JP2001156402A - Light-emitting semiconductor device - Google Patents

Light-emitting semiconductor device

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JP2001156402A
JP2001156402A JP2000359818A JP2000359818A JP2001156402A JP 2001156402 A JP2001156402 A JP 2001156402A JP 2000359818 A JP2000359818 A JP 2000359818A JP 2000359818 A JP2000359818 A JP 2000359818A JP 2001156402 A JP2001156402 A JP 2001156402A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting semiconductor device that has double hetero junction structure, high light emission efficiency, and a low operating voltage. SOLUTION: The light-emitting semiconductor device having a double hetero junction is provided with at least the sandwich structure of an n-type clad layer 4, an active layer 5, and a p-type clad layer 6 and is formed of a material that the band gap energy of the active layer is smaller than that of both the clad layers. The material of both clad layers is selected so that the band gap energy of the n-type clad layer becomes smaller than that of the p-type clad layer.

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】本発明は半導体発光素子に関
する。さらに詳しくは、動作電圧を低くして高輝度の発
光がえられる半導体発光素子に関する。
[0001] The present invention relates to a semiconductor light emitting device. More specifically, the present invention relates to a semiconductor light emitting device capable of emitting light with high luminance by lowering the operating voltage.

【0002】ここに半導体発光素子とは、pn接合また
はpinなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
(以下、LEDという)、スーパルミネッセントダイオ
ード(SLD)または半導体レーザダイオード(以下、
LDという)などの光を発生する半導体素子をいう。
Here, a semiconductor light emitting device is a light emitting diode (hereinafter, referred to as an LED) having a double hetero junction such as a pn junction or a pin, a superluminescent diode (SLD), or a semiconductor laser diode (hereinafter, referred to as an LED).
LD).

【0003】[0003]

【従来の技術】従来青色のLEDは赤色や緑色に比べて
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Mgをドーパントとした低
抵抗のp型半導体層がえられたことにより、輝度が向上
し脚光をあびている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a blue LED has low luminance compared to red and green, and has been difficult to put into practical use. However, in recent years, a low-resistance p-type semiconductor layer using a gallium nitride compound semiconductor and Mg as a dopant has been used. As a result, the brightness has improved and the spotlight has been hit.

【0004】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のGaとV族元素のNとの化合物または
III 族元素のGaの一部がAl、Inなど他のIII 族元
素と置換したものおよび/またはV族元素のNの一部が
P、Asなど他のV族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
Here, the gallium nitride compound semiconductor is a compound of Ga of a group III element and N of a group V element or
A semiconductor comprising a group III element in which a part of Ga is substituted with another group III element such as Al or In and / or a compound in which a part of N of a group V element is substituted with another group V element such as P or As. Say.

【0005】従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用
いたLEDはつぎのように製造され、図4に完成したチ
ッ化ガリウム系化合物半導体のLEDのチップの斜視図
を示す。
A conventional LED using a gallium nitride compound semiconductor is manufactured as follows. FIG. 4 shows a perspective view of a completed gallium nitride compound semiconductor LED chip.

【0006】まず、サファイア(Al2 3 単結晶)な
どからなる基板21に400〜700℃の低温で有機金
属化合物気相成長法(以下、MOCVD法という)によ
りキャリアガスH2 とともに有機金属化合物ガスである
トリメチルガリウム(以下、TMGという)、アンモニ
ア(NH3 )およびドーパントとしてのSiH4 などを
供給し、n型のGaN層からなる低温バッファ層22を
0.01〜0.2μm程度形成し、ついで700〜12
00℃の高温で同じガスを供給し同じ組成のn型のGa
Nからなる高温バッファ層23を2〜5μm程度形成す
る。
First, an organic metal compound and a carrier gas H 2 are deposited on a substrate 21 made of sapphire (Al 2 O 3 single crystal) at a low temperature of 400 to 700 ° C. by a metal organic compound vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as MOCVD). By supplying trimethylgallium (hereinafter, referred to as TMG) as a gas, ammonia (NH 3 ), SiH 4 as a dopant, and the like, a low-temperature buffer layer 22 composed of an n-type GaN layer is formed to a thickness of about 0.01 to 0.2 μm. Then 700-12
The same gas is supplied at a high temperature of 00 ° C. and the n-type Ga
A high-temperature buffer layer 23 made of N is formed in a thickness of about 2 to 5 μm.

【0007】ついで前述のガスにさらにトリメチルアル
ミニウム(以下、TMAという)の原料ガスを反応管内
に加え、n型ドーパントのSiを含有したn型Alz
1- z N(0<z≦1)層を成膜し、n型クラッド層2
4を0.1〜0.3μm程度形成する。
Then, a source gas of trimethylaluminum (hereinafter referred to as TMA) is further added to the above-described gas into the reaction tube, and n-type Al z G containing n-type dopant Si is added.
a 1- z N (0 <z ≦ 1) layer is formed, and the n-type cladding layer 2 is formed.
4 is formed in a thickness of about 0.1 to 0.3 μm.

【0008】つぎに、バンドギャップエネルギーがクラ
ッド層のそれより小さくなる材料、たとえば前述の原料
ガスのTMAに代えてトリメチルインジウム(以下、T
MIという)を導入し、Iny Ga1-y N(0≦y≦
1)からなる活性層25を0.05〜0.1μm程度形
成する。
Next, a material whose band gap energy becomes smaller than that of the cladding layer, for example, trimethylindium (hereinafter referred to as T
MI) and In y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦
The active layer 25 of 1) is formed in a thickness of about 0.05 to 0.1 μm.

【0009】さらに、n型クラッド層24の形成に用い
たガスと同じ原料ガスで不純物原料ガスをSiH4 に代
えてp型不純物としてのMgまたはZnをビスシクロペ
ンタジエニルマグネシウム(以下、Cp2 Mgという)
またはジメチル亜鉛(以下、DMZnという)として加
えて反応管に導入し、p型クラッド層26であるp型A
z Ga1-z N層を気相成長させる。ここでAlの組成
比zは製造上の容易さからn型クラッド層24のzと同
じ値になるように反応ガスを供給している。これらのn
型クラッド層24と活性層25とp型クラッド層26と
によりダブルヘテロ接合が形成される。
Further, Mg or Zn as a p-type impurity is replaced by biscyclopentadienyl magnesium (hereinafter referred to as Cp 2) instead of SiH 4 with the same source gas as the gas used to form the n-type cladding layer 24. Mg)
Alternatively, it is added as dimethylzinc (hereinafter referred to as DMZn) and introduced into a reaction tube, and p-type A
An l z Ga 1 -zN layer is grown in vapor phase. Here, the reaction gas is supplied such that the Al composition ratio z becomes the same value as z of the n-type cladding layer 24 from the viewpoint of ease of manufacture. These n
A double hetero junction is formed by the mold cladding layer 24, the active layer 25, and the p-cladding layer 26.

【0010】ついでキャップ層27形成のため、前述の
バッファ層23と同様の原料ガスで不純物原料ガスとし
てCp2 MgまたはDMZnを供給してp型のGaN層
を0.3〜2μm程度成長させる。
Next, in order to form the cap layer 27, Cp 2 Mg or DMZn is supplied as an impurity source gas with the same source gas as the buffer layer 23 described above, and a p-type GaN layer is grown to about 0.3 to 2 μm.

【0011】そののち保護膜を設けてp型層のアニール
のための熱処理または電子線照射を行い、p型クラッド
層26およびキャップ層27の活性化を行う。
After that, a protective film is provided and heat treatment for annealing the p-type layer or electron beam irradiation is performed to activate the p-type cladding layer 26 and the cap layer 27.

【0012】ついで、保護膜を除去したのち、n側の電
極を形成するため、レジストを塗布してパターニングを
行い、成長した各半導体層の一部をエッチング除去して
n型層であるクラッド層24またはバッファ層23を露
出させる。
Then, after removing the protective film, a resist is applied and patterned to form an n-side electrode, and a part of each grown semiconductor layer is removed by etching to form an n-type cladding layer. 24 or the buffer layer 23 is exposed.

【0013】ついで、Au、Alなどの金属膜をそれぞ
れ、たとえば蒸着、スパッタリングなどにより形成して
p側およびn側の両電極29、30をそれぞれ形成し、
ダイシングすることによりLEDチップを形成してい
る。
Next, a metal film of Au, Al, or the like is formed by, for example, vapor deposition, sputtering, or the like to form both the p-side and n-side electrodes 29, 30, respectively.
LED chips are formed by dicing.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】従来のチッ化ガリウム
系化合物半導体において、ダブルヘテロ接合の半導体発
光素子は、発光効率が高いが動作電圧が高い。また、動
作電圧を低くするためにn型クラッド層とp型クラッド
層にバンドギャップエネルギーが小さい材料、すなわち
Alz Ga1-z NのAl組成比zの小さい材料を用いる
と、動作電圧は低くなるが、活性層からp型クラッド層
への電子の流出が増え、発光効率が低下するという問題
がある。
In a conventional gallium nitride compound semiconductor, a double heterojunction semiconductor light emitting device has high luminous efficiency but high operating voltage. When a material having a small band gap energy is used for the n-type cladding layer and the p-type cladding layer in order to lower the operating voltage, that is, a material having a small Al composition ratio z of Al z Ga 1 -zN, the operating voltage is low. However, there is a problem that the outflow of electrons from the active layer to the p-type cladding layer increases, and the luminous efficiency decreases.

【0015】本発明はこのような問題を解決し、ダブル
ヘテロ構造の半導体発光素子であって、発光効率が低下
せず、かつ、動作電圧が低い半導体発光素子を提供する
ことを目的とする。
An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having a double hetero structure, which does not decrease the luminous efficiency and has a low operating voltage.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p型AlGaNから
なるp型クラッド層とで、InGaNからなる活性層をはさん
だサンドイッチ構造を有し、前記n型クラッド層のAl
比率を低減させて、前記活性層のバンドギャップエネル
ギーにより定まる前記p型クラッド層のAl比率の半分
以下とし、前記n型クラッド層のバンドギャップエネル
ギーを、前記活性層のバンドギャップエネルギーとの差
がp型クラッド層のバンドギャップエネルギーと前記活
性層のバンドギャップエネルギーとの差の1/2程度と
なるように構成したことを特徴とする。本発明の第2の
半導体発光素子は、請求項1記載の半導体発光素子にお
いて、前記n型クラッド層は、n側電極に接続されてお
り、前記n側電極との間にGaNからなるバッファ層が
介在せしめられていることを特徴とする。本発明の第3
のダブルヘテロ接合型の半導体発光素子は、請求項1記
載の半導体発光素子において、n型AlGaNからなるn型ク
ラッド層と、p型AlGaNからなるp型クラッド層とで、InG
aNからなる活性層をはさんだサンドイッチ構造を有し、
前記n型クラッド層のAl比率を低減させて、前記活性
層のバンドギャップエネルギーにより定まる前記p型ク
ラッド層のAl比率の半分以下とし、前記n型クラッド
層のバンドギャップエネルギーを、前記活性層のバンド
ギャップエネルギーとの差がp型クラッド層のバンドギ
ャップエネルギーと前記活性層のバンドギャップエネル
ギーとの差の1/2程度となるように、低くして、前記
活性層への電子の注入が低電圧で行えるようにすると共
に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きいこと
を利用して活性層から前記n型クラッド層への正孔の漏
れを防止できるようにして、無効電流を増大させないよ
うにしたことを特徴とする。本発明の第4の半導体発光
素子は、請求項3記載の半導体発光素子において、前記
n型クラッド層は、n側電極に接続されており、前記n
側電極との間にGaNからなるバッファ層が介在せしめ
られていることを特徴とする。本発明の第5のダブルヘ
テロ接合型の発光ダイオードは、基板と、前記基板上に
設けられるn型GaNからなるバッファ層と、前記バッファ
層上に設けられるn型AlGaNからなるn型クラッド層と、
前記n型クラッド層上に設けられるInGaNからなる活性層
と、前記活性層上に設けられるp型AlGaNからなるp型ク
ラッド層とを有し、前記n型クラッド層のAl比率を低
減させて、前記活性層のバンドギャップエネルギーによ
り定まる前記p型クラッド層のAl比率の半分以下と
し、前記n型クラッド層のバンドギャップエネルギー
を、前記活性層のバンドギャップエネルギーとの差がp
型クラッド層のバンドギャップエネルギーと前記活性層
のバンドギャップエネルギーとの差の1/2程度となる
ように、低くして、前記活性層への電子の注入が低電圧
で行えるようにすると共に、正孔の有効質量が電子の有
効質量よりも大きいことを利用して活性層から前記n型
クラッド層への正孔の漏れを防止できるようにして、無
効電流を増大させないようにしたことを特徴とする。本
発明の第6の半導体レーザは、基板と、前記基板上に設
けられるn型GaN層からなるバッファ層と、前記GaN層上
に設けられ、n型AlGaNからなるn型クラッド層と、前記n
型クラッド層上に設けられ、InGaNからなる活性層と、
前記活性層上に設けられ、p型AlGaNからなるp型クラッ
ド層と、前記p型クラッド層上に設けられ、p型GaN
からなるキャップ層とを有し、前記n型クラッド層のA
l比率を低減させて、前記活性層のバンドギャップエネ
ルギーにより定まるAl比率とし、前記n型クラッド層
のバンドギャップエネルギーを、前記活性層のバンドギ
ャップエネルギーとの差がp型クラッド層のバンドギャ
ップエネルギーと前記活性層のバンドギャップエネルギ
ーとの差の1/2程度となるように、低くして、前記活
性層への電子の注入が低電圧で行えるようにすると共
に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きいこと
を利用して活性層から前記n型クラッド層への正孔の漏
れを防止できるようにして、無効電流を増大させないよ
うにしたことを特徴とする。本発明の第7の半導体レー
ザは、請求項6に記載の半導体レーザにおいて、前記基
板はサファイア基板であることを特徴とする。本発明の
第8の半導体発光素子は、n型AlGaNからなるn型クラッ
ド層と、p型AlGaNからなるp型クラッド層とでInGaNから
なる活性層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記活
性層から前記n型クラッド層への正孔の漏れを防止する
ことが出来る程度に、前記n型クラッド層のバンドギャ
ップエネルギーを低くして、電子の前記活性層への注入
が低電圧で行えるように、前記n型クラッド層のAl比
率を、前記活性層のバンドギャップエネルギーにより定
まる値だけ小さくして、無効電流を増大させないように
したことを特徴とする。本発明の第9の半導体発光素子
は、請求項8記載の半導体発光素子において、前記n型
クラッド層は、n側電極に接続されており、前記n側電
極との間にGaNからなるバッファ層が介在せしめられ
ていることを特徴とする。本発明の第10の半導体発光
素子は、請求項1記載の半導体発光素子において、n型A
lGaNからなるn型クラッド層と、p型AlGaNからなるp型
クラッド層とでInGaNからなる活性層をはさんだサンド
イッチ構造を有し、前記n型クラッド層のAl比率を低
減させて、前記活性層のバンドギャップエネルギーによ
り定まる値となるように、前記n型クラッド層のバンド
ギャップエネルギーを低くして、前記活性層への電子の
注入が低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質
量が電子の有効質量よりも大きいことを利用して活性層
から前記n型クラッド層への正孔の漏れを防止できるよ
うにして、無効電流を増大させないようにしたことを特
徴とする。本発明の第11の半導体発光素子は、請求項
10記載の半導体発光素子において、前記n型クラッド
層は、n側電極に接続されており、前記n側電極との間
にGaNからなるバッファ層が介在せしめられているこ
とを特徴とする。本発明の第12の半導体レーザは、 n
型AlGaNからなるn型クラッド層と、p型AlGaNからなるp
型クラッド層とでI n GaNからなる活性層をはさんだサ
ンドイッチ構造を有し、前記n型クラッド層のAl比率
を低減させて、前記活性層のバンドギャップエネルギー
により定まるAl比率とし、前記n型クラッド層のバン
ドギャップエネルギーを、低くして、前記活性層への電
子の注入が低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有
効質量が電子の有効質量よりも大きいことを利用して活
性層から前記n型クラッド層への正孔の漏れを防止でき
るようにして、無効電流を増大させないようにし、かつ
活性層の膜厚がレーザ発振が可能となる程度であること
を特徴とする。本発明の第13の半導体レーザは、請求
項12記載の半導体レーザにおいて、前記サンドイッチ
構造は基板上に設けられると共に、前記サンドイッチ構
造と前記基板とのあいだに少なくともGaNからなるバッ
ファ層が設けられてなる。本発明の第14の半導体レー
ザは、請求項12または13記載の半導体レーザにおい
て、前記サンドイッチ構造は基板上に設けられると共
に、前記サンドイッチ構造の前記基板と反対側の表面側
に少なくともGaNからなるキャップ層が設けられてな
ることを特徴とする。本発明の第15の半導体レーザ
は、請求項14記載の半導体レーザにおいて、前記キャ
ップ層および前記サンドイッチ構造の一部がエッチング
されてメサ形状にされてなる。本発明の第16の半導体
発光素子は、 n型AlGaN層と、p型AlGaN層とで、InGaN層
をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記n型AlGaN層
のAl比率を低減させて、前記InGaN層のバンドギャッ
プエネルギーにより定まる前記p型AlGaN層のAl比率
の半分以下とし、前記n型AlGaN層のバンドギャップエ
ネルギーを、前記InGaN層のバンドギャップエネルギー
との差がp型AlGaN層のバンドギャップエネルギーと前記
InGaN層のバンドギャップエネルギーとの差の1/2程
度となるように構成したことを特徴とする。本発明の第
17の半導体発光素子は、請求項16記載の半導体発光
素子において、前記n型AlGaN層は、n側電極に接続さ
れており、前記n側電極との間にGaNからなるバッフ
ァ層が介在せしめられていることを特徴とする。本発明
の第18の半導体発光素子は、AlGaN層と、p型AlGaN層
とで、InGaN層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前
記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記InGaN層の
バンドギャップエネルギーにより定まる前記p型AlGaN
層のAl比率の半分以下とし、前記n型AlGaN層のバン
ドギャップエネルギーを、前記InGaN層のバンドギャッ
プエネルギーとの差がp型AlGaN層のバンドギャップエネ
ルギーと前記InGaN層のバンドギャップエネルギーとの
差の1/2程度となるように、低くして、前記InGaN層
への電子の注入が低電圧で行えるようにすると共に、正
孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きいことを利用
してInGaN層から前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止
できるようにして、無効電流を増大させないようにした
ことを特徴とする。本発明の第19の半導体発光素子
は、請求項18記載の半導体発光素子において、前記n
型AlGaN層は、n側電極に接続されており、前記n側電
極との間にGaNからなるバッファ層が介在せしめられ
ていることを特徴とする。本発明の第20の半導体ダイ
オードは、基板と、前記基板上に設けられ、n型GaN層か
らなるn型バッファ層と、前記n型バッファ層上に設けら
れるn型AlGaN層と、前記n型AlGaN層上に設けられるInGa
N層と、前記InGaN層上に設けられるp型AlGaN層とを有
し、前記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記InG
aN層のバンドギャップエネルギーにより定まる前記p型
AlGaN層のAl比率の半分以下とし、前記n型AlGaN層の
バンドギャップエネルギーを、前記InGaN層のバンドギ
ャップエネルギーとの差がp型AlGaN層のバンドギャップ
エネルギーと前記InGaN層のバンドギャップエネルギー
との差の1/2程度となるように、低くして、前記InGa
N層への電子の注入が低電圧で行えるようにすると共
に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きいこと
を利用してInGaN層から前記n型AlGaN層への正孔の漏れ
を防止できるようにして、無効電流を増大させないよう
にしたことを特徴とする。本発明の第21の半導体レー
ザは、基板と、前記基板上に設けられるn型GaNからなる
バッファ層と、前記バッファ層上に設けられ、n型AlGaN
層と、前記n型AlGaN層上に設けられるInGaN層と、前記I
nGaN層上に設けられるp型AlGaN層と、前記p型AlGaN層上
に設けられ、p型GaNからなるキャップ層とを有し、
前記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記InGaN層
のバンドギャップエネルギーにより定まるAl比率と
し、前記n型AlGaN層のバンドギャップエネルギーを、
前記InGaN層のバンドギャップエネルギーとの差がp型Al
GaN層のバンドギャップエネルギーと前記InGaN層のバン
ドギャップエネルギーとの差の1/2程度となるよう
に、低くして、前記InGaN層への電子の注入が低電圧で
行えるようにすると共に、正孔の有効質量が電子の有効
質量よりも大きいことを利用してInGaN層から前記n型A
lGaN層への正孔の漏れを防止できるようにして、無効電
流を増大させないようにしたことを特徴とする半導体レ
ーザ。本発明の第22の半導体レーザは、請求項21記
載の半導体レーザにおいて、前記基板はサファイア基板
であることを特徴とする。本発明の第23の半導体発光
素子は、n型AlGaN層と、p型AlGaN層とでI n GaN層をは
さんだサンドイッチ構造を有し、前記InGaN層から前記
n型AlGaN層への正孔の漏れを防止することが出来る程
度に、前記n型AlGaN層のバンドギャップエネルギーを
低くして、電子の前記InGaN層への注入が低電圧で行え
るように、前記n型AlGaN層のAl比率を、前記InGaN層
のバンドギャップエネルギーにより定まる値だけ小さく
して、無効電流を増大させないようにしたことを特徴と
する。本発明の第24の半導体発光素子は、請求項23
記載の半導体発光素子において、前記n型AlGaN層は、
n側電極に接続されており、前記n側電極との間にGa
Nからなるバッファ層が介在せしめられていることを特
徴とする。本発明の第25の半導体発光素子は、n型AlG
aN層と、p型AlGaN層とでI n GaN層をはさんだサンドイ
ッチ構造を有し、前記n型AlGaN層のAl比率を低減さ
せて、前記InGaN層のバンドギャップエネルギーにより
定まる値となるように、前記n型AlGaN層のバンドギャ
ップエネルギーを低くして、前記InGaN層への電子の注
入が低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質量
が電子の有効質量よりも大きいことを利用してInGaN層
から前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止できるよう
にして、無効電流を増大させないようにしたことを特徴
とする。本発明の第26の半導体発光素子は、請求項2
5記載の半導体発光素子において、前記n型AlGaN層
は、n側電極に接続されており、前記n側電極との間に
GaNからなるバッファ層が介在せしめられていること
を特徴とする。本発明の第27の半導体発光素子は、請
求項1記載の半導体発光素子において、n型AlGaN層と、
p型AlGaN層とでInGaN層をはさんだサンドイッチ構造を
有し、前記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記I
nGaN層のバンドギャップエネルギーにより定まるAl比
率とし、前記n型AlGaN層のバンドギャップエネルギー
を、低くして、前記InGaN層への電子の注入が低電圧で
行えるようにすると共に、正孔の有効質量が電子の有効
質量よりも大きいことを利用してInGaN層から前記n型A
lGaN層への正孔の漏れを防止できるようにして、無効電
流を増大させないようにし、かつInGaN層の膜厚がレー
ザ発振が可能となる程度であることを特徴とする。本発
明の第28の半導体レーザは、請求項27記載の半導体
レーザにおいて、前記サンドイッチ構造は基板上に設け
られると共に、前記サンドイッチ構造と前記基板とのあ
いだに少なくともGaNからなるバッファ層が設けられ
てなる。本発明の第29の半導体レーザは、請求項27
または28記載の半導体レーザにおいて、前記サンドイ
ッチ構造は基板上に設けられると共に、前記サンドイッ
チ構造の前記基板と反対側の表面側に少なくともGaN
からなるキャップ層が設けられてなることを特徴とす
る。本発明の第30の半導体発光素子は、請求項29記
載の半導体発光素子において、前記キャップ層および前
記サンドイッチ構造の一部がエッチングされてメサ形状
にされてなることを特徴とする。
The semiconductor light emitting device of the present invention has a sandwich structure in which an n-type cladding layer made of n-type AlGaN and a p-type cladding layer made of p-type AlGaN sandwich an active layer made of InGaN. And the Al of the n-type cladding layer
The ratio is reduced to less than half the Al ratio of the p-type cladding layer determined by the band gap energy of the active layer, and the band gap energy of the n-type cladding layer is different from the band gap energy of the active layer. The difference between the band gap energy of the p-type cladding layer and the band gap energy of the active layer is about 1/2. 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the n-type cladding layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is provided between the n-type cladding layer and the n-side electrode. Is interposed. Third of the present invention
The double heterojunction type semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the n-type clad layer made of n-type AlGaN and the p-type clad layer made of p-type AlGaN are made of InG.
It has a sandwich structure sandwiching an active layer consisting of aN,
The Al ratio of the n-type cladding layer is reduced to be equal to or less than half of the Al ratio of the p-type cladding layer determined by the band gap energy of the active layer, and the band gap energy of the n-type cladding layer is reduced. The difference between the band gap energy of the p-type cladding layer and the band gap energy of the active layer is set to be about half the difference between the band gap energy and the band gap energy of the active layer, so that the injection of electrons into the active layer is reduced. In addition to being able to be performed with a voltage, by utilizing the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons, it is possible to prevent holes from leaking from the active layer to the n-type cladding layer, thereby reducing the reactive current. It is characterized in that it is not increased. The fourth semiconductor light emitting device of the present invention is the semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the n-type cladding layer is connected to an n-side electrode,
A buffer layer made of GaN is interposed between the side electrodes. A fifth double heterojunction light emitting diode of the present invention includes a substrate, a buffer layer made of n-type GaN provided on the substrate, and an n-type clad layer made of n-type AlGaN provided on the buffer layer. ,
An active layer made of InGaN provided on the n-type clad layer, and a p-type clad layer made of p-type AlGaN provided on the active layer, by reducing the Al ratio of the n-type clad layer, The ratio of the bandgap energy of the n-type cladding layer to the bandgap energy of the active layer is not more than half the Al ratio of the p-type cladding layer determined by the bandgap energy of the active layer.
The difference between the bandgap energy of the mold cladding layer and the bandgap energy of the active layer is reduced to about 2 so that injection of electrons into the active layer can be performed at a low voltage. By utilizing the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons, it is possible to prevent holes from leaking from the active layer to the n-type cladding layer, thereby preventing the reactive current from increasing. And A sixth semiconductor laser according to the present invention includes a substrate, a buffer layer made of an n-type GaN layer provided on the substrate, an n-type clad layer made of n-type AlGaN provided on the GaN layer, and
An active layer made of InGaN provided on the mold cladding layer,
A p-type clad layer provided on the active layer and made of p-type AlGaN; and a p-type GaN provided on the p-type clad layer.
And a cap layer comprising:
The ratio is reduced to an Al ratio determined by the band gap energy of the active layer, and the band gap energy of the n-type cladding layer is set to the band gap energy of the p-type cladding layer. And the band gap energy of the active layer is set to about 1/2 of the difference between them so that electrons can be injected into the active layer at a low voltage and the effective mass of holes is By utilizing the fact that the effective mass is larger than the effective mass of the active layer, leakage of holes from the active layer to the n-type cladding layer can be prevented, and the reactive current is not increased. According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor laser according to the sixth aspect, the substrate is a sapphire substrate. An eighth semiconductor light emitting device according to the present invention has a sandwich structure in which an active layer made of InGaN is sandwiched between an n-type clad layer made of n-type AlGaN and a p-type clad layer made of p-type AlGaN. The band gap energy of the n-type cladding layer is reduced to such an extent that holes can be prevented from leaking to the n-type cladding layer so that electrons can be injected into the active layer at a low voltage. The Al ratio of the n-type cladding layer is reduced by a value determined by the band gap energy of the active layer so that the reactive current is not increased. The ninth semiconductor light emitting device of the present invention is the semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein the n-type cladding layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is provided between the n-type cladding layer and the n-side electrode. Is interposed. A tenth semiconductor light emitting device according to the present invention is the semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the n-type A
An n-type cladding layer made of lGaN and a p-type cladding layer made of p-type AlGaN have a sandwich structure sandwiching an active layer made of InGaN, and reducing the Al ratio of the n-type cladding layer to form the active layer The bandgap energy of the n-type cladding layer is reduced so that the value is determined by the bandgap energy of the n-type cladding layer, so that electrons can be injected into the active layer at a low voltage and the effective mass of holes is reduced. By utilizing the fact that it is larger than the effective mass of electrons, it is possible to prevent holes from leaking from the active layer to the n-type cladding layer, so that the reactive current is not increased. An eleventh semiconductor light emitting device according to the present invention is the semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein the n-type cladding layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is provided between the n-type cladding layer and the n-side electrode. Is interposed. A twelfth semiconductor laser according to the present invention includes:
-Type AlGaN n-type cladding layer and p-type AlGaN p-type
Having a sandwich structure sandwiching an active layer made of InGaN with the n-type cladding layer, reducing the Al ratio of the n-type cladding layer to an Al ratio determined by the bandgap energy of the active layer, By lowering the band gap energy of the cladding layer so that electrons can be injected into the active layer at a low voltage, and utilizing the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons, , The hole leakage to the n-type cladding layer can be prevented, the reactive current is not increased, and the thickness of the active layer is such that laser oscillation is possible. A thirteenth semiconductor laser according to the present invention, in the semiconductor laser according to claim 12, wherein the sandwich structure is provided on a substrate, and a buffer layer made of at least GaN is provided between the sandwich structure and the substrate. Become. A fourteenth semiconductor laser according to the present invention, in the semiconductor laser according to claim 12 or 13, wherein the sandwich structure is provided on a substrate, and a cap made of at least GaN is provided on a surface side of the sandwich structure opposite to the substrate. It is characterized in that a layer is provided. According to a fifteenth semiconductor laser of the present invention, in the semiconductor laser of claim 14, a part of the cap layer and the sandwich structure is etched to have a mesa shape. A sixteenth semiconductor light emitting device of the present invention has a sandwich structure in which an InGaN layer is sandwiched between an n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN layer. The Al gap ratio of the p-type AlGaN layer determined by the band gap energy of the layer is equal to or less than half, and the band gap energy of the n-type AlGaN layer is different from the band gap energy of the InGaN layer. And said
The difference between the InGaN layer and the band gap energy of the InGaN layer is about 1/2. A seventeenth semiconductor light emitting device according to the present invention is the semiconductor light emitting device according to claim 16, wherein the n-type AlGaN layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is provided between the n-type AlGaN layer and the n-side electrode. Is interposed. An eighteenth semiconductor light emitting device of the present invention has a sandwich structure in which an AlGaN layer and a p-type AlGaN layer sandwich an InGaN layer, and reduce the Al ratio of the n-type AlGaN layer to reduce the Al ratio of the InGaN layer. The p-type AlGaN determined by band gap energy
The bandgap energy of the n-type AlGaN layer is less than half the Al ratio of the layer, and the difference between the bandgap energy of the InGaN layer and the bandgap energy of the p-type AlGaN layer is less than the bandgap energy of the InGaN layer. To be about 1/2 of that, so that the injection of electrons into the InGaN layer can be performed at a low voltage, and that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. It is characterized in that the leakage of holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer can be prevented so that the reactive current is not increased. A nineteenth semiconductor light emitting device according to the present invention is the semiconductor light emitting device according to claim 18, wherein the n
The type AlGaN layer is connected to the n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type electrode and the n-side electrode. A twentieth semiconductor diode according to the present invention includes: a substrate; an n-type buffer layer provided on the substrate, the n-type buffer layer including an n-type GaN layer; an n-type AlGaN layer provided on the n-type buffer layer; InGa provided on AlGaN layer
An N layer, and a p-type AlGaN layer provided on the InGaN layer, wherein the Al ratio of the n-type AlGaN layer is reduced,
The p-type determined by the band gap energy of the aN layer
The ratio of the bandgap energy of the n-type AlGaN layer to the bandgap energy of the p-type AlGaN layer and the bandgap energy of the InGaN layer is less than half the Al ratio of the AlGaN layer. The InGa is reduced so as to be about half the difference.
Injection of electrons into the N layer can be performed at a low voltage, and leakage of holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer can be prevented by utilizing that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. It is characterized in that the reactive current is prevented from being increased by preventing the reactive current. A twenty-first semiconductor laser according to the present invention includes a substrate, a buffer layer made of n-type GaN provided on the substrate, and an n-type AlGaN provided on the buffer layer.
A layer, an InGaN layer provided on the n-type AlGaN layer,
a p-type AlGaN layer provided on the nGaN layer, and a cap layer made of p-type GaN provided on the p-type AlGaN layer,
By reducing the Al ratio of the n-type AlGaN layer to an Al ratio determined by the bandgap energy of the InGaN layer, the bandgap energy of the n-type AlGaN layer,
The difference from the band gap energy of the InGaN layer is p-type Al
The difference between the bandgap energy of the GaN layer and the bandgap energy of the InGaN layer is reduced to about 1 / so that electrons can be injected into the InGaN layer at a low voltage. Using the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons, the n-type A
A semiconductor laser characterized in that leakage of holes to an lGaN layer can be prevented and reactive current is not increased. According to a twenty-second aspect of the present invention, in the semiconductor laser according to the twenty-first aspect, the substrate is a sapphire substrate. The twenty-third semiconductor light emitting device of the present invention has an n-type AlGaN layer and a sandwich structure with an In GaN layer interposed between a p-type AlGaN layer and holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer. To the extent that leakage can be prevented, the bandgap energy of the n-type AlGaN layer is reduced, and the Al ratio of the n-type AlGaN layer is set so that electrons can be injected into the InGaN layer at a low voltage. The reactive current is reduced by a value determined by the band gap energy of the InGaN layer so as not to increase the reactive current. A twenty-fourth semiconductor light emitting device according to the present invention is directed to claim 23.
In the semiconductor light emitting device according to the above, the n-type AlGaN layer,
connected to the n-side electrode, and Ga
It is characterized in that a buffer layer made of N is interposed. A twenty-fifth semiconductor light emitting device of the present invention is an n-type AlG
aN layer, a sandwich structure sandwiching the In GaN layer between the p-type AlGaN layer, to reduce the Al ratio of the n-type AlGaN layer, so as to have a value determined by the band gap energy of the InGaN layer By lowering the bandgap energy of the n-type AlGaN layer so that electrons can be injected into the InGaN layer at a low voltage and utilizing the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. Thus, leakage of holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer can be prevented, and the reactive current is not increased. According to a twenty-sixth semiconductor light emitting device of the present invention,
The semiconductor light emitting device according to claim 5, wherein the n-type AlGaN layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type AlGaN layer and the n-side electrode. The twenty-seventh semiconductor light emitting device of the present invention is the semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the n-type AlGaN layer comprises:
It has a sandwich structure sandwiching an InGaN layer with a p-type AlGaN layer, reducing the Al ratio of the n-type AlGaN layer,
The Al ratio is determined by the band gap energy of the nGaN layer, and the band gap energy of the n-type AlGaN layer is lowered so that electrons can be injected into the InGaN layer at a low voltage, and the effective mass of holes is increased. Is larger than the effective mass of electrons by utilizing the n-type A from the InGaN layer.
It is characterized in that holes can be prevented from leaking to the lGaN layer, reactive current is not increased, and the thickness of the InGaN layer is such that laser oscillation is possible. A twenty-eighth semiconductor laser according to the present invention, in the semiconductor laser according to claim 27, wherein the sandwich structure is provided on a substrate, and a buffer layer made of at least GaN is provided between the sandwich structure and the substrate. Become. According to a twenty-ninth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser comprising:
29. The semiconductor laser according to 28, wherein the sandwich structure is provided on a substrate, and at least GaN is provided on a surface side of the sandwich structure opposite to the substrate.
Characterized by being provided with a cap layer made of According to a thirtieth semiconductor light emitting device of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to claim 29, a part of the cap layer and the sandwich structure is etched to have a mesa shape.

【0017】[0017]

【0018】また、前記クラッド層の一方と基板とのあ
いだにGaNからなるバッファ層を設けることにより、
クラッド層の歪を緩和することができ、クラッド層での
結晶欠陥や転位の発生を防止することができるととも
に、半導体層の抵抗を下げられるため好ましい。
Further, by providing a buffer layer made of GaN between one of the cladding layers and the substrate,
This is preferable because strain in the cladding layer can be reduced, crystal defects and dislocations in the cladding layer can be prevented, and the resistance of the semiconductor layer can be reduced.

【0019】本発明の半導体発光素子によれば、n型ク
ラッド層にp型クラッド層よりバンドギャップエネルギ
ーの小さい材料を用いているため、n型クラッド層から
活性層への電子の注入は低電圧で容易になされる。一方
p型クラッド層は従来と同様にバンドギャップエネルギ
ーが大きい材料が用いれているため、活性層からp型ク
ラッド層への電子の逃げは少なく、活性層内での電子と
正孔の再結合に寄与する。また、正孔については電子よ
りも有効質量が大きいため、n型クラッド層のバンドギ
ャップエネルギーが小さくても活性層に注入された正孔
のn型クラッド層側への逃げは少ない。そのため正孔の
ムダもなく活性層内での再結合に寄与し、n型クラッド
層のバンドギャップエネルギーが小さくなった分だけ動
作電圧を低くすることができ、従来と同程度の輝度の発
光をする。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, since a material having a smaller band gap energy than that of the p-type cladding layer is used for the n-type cladding layer, the injection of electrons from the n-type cladding layer to the active layer requires a low voltage. Is easily done with On the other hand, since the p-type cladding layer is made of a material having a large band gap energy as in the conventional case, the escape of electrons from the active layer to the p-type cladding layer is small, and the recombination of electrons and holes in the active layer is prevented. Contribute. Since holes have a larger effective mass than electrons, even if the band gap energy of the n-type cladding layer is small, holes injected into the active layer do not escape to the n-type cladding layer side. This contributes to recombination in the active layer without wasting holes, and the operating voltage can be reduced by the reduction of the band gap energy of the n-type cladding layer. I do.

【0020】n型クラッド層のバンドギャップエネルギ
ーの小さくできる割合は、正孔の有効質量が電子の3倍
程度であるため、p型クラッド層と活性層とのバンドギ
ャップエネルギー差の1/2程度にすることができ、A
z Ga1-z N材料をクラッド層に用いれば、Alの比
率zをp型クラッド層のAlの比率の半分以下にするこ
とができ、動作電圧を5〜10%低下させることができ
る。
The rate at which the band gap energy of the n-type cladding layer can be reduced is about 1/2 of the band gap energy difference between the p-type cladding layer and the active layer because the effective mass of holes is about three times that of electrons. And A
If the lzGa1 -zN material is used for the cladding layer, the ratio z of Al can be reduced to half or less of the ratio of Al in the p-type cladding layer, and the operating voltage can be reduced by 5 to 10%.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】つぎに添付図面を参照しながら本
発明の半導体発光素子を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a semiconductor light emitting device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0022】図1は本発明の半導体発光素子の一実施例
であるメサ型形状の半導体レーザチップの断面説明図、
図2はその製造工程図、図3は本発明の半導体発光素子
のn型クラッド層、活性層およびp型クラッド層の禁制
帯を主としたエネルギーバンド図の概略図である。
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of a semiconductor laser chip having a mesa shape, which is an embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process diagram, and FIG. 3 is a schematic view of an energy band mainly showing a forbidden band of the n-type cladding layer, the active layer and the p-type cladding layer of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【0023】図1において、1はサファイア(Al2
3 単結晶)などの基板で、n型GaNからなり、0.0
1〜0.2μm程度の低温バッファ層2、n型GaNか
らなり、2〜3μm程度の高温バッファ層3、n型でバ
ンドギャップエネルギー(禁制帯幅)がp型クラッド層
より小さい材料、たとえばAlx Ga1-x N(0≦x≦
0.5、たとえばx=0.07)からなり、0.1〜
0.3μm程度のn型クラッド層4、ノンドープまたは
n型もしくはp型で両クラッド層よりバンドギャップエ
ネルギーが小さく、かつ、屈折率が大きい材料、たとえ
ばIny Ga1-yN(0≦y≦1)からなり、0.05
〜0.1μm程度の活性層5、p型AlzGa1-z
(0<z≦1、2x≦z、たとえばz=0.15)から
なり0.1〜0.3μm程度のp型クラッド層、p型G
aNからなり、0.3〜2μm程度のキャップ層7が順
次積層され、キャップ層7上にAuなどからなるp側電
極8、積層された半導体層の一部がエッチング除去され
て露出した高温バッファ層3上にAlなどからなるn側
電極9が形成され、さらに電流ストライプを形成するた
め、キャップ層7およびp型クラッド層の一部がエッチ
ングされてメサ型形状にされ、半導体レーザのチップが
形成されている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes sapphire (Al 2 O).
3 in the substrate, such as single crystal), an n-type GaN, 0.0
A low-temperature buffer layer 2 of about 1 to 0.2 μm, an n-type GaN, a high-temperature buffer layer 3 of about 2 to 3 μm, an n-type material having a band gap energy (forbidden band width) smaller than that of a p-type cladding layer, for example, Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦
0.5, for example, x = 0.07), from 0.1 to
An n-type cladding layer 4 of about 0.3 μm, a non-doped or n-type or p-type material having a smaller band gap energy and a higher refractive index than both cladding layers, for example, In y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1) consisting of 0.05
Active layer 5 of about 0.1 μm, p-type Al z Ga 1 -z N
(0 <z ≦ 1, 2x ≦ z, for example, z = 0.15), a p-type cladding layer of about 0.1 to 0.3 μm, p-type G
aN, a cap layer 7 having a thickness of about 0.3 to 2 μm is sequentially stacked, a p-side electrode 8 made of Au or the like is formed on the cap layer 7, and a part of the stacked semiconductor layer is removed by etching to expose a high-temperature buffer. An n-side electrode 9 made of Al or the like is formed on the layer 3, and a part of the cap layer 7 and the p-type cladding layer is etched to form a mesa shape to form a current stripe. Is formed.

【0024】本発明の半導体発光素子は前述の半導体レ
ーザの実施例で示されるように、n型クラッド層4のバ
ンドギャップエネルギーがp型クラッド層6のバンドギ
ャップエネルギーより小さく、かつ、これらのバンドギ
ャップエネルギーが活性層5のバンドギャップエネルギ
ーより大きい材料で両クラッド層4、6および活性層5
が形成されていることに特徴がある。
In the semiconductor light emitting device of the present invention, the band gap energy of the n-type cladding layer 4 is smaller than the band gap energy of the p-type cladding layer 6 as shown in the above-described embodiment of the semiconductor laser. The cladding layers 4 and 6 and the active layer 5 are made of a material having a gap energy larger than the band gap energy of the active layer 5.
Is formed.

【0025】電子と正孔の再結合を効率よく行わせ、発
光効率を上げるため、バンドギャップエネルギーの大き
い材料からなるクラッド層によりバンドギャップエネル
ギーの小さい材料からなる活性層5を挟み込むダブルヘ
テロ接合構造の半導体発光素子が半導体レーザや高輝度
のLEDに用いられている。クラッド層にバンドギャッ
プエネルギーが大きい材料を使用すると電子や正孔の閉
じ込め効果が大きくなりムダなく発光に寄与するが動作
電圧が高くなり、実際には活性層からの電子や正孔の漏
れが無視できる程度のバンドギャップエネルギーの材料
が選定されている。しかしpn接合に比べ動作電圧は高
くなる。本発明ではこの電子や正孔の漏れが無視できる
程度を維持しながら動作電圧を低下させることができる
ようにしたものである。すなわち、正孔の有効質量は電
子の有効質量の3倍程度と大きく、バンドギャップエネ
ルギーが小さくても電子よりも漏れが小さくなる。その
ため、n型クラッド層にp型クラッド層のバンドギャッ
プエネルギーより小さいバンドギャップエネルギーの材
料を用いることにより、電子の活性層への注入は低電圧
で行え、活性層からの正孔の漏れを防止できるようにし
たものである。
A double heterojunction structure in which an active layer 5 made of a material having a small bandgap energy is sandwiched by a cladding layer made of a material having a large bandgap energy in order to efficiently perform recombination of electrons and holes and increase luminous efficiency. Are used in semiconductor lasers and high-brightness LEDs. When a material with a large band gap energy is used for the cladding layer, the effect of confining electrons and holes increases, which contributes to light emission without waste. However, the operating voltage increases, and in fact, the leakage of electrons and holes from the active layer is ignored. A material having a bandgap energy that is as large as possible is selected. However, the operating voltage is higher than that of the pn junction. In the present invention, the operating voltage can be reduced while maintaining the leakage of the electrons and holes to a negligible level. That is, the effective mass of holes is as large as about three times the effective mass of electrons, and leakage is smaller than that of electrons even if the band gap energy is small. Therefore, by using a material having a bandgap energy smaller than the bandgap energy of the p-type cladding layer for the n-type cladding layer, electrons can be injected into the active layer at a low voltage, thereby preventing holes from leaking from the active layer. It is made possible.

【0026】前述の図1の半導体レーザのエネルギーバ
ンド図の概略図を示した図3を参照しながら本発明の作
用を詳説する。図3において、Vは価電子帯、Fは禁制
帯、Cは伝導帯のエネルギー帯をそれぞれ示し、Aはn
型GaNからなる高温バッファ層3、Bはn型Al0.07
Ga0.93Nからなるn型クラッド層4、DはIny Ga
1-y Nからなる活性層5、GはAl0.15Ga0.85Nから
なるp型クラッド層、Jはp型GaNからなるキャップ
層7の範囲のエネルギーバンドをそれぞれ示している。
The operation of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3, which is a schematic diagram showing the energy band diagram of the semiconductor laser shown in FIG. In FIG. 3, V indicates a valence band, F indicates a forbidden band, C indicates an energy band of a conduction band, and A indicates n.
High-temperature buffer layer 3 made of n-type GaN, B is n-type Al 0.07
An n-type cladding layer 4 made of Ga 0.93 N, where D is In y Ga
The active layer 5 made of 1-yN , G shows a p-type cladding layer made of Al 0.15 Ga 0.85 N, and J shows an energy band of a cap layer 7 made of p-type GaN.

【0027】本実施例の半導体レーザは、図3に示され
るように、Bで示されるn型クラッド層のバンドギャッ
プエネルギーがGで示されるp型クラッド層のバンドギ
ャップエネルギーより小さく形成されている。破線B1
で示したものが、従来の構造でp型クラッド層と同じバ
ンドギャップエネルギーのばあいを示す。
In the semiconductor laser of this embodiment, as shown in FIG. 3, the band gap energy of the n-type cladding layer indicated by B is smaller than the band gap energy of the p-type cladding layer indicated by G. . Broken line B1
Indicates the case of the same band gap energy as that of the p-type cladding layer in the conventional structure.

【0028】この構成で、p側電極8とn側電極9との
あいだに電圧が印加されると電子Eはn型GaN(高温
バッファ層A)側からp側に流れ、活性層の伝導帯K1
内に流れ込む。この際n型クラッド層のバンドギャップ
エネルギーが低いため、電子Eは活性層の伝導帯K1
に流れ易く、低い電圧でも活性層に電子が供給される。
また活性層の伝導帯K1 内に流れ込んだ電子Eはp側電
極に引張られるが、p型クラッド層のバンドギャップエ
ネルギーが大きいため、活性層内に閉じ込められる。一
方、正孔Hはp型GaN(コンタクト層J)側からn側
に流れ、活性層の価電子帯K2 内に流れ込む。活性層の
価電子帯K2 内に流れ込んだ正孔Hはn側電極に引張ら
れるが、正孔Hの有効質量は電子の有効質量の3倍程度
と大きく、n型クラッド層Bのバンドギャップエネルギ
ーが低くても乗り越えることができず活性層の価電子帯
内に有効に閉じ込められる。その結果、活性層内で電子
と正孔の再結合が効率的に行われ、高い発光効率がえら
れる。
In this configuration, when a voltage is applied between the p-side electrode 8 and the n-side electrode 9, the electrons E flow from the n-type GaN (high-temperature buffer layer A) side to the p-side, and the conduction band of the active layer K 1
Flows into. Since the band gap energy of the time n-type clad layer is low, electrons E is easy to flow into the conduction band K 1 of the active layer, the electron in the active layer is supplied at a low voltage.
The electrons E that flows in the conduction band K 1 of the active layer is pulled to the p-side electrode, since the band gap energy of the p-type cladding layer is large, confined in the active layer. On the other hand, the holes H flow from the p-type GaN (contact layer J) side to the n-side and flow into the valence band K 2 of the active layer. The holes H flowing into the valence band K 2 of the active layer are pulled by the n-side electrode, but the effective mass of the holes H is as large as about three times the effective mass of the electrons, and the band gap of the n-type cladding layer B is large. Even if the energy is low, it cannot be overcome and is effectively confined within the valence band of the active layer. As a result, electrons and holes are efficiently recombined in the active layer, and high luminous efficiency is obtained.

【0029】以上のように本発明によれば、n型クラッ
ド層のバンドギャップエネルギーがp型クラッド層のそ
れより小さくなるように各半導体層を選定しているた
め、低い電圧で活性層への電子の注入を行うことができ
るとともに、無効電流を増加させず、発光効率を向上す
ることができる。n型クラッド層のバンドギャップエネ
ルギーをp型クラッド層のそれより小さくする程度は活
性層のバンドギャップエネルギーにより定まり、活性層
とのバンドギャップエネルギーの差でp型層のばあいの
1/3〜1/2程度低くなるようにすればよい。
As described above, according to the present invention, each semiconductor layer is selected so that the band gap energy of the n-type cladding layer is smaller than that of the p-type cladding layer. The electron injection can be performed, and the luminous efficiency can be improved without increasing the reactive current. The extent to which the bandgap energy of the n-type cladding layer is smaller than that of the p-type cladding layer is determined by the bandgap energy of the active layer, and the difference in bandgap energy from the active layer is 1/3 to 1 of that in the case of the p-type layer. It may be set to be about / 2 lower.

【0030】一般式Alp Gaq In1-p-q N(0≦p
<1、0<q≦1、0<p+q≦1)からなるチッ化ガ
リウム系化合半導体を用いてバンドギャップエネルギー
を小さくするにはpを小さく、すなわちAlの組成比を
小さくし、またはp+qを小さく、すなわちInの組成
比を大きくすることによりえられる。そのためクラッド
層のバンドギャップエネルギーが活性層のそれより大き
く、かつ、n型クラッド層のバンドギャップエネルギー
がp型クラッド層のそれより小さくなるようにAlおよ
びInの組成比を調整することにより、所望のバンドギ
ャップエネルギーの半導体層がえられる。
The general formula Al p Ga q In 1-pq N (0 ≦ p
<1, 0 <q ≦ 1, 0 <p + q ≦ 1) In order to reduce the band gap energy using a gallium nitride-based compound semiconductor, p is reduced, that is, the composition ratio of Al is reduced, or p + q is reduced. It can be obtained by making it small, that is, by increasing the composition ratio of In. Therefore, by adjusting the composition ratio of Al and In so that the band gap energy of the cladding layer is larger than that of the active layer and the band gap energy of the n-type cladding layer is smaller than that of the p-type cladding layer, A semiconductor layer having a band gap energy of

【0031】また、図1に示される実施例は半導体レー
ザであるため、活性層内に光も閉じ込めて発振させる必
要があり、クラッド層の屈折率が活性層のそれより小さ
くなるようにしたが、LEDのばあいは必ずしもその必
要はない。しかし、前述の組成比でAlの組成比を大き
くすると屈折率は小さくなる。
Further, since the embodiment shown in FIG. 1 is a semiconductor laser, it is necessary to confine light in the active layer and oscillate, and the refractive index of the cladding layer is made smaller than that of the active layer. In the case of an LED, it is not always necessary. However, when the Al composition ratio is increased in the above composition ratio, the refractive index decreases.

【0032】つぎに、図2を参照しながら、図1に示さ
れた半導体レーザの製法を説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

【0033】まず、図2(a)に示されるように、サフ
ァイアなどからなる基板1に、MOCVD法によりたと
えばn型GaNなどのチッ化ガリウム系化合物半導体か
らなる低温バッファ層2を0.01〜0.2μm程度成
長し、ついで700〜1200℃程度の高温で同じ組成
のn型のGaNからなる高温バッファ層3を2〜5μm
程度形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a low-temperature buffer layer 2 made of, for example, a gallium nitride-based compound semiconductor such as n-type GaN is deposited on a substrate 1 made of sapphire or the like by the MOCVD method in a range of 0.01 to 0.01. A high-temperature buffer layer 3 made of n-type GaN having the same composition at a high temperature of about 700 to 1200 ° C.
Degree formed.

【0034】つぎに、さらにTMIを供給して、たとえ
ばn型Alx Ga1-x N(0≦x≦0.5、たとえばx
=0.07)からなるn型クラッド層4を0.1〜0.
3μm程度形成する。そののち、TMAに代えてTMI
を供給しノンドープまたはn型もしくはp型のIny
1-y N(0≦y≦1、たとえば、y=0.06)から
なる活性層5を0.05〜0.1μm程度の厚さに成長
させる。ついで、n型クラッド層4の形成に用いた原料
ガスと同じ原料ガスを用い、TMAをn型クラッド層4
のばあいの倍程度の20〜100sccmの流量で反応
管に供給してp型クラッド層6であるp型Alz Ga
1-z N(0<z≦1、2x≦z、たとえばz=0.1
5)層を0.1〜0.3μm程度形成する。さらにバッ
ファ層3の成膜と同じ原料ガスを供給してp型のGaN
からなるキャップ層7を0.3〜2μmの厚さ成膜す
る。
Next, TMI is further supplied to, for example, n-type Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 0.5, for example, x
= 0.07).
It is formed about 3 μm. Then, instead of TMA, TMI
To supply undoped or n-type or p-type In y G
An active layer 5 made of a 1-y N (0 ≦ y ≦ 1, for example, y = 0.06) is grown to a thickness of about 0.05 to 0.1 μm. Then, using the same source gas as that used for forming the n-type cladding layer 4, TMA was applied to the n-type cladding layer 4.
A p-type cladding layer 6 is supplied to the reaction tube at a flow rate of 20~100sccm about fold in the case of p-type Al z Ga
1-z N (0 <z ≦ 1, 2x ≦ z, for example, z = 0.1
5) Form a layer of about 0.1 to 0.3 μm. Further, the same source gas as that for forming the buffer layer 3 is supplied to supply p-type GaN.
Is formed to a thickness of 0.3 to 2 μm.

【0035】前述のバッファ層3やクラッド層4をn型
に形成するためには、Si、Ge、TeをSiH4 、G
eH4 、TeH4 などの不純物原料ガスとして反応ガス
内に混入し、クラッド層6やキャップ層7をp型に形成
するためには、MgやZnをCp2 MgやDMZnの有
機金属ガスとして原料ガスに混入する。ただしn型のば
あいは不純物を混入しなくても、成膜時にNが蒸発し易
く自然にn型になるため、その性質を利用してもよい。
In order to form the buffer layer 3 and the cladding layer 4 to be n-type, Si, Ge, and Te are converted to SiH 4 , G
In order to form the clad layer 6 and the cap layer 7 into p-type by mixing them into the reaction gas as impurity source gases such as eH 4 and TeH 4 , Mg or Zn is converted into an organic metal gas such as Cp 2 Mg or DMZn. Mix in gas. However, in the case of n-type, even if impurities are not mixed, N is easily evaporated at the time of film formation and naturally becomes n-type.

【0036】そののちSiO2 やSi3 4 などの保護
膜10を半導体層の成長層表面全面に設け(図2(b)
参照)、400〜800℃、20〜60分間程度のアニ
ールを行い、p型層であるp型クラッド層6およびキャ
ップ層7の活性化を行う。
Thereafter, a protective film 10 such as SiO 2 or Si 3 N 4 is provided on the entire surface of the growth layer of the semiconductor layer (FIG. 2B).
Annealing is performed at 400 to 800 ° C. for about 20 to 60 minutes to activate the p-type clad layer 6 and the cap layer 7 which are p-type layers.

【0037】アニールが完了すると、図2(c)に示さ
れるように、レジスト膜11などのマスクを設けてn型
のクラッド層4またはn型の高温バッファ層3が露出す
るまで、積層された半導体層をエッチングする。このエ
ッチングは、たとえばCl2およびBCl3 の混合ガス
の雰囲気の下で反応性イオンエッチングにより行われ
る。
When the annealing is completed, as shown in FIG. 2 (c), a mask such as a resist film 11 is provided, and the layers are stacked until the n-type cladding layer 4 or the n-type high temperature buffer layer 3 is exposed. Etch the semiconductor layer. This etching is performed by, for example, reactive ion etching under an atmosphere of a mixed gas of Cl 2 and BCl 3 .

【0038】ついでAu、Alなどの金属膜をスパッタ
リングなどにより形成し、積層された化合物半導体層の
表面でp型層に電気的に接続されるp側電極8、露出し
た高温バッファ層3表面でn型層に電気的に接続される
n側電極9を形成し、キャップ層7およびp型クラッド
層6の一部をメサエッチングする(図1参照)。
Next, a metal film of Au, Al, or the like is formed by sputtering or the like, and the p-side electrode 8 electrically connected to the p-type layer on the surface of the laminated compound semiconductor layer and the exposed surface of the high-temperature buffer layer 3 An n-side electrode 9 electrically connected to the n-type layer is formed, and a portion of the cap layer 7 and a part of the p-type cladding layer 6 are mesa-etched (see FIG. 1).

【0039】つぎに、各チップにダイシングして、半導
体レーザチップが形成される。
Next, dicing is performed on each chip to form a semiconductor laser chip.

【0040】前記実施例ではメサ型形状の電流ストライ
プ構造の半導体レーザについて説明したが、電流制限層
埋込型など種々の構造の半導体レーザやダブルヘテロ接
合構造のLEDなどのチッ化ガリウム系化合物半導体を
用いた半導体発光素子についても本発明を適用できる。
さらに半導体材料も前記実施例組成の材料に限定され
ず、前記Alp Gaq In1-p-q NのNの一部または全
部をAsおよび/またはPなどで置換した材料やヒ化ガ
リウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子でも同様
に本発明を適用できる。
In the above embodiment, a semiconductor laser having a mesa-shaped current stripe structure has been described. However, a semiconductor laser having various structures such as a current limiting layer embedded type or a gallium nitride compound semiconductor such as an LED having a double hetero junction structure. The present invention can also be applied to a semiconductor light emitting device using a.
Further semiconductor material is not limited to the material of Example composition, the Al p Ga q In 1-pq N of some or all substituted with such as As and / or P materials and gallium arsenide-based compound semiconductor N The present invention can be similarly applied to a semiconductor light-emitting device using the same.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、n型
クラッド層のバンドギャップエネルギーがp型クラッド
層のバンドギャップエネルギーよりも小さくなるように
半導体材料が選定されているため、無効電流が少なく、
かつ、低い動作電圧で高輝度の発光をさせることがで
き、発光効率の高い半導体発光素子をうることができ
る。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the semiconductor material is selected so that the band gap energy of the n-type cladding layer is smaller than the band gap energy of the p-type cladding layer. Less,
In addition, high-luminance light can be emitted at a low operating voltage, and a semiconductor light-emitting element with high luminous efficiency can be obtained.

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

【図1】本発明の半導体発光素子の一実施例の断面説明
図である。
FIG. 1 is an explanatory sectional view of one embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention.

【図2】図1の製造工程を示す断面説明図である。FIG. 2 is an explanatory sectional view showing the manufacturing process of FIG. 1;

【図3】本発明の半導体発光素子の一実施例のクラッド
層および活性層の禁制帯を主としたエネルギーバンド図
である。
FIG. 3 is an energy band diagram mainly showing a forbidden band of a cladding layer and an active layer in one embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図4】従来の半導体発光素子の一例を示す斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a conventional semiconductor light emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 4 n型クラッド層 5 活性層 6 p型クラッド層 Reference Signs List 1 substrate 4 n-type cladding layer 5 active layer 6 p-type cladding layer

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p型A
lGaNからなるp型クラッド層とで、InGaNからなる活性層
をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記n型クラッド
層のAl比率を低減させて、前記活性層のバンドギャッ
プエネルギーにより定まる前記p型クラッド層のAl比
率の半分以下とし、前記n型クラッド層のバンドギャッ
プエネルギーを、前記活性層のバンドギャップエネルギ
ーとの差がp型クラッド層のバンドギャップエネルギー
と前記活性層のバンドギャップエネルギーとの差の1/
2程度となるように構成したことを特徴とするダブルヘ
テロ接合型の半導体発光素子。
1. An n-type cladding layer made of n-type AlGaN and a p-type A
a p-type cladding layer made of lGaN, having a sandwich structure sandwiching an active layer made of InGaN, reducing the Al ratio of the n-type cladding layer, and forming the p-type cladding determined by the band gap energy of the active layer. The bandgap energy of the n-type cladding layer is less than half the Al ratio of the layer, and the difference between the bandgap energy of the active layer is the difference between the bandgap energy of the p-type cladding layer and the bandgap energy of the active layer. 1 /
A double-heterojunction semiconductor light-emitting device characterized in that it is configured to be about two.
【請求項2】前記n型クラッド層は、n側電極に接続さ
れており、前記n側電極との間にGaNからなるバッフ
ァ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項1
記載の半導体発光素子。
2. The n-type cladding layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type cladding layer and the n-side electrode.
The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
【請求項3】n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p型Al
GaNからなるp型クラッド層とで、InGaNからなる活性層
をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記n型クラッド
層のAl比率を低減させて、前記活性層のバンドギャッ
プエネルギーにより定まる前記p型クラッド層のAl比
率の半分以下とし、前記n型クラッド層のバンドギャッ
プエネルギーを、前記活性層のバンドギャップエネルギ
ーとの差がp型クラッド層のバンドギャップエネルギー
と前記活性層のバンドギャップエネルギーとの差の1/
2程度となるように、低くして、前記活性層への電子の
注入が低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質
量が電子の有効質量よりも大きいことを利用して活性層
から前記n型クラッド層への正孔の漏れを防止できるよ
うにして、無効電流を増大させないようにしたことを特
徴とするダブルヘテロ接合型の半導体発光素子。
3. An n-type cladding layer made of n-type AlGaN and a p-type Al
A p-type cladding layer made of GaN, having a sandwich structure sandwiching an active layer made of InGaN, reducing the Al ratio of the n-type cladding layer, and forming the p-type cladding determined by the band gap energy of the active layer. The bandgap energy of the n-type cladding layer is less than half the Al ratio of the layer, and the difference between the bandgap energy of the active layer is the difference between the bandgap energy of the p-type cladding layer and the bandgap energy of the active layer. 1 /
It is lowered to about 2 so that electrons can be injected into the active layer at a low voltage, and from the active layer utilizing the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. A double heterojunction semiconductor light emitting device, characterized in that holes can be prevented from leaking to the n-type cladding layer and reactive current is not increased.
【請求項4】前記n型クラッド層は、n側電極に接続さ
れており、前記n側電極との間にGaNからなるバッフ
ァ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項3
記載の半導体発光素子。
4. The n-type cladding layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type cladding layer and the n-side electrode.
The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
【請求項5】基板と、前記基板上に設けられるn型GaNか
らなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けられるn
型AlGaNからなるn型クラッド層と、前記n型クラッド層
上に設けられるInGaNからなる活性層と、前記活性層上
に設けられるp型AlGaNからなるp型クラッド層とを有
し、前記n型クラッド層のAl比率を低減させて、前記
活性層のバンドギャップエネルギーにより定まる前記p
型クラッド層のAl比率の半分以下とし、前記n型クラ
ッド層のバンドギャップエネルギーを、前記活性層のバ
ンドギャップエネルギーとの差がp型クラッド層のバン
ドギャップエネルギーと前記活性層のバンドギャップエ
ネルギーとの差の1/2程度となるように、低くして、
前記活性層への電子の注入が低電圧で行えるようにする
と共に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きい
ことを利用して活性層から前記n型クラッド層への正孔
の漏れを防止できるようにして、無効電流を増大させな
いようにしたダブルヘテロ接合型の発光ダイオード。
5. A substrate, a buffer layer made of n-type GaN provided on the substrate, and n provided on the buffer layer.
An n-type cladding layer made of n-type AlGaN, an active layer made of InGaN provided on the n-type cladding layer, and a p-type cladding layer made of p-type AlGaN provided on the active layer, wherein the n-type The p ratio determined by the band gap energy of the active layer by reducing the Al ratio of the cladding layer.
The band gap energy of the n-type cladding layer, the band gap energy of the active layer is the difference between the band gap energy of the p-type cladding layer and the band gap energy of the active layer. So that it is about 1/2 of the difference between
Injection of electrons into the active layer can be performed at a low voltage, and leakage of holes from the active layer to the n-type cladding layer by utilizing that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. A double hetero-junction type light emitting diode in which a reactive current is prevented from increasing and a reactive current is not increased.
【請求項6】基板と、前記基板上に設けられるn型GaN層
からなるバッファ層と、前記GaN層上に設けられ、n型Al
GaNからなるn型クラッド層と、前記n型クラッド層上に
設けられ、InGaNからなる活性層と、前記活性層上に設
けられ、p型AlGaNからなるp型クラッド層と、前記p型ク
ラッド層上に設けられ、p型GaNからなるキャップ層
とを有し、前記n型クラッド層のAl比率を低減させ
て、前記活性層のバンドギャップエネルギーにより定ま
るAl比率とし、前記n型クラッド層のバンドギャップ
エネルギーを、前記活性層のバンドギャップエネルギー
との差がp型クラッド層のバンドギャップエネルギーと
前記活性層のバンドギャップエネルギーとの差の1/2
程度となるように、低くして、前記活性層への電子の注
入が低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質量
が電子の有効質量よりも大きいことを利用して活性層か
ら前記n型クラッド層への正孔の漏れを防止できるよう
にして、無効電流を増大させないようにしたことを特徴
とする半導体レーザ。
6. A substrate, a buffer layer comprising an n-type GaN layer provided on the substrate, and an n-type Al layer provided on the GaN layer.
An n-type cladding layer made of GaN, an active layer made of InGaN provided on the n-type cladding layer, a p-type cladding layer made of p-type AlGaN provided on the active layer, and the p-type cladding layer A cap layer made of p-type GaN provided thereon, and reducing the Al ratio of the n-type cladding layer to an Al ratio determined by the band gap energy of the active layer; The difference between the band gap energy of the active layer and the gap energy of the active layer is 1 / of the difference between the band gap energy of the p-type cladding layer and the band gap energy of the active layer.
So that the electron injection into the active layer can be performed at a low voltage, and by utilizing the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons, A semiconductor laser characterized in that leakage of holes to an n-type cladding layer can be prevented and reactive current is not increased.
【請求項7】前記基板はサファイア基板であることを特
徴とする請求項6に記載の半導体レーザ。
7. The semiconductor laser according to claim 6, wherein said substrate is a sapphire substrate.
【請求項8】n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p型A
lGaNからなるp型クラッド層とでInGaNからなる活性層を
はさんだサンドイッチ構造を有し、前記活性層から前記
n型クラッド層への正孔の漏れを防止することが出来る
程度に、前記n型クラッド層のバンドギャップエネルギ
ーを低くして、電子の前記活性層への注入が低電圧で行
えるように、前記n型クラッド層のAl比率を、前記活
性層のバンドギャップエネルギーにより定まる値だけ小
さくして、無効電流を増大させないようにしたことを特
徴とする半導体発光素子。
8. An n-type cladding layer made of n-type AlGaN, and a p-type A
It has a sandwich structure in which an active layer made of InGaN is sandwiched by a p-type clad layer made of lGaN, and the n-type is formed to such an extent that holes can be prevented from leaking from the active layer to the n-type clad layer. The Al ratio of the n-type cladding layer is reduced by a value determined by the band gap energy of the active layer so that the band gap energy of the cladding layer is reduced so that electrons can be injected into the active layer at a low voltage. Wherein the reactive current is not increased.
【請求項9】前記n型クラッド層は、n側電極に接続さ
れており、前記n側電極との間にGaNからなるバッフ
ァ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項8
記載の半導体発光素子。
9. The n-type cladding layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type cladding layer and the n-side electrode.
The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
【請求項10】n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p
型AlGaNからなるp型クラッド層とでInGaNからなる活性
層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記n型クラッ
ド層のAl比率を低減させて、前記活性層のバンドギャ
ップエネルギーにより定まる値となるように、前記n型
クラッド層のバンドギャップエネルギーを低くして、前
記活性層への電子の注入が低電圧で行えるようにすると
共に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きいこ
とを利用して活性層から前記n型クラッド層への正孔の
漏れを防止できるようにして、無効電流を増大させない
ようにしたことを特徴とする半導体発光素子。
10. An n-type cladding layer made of n-type AlGaN,
A sandwich structure in which an active layer made of InGaN is sandwiched between a p-type clad layer made of n-type AlGaN and an Al ratio of the n-type clad layer so as to have a value determined by the band gap energy of the active layer. In addition, the band gap energy of the n-type cladding layer is reduced so that electrons can be injected into the active layer at a low voltage, and the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. A semiconductor light-emitting device characterized by preventing holes from leaking from the active layer to the n-type cladding layer so as not to increase reactive current.
【請求項11】前記n型クラッド層は、n側電極に接続
されており、前記n側電極との間にGaNからなるバッ
ファ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項
10記載の半導体発光素子。
11. The n-type clad layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type clad layer and the n-side electrode. Semiconductor light emitting device.
【請求項12】 n型AlGaNからなるn型クラッド層と、p
型AlGaNからなるp型クラッド層とでI n GaNからなる活
性層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記n型クラ
ッド層のAl比率を低減させて、前記活性層のバンドギ
ャップエネルギーにより定まるAl比率とし、前記n型
クラッド層のバンドギャップエネルギーを、低くして、
前記活性層への電子の注入が低電圧で行えるようにする
と共に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きい
ことを利用して活性層から前記n型クラッド層への正孔
の漏れを防止できるようにして、無効電流を増大させな
いようにし、かつ活性層の膜厚がレーザ発振が可能とな
る程度であることを特徴とする半導体レーザ。
12. An n-type cladding layer made of n-type AlGaN,
Having a sandwich structure sandwiching an active layer made of InGaN with a p-type cladding layer made of AlGaN, reducing the Al ratio of the n-type cladding layer, and determining the Al ratio determined by the band gap energy of the active layer. And lowering the band gap energy of the n-type cladding layer,
Injection of electrons into the active layer can be performed at a low voltage, and leakage of holes from the active layer to the n-type cladding layer by utilizing that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. A semiconductor laser characterized in that the reactive current is prevented from increasing, the reactive current is not increased, and the thickness of the active layer is such that laser oscillation is possible.
【請求項13】前記サンドイッチ構造は基板上に設けら
れると共に、前記サンドイッチ構造と前記基板とのあい
だに少なくともGaNからなるバッファ層が設けられてな
る請求項12記載の半導体レーザ。
13. The semiconductor laser according to claim 12, wherein said sandwich structure is provided on a substrate, and a buffer layer made of at least GaN is provided between said sandwich structure and said substrate.
【請求項14】前記サンドイッチ構造は基板上に設けら
れると共に、前記サンドイッチ構造の前記基板と反対側
の表面側に少なくともGaNからなるキャップ層が設け
られてなる請求項12または13記載の半導体レーザ。
14. The semiconductor laser according to claim 12, wherein said sandwich structure is provided on a substrate, and a cap layer made of at least GaN is provided on a surface side of said sandwich structure opposite to said substrate.
【請求項15】前記キャップ層および前記サンドイッチ
構造の一部がエッチングされてメサ形状にされてなる請
求項14記載の半導体レーザ。
15. The semiconductor laser according to claim 14, wherein a part of said cap layer and said sandwich structure is etched to form a mesa.
【請求項16】 n型AlGaN層と、p型AlGaN層とで、InGaN
層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記n型AlGaN
層のAl比率を低減させて、前記InGaN層のバンドギャ
ップエネルギーにより定まる前記p型AlGaN層のAl比
率の半分以下とし、前記n型AlGaN層のバンドギャップ
エネルギーを、前記InGaN層のバンドギャップエネルギ
ーとの差がp型AlGaN層のバンドギャップエネルギーと前
記InGaN層のバンドギャップエネルギーとの差の1/2
程度となるように構成したことを特徴とするダブルヘテ
ロ接合型の半導体発光素子。
16. An n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN layer comprising InGaN
Having a sandwich structure sandwiching the layers, wherein the n-type AlGaN
By reducing the Al ratio of the layer, to less than half the Al ratio of the p-type AlGaN layer determined by the band gap energy of the InGaN layer, the band gap energy of the n-type AlGaN layer, the band gap energy of the InGaN layer and Is 1/2 of the difference between the bandgap energy of the p-type AlGaN layer and the bandgap energy of the InGaN layer.
A double-heterojunction type semiconductor light-emitting device characterized in that it is configured to have the same size.
【請求項17】前記n型AlGaN層は、n側電極に接続さ
れており、前記n側電極との間にGaNからなるバッフ
ァ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項1
6記載の半導体発光素子。
17. The semiconductor device according to claim 1, wherein the n-type AlGaN layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type AlGaN layer and the n-side electrode.
7. The semiconductor light emitting device according to item 6.
【請求項18】n型AlGaN層と、p型AlGaN層とで、InGaN
層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記n型AlGaN
層のAl比率を低減させて、前記InGaN層のバンドギャ
ップエネルギーにより定まる前記p型AlGaN層のAl比
率の半分以下とし、前記n型AlGaN層のバンドギャップ
エネルギーを、前記InGaN層のバンドギャップエネルギ
ーとの差がp型AlGaN層のバンドギャップエネルギーと前
記InGaN層のバンドギャップエネルギーとの差の1/2
程度となるように、低くして、前記InGaN層への電子の
注入が低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質
量が電子の有効質量よりも大きいことを利用してInGaN
層から前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止できるよ
うにして、無効電流を増大させないようにしたことを特
徴とするダブルヘテロ接合型の半導体発光素子。
18. An n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN layer comprising InGaN
Having a sandwich structure sandwiching the layers, wherein the n-type AlGaN
By reducing the Al ratio of the layer, to less than half the Al ratio of the p-type AlGaN layer determined by the band gap energy of the InGaN layer, the band gap energy of the n-type AlGaN layer, the band gap energy of the InGaN layer and Is 1/2 of the difference between the bandgap energy of the p-type AlGaN layer and the bandgap energy of the InGaN layer.
In order to make it possible to inject electrons into the InGaN layer at a low voltage, and to make use of the fact that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons,
A double heterojunction semiconductor light emitting device, characterized in that holes can be prevented from leaking from the layer to the n-type AlGaN layer so that the reactive current is not increased.
【請求項19】前記n型AlGaN層は、n側電極に接続さ
れており、前記n側電極との間にGaNからなるバッフ
ァ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項1
8記載の半導体発光素子。
19. The n-type AlGaN layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer of GaN is interposed between the n-type AlGaN layer and the n-side electrode.
9. The semiconductor light emitting device according to 8.
【請求項20】基板と、前記基板上に設けられ、n型GaN
層からなるn型バッファ層と、前記n型バッファ層上に設
けられるn型AlGaN層と、前記n型AlGaN層上に設けられる
InGaN層と、前記InGaN層上に設けられるp型AlGaN層とを
有し、前記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、前記I
nGaN層のバンドギャップエネルギーにより定まる前記p
型AlGaN層のAl比率の半分以下とし、前記n型AlGaN層
のバンドギャップエネルギーを、前記InGaN層のバンド
ギャップエネルギーとの差がp型AlGaN層のバンドギャッ
プエネルギーと前記InGaN層のバンドギャップエネルギ
ーとの差の1/2程度となるように、低くして、前記In
GaN層への電子の注入が低電圧で行えるようにすると共
に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きいこと
を利用してInGaN層から前記n型AlGaN層への正孔の漏れ
を防止できるようにして、無効電流を増大させないよう
にしたダブルヘテロ接合型の発光ダイオード。
20. A substrate, and n-type GaN provided on the substrate.
N-type buffer layer comprising a layer, an n-type AlGaN layer provided on the n-type buffer layer, and provided on the n-type AlGaN layer
An InGaN layer, and a p-type AlGaN layer provided on the InGaN layer, the Al ratio of the n-type AlGaN layer is reduced,
The above p determined by the band gap energy of the nGaN layer
The bandgap energy of the n-type AlGaN layer, the difference between the bandgap energy of the InGaN layer and the bandgap energy of the p-type AlGaN layer and the bandgap energy of the InGaN layer are set to be equal to or less than half the Al ratio of the AlGaN layer. To be about 1/2 of the difference between
The injection of electrons into the GaN layer can be performed at a low voltage, and the leakage of holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer can be prevented by utilizing that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. A double-heterojunction type light-emitting diode that can be prevented from increasing reactive current.
【請求項21】基板と、前記基板上に設けられるn型GaN
からなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けられ、
n型AlGaN層と、前記n型AlGaN層上に設けられるInGaN層
と、前記InGaN層上に設けられるp型AlGaN層と、前記p型
AlGaN層上に設けられ、p型GaNからなるキャップ層
とを有し、前記n型AlGaN層のAl比率を低減させて、
前記InGaN層のバンドギャップエネルギーにより定まる
Al比率とし、前記n型AlGaN層のバンドギャップエネ
ルギーを、前記InGaN層のバンドギャップエネルギーと
の差がp型AlGaN層のバンドギャップエネルギーと前記In
GaN層のバンドギャップエネルギーとの差の1/2程度
となるように、低くして、前記InGaN層への電子の注入
が低電圧で行えるようにすると共に、正孔の有効質量が
電子の有効質量よりも大きいことを利用してInGaN層か
ら前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止できるように
して、無効電流を増大させないようにしたことを特徴と
する半導体レーザ。
21. A substrate, and an n-type GaN provided on the substrate
A buffer layer consisting of:
an n-type AlGaN layer, an InGaN layer provided on the n-type AlGaN layer, a p-type AlGaN layer provided on the InGaN layer, and the p-type
A cap layer made of p-type GaN provided on the AlGaN layer, and reducing the Al ratio of the n-type AlGaN layer,
The Al ratio determined by the band gap energy of the InGaN layer, the band gap energy of the n-type AlGaN layer, the difference between the band gap energy of the InGaN layer and the band gap energy of the p-type AlGaN layer and the In gap
It is lowered so as to be about half the difference from the band gap energy of the GaN layer so that the injection of electrons into the InGaN layer can be performed at a low voltage and the effective mass of holes is reduced to the effective mass of electrons. A semiconductor laser characterized by preventing leakage of holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer by utilizing the fact that the mass is larger than the mass, so as not to increase the reactive current.
【請求項22】前記基板はサファイア基板であることを
特徴とする請求項21に記載の半導体レーザ。
22. The semiconductor laser according to claim 21, wherein said substrate is a sapphire substrate.
【請求項23】n型AlGaN層と、p型AlGaN層とでI n GaN
層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記InGaN層か
ら前記n型AlGaN層への正孔の漏れを防止することが出
来る程度に、前記n型AlGaN層のバンドギャップエネル
ギーを低くして、電子の前記InGaN層への注入が低電圧
で行えるように、前記n型AlGaN層のAl比率を、前記I
nGaN層のバンドギャップエネルギーにより定まる値だけ
小さくして、無効電流を増大させないようにしたことを
特徴とする半導体発光素子。
23. An InGaN having an n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN layer
The n-type AlGaN layer has a sandwich structure sandwiching the layers, and the band gap energy of the n-type AlGaN layer is reduced to an extent that holes can be prevented from leaking from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer. The Al ratio of the n-type AlGaN layer is adjusted to the I ratio so that the implantation into the InGaN layer can be performed at a low voltage.
A semiconductor light emitting device wherein the reactive current is reduced by a value determined by the band gap energy of the nGaN layer so as not to increase.
【請求項24】前記n型AlGaN層は、n側電極に接続さ
れており、前記n側電極との間にGaNからなるバッフ
ァ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項2
3記載の半導体発光素子。
24. The n-type AlGaN layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type AlGaN layer and the n-side electrode.
4. The semiconductor light emitting device according to 3.
【請求項25】n型AlGaN層と、p型AlGaN層とでI n GaN
層をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記n型AlGaN
層のAl比率を低減させて、前記InGaN層のバンドギャ
ップエネルギーにより定まる値となるように、前記n型
AlGaN層のバンドギャップエネルギーを低くして、前記I
nGaN層への電子の注入が低電圧で行えるようにすると共
に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きいこと
を利用してInGaN層から前記n型AlGaN層への正孔の漏れ
を防止できるようにして、無効電流を増大させないよう
にしたことを特徴とする半導体発光素子。
25. An InGaN having an n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN layer
Having a sandwich structure sandwiching the layers, wherein the n-type AlGaN
The n-type so that the Al ratio of the layer is reduced to a value determined by the band gap energy of the InGaN layer.
By lowering the band gap energy of the AlGaN layer,
The electron injection into the nGaN layer can be performed at a low voltage, and the leakage of holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer can be prevented by utilizing that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. A semiconductor light emitting device characterized in that the reactive current can be prevented so as not to increase the reactive current.
【請求項26】前記n型AlGaN層は、n側電極に接続さ
れており、前記n側電極との間にGaNからなるバッフ
ァ層が介在せしめられていることを特徴とする請求項2
5記載の半導体発光素子。
26. The n-type AlGaN layer is connected to an n-side electrode, and a buffer layer made of GaN is interposed between the n-type AlGaN layer and the n-side electrode.
6. The semiconductor light emitting device according to 5.
【請求項27】 n型AlGaN層と、p型AlGaN層とでInGaN層
をはさんだサンドイッチ構造を有し、前記n型AlGaN層
のAl比率を低減させて、前記InGaN層のバンドギャッ
プエネルギーにより定まるAl比率とし、前記n型AlGa
N層のバンドギャップエネルギーを、低くして、前記InG
aN層への電子の注入が低電圧で行えるようにすると共
に、正孔の有効質量が電子の有効質量よりも大きいこと
を利用してInGaN層から前記n型AlGaN層への正孔の漏れ
を防止できるようにして、無効電流を増大させないよう
にし、かつInGaN層の膜厚がレーザ発振が可能となる程
度であることを特徴とする半導体レーザ。
27. A sandwich structure in which an InGaN layer is sandwiched between an n-type AlGaN layer and a p-type AlGaN layer, wherein the Al ratio of the n-type AlGaN layer is reduced and determined by the band gap energy of the InGaN layer. Al ratio, the n-type AlGa
By lowering the bandgap energy of the N layer, the InG
The electron injection into the aN layer is performed at a low voltage, and the leakage of holes from the InGaN layer to the n-type AlGaN layer is performed by utilizing that the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. A semiconductor laser characterized in that the thickness of the InGaN layer is such that laser oscillation can be prevented while preventing reactive current from increasing.
【請求項28】前記サンドイッチ構造は基板上に設けら
れると共に、前記サンドイッチ構造と前記基板とのあい
だに少なくともGaNからなるバッファ層が設けられて
なる請求項27記載の半導体レーザ。
28. The semiconductor laser according to claim 27, wherein said sandwich structure is provided on a substrate, and a buffer layer made of at least GaN is provided between said sandwich structure and said substrate.
【請求項29】前記サンドイッチ構造は基板上に設けら
れると共に、前記サンドイッチ構造の前記基板と反対側
の表面側に少なくともGaNからなるキャップ層が設け
られてなる請求項27または28記載の半導体レーザ。
29. The semiconductor laser according to claim 27, wherein said sandwich structure is provided on a substrate, and a cap layer made of at least GaN is provided on a surface side of said sandwich structure opposite to said substrate.
【請求項30】前記キャップ層および前記サンドイッチ
構造の一部がエッチングされてメサ形状にされてなる請
求項29記載の半導体レーザ。
30. The semiconductor laser according to claim 29, wherein a part of said cap layer and said sandwich structure is etched to form a mesa.
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