JP2004031990A - Nitride semiconductor light emitting element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor light emitting element having a high light emission output and a narrow half-value width of emission spectra. <P>SOLUTION: A nitride semiconductor light emitting element comprising an active layer 405 having a nitride semiconductor containing indium and gallium, wherein the n-side of the active layer 405 is provided with a nitride semiconductor layer 414 made up of InGaN or GaN in contact with the active layer, the p-side of the active layer is provided with a nitride semiconductor layer 416 made up of AlGaN, a light guide layer 426 made up of InGaN or GaN and a clad layer 436 made up of AlGaN in order from the active layer, and the nitride semiconductor layer 416 made up of AlGaN is in contact with the active layer. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)等の半導体発光素子に係り、特には、基板上に積層される半導体層構造が窒化物半導体により構成される窒化物半導体発光素子に発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) and a laser diode (LD), and in particular, emits light to a nitride semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer structure laminated on a substrate is made of a nitride semiconductor. Related to the element.

 紫外から赤色領域までの波長領域に発光するLED、LD等の半導体発光素子の材料としてInGaN、AlGaN、GaN等の窒化物半導体が有望視されている。現在、これら窒化物半導体材料で構成された青色LED、青緑色LEDが実用化され、ディスプレイ、信号等に用いられている。 窒 化 Nitride semiconductors such as InGaN, AlGaN, and GaN are promising as materials for semiconductor light emitting devices such as LEDs and LDs that emit light in the wavelength region from ultraviolet to red. At present, blue LEDs and blue-green LEDs composed of these nitride semiconductor materials have been put to practical use and used for displays, signals, and the like.

 これらの青色、青緑色発光窒化物半導体LED素子は、ダブルヘテロ構造を有し、基本的には、基板の上に、n型GaNよりなるn型コンタクト層と、n型AlGaNよりなるn型クラッド層と、n型InGaNよりなる活性層と、p型AlGaNよりなるp型クラッド層と、p型GaNよりなるp型コンタクト層とが順次積層された構造を有している。活性層には、Si、Ge等のドナー不純物および/またはZn、Mg等のアクセプター不純物がドープされている。このLED素子の発光波長は、活性層を構成するInGaNのInの比率を変えるか、または活性層にドープする不純物の種類を変えることにより、紫外から赤色領域まで変化させることができる。 These blue and blue-green light emitting nitride semiconductor LED devices have a double heterostructure, and basically have an n-type contact layer made of n-type GaN and an n-type clad made of n-type AlGaN on a substrate. It has a structure in which a layer, an active layer made of n-type InGaN, a p-type clad layer made of p-type AlGaN, and a p-type contact layer made of p-type GaN are sequentially stacked. The active layer is doped with donor impurities such as Si and Ge and / or acceptor impurities such as Zn and Mg. The emission wavelength of this LED element can be changed from the ultraviolet region to the red region by changing the ratio of In in InGaN constituting the active layer or by changing the type of impurities doped into the active layer.

 他方、LD素子については、従来より種々の構造が提案されている。例えば特開平6−21511号公報には、分離閉じ込め型のLD素子が開示されている。このLD素子は、InGaNよりなる膜厚100オングストローム以下の活性層をn型GaN層とp型GaN層とにより挟持し、さらにn型GaN層およびp型GaN層のそれぞれの上にp型AlGaN層およびn型AlGaN層を設けた構造を有する。この素子において、AlGaN層が光閉じ込め層として作用している。 On the other hand, various structures have conventionally been proposed for LD elements. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 6-21511 discloses a separate confinement type LD element. In this LD element, an active layer made of InGaN having a thickness of 100 Å or less is sandwiched between an n-type GaN layer and a p-type GaN layer, and a p-type AlGaN layer is formed on each of the n-type GaN layer and the p-type GaN layer. And an n-type AlGaN layer. In this device, the AlGaN layer functions as a light confinement layer.

 窒化物半導体LED素子については、上に述べたようなダブルへテロ構造が実現されたことにより、発光出力は実用レベルまで向上するに至っている。しかしながら、LED素子であってもさらに高い発光出力を示す素子が望ましいばかりでなく、従来のLED素子においては、活性層(発光層)に不純物がドープされているために、発光スペクトルの半値幅が広くなるきらいがある。発光スペクトルの半値幅が広いと、その発光色は白色味を帯びて見えるので、そのようなLED素子を用いて例えばフルカラーディスプレイを作製した際には、そのカラーディスプレイの色再現領域が狭くなることとなる。 (4) With regard to the nitride semiconductor LED element, the light emission output has been improved to a practical level by realizing the double hetero structure as described above. However, it is not only desirable that an LED element exhibit a higher light emission output, but also in the conventional LED element, the active layer (light emitting layer) is doped with impurities, so that the half width of the emission spectrum is reduced. There is a tendency to be wide. If the half-width of the emission spectrum is wide, the emission color appears to have a white tint, so when a full-color display is manufactured using such an LED element, for example, the color reproduction area of the color display is narrowed. It becomes.

 他方、窒化物半導体LD素子は、前記特開平6−21511号公報に記載されているように、ノンドープのInGaNで形成された活性層を有するダブルへテロ構造により、理論的には、実現可能であるが、実際にはそのLD素子は発振するには至っていない。特にこの公報に記載されているように、活性層を量子井戸構造とすることにより、発光出力が大幅に向上するはずであるが、前述のように、実際はレーザ発振するに至っていない。 On the other hand, a nitride semiconductor LD device can be theoretically realized by a double hetero structure having an active layer formed of non-doped InGaN, as described in JP-A-6-21511. However, the LD element does not actually oscillate. In particular, as described in this publication, when the active layer has a quantum well structure, the light emission output should be greatly improved. However, as described above, laser oscillation does not actually occur.

 従って、本発明は、LED素子に適用した場合には、発光出力が高く、発光スペクトルの半値幅が狭いLED素子を実現でき、またLD素子に適用した場合には、現実のレーザ発振を行えるLD素子を実現できる新規な構造の窒化物半導体発光素子を提供することを課題とする。 Therefore, when the present invention is applied to an LED element, an LED element having a high emission output and a narrow half-width of an emission spectrum can be realized, and when applied to an LD element, an LD capable of real laser oscillation can be realized. It is an object to provide a nitride semiconductor light emitting device having a novel structure that can realize the device.

 本発明者らは、活性層をp型半導体層とn型半導体層で挟持した構造の窒化物半導体発光素子について鋭意研究した結果、活性層をInGaNで形成するとともに、これを量子井戸構造(単一量子井戸および多重量子井戸構造の双方を含む)とすることによって当該活性層からの発光をInGaNのバンド間発光に基づくものとすることができ、もって半値幅の狭い発光を得ることができること、および特定のp型層またはn型層を当該活性層に接して設けることによって、高い発光出力を示すおよび/または現実のレーザ発振を行える窒化物半導体発光素子が得られることを見いだした。これらの知見に基づいてさらに研究を進め、本発明を完成するに至った。 The present inventors have conducted intensive studies on a nitride semiconductor light emitting device having a structure in which an active layer is sandwiched between a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. As a result, the active layer was formed of InGaN, and the active layer was formed of a quantum well structure (a single layer). Light emission from the active layer can be based on the inter-band emission of InGaN, whereby light emission with a narrow half-value width can be obtained. Further, it has been found that a nitride semiconductor light-emitting device exhibiting high light emission output and / or capable of performing actual laser oscillation can be obtained by providing a specific p-type layer or n-type layer in contact with the active layer. Further research was conducted based on these findings, and the present invention was completed.

 より具体的には、本発明は、インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を有する活性層を備えた窒化物半導体発光素子であって、前記活性層のn側に、活性層に接してInGaNもしくはGaNからなる窒化物半導体層を有し、前記活性層のp側に、活性層から順に、AlGaNからなる窒化物半導体層と、InGaNもしくはGaNからなる光ガイド層と、AlGaNからなるクラッド層とを有し、前記AlGaNからなる窒化物半導体層が、活性層に接していることを特徴とする。 More specifically, the present invention relates to a nitride semiconductor light-emitting device including an active layer having a nitride semiconductor containing indium and gallium, wherein on the n-side of the active layer, InGaN or A nitride semiconductor layer made of GaN, and a p-side of the active layer, in order from the active layer, a nitride semiconductor layer made of AlGaN, a light guide layer made of InGaN or GaN, and a clad layer made of AlGaN. And the nitride semiconductor layer made of AlGaN is in contact with an active layer.

 また、別の側面によれば、第1および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつn型InGa1−jN(ここで、0<j<1)からなる第1のn型クラッド層、該第1のn型層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつn型AlGa1−bN(ここで、0<b<1)からなる第2のn型クラッド層、該第2のn型層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつn型GaNからなるn型コンタクト層、および該活性層の第2の主面に接して設けられたp型窒化物半導体層を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
 ここで、p型窒化物半導体層は、活性層の第2の主面に接して設けられたp型窒化物半導体からなるp型クラッド層と、該p型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられたp型GaNもしくはAlGaNからなるp型コンタクト層を含むことができる。また、活性層と第1のn型クラッド層とが、合計で300オングストローム以上の厚さを有することが好ましい。
According to another aspect, an active layer having a quantum well structure including first and second main surfaces and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, and a first main surface of the active layer contact provided, and n-type in j Ga 1-j n (where, 0 <j <1) the first n-type clad layer made of, a position away from the active layer than the first n-type layer provided, and n-type Al b Ga 1-b n (where, 0 <b <1) second n-type clad layer made of, in a position away from the active layer than the n-type layer of the second A nitride semiconductor light emitting device is provided, comprising: an n-type contact layer made of n-type GaN; and a p-type nitride semiconductor layer provided in contact with a second main surface of the active layer. Is done.
Here, the p-type nitride semiconductor layer is a p-type clad layer made of a p-type nitride semiconductor provided in contact with the second main surface of the active layer, and is farther from the active layer than the p-type clad layer. A p-type contact layer made of p-type GaN or AlGaN provided at a position can be included. Further, it is preferable that the active layer and the first n-type cladding layer have a total thickness of 300 Å or more.

 さらに別の側面によれば、第1および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面に接して設けられたn型窒化物半導体層、該活性層の第2の主面に接して設けられ、かつp型InGa1−xN(ここで、0≦x<1)からなる第1のp型クラッド層、該第1のp型層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつp型AlbGa1−bN(ここで、0<b<1)からなる第2のp型クラッド層、該第2のp型層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつp型GaNもしくはAlGaNからなるp型コンタクト層を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 According to still another aspect, an active layer having a quantum well structure including first and second main surfaces and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, wherein the active layer is in contact with the first main surface of the active layer. A first n-type nitride semiconductor layer provided in contact with the second main surface of the active layer and made of p-type In x Ga 1-x N (where 0 ≦ x <1) P-type cladding layer, a second p-type cladding layer provided at a position farther from the active layer than the first p-type layer, and made of p-type AlbGa 1-b N (here, 0 <b <1) A nitride semiconductor light-emitting device comprising: a clad layer; a p-type contact layer made of p-type GaN or AlGaN, provided at a position farther from the active layer than the second p-type layer.

 ここで、n型窒化物半導体層が、活性層の第1の主面に接して設けられたn型InGa1−wN(ここで、0≦w<1)からなる第1のn型層を含むことができる。また、n型窒化物半導体層は、第1のn型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられたn型GaNからなるn型コンタクト層を含むことができる。また、n型窒化物半導体層が、第1のn型クラッド層とn型コンタクト層との間にn型AlGa1−aN(ここで、0<a<1)からなる第2のn型クラッド層をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の窒化物半導体発光素子。また、活性層と第1のp型クラッド層とが、合計で300オングストローム以上の厚さを有することが好ましく、活性層と第1のn型クラッド層とが、合計で300オングストローム以上の厚さを有することが好ましい。 Here, the n-type nitride semiconductor layer is formed of n-type In w Ga 1-w N (here, 0 ≦ w <1) provided in contact with the first main surface of the active layer. A mold layer may be included. In addition, the n-type nitride semiconductor layer can include an n-type contact layer made of n-type GaN provided at a position farther from the active layer than the first n-type clad layer. Further, n-type nitride semiconductor layer (where, 0 <a <1) n-type between the first n-type cladding layer and the n-type contact layer Al a Ga 1-a N from the consisting second The nitride semiconductor light emitting device according to claim 6, further comprising an n-type cladding layer. The active layer and the first p-type cladding layer preferably have a total thickness of 300 Å or more, and the active layer and the first n-type cladding layer preferably have a total thickness of 300 Å or more. It is preferable to have

 また別の側面によれば、第1および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面に接して設けられたn型窒化物半導体層、該活性層の第2の主面に接して設けられ、かつアルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体からなる第1のp型クラッド層、該第1のp型層よりも活性層から離れた位置に設けられ、該第1のp型層よりも大きなバンドギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体からなる第2のp型クラッド層、および該第2のp型層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつp型GaNもしくはAlGaNからなるp型コンタクト層を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 According to another aspect, an active layer having a quantum well structure including first and second main surfaces and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, and in contact with the first main surface of the active layer. A first p-type cladding layer provided in contact with a second main surface of the active layer and made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium; A second p-type layer provided at a position farther from the active layer than the p-type layer, has a larger band gap than the first p-type layer, and is made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. A nitride semiconductor light-emitting device is provided, which is provided at a position farther from the active layer than the clad layer and the second p-type layer, and further includes a p-type contact layer made of p-type GaN or AlGaN. You.

 ここで、n型窒化物半導体層は、活性層の第1の主面に接して設けられ、n型InGaN、GaNもしくはAlGaNからなるn型クラッド層を含むことができる。また、n型窒化物半導体層は、n型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつn型GaNからなるn型コンタクト層を含むことができる。また、第1のp型クラッド層は、10オングストロームから1.0μmまでの厚さを有することが好ましく、n型クラッド層は、100オングストロームから1μmまでの厚さを有することが好ましい。 Here, the n-type nitride semiconductor layer is provided in contact with the first main surface of the active layer, and may include an n-type cladding layer made of n-type InGaN, GaN, or AlGaN. Further, the n-type nitride semiconductor layer is provided at a position farther from the active layer than the n-type cladding layer, and may include an n-type contact layer made of n-type GaN. Also, the first p-type cladding layer preferably has a thickness from 10 Å to 1.0 μm, and the n-type cladding layer preferably has a thickness from 100 Å to 1 μm.

 さらにまた別の側面によれば、第1および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつInGa1−rN(ここで、0<r<1)からなる第1のn型クラッド層、該第1のn型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつ該第1のn型クラッド層よりも大きなバンドギャップを有するn型窒化物半導体からなる第2のn型クラッド層、該第2のn型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつn型GaNからなるn型コンタクト層、および該活性層の第2の主面に設けられたp型窒化物半導体層を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 According to still another aspect, an active layer having a quantum well structure including first and second main surfaces and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, the first main surface of the active layer provided in contact, and (where, 0 <r <1) in r Ga 1-r n first n-type clad layer made of, in a position away from the active layer than the first n-type clad layer A second n-type cladding layer provided and made of an n-type nitride semiconductor having a larger band gap than the first n-type cladding layer, a position further away from the active layer than the second n-type cladding layer And an n-type contact layer made of n-type GaN, and a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface of the active layer. You.

 ここで、p型窒化物半導体は、p型AlGaNからなるp型クラッド層と、p型AlGaNもしくはGaNからなるp型コンタクト層を含むことができる。また、第1のn型クラッド層は、10オングストローム以上の厚さを有することが好ましく、第2のn型クラッド層は、500オングストローム以上の厚さを有することが好ましい。さらに、pクラッド層は、100オングストローム以上の厚さを有することが好ましい。 で Here, the p-type nitride semiconductor can include a p-type cladding layer made of p-type AlGaN and a p-type contact layer made of p-type AlGaN or GaN. Further, the first n-type cladding layer preferably has a thickness of 10 Å or more, and the second n-type cladding layer preferably has a thickness of 500 Å or more. Further, the p-cladding layer preferably has a thickness of 100 angstroms or more.

 加えて別の側面によれば、第1および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、および該活性層の第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を備え、該p型窒化物半導体層は、該活性層の第2の主面に接して設けられ、かつアルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体よりなる第1のp型クラッド層と、該第1のp型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、該第1のp型クラッド層よりも大きなバンドギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムを含むp型の窒化物半導体よりなる第2のp型クラッド層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 In addition, according to another aspect, an active layer having a quantum well structure including first and second main surfaces and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, on the first main surface of the active layer And a semiconductor stacked structure having a p-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface of the active layer, wherein the p-type nitride semiconductor layer is A first p-type clad layer provided in contact with the second main surface of the active layer and made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium, and further away from the active layer than the first p-type clad layer And a second p-type cladding layer having a band gap larger than that of the first p-type cladding layer and made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. Is provided.

 また別の側面によれば、第1および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、および該活性層の第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつインジウムとガリウムを含むn型窒化物半導体またはn型GaNよりなる第1のn型クラッド層と、該第1のn型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつ該第1のn型クラッド層よりも大きなバンドギャップを有する第2のn型クラッド層とを含み、該p型窒化物半導体層は、該活性層の第2の主面に接して設けられ、かつアルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体よりなる第1のp型クラッド層と、該第1のp型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、該第1のp型クラッド層よりも大きなバンドギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムを含むp型の窒化物半導体よりなる第2のp型クラッド層とを含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 According to yet another aspect, an active layer having a quantum well structure including first and second main surfaces and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, and an active layer on the first main surface of the active layer A semiconductor laminated structure having an n-type nitride semiconductor layer provided and a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface of the active layer, wherein the n-type nitride semiconductor layer A first n-type cladding layer provided in contact with the first main surface of the layer and made of an n-type nitride semiconductor or n-type GaN containing indium and gallium, and more active than the first n-type cladding layer A second n-type cladding layer provided at a position distant from the layer and having a larger band gap than the first n-type cladding layer, wherein the p-type nitride semiconductor layer 2 and is provided in contact with the main surface and contains aluminum and gallium. a first p-type cladding layer made of a p-type nitride semiconductor, and a bandgap provided at a position farther from the active layer than the first p-type cladding layer and having a larger band gap than the first p-type cladding layer. And a second p-type cladding layer made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium.

 ここで、第1のn型クラッド層が、10オングストローム以上、1.0μm以下の厚さを有することが好ましく、第1のp型クラッド層は、10オングストローム以上、1.0μm以下の厚さを有することが好ましい。 Here, the first n-type cladding layer preferably has a thickness of 10 Å to 1.0 μm, and the first p-type cladding layer has a thickness of 10 Å to 1.0 μm. It is preferred to have.

 さらに別の側面によれば、第1の主面および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、および第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつインジウムとガリウムとを含むn型窒化物半導体またはn型GaNまたはよりなる第1のn型クラッド層と、該第1のn型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつn型GaNまたはアルミニウムとガリウムとを含むn型窒化物半導体よりなる第2のn型クラッド層とを含み、該p型窒化物半導体層は、該活性層の第2の主面に接して設けられ、かつアルミニウムとガリウムとを含むp型窒化物半導体よりなる第1のp型クラッド層と、該第1のp型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつp型GaNまたはインジウムとガリウムとを含むp型窒化物半導体よりなる第2のp型クラッド層とを含み、該第1のp型クラッド層は、10オングストローム以上、1.0μm以下の厚さを有することを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 According to still another aspect, an active layer of a quantum well structure having a first main surface and a second main surface and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, a first active layer of the active layer A semiconductor laminated structure having an n-type nitride semiconductor layer provided on the main surface and a p-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface, wherein the n-type nitride semiconductor layer A first n-type cladding layer provided in contact with the first main surface of the layer and made of n-type nitride semiconductor or n-type GaN or containing indium and gallium; And a second n-type cladding layer made of an n-type nitride semiconductor containing n-type GaN or aluminum and gallium, the p-type nitride semiconductor layer being provided at a position away from the active layer. An active layer provided in contact with the second main surface; A first p-type cladding layer made of a p-type nitride semiconductor containing titanium and gallium; a first p-type cladding layer provided at a position farther from the active layer than the first p-type cladding layer; and p-type GaN or indium and gallium And a second p-type cladding layer made of a p-type nitride semiconductor, the first p-type cladding layer having a thickness of not less than 10 Å and not more than 1.0 μm. An object semiconductor light emitting device is provided.

 またさらに別の側面によれば、第1の主面および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、および第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつアルミニウムを含まないn型の窒化物半導体よりなる第1のn型クラッド層を含み、該p型窒化物半導体層は、アルミニウムを含まないp型の窒化物半導体よりなる第1のp型クラッド層と、該第1のp型クラッド層よりも該活性層から離れた位置に設けられ、かつアルミニウムおよびガリウムを含むp型の窒化物半導体よりなる第2のp型クラッド層とを含み、さらに該第1のn型クラッド層よりも活性層から離れた位置に形成されたn型GaNよりなるn型コンタクト層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 According to still another aspect, an active layer having a quantum well structure having a first main surface and a second main surface and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, a first active layer of the active layer A semiconductor stacked structure having an n-type nitride semiconductor layer provided on a main surface of the semiconductor device, and a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface, wherein the n-type nitride semiconductor layer is A first n-type clad layer provided in contact with the first main surface of the active layer and made of an n-type nitride semiconductor not containing aluminum, wherein the p-type nitride semiconductor layer does not contain aluminum a first p-type clad layer made of a p-type nitride semiconductor, and a p-type nitride semiconductor provided at a position farther from the active layer than the first p-type clad layer and containing aluminum and gallium A second p-type cladding layer comprising: Nitride semiconductor light emitting device characterized in that it comprises a n-type contact layer composed of n-type GaN which is formed in a position at a distance from the active layer than the first n-type cladding layer is provided.

 加えて別の側面によれば、第1の主面および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、および第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつアルミニウムを含まないn型の窒化物半導体よりなる第1のn型クラッド層を含み、該p型窒化物半導体層は、アルミニウムを含まないp型の窒化物半導体よりなる第1のp型クラッド層と、該第1のp型クラッド層よりも該活性層から離れた位置に設けられ、かつアルミニウムおよびガリウムを含むp型の窒化物半導体よりなる第2のp型クラッド層とを含み、さらに該第2のp型クラッド層よりも活性層から離れた位置に形成されたp型GaNよりなるp型コンタクト層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 In addition, according to another aspect, an active layer of a quantum well structure having a first main surface and a second main surface and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, a first layer of the active layer A semiconductor stacked structure having an n-type nitride semiconductor layer provided on a main surface of the semiconductor device, and a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface, wherein the n-type nitride semiconductor layer is A first n-type clad layer provided in contact with the first main surface of the active layer and made of an n-type nitride semiconductor not containing aluminum, wherein the p-type nitride semiconductor layer does not contain aluminum a first p-type clad layer made of a p-type nitride semiconductor, and a p-type nitride semiconductor provided at a position farther from the active layer than the first p-type clad layer and containing aluminum and gallium A second p-type cladding layer comprising: Nitride semiconductor light emitting device characterized in that it comprises a second p-type cladding layer p-type contact layer composed of p-type GaN formed away from the active layer than is provided.

 ここで、活性層と第1のn型クラッド層とは、合計で300オングストローム以上の厚さを有することが好ましい。また、n型窒化物半導体層は、第1のn型クラッド層よりも活性層から離れた位置に形成され、かつアルミニウムとガリウムとを含むn型の窒化物半導体よりなる第2のn型クラッド層をさらに含むことができる。さらに、活性層と第1のn型クラッド層と第1のp型クラッド層とは、合計で300オングストローム以上の厚さを有することが好ましい。 Here, it is preferable that the active layer and the first n-type clad layer have a total thickness of 300 Å or more. The n-type nitride semiconductor layer is formed at a position farther from the active layer than the first n-type clad layer, and is made of a second n-type nitride semiconductor made of an n-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. Layers may be further included. Further, the active layer, the first n-type cladding layer, and the first p-type cladding layer preferably have a total thickness of 300 Å or more.

 また別の側面によれば、第1および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、および該活性層の第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつインジウムとガリウムを含むn型窒化物半導体またはn型GaNよりなる第1のn型クラッド層と、該第1のn型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、該第1のn型クラッド層よりも大きなバンドギャップを有する第2のn型クラッド層とを含み、さらに、該p型窒化物半導体は、p型GaNよりなるp型コンタクト層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 According to yet another aspect, an active layer having a quantum well structure including first and second main surfaces and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, and an active layer on the first main surface of the active layer A semiconductor laminated structure having an n-type nitride semiconductor layer provided and a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface of the active layer, wherein the n-type nitride semiconductor layer A first n-type cladding layer provided in contact with the first main surface of the layer and made of an n-type nitride semiconductor or n-type GaN containing indium and gallium, and more active than the first n-type cladding layer A second n-type cladding layer provided at a position away from the layer and having a larger band gap than the first n-type cladding layer, and the p-type nitride semiconductor is made of p-type GaN Nitride semiconductor including a p-type contact layer Emitting device is provided.

 ここで、第1のn型クラッド層は、10オングストローム以上、1.0μm以下の厚さを有することが好ましい。 Here, the first n-type cladding layer preferably has a thickness of 10 Å or more and 1.0 μm or less.

 さらに別の側面によれば、第1の主面および第2の主面を有し、かつインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、および第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつインジウムとガリウムとを含むn型窒化物半導体またはn型GaNまたはよりなる第1のn型クラッド層と、該第1のn型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつn型GaNまたはアルミニウムとガリウムとを含むn型窒化物半導体よりなる第2のn型クラッド層とを含み、該p型窒化物半導体層は、該活性層の第2の主面に接して設けられ、かつアルミニウムとガリウムとを含むp型窒化物半導体よりなる第1のp型クラッド層を含み、該第1のp型クラッド層は、10オングストローム以上、1.0μm以下の厚さを有することを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 According to still another aspect, an active layer of a quantum well structure having a first main surface and a second main surface and including a nitride semiconductor containing indium and gallium, a first active layer of the active layer A semiconductor laminated structure having an n-type nitride semiconductor layer provided on the main surface and a p-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface, wherein the n-type nitride semiconductor layer A first n-type cladding layer provided in contact with the first main surface of the layer and made of n-type nitride semiconductor or n-type GaN or containing indium and gallium; And a second n-type cladding layer made of an n-type nitride semiconductor containing n-type GaN or aluminum and gallium, the p-type nitride semiconductor layer being provided at a position away from the active layer. An active layer provided in contact with the second main surface; A first p-type cladding layer made of a p-type nitride semiconductor containing nitrogen and gallium, wherein the first p-type cladding layer has a thickness of 10 Å or more and 1.0 μm or less. Is provided.

 また、別の側面によれば、第1および第2の主面を有し、インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体よりなる量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、および該活性層の第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を備え、該n型窒化物半導体層は、該活性層の第1の主面に接して設けられ、かつインジウムとガリウムとを含むn型窒化物半導体またはn型GaNよりなる第1のn型クラッド層を含み、該p型窒化物半導体層は、該活性層の第2の主面に接して形成され、かつアルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体よりなる第1のp型層、および該第1のp型層よりも活性層から離れた位置に設けられたp型GaNよりなる第2のp型層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 Further, according to another aspect, an active layer having a quantum well structure having a first and a second main surface and made of a nitride semiconductor containing indium and gallium is provided on the first main surface of the active layer. A semiconductor laminated structure having an n-type nitride semiconductor layer provided and a p-type nitride semiconductor layer provided on a second main surface of the active layer, wherein the n-type nitride semiconductor layer A first n-type cladding layer that is provided in contact with the first main surface of the layer and is made of an n-type nitride semiconductor or n-type GaN containing indium and gallium, wherein the p-type nitride semiconductor layer comprises: A first p-type layer formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium and in contact with a second main surface of the active layer; and a first p-type layer further away from the active layer than the first p-type layer A second p-type layer made of p-type GaN provided at the position. That the nitride semiconductor light emitting device is provided.

 本発明において、活性層は、厚さ100オングストローム以下の井戸層からなる単一量子井戸構造を構成するか、または活性層は、インジウムおよびガリウムを含む窒化物半導体よりなる井戸層と窒化物半導体よりなる障壁層とを積層してなる多重量子井戸構造を構成することが好ましい。また、本発明において、活性層は、ノンドープのものであることが好ましい。 In the present invention, the active layer constitutes a single quantum well structure comprising a well layer having a thickness of 100 Å or less, or the active layer comprises a well layer comprising a nitride semiconductor containing indium and gallium and a nitride semiconductor. It is preferable to form a multiple quantum well structure formed by laminating a plurality of barrier layers. In the present invention, the active layer is preferably non-doped.

 本発明によれば、発光出力が高く、発光スペクトルの半値幅が狭い窒化物半導体発光素子が提供される。 According to the present invention, there is provided a nitride semiconductor light-emitting device having a high emission output and a narrow half-width of an emission spectrum.

 以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、全図に渡り、しばしば、同様の部分は、同一符号をもって示されている。図1から8に参考的な態様を示し、図9及び12に本発明に関する実施形態を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, similar parts are often denoted by the same reference numerals. 1 to 8 show a reference embodiment, and FIGS. 9 and 12 show embodiments according to the present invention.

 図1は、窒化物半導体発光素子の構造を示す概略断面図である。 FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of the nitride semiconductor light emitting device.

 図1に示す窒化物半導体発光素子10は、活性層15、並びに活性層15を両側で挟んでいる第1のn型クラッド層14およびp型クラッド層16からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、バッファ層12およびn型コンタクト層13を介して、基板11上に設けられている。 The nitride semiconductor light emitting device 10 shown in FIG. 1 has an active layer 15 and a semiconductor laminated structure including a first n-type clad layer 14 and a p-type clad layer 16 sandwiching the active layer 15 on both sides. This semiconductor laminated structure is provided on a substrate 11 via a buffer layer 12 and an n-type contact layer 13.

 活性層15は、インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含する。インジウムとガリウムを含む窒化物半導体は、InAlGa1−m−nN(ここで、0<m<1、0≦n<1)で示すことができる。最も好ましくは、活性層15は、式InGa1−mN(ここで、0<m<1)で示される窒化物半導体を包含する。インジウムの比率、すなわち各式におけるmの値を変えることにより、紫外から赤色までの領域の発光光を得るようにバンドギャップを変えることができる。なお、以下の記載において、式InGa1−mN(ここで、0<m<1)または同等の式をもって表される窒化物半導体を単にInGaNと表示することがある。 Active layer 15 includes a nitride semiconductor containing indium and gallium. Nitride containing indium and gallium semiconductor (where, 0 <m <1,0 ≦ n <1) In m Al n Ga 1-m-n N can be represented by. Most preferably, the active layer 15, (where, 0 <m <1) the formula In m Ga 1-m N including a nitride semiconductor represented by. By changing the ratio of indium, that is, the value of m in each formula, the band gap can be changed so as to obtain emission light in the region from ultraviolet to red. In the following description, the formula In m Ga 1-m N (where, 0 <m <1) is sometimes simply displaying the InGaN nitride semiconductor represented with or equivalent expression.

 活性層15は、量子井戸構造のものである。活性層15を量子井戸構造にすることにより、LED素子であれ、LD素子であれ、歪量子井戸効果、エキシトン発光効果等により、高出力の発光素子が実現できる。 The active layer 15 has a quantum well structure. By forming the active layer 15 in a quantum well structure, a high-output light-emitting element, whether an LED element or an LD element, can be realized by a strained quantum well effect, an exciton emission effect, or the like.

 本発明において、量子井戸構造とは、活性層を構成する窒化物半導体(InGaN)の量子準位間発光を生じさせる構造をいい、単一量子井戸構造および多重量子井戸構造の双方を含む概念である。 In the present invention, the quantum well structure refers to a structure that causes light emission between quantum levels of a nitride semiconductor (InGaN) constituting an active layer, and is a concept including both a single quantum well structure and a multiple quantum well structure. is there.

 単一量子井戸構造とは、井戸層が単一組成の窒化物半導体の一層からなる構造を指す。すなわち、単一量子井戸構造の活性層は、単一の井戸層だけで構成され、この活性層(すなわち、例えば、単一組成のInGaNからなる)を両側で挟持する2つのクラッド層が障壁層を構成することとなる。 The single quantum well structure refers to a structure in which the well layer is composed of a single layer of a nitride semiconductor having a single composition. That is, the active layer having a single quantum well structure is composed of only a single well layer, and two cladding layers sandwiching the active layer (that is, for example, composed of a single composition of InGaN) on both sides are barrier layers. Is formed.

 また、多重量子井戸構造とは、井戸層と障壁層とを順次積層した多層膜構造を指す。多重量子井戸構造の最少積層構造は、1つの障壁層とこの障壁層の両側に設けられた(2つの)井戸層とからなる3層構造または1つの井戸層とその両側に設けられた(2つの)障壁層とからなる3層構造であり得る。多重量子井戸構造において、両側の2つ最外層は、それぞれ井戸層または障壁層により構成される。活性層の2つ最外層がそれぞれ井戸層によって構成される多重量子井戸構造の場合には、当該活性層を両側で挟持する2つのクラッド層が障壁層を構成する。この多重量子井戸構造の活性層において、井戸層および障壁層は、両者をインジウムとガリウムを含む窒化物半導体(好ましくはInGaN)で形成することができる(ただし、両者の組成は異なる)が、井戸層をインジウムとガリウムを含む窒化物半導体(好ましくは、InGaN)で形成し、障壁層を他の窒化物半導体で、例えばInNやGaNで形成することもできる。すなわち、この多重量子井戸構造の活性層も、インジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する。 多重 The multiple quantum well structure refers to a multilayer structure in which a well layer and a barrier layer are sequentially stacked. The minimum stacked structure of the multiple quantum well structure is a three-layer structure including one barrier layer and (two) well layers provided on both sides of the barrier layer or one well layer and two well layers (2 And three barrier layers. In the multiple quantum well structure, the two outermost layers on both sides are each constituted by a well layer or a barrier layer. In the case of a multiple quantum well structure in which the two outermost layers of the active layer are each constituted by a well layer, two cladding layers sandwiching the active layer on both sides constitute a barrier layer. In the active layer having the multiple quantum well structure, both the well layer and the barrier layer can be formed of a nitride semiconductor containing indium and gallium (preferably, InGaN) (although the compositions of both are different). The layer may be formed of a nitride semiconductor containing indium and gallium (preferably, InGaN), and the barrier layer may be formed of another nitride semiconductor, for example, InN or GaN. That is, the active layer having the multiple quantum well structure also includes a nitride semiconductor containing indium and gallium.

 活性層15は、単一量子井戸構造の場合では井戸層を100オングストローム以下の厚さに形成し、多重量子井戸構造の場合では各井戸層を100オングストローム以下の厚さにかつ各障壁層を150オングストローム以下の厚さに形成することが好ましい。いずれの場合でも、井戸層は70オングストローム以下の厚さを有することがさらに好ましく、50オングストローム以下の厚さを有することが最も好ましい。活性層中の障壁層は、100オングストローム以下の厚さに形成することがさらに好ましい。多重量子井戸構造の活性層は、200オングストローム以上の厚さを有することが特に好ましく、通常、0.5μmまでの厚さを有し得る。 In the case of a single quantum well structure, the active layer 15 is formed with a well layer having a thickness of 100 Å or less, and in the case of a multiple quantum well structure, each well layer is formed with a thickness of 100 Å or less and each barrier layer is formed with a thickness of 150 Å or less. It is preferable that the thickness be equal to or less than Å. In any case, the well layer more preferably has a thickness of 70 angstroms or less, and most preferably has a thickness of 50 angstroms or less. More preferably, the barrier layer in the active layer is formed to a thickness of 100 Å or less. It is particularly preferred that the active layer of the multiple quantum well structure has a thickness of 200 Angstroms or more, and may typically have a thickness of up to 0.5 μm.

 単一量子井戸構造、多重量子井戸構造いずれの活性層15においても、活性層はn型、p型いずれでもよいが、特にノンドープ(不純物無添加)とすることにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発光、あるいは量子井戸準位発光が得られるので、特に好ましい。 In the active layer 15 having either a single quantum well structure or a multiple quantum well structure, the active layer may be either n-type or p-type. Exciton light emission or quantum well level light emission is obtained, which is particularly preferable.

 活性層15にドナー不純物および/またはアクセプター不純物をドープする場合、当該不純物をドープした活性層の結晶性がノンドープの活性層の結晶性と実質的に同じであれば、ドナー不純物をドープした活性層は、ノンドープの活性層よりもバンド間発光強度がさらに強くなり得、他方、アクセプター不純物をドープした活性層は、本来のバンド間発光のピーク波長よりも約0.5eV低エネルギー側にシフトした発光ピーク波長を示すが、半値幅は広くなる傾向にある。また、アクセプター不純物とドナー不純物の双方をドープすると、アクセプター不純物のみドープした活性層の発光強度をさらに増大させることができる。特にアクセプター不純物をドープした活性層を得ようとする場合、活性層の導電型はSi等のドナー不純物をもドープしてn型とすることが好ましい。 When the active layer 15 is doped with a donor impurity and / or an acceptor impurity, if the crystallinity of the active layer doped with the impurity is substantially the same as the crystallinity of the non-doped active layer, the active layer doped with the donor impurity is doped. In the active layer, the inter-band emission intensity can be higher than that of the non-doped active layer, while the active layer doped with the acceptor impurity emits light that is shifted to a lower energy side by about 0.5 eV than the peak wavelength of the original inter-band emission. Although the peak wavelength is shown, the half width tends to be wide. Further, when both the acceptor impurity and the donor impurity are doped, the emission intensity of the active layer doped with only the acceptor impurity can be further increased. In particular, when an active layer doped with an acceptor impurity is to be obtained, the conductivity type of the active layer is preferably n-type by also doping a donor impurity such as Si.

 しかしながら、本発明においては、活性層はバンド間発光により強力に発光するのが理想であるので、活性層15には不純物をドープしないことが最も好ましい。また、ノンドープの活性層を有する発光素子は、不純物をドープした活性層を有する発光素子よりもVf(順方向電圧)を低くすることができる。 However, in the present invention, since it is ideal that the active layer emits light strongly by inter-band light emission, it is most preferable that the active layer 15 is not doped with impurities. Further, a light emitting element having a non-doped active layer can have a lower Vf (forward voltage) than a light emitting element having an active layer doped with impurities.

 活性層15の第1の主面に接して設けられている第1のn型クラッド層14は、インジウムとガリウムとを含むn型の窒化物半導体で形成される。InとGaを含む窒化物半導体は、結晶が比較的柔らかいので、いわばバッファ層として作用し、以下にも述べるように、活性層15およびそれ自体に、あるいはその上に形成され得る他の窒化物半導体層にクラックを生じにくくさせてそれらの結晶性を悪化させず、もって発光素子の発光出力を向上させる。第1のn型クラッド層14は、n型InGa1−jN(0<j<1)で形成することが望ましい。このInGa1−jNにおいて、jの値は、0<j≦0.5の範囲内にあることが好ましい。一般にInGaNは、Inの比率を多くするに従い、結晶性が次第に悪くなる傾向にあり、n型クラッド層として当該発光素子に実用的に発光出力の高い発光を行わせるためには、j値が0.5以下であることが好ましいのである。j値は、さらに好ましくは0<j≦0.3、最も好ましくは0<j≦0.2の範囲内にある。 The first n-type cladding layer 14 provided in contact with the first main surface of the active layer 15 is formed of an n-type nitride semiconductor containing indium and gallium. Since the nitride semiconductor containing In and Ga has a relatively soft crystal, it acts as a so-called buffer layer, and as described below, other nitrides that can be formed on the active layer 15 and itself or on it. Cracks are less likely to occur in the semiconductor layers, and their crystallinity is not degraded, so that the light emitting output of the light emitting element is improved. The first n-type cladding layer 14 is preferably formed by n-type In j Ga 1-j N ( 0 <j <1). In this In j Ga 1-j N, the value of j is preferably in the range of 0 <j ≦ 0.5. Generally, InGaN tends to gradually deteriorate in crystallinity as the ratio of In increases, and in order for the light-emitting element to emit light having a high light-emission output practically as an n-type cladding layer, the j value is 0. It is preferably at most 0.5. The j value is more preferably in the range 0 <j ≦ 0.3, most preferably 0 <j ≦ 0.2.

 また、第1のn型クラッド層14のキャリア濃度は、1×1018/cm〜1×1020/cmの範囲内にあることが望ましい。n型クラッド層14中のキャリア濃度が1×1018/cmよりも少ないと活性層15への電子注入効率が低下し、発光出力が低下する傾向にあり、他方n型クラッド層14中のキャリア濃度が1×1020/cmよりも大きいと第1のn型クラッド層の結晶性が悪くなり、発光出力が低下する傾向にあるからである。 Further, the carrier concentration of the first n-type cladding layer 14 is desirably in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 . When the carrier concentration in the n-type cladding layer 14 is lower than 1 × 10 18 / cm 3, the efficiency of electron injection into the active layer 15 decreases, and the light emission output tends to decrease. This is because if the carrier concentration is higher than 1 × 10 20 / cm 3 , the crystallinity of the first n-type cladding layer becomes poor, and the light emission output tends to decrease.

 第1のn型クラッド層14は、その厚さに特に制限はないが、活性層15と第1のn型クラッド層14とは、合計で、300オングストローム以上の厚さを有することが望ましい。InとGaとを含む窒化物半導体層(活性層+第1のn型クラッド層)の総厚が300オングストロームよりも薄いと、活性層15および第1のn型クラッド層14に、さらには第1のn型クラッド層に接して設けられる別の窒化物半導体層に、格子定数不整、熱膨張率の差等によりそれらの界面に存在し得る歪応力によって、クラックが生じやすくなるからである。上にも述べたように、InとGaを含む窒化物半導体は、その結晶が比較的柔らかいので、この応力を緩和させるのに有益であるが、その総厚を300オングストローム以上の厚さに形成することにより、当該応力をより一層緩和させるようになる。この総厚は、1μm以下であることが好ましい。 厚 The thickness of the first n-type cladding layer 14 is not particularly limited, but it is desirable that the active layer 15 and the first n-type cladding layer 14 have a total thickness of 300 Å or more. If the total thickness of the nitride semiconductor layer containing In and Ga (the active layer + the first n-type cladding layer) is less than 300 Å, the active layer 15 and the first n-type cladding layer 14 and the This is because cracks are likely to occur in another nitride semiconductor layer provided in contact with the first n-type cladding layer due to strain stress that may be present at the interface between the nitride semiconductor layers due to irregular lattice constant, difference in coefficient of thermal expansion, and the like. As described above, the nitride semiconductor containing In and Ga is useful for relieving this stress because the crystal is relatively soft, but the total thickness is formed to be 300 Å or more. By doing so, the stress can be further alleviated. This total thickness is preferably 1 μm or less.

 活性層15の第2の主面に接して形成されているp型クラッド層16は、p型窒化物半導体で形成される。そのような窒化物半導体は、式InAlGa1−s−tN(ここで、0≦s、0≦t、s+t≦1)で示すことができる。 P-type cladding layer 16 formed in contact with the second main surface of active layer 15 is formed of a p-type nitride semiconductor. Such nitride semiconductor of the formula In s Al t Ga 1-s -t N ( where, 0 ≦ s, 0 ≦ t , s + t ≦ 1) can be represented by.

 基板11は、サファイア(C面、R面、A面を含む)、SiC(6H−SiC、4H−SiCを含む。)、Si、ZnO、GaAs、スピネル(MgAl2O4、特にその(111)面)、GaN、窒化物半導体と格子定数の近い酸化物単結晶等で形成することができるが、一般的には、サファイア、スピネル、GaNまたはSiCが使用される。 The substrate 11 is made of sapphire (including C-plane, R-plane, and A-plane), SiC (including 6H-SiC, 4H-SiC), Si, ZnO, GaAs, spinel (MgAl2O4, particularly its (111) plane), Although it can be formed using GaN or an oxide single crystal having a lattice constant close to that of a nitride semiconductor, sapphire, spinel, GaN, or SiC is generally used.

 基板11上に形成されているバッファ層12は、基板11とその上に形成される窒化物半導体層との格子不整合を緩和するために通常形成されるものであり、例えばGaN、AlN、GaAlN等により数百オングストロームの厚さに形成される。なお、基板11がその上に形成される窒化物半導体と格子定数が近いSiCやZnOのような材料で形成されている場合、また基板11がその上に形成される窒化物半導体と格子整合している場合には、このバッファ層12は形成されないこともある。 The buffer layer 12 formed on the substrate 11 is usually formed to reduce lattice mismatch between the substrate 11 and the nitride semiconductor layer formed thereon. For example, GaN, AlN, GaAlN It is formed to have a thickness of several hundred angstroms. When the substrate 11 is formed of a material such as SiC or ZnO having a lattice constant close to that of the nitride semiconductor formed thereon, the substrate 11 is lattice-matched with the nitride semiconductor formed thereon. In this case, the buffer layer 12 may not be formed.

 バッファ層12上には、第1のn型クラッド層14にも接してn型コンタクト層13が形成されている。このn型コンタクト層13は、GaN、AlGaN等で形成することが好ましい。 N On the buffer layer 12, an n-type contact layer 13 is also formed in contact with the first n-type cladding layer. This n-type contact layer 13 is preferably formed of GaN, AlGaN, or the like.

 基板11に所定の各半導体層を形成した後、エッチングにより露出されたn型コンタクト層の表面上には、負電極18が形成されている。 (4) After forming each predetermined semiconductor layer on the substrate 11, a negative electrode 18 is formed on the surface of the n-type contact layer exposed by etching.

 n型コンタクト層13は、GaNで形成すると、負電極18とのより一層好ましいオーミックコンタクトが達成され、発光素子の順方向電圧(Vf)をより一層低下させる。また、GaNはその結晶性が他の三元混晶、四元混晶の窒化物半導体に比べて優れているため、その上に成長させる第1のn型クラッド層14等の窒化物半導体層の結晶性を向上させることができるので、発光素子の発光出力を向上させる。 When the n-type contact layer 13 is formed of GaN, more preferable ohmic contact with the negative electrode 18 is achieved, and the forward voltage (Vf) of the light emitting element is further reduced. In addition, since GaN is superior in crystallinity to other ternary mixed crystal and quaternary mixed crystal nitride semiconductors, a nitride semiconductor layer such as the first n-type clad layer 14 grown thereon is grown. Can improve the crystallinity of the light-emitting element, thereby improving the light-emitting output of the light-emitting element.

 また、n型コンタクト層13のキャリア濃度は、負電極18との好ましいオーミック接触の達成およびその結果としてのVfの低下並びに発光出力の低下防止の観点から、5×1017/cm〜5×1019/cmの範囲内にあることが望ましい。 In addition, the carrier concentration of the n-type contact layer 13 is preferably 5 × 10 17 / cm 3 to 5 × from the viewpoint of achieving a preferable ohmic contact with the negative electrode 18, resulting in a reduction in Vf, and preventing a reduction in light emission output. It is desirable to be within the range of 10 19 / cm 3 .

 負電極18は、n型コンタクト層13との好ましいオーミックコンタクトの達成の観点から、チタン(Ti)と金(Au)とを含む金属材料、例えばそれらの積層構造または合金、またはTiとアルミニウム(Al)とを含む金属材料、例えばそれらの積層構造または合金で形成することが最も好ましい。この場合において、負電極18は、n型GaNコンタクト層13に直接接して設けられたチタン層とその上に形成されたアルミニウム層との2層構造として形成することが特に好ましい。 From the viewpoint of achieving a preferable ohmic contact with the n-type contact layer 13, the negative electrode 18 is made of a metal material containing titanium (Ti) and gold (Au), for example, a laminated structure or alloy thereof, or Ti and aluminum (Al). ) Is most preferably formed of a metal material containing, for example, a laminated structure or an alloy thereof. In this case, it is particularly preferable that the negative electrode 18 be formed as a two-layer structure of a titanium layer provided directly in contact with the n-type GaN contact layer 13 and an aluminum layer formed thereon.

 p型クラッド層16上には、p型コンタクト層17が形成され、その上には、正電極19が形成されている。p型コンタクト層17は、GaN、AlGaN等で形成することが好ましい。特にp型コンタクト層17をGaNで形成すると、正電極19とのより一層好ましいオーミックコンタクトが達成され、発光素子のVfを低下させることができる。 A p-type contact layer 17 is formed on the p-type cladding layer 16, and a positive electrode 19 is formed thereon. The p-type contact layer 17 is preferably formed of GaN, AlGaN, or the like. In particular, when the p-type contact layer 17 is formed of GaN, more preferable ohmic contact with the positive electrode 19 is achieved, and Vf of the light emitting element can be reduced.

 正電極19との好ましいオーミック接触の達成およびその結果としてのVfの低下並びに発光出力の低下防止の観点から、p型コンタクト層17のキャリア濃度は、1×1017/cm〜1×1019/cmの範囲内にあることが望ましい。 The carrier concentration of the p-type contact layer 17 is 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19, from the viewpoint of achieving a preferable ohmic contact with the positive electrode 19 and resulting reduction of Vf and prevention of reduction of light emission output. / Cm 3 is desirable.

 正電極19は、p型コンタクト層17との好ましいオーミックコンタクトの達成の観点から、ニッケル(Ni)と金(Au)とを含む金属材料、例えばそれらの積層構造または合金で形成することが最も好ましい。この場合において、正電極19は、p型GaNコンタクト層17に直接接して設けられたニッケル層とその上に形成された金層との2層構造として形成することが特に好ましい。 From the viewpoint of achieving a preferable ohmic contact with the p-type contact layer 17, the positive electrode 19 is most preferably formed of a metal material containing nickel (Ni) and gold (Au), for example, a stacked structure or an alloy thereof. . In this case, it is particularly preferable that the positive electrode 19 be formed as a two-layer structure of a nickel layer provided directly in contact with the p-type GaN contact layer 17 and a gold layer formed thereon.

 図2は、窒化物半導体発光素子の別の態様を示す。 FIG. 2 shows another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device.

 図2に示す発光素子20は、第1のn型クラッド層14とn型コンタクト層13との間に、第2のn型クラッド層21を設けた以外は、図1に示す窒化物半導体素子と同様の構造を有する。 The light emitting device 20 shown in FIG. 2 is different from the nitride semiconductor device shown in FIG. 1 in that a second n-type cladding layer 21 is provided between the first n-type cladding layer 14 and the n-type contact layer 13. It has the same structure as

 この発光素子20において、図1に示す発光素子構造に付加して設けられている第2のn型クラッド層21は、アルミニウムとガリウムを含むn型窒化物半導体で形成されている。このような第2のn型クラッド層21を設けることによって、第1のn型クラッド層14との間のバンドギャップ差を大きくすることができ、発光素子の発光効率を向上させることができる。 In the light emitting device 20, the second n-type cladding layer 21 provided in addition to the light emitting device structure shown in FIG. 1 is formed of an n-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. By providing such a second n-type cladding layer 21, the band gap difference between the first n-type cladding layer 14 and the first n-type cladding layer 14 can be increased, and the luminous efficiency of the light emitting element can be improved.

 この第2のn型クラッド層21は、好ましくは、n型AlGa1−aN(ここで、0<a<1)で形成される。この場合において、aの値は、0<a≦0.6の範囲内にあることが好ましい。AlGaNはその結晶が比較的硬く、0.6より大きいと、第1のn型クラッド層14の存在にもかかわらず、その層にクラックが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾向にあるからである。a値は、0<a≦0.4の範囲内にあることが最も好ましい。なお、本明細書において、AlGa1−aNまたは同等の式をもって表される窒化物半導体を単にAlGaNと表示することがある。 The second n-type cladding layer 21 is, preferably, (where, 0 <a <1) n-type Al a Ga 1-a N is formed by. In this case, the value of a is preferably in the range of 0 <a ≦ 0.6. If AlGaN has a relatively hard crystal and is larger than 0.6, cracks are relatively likely to occur in the layer, despite the presence of the first n-type cladding layer 14, and the light emission output tends to decrease. Because there is. Most preferably, the value a is in the range of 0 <a ≦ 0.4. In the present specification, sometimes simply indicated as AlGaN nitride semiconductor represented with Al a Ga 1-a N or equivalent expression.

 また、第2のn型クラッド層21のキャリア濃度は、5×1017/cm〜1×1019/cmの範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が5×1017/cmよりも低いと、AlGaNの抵抗率が高くなるので、発光素子のVfが高くなり、発光効率が低下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が1×1019/cmよりも高いとAlGaNの結晶性が悪くなり発光効率が低下するからである。第2のn型クラッド層21は、通常、50オングストローム〜0.5μmの厚さをもって形成することができる。 It is desirable that the carrier concentration of the second n-type cladding layer 21 be in the range of 5 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . If the carrier concentration is lower than 5 × 10 17 / cm 3 , the resistivity of AlGaN increases, so that the Vf of the light emitting element tends to increase and the luminous efficiency tends to decrease. This is because if it is higher than 10 19 / cm 3, the crystallinity of AlGaN deteriorates and the luminous efficiency decreases. The second n-type cladding layer 21 can be usually formed with a thickness of 50 Å to 0.5 μm.

 基板11、バッファ層12、n型コンタクト層13、n型クラッド層14、活性層15、p型クラッド層16、p型コンタクト層17、負電極18および正電極19は、図1に関して説明した通りのものである。 The substrate 11, the buffer layer 12, the n-type contact layer 13, the n-type cladding layer 14, the active layer 15, the p-type cladding layer 16, the p-type contact layer 17, the negative electrode 18 and the positive electrode 19 are as described with reference to FIG. belongs to.

 図3は、窒化物半導体発光素子の他の構造を示す概略断面図である。 FIG. 3 is a schematic sectional view showing another structure of the nitride semiconductor light emitting device.

 図3に示す窒化物半導体発光素子30は、活性層15、並びに活性層15を両側で挟んでいるn型クラッド層34および第1のp型クラッド層36からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、図1に示す構造と同様、バッファ層12およびn型コンタクト層13を介して、基板11上に設けられている。 窒 化 The nitride semiconductor light emitting device 30 shown in FIG. 3 has a semiconductor laminated structure including the active layer 15 and the n-type clad layer 34 and the first p-type clad layer 36 sandwiching the active layer 15 on both sides. This semiconductor multilayer structure is provided on a substrate 11 via a buffer layer 12 and an n-type contact layer 13 as in the structure shown in FIG.

 活性層15の第2の主面に接して設けられている第1のp型クラッド層36は、インジウムとガリウムとを含むp型の窒化物半導体で形成される。InとGaを含む窒化物半導体は、結晶が比較的柔らかいので、いわばバッファ層として作用し、以下にも述べるように活性層15およびそれ自体に、あるいはその上に形成され得る他の窒化物半導体層にクラックを生じにくくさせてそれらの結晶性を悪化させず、もって発光素子の発光出力を向上させる。第1のp型クラッド層36は、p型InGa1−kN(0<k<1)で形成することが望ましい。このInGa1−kNにおいて、kの値は、0<k≦0.5の範囲内にあることが好ましい。一般にInGaNは、Inの比率を多くするに従い、結晶性が次第に悪くなる傾向にあり、p型クラッド層として当該発光素子に実用的に発光出力の高い発光を行わせるためには、k値が0.5以下であることが好ましいのである。k値は、さらに好ましくは0<k≦0.3、最も好ましくは0<k≦0.2の範囲内にある。 The first p-type cladding layer 36 provided in contact with the second main surface of the active layer 15 is formed of a p-type nitride semiconductor containing indium and gallium. Since the nitride semiconductor containing In and Ga has a relatively soft crystal, it acts as a so-called buffer layer, and as described below, other nitride semiconductors which can be formed on the active layer 15 and itself or on it. Cracks are not easily generated in the layers, so that their crystallinity is not deteriorated, and thus the light emitting output of the light emitting element is improved. The first p-type cladding layer 36 is preferably formed from p-type In k Ga 1-k N ( 0 <k <1). In this In k Ga 1-k N, the value of k is preferably in the range of 0 <k ≦ 0.5. In general, the crystallinity of InGaN tends to gradually deteriorate as the ratio of In increases, and in order for the light-emitting element to emit light having a high light-emission output practically as a p-type cladding layer, the k value is 0. It is preferably at most 0.5. The k value is more preferably in the range 0 <k ≦ 0.3, most preferably 0 <k ≦ 0.2.

 また、第1のp型クラッド層36のキャリア濃度は、1×1017/cm〜1×1019/cmの範囲内にあることが望ましい。第1のp型クラッド層36中のキャリア濃度が1×1017/cmよりも少ないと活性層15への電子注入効率が低下し、発光出力が低下する傾向にあり、他方p型クラッド層36中のキャリア濃度が1×1019/cmよりも大きいと第1のp型クラッド層の結晶性が悪くなり、発光出力が低下する傾向にあるからである。第1のp型クラッド層36は、図1に示す構造におけるp型クラッド層16に関して述べた方法により好ましく得られる。 Further, the carrier concentration of the first p-type cladding layer 36 is desirably in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . If the carrier concentration in the first p-type cladding layer 36 is lower than 1 × 10 17 / cm 3, the efficiency of electron injection into the active layer 15 decreases, and the light emission output tends to decrease. This is because if the carrier concentration in 36 is higher than 1 × 10 19 / cm 3 , the crystallinity of the first p-type cladding layer is deteriorated, and the light emission output tends to decrease. The first p-type cladding layer 36 is preferably obtained by the method described for the p-type cladding layer 16 in the structure shown in FIG.

 第1のp型クラッド層36は、その厚さに特に制限はないが、活性層15と第1のp型クラッド層36とは、合計で、300オングストローム以上の厚さを有することが望ましい。InとGaとを含む窒化物半導体層(活性層+第1のp型クラッド層)の総厚が300オングストロームよりも薄いと、活性層15および第1のp型クラッド層36に、さらには第1のp型クラッド層に接して設けられる別の窒化物半導体層に、格子定数不整、熱膨張率の差等によりそれらの界面に存在し得る歪応力によって、クラックが生じやすくなるからである。上にも述べたように、InとGaを含む窒化物半導体は、その結晶が比較的柔らかいので、この応力を緩和させるのに有益であるが、その総厚を300オングストローム以上の厚さに形成することにより、当該応力をより一層緩和させるようになる。この総厚は、1μm以下であることが好ましい。 The thickness of the first p-type cladding layer 36 is not particularly limited, but it is desirable that the active layer 15 and the first p-type cladding layer 36 have a total thickness of 300 angstroms or more. If the total thickness of the nitride semiconductor layer containing In and Ga (the active layer + the first p-type cladding layer) is smaller than 300 Å, the active layer 15 and the first p-type cladding layer 36 and the This is because cracks are likely to occur in another nitride semiconductor layer provided in contact with one p-type clad layer due to strain stress that may be present at the interface due to irregular lattice constant, difference in thermal expansion coefficient, or the like. As described above, the nitride semiconductor containing In and Ga is useful for relieving this stress because the crystal is relatively soft, but the total thickness is formed to be 300 Å or more. By doing so, the stress can be further alleviated. This total thickness is preferably 1 μm or less.

 活性層15の第1の主面に接して形成されているn型クラッド層34は、n型窒化物半導体で形成される。そのような窒化物半導体は、式InAlGa1−u−vN(ここで、0≦u、0≦v、u+v≦1)で示すことができる。 N-type cladding layer 34 formed in contact with the first main surface of active layer 15 is formed of an n-type nitride semiconductor. Such nitride semiconductor of the formula In u Al v Ga 1-u -v N ( where, 0 ≦ u, 0 ≦ v , u + v ≦ 1) can be represented by.

 基板11、バッファ層12、n型コンタクト層13、活性層15、p型コンタクト層17、負電極18および正電極19は、図1に関して説明した通りのものである。 The substrate 11, the buffer layer 12, the n-type contact layer 13, the active layer 15, the p-type contact layer 17, the negative electrode 18, and the positive electrode 19 are as described with reference to FIG.

 図4は、窒化物半導体発光素子の別の態様を示す。 FIG. 4 shows another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device.

 図4に示す発光素子40は、第1のp型クラッド層36とp型コンタクト層17との間に、第2のp型クラッド層41を設けた以外は、図3に示す窒化物半導体素子と同様の構造を有する。 The light emitting device 40 shown in FIG. 4 is different from the nitride semiconductor device shown in FIG. 3 in that a second p-type cladding layer 41 is provided between the first p-type cladding layer 36 and the p-type contact layer 17. It has the same structure as

 この発光素子40において、図3に示す発光素子構造に付加して設けられている第2のp型クラッド層41は、アルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体で形成されている。このような第2のp型クラッド層41を設けることによって、第1のp型クラッド層36との間のバンドギャップ差を大きくすることができ、発光素子の発光効率を向上させることができる。 In the light emitting device 40, the second p-type cladding layer 41 provided in addition to the light emitting device structure shown in FIG. 3 is formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. By providing such a second p-type cladding layer 41, the band gap difference between the second p-type cladding layer 41 and the first p-type cladding layer 36 can be increased, and the luminous efficiency of the light emitting element can be improved.

 この第2のp型クラッド層41は、好ましくは、p型AlGa1−bN(ここで、0<b<1)で形成される。この場合において、bの値は、0<b≦0.6の範囲内にあることが好ましい。AlGaNはその結晶が比較的硬く、0.6より大きいと、第1のp型クラッド層36の存在にもかかわらず、その層にクラックが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾向にあるからである。b値は、0<b≦0.4の範囲内にあることが最も好ましい。 The second p-type cladding layer 41 is, preferably, (where, 0 <b <1) p-type Al b Ga 1-b N formed by. In this case, the value of b is preferably in the range of 0 <b ≦ 0.6. If AlGaN has a relatively hard crystal and is larger than 0.6, cracks are relatively likely to occur in the first p-type cladding layer 36 irrespective of the presence of the first p-type cladding layer 36, and the light emission output tends to decrease. Because there is. Most preferably, the b value is in the range of 0 <b ≦ 0.4.

 また、第2のp型クラッド層41のキャリア濃度は、1×1017/cm〜1×1019/cmの範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が1×1017/cmよりも低いと、活性層15への正孔の注入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が1×1019/cmよりも高いとAlGaNの結晶性が悪くなり発光効率が低下するからである。第2のp型クラッド層41は、通常、50オングストローム〜0.5μmの厚さをもって形成することができる。 Further, the carrier concentration of the second p-type cladding layer 41 is desirably in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . When the carrier concentration is lower than 1 × 10 17 / cm 3, the efficiency of hole injection into the active layer 15 decreases, and the luminous efficiency tends to decrease. On the other hand, the carrier concentration decreases to 1 × 10 19 / cm 3. This is because if it is higher than cm 3, the crystallinity of AlGaN deteriorates and the luminous efficiency decreases. The second p-type cladding layer 41 can be usually formed with a thickness of 50 Å to 0.5 μm.

 基板11、バッファ層12、n型コンタクト層13、活性層15、p型コンタクト層17、負電極18および正電極19は、図1に関して説明した通りのものであり、n型クラッド層34および第1のp型クラッド層36は、図3に関して説明した通りのものである。 Substrate 11, buffer layer 12, n-type contact layer 13, active layer 15, p-type contact layer 17, negative electrode 18 and positive electrode 19 are as described with respect to FIG. The one p-type cladding layer 36 is as described with reference to FIG.

 図5は、窒化物半導体発光素子の別の形態の構造を示す概略断面図である。 FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device.

 図5に示す窒化物半導体発光素子50は、活性層15、並びに活性層15をその両側で挟む第1のn型クラッド層54を含むn型半導体層501および第2のp型クラッド層41を含むp型半導体層502からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、図1に示す構造と同様、バッファ層12およびn型コンタクト層13を介して、基板11上に設けられている。図5では、n型半導体層501は、第1のn型クラッド層54により構成されている。 The nitride semiconductor light emitting device 50 shown in FIG. 5 includes an active layer 15, an n-type semiconductor layer 501 including a first n-type clad layer 54 sandwiching the active layer 15 on both sides thereof, and a second p-type clad layer 41. It has a semiconductor laminated structure composed of a p-type semiconductor layer 502 including the same. This semiconductor multilayer structure is provided on a substrate 11 via a buffer layer 12 and an n-type contact layer 13 as in the structure shown in FIG. In FIG. 5, the n-type semiconductor layer 501 includes the first n-type cladding layer 54.

 この発光素子50は、図1に示す発光素子10におけるn型クラッド層構造と図4に示すp型クラッド層構造を組み合わせた半導体積層構造を有するものといえるが、この特別の場合においては、第1のn型クラッド層54は、図1に示す第1のn型クラッド層14を構成するインジウムとガリウムを含む窒化物半導体ばかりでなく、GaNによってもこれを形成でき、同様の効果を奏することがわかった。また、この場合には、第1のp型クラッド層56は、図1に示す発光素子10におけるp型クラッド層16と同様、いずれのp型窒化物半導体で形成してもよいこともわかった。このような半導体積層構造によっても、発光素子は同様の優れた特性を示す。 The light emitting device 50 can be said to have a semiconductor laminated structure in which the n-type cladding layer structure in the light emitting device 10 shown in FIG. 1 and the p-type cladding layer structure shown in FIG. 4 are combined. The first n-type cladding layer 54 can be formed not only of the nitride semiconductor containing indium and gallium constituting the first n-type cladding layer 14 shown in FIG. 1 but also of GaN, and the same effect can be obtained. I understood. In this case, it was also found that the first p-type cladding layer 56 may be formed of any p-type nitride semiconductor, similarly to the p-type cladding layer 16 in the light emitting device 10 shown in FIG. . Even with such a semiconductor laminated structure, the light-emitting element shows similar excellent characteristics.

 より詳しく説明すると、第1のn型クラッド層54は、アルミニウムを含まないn型窒化物半導体により形成される。この第1のn型クラッド層54は、n型Inw Ga1-w N(ここで、0≦w<1)で形成することが好ましい。すなわち、この第1のn型クラッド層54は、図1に示す発光素子10における第1のn型クラッド層14に関して説明したn型窒化物半導体で形成することもできるし、n型GaNで形成することができる。図1に示す発光素子10における第1のn型クラッド層14に関して説明した理由と同様の理由から、wの値は、0≦w≦0.5の範囲内にあることが好ましく、さらに好ましくは0<w≦0.3、最も好ましくは0<w≦0.2の範囲内にある。第1のn型クラッド層54のキャリア濃度も、同様の理由から、1×1018/cm〜1×1020/cmの範囲内にあることが望ましい。第1のn型クラッド層54も、その厚さに特に制限はないが、同様の理由から、活性層15と第1のn型クラッド層54とは、合計で、300オングストローム以上の厚さを有することが望ましく、1μm以下の厚さを有し得る。 More specifically, the first n-type cladding layer 54 is formed of an n-type nitride semiconductor containing no aluminum. The first n-type cladding layer 54 is preferably formed of n-type Inw Ga1-w N (here, 0 ≦ w <1). That is, the first n-type cladding layer 54 can be formed of the n-type nitride semiconductor described for the first n-type cladding layer 14 in the light emitting device 10 shown in FIG. 1 or formed of n-type GaN. can do. For the same reason as described for the first n-type cladding layer 14 in the light emitting device 10 shown in FIG. 1, the value of w is preferably in the range of 0 ≦ w ≦ 0.5, more preferably 0 <w ≦ 0.3, most preferably 0 <w ≦ 0.2. For the same reason, the carrier concentration of the first n-type cladding layer 54 is desirably in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 . The thickness of the first n-type cladding layer 54 is not particularly limited, but for the same reason, the total thickness of the active layer 15 and the first n-type cladding layer 54 is 300 Å or more. Preferably, it has a thickness of 1 μm or less.

 図5に示す発光素子50において、活性層の第2の主面に接して形成されている第1のp型クラッド層56は、いずれのp型窒化物半導体で形成してもよいが、アルミニウムを含まないp型窒化物半導体で形成することが好ましい。より具体的には、第1のp型クラッド層56は、p型InGa1−xN(ここで、0≦x<1)で形成することが望ましい。図3の発光素子30における第1のp型クラッド層36に関して説明した理由と同様の理由から、x値は、0≦x≦0.5の範囲内にあることが好ましく、さらに好ましくは0≦x≦0.3の範囲内、最も好ましくは0≦x≦0.2の範囲内にある。この第1のp型クラッド層56も同様にGaNにより形成してもいわばバッファ層として同様に作用する。また、この第1のp型クラッド層56のキャリア濃度も、同様の理由から、1×1017/cm〜1×1019/cmの範囲内にあることが望ましい。さらに、第1のクラッド層56の厚さに特に制限はないが、同様の理由から、活性層15との合計で、300オングストローム以上の厚さを有することが望ましく、1μm以下の厚さが好ましい。なお、この第1のp型クラッド層56は省略してもよいが、これを形成すれば、第1のp型クラッド層がバッファ層として作用するのでクラックが生じにくくなり、その発光素子は、より一層優れた特性を示すことは明らかであろう。 In the light emitting element 50 shown in FIG. 5, the first p-type cladding layer 56 formed in contact with the second main surface of the active layer may be formed of any p-type nitride semiconductor, Is preferably formed of a p-type nitride semiconductor containing no. More specifically, the first p-type cladding layer 56, p-type In x Ga 1-x N (where, 0 ≦ x <1) is preferably formed of a. For the same reason as described for the first p-type cladding layer 36 in the light emitting element 30 of FIG. 3, the x value is preferably in the range of 0 ≦ x ≦ 0.5, more preferably 0 ≦ x ≦ 0.5. It is within the range of x ≦ 0.3, most preferably within the range of 0 ≦ x ≦ 0.2. The first p-type cladding layer 56 can be formed of GaN in the same manner, and acts similarly as a buffer layer. In addition, the carrier concentration of the first p-type cladding layer 56 is desirably in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 for the same reason. Further, the thickness of the first cladding layer 56 is not particularly limited, but for the same reason, the total thickness of the first cladding layer 56 and the active layer 15 is preferably 300 Å or more, and more preferably 1 μm or less. . Although the first p-type cladding layer 56 may be omitted, if formed, the first p-type cladding layer acts as a buffer layer, so that cracks are less likely to occur. It will be clear that they exhibit even better properties.

 第2のp型クラッド層41は、図4に示す発光素子40における第2のクラッド層41について説明した通りのものである。 The second p-type cladding layer 41 is as described for the second cladding layer 41 in the light emitting device 40 shown in FIG.

 また、基板11、バッファ層12、n型コンタクト層13、p型コンタクト層17、負電極18および正電極19は、図1に示す発光素子10に関して説明した通りのものである。 {Circle around (1)} The substrate 11, the buffer layer 12, the n-type contact layer 13, the p-type contact layer 17, the negative electrode 18 and the positive electrode 19 are as described for the light emitting device 10 shown in FIG.

 図6は、半導体発光素子のさらに別の形態の構造を示す概略断面図である。この発光素子60は、n型コンタクト層13と第1のn型クラッド層54との間に、第2のn型クラッド層21が追加形成されている以外は、図5に示す発光素子50と同様の構造を有する。この第2のn型クラッド層21は、図2に示す発光素子20における第2のn型クラッド層21について説明した通りのものである。なお、第1のp型クラッド層56は、省略するよりも、これを設けた方が好ましいことも、図5に示す発光素子50の場合と同様である。 FIG. 6 is a schematic sectional view showing the structure of still another embodiment of the semiconductor light emitting device. This light emitting element 60 is different from the light emitting element 50 shown in FIG. 5 except that a second n-type cladding layer 21 is additionally formed between the n-type contact layer 13 and the first n-type cladding layer 54. It has a similar structure. The second n-type cladding layer 21 is as described for the second n-type cladding layer 21 in the light emitting device 20 shown in FIG. The first p-type cladding layer 56 is preferably provided rather than omitted, as in the case of the light-emitting element 50 shown in FIG.

 以上、窒化物半導体発光素子についていくつか説明したが、これら発光素子の構造は、LED素子にも、LD素子にも適用できることはいうまでもない。LDの構造は、例えば図7に斜視図として示す構造をとる。図7において、基板11上の半導体層71は、上記バッファ層12、n型コンタクト層13、第1のn型クラッド層および形成された場合の第2のn型層からなる半導体層である。活性層15上に形成されている半導体層72は、上記形成された場合の第1のクラッド層および第2のクラッド層並びにp型コンタクト17層からなる半導体層である。印加された電流は、活性層15において、正電極19に対応する領域15aに集中して流れる。 Although some nitride semiconductor light emitting devices have been described above, it goes without saying that the structures of these light emitting devices can be applied to both LED devices and LD devices. The structure of the LD is, for example, a structure shown as a perspective view in FIG. In FIG. 7, the semiconductor layer 71 on the substrate 11 is a semiconductor layer including the buffer layer 12, the n-type contact layer 13, the first n-type cladding layer, and the second n-type layer when formed. The semiconductor layer 72 formed on the active layer 15 is a semiconductor layer including the first clad layer and the second clad layer and the p-type contact 17 layer when formed as described above. The applied current flows intensively in the region 15 a corresponding to the positive electrode 19 in the active layer 15.

 なお、LD素子の場合には、上記発光素子10ないし60のいずれかの第1のn型クラッド層とn型コンタクト層13との間、第2のn型クラッド層が形成されている場合には、その第2のn型クラッド層とn型コンタクト層13との間に、および/または上記発光素子10ないし60のいずれかの第1のp型クラッド層とp型コンタクト層17との間、第2のp型クラッド層が形成されている場合には、その第2のp型クラッド層とn型コンタクト層13との間に、互いに組成の異なる少なくとも2種類の窒化物半導体層を積層してなる多層膜を光反射膜として形成することもできる。 In the case of an LD element, when a second n-type cladding layer is formed between the first n-type cladding layer and the n-type contact layer 13 in any of the light emitting elements 10 to 60, Is between the second n-type cladding layer and the n-type contact layer 13 and / or between the first p-type cladding layer and the p-type contact layer 17 of any of the light emitting devices 10 to 60. When the second p-type cladding layer is formed, at least two types of nitride semiconductor layers having different compositions are laminated between the second p-type cladding layer and the n-type contact layer 13. The resulting multilayer film can be formed as a light reflection film.

 図6に示す発光素子構造に上記多層光反射膜を適用した例を図8に示す。図8に示す窒化物半導体発光素子80は、n型コンタクト層13と第2のn型クラッド層21との間に第1の多層光反射膜(n型)81を、また第2のp型クラッド層41とp型コンタクト層17との間に第2の多層光反射膜(p型)82を備える。 FIG. 8 shows an example in which the above-mentioned multilayer light reflection film is applied to the light emitting element structure shown in FIG. In the nitride semiconductor light emitting device 80 shown in FIG. 8, a first multilayer light reflecting film (n-type) 81 is provided between the n-type contact layer 13 and the second n-type cladding layer 21, and a second p-type A second multilayer light reflection film (p-type) 82 is provided between the clad layer 41 and the p-type contact layer 17.

 第1の多層膜81および第2の多層膜82は、いずれも、互いに組成の異なる窒化物半導体、すなわち互いに屈折率の異なる窒化物半導体を、各層を例えばλ/4n(ここで、λは活性層15からの発光光の波長、nは屈折率)で算出される厚さで交互に2層以上積層して形成されるものであり、活性層15からの発光光をそれら膜により反射できるように設計されている。正電極19を図7に示すような形状のストライプ電極として例えば幅10μm以下に形成し、レーザ発振を行わせると、活性層15の発光光を多層膜反射層により活性層15内に閉じこめることがより一層容易となり得るので、容易にレーザ発振できる。また、LEDモードにおいても、多層膜反射層により発光光の漏れが抑えられ、外部量子効率が向上する。 Each of the first multilayer film 81 and the second multilayer film 82 is made of a nitride semiconductor having a different composition from each other, that is, a nitride semiconductor having a different refractive index from each other, for example, λ / 4n (where λ is active). It is formed by alternately laminating two or more layers at a thickness calculated by the wavelength of the light emitted from the layer 15 and n is a refractive index, so that the light emitted from the active layer 15 can be reflected by these films. Designed to. When the positive electrode 19 is formed as a stripe electrode having a width of, for example, 10 μm or less as shown in FIG. 7 and laser oscillation is performed, light emitted from the active layer 15 can be confined in the active layer 15 by the multilayer reflective layer. Since the laser oscillation can be further facilitated, laser oscillation can be easily performed. Also in the LED mode, leakage of emitted light is suppressed by the multilayer reflective layer, and external quantum efficiency is improved.

 多層光反射膜81および82には、それぞれ、ドナー不純物およびアクセプター不純物がドープされて所定の導電型となっている。 (4) The multilayer light reflecting films 81 and 82 are doped with a donor impurity and an acceptor impurity, respectively, to have a predetermined conductivity type.

 なお、図8に示す構造においては、第1の多光反射層膜81は、n型コンタクト層13と第2のn型クラッド層21との間に形成されているが、その代りに、これをn型コンタクト層13内に形成することもできる。同様に、第2の多層光反射膜82をp型コンタクト層17内に形成してもよい。多層光反射膜は、コンタクト層内に形成しても、活性層16からの発光光を同様に閉じ込めることができる。また、第1の多層光反射膜81および第2の多層光反射膜82のいずれかを省略してもよい。 In the structure shown in FIG. 8, the first multi-light reflecting layer film 81 is formed between the n-type contact layer 13 and the second n-type cladding layer 21. Can be formed in the n-type contact layer 13. Similarly, the second multilayer light reflection film 82 may be formed in the p-type contact layer 17. Even when the multilayer light reflection film is formed in the contact layer, the light emitted from the active layer 16 can be similarly confined. Either the first multilayer light reflecting film 81 or the second multilayer light reflecting film 82 may be omitted.

 また、図8に示すように、サファイアのような絶縁性材料を基板11としてレーザ素子を作製する場合、レーザ素子の構造はフリップチップ方式となる。すなわち、基板11の同一面側に、より具体的には、基板11の窒化物半導体層形成側に正、負両電極19,18を形成する構造となる。この場合、図8に示すように、n型層側に形成する第1の多層光反射膜81は、負電極18が形成されているn型コンタクト層13の水平面よりもp層側すなわち上方に位置して形成することが好ましい。第1の多層光反射膜81をn型コンタクト層13の水平面よりも基板11側に形成すると、第2のn型クラッド層21とn型コンタクト層13との屈折率の差が小さいために、活性層15からの発光光が、活性層15よりも下側に位置するn型コンタクト層13中に広がってしまい、十分な光閉じこめができない場合があるからである。これは、サファイアのような絶縁性基板を使用した窒化物半導体レーザに特有の現象である。 As shown in FIG. 8, when a laser element is manufactured using an insulating material such as sapphire as the substrate 11, the structure of the laser element is a flip-chip type. That is, the structure is such that both the positive and negative electrodes 19 and 18 are formed on the same surface side of the substrate 11, more specifically, on the nitride semiconductor layer forming side of the substrate 11. In this case, as shown in FIG. 8, the first multilayer light reflection film 81 formed on the n-type layer side is on the p-layer side, that is, above the horizontal plane of the n-type contact layer 13 on which the negative electrode 18 is formed. It is preferable to form it in a position. If the first multilayer light reflecting film 81 is formed closer to the substrate 11 than the horizontal plane of the n-type contact layer 13, the difference in the refractive index between the second n-type cladding layer 21 and the n-type contact layer 13 is small. This is because the light emitted from the active layer 15 spreads in the n-type contact layer 13 located below the active layer 15, and sufficient light confinement may not be achieved. This is a phenomenon unique to a nitride semiconductor laser using an insulating substrate such as sapphire.

 さて、各多層光反射膜81,82を構成する2種類の窒化物半導体は、少なくとも一方がインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体(例えばInGa1−qN(ここで、0<q<1))またはGaNであることが好ましい。なぜなら単一層を積層して多層光反射膜とする場合、その単一層の一方をInGaNまたはGaNで形成することにより、そのInGaNまたはGaN層がバッファ層のような作用をして、もう一方の単一層にクラックが入るのを防止することができるからである。これは、InGaN層、GaN層の結晶がAlGaNに比べて柔らかいことによるものである。これに対し、多層光反射膜を例えば互いにAl組成の異なるAlGaN層により、例えば総膜厚0.5μm以上となるように多層形成すると、多層膜中にクラックが入り、素子作製が困難となる。 Now, two of the nitride semiconductor constituting the respective multi-layer optical reflecting film 81 and 82, the nitride semiconductor at least one of which contains indium and gallium (for example In q Ga 1-q N (where, 0 <q < 1)) or GaN. This is because, when a single layer is laminated to form a multilayer light reflecting film, by forming one of the single layers from InGaN or GaN, the InGaN or GaN layer acts as a buffer layer and the other single layer reflects the other layer. This is because cracks can be prevented from being further formed. This is because the crystals of the InGaN layer and the GaN layer are softer than AlGaN. On the other hand, when the multilayer light reflecting film is formed by, for example, AlGaN layers having different Al compositions so as to have a total film thickness of, for example, 0.5 μm or more, cracks occur in the multilayer film, and it becomes difficult to manufacture an element.

 各多層光反射膜を構成する2種類の窒化物半導体層の最良の組み合わせは、一方を前記のようにInGa1−cNまたはGaNで形成し、もう一方をアルミニウムおよび/またはガリウムを含む窒化物半導体(例えば、AlGa1−cN(ここで、0≦c<1))で形成するものある。InGa1−qNとAlGa1−cNとは屈折率の差が大きいので、これらの材料で多層光反射膜を構成することにより、発光波長に応じて反射率の大きい多層光反射膜の設計が可能となる。また、InGa1−qNがバッファ層として作用し得るため、AlGa1−cN層にクラックが入ることなく10層以上積層することができる。なお、InN、GaN、およびAlNの屈折率は、それぞれ、2.9、2.5、および2.15である。これらの混晶の屈折率はベガードの法則に従うと仮定し、組成に比例するものとして求めることができる。 The best combination of the two nitride semiconductor layers constituting each multi-layer optical reflecting film, one formed by In c Ga 1-c N or GaN as described above, including aluminum and / or gallium and the other Some are formed of a nitride semiconductor (for example, Al c Ga 1-c N (here, 0 ≦ c <1)). Since an In q Ga large refractive index difference with 1-q N and Al c Ga 1-c N, by constituting the multilayer light-reflecting film of these materials, a large multi-layered light reflectance in accordance with the emission wavelength The design of the reflection film becomes possible. Moreover, since the In q Ga 1-q N can act as a buffer layer, it may be laminated 10 or more layers without cracks on the Al c Ga 1-c N layer. The refractive indexes of InN, GaN, and AlN are 2.9, 2.5, and 2.15, respectively. Assuming that the refractive index of these mixed crystals obeys Vegard's law, it can be determined as being proportional to the composition.

 図9は、窒化物半導体発光素子のさらに他の形態の構造を示す概略断面図であって、LD素子としての構造を示す。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a structure of still another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device, and shows a structure as an LD device.

 図9に示す窒化物半導体発光素子90は、活性層95、並びに活性層95を両側で挟んでいるn型窒化物半導体層94およびp型窒化物半導体層96からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、バッファ層92およびn型コンタクト層93を介して、基板91上に設けられている。 The nitride semiconductor light emitting device 90 shown in FIG. 9 has an active layer 95 and a semiconductor laminated structure including an n-type nitride semiconductor layer 94 and a p-type nitride semiconductor layer 96 sandwiching the active layer 95 on both sides. This semiconductor multilayer structure is provided on a substrate 91 via a buffer layer 92 and an n-type contact layer 93.

 活性層95は、図1に示す半導体発光素子10における活性層15と同様、インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造(単一量子井戸構造または多重量子井戸構造)のものであり、活性層15についての上記説明は、この活性層95にもそのまま適用される。 The active layer 95 has a quantum well structure (single quantum well structure or multiple quantum well structure) including a nitride semiconductor containing indium and gallium, like the active layer 15 in the semiconductor light emitting device 10 shown in FIG. The above description of the active layer 15 is applied to the active layer 95 as it is.

 p型窒化物半導体層96は、活性層95の第2の主面に直接接して形成された第1のp型クラッド層96aおよびこの第1のp型クラッド層96a上に形成された第2のp型クラッド層96bを含む。 The p-type nitride semiconductor layer 96 includes a first p-type cladding layer 96a formed directly in contact with the second main surface of the active layer 95 and a second p-type cladding layer 96a formed on the first p-type cladding layer 96a. Of the p-type cladding layer 96b.

 第1のp型クラッド層96aは、アルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体で形成されている。第1のp型クラッド層96aをアルミニウムとガリウムを含む窒化物半導体で形成すると、量子井戸構造故に不十分であり得る活性層95中の光閉じ込めがより完全なものとなり、このように第1のp型クラッド層95は活性層95中に光を閉じ込めるための良好な光ガイド層として作用することが見い出された。 The first p-type cladding layer 96a is formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. When the first p-type cladding layer 96a is formed of a nitride semiconductor containing aluminum and gallium, light confinement in the active layer 95, which may be insufficient due to the quantum well structure, becomes more complete, and thus the first It has been found that the p-type cladding layer 95 acts as a good light guide layer for confining light in the active layer 95.

 第1のp型クラッド層96aは、p型AlGa1−dN(ここで、0<d<1)で形成することが最も好ましい。AlGaNは高キャリア濃度のp型のものが得られやすく、しかもInGaNを包含する活性層95に対し、バンドギャップ差および屈折率差を、他の窒化物半導体に比べて、大きくできるからである。その上、p型AlGaNは、他の窒化物半導体に比べて、成長時に分解しにくいという性質を有しており、例えば有機金属気相エピタキシャル成長法(MOVPE法)によりこれを成長させる際、下側の活性層95のInGaNの分解を抑制し、その結果として結晶性に優れた活性層95を提供し、もって発光素子の出力を向上させることとなる。 The first p-type cladding layer 96a is (where, 0 <d <1) p-type Al d Ga 1-d N and most preferably formed of. This is because p-type AlGaN having a high carrier concentration can be easily obtained, and the band gap difference and the refractive index difference can be made larger in the active layer 95 containing InGaN than in other nitride semiconductors. In addition, p-type AlGaN has a property that it is less likely to be decomposed at the time of growth than other nitride semiconductors. For example, when growing it by metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE), Of the active layer 95 is suppressed, and as a result, the active layer 95 having excellent crystallinity is provided, thereby improving the output of the light emitting element.

 第1のp型クラッド層96aは、10オングストローム以上、1.0μm以下の厚さを有することが好ましい。その厚さが10オングストロームよりも薄いと、第1のp型クラッド層を設けた効果が得られず、他方その厚さが1.0μmよりも厚いと、第1のp型クラッド層自体にクラックが入りやすくなるため、素子作成が難しくなる傾向にある。第1のp型クラッド層96aは、10オングストローム以上0.5μm以下の厚さを有することがさらに好ましい。 The first p-type cladding layer 96a preferably has a thickness of 10 Å or more and 1.0 μm or less. If the thickness is less than 10 Å, the effect of providing the first p-type cladding layer cannot be obtained, while if the thickness is more than 1.0 μm, the first p-type cladding layer itself has cracks. Is more likely to occur, and it tends to be difficult to produce an element. More preferably, the first p-type cladding layer 96a has a thickness of 10 Å to 0.5 μm.

 第1のp型クラッド層96aは、LED素子の場合を含めて一般的には上記範囲内の厚さを有することが好ましいが、特にLD素子の場合には、100オングストローム以上(同様の理由から、1.0μm以下)の厚さを有することがさらに好ましい。その厚さが100オングストロームより薄いと、第1のp型クラッド層が光ガイド層として作用しにくくなるのである。この場合において、第1のp型クラッド層96aは、100オングストローム以上0.5μm以下の厚さを有することが最も好ましい。 It is generally preferable that the first p-type cladding layer 96a has a thickness within the above range including the case of the LED element. In particular, in the case of the LD element, the thickness is preferably 100 Å or more (for the same reason). , 1.0 μm or less). If the thickness is smaller than 100 angstroms, the first p-type clad layer is less likely to function as a light guide layer. In this case, it is most preferable that the first p-type cladding layer 96a has a thickness of 100 Å to 0.5 μm.

 第1のp型クラッド層96a上に設けられる第2のp型クラッド層96bは、第1のp型クラッド層96aよりもバンドギャップが大きく、アルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体で形成される。このようなp型窒化物半導体により第2のp型クラッド層96bを形成することにより、当該第2のクラッド層が光閉じ込め層として効果的に作用し、有効なLD素子等を提供できることがわかった。 The second p-type cladding layer 96b provided on the first p-type cladding layer 96a has a larger band gap than the first p-type cladding layer 96a, and is formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. You. By forming the second p-type cladding layer 96b with such a p-type nitride semiconductor, it is found that the second cladding layer effectively functions as a light confinement layer, and an effective LD element or the like can be provided. Was.

 第2のp型クラッド層96bも、第1のp型クラッド層96aの場合と同様に、高キャリア濃度のp型のものが得られやすいことから、三元混晶のp型AlGa1−eN(ここで、0<e<1)で形成することが最も好ましい。加えて、第2のp型クラッド層96bは、これをp型AlGaNで形成すると、第1のp型クラッド層とのバンドギャップの差および屈折率の差を大きすることができるので、光閉じ込め層としてより一層効果的に作用するようになる。なお、第2のp型クラッド層96bは、第1のp型クラッド層96aよりもバンドギャップが大きいので、例えば、前者を構成するAlGa1−eNにおけるfの値は、後者を構成するAlGa1−dNにおけるeの値よりも大きい値をとる。この場合でも、できれば、これら式におけるd値およびe値は、0を超え0.6までであることが望ましく、0を超え0.4までであることがさらに望ましい。 Similarly to the case of the first p-type cladding layer 96a, the second p-type cladding layer 96b is easily obtained as a p-type layer having a high carrier concentration. Therefore, a ternary mixed crystal p-type Al e Ga 1 -E N (here, 0 <e <1) is most preferable. In addition, when the second p-type cladding layer 96b is formed of p-type AlGaN, the difference in band gap and the difference in refractive index between the first p-type cladding layer and the first p-type cladding layer can be increased. It acts more effectively as a layer. The second p-type cladding layer 96b, since the band gap than the first p-type cladding layer 96a is large, for example, the value of f in the Al e Ga 1-e N which constitutes the former, constitutes the latter It takes a value greater than the value of e in Al d Ga 1-d N to. Even in this case, if possible, the d value and the e value in these equations are preferably more than 0 and up to 0.6, and more preferably more than 0 and up to 0.4.

 第2のp型クラッド層96bは、その厚さに特に制限はないが、500オングストロームないし1μm程度の厚さを有することが好ましい。第2のp型クラッド層をこのような厚さに形成することにより、それ自体におけるクラックの発生がより少なく、従って結晶性がより良好で、しかも高キャリア濃度のp型AlGaN層が得られるのである。 厚 The thickness of the second p-type cladding layer 96b is not particularly limited, but preferably has a thickness of about 500 Å to 1 μm. By forming the second p-type clad layer to such a thickness, a crack is less likely to occur in itself, and therefore, a p-type AlGaN layer having better crystallinity and a high carrier concentration can be obtained. is there.

 なお、第1のp型クラッド層96aおよび第2のp型クラッド層96bは、いずれも、1×1017〜1×1019/cmという高キャリア濃度を有するものとして提供することができる。 Note that both the first p-type cladding layer 96a and the second p-type cladding layer 96b can be provided as having a high carrier concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 .

 また、第1のp型クラッド層96aと第2のp型クラッド96b層との間に、p型InGaNまたはp型GaNよりなる層を10オングストロームから1μmまでの厚さに形成してもよい。この層は、光ガイド層およびバッファ層として作用する。 {Circle around (1)} A layer made of p-type InGaN or p-type GaN may be formed between the first p-type cladding layer 96a and the second p-type cladding 96b to a thickness of 10 Å to 1 μm. This layer acts as a light guide layer and a buffer layer.

 活性層95の第1の主面に接して設けられているn型クラッド層94は、いずれものn型窒化物半導体で形成することができる。しかしながら、n型クラッド層94は、結晶性がより一層優れた層として形成され得ることから、GaN、AlGaN、InGaN等の二元混晶、三元混晶の窒化物半導体で形成することが好ましい。特にInGaNまたはGaNによりn型クラッド層94を形成することにより、その上により一層良好な活性層95を設けることができ、発光素子の出力が格段に向上する。 N The n-type cladding layer 94 provided in contact with the first main surface of the active layer 95 can be formed of any n-type nitride semiconductor. However, since the n-type cladding layer 94 can be formed as a layer having more excellent crystallinity, it is preferable to form the n-type cladding layer 94 from a binary mixed crystal or ternary mixed crystal nitride semiconductor such as GaN, AlGaN, and InGaN. . In particular, by forming the n-type cladding layer 94 of InGaN or GaN, a better active layer 95 can be provided thereon, and the output of the light emitting device is significantly improved.

 n型クラッド層94は、LD素子の場合には、100オングストローム以上、1μm以下の膜厚で形成することが望ましい。 In the case of an LD element, the n-type cladding layer 94 is desirably formed to a thickness of 100 Å or more and 1 μm or less.

 基板91は、図1に示す発光素子10における基板11と同様のものであり、基板11についての上記説明がこの基板91についてもそのまま適用できる。 The substrate 91 is the same as the substrate 11 in the light emitting element 10 shown in FIG. 1, and the above description of the substrate 11 can be applied to the substrate 91 as it is.

 基板92上に形成されているバッファ層92も、図1に示す発光素子10におけるバッファ層12と同様のものであり、バッファ層12についての上記説明がこのバッファ層12についてもそのまま適用できる。特別の場合には、このバッファ層92を省略することができることも同様である。 The buffer layer 92 formed on the substrate 92 is the same as the buffer layer 12 in the light emitting element 10 shown in FIG. 1, and the above description of the buffer layer 12 can be applied to the buffer layer 12 as it is. In a special case, the buffer layer 92 can be omitted.

 バッファ層92上に設けられているn型コンタクト層93も、図1に示す発光素子10におけるn型コンタクト層13と同様のものであり、n型コンタクト層13についての上記説明がこのn型コンタクト層93についてもそのまま適用できる。 The n-type contact layer 93 provided on the buffer layer 92 is also the same as the n-type contact layer 13 in the light emitting device 10 shown in FIG. The same applies to the layer 93.

 第2のp型クラッド層96b上に設けられているp型コンタクト層97も、図1に示す発光素子におけるp型コンタクト層17と同様のものであり、p型コンタクト層17についての上記説明がこのp型コンタクト層97についてもそのまま適用できる。 The p-type contact layer 97 provided on the second p-type cladding layer 96b is the same as the p-type contact layer 17 in the light emitting device shown in FIG. This p-type contact layer 97 can be applied as it is.

 n型コンタクト層93の露出表面に形成されている負電極98も、図1に示す発光素子における負電極18と同様のものであり、負電極18についての上記説明がこの負電極98についてもそのまま適用できる。 The negative electrode 98 formed on the exposed surface of the n-type contact layer 93 is the same as the negative electrode 18 in the light emitting device shown in FIG. 1, and the above description of the negative electrode 18 also applies to the negative electrode 98 as it is. Applicable.

 p型コンタクト層97に接続して設けられている正電極99も、図1に示す発光素子における正電極19と同様のものであり、正電極19についての上記説明がこの正電極99についてもそのまま適用できる。ただし、図9に示すLD構造において、p型コンタクト層97上には、透孔100aを有し、二酸化ケイ素等の絶縁材料で形成された電流狭窄層100が設けられており、正電極99は、この電流狭窄層100の透孔100aを通してp型コンタクト層97と接している。 The positive electrode 99 provided to be connected to the p-type contact layer 97 is also the same as the positive electrode 19 in the light emitting element shown in FIG. Applicable. However, in the LD structure shown in FIG. 9, a current confinement layer 100 having a through hole 100a and formed of an insulating material such as silicon dioxide is provided on the p-type contact layer 97. The current confinement layer 100 is in contact with the p-type contact layer 97 through the through hole 100a.

 さて、本発明について、図9に関し、主としてLD素子について説明したが、LED素子の場合には、電流狭窄層100を設ける必要はない。また、LED素子の場合には、第2のp型クラッド層96bを省略することもできる。さらに、LED素子の場合には、n型クラッド層94の好ましい厚さは10オングストローム以上、1.0μm以下、さらに好ましくは30オングストロームないし1.0μmとなり、あるいはこのn型クラッド層94自体を省略することもできる。n型クラッド層94を省略した場合、n型コンタクト層93がクラッド層として作用し得る。LED素子の場合、図9に示す構造において、n型クラッド層94を省略し、かつ第2のp型クラッド層96bを省略し、当然電流狭窄層100をも省略し、n型コンタクト層をn型GaNで形成し、p型コンタクト層97をp型GaNで形成した構造、すなわち、インジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層を有し、その第1の主面上にn型GaN層が形成され、活性層の第2の主面上にアルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体層が形成され、このp型窒化物半導体上にp型GaN層が形成された構造を有するものが最も好ましいLED素子構造である。これは、本発明の1つの側面による窒化物半導体発光素子に相当する。 Now, the present invention has mainly been described with reference to FIG. 9 with respect to the LD element. However, in the case of the LED element, it is not necessary to provide the current confinement layer 100. In the case of an LED element, the second p-type cladding layer 96b can be omitted. Further, in the case of an LED element, the preferred thickness of the n-type cladding layer 94 is 10 Å or more and 1.0 μm or less, more preferably 30 Å to 1.0 μm, or the n-type cladding layer 94 itself is omitted. You can also. When the n-type cladding layer 94 is omitted, the n-type contact layer 93 can function as a cladding layer. In the case of the LED element, in the structure shown in FIG. 9, the n-type cladding layer 94 is omitted, the second p-type cladding layer 96b is omitted, the current confinement layer 100 is also omitted, and the n-type contact layer is replaced by n. Active layer having a structure in which a p-type contact layer 97 is formed of p-type GaN, that is, a quantum well structure including a nitride semiconductor containing indium and gallium, and has a first main surface An n-type GaN layer was formed on the second main surface of the active layer, a p-type nitride semiconductor layer containing aluminum and gallium was formed, and a p-type GaN layer was formed on the p-type nitride semiconductor. Those having a structure are the most preferable LED element structures. This corresponds to a nitride semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention.

 図10は、窒化物半導体発光素子の他の形態の構造を示す概略断面図であって、図9と同様、LD素子としての構造を示す。 FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device, and shows a structure as an LD device as in FIG.

 図10に示す窒化物半導体発光素子200は、活性層95、並びに活性層95を両側で挟んでいるn型窒化物半導体層294およびp型窒化物半導体層296からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、バッファ層92およびn型コンタクト層93を介して、基板91上に設けられている。 The nitride semiconductor light emitting device 200 shown in FIG. 10 has an active layer 95, and a semiconductor laminated structure including an n-type nitride semiconductor layer 294 and a p-type nitride semiconductor layer 296 sandwiching the active layer 95 on both sides. This semiconductor multilayer structure is provided on a substrate 91 via a buffer layer 92 and an n-type contact layer 93.

 n型窒化物半導体層294は、活性層95の第1の主面に直接接して形成された第1のn型クラッド層294aおよびこの第1のn型クラッド層294a上に形成された第2のn型クラッド層294bを含む。 The n-type nitride semiconductor layer 294 includes a first n-type cladding layer 294a formed directly in contact with the first main surface of the active layer 95 and a second n-type cladding layer 294a formed on the first n-type cladding layer 294a. N-type cladding layer 294b.

 第1のn型クラッド層294aは、n型GaNまたはインジウムとガリウムを含むn型窒化物半導体で形成されている。第1のn型クラッド層294aをGaNまたはインジウムとガリウムを含む窒化物半導体で形成すると、量子井戸構造故に不十分であり得る活性層95中の光閉じ込めがより完全なものとなり、このように第1のn型クラッド層294aは、活性層95中に光を閉じ込めるための良好な光ガイド層として作用する(LD素子の場合)ばかりでなく、当該第1のn型クラッド層がいわばバッファ層として作用してその上に形成される活性層95にクラックの発生を少なくさせ、発光素子の発光出力を増大させることができることが見い出された。 The first n-type cladding layer 294a is made of n-type GaN or an n-type nitride semiconductor containing indium and gallium. When the first n-type cladding layer 294a is formed of GaN or a nitride semiconductor containing indium and gallium, light confinement in the active layer 95, which may be insufficient due to the quantum well structure, is more complete, and thus the The first n-type cladding layer 294a not only functions as a good light guide layer for confining light in the active layer 95 (in the case of an LD element), but also the first n-type cladding layer functions as a buffer layer. It has been found that it is possible to reduce the occurrence of cracks in the active layer 95 formed thereon by acting to increase the light emission output of the light emitting element.

 第1のn型クラッド層294aは、InGa1−rN(ここで、0<r<1)で形成することが最も好ましい。この場合において、rの値は、上記理由と同様の理由から、好ましくは0.5まで、より好ましくは0.3まで、さらに好ましくは0.2までの値をとる。また、そのキャリア濃度も、上記理由と同様の理由から、1×1018/cm〜1×1020/cmであることが好ましい。 The first n-type cladding layer 294a is (where, 0 <r <1) In r Ga 1-r N It is most preferably formed. In this case, the value of r is preferably up to 0.5, more preferably up to 0.3, and even more preferably up to 0.2 for the same reason as described above. Further, the carrier concentration is preferably 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 for the same reason as described above.

 第1のn型クラッド層294aは、10オングストローム以上の厚さを有することが好ましい。第1のn型クラッド層294aは、10オングストローム以上の厚さに形成することにより、活性層95と以後述べる第2のn型クラッド層294bとの間のバッファ層としてより一層効果的に作用する。すなわち、第1のn型クラッド層294aを構成するInGaNまたはGaNは、その結晶が比較的柔らかいので、第2のn型クラッド層294bと活性層23との間の格子定数不整合と熱膨張係数差によって生じる歪をより一層効果的に吸収することができ、バッファ層としてより一層有効に作用することとなる。その結果、活性層95が十分に薄いものであっても、この第1のn型クラッド層294aの存在により、活性層95、第2のn型クラッド層294b、ひいてはp型クラッド層296にクラックが入りにくくなり、それらの結晶性が良好なものとなるので、発光素子の発光出力をより一層増大させる。 The first n-type cladding layer 294a preferably has a thickness of 10 Å or more. By forming the first n-type cladding layer 294a to have a thickness of 10 angstroms or more, the first n-type cladding layer 294a more effectively acts as a buffer layer between the active layer 95 and a second n-type cladding layer 294b described later. . That is, since the crystal of InGaN or GaN constituting the first n-type cladding layer 294a is relatively soft, the lattice constant mismatch between the second n-type cladding layer 294b and the active layer 23 and the thermal expansion coefficient The strain caused by the difference can be absorbed more effectively, and the layer more effectively acts as a buffer layer. As a result, even if the active layer 95 is sufficiently thin, the presence of the first n-type cladding layer 294a causes cracks in the active layer 95, the second n-type cladding layer 294b, and thus the p-type cladding layer 296. And the crystallinity thereof becomes good, so that the light emitting output of the light emitting element is further increased.

 第1のn型クラッド層294aは、LED素子の場合には、上記範囲内の厚さを有することが好ましいが、特にLD素子の場合には、100オングストローム以上厚さを有することが特に好ましい。その厚さが100オングストローム未満であると、光ガイド層として作用しにくくなるのである。 The first n-type cladding layer 294a preferably has a thickness in the above range for an LED element, and particularly preferably has a thickness of 100 Å or more for an LD element. If the thickness is less than 100 angstroms, it is difficult to function as a light guide layer.

 また、第1のn型クラッド層294aは、いずれの場合でも、1.0μm以下の厚さを有することが好ましい。その厚さが1.0μmよりも厚いと、その結晶の色が黒味を帯びるとともに、多数のピットが結晶中に生成する傾向にあり、そのため、高出力のLED、LD素子を得ることが困難となり得る。 {Circle around (1)} In any case, the first n-type cladding layer 294a preferably has a thickness of 1.0 μm or less. If the thickness is more than 1.0 μm, the color of the crystal becomes blackish and many pits tend to be formed in the crystal. Therefore, it is difficult to obtain a high-output LED or LD element. Can be

 第1のn型クラッド層294aに接して設けられている第2のn型クラッド層294bは、バンドギャップが第1のn型クラッド層294aよりも大きければいずれの窒化物半導体で形成してもよく、例えば、GaN、AlGaN等の二元混晶、三元混晶の窒化物半導体で形成することができる。このようなn型窒化物半導体により第2のn型クラッド層294bを形成することにより、当該第2のn型クラッド層294bが光閉じ込め層として効果的に作用し、有効なLD素子等を提供できることがわかった。 The second n-type cladding layer 294b provided in contact with the first n-type cladding layer 294a may be formed of any nitride semiconductor as long as the band gap is larger than that of the first n-type cladding layer 294a. For example, it can be formed of a binary mixed crystal or ternary mixed crystal nitride semiconductor such as GaN or AlGaN. By forming the second n-type cladding layer 294b from such an n-type nitride semiconductor, the second n-type cladding layer 294b effectively functions as a light confinement layer, and provides an effective LD element and the like. I knew I could do it.

 第2のn型クラッド層294bは、n型AlGa1−fN(ここで、0<f<1)で形成することが最も好ましい。n型AlGaNは、InGaNを包含する活性層95に対し、バンドギャップ差および屈折率差を、他の窒化物半導体に比べて、大きくできるからである。この場合において、fの値は、上記理由と同様の理由から、0.6までの値をとることが好ましく、0.4までの値をとることがさらに好ましい。そのキャリア濃度も、上記理由と同様の理由から、5×1017/cm〜1×1019/cmであることが好ましい。また第2のn型クラッド層294bとn型コンタクト層93との間に、n型InGaNよりなる層を設けることにより、AlGaNよりなる第2のn型クラッド層を良好な結晶性をもってクラックの発生を少なくして成長させることができる。 Second n-type cladding layer 294b is, n-type Al f Ga 1-f N (where, 0 <f <1) is most preferably formed. This is because n-type AlGaN can increase the band gap difference and the refractive index difference with respect to the active layer 95 containing InGaN as compared with other nitride semiconductors. In this case, the value of f is preferably up to 0.6, more preferably up to 0.4, for the same reason as described above. The carrier concentration is preferably 5 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 for the same reason as described above. By providing a layer made of n-type InGaN between the second n-type clad layer 294b and the n-type contact layer 93, the second n-type clad layer made of AlGaN can be cracked with good crystallinity. And can be grown with less.

 第2のn型クラッド層294bは、その厚さに特に制限はないが、500オングストローム以上、1.0μm以下の厚さを有することが好ましい。第2のn型クラッド層294bをこの範囲内の厚さに形成することによって、クラックがない結晶性の優れた第2のn型クラッド層294bが得られるのである。 The thickness of the second n-type cladding layer 294b is not particularly limited, but preferably has a thickness of 500 Å or more and 1.0 μm or less. By forming the second n-type cladding layer 294b to have a thickness within this range, the second n-type cladding layer 294b having excellent crystallinity without cracks can be obtained.

 活性層95の第2の主面に接して設けられているp型半導体層(クラッド層)296は、いずれものp型窒化物半導体で形成することができる。しかしながら、p型クラッド層296は、結晶性がより一層優れた層として形成され得ることから、p型AlGaNで形成することが好ましい。p型AlGaNは、他の窒化物半導体に比べて、成長時に分解しにくいという性質を有しており、例えば有機金属気相エピタキシャル成長法(MOVPE法)によりこれを成長させる際、下側の活性層95のInGaNの分解を抑制し、その結果として結晶性に優れた活性層95を提供し、もって発光素子の出力を向上させることとなる。この場合において、アルミニウムの比率やキャリア濃度については、図9に示す発光素子90における第1のp型クラッド層96aおよび第2のp型クラッド層96bについて好ましいとした値をとることが同様に好ましい。 The p-type semiconductor layer (cladding layer) 296 provided in contact with the second main surface of the active layer 95 can be formed of any p-type nitride semiconductor. However, the p-type cladding layer 296 is preferably formed of p-type AlGaN because it can be formed as a layer having more excellent crystallinity. The p-type AlGaN has a property that it is less likely to be decomposed at the time of growth than other nitride semiconductors. For example, when the p-type AlGaN is grown by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE), the lower active layer The decomposition of InGaN 95 is suppressed, and as a result, the active layer 95 having excellent crystallinity is provided, and thus the output of the light emitting element is improved. In this case, it is also preferable that the ratio of aluminum and the carrier concentration have the same values as those of the first p-type cladding layer 96a and the second p-type cladding layer 96b in the light-emitting element 90 shown in FIG. .

 p型クラッド層296は、LD素子の場合には、100オングストローム以上、1μm以下の膜厚で形成することが望ましい。 In the case of an LD element, the p-type cladding layer 296 is preferably formed to have a thickness of 100 Å or more and 1 μm or less.

 活性層95、基板91、基板91上に形成されているバッファ層92、バッファ層92上に設けられているn型コンタクト層93、さらにはp型コンタクト層97、負電極98、正電極99および電流狭窄層100は、図9に示す発光素子に関して説明した通りのものである。 An active layer 95, a substrate 91, a buffer layer 92 formed on the substrate 91, an n-type contact layer 93 provided on the buffer layer 92, a p-type contact layer 97, a negative electrode 98, a positive electrode 99, The current confinement layer 100 is as described for the light emitting device shown in FIG.

 さて、本発明について、図10に関し、主としてLD素子について説明したが、LED素子の場合には、電流狭窄層100を設ける必要はない。また、LED素子の場合には、第2のn型クラッド層294bを省略することもできる。その場合、n型コンタクト層93が第2のn型クラッド層として作用する。 Now, although the present invention has mainly been described with reference to FIG. 10 with respect to an LD element, it is not necessary to provide the current confinement layer 100 in the case of an LED element. In the case of an LED element, the second n-type cladding layer 294b can be omitted. In that case, the n-type contact layer 93 functions as a second n-type cladding layer.

 図11は、窒化物半導体発光素子のさらに別の形態の構造を示す概略断面図であって、図9および図10と同様、LD素子としての構造を示す。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the structure of still another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device, and shows a structure as an LD device as in FIGS. 9 and 10.

 図11に示す窒化物半導体発光素子300は、活性層95、並びに活性層95を両側で挟んでいるn型窒化物半導体層294およびp型窒化物半導体層96からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、バッファ層92およびn型コンタクト層93を介して、基板91上に設けられている。 The nitride semiconductor light emitting device 300 shown in FIG. 11 has an active layer 95, and a semiconductor laminated structure including an n-type nitride semiconductor layer 294 and a p-type nitride semiconductor layer 96 sandwiching the active layer 95 on both sides. This semiconductor multilayer structure is provided on a substrate 91 via a buffer layer 92 and an n-type contact layer 93.

 図11に示す発光素子300は、n型窒化物半導体層については図10に示す発光素子200におけるn型窒化物半導体層294(第1のn型クラッド層294aおよび第2のn型クラッド層294bからなる)を、p型窒化物半導体層については図9に示す発光素子90におけるp型窒化物半導体層96(第1のp型クラッド層96aおよび第2のp型クラッド層96bからなる)を適用したものであり、本発明の最も好ましい実施の形態の一つである。各半導体層その他の構成については、特にLED素子の場合に省略し得る窒化物半導体層および特にLED素子の場合の窒化物半導体層の厚さについての上記説明を含めて、図9および図10に関して説明したことがそのまま適用でき、他言を要しない。従って、図11に示す発光素子において、n型コンタクト層93をn型GaNで、第2のn型クラッド層294bをn型AlGaNで、第1のn型クラッド層294aをn型InGaNまたはn型GaNで、第1のp型クラッド層96aをp型AlGaNで、第2のp型クラッド層96bをp型AlGaNで、p型コンタクト層97をp型GaNでそれぞれ形成し、活性層95をノンドープとすることが最も好ましい。なお、図11に示すLD素子構造の場合には、いうまでもなく、第1のn型クラッド層294aが光ガイド層、第2のクラッド層294bが光閉じ込め層、第1のp型クラッド層96aが光ガイド層、第2のp型クラッド層96bが光閉じ込め層として作用することも明らかである。また第1のp型クラッド層96aと第2のp型クラッド層96bとの間に、p型InGaNまたはp型GaNよりなる層をバッファ層として形成してもよいし、n型コンタクト層93と第2のn型クラッド層294bとの間に、n型InGaNよりなる層をバッファ層として形成してもよい。 In the light emitting device 300 shown in FIG. 11, the n-type nitride semiconductor layer 294 (the first n-type cladding layer 294a and the second n-type cladding layer 294b) in the light emitting device 200 shown in FIG. For the p-type nitride semiconductor layer, and the p-type nitride semiconductor layer 96 (consisting of the first p-type cladding layer 96a and the second p-type cladding layer 96b) in the light emitting device 90 shown in FIG. This is one of the most preferred embodiments of the present invention. Each semiconductor layer and other configurations are described with reference to FIGS. 9 and 10, including the above description of the thickness of the nitride semiconductor layer which can be omitted particularly in the case of the LED element and the thickness of the nitride semiconductor layer particularly in the case of the LED element. What was explained can be applied as it is, and no other words are required. Therefore, in the light emitting device shown in FIG. 11, the n-type contact layer 93 is made of n-type GaN, the second n-type cladding layer 294b is made of n-type AlGaN, and the first n-type cladding layer 294a is made of n-type InGaN or n-type. The first p-type cladding layer 96a is formed of p-type AlGaN, the second p-type cladding layer 96b is formed of p-type AlGaN, the p-type contact layer 97 is formed of p-type GaN, and the active layer 95 is non-doped. Is most preferable. In the case of the LD element structure shown in FIG. 11, it goes without saying that the first n-type cladding layer 294a is a light guide layer, the second cladding layer 294b is a light confinement layer, and the first p-type cladding layer is It is also clear that 96a functions as a light guide layer and the second p-type cladding layer 96b functions as a light confinement layer. Further, a layer made of p-type InGaN or p-type GaN may be formed as a buffer layer between the first p-type cladding layer 96a and the second p-type cladding layer 96b. A layer made of n-type InGaN may be formed as a buffer layer between the second n-type cladding layer 294b.

 本発明の1つの側面によれば、n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との間にインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層を有し、p型窒化物半導体層は、活性層と接して形成されかつアルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体よりなる第1のp型クラッド層を含み、第1のp型クラッド層は、10オングストローム以上、1.0μm以下の厚さを有することを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 According to one aspect of the present invention, an active layer having a quantum well structure including a nitride semiconductor containing indium and gallium is provided between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer; The first nitride semiconductor layer includes a first p-type cladding layer formed in contact with the active layer and made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium, wherein the first p-type cladding layer has a thickness of 10 Å or more. A nitride semiconductor light emitting device having a thickness of 1.0 μm or less is provided.

 この側面による発光素子は、基本的には、図9に示す発光素子90の構造から第2のp型クラッド層96bを省略した特別の場合に該当する。この特別の場合には、さらに、図9に示す発光素子の構造からn型コンタクト層93およびn型クラッド層94のうちのいずれかを省略してもよく(n型クラッド層を94を省略した場合、n型コンタクト層93がn型クラッド層として作用する)、またp型コンタクト層97をも省略してもよい。 The light emitting device according to this aspect basically corresponds to a special case in which the second p-type cladding layer 96b is omitted from the structure of the light emitting device 90 shown in FIG. In this special case, one of the n-type contact layer 93 and the n-type cladding layer 94 may be omitted from the structure of the light emitting device shown in FIG. 9 (the n-type cladding layer 94 is omitted). In this case, the n-type contact layer 93 functions as an n-type cladding layer), and the p-type contact layer 97 may be omitted.

 さらにまた、この特別の場合には、図9に示す発光素子90における第2のp型クラッド層96bに相当する第2のp型クラッド層をp型GaNまたはインジウムとガリウムとを含むp型窒化物半導体(好ましくは、InGaN)で形成することができ、これについては、図1に示す発光素子10におけるn型クラッド層14についての説明が適用できる。さらにまた、図9に示す発光素子90におけるn型クラッド層94に相当するn型クラッド層(第1のn型半導体層)に接して、すなわち第1のn型クラッド層94とn型コンタクト層93との間に、n型GaNまたはアルミニウムとガリウムとを含む第2のn型窒化物半導体(好ましくは、AlGaN)を設けることも好ましい。この場合については、n型GaN層を含めて、図2に示す発光素子20における第2のn型クラッド層21についての説明が適用できる。 Furthermore, in this special case, the second p-type cladding layer corresponding to the second p-type cladding layer 96b in the light emitting device 90 shown in FIG. 9 is formed of p-type GaN or p-type nitride containing indium and gallium. In this case, the n-type cladding layer 14 in the light emitting device 10 shown in FIG. 1 can be applied. Furthermore, in contact with the n-type cladding layer (first n-type semiconductor layer) corresponding to the n-type cladding layer 94 in the light emitting element 90 shown in FIG. 9, that is, the first n-type cladding layer 94 and the n-type contact layer It is also preferable to provide an n-type GaN or a second n-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium (preferably AlGaN) between them. In this case, the description of the second n-type cladding layer 21 in the light emitting device 20 shown in FIG. 2 including the n-type GaN layer can be applied.

 図12は、本発明による窒化物半導体発光素子の構造を示す概略断面図であって、LD素子として特に好ましい構造の一つを示している。図12の窒化物半導体発光素子は、以下述べる第1のp型クラッド層を除くと、図6に関して説明した本発明の好ましい形態にほぼ相当するということができる。 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, and shows one particularly preferable structure for an LD device. Except for the first p-type cladding layer described below, the nitride semiconductor light emitting device of FIG. 12 substantially corresponds to the preferred embodiment of the present invention described with reference to FIG.

 図12に示す窒化物半導体発光素子400は、活性層405を備え、その第1の主面上には、第1のn型クラッド層414、第2のn型クラッド層424およびn型コンタクト層403を含むn型半導体層が設けられている。加えて、活性層405の第2の主面には、第1のp型クラッド層416、第2のp型クラッド層426、第3のp型クラッド層436、および最外層としてのp型コンタクト層407を含むp型窒化物半導体層を有する。このような積層構造は、図12に示す構造では、バッファ層402を介して、基板401上に設けられている。 The nitride semiconductor light emitting device 400 shown in FIG. 12 includes an active layer 405, and a first n-type cladding layer 414, a second n-type cladding layer 424, and an n-type contact layer on a first main surface. An n-type semiconductor layer including 403 is provided. In addition, the second main surface of the active layer 405 has a first p-type cladding layer 416, a second p-type cladding layer 426, a third p-type cladding layer 436, and a p-type contact as an outermost layer. A p-type nitride semiconductor layer including the layer 407 is provided. In the structure shown in FIG. 12, such a stacked structure is provided over the substrate 401 with the buffer layer 402 interposed therebetween.

 活性層405は、インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含するものであり、当該インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体の量子準位間発光を生じさせる構造、言い換えると量子井戸構造を構成する。このような構造については、図1に示す発光素子10の活性層15に関して説明したことがすべてそのまま適用される。LD素子の場合は、活性層405は多重量子井戸構造をとることが最も好ましい。 The active layer 405 includes a nitride semiconductor containing indium and gallium, and constitutes a structure for generating light emission between quantum levels of the nitride semiconductor containing indium and gallium, in other words, a quantum well structure. . For such a structure, all that has been described for the active layer 15 of the light emitting element 10 shown in FIG. In the case of an LD element, the active layer 405 most preferably has a multiple quantum well structure.

 活性層405の第1の主面に接して設けられている第1のn型クラッド層414は光ガイド層として作用するものであり、インジウムとガリウムを含むn型窒化物半導体またはn型GaNで形成されている。より具体的には、この第1のn型クラッド層54は、n型Iny Ga1-y N(ここで、0≦y<1)で形成される。すなわち、この第1のn型クラッド層414は、図1に示す発光素子10における第1のn型クラッド層14に関して説明したn型InGaNで形成することもできるし、n型GaNで形成することもできる。図1に示す発光素子10における第1のn型クラッド層14に関して説明した理由と同様の理由から、yの値は、0≦y≦0.5の範囲内にあることが好ましく、さらに好ましくは0<y≦0.3、最も好ましくは0<y≦0.2の範囲内にある。第1のn型クラッド層414のキャリア濃度も、同様の理由から、1×1018/cm〜1×1020/cmの範囲内にあることが望ましい。第1のn型クラッド層414も、その厚さに特に制限はないが、同様の理由から、活性層15と第1のn型クラッド層414とは、合計で、300オングストローム以上の厚さを有することが望ましく、1μm以下の厚さを有し得る。 The first n-type cladding layer 414 provided in contact with the first main surface of the active layer 405 functions as a light guide layer, and is made of an n-type nitride semiconductor containing indium and gallium or n-type GaN. Is formed. More specifically, the first n-type cladding layer 54 is formed of n-type InyGa1-yN (here, 0≤y <1). That is, the first n-type cladding layer 414 can be formed of n-type InGaN described for the first n-type cladding layer 14 in the light emitting device 10 shown in FIG. You can also. For the same reason as described for the first n-type cladding layer 14 in the light emitting device 10 shown in FIG. 1, the value of y is preferably in the range of 0 ≦ y ≦ 0.5, more preferably 0 <y ≦ 0.3, most preferably 0 <y ≦ 0.2. For the same reason, the carrier concentration of the first n-type cladding layer 414 is desirably in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 . The thickness of the first n-type cladding layer 414 is not particularly limited, but for the same reason, the total thickness of the active layer 15 and the first n-type cladding layer 414 is 300 Å or more. Preferably, it has a thickness of 1 μm or less.

 第1のn型クラッド層上に設けられている第2のn型クラッド層424は、光閉じ込め層として作用するものであり、第1のn型クラッド層414よりもバンドギャップが大きく、かつアルミニウムとガリウムとを含むn型窒化物半導体またはn型GaNで形成されている。このような第2のn型クラッド層424を設けることによって、第1のn型クラッド層414との間のバンドギャップ差を大きくすることができ、発光素子の発光効率を向上させることができる。 The second n-type clad layer 424 provided on the first n-type clad layer functions as a light confinement layer, has a larger band gap than the first n-type clad layer 414, and And gallium are formed of an n-type nitride semiconductor or n-type GaN. By providing such a second n-type cladding layer 424, the band gap difference between the first n-type cladding layer 414 and the first n-type cladding layer 414 can be increased, and the luminous efficiency of the light-emitting element can be improved.

 この第2のn型クラッド層424は、n型AlGa1−gN(ここで、0<g<1)で形成する場合には、gの値は、0<g≦0.6の範囲内にあることが好ましい。AlGaNはその結晶が比較的硬く、0.6より大きいと、第1のn型クラッド層414の存在にもかかわらず、その層にクラックが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾向にあるからである。g値は、0<g≦0.4の範囲内にあることが最も好ましい。 The second n-type clad layer 424, (here, 0 <g <1) n-type Al g Ga 1-g N in the case of forming, the value of g is 0 <g ≦ 0.6 in It is preferably within the range. If AlGaN has a relatively hard crystal and is larger than 0.6, cracks are relatively likely to occur in the first n-type cladding layer 414 irrespective of the presence of the first n-type cladding layer 414, and the light emission output tends to decrease. Because there is. Most preferably, the g value is in the range of 0 <g ≦ 0.4.

 また、第2のn型クラッド層424のキャリア濃度は、5×1017/cm〜1×1019/cmの範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が5×1017/cmよりも低いと、特にAlGaNの抵抗率が高くなるので、発光素子のVfが高くなり、発光効率が低下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が1×1019/cmよりも高いと特にAlGaNの結晶性が悪くなり発光効率が低下するからである。 The carrier concentration of the second n-type cladding layer 424 is desirably in the range of 5 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . If the carrier concentration is lower than 5 × 10 17 / cm 3 , the resistivity of AlGaN particularly increases, so that the Vf of the light emitting element tends to increase and the luminous efficiency tends to decrease. This is because if it is higher than × 10 19 / cm 3 , the crystallinity of AlGaN is particularly deteriorated and the luminous efficiency is reduced.

第2のn型クラッド層424は、通常、50オングストローム〜0.5μmの厚さをもって形成することができる。 The second n-type cladding layer 424 can be usually formed with a thickness of 50 Å to 0.5 μm.

 n型半導体層の最外層(活性層から最も離れて位置する層)として形成されている(図12では、第2のn型クラッド層424に接して形成されている)n型コンタクト層403は、n型GaNで形成されている。図1の発光素子10におけるn型コンタクト層13をn型GaNで形成することが好ましいとした理由と同様の理由から、n型コンタクト層403は、n型GaNで形成される。その他の例えばキャリア濃度は、図1に示す発光素子10におけるn型コンタクト層13の場合に好ましいとして記載した濃度であることが同様に好ましい。 The n-type contact layer 403 (formed in contact with the second n-type cladding layer 424 in FIG. 12) is formed as the outermost layer of the n-type semiconductor layer (the layer located farthest from the active layer). , N-type GaN. The n-type contact layer 403 is formed of n-type GaN for the same reason that the n-type contact layer 13 in the light emitting device 10 of FIG. 1 is preferably formed of n-type GaN. Other carrier concentrations, for example, are preferably the concentrations described as preferable in the case of the n-type contact layer 13 in the light emitting device 10 shown in FIG.

 活性層405の第2の主面に接して設けられている第1のp型クラッド層416は、キャップ層として作用するものであり、これまで説明してきた他の形態における第1のp型クラッド層と同様に活性層の分解を防止して発光素子の発光出力を向上させるものである。この第1のp型クラッド層416は、アルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体で形成されている。このような第1のp型クラッド層416を設けることによって、より一層優れたLD素子を提供できることがわかった。 The first p-type cladding layer 416 provided in contact with the second main surface of the active layer 405 functions as a cap layer, and serves as the first p-type cladding in the other embodiments described above. As in the case of the layer, the active layer is prevented from being decomposed to improve the light emission output of the light emitting element. The first p-type cladding layer 416 is formed of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium. It has been found that by providing such a first p-type cladding layer 416, a more excellent LD element can be provided.

 この第1のp型クラッド層416は、好ましくは、p型AlGa1−hN(ここで、0<h<1)で形成される。この場合において、hの値は、0<h≦0.6の範囲内にあることが好ましい。AlGaNはその結晶が比較的硬く、その層にクラックが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾向にあるからである。h値は、0<h≦0.4の範囲内にあることが最も好ましい。 The first p-type cladding layer 416, preferably, (where, 0 <h <1) p-type Al h Ga 1-h N are formed by. In this case, the value of h is preferably in the range of 0 <h ≦ 0.6. This is because the crystal of AlGaN is relatively hard, cracks are relatively easily generated in the layer, and the light emission output tends to decrease. Most preferably, the h value is in the range 0 <h ≦ 0.4.

 また、第1のp型クラッド層416のキャリア濃度は、1×1017/cm〜1×1019/cmの範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が1×1017/cmよりも低いと、活性層405への正孔の注入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が1×1019/cmよりも高いとAlGaNの結晶性が悪くなり発光効率が低下するからである。 Further, the carrier concentration of the first p-type cladding layer 416 is desirably in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . When the carrier concentration is lower than 1 × 10 17 / cm 3, the efficiency of hole injection into the active layer 405 decreases, and the light emission efficiency tends to decrease. On the other hand, the carrier concentration decreases to 1 × 10 19 / cm 3. This is because if it is higher than cm 3, the crystallinity of AlGaN deteriorates and the luminous efficiency decreases.

 第1のp型クラッド層416は、通常、50オングストローム〜0.5μmの厚さをもって形成することができる。 {Circle around (1)} The first p-type cladding layer 416 can be usually formed with a thickness of 50 Å to 0.5 μm.

 第1のp型クラッド層416上に設けられている第2のp型クラッド層426は、光ガイド層として作用し、インジウムとガリウムとを含むp型窒化物半導体またはp型GaNで形成されている。より具体的には、第1のp型クラッド層416は、p型Inz Ga1-z N(ここで、0≦z<1)で形成することが望ましい。図3の発光素子30における第1のp型クラッド層36に関して説明した理由と同様の理由から、z値は、0≦z≦0.5の範囲内にあることが好ましく、さらに好ましくは0≦z≦0.3の範囲内、最も好ましくは0≦z≦0.2の範囲内にある。この第1のp型クラッド層416も同様にGaNにより形成してもいわばバッファ層として同様に作用する。また、この第1のp型クラッド層416のキャリア濃度も、同様の理由から、1×1017/cm〜1×1019/cmの範囲内にあることが望ましい。さらに、第1のクラッド層416の厚さに特に制限はないが、同様の理由から、活性層405との合計で、300オングストローム以上の厚さを有することが望ましく、1μm以下の厚さを有し得る。 The second p-type cladding layer 426 provided on the first p-type cladding layer 416 functions as a light guide layer, and is formed of a p-type nitride semiconductor containing indium and gallium or p-type GaN. I have. More specifically, the first p-type cladding layer 416 is desirably formed of p-type InzGa1-zN (where 0≤z <1). For the same reason as described for the first p-type cladding layer 36 in the light emitting device 30 of FIG. 3, the z value is preferably in the range of 0 ≦ z ≦ 0.5, more preferably 0 ≦ z ≦ 0.5. It is in the range of z ≦ 0.3, most preferably in the range of 0 ≦ z ≦ 0.2. The first p-type cladding layer 416 can also be formed of GaN in the same manner, and acts similarly as a buffer layer. Further, the carrier concentration of the first p-type cladding layer 416 is desirably in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 for the same reason. Further, the thickness of the first cladding layer 416 is not particularly limited. However, for the same reason, it is preferable that the total thickness of the first cladding layer 416 and the active layer 405 be 300 Å or more, and 1 μm or less. I can do it.

 第2のp型クラッド層426上に設けられている第3のp型クラッド層436は、光閉じ込め層として作用し、第2のp型クラッド層426よりもバンドギャップが大きく、かつアルミニウムとガリウムを含むp型の窒化物半導体で形成されている。このような第3のp型クラッド層436を設けることによって、第2のp型クラッド層426との間のバンドギャップ差を大きくすることができ、発光素子の発光効率を向上させることができる。 The third p-type cladding layer 436 provided on the second p-type cladding layer 426 functions as a light confinement layer, has a larger band gap than the second p-type cladding layer 426, and has a higher gap between aluminum and gallium. And is formed of a p-type nitride semiconductor. By providing such a third p-type cladding layer 436, the band gap difference between the third p-type cladding layer 426 and the second p-type cladding layer 426 can be increased, and the luminous efficiency of the light-emitting element can be improved.

 この第3のp型クラッド層436は、好ましくは、p型AlGa1−iN(ここで、0<i<1)で形成される。この場合において、iの値は、0<i≦0.6の範囲内にあることが好ましい。AlGaNはその結晶が比較的硬く、0.6より大きいと、第2のp型クラッド層426の存在にもかかわらず、その層にクラックが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾向にあるからである。b値は、0<b≦0.4の範囲内にあることが最も好ましい。 The third p-type cladding layer 436 is preferably formed of p-type Al i Ga 1-i N (here, 0 <i <1). In this case, the value of i is preferably in the range of 0 <i ≦ 0.6. If AlGaN has a relatively hard crystal and is larger than 0.6, cracks are relatively likely to occur in the layer despite the presence of the second p-type cladding layer 426, and the light emission output tends to decrease. Because there is. Most preferably, the b value is in the range of 0 <b ≦ 0.4.

 また、第3のp型クラッド層436のキャリア濃度は、1×1017/cm〜1×1019/cmの範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が1×1017/cmよりも低いと、活性層405への正孔の注入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が1×1019/cmよりも高いとAlGaNの結晶性が悪くなり発光効率が低下するからである。第3のp型クラッド層436は、通常、50オングストローム〜0.5μmの厚さをもって形成することができる。 Further, the carrier concentration of the third p-type cladding layer 436 is desirably in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . When the carrier concentration is lower than 1 × 10 17 / cm 3, the efficiency of hole injection into the active layer 405 decreases, and the light emission efficiency tends to decrease. On the other hand, the carrier concentration decreases to 1 × 10 19 / cm 3. This is because if it is higher than cm 3, the crystallinity of AlGaN deteriorates and the luminous efficiency decreases. The third p-type cladding layer 436 can be usually formed with a thickness of 50 Å to 0.5 μm.

 p型半導体層の最外層(活性層405から最も離れて位置する層)として形成されている(図12では、第3のp型クラッド層436に接して設けられている)p型コンタクト層407は、p型GaNで形成されている。図1の発光素子10におけるp型コンタクト層17をp型GaNで形成することが好ましいとした理由と同様の理由から、p型コンタクト層407は、p型GaNで形成される。その他の例えばキャリア濃度は、図1に示す発光素子10におけるp型コンタクト層17の場合に好ましいとして記載した濃度であることが同様に好ましい。 A p-type contact layer 407 formed as an outermost layer of the p-type semiconductor layer (a layer located farthest from the active layer 405) (in FIG. 12, provided in contact with the third p-type cladding layer 436). Is formed of p-type GaN. The p-type contact layer 407 is formed of p-type GaN for the same reason that the p-type contact layer 17 in the light emitting device 10 of FIG. 1 is preferably formed of p-type GaN. Other carrier concentrations, for example, are preferably the concentrations described as preferable in the case of the p-type contact layer 17 in the light emitting element 10 shown in FIG.

 基板401、バッファ層402、負電極408および正電極409は、それぞれ、図1に示す発光素子10における基板11、バッファ層12、負電極18および正電極19について説明した通りのものである。また、透孔440aを有する電流狭窄層440についても、図9に示す発光素子90における電流狭窄層100について説明した通りのものである。 The substrate 401, the buffer layer 402, the negative electrode 408, and the positive electrode 409 are as described for the substrate 11, the buffer layer 12, the negative electrode 18, and the positive electrode 19 in the light emitting device 10 shown in FIG. Further, the current confinement layer 440 having the through hole 440a is also the same as described for the current confinement layer 100 in the light emitting element 90 shown in FIG.

 本発明の1つの側面によれば、第1および第2の主面を有し、インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体よりなる量子井戸構造の活性層、該活性層の第1の主面上に設けられたn型窒化物半導体層、および該活性層の第2の主面上に設けられたp型窒化物半導体層を有する半導体積層構造を備え、該p型窒化物半導体層は、該活性層の第2の主面に接して形成され、かつアルミニウムとガリウムを含むp型窒化物半導体よりなる第1のp型層、および該第1のp型層に接して設けられたp型GaNよりなる第2のp型層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。この側面による発光素子は、図9に示す発光素子90の構造から第2のp型クラッド層96bとn型クラッド層94を省略し、かつp型コンタクト層97をp型GaNで形成した特別の場合に該当する。この場合、n型コンタクト層93を最も好ましくはn型GaNで形成することができる。 According to one aspect of the present invention, an active layer having a quantum well structure having a first and a second main surface and made of a nitride semiconductor containing indium and gallium, on the first main surface of the active layer And a semiconductor stacked structure having a p-type nitride semiconductor layer provided on the second main surface of the active layer, wherein the p-type nitride semiconductor layer is A first p-type layer formed in contact with the second main surface of the active layer and made of a p-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium, and a p-type layer provided in contact with the first p-type layer There is provided a nitride semiconductor light emitting device including a second p-type layer made of GaN. The light emitting device according to this aspect has a special structure in which the second p-type cladding layer 96b and the n-type cladding layer 94 are omitted from the structure of the light emitting device 90 shown in FIG. 9 and the p-type contact layer 97 is formed of p-type GaN. This is the case. In this case, the n-type contact layer 93 can be most preferably formed of n-type GaN.

 図13は、量子井戸構造の活性層の井戸層の厚さを変えて本発明の種々の窒化物半導体発光素子を作製し、その発光出力(相対値)と井戸層の厚さとの関係を調べた結果をグラフで示したものである。図13からわかるように、本発明の窒化物半導体発光素子における量子井戸構造の活性層の井戸層の厚さを70オングストローム以下にすると、発光素子の発光出力が顕著に向上することがわかる。井戸層の厚さが50オングストローム以下となると、発光素子の発光出力は、さらに向上することもわかる。このような傾向は、本発明のすべての窒化物半導体発光素子について、単一量子井戸構造の活性層においても、多重量子井戸構造の活性層においても、確認されたばかりでなく、広く、活性層を挟持する2つのクラッド層の一方がp型窒化物半導体で形成され、他方がn型窒化物半導体で形成された場合にも確認された。 FIG. 13 shows various nitride semiconductor light emitting devices of the present invention manufactured by changing the thickness of the well layer of the active layer having the quantum well structure, and examining the relationship between the light emission output (relative value) and the thickness of the well layer. The results are shown in a graph. As can be seen from FIG. 13, when the thickness of the well layer of the active layer of the quantum well structure in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention is 70 Å or less, the light emitting output of the light emitting device is significantly improved. It can also be seen that when the thickness of the well layer is 50 Å or less, the light emission output of the light emitting element is further improved. Such a tendency was confirmed not only for the active layer having a single quantum well structure but also for the active layer having a multiple quantum well structure for all the nitride semiconductor light emitting devices of the present invention, and the active layer was widely used. It was also confirmed that one of the two clad layers sandwiched was formed of a p-type nitride semiconductor and the other was formed of an n-type nitride semiconductor.

 そこで、本発明の一側面によれば、n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との間にインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含する少なくとも1層の井戸層を有する量子井戸構造の活性層を備え、井戸層は、70オングストローム以下の厚さを有することを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。 Therefore, according to one aspect of the present invention, a quantum well having at least one well layer containing a nitride semiconductor containing indium and gallium between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer A nitride semiconductor light emitting device is provided, comprising an active layer having a structure, wherein the well layer has a thickness of 70 Å or less.

 図14は、多重量子井戸構造の活性層の井戸層の厚さを一定にし、障壁層の厚さを変えて本発明の種々の窒化物半導体発光素子を作製し、その発光出力(相対値)と障壁層の厚さとの関係を調べた結果をグラフとして示したものである。図14からわかるように、本発明の窒化物半導体発光素子における量子井戸構造の活性層の障壁層の厚さを150オングストローム以下にすると、発光素子の発光出力が顕著に向上することがわかる。障壁層の厚さが100オングストローム以下となると、発光素子の発光出力は、さらに向上することもわかる。このような傾向は、本発明のすべての窒化物半導体発光素子について確認されたばかりでなく、広く、活性層を挟持する2つのクラッド層の一方がp型窒化物半導体で形成され、他方がn型窒化物半導体で形成された場合にも確認された。 FIG. 14 shows that various nitride semiconductor light emitting devices of the present invention were manufactured by changing the thickness of the barrier layer while keeping the thickness of the well layer of the active layer of the multiple quantum well structure constant. FIG. 5 is a graph showing the result of examining the relationship between the thickness and the thickness of the barrier layer. As can be seen from FIG. 14, when the thickness of the barrier layer of the active layer of the quantum well structure in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention is 150 Å or less, the light emitting output of the light emitting device is significantly improved. It can also be seen that when the thickness of the barrier layer is less than 100 angstroms, the light emitting output of the light emitting device is further improved. This tendency was not only confirmed for all nitride semiconductor light emitting devices of the present invention, but also widely, one of the two cladding layers sandwiching the active layer was formed of a p-type nitride semiconductor, and the other was formed of an n-type nitride semiconductor. It was also confirmed when formed of a nitride semiconductor.

 図15は、図9に示す構造に類似する構造の発光素子について、第1のp型クラッド層96aの厚さを変えた場合におけるその厚さと発光出力(相対値)との関係を示すグラフである。図15は、より具体的には、図9に示す構造において、サファイア基板91上にGaNバッファ層92を介してn型GaNコンタクト層93を4μmの厚さに、n型InGaNクラッド層94を500オングストロームの厚さに、単一量子井戸構造のInGaN活性層95を20オングストロームの厚さに形成し、その上に第1のp型AlGaNクラッド層96aを厚さを変えて形成し、さらにその上に第2のp型AlGaNクラッド層96bを0.1μmの厚さに形成し、p型GaNコンタクト層97を1μmの厚さに形成し、負電極98を形成し、電流狭窄層100を設けることなく正電極99を形成したLED素子についてのものである。 FIG. 15 is a graph showing the relationship between the thickness and the light emission output (relative value) of the light emitting element having a structure similar to the structure shown in FIG. 9 when the thickness of the first p-type cladding layer 96a is changed. is there. More specifically, FIG. 15 shows that, in the structure shown in FIG. 9, an n-type GaN contact layer 93 having a thickness of 4 μm and a n-type InGaN cladding layer 94 having a thickness of 500 μm on a sapphire substrate 91 with a GaN buffer layer 92 interposed therebetween. An InGaN active layer 95 having a single quantum well structure is formed to a thickness of 20 angstroms to a thickness of 20 angstroms, and a first p-type AlGaN cladding layer 96a is formed thereon by changing the thickness, and further formed thereon. Forming a second p-type AlGaN cladding layer 96b to a thickness of 0.1 μm, forming a p-type GaN contact layer 97 to a thickness of 1 μm, forming a negative electrode 98, and providing a current confinement layer 100. And the LED element on which the positive electrode 99 is formed.

 図15に示すように、第1のp型クラッド層96aの厚さが1μmよりも厚くなると発光出力は急激に低下する傾向にある。そのような厚さになると、第1のp型クラッド層96aにクラックが入り、素子の結晶性が悪くなることによるものである。図15から、LED素子の場合には、第1のp型クラッド層96aの膜さは10オングストローム(0.001μm)以上、1μm以下の厚さが好ましいことがわかる。このような傾向は、第1のp型クラッド層をAlGaNで形成する本発明の他の形態の窒化物半導体発光素子のすべてについて確認された。なお、LD素子の場合に第1のp型クラッド層の好ましい厚さが100オングストローム以上であるのは、上記の通り、別の理由による。 As shown in FIG. 15, when the thickness of the first p-type cladding layer 96a is more than 1 μm, the light emission output tends to sharply decrease. At such a thickness, the first p-type cladding layer 96a is cracked and the crystallinity of the device is deteriorated. FIG. 15 shows that in the case of an LED element, the thickness of the first p-type cladding layer 96a is preferably not less than 10 angstroms (0.001 μm) and not more than 1 μm. Such a tendency was confirmed for all of the nitride semiconductor light emitting devices according to other embodiments of the present invention in which the first p-type cladding layer is formed of AlGaN. Note that the reason why the preferable thickness of the first p-type cladding layer is 100 Å or more in the case of the LD element is as described above for another reason.

 図16は、図10に示す構造に類似する構造の発光素子について、第1のn型クラッド層294aの厚さを変えた場合におけるその厚さと発光出力(相対値)との関係を示すグラフである。図16は、より具体的には、図10に示す構造において、サファイア基板91上にGaNバッファ層92を介してn型GaNコンタクト層93を4μmの厚さに、第2のn型AlGaNクラッド層294bを0.1μmの厚さに形成し、第1のn型InGaNクラッド層294aを厚さを変えて形成し、さらにその上に、単一量子井戸構造のInGaN活性層95を20オングストロームの厚さに、p型AlGaNクラッド層296を0.1μmの厚さに形成し、負電極98を形成し、電流狭窄層100を設けることなく正電極99を形成したLED素子についてのものである。 FIG. 16 is a graph showing the relationship between the thickness of the first n-type cladding layer 294a and the light emission output (relative value) of a light emitting element having a structure similar to the structure shown in FIG. is there. More specifically, in the structure shown in FIG. 10, an n-type GaN contact layer 93 is formed on a sapphire substrate 91 via a GaN buffer layer 92 to a thickness of 4 μm, and a second n-type AlGaN cladding layer is formed. 294b is formed to a thickness of 0.1 μm, a first n-type InGaN cladding layer 294a is formed with a different thickness, and an InGaN active layer 95 having a single quantum well structure is further formed thereon with a thickness of 20 Å. In this case, the p-type AlGaN cladding layer 296 is formed to a thickness of 0.1 μm, the negative electrode 98 is formed, and the positive electrode 99 is formed without providing the current confinement layer 100.

 図16からわかるように、第1のn型クラッド層294aの厚さが1μmよりも厚くなると発光出力は急激に低下する傾向にある。これは第1のn型クラッド層294a自体の結晶性が悪くなり、例えば結晶が黒くなったり、ピットが発生するためである。また第1のn型クラッド層294aの厚さが30オングストロームよりも薄くなっても、発光出力が低下する傾向にある。これはInGaNよりなる第1のn型クラッド層294aがバッファ層として効果的に作用する好ましい膜厚が30オングストローム以上であることを示している。このような傾向は、第1のn型クラッド層をInGaNまたはGaNで形成する本発明の他の形態の窒化物半導体発光素子のすべてについて確認された。なお、既に説明したように、第1のn型クラッド層294aが10オングストロームよりも薄くなると、バッファ層として作用せず、その上に形成される活性層95およびクラッド層294b、296に多数のクラックが発生するため、素子作製も難しくなり、発光出力は大幅に低下する。 わ か る As can be seen from FIG. 16, when the thickness of the first n-type cladding layer 294a is greater than 1 μm, the light emission output tends to sharply decrease. This is because the crystallinity of the first n-type cladding layer 294a itself deteriorates, for example, the crystal becomes black or pits are generated. Even when the thickness of the first n-type cladding layer 294a is smaller than 30 Å, the light emission output tends to decrease. This indicates that the preferred thickness at which the first n-type cladding layer 294a made of InGaN effectively functions as a buffer layer is 30 Å or more. Such a tendency was confirmed for all of the nitride semiconductor light emitting devices according to other embodiments of the present invention in which the first n-type cladding layer is formed of InGaN or GaN. As described above, when the first n-type cladding layer 294a is thinner than 10 angstroms, it does not act as a buffer layer, and a large number of cracks are formed on the active layer 95 and the cladding layers 294b and 296 formed thereon. This makes it difficult to fabricate the device, and the light emission output is greatly reduced.

 さて、本発明において、窒化物半導体は、いずれも、ドナー不純物をドープしないで成長させてもn型を示すが、最も好ましくは窒化物半導体の結晶成長中にSi、Ge、Te、S等のドナー不純物をドープする。ドナー不純物濃度を調整することにより、n型窒化物半導体層のキャリア濃度を調整できる。 Now, in the present invention, any of the nitride semiconductors shows an n-type even when grown without doping with a donor impurity, but most preferably, Si, Ge, Te, S, or the like during crystal growth of the nitride semiconductor. Doping with donor impurities. By adjusting the donor impurity concentration, the carrier concentration of the n-type nitride semiconductor layer can be adjusted.

 また、本発明において、p型窒化物半導体層は、いずれも、窒化物半導体の結晶成長中にMg、Zn、Cd、Ca、Be、C等のアクセプター不純物を窒化物半導体の結晶成長中にドープすることによって得られる。このようにアクセプター不純物をドープして成長させた窒化物半導体層を400℃以上の温度でアニーリングを行うことによりより一層好ましいp型窒化物半導体層が得られる。アクセプター不純物の濃度を調整することにより、p型窒化物半導体層のキャリア濃度を調整することができる。 Further, in the present invention, each of the p-type nitride semiconductor layers is doped with an acceptor impurity such as Mg, Zn, Cd, Ca, Be, or C during the crystal growth of the nitride semiconductor during the crystal growth of the nitride semiconductor. It is obtained by doing. By annealing the nitride semiconductor layer grown by doping the acceptor impurity at a temperature of 400 ° C. or more, a more preferable p-type nitride semiconductor layer can be obtained. By adjusting the concentration of the acceptor impurity, the carrier concentration of the p-type nitride semiconductor layer can be adjusted.

 本発明の窒化物半導体発光素子は、例えばMOVPE(有機金属気相成長法)、MBE(分子線気相成長法)、HDVPE(ハイドライド気相成長法)等の気相成長法を用いて、基板上に各窒化物半導体層を形成することによって好ましく製造することができる。例えば、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物、有機アルミニウム化合物、アンモニア等の窒化物半導体源を用い、必要に応じて不純物源をも用いて有機MOVPE法により基板上に各窒化物半導体層を形成し、正電極および負電極を形成して本発明の窒化物半導体発光素子を製造することができる。 The nitride semiconductor light emitting device of the present invention can be formed on a substrate by using a vapor phase growth method such as MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), MBE (molecular beam vapor phase epitaxy), or HDVPE (hydride vapor phase epitaxy). It can be preferably manufactured by forming each nitride semiconductor layer thereon. For example, using a nitride semiconductor source such as an organic indium compound, an organic gallium compound, an organic aluminum compound, and ammonia, and forming each nitride semiconductor layer on the substrate by an organic MOVPE method using an impurity source as necessary, The nitride semiconductor light emitting device of the present invention can be manufactured by forming a positive electrode and a negative electrode.

 以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば図9における電流狭窄層100は、LD素子とした場合における本発明の半導体発光素子にも適用できる。また、1つのn型もしくはp型InGaN層についてのインジウムの比率およびキャリア濃度に関する説明は、他のn型もしくはp型InGaN層についても同様にあてはまり、1つのn型もしくはp型AlGaN層についてのアルミニウムの比率およびキャリア濃度に関する説明は、他のn型もしくはp型AlGaN層についても同様にあてはまることが明らかであろう。なお、以上の説明からも明らかなように、主面とは、窒化物半導体層(具体的には、活性層)において他の層が形成される面を意味する。 Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the current confinement layer 100 in FIG. 9 can be applied to the semiconductor light emitting device of the present invention in the case where the device is an LD device. Further, the description regarding the indium ratio and the carrier concentration for one n-type or p-type InGaN layer similarly applies to the other n-type or p-type InGaN layers, and the aluminum content for one n-type or p-type AlGaN layer. It will be clear that the description of the ratio and carrier concentration applies to other n-type or p-type AlGaN layers as well. Note that, as is clear from the above description, the main surface means a surface on which another layer is formed in the nitride semiconductor layer (specifically, the active layer).

以下本発明を実施例に基づいて説明する。以下の実施例では、全ての窒化物半導体層をMOVPE法により成長させている。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples. In the following examples, all nitride semiconductor layers are grown by MOVPE.

まず、原料ガスとしてTMG(トリメチルガリウム)とNHとを用い、反応容器にセットしたサファイア基板のC面に500℃でGaNよりなるバッファ層を500オングストロームの厚さに成長させた。 First, a buffer layer made of GaN was grown to a thickness of 500 angstroms at 500 ° C. on the C-plane of a sapphire substrate set in a reaction vessel using TMG (trimethylgallium) and NH 3 as source gases.

 次に温度を1050℃まで上げ、TMGとNHからなる上記原料ガスにシランガスを加え、Siドープn型GaNよりなるn型コンタクト層を4μmの厚さに成長させた。このn型コンタクト層の電子キャリア濃度は、2×1019/cmであった。 Next, the temperature was increased to 1050 ° C., and silane gas was added to the above-mentioned source gas composed of TMG and NH 3 to grow an n-type contact layer composed of Si-doped n-type GaN to a thickness of 4 μm. The electron carrier concentration of this n-type contact layer was 2 × 10 19 / cm 3 .

 続いて、上記原料ガスにさらにTMA(トリメチルアルミニウム)を加え、同じく1050℃でSiドープn型Al0.3Ga0.7N層よりなる第2のn型クラッド層を0.1μmの厚さに成長させた。この第2のn型クラッド層の電子キャリア濃度は1×1019/cmであった。 Subsequently, TMA (trimethylaluminum) is further added to the source gas, and a second n-type clad layer made of a Si-doped n-type Al 0.3 Ga 0.7 N layer is formed at a temperature of 1050 ° C. to a thickness of 0.1 μm. Grown. The electron carrier concentration of this second n-type cladding layer was 1 × 10 19 / cm 3 .

 次に、温度を800℃に下げ、原料ガスとしてTMG、TMI(トリメチルインジウム)、NHおよびシランガスを用い、Siドープn型In0.01Ga0.99Nよりなる第1のn型クラッド層を500オングストロームの厚さに成長させた。この第1のn型クラッド層の電子キャリア濃度は、5×1018/cmであった。 Next, the temperature was lowered to 800 ° C., and TMG, TMI (trimethylindium), NH 3 and silane gas were used as source gases, and a first n-type clad layer made of Si-doped n-type In 0.01 Ga 0.99 N was used. Was grown to a thickness of 500 angstroms. The electron carrier concentration of the first n-type cladding layer was 5 × 10 18 / cm 3 .

 続いて、原料ガスとしてTMG、TMIおよびNHを用い、800℃でノンドープIn0.05Ga0.95Nを30オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成した。 Subsequently, using TMG, TMI and NH 3 as source gases, non-doped In 0.05 Ga 0.95 N was grown to a thickness of 30 Å at 800 ° C. to form an active layer having a single quantum well structure.

 次に、温度を1050℃に上げ、原料ガスとしてTMG、TMA、NHおよびCpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgドープp型Al0.3Ga0.7Nよりなる第2のp型クラッド層を0.1μmの厚さに成長させた。この第2のp型クラッド層のホールキャリア濃度は1×1018/cmであった。 Next, the temperature was increased to 1050 ° C., and TMG, TMA, NH 3 and Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) were used as source gases, and a second layer of Mg-doped p-type Al 0.3 Ga 0.7 N was used. Was grown to a thickness of 0.1 μm. The hole carrier concentration of this second p-type cladding layer was 1 × 10 18 / cm 3 .

 続いて、原料ガスとしてTMG、NHおよびCpMgを用い、1050℃でMgドープp型GaNよりなるp型コンタクト層を0.5μmの厚さに成長させた。このp型コンタクト層のホールキャリア濃度は5×1019/cmであった。 Subsequently, a p-type contact layer made of Mg-doped p-type GaN was grown to a thickness of 0.5 μm at 1050 ° C. using TMG, NH 3 and Cp 2 Mg as source gases. The hole carrier concentration of this p-type contact layer was 5 × 10 19 / cm 3 .

 しかる後、温度を室温まで下げ、ウエーハを反応容器から取り出し、700℃でウエーハのアニーリングを行って各p型層をさらに低抵抗化させた。次に、最上層のp型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、n型コンタクト層の表面が露出するまでエッチングした。n型コンタクト層の露出表面にTiとAlよりなる負電極を形成し、p型コンタクト層の表面にNiとAuよりなる正電極を形成した。 Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, the wafer was taken out of the reaction vessel, and the wafer was annealed at 700 ° C. to further reduce the resistance of each p-type layer. Next, a mask having a predetermined shape was formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and etching was performed until the surface of the n-type contact layer was exposed. A negative electrode made of Ti and Al was formed on the exposed surface of the n-type contact layer, and a positive electrode made of Ni and Au was formed on the surface of the p-type contact layer.

 電極形成後、ウエーハを350μm角のチップに分離した後、常法に従い半値角15度の指向特性を持つLED素子とした。このLED素子はIf(順方向電流)20mAにおいて、Vf(順方向電圧)3.5V、発光ピーク波長415nmの青色発光を示し、発光出力は6mWであった。また、その発光スペクトルの半値幅は20nmであり、非常に色純度の良い発光を示した。 (4) After the electrodes were formed, the wafer was separated into chips of 350 μm square, and an LED element having a directional characteristic of a half-value angle of 15 ° was obtained according to a conventional method. This LED element emitted blue light with a Vf (forward voltage) of 3.5 V and an emission peak wavelength of 415 nm at If (forward current) of 20 mA, and had an emission output of 6 mW. The half width of the light emission spectrum was 20 nm, and light emission with very good color purity was exhibited.

 実施例1と同様にしてサファイア基板の上にSiドープn型Al0.3Ga0.7N層よりなる第2のn型クラッド層まで成長させた後、第2のクラッド層の上に実施例1と同様の条件で、ノンドープIn0.05Ga0.95Nを40オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成した。 After growing up to the second n-type clad layer composed of the Si-doped n-type Al 0.3 Ga 0.7 N layer on the sapphire substrate in the same manner as in Example 1, the process was performed on the second clad layer. Under the same conditions as in Example 1, non-doped In 0.05 Ga 0.95 N was grown to a thickness of 40 Å to form an active layer having a single quantum well structure.

 次に、活性層の上に、原料ガスとしてTMG、TMI、NHおよびCpMgを用い、800℃で、Mgドープp型In0.01Ga0.99Nよりなる第1のp型クラッド層を500オングストロームの厚さに成長させた。この第1のp型層のアニーリング後のホールキャリア濃度は2×1017/cmであった。 Next, a first p-type clad made of Mg-doped p-type In 0.01 Ga 0.99 N at 800 ° C. using TMG, TMI, NH 3 and Cp 2 Mg as source gases on the active layer. The layer was grown to a thickness of 500 Å. The hole carrier concentration of the first p-type layer after annealing was 2 × 10 17 / cm 3 .

 これ以降の第2のp型クラッド層、p型コンタクト層の成長、その他は実施例1と同様にして所望のLED素子を得た。このLED素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光ピーク波長410nm、発光スペクトルの半値幅20nmであり、発光出力は5mWであった。 成長 A desired LED element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the subsequent growth of the second p-type cladding layer and the p-type contact layer, and the like. This LED element had a Vf of 3.5 V, an emission peak wavelength of 410 nm, an emission spectrum half width of 20 nm, and an emission output of 5 mW at If mA of 20 mA.

 実施例1と同様にして、サファイア基板の上に、Siドープn型In0.01Ga0.99Nよりなる第1のn型クラッド層まで成長させた後、その第1のn型クラッド層の上に、ノンドープIn0.05Ga0.95Nを40オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成した。 After growing a first n-type clad layer made of Si-doped n-type In 0.01 Ga 0.99 N on a sapphire substrate in the same manner as in Example 1, the first n-type clad layer is formed. A non-doped In 0.05 Ga 0.95 N was grown to a thickness of 40 angstroms to form an active layer having a single quantum well structure.

 続いて、原料ガスとしてTMG、TMI、NHおよびCpMgを用い、800℃で、Mgドープp型In0.01Ga0.99Nよりなる第1のp型クラッド層を500オングストロームの厚さに成長させた。この第1のp型クラッド層のアニール後のホールキャリア濃度は、2×1017/cmであった。 Subsequently, using TMG, TMI, NH 3 and Cp 2 Mg as source gases, a first p-type cladding layer made of Mg-doped p-type In 0.01 Ga 0.99 N was formed at 800 ° C. to a thickness of 500 Å. I grew up. The hole carrier concentration of the first p-type clad layer after annealing was 2 × 10 17 / cm 3 .

 次に、実施例1と同様にして、第1のp型クラッド層上にMgドープp型Al0.3Ga0.7Nよりなる第2のp型クラッド層を成長させ、そしてその上にMgドープp型GaNよりなるp型コンタクト層を成長させた。その後、実施例1と同様にして、所望のLED素子を得た。このLED素子は、If20mAでVf3.5V、発光ピーク波長410nm、発光スペクトルの半値幅20nmであり、発光出力は6mWであった。 Next, a second p-type cladding layer made of Mg-doped p-type Al 0.3 Ga 0.7 N is grown on the first p-type cladding layer in the same manner as in Example 1, and a second p-type cladding layer is formed thereon. A p-type contact layer made of Mg-doped p-type GaN was grown. Thereafter, a desired LED element was obtained in the same manner as in Example 1. This LED element had a Vf of 3.5 V, an emission peak wavelength of 410 nm, an emission spectrum half width of 20 nm, and an emission output of 6 mW at If mA.

 実施例1と同様にして、サファイア基板の上に、Siドープn型Al0.3Ga0.7N層よりなる第2のn型クラッド層まで成長させた後、その第2のn型クラッド層の上に、Siドープn型GaNよりなる第1のn型クラッド層を500オングストロームの厚さに成長させた。この第1のn型クラッド層の電子キャリア濃度は2×1019/cmであった。 After growing a second n-type clad layer composed of a Si-doped n-type Al 0.3 Ga 0.7 N layer on a sapphire substrate in the same manner as in Example 1, the second n-type clad layer On the layer, a first n-type cladding layer of Si-doped n-type GaN was grown to a thickness of 500 Å. The electron carrier concentration of this first n-type cladding layer was 2 × 10 19 / cm 3 .

 次に、実施例3と同様に第1のn型クラッド層55の上に、ノンドープIn0.05Ga0.95Nを40オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成した。 Next, non-doped In 0.05 Ga 0.95 N is grown to a thickness of 40 Å on the first n-type cladding layer 55 in the same manner as in Example 3 to form an active layer having a single quantum well structure. Formed.

 次に、活性層の上に、実施例1と同様にして、Mgドープp型Al0.3Ga0.7Nよりなる第2のp型クラッド層とMgドープp型GaNよりなるp型コンタクト層を順次成長させた。これ以降は実施例1と同様にしてLED素子を得た。このLED素子は、If20mAでVf3.5V、発光ピーク波長415nm、発光スペクトルの半値幅20nmであり、発光出力は5mWであった。 Next, a second p-type cladding layer made of Mg-doped p-type Al 0.3 Ga 0.7 N and a p-type contact made of Mg-doped p-type GaN are formed on the active layer in the same manner as in the first embodiment. The layers were grown sequentially. Thereafter, an LED element was obtained in the same manner as in Example 1. This LED element had Vf of 3.5 V, emission peak wavelength of 415 nm, emission spectrum half width of 20 nm and emission output of 5 mW at If mA of 20 mA.

 活性層をIn0.2Ga0.8Nで形成した以外は実施例1と同様にしてLED素子を作製した。このLED素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光ピーク波長455nm、半値幅20nmの青色発光を示し、発光出力は5mWであった。 An LED element was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the active layer was formed of In 0.2 Ga 0.8 N. This LED element emitted blue light with a Vf of 3.5 V, an emission peak wavelength of 455 nm, and a half-value width of 20 nm at If mA of 20 mA, and had an emission output of 5 mW.

 本実施例は、活性層の形成以外は実施例1と同様に行った。すなわち、本実施例では、活性層を形成するために、原料ガスとしてTMG、TMIおよびNHを用い、800℃で、ノンドープIn0.1Ga0.9N薄膜(井戸層)を20オングストロームの厚さに成長させた。続いて、In0.02Ga0.98N薄膜(障壁層)を20オングストローム厚さに成長させた。この操作を交互にそれぞれ3回ずつ繰り返し、最後にIn0.1Ga0.9N薄膜(障壁層)を20オングストロームの厚さに成長させ、総膜厚140オングストロームの多重量子井戸構造の活性層を形成した。こうして得られたLED素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光ピーク波長420nmの青色発光を示し、発光出力は7mWであった。 This example was performed in the same manner as Example 1 except for the formation of the active layer. That is, in the present embodiment, in order to form an active layer, non-doped In 0.1 Ga 0.9 N thin film (well layer) is used at a temperature of 800 ° C. and a thickness of 20 angstroms using TMG, TMI and NH 3 as source gases. Grown to thickness. Subsequently, an In0.02Ga0.98N thin film (barrier layer) was grown to a thickness of 20 angstroms. This operation was alternately repeated three times, and finally, an In0.1Ga0.9N thin film (barrier layer) was grown to a thickness of 20 angstroms, thereby forming an active layer of a multiple quantum well structure having a total thickness of 140 angstroms. The LED element thus obtained showed blue light emission with a Vf of 3.5 V and an emission peak wavelength of 420 nm at If 20 mA, and an emission output of 7 mW.

 アクセプター不純物源としてDEZ(ジエチルジンク)、ドナー不純物としてシランガスを用い、活性層としてSiとZnをドープした単一量子井戸構造のIn0.05Ga0.95N層を50オングストロームの厚さに形成した以外は実施例1と同様にしてLED素子を作製した。このLED素子はIf20mAにおいて、Vf3.5V、発光ピーク波長450nm、半値幅70nmの青色発光を示し、発光出力3mWであった。 Using DEZ (diethyl zinc) as an acceptor impurity source, silane gas as a donor impurity, and a single quantum well structure In 0.05 Ga 0.95 N layer doped with Si and Zn to a thickness of 50 Å as an active layer. An LED element was manufactured in the same manner as in Example 1 except for performing the above. This LED element emitted blue light with a Vf of 3.5 V, an emission peak wavelength of 450 nm, and a half-value width of 70 nm at If 20 mA, and had an emission output of 3 mW.

 実施例1の手法に従い、n型コンタクト層の上にSiドープn型In0.01Ga0.99Nよりなる第1のn型クラッド層、ノンドープIn0.05Ga0.95Nよりなる活性層、Mgドープp型Al0.3Ga0.7Nよりなる第2のp型クラッド層、およびMgドープp型GaNよりなるp型コンタクト層を成長させた。すなわち、第2のn型クラッド層を形成しなかった以外は実施例1と同様にしてLED素子を得た。このLED素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光ピーク波長410nm、発光出力は5mWであった。 Following the procedure of Example 1, the first n-type clad layer made of Si-doped n-type In 0.01 Ga 0.9 9N on the n-type contact layer, an active made of non-doped In 0.05 Ga 0.95 N A layer, a second p-type cladding layer made of Mg-doped p-type Al 0.3 Ga 0.7 N, and a p-type contact layer made of Mg-doped p-type GaN were grown. That is, an LED element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the second n-type clad layer was not formed. This LED element had a Vf of 3.5 V, an emission peak wavelength of 410 nm, and an emission output of 5 mW at If20 mA.

 実施例1と同様にして、サファイア基板の上に、n型コンタクト層までの各半導体層を成長させた後、温度を800℃に下げ、原料ガスとしてTMG、TMI、NHおよびシランガスを用い、Siドープn型In0.01Ga0.99Nよりなる薄膜を380オングストロームの厚さに成長させた。次に、温度を1050℃に上げ、原料ガスとしてTMG、TMA、NHおよびシランガスを用い、Siドープn型Al0.2Ga0.8Nよりなる薄膜を390オングストロームの厚さに成長させた。これらの操作を20回繰り返し、Siドープn型In0.01Ga0.99N層とSiドープAl0.2Ga0.8N層を交互に10層づつ積層したn型多層膜(第1の多層反射膜)を形成した。 After growing each semiconductor layer up to the n-type contact layer on the sapphire substrate in the same manner as in Example 1, the temperature was lowered to 800 ° C., and TMG, TMI, NH 3 and silane gas were used as source gases. the thin film made of Si-doped n-type in 0.01 Ga 0.99 n was grown to a thickness of 380 angstroms. Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and a thin film of Si-doped n-type Al 0.2 Ga 0.8 N was grown to a thickness of 390 Å using TMG, TMA, NH 3 and silane gas as source gases. . These operations are repeated 20 times, and an n-type multilayer film (first layer) is formed by alternately laminating 10 layers of a Si-doped n-type In 0.01 Ga 0.99 N layer and a Si-doped Al 0.2 Ga 0.8 N layer. Is formed.

 次に、n型多層膜上に、実施例3と同様にして、第2のn型クラッド層、第1のn型クラッド層、活性層、第1のp型クラッド層、および第2のp型クラッド層を順次成長させた。 Next, the second n-type clad layer, the first n-type clad layer, the active layer, the first p-type clad layer, and the second p-type clad layer are formed on the n-type multilayer film in the same manner as in the third embodiment. A mold cladding layer was grown sequentially.

 次に、温度を800℃に設定して、原料ガスとしてTMG、TMI、NH およびCp2 Mgを用い、第2のp型クラッド層上にMgドープp型In0.01Ga0.99N層を380オングストロームの厚さに成長させた後、温度を1050℃に上げ、原料ガスとしてTMG、TMA、NHおよびCp2 Mgガスを用い、Mgドープp型Al0.2Ga0.8N層を390オングストロームの厚さに成長させた。これらの操作を繰り返し、Mgドープp型In0.01Ga0.99N層とMgドープp型Al0.2Ga0.8N層とを交互に10層づつ積層したp型多層膜(第2の多層反射膜)を形成した。 Next, the temperature was set to 800 ° C., and TMG, TMI, NH 3 and Cp 2 Mg were used as source gases, and an Mg-doped p-type In 0.01 Ga 0.99 N layer was formed on the second p-type cladding layer. Was grown to a thickness of 380 Å, the temperature was increased to 1050 ° C., and TMG, TMA, NH 3 and Cp 2 Mg gas were used as source gases, and a Mg-doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer was formed. Growed to a thickness of 390 Å. These operations are repeated to form a p-type multilayer film (first layer) in which 10 layers of Mg-doped p-type In 0.01 Ga 0.99 N layers and 10 layers of Mg-doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layers are alternately stacked. 2 multilayer reflective films).

 ついで、p型多層膜上に、実施例1と同様にして、p型コンタクト層を成長させた。 Next, a p-type contact layer was grown on the p-type multilayer film in the same manner as in Example 1.

 こうして得られたウエーハについて、実施例1と同様にして窒化物半導体層をエッチングした後、最上層であるp型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、n型コンタクト層上に50μmの幅で負電極を、p型コンタクト層上にに10μmの幅で正電極をそれぞれ形成した。このようにn型コンタクト層上にn型多層膜を形成すると、負電極を形成する水平面がn型多層膜よりも下、すなわち基板側となる。 After the nitride semiconductor layer of the thus obtained wafer was etched in the same manner as in Example 1, a mask having a predetermined shape was formed on the surface of the p-type contact layer as the uppermost layer, and 50 μm was formed on the n-type contact layer. And a positive electrode having a width of 10 μm was formed on the p-type contact layer. When the n-type multilayer film is formed on the n-type contact layer in this way, the horizontal plane forming the negative electrode is below the n-type multilayer film, that is, on the substrate side.

 次に、窒化物半導体層を形成していない方のサファイア基板面を研磨して基板の厚さを90μmにし、サファイア基板表面のM面(六方晶系において六角柱の側面に相当する面)をスクライブした。スクライブ後、ウエーハを700μm角のチップに分割し、ストライプ型のLD素子を作製した。このLD素子は、ストライプ状の正電極と直交する窒化物半導体層面を光共振面としている。また、このLD素子の表面は、各電極表面を除き表面をSiOよりなる絶縁膜(図示せず)で被覆されている。次に、このチップをヒートシンクに設置し、各電極をワイヤーボンドした後、常温でレーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度1.5kA/cmで発振波長390nmのレーザ発振が確認された。 Next, the surface of the sapphire substrate on which the nitride semiconductor layer is not formed is polished to a thickness of 90 μm, and the M surface of the sapphire substrate surface (the surface corresponding to the side surface of the hexagonal prism in the hexagonal system) is formed. Scribed. After scribing, the wafer was divided into chips of 700 μm square to produce a stripe type LD element. In this LD element, the nitride semiconductor layer surface orthogonal to the stripe-shaped positive electrode is used as an optical resonance surface. The surface of the LD element is covered with an insulating film (not shown) made of SiO 2 except for the surface of each electrode. Next, this chip was placed on a heat sink, and after wire bonding of each electrode, laser oscillation was attempted at room temperature. As a result, laser oscillation at an oscillation wavelength of 390 nm was confirmed at a threshold current density of 1.5 kA / cm 2 . .

 まず、原料ガスとしてTMGとNHとを用い、反応容器にセットしたサファイア基板のC面に、500℃で、GaNよりなるバッファ層を200オングストロームの厚さに成長させた。 First, a buffer layer made of GaN was grown to a thickness of 200 angstroms at 500 ° C. on the C surface of a sapphire substrate set in a reaction vessel using TMG and NH 3 as source gases.

 次に、温度を1050℃まで上げ、TMGとNHとの原料ガスにシランガスを加え、Siドープn型GaNよりなるn型コンタクト層を4μmの厚さに成長させた。 Next, the temperature was raised to 1050 ° C., silane gas was added to the source gas of TMG and NH 3, and an n-type contact layer made of Si-doped n-type GaN was grown to a thickness of 4 μm.

 ついで、温度を800℃に下げ、上記原料ガスにさらにTMIを加え、Siドープn型In0.05Ga0.95N層よりなる第1のn型クラッド層を500オングストロームの厚さに成長させた。 Then, the temperature was lowered to 800 ° C., and TMI was further added to the source gas to grow a first n-type clad layer made of a Si-doped n-type In 0.05 Ga 0.95 N layer to a thickness of 500 Å. Was.

 続いて、800℃で、第1のn型クラッド層上にノンドープIn0.2Ga0.8Nを20オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成した。 Subsequently, at 800 ° C., non-doped In 0.2 Ga 0.8 N was grown to a thickness of 20 angstroms on the first n-type cladding layer to form an active layer having a single quantum well structure.

 次に、温度を1050℃に上げ、原料ガスとしてTMG、TMA、NHおよびCpMgを用い、Mgドープp型Al0.1Ga0.9Nよりなる第1のp型クラッド層を0.1μmの厚さに成長させた。 Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, NH 3 and Cp 2 Mg were used as source gases, and the first p-type cladding layer made of Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N was removed. .1 .mu.m thick.

 続いて、1050℃で、Mgドープp型Al0.3Ga0.7よりなる第2のp型クラッド層を0.5μmの厚さに成長させた。 Subsequently, at 1050 ° C., a second p-type cladding layer made of Mg-doped p-type Al 0.3 Ga 0.7 was grown to a thickness of 0.5 μm.

 引き続き、1050℃でMgドープGaNよりなるp型コンタクト層を1.0μmの厚さに成長させた。 Subsequently, a p-type contact layer made of Mg-doped GaN was grown to a thickness of 1.0 μm at 1050 ° C.

 反応終了後、温度を室温まで下げ、ウエーハを反応容器から取り出し、700℃でウエーハのアニーリングを行い、p型層をさらに低抵抗化させた。次に、最上層のp型コンタクト層からn型コンタクト層の表面が露出するまでエッチングした。エッチング後、p型コンタクト層の表面にSiOの層を被着し、これに透孔を設けて電流狭窄層とし、さらにその電流狭窄層上に、p型コンタクト層と透孔を介して接続するNiとAuよりなる正電極を形成した。また、n型コンタクト層の上記露出表面に、TiとAlよりなる負電極を形成した。 After completion of the reaction, the temperature was lowered to room temperature, the wafer was taken out of the reaction vessel, and the wafer was annealed at 700 ° C. to further reduce the resistance of the p-type layer. Next, etching was performed until the surface of the n-type contact layer was exposed from the uppermost p-type contact layer. After the etching, a layer of SiO 2 is deposited on the surface of the p-type contact layer, a hole is provided in the layer to form a current confinement layer, and the current confinement layer is connected to the p-type contact layer via the hole. A positive electrode made of Ni and Au was formed. A negative electrode made of Ti and Al was formed on the exposed surface of the n-type contact layer.

 次に、窒化物半導体層を形成していない方のサファイア基板面を研磨して基板の厚さを90μmとし、サファイア基板のM面をスクライブして強制的に劈開し、レーザチップを得た。その劈開面に誘電体多層膜を設けた後、チップをヒートシンクに設置し、常温でレーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度2.0kA/cmで発振波長450nmのレーザ発振が確認された。 Next, the surface of the sapphire substrate on which the nitride semiconductor layer was not formed was polished to a thickness of 90 μm, and the M surface of the sapphire substrate was scribed and forcibly cleaved to obtain a laser chip. After a dielectric multilayer film was provided on the cleavage plane, the chip was placed on a heat sink, and laser oscillation was attempted at room temperature. As a result, laser oscillation with an oscillation wavelength of 450 nm at a threshold current density of 2.0 kA / cm 2 was confirmed. Was.

 実施例10と同様にして、サファイア基板上にGaNバッファ層を200オングストロームの厚さに、n型GaNよりなるn型コンタクト層を4μmの厚さに順次形成した。 、 A GaN buffer layer and a n-type contact layer made of n-type GaN were sequentially formed on a sapphire substrate to a thickness of 200 Å and an n-type contact layer made of n-type GaN to a thickness of 4 μm in the same manner as in Example 10.

 次に、Siドープn型Al0.3Ga0.7Nよりなる第2のn型クラッド層を0.5μmの厚さに形成した後、Siドープn型In0.05Ga0.95Nよりなる第1のn型クラッド層71を500オングストロームの厚さに形成した。 Next, after forming a second n-type cladding layer of Si-doped n-type Al 0.3 Ga 0.7 N to a thickness of 0.5 μm, the Si-doped n-type In 0.05 Ga 0.95 N The first n-type cladding layer 71 was formed to a thickness of 500 angstroms.

 次にノンドープIn0.2Ga0.8Nを20オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成し、その上にMgドープp型Al0.3Ga0.7Nよりなる第2のp型クラッド層を0.5μmの厚さに、ついでMgドープp型GaNよりなるp型コンタクト層を1μmの厚さに形成した。 Next, non-doped In 0.2 Ga 0.8 N is grown to a thickness of 20 Å to form an active layer having a single quantum well structure, and Mg-doped p-type Al 0.3 Ga 0.7 N is formed thereon. A second p-type cladding layer was formed to a thickness of 0.5 μm, and a p-type contact layer made of Mg-doped p-type GaN was formed to a thickness of 1 μm.

 これ以降は実施例10と同様にして、得られたLD素子のレーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度2.0kA/cmで発振波長450nmのレーザ発振が確認された。 After that, when the laser oscillation of the obtained LD element was attempted in the same manner as in Example 10, laser oscillation with an oscillation wavelength of 450 nm was confirmed at a threshold current density of 2.0 kA / cm 2 .

 実施例10と同様にして、サファイア基板上にGaNバッファ層を200オングストロームの厚さに、n型GaNよりなるn型コンタクト層を4μmの厚さに順次形成した。 、 A GaN buffer layer and a n-type contact layer made of n-type GaN were sequentially formed on a sapphire substrate to a thickness of 200 Å and an n-type contact layer made of n-type GaN to a thickness of 4 μm in the same manner as in Example 10.

 次に、Siドープn型Al0.3Ga0.7Nよりなる第2のn型クラッド層を0.5μmの厚さに形成した後、Siドープn型In0.05Ga0.95Nよりなる第1のn型クラッド層を0.1μmの厚さに形成した。 Next, after forming a second n-type cladding layer of Si-doped n-type Al 0.3 Ga 0.7 N to a thickness of 0.5 μm, the Si-doped n-type In 0.05 Ga 0.95 N A first n-type cladding layer was formed to a thickness of 0.1 μm.

 ついで、ノンドープIn0.2Ga0.8Nを20オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成し、その上にMgドープp型Al0.1Ga0.9Nよりなる第1のp型クラッド層を0.1μmの厚さに成長させ、さらにMgドープp型Al0.3Ga0.7Nよりなる第2のp型クラッド層を0.5μmの厚さに成長させ、最後にMgドープp型GaNよりなるp型コンタクト層を0.5μmの厚さに成長させた。 Then, non-doped In 0.2 Ga 0.8 N is grown to a thickness of 20 Å to form an active layer having a single quantum well structure, and Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N is further formed thereon. A first p-type clad layer made of Mg is grown to a thickness of 0.1 μm, and a second p-type clad layer made of Mg-doped p-type Al 0.3 Ga 0.7 N is formed to a thickness of 0.5 μm. Finally, a p-type contact layer made of Mg-doped p-type GaN was grown to a thickness of 0.5 μm.

 これ以降は実施例10と同様にして、得られたLD素子のレーザ発振を試みたところ、実施例10および11のLD素子のしきい値電流密度よりも低いしきい値電流密度1.0kA/cmで発振波長450nmのレーザ発振が確認された。 After that, when the laser oscillation of the obtained LD element was attempted in the same manner as in Example 10, the threshold current density lower than the threshold current density of the LD elements of Examples 10 and 11 was 1.0 kA / Laser oscillation at an oscillation wavelength of 450 nm was observed at cm 2 .

 この実施例は、第1のn型クラッド層および活性層の形成を除き、実施例12と同様に行った。すなわち、第1のn型クラッド層として、Siドープn型In0.05Ga0.95Nの代わりに、Siドープn型GaN層を0.1μmの厚さに成長させた。また、活性層を形成するために、ノンドープIn0.4Ga0.6N井戸層を30オングストロームの厚さに成長させ、その上にノンドープIn0.08Ga0.92N障壁層を50オングストロームの厚さに成長させるという操作を繰り返し、井戸層/障壁層/井戸層/障壁層/井戸層という5層構成で総膜厚190オングストロームの多重量子井戸構造の活性層を成長させた。 This example was performed in the same manner as in Example 12, except for the formation of the first n-type cladding layer and the active layer. That is, instead of the Si-doped n-type In 0.05 Ga 0.95 N, a Si-doped n-type GaN layer was grown to a thickness of 0.1 μm as the first n-type clad layer. In order to form an active layer, a non-doped In 0.4 Ga 0.6 N well layer is grown to a thickness of 30 Å, and a non-doped In 0.08 Ga 0.92 N barrier layer is formed thereon to a thickness of 50 Å. An active layer having a multi-quantum well structure having a total thickness of 190 angstroms in a five-layer structure of well layer / barrier layer / well layer / barrier layer / well layer was grown.

 得られたLD素子について、実施例10と同様にしてレーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度0.9kA/cmで500nmのレーザ発振を示した。 When laser oscillation of the obtained LD element was attempted in the same manner as in Example 10, laser oscillation of 500 nm was shown at a threshold current density of 0.9 kA / cm 2 .

 第1のp型クラッド層を形成した後、第2のp型クラッド層を形成することなくp型コンタクト層を形成した以外は実施例10と同様にして、サファイア基板上にp型コンタクト層までの各半導体層を成長させた。得られたウエーハについて、実施例10と同様に、アニーリングによるp型窒化物半導体層の低抵抗化、およびp型コンタクト層からn型コンタクト層までのエッチングを行った後、p型コンタクト層上に、電流狭窄層を形成することなく、NiとAuよりなる正電極を直接形成し、n型コンタクト層の露出表面にTiとAlよりなる負電極を形成した。こうして、所望のLED素子を得た。このLED素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光波長450nmの青色発光を示し、発光出力は6mWであった。また、発光スペクトルの半値幅は20nmとシャープなバンド間発光を示した。 After forming the first p-type cladding layer, a p-type contact layer was formed on the sapphire substrate in the same manner as in Example 10 except that the p-type contact layer was formed without forming the second p-type cladding layer. Were grown. About the obtained wafer, similarly to Example 10, after lowering the resistance of the p-type nitride semiconductor layer by annealing and etching from the p-type contact layer to the n-type contact layer, the wafer is formed on the p-type contact layer. A positive electrode made of Ni and Au was directly formed without forming a current confinement layer, and a negative electrode made of Ti and Al was formed on the exposed surface of the n-type contact layer. Thus, a desired LED element was obtained. This LED element emitted blue light with a Vf of 3.5 V and an emission wavelength of 450 nm at If 20 mA, and had an emission output of 6 mW. Further, the half-width of the emission spectrum was 20 nm, indicating sharp interband emission.

 実施例10と同様にして、サファイア基板上にp型コンタクト層までの各半導体層を成長させた。得られたウエーハについて、実施例10と同様に、アニーリングによるp型窒化物半導体層の低抵抗化、およびp型コンタクト層からn型コンタクト層までのエッチングを行った後、p型コンタクト層上に、電流狭窄層を形成することなく、NiとAuよりなる正電極を直接形成し、n型コンタクト層の露出表面にTiとAlよりなる負電極を形成した。こうして、所望のLED素子を得た。このLED素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光波長450nmの青色発光を示し、発光出力は6mWと高出力であった。発光スペクトルの半値幅は20nmとシャープなバンド間発光を示した。 各 Each semiconductor layer up to the p-type contact layer was grown on the sapphire substrate in the same manner as in Example 10. About the obtained wafer, similarly to Example 10, after lowering the resistance of the p-type nitride semiconductor layer by annealing and etching from the p-type contact layer to the n-type contact layer, the wafer is formed on the p-type contact layer. A positive electrode made of Ni and Au was directly formed without forming a current confinement layer, and a negative electrode made of Ti and Al was formed on the exposed surface of the n-type contact layer. Thus, a desired LED element was obtained. This LED element emitted blue light with an emission wavelength of 450 nm at Vf of 3.5 V at If mA of 20 mA, and had a high emission output of 6 mW. The half band width of the emission spectrum was 20 nm, indicating sharp interband emission.

 実施例10と同様にして、サファイア基板上に、GaNバッファ層を200オングストロームの厚さに、n型GaNよりなるn型コンタクト層を4μmの厚さに順次形成した。このn型コンタクト層は、本実施例のLED素子において第1のn型クラッド層としても作用する。 GaNA GaN buffer layer and a n-type contact layer made of n-type GaN were sequentially formed on a sapphire substrate to a thickness of 200 Å and an n-type contact layer made of n-type GaN in the same manner as in Example 10. This n-type contact layer also functions as a first n-type clad layer in the LED element of this embodiment.

 次に、n型コンタクト層の上に、ノンドープIn0.2Ga0.8Nを30オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成した。 Next, non-doped In 0.2 Ga 0.8 N was grown to a thickness of 30 Å on the n-type contact layer to form an active layer having a single quantum well structure.

 ついで、Mgドープp型Al0.1Ga0.9Nよりなる第1のp型クラッド層を0.05μmの厚さに成長させ、その上にMgドープp型GaNよりなるp型コンタクト層を0.5μmの厚さに直接成長させた。 Then, a first p-type clad layer made of Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N is grown to a thickness of 0.05 μm, and a p-type contact layer made of Mg-doped p-type GaN is formed thereon. It was grown directly to a thickness of 0.5 μm.

 しかる後、実施例14と同様にして、アニーリングによるp型窒化物半導体層の低抵抗化、およびp型コンタクト層からn型コンタクト層までのエッチングを行った後、p型コンタクト層上にNiとAuよりなる正電極を直接形成し、n型コンタクト層の露出表面にTiとAlよりなる負電極を形成した。こうして、所望のLED素子を得た。このLED素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光波長450nmの青色発光を示し、発光出力も7mWと高出力であった。発光スペクトルの半値幅は、20nmとシャープなバンド間発光を示した。 Thereafter, in the same manner as in Example 14, the resistance of the p-type nitride semiconductor layer is reduced by annealing, and etching is performed from the p-type contact layer to the n-type contact layer. A positive electrode made of Au was directly formed, and a negative electrode made of Ti and Al was formed on the exposed surface of the n-type contact layer. Thus, a desired LED element was obtained. This LED element emitted blue light with a Vf of 3.5 V and an emission wavelength of 450 nm at If 20 mA, and had a high emission output of 7 mW. The half-value width of the emission spectrum showed a sharp inter-band emission of 20 nm.

 活性層としてIn0.4Ga0.6Nを50オングストロームの厚さに成長させた以外は実施例16と同様の操作によりLED素子を得た。このLED素子は、このLED素子は、If20mAにおいて、Vf3.5V、発光波長520nmの緑色発光を示し、発光出力は4mWであり、発光スペクトルの半値幅は、40nmであった。 An LED element was obtained by the same operation as in Example 16 except that In 0.4 Ga 0.6 N was grown to a thickness of 50 Å as an active layer. This LED element emitted green light with a Vf of 3.5 V and an emission wavelength of 520 nm at If mA of 20 mA, an emission output of 4 mW, and a half-value width of an emission spectrum of 40 nm.

 活性層および第1のp型クラッド層の形成以外は実施例3と同じ操作を行ってLD素子を得た。すなわち、本実施例では、活性層を形成するために、第1のn型クラッド層上に井戸層としてノンドープIn0.15Ga0.85Nを25オングストロームの厚さに成長させ、その上に障壁層としてノンドープIn0.05Ga0.95Nを50オングストロームの厚さに成長させるという操作を13回繰り返し、最後に井戸層としてノンドープIn0.15Ga0.85Nを25オングストロームの厚さに成長させ、総厚1000オングストロームの多重量子井戸構造の活性層を形成した。また、第1のp型クラッド層として、Al0.05Ga0.95Nを500オングストロームの厚さに成長させた。こうして得られたウエーハについて実施例9と同様の処理を行って所望のLD素子を得た。このLD素子は、しきい値電流密度1.0kA/cmで415nmのレーザ発振を示した。 An LD element was obtained by performing the same operations as in Example 3 except for the formation of the active layer and the first p-type cladding layer. That is, in the present embodiment, in order to form an active layer, non-doped In 0.15 Ga 0.85 N is grown as a well layer on the first n-type cladding layer to a thickness of 25 Å, and a well layer is formed thereon. The operation of growing undoped In 0.05 Ga 0.95 N as a barrier layer to a thickness of 50 Å is repeated 13 times, and finally undoped In 0.15 Ga 0.85 N as a well layer is formed to a thickness of 25 Å. To form an active layer having a multiple quantum well structure with a total thickness of 1000 angstroms. Further, Al 0.05 Ga 0.95 N was grown to a thickness of 500 Å as a first p-type cladding layer. The same processing as in Example 9 was performed on the thus obtained wafer to obtain a desired LD element. This LD device exhibited laser oscillation of 415 nm at a threshold current density of 1.0 kA / cm 2 .

 活性層の形成以外は実施例3と同じ操作を行ってLD素子を得た。すなわち、本実施例では、活性層を形成するために、第1のn型クラッド層上に井戸層としてノンドープIn0.15Ga0.85Nを25オングストロームの厚さに成長させ、その上に障壁層としてノンドープIn0.05Ga0.85Nを50オングストロームの厚さに成長させるという操作を26回繰り返し、最後に井戸層としてノンドープIn0.15Ga0.85Nを25オングストロームの厚さに成長させ、総厚1975オングストロームの多重量子井戸構造の活性層を形成した。こうして得られたウエーハについて実施例9と同様の処理を行って所望のLD素子を得た。このLD素子は、室温、しきい値電流密度1.0kA/cmで415nmのレーザ発振を示した。 An LD element was obtained by performing the same operations as in Example 3 except for the formation of the active layer. That is, in the present embodiment, in order to form an active layer, non-doped In 0.15 Ga 0.85 N is grown as a well layer on the first n-type cladding layer to a thickness of 25 Å, and a well layer is formed thereon. The operation of growing non-doped In 0.05 Ga 0.85 N as a barrier layer to a thickness of 50 Å is repeated 26 times, and finally undoped In 0.15 Ga 0.85 N as a well layer is formed to a thickness of 25 Å. To form an active layer having a multiple quantum well structure with a total thickness of 1975 Å. The same processing as in Example 9 was performed on the thus obtained wafer to obtain a desired LD element. This LD device showed laser oscillation of 415 nm at room temperature and a threshold current density of 1.0 kA / cm 2 .

 実施例16で得た青色LED素子と、実施例17で得た緑色LED素子と、従来のGaAs系材料またはAlInGaP系の材料よりなる発光出力3mW、660nmの赤色LEDとのそれぞれ一個づつを1ドットとする256×256画素のフルカラーLEDディスプレイを作製したところ、その白色の面輝度は1万cdであり、しかも色再現領域はテレビよりも広かった。 Each of the blue LED element obtained in Example 16, the green LED element obtained in Example 17, and a red LED having a light emission output of 3 mW and 660 nm made of a conventional GaAs-based material or AlInGaP-based material is represented by one dot. When a full-color LED display of 256 × 256 pixels was prepared, the white surface luminance was 10,000 cd and the color reproduction area was wider than that of the television.

窒化物半導体発光素子の一形態の構造を示す概略断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of one embodiment of a nitride semiconductor light emitting device. 窒化物半導体発光素子の他の形態の構造を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device. 窒化物半導体発光素子の別の形態の構造を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device. 窒化物半導体発光素子の他の形態の構造を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device. 窒化物半導体発光素子の別の形態の構造を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device. 窒化物半導体発光素子の別の形態の構造を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device. 窒化物半導体レーザ素子の構造の一例を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing an example of the structure of a nitride semiconductor laser device. 窒化物半導体レーザ素子の他の構造を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic sectional view showing another structure of the nitride semiconductor laser device. 窒化物半導体発光素子の別の形態の構造を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device. 窒化物半導体発光素子の別の形態の構造を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device. 窒化物半導体発光素子の別の形態の構造を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the nitride semiconductor light emitting device. 本発明による窒化物半導体発光素子の構造を示す概略断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention. 窒化物半導体発光素子における活性層の井戸層の厚さと発光素子の発光出力との関係を示すグラフ図。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of a well layer of an active layer in a nitride semiconductor light emitting device and the light output of the light emitting device. 窒化物半導体発光素子における活性層の障壁層の厚さと発光素子の発光出力との関係を示すグラフ図。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of the barrier layer of the active layer and the light output of the light emitting device in the nitride semiconductor light emitting device. 窒化物半導体発光素子におけるp型AlGaNクラッド層の厚さと発光素子の発光出力との関係を示すグラフ図。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of a p-type AlGaN cladding layer and the light emission output of the light emitting device in the nitride semiconductor light emitting device. 窒化物半導体発光素子におけるn型InGaNクラッド層の厚さと発光素子の発光出力との関係を示すグラフ図。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of an n-type InGaN cladding layer and the light emission output of the light emitting device in the nitride semiconductor light emitting device.

符号の説明Explanation of reference numerals

11,91,401…基板
13,93,403…n型コンタクト層
14,21,34,54,501,94,294,294a,294b,414,412…n型クラッド層
15,95,405…活性層
16,36,41,56,502,96,96a,96b,296,416,426,436…p型クラッド層
17,97,407…p型コンタクト層
18,98,408…負電極
19,99,409…正電極
11, 91, 401 ... substrate 13, 93, 403 ... n-type contact layer 14, 21, 34, 54, 501, 94, 294, 294a, 294b, 414, 412 ... n-type cladding layer 15, 95, 405 ... active Layers 16, 36, 41, 56, 502, 96, 96a, 96b, 296, 416, 426, 436 ... p-type cladding layers 17, 97, 407 ... p-type contact layers 18, 98, 408 ... negative electrodes 19, 99 , 409 ... positive electrode

Claims (12)

インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体を有する活性層を備えた窒化物半導体発光素子であって、
 前記活性層のn側に、活性層に接してInGaNもしくはGaNからなる窒化物半導体層を有し、
 前記活性層のp側に、活性層から順に、AlGaNからなる窒化物半導体層と、InGaNもしくはGaNからなる光ガイド層と、AlGaNからなるクラッド層とを有し、
 前記AlGaNからなる窒化物半導体層が、活性層に接していることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
A nitride semiconductor light emitting device including an active layer having a nitride semiconductor containing indium and gallium,
On the n-side of the active layer, a nitride semiconductor layer made of InGaN or GaN is provided in contact with the active layer,
On the p side of the active layer, in order from the active layer, a nitride semiconductor layer made of AlGaN, a light guide layer made of InGaN or GaN, and a clad layer made of AlGaN,
A nitride semiconductor light emitting device, wherein the nitride semiconductor layer made of AlGaN is in contact with an active layer.
前記活性層のp側に、さらに正電極を形成するコンタクト層を有することを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。 2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a contact layer for forming a positive electrode on the p side of the active layer. 前記InGaNもしくはGaNからなる窒化物半導体層は、光ガイド層として作用することを特徴とする請求項1または2に記載の窒化物半導体発光素子。 The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor layer made of InGaN or GaN functions as a light guide layer. 前記活性層のn側に、さらにAlGaNからなるクラッド層を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 4. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a clad layer made of AlGaN on an n side of said active layer. 前記活性層のn側に、さらに負電極を形成するコンタクト層を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 5. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a contact layer for forming a negative electrode on the n side of said active layer. 前記p側にあるクラッド層の膜厚は、500オングストロームから1μmであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the cladding layer on the p-side is from 500 Å to 1 µm. 前記p側にあるクラッド層は、光閉じ込め層として作用することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the p-side cladding layer functions as a light confinement layer. 前記InGaNもしくはGaNからなる窒化物半導体層の膜厚は、10オングストロームから1μmであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the thickness of the nitride semiconductor layer made of InGaN or GaN is 10 Å to 1 μm. 前記AlGaNからなる窒化物半導体層の膜厚が、10オングストローム以上、0.5μm以下であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 9. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the thickness of the nitride semiconductor layer made of AlGaN is 10 Å or more and 0.5 μm or less. 前記AlGaNからなる窒化物半導体層は、活性層中のインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体の分解抑制層として作用することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 10. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor layer made of AlGaN acts as a decomposition suppressing layer for a nitride semiconductor containing indium and gallium in an active layer. element. 前記活性層は、単一の量子井戸構造を持つことを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 11. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said active layer has a single quantum well structure. 前記活性層は、多重量子井戸構造を持つことを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
11. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said active layer has a multiple quantum well structure.
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