JP2004179428A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element for obtaining a high light emitting output by enhancing the crystalinity of a well layer of the semiconductor light emitting element or the like. <P>SOLUTION: The semiconductor light emitting element adopts a multiple well structure or a SCH (Separate Confinement Heterostructure) structure sandwiched between a layer 11 made of p-type AL<SB>x</SB>Ga<SB>1-x</SB>N and a layer 12 made of n-type Al<SB>y</SB>Ga<SB>1-y</SB>N. Thus, a defect of a conventional semiconductor light emitting element for visible light, that is, impossibility of obtaining a high light emitting output, is solved because of bad crystalinity of an active layer since the conventional light emitting element is configured with a gallium nitride group compound semiconductor with a double heterostructure wherein the active layer made of InGaN is sandwiched between clad layers made of AlGaN. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子に関する。特に、発光効率の向上を図った半導体発光素子に関する。半導体発光素子とは、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、半導体レーザなどの光を発生する半導体素子をいう。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可視光の半導体発光素子は、ＩｎＧａＮからなる活性層をＡｌＧａＮからなるクラッド層ではさんだダブルヘテロ構造の窒化ガリウム系化合物半導体で構成していた。すなわち、ｎ型ＡｌＧａＮからなるクラッド層、クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さいＩｎＧａＮからなる活性層、ｐ型ＡｌＧａＮからなるクラッド層を積層し、ダブルヘテロ構造で発光させていた。
【０００３】
これらの窒化ガリウム化合物には格子整合のよい基板がないため、サファイヤ基板にＧａＮを積層して格子整合を図っていた。また、ＩｎＧａＮからなる活性層の結晶欠陥を改善するために、ＡｌＧａＮ層やＩｎＧａＮ層を複数積層して、その上層にダブルヘテロ構造を形成していたが（例えば、特許文献１参照。）、十分には活性層の結晶欠陥が改善されているとは言えず、大きな発光出力を得ることができなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２８４６４５号公報 （第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、可視光の半導体発光素子の発光出力を向上させるため、検討を進めた結果、ＩｎＧａＮは結晶性が悪いことから、ＩｎＧａＮが積層されることにより、格子歪が発生し、発光出力の低下につながることを見出した。
【０００６】
発明者は、このような問題を解決するために、発光効率の向上と光出力の増大に向けて各種実験を行った。試作した半導体発光素子のエネルギーバンドを図１に示す。図１において、１１はｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層、１２はｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層、１３はＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる層、３１はノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層である。
【０００７】
井戸層１３への電子や正孔の閉じ込め効果が大きくなるように、井戸層１３のＩｎｑＧａ１−ｑＮよりもバンドギャップエネルギーの大きいｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１とｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２で井戸層をはさんでいる。そこで、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に対して、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２はｙ≦ｘ／２として、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２のバンドギャップエネルギーを小さくし、電子の井戸層１１への注入は低電圧で行え、井戸層からの正孔の漏れを防止できるようにしたものである。ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２と井戸層１３との間にはノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を設けている。
【０００８】
このような構造の半導体発光素子に電流を通電して発光出力を測定したところ、十分な発光出力が得られなかった。このことから、バッファ層だけでは、井戸層の結晶性を十分に改善することができなかったものと推察できる。本発明は、半導体発光素子の井戸層の結晶性を改善すること等により、大きな発光出力を得ることを目的とする
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層とではさまれた層を多重井戸構造、あるいはＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造とする。
【００１０】
具体的には、本願発明は、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層とではさまれた多重井戸層が、ＩｎｑＧａ１−ｑＮ（０＜ｑ≦１）からなる井戸層と、該井戸層に隣接するＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）からなる障壁層であって隣接する井戸層との間ではｒ＜ｑの関係になる障壁層とが交互に複数積層された層を含み、主に、前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に近い井戸層で電子と正孔を再結合させて発光させる半導体発光素子である。
【００１１】
本願他の発明は、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層とではさまれた多重井戸層が、ＩｎｑＧａ１−ｑＮ（０＜ｑ≦１）からなる井戸層と、該井戸層に隣接するＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）からなる障壁層であって隣接する井戸層との間ではｒ＜ｑの関係になる障壁層とが交互に複数積層された層を含み、前記井戸層は前記多重井戸層内で前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に向けてｑが漸増し、前記障壁層は前記多重井戸層内でｒが一定の半導体発光素子である。
【００１２】
本願他の発明は、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層とではさまれた多重井戸層が、ＩｎｑＧａ１−ｑＮ（０＜ｑ≦１）からなる井戸層と、該井戸層に隣接するＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）からなる障壁層であって隣接する井戸層との間ではｒ＜ｑの関係になる障壁層とが交互に複数積層された層を含み、前記井戸層は前記多重井戸層内でｑが一定で、前記障壁層は前記多重井戸層内で前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に向けてｒが漸増する半導体発光素子である。
【００１３】
本願他の発明は、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層とではさまれた多重井戸層が、ＩｎｑＧａ１−ｑＮ（０＜ｑ≦１）からなる井戸層と、該井戸層に隣接するＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）からなる障壁層であって隣接する井戸層との間ではｒ＜ｑの関係になる障壁層とが交互に複数積層された層を含み、前記井戸層は前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に向けてｑが漸増し、前記障壁層は前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に向けてｒが漸増する半導体発光素子である。
【００１４】
本願発明のこれらの半導体発光素子によれば、ＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層とＩｎｒＧａ１−ｒＮからなる障壁層であって、隣接する井戸層との間ではｒ＜ｑの関係になる障壁層とが交互に複数積層された多重井戸層とすることにより、多重井戸層での結晶性が改善されると推察される。ひとつの井戸層を有する半導体発光素子に比べて、多重井戸層を有する半導体発光素子の方が大きな発光出力を得ることが出来る。
【００１５】
さらに、本願他の発明は、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層との間に、ＩｎｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ≦１）からなる井戸層と、該井戸層の片側、又は両側に接するＩｎｔＧａ１−ｔＮ（０≦ｔ＜１、ｔ＜ｓ）からなるＳＣＨ層とを有する半導体発光素子である。
【００１６】
本願他の発明は、前記ＳＣＨ層を有する半導体発光素子において、前記井戸層を前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に寄せた位置に配置したことを特徴とする半導体発光素子である。
【００１７】
本願他の発明は、前記ＳＣＨ層を有する半導体発光素子において、又は、前記井戸層を前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に寄せた位置に配置した半導体発光素子において、前記ＳＣＨ層はｔが一定であることを特徴とする半導体発光素子である。
【００１８】
本願他の発明は、前記ＳＣＨ層を有する半導体発光素子において、又は、前記井戸層を前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に寄せた位置に配置した半導体発光素子において、前記ＳＣＨ層は井戸層に向けてｔが漸増することを特徴とする半導体発光素子である。
【００１９】
ここで、ＳＣＨ層（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）とは、井戸層に接するように配置し、かつ井戸層よりもエネルギーギャップを大きくした層をいう。
【００２０】
本願発明のこれらの半導体発光素子によれば、ＳＣＨ層を設けることによって、電子及び正孔を集中させることが出来る。このため、ひとつの井戸層を有する半導体発光素子に比べて、ＳＣＨ層を有する半導体発光素子の方が電子と正孔を効率的に再結合させることができ、大きな発光出力を得ることが出来る。
【００２１】
さらに、本願他の発明は、前記半導体発光素子において、前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に、ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｚ＞ｘ）からなる層を設けたことを特徴とする半導体発光素子である。
【００２２】
本願発明の半導体発光素子によれば、ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮからなる層において、ｚ＞ｘとすることにより、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層よりもバンドギャップエネルギーを大きくして、井戸層からの電子の逃げを少なくすることができる。
【００２３】
本願他の発明は、前記半導体発光素子の前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と前記多重井戸層又は前記ＳＣＨ層との間に、前記ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｚ＞ｘ）からなる層を設けたことを特徴とする半導体発光素子である。
【００２４】
本願発明の半導体発光素子によれば、ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮからなる層を前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と前記多重井戸層又は前記ＳＣＨ層との間に設けることによって、より効率的に井戸層からの電子の逃げを少なくすることができる。
【００２５】
さらに、本願他の発明は、前記半導体発光素子の前記ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層と前記多重井戸層又はＳＣＨ層との間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を設けたことを特徴とする半導体発光素子である。
【００２６】
本願発明の半導体発光素子によれば、ＧａＮ層はＡｌＧａＮ層やＩｎＧａＮ層に比較して結晶性がよく、ノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を設けることによって、井戸層での結晶性が改善されると推察される。バッファ層を有しない半導体発光素子に比べて、ノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を有する半導体発光素子の方が大きな発光出力を得ることが出来る。
【００２７】
本願他の発明は、前記半導体発光素子の前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層又は前記ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｚ＞ｘ）からなる層と前記多重井戸層又は前記ＳＣＨ層との間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を設けたことを特徴とする半導体発光素子である。
【００２８】
本願発明の半導体発光素子によれば、ＧａＮ層はＡｌＧａＮ層やＩｎＧａＮ層に比較して結晶性がよく、ノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を設けることによって、井戸層での結晶性が改善されると推察される。バッファ層を有しない半導体発光素子に比べて、ノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を有する半導体発光素子の方が大きな発光出力を得ることが出来る。
【００２９】
さらに、本願他の発明は、前記半導体発光素子において、少なくとも前記多重井戸層又は井戸層をメサ形状にして、レーザ発振が可能なことを特徴とする半導体発光素子である。
メサ形状にすることによって、電流及び発光した光を集中させてレーザ発振を容易にすることができる。
【００３０】
さらに、本願他の発明は、前記半導体発光素子において、発光した光を前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層の側から出射させることを特徴とする半導体発光素子である。
本願発明の半導体発光素子によれば、再結合の行われる井戸層は前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層に近い位置である。前記ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層を基板側にすると、再結合の行われる井戸層の結晶性がより改善される配置となると推察され、大きな発光出力を得ることが出来る。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
本願発明の実施の形態である半導体発光素子のエネルギーバンド図を図２、図３、図４、図５に示す。図２、図３、図４、図５において、１１はｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層、１２はｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層、１３はＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層、１４はＩｎｒＧａ１−ｒＮからなる障壁層、１５は井戸層１３と障壁層１４が交互に積層された多重井戸層、３１はノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層、３２はノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層である。
【００３２】
図２、図３、図４、図５において、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２と多重井戸層１５との間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層３１を、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１と多重井戸層１５との間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層３２を設けると、ＡｌＧａＮ層はＧａＮ層に対して、ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓ（伸張性の力）が加わり、ＩｎＧａＮ層はＧａＮ層に対して、ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ（圧縮性の力）が加わる。ＧａＮ層はＡｌＧａＮ層やＩｎＧａＮ層に比較して結晶性がよく、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２やｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１とＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層１３とを直接、接触させるよりも、ノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層３１または３２を設けることによって、井戸層１３での結晶性が改善されると推察される。従って、バッファ層を有しない半導体発光素子に比べて、ノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を有する半導体発光素子の方が効率的に発光させることができ、大きな発光出力を得ることが出来る。
【００３３】
図２、図３、図４、図５において、ＩｎｑＧａ１−ｑＮ（０＜ｑ≦１）からなる井戸層１３と、井戸層１３に隣接するＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）からなる障壁層１４とを交互に複数積層された多重井戸層１５を設けている。井戸層１３と井戸層１３に隣接する障壁層１４との間では、ｒ＜ｑの関係になるように設定されている。井戸層１３と障壁層１４とを繰り返して積層することによって、井戸層での結晶性が改善されると推察される。従って、ひとつの井戸層を有する半導体発光素子に比べて、多重井戸層を有する半導体発光素子の方が効率的に発光させることができ、大きな発光出力を得ることが出来る。
【００３４】
井戸層１３の厚さは正孔のドブロイ波の波長よりも短い４ｎｍ以下とし、障壁層１４の厚さを電子のドブロイ波の波長よりも長い１０ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００３５】
図２においては、多重井戸層内での各井戸層１３及び各障壁層１４はそれぞれ同じバンドギャップエネルギーを持たせている。各障壁層１４をＧａＮ（ＩｎｒＧａ１−ｒＮにおいて、ｒ＝０）で構成し、ＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層１３と交互に積層することによって、井戸層での結晶性が改善される。
【００３６】
図２において、井戸層１３の厚さを３ｎｍとし、障壁層１４をＧａＮ（ＩｎｒＧａ１−ｒＮにおいて、ｒ＝０）で構成し、その厚さを１８ｎｍとして、また、各井戸層のバンドギャップエネルギーＥｇを僅かシフトして発光波長をずらせ、発光波長を検出することによって多重井戸層１５においてどの井戸層が発光しているかを実験で確認したところ、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に最も近い井戸層で発光強度が最も強いことが判明した。これは、電子と正孔の有効質量の差から、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に最も近い井戸層で電子と正孔の再結合が起こっていると推測される。ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２の側を基板側にして、各井戸層を積層するとｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に近い側の井戸層の結晶性が改善されると推察される。従って、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に近い井戸層での結晶性がよい場合は、これらの井戸層で電子と正孔の再結合が効率的に起こるようにすると、大きな発光出力が得られる。
【００３７】
また、図２の構成では、障壁層の屈折率が支配的となるため、屈折率が比較的ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１、又はｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２に近くなり、面発光型の半導体発光素子に適している。
【００３８】
図３は、井戸層１３が多重井戸層１５内でｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に向けてＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層のｑが漸増し、障壁層１４は多重井戸層１５内でＩｎｒＧａ１−ｒＮからなる障壁層のｒが一定の半導体発光素子である。特に、各障壁層１４をＧａＮ（ＩｎｒＧａ１−ｒＮにおいて、ｒ＝０）で構成し、ＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層１３と交互に積層することによって、井戸層での結晶性が改善される。ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２の側を基板側にして、各井戸層を積層するとｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に近い井戸層の結晶性が改善されると推察される。ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に近い井戸層でのバンドギャップエネルギーを最も小さくし、その井戸層に正孔を蓄積しやすくして、電子と正孔の再結合が効率的に起こるようにすると、大きな発光出力が得られる。従って、このようなエネルギーバンドとなる半導体発光素子において、効率的に発光させることができ、大きな発光出力を得ることが出来る。
また、図３の構成では、障壁層の屈折率が支配的となるため、屈折率が比較的ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１、又はｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２に近くなり、面発光型の半導体発光素子に適している。
【００３９】
図４は、井戸層１３は多重井戸層１５内でＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層のｑが一定で、障壁層１４は多重井戸層１５内でｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に向けてＩｎｒＧａ１−ｒＮからなる障壁層のｒが漸増する半導体発光素子である。障壁層を徐々に発光する井戸層に近づけて交互に積層することによって、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に近い井戸層の結晶性が改善されると推察される。ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に近い井戸層で電子と正孔の再結合が起こるため、大きな発光出力が得られる。従って、このようなエネルギーバンドとなる半導体発光素子において、効率的に発光させることができ、大きな発光出力を得ることが出来る。
また、図４の構成では、障壁層の屈折率が支配的となるため、屈折率分布が比較的井戸層に近くなり、端面発光型の半導体発光素子にも適用できる。
【００４０】
図５は、ＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層１３と隣接するＩｎｒＧａ１−ｒＮからなる障壁層１４との間ではｒ＜ｑの関係を維持しつつ、井戸層１３は前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に向けてＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層のｑが漸増し、障壁層１４はｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に向けてＩｎｒＧａ１−ｒＮからなる障壁層のｒが漸増する半導体発光素子である。障壁層と井戸層とを交互に積層することによって、上層となるｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に近い井戸層の結晶性が改善されると推察される。ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に近い井戸層で電子と正孔の再結合が起こるため、大きな発光出力が得られる。従って、このようなエネルギーバンドとなる半導体発光素子において、効率的に発光させることができ、大きな発光出力を得ることが出来る。
また、図５の構成では、障壁層の屈折率が支配的となるため、屈折率分布が比較的井戸層に近くなり、端面発光型の半導体発光素子にも適用できる。
【００４１】
図２、図３、図４、図５において、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１のｘに対して、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２のｙについて、ｙ≦ｘ／２となる関係になるように設定すれば、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１よりｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２のバンドギャップエネルギーを小さくすることができる。電子については、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２のバンドギャップエネルギーを相対的に小さくすることによって、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２から多重井戸層１５への電子の注入が低電圧でなされる。ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１のバンドギャップエネルギーを相対的に大きくすることによって、多重井戸層１５からｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１への電子の逃げを少なくすることができる。正孔については、電子よりも有効質量が大きいため、多重井戸層１５に注入された正孔のｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２への逃げは少ない。このため、低電圧で動作させることができると同時に、電子や正孔の閉じ込め効果が高まり、効率的に発光させることができ、大きな発光出力を得ることが出来る。
【００４２】
（実施の形態２）
本願発明の実施の形態である半導体発光素子のエネルギーバンド図を図６から図１０に示す。図６乃至図１０において、１１はｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層、１２はｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層、２１はＩｎｓＧａ１−ｓＮからなる井戸層、２２はＩｎｔＧａ１−ｔＮからなるＳＣＨ層である。ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１とＳＣＨ層２２との間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を設けてもよい。また、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２とＳＣＨ層２２との間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層３１を設けてもよい。
【００４３】
図６乃至図１０において、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１のｘに対して、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２のｙについて、ｙ≦ｘ／２となる関係になるように設定すれば、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１よりｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２のバンドギャップエネルギーを小さくすることができる。電子については、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２のバンドギャップエネルギーを相対的に小さくすることによって、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２からＳＣＨ層２２への電子の注入が低電圧でなされる。ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１のバンドギャップエネルギーを相対的に大きくすることによって、ＳＣＨ層２２からｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１への電子の逃げを少なくすることができる。正孔については、電子よりも有効質量が大きいため、ＳＣＨ層２２に注入された正孔のｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２への逃げは少ない。このため、効率的に発光させることができ、大きな発光出力を得ることが出来る。
【００４４】
図６乃至図１０において、井戸層２１に接するように井戸層２１の両側にＳＣＨ層２２を設けている。ＩｎｓＧａ１−ｓＮからなる井戸層２１の両側にＩｎｔＧａ１−ｔＮからなるＳＣＨ層２２を設け、ｔ＜ｓとすることによって、ＳＣＨ層に電子と正孔を閉じ込めて、井戸層２１で効率的に再結合させることができる。また、井戸層２１のバンドギャップエネルギーをＳＣＨ層２２よりも小さくして、井戸層２１で電子と正孔の再結合を容易にして、井戸層２１で集中的に発光させることができる。また、ＳＣＨ層の屈折率が支配的となるため、屈折率分布が比較的井戸層に近くなり、端面発光型の半導体発光素子にも適用することができる。
【００４５】
図６乃至図１０において、井戸層２１をＳＣＨ層２２の中で、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層１１に寄せた位置に配置している。電子と正孔の有効質量の違いから、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に近い位置の井戸層２１で電子と正孔が再結合することが効率的であると考えられる。そこで、井戸層２１をｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１に近い位置に配置することによって、井戸層で集中的に電子と正孔の再結合させて、大きな発光出力を得ることができる。
【００４６】
図６は、ＩｎｔＧａ１−ｔＮからなるＳＣＨ層２２のｔを０≦ｔ＜１の範囲内で平坦にしている。ＳＣＨ層２２のバンドギャップエネルギーがｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２よりも小さく、井戸層２１よりも大きければよい。ＳＣＨ層での組成を一定にすると、製造が容易になる。
なお、図６の構成に、井戸層を複数設けて多重量子井戸構造の半導体レーザとすると、発光特性の改善が図れる。
【００４７】
図７は、ＩｎｔＧａ１−ｔＮからなるＳＣＨ層２２のｔを井戸層２１に向けて線形的に漸増させたものである。ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２とＳＣＨ層２２の間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層も設けて、バッファ層のバンドギャップエネルギーから井戸層のバンドギャップエネルギーに向けて、ＩｎｔＧａ１−ｔＮからなるＳＣＨ層２２のｔを漸増させてもよい。また、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１とＳＣＨ層２２の間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層も設けて、バッファ層のバンドギャップエネルギーから井戸層のバンドギャップエネルギーに向けて、ＩｎｔＧａ１−ｔＮからなるＳＣＨ層２２のｔを漸増させてもよい。
【００４８】
ＳＣＨ層を積層するときに、滑らかにエネルギーバンドを変化させることが困難な場合は、図８に示すように、ＩｎとＧａの比率を徐々に変えてＳＣＨ層を積層することで、図７と同じ効果が得られる。
【００４９】
図７又は図８に示すエネルギーバンドとすることにより、半導体発光素子において井戸層に向けて結晶性を改善しつつ、井戸層で電子と正孔の再結合を容易にして、井戸層２１で集中的に発光させることができる。
【００５０】
図９、図１０はＩｎｔＧａ１−ｔＮからなるＳＣＨ層２２のｔを井戸層２１に向けて放物的に漸増させたものであり、ＳＣＨ層を積層するときに、滑らかにエネルギーバンドを変化させることが困難な場合は、図１０に示すように、ＩｎとＧａの比率を徐々に変えてＳＣＨ層を積層することで、図９と同じ効果が得られる。
【００５１】
図６乃至図１０において、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１のｘに対して、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２のｙについて、ｙ≦ｘ／２となる関係になるように設定すれば、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１よりｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２のバンドギャップエネルギーを小さくすることができる。電子については、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２のバンドギャップエネルギーを相対的に小さくすることによって、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２からＳＣＨ層２２への電子の注入が低電圧でなされる。ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１のバンドギャップエネルギーを相対的に大きくすることによって、ＳＣＨ層２２からｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１への電子の逃げを少なくすることができる。正孔については、電子よりも有効質量が大きいため、ＳＣＨ層２２に注入された正孔のｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層１２への逃げは少ない。このため、低電圧で動作させることができると同時に、電子や正孔の閉じ込め効果が高まり、効率的に発光させることができ、大きな発光出力を得ることが出来る。
【００５２】
図１１に、ＳＣＨ層の光集中効果を表す図を示す。図１１において、ＳＣＨ層のない井戸層だけの半導体発光素子（図１１において、「ＳＣＨ層なし」）、図６に対応するバンドエネルギーを持つ半導体発光素子（図１１において、「平坦型ＳＣＨ層」）、図７に対応するバンドエネルギーを持つ半導体発光素子（図１１において、「線形型ＳＣＨ層」）、図９に対応するバンドエネルギーを持つ半導体発光素子（図１１において、「放物型ＳＣＨ層」）の光強度分布である。波長４００ｎｍにおいて、井戸層の幅が４．３ｎｍ、井戸層とｐ型ＡｌｘＧａ１− ｘＮからなる層との距離が５ｎｍ、井戸層とｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層との距離が２５ｎｍのときに、井戸層で発光した光の閉じ込め効果をシミュレーションしたものである。
【００５３】
図１１より、ＳＣＨ層の存在によって、井戸層で発光した光を井戸層近辺に集中させることができることが分かる。ＳＣＨ層の屈折率を高くすると、半導体レーザや端面出射型発光ダイオードのように、井戸層に沿って出射させる半導体発光素子にとっては、効率的な光出力が得られることになる。
【００５４】
（実施の形態３）
本願発明の実施の形態である半導体発光素子のエネルギーバンド図を図１２、図１３に示す。図１２又は図１３において、１１はｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層、１２はｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層、１３はＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層、１４はＩｎｒＧａ１−ｒＮからなる障壁層、１５は井戸層１３と障壁層１４が交互に積層された多重井戸層、３１はノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層、３２はノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層、３３はｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮからなるせき止め層である。
【００５５】
図２で説明した実施の形態との差はせき止め層３３である。電子の有効質量は正孔よりも小さいことから、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１を超えて電子が逃げてしまう可能性がある。そこで、ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮからなるせき止め層３３をｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮに対して、ｚ＞ｘとすることによって、せき止め層３３のバンドギャップエネルギーを大きくして、電子の逃げを防止するものである。図１３に示すように、せき止め層３３をｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層１１と多重井戸層１５との間に配置すると、より効果的に電子をせき止めることができる。さらに、図１３において、せき止め層３３と多重井戸層１５との間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を設けてもよい。実験では、３ｎｍの厚さのｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮからなるせき止め層であっても、電子の逃げを防止することができ、無効電流を低減することができた。
【００５６】
（実施の形態４）
本願発明の実施の形態である多重井戸層をメサ形状にした半導体発光素子の構造を図１４に示す。図１４において、１は半導体発光素子、１５は多重井戸層、１６はレーザ光の出射端面である。多重井戸層でレーザ発振した光は出射端面１６から出射する。
【００５７】
半導体発光素子１の少なくとも多重井戸層１５の部分を図１４に示すようなメサ形状にすることによって、多重井戸層１５に平行方向であって、レーザ光の出射方向に垂直な方向に対して電流狭窄することができる。電流狭窄によって、半導体発光素子の効率的な発光を可能とする。半導体発光素子がＳＣＨ層と井戸層とを有する場合であっても、少なくとも井戸層の部分を図１４に示すようなメサ形状にすることによって電流狭窄することができる。電流狭窄によって、半導体発光素子の効率的な発光を可能とする。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体発光素子を効率的に発光させることができ、大きな発光出力を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】単一井戸層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図２】本発明の多重井戸層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図３】本発明の多重井戸層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図４】本発明の多重井戸層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図５】本発明の多重井戸層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図６】本発明の平坦型ＳＣＨ層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図７】本発明の線形型ＳＣＨ層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図８】本発明の線形型ＳＣＨ層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図９】本発明の放物型ＳＣＨ層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図１０】本発明の放物型ＳＣＨ層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図１１】本発明のＳＣＨ層を有する半導体発光素子の光強度分布を説明する図である。
【図１２】本発明のせき止め層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図１３】本発明のせき止め層を有する半導体発光素子のエネルギーバンドを説明する図である。
【図１４】本発明のメサ形状を有する半導体発光素子の構造を説明する図である。
【符号の説明】
１：半導体発光素子
１１：ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層
１２：ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる層
１３：ＩｎｑＧａ１−ｑＮからなる井戸層
１４：ＩｎｒＧａ１−ｒＮからなる障壁層
１５：井戸層と障壁層が交互に積層された多重井戸層
１６：出射端面
２１：ＩｎｓＧａ１−ｓＮからなる井戸層
２２：ＩｎｔＧａ１−ｔＮからなるＳＣＨ層
３１：ノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層
３２：ノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層
３３：ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮからなるせき止め層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device. In particular, the present invention relates to a semiconductor light emitting device with improved luminous efficiency. The semiconductor light emitting device refers to a semiconductor device that generates light, such as a light emitting diode, a super luminescent diode, and a semiconductor laser.
[0002]
[Prior art]
Conventional semiconductor light emitting devices for visible light have been composed of a gallium nitride-based compound semiconductor having a double hetero structure in which an active layer made of InGaN is sandwiched between cladding layers made of AlGaN. That is, a clad layer made of n-type AlGaN, an active layer made of InGaN having a smaller band gap energy than the clad layer, and a clad layer made of p-type AlGaN are stacked to emit light in a double hetero structure.
[0003]
Since these gallium nitride compounds do not have a substrate with good lattice matching, GaN is stacked on a sapphire substrate to achieve lattice matching. Further, in order to improve crystal defects of an active layer made of InGaN, a plurality of AlGaN layers and InGaN layers are stacked, and a double hetero structure is formed thereon (see, for example, Patent Document 1). However, it cannot be said that the crystal defect of the active layer was improved, and a large light emission output could not be obtained.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-284645 A (FIG. 3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The inventor has studied to improve the light emission output of the semiconductor light emitting device for visible light. As a result, since InGaN has poor crystallinity, lattice distortion occurs due to lamination of InGaN, and the light emission output is reduced. I found that it led to a decline.
[0006]
In order to solve such a problem, the inventor conducted various experiments for improving luminous efficiency and increasing light output. FIG. 1 shows the energy band of the prototype semiconductor light emitting device. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes p-type AlxGa1-xA layer made of N, 12 is an n-type AlyGa1-yA layer made of N, 13 is InqGa1-qAn N layer 31 is a buffer layer made of non-doped GaN.
[0007]
In order to increase the effect of confining electrons and holes in the well layer 13, the InqGa1-qP-type Al having a larger band gap energy than NxGa1-xN layer 11 and n-type AlyGa1-yThe well layer is sandwiched between layers 12 made of N. Therefore, p-type AlxGa1-xFor the layer 11 made of N, n-type AlyGa1-yThe layer 12 made of N is made of n-type Al with y ≦ x / 2.yGa1-yThe band gap energy of the layer 12 made of N is reduced, and electrons can be injected into the well layer 11 at a low voltage, so that leakage of holes from the well layer can be prevented. n-type AlyGa1-yA buffer layer made of non-doped GaN is provided between the layer 12 made of N and the well layer 13.
[0008]
When a current was applied to the semiconductor light emitting device having such a structure and the light emission output was measured, a sufficient light emission output was not obtained. This suggests that the buffer layer alone could not sufficiently improve the crystallinity of the well layer. An object of the present invention is to obtain a large light output by improving the crystallinity of a well layer of a semiconductor light emitting device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a p-type AlxGa1-xN layer and n-type AlyGa1-yThe layer sandwiched between the N layers has a multi-well structure or a SCH (Separate Definition Heterostructure) structure.
[0010]
Specifically, the present invention provides a p-type AlxGa1-xN (0 ≦ x ≦ 1) layer and n-type AlyGa1-yA multi-well layer sandwiched between layers of N (0 ≦ y ≦ 1) forms InqGa1-qA well layer made of N (0 <q ≦ 1), and an In layer adjacent to the well layer.rGa1-rA barrier layer composed of N (0 ≦ r <1), and a plurality of barrier layers alternately stacked with an adjacent well layer in a relationship of r <q. AlxGa1-xThis is a semiconductor light emitting device that emits light by recombining electrons and holes in a well layer close to a layer made of N (0 ≦ x ≦ 1).
[0011]
Another invention of the present application is a p-type AlxGa1-xN (0 ≦ x ≦ 1) layer and n-type AlyGa1-yA multi-well layer sandwiched between layers of N (0 ≦ y ≦ 1) forms InqGa1-qA well layer made of N (0 <q ≦ 1), and an In layer adjacent to the well layer.rGa1-rA barrier layer made of N (0 ≦ r <1), and a plurality of barrier layers alternately stacked with an adjacent well layer having a relationship of r <q. In the well layer, the p-type AlxGa1-xQ gradually increases toward a layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1), and the barrier layer is a semiconductor light emitting device in which r is constant in the multi-well layer.
[0012]
Another invention of the present application is a p-type AlxGa1-xN (0 ≦ x ≦ 1) layer and n-type AlyGa1-yA multi-well layer sandwiched between layers of N (0 ≦ y ≦ 1) forms InqGa1-qA well layer made of N (0 <q ≦ 1), and an In layer adjacent to the well layer.rGa1-rA barrier layer made of N (0 ≦ r <1), and a plurality of barrier layers alternately stacked with an adjacent well layer having a relationship of r <q. The q is constant in the well layer, and the barrier layer is the p-type Al in the multiple well layer.xGa1-xThis is a semiconductor light emitting device in which r gradually increases toward a layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1).
[0013]
Another invention of the present application is a p-type AlxGa1-xN (0 ≦ x ≦ 1) layer and n-type AlyGa1-yA multi-well layer sandwiched between layers of N (0 ≦ y ≦ 1) forms InqGa1-qA well layer made of N (0 <q ≦ 1), and an In layer adjacent to the well layer.rGa1-rA barrier layer composed of N (0 ≦ r <1) and a plurality of barrier layers alternately stacked with an adjacent well layer having a relationship of r <q, wherein the well layer is formed of the p layer Type AlxGa1-xQ gradually increases toward a layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1), and the barrier layer is formed of the p-type Al.xGa1-xThis is a semiconductor light emitting device in which r gradually increases toward a layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1).
[0014]
According to these semiconductor light emitting devices of the present invention, InqGa1-qN well layer and InrGa1-rBy forming a multi-well layer in which a plurality of N-barrier layers are alternately stacked with adjacent barrier layers having a relationship of r <q, crystallinity in the multi-well layer is improved. It is presumed to be improved. A semiconductor light emitting device having a multiple well layer can obtain a larger light emission output than a semiconductor light emitting device having one well layer.
[0015]
Further, another invention of the present application is a p-type AlxGa1-xN (0 ≦ x ≦ 1) layer and n-type AlyGa1-yIn between a layer composed of N (0 ≦ y ≦ 1), InsGa1-sA well layer made of N (0 <s ≦ 1), and In contacting with one side or both sides of the well layer.tGa1-tAnd a SCH layer composed of N (0 ≦ t <1, t <s).
[0016]
Another invention of the present application is the semiconductor light emitting device having the SCH layer, wherein the well layer is formed of the p-type Al.xGa1-xA semiconductor light emitting device, wherein the semiconductor light emitting device is arranged at a position close to a layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1).
[0017]
Another invention of the present application is a semiconductor light emitting device having the SCH layer, or wherein the well layer is formed of the p-type AlxGa1-xIn the semiconductor light emitting device arranged at a position close to a layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1), the SCH layer has a constant t.
[0018]
Another invention of the present application is a semiconductor light emitting device having the SCH layer, or wherein the well layer is formed of the p-type AlxGa1-xIn the semiconductor light emitting device arranged at a position close to a layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1), the SCH layer is a semiconductor light emitting device in which t gradually increases toward the well layer.
[0019]
Here, the SCH layer (Separate Definition Heterostructure) refers to a layer that is arranged so as to be in contact with the well layer and has an energy gap larger than that of the well layer.
[0020]
According to these semiconductor light emitting devices of the present invention, by providing the SCH layer, electrons and holes can be concentrated. For this reason, compared with a semiconductor light emitting device having one well layer, a semiconductor light emitting device having an SCH layer allows electrons and holes to be efficiently recombined, and a large light emission output can be obtained.
[0021]
Further, the present invention provides the semiconductor light emitting device, wherein the p-type AlxGa1-xN-type (0 ≦ x ≦ 1) layer includes p-type AlzGa1-zA semiconductor light-emitting device including a layer including N (0 <z ≦ 1, z> x).
[0022]
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, p-type AlzGa1-zIn a layer made of N, by setting z> x, p-type AlxGa1-xBy making the bandgap energy larger than that of the N layer, escape of electrons from the well layer can be reduced.
[0023]
Another invention of the present application is the semiconductor light emitting device, wherein the p-type AlxGa1-xThe p-type Al between the layer of N (0 ≦ x ≦ 1) and the multi-well layer or the SCH layer.zGa1-zA semiconductor light-emitting device including a layer including N (0 <z ≦ 1, z> x).
[0024]
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, p-type AlzGa1-zThe layer made of N is p-type AlxGa1-xBy providing between the layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1) and the multi-well layer or the SCH layer, escape of electrons from the well layer can be reduced more efficiently.
[0025]
Further, the other invention of the present application is the semiconductor light emitting device, wherein the n-type AlyGa1-yA semiconductor light emitting device comprising a buffer layer made of non-doped GaN provided between a layer made of N (0 ≦ y ≦ 1) and the multi-well layer or SCH layer.
[0026]
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the GaN layer has better crystallinity than the AlGaN layer or the InGaN layer, and by providing a buffer layer made of non-doped GaN, the crystallinity in the well layer is improved. Inferred. A semiconductor light emitting device having a buffer layer made of non-doped GaN can obtain a larger light emission output than a semiconductor light emitting device having no buffer layer.
[0027]
Another invention of the present application is the semiconductor light emitting device, wherein the p-type AlxGa1-xA layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1) or the p-type AlzGa1-zA semiconductor light-emitting device comprising a buffer layer made of non-doped GaN provided between a layer made of N (0 <z ≦ 1, z> x) and the multi-well layer or the SCH layer.
[0028]
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the GaN layer has better crystallinity than the AlGaN layer or the InGaN layer, and by providing a buffer layer made of non-doped GaN, the crystallinity in the well layer is improved. Inferred. A semiconductor light emitting device having a buffer layer made of non-doped GaN can obtain a larger light emission output than a semiconductor light emitting device having no buffer layer.
[0029]
Further, another invention of the present application is the semiconductor light emitting device, wherein at least the multi-well layer or the well layer has a mesa shape and laser oscillation is possible.
By forming a mesa shape, laser oscillation can be facilitated by concentrating current and emitted light.
[0030]
Further, in the present invention, in the semiconductor light emitting device, the emitted light may be converted to the p-type Al.xGa1-xA semiconductor light-emitting element that emits light from the side of a layer made of N (0 ≦ x ≦ 1).
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the p-type AlxGa1-xThis is a position close to the N layer. The n-type AlyGa1-yWhen the layer made of N is on the substrate side, it is presumed that the arrangement is such that the crystallinity of the well layer in which recombination is performed is further improved, and a large light emission output can be obtained.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
FIGS. 2, 3, 4, and 5 show energy band diagrams of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention. 2, 3, 4, and 5, reference numeral 11 denotes p-type Al.xGa1-xA layer made of N, 12 is an n-type AlyGa1-yA layer made of N, 13 is InqGa1-qA well layer made of N;rGa1-rN is a barrier layer made of N, 15 is a multi-well layer in which well layers 13 and barrier layers 14 are alternately stacked, 31 is a buffer layer made of non-doped GaN, and 32 is a buffer layer made of non-doped GaN.
[0032]
2, 3, 4, and 5, n-type AlyGa1-yA buffer layer 31 made of non-doped GaN is provided between the layer 12 made of N and the multi-well layer 15 by p-type Al.xGa1-xWhen a buffer layer 32 made of non-doped GaN is provided between the N layer 11 and the multi-well layer 15, the AlGaN layer exerts a tensile stress (tensile force) on the GaN layer, and the InGaN layer becomes a GaN layer. A compressive stress is applied to the layer. GaN layers have better crystallinity than AlGaN layers and InGaN layers, andyGa1-yN layer 12 or p-type AlxGa1-xN layer 11 and InqGa1-qIt is presumed that the crystallinity in the well layer 13 is improved by providing the buffer layer 31 or 32 made of non-doped GaN, rather than making direct contact with the well layer 13 made of N. Therefore, as compared with a semiconductor light emitting device having no buffer layer, a semiconductor light emitting device having a buffer layer made of non-doped GaN can emit light more efficiently, and a large light emitting output can be obtained.
[0033]
In FIGS. 2, 3, 4, and 5, InqGa1-qA well layer 13 made of N (0 <q ≦ 1) and In adjacent to the well layer 13rGa1-rA multiple well layer 15 in which a plurality of barrier layers 14 made of N (0 ≦ r <1) are alternately stacked is provided. The relationship between the well layer 13 and the barrier layer 14 adjacent to the well layer 13 is set so that r <q. It is presumed that the crystallinity in the well layer is improved by repeatedly stacking the well layer 13 and the barrier layer 14. Therefore, as compared with a semiconductor light emitting device having one well layer, a semiconductor light emitting device having a multiple well layer can emit light more efficiently, and a large light emission output can be obtained.
[0034]
The thickness of the well layer 13 is preferably 4 nm or less, which is shorter than the wavelength of the de Broglie wave of holes, and the thickness of the barrier layer 14 is preferably 10 nm or more, which is longer than the wavelength of the de Broglie wave of electrons.
[0035]
In FIG. 2, each well layer 13 and each barrier layer 14 in the multiple well layer have the same band gap energy. Each barrier layer 14 is made of GaN (InrGa1-rN, r = 0), and InqGa1-qBy alternately stacking the well layers 13 made of N, the crystallinity in the well layers is improved.
[0036]
In FIG. 2, the thickness of the well layer 13 is 3 nm, and the barrier layer 14 is made of GaN (In).rGa1-rN, r = 0), the thickness is set to 18 nm, and the bandgap energy Eg of each well layer is slightly shifted to shift the emission wavelength. Experiments have confirmed which well layer emits light.xGa1-xIt was found that the light emission intensity was the strongest in the well layer closest to the N layer 11. This is due to the difference between the effective mass of electrons and holes,xGa1-xIt is presumed that electrons and holes are recombined in the well layer closest to the N layer 11. n-type AlyGa1-yWhen each well layer is laminated with the side of the layer 12 made of N as the substrate side, p-type AlxGa1-xIt is presumed that the crystallinity of the well layer closer to the layer 11 made of N is improved. Therefore, p-type AlxGa1-xWhen the crystallinity in the well layers close to the N layer 11 is good, a large light emission output can be obtained if the recombination of electrons and holes occurs efficiently in these well layers.
[0037]
Further, in the configuration of FIG. 2, the refractive index of the barrier layer is dominant, so that the refractive index is relatively p-type Al.xGa1-xN layer 11 or n-type AlyGa1-yIt is close to the layer 12 made of N and is suitable for a surface-emitting type semiconductor light emitting device.
[0038]
FIG. 3 shows that the well layer 13 is a p-type AlxGa1-xIn toward the layer 11 of NqGa1-qThe q of the well layer made of N gradually increases, and the barrier layer 14 becomes In in the multiple well layer 15.rGa1-rThis is a semiconductor light emitting device in which r of the N barrier layer is constant. In particular, each barrier layer 14 is made of GaN (InrGa1-rN, r = 0), and InqGa1-qBy alternately stacking the well layers 13 made of N, the crystallinity in the well layers is improved. n-type AlyGa1-yWhen each well layer is laminated with the side of the layer 12 made of N as the substrate side, p-type AlxGa1-xIt is assumed that the crystallinity of the well layer near the N layer 11 is improved. p-type AlxGa1-xIf the band gap energy in the well layer close to the N layer 11 is minimized, holes are easily accumulated in the well layer, and the recombination of electrons and holes occurs efficiently, large light emission is obtained. The output is obtained. Therefore, in the semiconductor light emitting device having such an energy band, light can be efficiently emitted, and a large light emission output can be obtained.
Further, in the configuration of FIG. 3, since the refractive index of the barrier layer is dominant, the refractive index is relatively p-type Al.xGa1-xN layer 11 or n-type AlyGa1-yIt is close to the layer 12 made of N and is suitable for a surface-emitting type semiconductor light emitting device.
[0039]
FIG. 4 shows that the well layer 13 is formed of In in the multiple well layer 15.qGa1-qThe well layer made of N has a constant q, and the barrier layer 14 has p-type Al in the multiple well layer 15.xGa1-xIn toward the layer 11 of NrGa1-rThis is a semiconductor light emitting device in which r of a barrier layer made of N gradually increases. By alternately stacking the barrier layers gradually closer to the light emitting well layers, p-type AlxGa1-xIt is assumed that the crystallinity of the well layer near the N layer 11 is improved. p-type AlxGa1-xSince the recombination of electrons and holes occurs in the well layer near the layer 11 made of N, a large light emission output is obtained. Therefore, in the semiconductor light emitting device having such an energy band, light can be efficiently emitted, and a large light emission output can be obtained.
In addition, in the configuration shown in FIG. 4, the refractive index of the barrier layer is dominant, so that the refractive index distribution is relatively close to that of the well layer.
[0040]
FIG.qGa1-qIn adjacent to the well layer 13 made of NrGa1-rWhile maintaining the relationship of r <q with the barrier layer 14 made of N, the well layer 13 is made of the p-type Al.xGa1-xN toward the layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1)qGa1-qThe q of the well layer made of N gradually increases, and the barrier layer 14 is made of p-type Al.xGa1-xN toward the layer composed of N (0 ≦ x ≦ 1)rGa1-rThis is a semiconductor light emitting device in which r of a barrier layer made of N gradually increases. By alternately stacking barrier layers and well layers, p-type AlxGa1-xIt is assumed that the crystallinity of the well layer near the N layer 11 is improved. p-type AlxGa1-xSince the recombination of electrons and holes occurs in the well layer near the layer 11 made of N, a large light emission output is obtained. Therefore, in the semiconductor light emitting device having such an energy band, light can be efficiently emitted, and a large light emission output can be obtained.
In the configuration of FIG. 5, the refractive index of the barrier layer is dominant, so that the refractive index distribution is relatively close to that of the well layer.
[0041]
2, 3, 4 and 5, p-type AlxGa1-xFor x of the layer 11 made of N, n-type AlyGa1-yIf y of the layer 12 made of N is set so as to satisfy y ≦ x / 2, p-type AlxGa1-xN-type Al from layer 11 of NyGa1-yThe band gap energy of the layer 12 made of N can be reduced. For electrons, n-type AlyGa1-yBy making the bandgap energy of the N layer 12 relatively small, the n-type AlyGa1-yElectrons are injected from the N layer 12 into the multiple well layer 15 at a low voltage. p-type AlxGa1-xBy increasing the band gap energy of the N layer 11 relatively, the p-type AlxGa1-xThe escape of electrons to the N layer 11 can be reduced. Since holes have a larger effective mass than electrons, holes injected into the multi-well layer 15 are n-type Al-type.yGa1-yThe escape to the layer 12 made of N is small. For this reason, the device can be operated at a low voltage, and at the same time, the effect of confining electrons and holes is enhanced, light can be efficiently emitted, and a large emission output can be obtained.
[0042]
(Embodiment 2)
FIGS. 6 to 10 show energy band diagrams of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention. 6 to 10, reference numeral 11 denotes p-type Al.xGa1-xA layer made of N, 12 is an n-type AlyGa1-yA layer made of N, 21 is InsGa1-sA well layer made of N;tGa1-tAn SCH layer made of N. p-type AlxGa1-xA buffer layer made of non-doped GaN may be provided between the N layer 11 and the SCH layer 22. Also, n-type AlyGa1-yA buffer layer 31 made of non-doped GaN may be provided between the layer 12 made of N and the SCH layer 22.
[0043]
6 to 10, p-type AlxGa1-xFor x of the layer 11 made of N, n-type AlyGa1-yIf y of the layer 12 made of N is set so as to satisfy y ≦ x / 2, p-type AlxGa1-xN-type Al from layer 11 of NyGa1-yThe band gap energy of the layer 12 made of N can be reduced. For electrons, n-type AlyGa1-yBy making the bandgap energy of the N layer 12 relatively small, the n-type AlyGa1-yElectrons are injected from the N layer 12 into the SCH layer 22 at a low voltage. p-type AlxGa1-xBy relatively increasing the bandgap energy of the N layer 11, the p-type AlxGa1-xThe escape of electrons to the N layer 11 can be reduced. Since holes have a larger effective mass than electrons, holes injected into the SCH layer 22 have n-type AlyGa1-yThe escape to the layer 12 made of N is small. Therefore, light can be emitted efficiently, and a large light output can be obtained.
[0044]
6 to 10, the SCH layers 22 are provided on both sides of the well layer 21 so as to be in contact with the well layer 21. InsGa1-sN is formed on both sides of the well layer 21 made of N.tGa1-tBy providing the SCH layer 22 made of N and satisfying t <s, electrons and holes can be confined in the SCH layer and can be efficiently recombined in the well layer 21. Further, the band gap energy of the well layer 21 is made smaller than that of the SCH layer 22, so that the recombination of electrons and holes is facilitated in the well layer 21, and light can be concentrated in the well layer 21. Further, since the refractive index of the SCH layer is dominant, the refractive index distribution is relatively close to that of the well layer, and the present invention can be applied to an edge-emitting semiconductor light emitting device.
[0045]
6 to 10, the well layer 21 is formed of p-type Al in the SCH layer 22.xGa1-xIt is arranged at a position close to the layer 11 made of N (0 ≦ x ≦ 1). Due to the difference in effective mass of electrons and holes, p-type AlxGa1-xIt is considered that the recombination of electrons and holes in the well layer 21 near the N layer 11 is efficient. Therefore, the well layer 21 is made of p-type AlxGa1-xBy arranging it near the layer 11 made of N, electrons and holes are intensively recombined in the well layer, and a large emission output can be obtained.
[0046]
FIG.tGa1-tThe t of the SCH layer 22 made of N is made flat within the range of 0 ≦ t <1. The band gap energy of the SCH layer 22 is n-type AlyGa1-yWhat is necessary is that it is smaller than the layer 12 made of N and larger than the well layer 21. If the composition in the SCH layer is constant, manufacturing becomes easy.
Note that if a semiconductor laser having a multiple quantum well structure in which a plurality of well layers are provided in the configuration of FIG. 6, the emission characteristics can be improved.
[0047]
FIG.tGa1-tThe t of the SCH layer 22 made of N is gradually increased linearly toward the well layer 21. n-type AlyGa1-yA buffer layer made of non-doped GaN is also provided between the layer 12 made of N and the SCH layer 22, and the band gap energy of the buffer layer is changed from the band gap energy of the well layer to the band gap energy of the well layer.tGa1-tThe t of the SCH layer 22 made of N may be gradually increased. Also, p-type AlxGa1-xA buffer layer made of non-doped GaN is also provided between the layer 11 made of N and the SCH layer 22, and the buffer layer made of In is changed from the band gap energy of the buffer layer to the band gap energy of the well layer.tGa1-tThe t of the SCH layer 22 made of N may be gradually increased.
[0048]
If it is difficult to change the energy band smoothly when stacking the SCH layer, as shown in FIG. 8, the SCH layer is stacked by gradually changing the ratio of In to Ga, as shown in FIG. The same effect is obtained.
[0049]
The energy band shown in FIG. 7 or FIG. 8 facilitates recombination of electrons and holes in the well layer and improves concentration in the well layer 21 while improving crystallinity toward the well layer in the semiconductor light emitting device. It can be made to emit light.
[0050]
9 and 10 show In.tGa1-tThe t of the SCH layer 22 made of N is parabolically increased toward the well layer 21. When it is difficult to smoothly change the energy band when the SCH layers are stacked, FIG. As shown in FIG. 9, the same effect as in FIG. 9 can be obtained by gradually changing the ratio of In and Ga to form the SCH layer.
[0051]
6 to 10, p-type AlxGa1-xFor x of the layer 11 made of N, n-type AlyGa1-yIf y of the layer 12 made of N is set so as to satisfy y ≦ x / 2, p-type AlxGa1-xN-type Al from layer 11 of NyGa1-yThe band gap energy of the layer 12 made of N can be reduced. For electrons, n-type AlyGa1-yBy making the bandgap energy of the N layer 12 relatively small, the n-type AlyGa1-yElectrons are injected from the N layer 12 into the SCH layer 22 at a low voltage. p-type AlxGa1-xBy relatively increasing the bandgap energy of the N layer 11, the p-type AlxGa1-xThe escape of electrons to the N layer 11 can be reduced. Since holes have a larger effective mass than electrons, holes injected into the SCH layer 22 have n-type AlyGa1-yThe escape to the layer 12 made of N is small. For this reason, the device can be operated at a low voltage, and at the same time, the effect of confining electrons and holes is enhanced, light can be efficiently emitted, and a large emission output can be obtained.
[0052]
FIG. 11 is a diagram illustrating the light concentration effect of the SCH layer. In FIG. 11, a semiconductor light emitting device having only a well layer without an SCH layer (“no SCH layer” in FIG. 11), and a semiconductor light emitting device having a band energy corresponding to FIG. 6 (“flat SCH layer” in FIG. 11) ), A semiconductor light emitting device having a band energy corresponding to FIG. 7 (“linear SCH layer” in FIG. 11), and a semiconductor light emitting device having a band energy corresponding to FIG. 9 (“parabolic SCH layer” in FIG. 11). )). At a wavelength of 400 nm, the width of the well layer is 4.3 nm, and the well layer and the p-type AlxGa1- xThe distance between the N-type layer and the well layer is 5 nm.yGa1-yThis is a simulation of the effect of confining light emitted from the well layer when the distance from the N layer is 25 nm.
[0053]
FIG. 11 shows that the light emitted from the well layer can be concentrated near the well layer by the presence of the SCH layer. When the refractive index of the SCH layer is increased, an efficient light output can be obtained for a semiconductor light emitting device that emits light along a well layer, such as a semiconductor laser or an edge emitting light emitting diode.
[0054]
(Embodiment 3)
12 and 13 show energy band diagrams of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 12 or FIG. 13, 11 is p-type AlxGa1-xA layer made of N, 12 is an n-type AlyGa1-yA layer made of N, 13 is InqGa1-qA well layer made of N;rGa1-rN is a barrier layer made of N; 15 is a multi-well layer in which well layers 13 and barrier layers 14 are alternately stacked; 31 is a buffer layer made of non-doped GaN; 32 is a buffer layer made of non-doped GaN;zGa1-zThis is a damping layer made of N.
[0055]
The difference from the embodiment described with reference to FIG. Since the effective mass of electrons is smaller than that of holes, p-type AlxGa1-xElectrons may escape beyond the N layer 11. Therefore, p-type AlzGa1-zN-type damping layer 33 is made of p-type AlxGa1-xBy setting z> x with respect to N, the band gap energy of the damping layer 33 is increased to prevent escape of electrons. As shown in FIG. 13, the damping layer 33 is made of p-type Al.xGa1-xBy arranging between the N layer 11 and the multiple well layer 15, electrons can be more effectively blocked. Further, in FIG. 13, a buffer layer made of non-doped GaN may be provided between the damping layer 33 and the multi-well layer 15. In the experiments, a 3 nm thick p-type AlzGa1-zEven with the damping layer made of N, escape of electrons could be prevented and reactive current could be reduced.
[0056]
(Embodiment 4)
FIG. 14 shows a structure of a semiconductor light emitting device having a multi-well layer in a mesa shape according to an embodiment of the present invention. In FIG. 14, 1 is a semiconductor light emitting element, 15 is a multi-well layer, and 16 is an emission end face of a laser beam. The light oscillated by the multi-well layer is emitted from the emission end face 16.
[0057]
By forming at least the portion of the multi-well layer 15 of the semiconductor light emitting device 1 into a mesa shape as shown in FIG. 14, the current is applied in a direction parallel to the multi-well layer 15 and perpendicular to the emission direction of the laser beam. Can be stenotic. The current confinement enables efficient light emission of the semiconductor light emitting device. Even when the semiconductor light emitting element has the SCH layer and the well layer, the current can be confined by forming at least the well layer into a mesa shape as shown in FIG. The current confinement enables efficient light emission of the semiconductor light emitting device.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a semiconductor light emitting device can emit light efficiently, and a large light emission output can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a single well layer.
FIG. 2 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a multiple well layer according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a multiple well layer according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a multiple well layer according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a multiple well layer according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a flat SCH layer according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a linear SCH layer according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a linear SCH layer according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a parabolic SCH layer according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a parabolic SCH layer according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a light intensity distribution of a semiconductor light emitting device having an SCH layer according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a damping layer according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating an energy band of a semiconductor light emitting device having a damping layer according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating a structure of a semiconductor light emitting device having a mesa shape according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Semiconductor light emitting device
11: p-type AlxGa1-xLayer consisting of N
12: n-type AlyGa1-yLayer consisting of N
13: InqGa1-qWell layer made of N
14: InrGa1-rBarrier layer made of N
15: Multiple well layers in which well layers and barrier layers are alternately stacked
16: Output end face
21: InsGa1-sWell layer made of N
22: IntGa1-tSCH layer consisting of N
31: Buffer layer made of non-doped GaN
32: buffer layer made of non-doped GaN
33: p-type AlzGa1-zDamming layer made of N

Claims (14)

ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層とではさまれた多重井戸層が、
ＩｎｑＧａ１−ｑＮ（０＜ｑ≦１）からなる井戸層と、該井戸層に隣接するＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）からなる障壁層であって隣接する井戸層との間ではｒ＜ｑの関係になる障壁層とが交互に複数積層された層を含み、
主に、前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に近い井戸層で電子と正孔を再結合させて発光させる半導体発光素子。A multi-well layer sandwiched between a layer composed of p-type Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and a layer composed of n-type Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1)
In q Ga 1-q N ( 0 <q ≦ 1) and a well layer made of, In r Ga 1-r N (0 ≦ r <1) well adjacent a barrier layer consisting of adjacent well layer A plurality of alternately stacked layers with barrier layers having a relationship of r <q between the layers;
Mainly, the p-type Al x Ga 1-x N ( 0 ≦ x ≦ 1) recombining electrons and holes in the well layer close to the layer made of a semiconductor light emitting element to emit light. ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層とではさまれた多重井戸層が、
ＩｎｑＧａ１−ｑＮ（０＜ｑ≦１）からなる井戸層と、該井戸層に隣接するＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）からなる障壁層であって隣接する井戸層との間ではｒ＜ｑの関係になる障壁層とが交互に複数積層された層を含み、
前記井戸層は前記多重井戸層内で前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に向けてｑが漸増し、
前記障壁層は前記多重井戸層内でｒが一定の半導体発光素子。A multi-well layer sandwiched between a layer composed of p-type Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and a layer composed of n-type Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1)
In q Ga 1-q N ( 0 <q ≦ 1) and a well layer made of, In r Ga 1-r N (0 ≦ r <1) well adjacent a barrier layer consisting of adjacent well layer A plurality of alternately stacked layers with barrier layers having a relationship of r <q between the layers;
The well layer q is gradually increased toward the layer comprising the at the multi-quantum well layer in the p-type Al x Ga 1-x N ( 0 ≦ x ≦ 1),
A semiconductor light emitting device in which the barrier layer has a constant r in the multiple well layer. ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層とではさまれた多重井戸層が、
ＩｎｑＧａ１−ｑＮ（０＜ｑ≦１）からなる井戸層と、該井戸層に隣接するＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）からなる障壁層であって隣接する井戸層との間ではｒ＜ｑの関係になる障壁層とが交互に複数積層された層を含み、
前記井戸層は前記多重井戸層内でｑが一定で、
前記障壁層は前記多重井戸層内で前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に向けてｒが漸増する半導体発光素子。A multi-well layer sandwiched between a layer composed of p-type Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and a layer composed of n-type Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1)
In q Ga 1-q N ( 0 <q ≦ 1) and a well layer made of, In r Ga 1-r N (0 ≦ r <1) well adjacent a barrier layer consisting of adjacent well layer A plurality of alternately stacked layers with barrier layers having a relationship of r <q between the layers;
The well layer has a constant q in the multiple well layer,
The semiconductor light emitting device wherein the barrier layer gradually increases in r toward a layer made of the p-type Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) in the multi-well layer. ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層とではさまれた多重井戸層が、
ＩｎｑＧａ１−ｑＮ（０＜ｑ≦１）からなる井戸層と、該井戸層に隣接するＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）からなる障壁層であって隣接する井戸層との間ではｒ＜ｑの関係になる障壁層とが交互に複数積層された層を含み、
前記井戸層は前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に向けてｑが漸増し、
前記障壁層は前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に向けてｒが漸増する半導体発光素子。A multi-well layer sandwiched between a layer composed of p-type Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and a layer composed of n-type Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1)
In q Ga 1-q N ( 0 <q ≦ 1) and a well layer made of, In r Ga 1-r N (0 ≦ r <1) well adjacent a barrier layer consisting of adjacent well layer A plurality of alternately stacked layers with barrier layers having a relationship of r <q between the layers;
The well layer q is gradually increased toward the layer made of the p-type Al x Ga 1-x N ( 0 ≦ x ≦ 1),
The barrier layer is the p-type Al x Ga 1-x N semiconductor light emitting element r gradually increases toward the layer made of (0 ≦ x ≦ 1). ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層との間に、
ＩｎｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ≦１）からなる井戸層と、該井戸層の片側、又は両側に接するＩｎｔＧａ１−ｔＮ（０≦ｔ＜１、ｔ＜ｓ）からなるＳＣＨ層とを有する半導体発光素子。Between a layer made of p-type Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and a layer made of n-type Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1)
A well layer made of In s Ga 1-s N ( 0 <s ≦ 1), consisting of one side of the well layer, or in contact with both sides In t Ga 1-t N ( 0 ≦ t <1, t <s) A semiconductor light emitting device having an SCH layer. 請求項５に記載の半導体発光素子において、前記井戸層を前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に寄せた位置に配置したことを特徴とする半導体発光素子。The semiconductor light emitting device according to claim 5, the semiconductor light emitting device characterized in that a said well layer in a position closer to the layer comprising the p-type Al x Ga 1-x N ( 0 ≦ x ≦ 1) . 請求項５又は６に記載の半導体発光素子において、前記ＳＣＨ層はｔが一定であることを特徴とする半導体発光素子。7. The semiconductor light emitting device according to claim 5, wherein t of said SCH layer is constant. 請求項５又は６に記載の半導体発光素子において、前記ＳＣＨ層は井戸層に向けてｔが漸増することを特徴とする半導体発光素子。7. The semiconductor light emitting device according to claim 5, wherein t of the SCH layer gradually increases toward the well layer. 請求項１乃至８に記載の半導体発光素子において、前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層に、ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｚ＞ｘ）からなる層を設けたことを特徴とする半導体発光素子。9. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the p-type Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1) includes a p-type Al z Ga 1-z N (0 <z ≦ 1). , Z> x) is provided. 請求項１乃至８に記載の半導体発光素子において、前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層と前記多重井戸層又は前記ＳＣＨ層との間に、前記ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｚ＞ｘ）からなる層を設けたことを特徴とする半導体発光素子。9. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the p-type Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1) and the multi-well layer or the SCH layer are disposed between the p-type Al x Ga 1-x N and the multi-well layer or the SCH layer. 9. al z Ga 1-z N ( 0 <z ≦ 1, z> x) semiconductor light emitting device characterized in that a layer made of. 請求項１乃至１０に記載の半導体発光素子において、前記ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる層と前記多重井戸層又は前記ＳＣＨ層との間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を設けたことを特徴とする半導体発光素子。The semiconductor light emitting device according to claim 1 to 10, from the non-doped GaN between the n-type Al y Ga 1-y N ( 0 ≦ y ≦ 1) wherein the multi-quantum well layer and a layer composed of or the SCH layer A semiconductor light-emitting device comprising a buffer layer. 請求項１乃至１０に記載の半導体発光素子において、前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層又は前記ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１、ｚ＞ｘ）からなる層と前記多重井戸層又は前記ＳＣＨ層との間にノンドープ型ＧａＮからなるバッファ層を設けたことを特徴とする半導体発光素子。The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the p-type Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) or the p-type Al z Ga 1-z N (0 <z ≦ 1). , Z> x) and a buffer layer made of non-doped GaN provided between the multi-well layer or the SCH layer. 請求項１乃至１２に記載の半導体発光素子において、少なくとも前記多重井戸層又は井戸層をメサ形状にして、レーザ発振が可能なことを特徴とする半導体発光素子。13. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein at least the multi-well layer or the well layer has a mesa shape to enable laser oscillation. 請求項１乃至１２に記載の半導体発光素子において、発光した光を前記ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる層の側から出射させることを特徴とする半導体発光素子。The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein emitted light is emitted from a side of the layer made of the p-type Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1). .
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