，最好生长AlGaN，借助于较佳者在100以上，2μm以下.最佳者在500以上，1μm以下生长，组成良好的载流子封闭层。该n型涂敷层14可以用单一氮化物半导体生长，也可组成作为超格子层而无裂缝且结晶性良好的封闭层。
(n侧光导层15)n侧光导层15例如由掺杂5×1018/cm3Si的n型GaN组成，具有0.1μm的膜厚。此n侧光导层15用来作为活性层光导层，最好生长GaN、InGaN来组成，通常生长100-5μm，最好进一步生长200-1μm膜厚。且此光导层15也可作为超格子层。在n侧涂敷层作为超格子层情形下，构成超格子层的氮化物半导体层的平均带隙能量较活性层大。在作为超格子层的情形下，第1层及第2层的至少一层可掺杂杂质，也可不掺杂。且此光导层15可以为单独非掺杂的氮化物半导体或为非掺杂氮化物半导体所积层而成的超格子层。
(活性层16)活性层16由一例如掺杂8×1018/cm3Si的In0.8Ga0.8N所组成而具有25膜厚的井层，以及掺杂8×1018/cm3Si的In0.05Ga0.95N所组成而具有50膜层的障壁层交互积层而构成具有预定膜厚的多重量子阱结构(MOW)。在活性层16中，井层与障壁层宜二者均掺杂杂质或仅其一方掺杂。且掺杂n型杂质的话，阈值即有降低的倾向。在依此方式以活性层16作为多重量子阱结构的情形下，必然地，由于积层带隙能量小的井层与带隙能量较井层小的障壁层，所以超格子层有所区别。井层的厚度宜在100以下，较佳者在70以下，最佳者在50以下。障壁层厚度宜在150以下，较佳者在100以下，最好在70以下。
关于量子阱结构的活性层，本申请人于先前所申请的日本特开平9-148678号公报(美国专利申请案第08/743,729，是根据日本专利特开平9-148678号提出申请)有所揭示，本发明可使用该公报所揭示的活性层、单一量子阱结构的活性层及各种活性层。
(p侧间隙层17)p侧间隙层17的带隙能量较活性层16大，例如由掺杂1×1020/cm3镁的p型AlO.3Ga0.7N组成，且例如有200膜厚。就本实施形态2而言，虽然最好使用间隙层17，但由于该间隙层由薄的膜厚组成，所以本发明也可掺杂n型杂质而作为补偿载流子的i型。p侧间隙层17的膜厚宜调整为0.1μm以下，较佳者在500以下，最佳者在300以下。生长大于0.1μm膜厚的话，则p侧间隙层17中易于产生裂缝，而难以生长结晶性良好的氮化物半导体层。并且，p侧间隙层17膜厚在0.1μm以上的话，则载流子在隧道效应下无法通过构成能带的p型间隙层17，考虑到该隧道效应下载流子的通过情形，如上所述，最好设定在500以下，并进一步设定在300以下。
由于在p侧间隙层17上易于使LD元器件振荡，所以最好使用Al组成比大的AlGaN，此AlGaN越薄，LED元器件超容易振荡。例如，Y值为0.2以上的AlYGa1-YN的话，最好调整为500以下。p侧间隙层17的膜厚下限虽无特别限定，但最好组成10以上的膜厚。
(p侧光导层18)p侧光导层18是带隙能量较p侧间隙层17小，例如由掺杂1×1020/cm3镁的p型GaN组成，具有0.1μm膜厚。该p侧光导层18用来作为活性层16的光导层，与n侧光导层15相同，用生长GaN、InGaN来组成。且此层也可用来作为p侧涂敷层19生长时的缓冲层，宜生长100-5μm，最好200-1μm的膜厚，由此用来作为较佳光导层。此p侧光导层通常掺杂镁等p型杂质成为p型导电型，但也可特别不掺杂杂质。且也可使该p侧光导层成为超格子层。在作为超格子层的情形下，第1层及第2层的至少一方可掺杂p型杂质也可以不掺杂。
(p侧涂敷层19＝超格子层)p侧涂敷层19是一例如掺杂1×1020/cm3镁的p型AlO.2Ga0.8N所组成的例如具有20膜厚的第1层，以及例如掺杂1×1020/cm3镁的p型GaN所组成的具有20膜厚的第2层交互积层而成的超格子层。该p侧涂敷层与n侧涂敷层14相同，都用来作为载流子封闭层，特别是用来作为降低p型层电阻率的层。该p侧涂敷层19膜厚虽无特别限定，但最好组成为100以上，2μm以下，此外，最好组成为500以上，1μm以下。
(p侧接触层20)p侧接触层20是例如由掺杂2×1020/cm3的p型GaN组成在p侧涂敷层19上并例如具有150膜厚。该p侧接触层20可以p型InxAlYGa1-X-YN(0≤X，0≤Y、x+Y≤1)来构成，最好如上所述是掺杂镁的GaN，这样即可获得与p电极21接触的最佳电阻接触。p侧接触层的膜厚调整在500以下，较佳者在300以下，最好在200以下。其原因在于，借助于如上所述将电阻率在数Ω·cm以上的p型氮化物半导体层膜厚调整在500以下，可进一步降低电阻率，从而降低阈值电流、电压。且可增加从p型层去除的氢量，进一步降低电阻率。
本发明的p侧接触层20也可用来作为超格子层。在作为超格子层情形下，特别是积层带隙能量不同的第1层与第2层，以第1+第2+第1+第2……方式积层，最后则将带隙能量小的一层露出而获得与p电极21较佳的欧姆接触。p电极21的材料可例如为Ni、pd、Ni/Au等。
本实施形态2如图2所示，在p电极21与n电极23问所露出的氮化物半导体层表面上组成SiO2所组成的绝缘膜25，经由该绝缘膜25上组成的开口部，形成与p电极21电连接并与焊盘电极22和n电极23连接的n焊盘电极24。该p焊盘电极22扩大p电极21的实质表面积，可沿p电极侧线焊、片焊，以防止n焊盘电极24与n电极23剥离。
上述实施形态2的氮化物光导层元器件是使第1层与第2层成弹性偏斜界限以下的膜厚予以积层的超格子层，而具有结晶性良好的p型涂敷层19。由于由此本实施形态2的氮化物半导体元器件可比不具有超格子结构的p侧涂敷层降低1位数以上的p侧涂敷层19的电阻值，所以可降低阈值电压、电流。
就本实施形态2的氮化物半导体元器件而言，连接含有p型AlYGa1-YN的p侧涂敷层19而以带隙能量小的氮化物半导体来作为p侧接触层20，借助于组成薄度在500以下的膜厚，使p侧接触层20的载流子浓度实质上增高，而获得与p电极接触的较佳电阻，从而可降低元器件的阈值电流、电压。并且在生长n侧接触层之前，由于具有第二缓冲层112，所以可增进第二缓冲层112上所生长的氮化物半导体的结晶性，延长元器件的寿命。最好以第二缓冲层112上所生长的n侧接触层为超格子层，这样能降低横向电阻值而获得阈值电压、阈值电流降低的元器件。
本实施形态2的LD元器件良好在活性层16中包括InGaN那样的至少内含铟的氮化物半导体情形下，以InXGa1-XN与AlYGa1-YN交互层积层在的超格子层作为夹设活性层的层(n侧涂敷层14及p侧涂敷层19)。由此可扩大活性层16与该超格子层的带隙能量差、折射率差，所以在以该超格子层为激光元器件时，可用来作为优良的光遮蔽层予以作动。并且由于InGaN在结晶性质上较其他含有AlGaN的Al的氮化物半导体柔软，所以以InGaN为活性层的话，则积层而成的各氮化物半导体层整体即不容易有裂缝。由此即可延长LD元器件的寿命。
在本实施形态2组成是具有活性层16的双异质结构的半导体元器件而此活性层16具有量子阱结构的情形下，连接于此活性层16而设有间隙能量较活性层16大且膜厚在0.1μm以下的氮化物半导体所组成的p侧间隙层17，最好设有包含Al的氮化物半导体所组成的p侧间隙层，在较此p侧间隙层17更远离活性层的位置上设有带隙能量较p侧光导层18大的氮化物半导体，并设有具备超格子结构的p侧涂敷层19，而此超格子结构含有最好包含Al的氮化物半导体。且为了使p侧间隙层17的带隙能量增大即自n层注入的电子会被阻止封闭于此间隙层，由于电子不会于溢出活性层，所以元器件的漏电减少。
以上实施形态2的氮化物半导体元器件虽然是一种用来作为激光元器件的较佳结构，但本发明n型超格子层可在活性层16下面的n导电侧半导体区域202中至少有一层，或者，p型超格子层也可在活性层16上的p导电侧半导体区域252中至少有一层，在元器件结构上并无特别限组成的。但最好在上述超格子层组成在p导电侧半导体区域252中情形下，组成在用来作为载流子封闭层的p侧涂敷层上，在组成在n导电侧半导体202的场合下，组成用来作为与n电极连接的电流注入层的n接触层或用来封闭载流子的n涂敷层14，以降低元器件的Vf阈值。且与实施形态2相同的结构不用说也适用于LED元器件(其中，LED元器件并不需要脊部)。
如上述结构的实施形态2的氮化物半导体元器件在各层组成后，最好不含H的气体，例如氮气中，在400℃以上，例如在700℃进行退火，由此可使p型氮化物半导体层区域的各层进一步低电阻化，所以可降低阈值电压。
就实施形态2的氮化物半导体元器件而言，p侧接触层12表面上由Ni与Au所组成的成的p电极21组成带状，使n侧接触层相对于该p电极左右对称露出，将n电极23设在该n侧接触层表面的大致整个平面上。这样，在使用绝缘性基板情形下，相对在p电极21两侧左右对称而设置的n电极23的结构即可极其有利于降低阈值电压。
本实施形态2在垂直于脊部(带状电极)的方向所劈开的劈开面(谐振面)上组成由SiO2与TiO2组成的电介质多层膜。
这样，在本发明中，由于超格子层用来作为夹设活性层的n型区域或p型区域中所组成用来作为载流子封闭层的涂敷层、活性层的半导体或连接电极而组成的电流注入层，所以最好调整成构成超格子层的氮化物半导体的平均带隙能量较活性层大。
实施形态3图3是表示本发明实施形态3的氮化物半导体元器件的结构的模式剖视图。此实施形态3的氮化物半导体元器件是以活性层端面为谐振面的电极带型激光二极管。图3表示沿垂直于激光谱振方向的方向所截取的剖面。以下参照图3说明本发明的实施形态3。
首先，在第3图中，各符号表示以下元器件。
100是指不同于氮化物半导体的材料所组成的成的异质基板，是在例如蓝宝石、光晶石、SiC、Si、GaAs、Zn等材料所组成的成基板上所生长例如膜厚10μm以上的GaN基板。且如第3图所示，此异质基板可在GaN基板100组成后除去，也可如后述实施例不除去(图8)。
11是掺杂Si的n型GaN所组成的缓冲层，本实施形态3兼具有n接触层的功能。
14是指超格子结构的n侧涂敷层，它由例如膜厚40的Si掺杂n型Al0.2Ga0.8(第一氮化物半导体层)与膜厚40的非掺杂(updope)GaN层(第二氮化物半导体层)交替层叠100层而成。而且，本第三实施例3的n侧涂敷层14组成于远离活性层的位置上。
15是指位在n侧涂敷层14与活性层16之间，具有较n侧涂敷层14的Al0.2Ga0.8N的带隙能量小的，例如由非掺杂GaN所组成的n侧光导层。
基于以上n侧缓冲层11，n侧涂敷层14及n侧光导层15构成n导电侧半导体区域203。
16是指膜厚30的In0.2Ga0.8N所组成的井层3层与带隙能量较井层大的膜厚30的In0.05Ga0.95N所组成的障壁层2层所交互积层共计5层所组成多重量子阱结构的活性层。
17是指带隙能量较活性层16的井层大并较p侧光导层18大的例如由镁掺杂p型Al0.3Ga0.7N所组成p侧间隙层。此p侧间隙层17的带隙能量最好较超格子结构的p侧涂敷层19中带隙能量小的一方的氮化物半导体(第四氮化物半导体层)大。
18是指位在p侧涂敷层19与活性层16之间，具有较p侧涂敷层19的Al0.2Ga0.8N小的带隙能量，例如由非掺杂GaN所组成的p侧光导层。
19是指位于远离活性层的位置，例如40镁掺杂p型Al0.2Ga0.8N与膜厚40非掺杂(updope)GaN层交互于异质基板100上所积层而成超格子结构的p侧涂敷层。
20是指具有较p侧涂敷层19的Al0.2Ga0.8N小的带隙能量，例如镁掺杂GaN所组成的p侧接触层。基于以上p侧间隙层17，p侧光导层18，p侧涂敷层19及p侧接触层20构成p导电侧半导体区域。
这样，本实施形态3的激光元器件在GaN基板100上具有上述各氮化物半导体层11，14至20所积层而成的结构，在p侧涂敷层19以上的氮化物半导体层中组成带状脊部，p电极21组成于脊部最上表面上p侧接触层20的大致整体表面上。另一方面，在露出的n侧缓冲层11表面(上面)上组成n电极23。就本实施形态3而言，n电极23虽然组成在n侧缓冲层11的表面上，但由于用GaN基板100来作为基板，所以可在结构上设计成，蚀刻组成N电极的部份至GaN基板100为止而使GaN基板100表面露出，在此露出的GaN基板100表面上组成n电极，并在同一面上设有p电极与n电极。再将n电极23与p电极21的上部除去，在露出的氮化物半导体表面上组成例如SiO2所组成的成的绝缘膜25，经由n电极23与p电极21上面的绝缘膜25的开口部分别连接p电极21与n电极23，以此方式，设有焊接用p焊盘电极22与n焊盘电极24。如上所述，活性层与p电极间氮化物半导体层所组成的区域，虽称为p导电侧半导体区域但并非意指构成该半导体区域的所有氮化物半导体层具有p型导电性。同样地，活性层与GaN基板100之间的氮化物半导体层所组成的区域，虽称为n侧导电性半导体区域但并非意指构成此区域的所有氮化物半导体层具有p型导电性。
就本发明实施形态3的激光元器件而言，在图3所示的活性层16下部的n侧氮化物半导体层中，在远离活性层16的位置，具有杂质浓度互异的带隙能量大的第一氮化物半导体层与带隙能量较第一氮化物半导体层小的第二氮化物半导体层积层而成的超格子结构的n侧涂敷层14。构成超格子层的第一氮化半导体层、第二氮化物半导体层的膜厚宜调整为70以下，较佳者为10至40的膜厚。大于100的话，第一氮化物半导体层及第二氮化物半导体层即变成弹性偏斜界限以上的膜厚，膜中会有产生微小裂缝与易于发生结晶缺陷的倾向。本发明第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层的膜厚下限并无限别限定，所以可在一原子层以上，但最好如上所述在10以上。而且，第一氮化物半导体层最好生长至少含有Al的氮化物半导体，最好生长AlXGa1-XN(0＜X≤1)。另一方面，第二氮化物半导体虽宜为带隙能量较第一氮化物半导体小的氮化物半导体，但最好是生长容易且结晶性良好的诸如AlYGa1-YN(0≤Y＜1，X＞Y)、InzGa1-zN(0≤Z＜1)等2元混晶、3元混晶的氮化物半导体。且就本发明而言，第一氮化物半导体可以是不含In之AlXGa1-XN(0＜X＜1)，第二氮化物半导体可以是不含Al的InzGa1-ZN(0≤Z＜1)，从也能由此获得结晶性良好的超格子的观点看来，最好就第一氮化物半导体而言，使用Al混晶比(Y质)0.3以下的AlXGa1-XN(0＜X≤0.3)，就第二氮化物半导体而言，使用GaN。
在使用AlXGa1-XN(0＜X＜1)来组成第一氮化物半导体以及使用GaN来形成第二氮化物半导体情形下，在组成的造上有以下的优点。也即，在利用有机金属气相生长法(MOVPE；metal organic vapor phase epitaxy)组成AlXGa1-xN(0＜X＜1)层及GaN层中，各层可同样在H2环境气体中生长。因此，利用不改变环境气体而交互生长AlXGa1-XN(0＜X＜1)层与GaN层，即可组成超格子层。这样能有组成的造所需的数十到数百层积层超格子层的极大优点。
具有光遮蔽层及载流子封闭层功能的涂敷层有带隙能量较活性层的井层大的必要。虽然有Al混晶比高的氮化物半导体用来作为带隙能量较大的氮化物半导体层，但已知厚膜生长Al混晶比高的氮化物半导体由于容易产生裂缝，所以极难结晶生长。但就本发明组成超格子层而言，即使以AlGaN层作为Al混晶比略高的层，而此AlGaN层用来作为构成超格子层的氮化物半导体层，由于生长弹性临界模厚以下的膜，所以不容易产生裂缝。由于借助于本发明可结晶性良好地生长Al混晶比高的层，所以可组成光罩层、载流子封闭层效果高的涂敷层，能在激光元器件中，降低阈值电压。本发明也可适用于LED元器件，在LED元器件中，可降低Vf(正向电压)。
本发明实施形态3的激光元器件设定成该n侧涂敷层14的第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层的n型杂质浓度不同。由于这是所谓的调度掺杂，所以减少一层的n型杂质浓度，最好成为不掺杂杂质状态(非掺杂)，并将另一层调度为高浓度，由此调度掺杂即可降低阈值电压Vf。借助于杂质浓度低的层存在于超格子层中，即可扩大此层的移动度，此外，由于同时存在杂质浓度高的层，即可组成载流子浓度高的超格子层。即，若是杂质浓度低移动度高的层，借助于杂质浓度高载流子浓度高的层同时存在，载流子浓度大移动度也大的层即可成为涂敷层，因此可推知，阈值电压Vf会降低。
在高浓度掺杂带隙能量大的氮化物半导体层情况下，可借助于调度，组成二次元电子云于高杂质浓度层与低杂质浓度层之间，经推知，在此二次元电子云影响下，电阻率会降低。例如就掺杂n型杂质且带隙能量大的氮化物半导体层与带隙能量小的非掺杂氮化物半导体层所积层而成的超格子层而言，阻挡层侧会在添加n型杂质的层与非掺杂层的异质接合面上耗尽，且电子(二次元电子云)会在带隙能量小的层侧近傍蓄积。由于此二次元电子云可在带隙能量小的一侧，所以为了在电子跃迁时避免因杂质而散乱，超格子的电子移动度增高，电阻率下降。且可推知，p侧的调度掺杂同样会起二次元电子云的影响。在p层情形下，AlGaN的电阻率较GaN高。因此，借助于掺杂大量p型杂质于AlGaN一方，所以在制造激光元器件时超格子层的实质电阻率能降低情况下，推知可降低阈值。
另一方面，在高浓度掺杂杂质于带隙小的氮化物半导体的情况下，经推知，具有以下作用。例如在AlGaN层与GaN层掺杂同量镁情况下，就AlGaN层而言，镁的受主能级深度大，活性化率小。另一方面，与AlGaN层相较，GaN层的受主能级浅，镁的活性化率高。例如，即使掺杂1×1020/cm3的镁，GaN即有1×1018/cm3程度的载流子浓度，与此相对，AlGaN仅能获得1×1017/cm3程度的载流子浓度。因此，本发明以AlGaN/GaN来作为超格子，借助于在可获得高载流子浓度的GaN层上掺杂大量杂质，即可获得高载流子浓度的超格子。且由于用来作为超格子，在隧道效应下，载流子会朝杂质浓度少的AlGaN层移动，所以截流子在AlGaN层中可几乎不受杂质影响而移动，且AlGaN层也可用来作为带隙能量高的涂敷层。因此，即使在带隙能量小的氮化物半导体层上掺杂大量杂质，也能在激光元器件、LED元器件的阈值降低上极具效果。以上虽就超格子组成在p型层侧的例子加以说明，但在超格子组成在n层侧情形下，也具有同样效果。在带隙能量大的第一氮化物半导体层上掺杂大量n型杂质情况下，向第一氮化物半导体层掺杂的较佳量宜调整为1×1017/cm3～1×1020/cm3，最好进一步为1×1018/cm3至5×1019/cm3范围。小于1×10/cm3的话，与第二氮化物半导体层的差即会变少，而有难以获得载流子浓度大的层的倾向，大于1×1020/cm3的话，则元器件本身的漏电即有易于增多的倾向。另一方面，第二氮化物半导体层的n型杂质浓度较第一氮化物半导砝层少的话，则极佳，最好少于1/10。且最好为非掺杂，由此乃可获得最高移动度的层。但由于超格子层各层的膜厚极薄，所以自第一氮化物半导体侧朝第二氮化物半导体层扩散的n型杂质。即使在此情形下，若第二氮化物半导体层的n型杂质浓度在1×1019/cm3以下，则可获得本发明作用效果。选择Si、Ge、Se、S、O等周期表第IVB族、VIB族元素来作为n型杂质，最好以Si、Ge、S为n型杂质。其作用与带隙能量大的第一氮化物半导体层上不掺杂n型杂质以及带隙能量小的第二氮化物半导体层上掺杂大量n型杂质情形相同。
就本发明实施形态3的激光元器件而言，在位于图3所示活性层16上部的p侧氮化物半导体层中，具有位于远离活性层16的位置且杂质浓度互异的带隙能量大的第二氮化物半导体层与带隙能量较第三氮化物半导体层小的第四氮化物半导体层所积层而成超格子结构的p侧涂敷层19。构成此p侧涂敷层19的超格子层的第三、第四氮化物半导体层的膜厚与n侧涂敷层14相同，最好调整在100以下，较佳者在70以下，最佳者为10至40。同样地，第三氮化物半导体层最好生长至少含有Al的氮化物半导体，最好生长AlXGa1-XN(0＜X≤1)，第四氮化物半导体最好生长诸如AlYGa1-YN(0≤Y＜1，X＞Y)、InzGa1-ZN(0≤Z≤1)等2元混晶、3元混晶的氮化物半导体。
以p侧涂敷层19为超格子结构的话，超格子结构对激光元器件的作用虽与n侧涂敷层14的作用相同，但在组成在n层侧情形下，会产生如下的作用。也即，与n型氮化物比较，p型氮化物半导体通常在电阻率高出2位数以上。因此，借助于将超格子层组成在p层侧，能出现显著的阈值电压降低效果。详细地说，已知氮化物半导体是极难获得p型结晶的半导体。为了获得p型结晶，已知有热溶掺杂杂质的氮化物半导体层而将氮除去的技术(日本专利第2540791号)。但是，即使可获得p型，其电阻率也在数Ω·cm以上。因此，借助于以此p型层为超格子层，即可增进结晶性，由于电阻率降低1位数以上，所以可降低阈值电压。
就本实施形态3而言，p侧涂敷层19的第三氮化物半导体层与第四氮化物半导体层的p型杂质浓度不同，其中一层的杂质浓度大，另一层的杂质浓度小。与q侧涂敷层14相同，带隙能量大的第三氮化物半导体的p型杂质浓度大，带隙能量小的第四氮化物半导体的p型杂质浓度小，最好为非掺杂，这样能降低阈值电压Vf等。
此外，也可能是相反的结构。也即可使带隙能量大的第三氮化物半导体层的p型杂质浓度小，带隙能量小的第四氮化物半导体层的p型杂质浓度大。其理由如上所述。
向第三氮化物半导体层掺杂的较佳量最好调整为1×1018/cm3～1×1021/cm3，最好进一步在1×1019/cm3至5×1020/cm3范围。小于1×1018/cm3的话，则与第四氮化物半导体层的差变小，有难以获得载流子浓度大的层的倾向，大于1×1021/cm3的话，则有结晶性恶化的倾向。另一方面，第四氮化物半导体层的p型杂质浓度最好比第三氮化物半导体层少，最好少于1/10。由于可获得移动度最高的层，所以最好非掺杂。实际上，为了使膜厚变薄，虽然考虑到自第三氮化物半导体侧扩散的p型杂质，但由于本发明可获得极佳结果，所以最好此量在1×1020/cm3以下。且选择镁、Zn、Ca、Be等周期表第IIA族、IIB族元素为p型杂质，并最好以镁、Ca等为p型杂质。以上所说明在带隙能量大的第三氮化物半导体层上不掺杂杂质以及在带隙能量小的第四氮化物半导体层上掺杂大量p型杂质的情形一样。
在构成超格子的氮化物半导体层中，最好相对于各厚度方向，使半导体中央部份(远离第二氮化物半导体层或第四氮化物半导体层的位置)的杂质浓度增加，并使两端部近傍(接近第二氮化物半导体层或第四氮化物半导体层的位置)的杂质浓度减少(最好不掺杂)。具体地说，例如在以掺杂Si的n型杂质的AlGaN层与非掺杂GaN层组成超格子层情形下，AlGaN层因为掺杂Si所以作为施主在导带给予电子，但电子会落在电位低的Gan导带上。GaN结晶中由于不掺杂施主杂质，不会有杂质所造成的载流子散乱。因此，电子容易在GaN结晶中移动而使电子移动度提高。这与上述二次元电子云的效果类似，即电子横向的实质移动度提高，电阻率减小。此外，在带隙能量大的AlGaN层中，可进一步扩大在较远离GaN层的中央区域高浓度掺杂n型杂质的效果。也即，在GaN内移动的电子中，通过接近AlGaN层的部份的电子多少会受接近AlGaN层中GaN层的部的n型杂质离子(此情形为Si)散乱的影响。但是，在上述AlGaN层中，接近GaN层的部份不掺杂的话，则由于通过接近AlGaN层部份的电子不易受到Si散乱的影响，所以进一步提高非掺杂GaN层的移动度。作用固然些许不同，但具有与p层侧第二氮化物半导体层及第四氮化物半导砝层构成超格子的情形相同的效果，最好在带隙能量大的第三氮化物半导体层的中央区域掺杂较多p型杂质，在接近第四氮化物半导体层的部份掺杂较少或不掺杂。另一方面，虽可以带隙能量小的氮化物半导体层上掺杂较多n型杂质的层作为上述杂质浓度的构成，但就带隙能量小的一方掺杂较多杂质的超格子而言，其效果极小。
以上虽就n侧涂敷层14、p侧涂敷层19用来作为超格子层的情形进行了说明，但本发明超格子层也可为其他用来作为接触层的n侧缓冲层11、n侧光导层15、p侧间隙层17、p侧光导层18、p侧接触层20等超格子结构。即能以远离活性层的层、接近活性层的层等来作为超格子层。特别是以组成n电极的n侧缓冲层11为超格子层的话，则易于有类似在上述HEMT的效果。
此外，在本发明实施形态3的激光元器件中，如图3所示，在超格子层所组成的n侧涂敷层14与活性层16之间组成杂质(此情形为n型杂质)浓度调整在1×1018/cm3以下的n侧光导层。此n侧光导层15即使不掺杂，n型杂质也有可能自其他层扩散掺入，但在本发明中若有1×1019/cm3以下的掺杂量，则可作为光导层来作动而不会损及本发明效果。但本发明光导层15的杂质浓度也在1×1018/cm3以下，较佳者在1×1017/cm3以下，且最好不掺杂。且n侧光导层最好以含有N的氮化物半导体或以GaN来构成。
此外，实施形态3的激光元器件中，在超格子层所组成的p侧涂敷层19与活性层16之间组成杂质浓度调在1×1019/cm3以下的p侧光导层。本发明p侧光导层18的杂质浓度最好在1×1019/cm3以下，较佳者杂质浓度在1×1018/cm3以下，且最好非掺杂。在氮化物半导体情形下，不掺杂的话，虽通常含有n型导电性，但本发明p侧光导层18的导电型为n为p均可，在本说明书中，p侧光导层可以说与导电型无关。实际上，p型杂质可能自其他层扩散掺入此p侧光导层18中。且此p侧光导层也最好以含有In的氮化物半导体或GaN来构成。
活性层与涂敷层之间存在有非掺杂氮化物半导体是否较佳，由以下即可知悉。就氮化物半导体而言，活性层的发光波长通常为360至520nm范围，其中也有设计为380至450nm范围。非掺杂氮化物半导体与掺杂有n型杂质、p型杂质的氮化物半导体相比，具有上述波长的光的吸收率较低。因此，借助于将非掺杂氮化物半导体夹设于发光活性层与作为光罩层的涂敷层之间，活性层发光的衰减极小，所以可获得低增益振荡激光元器件，降低阈值电压。且光导层的杂质浓度在1×1019/cm3以下的话，即可获得此玫果。
因此，本发明的较佳组合是一种发光元器件，具备一涂敷层，具有在远离活性层的位置上杂质调度掺杂的超格子结构，以及一光导层，在此涂敷层与活性层之间，其杂质浓度低，最好不掺杂。
就本实施形态3的发光元器件而言，进一步的较佳形式是，在p侧光导层18与活性层16之间，组成所具带隙能量活性层的井层与p侧光导层18界面的带隙能量大的膜厚在0.1μm以下氮化物半导体所组成的p侧间隙层17，且此p侧间隙层的杂质浓度调整在1×1018/cm3以下。此p型间隙层17的膜厚宜调整在0.1μm以下，较佳者在500以下，最佳者在300以下。生长大于0.1μm的膜厚的话，p型间隙层17中即会发生裂缝而难以生长结晶性良好的氮化物半导体层。这样，借助于使带隙能量大的层与活性层相接而组成0.1μm以下的薄膜，即可减少发光元器件的漏电。由此，从n层侧注入的电子即因间隙层的能垒而滞留在活性层内，由于电子与空穴的再结合概率增高，所以可提高元器件本身的输出。并且，这种间隙层的杂质浓度有必要调整在1×1018/cm3以上。也即，此间隙层是Al混晶比高的层，且Al混晶比高的层易变成高电阻。因此，在掺杂杂质下，载流子浓度增高而无法降低电阻率，此层变成高电阻i层，组成p-i-n结构而使电流电压特性劣化。且位于此p侧的间隙层也可组成在p侧，若组成在n侧，掺杂或不掺杂n型杂质均可。
如上所述结构的实施形态3的激光元器件由于是以n侧涂敷层14及p侧涂敷层19来构成超格子结构，所以可降低n侧涂敷层14及p侧涂敷层19的电阻，可降低阈值电压，并可长时间激光振荡。
就本实施形态3的激光元器件而言，除以n侧涂敷层14及p侧涂敷层19构成超格子结构外，也可采用上述种种手段来降低阈值电压。
以上实施形态3虽以n侧涂敷层14与p侧涂敷层19来作为超格子结构，但本发明不限于此，也可以n侧涂敷层14与p侧涂敷层19中任一层来作为超格子结构。即使如以上所述，与已知例比较，可降低阈值电压。
实施形态3虽以n侧涂敷层14与p侧涂敷层19来作为超格式结构，但本发明不限于此，也可以n侧涂敷层14及p侧涂敷层19以外p侧及n侧氮化物半导体层中的一个以上的层为超格子结构，即使结构如上，与已知例比较，可降低阈值电压。
以上实施形态3固于激光元器件中以n侧涂敷层14及p侧涂敷层19为超格子结构，但本发明并不限于此，当然，也适用于发光二极管(LED)等以外的氮化物半导体元器件。利用以上结构，可降低发光二极管Vf(正向电压)。
如以上所说明，就本发明第三实施形态的激光元器件而言，由于具有杂质调度掺杂的超格子层所组成的涂敷层，所以可降低阈值电压，长时间连续振荡。因此，所谓温度特性与随温度变化的阈值电流密度成exp(T/To)比例{T动作温度(K)，To特性温度(K)}。To愈大，即使高温，也可降低阈值直流密度，显示其可稳定作动。例如就后述本发明的实施例27的激光元器件而言，To在150K以上。此值表示LD的温度特性极为有利。因此本发明的激光元器件用来作为写入光源、读取光源可达到已知技术所无的容量，产业上利用价值极大。
实施形态4图9是表示本发明实施形态4的激光元器件形状模式的立体图，同时示出了沿垂直于脊状带的方向所截取的截面。以下根据图9说明实施形态4。
如下形成实施形态4激光元器件中的各层。
(基底层302)基底层30例如由4μm厚的GaN组成，经由GaN所组成200膜厚的缓冲层(未图示)组成于例如蓝宝石所组成的异质基板301。此基底层302在部份表面上组成保护膜，用来作为进行氮化物半导体基板的选择生长的层。基底层302虽以GaN或AlXGa1-xN来组成，但最好在含有Al情形下，生长Al混晶比X值在0.5以下的AlxGa1-xN(0≤X≤0.5)。超过0.5的话，则由于容易因结晶缺陷而出现结晶本身的裂缝，所以结晶生长本身有发生困难的倾向。且生长较缓冲层厚的膜厚，最好膜厚调整在10μm以下。此外，异质基板已知用来生长蓝宝石以外SiC、ZnO、尖晶石、GaAs等氮化物半导体，可用异于氮化物半导体的材料所组成的成的基板。
(保护膜303)保护膜303位于基底层302上，沿谐振方向有充分的长度，宽10μm、厚1μm的SiO2膜组成2μm的间隔。且保护膜306的形状以带状、点状、棋盘格子状较佳，保护膜303的面积虽较窗部(SiO2未组成的基底层302表面所露出的部份)大，但由于容易生长结晶缺陷少的氮化物半导体基板304。保护膜303的材料以例如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SixNY)、氧化锑(TiOx)、氧化锆(ZrOx)等氮化物、氮化物作成，此多层膜以外则使用具有1200℃以上熔点的金属。这种保护膜材料具有耐氮化物半导体的600℃～1100℃的生长温度，其表面上不生长氮化物半导体，或难以生长氮化物半导体的性质。
(氮化物半导体基板304)氮化物半导体基板304是例如非掺杂GaN使用MOVPE法在保护膜303上生长例如20μm厚度。此氮化物半导体基板304虽可使用哈莱特气相生长法(HVPE)来生长，但也可借助于MOVPE法来生长。氮化物半导体最好生长不含In、Al的GaN，最好使用T镁以外的钍乙烯镓(TEG)等有机镓化合物、氮源的氨、或氢来作为生长时的气体。也可掺杂Si、Ge等n型杂质于此GaN基板而将载流子浓度调整在适当范围。特别是在除去保护膜303而使用异质基板301、基底层302情形下，由于氮化物半导体基板成为接触层，所以最好掺杂n型杂质于此氮化物半导体基板304上。
(n侧缓冲层311＝兼n侧接触层)n侧缓冲层311在氮化物半导体基板304上例如组成5μm厚的掺杂1×1018/cm3Si的GaN。此缓冲层311在组成的造如图9所示结构的发光元器件情形下，用来作为n电极组成用接触层。再除去异种基板301至保护膜303，而在氮化物半导体基板304上设有电极情形下，也可省略n缓冲层。此n侧缓冲层311是高温下生长的缓冲层，与例如蓝宝石、SiC、尖晶石等异于氮化物半导体层的材料所组成的成基板上在90℃以下低温直接生长0.5μm以下膜厚的缓冲层有所区别。
(裂缝防止层312)裂缝防止层312是例如由生长0.15μm厚的In0.06Ga0.84N组成在n侧缓冲层311上。
(n侧涂敷层313＝超格子层)n侧涂敷层313是由例如具有25膜厚而掺杂1×1018/cm3Si的n型Al0.06Ga0.84N所组成的第1层与25膜厚的非掺杂GaN所组成的第2层交互积层的超格子层所组成，其总膜厚例如为1.2μm。且此超格子所组成的n侧涂敷层313由于Al平均组成为8.0％，故与其膜厚的积为9.6。又在使用带隙能量互异的氮化物半导体所积层的超格子为n侧涂敷层313情形下，在任一方掺杂较多的杂质，进行所谓调度掺杂，可降低阈值。以下详细说明本n侧涂敷层313(超格子层)的组成及膜厚。
(n侧光导层314)
n侧光导层314是由例如生长0.1μm膜厚的非掺杂GaN所组成。此n侧光导层用来作为活性层的光导层，最好生长组成GaN、InGaN，通常生长100-5μm的膜厚，最好生长200-10m的膜厚。
(活性层315)活性层315是40膜厚的非掺杂In0.2Ga0.8N所组成的井层与100膜厚的非掺杂In0.01Ga0.99N所组成的势叠层、交互积层而成，具有例如总膜厚为440的多重量子阱结构(MOW)。且活性层315可如本例不掺杂，掺杂n型杂质和/或p型杂质也可。在此情形下，杂质可掺杂于井层、势叠层二层上，也可掺杂于其中一层上。
(p侧间隙层316)p侧间隙层316的带隙能量较其上所组成的p侧光导层317大，是使掺杂1×1020/cm3镁的p型Al0.3Ga0.7N生长，例如300膜厚而形成。此p型间隙层可借助于组成0.1μm以下的膜厚来提高元器件的输出。膜厚下限虽未限定，但最好组成10以上的膜厚。
(p侧光导层317)p侧光导层317的带隙能量较p侧间隙层小，是例如生长0.1μm膜厚的非掺杂GaN而组成。此层用来作为活性层的光导层，与n型光导层314相同最好以GaN、InGaN生长。
(p侧涂敷层318)p侧涂敷层318是由例如具有25膜厚且掺杂1×1020/cm3镁的n型Al0.16Ga0.84N所组成第三层与具有25膜厚的非掺杂GaN所组成第四层积层为总膜厚0.6μm的超格子层所组成。由于此p侧涂敷层318中Al的平均组成也为8％，故与膜厚的积为4.8。且在p侧涂敷层318也以至少其中层为含有Al的氮化物半导体层的带隙能量互异的氮化物半沿体层所积层超格子来组成的成情形下，掺杂较多杂质在其任一层，进行所谓调度掺杂的话，即可降低阈值。以下详细说明本p侧涂敷层318(超格子层)的组成及膜厚。
这里，说明涂敷层所夹核心部份(波导部份)的膜厚。所谓核心部份为n侧光导层314、活性层315、p侧间隙层316及p侧光导层317合起来的区域，是指n侧涂敷层与p侧涂敷层之间含有活性层的氮化物半导体层，中对活性层发光进行波导的区域。就氮化物半导体激光元器件而言，FFP不会成为单一光束，如上所述，由涂敷层漏泄的光在n侧接触层内波导而成多模。其他则在核心部份内经过谐振成为多模。本发明首先是使n侧涂敷层膜厚增加，借助于扩大Al平均组成来设定折射率差，在涂敷层遮蔽核心部份内的光。虽核心部份内能变成多模，FFP也会混乱。因此，就本发明与n侧涂敷层的关是而言，由于核心部份内不可多模，最好也调整此核心部份。核心部份不变成多模下的较佳厚度调整为1.0μm，更佳为500-0.8um，最佳者为0.1μm-0.5μm范围。小于200的话，则会自核心部份漏泄，而有阈值上升的倾向。大于1.0μm的话，则有易于多模化的倾向。
(p侧接触层319)p侧接触层319是例如掺杂2×1020/cm3镁的p型GaN组成，例如150的膜厚。p侧接触层319除上述p型GaN外，虽能以p型InXAlyGa1-x-YN(0≤X，O≤Y，X+Y≤1)来构成，但由于与p电极321有较佳的电阻接触，故最好用来作为掺杂镁的GaN。
此外，就实施形态4而言，最好在700℃下，在氮环境气体中，在反应器内，热熔生长各氮化物半导体层的圆片，并进一步使掺杂p型杂质的层低电阻化。
就实施形态4的激光元器件而言，利用RIE元器件，将最上层的p侧接触层318与p侧涂敷层317蚀刻，如图9所示，组成具有4μm带宽的脊部。在组成脊部情形下，此脊状带组成在氮化物半导体基扳304表面无结晶缺陷的位置上方。图9的结晶缺陷出现在带状保护膜303中央部及带状窗部中央部。由于可防止结晶缺陷延伸到活性层，所以可延长激光元器件的寿命，并提高其可靠度。
进一步在脊部表面上组成掩模，用XRIE进行蚀刻，使n侧缓冲层311表面露出于脊部两侧，在露出的n侧缓冲层311表面上组成分别由Ti与Al组成的n电极322。
在p侧接触层319的脊部最上层表面上由Ni与Au组成的p电极320组成为带状，如图9所示，在电极320与n电极322之间所露出氮化物半导体表面上组成SiO2组成的绝缘膜323，经由此绝缘膜323组成与p电极320电连接的p焊盘电极321。
将组成n电极与p电极的圆片的蓝宝石基板研磨成70μm后，沿垂直于脊状电极的方向，自其板侧劈成条状，并以劈开面为反射而组成的成谐振器。也可在反射面上组成SiO2与TiO2组成的电介质的多层膜。
在如以上所组成实施形态4的激光元器件中，具有超格子结构的n侧涂敷层313与p侧涂敷层318分别为含有氮化物半导体的光遮蔽层，此氮化物半导体的折射率较活性层的井层小。且在本实施形态4中，所谓超格子是指一层的膜厚在100以下的组成互异的氮化物半导体层所积层而成的多层膜结构，且较佳为70以下，最佳为40以下膜厚氮化物半法层所积层而成。就其具体构成而言，如果是例如AlXGa1-xN(0＜X＜1)层以及组成上异于此AlXGa1-XN层的另一氮化物半导体层所积层而成的超格子，则可以是例如AlXGa1-XN/GaN、AlXGa1-XN/AlyGa1-YN(0＜Y＜1，Y＜X)、AlXGa1-XN/InZGa1-ZN(0＜Z＜1)等3元混晶和3元混晶或3元混晶和2元混晶组合而成的超格子。其中最佳者是AlXGa1-XN与GaN所组成的超格子。
接着，说明本实施形态4中n侧涂敷层313整体的膜厚及构成超格子层的各层的膜厚。
首先，在本说明书中，以后述的算出者来作为超格子中所谓的Al平均组成。例如在25的Al0.5Ga0.5N与25的GaN以200对(1.0μm)积层而成超格子层情形下，由于一对膜厚50的含铝层的Al混晶比为0.5，故用此含铝层的混晶比0.5乘以膜厚比(25/50)所得出的值0.25，这样，超格子的Al平均组成成为25％。
在膜厚不同情况下，若以40Al0.5Ga0.5N与20GaN积层，即进行膜厚的加重平均，由于0.5(40/60)＝0.33，所以Al平均组成33.3％。即以含Al氮化物半导体层的Al混晶比乘以该氮化物半导体层相对于超格子的一对膜厚所占比率得出的积来作为本发明超格子的Al平均组成。且两者均含Al情形也一样，例如在20Al0.1Ga0.9N、30Al0.2Ga0.8N情形下，0.1(20/50)+0.2(30/50)∶0.16也即以16％为Al平均组成。以上虽以Al6aN/6aN、Al6aN/Al6aN为例说明，但AlGaN/InGaN也适用相同算法。且n侧涂敷层的Al的平均组成也可用SiMS(二次离子质量分析元器件)、奥格等分析元器件来检知。
就本实施形态4而言，n侧涂敷层313的超格子结构根据使用以上算法所算出的Al平均组成来设定构成超格子层的各组成与各膜厚。本实施形态4的激光元器件的特征在于，令n侧涂敷层313的整体厚度在0.5μm以上，且此n侧涂敷层313中所含Al平均组成以百分比(％)来表示时，n侧涂敷层整体厚度(μm)与Al平均组成(％)的积在4.4以上构成。换言之，本实施形态4是将构成超格子层的各层膜厚与Al平均组成设定成，令q侧涂敷层313的整体厚度在0.5μm以上，并使此膜厚乘以如以上所算出以百分比(％)表示的Al平均组成而得出4.4以上的值。
n侧涂敷层313的厚度小于0.5μm且此n侧涂敷层313整体厚度(μm)与Al平均组成(％)的积小于4.4的话，n侧遮蔽层的光遮蔽不充分，以n侧接触层再次谐振，FFP会混乱，阈值也有上升的倾向。Al平均组成与n侧涂敷层313整体膜厚的积最好在5.0以下，较佳者在5.4以上，最佳者在7以上。
本发明由于以超格子结构n侧涂敷层313，所以Al混晶比即使增大，涂敷层内也不容易出现裂缝。因此，n侧涂敷层313整体膜厚的上限虽不特别从结晶性的一面(所谓不产生裂缝的一面)来限定，虽将膜厚调整在5μm以内，但最好减少构成超格子的氮化物半导体层的积层数。
具体地说，例如使上述n侧涂敷层的整体厚度在0.8μm以上，并使上述n侧涂敷层所含Al平均组成在5.5％以上。最好n侧涂敷层的整体厚度在1.0μm以上，n侧涂敷层所含Al平均组成在5.0％以上。此情形下的积在5.0以上。较佳者是n侧涂敷层的整体厚度在1.2μm以上，n侧涂敷层所含Al平均组成在45％以上。此情形下的积在5.4以上。以上说明具体表示n侧涂敷层313的膜厚与超格子所组成n侧涂敷层的Al平均组成的关是。可见，随着AlXGa1-XN的Al混晶比增大，带隙能量增大，折射率也变小。因此，若理想地单一层生长数Am膜厚的Al混晶比X大，例如混晶比在0.5以上的AlXGa1-XN层，虽在工业上通用，但难以生长厚的AlXGa1-XN。特别单一层生长Al混晶比在0.5以上的AlXGa1-XN的话，则例如会在0.1μm以上的结晶中产生裂裂。因此，单一层生长数Am膜厚的0.5以上的AlXGa1-XN层极为困难。
但是，如本发明以AlXGa1-XN为构成超格子的薄膜的话，则由于单一膜厚在AlXGa1-XN的临界膜厚以下，所以不容易产生裂缝。因此，以涂敷层为超格子的话，即使是Al混晶比高的层，也可生长厚膜，由此可看出本发明特定的Al混晶比与涂敷层膜厚的关是，利用如此组合，即可使光不致于自n侧涂敷层漏泄在于基板侧。
为了遮蔽活性层的发光若以n侧涂敷层为上述结构，则能使p侧涂敷层为与n侧涂敷层相同的结构。但在p侧涂敷层318与n侧涂敷层313为相同结构的情形下，最好使p侧涂敷层的膜厚较n侧涂敷层薄。其原因在于，p侧涂敷层的Al平均组成变大或膜厚变厚的话，则AlGaN层的电阻有变大的倾向，AlGaN的电阻变大的话，则阈值有提高的倾向。因此以p侧涂敷层为具有含铝氮化物半导体层的超格子，膜厚与Al平均组成的积即使在4.4以上，其厚度也最好小于1.0μm。下限并无特别限定，为了用来作为涂敷层，最好为50以上的膜厚。在作为超格子情形下，Al的平均组成也最好在50％以下。至在p侧涂敷层，为了将其上电极设计成脊状，也几乎可忽视光的漏泄，因无必要作成与本发明n侧层313相同的结构，但以相同较佳。即，也可构成p侧涂敷层，以其作为具有至少含Al氮化物半导体层的超格子，使此p侧涂敷层的整体厚度在1.0μm以下，且以百分比(％)来表示p侧涂敷层所含Al平均组成时，p侧涂敷层的整体厚度(μm)与Al平均组成(％)的积在4.4以下。
以p侧涂敷层为具有含铝氮化物半导体的超格子情形(但此情形与光的泄漏无关，纯是用来作为载流子封闭用涂敷层的情形)下，最好n侧涂敷层整体的厚度较p侧涂敷层整体的厚度大。构成p侧涂敷层的氮化物半导体层也与n侧涂敷层一样，用来作为例如AlXGa1-XN(0＜X＜1)层与组成上是于此AlXGa1-XN/GaN、AlXGa1-XN/AlYGa1-YN(0＜Y＜1，Y＜X)、AlXGa1-XN/InZGa1-ZN(0＜Z＜1)等三元混晶和3元混晶或3元混晶和2元混晶所组合而成的超格子，最好用来作为AlXGa1-XN与GaN所组成的超格子。
下面，对本发明的实施例详细地进行说明。
(实施例1)本发明实施例1是如图2所示氮化物半导体元器件(LD元器件)的成品实例，用以下步骤制成。
首先，将蓝宝石(C面)组成的基板10置于反应容器内，以氢充分置换容器内容物后，一面使氢流动，一面使基板温上升到105℃，进行基板的热熔。
接着将温度降至510℃，使用载流子气体加氢、原料气体加氨(NH3)与T镁(钍甲基镓)，在基板10上组成约200膜厚的GaN所组成第一缓冲层11。
缓冲层11生长后，只留下T镁，使温度上升到1050℃。一面维持1050℃，一面同样地使用原料气体加T镁氨，生成5μm膜厚的载流子浓度1×1018/cm3的非掺杂GaN组成的第二缓冲层112。
接着在1050℃下使用TMG、氨、杂质气体加Si烷(SiH4)生长1μm膜厚的1×1019/cm3硅掺杂n型GaN所组成自Gan侧接触层12。
接着令温度为800℃，用原料气体加T镁、TMI(钍甲基镓)、氮、杂质气体加Si烷，生长500膜厚的5×1018/cm3硅掺杂In0.1Ga0.9N组成的裂缝防止层13。
令温度为1050℃，使用TMA、T镁、氮、Si烷，生长20膜厚的5×1018/cm3硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N组成的第1层，接着留下TM、Si烷而生长20膜厚非掺杂GaN组成的第2层。且重覆这种操作100次而生长总膜厚为0.4μm的超格子层所组成的n侧涂敷层14。
接着在1050℃下生长0.1μm膜厚的5×1018/cm3的硅掺杂n型GaN所组成的n侧光导层150。
接着使用T镁、TMI、氮、Si烷来生长活性层16。活性层16保持在800℃，首先生长25膜厚的8×1018/cm3的掺杂In0.2Ga0.8N所组成的井层。其次在同一温度下仅变化TMI的克分子比而生长50厚的8×1018/cm3的掺杂In0.01Ga0.99N中所组成的势叠层50。重覆这种操作2次，最后生长井层所积层总膜厚175的多重量子阱结构(MQW)的活性层16。
接着提高温度到1050℃，使用原料气体加T镁、TMA、氮、杂质气体加CP2镁，使带隙能量比活性层大，生长300膜厚的1×1020/cm3镁掺杂p型Al0.3Ga0.7N所组成的p侧间隙层17。
接着在1050℃下，使带隙能量比p侧间隙层17小，生长0.1μm膜厚的1×1020/cm3镁掺杂p型GaN所组成的p侧光导层18。
接着使用TMA、T镁、氮、Cp2镁，在1050℃下，生长20膜厚的1×1020镁掺杂p型Al0.2Ga0.5N所组成的第1层，随后则仅留下TMA，生长20膜厚的1×1020/cm3镁掺杂p型GaN所组成的第2层。重覆这种操作100次，组成总膜厚为0.4μm超格子层所组成的p侧涂敷层19。
最后在1050℃下，在p侧涂敷层19上组成150膜厚的2×1020/cm3镁掺杂p型GaN所组成的p侧接触层20。
反应结束后，将温度降至室温，进一步在氮环境气体中，在反应容器内进行700℃下的热焙，使p型层进一步低电阻化。热焙的详细方法揭露在本发明人等前所提出申请的美国专利第5,306,662号中，本实施例的热焙也使用美国专利第5,306,662号所揭示的方法来进行。
热焙后，从反应容器取出圆片，如图2所示，以RIE元器件，将最上层的p侧接触层20与p侧涂敷层19蚀刻，组成具有4μm带宽的脊状。
接着在脊部表面上组成掩模，如图2所示，相对于带状脊部左右对称而令n侧接触层n的表面露出。
接着在p侧接触层20的带状脊部最外层表面的几乎整个表面上组成Ni与Au组成的电极21。Ti与Al组成的n电极23组成在带状n侧接触层3的几乎整个表面上。
如图2所示，在p电极21与n电极23间所露出的氮化物半导体层表面上组成SiO2组成的绝缘膜25，经由此绝缘膜25，组成与p电极21电连接的P焊盘电极22及n焊盘电极24。
如上所述，在研磨元器件内输送组成n电极与P电极的圆片，用钻石研磨剂研磨未组成氮化物半导体一侧的蓝宝石基板1，使基板厚度成为50μm。研磨后，进一步以细研磨剂抛光1μm，使基板表面成镜面状。
基板研磨后，在研磨面上划线，沿垂直于带状电极的方向劈开而在劈开面上制作谐振器。在谐振器表面上组成SiO2与TiO2组成的电介质多层膜，最后沿平行于电极的方向，一条条切断而作成激光晶片。接着则使晶片面朝上(成基板与散热片相对状态)设置在散热片上，将各电极线焊，在室温上随处测试激光振荡，经确认，在室温下，在阈值电流密度2.9KA/cm2、阈值电压4.4V下，振荡波长405nm的连续振荡的寿命在50小时以上。
(比较例1)另一方面，不生长第二缓冲层112，进一步以1×1019/cm3Si掺杂的单一n型GaN生长5μm的n侧接触层n，以1×1019/cm3Si掺杂n型的单一Al0.2Ga0.3N生长0.4μm的n侧涂敷层14，以1×1020/cm3镁掺杂的单一p型Al0.2Ga0.8N生长0.4μm的p侧涂敷层19，再以2×1020/cm3镁掺杂的单一p型GaN生长p侧接触层20，而获得另一个与实施例一样的激光元器件。也即基本结构如表1所示的结构。
表1

这种结构的比较例激光元器件虽经确认在阈值电流密度7KA/cm2下连续振荡，但阈值电压在8.0V以上，数分钟即失去功能。
(实施例2)在实施例1中，使n侧接触层12生长30膜厚的2×1019/cm3硅掺值n型Al0.05Ga0.95N形成的第1层，接着则组成30膜厚的非掺杂GaN形成的第2层，反复操作作成总膜厚为1.2μm的超格子结构。其他结构则是具有与实施例1同样结构的激光元器件，显示其阈值电流密度为2.7KA/cm2，阈值电压为4.2V，寿命也在60小时以上。
(实施例3)在实施例2的构成n侧接触层12的超格子中，使用第2层来作1×1018/cm3硅掺杂GaN，其他方面则组成的造成与实施例2同样结构的激光元器件，这样组成的得具有大致与实施例2相同特性的激光元器件。
(实施例4)在实施例1中，以第2缓冲层112来作为1×1017/cm3硅掺杂GaN而生长4μm，其他方面则组成的造成具有与实施例1相同结构的激光元器件，示出于虽然阈值电流密度为2.9KA/cm2，阈值电压上升成4.5V，但寿命在50小时以上。
(实施例5)在实施例1中，使n侧接触层12生长60膜厚的2×1019/cm3硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N所组成的第1层，接着生长40膜厚的1×1019/cm3硅掺杂组成的第2层，依序反复操作作成总膜厚2μm的超格子结构。而且使n侧涂敷层14生长0.4μm的1×1019/cm3硅掺杂单一n型Al0.2Ga0.8N。其他方面则是具有与实施例1同样结构的激光元器件，示出了其阈值电流密度为3.2KA/cm2，阈值电压为4.8V，寿命在30小时以上。
(实施例6)实施例6与实施例1比较，除以下(1)、(2)不同外，其他结构与实施例1相同。
(1)缓冲层11生长后，只留下T镁，使温度上升～1050℃。一面维持1050℃，一面使用原料气体加TMA、T镁、氮、Si烷，生长60 膜厚的1×1019/cm3硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N组成的第1层，接着则留下Si烷、TMA，生长40膜的非掺杂GaN组成的第2层。且以第1层+第2层+第1层+第2层+…方式构成超格子层，交互积层500层的第1层与500层的第2层以组成总膜厚5μm超格子所组成的n侧接触层12。
(2)接着，与实施例1相同，生长500膜厚的5×1018/cm3硅掺杂In0.1Ga0.9N组成的裂缝防止层13。
使温度成为1050℃，使用TMA、T镁、氮、Si烷来生长0.5um膜厚的5×1018/cm3硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N所组成的n侧涂敷层14。
然后，从n侧涂敷层14向上作成结构与实施例1激光元器件相同的激光元器件。也就是说，在表1的基本结构中，以n侧接触层12及p侧涂敷层19作为超格子，使p侧接触层20的膜厚为如实施例的150组成的成激光元器件。此激光元器件经确认阈值电流密度为3.2KA/cm2，阈值电压为4.8V，有405nm的连续振荡，寿命在30小时以上。
图5进一步表示实施例6的LD元器件的p侧接触层膜厚在依序变更时其p侧接触层与LD元器件的阈值电压间的关是。此图示出了p侧接触层自左侧依序A(10以下)、B(10)、C(30)、D(150，本实施例)、E(500)、F(0.2μm)、G(0.5μm)、H(0.8μm)的阈值电压。如图所示，p侧接触层的膜厚超过500的话，则阈值电压有逐渐上升的倾向。p侧接触层20的膜厚最好在500以下，进一步最好在300以下。10以下的话(大约接近1原子层、2原子层)，则由于下部的p侧涂敷层19表面露出来，故p电极的接触电阻会劣化而有阈值电压上升的倾向。但本发明的LD元器件由于有超格子层，所以阈值电压与比较例比比，大幅降低。
(比较例2)在表1结构的激光元器件中，使n侧涂敷层14生长180膜厚的1×1019/cm3硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N组成的第1层，接着生长I20膜厚的非掺杂GaN组成的第2层，组成的成总膜厚为0.6μm的多层膜。即以第1层与第2层膜厚加厚的结构组成的成激光元器件。经确认，在阈值电流密度6.5KA/cm2下连续振荡，阈值电压为7.5Ve则该激光元器件数分钟后即失去功能。
(实施例7)在实施例6中，以p侧涂敷层19为1×1020/cm3镁掺杂Al0.2Ga0.8N所组成的60第1层与1×1020/cm3镁掺杂p型GaN所组成的40第2层所积层总膜厚0.5μm的超格子结构，其他方面则与实施例6相同，用以组成的成激光元器件。即，改变构成实施例6的p侧涂敷层19的超格子层膜厚，其他方面相同，用以组成的成激光元器件，其阈值电压与实施例6比较，有一些上升的倾向，并示出了其寿命在20小时以上。
(实施例8)在实施例7中进一步以n侧涂敷层14为1×1019/cm3硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N所组成的60第1层与1×1019掺杂n型GaN组成的40第2层所积层总膜厚0.5μm的超格子结构，其他方面则与实施例7相同，用以组成的成激光元器件。即，施加在实施例6的n侧接触层12、p侧涂敷层19上而以n侧涂敷层为超格子的激光元器件具有与实施例6几乎相同的特性。
(实施例9)在实施例1中不生长第二缓冲层，如表1所示，在第一缓冲层11上生长5μm的1×1019/cm3硅掺杂n型GaN层而直接用来作为n侧接触层12。其他方面具有与实施例1相同的结构以组成的成激光元器件。即，在表1的基本结构中，以n侧涂敷层14为Si(1×1019/cm3)掺杂Al0.2Ga0.8N中组成的20第1层与非掺杂GaN组成的20第2层所积层总膜厚为0.4μm的超格子结构。此外，以p涂敷层19为镁(1×1020/cm3)掺杂p型Al0.2Ga0.8N形成的20第1层与镁(1×1020cm3)掺杂p型GaN形成的20第2层所积层总膜厚为0.4μm的超格子结构。此外，以p侧接触层20为如实施例1的150镁(2×1020/cm3)掺杂p型GaN，经确认，其阈值电流密度为3.3KA/cm2，有405nm的连续振荡，示出了阈值电压为5.0V，寿命也在30小时以上。
(实施例10)在实施例9中，以构成n侧涂敷层14的超格子的第2层为1×1017/cm3硅掺杂GaN，其他则与实施例9相同，用以组成的成激光元器件。即，在带隙能量大的一层上掺杂较多的Si，其他则与实施例9相同，这样组成的成的激光元器件示出了具有几乎与实施例9相同的特性。
(实施例11)在实施例9中，以构成n侧涂敷层14的第2层作为1×1019/cm3硅掺杂n型In0.01Ga0.99N，其他则相同，用以组成的成激光元器件。即，以构成n侧涂敷层14的超格子的第2层组成InGaN，第1层与第2层的杂质浓度相同，其他则与实施例9相同，这样组成的成的激光元器件示出了具有几与实施例9相同的特性。
(实施例12)在实施例9中，使构成n侧涂敷层14的第1层(Si1×1019/cm3掺杂Al0.2Ga0.8N)膜厚为60，并以第2层为1×1019/cm3硅掺杂的40GaN，以组成的成总膜厚为0.5μm的超格子结构。进一步使构成p侧涂敷层19的第1层(镁1×1020/cm3掺杂Al0.2Ga0.8N)膜厚为60，并使第2层(镁1×1020/cm3掺杂GaN)膜厚为40，以组成的成总膜厚为0.5μm的超格子结构。即，构成n侧涂敷层14的第1层与第2层的掺杂量相同，改变膜厚，并改变构成p侧涂敷层19的第1层与第2层的膜厚，其他则与实施例9相同，用以组成的成激光元器件，经确认，阈值电流密度为3.4KA/cm3，有405nm的连续振荡，示出了阈值电压为5.2V，寿命也在20小时以上。
(实施例13)在实施例11中，使构成n侧涂敷层14的第2层(GaN)的Si浓度为1×1017/cm3，其他则与实施例11相同，用以组成的成激光元器件，这样，能组成的成特性几乎与实施例11相同的激光元器件。
(实施例14)在实施例11中，使构成n侧涂敷层14的第2层(GaN)为非掺杂，其他则与实施例11相同，用以组成的成激光元器件，这样，能组成的成特性几乎与实施例11相同的激光元器件。
(实施例15)在实施例9中，使n侧涂敷层14生长0.4μm的1×1019/cm3硅掺杂单一n型Al0.2Ga0.8N，其他则相同，用以组成的成激光元器件。即，在表1基本结构中，仅以p侧涂敷层19为如实施例1所示1×1020/cm3镁掺杂p型Al0.2Ga0.8组成的20第1层与1×1019/cm3镁掺杂p型GaN组成的20第2层所构成总膜厚为0.4μm的超格子结构，此外，以p侧接触层20为如实施例1所示150的镁(2×1020/cm3)掺杂p型GaN，同样地，经确认，其阈值电流密度为3.4KA/cm2，有405nm的连续振荡，示出了阈值电压为5.IV，寿命在20小时以上。
(实施例16)
在实施例15中，使构成p侧涂敷层19的超格子膜厚为第1层(Al0.2Ga0.3N)的60，并使第2层(GaN)为40，积层成0.5μm的总膜厚，其他则与实施例14相同，用以组成的成激光元器件，其阈值电压虽有些上升的倾向，但寿命在20小时以上。
(实施例17)在实施例9中，使p侧涂敷层19单一生长0.4μm的1×1020/cm3镁掺杂的p型Al0.2G0.8N，其他则相同，用以组成的成激光元器件。即，在表1的基本结构中，仅以n侧涂敷层14为如实施例1所示1×1018/cm3硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N所形成的20第1层与非掺杂GaN形成的20第2层所构成总膜厚为0.40m的超格子结构，进一步以p侧接触层20为如实施例1所示的150的Mg(2×1020/cm3)掺杂p型GaN，同样地，经确认，阈值电流密度为3.5KA/cm2，有405nm的连续振荡，示出了阈值电压为5.4V，寿命在10小时以上。
(实施例18)在实施例17中，以70 第1层(Al0.2Ga0.8N)与1×1019/cm3硅掺杂In0.01Ga0.99N所组成的70第2层积层构成n涂敷层14的超格子层使其总膜厚为0.49μm，其他则相同，用以组成的成激光元器件，与实施例16相比，虽有些上升的倾向，但能组成的得寿命同样在10小时以上的激光元器件。
(实施例19)在实施例17中，以60第1层(Al0.2Ga0.8N)与40第2层(非掺杂GaN)积层为构成n侧涂敷层14的超格子层使其总膜厚为0.5μm，其他则与实施例16相同，用以组成的得激光元器件，与实施例17相比，虽有阈值电压上升的倾向，但能组成的得寿命同样在10小时以上的激光元器件。
(实施例20)在实施例9中，进一步以n侧光导层15为非掺杂GaN形成的20第1层与非掺杂In0.1Ga0.9N形成的20第2层积层而成总膜厚800的超格子层。此外也以p侧光导层18为非掺杂GaN形成的20第1层与非掺杂ln0.1Ga0.9N形成的20第2层积层而成总膜厚800的超格子结构。即，在表1的基本结构中，将n侧涂敷层14、D侧光导层15、p侧光导层18及p侧涂敷层19作成超格子结构，进一步再将p侧接触层20作成如实施例1的150的镁(2×1020/cm3)掺杂p型GaN，经确认，其阀值电流密度为2.9KA/cm2，有405nm的连续振荡，示出了阈值电压为4.4V，寿命也在60小时以上。
(实施例21)本实施例根据图1的LED加以说明。与实施例1一样，在蓝宝石组成的基板1上使GaN组成的缓冲层2生长200膜厚，接着，生长5μm膜厚的1×1019/cm3硅掺杂n型GaN形成的接触层，再接着，生长以In0.4Ga0.6N形成的30单一量子阱结构组成的活性层4。
(p侧超格子层)接着，与实施1一样，生长1×1020/cm3镁掺杂p型Al0.2Ga0.8N组成的20膜厚的第1层，接着，生长1×1019/cm3镁掺杂p型GaN形成的20膜厚的第2层，生长由4μm超格子组成的p侧涂敷层5。此p侧涂敷层4膜厚也不特别限定，最好生长100以上，2μm以下，较佳者最好生长500以上，1μm以下。
接着，在此p侧涂敷层5上生长1×1020/cm3镁掺杂的0.5am膜厚p型GaN层。生长后，与实施例1一样，从反应容器将圆片取出，热熔后，从p侧接触层6侧蚀刻，能形成n电极9而使n侧接触层3露出。在最上层的p侧接触层6的几乎整个面上组成200Ni-Au组成的透光性p电极7，在整个电极7上组成Au组成的P焊盘电极8。也在露出的n侧接触面上电形成Ti-Al组成的n电极P。
这样使组成电极的圆片与350μm的切割晶片分离而组成的成LED元器件，示出了在If20mA中有520nm的绿色发光，Vf为3.2V。相对地，以单一镁掺杂Al0.2Ga0.8N构成p侧涂敷层5的LED元器件，其Vf为3.4V。此外，本实施例有2倍以上的静电耐压。
(实施例22)在实施例21中，使膜厚50的第1层与1×1020/cm镁掺杂GaN所组成的50第2层分别积层25层作成总膜厚0.25Am的超格子，作为构成p侧接触层5的超格子层，其他则相同，用以组成的成LED元器件，能得到特性几乎与实施例21相同的LED元器件。
(实施例23)在实施例21中，使100第1层与70膜厚第2层组成总膜厚0.25μm的超格子，使其膜厚为构成p侧涂敷层5的超格子层的厚度，其他则相同，用以制成的LED元器件，其Vf固为3.4V，但静电耐压则较已知的优良20％以上。
(实施例24)在实施例21中，在生长n侧接触层3时，生长60的2×1019/cm3硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N组成的第1层与40膜厚的非掺杂GaN组成的第2层，第1层500层与第2层500层交互积层以组成总膜厚为5μm的超格子，其他与实施例12相同，用以组成的成LED元器件，同样地，在If20mA中Vf降低为3.1V静电耐压与已知的比较，提高2.5倍以上。
(实施例25)在实施例23中，使构成p侧涂敷层5的超格子的第1层(Al0.3Ga0.8N)膜厚为60，第2层膜厚为40，分别交互积层25层以组成0.3μm的总膜厚，其他结构则相同，用以组成的成LED元器件，其Vf为3.2V，静电耐压为已知者的2倍以上。
(实施例26)本实施例根据图6所示的激光元器件来说明。图6虽也与图2一样是沿垂直于激光谐振方向剖开元器件的剖视图，但与第2图不同点在于，用GaN组成的基板101在基板10上的话，则第2缓冲层112不生长，n型杂质掺杂的第3缓冲层113生长。图6所示之激光元器件用以下方法组成的得。
首先用MOVPE法或HVPE法在基板上生长300μm厚的5×1010/cm3硅掺杂GaN层后，除去蓝宝石基板，制作300μm的硅掺杂GaN基板101。GaN基板101借助于在与氮化物半导体不同的基板上生长例如100μm以上的膜厚后除去此异质基板来组成的得。GaN基板101可不掺杂，或掺杂n型杂质组成的成。在掺杂n型杂质时，通常掺杂1×1017/cm3～1×1019/cm3范围的杂质即可获得结晶性良的GaN基板。
制作GaN基板101后，令温度为1050℃，生长3μm膜厚的3×1018/cm3硅掺杂n型GaN所组成的第3缓冲层113。且第3缓冲层113在图1、图2中相当在n侧接触层14，但由于不是电极组成层，所以不称为接触层，而称为第3接触层。在GaN基板101与第3缓冲层113之间虽与实施例1一样生长低温下所生长的第1缓冲层，但在生长第1缓冲层情形下，最好在300以下。
接着与实施例1相同，在第3缓冲层113上生长500膜厚的5×1018/cm3硅掺杂In0.1Ga0.9N所组成的裂缝防止层13。
接着，5×1018/cm3硅掺杂n型Al-0.2Ga0.8N所组成20第1层与5×1018/cm3硅掺杂GaN所组成20第2层交互积层100次，以生长总膜厚0.4μm超格子层所组成的n侧涂敷层14。
接着与实施例1相同，生长001μm膜厚的5×1018/cm3硅掺杂n型GaN形成的n侧光导层。
接着，生长25的非掺杂In0.2Ga0.8N组成的井层与50的非掺杂GaN组成的势叠层，重复交互2次，最后生长积层总膜厚175的多重量子阱结构(MOW)的活性层16。
接着与实施例1相同，生长300膜厚的1×1020/cm3镁掺杂p型Al0.3Ga0.7N组成的p侧间隙层17，并生长0.1μm膜厚的1×1020/cm3镁掺杂p型GaN组成的p侧光导层18。
接着与实施例1相同，组成总膜厚0.4μm超格子组成的p侧涂敷层19，此超格子层由20的1×1020/cm3镁掺杂p型Al0.2Ga0.8N组成的第1层与20的1×1020/cm3镁掺杂p型GaN组成的第2层组成的戌，最后则在p侧涂敷层19上生长150膜厚的2×1020/cm3镁掺杂p型GaN组成的p侧接触层20。
反应结束后，在700℃以下热熔后，与实施例1相同，利用 RIE元器件蚀刻最上层的p侧接触层20与p侧涂敷层19，作成具有4μm带宽的脊状。
接着与实施例1相同，在p侧接触层20的带脊最外层表面的几乎整个表面上组成Ni与Au组成的P电极21，在GaN基板101内面的几乎整个表面上组成Ti与Au组成的n电极23。
接着如图6所示，除去电极21的面积，组成p侧涂敷层19的SiO2组成的绝缘膜25，通过此绝缘膜，组成与p电极21电连接的p焊盘电极22。
电极组成后，沿垂直在p电极21的方向成条状将GaN基板101劈开，在劈开面上制作谐振器。并以GaN基板的劈开面为M面。在劈开面上组成SiO2与TiO2组成的电介质多层膜，最后沿平行在p电极方向，成条状切成如图6所示的激光晶片。接着使晶片面朝上(成基板与散热片对向状态)设于散热片上，线焊p焊盘电极，在室温下测试激光振荡，经确认，在室温下，阈值电流密度为25KA/cm2，阀值电压4.0V，以振荡波长405nm连续振荡，显示有500小时以上的寿命。借助于在基板上使用GaN，可减少结晶缺陷的扩大。
下面，参照


本发明实施形态3的实施例。图4是表示图3所示的激光元器件的形状的立体图。
(实施例27)在蓝宝石(C面)组成的基板上通过GaN组成的缓冲层准备使GaN组成的单晶生长50μm膜而成的GaN基板100。将此GaN基板100置于反应容器100内，使温度提高～1050℃，使用截流子气体加氢、原料气体加氮与T镁、杂质气体的Si烷，在GaN基板100上生长4μm膜厚的1×1018/cm3硅掺杂GaN组成的n侧缓冲层。此n侧缓冲层是高温生长的缓冲层，与在例如蓝宝石、SiC、尖晶石等与氮化物半导体不同的材料所组成的成的基板上，在900℃以下低温，使GaN、AlN等直接生长0.5μm以下膜厚的缓冲层有所区别。
(n侧涂敷层14＝超格子层)接着，在1050℃下，使用TMA、T镁、氮、Si烷，生长40膜厚的1×1019/cm3硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N组成的第1层，接着留下Si烷、TMA，生长40膜厚的非掺杂GaN组成的第2层。且以第1层+第2层+第1层+第2层+…方式构成超格子层，分别交互积层100层，生长总膜厚0.8um超格子组成的n侧涂敷层14。
(n侧光导层15)接着留下Si烷，在1050℃下生长0.1μm膜厚的非掺杂GaN组成的n侧光导层。此n侧光导层用来作为活性层的光导层，最好使GaN、InGaN生长，通常生长100至5μm，最好生长200～1μm的膜厚。也可以此层为非掺杂超格子层。在作为超格子层情形下，带隙能量较活性层大，较n侧涂敷层的Al0.2Ga0.8N小。
(活性层16)接着使用原料气体加T镁、TMI、氨来生长活性层16。活性层16保持于800℃温度而生长25膜厚的非掺杂In0.2Ga0.8N组成的井层。接着仅改变TMI的克分子比，在同一温度下，生长50膜厚的非掺杂In0.01Ga0.95N组成的势叠层。重复操作2次，最后生长井层积层总膜厚195的多重量子阱结构(MOW)的活性层。活性层可如本实施例不掺杂，也可掺杂n型杂质及或p型杂质。杂质可掺杂于井层、势叠层二者，也可掺杂于其中任一层(p侧间隙层17)接着，温度升高至1050℃，使用T镁、TMA、氨、Cp2镁，生长带隙能量较p侧光导层18大的300膜厚的1×1020/cm3镁掺杂p型Al0.3Ga0.7N组成的p侧间隙层17。此p型间隙层17如上所述，保持在0.1μm以下的厚度形成，膜厚下限虽无特别限定，但最好组成10以上的膜厚。
(p侧光导层18)接着，留下Cp2镁、TMA，在1050℃下，生长带隙能量较p侧间隙层17小的0.1μm膜厚的非掺杂GaN组成的p侧光导层18。此层用来作为活性层的光导层，与n型光导层15一样，最好以GaN、InGaN来生长。也可以此p侧光导层作为非掺杂氮化物半导体，掺杂杂质的氮化物半导体的组成的超格子层。在作为超格子层情形下，带隙能量较活性层的井层大，较p侧涂敷层的Al0.2Ga0.8N小。
(p侧涂敷层19)接着，在1050℃下，生长40膜厚的1×1020/cm3镁掺杂p型Al0.2Ga0.8N组成的第3层，其次则仅留下TMA，生长40膜厚的非掺杂的N组成的第4层。重复操作100次以组成总膜0.8μm的超格子层组成的p侧涂敷层。
(p侧接触层20)最后，在1050℃下，在p侧涂敷层19上，生长150膜厚的2×1020/cm3镁掺杂p型GaN组成的p侧接触层20。p侧接烛层20可以p型lnxAlyGa1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)构成，较佳者若用来作为镁掺杂GaN，即可获得与 p电极21接触的最佳电阻接触。并与含有p型AlyGa1-yN的超格子结构的p侧涂敷层19连接，以带隙能量小的氮化物半导体为p侧接触层，由于其膜厚在500以下，所以可实质上提高p侧接触层20的载流子浓度而获得与p电极接触的较佳电阻接触，以降低元器件的阈值电流、电压。
在反应容器内，在氮环境气体中，对如上生长氮化物半导体而成的圆片进行700℃的热熔，使p型杂质掺杂层进一步低电阻化。关于热熔的详细方法揭露于本发明人等前所提出申请的美国专利第5,306,662号，本实施例之热熔也使用美国专利第5,306,662所揭露的方法。
热熔后，自反应容器中取出圆片，如图3所示，利用RIE元器件蚀刻最上层的p侧接触层20与p侧涂敷层19，做成具有4μm带宽的脊状。这样，借助于使活性层的更上层或为带形脊状，活性层的发光即集中于脊状下方而降低阈值。特别是超格子层的组成的p侧涂敷层19以上的层最好做成脊状。接着在脊部表面上组成遮蔽，以RIE进行蚀刻，在n侧缓冲层11的表面露出。露出的n侧缓冲层11也用来作为n电极组成用接触层。图3中虽以n侧缓冲层11为接触层，但蚀刻至GaN基板100为止，可以露出的GaN基板100为接触层。
其次在p侧接触层20的脊状的最外侧表面上组成带状的Ni与Au组成的p电极，用来获得与p侧接触层接触的较佳电阻的p电极21材料举例来说可例如是Ni、Pt、Pd、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au等。
另一方面，在刚才露出的n侧缓冲层11的表面上组成带状的Ti与Al组成的n电极23。用来获得与n侧缓冲层11或GaN基板100接触的较佳电阻的n电极23材料最好为Al、Ti、W、Cu、Zn、Sn、In等金属或合金。
其次，如图3所示，在p电极21与n电极23间露出的氮化物半导体层表面上组成SIO2组成的绝缘膜25，经由此绝缘膜25组成与p电极21电连接的P焊盘电极22及n焊盘电极24。此p焊盘电极22放大实质的p电极21的表面积，可用来线焊或片焊p电极。另一方面，n焊盘电极24具有防止n电极23剥离的作用。
如上所述，在研磨元器件中输送组成n电极与p电极的圆片，使用钻石研磨剂，研磨未组成氮化物半导体一侧的蓝宝石基板，使蓝宝石基板的厚度为70μm。研磨后，进一步以细研磨剂抛光1μm，使基板表面成为镜面状，以Au/Sn作全面金属处理。
然后则在Au/Sn侧划线，沿垂直于带状电极的方向成条状劈开，在劈开面上制作谐振器。在谐振器表面上组成SiO2与TiO2组成的电介质多层膜，最后沿平行在p电极方向，成条状切成激光晶片。接着使晶片面朝上(成基板与散热片相对的状态)并在散热片上，将各个电极线焊，在室温下，测试激光振荡，经确认，在室温下，阈值电流密度为2.0KA/cm2、阈值电压为4.0V，以振荡波长405nm连续振荡，示出了其寿命在1000小时以上。
(实施例28)图7是表示本发明另一实施例的激光元器件的结构模式的剖视图，与图3相同样是元器件沿垂直于激光谐振方向的方向剖开的图。下面，根据此图说明实施例28。并在第7图中，与第3、4图相同者标附以相同标号。
在蓝宝石(C面)基板上，经由GaN组成的缓冲层，准备生长150μm膜厚的5×1018/cm3硅掺杂GaN组成的单晶的GaN基板100。与实施例27相同，在此GaN基板100上生长n侧缓冲层11。
(裂缝防止层13)n侧缓冲层11生长后，令温度为800℃，使用原料气体加T镁、TMI、氮、杂质气体加硅烷，生长500膜厚的5×1018/cm3硅掺杂In0.1Ga0.9N组成的裂缝防止层13。利用此裂缝防止层13生长含In的n型氮化物半导体，且最好生长InGaN，可防止在含Al的氮化物半导体层中发生裂缝。此裂缝防止层最好生长100以上0.5μm以下的膜厚。小于100的话，则难以产生上述防止裂缝的作用，大于0.5μm的话，则结晶本身即有变黑的倾向。
裂缝防止层13生长后，与实施例27一样，生长调度掺杂的超格子组成的n侧涂敷层14与非掺杂n侧光导层15。
(n侧间隙层20)接着使用T镁、TMA、氮、Si烷，生长带隙能量较n侧光导层15大的300膜厚的5×1018/cm3硅掺杂n型Al0.3Ga0.7N组成的n侧间隙层20。
然后则与实施例27一样，生长活性层16、p侧闪隙层17、非掺杂p侧光导层18、调度掺杂的超格子所组成的p侧涂敷层19、p侧接触层20。
氮化物半导体生长后，同样进行热熔，使p型杂质掺杂层进一步低电阻化，热溶后，如图7所示，蚀刻最上层的p侧接触层20与p侧涂敷层19，做成具有4μm带宽的脊状。
脊部组成后，在p侧接触层20的脊部最外侧表面上组成带状的Ni/Au组成的p电极21，在p电极以外最外侧表面的氮化物半导体层上组成SiO2组成的绝缘膜25，通过此绝缘膜组成与P电极电连接的P焊盘电极22。
如上所述，在研磨元器件中输送组成P电极的圆片，利用研磨除去蓝宝石基板，使GaN基板100的表面露出。在露出的GaN基板表面的几乎整个表面上组成Ti/Al组成的n电极23。
电极组成后，在GaN基板的M面(在使氮化物半导体近似于六方晶的情形下是相当于六角柱侧面的面)劈面，在此劈开面上组成SiO2与TiO2组成的电介质多层膜，最后沿平行在p电极的方向，成条状切断组成的成激光元器件。此激光元器件也同样示出了在室温下连续振荡，并示出了几乎与实施例27相同的特性。
(实施例29)在实施例27中，n侧缓冲层11生长后，与实施例28相同，生长裂缝防止层13。接着在此裂缝防止层上，生长0.4μm膜厚的1ds1×1019/cm3硅掺杂Al0.3Ga0.7N层，单一层的组成的n侧涂敷层14。而后则与实施例27相同做成激光元器件，虽示出了同样在室温下激光振荡，但寿命却较实施例27的激光元器件短一些。
(实施例30)在实施例27中，p侧涂敷层19生长时，生长0.4μm膜厚的1×1020/cm3镁掺杂Al0.3Ga0.7N层单一层，其他则与实施例相同，以制作激光元器件，虽然示出了同样在室温下激光振荡，但寿命却较实施例27的激光元器件短一些(实施例31)在实施例27中，n侧涂敷层14不作成超格子结构，而是作成0.4μm的1×1018/cm3硅掺杂Al0.2Ga0.8N层。且p侧涂敷层也同样不作成超格子结构，而是作成0.4μm的1×1020/cm3镁掺杂Al0.2Ga0.8层。替代地，将n侧光导层15作成30的非掺杂In0.01Ga0.99N层与30的1×1017/cm3硅掺杂GaN层所积层总膜厚为0.12μm超格子结构，将p侧光导层18作成30的非掺杂In0.01Ga0.99N层与30的1×1017/cm3镁掺杂GaN层的积层总膜厚为0.12μm的超格子结构，其他则与实施例27相同，以组成的成激光元器件，虽然示出了同样在室温下激光振荡，但寿命较实施例27的激光元器件短一些。
(实施例32)在实施例27中，在形成n侧缓冲层11时，将30非掺杂GaN层与30的1×1019/cm3硅掺杂Al0.05Ga0.95N层积层成总膜厚为1.2μm的超格子层。其后则与实施例27一样，使n侧涂敷层14以上的层生长以组成的成激光元器件。但，在形成n电极时，因蚀刻而露出的面介在上述1.2μm超格子层的中间而在此超格子层上组成n电极。此激光元器件同样在室温下连续振荡，阈值比实施例27相比低一些，寿命在1000小时以上。
(实施例33)图8是本发明另一实施例的激光元器件结构模式的剖视图，与其他图示相同的标号表示同一层。以下根据此图说明实施例33。
与实施例27相同，在以2英寸φ、(0001)C面为主面的蓝宝石基板301在500℃下生长200膜厚的GaN组成的缓冲层(未图示)后，将温度调至1050℃而生长5μm膜厚的非掺杂GaN层31。此生长的膜厚并不限于5μm，最好生长为较缓冲层厚的膜厚，将其调整为10μm以下的膜厚。由于基板使蓝宝石以外的SiC、ZnO、尖晶石、GaAs等氮化物半导体生长，故如已知的那样，可使用不同于氮化物半导体的材料所组成的成的基板。
接着在非掺杂的GaN层31生长后，从反应容器取出晶圆，在此GaN层31表面上组成带状光罩，利用CVD元器件组成由带宽20μm、带间隔(窗部)5μm的SiO2所组成的成的0.1μm膜厚的保护膜32。图8是沿带的长轴方向垂直截断的部份圆片结构的模式剖视图，保护膜的形状呈带状、点状、棋盘格子状等状态虽也极佳，但保护膜的面积较非掺杂GaN层31的露出部份，即较未组成保护膜的部份大，能易于生长结晶缺陷少的GaN基板100。可使用例如氧化硅(SiOX)、氮化硅(SixNY)、氧化锑(TiOX)、氧化铯(ZrOX)等氮化物、氮化物来作为保护膜的材料，且别的多层膜可使用熔点1200℃以上的金属。此保护膜材料也耐600℃～1100℃的氮化物半导体生长温度，其表面上不但不生长氮化物半导体，反而具有难以生长的性质。
保护膜32组成后，圆片两度置于反应容器内，在1050℃下，生长10μm膜厚的非掺杂GaN组成的GaN基板100形成的GaN层。所生长的GaN层的较佳，生长膜厚虽也因先前所组成的保护膜32膜厚、大小而不同，但也在保护膜上横向(垂直于厚度的方向)生长充分的厚度以覆盖保护膜32的表面。这样行具有氮化物半导体难以生长的性质的保护膜32表面上，以GaN层生长法横向生长GaN层的话，则最初在保护膜32上并不生长GaN层，GaN层在窗部的非掺杂GaN层31上选择生长。接着，继续GaN层生长，GaN层横向生长，被覆在保护膜32上，与邻接的窗所生长的GaN层邻接成GaN生长在保护膜32上状态。即，经由GaN层横向生长GaN层于GaN层31上。重要的是蓝宝石基板301生长GaN层31的结晶缺陷与保护膜32上所生长的GaN基板100的结晶缺陷的数量。即，由于异质基板与氮化物半导体的格子常数失配，所以异质基板上所生长的氮化物半导体会发生大量的结晶缺陷，此结晶缺陷含依次顺着组成于上层的氮化物半导体的生长部份传至表面。另一方面，如本实施例33所示，横向生长在保护膜32上的GaN基板100并非直接生长于异质基板上，由于生长自邻接的窗的GaN层是通过保护膜32上横向生长而与生长部份邻接，所以结晶缺陷数与直接生长自异质基板者相比非常少，因此，在异质基板上生长氮化物半导体层上组成部份保护膜，借助于以此保护膜上横向生长而成的GaN层为基板，可获得结晶缺陷远较实施例27的GaN基板少的GaN基板。实际上，非掺杂GaN层31的结晶缺陷虽在1020/cm2以上，但基于实施例33的方法，GaN基板100的结晶缺陷可减少在106/cm2以下。
如上所示组成GaN基板100之后，与实施例27相同，在此GaN基板上生长5μm膜厚的1×1018/cm3硅掺杂GaN组成的q侧缓冲层、接触层11，与实施例28相同，生长500膜厚的5×1018/cm3硅掺杂In0.1Ga0.9N组成的裂缝防止层13。也可省略裂缝防止层13。
(中央部份为高杂质浓度的超格子结构的n侧涂敷层14)接着在1050℃下，使用T镁、氮，借助于使非掺杂GaN生长20膜厚、组成带隙能量小的第二氮化物半导体层。接着在相同温度下，增加TMA，使非掺杂Al0.1Ga0.9N层生长5，继续增加Si烷而使1×1019/cm3硅掺杂Al0.1Ga0.9N层生长20之后，留下Si，进一步使非掺杂Al0.1Ga0.9N层生长5膜厚，由此组成带隙能量大而厚度为30μm的第一氮化物半导体层。以后则同样由反复交互积层第二氮化物半导体层与第一氮化物半导体层来组成。且实施例33分别积层在120层的第2氮化物半导体层与第1氮化物半导体层，以组成0.6μm厚的超格子结构组成的n侧涂敷层14。
接着与实施例27相同，依序生长n侧光导层15、活性层16、p侧间隙层17、p侧光导层18。
(中央部份为高杂质浓度结构的p侧涂敷层19)
接着在1050℃下，使用T镁、氮，借助于使非掺杂的GaN层生长20膜厚，组成带隙能量小的第四氮化物半导体层。接着，在相同温度下，增加TMA，使非掺杂Al0.1Ga0.9N生长5，接着增加Cp2镁而使1×1020/cm3镁掺杂Al0.1Ga0.9N层生长20膜厚后，借助于留下Cp2镁进一步使非掺杂层Al0.1Ga0.9N层生长5膜厚，组成带隙能量大而厚度为30μm的第三氮化物半导体。以后则同样反复交互积层第四氮化物半导体层与第三氮化物半导体层来组成。实施例33分别积层120层的第四氮化物半导体层与第三氮化物半导体层，组成0.6μm厚超格子结构组成的n侧涂敷层19。
最后，与实施例27相同，生长p侧接触层20后，从反应容器取出圆片面热熔后，进行蚀刻，使p侧涂敷层19以上的层为带状的脊状。
接着图8所示，相对于脊部进行左右对称的蚀刻，可组成电极23而使n侧缓冲层表面露出，以组成n电极23，另一方面也在p侧接触层20的脊部的最外侧表面上成带状组成p电极21。而后则与实施例27相同，制作激光元器件，与实施例27比较，阈值、电流密度、电压大概降低10％，示出了以波长405nm连续振荡，寿命在2000小时以上。使用结晶缺陷少且在GaN基板100上很大地提高氮化物半导体的结晶性。在图8中，在使GaN基板100例如生长80μm以上膜厚情形下，也可除去异质基板30至保护膜32。
(实施例34)在实施例23中，生长n侧涂敷层14时，不使中央部份成为高杂质浓度，通常使非掺杂层GaN生长20，使1×1019/cm3硅掺杂Al0.1Ga0.9N层生长20，积层为总膜厚0.6μm的超格子结构。
另一方面，也在生长p侧涂敷层19时，不使中央部份成高杂质浓度。使非掺杂GaN层生长20，使1×1020/cm3镁掺杂Al0.1Ga0.9N层生长20，积层成总膜厚0.6μm的超格子结构，其他则与实施例33相同，组成的成激光元器件，与实施例33比较，虽降低若干阈值，但示出了其寿命大致在2000小时以上。
(实施例35)在实施例33中，在生长n侧涂敷层14时，使1×1019/cm3硅掺杂GaN层生长25，非掺杂Al0.1GaN层生长25，交互积层成0.6μm的超格子结构。另一方面也在生长p侧涂敷层19时，使1×1020/cm3镁掺杂GaN层生长25，使非掺杂Al0.1Ga0.9N层生长25，交互积层为总膜厚0.6μm超格子结构，其他则与实施例33相同，制作激光元器件，获得特性、寿命几乎与实施例33相同的激光元器件。
(实施例36)在实施例33中，D侧涂敷层14生长时，使1×1019/cm3硅掺杂GaN层生长25，使1×1017/cm3硅掺杂Al0.1Ga0.9N层生长25，交互积层成0.6μm的超格子结构。另一方面，在p侧涂敷层19时，使1×1020/cm3镁掺杂GaN层生长25，使1×1018/cm3镁掺杂Al0.1Ga0.9N层掺杂25，交互积层为总膜厚0.6μm超格子结构，其他则与实施例33相同，组成的造激光元器件，获得特性、寿命几乎与实施例33相同的激光元器件。
(实施例37)于实施例33中，不使n侧涂敷层成为超格子结构，而使1×1019/cm3掺杂Al0.1Ga0.9N层生长0.6μm膜厚。另一方面在生长p侧涂敷层19时，使1×1020/cm镁掺杂GaN层生长25，1×1018/cm3掺杂Al0.1Ga0.9N掺杂25，交互积层为总膜厚0.6μm超格子结构，其他则与实施例33相同，以组成的造激光元器件，示出了其与实施例33相比，虽然阈值有些上升，但寿命则在1000小时以上。
(实施例38)在实施例33中，使n侧涂敷层及p侧涂敷层的超格作一般的调度掺杂(中央部份非高浓度，层内几乎均一)，在n侧缓冲层生长时，使1×1019/cm3掺杂Al0.5Ga0.9N层生长50，使非掺杂GaN层生长50，交互积层成总膜厚2μm的超格子层，其他则与实施例33一样，以制作激光元器件，示出了其与实施例33比较，阈值有些降低，寿命在3000小时以上。
(实施例39)在实施例33中，将n侧涂敷层14作成非掺杂GaN层生长20，1×1019/cm3硅掺杂Al0.1Ga0.9N层生长20，积层成总膜厚为0.6μm的超格子结构。接着将n侧光导层15作成1×1019/cm3硅掺杂层生长25，非掺杂Al0.5Ga0.95N层生长25，交互积层层总膜厚为0.1μm的格子结构。
另一方面，也将p侧光导层作为1×1019/cm3镁掺杂GaN层生长25，非掺杂Al0.5Ga0.95N层生长25，交互积层成总膜厚为0.1μm的超格子结构。接着则将p侧涂敷层19作成非掺杂GaN层生长20，1×1020/cm3镁掺杂Al0.1Ga0.9N层生长20，交互积层层总膜厚为0.6μm的超格子结构，其他则相同，以制作激光元器件，显出了与实施例33比较，阈有些值降低，寿命在3000小时以上。
(实施例40)实施例40与实施例33相同，均是使用GaN基板100构成的激光元器件。
即，实施例40的激光元器件是在与实施例33相同结构的GaN基板100上组成以下各半导体层。
首先，在GaN基板100上，使1×1018/cm3以上硅掺杂n型GaN组成的n侧接触层(n侧第二氮化物半导体层)生长2μm膜厚。且最好将此做成非掺杂GaN与硅掺杂AlXGa1-XN(0＜X≤0.4)组成的成的超格子层。
接着在n侧接触层生长后，在800℃温度下，在氮环境气体中，以T镁、TMI、氨、Si烷使5×1018/cm3硅掺杂In0.1Ga0.9N组成的裂缝防止层生长500膜厚。此裂缝防止层可借助于以含有In的n型氮化物半导体且最好是InGaN生长来防止在此后生长的含Al氮化物半导体层中产生裂缝。且此裂缝防止层最好生长100以上0.5μm以下的膜厚。小于100的话，则难以产生上述防止裂缝的作用，大于0.5μm，则有结晶本身变黑的倾向。
接着，在1050℃下使用TMA、T镁、氨、Si烷、使1×1019/cm3硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N层生长40，使非掺杂GaN层生长40的膜厚，使这些层分别积层100层成为总膜厚0.8μm的超格子组成的n侧涂敷层。
接着，使非掺杂Al0.05Ga0.95N组成的n侧光导层生长0.1μm膜厚。此层用来作为波导活性层的光的光导层，其他可不掺杂，或掺杂n型杂质。也可用此层作为GaN与AlGaN组成的超格子层。
其次使非掺杂In0.01Ga0.99N组成的活性层生长400膜厚。
其次使带隙能量比此后组成的p侧光导层大的1×1019/cm3镁掺杂p型Al0.2Ga0.8N组成的p侧间隙层生长300膜厚。
接着使带隙能量比p侧间隙层小的Al0.01Ga0.99N组成的p侧光导层生长0.1μm膜厚。来作为活性层的光导层。且此p侧光导层也可用来作为非掺杂氮化物半导体组成的超格子层。在用来作为超格子层情形下，带隙能量大的一层(势垒层)其带隙能量较活性层大，较p侧涂敷层小。
接着使1×1019/cm3Me掺杂p型Al0.2Ga0.8N层生长40，使非掺杂GaN生长40，交互积层成总膜厚0.8μm超格子层结构，生长此超格子结构组成的p侧涂敷层。
最后，在p侧涂敷层上生长150膜厚的1×1020/cm3镁掺杂p型GaN组成的p侧接触层。特别是在制作激光元器件情形下，使其与含AlGaN超格子结构的p侧涂敷层相接，以带隙能量小的氮化物半导体作为p侧接触层，由于其膜厚在500以下，所以实质上p侧接触层的载流子浓度增高，获得与p电极接触的较佳电阻，并且元器件的阈值电流、电压有降低的倾向。
如以上在预定温度下对生长氮化物半导体的圆片进行退火而进一步使p型杂质掺杂层低电阻化后，从反应容器取出圆片，利用RIE元器件蚀刻最上层的p侧接触层、p侧涂敷层以组成具有4μm带宽的脊状。这样，借助于使活性层上方的层成为带状的脊状，活性层的发光即集中在带脊的下方而降低阈值，特别是，最好使超格子层组成的p侧涂敷层以上的层成为脊状。
退火的详细方法揭示在本发明人等前所提出申请的美国专利第5,306,662中，本实施例的热熔也使用美国专利第5,306,662所揭示的方法。
接着在脊部表面上组成遮蔽，利用RlE进行蚀刻而使n侧接触层的表面露出，成带状组成Ti与Au组成的n电极。另一方面在p侧接触层的脊部最外侧表面上成带状组成Ni与Au组成的p电极。可获得与p型GaN层接触的较佳电阻的电极材料，举例来说可例如为Ni、Pt、Pd、Ni/Au、Pi/Au、Pd/Au等。可获得与n型GaN接触的较佳电阻的电极材料，举例来说可例如为Al、Ti、W、Cu、Zn、Sn、In等金属或合金。
接着在p电极与n电极间露出的氮化物半导体层表面上组成SiO2组成的绝缘膜，通过此绝缘膜组成与p电极电连接的P焊盘电极。此P焊盘电极扩大p电极的实质表面积，能线焊、片焊p电极侧。
如上所述，在研磨元器件中输送组成n电极与P电极的圆片，使用钻石研磨剂，研磨未组成氮化物半导体的一侧的蓝宝石基板，使蓝宝石基板的厚度为10μm。研磨后，进一步以细研磨剂抛光1μm将基板表面作成镜面状，以Au/Sn全面进行金属处理。
此后则在Au/sn侧划线，沿垂直于带状电极的方向成条状劈开，在劈开面上制作谐振器。在谐振器表面上组成SiO2与TiO2组成的电介质多层膜，最后沿平行在p电极的方向，成条状切断组成的成激光晶片。接着使晶片面朝上(成基板与散热片相对状态)置于散热片上，线焊各个电极，在室温下测试激光振荡，经确认，在室温下，阈值电流密度为2.0KA/cm2，阈值电压为4.0V，以368nm振荡波长连续振荡，显示寿命在1000小时以上。
(实施例41)实施例41以下是根据实施形态4作成的激光元器件的例子。下面参照图9说明实施例41。
(基底层302)将2英寸、以C面为主面的蓝宝石组成的异质基板30置于MOVPE反应容器内，在500℃温度下，使用T镁、氮(NH3)，使GaN组成的缓冲层(未图示) 生长200膜厚。缓冲层生长后，温度调为1050℃，同样使GaN组成的基底层302生长4μm的膜厚。
(基底层303)基底层302生长后，从反应容器取出圆片，在此基底层302表面上组成带状光罩，利用CVD元器件使带宽10μm、带状间隔(宵部)2μm的SiO2组成的保护膜303生长1μm膜厚。
(氮化物半导体基板304)保护膜303组成后，再度将圆片置于MOVPE反应容器内，将温度调为1050℃，使用T镁、氮，使非掺杂GaN组成的氮化物半导体基板304生长20μm膜厚。生长后的氮化物半导体基板304表面成为保护膜的带状中央部位的话，则在窗部的带状中央部位上虽然出现与带状保护膜平行的结晶缺陷，但此后在激光元器件的脊部组成时，由于带脊与此结晶缺陷无关，所以结晶缺陷不会转移于活性层，从而提高元器件的可靠度。
(n侧缓冲层311＝兼n侧接触层)接着使用氮、T镁与杂质气体之Si烷气体，在第二氮化物半导体层4上组成5μm膜厚的3×1018/cm3硅掺杂GaN组成的n侧缓冲层311。
(裂缝防止层312)接着使用T镁、TMI、氮，在800℃温度下，使In0.06Ga0.8N组成的裂缝防止层312生长0.15μm膜厚。
(n侧涂敷层313＝超格子层)接着，在1050℃下，使用TMA、T镁、氮、Si烷，使1×1018/cm3硅掺杂n型Al0.16Ga0.84N组成的第1层生长25膜厚，面接着则留下Si烷TMA，使非掺杂GaN组成的第2层生长25膜厚。并以第1层+第2层+第1层+第2层……的方式构成超格子层，生长总膜厚1.2μm超格子组成的n侧涂敷层313。由于此超格子组成的n侧涂敷层的Al平均组成为8.0％，所以其与膜厚的乘积为9.6。
(n侧光导层314)接着，留下Si烷，在1050℃下，使非掺杂GaN组成的n侧光导层314生长0.1μm膜厚。
(活性层315)接着使用T镁、TMI、氮来生长活性层314。将活性层保持在800℃，使非掺杂In0.2Ga0.8N组成的井层生长40。接着仅改变TMI的克分子此，在同一温度下，使非掺杂In0.01Ga0.99N组成的势叠层生长100膜厚。井层与垫叠层依次积层，最后止于势垒层，生长总膜厚400的多重量子阱结构(MOW)的活性层。
(p侧间隙层316)接着将温度提高至1050℃，使用T镁、TMA、氮、Cp2镁，使带隙能量较p侧光导层317大的1×1020/cm镁掺杂p型Al0.3Ga0.7N组成的p侧间隙层317生长0.1μm膜厚。
(p侧涂敷层318)接着在1050℃下，使1×1020/cm3镁掺杂p型Al0.16Ga0.84N组成的第3层生长25膜厚，接着仅留下TMA，使非掺杂GaN组成的第4层生长25膜厚，以生长总膜厚0.6μm超格子层所组成的p侧涂敷层318。由于此p侧涂敷层的Al平均组成也为8％，故与膜厚的乘绩为4.8。
(p侧接触层319)最后在1050℃下，在p侧涂敷层318上生长150膜厚的2×1020/cm3镁掺杂p型GaN组成的p侧接触层318。
如上所述，在反应容器内，在氮环境气拔中，对生长氮化物半导体的圆得进行700℃的热熔，使p型杂质掺杂层进一步低电阻化。
热熔后，从反应容器取出圆片，利用RIE元器件蚀刻最上层的p侧接触层318与p侧涂敷层317，如第9图所示，组成具有4μm带宽的脊状。
在带脊组成情形下，此带脊组成在氮化物半导体基板表面上无结晶缺陷的位置。
接着在脊部表面上组成光罩，利用RIE进行蚀刻，使n侧缓冲层311表面露出。
接着在p侧接触层319的脊部最表面上组成带状的Ni与Au组成的p电极320，另一方面则在先前露出的n侧缓冲层311表面上，成带状组成Ti与Al组成的n电极322后，如图9所示，在p电极320与n电极322间露出的氮化物半导体层表面上组成SiO2组成的绝缘膜323，通过此绝缓膜323组成与p电极320电连接的P焊盘电极321。
如上所述，将形成n电极的和p电极的圆片的蓝宝石基板研磨成70μm后，沿垂直于带状电极，成条状从基板侧劈开，在劈开面上制作谐振器。在谐振器表面上组成SiO2与TiO2组成的电介质多层膜，最后则沿平行在p电极的方向成条状切断做成激光元器件。
此激光元器件在散热片上，将各个电极线焊，在室温下测试激光振荡，示出了在室温下连续振荡，单激光的FFP是单一的，所得形状也为较佳的椭圆形。至于激光元器件的特性，与我们在JPN.J.Apnl.Phys.Nol.36(1997)所发表的比较，阈值降低10％以上，寿命提高50％以上。
(实施例42)在实施例41中，在n侧涂敷层313生长时，使硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N生长25且非掺杂GaN积层25，生长总膜厚1.0μm超格子组成的n侧涂敷层313，其他则相同，以制作激光元器件。且由在n侧涂敷层的Al平均组成为10.0％，所以与其膜厚的乘积为10.0。此激光元器件具有几乎与实施例41相同的特性。
(实施例43)
在实施例41中，在n侧涂敷层313生长时，使硅掺杂n型Al0.2Ga0.8N生长25且非掺杂GaN积层25，生长总膜厚0.2μm超格子组成的n侧涂敷层313，其他则相同，以制作激光元器件。由在n侧涂敷层的Al平均组成为1.0％，所以与其膜厚的乘积为7.0。此激光元器件也具有几乎与实施例41相同的特性。
(实施例44)在实施例41中，在n侧涂敷层313生长时，使硅掺杂n型Al0.12Ga0.88N生长25且使非掺杂GaN积层25，生长总膜厚0.8μm超格子组成的n侧涂敷层313，其他则相同，制作激光元器件。由在n侧涂敷层的Al平均组成为6.0％，所以与其膜厚的乘积为4.8。此激光元器件与JPN.J.Apnl.Phys.Nol.36(1997)所发表的比较，阈值降低5％以上，寿命提右20％以上。
(实施例45)在实施例41中，在n侧涂敷层318生长时，使硅掺杂n型Al0.07Ga0.93N生长25且使非掺杂GaN积层25，而生长成1.4μm的总膜厚，其他则相同，制作激光元器件。由在n侧涂敷层的Al平均组成为35％，所以与其膜厚的乘积为4.9，此激光元器件具有几乎与实施例44相同的特性。
产业上的可利用性如以上所说明，本发明氮化物半导体元器件由于在活性层以外的p型氮化物半导体区域或n型氮化物半导体区域用超格子层来构成，所以可显著增进电效率。
也就是说，已知氮化物半导体元器件虽然建议将活性层作成多重量子阱结构，但通常是夹设活性层而例如涂敷层等的单一氮化物半导体层结构。至于本发明的氮化物半导体元器件，由于是用具有可产生量子效果的层的超格子来作为涂敷层或注入电流接触层，所以可降低涂敷层侧的电阻率。由此可降低例如LD元器件的阈值电流、阈值电压，并延长此元器件的寿命。并且，已知的LED会在静电上变弱，而本发明却是静电耐压强的元器件。这样，由于能降低V1、阈值电压，所以也可减少发热量，提高元器件可靠度。本发明氮化物半导体元器件无论其是否为LED、LD等发光元器件与否，只要用于使用氮化物半导体的太阳能电池、光感测器、半导体等，即可实现效率相当高的元器件，其产业上利用价值极大。
如实施形态4及实施例41至45所示，本发明另一氮化物半导体发光元器件可用来使发光封闭于核心部以获得单一模激光。并且，激光的点状也成单一椭圆形，所以可获得一定的远视野型式。已知氮化物半导体由于使用折射率较所谓蓝宝石氮化物半导体小的材料，所以无法避免已知技术的问题，虽然这样，本发明并不限于蓝宝石组成的，也可在折射率较氮化物半导体小的种种基板上组成的激光元器件，由于可获得单一模式而又美丽形状的激光，所以作为写入、读取光源，利用价值极大。本实施形态4虽然就激光元器件来说明，但本发明不限于激光元器件，也可适用于LED元器件、超发光二极管等的其他发光元器件。
权利要求
1.一种氮化物半导体发光元器件，在具有氮化物半导体层的n导电侧半导体区域与具有氮化物半导体层的p导电侧半导体区域之间具有氮化物半导体活性层，其特征在于，所述活性层包含InGaN层，具有与所述活性层相接的超格子层，该超格子层由氮化物半导体的第1层和组成不同于第1层的第2层在所述n导电侧交替积层而成，至少一个层具有100以下的膜厚，该超格子层的第1层和第2层是InXGa1-XN(0＜X＜1)和GaN的组合。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述活性层的InGaN层是量子阱层。
3.如权利要求2所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述活性层是多重量子阱构造。
4.如权利要求1所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，构成所述超格子层的氮化物半导体的平均带隙能量比活性层大。
5.一种半导体发光元器件，其特征在于，依次具有具有一个或两个以上氮化物半导体层的n导电侧半导体区域、具有氮化物半导体的活性层、以及具有一个或两个以上氮化物半导体层的p导电侧半导体区域，在所述n导电侧半导体区域具有超格子多层膜的缓冲层或n侧接触层，所述超格子多层膜由氮化物半导体组成的第1层和由其组成不同于第1层的氮化物半导体组成的第2层交替积层而成，以及超格子多层膜的n侧涂敷层，所述超格子多层膜由氮化物半导体组成的第3层和由其组成不同于第3层的氮化物半导体组成的第4层交替积层而成。
6.如权利要求5所述的半导体发光元器件，其特征在于，所述所述缓冲层是超格子多层膜，在该缓冲层上具有设置了负电极的所述n侧接触层。
7.如权利要求6所述的半导体发光元器件，其特征在于，所述缓冲层的n型杂质浓度比所述n侧接触层小。
8.如权利要求5所述的半导体发光元器件，其特征在于，所述缓冲层是超格子多层膜，所述第1层是含有Al的氮化物半导体。
9.如权利要求8所述的半导体发光元器件，其特征在于，所述第1层是AlXGa1-XN(0＜X＜1)。
10.如权利要求6至9中任一项所述的半导体发光元器件，其特征在于，所述缓冲层的第1层和第2层的膜厚在100埃以下。
11.如权利要求4或5所述的半导体发光元器件，其特征在于，在所述缓冲层上具有设置了负电极的所述n侧接触层。
12.如权利要求5所述的半导体发光元器件，其特征在于，所述n侧接触层的第3层和第4层中至少一方的膜厚在100埃以下。
13.如权利要求12所述的半导体发光元器件，其特征在于，所述第3层和第4层的组成分别是InXGa1-XN(0≤X≤1)和AlYGa1-YN(0≤Y≤1)。
14.一种氮化物半导体发光元器件，在具有氮化物半导体层的n导电侧半导体区域与具有氮化物半导体层的p导电侧半导体区域之间具有氮化物半导体活性层，其特征在于，在所述p导电侧半导体区域的表面具有膜厚500以下的p侧接触层，在所述p侧接触层和活性层之间具有p侧超格子多层膜，该p侧超格子多层膜由氮化物半导体的第3层和由其组成不同于第1层的氮化物半导体组成的第4层积层而成，至少一方的层具有100以下的膜厚。
15.如权利要求14所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述p侧接触层与p侧超格子多层膜相接。
16.一种氮化物半导体发光元器件，在具有氮化物半导体层的n导电侧半导体区域与具有氮化物半导体层的p导电侧半导体区域之间具有氮化物半导体活性层，其特征在于，在所述p导电侧半导体区域的表面具有超格子多层膜的p侧接触层，该p侧超格子多层膜由氮化物半导体的第1层和由其组成不同于第1层的氮化物半导体组成的第2层积层而成，至少一方的层具有100以下的膜厚。
17.如权利要求14所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述p侧接触层设置在p侧涂敷层上，是带隙能量比p侧涂敷层小的氮化物半导体。
18.如权利要求17所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述p侧接触层是InGaN、GaN。
19.如权利要求14至16中任一项所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述p侧接触层的膜厚在200以下。
20.如权利要求19所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，在所述p侧接触层上设置透光性电极。
21.如权利要求14至16中任一项所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述超格子多层膜的两种层的p型杂质浓度相互不同。
22.如权利要求14至16中任一项所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述超格子多层膜的两种层，是3元混晶于3元混晶的组合，或者3元混晶与2元混晶的组合。
23.如权利要求22所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述超格子多层膜的两种层，是InXGa1-XN(0≤X≤1)和AlYGa1-YN(0≤Y≤1)的组合，或者AlXGa1-XN(0≤X≤1)和AlYGa1-YN(0＜Y＜1，X＜Y)的组合。
24.如权利要求23所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述超格子多层膜的两种层是InGaN/GaN的多层膜。
25.如权利要求14所述的氮化物半导体发光元器件，其特征在于，所述超格子多层膜是p侧涂敷层。
全文摘要
本发明涉及一种发光元器件等的氮化物半导体元器件，是在一层或二层以上的氮化物半导体层所组成的n导电侧半导体区域与一层或二层以上的氮化物半导体层所组成的p导电侧半导体区域之间形成活性层的氮化物半导体元器件，所述p导电侧或n导电侧半导体区域的至少一层氮代物半导体层是分别由氮化物半导体所组成并且组成互异的第1层与第2层积层而成的超格子层。根据上述结构，即可降低元器件所用电流、电压，实现效率高的元器件。
文档编号H01S5/323GK1964093SQ200610163959
公开日2007年5月16日 申请日期1998年1月8日 优先权日1997年1月9日
发明者长滨慎一, 妹尾雅之, 中村修二 申请人:日亚化学工业株式会社