JP2000196144A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

Semiconductor light emitting element

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JP2000196144A
JP2000196144A JP37268698A JP37268698A JP2000196144A JP 2000196144 A JP2000196144 A JP 2000196144A JP 37268698 A JP37268698 A JP 37268698A JP 37268698 A JP37268698 A JP 37268698A JP 2000196144 A JP2000196144 A JP 2000196144A
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JP
Japan
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layer
light emitting
cladding layer
semiconductor
type
Prior art date
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JP37268698A
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Japanese (ja)
Inventor
Mutsuyuki Yoshie
睦之 吉江
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element having a low working voltage. SOLUTION: A semiconductor laser element 100 comprises a low temperature buffer layer 2, an n-GaN layer 3, an n-clad layer 4, an n-optical guide layer 5, an n-MQW light emitting layer 6, a p-AlGaN layer 7, a p-optical guide layer 8, a p-clad layer 9 and a p-contact layer 10 formed sequentially on a sapphire substrate 1. Partial region from the p-contact layer 10 to the n-clad layer 4 is etched and an n-electrode 21 is formed on the exposed n-clad layer 4. A p-electrode 20 is formed on the p-contact layer 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、BN(窒化ホウ
素)、GaN(窒化ガリウム)、AlN(窒化アルミニ
ウム)もしくはInN(窒化インジウム)またはこれら
の混晶等のIII-V族窒化物系半導体(以下、窒化物系半
導体と呼ぶ)からなる半導体発光素子に関する。
The present invention relates to a group III-V nitride semiconductor such as BN (boron nitride), GaN (gallium nitride), AlN (aluminum nitride) or InN (indium nitride) or a mixed crystal thereof. (Hereinafter, referred to as a nitride-based semiconductor).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、青色、または紫色の光を発する発
光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子と
して、GaN系半導体発光素子の実用化が進んできてい
る。GaN系半導体発光素子の製造の際には、GaNか
らなる基板が存在しないため、サファイア(Al
2 3 )等の絶縁性基板上に半導体層をエピタキシャル
成長させている。
2. Description of the Related Art In recent years, GaN-based semiconductor light-emitting devices have been put into practical use as semiconductor light-emitting devices such as light-emitting diodes and semiconductor laser devices that emit blue or violet light. When manufacturing a GaN-based semiconductor light-emitting device, sapphire (Al
A semiconductor layer is epitaxially grown on an insulating substrate such as 2 O 3 ).

【0003】図7はGaN系半導体レーザ素子の構造を
示す断面図である。また、図8は、図7に示す半導体レ
ーザ素子の主要部の模式的なエネルギーバンド構造図で
ある。
FIG. 7 is a sectional view showing the structure of a GaN-based semiconductor laser device. FIG. 8 is a schematic energy band structure diagram of a main part of the semiconductor laser device shown in FIG.

【0004】図7に示すように、半導体レーザ素子はサ
ファイア基板1のc(0001)面上に、アンドープの
GaNからなるバッファ層2、n−GaN層3、n−A
lGaNからなるn−クラッド層4、n−GaN光ガイ
ド層5、n−MQW(多重量子井戸)発光層6、p−A
lGaN層7、p−GaN光ガイド層8、p−AlGa
Nからなるp−クラッド層9およびp−GaNからなる
p−コンタクト層10が順に形成されている。
As shown in FIG. 7, a semiconductor laser device has a buffer layer 2 made of undoped GaN, an n-GaN layer 3 and an n-A
n-cladding layer 4 made of lGaN, n-GaN light guide layer 5, n-MQW (multiple quantum well) light emitting layer 6, p-A
lGaN layer 7, p-GaN light guide layer 8, p-AlGa
A p-cladding layer 9 made of N and a p-contact layer 10 made of p-GaN are sequentially formed.

【0005】図8に示すように、n−MQW発光層6
は、n−InGaN量子障壁層6aとn−InGaN量
子井戸層6bとが交互に積層されてなる多重量子井戸構
造を有する。
As shown in FIG. 8, the n-MQW light emitting layer 6
Has a multiple quantum well structure in which n-InGaN quantum barrier layers 6a and n-InGaN quantum well layers 6b are alternately stacked.

【0006】サファイア基板1は導電性を持たない絶縁
基板である。このため、通常は、p−コンタクト層10
からn−GaN層3までの一部領域をエッチングにより
除去し、露出したn−GaN層3にn電極51をオーミ
ック接触させる。一方、p−コンタクト層10にp電極
52をオーミック接触させる。
The sapphire substrate 1 is an insulating substrate having no conductivity. For this reason, usually, the p-contact layer 10
Is removed by etching, and the exposed n-GaN layer 3 is brought into ohmic contact with the n-electrode 51. On the other hand, the p-electrode 52 is brought into ohmic contact with the p-contact layer 10.

【0007】このような半導体レーザ素子において、n
電極51からn−GaN層3へ注入された電子は、図中
の矢印70で示すように、n−GaN層3内を流れた
後、サファイア基板1と垂直な方向に沿って流れ、n−
クラッド層4およびn−光ガイド層5を経てn−MQW
発光層6に注入される。一方、正孔は、図中の矢印80
で示すように、p電極52からp−コンタクト層10、
p−クラッド層9、p−光ガイド層8およびp−AlG
aN層7を順に経て、n−MQW発光層6に注入され
る。このようにしてn−MQW発光層6において電子と
正孔が再結合し、半導体レーザ素子が光を出射する。
In such a semiconductor laser device, n
The electrons injected from the electrode 51 into the n-GaN layer 3 flow in the n-GaN layer 3 and then flow in a direction perpendicular to the sapphire substrate 1 as shown by an arrow 70 in the figure.
N-MQW via the cladding layer 4 and the n-light guide layer 5
It is injected into the light emitting layer 6. On the other hand, holes are indicated by arrows 80 in the figure.
As shown by p, the p-contact layer 10 from the p-electrode 52,
p-cladding layer 9, p-light guide layer 8, and p-AlG
It is injected into the n-MQW light emitting layer 6 through the aN layer 7 in order. Thus, electrons and holes are recombined in the n-MQW light emitting layer 6, and the semiconductor laser device emits light.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図8に示すように、n
−GaN層3とn−クラッド層4とではバンドギャップ
の大きさが異なっており、Alを含むn−クラッド層4
の方がバンドギャップが大きい。したがって、電子の流
れ71において、n−GaN層3とn−クラッド層4と
の間に大きなエネルギーの障壁が存在する。この障壁の
高さHは少なくとも数100meVであることから、電
子の流れ71を阻害する。このような障壁を電子が越え
るためには高い電圧を印加する必要がある。
As shown in FIG. 8, n
GaN layer 3 and n-cladding layer 4 have different band gaps, and n-cladding layer 4 containing Al
Has a larger band gap. Therefore, in the electron flow 71, a large energy barrier exists between the n-GaN layer 3 and the n-cladding layer 4. Since the height H of the barrier is at least several hundred meV, the flow of electrons 71 is obstructed. In order for electrons to cross such a barrier, a high voltage must be applied.

【0009】また、通常、n−GaN層3を深くエッチ
ングしてn電極51を形成するため、電子がn−MQW
発光層6に対して垂直方向に流れる際の経路が長く、n
−GaN層3からn−MQW発光層6までの直列抵抗が
大きくなる。
Usually, since the n-GaN layer 3 is deeply etched to form the n-electrode 51, the electrons are n-MQW
The path when flowing in the direction perpendicular to the light emitting layer 6 is long, and n
-The series resistance from the GaN layer 3 to the n-MQW light emitting layer 6 increases.

【0010】その結果、半導体レーザ素子の動作電圧が
高くなり、消費電力が増大するとともに、素子の寿命が
短くなる。
As a result, the operating voltage of the semiconductor laser device is increased, the power consumption is increased, and the life of the device is shortened.

【0011】本発明の目的は、動作電圧の低い半導体発
光素子を提供することである。
An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having a low operating voltage.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る半導体発光素子は、ホウ素、ガリウム、アルミニ
ウムおよびインジウムの少なくとも1つを含む窒化物系
半導体からなりかつ第1導電型クラッド層および発光層
を順に含む第1の半導体層と、第1の半導体層上に形成
され、ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウ
ムの少なくとも1つを含む窒化物系半導体からなりかつ
第2導電型クラッド層を含む第2の半導体層とを備え、
第1の半導体層の一部領域が露出し、露出した一部領域
にオーミック電極が形成されたものである。
A semiconductor light emitting device according to the present invention comprises a nitride semiconductor containing at least one of boron, gallium, aluminum and indium, and has a first conductivity type cladding layer and a light emitting device. A first semiconductor layer including layers in order, and a first semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, the nitride semiconductor including at least one of boron, gallium, aluminum and indium, and including a second conductivity type cladding layer. And two semiconductor layers,
Part of the first semiconductor layer is exposed, and an ohmic electrode is formed on the exposed part of the region.

【0013】本発明に係る半導体発光素子において、オ
ーミック電極から注入されたキャリアは、オーミック電
極が形成された第1の半導体層内を発光層に向かって流
れる。
In the semiconductor light emitting device according to the present invention, carriers injected from the ohmic electrode flow toward the light emitting layer in the first semiconductor layer on which the ohmic electrode is formed.

【0014】この場合、オーミック電極から発光層まで
の経路にエネルギー障壁が存在しないため、キャリアは
エネルギー障壁を越えることなく発光層まで流れること
ができる。また、オーミック電極と発光層との間の距離
が短いため、オーミック電極から発光層までの直列抵抗
が小さくなる。これらの結果、半導体発光素子の動作電
圧が低くなる。
In this case, since there is no energy barrier in the path from the ohmic electrode to the light emitting layer, carriers can flow to the light emitting layer without crossing the energy barrier. Further, since the distance between the ohmic electrode and the light emitting layer is short, the series resistance from the ohmic electrode to the light emitting layer is reduced. As a result, the operating voltage of the semiconductor light emitting device decreases.

【0015】また、印加電圧を低くすることができるた
め、消費電力が低減されるとともに、半導体発光素子の
寿命が長くなる。
Further, since the applied voltage can be reduced, the power consumption is reduced and the life of the semiconductor light emitting element is prolonged.

【0016】第1の半導体層の第1導電型クラッド層の
一部領域が露出し、露出した第1導電型クラッド層の一
部領域にオーミック電極が形成されてもよい。
[0016] A part of the first conductive type clad layer of the first semiconductor layer may be exposed, and an ohmic electrode may be formed on the exposed part of the first conductive type clad layer.

【0017】この場合、オーミック電極から注入された
キャリアは第1導電型クラッド層内を流れ、さらに、発
光層に向かって第1の半導体層内を垂直方向に流れる。
In this case, the carriers injected from the ohmic electrode flow in the first conductivity type cladding layer, and further flow vertically in the first semiconductor layer toward the light emitting layer.

【0018】このように、キャリアがエネルギーバンド
ギャップの大きな第1導電型クラッド層に注入されるた
め、第1導電型クラッド層とこれに隣接する層との間に
存在するエネルギー障壁を越えることなく発光層まで流
れる。また、第1導電型クラッド層と発光層との間の距
離が短いため、オーミック電極から発光層までの直列抵
抗が小さくなる。以上のことから、半導体発光素子の動
作電圧が低くなる。
As described above, since the carriers are injected into the first conductivity type cladding layer having a large energy band gap, the energy barrier does not exceed the energy barrier existing between the first conductivity type cladding layer and the layer adjacent thereto. It flows to the light emitting layer. Further, since the distance between the first conductivity type cladding layer and the light emitting layer is short, the series resistance from the ohmic electrode to the light emitting layer is reduced. From the above, the operating voltage of the semiconductor light emitting device becomes lower.

【0019】また、第1導電型クラッド層には第1導電
型不純物がドープされて低抵抗化されているため、容易
にオーミック電極を形成することができる。
Since the first conductivity type cladding layer is doped with the first conductivity type impurity to reduce the resistance, an ohmic electrode can be easily formed.

【0020】また、第1の半導体層の発光層の一部領域
が露出し、露出した発光層の一部領域にオーミック電極
が形成されてもよい。
Also, a part of the light emitting layer of the first semiconductor layer may be exposed, and an ohmic electrode may be formed on the part of the exposed light emitting layer.

【0021】この場合、キャリアはオーミック電極か
ら、直接、発光層に注入されるため、オーミック電極か
ら発光層までの直列抵抗が小さくなる。また、キャリア
は、第1導電型クラッド層とこれに隣接する層との間に
存在するエネルギー障壁を越える必要がない。以上のこ
とから、半導体発光素子の動作電圧が低くなる。
In this case, since the carriers are directly injected from the ohmic electrode into the light emitting layer, the series resistance from the ohmic electrode to the light emitting layer is reduced. In addition, the carrier does not need to cross the energy barrier existing between the first conductivity type cladding layer and the layer adjacent thereto. From the above, the operating voltage of the semiconductor light emitting device becomes lower.

【0022】さらに、第1の半導体層が第1導電型クラ
ッド層と発光層との間に光ガイド層をさらに含み、第1
の半導体層の光ガイド層の一部領域が露出し、露出した
光ガイド層の一部領域にオーミック電極が形成されても
よい。
Further, the first semiconductor layer further includes a light guide layer between the first conductivity type cladding layer and the light emitting layer,
A part of the light guide layer of the semiconductor layer may be exposed, and an ohmic electrode may be formed on the part of the exposed light guide layer.

【0023】この場合、キャリアは、オーミック電極か
ら光ガイド層を通して発光層に注入される。
In this case, carriers are injected from the ohmic electrode into the light emitting layer through the light guide layer.

【0024】このように、キャリアは第1導電型クラッ
ド層上の光ガイド層に注入されるため、第1導電型クラ
ッド層とこれに隣接する層との間に存在するエネルギー
障壁を越えることなく発光層まで流れる。また、光ガイ
ド層は発光層に接しているため、オーミック電極から発
光層までの直列抵抗が小さくなる。以上のことから、半
導体発光素子の動作電圧が低くなる。
As described above, the carriers are injected into the light guide layer on the first conductivity type cladding layer, and therefore, the carriers do not exceed the energy barrier existing between the first conductivity type cladding layer and the layer adjacent thereto. It flows to the light emitting layer. Further, since the light guide layer is in contact with the light emitting layer, the series resistance from the ohmic electrode to the light emitting layer is reduced. From the above, the operating voltage of the semiconductor light emitting device becomes lower.

【0025】第1導電型クラッド層はn型クラッド層で
あり、第2導電型クラッド層はp型クラッド層であり、
n型クラッド層の一部領域が露出し、露出したn型クラ
ッド層の一部領域にオーミック電極が形成されてもよ
い。
The first conductivity type cladding layer is an n-type cladding layer, the second conductivity type cladding layer is a p-type cladding layer,
A partial region of the n-type cladding layer may be exposed, and an ohmic electrode may be formed in the exposed partial region of the n-type cladding layer.

【0026】この場合、オーミック電極から注入された
電子は、n型クラッド層内を流れ、さらに、発光層に向
かって第1の半導体層内を垂直方向に流れる。
In this case, the electrons injected from the ohmic electrode flow in the n-type cladding layer, and further flow in the first semiconductor layer in the vertical direction toward the light emitting layer.

【0027】このように、電子はエネルギーバンドギャ
ップの大きなn型クラッド層に注入されるため、n型ク
ラッド層とこれに隣接する層との間に存在するエネルギ
ー障壁を越えることなく発光層まで流れる。また、n型
クラッド層と発光層との間の距離が短いため、オーミッ
ク電極から発光層までの直列抵抗が小さくなる。以上の
ことから、半導体発光素子の動作電圧が低くなる。
As described above, since electrons are injected into the n-type cladding layer having a large energy band gap, the electrons flow to the light-emitting layer without exceeding the energy barrier existing between the n-type cladding layer and the layer adjacent thereto. . Further, since the distance between the n-type cladding layer and the light emitting layer is short, the series resistance from the ohmic electrode to the light emitting layer is reduced. From the above, the operating voltage of the semiconductor light emitting device becomes lower.

【0028】さらに、n型クラッド層はn型不純物がド
ープされて低抵抗化されているため、オーミック電極を
容易に形成することができる。
Further, since the n-type cladding layer is doped with an n-type impurity to reduce the resistance, an ohmic electrode can be easily formed.

【0029】また、第1導電型クラッド層はn型クラッ
ド層であり、第2導電型クラッド層はp型クラッド層で
あり、発光層にはn型不純物がドープされ、発光層の一
部領域が露出し、露出した発光層の一部領域にオーミッ
ク電極が形成されてもよい。
Further, the first conductivity type cladding layer is an n-type cladding layer, the second conductivity type cladding layer is a p-type cladding layer, the light emitting layer is doped with an n-type impurity, and a partial region of the light emitting layer is formed. May be exposed, and an ohmic electrode may be formed in a part of the exposed light emitting layer.

【0030】この場合、電子はオーミック電極から、直
接、発光層内に注入されるため、オーミック電極から発
光層までの直列抵抗が小さくなる。また、電子はn型ク
ラッド層とこれに隣接する層との間に存在するエネルギ
ー障壁を越える必要がない。以上のことから、半導体発
光素子の動作電圧が低くなる。
In this case, since the electrons are directly injected into the light emitting layer from the ohmic electrode, the series resistance from the ohmic electrode to the light emitting layer is reduced. Also, electrons need not cross the energy barrier existing between the n-type cladding layer and the layer adjacent thereto. From the above, the operating voltage of the semiconductor light emitting device becomes lower.

【0031】また、発光層にはn型不純物がドープされ
て低抵抗化されているため、容易にオーミック電極を形
成することができる。
Since the light emitting layer is doped with an n-type impurity to reduce the resistance, an ohmic electrode can be easily formed.

【0032】さらに、第1導電型クラッド層はn型クラ
ッド層であり、第2導電型クラッド層はp型クラッド層
であり、第1の半導体層は、n型クラッド層と発光層と
の間にn型光ガイド層をさらに含み、第1の半導体層の
n型光ガイド層の一部領域が露出し、露出したn型光ガ
イド層の一部領域にオーミック電極が形成されてもよ
い。
Further, the first conductivity type cladding layer is an n-type cladding layer, the second conductivity type cladding layer is a p-type cladding layer, and the first semiconductor layer is formed between the n-type cladding layer and the light emitting layer. May further include an n-type light guide layer, a part of the n-type light guide layer of the first semiconductor layer may be exposed, and an ohmic electrode may be formed on a part of the exposed n-type light guide layer.

【0033】この場合、電子は、オーミック電極からn
型光ガイド層を通して発光層に注入される。
In this case, electrons move from the ohmic electrode to n
It is injected into the light emitting layer through the mold light guide layer.

【0034】このように、電子はn型クラッド層上のn
型光ガイド層に注入されるため、n型クラッド層とこれ
に隣接する層との間に存在するエネルギー障壁を越える
ことなく発光層まで流れる。また、n型光ガイド層は発
光層に接しているため、オーミック電極から発光層まで
の直列抵抗が小さくなる。以上のことから、半導体発光
素子の動作電圧が低くなる。
As described above, electrons are emitted from the n-type cladding layer on the n-type cladding layer.
Since it is injected into the type light guide layer, it flows to the light emitting layer without crossing the energy barrier existing between the n-type clad layer and the layer adjacent thereto. Further, since the n-type light guide layer is in contact with the light emitting layer, the series resistance from the ohmic electrode to the light emitting layer is reduced. From the above, the operating voltage of the semiconductor light emitting device becomes lower.

【0035】また、n型光ガイド層はドープされて低抵
抗化されているため、容易にオーミック電極を形成する
ことができる。
Since the n-type light guide layer is doped and has low resistance, an ohmic electrode can be easily formed.

【0036】第1導電型クラッド層はp型クラッド層で
あり、第2導電型クラッド層はn型クラッド層であり、
p型クラッド層の一部領域が露出し、露出したp型クラ
ッド層の一部領域にオーミック電極が形成されてもよ
い。
The first conductivity type cladding layer is a p-type cladding layer, the second conductivity type cladding layer is an n-type cladding layer,
A partial region of the p-type clad layer may be exposed, and an ohmic electrode may be formed in the exposed partial region of the p-type clad layer.

【0037】この場合、オーミック電極から注入された
正孔は、p型クラッド層内を流れ、さらに、発光層に向
かって第1の半導体層内を垂直方向に流れる。
In this case, the holes injected from the ohmic electrode flow in the p-type cladding layer, and further flow in the first semiconductor layer in the vertical direction toward the light emitting layer.

【0038】このように、正孔はエネルギーバンドギャ
ップの大きなp型クラッド層に注入されるため、p型ク
ラッド層とこれに隣接する層との間に存在するエネルギ
ー障壁を越えることなく発光層まで流れる。また、p型
クラッド層と発光層との間の距離が短いため、オーミッ
ク電極から発光層までの直列抵抗が小さくなる。以上の
ことから、半導体発光素子の動作電圧が低くなる。
As described above, since the holes are injected into the p-type cladding layer having a large energy band gap, the holes can reach the light-emitting layer without exceeding the energy barrier existing between the p-type cladding layer and the layer adjacent thereto. Flows. Further, since the distance between the p-type cladding layer and the light emitting layer is short, the series resistance from the ohmic electrode to the light emitting layer is reduced. From the above, the operating voltage of the semiconductor light emitting device becomes lower.

【0039】また、p型クラッド層はp型不純物がドー
プされて低抵抗化されているため、容易にオーミック電
極を形成することができる。
Since the p-type cladding layer is doped with a p-type impurity to reduce the resistance, an ohmic electrode can be easily formed.

【0040】また、第1導電型クラッド層はp型クラッ
ド層であり、第2導電型クラッド層はn型クラッド層で
あり、第1の半導体層は、p型クラッド層と発光層との
間にp型光ガイド層をさらに含み、第1の半導体層のp
型光ガイド層の一部領域が露出し、露出したp型クラッ
ド層の一部領域にオーミック電極が形成されてもよい。
Further, the first conductivity type cladding layer is a p-type cladding layer, the second conductivity type cladding layer is an n-type cladding layer, and the first semiconductor layer is between the p-type cladding layer and the light emitting layer. Further includes a p-type light guide layer, and the p-type light guide layer
A partial region of the mold light guide layer may be exposed, and an ohmic electrode may be formed in a partial region of the exposed p-type cladding layer.

【0041】この場合、正孔は、オーミック電極からp
型光ガイド層を通して発光層に注入される。
In this case, holes are generated from the ohmic electrode by p
It is injected into the light emitting layer through the mold light guide layer.

【0042】このように、正孔はp型クラッド層上のp
型光ガイド層に注入されるため、p型クラッド層とこれ
に隣接する層との間に存在するエネルギー障壁を越える
ことなく発光層まで流れる。また、p型光ガイド層は発
光層に接しているため、オーミック電極から発光層まで
の直列抵抗が小さくなる。以上のことから、半導体発光
素子の動作電圧が低くなる。
As described above, the holes are formed on the p-type cladding layer by the p-type cladding layer.
Since it is injected into the mold light guide layer, it flows to the light emitting layer without crossing the energy barrier existing between the p-type clad layer and the layer adjacent thereto. Further, since the p-type light guide layer is in contact with the light emitting layer, the series resistance from the ohmic electrode to the light emitting layer is reduced. From the above, the operating voltage of the semiconductor light emitting device becomes lower.

【0043】また、p型光ガイド層はドープされて低抵
抗化されているため、容易にオーミック電極を形成する
ことができる。
Since the p-type light guide layer is doped and has a low resistance, an ohmic electrode can be easily formed.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
におけるGaN系半導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a GaN-based semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.

【0045】図1に示す半導体レーザ素子100におい
ては、サファイア基板1のc(0001)面上に、MO
CVD法(有機金属化学気相成長法)により、アンドー
プのGaN低温バッファ層2、n−GaN層3、n−A
lGaNからなるn−クラッド層4、n−GaNからな
るn−光ガイド層5、n−MQW発光層6、p−AlG
aN層7、p−GaNからなるp−光ガイド層8、p−
AlGaNからなるp−クラッド層9およびp−GaN
からなるp−コンタクト層10が順に形成されている。
In the semiconductor laser device 100 shown in FIG. 1, the MO (MO) is placed on the c (0001) plane of the sapphire substrate 1.
Undoped GaN low-temperature buffer layer 2, n-GaN layer 3, n-A by CVD (metal organic chemical vapor deposition)
n-cladding layer 4 made of lGaN, n-light guide layer 5 made of n-GaN, n-MQW light emitting layer 6, p-AlG
aN layer 7, p-light guide layer 8 made of p-GaN, p-
P-cladding layer 9 made of AlGaN and p-GaN
Are formed in order.

【0046】p−コンタクト層10からn−クラッド層
4までの一部領域がエッチングされ、n−クラッド層4
が露出している。この露出したn−クラッド層4にn電
極21がオーミック接触している。一方、p−コンタク
ト層10にp電極20がオーミック接触している。
Part of the region from the p-contact layer 10 to the n-cladding layer 4 is etched,
Is exposed. The n-electrode 21 is in ohmic contact with the exposed n-clad layer 4. On the other hand, the p-electrode 20 is in ohmic contact with the p-contact layer 10.

【0047】なお、n型ドーパントとしてはSiが用い
られており、p型ドーパントとしてはMgが用いられて
いる。
Note that Si is used as the n-type dopant, and Mg is used as the p-type dopant.

【0048】GaAs等の他の化合物半導体材料を用い
た半導体発光素子では、ピエゾ効果によるエネルギーバ
ンドの曲がりが生じない。したがって、電子の散乱によ
るしきい値電流の低下を防止するために、アンドープの
発光層およびアンドープの光ガイド層が用いられる。そ
のため、GaAs等の他の化合物半導体材料を用いた半
導体発光素子では、光ガイド層や発光層に電極をオーミ
ック接触させることは困難である。
In a semiconductor light emitting device using another compound semiconductor material such as GaAs, bending of the energy band due to the piezo effect does not occur. Therefore, an undoped light emitting layer and an undoped light guide layer are used to prevent the threshold current from being lowered due to the scattering of electrons. Therefore, in a semiconductor light emitting device using another compound semiconductor material such as GaAs, it is difficult to make an electrode in ohmic contact with the light guide layer or the light emitting layer.

【0049】これに対して、GaN系半導体レーザ素子
100においては、ピエゾ効果によるエネルギーバンド
の曲がりにより発生する発光強度の低下を防止するため
に、光ガイド層5およびn−MQW発光層6がn型にド
ープされており、光ガイド層8がp型にドープされてい
る。このような発光層または光ガイド層へのドープは、
窒化物系半導体発光素子に特有なものである。
On the other hand, in the GaN-based semiconductor laser device 100, the light guide layer 5 and the n-MQW light-emitting layer 6 are made of n in order to prevent a decrease in the light emission intensity caused by bending of the energy band due to the piezo effect. The light guide layer 8 is doped with p-type. The doping of the light emitting layer or the light guide layer is as follows.
This is unique to nitride-based semiconductor light emitting devices.

【0050】また、各層3〜6におけるエネルギーバン
ド構造については、図8に示した通りである。
The energy band structure in each of the layers 3 to 6 is as shown in FIG.

【0051】図1において、n電極21からn−クラッ
ド層4へ注入された電子は、n−クラッド層4内を図中
の矢印11に示すように流れ、さらにn−MQW発光層
6に向かって、サファイア基板1と垂直な方向に沿って
流れる。一方、正孔は、矢印12で示すように、p電極
21からp−コンタクト層10、p−クラッド層9、p
−光ガイド層8およびp−AlGaN層7を順に経て、
n−MQW発光層6に達する。このようにして、n−M
QW発光層6において電子と正孔が再結合し、半導体レ
ーザ素子100が光を出射する。
In FIG. 1, electrons injected from the n-electrode 21 into the n-cladding layer 4 flow in the n-cladding layer 4 as shown by an arrow 11 in the figure, and further toward the n-MQW light emitting layer 6. Accordingly, the gas flows along a direction perpendicular to the sapphire substrate 1. On the other hand, as shown by the arrow 12, holes are generated from the p-electrode 21 to the p-contact layer 10, the p-cladding layer 9,
Through the light guide layer 8 and the p-AlGaN layer 7 in order,
The light reaches the n-MQW light emitting layer 6. Thus, n-M
Electrons and holes are recombined in the QW light emitting layer 6, and the semiconductor laser device 100 emits light.

【0052】AlGaNはn型になりやすい性質を有し
ており、n−AlGaNからなるn−クラッド層4はn
−GaN層3と遜色のない高い電子濃度を有する。した
がって、n−クラッド層4上にn電極21を接触させて
n−クラッド層4内に電流経路を形成した場合の抵抗
は、n電極21をn−GaN層3と接触させた場合の抵
抗と比較して増大することはない。
AlGaN has the property of easily becoming n-type, and the n-cladding layer 4 made of n-AlGaN
-Has a high electron concentration comparable to that of the GaN layer 3; Therefore, the resistance when the n-electrode 21 is in contact with the n-clad layer 4 to form a current path in the n-clad layer 4 is smaller than the resistance when the n-electrode 21 is in contact with the n-GaN layer 3. It does not increase in comparison.

【0053】n−AlGaNからなるn−クラッド層4
にn電極21を接触させた場合、AlGaNはバンドギ
ャップが大きいため、n−クラッド層4とn電極21と
の接触抵抗が増大しやすい。しかしながら、n電極21
を構成する材料に関しては、p電極20を構成する材料
に比べて、オーミック電極を構成できる材料が多い。し
たがって、n−AlGaNからなるn−クラッド層4に
対して容易にオーミック接触を得ることができかつ接触
抵抗の低い材料を選択することができる。
N-cladding layer 4 made of n-AlGaN
When the n-electrode 21 is brought into contact with AlGaN, the contact resistance between the n-cladding layer 4 and the n-electrode 21 tends to increase because AlGaN has a large band gap. However, the n-electrode 21
Are many of the materials that can form an ohmic electrode compared to the material that forms the p-electrode 20. Therefore, it is possible to easily obtain ohmic contact with n-cladding layer 4 made of n-AlGaN, and to select a material having low contact resistance.

【0054】半導体レーザ素子100においては、電子
がn電極21から直接n−クラッド層4に注入される。
このため電子は、図8に示すようなn−GaN層3とn
−クラッド層4との間の障壁を越える必要がない。
In the semiconductor laser device 100, electrons are directly injected from the n-electrode 21 into the n-cladding layer 4.
For this reason, electrons are transferred to the n-GaN layer 3 and the n-GaN layer 3 as shown in FIG.
-It is not necessary to cross the barrier between the cladding layer 4.

【0055】また、n−クラッド層4は、通常、n−M
QW発光層6の下1μm以内に位置しており、n−Ga
N層3よりもn−MQW発光層6に近い。したがって、
n−クラッド層4にn電極21を接触させた場合には、
n−GaN層3にn電極21を接触させた場合に比べ
て、サファイア基板1と垂直な方向の電流経路が短くな
る。これにより、n電極21からn−MQW発光層6ま
での直列抵抗が小さくなる。
The n-cladding layer 4 is usually made of n-M
It is located within 1 μm below the QW light emitting layer 6 and has n-Ga
It is closer to the n-MQW light emitting layer 6 than the N layer 3. Therefore,
When the n-electrode 21 is brought into contact with the n-cladding layer 4,
The current path in the direction perpendicular to the sapphire substrate 1 is shorter than when the n-electrode 21 is in contact with the n-GaN layer 3. Thereby, the series resistance from the n-electrode 21 to the n-MQW light emitting layer 6 decreases.

【0056】これらの結果、半導体レーザ素子100の
動作電圧が低くなる。以上のように、半導体レーザ素子
100においては動作電圧が低くなるため、印加電圧を
低減することが可能となり、省エネルギー化が図られ
る。また、印加電圧を低減することにより、半導体レー
ザ素子100の劣化が抑えられ、素子寿命が長くなる。
As a result, the operating voltage of the semiconductor laser device 100 decreases. As described above, since the operating voltage of the semiconductor laser device 100 is reduced, the applied voltage can be reduced, and energy saving is achieved. Further, by reducing the applied voltage, deterioration of the semiconductor laser device 100 is suppressed, and the device life is prolonged.

【0057】さらに、半導体レーザ素子100の作製の
際には、p−コンタクト層10からn−クラッド層4ま
でをエッチングするため、p−コンタクト層10からn
−GaN層3までエッチングする場合に比べてエッチン
グ量が少ない。したがって、半導体レーザ素子100の
作製にかかる時間を短縮することが可能となる。
Further, at the time of manufacturing the semiconductor laser device 100, since the p-contact layer 10 to the n-cladding layer 4 are etched, the p-contact layer 10
-The etching amount is smaller than when etching up to the GaN layer 3. Therefore, the time required for manufacturing the semiconductor laser device 100 can be reduced.

【0058】なお、半導体レーザ素子100のn−クラ
ッド層4はn型にドープしたAlGaNから構成される
が、これ以外に、アンドープのAlGaNから構成され
るアンドープのクラッド層であってもよい。また、n−
クラッド層4において十分な光の閉じ込めを行うことが
可能である場合には、n−クラッド層4を、直接、バッ
ファ層2上に形成してもよい。ただし、バンドギャップ
の大きなAlGaNから構成されるn−クラッド層4を
成長させるためには、下地としてGaN等の単結晶の層
(この場合はn−GaN層3)を形成することが好まし
い。
The n-cladding layer 4 of the semiconductor laser device 100 is made of n-type doped AlGaN, but may be an undoped cladding layer made of undoped AlGaN. Also, n-
If it is possible to sufficiently confine light in the cladding layer 4, the n-cladding layer 4 may be formed directly on the buffer layer 2. However, in order to grow the n-cladding layer 4 made of AlGaN having a large band gap, it is preferable to form a single crystal layer of GaN or the like (in this case, the n-GaN layer 3) as a base.

【0059】図2は本発明の第2の実施の形態における
GaN系半導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a GaN-based semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.

【0060】なお、図2に示す半導体レーザ素子は、以
下の点を除いて、図1の半導体レーザ素子100と同様
の構成を有する。
The semiconductor laser device shown in FIG. 2 has the same configuration as the semiconductor laser device 100 shown in FIG. 1 except for the following points.

【0061】半導体レーザ素子101においては、n電
極22がn−GaN層3およびn−クラッド層4に接触
している。この場合、n電極22からn−クラッド層4
に注入された電子は、半導体レーザ素子100の場合と
同様、図中の矢印11に示す経路を通って、n−MQW
発光層6に向かって流れる。一方、n電極22からn−
GaN層3に注入された電子は、図中の矢印13に示す
経過を通って、n−GaN層3内を移動し、サファイア
基板1と垂直な方向に沿ってn−MQW発光層6に向か
って流れる。
In the semiconductor laser device 101, the n-electrode 22 is in contact with the n-GaN layer 3 and the n-cladding layer 4. In this case, the n-cladding layer 4
Injected into the n-MQW through the path shown by the arrow 11 in FIG.
It flows toward the light emitting layer 6. On the other hand, n-
The electrons injected into the GaN layer 3 move in the n-GaN layer 3 through the course shown by the arrow 13 in the figure, and move toward the n-MQW light emitting layer 6 along a direction perpendicular to the sapphire substrate 1. Flowing.

【0062】このように半導体レーザ素子101におい
ては、n−クラッド層4内に注入された電子が、矢印1
1の経路に加えて矢印13の経路を流れるため、動作電
圧がさらに低くなる。
As described above, in the semiconductor laser device 101, the electrons injected into the n-cladding layer 4 are
Since the current flows along the path indicated by the arrow 13 in addition to the path indicated by 1, the operating voltage is further reduced.

【0063】図3は本発明の第3の実施の形態における
GaN系半導体レーザ素子の断面図である。なお、図3
に示す半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、図1の
半導体レーザ素子100と同様の構成を有する。
FIG. 3 is a sectional view of a GaN-based semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention. Note that FIG.
Has the same configuration as the semiconductor laser device 100 of FIG. 1 except for the following points.

【0064】半導体レーザ素子102においては、n電
極23がn−光ガイド層5にオーミック接触している。
この場合、n電極23からn−光ガイド層5に注入され
た電子は、n−光ガイド層5内を流れ、さらにn−MQ
W発光層6に向かってサファイア基板1と垂直な方向に
沿って流れる。
In the semiconductor laser device 102, the n-electrode 23 is in ohmic contact with the n-light guide layer 5.
In this case, the electrons injected from the n-electrode 23 into the n-light guide layer 5 flow in the n-light guide layer 5, and furthermore, the n-MQ
It flows toward the W light emitting layer 6 in a direction perpendicular to the sapphire substrate 1.

【0065】このように半導体レーザ素子102におい
ては、電子がn−GaN層3とn−クラッド層4との間
の障壁を越える必要がない。また、n−光ガイド層5
は、n−GaN層3よりもn−MQW発光層6に近いた
め、サファイア基板1と垂直な方向における電流経路が
短くなり、n電極23からn−MQW発光層6までの直
列抵抗が小さくなる。
As described above, in the semiconductor laser device 102, electrons do not need to cross the barrier between the n-GaN layer 3 and the n-cladding layer 4. Further, the n-light guide layer 5
Is closer to the n-MQW light emitting layer 6 than the n-GaN layer 3, the current path in the direction perpendicular to the sapphire substrate 1 is shortened, and the series resistance from the n electrode 23 to the n-MQW light emitting layer 6 is reduced. .

【0066】半導体レーザ素子102のn−光ガイド層
5は、図1の半導体レーザ素子100において前述した
ように、n型にドープされて低抵抗化されており、電子
濃度が1018/cm3 と高い。このため、n電極23を
n−光ガイド層5にオーミック接触させることができ
る。
As described above in the semiconductor laser device 100 of FIG. 1, the n-light guide layer 5 of the semiconductor laser device 102 is doped with n-type to reduce the resistance, and has an electron concentration of 10 18 / cm 3. And high. For this reason, the n-electrode 23 can be brought into ohmic contact with the n-light guide layer 5.

【0067】また、n−GaNからなるn−光ガイド層
5は、n−AlGaNからなるn−クラッド層4と比較
してバンドギャップが小さい。このため、n−光ガイド
層5にn電極23を接触させた場合、接触抵抗が増大す
ることはない。
The band gap of the n-light guide layer 5 made of n-GaN is smaller than that of the n-cladding layer 4 made of n-AlGaN. Therefore, when the n-electrode 23 is brought into contact with the n-light guide layer 5, the contact resistance does not increase.

【0068】以上の点から、半導体レーザ素子102
は、半導体レーザ素子100と同様に、動作電圧が低く
なる。
From the above points, the semiconductor laser element 102
As in the case of the semiconductor laser device 100, the operating voltage becomes lower.

【0069】図4は本発明の第4の実施の形態における
GaN系半導体レーザ素子の断面図である。なお、図4
に示す半導体レーザ素子103は、以下の点を除いて図
1の半導体レーザ素子100と同様の構成を有する。
FIG. 4 is a sectional view of a GaN-based semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG.
Has the same configuration as the semiconductor laser device 100 of FIG. 1 except for the following points.

【0070】半導体レーザ素子103においては、n電
極24がn−MQW発光層6にオーミック接触してい
る。
In the semiconductor laser device 103, the n-electrode 24 is in ohmic contact with the n-MQW light emitting layer 6.

【0071】この場合、n電極24からn−MQW発光
層6に注入された電子は、n−MQW発光層6内を流
れ、p電極20側から流れてきた正孔と再結合する。
In this case, the electrons injected from the n-electrode 24 into the n-MQW light-emitting layer 6 flow in the n-MQW light-emitting layer 6 and recombine with the holes flowing from the p-electrode 20 side.

【0072】このように、半導体レーザ素子103にお
いては、電子がn−GaN層3とn−クラッド層4との
間の障壁を越える必要がない。また、電流経路が短いた
め、n−電極24からn−MQW発光層6までの直列抵
抗が小さくなる。
As described above, in the semiconductor laser device 103, electrons do not need to cross the barrier between the n-GaN layer 3 and the n-cladding layer 4. Further, since the current path is short, the series resistance from the n-electrode 24 to the n-MQW light emitting layer 6 becomes small.

【0073】n−MQW発光層6は、n−光ガイド層5
と同様、ドープされて低抵抗化されており、電子濃度が
高い。このため、n電極24をn−MQW発光層6にオ
ーミック接触させることができる。
The n-MQW light emitting layer 6 comprises the n-light guide layer 5
Similarly to the above, the resistance is reduced by doping, and the electron concentration is high. Therefore, the n-electrode 24 can be brought into ohmic contact with the n-MQW light emitting layer 6.

【0074】また、InGaNからなるn−MQW発光
層6は、AlGaNからなるnクラッド層4と比較して
バンドギャップが小さい。このため、n−MQW発光層
6にn電極24を接触させた場合、接触抵抗が増大する
ことはない。
The band gap of the n-MQW light emitting layer 6 made of InGaN is smaller than that of the n clad layer 4 made of AlGaN. Therefore, when the n-electrode 24 is brought into contact with the n-MQW light emitting layer 6, the contact resistance does not increase.

【0075】電子と正孔とでは、電子の方が有効質量が
著しく小さく、運動量が大きい。そのため、電子はn−
MQW発光層6からp−AlGaN層7の側に溢れ出や
すい。一方、正孔は、有効質量が大きく、電子に比べて
運動量が小さい。そのため、正孔は、n−MQW発光層
6からn−光ガイド層5の側に溢れ出にくい。したがっ
て、n−MQW発光層6において電子と正孔との再結合
が起こるのは、p−AlGaN層7に近い部分となる。
したがって、n−MQW発光層6にn電極25を接触さ
せたことによる発光への影響はない。
As for electrons and holes, electrons have significantly smaller effective mass and larger momentum. Therefore, the electrons are n-
It easily overflows from the MQW light emitting layer 6 to the p-AlGaN layer 7 side. On the other hand, holes have a large effective mass and a small momentum as compared with electrons. Therefore, holes hardly overflow from the n-MQW light emitting layer 6 to the n-light guide layer 5 side. Therefore, recombination of electrons and holes occurs in the n-MQW light emitting layer 6 near the p-AlGaN layer 7.
Therefore, there is no effect on light emission due to the contact of the n-electrode 25 with the n-MQW light-emitting layer 6.

【0076】以上の点から、半導体レーザ素子103
は、半導体レーザ素子100と同様、動作電圧が低くな
る。
From the above points, the semiconductor laser device 103
As in the case of the semiconductor laser device 100, the operating voltage becomes lower.

【0077】図5は本発明の第5の実施の形態における
BN系半導体レーザ素子の断面図である。なお、図5に
示す半導体レーザ素子200は、半導体レーザ素子10
0と同様の構造を有するが、各層32〜35,37〜4
0の材料が半導体レーザ素子100の各層2〜5,7〜
10の材料と異なる。
FIG. 5 is a sectional view of a BN-based semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention. The semiconductor laser device 200 shown in FIG.
0, but each layer 32 to 35, 37 to 4
0 is the material of each of the layers 2 to 5, 7 to
Different from 10 materials.

【0078】図5に示す半導体レーザ素子200では、
サファイア基板31のc(0001)面上に、MOCV
D法により、アンドープのBAlGaNからなる低温バ
ッファ層32、n−BAlGaN層33、n−BAlG
aNからなるn−クラッド層34、n−BAlGaNか
らなるn−光ガイド層35、n−MQW発光層36、p
−BAlGaN層37、p−BAlGaNからなるp−
光ガイド層38、p−BAlGaNからなるp−クラッ
ド層39およびp−BAlGaNからなるp−コンタク
ト層40が順に形成されている。
In the semiconductor laser device 200 shown in FIG.
MOCV on the c (0001) plane of the sapphire substrate 31
The low-temperature buffer layer 32 made of undoped BAlGaN, the n-BAlGaN layer 33, the n-BAlG
n-cladding layer 34 made of aN, n-light guide layer 35 made of n-BAlGaN, n-MQW light emitting layer 36, p
-BAlGaN layer 37, p- made of p-BAlGaN
A light guide layer 38, a p-cladding layer 39 made of p-BAlGaN, and a p-contact layer 40 made of p-BAlGaN are formed in this order.

【0079】p−コンタクト層40からn−クラッド層
34までの一部領域がエッチングされ、露出したn−ク
ラッド層34にn電極41がオーミック接触している。
一方、p−コンタクト層40にp電極42がオーミック
接触している。なお、各層33〜36におけるエネルギ
ーバンド構造は、図8に示したエネルギーバンド構造と
同様である。
Part of the region from the p-contact layer 40 to the n-cladding layer 34 is etched, and the n-electrode 41 is in ohmic contact with the exposed n-cladding layer 34.
On the other hand, the p-electrode 42 is in ohmic contact with the p-contact layer 40. The energy band structure of each of the layers 33 to 36 is the same as the energy band structure shown in FIG.

【0080】このようなBN系半導体レーザ素子200
では、図1に示すGaN系半導体レーザ素子100と同
様に、動作電圧が低くなる。
Such a BN semiconductor laser device 200
In this case, the operating voltage is reduced as in the GaN-based semiconductor laser device 100 shown in FIG.

【0081】図6は本発明の第6の実施の形態における
BN系半導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a BN semiconductor laser device according to a sixth embodiment of the present invention.

【0082】なお、半導体レーザ素子201は、以下の
点を除いて、図5の半導体レーザ素子200と同様の構
成を有する。
The semiconductor laser device 201 has the same configuration as the semiconductor laser device 200 shown in FIG. 5, except for the following points.

【0083】半導体レーザ素子201においては、n電
極43がn−光ガイド層35にオーミック接触してい
る。
In the semiconductor laser element 201, the n-electrode 43 is in ohmic contact with the n-light guide layer 35.

【0084】このような半導体レーザ素子201におい
ても、図5の半導体レーザ素子200と同様に、動作電
圧が低くなる。
In such a semiconductor laser device 201 as well, the operating voltage is reduced as in the case of the semiconductor laser device 200 of FIG.

【0085】なお、上記の第1〜第6の実施の形態にお
いては、サファイア基板側にn型半導体層を形成した半
導体レーザ素子について説明したが、本発明に係る半導
体発光素子は、サファイア基板側にp型半導体層を形成
した半導体レーザ素子においても適用可能である。この
場合、例えば図1〜図6の半導体レーザ素子100〜1
03,200,201においてn型とp型とが逆にな
る。ただし、この場合、n−MQW発光層内のp−光ガ
イド層に近い部分で発光が行われるため、p電極はp−
クラッド層またはp−光ガイド層にオーミック接触させ
ることが好ましい。
In the first to sixth embodiments, the semiconductor laser device having the n-type semiconductor layer formed on the sapphire substrate has been described. However, the semiconductor light emitting device according to the present invention is not limited to the sapphire substrate. The present invention is also applicable to a semiconductor laser device in which a p-type semiconductor layer is formed. In this case, for example, the semiconductor laser devices 100 to 1 shown in FIGS.
In 03, 200 and 201, the n-type and p-type are reversed. However, in this case, since light is emitted in a portion near the p-light guide layer in the n-MQW light-emitting layer, the p-electrode is p-type.
It is preferable to make ohmic contact with the cladding layer or the p-light guide layer.

【0086】[0086]

【実施例】以下の実施例1〜4および比較例に示す半導
体レーザ素子の各々について、300mAの駆動電流を
流した場合の動作電圧および光出力を測定した。
EXAMPLES For each of the semiconductor laser devices shown in the following Examples 1 to 4 and Comparative Example, the operating voltage and light output when a driving current of 300 mA was passed were measured.

【0087】実施例1〜4および比較例に示す半導体レ
ーザ素子の製造については、エッチングにより所定の半
導体層に電極接触領域を形成する工程を除き、全て同様
とし、以下のようにして製造した。
Manufacturing of the semiconductor laser devices shown in Examples 1 to 4 and Comparative Example was the same except that a step of forming an electrode contact region in a predetermined semiconductor layer by etching was performed as follows.

【0088】MOCVD法により、十分洗浄したサファ
イア基板1のc(0001)面上に、アンドープのGa
Nからなる厚さ20nmの低温バッファ層2、厚さ4μ
mのn−GaN層3、n−Al0.1 Ga0.9 Nからなる
厚さ700nmのn−クラッド層4、厚さ200nmの
n−GaNからなるn−光ガイド層5、n−InGaN
からなるn−MQW発光層6を順に成長させた。
An undoped Ga is deposited on the c (0001) plane of the sapphire substrate 1 sufficiently cleaned by MOCVD.
Low-temperature buffer layer 2 made of N and having a thickness of 20 nm, thickness of 4 μm
m-n-GaN layer 3, n-Al 0.1 Ga 0.9 N 700 nm thick n-cladding layer 4, 200 nm thick n-GaN n-light guide layer 5, n-InGaN
The n-MQW light-emitting layer 6 was sequentially grown.

【0089】なお、n−MQW発光層6は、厚さ15n
mの3つのn−In0.13GaN0.87量子井戸層6bと、
厚さ20nmの4つのn−In0.03GaN0.97量子障壁
層6aとが交互に積層されてなる。
The n-MQW light emitting layer 6 has a thickness of 15 n.
m, three n-In 0.13 GaN 0.87 quantum well layers 6b;
Four n-In 0.03 GaN 0.97 quantum barrier layers 6a each having a thickness of 20 nm are alternately stacked.

【0090】n−MQW発光層6上に、さらに、厚さ2
0nmのp−AlGaN層7、p−GaNからなる厚さ
200nmのp−光ガイド層8、p−Al0.1 Ga0.9
Nからなる厚さ700nmのp−クラッド層9およびp
−GaNからなる厚さ100nmのp−コンタクト層1
0を順に成長させた。
On the n-MQW light emitting layer 6,
0-nm p-AlGaN layer 7, 200-nm-thick p-light guide layer 8 made of p-GaN, p-Al 0.1 Ga 0.9
A 700 nm thick p-cladding layer 9 and p
-P-contact layer 1 made of GaN and having a thickness of 100 nm
0 were grown sequentially.

【0091】上記の各半導体層の9〜10の成長におい
て、低温バッファ層2の成長時の基板温度は約600℃
とし、n−MQW発光層6およびp−AlGaN層7の
成長時の基板温度を約800℃とし、残りの層3〜5,
8〜10の成長時の基板温度を約1080℃とした。ま
た、n型ドーパントとしてはSiを用い、p型ドーパン
トとしてはMgを用いた。
In the growth of each of the semiconductor layers 9 to 10, the substrate temperature during the growth of the low-temperature buffer layer 2 is about 600 ° C.
The substrate temperature during the growth of the n-MQW light emitting layer 6 and the p-AlGaN layer 7 is set to about 800 ° C., and the remaining layers 3 to 5
The substrate temperature during growth of 8 to 10 was set to about 1080 ° C. In addition, Si was used as an n-type dopant, and Mg was used as a p-type dopant.

【0092】続いて、サファイア基板1上に成長させた
上記の層2〜10を、600℃の窒素雰囲気中に置き、
p型ドーパントを活性化した。
Subsequently, the layers 2 to 10 grown on the sapphire substrate 1 are placed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C.
The p-type dopant was activated.

【0093】次に、p−コンタクト層10上の一部領域
を除いてフォトレジストを形成し、p−コンタクト層1
0上にNiを蒸着するとともに、上記のフォトレジスト
を除去した。このようにして、p−コンタクト層10上
の所定領域を厚さ500nmのNiで被覆した。さら
に、Niで被覆しなかった領域のうち、p−コンタクト
層10から所定の半導体層までを、塩素イオンを用いた
反応性イオンエッチング法によりエッチングし、所定の
半導体層を露出させた。このようにして、所定の半導体
層にn電極接触領域を形成した。
Next, a photoresist is formed except for a part of the region on the p-contact layer 10 and the p-contact layer 1 is formed.
On top of that, Ni was vapor-deposited on the photoresist and the photoresist was removed. In this manner, a predetermined region on the p-contact layer 10 was covered with Ni having a thickness of 500 nm. Further, in the region not covered with Ni, the region from the p-contact layer 10 to the predetermined semiconductor layer was etched by a reactive ion etching method using chlorine ions, thereby exposing the predetermined semiconductor layer. Thus, an n-electrode contact region was formed in a predetermined semiconductor layer.

【0094】なお、実施例1〜4および比較例の各々の
半導体レーザ素子を製造する際、エッチングにより露出
させる半導体層はそれぞれ異なり、詳細については後述
する。
When manufacturing the semiconductor laser devices of Examples 1 to 4 and Comparative Example, the semiconductor layers exposed by etching are different from each other, and the details will be described later.

【0095】上記のようにして露出させた所定の半導体
層に、厚さ100nmのTi、厚さ200nmのAlお
よび厚さ500nmのAuを順に蒸着し、n電極21〜
23,51を形成した。
On the predetermined semiconductor layer exposed as described above, Ti having a thickness of 100 nm, Al having a thickness of 200 nm, and Au having a thickness of 500 nm are sequentially vapor-deposited.
23 and 51 were formed.

【0096】さらに、p−コンタクト層10上にp電極
20,52を形成した。p電極20,52の形成の際に
は、まず、p−コンタクト層10上の一部領域に、幅1
0μmおよび長さ700μmのストライプ状を有するフ
ォトレジストを形成した。次に、p−コンタクト層10
上に厚さ300nmのPtおよび厚さ400nmのAu
を蒸着した後、フォトレジストを除去する。このように
して、ストライプ状のp電極20,52を形成した。
Further, p electrodes 20 and 52 were formed on p-contact layer 10. When forming the p-electrodes 20 and 52, first, a width 1
A photoresist having a stripe shape of 0 μm and a length of 700 μm was formed. Next, the p-contact layer 10
On top of 300 nm thick Pt and 400 nm thick Au
After vapor deposition, the photoresist is removed. Thus, the striped p-electrodes 20 and 52 were formed.

【0097】最後に、サファイア基板1および半導体層
2〜10を、p電極20,52の短辺と平行な面、すな
わちサファイア基板1のc(0001)面においてへき
開し、幅10μmおよび長さ500μmの共振器面を作
製した。
Finally, the sapphire substrate 1 and the semiconductor layers 2 to 10 are cleaved along a plane parallel to the short sides of the p-electrodes 20 and 52, that is, the c (0001) plane of the sapphire substrate 1, to have a width of 10 μm and a length of 500 μm. Was fabricated.

【0098】[実施例1]実施例1においては、n電極
21をn−クラッド層4に接触させた図1の半導体レー
ザ素子100を用いた。
Example 1 In Example 1, the semiconductor laser device 100 of FIG. 1 in which the n-electrode 21 was in contact with the n-clad layer 4 was used.

【0099】このような半導体レーザ素子100の製造
の際には、p−コンタクト層10からn−クラッド層4
までの2μmをエッチングし、n−クラッド層4を露出
させた。
In manufacturing such a semiconductor laser device 100, the p-contact layer 10 to the n-cladding layer 4
The n-cladding layer 4 was exposed by etching up to 2 μm.

【0100】[実施例2]実施例2においては、n電極
22をn−クラッド層4およびn−GaN層3に接触さ
せた図2の半導体レーザ素子101を用いた。
Example 2 In Example 2, the semiconductor laser device 101 of FIG. 2 in which the n-electrode 22 was in contact with the n-cladding layer 4 and the n-GaN layer 3 was used.

【0101】このような半導体レーザ素子101の製造
の際には、p−コンタクト層10からn−クラッド層4
までの2μmをエッチングし、n−クラッド層4を露出
させるとともに、露出したn−クラッド層4の所定領域
をさらにエッチングし、n−GaN層3を露出させた。
In manufacturing such a semiconductor laser device 101, the p-contact layer 10 to the n-cladding layer 4
The n-cladding layer 4 was exposed to expose the n-cladding layer 4 and a predetermined region of the exposed n-cladding layer 4 was further etched to expose the n-GaN layer 3.

【0102】[実施例3]実施例3においては、n電極
23をn−光ガイド層5に接触させた図3の半導体レー
ザ素子102を用いた。
Example 3 In Example 3, the semiconductor laser device 102 of FIG. 3 in which the n-electrode 23 was in contact with the n-light guide layer 5 was used.

【0103】このような半導体レーザ素子102の製造
に際には、p−コンタクト層10からn−光ガイド層5
までの1.2μmをエッチングし、n−光ガイド層5を
露出させた。
In manufacturing such a semiconductor laser device 102, the p-contact layer 10 is replaced by the n-light guide layer 5.
Then, the n-light guide layer 5 was exposed.

【0104】[実施例4]実施例4においては、n電極
24をn−MQW発光層6に接触させた図4の半導体レ
ーザ素子103を用いた。
Example 4 In Example 4, the semiconductor laser device 103 of FIG. 4 in which the n-electrode 24 was in contact with the n-MQW light emitting layer 6 was used.

【0105】このような半導体レーザ素子103の製造
の際には、p−コンタクト層10からn−MQW発光層
6までの1.1μmをエッチングし、n−MQW発光層
6を露出させた。
In manufacturing such a semiconductor laser device 103, 1.1 μm from the p-contact layer 10 to the n-MQW light emitting layer 6 was etched to expose the n-MQW light emitting layer 6.

【0106】[比較例]比較例においは、n電極51を
n−GaN層3に接触させた図7の半導体レーザ素子を
用いた。
Comparative Example In the comparative example, the semiconductor laser device of FIG. 7 in which the n-electrode 51 was in contact with the n-GaN layer 3 was used.

【0107】このような半導体レーザ素子の製造の際に
は、p−コンタクト層10からn−GaN層3までの3
μmをエッチングし、n−GaN層3を露出させた。
In the manufacture of such a semiconductor laser device, three layers from the p-contact layer 10 to the n-GaN layer 3 are formed.
μm was etched to expose the n-GaN layer 3.

【0108】実施例1〜4および比較例の測定結果を表
1に示す。
Table 1 shows the measurement results of Examples 1 to 4 and Comparative Example.

【0109】[0109]

【表1】 [Table 1]

【0110】表1に示すように、実施例1〜4の半導体
レーザ素子100〜103は、比較例の半導体レーザ素
子よりも動作電圧が低くかつ光出力が高い。したがっ
て、半導体レーザ素子100〜103の発光効率が高く
なる。特に、n電極21をn−クラッド層4に接触させ
た場合、発光効率が顕著に向上する。
As shown in Table 1, the semiconductor laser devices 100 to 103 of Examples 1 to 4 have a lower operating voltage and a higher light output than the semiconductor laser devices of Comparative Examples. Therefore, the luminous efficiency of the semiconductor laser devices 100 to 103 increases. In particular, when the n-electrode 21 is brought into contact with the n-cladding layer 4, the luminous efficiency is significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態におけるGaN系半
導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a GaN-based semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態におけるGaN系半
導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a GaN-based semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態におけるGaN系半
導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a GaN-based semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施の形態におけるGaN系半
導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a GaN-based semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施の形態におけるBN系半導
体レーザ素子の断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a BN semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施の形態におけるBN系半導
体レーザ素子の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a BN semiconductor laser device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】従来のGaN系半導体レーザ素子の断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional GaN-based semiconductor laser device.

【図8】図1〜図4のGaN系半導体レーザ素子におけ
る主要部のエネルギーバンド構造図である。
FIG. 8 is an energy band structure diagram of a main part in the GaN-based semiconductor laser device of FIGS.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 サファイア基板 2 低温バッファ層 3 n−GaN層 4 n−クラッド層 5 n−光ガイド層 6 n−MQW発光層 7 p−AlGaN層 8 p−光ガイド層 9 p−クラッド層 10 p−コンタクト層 20,52 p電極 21〜24,41,43,51 n電極 100〜103,200,201 半導体レーザ素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sapphire substrate 2 Low temperature buffer layer 3 n-GaN layer 4 n-cladding layer 5 n-light guide layer 6 n-MQW light emitting layer 7 p-AlGaN layer 8 p-light guide layer 9 p-cladding layer 10 p-contact layer 20, 52 p electrode 21 to 24, 41, 43, 51 n electrode 100 to 103, 200, 201 semiconductor laser element

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよび
インジウムの少なくとも1つを含む窒化物系半導体から
なりかつ第1導電型クラッド層および発光層を順に含む
第1の半導体層と、 前記第1の半導体層上に形成され、ホウ素、ガリウム、
アルミニウムおよびインジウムの少なくとも1つを含む
窒化物系半導体からなりかつ第2導電型クラッド層を含
む第2の半導体層とを備え、 前記第1の半導体層の一部領域が露出し、露出した前記
一部領域にオーミック電極が形成されたことを特徴とす
る半導体発光素子。
A first semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor containing at least one of boron, gallium, aluminum and indium, the first semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer and a light emitting layer in order; and the first semiconductor layer. Formed on boron, gallium,
A second semiconductor layer comprising a nitride-based semiconductor containing at least one of aluminum and indium and including a cladding layer of a second conductivity type, wherein a partial region of the first semiconductor layer is exposed, and A semiconductor light emitting device wherein an ohmic electrode is formed in a partial region.
【請求項2】 前記第1の半導体層の前記第1導電型ク
ラッド層の一部領域が露出し、前記露出した第1導電型
クラッド層の一部領域に前記オーミック電極が形成され
たことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
2. The method according to claim 1, wherein a part of the first conductive type clad layer of the first semiconductor layer is exposed, and the ohmic electrode is formed on the exposed part of the first conductive type clad layer. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記第1の半導体層の前記発光層の一部
領域が露出し、前記露出した発光層の一部領域に前記オ
ーミック電極が形成されたことを特徴とする請求項1記
載の半導体発光素子。
3. The device according to claim 1, wherein a part of the light emitting layer of the first semiconductor layer is exposed, and the ohmic electrode is formed in a part of the exposed light emitting layer. Semiconductor light emitting device.
【請求項4】 前記第1の半導体層が前記第1導電型ク
ラッド層と前記発光層との間に光ガイド層をさらに含
み、前記第1の半導体層の前記光ガイド層の一部領域が
露出し、前記露出した光ガイド層の一部領域に前記オー
ミック電極が形成されたことを特徴とする請求項1記載
の半導体発光素子。
4. The first semiconductor layer further includes a light guide layer between the first conductivity type cladding layer and the light emitting layer, and a partial region of the light guide layer of the first semiconductor layer is formed. 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the ohmic electrode is formed in an exposed part of the exposed light guide layer.
【請求項5】 前記第1導電型クラッド層はn型クラッ
ド層であり、前記第2導電型クラッド層はp型クラッド
層であり、前記n型クラッド層の一部領域が露出し、前
記露出したn型クラッド層の一部領域に前記オーミック
電極が形成されたことを特徴とする請求項1または2記
載の半導体発光素子。
5. The cladding layer of the first conductivity type is an n-type cladding layer, the cladding layer of the second conductivity type is a p-type cladding layer, and a part of the n-type cladding layer is exposed. 3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the ohmic electrode is formed in a partial region of the n-type clad layer.
【請求項6】 前記第1導電型クラッド層はn型クラッ
ド層であり、前記第2導電型クラッド層はp型クラッド
層であり、前記発光層にはn型不純物がドープされ、前
記発光層の一部領域が露出し、前記露出した発光層の一
部領域に前記オーミック電極が形成されたことを特徴と
する請求項1または3記載の半導体発光素子。
6. The cladding layer of the first conductivity type is an n-type cladding layer, the cladding layer of the second conductivity type is a p-type cladding layer, the light emitting layer is doped with an n-type impurity, 4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a part of the light emitting layer is exposed, and the ohmic electrode is formed in a part of the exposed light emitting layer.
【請求項7】 前記第1導電型クラッド層はn型クラッ
ド層であり、前記第2導電型クラッド層はp型クラッド
層であり、前記第1の半導体層は、前記n型クラッド層
と前記発光層との間にn型光ガイド層をさらに含み、前
記第1の半導体層の前記n型光ガイド層の一部領域が露
出し、前記露出したn型光ガイド層の一部領域に前記オ
ーミック電極が形成されたことを特徴とする請求項1ま
たは4記載の半導体発光素子。
7. The cladding layer of the first conductivity type is an n-type cladding layer, the cladding layer of the second conductivity type is a p-type cladding layer, and the first semiconductor layer is the same as the n-type cladding layer. Further comprising an n-type light guide layer between the light-emitting layer and a part of the n-type light guide layer of the first semiconductor layer; 5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an ohmic electrode is formed.
【請求項8】 前記第1導電型クラッド層はp型クラッ
ド層であり、前記第2導電型クラッド層はn型クラッド
層であり、前記p型クラッド層の一部領域が露出し、前
記露出したp型クラッド層の一部領域に前記オーミック
電極が形成されたことを特徴とする請求項1または2記
載の半導体発光素子。
8. The cladding layer of the first conductivity type is a p-type cladding layer, the cladding layer of the second conductivity type is an n-type cladding layer, and a partial region of the p-type cladding layer is exposed. 3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said ohmic electrode is formed in a partial region of said p-type cladding layer.
【請求項9】 前記第1導電型クラッド層はp型クラッ
ド層であり、前記第2導電型クラッド層はn型クラッド
層であり、前記第1の半導体層は、前記p型クラッド層
と発光層との間にp型光ガイド層をさらに含み、前記第
1の半導体層の前記p型光ガイド層の一部領域が露出
し、前記露出したp型光ガイド層の一部領域に前記オー
ミック電極が形成されたことを特徴とする請求項1また
は4記載の半導体発光素子。
9. The cladding layer of the first conductivity type is a p-type cladding layer, the cladding layer of the second conductivity type is an n-type cladding layer, and the first semiconductor layer is light-emitting with the p-type cladding layer. A p-type light guide layer between the first semiconductor layer and a part of the p-type light guide layer in the first semiconductor layer; 5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an electrode is formed.
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